一种小头式高解析度镜头的制作方法

本发明涉及光学镜头，特别是一种头部尺寸较小，大视场角高解析力的潜望式镜头，适用于全面屏幕极窄边框手机。
背景技术：
：现有的摄像系统，镜片结构都以序列直线式排列，同时要求高像素。随着智能手机的占屏比越来越大，这使得边框变得极小，镜头的安装空间更为狭小，要求镜头的头部为适应这种小空间和满足高解析力，可以采取改变镜片排列方式同时满足头部小尺寸和高解析力。技术实现要素：本发明的目的是提供一种小头式高解析度镜头，头部尺寸较小，视场角大于70度的摄像系统。通过棱镜改变光轴方向，再结合光焦度不同的透镜组合使用，保证镜头的高解析力，并适应于极窄边框手机的配置。为实现本发明的目的，采用的技术方案是：一种小头式高解析度镜头，由物侧至像侧依序包含：第一透镜p1具负折射力，物侧为凹面；第二透镜p2具正折射力像侧面为凸面；棱镜放置在第一透镜p1和第二透镜p2中间，反射面与光轴夹角为45°；第三透镜p3具负屈折力，像侧面为凹面的，至少一个面为非球面；第四透镜p4具正屈折力，物侧为凸面的，至少一个面为非球面；第五透镜p5具正屈折力的，其像侧面为凸面；其物侧面于近光轴处为凹面；第六透镜p6具负屈折力，像侧面为凹面，形状为m型；棱镜为玻璃材料，其他六片镜片均为非球面塑料镜片，视场角fov大于70°，光学后焦大于0.55；满足下列公式：y1<0.9y2<0.90.538<r1/r2<0.775-0.339<f2/f1<-0.126n1>1.661.638<-sag1+ct1+ct2+ct3<1.816et5>0.47-2.178<f4/f3<-1.416-2.495<f6/f<-0.677-0.179<(r6-r7)/(r6+r7)<0.372oal2/imh>1.3150.83<ct4/ct5<2.688abv1<30abv6<30其中y1是第一透镜的半孔径，y2是第二透镜的半孔径；r1是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；f1为第一透镜p1的焦距，f2为第二透镜p2的焦距，f3为第三透镜p3的焦距，f4为第四透镜p4的焦距，f6为第六透镜的焦距，f为系统的有效焦距；sag1为第一透镜p1物侧面边缘矢高；ct1为第一透镜p1的中心厚度，ct3为第二透镜p2的中心厚度，ct2为第一透镜p1到第二透镜p2的中心间隔；et7为棱镜像侧面距第三透镜p3边缘的间隔；oal2为第三透镜p3到相面的长度；r6为第六透镜物侧面的曲率半径，r7为第六透镜像侧面的曲率半径；ct4为第四透镜的中心厚度，ct5为第五透镜的中心厚度；abv1为第一透镜p1的色散系数，abv6为第六透镜p6的色散系数；第一透镜p1,第二透镜p2半孔径都小于0.9mm。所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均采用偶次非球面塑料镜片，非球面系数满足如下方程式：z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2y2}+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。本发明的有益效果是：1、本发明适应手机极窄边框，要求头部前端部分的尺寸较小，满足限制镜头前端尺寸，使之极小化。可以减小系统的球差和像散。2、本发明视场角大于70度，能合理分配第一透镜和第二透镜的光角度，同时满足头部小尺寸和大视场角，提高解析力。3、本发明第一透镜为负折射力，且使用高射率材料，满足上式，可以减小整个系统的像差和名感度。前端结构长度使镜头适应手机超薄的特点，可以减小第二透镜和第三透镜相对于镜筒的干涉量，提高组装的稳定性。有利于矫正系统的像差，合理分配光角度，减小边缘视场的场曲，缩短镜头后端的距离，便于组装。缩短系统的总长。能减小系统的像差。4、本发明增大通光量过程中，使镜头有大光圈优势，增强暗环境下的成像效果，同时缩短镜头长度。5、本发明能同时满足大视场角和第一透镜外径尺寸较小的条件，有利于提高解析力片；第六透镜为负折射力，搞折射率和色散系数小于30，提高系统的解析力，减小系统像差。