光学镜头及成像设备的制作方法

本发明涉及透镜成像
技术领域：
，特别涉及一种光学镜头及成像设备。
背景技术：
：随着移动信息技术的不断发展，手机等便携式电子设备也在朝着超薄化、全面屏、超高清成像等方向发展。随着全面屏概念的流行，屏下指纹识别技术应运而生，由于光学式屏下指纹识别系统具备体积小、总长短的优势，已被广泛应用于各种全面屏手机中。随着消费者对全面屏手机的消费需求不断提升，用于屏下指纹识别的光学镜头需求量不断上升。然而在现有技术中，用于屏下指纹识别中的光学镜头仍然存在成像质量差和畸变大等缺点，从而导致指纹识别率偏低的问题，使得智能手机的体验感不佳，而且由于大部分屏下指纹的光学镜头采用高折射率材料，使得生产成本较大，不适于市场的推广应用。技术实现要素：基于此，本发明的目的在于提供一种光学镜头及成像设备，光学镜头至少具有成像品质高、体积小和畸变小等特点，能够有效地提升指纹识别率，更好地适合全面屏的需求。本发明实施例通过以下技术方案来实现上述目的：第一方面，本发明实施例提供一种光学镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包括：平板玻璃、第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜以及红外滤光片，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，其像侧面为凸面；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的像侧面为凸面；第一透镜、第二透镜和第三透镜均采用折射率小于或等于1.70材料；其中，光学镜头满足条件式：1.5<f3/f<2.2，f3表示第三透镜的有效焦距，f表示光学镜头的有效焦距。第二方面，本发明实施例还提供一种成像设备，包括第一方面提供的光学镜头及成像元件，成像元件用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号。相比于现有技术，本发明提供的光学镜头及成像设备通过光阑及各透镜合理设置，在满足高质量解像品质的同时，还具有体积小、畸变小、相对照度高等特点，有效地提升了指纹识别率，更适用于手机全面屏设计需求，光学镜头满足条件式：1.5<f3/f<2.2，可使第三透镜具有较大的正光焦度，有利于提高光学镜头的解像力。本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。附图说明图1为本发明第一实施例中的光学镜头的结构示意图；图2为本发明第一实施例中的光学镜头的场曲曲线图，其中，图中横轴表示偏移量（单位：毫米），纵轴表示物高（单位：毫米）；图3为本发明第一实施例中的光学镜头的畸变曲线图，其中，图中横轴表示畸变百分比，纵轴表示物高（单位：毫米）；图4为本发明第一实施例中的光学镜头的相对照度曲线图，其中，图中横轴表示物高（单位：毫米），纵轴表示相对照度值；图5为本发明第二实施例中的光学镜头的结构示意图；图6为本发明第二实施例中的光学镜头的场曲曲线图；图7为本发明第二实施例中的光学镜头的畸变曲线图；图8为本发明第二实施例中的光学镜头的相对照度曲线图；图9为本发明第三实施例中的光学镜头的结构示意图；图10为本发明第三实施例中的光学镜头的场曲曲线图；图11为本发明第三实施例中的光学镜头的畸变曲线图；图12为本发明第三实施例中的光学镜头的相对照度曲线图；图13为本发明第四实施例中的光学镜头的结构示意图；图14为本发明第四实施例中的光学镜头的场曲曲线图；图15为本发明第四实施例中的光学镜头的畸变曲线图；图16为本发明第四实施例中的光学镜头的相对照度曲线图；图17为本发明第五实施例中的成像设备的结构示意图。主要元件符号说明：平板玻璃g1第一透镜l1第二透镜l2第三透镜l3光阑st红外滤光片g2平板玻璃的物侧面s1平板玻璃的像侧面s2第一透镜的物侧面s3第一透镜的像侧面s4第二透镜的物侧面s5第二透镜的像侧面s6第三透镜的物侧面s7第三透镜的像侧面s8红外滤光片的物侧面s9红外滤光片的像侧面s10成像面s11成像设备500成像元件510光学镜头100、200、300、400如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式为了便于更好地理解本发明，下面将结合相关实施例附图对本发明进行进一步地解释。附图中给出了本发明的实施例，但本发明并不仅限于上述的优选实施例。相反，提供这些实施例的目的是为了使本发明的公开面更加得充分。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。本文中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。