具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法
具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的进步，光学取像镜头朝着短小、高分辨率、大视场角和低成本等方向发 展，在电子产品方面，如:数字相机、手机、个人数字辅助器中光学取像镜头都占据着半壁江 山。
[0003] 应用于小型电子产品的取像镜头，目前有Ξ镜片式、四镜片式W及五镜片式后W 上的不同设计。目前，Ξ镜片式的取像镜头已基本被淘汰，五镜片式及W上的取像镜头从成 像品质角度来说，多镜片式光学取像镜头在像差修正、光学传递函数MTF性能上较具有优 势，可使用于高像素要求的电子产品，但是镜头总长太长，运不利于在超薄手机上使用。在 现有的四片式的光学取像镜头的结构设计之间的差异处或技术特征，则决定于W下各种因 素的变化或组合而已，如四透镜之间对应配合的凸/凹方向不同，W达到光线入射与出射的 角度调整;或四透镜之间相关数据，如焦距EFL、各光学面之间的间距TCi、各光学面的曲率Ri 等，W分别满足不同的条件。
[0004] 在实用上，具有较短镜长、像差修正良好、高像素、低成本的设计为使用者迫切的 需求。
【发明内容】
[0005] 鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、实 用、低成本的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种具有短镜长大视场角的四片 式光学取像镜头，包括沿着镜头光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阔、具有正屈光度的 第一透镜L1、具有负屈光度的第二透镜L2、具有正屈光度的第Ξ透镜L3、具有负屈光度的第 四透镜L4、滤光片W及图像采集元件。
[0007] 优选的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3W及第四透镜L4均为非球面透 镜，其中所述第一透镜L1的物侧面为凸面、所述第一透镜L1的像侧面为凹面，所述第二透镜 L2的物侧面为凹面、所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面大孔径处弯 向像侧面，所述第Ξ透镜L3的物侧面为凹面、所述第Ξ透镜L3的像侧面为凸面，所述第四透 镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型。
[000引优选的，镜头光轴上所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件的成像面的距离 TTL、所述第一透镜L1与第二透镜L2的中屯、空气间隔为ACTi、所述第二透镜L2与第Ξ透镜L3 的中屯、空气间隔为ACT2、所述第Ξ透镜L3与第四透镜L4的中屯、空气间隔为ACT3、所述第Ξ透 镜L3的中屯、厚度GCT3、所述第Ξ透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧面至图像采 集元件的成像面最近的一点与图像采集元件的成像面的距离为BFL、W及整体光学取像镜 组的焦距邸L满足W下关系：0.19<Bi^L/TTL<0.23，1.2<TTL/E化< 1.5，0.18<(ACT1+ACT2 +ACT3) /E化 < ο. 45，ο. 44 <GCT3/GET3 < ο. 74。
[0009] 优选的，所述第一透镜LI的焦距fi、所述第Ξ透镜L3的焦距f3、W及整体光学取像 镜组的焦距邸L满足 W 下关系：1.0 <E^/f 1 < 1.14，0.26 <E^/f 3 < 0.47。
[0010] 优选的，所述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的像侧面的曲 率半径R4满足W下关系:0.4<R3/R4< 1.1。
[0011] 优选的，所述图像采集元件的主光线入射角CRA、所述图像采集元件的有效像素区 域对角线的一半y、整体视场角的一半w、W及所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件的 成像面的距离TTL满足W下关系：1.5<TTL/y<l.6，1.2<w/CRA<l.4。
[0012] 优选的，所述第一透镜LI、第二透镜L2、第Ξ透镜L3及第四透镜L4均满足W下关 系：
式中Z为非球面的矢高，C为非球面的 曲率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、As……分别是非球面的四、六、 八……等阶非球面系数。
[0013] 优选的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3及第四透镜L4均由折射率小于 1.65的塑胶材质制成，所述滤光片由Schott-BK7材料制成。
[0014] -种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法，包括上述任一种具 有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包含W下步骤：
[0015] (1)光束经过所述孔径光阔进入第一透镜L1，其中经过所述第一透镜L1的轴上光 束有汇聚的趋势，大视场的光线具有更大的出射角；
[0016] (2)光束经过所述高折射率的第二透镜L2,其中中屯、光束进一步汇聚，所述第二透 镜L2的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚犹，能有效控制最外视场的球差和弥 散斑；
[0017] (3)光束经过所述规则的低折射的第Ξ透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑 过渡，光束经过所述第二透镜L2、第Ξ透镜L3后能更好地校正色差；
[0018] (4)光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件，所述第四透镜L4的物侧面 与像侧面均呈W字型，不仅保证各视场在图像采集元件的成像面上的主光线入射角尽可能 的小，并有效改善场区和崎变像差。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0020] (1)本发明结构设计合理，可W有效修正像差，增加镜头的后焦距，降低系统的敏 感度，使得镜头更加紧凑从而可W缩短总长，进而提升本发明的应用性；
[0021] (2)本发明的第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减 少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高；
[0022] (3)本发明透镜间距的配置有利于组装，进一步缩短镜头总长W适应于微型化电 子装置；
[0023] (4)本发明各透镜面型简单容易制造，公差较松，大大降低生产成本。
[0024] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细的说明。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例一的光学结构图。
[00%]图2为本发明实施例一的纵向球差图。
[0027]图3为本发明实施例一的场曲图。
[00%]图4为本发明实施例一的崎变图。
[0029] 图5为本发明实施例二的光学结构图。
[0030] 图6为本发明实施例二的纵向球差图。
[0031] 图7为本发明实施例二的场曲图。
[0032] 图8为本发明实施例二的崎变图。
[0033] 图9为本发明实施例Ξ的光学结构图。
[0034] 图10为本发明实施例Ξ的纵向球差图。
[0035] 图11为本发明实施例Ξ的场曲图。
[0036] 图12为本发明实施例Ξ的崎变图。
[0037] 图13为本发明实施例四的光学结构图。
[0038] 图14为本发明实施例四的纵向球差图。
[0039] 图15为本发明实施例四的场曲图。
[0040] 图16为本发明实施例四的崎变图。
[0041 ]图17为本发明实施例五的光学结构图。
[0042] 图18为本发明实施例五的纵向球差图。
[0043] 图19为本发明实施例五的场曲图。
[0044] 图20为本发明实施例五的崎变图。
[0045] 图中：L1-第一透镜L1，L2-第二透镜L2，L3-第Ξ透镜L3，L4-第四透镜L4，5-孔径光 阔，6-滤光片，7-图像采集元件。
【 具体实施方式】
[0046] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详 细说明如下。
