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CN108802969B - 一种光学成像透镜组 - Google Patents

一种光学成像透镜组 Download PDF

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CN108802969B
CN108802969B CN201810538970.5A CN201810538970A CN108802969B CN 108802969 B CN108802969 B CN 108802969B CN 201810538970 A CN201810538970 A CN 201810538970A CN 108802969 B CN108802969 B CN 108802969B
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optical
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林肖怡
章彬炜
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Guangdong Xuye Optoelectronics Technology Co Ltd
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Guangdong Xuye Optoelectronics Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种光学成像透镜组，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；第一透镜具有正屈折力，其物侧面为凸面；第二透镜具有负屈折力，其像侧面为凹面；第三透镜具有正屈折力，其像侧面为凸面；第四透镜具有负屈折力，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面在近光轴处为凹面。本光学成像透镜组各透镜采用合理的面形结构以及各透镜光学参数的最佳化范围组合，能够保持高成像品质。其中优化配置第一透镜物侧面与第三透镜像侧面的光学有效径的关系以及第三透镜像侧面和第四透镜物侧面的光学有效径的关系，使得光学透镜组在保持高成像品质的情况下头部小型化，能够满足应用需求。

Description

一种光学成像透镜组
技术领域
本发明涉及光学成像器件技术领域，特别是涉及一种光学成像透镜组。
背景技术
近年来，随着电子技术的飞速发展，移动轻便型电子装置得到了迅速的普及，比如当前高度普及的智能手机、平板电脑、行车记录仪、运动相机等。移动轻便型电子装置的普及使得其所应用的光学摄像模块得到了蓬勃发展。对于智能手机、平板电脑等便携式终端，光学摄像模块已成为主打卖点之一。
目前，一些移动轻便型电子装置不断向高屏占比方向发展，比如智能手机，屏幕上部和下部的空间越来越窄，不断趋于全屏化，这就要求光学摄像模块的镜头更加小型化，以适应于发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学成像透镜组，用于适配于光学摄像模块，在保持高成像品质的情况下具有较小的头部空间，在结构上能够做到小型化。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光学成像透镜组，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；
所述第一透镜具有正屈折力，其物侧面为凸面；
所述第二透镜具有负屈折力，其像侧面为凹面；
所述第三透镜具有正屈折力，其像侧面为凸面；
所述第四透镜具有负屈折力，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面在近光轴处为凹面；
并满足以下条件式：
1.6<DM41/DM32<2.0；
DM32/DM11<1.8；
其中，DM11表示所述第一透镜物侧面的光学有效径值，DM32表示所述第三透镜像侧面的光学有效径值，DM41表示所述第四透镜物侧面的光学有效径值。
优选地，所述第一透镜像侧面为凸面，第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面。
优选地，还满足以下条件式：1.0<(R21+R22)/(R21-R22)<4.0，其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。
优选地，还满足以下条件式：2.0<CT3/ET3<3.0，其中，CT3表示所述第三透镜在光轴上的厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度。
优选地，还满足以下条件式：0.6<f/TTL<0.8，其中，f表示所述光学成像透镜组的焦距，TTL表示所述第一透镜物侧面到成像面在光轴上的距离。
