WO2024051341A1 - 光学镜头、摄像头模组和电子装置 - Google Patents

光学镜头、摄像头模组和电子装置 Download PDF

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Abstract

一种光学镜头(10)、摄像头模组(100)和电子装置(1000)，光学镜头(10)从物侧至像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜(L1)；具有负屈光力的第二透镜(L2)，第二透镜(L2)相对于第一透镜(L1)移动设置；具有正屈光力的第三透镜(L3)；具有负屈光力的第四透镜(L4)。光学镜头(10)满足以下关系式：1.2<|f/f1|<3.0；其中，f为光学镜头(10)的系统焦距，f1为第一透镜(L1)的焦距。

Description

光学镜头、摄像头模组和电子装置
相关申请
本申请要求于2022年9月8日申请的，申请号为202211097738.5，名称为“光学镜头、摄像头装置和电子装置”的中国专利申请的优先权，在此将其全文引入作为参考。
技术领域
本申请涉及光学成像领域，尤其涉及一种光学镜头、摄像头模组和电子装置。
背景技术
随着电子设备的广泛应用，对电子设备的成像功能要求也越来越高。用户需要一种能够清晰的拍摄近距离物体的光学镜头，同时还需要能够拍摄较远距离的光学镜头。在相关技术中，手机上的长焦镜头和显微镜头是两颗镜头，会占用更多的体积空间、费用成本也较高。
发明内容
根据本申请的各种实施例，提供一种光学镜头、摄像头模组和电子装置。
本申请实施方式提供的光学镜头从所述光学镜头从物侧至像侧依次包括：
具有正屈光力的第一透镜；
具有负屈光力的第二透镜，所述第二透镜相对于所述第一透镜移动设置；
具有正屈光力的第三透镜；
具有负屈光力的第四透镜；
所述光学镜头满足以下关系式：
1.2<|f/f1|<3.0；
其中，f为所述光学镜头的系统焦距，f1为所述第一透镜的焦距。
本申请实施方式提供的摄像头模组包括光学镜头和图像传感器，所述图像传感设置在光学镜头的像侧。
本申请实施方式提供的电子装置包括壳体和摄像头模组，所述摄像头模组安装在所述壳体上。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1是本申请实施方式的光学镜头的结构示意图；
图2是本申请实施方式的摄像头模组的结构示意图；
图3是本申请实施方式的电子装置的结构示意图；
图4是本申请实施方式的实施例一公开的光学镜头的结构示意图；
图5是本申请实施方式的实施例一公开的光学镜头的MTF曲线图；
图6是本申请实施方式的实施例一公开的光学镜头的又一结构示意图；
图7是本申请实施方式的实施例一公开的光学镜头的又一MTF曲线图；
图8是本申请实施方式的实施例二公开的光学镜头的结构示意图；
图9是本申请实施方式的实施例二公开的光学镜头的MTF曲线图；
图10是本申请实施方式的实施例二公开的光学镜头的又一结构示意图；
图11是本申请实施方式的实施例三、二开的光学镜头的又一MTF曲线图；
图12是本申请实施方式的实施例三公开的光学镜头的结构示意图；
图13是本申请实施方式的实施例三公开的光学镜头的MTF曲线图；
图14是本申请实施方式的实施例三公开的光学镜头的又一结构示意图；
图15是本申请实施方式的实施例三公开的光学镜头的又一MTF曲线图。
附图标记：
电子装置1000、壳体200、摄像头模组100、光学镜头10、第一透镜L1、第二透镜
L2、第三透镜L3、第四透镜L4。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请实施方式提供的光学镜头10从光学镜头10从物侧至像侧依次包括具有正屈光力的第一透镜L1、具有负屈光力的第二透镜L2、具有正屈光力的第 三透镜L3和具有负屈光力的第四透镜L4。第二透镜L2相对于第一透镜L1移动设置。
光学镜头10满足以下关系式：
1.2<|f/f1|<3.0；……(1)
其中，f为光学镜头10的系统焦距，f1为第一透镜L1的焦距。
其中，|f/f1|可以为(1.2，3.0)区间的任意值，例如取值1.3、1.4、1.7、1.9、2、2.2、2.3、2.4、2.9等。
在本申请实施方式提供的光学镜头10中，通过合理的透镜配置以及第二透镜L2的可移动设置从而使得光学镜头10能够集成有长焦功能和显微功能且还能任意切换，减小光学镜头10的体积。还可使得第一透镜L1具有较大的正光焦度，有利于光线的收集汇聚从而提升光学镜头10的成像质量。
