CN105487202B - 具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包括沿着镜头光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阑、具有正屈光度的第一透镜L1、具有负屈光度的第二透镜L2、具有正屈光度的第三透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片以及图像采集元件；本发明还涉及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法。本发明可以有效缩短镜头总长，降低系统敏感度，并能获得良好的成像品质；另外，各透镜面型简单容易制造，公差较松，大大降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。
背景技术
随着科技的进步，光学取像镜头朝着短小、高分辨率、大视场角和低成本等方向发展，在电子产品方面，如：数字相机、手机、个人数字辅助器中光学取像镜头都占据着半壁江山。
应用于小型电子产品的取像镜头，目前有三镜片式、四镜片式以及五镜片式后以上的不同设计。目前，三镜片式的取像镜头已基本被淘汰，五镜片式及以上的取像镜头从成像品质角度来说，多镜片式光学取像镜头在像差修正、光学传递函数MTF性能上较具有优势，可使用于高像素要求的电子产品，但是镜头总长太长，这不利于在超薄手机上使用。在现有的四片式的光学取像镜头的结构设计之间的差异处或技术特征，则决定于以下各种因素的变化或组合而已，如四透镜之间对应配合的凸/凹方向不同，以达到光线入射与出射的角度调整；或四透镜之间相关数据，如焦距EFL、各光学面之间的间距TCi、各光学面的曲率Ri等，以分别满足不同的条件。
在实用上，具有较短镜长、像差修正良好、高像素、低成本的设计为使用者迫切的需求。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、实用、低成本的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包括沿着镜头光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阑、具有正屈光度的第一透镜L1、具有负屈光度的第二透镜L2、具有正屈光度的第三透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片以及图像采集元件。
优选的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4均为非球面透镜，其中所述第一透镜L1的物侧面为凸面、所述第一透镜L1的像侧面为凹面，所述第二透镜L2的物侧面为凹面、所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面大孔径处弯向像侧面，所述第三透镜L3的物侧面为凹面、所述第三透镜L3的像侧面为凸面，所述第四透镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型。
优选的，镜头光轴上所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件的成像面的距离TTL、所述第一透镜L1与第二透镜L2的中心空气间隔为ACT1、所述第二透镜L2与第三透镜L3的中心空气间隔为ACT2、所述第三透镜L3与第四透镜L4的中心空气间隔为ACT3、所述第三透镜L3的中心厚度GCT3、所述第三透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧面至图像采集元件的成像面最近的一点与图像采集元件的成像面的距离为BFL、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足以下关系：0.19＜BFL/TTL＜0.23，1.2＜TTL/EFL＜1.5，0.18＜(ACT1+ACT2+ACT3)/EFL＜0.45，0.44＜GCT3/GET3＜0.74。
优选的，所述第一透镜L1的焦距f1、所述第三透镜L3的焦距f3、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足以下关系：1.0＜EFL/f1＜1.14，0.26＜EFL/f3＜0.47。
优选的，所述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的像侧面的曲率半径R4满足以下关系：0.4＜R3/R4＜1.1。
优选的，所述图像采集元件的主光线入射角CRA、所述图像采集元件的有效像素区域对角线的一半y、整体视场角的一半w、以及所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件的成像面的距离TTL满足以下关系：1.5＜TTL/y＜1.6，1.2＜w/CRA＜1.4。
优选的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均满足以下关系：式中z为非球面的矢高，c为非球面的曲率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、A8……分别是非球面的四、六、八……等阶非球面系数。
优选的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均由折射率小于1.65的塑胶材质制成，所述滤光片由Schott-BK7材料制成。
一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法，包括上述任一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包含以下步骤：
(1)光束经过所述孔径光阑进入第一透镜L1，其中经过所述第一透镜L1的轴上光束有汇聚的趋势，大视场的光线具有更大的出射角；
(2)光束经过所述高折射率的第二透镜L2，其中中心光束进一步汇聚，所述第二透镜L2的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚拢，能有效控制最外视场的球差和弥散斑；
