申请/专利权人：小光子(武汉)科技有限公司;华中科技大学

申请日：2019-07-18

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN110376716B

主分类号：G02B13/00

分类号：G02B13/00;G02B13/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.06.11#著录事项变更;2019.11.19#实质审查的生效;2019.11.05#著录事项变更;2019.10.25#公开

摘要：本发明公开了一种近距离成像用微型成像镜头，其中：沿着一光轴的物侧至像侧依序包括：第一透镜组、光圈、第二透镜组；所述第一透镜组和第二透镜组均为正光焦度；所述第一透镜组的物方通光口径大于其像方通光口径，所述第二透镜组的物方通光口径小于其像方通光口径，并给出了具体的工艺参数。本发明提出了一种由第一透镜组、光圈和第二透镜组组成的三明治结构的镜头构型，能在小型化的情况下获取较高的近距离成像效果，能有效降低近距离成像时的像差，尤其是畸变和色差；还能有效减少镜头的直径，减小镜头尺寸和降低加工难度和加工成本，并能有效减少有镜头和探测器组成的结构的总光学筒长。

主权项：1.一种近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：沿着一光轴的物侧至像侧依序包括：第一透镜组（100）、光圈（300）、第二透镜组（200）；所述第一透镜组（100）和第二透镜组（200）均为正光焦度；所述第一透镜组（100）的物方通光口径大于其像方通光口径，所述第二透镜组（200）的物方通光口径小于其像方通光口径；所述第一透镜组（100）的焦距f100≤40mm，所述第二透镜组（200）的焦距f200≤20mm；在使用时，待摄物体（500）与所述第一透镜组（100）的物方主面的距离od100小于第一透镜组（100）的焦距的2倍，即od1002f100；且所述第二透镜组（200）的像方主面到像面的距离id200小于所述第二透镜组（200）的焦距的两倍，即Id2002f200；且所述第一透镜组（100）的像方数值孔径NAimg100、所述第二透镜组（200）的物方数值孔径NAobj200满足如下条件：0NAimg100，NAobj2000.05；所述第二透镜组（200）沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜；最后一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点；所述第一透镜组（100）沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜；第一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。