优选地，还满足以下条件式：∑ETi-ΣEAj<0.7，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3，其中，ETi表示第i透镜的边缘厚度，EAj表示第j透镜边缘与第j+1透镜边缘之间的空气间隔距离。
优选地，还满足以下条件式：1.0<ET1/ET2<1.6，其中，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度。
优选地，还满足以下条件式：5.0<f2/f4<10.0，其中，f2表示所述第二透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。
优选地，还满足以下条件式：8<R41/R42<14，其中，R41表示所述第四透镜物侧面的曲率半径，R42表示所述第四透镜像侧面的曲率半径。
优选地，还满足以下条件式：3.0<f1/CT1<6，其中，f1表示所述第一透镜的焦距，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度。
由上述技术方案可知，本发明所提供的一种光学成像透镜组，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，物方光线依次经过各透镜，成像到位于第四透镜像侧的成像面上。
本光学成像透镜组，各透镜采用合理的面形结构以及各透镜光学参数的最佳化范围组合，能够保持高成像品质。其中优化配置第一透镜物侧面与第三透镜像侧面的光学有效径的关系，以及第三透镜像侧面和第四透镜物侧面的光学有效径的关系，使得光学透镜组在保持高成像品质的情况下头部小型化，在结构上能够做到小型化，能够满足应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种光学成像透镜组的示意图；
图2为本发明第一实施例中光学成像透镜组的畸变场曲图；
图3为本发明第一实施例中光学成像透镜组的球差曲线图；
图4为本发明第二实施例提供的一种光学成像透镜组的示意图；
图5为本发明第二实施例中光学成像透镜组的畸变场曲图；
图6为本发明第二实施例中光学成像透镜组的球差曲线图；
图7为本发明第三实施例提供的一种光学成像透镜组的示意图；
图8为本发明第三实施例中光学成像透镜组的畸变场曲图；
图9为本发明第三实施例中光学成像透镜组的球差曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种光学成像透镜组，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；
所述第一透镜具有正屈折力，其物侧面为凸面；
所述第二透镜具有负屈折力，其像侧面为凹面；
所述第三透镜具有正屈折力，其像侧面为凸面；
所述第四透镜具有负屈折力，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面在近光轴处为凹面；
并满足以下条件式：
1.6<DM41/DM32<2.0；
DM32/DM11<1.8；
其中，DM11表示所述第一透镜物侧面的光学有效径值，DM32表示所述第三透镜像侧面的光学有效径值，DM41表示所述第四透镜物侧面的光学有效径值。
需要说明的是，屈折力是指平行光经过光学系统，光线的传播方向会发生偏折，用于表征光学系统对入射平行光束的屈折本领。光学系统具有正屈折力，表明对光线的屈折是汇聚性的；光学系统具有负屈折力，表明对光线的屈折是发散性的。
透镜物侧面为凸面是指透镜物侧面过面上任意一点做切面，表面总是在切面的右边，其曲率半径为正，反之物侧面则为凹面，其曲率半径为负。透镜像侧面为凸面是指透镜像侧面过面上任意一点做切面，表面总是在切面的左边，其曲率半径为负，反之像侧面为凹面，其曲率半径为正。
本光学成像透镜组，物方光线依次经过第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜成像到位于第四透镜像侧的成像面上。其中，第一透镜具有正屈折力，其物侧面为凸面，能够提供本光学透镜组对光线的主要汇聚能力。第二透镜具有负屈折力，第二透镜与具有正屈折力的第一透镜搭配，形成屈折力一正一负的望远结构，能够有效缩短光学透镜组的长度。第三透镜具有正屈折力，能够分担第一透镜的正屈折力，同时修正部分球差而有助于提升成像质量。第四透镜物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面，能够有效控制光路走向，有助于提升像高以达到高像素。
本光学成像透镜组中，第一透镜物侧面和第三透镜像侧面的光学有效径值满足条件式DM32/DM11<1.8，第四透镜物侧面和第三透镜像侧面的光学有效径值满足条件式1.6<DM41/DM32<2.0，能够使光学成像透镜组在保持高成像品质的情况下具有较小的头部空间。若超过下限则透镜组头部将过大，不能满足设备上对摄像模块结构尺寸的设计要求；若超过上限则透镜组像散、球差等像差会变得较差，不能满足成像质量要求。
因此，本实施例提供的光学成像透镜组，用于适配于光学摄像模块，在保持高成像品质的情况下具有较小的头部空间，在结构上能够做到小型化，能够满足应用需求。
优选的在一种实施方式中，所述第一透镜像侧面为凸面，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面。
