CN115097613A - 光学镜头及成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学镜头及成像设备,该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,其物侧面为凸面,其像侧面为凹面;具有负光焦度的第二透镜,其物侧面在近光轴处为凹面,其像侧面为凹面;具有正光焦度的第三透镜,其物侧面和像侧面均为凸面;光阑;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,其像侧面为凹面;具有正光焦度的第六透镜,其物侧面和像侧面均为凸面;具有负光焦度的第七透镜,其物侧面为凹面;具有负光焦度的第八透镜,其物侧面在近光轴处为凸面,像侧面在近光轴处为凹面。本发明通过采用玻塑混合结构,且合理约束各透镜的面型及光焦度,使其满足大视场角和高像素的均衡。
Description
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
随着科技的发展,对光学镜头的性能要求也越来越高,越来越多的摄像场景需要光学镜头具有大视场角。其中广角镜头中的全景镜头具有光学系统视场角大、视野宽阔等特点,其从某一视点观察到的景物范围要比人眼在同一视点所看到的大得多,然而缺点是容易产生失真、畸变大。
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,至少具有大视场角、高像素、小畸变的优点。
本发明通过以下技术方案实现上述发明目的。
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:具有负光焦度的第一透镜,其物侧面为凸面、像侧面为凹面;具有负光焦度的第二透镜,其物侧面在近光轴处为凹面、像侧面为凹面;具有正光焦度的第三透镜,其物侧面为凸面、像侧面为凸面;光阑;具有正光焦度的第四透镜,其物侧面为凸面、像侧面为凸面;具有负光焦度的第五透镜,其像侧面为凹面;具有正光焦度的第六透镜,其物侧面为凸面、像侧面为凸面;具有负光焦度的第七透镜,其物侧面为凹面;具有负光焦度的第八透镜,其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面。其中,所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜均为塑胶非球面镜片,所述第一透镜以及所述第三镜片均为玻璃球面镜片。
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,采用两片玻璃镜片+六片塑胶镜片的玻塑混合结构,以及通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配,使得光学镜头具有大视场角、高像素和小畸变的优点。
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F-Theta畸变曲线图;
图3为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图;
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F-Theta畸变曲线图;
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F-Theta畸变曲线图;
图11为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图;
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为本发明第四实施例的光学镜头的结构示意图;
图14为本发明第四实施例的光学镜头的F-Theta畸变曲线图;
图15为本发明第四实施例的光学镜头的场曲曲线图;
图16为本发明第四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、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及滤光片。
其中,第一透镜具有负光焦度,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;
第三透镜具有正光焦度,第三透镜的物侧面为凸面;第三透镜的像侧面为凸面;
第四透镜具有正光焦度,第四透镜的物侧面为凸面,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凸面或凹面,第五透镜的像侧面为凹面;
第六透镜具有正光焦度,第六透镜的物侧面为凸面,第六透镜的像侧面为凸面;
第七透镜具有负光焦度,第七透镜的物侧面为凹面,第七透镜的像侧面在近光轴处为凸面或凹面;
第八透镜具有负光焦度,第八透镜的物侧面在近光轴处为凸面,第八透镜的像侧面在近光轴处为凹面。
上述透镜中,第一透镜以及第三透镜为玻璃球面镜片,第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜均为塑胶非球面镜片。本发明通过采用玻璃材料镜片与塑胶材料镜片的混合搭配,以及合理约束各透镜的面型及光焦度,使其结构紧凑的同时实现了大视场角、高像素和小畸变的均衡。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
DM1/(2×R12)<3.1;(1)
其中,DM1表示所述第一透镜的有效直径,R12表示所述第一透镜像侧面的曲率半径。满足条件式(1)时,通过合理配置第一透镜,有利于光学镜头的生产加工,提升光学镜头的生产良率。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
1.9<f/EPD<2.3;(2)
