CN101344630B - 短总长光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短总长光学镜头，包括光学镜片组。所述光学镜片组包括从物面到像面沿光轴对称的第一、第二及第三镜片，所述第一镜片的表面为双凸非球面，所述第二镜片的表面为具有负屈光度的非球面，所述第三镜片的表面为具有起伏形状的非球面。本发明采取全非球面设计，通过对非球面系数进行优化，来修正各种像差，可避免因采用球面镜而产生的球面像差，改善了成像品质；同时本发明的光学镜头总长与焦距的比值在1.24以下，大大小于其他类似三片结构的参数，在达到同等像高的情况下，本发明的光学镜头可以拥有更短的镜头总长，使得光学镜头可以制作得更加轻薄短小。

Description

短总长光学镜头

技术领域

本发明涉及一种光学镜头，具体涉及一种配备CCD(Charge CoupledDevice)，CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等成像器件，适用于小型数码摄像系统的光学镜头，所述光学镜头总长很短，适用于超薄数码设备，如数码相机，高象素手机摄像模组等系统。

背景技术

光学成像镜头是数码成像设备的重要组件，镜头的成像质量直接决定了成像系统的成像性能。近年来，数码产品不断更新换代，日趋向轻薄短小方向发展。因而对配备在数码成像设备中的光学镜头有了越来越高的要求。比如，要求有优良的成像品质，可适配百万像素的镜头分辨率要达到1601p/mm，光学传递函数值(MTF)≥0.3；要求小巧，轻薄，总长短，镜片数目少，后焦适当；要求镜头亮度高(F值小)，最大出射角≤20°，相对照度≥50％；要求有足够的视场角，为了满足民用拍摄的要求，视场角一般≥60°；同时还希望能够达到低成本，在保证成像质量的前提下尽量使用低廉材质替代昂贵材质或者采用更易实现的加工工艺。

现有的镜头设计，为了适配在高像素数码设备，往往采用增加镜片的数量或采用高折射率低色散的优质玻璃材质的方法来校正像差，提高成像质量。但是，却增加了镜头体积，也提高了镜头的成本。

例如中国专利，公开号为CN1737635A，揭示了一种数码相机镜头，其从物方至像方依次包括：一第一镜片，一第二镜片，一第三镜片，一第四镜片。第一镜片为双凸双面非球面正镜片，包括第一非球面与第二非球面，第二镜片为双凹双面非球面负镜片，包括第三非球面与第四非球面，第三镜片为凸向像方双面非球面正镜片，包括第五非球面与第六非球面，第四镜片为表面为波浪形状的双面非球面正镜片，包括第七非球面与第八非球面；其材质皆为塑胶制成。虽然其采用了全塑材质的镜片，易于加工，但是，使用了四片镜片，八个非球面，不可避免的会增加镜头体积和产品成本。

又例如中国专利，申请好为CN200420043494.3揭示了另一种数码相机镜头，其从物方依次包括一第一镜片，一第二镜片，一第三镜片。第一镜片为凸向物方双面非球面正镜片，包括第一非球面和第二非球面，第二镜片为凹凸双方非球面副镜片，包括第三非球面和第四非球面，第三镜片为凸向像方双面非球面正镜片，包括第五非球面和第六非球面。第一镜片、第二镜片、第三镜片的形状均为轴对称式镜片，其材质均为塑料制成。虽然，该专利采用了三片塑料非球面镜片，但焦距在4.8m左右，总长达到了8mm。远远达不到现在数码产品轻薄短小的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种总长很短，适配于超薄数码设备，如高像素手机摄像模组等的高性能光学镜头。

本发明另一目的是提供一种质量轻且能抵抗冲击的短总长光学镜头。

实现所述目的的技术方案是：一种短总长光学镜头，包括光学镜头组，其特征在于：所述光学镜头组包括从物面到像面沿光轴的第一、第二及第三镜片，所述第一镜片的表面为双凸非球面，所述第二镜片的表面为具有负屈光度的非球面，所述第三镜片的表面为具有起伏形状的非球面。所述第一、第二及第三镜片需要满足以下条件：