进一步具体的，所述第二透镜物侧面以及像侧面的曲率半径满足以下条件式：1.0<(R21+R22)/(R21-R22)<4.0，其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。通过较佳地调配第二透镜的曲率半径，使第二透镜的形状较为平顺利于成型，同时可以加强对部分像散的修正。
优选的，本光学成像透镜组中，第三透镜还满足以下条件式：2.0<CT3/ET3<3.0，其中，CT3表示所述第三透镜在光轴上的厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度。通过对处于中间的第三透镜的中心厚、边缘厚的控制，能够有效地改善该镜片的厚薄比过大或者过小的问题，以避免难以成型生产或者成型不良。
优选的，本光学成像透镜组还满足以下条件式：0.6<f/TTL<0.8，其中，f表示所述光学成像透镜组的焦距，TTL表示所述第一透镜物侧面到成像面在光轴上的距离。通过对透镜组焦距和总长的比值限定，使其处于合理范围，能够有效地优化透镜组的整体性能及结构，使整体结构紧凑便于小型化。
优选的，本光学成像透镜组还满足以下条件式：∑ETi-ΣEAj<0.7，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3，其中，ETi表示第i透镜的边缘厚度，EAj表示第j透镜边缘与第j+1透镜边缘之间的空气间隔距离。能够从整体上对光学系统各透镜间距以及厚度进行调整。
进一步具体的，第一透镜和第二透镜还满足以下条件式：1.0<ET1/ET2<1.6，其中，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度。这样设置可对影响较大的前两透镜做进一步的结构调整，能够有效地缩短部分长度，有助于使透镜组整体长度缩短，达到轻薄化。
优选的，本光学成像透镜组还满足以下条件式：5.0<f2/f4<10.0，其中，f2表示所述第二透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。能够有效地分配两透镜的屈折力，避免个别镜片出现屈折力过大或者过小问题，降低透镜的敏感度。
优选的，本光学成像透镜组中，第四透镜还满足以下条件式：8<R41/R42<14，其中，R41表示所述第四透镜物侧面的曲率半径，R42表示所述第四透镜像侧面的曲率半径。对最后一片透镜曲率半径进行进一步控制，调整其面形以压制光线进入成像面的入射角，避免主光线入射角过大而导致光线无法聚焦于感光区，而导致影像变暗或者变色。
优选的，本光学成像透镜组第一透镜还满足以下条件式：3.0<f1/CT1<6，其中，f1表示所述第一透镜的焦距，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度。用于限制第一透镜焦距与第一透镜中心厚度之间的比值范围，若第一透镜的这一比值超过上限6.0时，表示第一透镜的焦距值过大或者中心厚度过小，此时第一透镜敏感度较差并且工艺成型条件较极限。若这一比值低于下限3.0，表示第一透镜的焦距值过小或者中心厚度过厚，这同样不利于镜片成型以及敏感度优化。
下面以具体实施例对本发明光学成像透镜组进行详细说明。
请参考图1，为本发明第一实施例提供的光学成像透镜组的示意图。由图可知，本实施例光学成像透镜组包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14。
所述第一透镜11具有正屈折力，其物侧面为凸面。
所述第二透镜12具有负屈折力，其像侧面为凹面。
所述第三透镜13具有正屈折力，其像侧面为凸面。
所述第四透镜14具有负屈折力，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面在近光轴处为凹面。
本实施例中各条件表达式的值如下表所示：
Figure GDA0002782796080000071
本实施例光学成像透镜组在第一透镜11物侧设置有光圈10。在第四透镜14和成像面之间设置有红外滤光片15，通过红外滤光片15滤除进入光学透镜组中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。可选的滤光片材质为玻璃且不影响焦距。
本实施例光学成像透镜组各透镜的结构参数具体如表1-1所示，其焦距f＝2.28mm，光圈值Fno＝2.10，视场角FOV＝86.8度。表中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面1-12依次表示由物侧至像侧各表面，其中表面1-9依次表示光圈、第一透镜物侧面、第一透镜像侧面、第二透镜物侧面、第二透镜像侧面、第三透镜物侧面、第三透镜像侧面、第四透镜物侧面和第四透镜像侧面。需要说明的是在下表中，在厚度一列数据中，对应光圈的一栏内的数值为光圈与下一透镜之间的空气间隔；对应同一透镜的第一栏内的数值为本透镜的中心厚度，第二栏内的数值为本透镜与下一光学元件之间的空气间隔；对应红外滤光片的第一栏内的数值为红外滤光片的厚度，第二栏内的数值为红外滤光片与成像面之间的空气间隔。