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本发明实施例提供了一种光学镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包括：平板玻璃，第一透镜，光阑，第二透镜，第三透镜，红外滤光片。第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面在近光轴处为凹面且具有至少一个反曲点，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面为凸面，其像侧面为凸面；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的像侧面为凸面；第一透镜、第二透镜和第三透镜均采用折射率小于或等于1.70的材料；光学镜头满足条件式：1.5<f3/f<2.2；其中，f3表示第三透镜的有效焦距，f表示光学镜头的有效焦距。本发明提供的光学镜头通过光阑及各透镜合理设置，在满足高质量解像品质的同时，还具有体积小、畸变小和相对照度高等特点，有效地提升了指纹识别率，更适用于手机全面屏设计需求，光学镜头满足条件式：1.5<f3/f<2.2，可使第三透镜具有较大的正光焦度，有利于提高光学镜头的解像力。光学镜头被使用时，用户的指纹与平板玻璃直接接触，平板玻璃除了在光学镜头中起到光学作用，同时兼备保护光学镜头的作用。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：0.9<vd2/vd3<1；（1）其中，vd2表示第二透镜的阿贝数，vd3表示第三透镜的阿贝数。满足条件式（1），有利于光学镜头解像力的提升。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：1.0<nd1<1.65；（2）1.0<nd2<1.55；（3）1.0<nd3<1.55；（4）其中，nd1表示第一透镜的折射率，nd2表示第二透镜的折射率，nd3表示第三透镜的折射率。满足条件式（2）至（4），保证各个透镜具有较小的折射率，有利于场曲和畸变的矫正，并且三个透镜均采用低折射率的材料，可以有效降低生产成本。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：0.4<(tc1/et1)-(tc1/sdm11)<0.9；（5）其中，tc1表示第一透镜的中心厚度，sdm11表示第一透镜的物侧面的半口径，et1表示第一透镜的边缘厚度。满足条件式（5），有利于实现镜头的头部尺寸做小，进而缩短镜头总长，实现光学镜头的小型化。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：1.0mm<f1+f2+f3<2.1mm；（6）其中，f1表示第一透镜的有效焦距，f2表示第二透镜的有效焦距，f3表示第三透镜的有效焦距。满足条件式（6），可实现合理的控制第一透镜、第二透镜以及第三透镜的光焦度，减少高级像差的矫正，降低整体光学镜头的像差矫正难度。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：1.2<mtc1/tc1<1.6；（7）其中，mtc1表示第一透镜平行于光轴方向的最大厚度，tc1表示第一透镜的中心厚度。满足条件式（7），可使第一透镜尺寸做小，有利于镜头小型化，且有利于第一透镜的成型，提高量产率。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：0.2<(r31+r32)/(r31-r32)<0.5；（8）其中，r31表示第三透镜的物侧面的曲率半径，r32表示第三透镜的像侧面的曲率半径。满足条件式（8），可使第三透镜提供正光焦度，对光线起汇聚作用，有利于场曲和畸变的矫正，提升镜头的解像力。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：1.6<r31/sdm31<4.3；（9）其中，r31表示第三透镜的物侧面的曲率半径，sdm31表示第三透镜的物侧面的半口径。满足条件式（9），可使第三透镜的口径做小，有利于畸变和像差的矫正，并且有利于第三透镜的成型，提高量产率。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：-2.1<r11/f1<-1.5（10）其中，r11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，f1表示第一透镜的有效焦距。满足条件式（10），能够合理地控制第一透镜的光焦度，有利于周边视场像差的矫正和周边视场相对照度的提升。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：0.3mm<imc23+tc3<0.4mm；（11）其中，imc23表示第二透镜的像侧面与第三透镜的物侧面沿光轴的间距，tc3表示第三透镜的中心厚度。