1.1＜L/F＜1.24

0.75＜f1/F＜0.8

f2＜0并且1.4＜|f2/F|＜1.55

3.0＜f3/F＜3.3

其中，F为整个光学镜片组的有效焦距值；L为镜片组总长；f1为第一镜片的有效焦距值，f2为第二镜片的有效焦距值，f3为第三镜片的有效焦距值。

优选地，所述第一、第二及第三镜片的非球面需要满足以下非球面公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^2+a_2{r}^4+a_3{r}^6+a_4{r}^8+a_5{r}^{10}+a_6{r}^{12}.......$

其中，z为镜面深度值，即以各非球面与光轴交点为起点，平行于光轴方向的轴向值；k为二次曲面系数；c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，c为镜面中心曲率；r为镜面中心高度；a1、a2、a3、a4......为非球面系数。

本发明中，所述第一、第二及第三镜片采用塑料制成。

所述第一和第二镜片之间的间距小于第二和第三镜片之间的间距。

进一步的，所述短总长光学镜头还包括一光阑，所述光阑同轴设置在所述光学镜片组的第一镜片的前方。

进一步的，所述短总长光学镜头还包括透明平行平板，所述透明平行平板沿光轴对称并且设置在所述光学镜片组的第三镜片的后方。

所述透明平行平板的至少一表面镀覆一层提高成像质量的红外截至滤膜。

优选的，所述透明平行平板的材质采用由熔融纯净原材料制成的硼硅酸盐玻璃。

优选的，所述第一镜片的材料采用环状烯烃共聚物，折射率为1.53，色散为54；所述第二镜片的材料采用聚碳酸酯，折射率为1.585，色散为29.5；所述第三镜片的材料采用环状烯烃共聚物，折射率为1.53，色散为54。

本发明采用所述技术方案，其有益的技术效果在于：1)本发明的短总长光学镜头，采用三片镜片组成镜片组，所述第一镜片的表面为双凸非球面，所述第二镜片的表面为具有负屈光度的非球面，所述第三镜片的表面为具有起伏形状的非球面，亦即通过设定每一镜片的镜片形状，非球面的面形等来保证成像质量和减小镜头总长，具体来说，本发明采取全非球面设计，通过对非球面系数进行优化，来修正各种像差，可避免因采用球面镜而产生的球面像差，改善了成像品质；同时本发明的光学镜头总长与焦距的比值在1.24以下，大大小于其他类似三片结构的参数，这意味着：达到同等像高的情况下，使用本发明的光学镜头可以拥有短得多的镜头总长，使得光学镜头可以制作得更加轻薄短小，适应实际需要；2)本发明的短总长光学镜头，所述第一、第二及第三镜片采用全塑料材质制成，不经生产加工简单能够降低加工成本，而且使得整个镜头质量减轻，并且所述全塑料材质的第一、第二及第三镜片更能够抵抗冲击；3)本发明的短总长光学镜头，采用三片镜片组成镜片组，通过设定每一镜片的镜片形状，非球面的面形等来保证成像质量和减小镜头总长，使得光学镜头具有良好的初始结构设计，缩减了制造镜头所需要使用的非球面个数，降低了生产成本；4)本发明的短总长光学镜头中，采用三片镜片组成镜片组，优化每一镜片的镜片形状，非球面的面形，本发明的光学镜头，光学总长小于6mm，使得所述光学镜头模组可以很容易的整合在手机模组中，满足了手机微型化的要求；5)本发明的短总长光学镜头，所述透明平行平板的至少一表面镀覆一层红外截至滤膜，(Infrared—cut Coating)，以滤除来自于被摄物反射光线中的红外光线，从而提高成像质量；6)本发明的短总长光学镜头，光阑置于第一镜片的前方，使光学镜头的结构更简单、紧凑并且总长进一步减小。

