CN111007638A - 一种小像面的单片光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明是一种小像面的单片光学镜头，在沿着光轴由物侧至像侧依次包括：光阑和透镜其特征在于：透镜的像侧表面是一个凸表面，镜头的两个表面至少有一个表面是非球面，镜头具有正折射力。光阑位于透镜和物体之间。并且光学镜头满足的条件为：IH<0.45mm其中的IH为半像高，和条件3.6>TTL/IH>3.0、0.53>R2/T3>0.48，其中TTL表示光阑到像面的距离；IH为成像的像高的一半即半像高；式中R2为透镜的像侧表面的曲率半径，T3为透镜像侧表面到像面的距离,其中像高半径和面与面距离的单位均为毫米。

Description

一种小像面的单片光学镜头

技术领域

本申请涉及光学镜头领域，具体说是一种小像面的单片光学镜头，这种镜头以其结构简单、可靠性高的特点，其常常被应用在手机和一些医用仪器当中。

背景技术

随着高科技产品的不断发展，人们生活当对镜头的需求量越来越多，列如手机中使用的各种类型的摄像头、医用探头等，单透镜镜头都能在其中找到应用的实例。在应用单透镜技术当中，为了满足便携式电子产品的逐渐向超薄小型化和更小成像面的方向发展。这就对镜头的性能提出了越来越高的要求，需要满足具有小像面尺寸和更广视场角度的同时也要满足小型化的要求。

发明内容

本申请提供了一种可以实现用一片带有非球面的透镜来实现让光汇聚在较小像面的镜头、因此这个光学镜头可以匹配更小尺寸的芯片，从而可以实现镜头的小型化和减小畸变的影响的问题。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：

一种小像面的单片光学镜头，该镜头在沿着光轴由物侧至像侧依次包括：光阑、透镜，像面。其特征在于：，光阑位于透镜和物体之间，透镜的物侧表面可以是凸表面也可以是凹表面，透镜的像侧表面是一个凸表面，镜头的两个表面至少有一个表面是非球面，并且镜头具有正折射力。并且光学经镜头满足下列条件：

3.6>TTL/IH>3.0

0.53>R2/T3>0.48

在上述公式当中TTL表示该光学镜头的光阑到光学镜头的像面的距离。IH为该光学镜头所成像的像高的一半。在上述公式当中R2为透镜的像侧表面的曲率半径，T3为透镜像侧表面到像面的距离，其中像高半径和面与面距离的单位均为毫米。

在一个实施例当中的光学镜头，其特征在于，所述透镜的半像高H满足条件：IH<0.45mm。

在一个实施例当中的光学镜头，其特征在于，所述透镜的畸变满足条件：distortion<5％，其中distortion为光学畸变。

在一个实施例当中的光学镜头条件当中，其特征在于所述光学镜头满足的光学畸变应满足条件：1.6>|dis|>0.7，其中的dis为光学畸变distortion与TV distortion的比值。

另一方面，本申请提供了由单个透镜和光阑组合的一种小成像范围的光学镜头，该镜头在沿着光轴由物侧至像侧依次包括：光阑、透镜，像面。光阑位于透镜和物体之间，透镜的物侧表面可以是凸表面也可以是凹表面，透镜的像侧表面是一个凸表面，镜头的两个表面至少有一个表面是非球面，并且镜头具有正折射力。其中满足下列条件：

100°>FOV>80°

其中在上述公式当中FOV表示该光学镜头视场角的范围。

本发明的优点是：

本发明采用了单片透镜，并且通过调节该个透镜两个表面的曲率、面型、光阑和透镜之间的距离和透镜和像面之间的距离，从而达到上述光学镜头具有较小的像面、达到较大的FOV和小型化等至少一个增益效果。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将变得更加明显。

图1为根据本申请实施例1的光学镜头的结构示意图。

图2A为实施例1的光学镜头的象散曲线图。

图2B为实施例1的光学镜头的畸变曲线图。

图2C为实施例1的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图3为根据本申请实施例2的光学镜头的结构示意图。

