光学镜头及成像设备的制作方法

1.本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学镜头及成像设备。


背景技术：

2.目前，随着便携式电子设备(如智能手机、相机)的普及，加上社交、视频、直播类软件的流行，人们对于摄影的喜爱程度越来越高，摄像镜头已经成为了电子设备的标配，摄像镜头甚至已经成为消费者购买电子设备时首要考虑的指标。
3.随着移动信息技术的不断发展，手机等便携式电子设备也在朝着轻薄化、全面屏、超高清成像等方向发展，这就对搭载在便携式电子设备上的摄像镜头提出了更高的要求。常见的五片式光学镜头虽然已经具有较好的光学性能，但是无法较好的满足长焦距高像素的使用需求。


技术实现要素：

4.为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头及成像设备，至少具有高像素、长焦距的优点。
5.本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
6.第一方面，本发明提供了一种光学镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑；具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面在近光轴处为凸面或凹面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凸面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面，所述第五透镜的像侧面为凸面；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为非球面镜片。
7.第二方面，本发明提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的光学镜头，成像元件用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号。
8.相较现有技术，本发明提供的光学镜头及成像设备，采用五片具有特定屈折力的镜片，并且采用特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，在满足高像素的同时结构更加紧凑，从而较好地实现了镜头长焦距与高像素的均衡。
附图说明
9.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象散曲线图；图3为本发明第一实施例的光学镜头的f
‑
tanθ畸变曲线图；
图4为本发明第一实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；图5为本发明第一实施例的光学镜头的轴向色差曲线图；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象散曲线图；图8为本发明第二实施例的光学镜头的f
‑
tanθ畸变曲线图；图9为本发明第二实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；图10为本发明第二实施例的光学镜头的轴向色差曲线图；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象散曲线图；图13为本发明第三实施例的光学镜头的f
‑
tanθ畸变曲线图；图14为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；图15为本发明第三实施例的光学镜头的轴向色差曲线图；图16为本发明第四实施例的成像设备的结构示意图。
具体实施方式
10.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。
11.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。
12.本发明提出一种光学镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑，第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜，滤光片。
13.其中，第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面在近光轴处为凸面或凹面；第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凸，第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具有负光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面在近光轴处为凸面；第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具有负光焦度，第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面，第五透镜的像侧面为凸面。
14.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：0.1<r5/r6<1；（1）0.1<r5/f3<0.6；（2）其中，f3表示第三透镜的焦距，r5表示第三透镜的物侧面的曲率半径，r6表示第三透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（1）和（2），能够使第三透镜具有合适的负光焦度，且使其物侧面和像侧面具有同方向的曲率半径，有利于校正场曲，提高所述光学镜头的解像品质。
15.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：0.085/mm<tan(hfov)/f<0.087/mm；（3）1.0<ttl/f<1.05；（4）2.4<ttl/ih<2.5；（5）其中，hfov表示所述光学镜头的最大半视场角，f表示所述光学镜头的有效焦距，ttl表示所述光学镜头的光学总长，ih表示所述光学镜头的最大半视场角对应的像高。满足条件式（3），能够使镜头具有较大的焦距及较小的视场角，实现长焦微距的成像效果，同时还可有效矫正镜头的光学畸变。满足条件式（4）和（5），能够合理控制所述光学镜头的有效焦距，有利于实现长焦距和高像素的均衡。
16.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：0.15mm<sag22/tan(θ4)<0.3mm；（6）其中，sag22表示第二透镜的像侧面的边缘矢高，θ4表示第二透镜的像侧面的最大面倾角。满足条件式（6），能够合理控制第二透镜像侧面的面型，有利于减少鬼像的产生或降低鬼像能量，同时有利于降低系统敏感度，提高所述光学镜头的生产良率。