满足条件式（11），有利于合理分配透镜之间的间隔，调节光线分布，提升镜头的相对照度。在一些实施方式中，光学镜头满足以下条件式：-1.9<r21/r22<-0.2；（12）其中，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。满足条件式（12），可有效地控制光线的光焦度，减缓光线转折的走势，降低像差矫正难度，提升镜头的相对照度和解像能力。本发明各个实施例中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为表面的近轴曲率半径，k为二次曲面系数，a2i为第2i阶的非球面面型系数。在以下各个实施例中，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。第一实施例本发明第一实施例提供的光学镜头100结构示意图请参阅图1，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：平板玻璃g1、第一透镜l1、光阑st、第二透镜l2、第三透镜l3以及红外滤光片g2。第一透镜l1为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，第一透镜的物侧面s3在近光轴处为凹面，第一透镜的像侧面s4为凹面；且第一透镜的物侧面s3有一个反曲点，该反曲点至光轴的垂直距离为0.610mm，该反曲点相对第一透镜的物侧面s3中心的矢高为-0.055mm。第二透镜l2为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第二透镜的物侧面s5为凸面，第二透镜的像侧面s6为凸面。第三透镜l3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，第三透镜的物侧面s7近光轴处为凸面，且至少有一个反曲点，此反曲点有利于周边视场相对照度的提高；第三透镜的像侧面s8为凸面。在一些实施方式中，第一透镜l1、第二透镜l2以及第三透镜l3中至少有一者可以为玻璃透镜。本实施例提供的光学镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示，其中r代表曲率半径，d代表光学表面间距，nd代表材料的d线折射率，vd代表材料的阿贝数。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。表2在本实施例中，光学镜头100的场曲、畸变和相对照度的曲线图分别如图2、图3和图4所示（视场角和物高可以转换，大多数镜头设计时限定的是视场角，而本实施例中的光学镜头是通过限定拍照高度，即指纹采集区域高度，展开设计，图中用物高表示更直观）。由图2可以看出，本实施例的子午场曲和弧矢场曲在±0.15mm内，说明场曲得到良好地校正。由图3可以看出，本实施例的畸变在±1.2%内，说明畸变得到良好地校正。由图4可以看出，被测物高2.55mm处的相对照度达到70%以上，周边视场相对照度也较高，说明光学镜头100的相对照度得到良好地提升。第二实施例本实施例提供的光学镜头200的结构示意图请参阅图5，本实施例中的光学镜头200与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：本实施例中的光学镜头200的平板玻璃g1厚度不同，第三透镜的物侧面s7整体为凹面，且至少有一个反曲点，以及各透镜的曲率半径、材料选择不同。在本实施例中，光学镜头200的第一透镜的物侧面s3的反曲点至光轴的垂直距离为0.395mm，该反曲点相对第一透镜的物侧面s3中心的失高为-0.020mm。本实施例提供的光学镜头200中各个镜片的相关参数如表3所示。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。表4在本实施例中，光学镜头200的场曲、畸变和相对照度的曲线图分别如图6、图7和图8所示。由图6可以看出，本实施例的子午场曲和弧矢场曲在±0.35mm内，说明场曲得到良好地校正。由图7可以看出，本实施例的畸变量在±1.2%内，说明畸变得到良好地校正。由图8可以看出，被测物高2.55mm处的相对照度达到70%以上，周边视场相对照度也较高，说明光学镜头200的相对照度得到良好地提升。第三实施例本实施例提供的光学镜头300的结构示意图请参阅图9，本实施例中的光学镜头300与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：本实施例中的光学镜头300的平板玻璃g1的厚度不同，第三透镜的物侧面s7整体为凹面，且至少有一个反曲点，以及各透镜的曲率半径、材料选择不同。