CN117111273A - 光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学镜头，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，其物侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面在为凹面、像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第四透镜，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；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面。本发明提供的光学镜头至少具有大视场角、小畸变、高像素的特点。

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
随着智能手机的不断升级换代，消费者对手机的拍摄功能要求越来越高，大视场角、小畸变、高像素成为手机镜头的主要发展趋势。为了追求高品质成像，目前主流手机镜头开始广泛采用玻塑混合结构。玻塑混合镜头能够有效减少镜头总长和修正系统色差、提高光学镜头的进光量和成像清晰度，业已在安防监控、数码相机、单反相机等设备上广泛应用，并有望在高端旗舰机型主摄中取得应用。
玻塑混合镜头与全塑料镜头相比有更高的透光率和更稳定的化学性能，能够改善在不同明暗度下的成像效果，是未来手机镜头的发展趋势。然而，如何更好地实现玻塑混合镜头大视场角、小畸变、高像素仍是急需解决的问题。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头，至少具有大视场角、小畸变且可高像素成像的优点。
本发明公开了一种光学镜头，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，其物侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面在为凹面、像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第四透镜，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；具有正光焦度的第六透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面。
相较于现有技术，本发明提供的光学镜头，采用一片玻璃镜片和六片塑胶镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使镜头的结构更加紧凑的同时拥有大视场角、小畸变且高像素成像的特点，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场曲曲线图。
图3为本发明第一实施例的光学镜头的光学畸变曲线图。
图4为本发明第一实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。
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光学畸变曲线图。
图8 为本发明第二实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。
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光学畸变曲线图。
图12 为本发明第三实施例的光学镜头的轴向像差曲线图。
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。
在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域。如透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凸面；如透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凹面。
本发明实施例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：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、第七透镜以及滤光片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。
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，第一透镜的像侧面在近光轴处为凹面或凸面；第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，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凹面，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或凹面，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，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凹面，第六透镜的像侧面为凸面；第七透镜具有负光焦度，第七透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面。
在一些实施方式中，光阑可设置在第三透镜与第四透镜之间，用以使前透镜组与后透镜组组成一个关于光阑的近乎对称的结构，有利于均衡前后透镜组产生的彗差与像散，同时有利于矫正畸变，提升光学镜头的成像质量。
在一些实施方式中，第一透镜物侧面的最大有效半口径DM11与光学镜头的最大半视场角Semi-FOV满足：0.03 mm/°＜DM11/Semi-FOV＜0.04 mm/°。满足上述条件式，可使该光学镜头同时具有大视场角和大像面的特性，能够有效平衡大范围拍摄与高像素成像。
在一些实施方式中，第二透镜的有效焦距f2与第三透镜的有效焦距f3满足：0.3＜f2/f3＜1.1；同时，第二透镜的有效焦距f2、第三透镜的有效焦距f3与光学镜头的有效焦距f满足：4.5＜(f2+f3)/f＜5.5。满足上述条件式，通过合理设置第二透镜和第三透镜的光焦度，有利于整个光学镜头的球差补偿，较好地收敛光束发散角以及减小光阑处的光线入射角度，同时有利于矫正光学镜头的畸变，提升光学镜头的成像质量。
在一些实施方式中，第四透镜的有效焦距f4与第五透镜的有效焦距f5满足：-1.0＜f4/f5＜0。满足上述条件式，通过合理设置第四透镜和第五透镜的焦距占比，可使第四透镜产生的负球差与第五透镜产生的正球差得到平衡，有利于提升光学镜头的成像质量，同时可以合理控制光线走势，避免光线偏折程度过大带来镜片敏感性过高的问题。
在一些实施方式中，第四透镜的有效焦距f4与光学镜头的有效焦距f满足：0.9＜f4/f＜1.5；第四透镜的有效焦距f4与第四透镜像侧面的曲率半径R42满足：-2.5＜f4/R42＜-1.0。满足上述条件式，通过将位于光阑后的第四透镜设置为正透镜，有利于汇聚光线、提高照度，同时有利于维持光学镜头的小型化。