(3)光束经过所述规则的低折射的第三透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑过渡，光束经过所述第二透镜L2、第三透镜L3后能更好地校正色差；
(4)光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件，所述第四透镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型，不仅保证各视场在图像采集元件的成像面上的主光线入射角尽可能的小，并有效改善场区和畸变像差。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明结构设计合理，可以有效修正像差，增加镜头的后焦距，降低系统的敏感度，使得镜头更加紧凑从而可以缩短总长，进而提升本发明的应用性；
(2)本发明的第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高；
(3)本发明透镜间距的配置有利于组装，进一步缩短镜头总长以适应于微型化电子装置；
(4)本发明各透镜面型简单容易制造，公差较松，大大降低生产成本。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例一的光学结构图。
图2为本发明实施例一的纵向球差图。
图3为本发明实施例一的场曲图。
图4为本发明实施例一的畸变图。
图5为本发明实施例二的光学结构图。
图6为本发明实施例二的纵向球差图。
图7为本发明实施例二的场曲图。
图8为本发明实施例二的畸变图。
图9为本发明实施例三的光学结构图。
图10为本发明实施例三的纵向球差图。
图11为本发明实施例三的场曲图。
图12为本发明实施例三的畸变图。
图13为本发明实施例四的光学结构图。
图14为本发明实施例四的纵向球差图。
图15为本发明实施例四的场曲图。
图16为本发明实施例四的畸变图。
图17为本发明实施例五的光学结构图。
图18为本发明实施例五的纵向球差图。
图19为本发明实施例五的场曲图。
图20为本发明实施例五的畸变图。
图中：L1-第一透镜L1，L2-第二透镜L2，L3-第三透镜L3，L4-第四透镜L4，5-孔径光阑，6-滤光片，7-图像采集元件。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1～20所示，一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包括沿着镜头光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阑5、具有正屈光度的第一透镜L1、具有负屈光度的第二透镜L2、具有正屈光度的第三透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片6以及图像采集元件7；所述孔径光阑5是属于一种光圈前置，在机构设计时可用镜框来来实现；所述滤光片6可用BK7或者K9玻璃制成，其表面应镀有能让红外光截止的膜层；所述图像采集元件7包含CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补型金属氧化物半导体)，可将图像信号转变为电子信号输出；所述第一透镜L1和第二透镜L2这种正、负屈光度的搭配有利于更好的校正色差。
在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4均为非球面透镜，其中所述第一透镜L1的物侧面为凸面、所述第一透镜L1的像侧面为凹面，所述第二透镜L2的物侧面为凹面、所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面大孔径处弯向像侧面，所述第三透镜L3的物侧面为凹面、所述第三透镜L3的像侧面为凸面，所述第四透镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型。
在本发明实施例中，镜头光轴上所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件7的成像面的距离TTL、所述第一透镜L1与第二透镜L2的中心空气间隔为ACT1、所述第二透镜L2与第三透镜L3的中心空气间隔为ACT2、所述第三透镜L3与第四透镜L4的中心空气间隔为ACT3、所述第三透镜L3的中心厚度GCT3、所述第三透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧面至图像采集元件7的成像面最近的一点与图像采集元件7的成像面的距离为BFL、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足以下关系：0.19＜BFL/TTL＜0.23，1.2＜TTL/EFL＜1.5，0.18＜(ACT1+ACT2+ACT3)/EFL＜0.45，0.44＜GCT3/GET3＜0.74。
在本发明实施例中，所述第一透镜L1的焦距f1、所述第三透镜L3的焦距f3、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足以下关系：1.0＜EFL/f1＜1.14，0.26＜EFL/f3＜0.47。
在本发明实施例中，所述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的像侧面的曲率半径R4满足以下关系：0.4＜R3/R4＜1.1。
在本发明实施例中，所述图像采集元件7的主光线入射角CRA、所述图像采集元件7的有效像素区域对角线的一半y、整体视场角的一半w、以及所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件7的成像面的距离TTL满足以下关系：1.5＜TTL/y＜1.6，1.2＜w/CRA＜1.4。