[0047] 如图1~20所示，一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包括沿着镜头 光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阔5、具有正屈光度的第一透镜L1、具有负屈光度的第 二透镜L2、具有正屈光度的第Ξ透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片6W及图像采 集元件7;所述孔径光阔5是属于一种光圈前置，在机构设计时可用镜框来来实现;所述滤光 片6可用BK7或者K9玻璃制成，其表面应锻有能让红外光截止的膜层;所述图像采集元件7包 含CCD(电荷禪合装置)或CMOS(互补型金属氧化物半导体），可将图像信号转变为电子信号 输出；所述第一透镜L1和第二透镜L2运种正、负屈光度的搭配有利于更好的校正色差。
[004引在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3 W及第四透镜L4均 为非球面透镜，其中所述第一透镜L1的物侧面为凸面、所述第一透镜L1的像侧面为凹面，所 述第二透镜L2的物侧面为凹面、所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面 大孔径处弯向像侧面，所述第Ξ透镜L3的物侧面为凹面、所述第Ξ透镜L3的像侧面为凸面， 所述第四透镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型。
[0049]在本发明实施例中，镜头光轴上所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件7的成 像面的距离TTL、所述第一透镜LI与第二透镜L2的中屯、空气间隔为ACTi、所述第二透镜L2与 第Ξ透镜L3的中屯、空气间隔为ACT2、所述第Ξ透镜L3与第四透镜L4的中屯、空气间隔为ACT3、 所述第Ξ透镜L3的中屯、厚度GCT3、所述第Ξ透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧 面至图像采集元件7的成像面最近的一点与图像采集元件7的成像面的距离为BFL、W及整 体光学取像镜组的焦距E化满足W下关系：0.19<BFL/TTL<0.23，1.2<TTL/E化< 1.5， 0.18 < (ACT1+ACT2+ACT3) /E化 < 0.45，0.44 <GCT3/GET3 < 0.74。
[0050] 在本发明实施例中，所述第一透镜L1的焦距fi、所述第Ξ透镜L3的焦距f3、W及整 体光学取像镜组的焦距邸L满足W下关系：1.0 <E^/f 1 < 1.14，0.26 <E^/f 3 < 0.47。
[0051] 在本发明实施例中，所述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的 像侧面的曲率半径R4满足W下关系:0.4 <R3/R4 < 1.1。
[0052] 在本发明实施例中，所述图像采集元件7的主光线入射角CRA、所述图像采集元件7 的有效像素区域对角线的一半y、整体视场角的一半w、W及所述第一透镜L1的物侧面至图 像采集元件7的成像面的距离TTL满足W下关系：1.5 < TTL/y < 1.6，1.2 < w/CRA < 1.4。
[0053] 在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3及第四透镜L4均满 足W下关系：
式中Z为非球面的矢高，C为 非球面的曲率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、As……分别是非球面的 四、六、八……等阶非球面系数。
[0054] 在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3及第四透镜L4均由 折射率小于1.65的塑胶材质制成，所述滤光片6由Schott-BK7材料制成。
[0055] 在本发明实施例中，一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方 法，包括上述任一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包含W下步骤：
[0056] (1)光束经过所述孔径光阔5进入第一透镜L1，所述孔径光阔5也是该取像镜头的 入瞳，所述孔径光阔5的位置紧靠第一透镜L1，所述第一透镜L1的物侧面为凸面，保证有较 大的视场角，所述第一透镜L1的像侧面也为凸面，运样既可W使轴上光束有汇聚的趋势，也 可W使大视场的光线有更大的出射角，进而保证有大的像高；
[0057] (2)光束经过所述高折射率的第二透镜L2,其中中屯、光束进一步汇聚，所述第二透 镜L2的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚犹，能有效控制最外视场的球差和弥 散斑；
[0058] (3)光束经过所述规则的低折射的第Ξ透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑 过渡，所述第二透镜L2、第Ξ透镜L3搭配能更好地校正色差；
[0059] (4)光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件7,所述第四透镜L4的物侧面 与像侧面均呈W字型，不仅保证各视场在图像采集元件7的成像面上的主光线入射角尽可能 的小，并有效改善场区和崎变像差。
[0060] 在本发明实施例一中，下列表一中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Cu;rva1:ure R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Su;rface Spacing),各 透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe's Number)Vdi。
[0061] 表一
[0062]
[0063] 在本发明实施例一中，在表一中，光学面有标注*者的为非球面光学面，R11、R12分 别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R21、R22分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面； R3UR32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R4UR42分别代表第四透镜L4的物侧面和 像侧面，Fno为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头的视场 角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数：
[0064]表二 「00 化 1
[0066] 在本发明实施例一中，所述第一透镜L1由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑 胶材料制成;所述第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第立透镜L3由折射率Neb为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜L4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;滤光片66使用服7-SCH0TT玻璃材质制成。
[0067] 在本发明实施例一中，光学取像镜头有效焦距为2.595、后焦距为0.794,且第一透 镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减少材料，降低成本，且能很好 的达到更大的像高，镜头总长为3.605，即满足：0.19<6化/1'化<0.23,0.18<^(：1'1+4押2+ ACT3) /E化 < 0.45，1.5 < TTL/V < 1.6。
[0068] 在本发明实施例一中，上述材料可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像 差，使得镜头更加紧凑从而可W缩短总长，进而提升本发明的应用性。
[0069] 在本发明实施例二中，下列表Ξ中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Cu;rva1:ure R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Su;rface Spacing),各 透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe's Number)Vdi。
[0070] 表 S
[0071]
