CN114089509B

CN114089509B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN114089509B
Application number: CN202210069325.XA
Authority: CN
Inventors: 谢先国; 于笑枝; 曾昊杰; 章彬炜
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: CN114089509A

Abstract

本发明公开了一种光学镜头及成像设备，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑；具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜均为非球面透镜；所述光学镜头满足条件式：2<CT3/AC23<4；其中，AC23表示第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间距，CT3表示第三透镜的中心厚度。该光学镜头具有光学总长小、成像能力强的优点。

Description

光学镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头及成像设备。

背景技术

现如今，电子产品的高速发展，为人们的日常生活提供了许许多多的便利，比如和远在异乡的亲人视频通话、感受不同地域的节日气息、欣赏世界各地的美景等，这些都是通过光学镜头捕捉画面，并与其他技术衔接通力完成的。随着科技的发展，人们对高质量生活的追求，也越来越需要性能更加强大、结构更加小巧的光学镜头。

当今社会，电子信息技术飞速发展，笔记本电脑等便携电子设备正朝着全面屏、超薄、高清等方向发展，这就使得人们对光学镜头的成像质量和结构小巧化的要求不断提高。尤其是当下，许多工作者移动办公或是出差，使得便携笔记本、平板电脑成为了他们工作中不可或缺的一部分，但是市面上绝大部分厂家都不能使得这类便携电子产品中的光学镜头在满足轻薄的情况下同时满足高清成像。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头及成像设备，具有光学总长小、成像能力强的优点。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

第一方面，本发明提供了一种光学镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑；具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凸面，所述第四透镜的像侧面为凹面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜及所述第四透镜均为非球面透镜；所述光学镜头满足条件式：2<CT3/AC23<4；其中，AC23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间距，CT3表示所述第三透镜的中心厚度。

第二方面，本发明提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的光学镜头，成像元件用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号。

相较现有技术，本发明提供的光学镜头及成像设备，通过四片具有特定光焦度、镜片形状的透镜的合理搭配，使得该光学镜头具有光学总长小、成像能力强的优点，能够满足当下人们的需求。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例的光学镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图3为本发明第一实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图4为本发明第一实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图5为本发明第一实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图6为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图；

图7为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图8为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图9为本发明第二实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图10为本发明第二实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图11为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图；

图12为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图；

图13为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图14为本发明第三实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；

图15为本发明第三实施例的光学镜头的横向色差曲线图；

图16为本发明第四施例的成像设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

本发明提出一种光学镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及滤光片。这里所指的物侧为与成像面相对的一侧。

其中，第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凹面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面；

第四透镜具有负光焦度，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凹面；

作为一种实施方式，所述光学镜头满足条件式：

2<CT3/AC23<4；（1）

其中，AC23表示第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间距，CT3表示第三透镜的中心厚度。

对于条件式（1），当CT3/AC23<4时，能够很好的控制光线从第三透镜射出的出射角，通过与第四透镜的合理搭配，能够很好地满足芯片对应的像高要求；当2<CT3/AC23时，合理控制第三镜片的面型，使得光线偏折幅度大，一定程度上缩减了有效焦距，减小光学总长，同时可以通过控制第三镜片的厚薄比，来避免第三透镜边厚过薄而导致成型困难，有助于镜片的成型。

作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：

0.5<f/TTL<0.9；（2）

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，f表示所述光学镜头的有效焦距。

对于条件式（2），当0.5<f/TTL时，能够保证拍摄近处物体成像的清晰度；当f/TTL<0.9时，能够合理的控制该光学镜头的光学总长，缩短该镜头的机械总长，从而达到超薄的效果。

作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：

-2<(1/f2-1/f1)/(1/f)<0；（3）

其中，f1表示第一透镜的有效焦距，f2表示第二透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

满足条件式（3）时，可将第二透镜的偏心敏感度分摊给第一透镜，同时第一透镜面型较为平缓且口径相对较小，大大降低了生产加工的难度，使得在高质量成像的前提下还能提高镜头的制造良率。

作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：

9<D/AC12<12；（4）

其中，D表示所述光学镜头的光阑直径，AC12表示第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间距。

满足条件式（4）时，通过合理的控制通光孔的孔径，能够维持足够的通光量，同时在加大通光量时，第二镜片能尽可能减小光的损失，保证足够的通光量传递给下个镜片，使得该光学镜头即使在昏暗的环境中也能得到较为清晰明亮的成像，满足客户的需求。

作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：

3<f/R42<4；（5）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，R42表示第四透镜的像侧面的曲率半径。

对于条件式（5），当3<f/R42时，能够合理修饰光线射出镜头后的色差；当f/R42<4时，通过合理的控制镜片的曲率，很好的修饰射出镜头后的像差。

作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：

1.5<(R41+R42)/(R41-R42)<2.5；（6）

其中，R41表示第四透镜的物侧面的曲率半径，R42表示第四透镜的像侧面的曲率半径。

对于条件式（6），当1.5<(R41+R42)/(R41-R42)时，能够很好地控制场曲和畸变朝负方向增大；当(R41+R42)/(R41-R42)<2.5时，能够很好地控制场曲和畸变朝正方向增大，很好地校正了场曲和畸变。

作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：

-1.0<f4/f<-0.7；（7）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f4表示第四透镜的有效焦距。

对于条件式（7），当f4/f<-0.7时，对于轴外光线会产生高阶像差，导致成像性能降低，当f4/f>-1时，场曲和像差的修正会比较困难，偏心敏感度也会增大。

作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：

2.5<R41/R42<4.5；（8）

满足条件式（8）时，能很好地控制第四镜片的有效口径，有效的减小镜头体积，使其结构更加小巧。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0<（Φ41-Φ31）/（Φ42+Φ32）<7；（9）