在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均满足以下关系：式中z为非球面的矢高，c为非球面的曲率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、A8……分别是非球面的四、六、八……等阶非球面系数。
在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均由折射率小于1.65的塑胶材质制成，所述滤光片6由Schott-BK7材料制成。
在本发明实施例中，一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法，包括上述任一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包含以下步骤：
(1)光束经过所述孔径光阑5进入第一透镜L1，所述孔径光阑5也是该取像镜头的入瞳，所述孔径光阑5的位置紧靠第一透镜L1，所述第一透镜L1的物侧面为凸面，保证有较大的视场角，所述第一透镜L1的像侧面也为凸面，这样既可以使轴上光束有汇聚的趋势，也可以使大视场的光线有更大的出射角，进而保证有大的像高；
(2)光束经过所述高折射率的第二透镜L2，其中中心光束进一步汇聚，所述第二透镜L2的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚拢，能有效控制最外视场的球差和弥散斑；
(3)光束经过所述规则的低折射的第三透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑过渡，所述第二透镜L2、第三透镜L3搭配能更好地校正色差；
(4)光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件7，所述第四透镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型，不仅保证各视场在图像采集元件7的成像面上的主光线入射角尽可能的小，并有效改善场区和畸变像差。
在本发明实施例一中，下列表一中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号(Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius ofCurvature R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Surface Spacing),各透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe’s Number)Vdi。
表一
在本发明实施例一中，在表一中，光学面有标注*者的为非球面光学面，R11、R12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面；R21、R22分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面；R31、R32分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面；R41、R42分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面，Fno为光学镜头的焦距比，EFL为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头的视场角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数：
表二
| K | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 | A14 | A16 | |
| *R11 | 2.084E+00 | -9.799E-02 | -7.519E-01 | 3.822E+00 | -1.440E+01 | 1.946E+01 | 3.687E+00 | -2.586E+01 |
| *R12 | -1.507E+01 | -3.250E-01 | -8.317E-02 | -2.379E-01 | -2.140E+00 | 1.102E+01 | -1.837E+01 | 9.804E+00 |
| *R21 | -9.005E+00 | -9.588E-01 | 5.048E-01 | 7.224E-01 | 4.789E+00 | -1.123E+01 | 6.081E+00 | 4.198E-01 |
| *R22 | -1.694E+01 | 1.509E-01 | -1.496E+00 | 1.642E+00 | 5.548E+00 | -1.435E+01 | 1.313E+01 | -4.512E+00 |
| *R31 | -1.698E+01 | 9.131E-01 | -2.970E+00 | 3.875E+00 | 1.284E-01 | -6.414E+00 | 7.070E+00 | -2.536E+00 |
| *R32 | -9.227E-01 | 1.169E-01 | 1.228E-01 | -2.642E-01 | 1.526E-01 | 4.185E-02 | -3.579E-02 | -4.152E-03 |
| *R41 | -2.343E+00 | -4.366E-01 | 2.821E-01 | -9.734E-02 | 9.436E-03 | 7.029E-03 | -2.264E-03 | 1.019E-04 |
| *R42 | -8.281E-01 | -6.378E-01 | 5.101E-01 | -3.486E-01 | 1.630E-01 | -4.874E-02 | 8.213E-03 | -5.916E-04 |
在本发明实施例一中，所述第一透镜L1由折射率Nd1为1.54、阿贝数Vd1为55.9的塑胶材料制成；所述第二透镜L2由折射率Nd2为1.64、阿贝数Vd2为22.4的塑胶材料制成；所述第三透镜L3由折射率Nd3为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成；所述第四透镜L4由折射Nd4为1.54、阿贝数Vd4为55.9的塑胶材料制成；滤光片66使用BK7-SCHOTT玻璃材质制成。
