CN114217426B - 光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学镜头，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有正光焦度的第一透镜；光阑；具有负光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜；其中，所述光学镜头满足以下条件式：f/EPD<1.15；其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。该光学镜头具有大光圈的特性，在暗环境下具有良好的成像质量，能够达到清晰成像的目的，且满足DToF镜头拍摄的需求。

Description

光学镜头
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。
背景技术
目前，随着便携式电子产品的飞速发展，随之给人们的日常生活带来了巨大的便捷；同时，随着光学镜头的广泛应用，光学镜头的应用范围也不断拓宽，不仅仅局限于光学成像，也包括扫描、测距、人脸识别、移动支付等。随着DToF（直接测量飞行时间）在高端消费电子领域的推广，SPAD和相关的半导体技术将会得到更多重视，国内产业链也将会快速跟进。
然而，国内尚处于DToF的国产化落地阶段，在DToF产业相对空白。由于DToF是直接根据脉冲发射和接收的时间差来测算距离，因此，镜头对DToF的性能具有重要影响，但是现有的光学镜头难以满足DToF拍摄的需求。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头，用于解决上述技术问题。
本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
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：具有正光焦度的第一透镜；光阑；具有负光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜；其中，所述光学镜头满足以下条件式：f/EPD<1.15；其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。
相较现有技术，本发明提供的光学镜头，通过合理设置三个具有特定形状和特定光焦度的透镜以及合理配置三个透镜之间的位置，并将f/EPD限制在合理的范围内，可以保证光学镜头具有大光圈的特性，保证光学镜头在暗环境下具有良好的成像质量，达到清晰成像的目的，且满足DToF镜头拍摄的需求。
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为本发明第四实施例的光学镜头的结构示意图；
图17为本发明第四实施例的光学镜头的场曲曲线图；
图18为本发明第四实施例的光学镜头的畸变曲线图；
图19为本发明第四实施例的光学镜头的轴上点球差色差曲线图；
图20为本发明第四实施例的光学镜头的横向色差曲线图。
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：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜以及滤光片。
其中，第一透镜具有正光焦度；
第二透镜具有负光焦度；
第三透镜具有正光焦度。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
f/EPD<1.15;（1）
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径。
满足条件式（1）时，通过将f/EPD限制在合理的范围内，可以保证光学镜头具有大光圈的特性，使镜头的光通量足够大，保证光学镜头的像面具有较高的照度，保证光学镜头在暗环境下具有良好的成像质量。
优选地，所述光学镜头的有效焦距f与所述光学镜头的入瞳直径EPD之间满足：0.85<f/EPD<1.15。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
4.3<TTL/BFL<4.85；（2）
其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，BFL表示所述光学镜头的后焦距。
对于条件式（2），当4.3<TTL/BFL时，能够很好地保证光学镜头的拍摄质量，以使拍摄到的红外光信号更加清晰；当TTL/BFL<4.85时，能够合理地控制光学镜头的光学总长和镜头的光学后焦，保证镜头小型化的同时保留足够的后焦空间，有利于镜头与芯片模组的匹配。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
0.8<ImgH/f <0.95；（3）
其中，ImgH表示所述光学镜头的成像面上有效像素区域的最大半像高，f表示所述光学镜头的有效焦距。
满足条件式（3）时，在保证大光圈的同时，能够合理的控制镜头的光学尺寸，保证镜头的小型化。且在满足足够的光学质量的同时，能够保证搭载较大尺寸的芯片。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
15.5<D/AC12<23.5；（4）
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之间在光轴上的空气间距。
满足条件式（4）时，能够合理地控制光学镜头的通光孔径，能维持足够的通光量，且在加大通光量的过程中，可使光学系统具有大光圈优势，从而可在减小边缘视场的像差的同时增强暗环境下的成像效果，使其在光线不那么充足的环境中也能得到较明亮清晰的成像，满足用户在较暗环境中摄像的需求。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
-1.8<f/R11<-0.5；（5）
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面曲率半径。
对于条件式（5），当-1.8<f/R11时，能够合理地修饰光线进入光学镜头后的色差；当f/R11<-0.5时，通过合理地控制第一透镜的曲率，能够很好地修饰进入光学镜头后的像差。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
-14.5<(R31+R32)/(R31-R32)<-0.5；（6）
其中，R31表示所述第三透镜的物侧面曲率半径，R32表示所述第三透镜的像侧面曲率半径。
对于条件式（6），当-14.5<(R31+R32)/(R31-R32)时，能够较好的控制畸变和场曲朝负方向增大；当 (R31+R32)/(R31-R32) <-0.5时，能够很好的控制畸变和场曲朝正方向增大，较好的修饰了畸变和场曲；同时有利于合理分配第三透镜的光焦度，进而有效地控制第三透镜的像差校正。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
