CN114236790B

CN114236790B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN114236790B
Application number: CN202210183458.XA
Authority: CN
Inventors: 谢雨辰; 于笑枝; 曾昊杰
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2042-02-28
Also published as: CN114236790A

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、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面；第二透镜具有负光焦度，其物侧面在近光轴处为凹面，像侧面为凹面；第三透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜具有负光焦度，其物侧面在近光轴处为凹面，像侧面为凸面；其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为非球面镜片。该光学镜头具有长焦距、高像素、小型化的优点。

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

目前，随着便携式电子设备(如智能手机、相机)的普及，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄影的喜爱程度越来越高，摄像镜头已经成为了电子设备的标配，摄像镜头甚至已经成为消费者购买电子设备时首要考虑的指标。

随着移动信息技术的不断发展，手机等便携式电子设备也在朝着轻薄化、全面屏、超高清成像等方向发展，这就对搭载在便携式电子设备上的摄像镜头提出了更高的要求。

然而，常见的五片式光学镜头虽然已经具有较好的光学性能，但是无法较好的满足长焦距、高像素、小型化的设计要求。

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，具有长焦距、高像素、小型化的优点。

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、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的物侧面为凸面；所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第二透镜的像侧面为凹面；所述第三透镜具有负光焦度，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；所述第四透镜具有正光焦度，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；所述第五透镜具有负光焦度，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为非球面镜片。

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，采用五片具有特定光焦度的镜片，并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，在满足高像素的同时结构更加紧凑，从而较好地实现了镜头长焦距与高像素的均衡。

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畸变曲线图；

图3为本发明第一实施例的光学镜头的轴向色差曲线图；

图4为本发明第一实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图5为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图；

图6为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图7为本发明第二实施例的光学镜头的轴向色差曲线图；

图8为本发明第二实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图9为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图；

图10为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图；

图11为本发明第三实施例的光学镜头的轴向色差曲线图；

图12为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；

图13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，第五透镜以及滤光片。

其中，第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面为凸面；

第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面在近光轴处为凹面，第二透镜的像侧面为凹面；

第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面；

第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面，第五透镜的像侧面为凸面。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-1<R3/f<-0.5；（1）

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，R3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径。满足条件式（1），能够合理地控制所述光学镜头的有效焦距和所述第二透镜物侧面的曲率半径，有利于实现所述光学镜头具有较长焦距和较短总长的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-0.6<R1/R3<-0.2；（2）

其中，R1表示所述第一透镜物侧面的曲率半径，R3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径。满足条件式（2），能够合理地控制所述第一透镜物侧面的曲率半径和所述第二透镜物侧面的曲率半径比值，减缓光线的收缩转折趋势，有利于校正轴外视场的像差和畸变。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-1.5<f2/f<-1；（3）

-0.5<R3/R4<0.5；（4）

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，R3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R4表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。满足条件式（3）和（4），能够合理控制所述第二透镜的面型，减缓光线的曲折度，有利于校正所述光学镜头的高级像差。

在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：

0.04<TC23/TC34<0.05；（5）

其中，TC23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间距，TC34表示所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间距。满足条件式（5），能够合理地控制所述第二透镜至所述第四透镜中各相邻透镜在光轴上的距离，有利于降低光学镜头的敏感度，提高产品生产良率，同时使所述光学镜头的结构紧凑，实现所述光学镜头的小型化。

在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：

6<|R4/R5|<25；（6）

其中，R4表示所述第二透镜像侧面的曲率半径，R5表示所述第三透镜物侧面的曲率半径。满足条件式（6），能够合理搭配所述第二透镜像侧面和所述第三透镜物侧面的曲率半径，有利于校正轴外视场和中心视场的像差，提高所述光学镜头的解像品质。

在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：

-0.2<R5/f3<0；（7）

1<R5/R6<3；（8）

其中，f3表示所述第三透镜的有效焦距，R5表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，R6表示所述第三透镜像侧面的曲率半径。满足条件式（7）和（8），能够合理控制所述第三透镜的面型和焦距，合理控制光线入射至所述第三透镜的入射角，有利于校正场曲，提高所述光学镜头的解像品质，同时有利于缩短光学总长。

在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：

0.3<SAG32/DM3<0.5；（9）

-0.4<SAG42/DM4<-0.2；（10）

其中，SAG32表示所述第三透镜像侧面的有效口径处的矢高，SAG42表示所述第四透镜像侧面的有效口径处的矢高，DM3表示所述第三透镜的有效半口径，DM4表示所述第四透镜的有效半口径。满足条件式（9）和（10），能够合理控制所述第三透镜像侧面和所述第四透镜像侧面的弯曲程度，有利于实现所述光学镜头具有较长的焦距，均衡高像素和长焦性能。

在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：

0.3<CT4/CT5<0.6；（11）

0.5<DM4/DM5<0.6；（12）

其中，CT4表示所述第四透镜在光轴上的中心厚度，CT5表示所述第五透镜在光轴上的中心厚度，DM4表示所述第四透镜的有效半口径，DM5表示所述第五透镜的有效半口径。满足条件式（11）和（12），能够合理搭配所述第四透镜和所述第五透镜的中心厚度和有效口径，有利于实现所述光学镜头具有较长的焦距。

在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：

0.1<TC45/TTL<0.2；（13）

0.2<ET4/AT45<0.4；（14）

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，TC45表示所述第四透镜和所述第五透镜在光轴上的间隔距离，AT45表示所述第四透镜像侧面和所述第五透镜物侧面平行于光轴方向的最大距离，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度。满足条件式（13）和（14），能够合理分配所述第四透镜和所述第五透镜之间的空气间隔，有利于减小所述光学镜头的敏感度，同时，有利于系统结构的紧凑性，实现系统的小型化。