在本发明实施例一中，光学取像镜头有效焦距为2.595、后焦距为0.794，且第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.605，即满足：0.19＜BFL/TTL＜0.23，0.18＜(ACT1+ACT2+ACT3)/EFL＜0.45，1.5＜TTL/y＜1.6。
在本发明实施例一中，上述材料可以证明本发明的光学取像镜头可以有效修正像差，使得镜头更加紧凑从而可以缩短总长，进而提升本发明的应用性。
在本发明实施例二中，下列表三中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号(Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius ofCurvature R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Surface Spacing)，各透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe’s Number)Vdi。
表三
在本发明实施例二中，在表三中，光学面(surface)有标注*者的为非球面光学面，R11、R12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面；R21、R22分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面；R31、R32分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面；R41、R42分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面，Fno为光学镜头的焦距比，EFL为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头的视场角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数：
表四
| K | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 | A14 | A16 | |
| *R11 | 2.089E+00 | -1.010E-01 | -7.332E-01 | 3.882E+00 | -1.440E+01 | 1.901E+01 | 2.759E+00 | -2.273E+01 |
| *R12 | -1.502E+01 | -3.140E-01 | -1.115E-01 | -3.029E-01 | -2.098E+00 | 1.143E+01 | -1.798E+01 | 8.154E+00 |
| *R21 | -7.351E+00 | -9.581E-01 | 5.290E-01 | 7.292E-01 | 4.756E+00 | -1.131E+01 | 6.069E+00 | 4.462E-01 |
| *R22 | -1.557E+01 | 1.588E-01 | -1.502E+00 | 1.633E+00 | 5.541E+00 | -1.435E+01 | 1.312E+01 | -4.505E+00 |
| *R31 | -1.004E+01 | 9.117E-01 | -2.972E+00 | 3.862E+00 | 1.242E-01 | -6.415E+00 | 7.074E+00 | -2.550E+00 |
| *R32 | -8.644E-01 | 1.158E-01 | 1.126E-01 | -2.706E-01 | 1.508E-01 | 4.220E-02 | -3.551E-02 | -4.267E-03 |
| *R41 | -1.654E+00 | -4.442E-01 | 2.764E-01 | -9.884E-02 | 9.152E-03 | 7.063E-03 | -2.202E-03 | 1.417E-04 |
| *R42 | -8.429E-01 | -6.490E-01 | 5.125E-01 | -3.494E-01 | 1.629E-01 | -4.871E-02 | 8.222E-03 | -5.902E-04 |
在本发明实施例二中，所述第一透镜L1由折射率Nd1为1.54、阿贝数Vd1为55.9的塑胶材料制成；所述第二透镜L2由折射率Nd2为1.64、阿贝数Vd2为22.4的塑胶材料制成；所述第三透镜L3由折射率Nd3为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成；所述第四透镜L4由折射Nd4为1.54、阿贝数Vd4为55.9的塑胶材料制成；所述滤光片66由BK7-SCHOTT玻璃材质制成。
在本发明实施例二中，光学取像镜头有效焦距为2.595、后焦距为0.863；物侧面R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.654，即满足：0.19＜BFL/TTL＜0.23，0.18＜(ACT1+ACT2+ACT3)/EFL＜0.45，1.0＜EFL/f1＜1.14，0.4＜R3/R4＜1.1，1.2＜w/CRA＜1.4。
在本发明实施例二中，上述材料可以证明本发明的光学取像镜头可以有效修正像差，增加镜头的后焦距，降低系统的敏感度，进而提升本发明的应用性。
在本发明实施例三中，下列表五中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号(Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius ofCurvature R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Surface Spacing),各透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe’s Number)Vdi。
