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CN112051660A - 一种潜望式镜头 - Google Patents

一种潜望式镜头 Download PDF

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CN112051660A
CN112051660A CN202011043321.1A CN202011043321A CN112051660A CN 112051660 A CN112051660 A CN 112051660A CN 202011043321 A CN202011043321 A CN 202011043321A CN 112051660 A CN112051660 A CN 112051660A
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lens
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image
image side
object side
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王哲
金兑映
宋亮
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Liaoning Zhonglan Photoelectric Technology Co Ltd
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Liaoning Zhonglan Photoelectric Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种潜望式镜头，其技术要点是，沿光轴从物侧到像侧依次包含：具有正折射能力、物侧面和像侧面在近轴处均为凸面的第一透镜；具有负折射能力、像侧面为凹面的第二透镜；具有折射能力、物侧面为凸面的第三透镜；具有负折射能力的第四透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用非球面塑料镜片，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间且光阑两侧的透镜具有不同的折射能力。本发明满足潜望、长焦特征，具有高照度和能够清晰成像的特点，实现镜头小型化，使用时搭配棱镜，适用范围广。

Description

一种潜望式镜头
技术领域
本发明涉及光学系统，具体涉及一种潜望式镜头。
背景技术
随着手机摄像技术的发展，手机的拍摄功能逐渐丰富起来，逐渐涌现出前摄小头镜头、望远镜头、变焦镜头、广角镜头等具有不同功能的光学镜头。然而应市场需求，手机的体积正在不断的减薄，重量在不断减轻，因此，手机上采用的摄像镜头也不得不做出适应性的改善。
随着手机更加轻薄，以往的潜望镜头中的前几片透镜较厚，镜头需要增加镜筒厚度，来适应镜头的结构强度，从而影响潜望的的尺寸，无法适应手机的轻薄设计。而要使用小孔径的镜头则会影响镜头的照度，因此潜望镜头在手机镜头中的使用受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种配置合理、使用可靠的潜望式镜头，满足潜望、长焦特征，具有高照度和能够清晰成像的特点，实现镜头小型化，使用时搭配棱镜，适用范围广。
本发明的技术方案是：
一种潜望式镜头，其技术要点是，沿光轴从物侧到像侧依次包含：具有正折射能力、物侧面和像侧面在近轴处均为凸面的第一透镜；具有负折射能力、像侧面为凹面的第二透镜；具有折射能力、物侧面为凸面的第三透镜；具有负折射能力的第四透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用非球面塑料镜片，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间且光阑两侧的透镜具有不同的折射能力，所述镜头还满足以下条件式：
0.15<CT2/CT3<0.8
0.1<CT12/TTL<0.2
其中，CT2为第二透镜的中心厚度，CT3为第三透镜的中心厚度，CT12是光轴上第一透镜的物侧面到第二透镜像侧面的距离，TTL为所述镜头的光学总长。
上述的潜望式镜头，还满足以下条件式：
-0.9<(R1+R2)/(R1-R2)<-0.5
其中，R1为第一透镜物侧面的曲率半径，R2为第一透镜像侧面的曲率半径。镜头满足上述条件后，减小了畸变对镜头的影响，从而提升镜头的拍摄质量。
上述的潜望式镜头，还满足以下条件式：
F1/EFL<0.45
其中，F1为第一透镜的焦距，EFl为所述镜头的有效焦距。镜头满足上述条件后，实现镜头的小型化，并提升镜头的拍摄质量，若是超出镜头的限制范围，并要满足镜头的拍摄质量就无法实现镜头的小型化。
上述的潜望式镜头，还满足以下条件式：
-1≤R4/F2＜0
其中，R4为第二透镜像侧面的曲率半径，F2为第二透镜的有效焦距。镜头在满足上述条件后，可以优化进入到镜头中的光线，提升镜头的照度。
上述的潜望式镜头，还满足以下条件式：
-1.1<R8/F4
其中，R8为第四透镜像侧面的曲率半径，F4为第四透镜的有效焦距。镜头在满足上述条件后，可以改善像散对镜头的影响，从而提升镜头的拍摄能力。