[0072] 在本发明实施例二中，在表Ξ中，光学面(surface)有标注*者的为非球面光学面， R1UR12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R2UR22分别代表第二透镜L2的物 侧面和 像侧面;R31、R32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R41、R42分别代表第四透镜L4的 物侦晒和像侧面，化0为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头 的视场角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数：
[0073] 表四
[0074]
[0075] ~在本发明实施例二中，所述第一透镜L1由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑~ 胶材料制成;所述第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第Ξ透镜L3由折射率Neb为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜L4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;所述滤光片66由服7-SCH0TT玻璃材质制成。
[0076] 在本发明实施例二中，光学取像镜头有效焦距为2.595、后焦距为0.863 ;物侧面 R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材 料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.654,即满足： 0.19<BFL/TTL<0.23，0.18< (ACT1+ACT2+ACT3VE 化 <0.45，1.0<EFL/f 1< 1.14，0.4< R3/R4<l.ia.2<w/CRA<1.4〇
[0077] 在本发明实施例二中，上述材料可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像 差，增加镜头的后焦距，降低系统的敏感度，进而提升本发明的应用性。
[0078] 在本发明实施例Ξ中，下列表五中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Cu;rva1:ure R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Su;rface Spacing),各 透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe's Number)Vdi。
[0079] 表五
[0080]
[0082] 在本发明实施例Ξ中，在表五中，光学面(Surface)有标注*者的为非球面光学面， R1UR12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R2UR22分别代表第二透镜L2的物侧面和 像侧面;R31、R32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R41、R42分别代表第四透镜L4的 物侦晒和像侧面，化0为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头 的视场角；下列表六列有各个光学表面的非球面的各项系数：
[0083] 表六
[0084]
[0085] ~在本发明实施例Ξ中，所述第一透镜L1由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑I 胶材料制成;所述第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第立透镜L3由折射率Nd3为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜1^4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;所述滤光片66由服7-SCH0TT玻璃材质制成。
[0086] 在本发明实施例Ξ中，光学取像镜头的有效焦距为2.619、后焦距为0.812;物侧面 R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材 料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.638,即满足： 0.19<WL/TTL<0.23,1.2<TTL/邸L<1.5,1.5<TTL/V< 1.6,1.0<EFL/fi< 1.14,0.4< R3/R4 < 1.1，0.26 <WL/f 3 <0.47，0.44 <GCT3/GET3 < 0.74。
[0087] 在本发明实施例Ξ中，上述材料可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像 差，运种透镜间距的配置有利于组装，进一步缩短镜头总长W适应于微型化电子装置。
[0088] 在本发明实施例四中，下列表屯中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Cu;rva1:ure R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Su;rface Spacing),各 透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe's Number)Vdi。
[0089] 表屯
[0090]
[0091] 在本发明实施例四中，在表屯中，光学面(surface)有标注*者的为非球面光学面， R1UR12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R2UR22分别代表第二透镜L2的物侧面和 像侧面;R31、R32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R4UR42分别代表第四透镜L4的 物侧面和像侧面，化0为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头 的视场角;本发明实施例四中，下列表八列有各个光学表面的非球面的各项系数：
[0092] 表八
[0093]
[0094]
[OOM]在本发明实施例四中，所述第一透镜LI由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑 胶材料制成;所有第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第Ξ透镜L3由折射率Neb为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜L4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;所述滤光片66使用BK7-SCH0TT玻璃材质制 成。
[0096] 在本发明实施例四中，光学取像镜头有效焦距为2.651、后焦距为0.707;物侧面 R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材 料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.658,即满足： 0.19<BFL/TTL<0.23，1.2<TTL/EFL< 1.5，0.18< (ACTi+ACT2+ACT3)/E化<0.45，1.0< 邸 L/f 1 < 1.14，0.4 <R3/R4 < 1.1，0.26 <WL/f 3 < 0.47，0.44 <GCT3/GET3 <0.74。
[0097] 在本发明实施例四中，上述可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像差， 使得镜头有更短的总长和更大的像高，进而提升本发明的应用性。
[0098] 在本发明实施例五中，下列表九中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (SurfaceNumber)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位:mm)(化e Radius of化rvature R)、光轴上各面之间的距离di(单位:mm) (The on-axis Su;rf ace Spacing),各透镜的折射 率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe ' s Number) V山。
[0099] 表九
[0100]
