一种微距光学镜头的制作方法

1.本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种微距光学镜头。


背景技术：

2.近年来，随着便携式电子设备的蓬勃发展，不仅对拍照摄影有越来越高的要求，在其他拍摄领域也有了更多要求，如微距摄影。但由于大部分摄影镜头主要针对常规焦段进行设计，在物距较短时会出现失真和解析力下降等问题，加上目前电子产品以轻薄短小为发展趋势，因此，适用于多焦段的小型化摄影镜头俨然成为目前市场上的主流。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种微距光学镜头，适用于对尺寸有一定需求的手机或超薄视频摄像装置。该光学镜头能够在体积较小的情况下，在无穷远和5cm物距下保持良好的成像品质。
4.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
5.本发明提供一种微距光学镜头，包括沿光轴从物侧到像面依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；第一透镜具有正折射能力，物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；第二透镜具有负折射能力，物侧表面为凹面；第三透镜具有正折射能力，物侧表面为凸面，且第三透镜像侧至少包含一处反曲点；还包括光阑，光阑放置在物侧或放置在第一透镜与第二透镜之间；所述微距光学镜头满足以下条件式：ttl/ih<1.4；其中，ttl为光学镜头的光学总长；ih为透镜组的半像高；tan(hfov)≥1；其中，hfov为光学镜头的最大视场角的一半。
6.进一步地，第一透镜满足以下关系式：0.4<r1/f<0.5，0.45<|f1/f2|<1；其中，r1为第一透镜物侧面曲率半径，f为光学镜头的焦距；f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距。
7.进一步地，光学镜头满足以下关系式：0<|r2/r3|<4；其中，r2为第一透镜的像侧表面曲率半径，r3为第二透镜的物侧表面曲率半径。
8.进一步地，光学镜头满足以下关系式：0.75<ct2/ct1<0.85，0.35<ct2/ct3<0.75；其中，ct1为第一透镜于光轴上的中心厚度，ct2为第二透镜于光轴上的中心厚度，ct3为第三透镜于光轴上的中心厚度。
9.进一步地，光学镜头满足以下关系式：0.45<(t12+t23)/σct<0.55；其中，t12为第一透镜的像侧表面至第二透镜的物侧表面在光轴上的距离，t23为第二透镜的像侧表面至第三透镜的物侧表面在光轴上的距离，σct为光学镜头中所有透镜于光轴上的厚度总和。
10.进一步地，光学镜头满足以下关系式：0.8<dt2/dt3<1.1；其中，dt2为第一透镜像侧面的最大有效半径，dt3为第二透镜物侧面的最大有效半径。
11.进一步地，光学镜头满足以下关系式：0.8<sl/ttl<1；其中，sl为光阑至光学镜头的成像面在光轴上的距离，ttl为光学镜头的光学总长。
12.进一步地，光学镜头满足以下关系式：f/epd≤2.5；其中，f为光学镜头的焦距，epd
为光学镜头的入瞳直径。
13.进一步地，光学镜头还包括用于校正色彩偏差的滤光片，和用于保护位于成像面上的感光元件的保护玻璃；滤光片放置于第三透镜后面，保护玻璃放置于滤光片后面。
14.进一步地，第一透镜、第二透镜和第三透镜的表面皆为非球面，非球面系数满足如下方程：z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2y2}
+1/2
]+a4y4+a6y6+a8y8+a
10
y
10
+a
12
y
12
+a
14
y
14
+a
16
y
16
+a
18
y
18
+a
20
y
20
；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、a
10
为10次非球面系数、a
12
为12次非球面系数、a
14
为14次非球面系数、a
16
为16次非球面系数，a
18
为18次非球面系数，a
20
为20次非球面系数。
