摄像光学镜头的制作方法

本发明涉及光学镜头领域，特别涉及一种适用于智能手机、数码相机等手提终端设备，以及监视器、pc镜头等摄像装置的摄像光学镜头。

背景技术：

随着成像镜头的发展，人们对镜头的成像要求越来越高，镜头的“夜景拍照”和“背景虚化”也成为衡量镜头成像标准的重要指标。目前多采用旋转对称的非球面，这类非球面只在子午平面内具有充分的自由度，并不能很好的对轴外像差进行校正。且现有结构光焦度分配、透镜间隔和透镜形状设置不充分，造成镜头超薄化和广角化不充分。自由曲面是一种非旋转对称的表面类型，能够更好地平衡像差，提高成像质量，而且自由曲面的加工也逐渐成熟。随着对镜头成像要求的提升，在设计镜头时加入自由曲面显得十分重要，尤其是在广角和超广角镜头的设计中效果更为明显。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种摄像光学镜头，其具有良好光学性能的同时，具有大光圈、超薄化、广角化的特点。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种摄像光学镜头，所述摄像光学镜头共包含五片透镜，五片所述透镜由物侧至像侧依次包括为：具有正屈折力的第一透镜，具有负屈折力的第二透镜，具有正屈折力的第三透镜，具有正屈折力的第四透镜，以及具有负屈折力的第五透镜；

所述第一透镜至所述第五透镜中的至少一个含自由曲面，所述第二透镜像侧面的中心曲率半径为r4，且满足下列关系式：r4≤0。

优选地，所述第二透镜的像侧面到所述第三透镜的物侧面的轴上距离为d4，所述第三透镜的轴上厚度为d5，且满足下列关系式：1.50≤d5/d4≤11.00。

优选地，所述摄像光学镜头整体的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜物侧面的中心曲率半径为r1，所述第一透镜像侧面的中心曲率半径为r2，所述第一透镜的轴上厚度为d1，所述摄像光学镜头的光学总长为ttl，且满足下列关系式：0.48≤f1/f≤1.51；-3.74≤(r1+r2)/(r1-r2)≤-1.02；0.05≤d1/ttl≤0.21。

优选地，所述摄像光学镜头整体的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f2，所述第二透镜物侧面的中心曲率半径为r3，所述第二透镜的轴上厚度为d3，所述摄像光学镜头的光学总长为ttl，且满足下列关系式：-4.62≤f2/f≤-1.29；-3.06≤(r3+r4)/(r3-r4)≤-0.73；0.02≤d3/ttl≤0.07。

优选地，所述摄像光学镜头整体的焦距为f，所述第三透镜的焦距为f3，所述第三透镜物侧面的中心曲率半径为r5，所述第三透镜像侧面的中心曲率半径为r6，所述第三透镜的轴上厚度为d5，所述摄像光学镜头的光学总长为ttl，且满足下列关系式：1.27≤f3/f≤6.73；-3.58≤(r5+r6)/(r5-r6)≤-0.07；0.04≤d5/ttl≤0.24。

优选地，所述摄像光学镜头整体的焦距为f，所述第四透镜的焦距为f4，所述第四透镜物侧面的中心曲率半径为r7，所述第四透镜像侧面的中心曲率半径为r8，所述第四透镜的轴上厚度为d7，所述摄像光学镜头的光学总长为ttl，且满足下列关系式：0.53≤f4/f≤5.63；0.70≤(r7+r8)/(r7-r8)≤2.58；0.06≤d7/ttl≤0.19。

优选地，所述摄像光学镜头整体的焦距为f，所述第五透镜的焦距为f5，所述第五透镜物侧面的中心曲率半径为r9，所述第五透镜像侧面的中心曲率半径为r10，所述第五透镜的轴上厚度为d9，所述摄像光学镜头的光学总长为ttl，且满足下列关系式：-3.23≤f5/f≤-0.54；0.89≤(r9+r10)/(r9-r10)≤4.98；0.05≤d9/ttl≤0.24。

优选地，所述摄像光学镜头的光学总长为ttl，所述摄像光学镜头的像高为ih，且满足下列关系式：ttl/ih≤1.60。

优选地，所述摄像光学镜头的视场角为fov，且满足下列关系式：fov≥77°。

优选地，所述摄像光学镜头的光圈值为fno，且满足下列关系式：fno≤2.21。

本发明的有益效果在于：根据本发明的摄像光学镜头具有良好光学性能的同时，具有大光圈、超薄化、广角化的特点，同时，从第一镜片到第五镜片，至少有一个镜片含有自由曲面，有助于校正系统畸变、场曲，提高成像质量，尤其适用于由高像素用的ccd、cmos等摄像元件构成的手机摄像镜头组件和web摄像镜头。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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方式，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它的附图，其中：

