CN114326054B - 光学镜头 - Google Patents

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：具有负光焦度的第一透镜，其物侧面在近光轴处为凹面、像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第三透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其物侧面为凹面、像侧面在近光轴处为凹面。该光学镜头具有大广角、高像素、体积小的优点。

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

近年来，随着科学技术的快速发展，各行各业对于光学镜头的需求量日益增多，特别是，随着新兴光学产业(VR/AR)的飞速发展，用户对于VR/AR领域成像设备提出了更高要求，对与之搭配的镜头的成像质量要求也越来越高。

由于VR/AR比较多地被应用在头戴式产品、便携式电子产品上，这就需要镜头具有较小的体积和较大的视场角来捕捉大范围内的一些信息，为了让这些信息经VR/AR设备更准确地还原，需要镜头有较小的畸变。而现有技术中使用的光学镜头普遍存在像素低、体积大等缺点，无法同时满足大广角、高像素、小型化等要求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头，具有大广角、高像素、体积小的优点，能够很好满足VR/AR等电子设备的使用需求。

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：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面，所述第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面。

相较现有技术，本发明提供的光学镜头，通过合理的搭配五个具有特定光焦度的透镜之间的镜片形状和合理的光焦度组合，在满足大视场角、高像素的同时结构更加紧凑、微型化，能够有效提升用户的体验感。

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f-θ畸变曲线图；

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场曲曲线图；

图7为本发明第二实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图；

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场曲曲线图；

图11为本发明第三实施例的光学镜头的f-θ畸变曲线图；

图12为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

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，第四透镜，第五透镜及滤光片。

其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面，第一透镜的像侧面为凹面。

第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面。

第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第三透镜的像侧面为凹面。

第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面。

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

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

2.4<TTL/f<2.5；（1）

其中，f表示所述光学镜头的焦距，TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式（1），通过合理设置光学总长及焦距关系，使得所述光学镜头具有较短的总长，有利于实现镜头的大视场与系统小型化的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

-5<R1/f<-1；（2）

其中，f表示所述光学镜头的焦距，R1表示第一透镜的物侧面的曲率半径。满足条件式（2），通过合理设置第一透镜的物侧面面型，使所述光学镜头具有合适的视场深度，有利于实现镜头的大视角效果。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0<SAG11/SAG12<0.35；（3）

其中，SAG11表示第一透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG12表示第一透镜的像侧面在有效口径处的矢高。满足条件式（3），通过合理设置第一透镜的矢高关系，降低所述第一透镜的敏感度，有利于提高生产良率。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.55<ET2/ET1<0.85；（4）

其中，ET1表示第一透镜在有效口径处的边缘厚度，ET2表示第二透镜在有效口径处的边缘厚度。满足条件式（4），通过合理设置第一、二透镜的边缘厚度，使镜头的头部尺寸做小，减小设备的屏幕开窗面积，有利于实现镜头的头部小型化，提高便携式电子产品的屏占比。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.11<CT45/TTL<0.15；（5）

2.5<CT45/(CT23+CT34)<3.5；（6）

其中，CT23表示第二透镜和第三透镜在光轴上的间隔距离，CT34表示第三透镜和第四透镜在光轴上的间隔距离，CT45表示第四透镜和第五透镜在光轴上的间隔距离，TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式（5）和（6），通过合理设计第二透镜至第五透镜各相邻透镜间光轴上的空气间隔，使系统结构更加紧凑，有利于实现系统小型化；同时，有利于降低所述光学镜头的敏感度，提高生产良率。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

2.0<CT2/CT3<3.5；（7）

2.5<CT4/CT3<4.5；（8）

其中，CT2表示第二透镜的中心厚度，CT3表示第三透镜的中心厚度，CT4表示第四透镜的中心厚度。满足条件式（7）和（8），通过合理设计第二、三、四透镜的厚度比值，有利于提高中心视场的解像质量，同时有利于缩短所述光学镜头的总长，实现系统小型化。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1<R7/f4<10；（9）

-18<R7/R8<-3；（10）

其中，f4表示第四透镜的焦距，R7表示第四透镜的物侧面的曲率半径，R8表示第四透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（9）和（10），通过合理设计第四透镜的面型及焦距，减缓各视场的光线转折趋势，有利于校正轴外视场和中心视场的像差和畸变。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.25<(SAG52-SAG51)/DM52<0.3；（11）

其中，SAG51表示第五透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG52表示第五透镜的像侧面在有效口径处的矢高，DM52表示第五透镜的像侧面的有效口径。满足条件式（11），通过合理设置第五透镜的矢高及口径关系，可有效控制光线入射角的分布，有利于校正所述光学镜头的高级像差。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1<R9/f5<5；（12）

-6<R9/R10<-1；（13）

其中，f5表示第五透镜的焦距，R9表示第五透镜的物侧面的曲率半径，R10表示第五透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（12）和（13），能够合理控制第五透镜的焦距及面型，提高轴外视场的相对照度，同时有利于减小所述光学镜头的总长，能够更好实现所述光学镜头的大视场和小型化的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.6mm/rad<IH/θ<2.0mm/rad；（14）