附图说明图1是本发明的镜头的结构示意图；图2是本发明的镜头的光路图；图3是本发明实施例1的镜头的离焦曲线图，其中横坐标为离焦值(单位um)，纵坐标为对应视场的衍射值；图4是本发明实施例1的垂轴色差值，纵轴为归一化视场，横轴为色差值；图5是本发明实施例1的镜头的像散场曲图，其中横坐标为场曲值，纵坐标为视场像高；图6是本发明实施例1的镜头的光学畸变曲线图，其中横坐标为畸变百分比，纵坐标为视场像高；图7是实施例2的结构示意图；图8是本发明实施例2的镜头的离焦曲线图，其中横坐标为离焦值(单位um)，纵坐标为对应视场的衍射值；图9是本发明实施例1的垂轴色差值，纵轴为归一化视场，横轴为色差值；图10是本发明实施例2的镜头的像散场曲图，其中横坐标为场曲值，纵坐标为视场像高；图11是本发明实施例2的镜头的光学畸变曲线图，其中横坐标为畸变百分比，纵坐标为视场像高；图12是本发明实施例1的垂轴色差值，纵轴为归一化视场，横轴为色差值；图13是实施例3的结构示意图；图14是本发明实施例3的镜头的离焦曲线图，其中横坐标为离焦值(单位um)，纵坐标为对应视场的衍射值；图15是本发明实施例3的镜头的像散场曲图，其中横坐标为场曲值，纵坐标为视场像高；图16是本发明实施例3的镜头的光学畸变曲线图，其中横坐标为畸变百分比，纵坐标为视场像高。具体实施方式下面结合说明书附图1-16及实施例对本发明进一步详细说明。第一透镜的半孔径y1和第二透镜的半孔径y2满足公式：y1<0.9,y2<0.9,摄像系统需要适应手机极窄边框，要求头部前端部分的尺寸较小，满足上式可以有效的限制镜头前端尺寸，使之极小化。第一透镜物侧面的曲率半径r1和像侧面的曲率半径r2满足公式：0.538<r1/r2<0.775满足上式可以减小系统的球差和像散。第二透镜的焦距f2和第一透镜的焦距f1满足公式：-0.339<f2/f1<-0.126本摄像系统视场角大于70度，同时要求前端镜片p1,p2半孔径小于0.9。满足上式范围，能合理分配第一透镜和第二透镜的光角度，同时满足头部小尺寸和大视场角，提高解析力。第一透镜的折射率n1满足公式：n1>1.66一般的镜头的第一透镜物侧面都为凸面，且折射力为正。本摄像系统第一透镜为负折射力，且使用高射率材料，满足上式，可以减小整个系统的像差和名感度。棱镜前的透镜结构满足公式：1.638<-sag1+ct1+ct2+ct3<1.816上式限制p1,p2的结构长度，满足上式，前端结构长度使镜头适应手机超薄的特点。第二透镜p2边缘到棱镜的间隔满足公式：et5>0.47p2和p3在共有的镜筒壁部分有干涉，满足上式，可以减小p2和p3相对于镜筒的干涉量，提高组装的稳定性。第三透镜的焦距f3和第四透镜的焦距f4满足：-2.178<f4/f3>-1.416本摄像系统虽然使用了棱镜改变光轴方向，使之应用于超薄结构。满足上式，有利于矫正系统的像差，合理分配光角度，减小边缘视场的场曲，缩短镜头后端的距离，便于组装。第六透镜的焦距f6和系统有效焦距满足：-2.495<f6/f>-0.677本摄像系统p6的最大矢高到像面距离大于0.55mm。满足上式，缩短系统的总长。第六透镜物侧面的曲率半径r6和像侧面的曲率半径r7满足：-0.179<(r6-r7)/(r6+r7)<0.372上式的范围，能减小系统的像差，提高解析力。oal2/imgh>1.315oal2为棱镜后端第三透镜p3物侧最大矢高到像面的距离，这样设计使镜头在增大通光量过程中，使镜头有大光圈优势，增强暗环境下的成像效果，同时缩短镜头长度第二透镜的中心厚度ct2和第三透镜的中心厚度满足公式：0.83<ct4/ct5<2.688第五透镜和第四透镜的厚度比值限制，能够用第五透镜来弥补第第三第四透镜高级像差，同时有利于镜片的成型工艺和组装稳定性。第一透镜的色散系数abv1，第六透镜的色散系数abv6满足：abv1<30,abv6<30第一透镜为负折射力透镜，满足上式，色散系数小于30，能同时满足大视场角和第一透镜外径尺寸较小的条件，有利于提高解析力片；第六透镜为负折射力，搞折射率和色散系数小于30，提高系统的解析力，减小系统像差。实施例1由物侧至像侧依序包含：一具负折射力，物侧为凹面的第一透镜p1,一具正折射力像侧面为凸面的第二透镜p2，光阑放置在p1和p2中间，反射面与光轴夹角为45°的棱镜i；一具负屈折力，像侧面为凹面的第三透镜，至少一个面为非球面；一具正屈折力，物侧为凸面的第四透镜，至少一个面为非球面；一具负屈折力，其像侧面为凸面的第五透镜，其物侧面和像侧面于近光轴处都为凹面；一具正屈折力的第五透镜，其像侧面为凸面；一具负屈折力，像侧面为凹面的第六透镜，其形状为m型。棱镜为玻璃材料，其他六片镜片均为非球面塑料镜片，本发明视场角fov大于70°，光学后焦大于0.55。