CN208506351U - 四片式成像透镜组 - Google Patents

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葛杰
袁宏
王皓加
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Abstract

本实用新型涉及一种四片式成像透镜组，其技术要点是：由沿光轴从物侧到像侧依次排布的具有正折射力的第一透镜、具有负折射力、物侧面为凸面且像侧面为凹面的第二透镜、具有正折射力且像侧面为凸面的第三透镜、具有负折射力的第四透镜组成，所述第一透镜和第二透镜之间设置孔径光阑，且满足以下条件式：TTL/ImgH<2.6、0.4<T1/TTL<0.6，其中，TTL为第一透镜的物侧面到像面的总长、ImgH为半像高、T1为第一透镜的物侧面到第三透镜的像侧面的轴上距离。本实用新型不仅满足一般广视角、大光圈、高画质成像需求，还能满足红外光线的成像需求，在光线不足或夜间场合侦测红外线影像或用于动态捕捉等。

Description

四片式成像透镜组
技术领域
本实用新型涉及成像光学系统，特别是一种四片式成像透镜组，适用于红外识别的智能手机或超薄视频摄像装置等小型便携式电子产品。
背景技术
近几年来，随着半导体制程技术的精进，感光元件的画素尺寸缩小，带动小型化成像镜头逐渐往高画素领域发展，对于成像品质的要求也日益增加。
可见光波长范围约介于400纳米(nm)至700纳米之间，红外线波长范围介于700纳米至2000纳米之间，又称为近红外线波段，其为人类肉眼所无法直接感应。由于近红外线具有抗干扰、低成本、低耗电以及人眼不易察觉的高隐密等特性，并可通过与电子技术的结合，发展出许多相关的电子产品，如遥控装置、红外线监视器、红外线侦测系统等。由此，对于红外线的成像需求也越来越迫切，对于应用在红外线的成像镜头的研究具有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的是为了提供一种四片式成像透镜组，不仅满足一般广视角、大光圈、高画质成像需求，还能满足红外光线的成像需求，在光线不足或夜间场合侦测红外线影像或用于动态捕捉等。
本实用新型的技术方案是：
一种四片式成像透镜组，其技术要点是：由沿光轴从物侧到像侧依次排布的具有正折射力的第一透镜、具有负折射力、物侧面为凸面且像侧面为凹面的第二透镜、具有正折射力且像侧面为凸面的第三透镜、具有负折射力的第四透镜组成，所述第一透镜和第二透镜之间设置孔径光阑，且满足以下条件式：
TTL/ImgH&lt;2.6
0.4&lt;T1/TTL&lt;0.6
其中，TTL为第一透镜的物侧面到像面的总长、ImgH为半像高、T1为第一透镜的物侧面到第三透镜的像侧面的轴上距离。
上述的四片式成像透镜组，还满足以下条件式：
0.8&lt;F1/F&lt;5
其中，F1为第一透镜焦距、F为透镜组焦距。此条件式保证了第一透镜良好的屈折力，有效修正透镜组的像差与像散。
上述的四片式成像透镜组，还满足以下条件式：
0.5&lt;R3/R4&lt;2
其中，R3、R4分别为第二透镜的物侧面和像侧面的曲率半径。此条件式用来限制第二透镜的形状与光焦度，有助于控制系统像差，并且使得第二透镜易于加工，提升成像品质。
上述的四片式成像透镜组，还满足以下条件式：
0.64&lt;SD/TD&lt;0.80
其中，光圈至第四透镜的像侧面的轴上距离为SD，第一透镜的物侧面至第四透镜的像侧面的轴上距离为TD。此条件有利于成像透镜组在远心特性与广视场角特性中取得平衡。
上述的四片式成像透镜组，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜分别采用偶次非球面塑料镜片，非球面系数满足如下方程：
Z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2y2}+1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10
其中，Z：非球面矢高；c：非球面近轴曲率；y：镜头口径；k：圆锥系数；A4：4次非球面系数；A6：6次非球面系数；A8：8次非球面系数；A10：10次非球面系数。
本实用新型的有益效果是：
1、本透镜组设计波长为790nm～830nm，从而适合于红外线波段的应用。
2、由于满足TTL/Imgh&lt;2.6条件，有效缩短镜头总长，适用于超小型摄影设备，并且可用于虹膜识别；由于满足0.4&lt;T1/TTL&lt;0.6条件，不仅有助于透镜制作及组装，而且有效控制透镜组的后焦距，有利于缩短系统的总长度。
3、本实用新型采用非球面塑料镜片，镜片形状比较匀称，结构轻薄，镜片间距合理，透镜结构与面型易于机构设计与成型加工，可适用于小型便携式电子设备的红外摄像头。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型所述透镜组的二维图(对应实施例1)；
图3是本实用新型所述透镜组的纵向球差、像散场曲和光学畸变曲线(对应实施例1)，其中，纵向球差图横坐标为纵向球差值，纵坐标为归一化视场；像散场曲图横坐标为场曲值，纵坐标为视场角度；光学畸变曲线横坐标为畸变百分比，纵坐标为视场角度；
图4是本实用新型所述透镜组的相对照度曲线(对应实施例1)，其中，横坐标为视场，纵坐标为相对照度值；
图5是本实用新型所述透镜组的二维图(对应实施例2)；
图6是本实用新型所述透镜组的纵向球差、像散场曲和光学畸变曲线(对应实施例2)，其中，纵向球差图横坐标为纵向球差值，纵坐标为归一化视场；像散场曲图横坐标为场曲值，纵坐标为像高；光学畸变曲线横坐标为畸变百分比，纵坐标为像高；
图7是本实用新型所述透镜组的相对照度曲线(对应实施例2)，其中，横坐标为视场，纵坐标为相对照度值。
图中：P1.第一透镜、P2.第二透镜、P3.第三透镜、P4.第四透镜；stop.孔径光阑；
1.第一透镜物侧面、2.第一透镜像侧面、4.第二透镜物侧面、5.第二透镜像侧面、6.第三透镜物侧面、7.第三透镜像侧面、8.第四透镜物侧面、9.第四透镜像侧面、10.滤光片物侧面、11.滤光片像侧面。
具体实施方式
实施例1
该四片式成像透镜组，由沿光轴从物侧到像侧依次排布的具有正折射力的第一透镜P1、具有负折射力、物侧面为凸面且像侧面为凹面的第二透镜P2、具有正折射力且像侧面为凸面的第三透镜P3、具有负折射力的第四透镜P4组成，所述第一透镜P1和第二透镜P2之间设置孔径光阑stop。
透镜组满足以下条件式：
TTL/ImgH&lt;2.6
0.4&lt;T1/TTL&lt;0.6
0.8&lt;F1/F&lt;5
