CN114578513B - 光学成像镜头 - Google Patents

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Abstract

一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，其中第一透镜至第五透镜为非球面透镜且具有屈光度，所述第六透镜为超透镜且具有正的屈光度。

Description

光学成像镜头
技术领域
本发明涉及一种光学成像镜头。
背景技术
可携式电子装置的规格日新月异，做为关键零组件之一的光学成像镜头也更加多样化发展。对于如何使可携式电子装置的镜头在有限的系统长度下具备各种焦段并提供高像素与高分辨率是需要挑战并解决的问题。
发明内容
本发明提供一种光学成像镜头，具备各种焦段，光学表现佳，且系统长度小。
根据本发明一实施例，提供一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，其中第一透镜至第五透镜为非球面透镜且具有屈光度，所述第六透镜为超透镜且具有正的屈光度。
基于上述，本发明实施例提供的光学成像镜头包括多个透镜以及一超透镜。超透镜以二元图案(binary pattern)取代了常规的多片透镜，大幅缩小光学成像镜头的系统长度，成像镜头具备各种焦段，且光学表现佳。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明实施例的光学成像镜头的示意图；
图1B至图1D为图1A所示光学成像镜头的像差曲线图；
图2为本发明实施例的超透镜的平面视图；
图3为本发明实施例的超透镜的平面视图；
图4为本发明实施例的超透镜的横截面视图。
附图标号说明：
0:光圈；
1、2、3、4、5、6:透镜；
9:滤光片；
10:光学成像镜头；
15、25、35、45、55、65、95:物侧面；
16、26、36、46、56、66、96:像侧面；
99:成像面；
601:基板；
601T:第一面；
601D:第二面；
602:微结构；
602T:顶面；
A1:物侧；
A2:像侧；
C:对称中心；
I:光轴
具体实施方式
图1A为本发明实施例的光学成像镜头的示意图，而图1B至图1D为光学成像镜头的各项像差曲线图。请先参照图1A，本实施例的光学成像镜头10从物侧A1至像侧A2沿光学成像镜头10的光轴I依序包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光圈0、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6以及滤光片9。当由一待拍摄物所发出的光线进入光学成像镜头10，并依序透射第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光圈0、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6以及滤光片9之后，会在成像面99(image plane)形成图像。第一透镜1至第五透镜5为非球面透镜且屈光度依序为负、正、负、正、负，第六透镜6为超透镜且具有正的屈光度。
滤光片9例如为红外线截止滤光片(infrared cut-off filter)，其可以让具有适当波长的光线(例如红外线或可见光)通过，而滤除想要滤除的红外线波段。滤光片9设置于第六透镜6与成像面99之间。补充说明的是，物侧A1是朝向待拍摄物的一侧，而像侧A2是朝向成像面99的一侧。
在本实施例中，光学成像镜头10的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6及滤光片9都各自具有朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面15、25、35、45、55、65、95及朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面16、26、36、46、56、66、96。
在本实施例中，第一透镜1为凸面朝向物侧A1的负弯月形透镜，且第一透镜1的物侧面15与像侧面16皆为非球面(aspheric surface)。第二透镜2为双凸透镜，且第二透镜2的物侧面25与像侧面26皆为非球面。第三透镜3为双凹透镜，且第三透镜3的物侧面35与像侧面36皆为非球面。第四透镜4为凸面朝向像侧A2的正弯月形透镜，且第四透镜4的物侧面45与像侧面46皆为非球面。第五透镜5为双凹透镜，且第五透镜5的物侧面55与像侧面56皆为非球面。
关于被用做为第六透镜6的超透镜(以下称超透镜6)，请同时参照图1A、图2、图3及图4，其分别示出本发明实施例的超透镜的平面视图(图2及图3)或横截面视图(图4)。超透镜6包括基板601以及设置于基板601上的多个微结构602。多个微结构602设置于基板601的第一面601T上。基板601的第二面601D即为超透镜6的像侧面66，且多个微结构602的顶面602T构成超透镜6的物侧面65。超透镜6还包括对称中心C，且多个微结构602相对于对称中心C以圆对称的方式配置。光轴I穿过对称中心C，且平行于基板601的法线。超透镜6以上述微结构602所构成的二元图案取代了常规的多片透镜，提供所需的相位延迟，大幅缩小光学成像镜头10的系统长度。
在本发明的一实施例中，请参照图2及图4，每一微结构602为圆柱，其中图4可以视为是沿图2的线AA’的横截面视图。多个微结构602可以如图2及图4所示在垂直于光轴I的方向上具有不同的宽度。
在本发明的另一实施例中，请参照图3及图4，基板601上设置了多个圆环状的微结构602以及设置于对称中心C处的圆柱状的微结构602，其中圆环状的微结构602相对于对称中心C以圆对称的方式配置，且对称中心C与光轴I重叠，其中图4可以视为是沿图3的线AA’的横截面视图。多个微结构602可以如图3及图4所示在垂直于光轴I的方向上具有不同的宽度。