[0015]
本发明的有益效果是：本发明提供的一种微距光学镜头，采用三片式透镜组，极大地节省了生产成本，该光学镜头专门针对微距拍摄进行优化，在保证了镜头短物距下的高性能的同时，也能保证镜头的小型化，且镜头的光学畸变较小，照度较高。
附图说明
[0016]
图1展示出了根据本发明实施例1的光学镜头的结构示意图；
[0017]
图2a、图2b、图2c分别示出了实施例1的光学镜头的轴上像散曲线图、畸变曲线图和调制传递函数曲线图；
[0018]
图3展示出了根据本发明实施例2的光学镜头的结构示意图；
[0019]
图4a、图4b、图4c分别示出了实施例2的光学镜头的轴上像散曲线图、畸变曲线图和调制传递函数曲线图；
[0020]
图5展示出了根据本发明实施例3的光学镜头的结构示意图；
[0021]
图6a、图6b、图6c分别示出了实施例3的光学镜头的轴上像散曲线图、畸变曲线图和调制传递函数曲线图；
[0022]
图7展示出了根据本发明实施例4的光学镜头的结构示意图；
[0023]
图8a、图8b、图8c分别示出了实施例4的光学镜头的轴上像散曲线图、畸变曲线图和调制传递函数曲线图。
[0024]
图中：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、光阑；5、滤光片；6、保护玻璃。
具体实施方式
[0025]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0026]
本发明提供一种微距光学镜头。该光学镜头沿光轴从物侧到像面依次布置第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3。第一透镜1具有正折射能力，物侧表面为凸面，像侧表面为凹面。第二透镜2具有负折射能力，物侧表面为凹面。第三透镜3具有正折射能力，物侧表面为凸面，且第三透镜像侧至少包含一处反曲点。还包括光阑4，且光阑4放置在物侧或放置在第一透镜后。
[0027]
在本实施方式中，该微距光学镜头满足以下条件式：
[0028]
ttl/ih<1.45
[0029]
其中，ttl为光学镜头物侧表面到像面的光学总长，ih为透镜组的半像高。在此条
件下，满足光学镜头大像面的基础上，保证镜头模组的小型化，可以适用于对厚度尺寸有严格要求的便携式电子设备。
[0030]
在本实施方式中，该微距光学镜头的最大视场角的一半hfov，满足以下条件：
[0031]
tan(hfov)≥1
[0032]
满足上述条件的镜头可以控制该成像镜头的全视场角，可以使物方空间的光束在成像面形成高品质的成像。
[0033]
在本实施方式中，该微距光学镜头的第一透镜物侧面曲率半径r1和微距光学镜头的焦距f，满足以下条件：
[0034]
0.4<r1/f<0.5
[0035]
满足上述条件的镜头可以确保第一透镜的物侧面的曲率半径与光学成像镜头的有效焦距的比值在一定范围内，既保证了第一透镜提供足够的曲折力，也同时满足小口径的需求，并有利于后期加工成型。
[0036]
在实施方式中，该微距光学镜头的第一透镜的焦距f1和第二透镜的焦距f2，满足以下条件：
[0037]
0.45<|f1/f2|<1
[0038]
满足上述条件的镜头可以调整第一透镜和第二透镜的焦距比例，减少光学系统的像差。
[0039]
在本实施方式中，该微距光学镜头第一透镜的像侧表面曲率半径r2，第二透镜的物侧表面曲率半径r3，满足以下条件：
[0040]
0<|r2/r3|<4
[0041]
满足上述条件的镜头可以有效的平衡第一透镜与第二透镜的面型，既可以控制镜头的光线汇聚能力，也可以矫正像差对镜头的影响，提升镜头性能。
[0042]
在本实施方式中，该微距光学镜头第一透镜于光轴上的中心厚度ct1，第二透镜于光轴上的中心厚度ct2和第三透镜于光轴上的中心厚度ct3，满足以下条件：
[0043]
0.75<ct2/ct1<0.85
[0044]
0.35<ct2/ct3<0.75
[0045]
满足上述条件的镜头可以有效的控制透镜组的厚度比例，既可以提升成像品质，也可避免因厚度过薄导致的镜片敏感度过高，有利于透镜组的加工与成型。
[0046]
