CN209167649U

CN209167649U - 自动变焦高像素微镜头

Info

Publication number: CN209167649U
Application number: CN201822036459.3U
Authority: CN
Inventors: 宋亮; 金兑映
Original assignee: Liaoning Zhonglan Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Liaoning Zhonglan Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2028-12-06

Abstract

本实用新型涉及一种自动变焦高像素微镜头，其技术要点是：包括从物体侧到像面侧沿光轴依次布置的Tlens镜头和5片非球面塑料透镜组；5片非球面塑料透镜组从物体侧到像面侧依次由具有正折射力的第一透镜P1、具有负折射力且像侧面为凹面的第二透镜P2、具有负折射力且物侧面为凹面、像侧面为凸面的第三透镜P3、具有正折射力且物侧面和像侧面近轴处均为凸面的第四透镜P4、具有负折射力且像侧面近轴处为凹面并具有一个反曲点的第五透镜P5构成。通过采用Tlens+非球面塑料透镜组的组合，既满足自动变焦要求又满足限制镜头前段最大有效镜的要求，显著提高镜头解析力，同时缩小前端镜头体积，扩大屏占比。

Description

自动变焦高像素微镜头

技术领域

本实用新型涉及一种自动变焦高像素微镜头，适用于作为全面屏高像素的智能手机前置或后置自动变焦摄像头。

背景技术

随着智能手机拍摄功能和拍摄方式的创新，对高像素摄像头的需求以及全面屏的热潮，一种新型对焦方式的手机镜头Tlens应运而生，对其加以很小的电压可以改变镜片的曲率以此可以替代传统的马达对焦方式，同时减小了整体的尺寸、节约手机电量，弥补手机前置变焦镜头的空缺，实现前置可变焦的高像素镜头。

但是为了满足如今手机摄像头的高速发展，具体是满足目前全面屏机构设计方面的要求，在要求摄像头满足上述条件以外，还需要保证物体侧的尺寸要尽可能的小，本申请即是为此而提出的。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种结构合理、使用可靠的自动变焦高像素微镜头，采用 Tlens+非球面塑料透镜组的组合，既满足自动变焦要求又满足限制镜头前段最大有效镜的要求，显著提高镜头解析力，同时缩小前端镜头体积，扩大屏占比。

本实用新型的技术方案是：

一种自动变焦高像素微镜头，其技术要点是：包括从物体侧到像面侧沿光轴依次布置的 Tlens镜头和5片非球面塑料透镜组；所述5片非球面塑料透镜组从物体侧到像面侧依次由具有正折射力的第一透镜P1、具有负折射力且像侧面为凹面的第二透镜P2、具有负折射力且物侧面为凹面、像侧面为凸面的第三透镜P3、具有正折射力且物侧面和像侧面近轴处均为凸面的第四透镜P4、具有负折射力且像侧面近轴处为凹面并具有一个反曲点的第五透镜P5构成，所述第一透镜P1的物面侧布置光阑，且满足以下条件：

0.55<Y1/IH<0.812

0.45<IH/TTL<0.73

其中，Y1为Tlens镜头到第三透镜P3最大的通光孔径，IH为半像高，TTL为光学总长。

上述的自动变焦高像素微镜头，所述Tlens镜头从物体侧起具有材质为BK7的保护面S1、材质为polymer高分子材料且折射率分别为1.57和1.53的曲率可变面S2、曲率可变面S3。

上述的自动变焦高像素微镜头，所述第二透镜P2的折射率N>1.66。

上述的自动变焦高像素微镜头，还满足以下条件：

0.48<(R7+R8)/(R7-R8)<0.67

其中，R7、R8分别为第四透镜P4的物侧面曲率半径和像侧面曲率半径。此条件式用来限制第四透镜P4的形状与光焦度，满足此范围有利于消像差，使光学系统的主光线在像面上的入射角能与图像传感器更好的匹配。