在图2至图4所示的实施例中，环状的微结构602或柱状的微结构602在垂直于光轴I的方向上的宽度可以落在50nm至230nm的范围内。在平行于光轴I的方向上的高度可以落在550nm至650nm的范围内，在一实施例中为600nm。一柱状的微结构602的中心以及相邻的另一柱状的微结构602的中心之间的距离可以落在230nm至270nm的范围内，在一实施例中为250nm。在一些实施例中，一柱状的微结构602的中心以及相邻的另一柱状的微结构602的中心之间的距离可以小于或等于0.75λ，其中λ为可见光波长。在一些实施例中，环状的微结构602或柱状的微结构602在平行于光轴I的方向上的高度与在垂直于光轴I的方向上的宽度的比值大于2.5且小于12。在一些实施例中，环状的微结构602或柱状的微结构602具有折射率n，且n落在2.4至2.7的范围内。
本实施例的其他详细光学数据如表一所示。光学成像镜头10的整体有效焦距(Effective Focal Length,EFL)为14.46毫米(millimeter,mm)，半视角(half field ofview,HFOV)为9.76°，系统长度(TTL)为11毫米，光圈值(F-number)为3.40，像高为2.5毫米，其中系统长度TTL是指由第一透镜1的物侧面15到成像面99在光轴I上的距离。
表一：
Figure BDA0003532321900000051
表一所示的物侧面15的曲率半径所指为第一透镜1的物侧面15在光轴区域的曲率半径，像侧面16的曲率半径所指为第一透镜1的像侧面16在光轴区域的曲率半径，依此类推。物侧面15的间距(如表一所示为0.400mm)所指为物侧面15与下一个表面(此例中为像侧面16)在光轴I上的间距，即第一透镜1在光轴I上的厚度为0.400mm，像侧面16的间距(如表一所示为0.100mm)所指为像侧面16与物侧面25在光轴I上的间距，即第一透镜1与第二透镜2在光轴I上的间隙为0.100mm，依此类推。
根据表一，第一透镜1的物侧面15为凸面且像侧面16为凹面，第二透镜2的物侧面25为凸面且像侧面26为凸面，第三透镜3的物侧面35为凹面且像侧面36为凹面，第四透镜4的物侧面45为凹面且像侧面46为凸面，第五透镜5的物侧面55为凹面且像侧面56为凹面。第一透镜1至第五透镜5的折射率落在1.5至1.7的范围内，第六透镜6的基板601的折射率落在1.4至1.5的范围内，在本实施例为1.458。
在本发明的一些实施例中，光学成像镜头满足条件式TTL/EFL<0.8，TTL为第一透镜1的物侧面15到成像面99在光轴I上的距离，EFL为光学成像镜头的有效焦距。在本发明的一些实施例中，光学成像镜头满足条件式0.5×TTL<D1<0.75×TTL，D1为光圈0与第六透镜6在光轴I上的距离。
在本实施例中，第一透镜1至第五透镜5的物侧面15、25、35、45、55及像侧面16、26、36、46、56共计十个面均是非球面，而这些非球面是依下列公式(1)定义：
Figure BDA0003532321900000061
Y：非球面曲线上的点与光轴I的距离；
Z：非球面深度，即非球面上距离光轴I为Y的点，与相切于非球面于光轴上顶点的切面，两者间的垂直距离；
R：透镜表面的曲率半径；
K：圆锥系数；
a2i：第2i阶非球面系数。
上述非球面在公式(1)中的各项非球面系数如下表二所示。其中，表二中栏位编号15表示其为第一透镜1的物侧面15的非球面系数，栏位编号16表示其为第一透镜1的像侧面16的非球面系数，其它栏位依此类推。
表二：
面 K a4 a6 a8 a10
15 0 1.29E-03 -3.86E-05 1.44E-06 -6.17E-06
16 0 2.13E-03 1.17E-04 -2.39E-05 -8.72E-06
25 0 -1.18E-03 -7.56E-05 -3.36E-05 -5.45E-06
26 0 1.56E-03 -9.25E-06 -3.35E-05 4.00E-06
35 0 1.72E-03 2.31E-04 -2.29E-05 3.75E-06
36 0 -7.96E-04 2.29E-05 1.06E-05 -9.03E-06
45 0 -1.44E-02 -2.17E-03 -2.46E-04 9.30E-04
46 0 4.60E-03 -6.83E-03 -1.67E-03 7.45E-04
55 0 -3.08E-02 -7.17E-03 -1.45E-03 -1.20E-03
56 0 -3.48E-02 2.08E-03 -1.49E-03 1.47E-04
超透镜6(第六透镜6)的物侧面65及像侧面66的二元系数(Binary coefficients)如表三所示。
表三：
面 p2 p4 p6 p8
65 5.74E+04 -1.37E+04 1.51E+04 4.68E+05
66 -4.97E+04 -8.82E+03 -1.94E+04 4.95E+03
参照图1B至图1D，图1B与图1C分别说明当光波长为650nm、610nm、555nm、510nm及470nm时在成像面99上有关弧矢(Sagittal)方向的场曲(Field Curvature)像差及子午(Tangential)方向的场曲像差，图1D则说明当光波长为650nm、610nm、555nm、510nm及470nm时在成像面99上的畸变像差(Distortion Aberration)。
在图1B与图1C的二个场曲像差图中，上述五种代表波长在整个视场范围内的场曲像差落在±0.06毫米内，说明本实施例的光学系统能有效消除像差。而图1D的畸变像差图则显示本实施例的畸变像差维持在±2％的范围内，说明本实施例的畸变像差具备光学系统的成像质量要求，据此说明本实施例相较于现有光学镜头，在光圈值为3.40且像高为2.5毫米的条件下，仍能提供良好的成像质量，且系统长度仅11毫米。
综上所述，本发明实施例提供的光学成像镜头包括多个透镜以及一超透镜。超透镜以二元图案取代了常规的多片透镜，大幅缩小光学成像镜头的系统长度，成像镜头具备各种焦段，且光学表现佳。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对所公开的实施例进行各种修改和变型。鉴于前述内容，旨在使本公开涵盖落入所附权利要求范围及其等同物的范围内的修改和变型。