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(2)时,使光学镜头在实现大视场角的同时实现超大光圈,使光学镜头在夜间、大场景、大温差等复杂环境下均能实现高像素成像。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
8<TTL/f<12;(3)
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。满足条件式(3)时,通过合理控制光学镜头的光学总长与有效焦距的比值,有利于缩短光学镜头的光学总长,实现光学镜头的小型化。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.01<TTL/H/FOV<0.02;(4)
其中,TTL表示所述光学镜头的光学总长,H表示所述光学镜头最大视场角对应的像高,FOV表示所述光学镜头的最大视场角。满足条件式(4)时,通过合理控制TTL/H/FOV的比值,有利于光学系统总长的减小以及视场角的扩大。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
-13.5mm<f1<-10.5mm;(5)
20mm<R11<36mm;(6)
6mm<R12<6.5mm;(7)
3<R11/R12<5.8;(8)
其中,f1表示所述第一透镜的有效焦距,R11表示所述第一透镜物侧面的曲率半径,R12表示所述第一透镜像侧面的曲率半径。满足条件式(5)至条件式(8)时,通过合理控制第一透镜的光焦度和面型,可增强第一透镜对光线的收集能力,实现光学镜头超大视场角。如果R11超过上限值会使得光线入射角过大,会对相对照度造成一定影响;如果R12超过上限值则会使得光线出射角过大,对于场曲的矫正会产生影响;如果R11、R12低于下限值,则不利于第一透镜的加工。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
-1.3<f/f5-f/f6<-0.8;(9)
其中,f表示所述光学镜头的有效焦距,f5表示所述第五透镜的有效焦距,f6表示所述第六透镜的有效焦距。满足条件式(9)时,可以使得第五透镜和第六透镜的屈折力较为合理,可以有效控制镜头对于误差的敏感度,并修正像差;同时,可以避免第五透镜负屈折力过小,第六透镜的正屈折力过大,从而防止因环境温度改变引起热胀冷缩现象对光学镜头的影响。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.86<DM61/DM62<0.93;(10)
其中,DM61表示所述第六透镜物侧面的有效直径,DM62表示所述第六透镜像侧面的有效直径。满足条件式(10)时,通过合理控制第六透镜的面型,有利于降低镜片成型与组装的难度,提升光学镜头的生产良率。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.5<CT3/DM3 <1.1;(11)
其中,CT3表示所述第三透镜的中心厚度,DM3表示所述第三透镜的有效直径。满足条件式(11)时,可以有效控制第三透镜的弯曲形状,能够有效减缓光线的转折趋势,有效矫正轴外视场的像差和畸变,使得镜头高品质成像。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
4.1<(CT4+CT5+CT6+CT7)/(T45+T56+T67)<13.1;(12)
其中,CT4表示所述第四透镜的中心厚度,CT5表示所述第五透镜的中心厚度,CT6表示所述第六透镜的中心厚度,CT7表示所述第七透镜的中心厚度,T45表示所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的空气间距,T56表示所述第五透镜与所述第六透镜在光轴上的空气间距,T67表示所述第六透镜与所述第七透镜在光轴上的空气间距。满足条件式(12)时,能够合理地控制第四透镜至第七透镜各透镜之间的厚度与间隔,有利于降低光学镜头的敏感度,同时使光学镜头结构更加紧凑。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
-1<(R51+R52)/(R51-R52)<4;(13)
其中,R51表示所述第五透镜物侧面的曲率半径,R52表示所述第五透镜像侧面的曲率半径。满足条件式(13)时,通过合理控制第五透镜的面型,可进一步修正光学透镜组的像散、场曲、色差或者球差。
在一些实施例中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.02<BFL/TTL<0.05;(14)
其中,BFL表示所述光学镜头的光学后焦,TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式(14)时,通过合理控制光学镜头的光学后焦与光学总长的比值,可实现光学镜头的小型化。
作为一种实施方式,采用两片玻璃球面镜片和六片塑胶非球面镜片的玻塑混合搭配结构,可以实现大视场角和高像素的均衡。其中,第一透镜以及第三透镜采用玻璃球面镜片,通过玻璃自身低色散的特点,有效矫正了光学系统的几何色差;第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜采用塑胶非球面镜片,通过采用非球面镜片,可以有效降低成本、修正像差,提供更高性价比的光学性能产品。
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,透镜的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为二次曲面系数,A2i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中提供的光学镜头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:第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑ST、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8以及滤光片G1。
