光学镜头及摄像模组

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种光学镜头及摄像模组。

背景技术

近年来，随着医疗领域的快速发展，社会对医疗设备的要求也日益提高，特别是对搭载于医疗检测设备上的摄像头的性能要求越来越高，例如为了更灵活且更全面的进入人体采集图像，一般会采用内窥镜等携带摄像镜头的医疗设备，进行胃肠道、胰腺、胆道、呼吸道等各类腔内疾病的检查，以便确定人体内部结构或观察病理状态。

当前市面上，内窥镜镜头普遍存在尺寸过大、视场角小以及景深不够大的问题，如：尺寸过大会导致在使用内窥镜时给人体带来不适感，视场角小会导致内窥镜镜头观察范围不够大，景深小会影响内窥镜镜头的观察深度。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学镜头及摄像模组，至少具有小尺寸、小口径、大视场大景深的特点。

本发明实施例通过以下技术方案实现上述发明目的。

一方面，本发明提供一种光学镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一群组、第二群组、保护玻璃；所述第一群组具有正光焦度，所述第一群组沿光轴从物侧到成像面依次包括胶合连接的第一基板、第一透镜；所述第一基板的物侧面或者像侧面镀设有光阑；所述第二群组具有负光焦度，所述第二群组沿光轴从物侧到像侧依次包括胶合连接的第二透镜、第二基板、第三透镜；其中，所述光学镜头的工作物距为5mm到无穷远；所述光学镜头满足条件式：0.6mm/rad

另一方面，本发明还提供一种摄像模组，包括如上所述的光学镜头及成像元件，所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。

与现有技术相比，本发明提供的光学镜头采用两组由基板和透镜胶合的透镜群组，通过合理设置各透镜群组的光焦度及面型搭配，在满足大视场角的同时在一定程度上减小了镜头尺寸及口径，有效增大了镜头景深，能够很好满足内窥镜检测范围和观测深度的需求。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

图1为本发明第一实施例的光学镜头的结构示意图。

图2为本发明第一实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图3为本发明第一实施例的光学镜头的畸变曲线图。

图4为本发明第一实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

图5 为本发明第二实施例的光学镜头的结构示意图。

图6 为本发明第二实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图7 为本发明第二实施例的光学镜头的畸变曲线图。

图8 为本发明第二实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

图9 为本发明第三实施例的光学镜头的结构示意图。

图10 为本发明第三实施例的光学镜头的场曲曲线图。

图11 为本发明第三实施例的光学镜头的畸变曲线图。

图12 为本发明第三实施例的光学镜头的轴向色差曲线图。

图13 为本发明第四实施例的摄像模组的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

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。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。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。

在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域。如透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凸面；如透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凹面。

本发明提出一种光学镜头，所述光学镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一群组、第二群组、保护玻璃。

所述第一群组具有正光焦度，所述第一群组沿光轴从物侧到成像面依次包括胶合连接的第一基板、第一透镜，所述第一透镜胶合在第一基板的像侧面。在一些实施例中，所述第一群组还包括第四透镜，所述第四透镜胶合在第一基板的物侧面，在第一基板两表面分别设置透镜，在保证镜头高品质成像的同时还使镜头具有较大的视场角。第一透镜和第四透镜与第一基板胶合的面均为平面。

所述光阑镀设在所述第一基板的物侧面或者像侧面，光阑为限制入射光束大小的孔，因此，光阑的大小和位置对透镜所成像的清晰程度、成像范围和亮度都有决定性的作用。为更好控制入射光线的强度，在所述第一基板的物侧面或者像侧面采用镀膜方式设置光阑，由于光阑膜层很薄，不影响第一透镜或者第四透镜与第一基板的胶合效果。为更好起到收敛入射光线的作用，所述光阑的有效口径值设置较小，如可以为0.1mm或者0.15mm或者其它值，具体根据实际情况进行设置，本实施例不作具体限定。