上述的自动变焦高像素微镜头，所述Tlens镜头与5片非球面塑料透镜组的第一透镜P1 之间设有体现无缝连接的连接虚拟界面S5，所述连接虚拟界面S5与曲率可变面S3之间设有体现变焦空间厚度的厚度虚拟界面S4，并满足以下条件：

0.015<t3/Y3<0.037

其中，t3为曲率可变面S3至厚度虚拟界面S4的厚度，Y3为曲率可变面S3的有效通光孔径。此条件式用来约束Tlens镜头有足够的变焦空间。

上述的自动变焦高像素微镜头，还满足如下条件式：

400mm<|R′|<700mm

700mm<|R″|<900mm

其中，R′为300mm物距时Tlens镜头的曲率半径，R″为700mm物距时Tlens镜头的曲率半径。此条件式用来约束Tlens曲率能够实现200-1000mm范围内调焦，其中300-700mm物距时精确。

上述的自动变焦高像素微镜头，还满足如下条件式：

0.4<Y4/IH<0.65

其中，Y4为第二透镜P2的像侧面有效通光口径。此条件式有利于使系统实现物侧面较小口径以满足全面屏手机结构设计的需求。

上述的自动变焦高像素微镜头，还满足如下条件式：

0.95<Y5/IH<1.45

其中，Y5为第四透镜P4的像侧面有效通光口径。此条件式有利于使系统实现物侧面较小口径以满足全面屏手机结构设计的需求。

本实用新型的有益效果是：

1、采用Tlens镜头和5片非球面塑料透镜组的组合形式，实现光学总长不大于5.0mm的明亮镜头，对于较暗的环境下摄像也有很好的表现，最大像圆为匹配高像素芯片解析力可达千万，在物距200-1000mm范围内，通过Tlens镜头的自动变焦，镜片曲率的改变可实现镜头的高解析力。

2、采用Tlens镜头和5片非球面塑料透镜组的组合形式，且0.55<Y1/IH<0.812，此条件式用来限制镜头前段最大有效镜，缩小前端镜头体积，扩大屏占比；且0.45<IH/TTL<0.73，此条件式用来限制镜头总长，有利于使系统小型化。从而满足全屏手机前置摄像头物体侧的尺寸要尽可能的小的要求，同时满足薄型手机设计要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构组成示意图；

图2是本实用新型实施例1的光学系统的三维图；

图3是本实用新型实施例1的光学系统的MTF传递函数曲线图，横坐标为视场，纵坐标为传递函数值；

图4是本实用新型实施例1的光学系统的场曲与畸变特征曲线，横坐标为百分比，纵坐标为畸变/场曲值；

图5是本实用新型实施例1的光学系统的离焦曲线，横坐标为焦移量，纵坐标为传递函数值；

图6是本实用新型实施例1的光学系统中物距为450时的MTF曲线，横坐标为视场，纵坐标为传递函数值；

图7是实施例2的光学系统的三维图；

图8是实施例2的光学系统的MTF传递函数曲线图；

图9是实施例2的光学系统的场曲与畸变特征曲线；

图10是实施例2的光学系统的离焦曲线；

图11是实施例2的光学系统的MTF曲线。

图中：P1.第一透镜、P2.第二透镜、P3.第三透镜、P4.第四透镜、P5.第五透镜；IRCUT. 滤光片、IMG.滤光片；

S1.保护面、S2.曲率可变面、S3.曲率可变面、S4.厚度虚拟界面、S5.连接虚拟界面；S7. 第一透镜物侧面、S8.第一透镜像侧面、S9.第二透镜物侧面、S10.第二透镜像侧面、S11.第三透镜物侧面、S12.第三透镜像侧面、S13.第四透镜物侧面、S14.第四透镜像侧面、S15.第五透镜物侧面、S16.第五透镜像侧面、S17.滤光片物侧面、S18.滤光片像侧面。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，该自动变焦高像素微镜头，包括从物体侧到像面侧沿光轴依次布置的Tlens 镜头和5片非球面塑料透镜组。