其中,第一透镜L1具有负光焦度,第一透镜的物侧面S1为凸面,第一透镜的像侧面S2为凹面;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具有正光焦度,第三透镜的物侧面S5为凸面,第三透镜的像侧面S6为凸面;第四透镜L4具有正光焦度,第四透镜的物侧面S7为凸面,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为凹面,第五透镜的像侧面S10为凹面;第六透镜L6具有正光焦度,第六透镜的物侧面S11为凸面,第六透镜的像侧面S12为凸面;第七透镜L7具有负光焦度,第七透镜的物侧面S13为凹面,第七透镜的像侧面S14为凸面;第八透镜L8具有负光焦度,第八透镜的物侧面S15在近光轴处为凸面,第八透镜的像侧面S16在近光轴处为凹面;滤光片 G1 的物侧面为 S17、像侧面为 S18;同时,第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及第八透镜L8均为塑胶非球面镜片,第一透镜L1以及第三透镜L3为玻璃球面镜片。
具体的,本实施例提供的光学镜头100的各透镜的设计参数如表1所示。
表1
本实施例中,光学镜头100中各个透镜的非球面参数如表2所示。
表2
请参照图2、图3以及图4,所示分别为光学镜头100的F-Theta畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图。从图中可以看出,光学镜头100的F-Theta畸变小于6%,场曲的偏移量控制在±0.05mm以内,垂轴色差的偏移量控制在±5μm以内,说明光学镜头100的畸变、场曲、垂轴色差得到良好矫正。
第二实施例
请参阅图5,所示为本发明第二实施例提供的光学镜头200的结构示意图,本实施例的光学镜头200与上述第一实施例大致相同,不同之处主要在于:第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面,以及各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。
具体的,本实施例提供的光学镜头200的设计参数如表3所示。
表3
本实施例中,光学镜头200中各个透镜的非球面参数如表4所示。
表4
请参照图6、图7以及图8,所示分别为光学镜头200的F-Theta畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图。从图中可以看出,光学镜头200的F-Theta畸变小于6%,场曲的偏移量控制在±0.05mm以内,垂轴色差的偏移量控制在±4μm以内,说明光学镜头200的畸变、场曲、垂轴色差得到良好矫正。
第三实施例
请参照图9,所示为本发明第三实施例提供的光学镜头300的结构示意图,本实施例的光学镜头300与上述第一实施例大致相同,不同之处主要在于:第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面,第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面以及各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。
具体的,本实施例提供的光学镜头300的设计参数如表5所示。
表5
本实施例中,光学镜头300中各个透镜的非球面参数如表6所示。
表6
请参照图10、图11以及图12,所示分别为光学镜头300的F-Theta畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图。从图中可以看出,光学镜头300的F-Theta畸变小于8%,场曲的偏移量控制在±0.05mm以内,垂轴色差的偏移量控制在±3μm以内,说明光学镜头300的畸变、场曲、垂轴色差得到良好矫正。
第四实施例
请参照图13,所示为本发明第四实施例提供的光学镜头400的结构示意图,本实施例的光学镜头400与上述第一实施例大致相同,不同之处主要在于:第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面,第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面以及各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。
具体的,本实施例提供的光学镜头400的设计参数如表7所示。
表7
本实施例中,光学镜头400中各个透镜的非球面参数如表8所示。
表8
请参照图14、图15以及图16,所示分别为光学镜头400的F-Theta畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图。从图中可以看出,光学镜头400的F-Theta畸变小于±3%,场曲的偏移量控制在±0.05mm以内,垂轴色差的偏移量控制在±4.5μm以内,说明光学镜头400的畸变、场曲、垂轴色差得到良好矫正。
请参阅表9,所示为上述四个实施例中提供的光学镜头分别对应的光学特性,包括光学镜头的视场角2θ、光学总长TTL、实际半像高IH、有效焦距f,以及与前述的每个条件式对应的相关数值。
表9
与现有技术相比,本发明提供的玻塑混合的光学镜头至少具有以下优点:
(1)由于玻璃的透光性更好、折射率更高,本发明提供的光学镜头中通过采用2片玻璃镜片+6片塑胶镜片的玻塑混合结构,可与目前主流的8片塑胶镜头的光学质量基本一致,且透光率及光学性能更优益,实现了镜头高像素。
(2)本发明提供的光学镜头,采用八片玻塑混合镜片,通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配,满足了镜头大视场角的需求,同时具有高像素、低敏感性、良好解像力、小畸变等优点。
第五实施例