[0102] 在本发明实施例五中，在表九中，光学面(Surface)有标注*者的为非球面光学面， R1UR12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R2UR22分别代表第二透镜L2的物侧面和 像侧面;R31、R32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R41、R42分别代表第四透镜L4的 物侦晒和像侧面，化0为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头 的视场角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数;下列表十列有各个光学表面 的非球面的各项系数： [0103] 表十
[0104]
[0105] ~在本发明实施例五中，所述第一透镜L1由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑' 胶材料制成;所述第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第Ξ透镜L3由折射率Neb为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜L4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;所述滤光片66使用BK7-SCH0TT玻璃材质制 成。
[0106] 在本发明实施例五中，光学取像镜头有效焦距为2.505、后焦距为0.710;物侧面 R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材 料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.610,即满足： 0.19<BFL/TTL<0.23，1.2<TTL/EFL< 1.5，0.18< (ACTi+ACT2+ACT3)/E化<0.45，1.5< TTL/y < 1.6，1.0<EFL/f 1 < 1.14，0.4<R3/R4< 1.1，0.26 <EFL/f 3<0.47，0.44<GCT3/ GET3<0.74a.2<w/CRA<1.4〇
[0107] 在本发明实施例五中，上述材料可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像 差，使得镜头有更短的总长和更大的像高，进而提升本发明的应用性。
[0108] 图2、6、10、1 4、1 8所示的球面像差曲线图中，纵坐标为纵向球面像差 化ong;Uudinal S曲erical Aber)，横坐标为焦距，单位为毫米。从图中可见，在不同的焦距 偏移下，其球面像差的变化情形。
[0109] 图3、7、11、15、19所示的是场曲（Astigmatic Field Curves)曲线图中，横坐标表 示焦距，单位毫米;纵坐标表示像高（Image)(包括切向及径向），从图中可W看出对于不同 的焦距偏移下，W光轴的不同像高所产生的场曲变化情形。
[0110] 图4、8、12、16、20所示的是成像崎变(0131:〇的;[0]1)曲线图中，横坐标表示扭曲率的 百分比;纵坐标表示W光轴的不同像高（Image HT)，从图中可W看出在不同的像高时，其扭 曲率的变化情形。
[0111] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可W得出其他各 种形式的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。凡依本发明申请专利 范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:包括沿着镜头光轴 从物侧到像侧依序布置的孔径光阑、具有正屈光度的第一透镜Ll、具有负屈光度的第二透 镜L2、具有正屈光度的第三透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片以及图像采集元 件。2. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第一透镜Ll、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4均为非球面透镜，其中所述第一透 镜Ll的物侧面为凸面、所述第一透镜Ll的像侧面为凹面，所述第二透镜L2的物侧面为凹面、 所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面大孔径处弯向像侧面，所述第三 透镜L3的物侧面为凹面、所述第三透镜L3的像侧面为凸面，所述第四透镜L4的物侧面与像 侧面均呈W字型。3. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:镜 头光轴上所述第一透镜Ll的物侧面至图像采集元件的成像面的距离TTL、所述第一透镜Ll 与第二透镜L2的中心空气间隔为ACT i、所述第二透镜L2与第三透镜L3的中心空气间隔为 ACT2、所述第三透镜L3与第四透镜L4的中心空气间隔为ACT 3、所述第三透镜L3的中心厚度 GCT3、所述第三透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧面至图像采集元件的成像面 最近的一点与图像采集元件的成像面的距离为BFL、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足 以下关系：〇 · 19<BFL/TTL<0 · 23，1 · 2<TTL/EFL< 1 · 5，O · 18< (ACTi+ACT2+ACT3)/EFL< 0.45，0.44 <GCT3/GET3 < 0.74。4. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第一透镜Ll的焦距fi、所述第三透镜L3的焦距f 3、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足 以下关系：1 · 〇 <EFL/fi < 1 · 14，O · 26 <EFL/f3 < O · 47。5. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的像侧面的曲率半径R4满足以下关 系：0.4<R3/R4<1.1。6. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述图像采集元件的主光线入射角CRA、所述图像采集元件的有效像素区域对角线的一半y、 整体视场角的一半w、以及所述第一透镜LI的物侧面至图像采集元件的成像面的距离TTL满 足以下关系：1.5<TTL/y<1.6，1.2<w/CRA<1.4。7. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第一透镜Ll、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均满足以下关系：式中z为非球面的矢高，c为非球面的曲 率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、A8……分别是非球面的四、六、 八……等阶非球面系数。8. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第一透镜Ll、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均由折射率小于1.65的塑胶材质制 成，所述滤光片由Schott-BK7材料制成。9. 一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法，包括如权利要求1~8 所述的任一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于，包含以下步骤： (1) 光束经过所述孔径光阑进入第一透镜Ll，其中经过所述第一透镜Ll的轴上光束有 汇聚的趋势，大视场的光线具有更大的出射角； (2) 光束经过所述高折射率的第二透镜L2，其中中心光束进一步汇聚，所述第二透镜L2 的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚拢，能有效控制最外视场的球差和弥散 斑； (3) 光束经过所述规则的低折射的第三透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑过 渡，光束经过所述第二透镜L2、第三透镜L3后能更好地校正色差； (4) 光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件，所述第四透镜L4不仅保证各视 场在图像采集元件的成像面上的主光线入射角尽可能的小，并有效改善场区和畸变像差。
【专利摘要】本发明涉及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包括沿着镜头光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阑、具有正屈光度的第一透镜L1、具有负屈光度的第二透镜L2、具有正屈光度的第三透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片以及图像采集元件；本发明还涉及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法。本发明可以有效缩短镜头总长，降低系统敏感度，并能获得良好的成像品质；另外，各透镜面型简单容易制造，公差较松，大大降低生产成本。
