CN115220200B

CN115220200B - 光学镜头及成像设备

Info

Publication number: CN115220200B
Application number: CN202211140891.1A
Authority: CN
Inventors: 徐文; 章彬炜; 曾昊杰
Original assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianyi Optics Co Ltd
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2022-12-23
Anticipated expiration: 2042-09-20
Also published as: CN115220200A

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；具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面；具有负光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；具有光焦度的第四透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面；所述光学镜头的光学总长TTL＜1.85mm。本发明在兼顾高清成像的同时，有着更小的尺寸和较大的视场角，能够更好的应用于笔记本电脑、平板电脑等超薄电子设备上。

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

随着社会科技不断的迅速发展，现代电子设备的不断革新，越来越多的企业追求产品极致的轻薄，不论是手机还是笔记本等电子产品，许多厂商把轻薄也变成了一项重要的竞争因素。因此，产品变得轻薄的同时，随之改变的便是产品内部各元器件的小型化，而作为电子产品上的眼睛，摄像头也必将向轻薄化发展。但是，目前大多数镜头为追求极致的摄像体验，导致镜头尺寸逐步做大，很难满足产品轻薄化的需求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头及成像设备，具有超薄、大视场角、高解析力的优点，以满足产品轻薄化的需求。

本发明通过以下技术方案实施上述发明目的。

第一方面，本发明提供了一种光学镜头，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑；具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面；具有负光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；具有光焦度的第四透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面；所述光学镜头的光学总长TTL＜1.85mm。

第二方面，本发明还提供了一种成像设备，包括成像元件以及第一方面提供的光学镜头，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。

相较现有技术，本发明提供的光学镜头及成像设备，由4片具有特定屈折力的镜片组成且光阑位置安排合理，使得该光学镜头有着更小的尺寸和较大的视场角，能够更好的适应当前笔记本电脑、平板电脑等电子设备超薄化的趋势。

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。

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，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、第四透镜和滤光片。

其中，第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度；第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第四透镜具有光焦度，其物侧面在近光轴处为凸面，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：

TTL＜1.85mm；（1）

46.6°/mm <FOV/TTL<47.8°/mm；（2）

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足上述条件式（1）和（2），可使光学镜头拥有超短总长，能够适应笔记本电脑、平板电脑等电子设备超薄化的趋势，同时还具有较大视场角，能够拍摄较大视野范围内的场景。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.54<BFL /f<0.61；（3）

其中，BFL表示所述光学镜头的光学后焦，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足上述条件式（3），可以增大光学镜头的后焦距离，有利于减少光学镜头与成像芯片在结构上的干涉，提高产品组装良率。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

1.36<TTL /IH<1.39；（4）

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，IH表示所述光学镜头最大视场角对应的半像高。满足上述条件式（4），有利于光学镜头高清成像和结构小型化的均衡。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

3.90<（CT1+CT2+CT3+CT4）/（AT12+AT23+AT34）<4.30；（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，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，AT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间距，AT23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间距，AT34表示所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间距。满足上述条件式（5），可以合理安排各镜片厚度和各镜片间在光轴上的间距，有利于光学镜头实现结构紧凑化。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.35mm<CT1+AT12<0.49mm；（6）

0.07<AT12/(TTL-BFL)<0.13；（7）

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，AT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间距，TTL表示所述光学镜头的光学总长，BFL表示所述光学镜头的光学后焦。满足上述条件式（6）和（7），可以在保证镜头结构前端面厚度的情况下，还能使第一透镜和第二透镜间有较大的间隔，使得光线折射效率减缓，有利于降低整个光学系统的敏感度，提高光学镜头的组装良率。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.14mm<CT2<0.16mm；（8）

Nd2>1.60；（9）

其中，CT2 表示所述第二透镜的中心厚度，Nd2表示所述第二透镜材料的折射率。满足上述条件式（8）和（9），可以合理管控第二透镜的镜片厚度和材料，可以在满足镜片加工条件下尽可能减小镜片厚度，有利于缩小光学镜头总长。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.62<DM3/DM4<0.67；（10）

0.61<DM4/(2*IH)<0.65；（11）

其中，DM3表示所述第三透镜的有效直径，DM4表示所述第四透镜的有效直径，IH表示所述光学镜头最大视场角对应的半像高。满足上述条件式（10）和（11），可以有效控制第三透镜和第四透镜之间的高度落差及第四透镜与像面之间的落差，有利于光线平缓偏折，降低光学系统像差矫正的难度。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

6.30<f34/(CT3+CT4)<11.4；（12）

其中，f34表示所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距，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。满足上述条件式（12），可以合理安排第三透镜和第四透镜的光焦度及厚度，有效减小光线在像面的投射高度，有利于减小不同波长间的像差差异，降低色差的矫正难度。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：

0.34<YR42/IH<0.46 ；（13）

其中，YR42表示所述第四透镜像侧面上的反曲点与光轴的垂直距离，IH表示所述光学镜头最大视场角对应的半像高。满足上述条件式（13），可以合理控制第四透镜的形状，使其呈M型，有利于光学系统中CRA的矫正及成像质量的提升。

