CN117872569B - 光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学镜头，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；其中，所述光学的最大视场角FOV与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：180°/mm＜FOV/EPD＜220°/mm。本发明提供的光学镜头，通过采用三片具有特定光焦度的镜片，并且使用特定的光焦度组合及面型搭配，可使该光学镜头同时具有大光圈、大视场、小畸变、小型化和高像素的优点，能够满足TOF镜头的拍摄需求和发展趋势。

Description

光学镜头

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头。

背景技术

随着手机拍照技术的发展，对手机镜头的要求也越来越高。近年来，市面上出现了许多不同类型的镜头，诸如广角镜头、长焦镜头、潜望式长焦镜头、3D镜头、人像镜头、TOF镜头等，极大丰富了人们的选择。其中，TOF镜头是通过计算红外光从发射到反射回摄像头的时间差，并将数据收集起来，形成一组距离深度数据，从而得到一个立体的3D模型的成像技术。然而，目前TOF镜头产业并不饱满，且存在很大的优化改进空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学镜头，至少具有大光圈、大视场、小型化和高像素的优点。

为此，本发明公开了一种光学镜头，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其像侧面为凹面；光阑；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凸面；其中，所述光学的最大视场角FOV与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：180°/mm＜FOV/EPD＜220°/mm。

相较于现有技术，本发明提供的光学镜头，通过采用三片具有特定光焦度的镜片，并且使用特定的光焦度组合及面型搭配，可使该光学镜头同时具有大光圈、大视场、小畸变、小型化和高像素的优点，能够满足TOF镜头的拍摄需求和发展趋势。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例的光学镜头的结构示意图。

图2为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图3为本发明第一实施例的光学镜头的畸变曲线图。

图4为本发明第一实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

图5为本发明第一实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图6为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图。

图7为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图8为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图。

图9为本发明第二实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

图10为本发明第二实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图11为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图。

图12为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图13为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图。

图14为本发明第三实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

图15为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

图16为本发明第四实施例的光学镜头的结构示意图。

图17为本发明第四实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图18为本发明第四实施例的光学镜头的畸变曲线图。

图19为本发明第四实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

图20为本发明第四实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本发明的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的非球面的形状通过示例的方式示出。即，非球面的形状不限于附图中示出的非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

在本文中，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。每个透镜最靠近被摄物体的表面称为该透镜的物侧面，每个透镜最靠近成像面的表面称为该透镜的像侧面。

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。

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。

本发明提出一种光学镜头，该光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜以及滤光片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。

其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面在近光轴处为凸面或凹面，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凸面。

在一些实施方式中，光学镜头的最大视场角主光线在像面上的入射角CRA满足：CRA＜10°。满足上述范围，可使光学镜头的CRA很好的匹配芯片主光线入射角，有利于提升芯片感光区域接收到的光效能，达到最佳的成像效果。

在一些实施方式中，光学镜头的最大视场角FOV满足：100°＜FOV＜140°。满足上述范围，有利于实现广角特性，从而能够获取更多的场景信息，满足大范围探测的需求。

在一些实施方式中，光学镜头的最大视场角FOV与光学镜头的入瞳直径EPD满足：180°/mm＜FOV/EPD＜220°/mm。满足上述范围，有利于扩大光学镜头的视场角并增大光学镜头的光圈，实现广角和大光圈的特性。广角特性的实现有利于光学镜头获取更多的场景信息，满足大范围探测的需求，大光圈特性的实现有利于改善广角带来的边缘视场相对亮度下降快的问题，从而也有利于获取更多的场景信息。

在一些实施方式中，光学镜头的光学总长TTL与光学镜头的有效焦距f满足：4.5＜TTL/f＜5.5。满足上述范围，可以合理设置光学镜头的光学总长与焦距的比值，有利于控制光学镜头的总长和体积，实现光学镜头的小型化。

在一些实施方式中，光学镜头的有效焦距f与光学镜头的入瞳直径EPD满足：f/EPD＜1.0。满足上述范围，可以保证光学镜头具有大光圈特性，有利于光学镜头获取足够的光通量和保证成像面具有较高的照度，进而保证光学镜头在较暗环境下都具有良好的成像质量，从而能够满足TOF镜头的拍摄需求。

在一些实施方式中，第一透镜的有效焦距f1与光学镜头的有效焦距f满足：-2.0＜f1/f＜-1.0；第一透镜的物侧面的曲率半径R11与第一透镜的像侧面的曲率半径R12满足：-1.0＜(R11+R12)/(R11-R12)＜2.0。满足上述范围，可以合理控制第一透镜的焦距和面型，有利于使入射光线折射角度变化较为缓和，避免折射变化过于强烈而产生过多像差，同时有助于更多的光线进入后方透镜，提升光学镜头的相对照度的同时增大光学镜头的视场角，实现大视场角和高像素的均衡。