【IPC分类】G02B13/00
【公开号】CN105487202
【申请号】CN201511027803
【发明人】林峰, 薛雷涛
【申请人】福建师范大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月31日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的进步，光学取像镜头朝着短小、高分辨率、大视场角和低成本等方向发 展，在电子产品方面，如:数字相机、手机、个人数字辅助器中光学取像镜头都占据着半壁江 山。
[0003] 应用于小型电子产品的取像镜头，目前有Ξ镜片式、四镜片式W及五镜片式后W 上的不同设计。目前，Ξ镜片式的取像镜头已基本被淘汰，五镜片式及W上的取像镜头从成 像品质角度来说，多镜片式光学取像镜头在像差修正、光学传递函数MTF性能上较具有优 势，可使用于高像素要求的电子产品，但是镜头总长太长，运不利于在超薄手机上使用。在 现有的四片式的光学取像镜头的结构设计之间的差异处或技术特征，则决定于W下各种因 素的变化或组合而已，如四透镜之间对应配合的凸/凹方向不同，W达到光线入射与出射的 角度调整;或四透镜之间相关数据，如焦距EFL、各光学面之间的间距TCi、各光学面的曲率Ri 等，W分别满足不同的条件。
[0004] 在实用上，具有较短镜长、像差修正良好、高像素、低成本的设计为使用者迫切的 需求。
【发明内容】
[0005] 鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、实 用、低成本的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种具有短镜长大视场角的四片 式光学取像镜头，包括沿着镜头光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阔、具有正屈光度的 第一透镜L1、具有负屈光度的第二透镜L2、具有正屈光度的第Ξ透镜L3、具有负屈光度的第 四透镜L4、滤光片W及图像采集元件。
[0007] 优选的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3W及第四透镜L4均为非球面透 镜，其中所述第一透镜L1的物侧面为凸面、所述第一透镜L1的像侧面为凹面，所述第二透镜 L2的物侧面为凹面、所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面大孔径处弯 向像侧面，所述第Ξ透镜L3的物侧面为凹面、所述第Ξ透镜L3的像侧面为凸面，所述第四透 镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型。
[000引优选的，镜头光轴上所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件的成像面的距离 TTL、所述第一透镜L1与第二透镜L2的中屯、空气间隔为ACTi、所述第二透镜L2与第Ξ透镜L3 的中屯、空气间隔为ACT2、所述第Ξ透镜L3与第四透镜L4的中屯、空气间隔为ACT3、所述第Ξ透 镜L3的中屯、厚度GCT3、所述第Ξ透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧面至图像采 集元件的成像面最近的一点与图像采集元件的成像面的距离为BFL、W及整体光学取像镜 组的焦距邸L满足W下关系：0.19<Bi^L/TTL<0.23，1.2<TTL/E化< 1.5，0.18<(ACT1+ACT2 +ACT3) /E化 < ο. 45，ο. 44 <GCT3/GET3 < ο. 74。
[0009] 优选的，所述第一透镜LI的焦距fi、所述第Ξ透镜L3的焦距f3、W及整体光学取像 镜组的焦距邸L满足 W 下关系：1.0 <E^/f 1 < 1.14，0.26 <E^/f 3 < 0.47。
[0010] 优选的，所述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的像侧面的曲 率半径R4满足W下关系:0.4<R3/R4< 1.1。
[0011] 优选的，所述图像采集元件的主光线入射角CRA、所述图像采集元件的有效像素区 域对角线的一半y、整体视场角的一半w、W及所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件的 成像面的距离TTL满足W下关系：1.5<TTL/y<l.6，1.2<w/CRA<l.4。
[0012] 优选的，所述第一透镜LI、第二透镜L2、第Ξ透镜L3及第四透镜L4均满足W下关 系：
式中Z为非球面的矢高，C为非球面的 曲率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、As……分别是非球面的四、六、 八……等阶非球面系数。
[0013] 优选的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3及第四透镜L4均由折射率小于 1.65的塑胶材质制成，所述滤光片由Schott-BK7材料制成。
[0014] -种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法，包括上述任一种具 有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包含W下步骤：
[0015] (1)光束经过所述孔径光阔进入第一透镜L1，其中经过所述第一透镜L1的轴上光 束有汇聚的趋势，大视场的光线具有更大的出射角；
[0016] (2)光束经过所述高折射率的第二透镜L2,其中中屯、光束进一步汇聚，所述第二透 镜L2的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚犹，能有效控制最外视场的球差和弥 散斑；
[0017] (3)光束经过所述规则的低折射的第Ξ透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑 过渡，光束经过所述第二透镜L2、第Ξ透镜L3后能更好地校正色差；
[0018] (4)光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件，所述第四透镜L4的物侧面 与像侧面均呈W字型，不仅保证各视场在图像采集元件的成像面上的主光线入射角尽可能 的小，并有效改善场区和崎变像差。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0020] (1)本发明结构设计合理，可W有效修正像差，增加镜头的后焦距，降低系统的敏 感度，使得镜头更加紧凑从而可W缩短总长，进而提升本发明的应用性；
[0021] (2)本发明的第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减 少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高；
[0022] (3)本发明透镜间距的配置有利于组装，进一步缩短镜头总长W适应于微型化电 子装置；
[0023] (4)本发明各透镜面型简单容易制造，公差较松，大大降低生产成本。
[0024] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细的说明。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例一的光学结构图。
[00%]图2为本发明实施例一的纵向球差图。
[0027]图3为本发明实施例一的场曲图。
[00%]图4为本发明实施例一的崎变图。
[0029] 图5为本发明实施例二的光学结构图。
[0030] 图6为本发明实施例二的纵向球差图。
[0031] 图7为本发明实施例二的场曲图。
[0032] 图8为本发明实施例二的崎变图。
[0033] 图9为本发明实施例Ξ的光学结构图。
[0034] 图10为本发明实施例Ξ的纵向球差图。
[0035] 图11为本发明实施例Ξ的场曲图。
[0036] 图12为本发明实施例Ξ的崎变图。
[0037] 图13为本发明实施例四的光学结构图。
[0038] 图14为本发明实施例四的纵向球差图。
[0039] 图15为本发明实施例四的场曲图。
[0040] 图16为本发明实施例四的崎变图。
[0041 ]图17为本发明实施例五的光学结构图。
[0042] 图18为本发明实施例五的纵向球差图。
[0043] 图19为本发明实施例五的场曲图。
[0044] 图20为本发明实施例五的崎变图。
[0045] 图中：L1-第一透镜L1，L2-第二透镜L2，L3-第Ξ透镜L3，L4-第四透镜L4，5-孔径光 阔，6-滤光片，7-图像采集元件。