并且满足下列公式：y1<0.9；y2<0.90.538<r1/r2<0.775-0.339<f2/f1<-0.126n1>1.661.638<-sag1+ct1+ct2+ct3<1.816et5>0.47-2.178<f4/f3<-1.416-2.495<f6/f<-0.677-0.179<(r6-r7)/(r6+r7)<0.372oal2/imh>1.3150.83<ct4/ct5<2.688abv1<30abv6<301、其中y1是第一透镜的半孔径，y2是第二透镜的半孔径；r1是透镜p1物侧面的曲率半径，r2为p1透镜像侧面的曲率半径；f1为第一透镜p1的焦距，f2为第二透镜p2的焦距，f3为第三透镜p3的焦距，f4为第四透镜p4的焦距，f6为第六透镜的焦距，f为系统的有效焦距；sag1为透镜p1物侧面边缘矢高；ct1，ct4分别为透镜p1和p2的中心厚度，ct2为透镜p1到p2的中心间隔；et7为棱镜像侧面距第三透镜p3边缘的间隔；oal2为第三透镜p3到相面的长度；r6为第六透镜物侧面的曲率半径，r7为第六透镜像侧面的曲率半径；ct4为第四透镜的中心厚度，ct5为第五透镜的中心厚度；abv1为第一透镜p1的色散系数，abv6为第六透镜p6的色散系数；p1,p2半孔径都小于0.9mm，光阑位于p1和p2之间光学反射元件为45°棱镜。视场角fov大于70°，后焦距大于0.55的摄像系统。所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均采用偶次非球面塑料镜片，非球面系数满足如下方程式：z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2y2}+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。镜头的具体设计参数如表1和表2所示。表1面号面型曲率半径厚度材料阿贝数折射模式y半孔径x半孔径obj球面无限400折射1非球面-2.402940.8666311.661:20.534折射0.890.892非球面-4.47050.05折射0.8580130.858013stop球面无限-8e-17折射0.840530.840534非球面8.2384530.558291.5445:55.987折射0.8434760.8434765非球面-2.145690.25折射0.90.96球面无限1.25taf1_hoya折射1.251.257球面无限-1.25taf1_hoya反射1.771.77偏心和弯曲8球面无限-0.14753折射1.241.249非球面57.60721-0.261.6612:20.534折射1.3035421.30354210非球面-5.19791-0.05354折射1.3590661.35906611非球面-16.6235-0.554761.5445:55.987折射1.3898131.38981312非球面11.67857-0.05折射1.4141991.41419913非球面-57.5301-0.668081.5445:55.987折射1.4675021.46750214非球面3.876804-0.05折射1.5204511.52045115非球面-1.06004-0.441371.6397:23.53折射1.5325081.53250816非球面-0.73846-0.97506折射1.9961.996ima球面无限0折射2.4222.422表2本实施例中，半像高为2.322mm，视场角fov为70°y1＝0.89；y2＝0.9r1/r2＝0.538f2/f1＝-0.339n1＝1.6612-sag1+ct1+ct2+ct3＝1.6386et5＝0.47f4/f3＝-2.178f6/f＝-2.495(r6-r7)/(r6+r7)＝-0.179oal2/imh＝1.315ct4/ct5＝0.83abv1＝20.534abv6＝23.529参见图1，该镜头的各个透镜的形状比较匀称，便于成型生产，而且镜片间距合理，便于后期的结构设计。参见图3，所示镜头的离焦曲线图，代表每个视场焦点距像面的微小距离，不同的曲线代表不同的视场，实线为子午方向，虚线为弧矢方向。每条曲线的顶点代表该视场的mtf值，顶点对应的纵轴值越高且越靠近中心说明成像越好参见图4，所示镜头的垂轴色差图，表示镜头成像系统的垂轴色差，垂轴色差表示在系统整个像面上，各颜色波长焦点位置的差异，垂轴色差越小，表示各颜色波长光线汇聚的越好参见图5，所示镜头的像散场曲，不同曲线代表不同的波长，s代表弧矢场曲，t代表子午场曲，二者做差就是系统的像散，像散和场曲是影响轴外视场光线的重要像差，像散过大会严重影响轴外视场的成像质量，场曲会造成中心和边缘成像不在一个平面。参见图6，所示镜头的光学畸变曲线，横轴为畸变值，纵轴为视场像高；畸变不影响像的清晰度，但会引起系统变形，本系统畸变小于2％，对成像影响很小。