全文数据：一种近距离成像用微型成像镜头技术领域本发明属于成像领域，具体涉及一种近距离成像用微型成像镜头，特别适用于便携式电子产品近距离成像。背景技术成像装置在生活中日渐普及，手机摄像头、电脑摄像头、行车记录仪、监控摄像头等成像装置每天都会在人们的日常生活中出现。成像也越来越朝着小型化方向发展，并且在小型化的同时仍能保持较高的成像质量。日常生活中的成像装置多为照相系统。照相系统的特点为，其物距远大于远大于指10倍以上比例像距，且通常最远对焦物面位于无限远处。小型化的成像装置为获取紧凑的结构，镜头与探测器之间的距离通常较短，所拍摄的物体到镜头的距离也通常远大于镜头到探测器之间的距离，作为照相系统也顺理成章。但随着人们在日常生活中对成像装置的功能性要求越来越多，也需要对近距离物体进行成像，例如微距成像甚至显微成像。但传统成像装置多为照相系统，其镜头为远距离成像所设计，虽然可以通过增大像距的办法来减小物距以对近距离物体成像，但此时已经远离了其最佳成像条件，会出现较大的像差，成像质量较差。因此需要一种能进行高质量的近距离成像的镜头。发明内容针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明的一种近距离成像用微型成像镜头，提出了一种由第一透镜组、光圈和第二透镜组组成的三明治结构的镜头构型，能在小型化的情况下获取较高的近距离成像效果，能有效降低近距离成像时的像差，尤其是畸变和色差；还能有效减少镜头的直径，减小镜头尺寸和降低加工难度和加工成本，并能有效减少有镜头和探测器组成的结构的总光学筒长。为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种近距离成像用微型成像镜头，其中：沿着一光轴的物侧至像侧依序包括：第一透镜组、光圈、第二透镜组；所述第一透镜组和第二透镜组均为正光焦度；所述第一透镜组的物方通光口径大于其像方通光口径，所述第二透镜组的物方通光口径小于其像方通光口径；所述第一透镜组的焦距f100≤40mm，所述第二透镜组的焦距f200≤20mm；在使用时，待摄物体与所述第一透镜组的物方主面的距离od100小于第一透镜组100的焦距的2倍，即od100本发明第一实施例如图2所示。所述第一透镜组100包含4片透镜，所述第二透镜组200包含5片透镜。上述9片透镜均为非球面透镜。非球面透镜的面型由曲线方程表示如下非球面由该曲线绕光轴回转而成：其中：X：非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上焦点的切面的相对距离；Y：非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；r：曲率半径；k：圆锥系数；Ai：第i阶非球面系数。本实施例中的透镜各面参数如图8和图9所示。图8中曲率半径r、厚度t等长度型物理量的单位均为毫米；表面1到表面18依次为本发明由物方到像方的各个表面，面19到面20为滤光片。表2中A2到A14为前述2到14阶非球面系数。本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面，为凹面；第二片透镜的物方表面为非球面，且靠近光轴处为凸面，像方表面为凹面，第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚；第三片透镜的物方表面也为凹面，但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面，像方表面为凹面，物方表面和像方表面均为非球面；第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面的中心为凸面，然后离轴位置出现一个凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴位置出现一个凸面；第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面，像方表面为非球面的凸面；最后一片透镜的物方表面为非球面的凹面，其像方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。本实施例所展示的镜头，在±30°视场角情况下，可获得0.15以上的物方数值孔径，且在全视场范围内大部分区域斯特列尔比可高于0.9，有较好成像质量。本发明第二实施例如图3所示。所述第一透镜组100包含4片透镜，所述第二透镜组200包含4片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图10和图11所示，变量定义与前述类似，不再赘述。本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面，为凹面；第二片透镜的物方表面为非球面，且靠近光轴处为凸面，像方表面为凹面，第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚；第三片透镜的物方表面也为凹面，但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面，像方表面为凹面，物方表面和像方表面均为非球面；第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面，其中物方表面凹陷程度大于像方表面，且像方表面在离轴位置有反曲点；第三片透镜的物方表面的中心为凹面，像方表面为非球面的凸面；最后一片透镜的物方表面为非球面的凸面，其像方表面为非球面的凹面，且中心厚度小于离轴位置的厚度。本实施例相比第一实施例，其放大率更小，适用于需要更小放大率的场合。本发明的第三实施例如图4所示，第一透镜组100包含3片透镜，第二透镜组200包含4片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图12和图13所示，变量定义与前述类似，不再赘述。本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面为非球面的凸面，像方表面为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面的中心为凸面，然后离轴位置出现一个凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴位置出现一个凸面；第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面，像方表面为非球面的凸面；最后一片透镜的物方表面为非球面的凹面，其像方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。本实施例透镜片数较少，可减少成本，但广角性能弱于之前实施例。本发明的第四实施例如图5所示，第一透镜组100包含5片透镜，第二透镜组200包含6片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图14和图15所示，变量定义与前述类似，不再赘述。本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面的凹面；第二片透镜的物方表面为非球面，且靠近光轴处为凸面，像方表面为较为平坦的非球面凹面，第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚；第三片透镜的物方表面也为非球面的凹面，但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面，像方表面为非球面的凸面；第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面；最后一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面为非球面的凸面，像方表面为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面的中心为凸面，然后离轴位置出现一个凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴位置出现一个凸面；第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面，像方表面为非球面的凸面；第五片透镜的物方表面为非球面的凹面，其像方表面为非球面的凸面；最后一片透镜，物方表面靠近光轴处为凹面，像方表面为较为平坦的非球面，中心呈现为轻微的凸面。本实施例采用更多片数透镜以矫正像差，可获得良好的广角性能，尤其是±30°视场角内畸变小于0.7％如图6所示，这对于广角成像来说非常优异。本发明的第五实施例如图7所示，第一透镜组100包含3片透镜，第二透镜组200包含3片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图16和图17所示，变量定义与前述类似，不再赘述。本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面，该曲面靠近光轴处为凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点，像方表面为非球面的凸面；第二片透镜的物方表面为非球面的凸面，像方表面为非球面的凹面；第三片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面，第二片透镜的物方表面为非球面的凹面，像方表面为非球面的凸面；第三片透镜的物方表面中心为非球面的凸面，像方表面中心为非球面的凹面，且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。本实施例镜片数量较少，便于降低成本，但平场性能有所下降。