图4A为实施例2的光学镜头的象散曲线图。

图4B为实施例2的光学镜头的畸变曲线图。

图4C为实施例2的光学镜头的垂轴色差曲线图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解这些说明只是对本申请的示例性质的描述，并不是以任何方式来限制本申请的范围。在说明书的全文当中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

在附图当中，为了可以更好的说明，在本申请当中所提供的球面和非球面的形状是通过示例的方式提供出来的。这表达是球面和非球面的形状不应该限制在示例所给出的球面和非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

在本申请当中，近轴区域是指光轴附近的区域。若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于近轴区域为凸面；若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于近轴区域为凹面。每个透镜中最靠近物体的表面称为物侧面，每个透镜中最靠近成像面的表面称为像侧面。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。

根据本申请示例性实施方式的镜头包括一片透镜和光阑，光阑和这片透镜分别沿着光轴放置并且光阑放置于物体和透镜之间。

在实施例当中，该透镜和光阑之间可以发生改变，但是仍然保持在光阑在物体和透镜之间。

在示例性实施方式中，透镜的物侧表面可以为凸表面也可以是凹表面。

在示例性实施方式中，透镜的像侧表面是凸表面。

在示例性实施方式中，该透镜的两个表面是至少有一个表面是非球面。

在示例性实施方式中，该镜头符合镜头的像侧表面的曲率半径R2和透镜像侧表面到像面的距离T3之间的关系0.53>R2/T3>0.48，在镜头满足上述条件，有利于提升光学镜头的性能，减小光学畸变的影响。

在示例性实施方式中，本申请的光学镜头可以满足条件式3.6>TTL/IH>3.0。在上述公式当中TTL表示该光学镜头的光阑到光学镜头的像面的距离。IH为该光学镜头所成像的像高的一半。满足上述条件，有利于在保证光学性能的前提下进一步减小镜头的成像范围。

在示例性实施方式中，本申请可以符合条件式1.6>dis>0.7，其中的dis为光学畸变distortion与TV distortion的比值。满足上述条件后，可以提升光学镜头在像差光学性能，在视场角不变的前提条件下实现小型化。

可选地，上述光学镜头还可包括用于校正色彩偏差的滤光片可以用于保护位于成像面上的感光元件的保护玻璃。

根据本申请的上述实施方式的光学镜头采用单片镜片。通过合理分配透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及透镜和光阑之间的轴上间距等，可有效地缩小镜头的体积、降低镜片的敏感度并提高镜头的可加工性，使得光学镜头更有利于生产加工并且可适用于便携式电子产品。

在本申请的实施方式中，透镜两侧镜面均为非球面镜面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。

实施例1

以下参照图1、图2A、图2B、图2C描述根据本申请实施例1的光学镜头。图1示出了根据本申请实施例1的光学镜头的结构示意图。

如图1所示，根据本申请示例性实施方式的光学镜头沿光轴由物侧至像侧依序包括：光阑stop、透镜E1和像面s4。

透镜E1具有正光焦度，其物侧面S1为凹面，像侧面S2为凸面；来自物体的光依序穿过光阑stop面从表面S1至S3并最终成像在成像面上s4。

表1示出了实施例1的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

表1

由表1可知，透镜物侧面和像侧面均为非球面。在本实施例中，各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：

其中，x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(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数(在表1中已给出)；Ai是非球面第i-th阶的修正系数。下表2给出了可用于实施例1中各非球面镜面S1-S8的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14和A16。