在本实施例中，光学镜头300的第一透镜的物侧面s3的反曲点至光轴的垂直距离为0.425mm，该反曲点相对第一透镜的物侧面s3中心的失高为-0.028mm。本实施例提供的光学镜头300中各个镜片的相关参数如表5所示。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。表6在本实施例中，光学镜头300的场曲、畸变和相对照度的曲线图分别如图10、图11和图12所示。由图10可以看出，本实施例的子午场曲和弧矢场曲在±0.1mm内，说明场曲得到良好地校正。由图11可以看出，本实施例的畸变量在±1.2%内，说明畸变得到良好地校正。由图12可以看出，被测物高2.55mm处的相对照度达到68%以上，周边视场相对照度也较高，说明光学镜头300的相对照度得到良好地提升。第四实施例本实施例提供的光学镜头400的结构示意图请参阅图13，本实施例中的光学镜头400与第一实施例中的光学镜头100的结构大抵相同，不同之处在于：本实施例中的光学镜头400的各透镜的曲率半径、材料选择不同。在本实施例中，光学镜头400的第一透镜的物侧面s3的反曲点至光轴的垂直距离为0.585mm，该反曲点相对第一透镜的物侧面s3中心的失高为-0.048mm。本实施例提供的光学镜头400中各个镜片的相关参数如表7所示。表7本实施例中的光学镜头400的各非球面的面型系数如表8所示。表8在本实施例中，光学镜头400的场曲、畸变和相对照度的曲线图分别如图14、图15和图16所示。由图14可以看出，本实施例的子午场曲和弧矢场曲在±0.1mm内，说明场曲得到良好地校正。由图15可以看出，本实施例的畸变量在±1.2%内，说明畸变得到良好地校正。由图16可以看出，被测物高2.55mm处的相对照度达到70%以上，周边视场相对照度也较高，说明光学镜头400的相对照度得到良好地提升。表9是上述四个实施例及其对应的光学特性，主要包括光学镜头的有效焦距f、光圈数f#、入瞳直径epd、光学总长ttl及视场角2θ，以及与上述每个条件式对应的数值。表9实施例第一实施例第二实施例第三实施例第四实施例f(mm)0.41060.4490.4410.402f#1.551.51.51.55ttl(mm)4.9455.1595.1594.9452θ（°）130.8125.1125.7132.0epd(mm)0.2650.30.2940.259vd2/vd310.99711tc1/et1-tc1/sdm110.5100.6840.6030.508f3/f1.6092.1072.1091.568f1+f2+f3（mm）1.7681.1121.0822.056mtc1/tc11.4771.2941.3741.508(r31+r32)/(r31-r32)0.2370.4880.2940.222r31/sdm311.8354.2723.0311.695r11/f1-1.582-2.023-1.642-1.769imc23+tc3（mm）0.3850.3460.3670.388r21/r22-0.487-1.878-1.582-0.255综上，本实施例提供的光学镜头至少具有以下优点：(1)本发明实施例提供的光学镜头满足高质量解像品质同时，具有较大的视场角、较小的畸变和较高的相对照度，提高用户指纹识别率，能够更好的适用于手机全面屏设计需求。（2）采用具有特定光焦度的三片塑胶非球面镜片，第一透镜、第二透镜和第三透镜均采用低折射率材料，大大降低光学镜头的生产成本，并且采用特定的表面形状及其搭配，在满足大视场的同时使得镜头的结构更紧凑，镜头的体积更小型化。（3）光学镜头在使用时，用户指纹与平板玻璃直接接触，平板玻璃除了在光学镜头中起到光学作用，同时兼备保护光学镜头的作用。第五实施例本实施例提供的一种成像设备500的结构示意图请参阅图17，包括上述任一实施例中的光学镜头（例如光学镜头100）及成像元件510。成像元件510可以是cmos（complementarymetaloxidesemiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是ccd（chargecoupleddevice，电荷耦合器件）图像传感器。成像设备500可以是相机、移动终端以及其他任意一种形态的装载了光学镜头的电子设备，移动终端可以是智能手机、智能平板、智能阅读器等终端设备。本实施例提供的成像设备500包括光学镜头，由于光学镜头具有小体积、大视场、畸变小以和相对照度高等优点，成像设备500的指纹识别率高。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专利范围的限制。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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3