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＜-1.5；第五透镜物侧面的曲率半径R51与第五透镜像侧面的曲率半径R52满足：1.5＜(R51+R52)/(R51-R52)＜2.0。满足上述条件式，可使第五透镜为负透镜且具有合适的面型，有利于与光学镜头中的正透镜组相互搭配，平衡光学镜头的像差、矫正畸变，提高光学镜头的成像质量。
在一些实施方式中，第二透镜的有效焦距f2与第六透镜的有效焦距f6满足：1.0＜f2/f6＜4.0；第二透镜物侧面的曲率半径R21与第六透镜物侧面的曲率半径R61满足：-1.5＜R21/R61＜-0.5；第二透镜像侧面的曲率半径R22与第六透镜像侧面的曲率半径R62满足：-7.0＜R22/R62＜-2.5。满足上述条件式，通过合理分配第二透镜和第六透镜的光焦度并控制其面型，可使整个光学镜头关于光阑较为对称，有利于平衡光学镜头的像差、矫正畸变，进一步提高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与第六透镜的有效焦距f6满足：-3.0＜f5/f6＜-1.0；第六透镜物侧面的曲率半径R61与第六透镜像侧面的曲率半径R62满足：1.5＜R61/R62＜3.0。满足上述条件式，通过合理设置第五透镜和第六透镜的焦距并合理控制第六透镜的面型，有利于光线过渡且扩大成像靶面。
在一些实施方式中，第七透镜的有效焦距f7与第七透镜像侧面的曲率半径R72满足：-6.0＜f7/R72＜-2.0；第七透镜物侧面的最大有效半口径DM71与第六透镜像侧面的最大有效半口径DM62满足：1.5＜DM71/DM62＜2.0；第六透镜像侧面的曲率半径R62与第七透镜物侧面的曲率半径R71满足：-0.5＜R62/R71＜0。满足上述条件式，通过合理设置第六透镜和第七透镜的面型，有利于光线过渡且扩大成像靶面，进一步实现高像素成像。
在一些实施方式中，第一透镜的中心厚度CT1与第二透镜的中心厚度CT2满足：1.0＜CT1/CT2＜1.5；第二透镜的中心厚度CT2、第三透镜的中心厚度CT3以及第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔AT23满足：2.0＜(CT2+CT3)/AT23＜4.0。满足上述条件式，通过合理设置第一透镜、第二透镜及第三透镜的中心厚度，有利于光学镜头各部件的组装，提高生产良率。
在一些实施方式中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头最大半视场角对应的像高IH满足：1.2＜TTL/IH＜1.4。满足上述条件式，通过合理地设置光学总长和像高的比值，可在靶面较大的条件下有效约束镜头总长，实现光学镜头的小型化。
在一些实施方式中，光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的有效焦距f满足：0.38＜BFL/f＜0.44。满足上述条件式，可使光学镜头具有较长的光学后焦，有利于光学镜头的组装。
在一些实施方式中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的有效焦距f满足：2.0＜TTL/f＜2.5。满足上述条件式，可以实现光学镜头的小型化，同时可在相同像素下增大像素点尺寸，提升芯片对光学镜头收集光线能量效率，实现高像素成像。
在一些实施方式中，第七透镜的中心厚度CT7满足：0.5mm＜CT7＜1mm；第六透镜像侧面的最大面倾角Deg62满足：45°＜Deg62＜50°。满足上述条件式，通过合理设置第七透镜的中心厚度以及对第六透镜像侧面的最大面倾角的控制，可以改变第七透镜内部反射鬼影的光线角度，使其发散出射，降低鬼影能量，进一步实现高品质成像。
在一些实施方式中，第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜均采用塑胶非球面镜片，第二透镜采用模造玻璃非球面镜片。通过合理分配各个透镜的光焦度及优化非球面形状，在实现大视场角、小畸变的同时还能够保证镜头高像素成像的特点。
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，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，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S17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以及滤光片G1。
具体的，第一透镜L1为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，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为具有正光焦度的玻璃非球面透镜，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4为凹面；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为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，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为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，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为凹面；第六透镜L6为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第六透镜的物侧面S11为凹面，第六透镜的像侧面S12为凸面；第七透镜L7为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第七透镜的物侧面S13在近光轴处为凸面，第七透镜的像侧面S14在近光轴处为凹面；滤光片G1的物侧面为S15、像侧面为S16。
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。
表1
本实施例中的光学镜头100的各非球面面型系数如表2所示。
表2
在本实施例中，光学镜头100的场曲、光学畸变和轴向像差的曲线图分别如图2、图3和图4所示。
图2中场曲曲线表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲，图中横坐标表示偏移量（单位：毫米），纵坐标表示视场角（单位：度）。从图2中可以看出，子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.5mm以内，说明光学镜头100的场曲矫正良好。
图3中光学畸变曲线表示像面上不同像高对应的畸变，图中横坐标表示畸变大小（单位：百分比），纵坐标表示视场角（单位：度）。从图3中可以看出，在全视场内，光学镜头的畸变控制在±2.5%以内，说明光学镜头100的畸变被很好的矫正。
图4中轴向像差曲线表示成像面处光轴上的像差，图中横坐标表示偏移量（单位：毫米），纵坐标表示归一化光瞳半径。从图4中可以看出，零光瞳位置中心波长的色差偏移量控制在±0.015mm以内，最短波长与最大波长轴向像差控制在±0.02mm以内，说明光学镜头100的轴向像差矫正良好。