表2

面号

A4

A6

A8

A10

A12

A14

A16

S2

0.94E-03

-0.55E-03

0.35E-03

-2.95E-05

5.12E-19

3.56E-19

4.74E-20

S3

-0.17E-0

0.26E-01

-0.71E-02

0.19E-02

-0.50E-03

0.16E-03

-5.62E-07

表3给出实施例1中光学镜头的光学总长度TTL(即，从光阑stop到成像面S4在光轴上的距离)、光学畸变distortion、半像高IH以及光学镜头的FOV。

表3

Distortion	4.2％	TTL(mm)	1.43mm
				Tv-distortion	-2.7％
IH	0.4mm
				FOV	90°

实施例1中的光学镜头满足：

TTL/IH＝3.56，其中TTL表示该光学镜头的光阑到光学镜头的像面的距离。IH为该光学镜头所成像的像高的一半，即为半像高。

|R2/T3|＝0.55，其中，R2为透镜的像侧表面的曲率半径，T3为透镜像侧表面到像面的距离。

|dis|＝1.56％，其中的dis为光学畸变distortion与TV distortion的比值。

FOV＝90°,其中，FOV表示该光学镜头视场角。

|f2/TTL|＝13.74，其中，f2为第二透镜的有效焦距，TTL光学镜头的光学总高。

另外，图2A示出了实施例1的光学镜头的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图2B示出了实施例1的光学镜头的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。图2C示出了实施例1的光学镜头的垂轴色差曲线，其表示光线经由镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图2A至图2C可知，实施例1所给出的光学镜头能够实现较小的成像范围并保持一定的成像品质。

实施例2

以下参照图3描述根据本申请实施例2的光学镜头。在本实施例及以下实施例中，为简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。图3示出了根据本申请实施例2的光学镜头的结构示意图。

如图3所示，根据本申请示例性实施方式的光学镜头沿光轴由物侧至像侧依序包括：光阑stop、透镜E1和像面s4。

透镜E1具有正光焦度，其物侧面S1为凹面，像侧面S2为凸面；来自物体的光依序穿过光阑stop面从表面S1至S3并最终成像在成像面上s4。

表4示出了实施例2的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

表4

由表4可知，在实施例2中，透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

表5示出了可用于实施例2中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。

表5

面号

A4

A6

A8

A10

A12

A14

A16

S2

0.18E-01

-0.12E-02

-0.16E-03

-0.17E-03

2.17E-13

-2.15E-15

1.41E-18

S3

-0.21E-0

0.33E-01

-0.64E-02

0.27E-02

-0.67E-03

0.22E-03

-1.63E-05

表6示出了实施例2中光学镜头的光学总长度TTL(即，从光阑stop到成像面S4在光轴上的距离)、光学畸变distortion、半像高IH以及光学镜头的FOV。

表6

Distortion	2.9％	TTL(mm)	1.36mm
				Tv-distortion	-3.7％
IH	0.45mm
				FOV	90°

图4A示出了实施例2的光学镜头的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图4B示出了实施例2的光学镜头的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。图4C示出了实施例2的光学镜头的垂轴色差曲线，其表示光线经由镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图4A至图4C可知，实施例2所给出的光学镜头能够实现较小的成像范围并保持一定的成像品质。

Claims (5)

1.一种小像面的单片光学镜头，沿着光轴由物侧至像侧依次包括：光阑和透镜；其特征在于，

透镜的像侧表面是一个凸表面，镜头的两个表面至少有一个表面是非球面，镜头具有正折射力；光阑位于透镜和物体之间；并且光学镜头满足下列条件：

3.6>TTL/IH>3.0

0.53>R2/T3>0.48

式中，TTL表示光阑到像面的距离；IH为成像的像高的一半即半像高；式中R2为透镜的像侧表面的曲率半径，T3为透镜像侧表面到像面的距离；其中像高半径和面与面距离的单位均为毫米。

2.根据权利要求1所述的一种小像面的单片光学镜头，其特征在于，透镜的视场角FOV满足条件：100°>FOV>80°。

3.根据权利要求1所述的一种小像面的单片光学镜头，其特征在于，透镜的半像高IH满足条件：IH<0.45mm。

4.根据权利要求1所述的一种小像面的单片光学镜头，其特征在于，所述透镜的畸变满足条件：distortion<5％，其中distortion为光学畸变。

5.根据权利要求3所述的一种小像面的单片光学镜头，其特征在于所述光学镜头满足的光学畸变应满足条件：1.6>|dis|>0.7，其中的dis为光学畸变distortion与TVdistortion的比值。

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