所述第二群组具有负光焦度，所述第二群组沿光轴从物侧到像侧依次包括胶合连接的第二透镜、第二基板、第三透镜；第二透镜胶合在第二基板的物侧面，第三透镜胶合在第二基板的像侧面；第二透镜和第三透镜与第二基板胶合的面均为平面。上述第一基板和第二基板可以采用具有一定厚度和宽度的玻璃基板或塑胶基板，且所述第一基板和第二基板的在垂直于光轴方向的宽度（有效口径）大于上述透镜的有效口径，能够为各透镜提供稳固的成型环境，同时有利于后续不同群组之间的连接组装。

更具体地，第一基板和第二基板的厚度可选为0.1mm-0.4mm，第一基板和第二基板的有效口径小于1.5mm，但是第一基板和第二基板的有效口径大于各透镜的有效口径从而使第一基板、第二基板为各透镜起到更好的支撑稳固作用。

上述各透镜是通过胶合的方式与基板连接，具体地，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜可以通过纳米压印或者蚀刻的方式固定在第一基板和第二基板上，从而能够保证各透镜的加工精度及稳固性，进而实现光学镜头的小型化。

所述光学镜头采用在第一基板和第二基板（玻璃或塑胶）上压印或者蚀刻镜片结构的加工方式，在实现镜头广角化、小型化的同时，还能够保证镜头具有大景深的特点。优选地，第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜均采用光刻胶压印方式，所述透镜和基板胶合的面为平面，所述透镜远离基板的面可以为球面或者非球面，优选采用非球面镜片，不仅可以有效降低制造成本，减轻重量，而且能够提供更优秀的成像效果，光学性能更优越。

由于本发明提供的光学镜头中各透镜及镜头整体的尺寸较小，单个镜片的加工及镜片组装按照常规方式加工难度较大，且加工精度无法保证，因此通过将各透镜胶合设置在第一基板和第二基板上，第一基板和第二基板的宽度较大，可以为各透镜的位置提供稳固的支撑作用，同时在镜片组装时只需将第一基板和第二基板按照预设的空间安装固定即可，无需考虑多个镜片间各自的安装误差，降低了整体的加工敏感度。

所述光学镜头的工作物距为5mm到无穷远，说明镜头具有较大的景深范围，能够实现较大的观察深度。

在一些实施方式中，所述第一透镜的像侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面。

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：0.6mm/rad

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：0.06

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：-1

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：0.2

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：f

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：1

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：0.3mm

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：0.8

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：0.25

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：0.006 mm/°

在一些实施方式中，所述光学镜头满足条件式：0.01mm

在一些实施方式中，所述光学镜头的最大视场角FOV≥115°，所述光学镜头的光学总长TTL≤1mm，本发明提供的光学镜头具有较大的视场角和较小的光学总长，当搭载于内窥镜等医疗设备上使用时，能够实现内窥镜镜头的尺寸小型化的同时，保证观测范围尽可能大。

本发明提供的光学镜头采用两组由基板和透镜胶合的透镜群组，通过合理设置各透镜群组的光焦度及面型搭配，使镜头具有大视场角（FOV≥115°）的同时具有较小的总长（TTL≤1mm），同时还有效增大了镜头的景深，使镜头在5mm至无穷的工作物距内均能实现高清成像，能够很好满足内窥镜检测范围、观测深度及清晰度的需求。

在本发明各个实施例中，当光学镜头中的透镜面型为非球面时，各个透镜的非球面面型满足如下方程式：

；

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，k为二次曲面系数，A

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，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。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图，该光学镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有正光焦度的第一群组Q1、具有负光焦度的第二群组Q2以及保护玻璃G1。图1中，S1表示第一基板L11的物侧面，S2表示第一基板L11和第一透镜L12的胶合面，S3表示第一透镜L12的像侧面，S4表示第二透镜L21的物侧面，S5表示第二透镜L21和第二基板L22的胶合面，S6表示第二基板L22和第三透镜L23的胶合面，S7表示第三透镜L23的像侧面，S8表示保护玻璃G1的物侧面，S9表示保护玻璃G1的像侧面。

其中，第一群组Q1沿光轴从物侧到成像面依次包括光阑ST、第一基板L11、第一透镜L12。第一基板L11在光轴方向的厚度为0.2mm，第一基板L11的物侧面和像侧面均为平面。光阑ST通过镀膜方式镀设在第一基板L11的物侧面，光阑的有效口径为0.1mm。第一透镜L12的物侧面为平面、像侧面为凸面，第一透镜L12的物侧面通过纳米压印方式胶合在第一基板L11的像侧面。