图1是本发明第一实施方式的摄像光学镜头的结构示意图；

图2是图1所示摄像光学镜头的rms光斑直径在第一象限内的情况；

图3是本发明第二实施方式的摄像光学镜头的结构示意图；

图4是图3所示摄像光学镜头的rms光斑直径在第一象限内的情况；

图5是本发明第三实施方式的摄像光学镜头的结构示意图；

图6是图5所示摄像光学镜头的rms光斑直径在第一象限内的情况；

图7是本发明第四实施方式的摄像光学镜头的结构示意图；

图8是图7所示摄像光学镜头的rms光斑直径在第一象限内的情况；

图9是本发明第五实施方式的摄像光学镜头的结构示意图；

图10是图9所示摄像光学镜头的rms光斑直径在第一象限内的情况。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

（第一实施方式）

参考附图，本发明提供了一种摄像光学镜头10。图1所示为本发明第一实施方式的摄像光学镜头10，该摄像光学镜头10包括五个透镜。具体的，所述摄像光学镜头10，由物侧至像侧依序包括：光圈s1、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。第五透镜l5和像面si之间可设置有光学过滤片（filter）gf等光学元件。

在本实施方式中，第一透镜l1为塑料材质，第二透镜l2为塑料材质，第三透镜l3为塑料材质，第四透镜l4为塑料材质，第五透镜l5为塑料材质。在其他实施例中，各透镜也可以是其他材质。

本实施方式中，所述第一透镜l1至所述第五透镜l5中的至少一个含自由曲面，自由曲面有助于校正系统畸变、场曲，提高成像质量。

本实施方式中，第一透镜l1具有正屈折力，规定了第一透镜焦距范围，在条件范围内有助于实现系统广角化。

本实施方式中，第二透镜l2具有负屈折力，规定了第二透镜焦距范围，在条件范围内有助于提高系统成像性能。

本实施方式中，第三透镜l3具有正屈折力，规定了第三透镜焦距范围，在条件范围内有助于提高成像质量。

本实施方式中，第四透镜l4具有正屈折力，规定了第四透镜焦距范围，在条件范围内有助于提高系统成像性能。

定义所述第二透镜l2像侧面的中心曲率半径为r4，满足下列关系式：r4≤0，规定了第二透镜的形状，在条件范围内有助于校正系统场曲，提高像质。

定义所述第二透镜l2的像侧面到所述第三透镜l3的物侧面的轴上距离为d4，所述第三透镜l3的轴上厚度为d5，满足下列关系式：1.50≤d5/d4≤11.00，当d5/d4满足条件时，可有助于降低系统总长。

本实施方式中，所述第一透镜l1的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凹面。

定义所述第一透镜l1的焦距为f1，所述摄像光学镜头10整体的焦距为f，满足下列关系式：0.48≤f1/f≤1.51，规定了第一透镜l1的焦距与整体焦距的比值。在规定的范围内时，第一透镜具有适当的正屈折力，有利于减小系统像差，同时有利于镜头向超薄化、广角化发展。优选地，满足0.77≤f1/f≤1.21。

所述第一透镜l1物侧面的中心曲率半径为r1，所述第一透镜l1像侧面的中心曲率半径为r2，满足下列关系式：-3.74≤(r1+r2)/(r1-r2)≤-1.02，合理控制第一透镜l1的形状，使得第一透镜l1能够有效地校正系统球差。优选地，满足-2.34≤(r1+r2)/(r1-r2)≤-1.27。

所述第一透镜l1的轴上厚度为d1，所述摄像光学镜头10的光学总长为ttl，满足下列关系式：0.05≤d1/ttl≤0.21，有利于实现超薄化。优选地，满足0.08≤d1/ttl≤0.17。

本实施方式中，所述第二透镜l2的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凸面。

定义所述第二透镜l2的焦距为f2，所述摄像光学镜头10整体的焦距为f，满足下列关系式：-4.62≤f2/f≤-1.29，通过将第二透镜l2的负光焦度控制在合理范围，有利于矫正光学系统的像差。优选地，满足-2.89≤f2/f≤-1.61。

所述第二透镜l2物侧面的中心曲率半径为r3，所述第二透镜l2像侧面的中心曲率半径为r4，满足下列关系式：-3.06≤(r3+r4)/(r3-r4)≤-0.73，规定了第二透镜l2的形状，在范围内时，随着镜头向超薄广角化发展，有利于补正轴上色像差问题，优选地，满足-1.91≤(r3+r4)/(r3-r4)≤-0.92。

