CN101241224B - 微小型镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小型镜头，其从物方至像方依次包括有：一光圈、一具有正屈光率的第一透镜、一具有负屈光率的第二透镜、一具有正屈光率的第三透镜及一具有负屈光率的第四透镜，其中第三透镜与第四透镜各具有至少一非球面的表面；第四透镜的负屈光率是从透镜中心朝向透镜边缘逐渐递减，且至透镜边缘时已转为正屈光率。本发明微小型镜头的第一透镜与系统有效焦距之间，及第三透镜与第一透镜之间均满足了特定的设计条件，从而使得微小型镜头的总长变短、公差敏感度低、制造成本低。

Description

微小型镜头

技术领域

本发明涉及一种微小型镜头，特别是一种适用于携带型电子装置上的微小型镜头。

背景技术

随着科技的不断发展，携带型电子装置，如笔记本电脑、移动电话或个人数字助理器(PDA)等与光电技术相整合已成为当今科技发展的趋势之一，可拍照手机是此技术潮流中的典型代表。可拍照手机的取像镜头不仅需要具有良好的成像质量，还需要有较小的体积及较低的成本。

早期的镜头设计采用的是球面透镜，但因球面透镜不可避免会产生像差，如球面像差、轴上色散等光学缺陷，导致影像模糊失焦，而为克服该些像差，镜头设计者必须在镜头中使用很多片透镜来补偿。因而，在成像质量提高的同时，镜头的长度、外径、重量及成本均相应增加，从而使得镜头变得又大又沉重。但是，近年来各种数字元影像产品均朝向微型化的方向发展，而与之相匹配的可拍摄镜头也就必须越来越小，即镜头的总长要进一步缩短，因此上述设计理念已经无法再被采用。

为了减小镜头体积及制造成本，目前镜头设计中有采用非球面透镜，非球面透镜可以避免因采用球面透镜所产生的球面像差，而且一片非球面透镜可以替代好几片球面透镜补偿像差，能够非常明显地简化镜头的光学设计，减小它的体积和重量。

无论是球面镜还是非球面镜，其制作材质主要有玻璃与塑料。在传统设计理念中，若作为取像用的镜头采用玻璃材质，因玻璃透镜的透光系数较大，成像效果好，但价格较高，故主要应用于高阶产品；若采用塑料材质，则因塑料透镜的透光系数较小，价格低廉，故主要应用于低阶产品。但因塑料材质轻便，而玻璃材质却比较厚重，所以在镜头设计时会采用塑料透镜与玻璃透镜相组合的方式，藉此取长补短，从而设计出所需要的镜头。

目前市场上的手机镜头大多采用玻璃与塑料透镜的混合，如1G(Glass，玻璃)2P(Plastic，塑料)或1G3P的型式，其中1G2P的镜头设计型式可参照美国专利第6,441,971号所揭示的镜头，其从物方至像方，依次包括有一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，该第一透镜采用球面玻璃镜片，第二、第三透镜采用塑料非球面镜片，该镜头虽然体积较小，但仅适用于640*480像素以下的影像传感器，故无法满足当今日益增长的较高画素要求。而已知的1G3P的镜头设计型式虽可以达到较高的像素要求，但其重量、成本仍显偏高。

鉴于以上缺点，非常有必要提供一种成本低、敏感度低且成像质量高的微小型镜头。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有低成本、低公差敏感度、短小总长及高解像度特点的微小型镜头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种微小型镜头，其中，其从物方至像方依次包括有：一光圈、一具有正屈光率的第一透镜、一具有负屈光率的第二透镜、一具有正屈光率的第三透镜及一具有负屈光率的第四透镜，其中第三透镜与第四透镜各具有至少一非球面的表面，且第四透镜的负屈光率从透镜中心朝向透镜边缘逐渐递减，所述微小型镜头满足下列条件：

1.456≤F/f1≤1.475    (1)