在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜均为非球面镜片。

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。

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。

第一实施例

如图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沿光轴从物侧到成像面S13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，第五透镜L5，滤光片G1。

其中，第一透镜L1具有正光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凸面；

第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3在近光轴处为凹面，第二透镜的像侧面S4为凹面；

第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面S6为凹面；

第四透镜L4具有正光焦度，第四透镜的物侧面S7为凹面，第四透镜的像侧面S8为凸面；

第五透镜L5具有负光焦度，第五透镜的物侧面S9在近光轴处为凹面，第五透镜的像侧面S10为凸面。

滤光片G1的物侧面为S11、像侧面为S12。

具体的，本发明第一实施例提供的光学镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示，其中R代表曲率半径（单位：毫米），d代表光学表面间距（单位：毫米），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

在本实施例中，光学镜头100的畸变曲线图、轴向色差曲线图和垂轴色差曲线图分别如图2、图3和图4所示。

图2的畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。其中，图2中横轴表示畸变百分比，纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可以看出光学畸变控制在2%以内，说明光学镜头100的畸变得到良好的矫正。

图3的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。其中，图3中横轴表示轴向色差值（单位：毫米），纵轴表示归一化光瞳半径。从图3中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.015mm以内，说明该光学镜头100能够有效地矫正轴向色差。

图4的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.555um）在成像面上不同像高处的色差。其中，图4中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角。从图4中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±1.5 um以内，说明该光学镜头100能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

第二实施例

请参阅图5，本发明第二实施例提供的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处主要在于，第一透镜L1像侧面为凹面。

本实施例提供的光学镜头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

在本实施例中，光学镜头200的畸变曲线图、轴向色差曲线图和垂轴色差曲线图分别如图6、图7和图8所示。

图6的畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。从图6中可以看出光学畸变控制在2%以内，说明光学镜头200的畸变得到良好的矫正。

图7的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。从图7中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.02mm以内，说明该光学镜头200能够有效地矫正轴向色差。

图8的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.555um）在成像面上不同像高处的色差。从图8中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±1 um以内，说明该光学镜头200能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

第三实施例

请参阅图9，本发明第三实施例提供的光学镜头300与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处主要在于，第一透镜L1像侧面在近光轴处为凹面。

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的畸变曲线图、轴向色差曲线图和垂轴色差曲线图分别如图10、图11和图12所示。

图10的畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。从图10中可以看出光学畸变控制在2%以内，说明光学镜头300的畸变得到良好的矫正。

图11的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。从图11中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.03mm以内，说明该光学镜头300能够有效地矫正轴向色差。

图12的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.555um）在成像面上不同像高处的色差。从图12中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在±1.15 um以内，说明该光学镜头300能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。

表7是上述三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、光圈数F#、入瞳直径EPD、光学总长TTL、像高IH及视场角2θ，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）本发明实施例提供的光学镜头由于光阑及各透镜形状设置合理，一方面具有较小的光学总长（TTL<5mm）；另一方面，镜头的有效焦距较长（f≥4.80mm），更好的均衡了长焦距和体积小型化的设计要求。

（2）采用五片具有特定光焦度的非球面镜片，可采用全塑胶非球面镜片，通过特定的表面形状搭配，使得镜头具有较高像素的成像质量。

第四实施例

请参阅图13，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可以是智能手机、平板电脑、监控设备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具有长焦距、高像素、小型化的优点，具有光学镜头100的成像设备400也具有长焦距、高像素、小型化的优点。

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、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；

所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的物侧面为凸面；

所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第二透镜的像侧面为凹面；

所述第三透镜具有负光焦度，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；

所述第四透镜具有正光焦度，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；

所述第五透镜具有负光焦度，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面；

其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为非球面镜片；

所述光学镜头满足以下条件式：

0.1<TC45/TTL<0.2；

0.2<ET4/AT45<0.4；

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，TC45表示所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的空气间距，AT45表示所述第四透镜像侧面与所述第五透镜物侧面平行于光轴方向的最大距离，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度。

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：

-1<R3/f<-0.5；

其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，R3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径。

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：

-0.6<R1/R3<-0.2；

其中，R1表示所述第一透镜物侧面的曲率半径，R3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径。

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：

-1.5<f2/f<-1；

-0.5<R3/R4<0.5；

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，R3表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R4表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。

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：

0.04<TC23/TC34<0.05；

其中，TC23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间距，TC34表示所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间距。

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：

6<|R4/R5|<25；

其中，R4表示所述第二透镜像侧面的曲率半径，R5表示所述第三透镜物侧面的曲率半径。

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：

-0.2<R5/f3<0；

1<R5/R6<3；

其中，f3表示所述第三透镜的有效焦距，R5表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，R6表示所述第三透镜像侧面的曲率半径。

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：

0.3<SAG32/DM3<0.5；

-0.4<SAG42/DM4<-0.2；

其中，SAG32表示所述第三透镜像侧面的有效口径处的矢高，SAG42表示所述第四透镜像侧面的有效口径处的矢高，DM3表示所述第三透镜的有效半口径，DM4表示所述第四透镜的有效半口径。

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：

0.3<CT4/CT5<0.6；

0.5<DM4/DM5<0.6；

其中，CT4表示所述第四透镜在光轴上的中心厚度，CT5表示所述第五透镜在光轴上的中心厚度，DM4表示所述第四透镜的有效半口径，DM5表示所述第五透镜的有效半口径。

10.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-9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。