附图说明

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步的详细说明：

图1是本发明短总长光学镜头的光学镜片组第一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明短总长光学镜头的镜头0.7视场光学传递函数图；

图3是本发明短总长光学镜头的镜头畸变示意图；

图4是本发明短总长光学镜头的光学镜片组第二种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

请参考图1至图4，一种短总长光学镜头，包括光阑50、光学镜片组以及透明平行平板4、40。所述光学镜片组包括第一镜片1、10、第二镜片2、20及第三镜片3、30，所述括第一镜片1、10、第二镜片2、20及第三镜片3、30从物面到像面沿光轴对称排列。所述第一镜片1、10的表面为双凸非球面，所述第二镜片2、20的表面为具有负屈光度的非球面，所述第三镜片3、30的表面为具有起伏形状的非球面。

为了清楚说明本发明，在具体实施方式中举例说明了短总长光学镜头的两种实施方式。

请参考图1，所示为短总长光学镜头的第一种实施方式，所述光学镜头包括一固定光阑50和一光学镜片组。所述光学镜片组包括第一镜片1、第二镜片2以及第三镜片3，各镜片均有左右两个非球面。从物面方向开始，所述第一镜片1为双凸非球面正镜片，包括第一非球面11和第二非球面12，第一非球面11和第二非球面12的曲率半径不相同，位于镜头的始端。所述第二镜片2为一面为凹面，一面为凸面的具有负屈光度的非球面镜片，包括第三非球面21和第四非球面22，其中，所述第三非球面21为凹面，所述凹面向光阑50。所述第三镜片3为表面具有弓状起伏形状的非球面正镜片，且其中部凸向物面方向，包括第五非球面31和第六非球面32。所述光阑50位于第一镜片1的前方。所述镜片1、2、3的形状都是以光轴为准的轴对称式镜片。

所述第一镜片1和第二镜片2之间的间距小于所述第二镜片2和第三镜片3之间的间距。

所述第一镜片1的第一非球面11和第二非球面12，所述第二镜片2的第三非球面21和第四非球面22以及第三镜片3第五非球面31和第六非球面32的设计皆需满足以下的非球面公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^2+a_2{r}^4+a_3{r}^6+a_4{r}^8+a_5{r}^{10}+a_6{r}^{12}\·\·\·\·\·\·$

其中，z为镜面深度值，即以第一非球面11，第二非球面12，第三非球面21，第四非球面22，第五非球面31，第六非球面32与光轴交点为起点，垂直光轴方向的轴向值；k为二次曲面系数；c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，c为镜面中心曲率；r为镜面中心高度；a1、a2、a3、a4……为非球面系数。因为所选的镜片形状为轴对称式镜片，所述上述非球面公式均取偶次项。

本发明短总长光学镜头的最大特点是镜片组总长与焦距的比值在1.24以下，大大小于其他类似三片结构的参数，在达到同等像高的情况下，使用本发明结构的镜头可以拥有短得多的镜头总长，使得镜头可以制作得更加轻薄短小，适应实际需要。

所述第一镜片1、第二镜片2及第三镜片3需要满足以下条件：

1.1<L/F<1.24

0.75<f1/F<0.8

f2<0并且1.4<|f2/F|<1.55

3.0<f3/F<3.3

其中，F为整个光学镜片组的有效焦距值；f1为第一镜片1的有效焦距值，f2为第二镜片2的有效焦距值；f3为第三镜片3的有效焦距值。

满足上述条件式后，可以在缩短镜头组总长的基础上，确保适当的后焦距，还可以对各像差，特别是非点像差和畸变像差进行良好矫正，并得到理想的光学性能。

本发明中，所述第一镜片1、第二镜片2及第三镜片3采用塑料制成。

具体来说，所述第一镜片1的材料采用环状烯烃共聚物，折射率为1.53，色散为54。所述第二镜片2的材料采用聚碳酸酯，折射率为1.585，色散为29.5。所述第三镜片3的材料采用环状烯烃共聚物，折射率为1.53，色散为54。