在一些实施方式中，第二透镜的有效焦距f2与光学镜头的有效焦距f满足：1.5＜f2/f＜2.5；第二透镜的物侧面的曲率半径R21与第二透镜的像侧面的曲率半径R22满足：-2.0＜R21/R22＜-1.0。满足上述范围，可以合理控制第二透镜的焦距和面型，有利于光线平稳过渡，同时能够矫正光线经第一透镜过度偏折所产的像差，提升光学镜头的成像品质。

在一些实施方式中，第二透镜的有效焦距f2、第三透镜的有效焦距f3与光学镜头的有效焦距f满足：3.5＜(f2+f3)/f＜4.5。满足上述范围，通过合理配置第二透镜、第三透镜的光焦度，有助于加强轴外视场的慧差矫正，同时很好的收敛场曲、像差，从而使光学镜头拥有更高的解像能力。

在一些实施方式中，第一透镜的光学口径DM1与所述第三透镜的光学口径DM3满足：0.8＜DM1/DM3＜1.2。满足上述范围，可以合理控制第一透镜与第三透镜的光学口径比值，有利于维持光学镜头的小型化。

在一些实施方式中，第一透镜的中心厚度CT1、第二透镜的中心厚度CT2与第一透镜和第二透镜之间在光轴上的空气间距AT12满足：0.4＜(CT1+AT12)/CT2＜0.8。满足上述范围，可以合理调整第一透镜和第二透镜的厚度以及第一透镜与第二透镜间的间距，有利于维持光学镜头的小型化，同时有利于光线平稳过渡，降低像差和畸变的矫正难度，提升光学镜头的成像品质。

在一些实施方式中，第三透镜的物侧面的曲率半径R31、第三透镜的像侧面的曲率半径R32与第三透镜的中心厚度CT3满足：-1.0＜(R31-CT3)/R32＜0。满足上述范围，可以合理控制第三透镜的形状，有利于矫正光学镜头的球差、场曲、畸变等，以使光学镜头的成像更加清晰，同时可以适当约束第三透镜的中心厚度，使其易于加工和装配。

在一些实施方式中，第一透镜的中心厚度CT1、第一透镜的边缘厚度ET1、第二透镜的中心厚度CT2、第二透镜的边缘厚度ET2、第三透镜的中心厚度CT3及第三透镜的边缘厚度ET3满足：1.2＜(CT1+CT2+CT3)/(ET1+ET2+ET3)＜ 1.8。满足上述范围，可以合理控制第一透镜、第二透镜以及第三透镜的形状，有利于透镜加工，降低光学镜头的成本和加工敏感度，同时能够很好的收敛场曲和像差，减小光学镜头的畸变，提高光学镜头的成像质量，增强其在市场上的竞争力。

在一些实施方式中，光学镜头的光学后焦BFL与光学镜头的光学总长TTL满足：0.2＜BFL/TTL＜0.35。满足上述范围，可以合理调整光学镜头的光学后焦与光学总长的比值，有利于维持光学镜头小型化的同时保证光学镜头与芯片模组的匹配。

在一些实施方式中，第二透镜的物侧面的矢高SAG21与第二透镜的像侧面的矢高SAG22满足：0＜SAG21/SAG22＜0.25。满足上述范围，可以合理调整第二透镜的面型，有利于降低第二透镜像侧面反射第二透镜物测面的鬼像能级，提升光学镜头的成像质量。

在一些实施方式中，各透镜的物侧面或像侧面中至少一个为非球面，即第一透镜的物

侧面至第三透镜的像侧面中至少一个为非球面。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。优选地，第一透镜、第二

透镜和第三透镜均采用塑胶非球面镜片。本申请通过合理分配各个透镜的光焦度及优化非球

面形状，可以实现大视场角、大光圈、小畸变、小体积和高像素的特点。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，光学镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

在本发明各个实施例中，各个透镜的非球面面型均满足如下方程式：

；

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面S9依次包括：第一透镜L1、光阑ST、第二透镜L2、第三透镜L3以及滤光片G1。

其中，第一透镜L1为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第一透镜的物侧面S1在近光轴处为凹面，第一透镜的像侧面S2为凹面；第二透镜L2为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第二透镜的物侧面S3为凸面，第二透镜的像侧面S4为凸面；第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第三透镜的物侧面S5为凸面，第三透镜的像侧面S6为凸面；滤光片G1的物侧面为S7、像侧面为S8。

本实施例提供的光学镜头100中各透镜的相关参数如表1所示。

表1

本实施例中的光学镜头100的各非球面面型系数如表2所示。

表2

在本实施例中，光学镜头100的场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示。

图2中场曲曲线表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲，图中横坐标表示偏移量（单位：mm），纵坐标表示半视场角（单位：°）。从图2中可以看出，子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.1mm以内，说明光学镜头100的场曲矫正良好。