在本实施方式中，该微距光学镜头第一透镜像侧表面至第二透镜的物侧表面在光轴上的距离t12，第二透镜像侧表面至第三透镜的物侧表面在光轴上的距离t23，所有透镜于光轴上的厚度总和σct，满足以下条件：
[0047]
0.45<(t12+t23)/σct<0.55
[0048]
满足上述条件的镜头可以降低镜头总厚度，合理的控制透镜的位置和厚度，使光学系统的空间应用更有效率。
[0049]
在本实施方式中，该微距光学镜头第一透镜的像侧面的最大有效半径dt2，第二透镜的物侧面的最大有效半径dt3，满足以下条件：
[0050]
0.8<dt2/dt3<1.1
[0051]
满足上述条件的镜头有利于保持镜头的有效径，满足大视场角的同时，矫正光学系统的畸变和球差。
[0052]
在本实施方式中，该微距光学镜头光阑至成像面在光轴上的距离sl和镜头的光学总长ttl，满足以下条件：
[0053]
0.8<sl/ttl<1
[0054]
满足上述条件的镜头有利于扩大镜头的相对孔径，提高光学系统的进光量，保持镜头的边缘高照度。
[0055]
在本实施方式中，该微距光学镜头的焦距f和入瞳直径epd，满足以下条件：
[0056]
f/epd≤2.5
[0057]
镜头在满足上述条件后，可以保证光学系统的光圈大小，提高像方感光芯片的成像质量，降低暗电流对成像的影响。
[0058]
在本实施方式中，该微距光学镜头的第三透镜的像侧面中有至少一个反曲点。满足上述条件的镜头，可有利于光线在第三透镜上的均匀分布，保证像面边缘和中心亮度，另外，有利于光学总长的进一步压缩。
[0059]
在本实施方式中，光阑4可根据需要设置在适当位置处。例如，光阑4可设置在物侧，或者放置在第一透镜1和第二透镜2之间。可选地，上述光学镜头还可包括用于校正色彩偏差的滤光片5和用于保护位于成像面上的感光元件的保护玻璃6。
[0060]
上述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3的物侧和像侧表面均采用非球面，其中，非球面系数满足如下方程：
[0061]
z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2y2}
+1/2
]+a4y4+a6y6+a8y8+a
10
y
10
+a
12
y
12
+a
14
y
14
+a
16
y
16
+a
18
y
18
+a
20
y
20
[0062]
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、a
10
为10次非球面系数、a
12
为12次非球面系数、a
14
为14次非球面系数、a
16
为16次非球面系数，a
18
为18次非球面系数，a
20
为20次非球面系数。
[0063]
实施例1：
[0064]
以下参照图1是根据本技术实施例1给出微距光学镜头的结构图。
[0065]
如图1所示，根据本技术示例性实施方式的微距光学镜头，沿光轴由物侧至像侧依序包括：光阑，具有正折射力的第一透镜，具有负折射力的第二透镜，具有正折射力的第三透镜，滤光片和保护玻璃。滤光片具有物侧面和像侧面。保护玻璃用于保护感光元件。入射的光依序穿过各镜片表面最终成像在成像面。
[0066]
表一(a)示出了实施例1的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。inf/50指物距，可以理解为物体到光学系统的距离，物距适用于无穷远或5cm。
[0067]
本实施例的透镜组的设计参数具体请参照下表：
[0068]
表一(a)
[0069][0070]
表一(b)
[0071]
表面序号123456k
‑
1.56e+00
‑
9.86e+011.08e+00
‑
2.07e+01
‑
7.76e+00
‑
9.78e
‑
01a41.09e
‑
011.81e
‑
01
‑
3.29e+00
‑
5.91e+001.27e
‑
01
‑
4.47e
‑
01a62.62e+015.32e+012.16e+005.52e+01
‑
3.15e+00
‑
3.18e
‑
01a8‑
1.20e+03
‑
2.70e+031.02e+03
‑
4.19e+021.01e+011.06e+00a
10
3.12e+046.76e+04