表五
在本发明实施例三中，在表五中，光学面(Surface)有标注*者的为非球面光学面，R11、R12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面；R21、R22分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面；R31、R32分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面；R41、R42分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面，Fno为光学镜头的焦距比，EFL为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头的视场角；下列表六列有各个光学表面的非球面的各项系数：
表六
| K | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 | A14 | A16 | |
| *R11 | 2.127E+00 | -9.598E-02 | -7.557E-01 | 3.838E+00 | -1.437E+01 | 1.931E+01 | 3.197E+00 | -2.431E+01 |
| *R12 | -1.501E+01 | -3.072E-01 | -9.915E-02 | -2.831E-01 | -2.162E+00 | 1.117E+01 | -1.823E+01 | 9.496E+00 |
| *R21 | -7.590E+00 | -9.455E-01 | 5.191E-01 | 6.709E-01 | 4.719E+00 | -1.119E+01 | 6.340E+00 | 2.219E-01 |
| *R22 | -1.514E+01 | 1.568E-01 | -1.501E+00 | 1.640E+00 | 5.547E+00 | -1.435E+01 | 1.312E+01 | -4.507E+00 |
| *R31 | -1.098E+01 | 9.340E-01 | -2.962E+00 | 3.863E+00 | 1.272E-01 | -6.410E+00 | 7.076E+00 | -2.555E+00 |
| *R32 | -1.005E+00 | 1.259E-01 | 1.155E-01 | -2.693E-01 | 1.516E-01 | 4.264E-02 | -3.566E-02 | -5.131E-03 |
| *R41 | -1.581E+00 | -4.404E-01 | 2.779E-01 | -9.860E-02 | 9.074E-03 | 7.016E-03 | -2.211E-03 | 1.409E-04 |
| *R42 | -8.381E-01 | -6.456E-01 | 5.129E-01 | -3.496E-01 | 1.629E-01 | -4.870E-02 | 8.219E-03 | -5.927E-04 |
在本发明实施例三中，所述第一透镜L1由折射率Nd1为1.54、阿贝数Vd1为55.9的塑胶材料制成；所述第二透镜L2由折射率Nd2为1.64、阿贝数Vd2为22.4的塑胶材料制成；所述第三透镜L3由折射率Nd3为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成；所述第四透镜L4由折射Nd4为1.54、阿贝数Vd4为55.9的塑胶材料制成；所述滤光片66由BK7-SCHOTT玻璃材质制成。
在本发明实施例三中，光学取像镜头的有效焦距为2.619、后焦距为0.812；物侧面R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.638，即满足：0.19＜BFL/TTL＜0.23，1.2＜TTL/EFL＜1.5，1.5＜TTL/y＜1.6，1.0＜EFL/f1＜1.14，0.4＜R3/R4＜1.1，0.26＜EFL/f3＜0.47，0.44＜GCT3/GET3＜0.74。
在本发明实施例三中，上述材料可以证明本发明的光学取像镜头可以有效修正像差，这种透镜间距的配置有利于组装，进一步缩短镜头总长以适应于微型化电子装置。
在本发明实施例四中，下列表七中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号(Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius ofCurvature R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Surface Spacing),各透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe’s Number)Vdi。
表七
在本发明实施例四中，在表七中，光学面(surface)有标注*者的为非球面光学面，R11、R12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面；R21、R22分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面；R31、R32分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面；R41、R42分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面，Fno为光学镜头的焦距比，EFL为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头的视场角；本发明实施例四中，下列表八列有各个光学表面的非球面的各项系数：
表八