17.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：0.2<sag31/sag41<0.35；（7）其中，sag31表示第三透镜的物侧面的边缘矢高，sag41表示第四透镜的物侧面的边缘矢高。满足条件式（7），通过合理搭配第三透镜与第四透镜的物侧面面型，有利于校正轴外视场和中心视场的像差，提高所述光学镜头的解像品质。
18.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
‑
0.45<r7/f4<
‑
0.05；（8）0.8<tan(θ7)<1.1；（9）0.85<r7/r8<1.65；（10）其中，r7表示第四透镜的物侧面的曲率半径，f4表示第四透镜的焦距，θ7表示第四透镜的物侧面的最大面倾角。满足条件式（8）和（9），通过合理控制第四透镜的物侧面的面型，能够使光线入射第四透镜物侧面时具有较小的入射角，有利于校正轴外视场的畸变，提高所述光学镜头的解像品质。满足条件式（10），能够合理限定第四透镜的面形，提高镜片的可加工型，有效提高加工良率。
19.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：1.1<ct4/et4 <1.7；（11）0.12<ct4/ttl <0.16；（12）其中，ct4表示第四透镜的中心厚度，et4表示第四透镜的边缘厚度，ttl表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式（11）和（12），能够合理控制所述第四透镜的面型，使其面型为较均匀的弯月形，有利于校正像差，提高所述光学镜头的解像品质。
20.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：
‑
0.35<f1/f5<0；（13）
‑
0.25<sag51/dm9<
‑
0.05；（14）其中，f1表示第一透镜的焦距，f5表示第五透镜的焦距，sag51表示第五透镜物侧面的边缘矢高，dm9表示第五透镜物侧面的有效口径。满足条件式（13），能够合理控制第一
透镜与第五透镜的光焦度比值，有利于实现所述光学镜头具有较长的有效焦距；同时，满足条件式（14），通过合理控制第五透镜的物侧面的面型，有利于提高所述光学镜头的相对照度。
21.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：1.7<ct5/et5 <2.0；（15）0.16<ct5/ttl <0.2；（16）其中，ct5表示第五透镜的中心厚度，et5表示第五透镜的边缘厚度，ttl表示所述光学镜头的光学总长。满足条件式（15）和（16），能够合理控制第五透镜的厚薄比，有利于提高镜片的加工成型，同时能够使第五透镜具有较大的中心厚度，有利于实现所述光学镜头具有较长的焦距。
22.在一些实施方式中，所述光学镜头满足以下条件式：0.12<at34/tc34 <0.17；（17）1.0<at45/tc45 <5.0；（18）0.22<∑tc/∑ct<0.42；（19）其中，tc34表示第三透镜和第四透镜在光轴上的间隔距离，tc45表示第四透镜和第五透镜在光轴上的间隔距离，at34表示第三透镜的像侧面和第四透镜的物侧面在有效口径处的距离，at45表示第四透镜的像侧面和第五透镜的物侧面在有效口径处的距离，∑tc表示第一透镜至第五透镜各相邻两透镜在光轴上的空气间隔的总和，∑ct表示第一透镜至第五透镜各透镜在光轴上的中心厚度的总和。满足条件式（17）、（18）和（19），能够合理分配各透镜的中心厚度和各相邻透镜间的空气间隔，有利于系统结构的紧凑性，实现镜头的小型化；同时，有利于降低光学镜头的敏感度，提高所述光学镜头的生产良率。
23.在一些实施方式中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜均为非球面镜片。
24.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。
25.本发明各个实施例中非球面镜头的表面形状均满足下列方程：；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。
26.第一实施例请参阅图1，所示为本发明第一实施例中提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：光阑st、第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5以及滤光片g1。
27.第一透镜l1具有正光焦度，第一透镜的物侧面s1为凸面，第一透镜的像侧面s2在
近光轴处为凹面；第二透镜l2具有负光焦度，第二透镜的物侧面s3为凸面，第二透镜的像侧面s4为凹面；第三透镜l3具有负光焦度，第三透镜的物侧面s5为凹面，第三透镜的像侧面s6在近光轴处为凸面；第四透镜l4具有正光焦度，第四透镜的物侧面s7为凹面，第四透镜的像侧面s8为凸面；第五透镜l5具有负光焦度，第五透镜的物侧面s9在近光轴处为凹面，第五透镜的像侧面s10为凸面。
28.其中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4以及第五透镜l5均为塑胶非球面镜片；在其它一些实施方式中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4以及第五透镜l5也可以是塑胶镜片和玻璃镜片的组合。
29.本实施例提供的光学镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。
30.表1本实施例中的光学镜头100的各非球面的面型系数如表2所示。
31.表2
在本实施例中，光学镜头100的象散曲线、f
‑
tanθ畸变、垂轴色差和轴向色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示。
32.图2的象散曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图2中横轴表示偏移量（单位：毫米），纵轴表示视场角（单位：度）。从图2中可看出，子午方向和弧矢方向的象散控制在
±
0.02mm以内，说明光学镜头100的象散矫正良好。
33.图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的f
‑
tanθ畸变。其中，图3中横轴表示f
‑
tanθ畸变百分比，纵轴表示视场角（单位：度）。从图中可以看出镜头的光学畸变控制在1.6%以内，说明光学镜头100的畸变得到良好的矫正。