‑
2.73e+042.21e+03
‑
1.84e+01
‑
8.38e
‑
01a
12
‑
4.98e+05
‑
9.88e+053.69e+05
‑
7.28e+032.07e+01
‑
3.83e
‑
01a
14
4.94e+068.61e+06
‑
2.95e+061.26e+04
‑
1.42e+011.16e+00a
16
‑
2.95e+07
‑
4.35e+071.40e+07
‑
3.77e+035.71e+00
‑
8.65e
‑
01a
18
9.76e+071.15e+08
‑
3.62e+07
‑
1.99e+04
‑
1.22e+002.90e
‑
01a
20
‑
1.37e+08
‑
1.19e+083.93e+072.08e+041.03e
‑
01
‑
3.71e
‑
02
[0072]
本实施例中，光学镜头的具体参数如下表所示：
[0073]
表一(c)
[0074][0075]
[0076]
根据表一(a)、表一(b)和图1，将实施例1的镜片形状和镜片的各项属性较为清楚的展示出来，说明实施例1是可以实现小型化的微距光学镜头。
[0077]
根据表一(c)中数据和图2a中像散曲线较为清晰的展示了，镜头在满足上述要求后，镜头的像散s线和t线最大差值在0.04mm左右，表明该透镜具有较好改善像散的能力。
[0078]
根据表一(c)中数据和图2b中畸变曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足上述要求后，镜头的畸变最大值小于1％，说明镜头具有良好的改善畸变的能力。
[0079]
根据表一(c)中数据和图2c中调制传递函数曲线较为清晰的展示了，镜头在5cm物距下，测试频率(110lp/mm)的调制传递函数(mtf)无论是轴上点还是轴外点都大于0.4，说明镜头在较短的物距下仍然有较高的性能。
[0080]
根据以上信息说明该微距镜头的实施例1具有镜头的小型化、镜头的小畸变和拍摄清晰图像的特点。
[0081]
实施例2：
[0082]
以下参照图3是根据本技术实施例2给出微距光学镜头的结构图。
[0083]
如图3所示，根据本技术示例性实施方式的微距光学镜头，沿光轴由物侧至像侧依序包括：光阑，具有正折射力的第一透镜，具有负折射力的第二透镜，具有正折射力的第三透镜，滤光片和保护玻璃。滤光片具有物侧面和像侧面。保护玻璃用于保护感光元件。入射的光依序穿过各镜片表面最终成像在成像面。
[0084]
表二(a)示出了实施例2的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
[0085]
本实施例中，具体设计参数请参照下表：
[0086]
表二(a)
[0087][0088]
表二(b)
[0089]
表面序号123456k
‑
1.65e+00
‑
9.83e+01
‑
1.28e+00
‑
2.08e+01
‑
7.97e+00
‑
6.97e
‑
01a4‑
2.19e
‑
012.54e
‑
02
‑
3.27e+00
‑
5.40e+003.35e
‑
02
‑
5.09e
‑
01
a65.70e+017.05e+01
‑
1.81e+004.75e+01
‑
2.83e+00
‑
2.98e
‑
01a8‑
2.52e+03
‑
3.92e+031.30e+03
‑
3.59e+029.00e+001.07e+00a
10
6.34e+041.10e+05
‑
3.81e+041.90e+03
‑
1.66e+01
‑
9.63e
‑
01a
12
‑
9.61e+05
‑
1.81e+065.70e+05
‑
6.58e+031.97e+01
‑
2.49e
‑
01a
14
8.91e+061.81e+07
‑
5.04e+061.46e+04
‑
1.47e+011.18e+00a
16
‑
4.93e+07
‑
1.07e+082.63e+07
‑
2.15e+046.63e+00
‑
9.71e
‑
01a
18
1.49e+083.43e+08
‑
7.49e+072.70e+04
‑
1.63e+003.53e
‑
01a
20
‑
1.87e+08
‑