在一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜可均为玻璃镜片或均为塑胶镜片，或者也可以是塑胶镜片和玻璃镜片的组合。

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，各个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，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

第一实施例

本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图请参阅图1，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面S11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和滤光片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S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面；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S3为凹面，第二透镜的像侧面S4为凸面；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S5为凹面，第三透镜的像侧面S6为凸面；第四透镜L4为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第四透镜的物侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凹面；滤光片G1的物侧面为S9、像侧面为S10。

本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：mm），d代表光学表面间距（单位：mm），n_d代表材料的折射率，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±0.2mm以内，F-tan(ɵ)畸变控制在±3%以内，最短波长与最大波长0光瞳处的轴向色差控制在±0.03mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差在0.8视场内都控制在±1微米以内，说明该光学镜头100的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

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的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构形状基本相同，不同之处在于：第一透镜和第三透镜的材料发生了变化，各透镜的中心厚度和边缘厚度也发生了变化。

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±0.3mm以内，F-tan(ɵ)畸变控制在±3%以内，最短波长与最大波长0光瞳处的轴向色差控制在±0.02mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差0.8视场内都控制在±1微米以内，说明该光学镜头200的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

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与第一实施例中的光学镜头100的结构形状大致相同，不同之处在于：第一透镜的材料发生了变化，第三透镜的材料和形状也发生了变化，第四透镜具有正光焦度。

本实施例中的光学镜头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的场曲、畸变、轴上点球差色差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±0.2mm以内，F-tan(ɵ)畸变控制在±3%以内，最短波长与最大波长0光瞳处的轴向色差控制在±0.01mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差0.8视场内都控制在±1微米以内，说明光学镜头300的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

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的结构形状大致相同，不同之处在于：镜片的中心厚度和边缘厚度发生了一定的变化。

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

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

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±0.3mm以内，F-tan(ɵ)畸变控制在±2%以内，最短波长与最大波长0光瞳处的轴向色差控制在±0.03mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的色差0.8视场内都控制在±1微米以内，说明光学镜头400的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

表9是上述四个实施例对应的光学特性，主要包括各个实施例中光学镜头的有效焦距f，光圈数F#，光学总长TTL，最大视场角FOV，半像高IH以及与上述每个条件式对应的数值。

表9

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）本发明提供的光学镜头，由于各透镜之间间隔以及透镜厚度的合理配置，在光学镜头满足成像要求的同时，镜头具有的光学总长小于1.85mm，能够满足追求轻薄化产品的使用需求，减小镜头在产品内部的占用空间。

（2）本发明提供的光学镜头都可采用全塑胶非球面镜片，在生产过程中易于成型且生产成本较低。

（3）本发明提供的光学镜头，采用四片具有特定表面形状和光焦度的镜片，以及通过各镜片正负光焦度的合理搭配，使得光学镜头实现超薄的同时，仍具有较大的成像角度，能够有较大范围的成像。

第五实施例

本发明第五实施例提供了一种成像设备，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。

该成像设备可以是手机、平板、相机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具有超薄、大视场角、高解像力的优点，具有光学镜头100的成像设备也具有超薄、大视场角、高解像力的优点。

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；

具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面；

具有负光焦度的第二透镜；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

具有光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

其中，所述光学镜头的光学总长TTL＜1.85mm。

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：

46.6°/mm <FOV/TTL<47.8°/mm；

其中，FOV表示所述光学镜头的最大视场角，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

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：

0.54<BFL /f<0.61；

其中，BFL表示所述光学镜头的光学后焦，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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：

1.36<TTL /IH<1.39；

其中，TTL表示所述光学镜头的光学总长，IH表示所述光学镜头最大视场角对应的半像高。

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：

3.90<（CT1+CT2+CT3+CT4）/（AT12+AT23+AT34）<4.30；

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，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，AT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间距，AT23表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间距，AT34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：

0.35mm<CT1+AT12<0.49mm ;

0.07<AT12/(TTL-BFL)<0.13;

其中，CT1表示所述第一透镜的中心厚度，AT12表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间距，TTL表示所述光学镜头的光学总长，BFL表示所述光学镜头的光学后焦。

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：

0.14mm<CT2<0.16mm;

Nd2>1.60;

其中，CT2 表示所述第二透镜的中心厚度，Nd2表示所述第二透镜材料的折射率。

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：

0.62<DM3/DM4<0.67 ；

0.61<DM4/(2*IH)<0.65 ;

其中，DM3表示所述第三透镜的有效直径，DM4表示所述第四透镜的有效直径，IH表示所述光学镜头最大视场角对应的半像高。

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：

6.30<f34/(CT3+CT4)<11.4；

其中，f34表示所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距，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。

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：

0.34<YR42/IH<0.46 ；

其中，YR42表示所述第四透镜像侧面上的反曲点与光轴的垂直距离，IH表示所述光学镜头最大视场角对应的半像高。

11.一种成像设备，其特征在于，包括成像元件以及如权利要求1-10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。