实施例2表3表4面号ka4a6a8a10a12a14a161-98.7315-0.45462.125079-8.600825.94825-54.634376.89378-68.52742-98.947-0.147630.518737-1.065280.2898684.903216-13.95518.10174-4.556080.030364-0.119310.197938-0.631631.083069-1.018280.35254751.2205810.008986-0.01505-0.00572-0.055050.11162-0.115490.0360549-990.056433-0.06482-0.274410.842872-1.049510.716082-0.2791610-9.992150.0823430.000641-0.861331.999149-2.195551.370803-0.499781155.74005-0.036320.089025-0.554731.191705-1.290090.787619-0.2746912-16.77520.001607-0.848382.373941-3.317423.009838-1.851320.7364491397.171720.071142-0.958082.377969-3.318753.019418-1.790820.66008814-10.23940.234754-0.661181.17674-1.482031.208111-0.605280.17743215-3.008960.278466-0.021790.026883-0.265750.33756-0.194310.05922916-1.944410.424582-0.338590.146809-0.02651-0.004470.003667-0.00091本实施例中，半像高为2.322mm，视场角fov为70°y1＝0.9y2＝0.9r1/r2＝0.773f2/f1＝-0.126n1＝1.6612-sag1+ct1+ct2+ct3＝1.816et5＝0.486f4/f3＝-1.428f6/f＝-0.7(r6-r7)/(r6+r7)＝0.362oal2/imh＝1.454ct4/ct5＝2.688abv1＝20.534abv6＝23.529参见图7，该镜头的各个透镜的形状比较匀称，便于成型生产，而且镜片间距合理，便于后期的结构设计。参见图8，所示镜头的离焦曲线图，代表每个视场焦点距像面的微小距离，不同的曲线代表不同的视场，实线为子午方向，虚线为弧矢方向。每条曲线的顶点代表该视场的mtf值，顶点对应的纵轴值越高且越靠近中心说明成像越好参见图9，所示镜头的垂轴色差图，表示镜头成像系统的垂轴色差，垂轴色差表示在系统整个像面上，各颜色波长焦点位置的差异，垂轴色差越小，表示各颜色波长光线汇聚的越好参见图10，所示镜头的像散场曲，不同曲线代表不同的波长，s代表弧矢场曲，t代表子午场曲，二者做差就是系统的像散，像散和场曲是影响轴外视场光线的重要像差，像散过大会严重影响轴外视场的成像质量，场曲会造成中心和边缘成像不在一个平面。参见图11，所示镜头的光学畸变曲线，横轴为畸变值，纵轴为视场像高；畸变不影响像的清晰度，但会引起系统变形，本系统畸变小于2％，对成像影响很小。表5表6本实施例中，半像高为2.322mm，视场角fov为70°y1＝0.9；y2＝0.9r1/r2＝0.757f2/f1＝-0.151n1＝1.6612-sag1+ct1+ct2+ct3＝1.793et5＝0.497f4/f3＝-1.416f6/f＝-0.677(r6-r7)/(r6+r7)＝0.372oal2/imh＝1.441ct4/ct5＝2.399abv1＝20.354abv6＝23.53参见图12，该镜头的各个透镜的形状比较匀称，便于成型生产，而且镜片间距合理，便于后期的结构设计。参见图13，所示镜头的离焦曲线图，代表每个视场焦点距像面的微小距离，不同的曲线代表不同的视场，实线为子午方向，虚线为弧矢方向。每条曲线的顶点代表该视场的mtf值，顶点对应的纵轴值越高且越靠近中心说明成像越好参见图14，所示镜头的垂轴色差图，表示镜头成像系统的垂轴色差，垂轴色差表示在系统整个像面上，各颜色波长焦点位置的差异，垂轴色差越小，表示各颜色波长光线汇聚的越好参见图15，所示镜头的像散场曲，不同曲线代表不同的波长，s代表弧矢场曲，t代表子午场曲，二者做差就是系统的像散，像散和场曲是影响轴外视场光线的重要像差，像散过大会严重影响轴外视场的成像质量，场曲会造成中心和边缘成像不在一个平面。参见图16，所示镜头的光学畸变曲线，横轴为畸变值，纵轴为视场像高；畸变不影响像的清晰度，但会引起系统变形，本系统畸变小于2％，对成像影响很小。当前第1页12