通过第二透镜L2的移动使得光学镜头10的工作距离的范围可达0.015m～3m，具体地，当第二透镜L2朝背离第一透镜L1的方向运动至第一预设位置时，光学镜头10可处于显微工作状态，以实现显微放大便于用户观察。其中，可应用于精密机械、野外考察或印刷等行业。当第二透镜L2朝靠近第一透镜L1的方向运动至第二预设位置时，光学镜头10可处于长焦工作状态，以便于用户进行远景的拍摄。
可以理解的是，本申请实施方式的光学镜头10也可以用于普通拍摄。显微拍照功能、长焦拍照功能与普通功能集成在一个光学镜头10中，不仅减小了光学镜头10的整体体积，还能够拓展光学镜头10的拍摄场景。通过移动第二透镜L2以实现光学镜头10在显微工作状态、长焦工作状态与普通拍照模式进行切换，提升用户体验。
其中，第一透镜L1具有物侧面S1及像侧面S2。第二透镜L2具有物侧面S3及像侧面S4。第三透镜L3具有物侧面S5及像侧面S6。第四透镜L4具有物侧面S7及像侧面S8。
在某些实施方式中，光学镜头10还包括滤光片和保护玻璃。当光学镜用于成像时，被摄物体发出或者反射的光线从物侧方向进入光学镜头10，并具体可依次穿过第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、滤光片和保护玻璃，最终汇聚到成像面上，成像面可以为图像传感器20的物侧面。
在某些实施方式中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4均可为塑料透镜或玻璃透镜制成。塑料透镜的成本较低，有利于降低整个光学镜头10的成本；而玻璃透镜不易因环境温度改变引起热胀冷缩现象，以保证光学镜头10的成像质量较为稳定。
需要说明的是，本申请实施例中，第一、第二、第三等表述仅用于将一个特征与 另一个特征区分开来，或者将同一类元件中的不同元件区分开来，而不表示对特征或元件的任何限定。
在某些实施方式中，光学镜头10满足以下关系式：
1.0<|f/f2|<2.5；……(2)
其中，f2为第二透镜L2的焦距。
如此，在光学镜头10满足关系式(2)的情况下，能够提升第二透镜L2的负光焦度，从而减小光学镜头10从长焦工作状态切换到显微工作状态时第二透镜L2所需的移动行程，从而能够实现光学镜头10从长焦工作状态到显微工作状态的快速切换。
其中，|f/f2|可以为(1，2.5)区间的任意值，例如取值1.1、1.3、1.4、1.7、1.9、2、2.2、2.3、2.4等。
在某些实施方式中，光学镜头10满足以下关系式：
0.5<|f/f3|<1.6；……(3)
其中，f3为第三透镜L3的焦距。
如此，在光学镜头10满足关系式(3)的情况下，有利于像差的矫正，从而提升光学镜头10的成像效果。其中，|f/f3|可以为(0.5，1.6)区间的任意值，例如取值可以为0.6、0.8、0.9、1.1、1.2、1.3、1.5等。
在某些实施方式中，光学镜头10满足以下关系式：
0.8<|f/f4|<2.0；……(4)
其中，f4为第四透镜L4的焦距。
在光学镜头10满足关系式(4)的情况下，有利于像差的矫正，从而提升光学镜头10的成像效果。其中，|f/f4|可以为(0.8，2.0)区间的任意值，例如取值可以为0.9、1.1、1.2、1.3、1.5、1.7、1.8、1.9等。
在某些实施方式中，移动后的第二透镜L2相对于第一透镜L1的移动距离的范围为380um～520um。如此，在移动后的第二透镜L2相对于第一透镜L1的可移动距离限制在380um到520um之间时，可保证光学镜头10在显微工作状态下与长焦工作状态下均能够呈现实现较好的成像效果。
需要指出的是，移动后的第二透镜L2相对于第一透镜L1的移动距离的取值可以为[380，520]的区间值，单位为um。例如可以为380um、390um、411um、423um、457um、490um、512um、520um等。
其中，当移动后的第二透镜L2相对于第一透镜L1的移动距离超出520um时，可能导致第二透镜L2与第一透镜L1或第三透镜L3接触从而影响光学镜头10的工作效率。当移 动后的第二透镜L2相对于第一透镜L1的移动距离超出小于380um时可能导致光学镜头10的显微功能或长焦功能受影响。
需要指出的是，移动后的第二透镜L2相对于第一透镜L1的可移动距离和光学镜头10的各个透镜结构参数相关，如焦距或尺寸等，用户可根据各个透镜结构参数控制第二透镜L2的可移动距离。