图3中光学畸变曲线表示像面上不同像高对应的畸变，图中横坐标表示畸变大小（单位：%），纵坐标表示半视场角（单位：°）。从图3中可以看出，在全视场内，光学镜头的畸变控制在±4.0%以内，说明光学镜头100的畸变被很好的矫正。

图4中轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差，图中横坐标表示偏移量（单位：mm），纵坐标表示归一化光瞳半径。从图4中可以看出，最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.03mm以内，说明光学镜头100的轴向色差矫正良好。

图5中垂轴色差曲线表示各波长在像面上不同像高处的色差，图中横坐标表示偏移量（单位：μm），纵坐标表示归一化视场角。从图5中可以看出，最长波长和最短波长的垂轴色差控制在±1μm以内，说明光学镜头100能够极好地矫正边缘视场的色差以及整个像面的二级光谱。

第二实施例

请参阅图6，所示为本发明第二实施例提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例中的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处主要在于：各透镜的曲率半径、厚度等参数不同。

具体的，本实施例提供的光学镜头200中各透镜的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的光学镜头200的各非球面面型系数如表4所示。

表4

在本实施例中，光学镜头200的场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示。由图7至图10可以看出，场曲控制在±0.1mm以内，畸变控制在±4%以内，轴向色差控制在±0.02mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的垂轴色差都控制在±1μm以内，说明光学镜头200的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第三实施例

请参阅图11，所示为本发明第三实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例中的光学镜头300的结构与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处主要在于：第一透镜的物侧面为凸面，以及各透镜的曲率半径、厚度等参数不同。

具体的，本实施例提供的光学镜头300中各透镜的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的光学镜头300的各非球面面型系数如表6所示。

表6

在本实施例中，光学镜头300的场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示。由图12至图15可以看出，场曲控制在±0.1mm以内，畸变控制在±2%以内，轴向色差控制在±0.025mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的垂轴色差都控制在±1μm内，说明光学镜头300的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

第四实施例

请参阅图16，所示为本发明第四实施例提供的光学镜头400的结构示意图，本实施例中的光学镜头400与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处主要在于：第一透镜的物侧面为凸面，以及各透镜的曲率半径、厚度等参数不同。

具体的，本实施例中的光学镜头400中各透镜的相关参数如表7所示。

表7

本实施例中的光学镜头400的各非球面面型系数如表8所示。

表8

在本实施例中，光学镜头400的场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差的曲线图分别如图17、图18、图19和图20所示。由图17至图20可以看出，场曲控制在±0.1mm以内，畸变控制在±2%以内，轴向色差控制在±0.02mm以内，不同视场内各波长相对于中心波长的垂轴色差都控制在±1μm内，说明光学镜头400的场曲、畸变和色差都被良好地校正。

表9是上述四个实施例对应的光学特性，主要包括光学镜头的有效焦距f、光学总长TTL、最大视场角FOV、最大视场角对应的像高IH、入瞳直径EPD，以及与上述每个条件式对应的数值。

表9

综上，本发明实施例提供的光学镜头，通过采用三片具有特定光焦度的塑胶非球面透镜，并且使用特定的光焦度组合及面型搭配，可使光学镜头同时具有大光圈、大视场、小畸变、小型化和高像素的优点，能够迎合当下TOF镜头的拍摄需求和发展趋势。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光学镜头，共三片透镜，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面为凹面；

光阑；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凸面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凸面；

其中，所述光学镜头的最大视场角FOV与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：180°/mm＜FOV/EPD＜220°/mm；所述第二透镜的有效焦距f2、所述第三透镜的有效焦距f3与所述光学镜头的有效焦距f满足：3.5＜(f2+f3)/f＜4.5。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学总长TTL与所述光学镜头的有效焦距f满足：4.5＜TTL/f＜5.5。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的有效焦距f与所述光学镜头的入瞳直径EPD满足：f/EPD＜1.0。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的有效焦距f1与所述光学镜头的有效焦距f满足：-2.0＜f1/f＜-1.0。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的有效焦距f2与所述光学镜头的有效焦距f满足：1.5＜f2/f＜2.5。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的光学口径DM1与所述第三透镜的光学口径DM3满足：0.8＜DM1/DM3＜1.2。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度CT1、所述第二透镜的中心厚度CT2与所述第一透镜和所述第二透镜之间在光轴上的空气间距AT12满足：0.4＜(CT1+AT12)/CT2＜0.8。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面的曲率半径R31、所述第三透镜的像侧面的曲率半径R32与所述第三透镜的中心厚度CT3满足：-1.0＜(R31-CT3)/R32＜0。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度CT1、所述第一透镜的边缘厚度ET1、所述第二透镜的中心厚度CT2、所述第二透镜的边缘厚度ET2、所述第三透镜的中心厚度CT3及所述第三透镜的边缘厚度ET3满足：1.2＜(CT1+CT2+CT3)/(ET1+ET2+ET3)＜1.8。