CN116719153A - 光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学镜头，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、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜，其像侧面为凸面；具有光焦度的第四透镜，其像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述光学镜头最大视场角所对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：3.0＜IH/EPD＜3.8。本发明提供的光学镜头具有较小的头部外径和较大的成像面，较好的实现了小体积、大光圈、高像素的均衡。

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

随着社会科技不断的迅速发展，现代电子设备的不断革新，市面上越来越多的儿童手表开始普及，儿童手表不再局限于打电话，对手表拍摄功能也有了一定的要求。由于手表构架较小，需求的摄像头更多注重小型化，目前市面上大多数手表搭载的镜头要么体积较大，要么像素较低，拍摄质量不好，很难满足手表越来越高的成像要求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头，至少具有高像素、大光圈、小尺寸的优点。

本发明提供一种光学镜头，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、像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜，其像侧面为凸面；具有光焦度的第四透镜，其像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，其像侧面在近光轴处为凹面；其中，所述光学镜头最大视场角所对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：3.0＜IH/EPD＜3.8。

相较现有技术，本发明提供的光学镜头，采用五片具有特定屈折力的镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得该光学镜头的结构更加紧凑，且头部外径可以做到直径为2mm以下，同时具有大光圈和大像面的特性，能够匹配1/3.4英寸的大靶面成像芯片，实现超高清成像，从而较好地实现了小体积、大光圈、大像面、高像素的均衡，能够更好的满足便携式电子产品的发展趋势。

附图说明

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为本发明第一实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

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畸变曲线图。

图8为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图9为本发明第二实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图10为本发明第二实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

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畸变曲线图。

图13为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图14为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图15为本发明第三实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

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、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，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。

具体的，第一透镜具有正光焦度，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，第二透镜的物侧面为凹面或凸面，第二透镜的像侧面为凹面或凸面；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凹面或凸面，第三透镜的像侧面为凸面；第四透镜具有正光焦度或负光焦度，第四透镜的物侧面为凹面或凸面，第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面为凹面或凸面，第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面。其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜均为塑胶非球面透镜。

在一些实施例中，光学镜头最大视场角所对应的像高IH与光学镜头的入瞳直径EPD满足：3.0＜IH/EPD＜3.8。满足上述范围，能够使得光学镜头在不同视场角的前提下射入光学镜头的光线束的宽度尽可能地大，使得光学镜头在像面处亮度得到提升避免暗角的产生，同时增大光学镜头的成像面积，实现光学镜头大像面、高像素的均衡。

在一些实施例中，第三透镜的有效焦距f3与光学镜头的有效焦距f满足：2.5＜f3/f＜4.2；第三透镜物侧面的曲率半径R31与第三透镜像侧面的曲率半径R32满足：。满足上述范围，通过合理控制第三透镜的光焦度和形状，能够很好的矫正光学系统的像差，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施方式中，第五透镜的有效焦距f5与光学镜头的有效焦距f满足：-2.5＜f5/f＜-0.5。满足上述范围，通过合理设置第五透镜的焦距，可以合理控制光线走势，增大光线进入像面的入射角，实现大像面的同时，避免光线偏折程度过大带来镜片敏感性过高的问题，实现光学镜头大像面、高像素的均衡。

在一些实施方式中，第五透镜的中心厚度CT5与光学镜头的光学总长TTL满足：0.07＜CT5/TTL＜0.16。满足上述范围，能够在保证成像质量的同时，合理控制第五透镜的厚度，缩短光学镜头的总长，实现光学镜头小型化、高像素的均衡。

在一些实施例中，第四透镜与第五透镜的组合焦距f45与光学镜头有效焦距f满足：。满足上述范围，通过合理搭配第四透镜以及第五透镜的焦距，能够很好的控制光学镜头高级球差，同时能够降低光学镜头的场曲，更好的提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，第三透镜的中心厚度CT3，第四透镜的中心厚度CT4以及第三透镜与第四透镜之间在光轴上的空气间距AT34满足：0.8＜(CT3+CT4)/AT34＜1.8；0.7＜CT3/CT4＜0.9。满足上述范围，通过合理控制第三透镜、第四透镜的中心厚度以及两者之间的间距，在满足镜片成型要求的同时，能够很好地改善光学镜头的垂轴色差，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，第三透镜的有效焦距f3与第四透镜的有效焦距f4满足：。满足上述范围，通过合理搭配第三透镜和第四透镜的焦距比值，能够很好的控制光学镜头的高级球差，降低光学镜头的场曲，更好的提升光学镜头的成像质量。

在一些实施例中，第四透镜像侧面的曲率半径R42与光学镜头的有效焦距f满足：-3.5＜R42/f＜-1.2。满足上述范围，能够有效的控制第四透镜的形状，保证加工可行性的同时矫正光学镜头的场曲。

在一些实施例中，第一透镜的有效半口径DM1与第五透镜的有效半口径DM5满足：0.2＜DM1/DM5＜0.5。满足上述范围，能够使该光学镜头具有较小的头部尺寸。

在一些实施例中，光学镜头的有效焦距f与第二透镜的有效焦距f2，第三透镜的有效焦距f3满足：-0.8＜(1/f2-1/f3)/(1/f)＜-0.5。满足上述范围，能够有效平衡第二透镜与第三透镜的形状，减小工艺成型的难度，同时提高光学镜头的解像力。

在一些实施例中，第一透镜的有效焦距f1与第二透镜的有效焦距f2满足：-0.4＜f1/f2＜-0.2。满足上述范围，通过合理设置第一透镜和第二透镜的焦距占比，能够防止进入镜头的光线偏折程度过大，降低光学系统的敏感度，同时可以有效增大镜头的头部深度尺寸，有利于减小镜头的头部尺寸，能够更好的实现光学镜头小体积、高像素的均衡。