34.图4的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.555μm）在成像面上不同像高处的色差。其中，图4中横轴表示各波长相对中心波长的垂轴色差值（单位：微米），纵轴表示归一化视场角。从图4中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
1.1μm以内，说明该光学镜头100能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
35.图5的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。其中，图5中纵轴表示轴向色差值（单位：毫米），横轴表示归一化光瞳半径。从图5中可以看出，轴向色差的偏移量控制在
±
0.04mm以内，说明该光学镜头100能够有效地矫正轴向色差。
36.第二实施例请参阅图6，所示为本实施例提供的光学镜头200的结构示意图，本发明第二实施例提供的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于，第一透镜的像侧面s2在近光轴处为凸面，以及各透镜的曲率半径、厚度、材料选择不同。
37.具体地，本实施例提供的光学镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。
38.表3
本实施例中的光学镜头200的各非球面的面型系数如表4所示。
39.表4
在本实施例中，光学镜头200的象散曲线、光学畸变、垂轴色差和轴向色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示。
40.图7的象散曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图7中可看出，子午方向和弧矢方向的象散控制在
±
0.04mm以内，说明光学镜头200的象散矫正良好。
41.图8的畸变曲线表示成像面上不同像高处的f
‑
tanθ畸变。从图8中可以看出，所述镜头的光学畸变控制在1.3%以内，说明光学镜头200的畸变得到良好的矫正。
42.图9的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.555μm）在成像面上不同像高处的色差。从图9中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
1.0μm以内，说明该光学镜头200能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
43.图10的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。从图10中可以看出，轴向色差的偏移量控制在
±
0.035mm以内，说明该光学镜头200能够有效地矫正轴向色差。
44.第三实施例请参阅图11，所示为本实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本发明第三实施例提供的光学镜头300与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于，各透镜的曲率半径、厚度、材料选择不同。
45.本实施例提供的光学镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。
46.表5本实施例中的光学镜头300的各非球面的面型系数如表6所示。
47.表6在本实施例中，光学镜头300的象散曲线、光学畸变、垂轴色差和轴向色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示。
48.图12的象散曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图12中可看出，子午方向和弧矢方向的象散控制在
±
0.025mm以内，说明光学镜头300的象散矫正良好。
49.图13的畸变曲线表示成像面上不同像高处的f
‑
tanθ畸变。从图13中可以看出光学畸变控制在1.3%以内，说明光学镜头300的畸变得到良好的矫正。
50.图14的垂轴色差曲线表示各波长相对于中心波长（0.555μm）在成像面上不同像高处的色差。从图14中可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
1.3μm以内，说明该光学镜头300能够有效地矫正边缘视场的像差以及整个像面的二级光谱。
51.图15的轴向色差曲线表示成像面处光轴上的像差。从图15中可以看出，轴向色差的偏移量控制在
±
0.025mm以内，说明该光学镜头300能够有效地矫正轴向色差。
52.表7是上述三个实施例对应的光学特性，主要包括系统的有效焦距f、光圈数f#、光学总长ttl及视场角2θ、最大半视场对应的像高ih，以及与上述每个条件式对应的数值。
53.表7
综上，本发明实施例提供的光学镜头具有以下的优点：（1）本发明提供的光学镜头由于光阑及各透镜形状设置合理，使镜头的总长较小（ttl<5mm），同时使镜头的焦距较长且视场角较小，能够实现长焦微距的成像效果，较好的均衡了长焦距和体积小型化的设计要求。
54.（2）本发明提供的光学镜头采用五片具有特定屈折力的非球面镜片，通过特定的表面形状搭配，使得镜头具有较高像素以及较长的焦距，能够实现对远距离景物的高清成像。
55.（3）本发明提供的光学镜头可采用全塑胶非球面镜片，不仅可以减小系统的体积，还可有效降低镜头的生产成本。
56.第四实施例请参阅图16，所示为本发明第四实施例提供的成像设备400，该成像设备400可以包括成像元件410和上述任一实施例中的光学镜头（例如光学镜头100）。成像元件410可以是cmos（complementary metal oxide semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是ccd（charge coupled device，电荷耦合器件）图像传感器。
57.该成像设备400可以是手机、相机、平板电脑以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的电子设备。
58.本技术实施例提供的成像设备400包括光学镜头100，由于光学镜头100具有像素高、长焦距的优点，具有该光学镜头100的成像设备400也具有像素高、长焦距的优点。
59.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。
60.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。