0.5&lt;R3/R4&lt;2
0.64&lt;SD/TD&lt;0.80
其中，TTL为第一透镜的物侧面到像面的总长、ImgH为半像高、T1为第一透镜的物侧面到第三透镜的像侧面的轴上距离、F1为第一透镜焦距、F为透镜组焦距、R3、R4分别为第二透镜的物侧面和像侧面的曲率半径、SD为光圈至第四透镜的像侧面的轴上距离、TD为第一透镜的物侧面至第四透镜的像侧面的轴上距离。
本实施例中，第一透镜P1具有正折射力，其物侧面为凸面且像侧面为凹面；第二透镜P2具有负折射力，其物侧面为凸面且像侧面为凹面；第三透镜P3具有正折射力，其近轴处物侧面为凹面且像侧面为凸面；第四透镜P4具有负折射力，其近轴处物侧面为凹面且像侧面为凹面。
本实施例的透镜组的设计参数具体请参照下表：
表1
表面编号 表面类型 曲率半径 厚度 材料特性(Nd:Vd)
物 球面 无限 500
1 非球面 1.8247 1.1071 1.544:56.1
2 非球面 3.3183 0.5283
Stop 球面 无限 -0.1311
4 非球面 1.6895 0.3200 1.640:23.5
5 非球面 1.4936 0.3784
6 非球面 -31.1865 0.3626 1.544:56.1
7 非球面 -7.1056 1.6871
8 非球面 -9.6320 0.3600 1.544:56.1
9 非球面 6.5483 0.4152
10 球面 无限 0.2100 1.517:64.2
11 球面 无限 0.4423
像 球面 无限 0
表2
表面编号 1 2 4 5 6 7 8 9
k -9.2088E-01 -8.0062E+00 -7.8344E+00 7.4569E-02 -9.9000E+01 -4.6922E+01 2.3463E+01 -9.9000E+01
A<sub>4</sub> 1.2684E-02 -3.6606E-02 2.6672E-03 -1.6649E-01 7.4405E-02 7.4545E-02 -7.1185E-02 -5.0728E-02
A<sub>6</sub> 1.9048E-03 1.8160E-02 -1.7567E-01 -1.8665E-02 9.4062E-02 7.8594E-02 2.8250E-02 1.0710E-02
A<sub>8</sub> 7.2657E-04 -1.1255E-02 1.4383E-01 7.4126E-02 -3.6844E-02 3.2063E-03 -4.6479E-03 -2.1600E-03
A<sub>10</sub> -3.6490E-04 2.9420E-03 -3.1848E-02 -1.6632E-02 -1.8935E-03 -1.8410E-02 4.7436E-04 1.6179E-04
表3
F F1 F1/F TTL ImgH T1 TTL/ImgH T1/TTL R3/R4 SD TD SD/TD
5.745 6.001 1.045 5.680 2.28 2.565 2.491 0.452 1.131 2.977 4.612 0.645
本实施例中，透镜组的视场角为44.1°，光圈值为F2.28。本透镜组设计波长为790nm～830nm，从而适合于红外线波段的应用。
参见图2，该镜头的各个透镜的形状比较匀称，便于成型生产，而且镜片间距合理，便于后期的结构设计。
参见图3，所示镜头的纵向球差、像散场曲和光学畸变曲线，从图上看，本实用新型所述镜头的场曲和像散很好地校正且光学畸变抑制到低于2％。
参见图4，所示镜头的相对照度曲线，从图上看，本实用新型所述镜头最小相对照度约80％，成像画面不会有亮度不均。
实施例2
本实施例中，透镜组的设计参数请参照下表：
表4
表面编号 表面类型 曲率半径 厚度 材料特性(Nd:Vd)
物 球面 无限 500
1 非球面 1.8514 0.8892 1.544:56.1
2 非球面 3.1411 0.4439
Stop 球面 无限 -0.0188
4 非球面 1.6948 0.3329 1.640:23.5
5 非球面 1.5408 0.3928
6 非球面 28.4611 0.4286 1.544:56.1
7 非球面 -7.7038 1.8880
8 非球面 -10.0175 0.4669 1.544:56.1
9 非球面 4.6414 0.2000
10 球面 无限 0.2100 1.517:64.2
11 球面 无限 0.3962
像 球面 无限 0
表5
表面编号 1 2 4 5 6 7 8 9
k -9.6361E-01 -7.8975E+00 -7.5087E+00 9.2966E-02 -9.8551E+01 -2.6396E+01 2.0986E+01 -3.2685E+01
A<sub>4</sub> 1.1718E-02 -3.5352E-02 2.8532E-03 -1.6374E-01 6.5368E-02 6.9088E-02 -6.8123E-02 -4.1600E-02
A<sub>6</sub> 1.7137E-03 2.0243E-02 -1.7363E-01 -1.9181E-02 7.9311E-02 6.7827E-02 2.7573E-02 1.0596E-02
A<sub>8</sub> 7.4632E-04 -9.9702E-03 1.5095E-01 5.2938E-02 -5.2550E-02 -1.0069E-02 -4.8415E-03 -2.2133E-03
A<sub>10</sub> -2.7627E-04 2.3387E-03 -4.1592E-02 -1.7625E-02 9.2947E-03 -6.3826E-03 4.7162E-04 1.6404E-04
表6
F F1 F1/F TTL ImgH T1 TTL/ImgH T1/TTL R3/R4 SD TD SD/TD
5.465 6.773 1.239 5.630 2.28 2.469 2.469 0.439 0.847 3.491 4.824 0.724
本实施例中，透镜组的视场角为44.5°，光圈值为F2.28。本透镜组设计波长为790nm～830nm，从而适合于红外线波段的应用。其他同实施例1。
参见图5，该镜头的各个透镜的形状比较匀称，便于成型生产，而且镜片间距合理，便于后期的结构设计。
参见图6，所示镜头的纵向球差、像散场曲和光学畸变曲线，从图上看，本实用新型所述镜头的场曲和像散很好地校正且光学畸变抑制到低于2％。
参见图7，所示镜头的相对照度曲线，从图上看，本实用新型所述镜头最小相对照度约80％，成像画面不会有亮度不均。