0.05<CT1/TTL<0.13；（7）
1.3<(CT1+CT2+CT3)/(ET1+ET2+ET3)<1.5；（8）
其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，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，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度。
满足条件式（7）和条件式（8）时，能够合理限定第一透镜、第二透镜、第三透镜的曲面形状，有助于三个透镜的成型，减小加工时的敏感度；同时满足条件式（7）时，有利于像差的优化以及场曲的收敛。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
-9.5<f2/f<-0.5；（9）
-6.5<f2/f23<-0.5；（10）
-0.5<(R21-R22)/f2<19；（11）
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f23表示所述第二透镜和所述第三透镜的组合焦距，R21表示所述第二透镜的物侧面曲率半径，R22表示所述第二透镜的像侧面曲率半径。
对于条件式（9），当f2/f的值超过下限时，对于轴外光线会产生高阶像差，导致成像性能下降；当f2/f的值超过上限时，像差、场曲的修正就比较困难，偏心敏感度也会增大。当满足条件式（10）、（11）时，系统的像差、场曲能够较好的校正。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
0.85mm<DT11/tanθ<1.1mm；（12）
其中，DT11表示所述第一透镜物侧面的最大有效半直径，θ表示所述光学镜头的最大半视场角。
满足条件式（12）时，能够很好的控制镜头头部镜片的有效口径，有效的提升长焦镜头边缘的解像能力。在保证大光圈的同时也能够获得足够的可视范围，且当DT11/tanθ<1.1mm时，镜头视场深度较小开窗较大。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
1.2<(CT1+CT2)/AC23<1.8；（13）
其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，AC23表示所述第二透镜与所述第三透镜之间在光轴上的空气间距。
满足条件式（13）时，在保证第一透镜和第二透镜面型合理时，能够很好的控制透镜组的长度，减小生产成型的难度，同时修饰镜头的像差和成像质量。
作为一种实施方式，所述光学镜头满足以下条件式：
-0.6<(SAG21+SAG22)/ET2<-0.4；（14）
其中，SAG21表示所述第一透镜的物侧面的矢高，SAG22表示所述第二透镜的像侧面的矢高，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度。
满足条件式（14）时，镜头的场曲和畸变能够获得较好的校正。当-0.6< (SAG21+SAG22)/ET2时，第二透镜的面型更加匀称，减小了加工的难度，且能较好的修饰场曲；当(SAG21+SAG22)/ET2<-0.4时，能较好的修饰边缘畸变和边缘像差。
作为一种实施方式，第一透镜、第二透镜、第三透镜均是非球面透镜。采用非球面透镜可以有效减少透镜数量，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：
Figure 576406DEST_PATH_IMAGE001
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，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
第一实施例
请参照图1，所示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沿光轴方向从物侧到成像面S9依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3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，第一透镜的物侧面为S1，第一透镜的像侧面为S2；
光阑ST设置在第一透镜L1与第二透镜L2之间；
第二透镜L2为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第二透镜的物侧面为S3，第二透镜的像侧面为S4；
第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第三透镜的物侧面为S5，第三透镜的像侧面为S6；
滤光片G1具有物侧面S7和像侧面S8，以使红外光通过。
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），nd代表材料的d线折射率，Vd代表材料的阿贝数。
表1
Figure 577860DEST_PATH_IMAGE002
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
Figure 511181DEST_PATH_IMAGE003
在本实施例中，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。由图2至图5可以看出，场曲控制在±1.5mm以内，畸变控制在10%以内，轴上点球差色差控制在±0.08mm以内，横向色差控制在±1微米以内，说明光学镜头100的场曲、畸变和色差得到良好的校正。
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相比，其结构变化不大，其中最大的变化是第三透镜的厚度。
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
Figure 524268DEST_PATH_IMAGE004
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
Figure 252052DEST_PATH_IMAGE005
在本实施例中，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。由图7至图10可以看出，场曲控制在±1mm以内，畸变控制在15%以内，轴上点球差色差控制在±0.05mm以内，横向色差控制在±1微米以内，说明光学镜头200的场曲、畸变和色差得到良好的校正。
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，最大的差异在于第二透镜厚度。
