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.近年来，随着智能手机的兴起，各大品牌旗舰机对拍摄差异化需求日渐提高，人像镜头也随之诞生，人像镜头一般为长焦镜头，其特有的长焦距、小视角，使其具有较短的景深与较大的放大倍率，可有效地虚化背景突出对焦主体，拍出的人像更生动，因此人们常把长焦镜头称为人像镜头。
3.一般长焦镜头的fno（光圈值）在3.0左右，较为领先的fno为2.0，在拍摄远处物体时，由于它的景深范围偏大，往往导致无法明显的体现对焦主体，最终弱化拍摄效果，为有效地虚化背景突出对焦主体，减小镜头fno，提升镜头光圈从而缩小镜头景深范围已成为人像镜头的发展趋势。


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，具有长焦距、大光圈、短景深、高像素、小型化的优点，能够满足便携式电子设备的使用需求。
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；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在近光轴处为凹面；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；具有光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面；具有光焦度的第五透镜；具有光焦度的第六透镜；其中，所述第一透镜至所述第六透镜中至少包含一个非球面镜片；所述光学镜头满足以下条件式：0.5《ttl/f《2；其中，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。
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，采用六片具有特定光焦度的非球面镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有良好的成像质量、长焦距、小型化的优点，能够匹配50m（megapixel，百万像素）的成像芯片实现超高清成像；同时通过合理地配置镜头光圈的大小，可以扩大系统进光量且缩小拍摄时的景深，即保证了系统在较暗环境下的成像质量，又保证了在拍摄时可有效地虚化背景突出对焦主体，更好地满足了便携式电子设备人像拍摄的使用需求。
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f-tanθ畸变曲线图；图3为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图；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为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图；图6为本发明第二实施例的光学镜头的f-tanθ畸变曲线图；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垂轴色差曲线图；图9为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图；图10为本发明第三实施例的光学镜头的f-tanθ畸变曲线图；图11为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图；图12为本发明第三实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；图13为本发明第四实施例的光学镜头的结构示意图；图14为本发明第四实施例的光学镜头的f-tanθ畸变曲线图；图15为本发明第四实施例的光学镜头的场曲曲线图；图16为本发明第四实施例的光学镜头的垂轴色差曲线图；图17为本发明第五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、第五透镜及第六透镜以及滤光片。
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，第二透镜的像侧面在近光轴处为凹面；第三透镜具有负光焦，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；第四透镜具有光焦度，第四透镜的物侧面为凹面；第五透镜具有光焦度；第六透镜具有光焦度；其中，第一透镜至第六透镜中至少包含一个非球面镜片；所述光学镜头满足以下条件式：0.5《ttl/f《2；
其中，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。
14.本发明的光学镜头采用多片非球面镜片组合，将光阑设置在第一透镜之前，可使成像系统的出射瞳与成像面产生较长的距离，使其具有大光圈的效果，同时通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有良好的成像质量；并通过合理设置ttl/f的值，使所述光学镜头具有较长的有效焦距，同时缩短镜头总长，维持镜头小型化。
15.进一步地，所述光学镜头满足以下条件式：1.2《f/epd《1.8；（1）其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，epd表示所述光学镜头的入瞳直径。满足条件式（1）时，可以扩大系统进光量，同时缩小拍摄时的景深，既保证系统在较暗环境下的成像质量，又保证在拍摄时可有效地虚化背景、突出对焦主体，实现长焦镜头的效果。
16.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：0《f1/f《3；（2）-2.5《(r11-r12)/(r11+r12)《-0.1；（3）其中，f1表示第一透镜的焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距，r11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，r12表示第一透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（2）和（3），能够防止进入光学镜头的光线偏折幅度过大，降低光学镜头敏感度，同时有利于光学镜头更好地平衡像差，提升光学镜头的成像质量。
17.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：0.2《f2/f《6；（4）-2《(r21-r22)/(r21+r22)《0；（5）其中，f2表示第二透镜的焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距，r21表示第二透镜的物侧面的曲率半径，r22表示第二透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（4）和（5），通过调整第二透镜的焦距及面型，可减缓第二透镜的形状变化，降低系统敏感度，同时可以提高透镜的成型性，提升制作良率。