其中F是系统整体的有效焦距，f1是第一透镜的有效焦距。

在本发明所述的微小型镜头中，所述微小型镜头还满足下列条件：

0.6＜f3/f1≤0.84    (2)

其中f3是第三透镜的有效焦距，f1是第一透镜的有效焦距。

在本发明所述的微小型镜头中，第一至第四透镜在d线处的折射率均小于1.6。

在本发明所述的微小型镜头中，第一至第四透镜均为塑料透镜。

在本发明所述的微小型镜头中，第一至第四透镜均是双面非球面透镜。

在本发明所述的微小型镜头中，第二至第四透镜均是双面非球面透镜。

在本发明所述的微小型镜头中，在第四透镜的像方侧另设有一平板玻璃。

在本发明所述的微小型镜头中，在镜头的成像位置处设置有一影像感测组件。

在本发明所述的微小型镜头中，第四透镜的透镜边缘具有正屈光率。

在本发明所述的微小型镜头中，第二透镜是一双凹负透镜。

在本发明所述的微小型镜头中，第一透镜是一双凸正透镜。

本发明还提供了一种微小型镜头，其中，其从物方至像方依次包括有：一光圈、一具有正屈光率的第一透镜、一具有负屈光率的第二透镜、一具有正屈光率的第三透镜及一具有负屈光率的第四透镜，其中第三透镜与第四透镜各具有至少一非球面的表面，第四透镜的负屈光率从透镜中心朝向透镜边缘逐渐递减，第一至第四透镜于d线处的折射率均小于1.6。

在本发明所述的微小型镜头中，所述微小型镜头还满足下列条件：

1.456≤F/f1≤1.475    (1)

其中F是系统整体的有效焦距，f1是第一透镜的有效焦距。

在本发明所述的微小型镜头中，所述微小型镜头还满足下列条件：

0.6＜f3/f1≤0.84    (2)

其中f3是第三透镜的有效焦距，f1是第一透镜的有效焦距。

在本发明所述的微小型镜头中，第一至第四透镜均为塑料透镜。

在本发明所述的微小型镜头中，第一至第四透镜均是双面非球面透镜。

在本发明所述的微小型镜头中，第二至第四透镜均是双面非球面透镜。

在本发明所述的微小型镜头中，第四透镜的透镜边缘具有正屈光率。

在本发明所述的微小型镜头中，第二透镜是一双凹负透镜。

在本发明所述的微小型镜头中，第一透镜是一双凸正透镜。

实施本发明的微小型镜头，具有以下有益效果：与本发明的先前技术相比较，本发明微小型镜头的第一透镜的有效焦距与系统整体的有效焦距满足了一定的设计条件，使得微小型镜头的总长变短、公差敏感度低、制造成本低。而本发明第三透镜与第一透镜之间又满足了另一设计条件，从而可进一步确保本发明微小型镜头的公差敏感度降低、总长变短。本发明第四透镜的负屈光率是从透镜中心朝向透镜边缘逐渐递减，藉此可以使得成像面处于同一平面，从而达到高分辨率的目的。本发明微小型镜头的所有透镜在d线处的折射率均可以小于1.6，从而进一步降低镜头成本、减轻镜头重量。