其中，所述5片非球面塑料透镜组从物体侧到像面侧依次由具有正折射力的第一透镜P1、具有负折射力且像侧面为凹面的第二透镜P2、具有负折射力且物侧面为凹面、像侧面为凸面的第三透镜P3、具有正折射力且物侧面和像侧面近轴处均为凸面的第四透镜P4、具有负折射力且像侧面近轴处为凹面并具有一个反曲点的第五透镜P5构成，所述第一透镜P1的物面侧布置光阑。所述第二透镜P2的折射率N>1.66。所述Tlens镜头从物体侧起具有材质为BK7的保护面S1、材质为polymer高分子材料且折射率分别为1.57和1.53的曲率可变面S2、曲率可变面S3，所述Tlens镜头与5片非球面塑料透镜组的第一透镜P1之间设有体现无缝连接的连接虚拟界面S5，所述连接虚拟界面S5与曲率可变面S3之间设有体现变焦空间厚度的厚度虚拟界面S4。

本实施例中，同时满足以下条件：

0.55<Y1/IH<0.812

0.45<IH/TTL<0.73

0.48<(R7+R8)/(R7-R8)<0.67

0.015<t3/Y3<0.037

400mm<|R′|<700mm

700mm<|R″|<900mm

0.4<Y4/IH<0.65

0.95<Y5/IH<1.45

其中，Y1为Tlens镜头到第三透镜P3最大的通光孔径，IH为半像高，TTL为光学总长； R7、R8分别为第四透镜P4的物侧面曲率半径和像侧面曲率半径；t3为曲率可变面S3至厚度虚拟界面S4的厚度，Y3为曲率可变面S3的有效通光孔径；R′为300mm物距时Tlens镜头的曲率半径，R″为700mm物距时Tlens镜头的曲率半径；Y4为第二透镜P2的像侧面有效通光口径；Y5为第四透镜P4的像侧面有效通光口径。

该自动变焦高像素微镜头的Tlens结构中，曲率的变换满足如下方程：

D＝(s+s′)/ss′0D≤D≤10D

其中，D为屈光度，s、s′分别为物距和像距。

该自动变焦高像素微镜头的5片非球面塑料透镜组全部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+

A₁₂y¹²+A₁₄y¹⁴+A₁₆y¹⁶+A₁₈y¹⁸+A₂₀y²⁰

其中，Z为非球面矢高、c为非球面近轴曲率、y为镜头口径、k为圆锥系数、A₄为4次非球面系数、A₆为6次非球面系数、A₈为8次非球面系数、A₁₀为10次非球面系数、A₁₂为12 次非球面系数、A₁₄为14次非球面系数、A₁₆为16次非球面系数、A₁₈为18次非球面系数、A₂₀为20次非球面系数。

本实施例，镜头的设计参数请参照表1(表1a、表1b)。

表1a

表1b

本实施例中，Y1/IH的值为0.704，IH/TTL的值为0.652，(R7+R8)/(R7-R8)的值为0.529，t3/Y3的值为0.025，R′、R″的值分别为635.7mm、876.8mm，Y4/IH的值为0.527，Y5/IH的值为1.246；视场角为81°，光圈为F2.0，光学总长TTL(镜头最前端S1到像面IMG的距离)为5.0mm。

如图2所示，该光学系统的镜片形状比较匀称，便于成型生产，且镜片间距合理，便于后期的结构设计。

如图3所示，是实施例1光学系统的MTF传递函数曲线图(光学传递函数)，可以综合反映系统的成像质量，其曲线形状越平滑，且相对X轴的高度越高，证明系统的成像质量越好, 本使用新型镜头具有较高的清晰度。

如图4所示，是实施例1光学系统的场曲与畸变特征曲线，曲线靠近y轴，畸变数值接近 2％，畸变很小，成像质量高。

如图5所示，是实施例1光学系统的离焦曲线，分别表示0视场、0.4视场、0.6视场、0.8视场和1.0视场的光学性能和离焦量，曲线峰值距离中心点越近，表示光学性能越好，场区也越小。