第二群组Q2沿光轴从物侧到成像面依次包括第二透镜L21、第二基板L22、第三透镜L23。 第二基板L22在光轴方向的厚度为0.17mm，第二基板L22的物侧面和像侧面均为平面。第二透镜L21的物侧面在近光轴处为凸面、像侧面为平面，第三透镜L23的物侧面为平面、像侧面在近光轴处为凹面，第二透镜L21的像侧面和第三透镜L23的物侧面分别通过纳米压印方式胶合在第二基板L22的物侧面和像侧面。

第一基板L11和第二基板L22均选用玻璃材质，能够更好实现透镜的压印及镜片的组装。

第一透镜L12的像侧面、第二透镜L21的物侧面和第三透镜L23的像侧面均为非球面。第一透镜L12、第二透镜L21和第三透镜L23均选用便于生产的塑胶材质，一方面便于纳米压印透镜成型，另一方面可减小透镜的体积及重量。

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。

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、轴向色差的曲线图分别如图2、图3、图4所示。

图2的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。其中，图2中横轴表示偏移量(单位：mm)，纵轴表示归一化视场角。从图2中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.05mm以内，说明光学镜头100的场曲校正良好。

图3的畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。其中，图3中横轴表示f-θ畸变百分比，纵轴表示归一化视场角。从图3中可以看出光学镜头100的畸变得到良好的校正。

图4的轴向色差曲线表示不同波长在成像面处光轴上的像差。其中，图4中横轴表示球差值(单位：mm)，纵轴表示归一化光瞳半径。从图4中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.02mm以内，说明该光学镜头100能够有效地校正边缘视场的像差。

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，第一群组Q1还包括第四透镜L13，第四透镜L13胶合在第一基板L11的物侧面。具体地，光学镜头200沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有正光焦度的第一群组Q1、具有负光焦度的第二群组Q2以及保护玻璃G1。图5中，S0表示第四透镜L13的物侧面，S1表示第四透镜L13和第一基板L11的胶合面，S2表示第一基板L11和第一透镜L12的胶合面，S3表示第一透镜L12的像侧面，S4表示第二透镜L21的物侧面，S5表示第二透镜L21和第二基板L22的胶合面，S6表示第二基板L22和第三透镜L23的胶合面，S7表示第三透镜L23的像侧面，S8表示保护玻璃G1的物侧面，S9表示保护玻璃G1的像侧面。

第一群组Q1沿光轴从物侧到成像面依次包括第四透镜L13、光阑ST、第一基板L11、第一透镜L12。第一基板L11在光轴方向的厚度为0.13mm。光阑ST通过镀膜方式镀设在第一基板L11的物侧面，膜层厚度较薄，光阑的有效口径为0.1mm，由于光阑膜层很薄，不影响第四透镜与第一基板的胶合效果。第四透镜L13的物侧面为凹面，第四透镜L13的像侧面为平面；第一透镜L12的物侧面为平面、像侧面为凸面，第四透镜L13的像侧面和第一透镜L12的物侧面分别通过纳米压印方式胶合在第一基板L11的物侧面和像侧面。

第二群组Q2沿光轴从物侧到成像面依次包括第二透镜L21、第二基板L22、第三透镜L23。 第二基板L22在光轴方向的厚度为0.1mm，第二基板L22的物侧面和像侧面均为平面。第二透镜L21的物侧面为凹面、像侧面为平面，第三透镜L23的物侧面为平面、像侧面在近光轴处为凹面，第二透镜L21的像侧面和第三透镜L23的物侧面分别通过纳米压印方式胶合在第二基板L22的物侧面和像侧面。

第一基板L11和第二基板L22均选用玻璃材质，能够更好实现透镜的压印及镜片的组装。

第一透镜L12的像侧面、第二透镜L21的物侧面、第三透镜L23的像侧面和第四透镜L13的物侧面均为非球面。第一透镜L12、第二透镜L21、第三透镜L23、第四透镜L13均选用便于生产的塑胶材质，一方面便于加工生产、另一方面可减小透镜的体积及重量。