【 具体实施方式】
[0046] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详 细说明如下。
[0047] 如图1~20所示，一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包括沿着镜头 光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阔5、具有正屈光度的第一透镜L1、具有负屈光度的第 二透镜L2、具有正屈光度的第Ξ透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片6W及图像采 集元件7;所述孔径光阔5是属于一种光圈前置，在机构设计时可用镜框来来实现;所述滤光 片6可用BK7或者K9玻璃制成，其表面应锻有能让红外光截止的膜层;所述图像采集元件7包 含CCD(电荷禪合装置)或CMOS(互补型金属氧化物半导体），可将图像信号转变为电子信号 输出；所述第一透镜L1和第二透镜L2运种正、负屈光度的搭配有利于更好的校正色差。
[004引在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3 W及第四透镜L4均 为非球面透镜，其中所述第一透镜L1的物侧面为凸面、所述第一透镜L1的像侧面为凹面，所 述第二透镜L2的物侧面为凹面、所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面 大孔径处弯向像侧面，所述第Ξ透镜L3的物侧面为凹面、所述第Ξ透镜L3的像侧面为凸面， 所述第四透镜L4的物侧面与像侧面均呈W字型。
[0049]在本发明实施例中，镜头光轴上所述第一透镜L1的物侧面至图像采集元件7的成 像面的距离TTL、所述第一透镜LI与第二透镜L2的中屯、空气间隔为ACTi、所述第二透镜L2与 第Ξ透镜L3的中屯、空气间隔为ACT2、所述第Ξ透镜L3与第四透镜L4的中屯、空气间隔为ACT3、 所述第Ξ透镜L3的中屯、厚度GCT3、所述第Ξ透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧 面至图像采集元件7的成像面最近的一点与图像采集元件7的成像面的距离为BFL、W及整 体光学取像镜组的焦距E化满足W下关系：0.19<BFL/TTL<0.23，1.2<TTL/E化< 1.5， 0.18 < (ACT1+ACT2+ACT3) /E化 < 0.45，0.44 <GCT3/GET3 < 0.74。
[0050] 在本发明实施例中，所述第一透镜L1的焦距fi、所述第Ξ透镜L3的焦距f3、W及整 体光学取像镜组的焦距邸L满足W下关系：1.0 <E^/f 1 < 1.14，0.26 <E^/f 3 < 0.47。
[0051] 在本发明实施例中，所述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的 像侧面的曲率半径R4满足W下关系:0.4 <R3/R4 < 1.1。
[0052] 在本发明实施例中，所述图像采集元件7的主光线入射角CRA、所述图像采集元件7 的有效像素区域对角线的一半y、整体视场角的一半w、W及所述第一透镜L1的物侧面至图 像采集元件7的成像面的距离TTL满足W下关系：1.5 < TTL/y < 1.6，1.2 < w/CRA < 1.4。
[0053] 在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3及第四透镜L4均满 足W下关系：
式中Z为非球面的矢高，C为 非球面的曲率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、As……分别是非球面的 四、六、八……等阶非球面系数。
[0054] 在本发明实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第Ξ透镜L3及第四透镜L4均由 折射率小于1.65的塑胶材质制成，所述滤光片6由Schott-BK7材料制成。
[0055] 在本发明实施例中，一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方 法，包括上述任一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包含W下步骤：
[0056] (1)光束经过所述孔径光阔5进入第一透镜L1，所述孔径光阔5也是该取像镜头的 入瞳，所述孔径光阔5的位置紧靠第一透镜L1，所述第一透镜L1的物侧面为凸面，保证有较 大的视场角，所述第一透镜L1的像侧面也为凸面，运样既可W使轴上光束有汇聚的趋势，也 可W使大视场的光线有更大的出射角，进而保证有大的像高；
[0057] (2)光束经过所述高折射率的第二透镜L2,其中中屯、光束进一步汇聚，所述第二透 镜L2的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚犹，能有效控制最外视场的球差和弥 散斑；
[0058] (3)光束经过所述规则的低折射的第Ξ透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑 过渡，所述第二透镜L2、第Ξ透镜L3搭配能更好地校正色差；
[0059] (4)光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件7,所述第四透镜L4的物侧面 与像侧面均呈W字型，不仅保证各视场在图像采集元件7的成像面上的主光线入射角尽可能 的小，并有效改善场区和崎变像差。
[0060] 在本发明实施例一中，下列表一中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Cu;rva1:ure R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Su;rface Spacing),各 透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe's Number)Vdi。
[0061] 表一
[0062]
[0063] 在本发明实施例一中，在表一中，光学面有标注*者的为非球面光学面，R11、R12分 别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R21、R22分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面； R3UR32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R4UR42分别代表第四透镜L4的物侧面和 像侧面，Fno为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头的视场 角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数：
[0064]表二 「00 化 1
[0066] 在本发明实施例一中，所述第一透镜L1由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑 胶材料制成;所述第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第立透镜L3由折射率Neb为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜L4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;滤光片66使用服7-SCH0TT玻璃材质制成。
[0067] 在本发明实施例一中，光学取像镜头有效焦距为2.595、后焦距为0.794,且第一透 镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材料有利于减少材料，降低成本，且能很好 的达到更大的像高，镜头总长为3.605，即满足：0.19<6化/1'化<0.23,0.18<^(：1'1+4押2+ ACT3) /E化 < 0.45，1.5 < TTL/V < 1.6。
[0068] 在本发明实施例一中，上述材料可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像 差，使得镜头更加紧凑从而可W缩短总长，进而提升本发明的应用性。
[0069] 在本发明实施例二中，下列表Ξ中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Cu;rva1:ure R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Su;rface Spacing),各 透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe's Number)Vdi。