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：第一透镜的像侧面S2在近光轴处为凸面；第四透镜的物侧面S7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。
具体地，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的各非球面面型系数如表4所示。
表4
请参照图6、图7、图8，所示分别为光学镜头200的场曲、光学畸变和轴向像差的曲线图。从图6中可以看出场曲控制在±0.35mm以内，说明光学镜头200的场曲矫正较好。从图7中可以看出光学畸变控制在3%以内，说明光学镜头200的畸变得到良好的矫正。从图8中可以看出零光瞳位置主波长的色差偏移量控制在±0.02mm以内，最短波长与最大波长轴向像差控制在±0.02mm以内，说明光学镜头200的轴向像差得到良好的矫正。从图6至图8可以看出光学镜头200的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。
第三实施例
请参阅图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：第一透镜的像侧面S2在近光轴处为凸面；第四透镜的物侧面S7在近光轴处为凹面；各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度有所差异。
具体地，本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的各非球面面型系数如表6所示。
表6
请参照图10、图11、图12，所示分别为光学镜头300的场曲、光学畸变和轴向像差的曲线图。从图10中可以看出场曲控制在±0.08mm以内，说明光学镜头300的场曲矫正较好。从图11中可以看出光学畸变控制在3.0%以内，说明光学镜头300的畸变得到良好的矫正。从图12中可以看出零光瞳位置主波长的色差偏移量控制在±0.01mm以内，最短波长与最大波长轴向像差控制在±0.01mm以内，说明光学镜头300的轴向像差得到良好的矫正。从图10至图12可以看出光学镜头300的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。
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，包括光学镜头的光学总长TTL、有效焦距f、最大视场角FOV、半像高IH、光圈数Fno，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。
表7
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，共七片透镜，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在近光轴处为凹面；
具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，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凹面，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，所述第四透镜的像侧面为凸面；
具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，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凹面，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在近光轴处为凸面，所述第七透镜的像侧面在近光轴处为凹面；
其中，所述第二透镜的有效焦距f2、所述第三透镜的有效焦距f3与所述光学镜头的有效焦距f满足：4.5＜(f2+f3)/f＜5.5。
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：
0.03 mm/°＜DM11/Semi-FOV＜0.04 mm/°；
其中，DM11表示所述第一透镜物侧面的最大有效半口径，Semi-FOV表示所述光学镜头的最大半视场角。
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：
-1.0＜f4/f5＜0；
其中，f4表示所述第四透镜的有效焦距，f5表示所述第五透镜的有效焦距。
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：
-2.5＜f5/f＜-1.5；
1.5＜(R51+R52)/(R51-R52)＜2.0；
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，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。
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：
-1.5＜R21/R61＜-0.5；
-7.0＜R22/R62＜-2.5；
其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径，R61表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R62表示所述第六透镜像侧面的曲率半径。
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：
-3.0＜f5/f6＜-1.0；
1.5＜R61/R62＜3.0；
其中，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，R61表示所述第六透镜物侧面的曲率半径，R62表示所述第六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：
1.5＜DM71/DM62＜2.0；
-0.5＜R62/R71＜0；
其中，DM71表示所述第七透镜物侧面的最大有效半口径，DM62表示所述第六透镜像侧面的最大有效半口径，R62表示所述第六透镜像侧面的曲率半径，R71表示所述第七透镜物侧面的曲率半径。
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：
2.0＜(CT2+CT3)/AT23＜4.0；
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，AT23表示所述第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔。
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：
1.2＜TTL/IH＜1.4；
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半视场角对应的像高。
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：
0.38＜BFL/f＜0.44；
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。
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