上述的潜望式镜头，还满足以下条件式：
1.0≤EFL/TTL
其中，EFl为所述镜头的有效焦距，TTL为所述镜头的光学总长。镜头在满足上述条件后，表明镜头具有望远的功能，可以拍摄到清晰的图片。
上述的潜望式镜头，还满足以下条件式：
0.8<SD1/HIMA<1.1
0.5<SD8/HIMA<0.8
其中，SD1为第一透镜物侧面的有效通光孔径，SD8为第四透镜像侧面的有效通光孔径，HIMA为所述镜头的半像高。当镜头的条件低于上述条件式要求的下限，则镜头的照度会受到很严重的影响，当镜头的条件高于上述条件式要求的上限，则镜头的体积会增大，很难实现镜头的小型化。
本发明的有益效果是：
通过四个透镜的合理配置，包括镜片组合和距离搭配，减小镜头的体积。通过满足条件式的要求，实现减小体积的同时，保证镜头可以拍摄清晰的图像，提升镜头的成像质量。采用塑料的镜片替换玻璃的镜片，在不影响拍摄的质量的前提下，降低了镜头的重量。采用的潜望的方式，保证了镜头具有望远功能的同时也保证了镜头的小型化。本光学系统还具有高照度的特性。使用时搭配棱镜，组装简单，适用范围广。
附图说明
图1是本发明实施例1所述镜头的结构示意图；
图2A是本发明实施例1所述镜头的畸变曲线；
图2B是本发明实施例1所述镜头的像散曲线；
图2C是本发明实施例1所述镜头的照度曲线；
图3是本发明实施例2所述镜头的结构示意图；
图4A是本发明实施例2所述镜头的畸变曲线；
图4B是本发明实施例2所述镜头的像散曲线；
图4C是本发明实施例2所述镜头的照度曲线；
图5是本发明实施例3所述镜头的结构示意图；
图6A是本发明实施例3所述镜头的畸变曲线；
图6B是本发明实施例3所述镜头的像散曲线；
图6C是本发明实施例3所述镜头的照度曲线；
图7是本发明实施例4所述镜头的结构示意图；
图8A是本发明实施例4所述镜头的畸变曲线；
图8B是本发明实施例4所述镜头的像散曲线；
图8C是本发明实施例4所述镜头的照度曲线。
图中：P1.第一透镜、P2.第二透镜、P3.第三透镜、P4.第四透镜、stop.光阑、IR-CUT.滤光片、IMA.成像面；
1.第一透镜物侧面、2.第一透镜像侧面、3.第二透镜物侧面、4.第二透镜像侧面、5.第三透镜物侧面、6.第三透镜像侧面、7.第四透镜物侧面、8.第四透镜像侧面。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，该潜望式镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包含：具有正折射能力、物侧面和像侧面在近轴处均为凸面的第一透镜；具有负折射能力，物侧面和像侧面均为凹面的第二透镜；具有正折射能力，物侧面为凸面而像侧面为凹面的第三透镜；具有负折射能力，物侧面为凸面而像侧面为凹面的第四透镜。所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用非球面塑料镜片，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间。入射的光依序穿过各镜片表面和滤光片后最终成像在成像面。
该潜望式镜头，同时满足以下条件式：
0.15<CT2/CT3<0.8
0.1<CT12/TTL<0.2
-0.9<(R1+R2)/(R1-R2)<-0.5
F1/EFL<0.45
-1≤R4/F2＜0
-1.1<R8/F4
1.0≤EFL/TTL
0.8<SD1/HIMA<1.1
0.5<SD8/HIMA<0.8
其中，CT2为第二透镜的中心厚度(单位为毫米)，CT3为第三透镜的中心厚度，CT12是光轴上第一透镜的物侧面到第二透镜像侧面的距离(单位为毫米)，TTL为所述镜头的光学总长(单位为毫米)，R1为第一透镜物侧面的曲率半径(单位为毫米)，R2为第一透镜像侧面的曲率半径，R4为第二透镜像侧面的曲率半径，R8为第四透镜像侧面的曲率半径，EFl为所述镜头的有效焦距(单位为毫米)，F1为第一透镜的焦距，F2为第二透镜的有效焦距，F4为第四透镜的有效焦距，SD1为第一透镜物侧面的有效通光孔径(单位为毫米)，SD8为第四透镜像侧面的有效通光孔径，HIMA为所述镜头的半像高(单位为毫米)。
该潜望式镜头，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面，其中，非球面系数满足如下方程式：
Z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2 y2}+1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12+A14y14+A16y16
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。
本实施例中，透镜组设计参数具体请参照以下表格：
表一(a)示出了实施例1所述镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表一(a)
Figure BDA0002707277050000041
Figure BDA0002707277050000051
表一(b)示出了各透镜的非球面系数。
表一(b)
Figure BDA0002707277050000052