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
Figure 599857DEST_PATH_IMAGE006
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
Figure 71290DEST_PATH_IMAGE007
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。由图12至图15可以看出，场曲控制在±0.6mm以内，畸变控制在15%以内，轴上点球差色差控制在±0.04mm以内，横向色差控制在±1微米以内，说明光学镜头300的场曲、畸变和色差得到良好的校正。
第四实施例
本实施例提供的光学镜头400的结构示意图请参阅图16，本实施例中的光学镜头400与第一实施例中的光学镜头100的结构基本相同，最大的差异在于入瞳直径差异。
本实施例中的光学镜头400中各个镜片的相关参数如表7所示。
表7
Figure 329096DEST_PATH_IMAGE008
本实施例中的光学镜头400的各非球面的面型系数如表8所示。
表8
Figure 601683DEST_PATH_IMAGE009
在本实施例中，光学镜头400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17、图18、图19和图20所示。由图17至图20可以看出，场曲控制在±1mm以内，畸变控制在10%以内，轴上点球差色差控制在±0.08mm以内，横向色差控制在±1微米以内，说明光学镜头400的场曲、畸变和色差得到良好的校正。
表9是上述四个实施例对应的光学特性，主要包括光学镜头的有效焦距f、最大半像高ImgH、光学总长TTL及最大视场角2θ，以及与上述每个条件式对应的数值。
表9
Figure 577729DEST_PATH_IMAGE010
综上，本发明各实施例提供的光学镜头至少具有以下优点：
（1）本发明中的光学镜头是一种DToF镜头，具有大光圈、体积小等特点，在较暗的环境下也能获得比较好的成像质量，且不易被强光所影响，适合大范围的场景识别。
（2）本发明采用三片具有特定光焦度的塑胶非球面镜片，以及采用特定的面型进行搭配，得到清晰成像的同时，能够提高镜头的测量精确度，能够更好的迎合当下DToF镜头的发展趋势。
（3）本发明还提供了在保证成像清晰的前提下制作工艺成熟，以及极大的降低了制造成本，更有利于市场的推广。
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 (10)

1.一种光学镜头，其特征在于，共三片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次包括：
具有正光焦度的第一透镜；
光阑；
具有负光焦度的第二透镜；
具有正光焦度的第三透镜；
其中，所述光学镜头满足以下条件式：
f/EPD<1.15；
4.3<TTL/BFL<4.85；
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，EPD表示所述光学镜头的入瞳直径，TTL表示所述光学镜头的光学总长，BFL表示所述光学镜头的后焦距。
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：
0.8<ImgH/f<0.95；
其中，ImgH表示所述光学镜头的成像面上有效像素区域的最大半像高，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：
15.5<D/AC12<23.5；
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之间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：
-1.8<f/R11<-0.5；
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，R11表示所述第一透镜的物侧面曲率半径。
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：
-14.5<(R31+R32)/(R31-R32)<-0.5；
其中，R31表示所述第三透镜的物侧面曲率半径，R32表示所述第三透镜的像侧面曲率半径。
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：
0.05<CT1/TTL<0.13；
1.3<(CT1+CT2+CT3)/(ET1+ET2+ET3)<1.5；
其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，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，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度。
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：
-9.5<f2/f<-0.5；
-6.5<f2/f23<-0.5；
-0.5<(R21-R22)/f2<19；
其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f23表示所述第二透镜和所述第三透镜的组合焦距，R21表示所述第二透镜的物侧面曲率半径，R22表示所述第二透镜的像侧面曲率半径。
8.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：
0.85mm<DT11/tanθ<1.1mm；
其中，DT11表示所述第一透镜物侧面的最大有效半直径，θ表示所述光学镜头的最大半视场角。
9.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：
1.2<(CT1+CT2)/AC23<1.8；
其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度，AC23表示所述第二透镜与所述第三透镜之间在光轴上的空气间距。
10.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：
-0.6<(SAG21+SAG22)/ET2<-0.4；
其中，SAG21表示所述第二透镜的物侧面的矢高，SAG22表示所述第二透镜的像侧面的矢高，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度。
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