所述第二透镜l2的轴上厚度为d3，所述摄像光学镜头10的光学总长为ttl，满足下列关系式：0.02≤d3/ttl≤0.07，有利于实现超薄化。优选地，满足0.04≤d3/ttl≤0.06。

本实施方式中，所述第三透镜l3的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面。

定义所述第三透镜l3的焦距为f3，所述摄像光学镜头10整体的焦距为f，满足下列关系式：1.27≤f3/f≤6.73，通过光焦度的合理分配，使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。优选地，满足2.03≤f3/f≤5.39。

所述第三透镜l3物侧面的中心曲率半径为r5，第三透镜l3像侧面的中心曲率半径为r6，满足下列关系式：-3.58≤(r5+r6)/(r5-r6)≤-0.07，规定了第三透镜的形状，在条件式规定范围内，可以缓和光线经过镜片的偏折程度，有效减小像差。优选地，满足-2.24≤(r5+r6)/(r5-r6)≤-0.09。

所述第三透镜l3的轴上厚度为d5，所述摄像光学镜头10的光学总长为ttl，满足下列关系式：0.04≤d5/ttl≤0.24，有利于实现超薄化。优选地，满足0.06≤d5/ttl≤0.19。

本实施方式中，所述第四透镜l4的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凸面。

定义所述第四透镜l4的焦距为f4，所述摄像光学镜头10整体的焦距为f，满足下列关系式：0.53≤f4/f≤5.63，规定了第四透镜焦距与系统焦距的比值，在条件式范围内有助于提高光学系统性能。优选地，满足0.84≤f4/f≤4.51。

所述第四透镜l4物侧面的中心曲率半径为r7，所述第四透镜l4像侧面的中心曲率半径为r8，满足下列关系式：0.70≤(r7+r8)/(r7-r8)≤2.58，规定了第四透镜l4的形状，在范围内时，随着超薄广角化的发展，有利于补正轴外画角的像差等问题。优选地，满足1.12≤(r7+r8)/(r7-r8)≤2.07。

所述第四透镜l4的轴上厚度为d7，所述摄像光学镜头10的光学总长为ttl，满足下列关系式：0.06≤d7/ttl≤0.19，有利于实现超薄化。优选地，满足0.09≤d7/ttl≤0.15。

本实施方式中，所述第五透镜l5具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凹面。

定义所述第五透镜l5的焦距为f5，所述摄像光学镜头10整体的焦距为f，满足下列关系式：-3.23≤f5/f≤-0.54，对第五透镜l5的限定可有效的使得摄像镜头的光线角度平缓，降低公差敏感度。优选地，满足-2.02≤f5/f≤-0.67。

所述第五透镜物侧面的中心曲率半径为r9，以及所述第五透镜像侧面的中心曲率半径为r10，且满足下列关系式：0.89≤(r9+r10)/(r9-r10)≤4.98，规定了第五透镜l5的形状，在范围内时，随着超薄广角化的发展，有利于补正轴外画角的像差等问题。优选地，满足1.42≤(r9+r10)/(r9-r10)≤3.98。

所述第五透镜l5的轴上厚度为d9，所述摄像光学镜头10的光学总长为ttl，满足下列关系式：0.05≤d9/ttl≤0.24，有利于实现超薄化。优选地，满足0.09≤d9/ttl≤0.19。

本实施方式中，所述摄像光学镜头10的光学总长为ttl，所述摄像光学镜头10的像高为ih，满足下列关系式：ttl/ih≤1.60，从而实现超薄化。

本实施方式中，所述摄像光学镜头的视场角为fov，且满足下列关系式：fov≥77°，从而实现广角化。

本实施方式中，摄像光学镜头10的光圈值fno小于或等于2.21，大光圈，成像性能好。

当满足上述关系时，使得摄像光学镜头10具有良好光学性能的同时，采用自由曲面，可实现设计像面区域与实际使用区域匹配，最大程度提升有效区域的像质；根据该摄像光学镜头10的特性，该摄像光学镜头10尤其适用于由高像素用的ccd、cmos等摄像元件构成的手机摄像镜头组件和web摄像镜头。