在某些实施方式中，当第二透镜L2与第一透镜L1的距离小于预设距离时，光学镜头10的视场角的大小为32°～50°。如此，有利于提升光学镜头10在长焦工作状态下的成像效果。需要指出的是，当第二透镜L2与第一透镜L1的距离小于预设距离时，光学镜头10的视场角可以为[32，50]的区间的任意值，单位为°。例如取值可以为32°、33°、36°、37°、42°、46°、47°、49°、50°等。
请参阅图2，本申请实施方式提供的摄像头模组100包括光学镜头10和图像传感器20，图像传感设置在光学镜头10的像侧。
图像传感器20可以为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或CCD(Charged Coupled Device，电荷耦合器件)，也可以是CMOS或CCD以外的其他类型的图像传感器2070，例如CID传感器(Charge Injection Device，电荷注入器件)。可以理解的是，对于CMOS，可以将DSP集成在CMOS内。CMOS具有集成度高、功耗低、成本低等优点，比较适合安装空间受限的手机。
在某些实施方式中，光学镜头10满足以下关系式：
1.0<|TTL/Diag|<1.8；……(5)
其中，TTL为光学镜头10的总长，Diag为图像传感器20的对角线长度。
在光学镜头10满足关系式(5)的情况下，通过限定光学镜头10的总长和图像传感器20的对角线长度的关系，控制光学镜头10的总长以实现光学镜头10的小型化。其中，|TTL/Diag|可以为(1.0，1.8)区间的任意值，例如取值可以为1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.7等。
在某些实施方式中，当第二透镜L2与第一透镜L1的距离大于或等于预设距离时，图像传感器20的成像放大倍率为0.2～0.5。如此，当第二透镜L2远离第一透镜L1设置时，可提升光学镜头10在显微工作状态下的成像效果。可以理解的是，放大倍率的具体计算方式为像高除以物高。需要指出的是，当第二透镜L2与第一透镜L1的距离大于或等于预设距离时，图像传感器20的成像放大倍率可以为[0.2，0.5]的区间的任意值，例如取值可以为0.2、0.26、0.27、0.29、0.31、0.35、0.38、0.39、0.4、0.4、0.48、0.5等。
请参阅图3，本申请实施方式提供的电子装置1000包括壳体200和摄像头模组 100，摄像头模组100安装在壳体200上。
其中，电子装置1000包括但不限于为智能电话、移动电话、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、游戏机、个人计算机(personal computer，PC)、相机、智能手表、平板电脑、监控设备等信息终端设备或具有拍照功能的家电产品等。
在某些实施方式中，摄像头模组100还可包括柔性电路板。在拍摄过程中，被拍摄物的成像光线进入光学镜头10，然后到达图像传感器20，成像光线中的光子打到图像传感器20上产生可移动电荷，可移动电荷汇集形成电信号。利用柔性电路板电连接图像传感器20和电子装置1000的电路板。电路板上设置有A/D转换器(模数转换器)和DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)，A/D转换器将电信号转换成数字信号，数字信号经过DSP处理后。最终传输到电子装置1000的显示屏上显示图像，即实现了对被拍摄物的拍摄。用户可调节光学镜头10中第二透镜L2的位置，从而实现光学镜头10的不同功能的拍照模式，如显微或长焦等。
在本申请实施方式中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面。其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4可采用塑料材质制成。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4的面型由以下公式(6)决定：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(近轴曲率c为曲率半径R的倒数)，k为圆锥系数，Ai为是非球面第i阶的修正系数。
请参阅图1，在实施例一中，第一透镜L1具有负屈折力，第二透镜L2具有负屈折力，第三透镜L3具有正屈折力，第四透镜L4具有正屈折力。光学镜头10满足下面表1的条件：