所述短总长光学镜头的透明平行平板4沿光轴对称并且设置在所述光学镜片组的第三镜片3的后方。所述透明平行平板4是一平板玻璃，包括第一平行板面41与第二平行板面42。透明平行平板4的材质优选为一种由熔融纯净原材料制成的硼硅酸炎玻璃，折射率为1.5168，色散为64.17。

所述透明平行平板4的至少一平行板面41或者42上镀覆一层红外截至滤膜(Infrared—cut Coating)，滤除来自于被摄物反射光线中的红外光线，从而提高成像质量。

表1、表2是本发明短总长光学镜头第一种实施方式中的镜头组的镜片参数表和非球面系数表。

镜片参数表1

(注：计量单位为毫米)

 

附图标记	元件名称	曲率半径(R)	厚度(d)	材料
					50	光阑	-	-	-
11	第一非球面	0.691	0.70	1.53，54

 

附图标记	元件名称	曲率半径(R)	厚度(d)	材料
					12	第二非球面	-0.098	0.30
21	第三非球面	-1.114	0.41	1.585，29.5
					22	第四非球面	-0.325	0.49
31	第五非球面	0.475	0.57	1.53，54
					32	第六非球面	-0.063	0.46
41	第一平板平面		0.3	1.5168，64.17
					42	第二平板平面		0.67

非球面系数表2：

(注：计量单位为毫米)

 

附图标记	元件名称	二次曲面系数	a2	a4	a6	a8	a10	a12
									11	第一非球面	-2.160	0	0.0196	0.2448	-1.2416		0
12	第二非球面	20.038	0	-0.3214	0.0939	-1.4748		0
									21	第三非球面	-0.899	-0.00016	-0.4631	0.1498	2.2206		0
22	第四非球面	0.880	-0.15838	-0.3664	0.8376	-0.3589		0
									31	第五非球面	-1.971	0.18548	-0.4447	0.3298	-0.1775	-0.0068	0
32	第六非球面	-95.021	0.42771	-0.3188	0.1553	-0.0555	-0.0004	0

请参考图4，所示为短总长光学镜头的第二种实施方式，所述光学镜头的结构和第一种实施方式中的基本相同，区别在于优化的系数不同。

具体来说，所述第二种实施方式中的光学镜头包括一固定光阑50和一光学镜片组。所述光学镜片组包括第一镜片10、第二镜片20以及第三镜片30，各镜片均有左右两个非球面。从物面方向开始，所述第一镜片10为双凸非球面正镜片，包括第一非球面13和第二非球面14，第一非球面13和第二非球面14的曲率半径不相同，位于镜头的始端。所述第二镜片20为一面为凹面，一面为凸面的具有负屈光度的非球面镜片，包括第三非球面23和第四非球面24，其中，所述第三非球面24为凹面，所述凹面向光阑50。所述第三镜片30为表面具有弓状起伏形状的非球面正镜片，且其中部凸向物面方向，包括第五非球面33和第六非球面34。所述光阑50位于第一镜片10的前方。所述镜片10、20、30的形状都是以光轴为准的轴对称式镜片。

所述第一镜片10的第一非球面13和第二非球面14，所述第二镜片20的第三非球面23和第四非球面24以及第三镜片30第五非球面33和第六非球面34的设计也需要满足第一实施方式中的非球面公式。

所述第一镜片01、第二镜片20及第三镜片30同时也需要满足以下条件：

1.1<L/F<1.24

0.75<f1/F<0.8

f2<0并且1.4<|f2/F|<1.55

3.0<f3/F<3.3

其中，F为整个光学镜片组的有效焦距值；f1为第一镜片10的有效焦距值，f2为第二镜片20的有效焦距值；f3为第三镜片30的有效焦距值。

表3、表4是本发明短总长光学镜头第二种实施方式中的镜头组的镜片参数表和非球面系数表。

镜片参数表3

(注：计量单位为毫米)