下面将用实例进行说明本发明的摄像光学镜头10。各实例中所记载的符号如下所示。焦距、轴上距离、中心曲率半径、轴上厚度的单位为mm。

ttl：光学总长(第一透镜l1的物侧面到成像面的轴上距离)，单位为mm；

光圈值fno：是指摄像光学镜头的有效焦距和入瞳直径的比值。

表1、表2示出本发明第一实施方式的摄像光学镜头10的设计数据。其中，第五透镜l5的物侧面和像侧面为自由曲面。

【表1】

其中，各符号的含义如下。

s1：光圈；

r：光学面中心处的曲率半径；

r1：第一透镜l1的物侧面的中心曲率半径；

r2：第一透镜l1的像侧面的中心曲率半径；

r3：第二透镜l2的物侧面的中心曲率半径；

r4：第二透镜l2的像侧面的中心曲率半径；

r5：第三透镜l3的物侧面的中心曲率半径；

r6：第三透镜l3的像侧面的中心曲率半径；

r7：第四透镜l4的物侧面的中心曲率半径；

r8：第四透镜l4的像侧面的中心曲率半径；

r9：第五透镜l5的物侧面的中心曲率半径；

r10：第五透镜l5的像侧面的中心曲率半径；

r11：光学过滤片gf的物侧面的中心曲率半径；

r12：光学过滤片gf的像侧面的中心曲率半径；

d：透镜的轴上厚度、透镜之间的轴上距离；

d0：光圈s1到第一透镜l1的物侧面的轴上距离；

d1：第一透镜l1的轴上厚度；

d2：第一透镜l1的像侧面到第二透镜l2的物侧面的轴上距离；

d3：第二透镜l2的轴上厚度；

d4：第二透镜l2的像侧面到第三透镜l3的物侧面的轴上距离；

d5：第三透镜l3的轴上厚度；

d6：第三透镜l3的像侧面到第四透镜l4的物侧面的轴上距离；

d7：第四透镜l4的轴上厚度；

d8：第四透镜l4的像侧面到第五透镜l5的物侧面的轴上距离；

d9：第五透镜l5的轴上厚度；

d10：第五透镜l5的像侧面到光学过滤片gf的像侧面到像面的轴上距离；

d11：光学过滤片gf的轴上厚度；

d12：光学过滤片gf的像侧面到像面的轴上距离；

nd：d线的折射率；

nd1：第一透镜l1的d线的折射率；

nd2：第二透镜l2的d线的折射率；

nd3：第三透镜l3的d线的折射率；

nd4：第四透镜l4的d线的折射率；

nd5：第五透镜l5的d线的折射率；

ndg：光学过滤片gf的d线的折射率；

vd：阿贝数；

v1：第一透镜l1的阿贝数；

v2：第二透镜l2的阿贝数；

v3：第三透镜l3的阿贝数；

v4：第四透镜l4的阿贝数；

v5：第五透镜l5的阿贝数；

vg：光学过滤片gf的阿贝数。

表2示出本发明第一实施方式的摄像光学镜头10中各透镜的非球面数据。

【表2】

z=(cr²)/{1+[1-(k+1)(c²r²)]^1/2}+a4r⁴+a6r⁶+a8r⁸+a10r¹⁰+a12r¹²+

a14r¹⁴+a16r¹⁶+a18r¹⁸+a20r²⁰（1）

其中，k是圆锥系数，a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16、a18、a20是非球面系数，c是光学面中心处的曲率，r是非球面曲线上的点与光轴的垂直距离，z是非球面深度(非球面上距离光轴为r的点，与相切于非球面光轴上顶点的切面两者间的垂直距离)。

为方便起见，各个透镜面的非球面使用上述公式(1)中所示的非球面。但是，本发明不限于该公式(1)表示的非球面多项式形式。

表3示出本发明第一实施方式的摄像光学镜头10中的自由曲面数据。

【表3】

（2）

其中，k是圆锥系数，bi是非球面系数，c是光学面中心处的曲率，r是自由曲面上的点与光轴的垂直距离，x是r的x方向分量，y是r的y方向分量，z是非球面深度(非球面上距离光轴为r的点，与相切于非球面光轴上顶点的切面两者间的垂直距离)。

为方便起见，各个自由曲面使用上述公式(2)中所示的扩展多项式面型（extendedpolynomial）。但是，本发明不限于该公式(2)表示的自由曲面多项式形式。

图2示出了第一实施例的摄像光学镜头10的rms光斑直径在第一象限内的情况，根据图2可知，第一实施方式的摄像光学镜头10能够实现良好的成像品质。

后出现的表16示出各实例1、2、3、4、5中各种数值与条件式中已规定的参数所对应的值。

如表16所示，第一实施方式满足各条件式。

在本实施方式中，所述摄像光学镜头的入瞳直径enpd为1.707mm，全视场像高（对角线方向）ih为6.940mm，x方向像高为5.200mm，y方向像高为4.600mm，在此矩形范围内成像效果最佳，对角线方向的视场角fov为87.03°，x方向的视场角为71.24°，y方向的视场角为65.17°，所述摄像光学镜头10满足广角化、超薄化、大光圈的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