FOV>125°；（15）

其中，θ表示所述光学镜头的半视场角（单位，弧度），IH表示所述光学镜头的半视场角对应的像高，FOV表示所述光学镜头的视场角。满足上述条件式（14）和（15），可使所述光学镜头具有较大的视场角，能够很好的实现大视场角和大像面的合理均衡。

作为一种实施方式，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜可以是非球面镜片，可选的，上述透镜均采用塑胶非球面镜片。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，当透镜采用非球面透镜时，非球面镜头的表面形状均满足下列方程：

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，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：第一透镜L1，光阑ST，第二透镜L2，第三透镜L3，第四透镜L4，第五透镜L5及滤光片G1。

其中，第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凹面，第一透镜的像侧面S2为凹面。

第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3和像侧面S4均为凸面。

第三透镜L3具有负光焦度，第三透镜的物侧面S5在近光轴处为凸面，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和像侧面S8均为凸面。

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

滤光片G1的物侧面为S11、像侧面为S12。

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均为塑胶非球面透镜。

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。

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的象散曲线、光学畸变和垂轴色差图分别如图2、图3和图4所示。

图2的象散曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图中横轴表示偏移量（单位：毫米），纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可看出，在子午方向和弧矢方向像面的象散控制在±0.2毫米以内，说明光学镜头100的象散矫正良好。

图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的f-θ畸变。其中，图中横轴表示f-θ畸变百分比，纵轴表示视场角（单位：度）。从图3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4的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长在成像面上不同像高处的色差。其中，图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微米以内，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，所示为本实施例提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例中的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：各透镜的曲率半径、材料选择、透镜厚度及间距不同。

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的象散曲线、光学畸变和垂轴色差图分别如图6、图7和图8所示。

图6的象散曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图6中可看出两个方向像面的象散控制在±0.2毫米以内，说明光学镜头200的象散矫正良好。

图7的畸变曲线表示成像面上不同像高处的f-θ畸变。从图7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8的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长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±1.8微米以内，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，所示为本实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例中的光学镜头300与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：各透镜的曲率半径、材料选择、透镜厚度及间距不同。

本发明第三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的象散曲线、光学畸变和垂轴色差图分别如图10、图11和图12所示。

图10的象散曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图10中可看出两个方向像面的象散控制在±0.2毫米以内，说明光学镜头300的象散矫正良好。

图11的畸变曲线表示成像面上不同像高处的f-θ畸变。从图11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12的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长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±1.8微米以内，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。

请参照表7，所示是上述三个实施例提供的光学镜头分别对应的光学特性。其中，光学特性主要包括光学镜头的焦距f、光圈数F#、入瞳直径EPD、光学总长TTL及视场角FOV，以及与前述每个条件式对应的相关数值。

表7

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）本发明的光学镜头的视场角可达130°，在实现大视场角的同时可有效修正光学畸变，控制f-θ畸变在±2%以内，能够满足大视场角且高清晰成像需要。

（2）本发明的光学镜头采用5片具有特定光焦度的透镜结构，通过各个透镜特定的表面形状搭配，有效地缩短镜头总长（TTL<4.3mm），减小镜头的头部外径，实现镜头的小型化，能够更好的满足VR/AR等电子设备的使用需求。

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 (9)

1.一种光学镜头，其特征在于，共五片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面；

光阑；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

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

所述光学镜头满足以下条件式：

0.2<(SAG52-SAG51)/DM52<0.3；

2.4<TTL/f<2.5；

其中，SAG51表示所述第五透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG52表示所述第五透镜的像侧面在有效口径处的矢高，DM52表示所述第五透镜的像侧面的有效口径，f表示所述光学镜头的焦距，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

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：

-5<R1/f<-1；

其中，f表示所述光学镜头的焦距，R1表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径。

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<SAG11/SAG12<0.35；

其中，SAG11表示所述第一透镜的物侧面在有效口径处的矢高，SAG12表示所述第一透镜的像侧面在有效口径处的矢高。

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：

0.55<ET2/ET1<0.85；

其中，ET1表示所述第一透镜在有效口径处的边缘厚度，ET2表示所述第二透镜在有效口径处的边缘厚度。

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：

0.11<CT45/TTL<0.15；

2.5<CT45/(CT23+CT34)<3.5；

其中，CT23表示所述第二透镜和所述第三透镜在光轴上的间隔距离，CT34表示所述第三透镜和所述第四透镜在光轴上的间隔距离，CT45表示所述第四透镜和所述第五透镜在光轴上的间隔距离，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

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：

2.0<CT2/CT3<3.5；

2.5<CT4/CT3<4.5；

其中，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，CT4表示所述第四透镜的中心厚度。

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：

1<R7/f4<10；

-18<R7/R8<-3；

其中，f4表示所述第四透镜的焦距，R7表示所述第四透镜的物侧面的曲率半径，R8表示所述第四透镜的像侧面的曲率半径。

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：

1<R9/f5<5；

-6<R9/R10<-1；

其中，f5表示所述第五透镜的焦距，R9表示所述第五透镜的物侧面的曲率半径，R10表示所述第五透镜的像侧面的曲率半径。

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：

1.6mm/rad<IH/θ<2.0mm/rad；

FOV>125°；

其中，θ表示所述光学镜头的半视场角，IH表示所述光学镜头的半视场角对应的像高，FOV表示所述光学镜头的视场角。

Images