CN101135759A - 光学镜头组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学镜头组件，它包括一组透镜、固定光阑及玻璃滤光片，该组透镜包括共光轴且自物方向像方顺次排列的塑料第一透镜、第二透镜及第三透镜，该第一、第二、第三透镜的靠近物方的前表面和靠近像方的后表面均为非球面，该固定光阑位于第一透镜和第二透镜之间，该玻璃滤光片位于第三透镜后。通过采用非球面镜片，可以有效消除边缘光线的像差，包括球差、彗差、像散、场曲及畸变等；通过采用塑料镜片，避免了玻璃透镜的加工困难，减轻了镜头的重量，同时满足了大量生产的要求，降低了制造成本，提高了生产效率。

Description

光学镜头组件

技术领域

本发明涉及光学镜头领域，尤其是关于一种用于手机摄像头模组的光学镜头组件。

背景技术

随着科技不断进步和人们购买力的上升，手机日益普及，功能也越加强大。现在手机更似一种时尚，而带摄像头的可拍照和录制视频的手机更是处在这一时尚的尖端，受到广大消费者的追捧。

手机摄像头大都是内嵌的，而手机轻薄短小的趋势要求它的所有部件的厚度都不断变短，手机摄像头亦不例外。控制手机摄像头的厚度实际上就是控制其光学镜头组件的总长。对于光学镜头组件而言，在不降低成像质量的前提下，缩短其总长，而且还要努力降低其成本，所以光学镜头组件的设计就显得十分重要。光学镜头组件的设计主要是其透镜的面形设计和镜片的材质选材尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种成像质量好且成本低的光学镜头组件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该光学镜头组件包括一组透镜、固定光阑及滤光片，该组透镜包括共光轴且自物方向像方顺次排列的第一透镜、第二透镜及第三透镜，该第一、第二、第三透镜的靠近物方的前表面和靠近像方的后表面均为非球面，其面形公式为：

$Z=\frac{y^2}{R+\sqrt{R^2-(1+k)y^2}}+a{y}^4+b{y}^6+c{y}^8+d{y}^{10}+e{y}^{12}$

其中，Z表示透镜表面各点的Z坐标值，y表示透镜表面上各点的y轴坐标值，R为透镜表面各点的曲率半径，k为圆锥系数，a、b、c、d、e为高阶非球面系数，第一、第二、第三透镜的前、后表面的面形参数分别如表1、表2及表3所示：

表1

前表面

后表面

R	1.280206	9.518542
			k	-0.046966	-168.491876
a	-0.015467	-0.043899
			b	-0.083585	-0.168776
c	0.145795	-0.223733
			d	-0.755106	-0.132873
e	0	0

表2

	前表面	后表面
			R	-0.883039	-1.638681
k	0.388146	1.639295
			a	0.057689	-0.271403
b	-0.069195	0.573834
			c	2.288163	0.072813
d	-1.899127	-0.073371
			e	0	0

表3

	前表面	后表面
			R	1.453201	2.318400
k	-9.278481	-2.197650
			a	-0.078171	-0.084130
b	0.049870	-0.008889
			c	-0.012459	-0.002125
d	0.000939	-0.000589

e

0

0

，该固定光阑位于第一透镜和第二透镜之间，该滤光片位于第三透镜后。

所述的第一透镜和第三透镜的材料均为光学塑料TOPAS 5013，该第二透镜的材料为光学级PC树脂。

所述的第一透镜的前、后表面均为凸面，第二透镜的前表面的上下端为平面且中央位置凹向像方，第二透镜的后表面凸向像方，第三透镜前表面的上下端起伏而中央位置凸向物方，第三透镜后表面的上下端起伏而中央位置凹向物方

本发明的有益效果是，通过采用非球面镜片，可以有效消除边缘光线的像差，包括球差、彗差、像散、场曲及畸变等；通过采用塑料镜片，避免了玻璃透镜的加工困难，减轻了镜头的重量，同时满足了大量生产的要求，降低了制造成本，提高了生产效率；通过特定的非球面面形参数，能够有效减少像差，提高光学传递函数，光学总长很短，视场角大于60°，边缘主光线角度小于25°，成像质量高。

附图说明

图1是本发明光学镜头组件的结构示意图；

图2是本发明光学镜头组件的MTF(光学传递函数)图。

图3是本发明光学镜头组件的场曲图。

图4是本发明光学镜头组件的畸变图。

图5是本发明光学镜头组件的色差图。

图6是本发明光学镜头组件的相对照度图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明光学镜头组件包括一组透镜、固定光阑及玻璃滤光片，该组透镜包括共光轴且自物方向像方顺次排列的塑料第一透镜1、第二透镜3及第三透镜4，该第一、第二、第三透镜1、3、4的靠近物方的前表面和靠近像方的后表面均为非球面，该固定光阑2位于第一透镜1和第二透镜3之间，该玻璃滤光片5位于第三透镜4后，该光学镜头组件成像在成像面(焦平面)6，即滤光片5位于成像面6和第三透镜4之间。

该第一透镜和第三透镜均采用光学塑料TOPAS 5013(环状烯烃·共聚高分子)，其折射率为1.53，色散系数为58.0，这种材料透光性及耐热性良好，可见光线透射率可达到92-93％，热变形温度为130℃。第二透镜采用光学级PC树脂材料(聚碳酸酯)，其折射率为1.58，色散系数为27。第一透镜具有正屈光度，其前表面(靠近物方)为凸面并向物方凸出，其后表面(靠近像方)也为凸面并向像方凸出。第二透镜具有负屈光度，其前表面的上下段为平面而中央位置凹向像方，其后表面凸向像方。该第三透镜的前表面的上下端起伏而中央位置凸向物方，其后表面的上下端起伏而中央位置凹向物方。