附图说明

图1是本发明微小型镜头的较佳实施例的结构示意图。

图2A是本发明微小型镜头依据第一数值实施例所形成的纵向球差的曲线示意图。

图2B是本发明微小型镜头依据第一数值实施例所形成的像场凹陷的曲线示意图。

图2C是本发明微小型镜头依据第一数值实施例所形成的横向色差的曲线示意图。

图3A是本发明微小型镜头依据第二数值实施例所形成的纵向球差的曲线示意图。

图3B是本发明微小型镜头依据第二数值实施例所形成的像场凹陷的曲线示意图。

图3C是本发明微小型镜头依据第二数值实施例所形成的横向色差的曲线示意图。

附图标号说明：

微小型镜头  1     光圈        70

第一透镜    10    第二透镜    20

第三透镜    30    第四透镜    40

平行板      50    成像面      60

具体实施方式

请参照图1所示，本发明微小型镜头1从物方到像方依次包括：一光圈70、一第一透镜10、一第二透镜20、一第三透镜30、一第四透镜40、一平行板50及一成像面60，其中光圈70置于镜头1的最前方；第一透镜10是一双凸正透镜，其可以为整个光学系统提供主要的折射力，主要用于截取物像端的影像；第二透镜20是一双凹负透镜，其主要功能在于补偿色差及矫正轴外像差；第三透镜30是一正透镜，其具有至少一个非球面，与已知1G3P型式的镜头不同的是，该第三透镜30还可以给整个光学系统提供一定的折射力，而非仅由第一透镜10提供折射力，藉此可降低第一透镜10的公差敏感度；第四透镜40是一负透镜，其具有至少一个非球面，藉此可以使得光线准确聚集于成像面上。但是，该第四透镜40虽为负透镜，但其负屈光率却是从第四透镜40的中心朝向边缘逐渐递减，且在第四透镜40的边缘处已转化为正屈光率，该特性可以使得形成于其中心与周边的各像场的成像面处于同一平面，即成像面不弯曲，从而达到高分辨率的目的。

上述平行板50是一平板玻璃，其至少有一表面镀覆一层具有一定功效(例如：抗反射或红外线过滤)的薄膜，从而提高成像品质；成像面60是一影像感测组件的表面，其位于像方位置上，该影像感测组件通常为一电荷耦合装置(Charge Coupled Device，简称CCD)或者互补式金氧半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor简称CMOS)，一般而言，在移动电话的应用中，因成本考虑，通常会采用CMOS组件。

为达到短小总长、低公差敏感度及高解像度的目的，本发明微小型镜头1需满足以下条件：

1.0＜F/f1＜2.5     (1)

0.6＜f3/f1＜2.0    (2)

在上述式子(1)中，F表示系统整体的有效焦距，f1表示第一透镜10的有效焦距。当系统整体的有效焦距与第一透镜10的有效焦距的比值小于下限(1.0)时，该微小型镜头1总长变长，故不符合微小型镜头的要求；当该比值大于上限(2.5)时，第一透镜10将承受系统的大部分的聚焦力，导致其敏感度大幅增加，同时该第一透镜10的边厚亦有不足，不易生产。

在上述式子(2)中，f3表示第三透镜30的有效焦距，f1表示第一透镜10的有效焦距。当第三透镜30的有效焦距与第一透镜10的有效焦距的比值大于上限(2.0)时，第一透镜10的敏感度将大幅增加；当该比值小于下限时(0.6)时，该微小型镜头1总长变长。

总之，本发明微小型镜头1具有大视角(约为60度)、大孔径数值(约1∶2.8)、低制造敏感度及低成本的特点。本发明微小型镜头1是由上述四个透镜组成，这些透镜在d线处的折射率可以全部都小于1.6，亦能达到高分辨率的要求。即这些透镜可以全部采用塑料材质，藉此进一步降低镜头成本、减轻镜头重量。

本发明微小型镜头1的第三透镜30与第四透镜40均至少具有一非球面的表面，其满足下列非球面公式：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：z为沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考距光轴的位移值；k为锥度常量；c＝l/r，r表示曲率半径；h表示镜片高度；A表示四次的非球面系数(4th Order Aspherical Coefficient)；B表示六次的非球面系数(6th Order Aspherical Coefficient)；C表示八次的非球面系数(8th OrderAspherical Coefficient)；D表示十次的非球面系数(10th Order AsphericalCoefficient)；E表示十二次的非球面系数(12th Order AsphericalCoefficient)；F表示十四次的非球面系数(14th Order AsphericalCoefficient)；G表示十六次的非球面系数(16th Order AsphericalCoefficient)。