在本发明实施例四中，所述第一透镜L1由折射率Nd1为1.54、阿贝数Vd1为55.9的塑胶材料制成；所有第二透镜L2由折射率Nd2为1.64、阿贝数Vd2为22.4的塑胶材料制成；所述第三透镜L3由折射率Nd3为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成；所述第四透镜L4由折射Nd4为1.54、阿贝数Vd4为55.9的塑胶材料制成；所述滤光片66使用BK7-SCHOTT玻璃材质制成。
在本发明实施例四中，光学取像镜头有效焦距为2.651、后焦距为0.707；物侧面R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.658，即满足：0.19＜BFL/TTL＜0.23，1.2＜TTL/EFL＜1.5，0.18＜(ACT1+ACT2+ACT3)/EFL＜0.45，1.0＜EFL/f1＜1.14，0.4＜R3/R4＜1.1，0.26＜EFL/f3＜0.47，0.44＜GCT3/GET3＜0.74。
在本发明实施例四中，上述可以证明本发明的光学取像镜头可以有效修正像差，使得镜头有更短的总长和更大的像高，进而提升本发明的应用性。
在本发明实施例五中，下列表九中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号(SurfaceNumber)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of CurvatureR)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Surface Spacing),各透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe’s Number)Vdi。
表九
在本发明实施例五中，在表九中，光学面(Surface)有标注*者的为非球面光学面，R11、R12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面；R21、R22分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面；R31、R32分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面；R41、R42分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面，Fno为光学镜头的焦距比，EFL为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头的视场角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数；下列表十列有各个光学表面的非球面的各项系数：
表十
| K | A4 | A6 | A8 | A10 | A12 | A14 | A16 | |
| *R11 | 2.345E+00 | -1.182E-01 | -7.712E-01 | 3.326E+00 | -1.256E+01 | 2.037E+01 | -1.694E+01 | 3.488E+00 |
| *R12 | -3.020E+00 | -2.992E-01 | -3.272E-01 | 4.842E-01 | -3.007E+00 | 8.502E+00 | -9.520E+00 | 2.363E+00 |
| *R21 | -9.702E+00 | -7.187E-01 | 2.992E-01 | 5.621E-01 | 4.542E+00 | -1.169E+01 | 1.131E+01 | -4.818E+00 |
| *R22 | -1.708E+00 | 2.690E-01 | -1.457E+00 | 1.597E+00 | 5.427E+00 | -1.436E+01 | 1.340E+01 | -4.773E+00 |
| *R31 | 1.812E+00 | 9.791E-01 | -2.958E+00 | 3.716E+00 | 2.835E-01 | -6.258E+00 | 7.006E+00 | -2.636E+00 |
| *R32 | 4.098E-01 | -2.639E-02 | 1.944E-01 | -2.539E-01 | 1.354E-01 | 5.308E-02 | -6.814E-03 | -1.802E-02 |
| *R41 | -2.450E+00 | -5.032E-01 | 3.201E-01 | -9.826E-02 | 5.730E-03 | 6.487E-03 | -1.597E-03 | 5.492E-06 |
| *R42 | -8.760E-01 | -7.415E-01 | 5.973E-01 | -3.890E-01 | 1.703E-01 | -4.737E-02 | 7.437E-03 | -5.001E-04 |
在本发明实施例五中，所述第一透镜L1由折射率Nd1为1.54、阿贝数Vd1为55.9的塑胶材料制成；所述第二透镜L2由折射率Nd2为1.64、阿贝数Vd2为22.4的塑胶材料制成；所述第三透镜L3由折射率Nd3为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成；所述第四透镜L4由折射Nd4为1.54、阿贝数Vd4为55.9的塑胶材料制成；所述滤光片66使用BK7-SCHOTT玻璃材质制成。
在本发明实施例五中，光学取像镜头有效焦距为2.505、后焦距为0.710；物侧面R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.610，即满足：0.19＜BFL/TTL＜0.23，1.2＜TTL/EFL＜1.5，0.18＜(ACT1+ACT2+ACT3)/EFL＜0.45，1.5＜TTL/y＜1.6，1.0＜EFL/f1＜1.14，0.4＜R3/R4＜1.1，0.26＜EFL/f3＜0.47，0.44＜GCT3/GET3＜0.74，1.2＜w/CRA＜1.4。
在本发明实施例五中，上述材料可以证明本发明的光学取像镜头可以有效修正像差，使得镜头有更短的总长和更大的像高，进而提升本发明的应用性。