该第一、第二、第三透镜都采用的是10阶偶数次非球面镜片，这保证在使用非球面达到所需要成像质量的同时，尽量减少高阶非球面次数，从而减少了模具加工制造的难度。

该第一、第二及第三透镜的前、后表面均为偶次非球面，其面形公式为：

$Z=\frac{y^2}{R+\sqrt{R^2-(1+k)y^2}}+a{y}^4+b{y}^6+c{y}^8+d{y}^{10}+e{y}^{12}$

其中，Z表示透镜表面各点的Z坐标值，y表示透镜表面上各点的y轴坐标值，R为透镜表面各点的曲率半径，k为圆锥系数，a、b、c、d、e为高阶非球面系数。

该第一、第二及第三透镜的前、后表面的面形参数值分别参阅表1、表2及表3：

表1第一透镜的面形参数

	前表面(靠近物方)	后表面(靠近像方)
			R	1.280206	9.518542
k	-0.046966	-168.491876
			a	-0.015467	-0.043899
b	-0.083585	-0.168776
			c	0.145795	-0.223733
d	-0.755106	-0.132873
			e	0	0

表2第二透镜的面形参数

	前表面(靠近物方)	后表面(靠近像方)
			R	-0.883039	-1.638681
k	0.388146	1.639295
			a	0.057689	-0.271403
b	-0.069195	0.573834
			c	2.288163	0.072813
d	-1.899127	-0.073371
			e	0	0

表3第三透镜的面形参数

	前表面(靠近物方)	后表面(靠近像方)
			R	1.453201	2.318400
k	-9.278481	-2.197650
			a	-0.078171	-0.084130
b	0.049870	-0.008889
			c	-0.012459	-0.002125
d	0.000939	-0.000589
			e	0	0

本发明光学镜头的有效焦距为3.11mm，后焦距为0.49122mm，光学总长为3.987mm，相对孔径为F/#＝2.8，使用此镜头的摄像头模组高度能够小于6mm，为较小型的拍照手机的开发提供了解决方案。

请参阅图2至图5，可看出镜头的场曲小于0.1mm，横向色差小于5um，在艾里斑尺寸范围之内。此镜头的光学畸变小于1％，一般数码镜头的光学畸变要求小于2％即可(在这个值以下的畸变人眼不易察觉)。同时采用此结构的光学系统各个视场的弥散斑点尺寸及几何斑点尺寸均处于较小的范围之内，表明初级像差校正较好.

请参阅图6，本光学系统的相对照度大于52％，表明此镜头边缘视场和中心视场的照度均匀，光线充足。同时，整个光学系统的最大视场角为70°，边缘主光线角度小于25°，能够配合市场上主流的CMOS/CCD影像传感器接收的要求。

本发明光学镜头结构不仅适用于手机摄像头模组，同时也可应用于其他便携式摄像装置中，如电脑摄像头、小型监控器等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种光学镜头组件，其特征在于：包括一组透镜、固定光阑及滤光片，该组透镜包括共光轴且自物方向像方顺次排列的塑料第一透镜、第二透镜及第三透镜，该第一、第二、第三透镜的靠近物方的前表面和靠近像方的后表面均为非球面，其面形公式为：

$Z=\frac{y^2}{R+\sqrt{R^2-(1+k)y^2}}+a{y}^4+b{y}^6+{\mathrm{cy}}^8+d{y}^{10}+{\mathrm{ey}}^{12}$

其中，Z表示透镜表面各点的Z坐标值，y表示透镜表面上各点的y轴坐标值，R为透镜表面各点的曲率半径，k为圆锥系数，a、b、c、d、e为高阶非球面系数，第一、第二、第三透镜的前、后表面的面形参数分别如表1、表2及表3所示：

表1

    前表面     后表面     R     1.280206     9.518542     k     -0.046966     -168.491876     a     -0.015467     -0.043899     b     -0.083585     -0.168776     c     0.145795     -0.223733     d     -0.755106     -0.132873     e     0     0

表2

    前表面     后表面     R     -0.883039     -1.638681     k     0.388146     1.639295     a     0.057689     -0.271403     b     -0.069195     0.573834

    c     2.288163     0.072813     d     -1.899127     -0.073371     e     0     0

表3

    前表面     后表面     R     1.453201     2.318400     k     -9.278481     -2.197650     a     -0.078171     -0.084130     b     0.049870     -0.008889     c     -0.012459     -0.002125     d     0.000939     -0.000589     e     0     0

，该固定光阑位于第一透镜和第二透镜之间，该滤光片位于第三透镜后。

2.按照权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于：所述的第一透镜和第三透镜的材料均为光学塑料TOPAS 5013，该第二透镜的材料为光学级PC树脂。

3.按照权利要求2所述的光学镜头组件，其特征在于：所述的第一透镜的前、后表面均为凸面，第二透镜的前表面的上下端为平面且中央位置凹向像方，第二透镜的后表面凸向像方，第三透镜前表面的上下端起伏而中央位置凸向物方，第三透镜后表面的上下端起伏而中央位置凹向物方。

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