下面将举例说明本发明微小型镜头1在具体实施过程中的数值实施例，其中所引用的表面序号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10将分别代表光圈70、第一透镜10靠近于物方的表面、第一透镜10靠近于像方的表面、第二透镜20靠近于物方的表面、第二透镜20靠近于像方的表面、第三透镜30靠近于物方的表面、第三透镜30靠近于像方的表面、第四透镜40靠近于物方的表面、第四透镜40靠近于像方的表面以及平行板50靠近于物方的平面。

下面将介绍两个数值实施例，以提供本发明微小型镜头1的设计方案，其中该两数值实施例中所涉及的透镜折射率是透镜的d线处的折射率，其中第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30及第四透镜40的d线位置均为587.56nm。

本发明微小型镜头1在具体实施过程中的第一数值实施例如下表一所示：

表一

表面序号	曲率半径(mm)   (Radius)	厚度(mm)   (Thickness)	折射率   (Nd)	阿贝系数   (Vd)
					1	∞	0.0
2	2.210	1.044	1.5247	56.2
					3	-4.874	0.14
4	-26.360	0.43	1.5855	29.9
					5	-1.981	0.479
6	-9.20	1.166	1.5146	57.2
					7	-1.205	0.21
8	34.766	0.981	1.5146	57.2
					9	1.560	1.25
10	∞	0.35	1.51633	64.1

在该第一数值实施例中，有三个透镜20、30及40均采用了非球面设计，其非球面系数的具体数值为：

表面序号4(第二透镜20的物方侧)：

k＝-236.495951  A＝-0.127541    B＝0.134796    C＝-0.258499

D＝0.415821     E＝-0.387164    F＝0.148766    G＝0

表面序号5(第二透镜20的像方侧)：

k＝-0.976447    A＝-0.102675    B＝0.106806    C＝-0.068770

D＝0.019156     E＝0            F＝0           G＝0

表面序号6(第三透镜30的物方侧)：

k＝-15.594077   A＝-0.003746    B＝0.062067    C＝-0.161307

D＝0.249450     E＝-0.194650    F＝0.073744    G＝-0.011029

表面序号7(第三透镜30的像方侧)：

k＝-1.0         A＝0.115871    B＝-0.094584     C＝0.069083

D＝-0.046664    E＝0.028782    F＝-0.009893     G＝0.001283

表面序号8(第四透镜40的物方侧)：

k＝253.905972   A＝0.023584    B＝-0.038938     C＝0.017121

D＝-0.001093    E＝-0.001125   F＝0.000303      G＝-2.3762E-5

表面序号9(第四透镜40的像方侧)：

k＝-5.374432    A＝-0.041373   B＝0.022695      C＝-0.013576

D＝0.004933     E＝-9.9034E-4  F＝1.02363E-4    G＝-4.259E-6

依照上述表一设计，可得到下列各参数值：

系统的有效焦距(F)	4.445mm
		视角(F.O.V)	65度
系统总长(Total Length)	6.0mm
		孔径值(F-number)	2.87
F/f1	1.456
		f3/f1	0.84

依照该第一数值例进行设计，本发明微小型镜头1的纵向球差、像场凹陷及横向色差均可以得到有效校正，其光学表现如图2A至图2C所示。

本发明微小型镜头1在具体实施过程中的第二数值实施例如下表二所示：

表二

表面序号	曲率半径(mm)   (Radius)	厚度(mm)   (Thickness)	折射率   (Nd)	阿贝系数   (Vd)
					1	∞	0.0
2	2.20	1.0	1.5247	56.2
					3	-4.882	0.13
4	-16.065	0.43	1.5855	29.9
					5	-2.175	0.52
6	-9.478	1.188	1.5146	57.2

[0091]

7	-1.192	0.193
					8	30.354	0.942	1.5146	57.2
9	1.432	1.288
					10	∞	0.35	1.51633	64.1