如图6所示，是实施例1光学系统中，物距为450时的MTF曲线，MTF曲线平滑，中心视场大于0.8且边缘视场也很高，具有很高的解析力，对整体成像具有很高的水平。

实施例2

本实施例中，镜头组成及结构形式与实施例1相同，具体设计参数请参照表2(表2a、表 2b)：

表2a

表2b

实施例2中，Y1/IH的值为0.701，IH/TTL的值为0.66，(R7+R8)/(R7-R8)的值为0.508 ，t3/Y3的值为0.023，R′、R″的值分别为625.5mm、887.6mm，Y4/IH的值为0.51，Y5/IH的值为1.123。视场角为79°，光圈为F2.1，光学总长TTL为4.93mm。

如图8所示，是实施例2光学系统的MTF传递函数曲线图，综合反映系统的成像质量，其曲线形状越平滑，且相对X轴的高度越高，证明系统的成像质量越好,本使用新型镜头具有较高的清晰度。

如图9所示，是实施例2光学系统的场曲与畸变特征曲线。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％。

如图10所示，分别表示0视场、0.4视场、0.6视场、0.8视场和1.0视场的光学性能和离焦量。曲线峰值距离中心点越近，表示光学性能越好，场曲也越小。

如图11所示，是实施例2光学系统的MTF曲线。综合反映系统的成像质量，其曲线形状越平滑，且相对X轴的高度越高，证明系统的成像质量越好,使用本新型镜头具有较高的清晰度。

Claims

1.一种自动变焦高像素微镜头，其特征在于：包括从物体侧到像面侧沿光轴依次布置的Tlens镜头和5片非球面塑料透镜组；所述5片非球面塑料透镜组从物体侧到像面侧依次由具有正折射力的第一透镜P1、具有负折射力且像侧面为凹面的第二透镜P2、具有负折射力且物侧面为凹面、像侧面为凸面的第三透镜P3、具有正折射力且物侧面和像侧面近轴处均为凸面的第四透镜P4、具有负折射力且像侧面近轴处为凹面并具有一个反曲点的第五透镜P5构成，所述第一透镜P1的物面侧布置光阑，且满足以下条件：

0.55<Y1/IH<0.812

0.45<IH/TTL<0.73

2.根据权利要求1所述的自动变焦高像素微镜头，其特征在于：所述Tlens镜头从物体侧起具有材质为BK7的保护面S1、材质为polymer高分子材料且折射率分别为1.57和1.53的曲率可变面S2、曲率可变面S3。

3.根据权利要求1所述的自动变焦高像素微镜头，其特征在于：所述第二透镜P2的折射率N>1.66。

4.根据权利要求1所述的自动变焦高像素微镜头，其特征在于：还满足以下条件：

0.48<(R7+R8)/(R7-R8)<0.67

其中，R7、R8分别为第四透镜P4的物侧面曲率半径和像侧面曲率半径。

5.根据权利要求2所述的自动变焦高像素微镜头，其特征在于：所述Tlens镜头与5片非球面塑料透镜组的第一透镜P1之间设有体现无缝连接的连接虚拟界面S5，所述连接虚拟界面S5与曲率可变面S3之间设有体现变焦空间厚度的厚度虚拟界面S4，并满足以下条件：

0.015<t3/Y3<0.037

其中，t3为曲率可变面S3至厚度虚拟界面S4的厚度，Y3为曲率可变面S3的有效通光孔径。

6.根据权利要求1所述的自动变焦高像素微镜头，其特征在于：还满足如下条件式：

400mm<|R′|<700mm

700mm<|R″|<900mm

其中，R′为300mm物距时Tlens镜头的曲率半径，R″为700mm物距时Tlens镜头的曲率半径。

7.根据权利要求1所述的自动变焦高像素微镜头，其特征在于：还满足如下条件式：

0.4<Y4/IH<0.65

其中，Y4为第二透镜P2的像侧面有效通光口径。

8.根据权利要求1所述的自动变焦高像素微镜头，其特征在于：还满足如下条件式：

0.95<Y5/IH<1.45

其中，Y5为第四透镜P4的像侧面有效通光口径。