[0070] 表 S
[0071]
[0072] 在本发明实施例二中，在表Ξ中，光学面(surface)有标注*者的为非球面光学面， R1UR12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R2UR22分别代表第二透镜L2的物 侧面和 像侧面;R31、R32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R41、R42分别代表第四透镜L4的 物侦晒和像侧面，化0为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头 的视场角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数：
[0073] 表四
[0074]
[0075] ~在本发明实施例二中，所述第一透镜L1由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑~ 胶材料制成;所述第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第Ξ透镜L3由折射率Neb为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜L4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;所述滤光片66由服7-SCH0TT玻璃材质制成。
[0076] 在本发明实施例二中，光学取像镜头有效焦距为2.595、后焦距为0.863 ;物侧面 R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材 料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.654,即满足： 0.19<BFL/TTL<0.23，0.18< (ACT1+ACT2+ACT3VE 化 <0.45，1.0<EFL/f 1< 1.14，0.4< R3/R4<l.ia.2<w/CRA<1.4〇
[0077] 在本发明实施例二中，上述材料可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像 差，增加镜头的后焦距，降低系统的敏感度，进而提升本发明的应用性。
[0078] 在本发明实施例Ξ中，下列表五中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Cu;rva1:ure R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Su;rface Spacing),各 透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe's Number)Vdi。
[0079] 表五
[0080]
[0082] 在本发明实施例Ξ中，在表五中，光学面(Surface)有标注*者的为非球面光学面， R1UR12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R2UR22分别代表第二透镜L2的物侧面和 像侧面;R31、R32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R41、R42分别代表第四透镜L4的 物侦晒和像侧面，化0为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头 的视场角；下列表六列有各个光学表面的非球面的各项系数：
[0083] 表六
[0084]
[0085] ~在本发明实施例Ξ中，所述第一透镜L1由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑I 胶材料制成;所述第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第立透镜L3由折射率Nd3为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜1^4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;所述滤光片66由服7-SCH0TT玻璃材质制成。
[0086] 在本发明实施例Ξ中，光学取像镜头的有效焦距为2.619、后焦距为0.812;物侧面 R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材 料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.638,即满足： 0.19<WL/TTL<0.23,1.2<TTL/邸L<1.5,1.5<TTL/V< 1.6,1.0<EFL/fi< 1.14,0.4< R3/R4 < 1.1，0.26 <WL/f 3 <0.47，0.44 <GCT3/GET3 < 0.74。
[0087] 在本发明实施例Ξ中，上述材料可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像 差，运种透镜间距的配置有利于组装，进一步缩短镜头总长W适应于微型化电子装置。
[0088] 在本发明实施例四中，下列表屯中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Cu;rva1:ure R)、光轴上各面之间的距离di(单位：mm)(The on-axis Su;rface Spacing),各 透镜的折射率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe's Number)Vdi。
[0089] 表屯
[0090]
[0091] 在本发明实施例四中，在表屯中，光学面(surface)有标注*者的为非球面光学面， R1UR12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R2UR22分别代表第二透镜L2的物侧面和 像侧面;R31、R32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R4UR42分别代表第四透镜L4的 物侧面和像侧面，化0为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头 的视场角;本发明实施例四中，下列表八列有各个光学表面的非球面的各项系数：
[0092] 表八
[0093]
[0094]
[OOM]在本发明实施例四中，所述第一透镜LI由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑 胶材料制成;所有第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第Ξ透镜L3由折射率Neb为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜L4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;所述滤光片66使用BK7-SCH0TT玻璃材质制 成。
[0096] 在本发明实施例四中，光学取像镜头有效焦距为2.651、后焦距为0.707;物侧面 R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材 料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.658,即满足： 0.19<BFL/TTL<0.23，1.2<TTL/EFL< 1.5，0.18< (ACTi+ACT2+ACT3)/E化<0.45，1.0< 邸 L/f 1 < 1.14，0.4 <R3/R4 < 1.1，0.26 <WL/f 3 < 0.47，0.44 <GCT3/GET3 <0.74。
[0097] 在本发明实施例四中，上述可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像差， 使得镜头有更短的总长和更大的像高，进而提升本发明的应用性。
[0098] 在本发明实施例五中，下列表九中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号 (SurfaceNumber)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位:mm)(化e Radius of化rvature R)、光轴上各面之间的距离di(单位:mm) (The on-axis Su;rf ace Spacing),各透镜的折射 率(Ndi)、各透镜的阿贝数(Abbe ' s Number) V山。
[0099] 表九
[0100]