在一些实施例中，第四透镜的物侧面矢高SAG41，第四透镜的有效半口径DM4以及第四透镜的中心厚度CT4满足：。满足上述范围，能够合理控制第四透镜的面型，降低第四透镜的加工难度，有利于提高生产良率。

在一些实施例中，光学镜头最大视场角所对应的像高IH与光学镜头的光学总长TTL满足：1.2＜IH/TTL＜1.5。满足上述范围，在维持光学镜头具有大像面的同时，能够保证光学镜头的总长在较小范围内，实现光学镜头大像面、小体积、高像素的均衡。

在一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜均是非球面镜片，通过合理分配各个透镜的光焦度及优化非球面形状，使得该光学镜头至少具有良好的成像质量、小尺寸、大光圈的优点。

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以及滤光片G1。

具体的，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在近光轴处为凹面；第二透镜L2具有负光焦度，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4在近光轴处为凹面；第三透镜L3具有正光焦度，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具有负光焦度，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在近光轴处为凸面，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。其中，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均是塑胶非球面镜片。

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

本实施例中的光学镜头100的非球面面型系数如表2所示。

表2

图2中曲线表示像面上不同像高对应的畸变，从图中可知，在光学镜头要求的成像视场内，畸变控制在±2.0%以内，说明光学镜头的畸变被很好的矫正。图3中曲线表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲，从图中可知，子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.12mm内，说明光学镜头的场曲矫正良好。图4中曲线表示各波长相对主波长在像面上不同像高的垂轴色差，从图中可知，在不同视场内各波长相对于中心波长的垂轴色差都控制在±1.0μm以内，说明光学镜头的垂轴色差也被很好的矫正。图5中曲线表示轴向色差，从图中可知，最短波长与最大波长的轴向色差控制在±0.055mm以内，说明轴向色差矫正良好。

第二实施例

请参阅图6，所示为本发明第二实施例中提供的光学镜头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：第三透镜的材料不同以及各透镜的曲率半径、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

本实施例中的光学镜头200的非球面面型系数如表4所示。

表4

图7中曲线表示像面上不同像高对应的畸变，从图中可知，在光学镜头要求的成像视场内，畸变控制在±2.0%以内，说明光学镜头的畸变被很好的矫正。图8中曲线表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲，从图中可知，子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.1mm内，说明光学镜头的场曲矫正良好。图9中曲线表示各波长相对主波长在像面上不同像高的垂轴色差，从图中可知，在不同视场内各波长相对于中心波长的垂轴色差都控制在±1.0μm以内，说明光学镜头的垂轴色差也被很好的矫正。图10中曲线表示轴向色差，从图中可知，最短波长与最大波长的轴向色差控制在±0.07mm以内，说明轴向色差矫正良好。

第三实施例

请参阅图11，所示为本发明第三实施例中提供的光学镜头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：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

本实施例中的光学镜头300的非球面面型系数如表6所示。

表6

图12中曲线表示像面上不同像高对应的畸变，从图中可知，在光学镜头要求的成像视场内，畸变控制在±2.0%以内，说明光学镜头的畸变被很好的矫正。图13中曲线表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲，从图中可知，子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.1mm内，说明光学镜头的场曲矫正良好。图14中曲线表示各波长相对主波长在像面上不同像高的垂轴色差，从图中可知，在不同视场内各波长相对于中心波长的垂轴色差都控制在±1.0μm以内，说明光学镜头的垂轴色差也被很好的矫正。图15中曲线表示轴向色差，从图中可知，最短波长与最大波长的轴向色差控制在±0.04mm以内，说明轴向色差矫正良好。

请参阅表7，所示为上述三个实施例中提供的光学镜头分别对应的光学特性，包括光学镜头的最大视场角FOV、光学总长TTL、全像高IH、有效焦距f、光圈数FNO、各透镜的焦距以及与前述的每个条件式对应的相关数值。

表7

从以上各个实施例的畸变曲线图、场曲曲线图以及、垂轴色差曲线图以及轴向色差曲线图可以看出，各实施例中的光学镜头的畸变值均控制在±2%以内、场曲值控制在±0.12mm以内、垂轴色差控制在±1.0μm以内、轴向色差控制在±0.07mm以内，表明本发明提供的光学镜头具有高成像质量、大光圈、大像面、小头部、小尺寸等优点。

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 (10)

1.一种光学镜头，共五片透镜，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，所述第一透镜的像侧面为凹面；

具有负光焦度的第二透镜；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面为凸面；

具有光焦度的第四透镜，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在近光轴处为凹面；

其中，所述光学镜头最大视场角所对应的像高IH与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：3.0＜IH/EPD＜3.8。

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：

2.5＜f3/f＜4.2；

；

其中，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距，R31表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，R32表示所述第三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：

-2.5＜f5/f＜-0.5；

0.07＜CT5/TTL＜0.16；

其中，f5表示所述第五透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，TTL表示所述光学镜头的光学总长。

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：

；

其中，f45表示所述第四透镜与所述第五透镜的组合焦距，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：

0.8＜(CT3+CT4)/AT34＜1.8；

0.7＜CT3/CT4＜0.9；

其中，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，AT34表示所述第三透镜与所述第四透镜之间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：

；

其中，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距。

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：

-3.5＜R42/f＜-1.2；

其中，R42表示所述第四透镜像侧面的曲率半径，f表示所述光学镜头的有效焦距。

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：

0.2＜DM1/DM5＜0.5；

其中，DM1表示所述第一透镜的有效半口径，DM5表示所述第五透镜的有效半口径。

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：

-0.8＜(1/f2-1/f3)/(1/f)＜-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，f3表示所述第三透镜的有效焦距。

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：

-0.4＜f1/f2＜-0.2；

其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距。