18.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：-5《f1/f3《-1；（6）其中，f1表示第一透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距。满足上述条件式（6），既能够很好的控制透镜的长度，有利于结构设计，又能够很好的控制各视场离焦曲线分散，提高镜头的成像质量。
19.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：0.13《ct34/ttl《0.35；（7）其中，ct34表示第三透镜到第四透镜在光轴上的空气间隙。满足上述条件式（7），通过合理分配第三、四透镜间的空气间隔距离，可有效地提升系统的焦距，同时有助于缩小系统总长。
20.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：0.45《sd32/sd11《0.65；（8）其中，sd11表示第一透镜的物侧面的有效口径，sd32表示第三透镜的像侧面的有效口径。满足上述条件式（8），可以保持系统小型化，同时有助于轴外视场的慧差及场曲矫正，提升成像质量。
21.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：1.0《ih/(f
×
tanθ)《1.05；（9）其中，θ表示所述光学镜头的半视场角，ih表示所述光学镜头的半视场角对应的像高，f表示所述光学镜头的有效焦距。满足上述条件式（9），表明光学镜头的畸变得到较好的矫正，拍摄图像形状还原度极高；如果ih/(f
×
tanθ)的值超过下限，光学成像系统具有较大负畸变，拍摄图形会产生明显形变，成桶型，影响成像效果；如果ih/(f
×
tanθ)的值超过上限，光学成像系统具有较大正畸变，拍摄图形会产生明显形变，成枕型，影响成像效果。
22.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：9mm/rad《ih/θ《17mm/rad；（10）其中，θ表示所述光学镜头的半视场角，ih表示所述光学镜头的半视场角对应的像高。满足上述条件式（10），可使镜头具有较大的成像面，且具有较小的视场角，可在拍摄时可有效地虚化背景、突出对焦主体，实现长焦镜头的成像效果。
23.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：2《(ct1+ct2)/(et1+et2)《5；（11）其中，ct1表示第一透镜在光轴上的厚度，ct2表示第二透镜在光轴上的厚度，et1表示第一透镜的边缘厚度，et2表示第二透镜的边缘厚度。满足上述条件式（11），可以保证第一透镜与第二透镜的厚薄比均匀，有利于镜片制作成型；同时，可以减小光瞳不同区域处的光线入射角差异，降低系统敏感度。
24.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：1.0《f/σct《3.0；（12）其中，f表示所述光学镜头的有效焦距，σct表示第一透镜到第六透镜在光轴上的厚度总和。满足上述条件式（12），通过合理分配各透镜的中心厚度之和，可以提升制造良率，同时有助于缩短光学影像系统组的总长度，维持其小型化以利应用于可携式电子产品。
25.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：2.0《epd/bfl《4.5；（13）其中，epd表示所述光学镜头的入瞳直径，bfl表示所述光学镜头的后焦距。满足上述条件式（13），在大通光口径的配置下得到较短的后焦距，以进一步将光学镜头小型化。
26.在一些实施例中，所述光学镜头满足以下条件式：10
°
《cra《30
°
；（14）其中，cra表示所述光学镜头的最大主光线入射角。满足上述条件式（14），能够较好的匹配芯片的主光线入射角，提升芯片接受光线能量的效率，同时避免成像暗角及偏色等异常现象，实现良好的成像效果。
27.在一些实施方式中，所述光学镜头中的第一透镜的像侧面为凹面，第五透镜的物侧面在近光轴处为凸面，在其它实施例中，第一透镜的像侧面为凸面，第五透镜的物侧面在近光轴处为凹面。第一透镜、第五透镜采用不同的面型搭配组合，均可以使系统实现良好的成像效果。
28.在一些实施方式中，所述光学镜头中的第五透镜的像侧面在近光轴处为凹面，第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，在其它实施例中，第五透镜的像侧面在近光轴处为凸面，第六透镜的物侧面在近光轴处为凹面。第五透镜、第六透镜采用不同的面型搭配组合，
均可以使系统实现良好的成像效果。
29.作为一种实施方式，可以采用全塑胶镜片，也可以采用玻塑混合搭配，均能取得良好的成像效果；在本技术中，为了更好减小镜头的体积及降低成本，采用六片塑胶镜片组合，通过合理分配各个透镜的光焦度及优化非球面形状，使得该光学镜头至少具有良好的成像质量、长焦距、大光圈、短景深、低敏感性、小型化的优点。具体地，第一透镜至第六透镜可以均采用塑胶非球面镜片，采用非球面镜片，可以有效修正像差，提升成像质量，提供更高性价比的光学性能产品。
30.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。
31.在本发明各个实施例中，当透镜采用非球面透镜时，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为圆锥系数conic，a
2i
为第2i阶的非球面面型系数。
32.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s15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、第六透镜l6以及滤光片g1。
33.其中，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具有正光焦度，第二透镜的物侧面s3为凸面，第二透镜的像侧面s4在近光轴处为凹面；第三透镜l3具有负光焦度，第三透镜的物侧面s5为凸面，第三透镜的像侧面s6为凹面；第四透镜l4具有负光焦度，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具有正光焦度，第五透镜的物侧面s9在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面s10在近光轴处为凸面；第六透镜l6具有负光焦度，第六透镜的物侧面s11在近光轴处为凹面，第六透镜的像侧面s12在近光轴处为凹面；滤光片g1的物侧面为s13、像侧面为s14。
34.其中，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以及第六透镜l6均为塑胶非球面镜片。
35.具体地，本实施例提供的光学镜头100的各透镜的设计参数如表1所示。
36.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。
37.表2
请参照图2、图3以及图4，所示分别为光学镜头100的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图。从图2中可以看出光学畸变控制在
±
2%以内，说明光学镜头100的畸变得到良好的矫正；从图3中可以看出场曲控制在
±
0.05mm以内，说明光学镜头100的场曲矫正较好；从图4中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在