表1中，在实施例一中，当光学镜头10处于长焦工作状态时，Gap1＝0.040、Gap2＝0.721，光学镜头10的总长TTL为5.10mm，光学镜头10的系统焦距f为4.75mm，最大像高处的视场角(FOV，Field Of View)为40.9°，光圈值(f-number)为2.38。
其中，Gap1为像侧面S2与光轴L的交点到物侧面S3与光轴L的交点之间的距离，其中Gap2为像侧面S4与光轴L的交点到物侧面S5与光轴L的交点之间的距离。
当光学镜头10处于显微工作状态时，Gap1＝0.489、Gap2＝0.273，光学镜头10的总长TTL依然为5.10mm，光学放大倍率为0.35。
以下表2列出了实施例一的光学镜头10的各个非球面(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8)的圆锥系数K和高次阶修正系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，这些系数由上述非球面的面型公式(6)得出。
其中，图4与图5为在实施例一中当光学镜头10处于长焦工作状态时，光学镜头10的结构示意图和MTF曲线图，图6与图7为实施例一中当光学镜头10处于显微工作状态时，光学镜头10的结构示意图和MTF曲线图。需要说明的是，图5中的TELE指的是此时 光学镜头10处于长焦工作状态，图7中的MICRO指的是此时光学镜头10处于显微工作状态。
在图5与图7中，横坐标Y-REAL IMAGE HEIGHT代表图像的真实像高，纵坐标代表解像力数据MTF值。MTF(Modulation Transfer Function)为调制传递函数，调制度传递函数可以说明光学镜头10的解像能力。纵坐标的值越往上也就是越接近1，说明光学镜头10的光学素质越好。
由图5和图7可以看出，光学镜头10处于长焦工作状态还是显微工作状态时，实际的光学镜头10的MTF曲线接近理想状态下光学镜头10的MTF曲线，从而可确定在实施例一中提供的面型下的光学镜头10的成像效果较佳。
请参阅图1，在实施例二中，第一透镜L1具有负屈折力，第二透镜L2具有负屈折力，第三透镜L3具有正屈折力，第四透镜L4具有正屈折力。光学镜头10满足下面表3的条件：
在表3中，在实施例二中，当光学镜头10处于长焦工作状态时，Gap1＝0.040、Gap2＝0.744，光学镜头10的总长TTL为5.10mm，光学镜头10的系统焦距f为4.75mm，最大像高处的视场角(FOV，Field Of View)为40.9°，光圈值(f-number)为2.38。
其中，Gap1为像侧面S2与光轴L的交点到物侧面S3与光轴L的交点之间的距离，其中Gap2为像侧面S4与光轴L的交点到物侧面S5与光轴L的交点之间的距离。
当光学镜头10处于显微工作状态时，Gap1＝0.489、Gap2＝0.273，光学镜头10的总长TTL依然为5.25mm，光学放大倍率为0.35。
以下表4列出了实施例二的光学镜头10的各个非球面(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8)的圆锥系数K和高次阶修正系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，这些系数由上述非球面的面型公式(6)得出。