本实施例中，镜头符合上述条件式的要求,其具体参数如表一(c)所示：
表一(c)
Figure BDA0002707277050000053
根据表一(a)、表一(b)和图1，将当前实施例的镜片形状和镜片的材料厚度较为清楚的展示出来，当前实施例通过调整镜片的形状、镜片的位置和镜片的材质，实现小体积的潜望镜头。并让通过镜头的光线汇聚到像面上，说明镜头具有良好的拍摄图像的能力。
根据表一(c)中和图2A中照度情况较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的畸变小于1％，说明镜头是可以有效减小畸变对镜头拍摄的影响，实现镜头的清晰拍摄图像的能力。
根据表一(c)中和图2B中畸变曲线情况较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头可以实现有效减小像散带来的影响，有效提升镜头的的拍摄能力。
根据表一(c)中和图2C中像散曲线情况较为清晰的展示了，边缘视场光线在像面的照度达到90％，表明镜头在经过镜头照度损失较小，拍摄出来的图像会更加明亮。
根据以上信息说明该潜望镜头的实施例具有镜头的小型化、镜头的照度高和拍摄清晰图像的特点。
实施例2
如图3所示，该潜望式镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包含：具有正折射能力、物侧面和像侧面在近轴处均为凸面的第一透镜；具有负折射能力，物侧面和像侧面均为凹面的第二透镜；具有正折射能力，物侧面为凸面而像侧面为凹面的第三透镜；具有负折射能力，物侧面和像侧面均为凹面的第四透镜。所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用非球面塑料镜片，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间。入射的光依序穿过各镜片表面和滤光片后最终成像在成像面。
本实施例的透镜组的设计参数具体请参照下表：表二(a)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、厚度及材料。
表二(a)
镜片 表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 材料特性(Nd:Vd)
OBJ 球面 INF INF
P1 1 非球面 3.072 1.09 1.5445：55.99
2 非球面 -27.012 0.17
P2 3 非球面 -10.543 0.33 1.6397：23.53
4 非球面 5.613 0.70
光阑 Stop 球面 INF -0.24
P3 5 非球面 4.469 1.48 1.6397：23.53
6 非球面 9.637 1.21
P4 7 非球面 -21.176 1.29 1.5352：56.12
8 非球面 11.266 0.58
BK7 13 球面 INF 0.21 BK7_SCHOTT
14 球面 INF 4.10
IMA
表二(b)
Figure BDA0002707277050000071
本实施例中，镜头符合上述条件式的要求,其具体参数如下表所示：
表二(c)
Figure BDA0002707277050000072
根据表二(a)、表二(b)和图3，将当前实施例的镜片形状和镜片的材料厚度较为清楚的展示出来，当前实施例通过调整的镜片的形状、镜片的位置和镜片的材质，实现小体积的潜望镜头。并让通过镜头的光线汇聚到像面上，说明镜头具有良好的拍摄图像的能力。
根据表二(c)中和图4A中照度情况较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的畸变小于0.5％，说明镜头是可以有效减小畸变对镜头拍摄的影响，实现镜头的清晰拍摄图像的能力。
根据表二(c)中和图4B中畸变曲线情况较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头可以实现有效减小像散带来的影响，有效提升镜头的的拍摄能力。
根据表二(c)中和图4C中像散曲线情况较为清晰的展示了，边缘视场光线在像面的照度达到73％，表明镜头在经过镜头照度损失较小，拍摄出来的图像会更加明亮。
根据以上信息说明该潜望镜头的实施例具有镜头的小型化、镜头的照度高和拍摄清晰图像的特点。
实施例3
如图5所示，该潜望式镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包含：具有正折射能力、物侧面和像侧面在近轴处均为凸面的第一透镜；具有负折射能力，物侧面和像侧面均为凹面的第二透镜；具有正折射能力，物侧面为凸面而像侧面为凹面的第三透镜；具有负折射能力，物侧面和像侧面均为凹面的第四透镜。所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用非球面塑料镜片，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间。入射的光依序穿过各镜片表面和滤光片后最终成像在成像面。
本实施例的透镜组的设计参数具体请参照下表：表三(a)示出了实施例3的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。
表三(a)