（第二实施方式）

第二实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。

表4、表5示出本发明第二实施方式的摄像光学镜头20的设计数据。其中，第一透镜l1的物侧面和像侧面为自由曲面。

【表4】

表5示出本发明第二实施方式的摄像光学镜头20中各透镜的非球面数据。

【表5】

表6示出本发明第二实施方式的摄像光学镜头20中的自由曲面数据。

【表6】

图4示出了第二实施例的摄像光学镜头20的rms光斑直径在第一象限内的情况，根据图4可知，第二实施方式的摄像光学镜头20能够实现良好的成像品质。

如表16所示，第二实施方式满足各条件式。

在本实施方式中，所述摄像光学镜头的入瞳直径enpd为1.720mm，全视场像高（对角线方向）ih为6.940mm，x方向像高为5.200mm，y方向像高为4.600mm，在此矩形范围内成像效果最佳，对角线方向的视场角fov为88.27°，x方向的视场角为72.46°，y方向的视场角为65.96°，所述摄像光学镜头20满足广角化、超薄化、大光圈的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

（第三实施方式）

第三实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。

表7、表8示出本发明第三实施方式的摄像光学镜头30的设计数据。其中，第一透镜l1的物侧面和像侧面为自由曲面。

【表7】

表8示出本发明第三实施方式的摄像光学镜头30中各透镜的非球面数据。

【表8】

表9示出本发明第三实施方式的摄像光学镜头30中的自由曲面数据。

【表9】

图6示出了第三实施例的摄像光学镜头30的rms光斑直径在第一象限内的情况，根据图6可知，第三实施方式的摄像光学镜头30能够实现良好的成像品质。

以下表16按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然，本实施方式的摄像光学系统满足上述的条件式。

在本实施方式中，所述摄像光学镜头的入瞳直径enpd为1.741mm，全视场像高（对角线方向）ih为6.940mm，x方向像高为5.200mm，y方向像高为4.600mm，在此矩形范围内成像效果最佳，对角线方向的视场角fov为88.09°，x方向的视场角为71.99°，y方向的视场角为65.46°，所述摄像光学镜头30满足广角化、超薄化、大光圈的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

（第四实施方式）

第四实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。

在本实施方式中，第三透镜l3的像侧面于近轴处为凹面。

表10、表11示出本发明第四实施方式的摄像光学镜头40的设计数据。其中，第四透镜l4的物侧面和像侧面为自由曲面。

【表10】

表11示出本发明第四实施方式的摄像光学镜头40中各透镜的非球面数据。

【表11】

表12示出本发明第四实施方式的摄像光学镜头40中的自由曲面数据。

【表12】

图8示出了第四实施例的摄像光学镜头40的rms光斑直径在第一象限内的情况，根据图8可知，第四实施方式的摄像光学镜头40能够实现良好的成像品质。

以下表16按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然，本实施方式的摄像光学系统满足上述的条件式。

在本实施方式中，所述摄像光学镜头的入瞳直径enpd为1.696mm，全视场像高（对角线方向）ih为6.000mm，x方向像高为4.800mm，y方向像高为3.600mm，在此矩形范围内成像效果最佳，对角线方向的视场角fov为77.50°，x方向的视场角为65.13°，y方向的视场角为50.74°，所述摄像光学镜头40满足广角化、超薄化、大光圈的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

（第五实施方式）

第五实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。

在本实施方式中，第三透镜l3的像侧面于近轴处为凹面。

表13、表14示出本发明第五实施方式的摄像光学镜头50的设计数据。其中，第四透镜l4的物侧面和像侧面为自由曲面。

【表13】

表14示出本发明第五实施方式的摄像光学镜头50中各透镜的非球面数据。

【表14】

表15示出本发明第五实施方式的摄像光学镜头50中的自由曲面数据。

【表15】

图10示出了第五实施例的摄像光学镜头50的rms光斑直径在第一象限内的情况，根据图10可知，第五实施方式的摄像光学镜头50能够实现良好的成像品质。

以下表16按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然，本实施方式的摄像光学系统满足上述的条件式。

在本实施方式中，所述摄像光学镜头的入瞳直径enpd为1.695mm，全视场像高（对角线方向）ih为6.000mm，x方向像高为4.800mm，y方向像高为3.600mm，在此矩形范围内成像效果最佳，对角线方向的视场角fov为77.50°，x方向的视场角为65.16°，y方向的视场角为50.74°，所述摄像光学镜头50满足广角化、超薄化、大光圈的设计要求，其轴上、轴外色像差被充分补正，且具有优秀的光学特征。

【表16】

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。