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、轴向色差的曲线图分别如图6、图7、图8所示。

图6的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图6中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.06mm以内，说明光学镜头200的场曲校正良好。

图7的畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。从图7中可以看出光学镜头200的畸变得到良好的校正。

图8的轴向色差曲线表示不同波长在成像面处光轴上的像差。从图8中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.02mm以内，说明该光学镜头200能够有效地校正边缘视场的像差。

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的结构与第一实施例中的光学镜头结构大抵相同，不同之处主要在于镜头玻璃基板的厚度及非球面面型等有所不同。具体地，该光学镜头300沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有正光焦度的第一群组Q1、具有负光焦度的第二群组Q2以及保护玻璃G1。图9中，S1表示第一基板L11的物侧面，S2表示第一基板L11和第一透镜L12的胶合面，S3表示第一透镜L12的像侧面，S4表示第二透镜L21的物侧面，S5表示第二透镜L21和第二基板L22的胶合面，S6表示第二基板L22和第三透镜L23的胶合面，S7表示第三透镜L23的像侧面，S8表示保护玻璃G1的物侧面，S9表示保护玻璃G1的像侧面。

其中，第一群组Q1沿光轴从物侧到成像面依次包括光阑ST、第一基板L11、第一透镜L12。第一基板L11在光轴方向的厚度为0.2mm，第一基板L11的物侧面和像侧面均为平面。光阑ST通过镀膜方式镀设在第一基板L11的物侧面，光阑的有效口径为0.1mm。第一透镜L12的物侧面为平面、像侧面为凸面，第一透镜L12的物侧面通过纳米压印方式胶合在第一基板L11的像侧面。

第二群组Q2沿光轴从物侧到成像面依次包括第二透镜L21、第二基板L22、第三透镜L23。 第二基板L22在光轴方向的厚度为0.2mm，第二基板L22的物侧面和像侧面均为平面。第二透镜L21的物侧面为凹面、像侧面为平面，第三透镜L23的物侧面为平面、像侧面在近光轴处为凹面，第二透镜L21的像侧面和第三透镜L23的物侧面分别通过纳米压印方式胶合在第二基板L22的物侧面和像侧面。

第一基板L11和第二基板L22均选用玻璃材质。第一透镜L12的像侧面、第二透镜L21的物侧面和第三透镜L23的像侧面均为非球面。

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

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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、轴向色差曲线图分别如图10、图11、图12所示。

图10的场曲曲线表示子午像面和弧矢像面的弯曲程度。从图10中可以看出，子午像面和弧矢像面的场曲控制在±0.06mm以内，说明光学镜头300的场曲校正良好。

图11的畸变曲线表示成像面上不同像高处的畸变。从图11中可以看出光学镜头300的畸变得到良好的校正。

图12的轴向色差曲线表示不同波长在成像面处光轴上的像差。从图12中可以看出，轴向色差的偏移量控制在±0.02mm以内，说明该光学镜头300能够有效地校正边缘视场的像差。

请参阅表7，所示为上述三个实施例中提供的光学镜头与前述的每个条件式对应的相关数值。

表7

综上所述，本发明提供的光学镜头采用两组由基板和透镜胶合的透镜群组，通过合理设置各透镜群组的光焦度及面型搭配，使镜头具有大视场角（FOV≥115°）的同时具有较小的总长（TTL≤1mm），同时还有效增大了镜头的景深，使镜头在5mm至无穷的工作物距内均能实现高清成像，能够很好满足内窥镜检测范围、观测深度及清晰度的需求。

第四实施例

请参阅图13，本发明第四实施例提供了一种摄像模组400，该摄像模组400可以包括成像元件410和上述任一实施例中的光学镜头100/200/300（例如光学镜头100）。成像元件410可以是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像传感器。

摄像模组400可以是医疗内窥镜、工业内窥镜、胶囊镜头以及其他任意一种形态的装载了光学镜头100的摄像头。

本实施例提供的摄像模组400包括上述任一实施例中的光学镜头，由于光学镜头小尺寸、小口径、大视场的特点，具有该光学镜头的摄像模组400也具有小尺寸、小口径、大视场等优点，能够很好满足内窥镜检测范围和观测深度的需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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。