其中，Φ31表示第三透镜的物侧面的光焦度，Φ32表示第三透镜的像侧面的光焦度，Φ41表示第四透镜的物侧面的光焦度，Φ42表示第四透镜的像侧面的光焦度。

对于条件式（9），当0<（Φ41-Φ31）/（Φ42+Φ32）时，能够较好的控制镜片组的长度，做到该光学镜头超薄的特点；当（Φ41-Φ31）/（Φ42+Φ32）<7时，能够很好地控制各视场离焦曲线，使之聚拢，同时还能很好地提升成像质量。

作为一种实施方式，所述光学镜头还可以满足以下条件式：

0<ET4/CT4<2；（10）

其中，ET4表示第四透镜的边缘厚度，CT4表示第四透镜的中心厚度。

满足条件式（10）时，一方面能协调该光学镜头的光学总长，达到超薄的特点，另一方面，镜片的厚薄比得到合理控制，有利于成型，提高组装良率。

作为一种实施方式，第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜均是非球面镜片。采用非球面镜片可以有效减少镜片的数量，修正像差，提供更好的光学性能。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，光学镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

在本发明各个实施例中，当光学镜头中的透镜为非球面透镜时，各个非球面面型均满足如下方程式：

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为圆锥系数conic，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

第一实施例

请参阅图1，为本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑ST，第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3、第四透镜L4以及滤光片G1。

第一透镜L1为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面；

第二透镜L2为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第二透镜的物侧面S3为凹面，第二透镜的像侧面S4为凸面；

第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第三透镜的物侧面S5为凹面，第三透镜的像侧面S6为凸面；

第四透镜L4为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第四透镜的物侧面S7为凸面，第四透镜的像侧面S8为凹面。

具体的，本实施例提供的光学镜头100的设计参数如表1所示，其中R代表曲率半径（单位：mm），d代表光学表面间距（单位：mm），n_d代表材料的d线折射率，V_d代表材料的阿贝数。

表1

本实施例中的光学镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。

表2

本实例中，光学镜头100的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示，从图中可以看出，场曲在±0.05mm以内，畸变在±2%以内，轴上点球差在±0.03mm内，垂轴色差在±1.5μm内。

第二实施例

本实施例提供的光学镜头200的结构示意图请参阅图6，本实施例中的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构变化不大，其中最大的变化是第三透镜到第四透镜的间距。

本实施例提供光学镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的光学镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。

表4

本实例中，光学镜头200的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示，从图中可以看出，场曲在±0.05mm以内，畸变在±2%以内，轴上点球差在±0.03mm内，垂轴色差在±1.2μm内。

第三实施例

本实施例提供的光学镜头300的结构示意图请参阅图11，本实施例中的光学镜头300的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构基本相同，最大的差异在于光学总长。

本实施例提供的光学镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的光学镜头300的各非球面的面型系数如表6所示。

表6

在本实施例中，光学镜头300的场曲、畸变、轴上点球差色和横向色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示，从图中可以看出，场曲在±0.1mm以内，畸变在±2%以内，轴上点球差在±0.03mm内，垂轴色差在±1μm内。

表7是上述三个实施例及其对应的光学特性，主要包括光学镜头的有效焦距f、光学总长TTL，以及与上述每个条件式对应的数值。

表7

综上，本发明提供的光学镜头至少具有以下优点：

（1）采用超薄透镜及较为紧凑的、合理的组合搭配，使得该光学镜头具有体积小、结构小巧（TTL控制在2.3mm以内）的特点，能很好地满足当今市场对超薄电子产品结构的需求。

（2）采用四片具有特定光焦度的塑胶非球面镜片，通过特定面型的搭配，使得该光学镜头具有超高清像素的成像质量特点，能够更好的满足当下镜头发展趋势。

（3）对比价格昂贵的高清像素镜头，本发明还能确保在保证高像素、结构小巧的前提下制作工艺成熟，极大的降低了制造成本，更有利于市场的推广。

第四实施例

请参阅图16，所示为本发明第四实施例提供的成像设备400，该成像设备400可以包括成像元件410和上述任一实施例中的光学镜头（例如光学镜头100）。成像元件410可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像传感器。

该成像设备400可以是便携笔记本、平板电脑、智能手机以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的电子设备。

本实施例提供的成像设备400包括光学镜头100，由于光学镜头100具有光学总长小、成像能力强的优点，具有光学镜头100的成像设备400也具有光学总长小、成像能力强的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种光学镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

光阑；

具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凸面，所述第四透镜的像侧面为凹面；

其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜及所述第四透镜均为非球面透镜；

所述光学镜头满足条件式：

3.388≤CT3/AC23<4；

0.5<f/TTL≤0.762；

2.25mm≤TTL<2.3mm；

0<（Φ41-Φ31）/（Φ42+Φ32）<7；

0<ET4/CT4<2；

其中，AC23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间距，CT3表示所述第三透镜的中心厚度， TTL表示所述光学镜头的光学总长，f表示所述光学镜头的有效焦距，Φ31表示所述第三透镜的物侧面的光焦度，Φ32表示所述第三透镜的像侧面的光焦度，Φ41表示所述第四透镜的物侧面的光焦度，Φ42表示所述第四透镜的像侧面的光焦度，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度，CT4表示所述第四透镜的中心厚度。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-2<(1/f2-1/f1)/(1/f)<0；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

9<D/AC12<12；

其中，D表示所述光学镜头的光阑直径，AC12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间距。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

3<f/R42<4；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，R42表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

1.5<(R41+R42)/(R41-R42)<2.5；

其中，R41表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，R42表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

-1.0<f4/f<-0.7；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件式：

2.5<R41/R42<4.5；

8.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的光学镜头及成像元件，所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。