±
1微米以内，说明光学镜头100的垂轴色差得到良好的矫正；从图2、图3、图4可以看出光学镜头100的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。
38.第二实施例请参阅图5，所示为本发明第二实施例中提供的光学镜头200的结构示意图，本实施例的光学镜头200与上述第一实施例大致相同，不同之处主要在于，第一透镜的像侧面s2为凸面，第五透镜的物侧面s9在近光轴处为凹面，第四透镜l4具有正光焦度，以及各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异。
39.具体的，本实施例提供的光学镜头200的设计参数如表3所示。
40.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。
41.表4
请参照图6、图7和图8，所示分别为光学镜头200的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图6中可以看出光学畸变控制在
±
1%以内，说明光学镜头200的畸变得到良好的矫正；从图7中可以看出场曲控制在
±
0.05mm以内，说明光学镜头200的场曲矫正较好；从图8中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在
±
1微米以内，说明光学镜头200的垂轴色差得到良好的矫正；从图6、图7、图8可以看出光学镜头200的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。
42.第三实施例如图9所示，为本实施例提供的光学镜头300的结构示意图，本实施例的光学镜头300与上述第一实施例大致相同，不同之处在于，第四透镜l4具有正光焦度，第五透镜l5具有负光焦度，第六透镜l6具有正光焦度，第五透镜的像侧面s10在近光轴处为凹面，第六透镜的物侧面s11在近光轴处为凸面，以及各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异。
43.具体的，本实施例提供的光学镜头300的设计参数如表5所示。
44.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。
45.表6请参照图10、图11和图12，所示分别为光学镜头300的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图10中可以看出光学畸变控制在
±
2%以内，说明光学镜头300的畸变得到良好的矫正；从图11中可以看出近轴场曲控制在
±
0.05mm以内，说明光学镜头300的场曲矫正较好；从图12中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在
±
1微米以内，说明光学镜头300的垂轴色差得到良好的矫正；从图10、图11、图12可以看出光学镜头300的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。
46.第四实施例如图13所示，为本实施例提供的光学镜头400的结构示意图，在本实施例的光学镜头400与上述第一实施例大致相同，不同之处在于各透镜面型的曲率半径、非球面系数、厚度、材质有所差异，具体地，各透镜设置如下：
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具有正光焦度，第二透镜的物侧面s3为凸面，第二透镜的像侧面s4在近光轴处为凹面；第三透镜l3具有负光焦度，第三透镜的物侧面s5为凸面，第三透镜的像侧面s6为凹面；第四透镜l4具有负光焦度，第四透镜的物侧面s7为凹面，第四透镜的像侧面s8在近光轴处为凹面；第五透镜l5具有正光焦度，第五透镜的物侧面s9在近光轴处为凸面，第五透镜的像侧面s10在近光轴处为凹面；第六透镜l6具有正光焦度，第六透镜的物侧面s11在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面s12在近光轴处为凸面。
47.具体的，本实施例提供的光学镜头400的设计参数如表7所示。
48.表7本实施例中，光学镜头400中各个透镜的非球面参数如表8所示。
49.表8
请参照图14、图15和图16，所示分别为光学镜头400的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图、垂轴色差曲线图，从图14中可以看出光学畸变控制在
±
1%以内，说明光学镜头400的畸变得到良好的矫正；从图15中可以看出近轴场曲控制在
±
0.05mm以内，说明光学镜头300的场曲矫正较好；从图16中可以看出不同波长处的垂轴色差控制在
±
1.2微米以内，说明光学镜头400的垂轴色差得到良好的矫正；从图14、图15、图16可以看出光学镜头400的像差得到较好平衡，具有良好的光学成像质量。
50.请参阅表9，所示为上述四个实施例中提供的光学镜头分别对应的光学特性，包括光学镜头的视场角2θ、光学总长ttl、半视场角对应的像高ih、有效焦距f，以及与前述的每个条件式对应的相关数值。
51.表9从以上各个实施例的f-tanθ畸变曲线图、场曲曲线图以及垂轴色差曲线图可以看
出，各实施例中的光学镜头的f-tanθ畸变值均在
±
2%以内、场曲值在
±
0.05mm以内、垂轴色差在
±
1.15微米以内，表明本发明提供的光学镜头具有高成像质量、长焦距、大光圈、小型化等优点，同时具有良好的解像力。
52.综上所述，本发明提供的光学镜头，采用六片具有特定光焦度的非球面镜片，通过特定的表面形状搭配和合理的光焦度分配，使得光学镜头具有良好的成像质量、长焦距、低敏感性、小型化的优点，能够匹配50m（megapixel，百万像素）的成像芯片实现超高清成像；同时通过合理地配置镜头光圈的大小，可以扩大系统进光量且缩小拍摄时的景深，即保证了系统在较暗环境下的成像质量，又保证了在拍摄时可有效地虚化背景突出对焦主体，更好地满足了便携式电子设备人像拍摄的使用需求。
53.第五实施例请参阅图17，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510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510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。
54.该成像设备500可以是智能手机、平板电脑、监控设备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。
55.本实施例提供的成像设备500包括光学镜头100，由于光学镜头100具有长焦距、大光圈、短景深、高像素、小型化的优点，具有光学镜头100的成像设备500也具有长焦距、大光圈、短景深、高像素、小型化的优点。
56.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。
57.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，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。