Claims (14)

1.一种光学成像镜头，其特征在于，从物侧至像侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，其中所述第一透镜至所述第五透镜为非球面透镜，所述第一透镜具有负的屈光度，所述第二透镜具有正的屈光度，所述第三透镜具有负的屈光度，所述第四透镜具有正的屈光度，所述第五透镜具有负的屈光度，所述第六透镜为超透镜且具有正的屈光度，所述光学成像镜头具有屈光度的透镜总数为6片，
其中所述光学成像镜头满足条件式TTL/EFL<0.8，TTL为所述第一透镜的物侧面到成像面在所述光轴上的距离，EFL为所述光学成像镜头的有效焦距。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，还包括光圈，设置于所述第三透镜与所述第四透镜之间。
3.根据权利要求2所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式0.5×TTL<D1<0.75×TTL，D1为所述光圈与所述第六透镜在所述光轴上的距离。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第六透镜包括基板以及设置于所述基板上的多个微结构，且所述多个微结构相对于所述光轴以圆对称的方式配置。
5.根据权利要求4所述的光学成像镜头，其特征在于，每一所述微结构在垂直于所述光轴的方向上具有宽度W1，在平行于所述光轴的方向上具有宽度W2，且2.5<W2/W1<12。
6.根据权利要求5所述的光学成像镜头，其特征在于，宽度W1落在50nm至230nm的范围内。
7.根据权利要求4所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头满足条件式D2≤0.75λ，D2为两两相邻的所述微结构之间的距离，λ为可见光波长。
8.根据权利要求4所述的光学成像镜头，其特征在于，所述多个微结构包括多个圆环，且所述多个圆环的对称中心与所述光轴重叠。
9.根据权利要求4所述的光学成像镜头，其特征在于，所述多个微结构以阵列形式设置于所述基板上，且每一所述微结构为圆柱。
10.根据权利要求4所述的光学成像镜头，其特征在于，所述多个微结构具有折射率n，且n落在2.4至2.7的范围内。
11.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜为凸面朝向物侧的负弯月形透镜。
12.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第四透镜为凸面朝向像侧的正弯月形透镜。
13.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第二透镜为双凸透镜。
14.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第三透镜以及所述第五透镜为双凹透镜。
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