4.58e+088.94e+07
‑
2.43e+041.68e
‑
01
‑
4.89e
‑
02
[0090]
本实施例中，镜头的具体参数如下表所示：
[0091]
表二(c)
[0092][0093][0094]
根据表二(a)、表二(b)和图3，将实施例2的镜片形状和镜片的各项属性较为清楚的展示出来，说明实施例2是可以实现小型化的微距光学镜头。
[0095]
根据表二(c)中数据和图4a中像散曲线较为清晰的展示了，镜头在满足上述要求后，镜头的像散s线和t线最大差值在0.03mm左右，表明该透镜具有较好改善像散的能力。
[0096]
根据表二(c)中数据和图4b中畸变曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足上述要求后，镜头的畸变最大值小于1％，说明镜头具有良好的改善畸变的能力。
[0097]
根据表二(c)中数据和图4c中调制传递函数曲线较为清晰的展示了，镜头在5cm物距下，测试频率(110lp/mm)的调制传递函数(mtf)无论是轴上点还是轴外点都大于0.38，说明镜头在较短的物距下仍然有较高的性能。
[0098]
根据以上信息说明该微距镜头的实施例2具有镜头的小型化、镜头的小畸变和拍摄清晰图像的特点。
[0099]
实施例3：
[0100]
以下参照图5是根据本技术实施例3给出微距光学镜头的结构图。
[0101]
如图5所示，根据本技术示例性实施方式的微距光学镜头，沿光轴由物侧至像侧依序包括：具有正折射力的第一透镜，光阑，具有负折射力的第二透镜，具有正折射力的第三透镜，滤光片和保护玻璃。滤光片具有物侧面和像侧面。保护玻璃用于保护感光元件。入射的光依序穿过各镜片表面最终成像在成像面。
[0102]
表三(a)示出了实施例3的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
[0103]
本实施例中，具体设计参数请参照下表：
[0104]
表三(a)
[0105][0106]
表三(b)
[0107]
表面序号123456k
‑
2.05e+00
‑
9.86e+01
‑
1.22e+00
‑
2.12e+01
‑
8.17e+00
‑
7.16e
‑
01a44.11e
‑
015.65e
‑
01
‑
1.69e+00
‑
4.95e+00
‑
5.70e
‑
01
‑
1.16e+00a61.55e+00
‑
2.96e+01
‑
4.71e+012.85e+01
‑
1.42e+003.19e
‑
01a8‑
4.99e+011.27e+032.54e+03
‑
1.02e+025.61e+002.80e+00a
10
8.07e+02
‑
3.42e+04
‑
7.20e+04
‑
6.94e+02
‑
4.37e+00
‑
8.49e+00a
12
‑
7.86e+035.50e+051.21e+061.23e+04
‑
6.10e+001.31e+01a
14
4.61e+04
‑
5.41e+06
‑
1.24e+07
‑
7.61e+041.49e+01
‑
1.20e+01a
16
‑
1.60e+053.17e+077.57e+072.51e+05
‑
1.25e+016.49e+00a
18
3.01e+05
‑
1.02e+08
‑
2.53e+08
‑
4.28e+054.90e+00
‑
1.92e+00a
20
‑
2.36e+051.38e+083.53e+082.92e+05
‑
7.59e
‑
012.37e
‑
01
[0108]
本实施例中，镜头的具体参数如下表所示：
[0109]
表三(c)
[0110][0111][0112]
根据表三(a)、表三(b)和图5，将实施例3的镜片形状和镜片的各项属性较为清楚的展示出来，说明实施例3是可以实现小型化的微距光学镜头。
[0113]
根据表三(c)中数据和图6a中像散曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足上述要求后，镜头的像散s线和t线最大差值在0.03mm左右，表明该透镜具良好的改善像散的能力。
[0114]