镜片 表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 材料特性(Nd:Vd)
OBJ 球面 INF INF
P1 1 非球面 2.996 1.49 544500.5599
2 非球面 -14.004 0.10
P2 3 非球面 -10.142 0.30 639700.2353
4 非球面 4.409 0.95
光阑 Stop 球面 INF -0.31
P3 5 非球面 5.780 0.50 661200.2035
6 非球面 26.728 2.10
P4 7 非球面 -13.166 1.30 535200.5612
8 非球面 10.695 0.58
BK7 13 球面 INF 0.21 BK7_SCHOTT
14 球面 INF 3.67
IMA
表三(b)
Figure BDA0002707277050000081
Figure BDA0002707277050000091
本实施例中，镜头符合上述条件式的要求,其具体参数如下表所示：
表三(c)
Figure BDA0002707277050000092
根据表三(a)、表三(b)和图5，将当前实施例的镜片形状和镜片的材料厚度较为清楚的展示出来，当前实施例通过调整的镜片的形状、镜片的位置和镜片的材质，实现小体积的潜望镜头。并让通过镜头的光线汇聚到像面上，说明镜头具有良好的拍摄图像的能力。
根据表三(c)中和图6A中照度情况较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的畸变小于1％，说明镜头是可以有效减小畸变对镜头拍摄的影响，实现镜头的清晰拍摄图像的能力。
根据表三(c)中和图6B中畸变曲线情况较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头可以实现有效减小像散带来的影响，有效提升镜头的的拍摄能力。
根据表三(c)中和图6C中像散曲线情况较为清晰的展示了，边缘视场光线在像面的照度达到90％，表明镜头在经过镜头照度损失较小，拍摄出来的图像会更加明亮。
根据以上信息说明该潜望镜头的实施例具有镜头的小型化、镜头的照度高和拍摄清晰图像的特点。
实施例4
如图7所示，该潜望式镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包含：具有正折射能力、物侧面和像侧面在近轴处均为凸面的第一透镜；具有负折射能力，物侧面为凸面而像侧面为凹面的第二透镜；具有正折射能力，物侧面和像侧面均为凸面第三透镜；具有负折射能力，物侧面为凸面而像侧面为凹面的第四透镜。所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用非球面塑料镜片，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间。入射的光依序穿过各镜片表面和滤光片后最终成像在成像面。
本实施例的透镜组的设计参数具体请参照下表：
表四(a)示出了实施例4的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。
表四(a)
镜片 表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 材料特性(Nd:Vd)
OBJ 球面 INF INF
P1 1 非球面 2.798 1.17 1.5445：55.99
2 非球面 -39.389 0.53
P2 3 非球面 67.638 0.33 1.6397：23.53
4 非球面 2.792 0.60
光阑 Stop 球面 INF -0.03
P3 5 非球面 10.084 1.98 1.6397：23.53
6 非球面 -18.122 0.65
P4 7 非球面 6.568 1.09 1.5352.56.12
8 非球面 10.777 0.68
BK7 13 球面 INF 0.21 BK7_SCHOTT
14 球面 INF 3.99
IMA
表四(b)
Figure BDA0002707277050000101
本实施例中，镜头符合上述条件式的要求,其具体参数如下表所示：
表四(c)
Figure BDA0002707277050000111
根据表四(a)、表四(b)和图7，将当前实施例的镜片形状和镜片的材料厚度较为清楚的展示出来，当前实施例通过调整的镜片的形状、镜片的位置和镜片的材质，实现小体积的潜望镜头。并让通过镜头的光线汇聚到像面上，说明镜头具有良好的拍摄图像的能力。
根据表四(c)中和图8A中照度情况较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的畸变小于1％，说明镜头是可以有效减小畸变对镜头拍摄的影响，实现镜头的清晰拍摄图像的能力。
根据表四(c)中和图8B中畸变曲线情况较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头可以实现有效减小像散带来的影响，有效提升镜头的的拍摄能力。
根据表四(c)中和图8C中像散曲线情况较为清晰的展示了，边缘视场光线在像面的照度达到75％，表明镜头在经过镜头照度损失较小，拍摄出来的图像会更加明亮。
根据以上信息说明该潜望镜头的实施例具有镜头的小型化、镜头的照度高和拍摄清晰图像的特点。