其中，图8与图9为在实施例二中当光学镜头10处于长焦工作状态时，光学镜头10的结构示意图和MTF曲线图，图10与图11为实施例二中当光学镜头10处于显微工作状态时，光学镜头10的结构示意图和MTF曲线图。需要说明的是，图9中的TELE指的是此时光学镜头10处于长焦工作状态，图11中的MICRO指的是此时光学镜头10处于显微工作状态。
在图9与图11中，横坐标Y-REAL IMAGE HEIGHT代表图像的真实像高，纵坐标代表解像力数据MTF值。MTF(Modulation Transfer Function)为调制传递函数，调制度传递函数是可以说明光学镜头10的解像能力。纵坐标的值越往上也就是越接近1，说明光学镜头10的光学素质越好。
由图9和11可以看出，光学镜头10处于长焦工作状态与显微工作状态时，实际的光学镜头10的MTF曲线接近理想状态下光学镜头10的MTF曲线，从而可确定在实施二中提供的面型下的光学镜头10的成像效果较佳。
请参阅图1，在实施例三中，第一透镜L1具有负屈折力，第二透镜L2具有负屈折力，第三透镜L3具有正屈折力，第四透镜L4具有正屈折力。光学镜头10满足下面表5的条件：

表5中，在实施例三中，当光学镜头10处于长焦工作状态时，Gap1＝0.040、Gap2＝0.747，光学镜头10的总长TTL为5.15mm，光学镜头10的系统焦距f为4.66mm，最大像高处的视场角(FOV，Field Of View)为41.5°，光圈值(f-number)为2.34。
其中，Gap1为像侧面S2与光轴L的交点到物侧面S3与光轴L的交点之间的距离，其中Gap2为像侧面S4与光轴L的交点到物侧面S5与光轴L的交点之间的距离。
当光学镜头10处于显微工作状态时，Gap1＝0.512、Gap2＝0.27，光学镜头10的总长TTL依然为5.15mm，光学放大倍率为0.35。
以下表6列出了实施例三的光学镜头10各个非球面(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8)的圆锥系数K和高次阶修正系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20，这些系数由上述非球面的面型公式(6)得出。
其中，图12与图13为在实施例三中当光学镜头10处于长焦工作状态时，光学镜头10的结构示意图和MTF曲线图，图14与图15为实施例三中当光学镜头10处于显微工作状态时，光学镜头10的结构示意图和MTF曲线图。需要说明的是，图13中的TELE指的是此时光学镜头10处于长焦工作状态，图15中的MICRO指的是此时光学镜头10处于显微工作状态。
在图13与图15中，横坐标Y-REAL IMAGE HEIGHT代表图像的真实像高，纵坐标代表解像力数据MTF值。MTF(Modulation Transfer Function)为调制传递函数，调制度传递函数是可以说明光学镜头10的解像能力。纵坐标的值越往上也就是越接近1，说明光学镜头10的光学素质越好。
由图13和15可以看出，光学镜头10处于长焦工作状态与显微工作状态时，实际的光学镜头10的MTF曲线接近理想状态下光学镜头10的MTF曲线，从而可确定在实施例三中提供的面型下的光学镜头10的成像效果较佳。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

  1. 一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头从物侧至像侧依次包括：
    具有正屈光力的第一透镜；
    具有负屈光力的第二透镜，所述第二透镜相对于所述第一透镜移动设置；
    具有正屈光力的第三透镜；
    具有负屈光力的第四透镜；
    所述光学镜头满足以下关系式：
    1.2<|f/f1|<3.0；
    其中，f为所述光学镜头的系统焦距，f1为所述第一透镜的焦距。
  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关系式：
    1.0<|f/f2|<2.5；
    其中，f2为所述第二透镜的焦距。
  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关系式：
    0.5<|f/f3|<1.6；
    其中，f3为所述第三透镜的焦距。
  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关系式：
    0.8<|f/f4|<2.0；
    其中，f4为所述第四透镜的焦距。
  5. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，移动后的所述第二透镜相对于所述第一透镜的移动距离的范围为380um～520um。
  6. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，当所述第二透镜与所述第一透镜的距离小于预设距离时，所述光学镜头的视场角的大小为32°～50°。
  7. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头还包括滤光片和保护玻璃，所述滤光片和所述保护玻璃设于所述第四透镜和所述光学镜头的成像面之间。
  8. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜的材质包括塑料。
  9. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面。
  10. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，
    所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
    所述第二透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；
    所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
    所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面。
  11. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，
    所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
    所述第二透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；
    所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
    所述第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
  12. 一种摄像头模组，其特征在于，所述摄像头模组包括：
    权利要求1-11任一项所述的光学镜头；及
    图像传感器，所述图像传感器设置在所述光学镜头的像侧。
  13. 根据权利要求12所述的摄像头模组，其特征在于，所述光学镜头满足以下关系式：
    1.0<|TTL/Diag|<1.8；
    其中，TTL为所述光学镜头的总长，Diag为所述图像传感器的对角线长度。
  14. 根据权利要求12所述的摄像头模组，其特征在于，当所述第二透镜与所述第一透镜的距离大于或等于预设距离时，所述图像传感器的成像放大倍率为0.2～0.5。
  15. 一种电子装置，其特征在于，包括：
    壳体；及
    权利要求12-14任一项所述的摄像头模组，所述摄像头模组安装在所述壳体上。
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