 

附图标记	元件名称	曲率半径(R)	厚度(d)	材料
					50	光阑	-	-	-
13	第一非球面	0.7	0.69	1.53，54
					14	第二非球面	-0.1	0.30
23	第三非球面	-1.1	0.41	1.585，29.5
					24	第四非球面	0.32	0.49
33	第五非球面	0.5	0.57	1.53，54
					34	第六非球面	-0.7	0.46
43	第一平板平面	-	0.70	1.5168，64.17
					44	第二平板平面	-	0.43

非球面系数表4

(注：计量单位为毫米)

 

附图 标记	元件名称	二次曲 面系数	a2	a4	a6	a8	a10	a12
									13	第一非球面	-2.14	0	0.019	0.242	-1.243	1.365	0
14	第二非球面	38.54	0	-0.323	0.092	-1.479	2.253	0
									23	第三非球面	-0.89	0.00096	-0.464	0.146	2.225	-2.105	0.591
24	第四非球面	0.96	-0.158	-0.367	0.842	-0.360	-0.894	-0.76
									33	第五非球面	-2	0.186	-0.444	0.330	-0.177	0.055	-0.007
34	第六非球面	-92.5	0.427	-0.319	0.156	-0.055	0.009	-0.0004

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的保护范围。

Claims (9)

1.一种短总长光学镜头，包括光学镜头组，其特征在于：所述光学镜头组包括从物面到像面沿光轴的第一、第二及第三镜片，所述第一镜片的表面为双凸非球面，所述第二镜片的表面为具有负屈光度的非球面，所述第三镜片的表面为具有起伏形状的非球面；所述第一、第二及第三镜片需要满足以下条件：

1.1＜L/F＜1.24

0.75＜f1/F＜0.8

f2＜0并且1.4＜|f2/F|＜1.55

3.0＜f3/F＜3.3

其中，F为整个光学镜片组的有效焦距值；L为镜片组总长；f1为第一镜片的有效焦距值，f2为第二镜片的有效焦距值，f3为第三镜片的有效焦距值。

2.根据权利要求1所述的短总长光学镜头，其特征在于：所述第一、第二及第三镜片的非球面需要满足以下非球面公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^2+a_2{r}^4+a_3{r}^6+a_4{r}^8+a_5{r}^{10}+a_6{r}^{12}......$

其中，z为镜面深度值，即以各非球面与光轴交点为起点，平行于光轴方向的轴向值；k为二次曲面系数；c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，c为镜面中心曲率；r为镜面中心高度；a1、a2、a3、a4......为非球面系数。

3.根据权利要求1所述的短总长光学镜头，其特征在于：所述第一、第二及第三镜片采用塑料制成。

4.根据权利要求1所述的短总长光学镜头，其特征在于：所述第一和第二镜片之间的间距小于所述第二和第三镜片之间的间距。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的短总长光学镜头，其特征在于：所述短总长光学镜头还包括一光阑，所述光阑同轴设置在所述光学镜片组的第一镜片的前方。

6.根据权利要求5所述的短总长光学镜头，其特征在于：所述短总长光学镜头还包括透明平行平板，所述透明平行平板沿光轴对称并且设置在所述光学镜片组的第三镜片的后方。

7.根据权利要求6所述的短总长光学镜头，其特征在于：所述透明平行平板的至少一表面镀覆一层提高成像质量的红外截至滤膜。

8.根据权利要求7所述的短总长光学镜头，其特征在于：所述透明平行平板的材质采用由熔融纯净原材料制成的硼硅酸盐玻璃。

9.根据权利要求1所述的短总长光学镜头，其特征在于：所述第一镜片的材料采用环状烯烃共聚物，折射率为1.53，色散为54；所述第二镜片的材料采用聚碳酸酯，折射率为1.585，色散为29.5；所述第三镜片的材料采用环状烯烃共聚物，折射率为1.53，色散为54。

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