Claims (7)

1.一种潜望式镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到像侧依次包含：具有正折射能力、物侧面和像侧面在近轴处均为凸面的第一透镜；具有负折射能力、像侧面为凹面的第二透镜；具有折射能力、物侧面为凸面的第三透镜；具有负折射能力的第四透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用非球面塑料镜片，光阑设置在第二透镜和第三透镜之间且光阑两侧的透镜具有不同的折射能力，所述镜头还满足以下条件式：
0.15<CT2/CT3<0.8
0.1<CT12/TTL<0.2
其中，CT2为第二透镜的中心厚度，CT3为第三透镜的中心厚度，CT12是光轴上第一透镜的物侧面到第二透镜像侧面的距离，TTL为所述镜头的光学总长。
2.根据权利要求1所述的潜望式镜头，其特征在于，还满足以下条件式：
-0.9<(R1+R2)/(R1-R2)<-0.5
其中，R1为第一透镜物侧面的曲率半径，R2为第一透镜像侧面的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的潜望式镜头，其特征在于，还满足以下条件式：
F1/EFL<0.45
其中，F1为第一透镜的焦距，EFl为所述镜头的有效焦距。
4.根据权利要求1所述的潜望式镜头，其特征在于，还满足以下条件式：
-1≤R4/F2＜0
其中，R4为第二透镜像侧面的曲率半径，F2为第二透镜的有效焦距。
5.根据权利要求1所述的潜望式镜头，其特征在于，还满足以下条件式：
-1.1<R8/F4
其中，R8为第四透镜像侧面的曲率半径，F4为第四透镜的有效焦距。
6.根据权利要求1所述的潜望式镜头，其特征在于，还满足以下条件式：
1.0≤EFL/TTL
其中，EFl为所述镜头的有效焦距，TTL为所述镜头的光学总长。
7.根据权利要求1所述的潜望式镜头，其特征在于，还满足以下条件式：
0.8<SD1/HIMA<1.1
0.5<SD8/HIMA<0.8
其中，SD1为第一透镜物侧面的有效通光孔径，SD8为第四透镜像侧面的有效通光孔径，HIMA为所述镜头的半像高。
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GR01 Patent grant
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Denomination of invention: A periscope lens

Granted publication date: 20240813

Pledgee: China Construction Bank Corporation Panjin branch

Pledgor: Liaoning Zhonglan Photoelectric Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980057333

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