[0102] 在本发明实施例五中，在表九中，光学面(Surface)有标注*者的为非球面光学面， R1UR12分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面;R2UR22分别代表第二透镜L2的物侧面和 像侧面;R31、R32分别代表第Ξ透镜L3的物侧面和像侧面;R41、R42分别代表第四透镜L4的 物侦晒和像侧面，化0为光学镜头的焦距比，E化为取向镜头的有效焦距，2w为光学取向镜头 的视场角；下列表二列有各个光学表面的非球面的各项系数;下列表十列有各个光学表面 的非球面的各项系数： [0103] 表十
[0104]
[0105] ~在本发明实施例五中，所述第一透镜L1由折射率Ndi为1.54、阿贝数Vdi为55.9的塑' 胶材料制成;所述第二透镜L2由折射率Neb为1.64、阿贝数Vcb为22.4的塑胶材料制成;所述 第Ξ透镜L3由折射率Neb为1.54、阿贝数Vd3为55.9的塑胶材料制成;所述第四透镜L4由折射 NcU为1.54、阿贝数VeU为55.9的塑胶材料制成;所述滤光片66使用BK7-SCH0TT玻璃材质制 成。
[0106] 在本发明实施例五中，光学取像镜头有效焦距为2.505、后焦距为0.710;物侧面 R41为有一个反曲点的非球面，且第一透镜L1、第Ξ透镜L3、第四透镜L4使用同样的塑胶材 料有利于减少材料，降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为3.610,即满足： 0.19<BFL/TTL<0.23，1.2<TTL/EFL< 1.5，0.18< (ACTi+ACT2+ACT3)/E化<0.45，1.5< TTL/y < 1.6，1.0<EFL/f 1 < 1.14，0.4<R3/R4< 1.1，0.26 <EFL/f 3<0.47，0.44<GCT3/ GET3<0.74a.2<w/CRA<1.4〇
[0107] 在本发明实施例五中，上述材料可W证明本发明的光学取像镜头可W有效修正像 差，使得镜头有更短的总长和更大的像高，进而提升本发明的应用性。
[0108] 图2、6、10、1 4、1 8所示的球面像差曲线图中，纵坐标为纵向球面像差 化ong;Uudinal S曲erical Aber)，横坐标为焦距，单位为毫米。从图中可见，在不同的焦距 偏移下，其球面像差的变化情形。
[0109] 图3、7、11、15、19所示的是场曲（Astigmatic Field Curves)曲线图中，横坐标表 示焦距，单位毫米;纵坐标表示像高（Image)(包括切向及径向），从图中可W看出对于不同 的焦距偏移下，W光轴的不同像高所产生的场曲变化情形。
[0110] 图4、8、12、16、20所示的是成像崎变(0131:〇的;[0]1)曲线图中，横坐标表示扭曲率的 百分比;纵坐标表示W光轴的不同像高（Image HT)，从图中可W看出在不同的像高时，其扭 曲率的变化情形。
[0111] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可W得出其他各 种形式的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头及其成像方法。凡依本发明申请专利 范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:包括沿着镜头光轴 从物侧到像侧依序布置的孔径光阑、具有正屈光度的第一透镜Ll、具有负屈光度的第二透 镜L2、具有正屈光度的第三透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片以及图像采集元 件。2. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第一透镜Ll、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4均为非球面透镜，其中所述第一透 镜Ll的物侧面为凸面、所述第一透镜Ll的像侧面为凹面，所述第二透镜L2的物侧面为凹面、 所述第二透镜L2的像侧面为凸面，且第二透镜L2的像侧面大孔径处弯向像侧面，所述第三 透镜L3的物侧面为凹面、所述第三透镜L3的像侧面为凸面，所述第四透镜L4的物侧面与像 侧面均呈W字型。3. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:镜 头光轴上所述第一透镜Ll的物侧面至图像采集元件的成像面的距离TTL、所述第一透镜Ll 与第二透镜L2的中心空气间隔为ACT i、所述第二透镜L2与第三透镜L3的中心空气间隔为 ACT2、所述第三透镜L3与第四透镜L4的中心空气间隔为ACT 3、所述第三透镜L3的中心厚度 GCT3、所述第三透镜L3的边沿厚度GET3、所述第四透镜L4的像侧面至图像采集元件的成像面 最近的一点与图像采集元件的成像面的距离为BFL、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足 以下关系：〇 · 19<BFL/TTL<0 · 23，1 · 2<TTL/EFL< 1 · 5，O · 18< (ACTi+ACT2+ACT3)/EFL< 0.45，0.44 <GCT3/GET3 < 0.74。4. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第一透镜Ll的焦距fi、所述第三透镜L3的焦距f 3、以及整体光学取像镜组的焦距EFL满足 以下关系：1 · 〇 <EFL/fi < 1 · 14，O · 26 <EFL/f3 < O · 47。5. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第二透镜L2的物侧面的曲率半径R3、所述第二透镜L2的像侧面的曲率半径R4满足以下关 系：0.4<R3/R4<1.1。6. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述图像采集元件的主光线入射角CRA、所述图像采集元件的有效像素区域对角线的一半y、 整体视场角的一半w、以及所述第一透镜LI的物侧面至图像采集元件的成像面的距离TTL满 足以下关系：1.5<TTL/y<1.6，1.2<w/CRA<1.4。7. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第一透镜Ll、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均满足以下关系：式中z为非球面的矢高，c为非球面的曲 率，K为二次曲面圆锥系数，r为非球面径向坐标，A4、A6、A8……分别是非球面的四、六、 八……等阶非球面系数。8. 根据权利要求1所述的具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于:所 述第一透镜Ll、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4均由折射率小于1.65的塑胶材质制 成，所述滤光片由Schott-BK7材料制成。9. 一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法，包括如权利要求1~8 所述的任一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，其特征在于，包含以下步骤： (1) 光束经过所述孔径光阑进入第一透镜Ll，其中经过所述第一透镜Ll的轴上光束有 汇聚的趋势，大视场的光线具有更大的出射角； (2) 光束经过所述高折射率的第二透镜L2，其中中心光束进一步汇聚，所述第二透镜L2 的像侧面大口径处的反曲使得最外视场的光线聚拢，能有效控制最外视场的球差和弥散 斑； (3) 光束经过所述规则的低折射的第三透镜L3后，各视场光束均匀分布，光束平滑过 渡，光束经过所述第二透镜L2、第三透镜L3后能更好地校正色差； (4) 光束经过所述第四透镜L4后汇聚到图像采集元件，所述第四透镜L4不仅保证各视 场在图像采集元件的成像面上的主光线入射角尽可能的小，并有效改善场区和畸变像差。
【专利摘要】本发明涉及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头，包括沿着镜头光轴从物侧到像侧依序布置的孔径光阑、具有正屈光度的第一透镜L1、具有负屈光度的第二透镜L2、具有正屈光度的第三透镜L3、具有负屈光度的第四透镜L4、滤光片以及图像采集元件；本发明还涉及一种具有短镜长大视场角的四片式光学取像镜头的成像方法。本发明可以有效缩短镜头总长，降低系统敏感度，并能获得良好的成像品质；另外，各透镜面型简单容易制造，公差较松，大大降低生产成本。
【IPC分类】G02B13/00
【公开号】CN105487202
【申请号】CN201511027803
【发明人】林峰, 薛雷涛
【申请人】福建师范大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月31日
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