根据表三(c)中数据和图6b中畸变曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足上述要求后，镜头的畸变最大值小于1％，说明镜头具有良好的改善畸变的能力。
[0115]
根据表三(c)中和图6c中调制传递函数曲线较为清晰的展示了，镜头在5cm物距下，测试频率(110lp/mm)的调制传递函数(mtf)无论是轴上点还是轴外点都大于0.5，说明镜头在较短的物距下仍然有较高的性能。
[0116]
根据以上信息说明该微距镜头的实施例3具有镜头的小型化、镜头的小畸变和拍摄清晰图像的特点。
[0117]
实施例4：
[0118]
以下参照图7是根据本技术实施例4给微距出光学镜头的结构图。
[0119]
如图7所示，根据本技术示例性实施方式的微距光学镜头，沿光轴由物侧至像侧依序包括：具有正折射力的第一透镜，光阑，具有负折射力的第二透镜，具有正折射力的第三透镜，滤光片和保护玻璃。滤光片具有物侧面和像侧面。保护玻璃用于保护感光元件。入射的光依序穿过各镜片表面最终成像在成像面。
[0120]
表四(a)示出了实施例4的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
[0121]
本实施例中，具体设计参数请参照下表：
[0122]
表四(a)
[0123][0124]
表四(b)
[0125]
表面序号123456k
‑
1.99e+00
‑
9.86e+01
‑
1.10e+00
‑
2.07e+01
‑
8.24e+00
‑
7.20e
‑
01a44.66e
‑
016.38e
‑
01
‑
1.87e+00
‑
5.11e+00
‑
5.26e
‑
01
‑
1.20e+00a6‑
1.25e+00
‑
3.48e+01
‑
3.41e+013.29e+01
‑
1.60e+006.84e
‑
01a81.59e+011.52e+031.99e+03
‑
1.80e+025.96e+001.17e+00a
10
‑
1.24e+02
‑
4.12e+04
‑
5.72e+041.40e+02
‑
5.26e+00
‑
4.40e+00a
12
4.88e+026.72e+059.52e+056.74e+03
‑
3.97e+006.76e+00a
14
‑
1.51e+03
‑
6.68e+06
‑
9.62e+06
‑
5.35e+041.20e+01
‑
5.95e+00a
16
7.12e+033.97e+075.80e+071.95e+05
‑
1.03e+013.06e+00a
18
‑
2.87e+04
‑
1.29e+08
‑
1.90e+08
‑
3.53e+054.11e+00
‑
8.50e
‑
01a
20
4.26e+041.77e+082.58e+082.49e+05
‑
6.41e
‑
019.90e
‑
02
[0126]
本实施例中，镜头的具体参数如下表所示：
[0127]
表四(c)
[0128][0129]
[0130]
根据表四(a)、表四(b)和图7，将实施例4的镜片形状和镜片的各项属性较为清楚的展示出来，说明实施例4是可以实现小型化的微距光学镜头。
[0131]
根据表四(c)中数据和图8a中像散曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足上述要求后，镜头的像散s线和t线最大差值在0.03mm左右，表明该透镜具良好的改善像散的能力。
[0132]
根据表四(c)中数据和图8b中畸变曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足上述要求后，镜头的畸变最大值小于1％，说明镜头具有良好的改善畸变的能力。
[0133]
根据表四(c)中数据和图8c中调制传递函数曲线较为清晰的展示了，镜头在5cm物距下，测试频率(110lp/mm)的调制传递函数(mtf)无论是轴上点还是轴外点都大于0.5，说明镜头在较短的物距下仍然有较高的性能。
[0134]
根据以上信息说明该微距镜头的实施例4具有镜头的小型化、镜头的小畸变和拍摄清晰图像的特点。
[0135]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。