图2、6、10、14、18所示的球面像差曲线图中，纵坐标为纵向球面像差(Longitudinal Spherical Aber)，横坐标为焦距，单位为毫米。从图中可见，在不同的焦距偏移下，其球面像差的变化情形。
图3、7、11、15、19所示的是场曲(Astigmatic Field Curves)曲线图中，横坐标表示焦距，单位毫米；纵坐标表示像高(Image)(包括切向及径向)，从图中可以看出对于不同的焦距偏移下，以光轴的不同像高所产生的场曲变化情形。
图4、8、12、16、20所示的是成像畸变(Distortion)曲线图中，横坐标表示扭曲率的百分比；纵坐标表示以光轴的不同像高(Image HT)，从图中可以看出在不同的像高时，其扭曲率的变化情形。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于：包括沿着镜头光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阑、具有正屈光度的第一透镜L1、具有负屈光度的第二透镜L2、具有正屈光度的第三透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片以及图像采集元件，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4均为非球面透镜，其中所述第一透镜L1的物侧面为凸面、所述第一透镜L1的像侧面为凹面，所述第二透镜L2的物侧面为凹面、所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面大孔径处弯向像侧面，所述第三透镜L3的物侧面为凹面、所述第三透镜L3的像侧面为凸面，所述第四透镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型，镜头光轴上所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件的成像面的距离TTL、所述第一透镜L1与第二透镜L2的中心空气间隔为ACT1、所述第二透镜L2与第三透镜L3的中心空气间隔为ACT2、所述第三透镜L3与第四透镜L4的中心空气间隔为ACT3、所述第三透镜L3的中心厚度GCT3、所述第三透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧面至图像采集元件的成像面最近的一点与图像采集元件的成像面的距离为BFL、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足以下关系：0.19＜BFL/TTL＜0.23，1.2＜TTL/EFL＜1.5，0.18＜(ACT1+ACT2+ACT3)/EFL＜0.45，0.44＜GCT3/GET3＜0.74。
2.根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于：所述第一透镜L1的焦距f1、所述第三透镜L3的焦距f3、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足以下关系：1.0＜EFL/f1＜1.14，0.26＜EFL/f3＜0.47。
3.根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于：所述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的像侧面的曲率半径R4满足以下关系：0.4＜R3/R4＜1.1。
4.根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于：所述图像采集元件的主光线入射角CRA、所述图像采集元件的有效像素区域对角线的一半y、整体视场角的一半w、以及所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件的成像面的距离TTL满足以下关系：1.5＜TTL/y＜1.6，1.2＜w/CRA＜1.4。
5.根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于：所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均满足以下关系：式中z为非球面的矢高，c为非球面的曲率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、A8……分别是非球面的四、六、八……等阶非球面系数。
6.根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于：所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均由折射率小于1.65的塑胶材质制成，所述滤光片由Schott-BK7材料制成。
7.一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法，包括如权利要求1～6任意一项所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于，包含以下步骤：
(1)光束经过所述孔径光阑进入第一透镜L1，其中经过所述第一透镜L1的轴上光束有汇聚的趋势，大视场的光线具有更大的出射角；
(2)光束经过所述高折射率的第二透镜L2，其中中心光束进一步汇聚，所述第二透镜L2的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚拢，能有效控制最外视场的球差和弥散斑；
(3)光束经过所述规则的低折射的第三透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑过渡，光束经过所述第二透镜L2、第三透镜L3后能更好地校正色差；
(4)光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件，所述第四透镜L4不仅保证各视场在图像采集元件的成像面上的主光线入射角尽可能的小，并有效改善场区和畸变像差。
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