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：沿着一光轴的物侧至像侧依序包括：第一透镜组100、光圈300、第二透镜组200；所述第一透镜组100和第二透镜组200均为正光焦度；所述第一透镜组100的物方通光口径大于其像方通光口径，所述第二透镜组200的物方通光口径小于其像方通光口径；所述第一透镜组100的焦距f100≤40mm，所述第二透镜组200的焦距f200≤20mm；在使用时，待摄物体500与所述第一透镜组100的物方主面的距离od100小于第一透镜组100的焦距的2倍，即od1002f100；且所述第二透镜组200的像方主面到像面的距离id200小于所述第二透镜组200的焦距的两倍，即Id2002f200；且所述第一透镜组100的像方数值孔径NAimg100、所述第二透镜组200的物方数值孔径NAobj200满足如下条件：0NAimg100，NAobj2000.05。2.如权利要求1所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述光圈300到所述第一透镜组100的边缘沿光轴方向的距离sd100满足关系式：sd100f100；所述光圈300到所述第二透镜组200的边缘沿光轴方向的距离sd200满足关系式：sd200f200。3.如权利要求1所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜。4.如权利要求3所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下：倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；最后一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。5.如权利要求3所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下：倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；最后一片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最小、越离轴厚度越大的区域。6.如权利要求3所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下：倒数第二片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；最后一片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。7.如权利要求3所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下：倒数第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；最后一片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域。8.如权利要求4-7任一项所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述最后一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。9.如权利要求3所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序包括：第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面；第二片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面；第三片透镜，其物方表面的中心为凸面，然后离轴外围变为凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴外围变为凸面；第四片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第五片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。10.如权利要求3所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序包括：第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面；第二片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面，其中物方表面凹陷程度大于像方表面，且像方表面具有反曲点；第三片透镜，其像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第四片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最小、越离轴厚度越大的区域。11.如权利要求3所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序包括：第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面；第二片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面；第三片透镜，其物方表面的中心为凸面，然后离轴外围变为凹面，像方表面中心为凹面，然后离轴外围变为凸面；第四片透镜，其物方表面为凹面，像方表面为凸面；第五片透镜，其物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第六片透镜，其物方表面为凹面，像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。12.如权利要求3所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序包括：第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面；第二片透镜，其像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第三片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域。13.如权利要求1所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜。14.如权利要求13所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下：第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第二片透镜的像方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。15.如权利要求13所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下：第一片透镜的物方表面为凹面，像方表面为凸面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；第二片透镜的物方表面为凸面，像方表面为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。16.如权利要求13所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下：第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第二片透镜的物方表面为凸面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。17.如权利要求14-16任一项所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。18.如权利要求13所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序包括：第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第二片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；第三片透镜，其物方表面为凹面，但凹陷程度小于第一片透镜的物方表面凹陷程度，像方表面为凹面；第四片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面。19.如权利要求13所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序包括：第一片透镜，其物方表面为凹面，像方表面为凸面，其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；第二片透镜，其物方表面为凸面，像方表面为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第三片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面。20.如权利要求13所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序包括：第一片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面；第二片透镜，其物方表面为凸面，像方表面均为凹面，且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面，且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域；第三片透镜，其物方表面为凹面，但凹陷程度小于第一片透镜的物方表面的凹陷程度，像方表面为凸面；第四片透镜，其物方表面和像方表面均为凹面；第五片透镜，其物方表面和像方表面均为凸面。21.如权利要求1所述的近距离成像用微型成像镜头，其特征在于：所述近距离成像用微型成像镜头是用于便携式电子产品的微型成像镜头。

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