Claims (5)

1.一种四片式成像透镜组，其特征在于：由沿光轴从物侧到像侧依次排布的具有正折射力的第一透镜、具有负折射力、物侧面为凸面且像侧面为凹面的第二透镜、具有正折射力且像侧面为凸面的第三透镜、具有负折射力的第四透镜组成，所述第一透镜和第二透镜之间设置孔径光阑，且满足以下条件式：
TTL/ImgH&lt;2.6
0.4&lt;T1/TTL&lt;0.6
其中，TTL为第一透镜的物侧面到像面的总长、ImgH为半像高、T1为第一透镜的物侧面到第三透镜的像侧面的轴上距离。
2.根据权利要求1所述的四片式成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：
0.8&lt;F1/F&lt;5
其中，F1为第一透镜焦距、F为透镜组焦距。
3.根据权利要求1所述的四片式成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：
0.5&lt;R3/R4&lt;2
其中，R3、R4分别为第二透镜的物侧面和像侧面的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的四片式成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：
0.64&lt;SD/TD&lt;0.80
其中，光圈至第四透镜的像侧面的轴上距离为SD，第一透镜的物侧面至第四透镜的像侧面的轴上距离为TD。
5.根据权利要求1所述的四片式成像透镜组，其特征在于：
第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜分别采用偶次非球面塑料镜片，非球面系数满足如下方程：
Z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2y2}+1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10
其中，Z：非球面矢高；c：非球面近轴曲率；y：镜头口径；k：圆锥系数；A4：4次非球面系数；A6：6次非球面系数；A8：8次非球面系数；A10：10次非球面系数。
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Patentee after: Liaoning Zhonglan Photoelectric Technology Co.,Ltd.

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Patentee before: LIAONING ZHONGLAN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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Pledgee: China Construction Bank Corporation Panjin branch

Pledgor: Liaoning Zhonglan Photoelectric Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2021210000049