表1-1
Figure GDA0002782796080000081
本光学成像系统中各透镜采用非球面设计，非球面的曲线方程式表示如下：
Figure GDA0002782796080000082
其中，X表示非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上顶点的切面的相对高度；R表示曲率半径；Y表示非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；k表示锥面系数；Ai表示第i阶非球面系数。
本实施例各透镜的非球面系数具体如表1-2所示，A4-A20分别表示透镜表面第4-20阶非球面系数。
Figure GDA0002782796080000091
本实施例光学透镜组设计的畸变场曲线图以及球差曲线图分别如图2和图3所示，其中畸变场曲线图设计波长为0.555μm，球差曲线图设计波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm和0.650μm。
第二实施例
请参考图4，为本发明第二实施例提供的光学成像透镜组的示意图。由图可知，本实施例光学成像透镜组包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24。
所述第一透镜21具有正屈折力，其物侧面为凸面。
所述第二透镜22具有负屈折力，其像侧面为凹面。
所述第三透镜23具有正屈折力，其像侧面为凸面。
所述第四透镜24具有负屈折力，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面在近光轴处为凹面。
本实施例中各条件表达式的值如下表所示：
Figure GDA0002782796080000101
本实施例光学成像透镜组在第一透镜21物侧设置有光圈20。在第四透镜24和成像面之间设置有红外滤光片25，通过红外滤光片25滤除进入光学透镜组中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。可选的滤光片材质为玻璃且不影响焦距。
本实施例光学成像透镜组各透镜的结构参数具体如表2-1所示，其焦距f＝2.27mm，光圈值Fno＝2.10，视场角FOV＝86.8度。表中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面1-12依次表示由物侧至像侧各表面，其中表面1-9依次表示光圈、第一透镜物侧面、第一透镜像侧面、第二透镜物侧面、第二透镜像侧面、第三透镜物侧面、第三透镜像侧面、第四透镜物侧面和第四透镜像侧面。需要说明的是在下表中，在厚度一列数据中，对应光圈的一栏内的数值为光圈与下一透镜之间的空气间隔；对应同一透镜的第一栏内的数值为本透镜的中心厚度，第二栏内的数值为本透镜与下一光学元件之间的空气间隔；对应红外滤光片的第一栏内的数值为红外滤光片的厚度，第二栏内的数值为红外滤光片与成像面之间的空气间隔。
表2-1
Figure GDA0002782796080000111
本实施例各透镜的非球面系数具体如表2-2所示，A4-A20分别表示透镜表面第4-20阶非球面系数。
Figure GDA0002782796080000112
Figure GDA0002782796080000121
本实施例光学透镜组设计的畸变场曲线图以及球差曲线图分别如图5和图6所示，其中畸变场曲线图设计波长为0.555μm，球差曲线图设计波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm和0.650μm。
第三实施例
请参考图7，为本发明第三实施例提供的光学成像透镜组的示意图。由图可知，本实施例光学成像透镜组包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33和第四透镜34。
所述第一透镜31具有正屈折力，其物侧面为凸面。
所述第二透镜32具有负屈折力，其像侧面为凹面。
所述第三透镜33具有正屈折力，其像侧面为凸面。
所述第四透镜34具有负屈折力，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面在近光轴处为凹面。
本实施例中各条件表达式的值如下表所示：
Figure GDA0002782796080000131
本实施例光学成像透镜组在第一透镜31物侧设置有光圈30。在第四透镜34和成像面之间设置有红外滤光片35，通过红外滤光片35滤除进入光学透镜组中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。可选的滤光片材质为玻璃且不影响焦距。
本实施例光学成像透镜组各透镜的结构参数具体如表3-1所示，其焦距f＝2.28mm，光圈值Fno＝2.10，视场角FOV＝86.8度。表中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面1-12依次表示由物侧至像侧各表面，其中表面1-9依次表示光圈、第一透镜物侧面、第一透镜像侧面、第二透镜物侧面、第二透镜像侧面、第三透镜物侧面、第三透镜像侧面、第四透镜物侧面和第四透镜像侧面。需要说明的是在下表中，在厚度一列数据中，对应光圈的一栏内的数值为光圈与下一透镜之间的空气间隔；对应同一透镜的第一栏内的数值为本透镜的中心厚度，第二栏内的数值为本透镜与下一光学元件之间的空气间隔；对应红外滤光片的第一栏内的数值为红外滤光片的厚度，第二栏内的数值为红外滤光片与成像面之间的空气间隔。