本发明第五实施例提供一种成像设备,该成像设备可以包括成像元件和上述任一实施例中的光学镜头(例如光学镜头100)。成像元件可以是CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor,互补性金属氧化物半导体)图像传感器,还可以是CCD(ChargeCoupled Device,电荷耦合器件)图像传感器。
该成像设备可以是智能手机、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包括光学镜头100,由于光学镜头100具有大视场角、高像素、小畸变、结构紧凑、低敏感性的优点,具有光学镜头100的成像设备也具有大视场角、高像素、小畸变、结构紧凑、低敏感性的优点。
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专利范围的限制。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,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
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:
具有负光焦度的第一透镜,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在近光轴处为凹面,所述第二透镜的像侧面为凹面;
具有正光焦度的第三透镜,所述第三透镜的物侧面为凸面,所述第三透镜的像侧面为凸面;
光阑;
具有正光焦度的第四透镜,所述第四透镜的物侧面为凸面,所述第四透镜的像侧面为凸面;
具有负光焦度的第五透镜,所述第五透镜的像侧面为凹面;
具有正光焦度的第六透镜,所述第六透镜的物侧面为凸面,所述第六透镜的像侧面为凸面;
具有负光焦度的第七透镜,所述第七透镜的物侧面为凹面;
具有负光焦度的第八透镜,所述第八透镜的物侧面在近光轴处为凸面,所述第八透镜的像侧面在近光轴处为凹面;
其中,所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜均为塑胶非球面镜片,所述第一透镜以及所述第三透镜均为玻璃球面镜片。
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:
DM1/(2×R12)<3.1;
其中,DM1表示所述第一透镜的有效直径,R12表示所述第一透镜像侧面的曲率半径。
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:
1.9<f/EPD<2.3;
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。
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:
8<TTL/f<12;
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。
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:
0.01<TTL/H/FOV<0.02;
其中,TTL表示所述光学镜头的光学总长,H表示所述光学镜头最大视场角对应的像高,FOV表示所述光学镜头的最大视场角。
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:
-13.5mm<f1<-10.5mm;
20mm<R11<36mm;
6mm<R12<6.5mm;
3<R11/R12<5.8;
其中,f1表示所述第一透镜的有效焦距,R11表示所述第一透镜物侧面的曲率半径,R12表示所述第一透镜像侧面的曲率半径。
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:
-1.3<f/f5-f/f6<-0.8;
其中,f表示所述光学镜头的有效焦距,f5表示所述第五透镜的有效焦距,f6表示所述第六透镜的有效焦距。
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:
0.86<DM61/DM62<0.93;
其中,DM61表示所述第六透镜物侧面的有效直径,DM62表示所述第六透镜像侧面的有效直径。
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:
0.5<CT3/DM3 <1.1;
其中,CT3表示所述第三透镜的中心厚度,DM3表示所述第三透镜的有效直径。
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:
4.1<(CT4+CT5+CT6+CT7)/(T45+T56+T67)<13.1;
其中,CT4表示所述第四透镜的中心厚度,CT5表示所述第五透镜的中心厚度,CT6表示所述第六透镜的中心厚度,CT7表示所述第七透镜的中心厚度,T45表示所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的空气间距,T56表示所述第五透镜与所述第六透镜在光轴上的空气间距,T67表示所述第六透镜与所述第七透镜在光轴上的空气间距。
11.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<(R51+R52)/(R51-R52)<4;
其中,R51表示所述第五透镜物侧面的曲率半径,R52表示所述第五透镜像侧面的曲率半径。
12.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:
0.02<BFL/TTL <0.05;
其中,BFL表示所述光学镜头的光学后焦,TTL表示所述光学镜头的光学总长。
13.一种成像设备,其特征在于,包括成像元件以及如权利要求1-12任一项所述的光学镜头,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。
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