在该第二数值实施例中，四个透镜10、20、30及40均采用非球面设计，其非球面系数的具体数值为：

表面序号2(第一透镜10的物方侧)：

k＝0    A＝8.0017E-4    B＝-0.014842    C＝0.012520

D＝0    E＝0            F＝0            G＝0

表面序号3(第一透镜10的像方侧)：

k＝-2.842547    A＝0    B＝0            C＝0

D＝0   E＝0             F＝0            G＝0

表面序号4(第二透镜20的物方侧)：

k＝-239.922008    A＝-0.105379    B＝0.152025    C＝-0.254659

D＝0.377689       E＝-0.369318    F＝0.151686    G＝0

表面序号5(第二透镜20的像方侧)：

k＝-1          A＝-0.082571    B＝0.109396    C＝-0.070684

D＝0.016126    E＝0.001127     F＝0           G＝0

表面序号6(第三透镜30的物方侧)：

k＝3.732257    A＝-0.014746    B＝0.064022    C＝-0.162158

D＝0.249681    E＝-0.194584    F＝0.073494    G＝-0.010983

表面序号7(第三透镜30的像方侧)：

k＝-1.0        A＝0.126493     B＝-0.097612   C＝0.068339

D＝-0.046616   E＝0.028657     F＝-0.009882   G＝0.001298

表面序号8(第四透镜40的物方侧)：

k＝196.185890  A＝0.027676     B＝-0.038170   C＝0.016871

D＝-0.001146   E＝-0.001118    F＝0.000308    G＝-2.4375E-5

表面序号9(第四透镜40的像方侧)：

k＝-4.759279   A＝-0.043467    B＝0.025180    C＝-0.013795

D＝0.004894    E＝-9.88393E-4  F＝1.03853E-4  G＝-4.4186E-6

依照上述表二设计，可得到下列各参数值：

系统的有效焦距(F)	4.482mm
		视角(F.O.V)	65度
系统总长(Total Length)	6.0mm
		孔径值(F-number)	2.84
F/f1	1.475
		f3/f1	0.832

依照该第二数值例进行设计，本发明微小型镜头1的纵向球差、像场凹陷及横向色差均可以得到有效校正，其光学表现如图3A至3C图所示。

以上所述者仅为本发明的较佳实施方式，本领域的技术人员依本发明的精神所作的等效修饰或变化，皆涵盖于后附的权利要求内。

Claims (9)

1.一种微小型镜头，其特征在于，其从物方至像方依次包括有：一光圈、一具有正屈光率的第一透镜、一具有负屈光率的第二透镜、一具有正屈光率的第三透镜及一具有负屈光率的第四透镜，其中第三透镜与第四透镜各具有至少一非球面的表面，且第四透镜的负屈光率从透镜中心朝向透镜边缘逐渐递减，所述微小型镜头满足下列条件：

1.456≤F/f1≤1.475    (1)

其中F是系统整体的有效焦距，f1是第一透镜的有效焦距；以及

0.6＜f3/f1≤0.84    (2)

其中f3是第三透镜的有效焦距，f1是第一透镜的有效焦距；

且第一至第四透镜于d线处的折射率均小于1.6。

2.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，第一至第四透镜均为塑料透镜。

3.如权利要求2所述的微小型镜头，其特征在于，第一至第四透镜均是双面非球面透镜。

4.如权利要求2所述的微小型镜头，其特征在于，第二至第四透镜均是双面非球面透镜。

5.如权利要求3所述的微小型镜头，其特征在于，在第四透镜的像方侧另设有一平板玻璃。

6.如权利要求5所述的微小型镜头，其特征在于，在镜头的成像位置处设置有一影像感测组件。

7.如权利要求1或3所述的微小型镜头，其特征在于，第四透镜的透镜边缘具有正屈光率。

8.如权利要求7所述的微小型镜头，其特征在于，第二透镜是一双凹负透镜。

9.如权利要求8所述的微小型镜头，其特征在于，第一透镜是一双凸正透镜。

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