表3-1
Figure GDA0002782796080000141
本实施例各透镜的非球面系数具体如表3-2所示，A4-A20分别表示透镜表面第4-20阶非球面系数。
Figure GDA0002782796080000142
Figure GDA0002782796080000151
本实施例光学透镜组设计的畸变场曲线图以及球差曲线图分别如图8和图9所示，其中畸变场曲线图设计波长为0.555μm，球差曲线图设计波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm和0.650μm。
本发明光学成像透镜组，具有大光圈优点，大光圈保证了充足的进光量，能有效提升感光度，保证较佳成像质量。系统采用四片非球面镜片的结构，采用合适的面型，更高阶的非球面系数，能有效矫正场曲、像散、倍率色差等各类像差，同时具有较优的薄厚比，较好的敏感度，提高制程良率，缩小生产成本。另外，本光学系统各镜片采用塑胶材料，利用塑胶材料具有精密模压的特点，实现批量生产，这样可以大幅度降低光学元件的加工成本，进而使得光学系统的成本大幅度下降便于大范围推广。
以上对本发明所提供的一种光学成像透镜组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学成像透镜组，其特征在于，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；
所述第一透镜具有正屈折力，其物侧面为凸面；
所述第二透镜具有负屈折力，其像侧面为凹面；
所述第三透镜具有正屈折力，其像侧面为凸面；
所述第四透镜具有负屈折力，其物侧面在近光轴处为凸面，其像侧面在近光轴处为凹面；
并满足以下条件式：
1.6<DM41/DM32<2.0；
DM32/DM11<1.8；
其中，DM11表示所述第一透镜物侧面的光学有效径值，DM32表示所述第三透镜像侧面的光学有效径值，DM41表示所述第四透镜物侧面的光学有效径值。
2.根据权利要求1所述的光学成像透镜组，其特征在于，所述第一透镜像侧面为凸面，所述第二透镜的物侧面在近光轴处为凸面。
3.根据权利要求2所述的光学成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：1.0<(R21+R22)/(R21-R22)<4.0，其中，R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的光学成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：2.0<CT3/ET3<3.0，其中，CT3表示所述第三透镜在光轴上的厚度，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度。
5.根据权利要求1所述的光学成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：0.6<f/TTL<0.8，其中，f表示所述光学成像透镜组的焦距，TTL表示所述第一透镜物侧面到成像面在光轴上的距离。
6.根据权利要求1所述的光学成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：∑ETi-ΣEAj<0.7，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3，其中，ETi表示第i透镜的边缘厚度，EAj表示第j透镜边缘与第j+1透镜边缘之间的空气间隔距离。
7.根据权利要求6所述的光学成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：1.0<ET1/ET2<1.6，其中，ET1表示所述第一透镜的边缘厚度，ET2表示所述第二透镜的边缘厚度。
8.根据权利要求1所述的光学成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：5.0<f2/f4<10.0，其中，f2表示所述第二透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。
9.根据权利要求1所述的光学成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：8<R41/R42<14，其中，R41表示所述第四透镜物侧面的曲率半径，R42表示所述第四透镜像侧面的曲率半径。
10.根据权利要求1所述的光学成像透镜组，其特征在于，还满足以下条件式：3.0<f1/CT1<6，其中，f1表示所述第一透镜的焦距，CT1表示所述第一透镜在光轴上的厚度。
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