CN101414045B - 一种光学镜头组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学镜头组件，适于手机，小型数码相机使用，该组件包括一透镜组，该透镜组由共光轴且自物方向像方顺次排列的具有正屈光度的第一透镜和具有负屈光度的第二透镜组成，其中第一透镜具有面向物方的第一表面及面向像方的第二表面，所述第一表面向物方一侧凸出，第二表面相对于像方一侧为凹陷形；第二透镜具有面向物方的第三表面及面向像方的第四表面，所述第三表面为中部向物方一侧凸出，两侧相对于物方一侧凹陷的波浪形，所述第四表面为中部相对于像方一侧凹陷，两侧向像方一侧凸出的波浪形，所述第一、二、三、四表面均为非球面。本发明提供的光学镜头组件镜片数目少，结构紧凑，同时能有效消减球差，慧差，像散，场曲等各种像差。

Description

一种光学镜头组件

技术领域

本发明涉及光学器件，具体涉及一种光学镜头组件。

背景技术

光学成像镜头是数码成像设备的重要组件，近年来，中低端手机中VGA摄像头已经是标准配置，如何能在保证镜头的像质的同时尽可能的降低生产成本已经光学镜头设计的热点。同时手机的日趋向轻薄，也迫使镜头设计最求更短的TTL(Total length镜头光学总长)。这给光学镜头组件的设计带来了巨大的挑战。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，克服上述现有技术的不足，提出一种轻薄短小的光学镜头。

其技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种光学镜头组件，包括一透镜组，该透镜组由共光轴且自物方向像方顺次排列的具有正屈光度的第一透镜和具有负屈光度的第二透镜组成，其中第一透镜具有面向物方的第一表面及面向像方的第二表面，所述第一表面向物方一侧凸出，第二表面相对于像方一侧为凹陷形；第二透镜具有面向物方的第三表面及面向像方的第四表面，所述第三表面为中部向物方一侧凸出，两侧相对于物方一侧凹陷的波浪形，所述第四表面为中部相对于像方一侧凹陷，两侧向像方一侧凸出的波浪形，所述第一、二、三、四表面均为非球面。

所述第一透镜的色散值大于第二透镜的色散值，所述第一透镜的折射率小于第二透镜的折射率。

所述第一、二、三、四表面的面形公式为：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^4+a_2{r}^8+a_3{r}^{12}+a_4{r}^{16}+a_5{r}^{20}+a_6{r}^{24}\·\·\·\·\·\·$

其中，z为非球面上各点的z坐标值，r为非球面上各点的y坐标值，c为非球面顶点处的曲率，c＝1/R，R为非球面顶点处的曲率半径，k为二次曲面系数，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为非球面系数，其特征在于：所述二次曲面系数的取值范围为：-7＜二次曲面系数＜3，所述曲率半径r的取值范围为：0.5mm＜曲率半径R＜1.5mm，所述非球面系数a2、a 3、a 4、a 5的取值范围为-2到3之间，所述非球面系数a 1＝a6＝0。

本发明的技术问题通过以下的技术方案进一步予以解决：

该光学镜头组件还包括位于第一透镜前靠近物方的的固定光阑和位于第二镜片后远离物方的滤光片。

所述的光学镜头组件满足下列关系式：

F/L＜1.1；

f1/F＞1.1；

|f2/F|＞6；

其中：F为整个光学组件的有效焦距值；f1为第一透镜的有效焦距值；f2为第二透镜的有效焦距值；L为光学组件的总长。满足上述条件式，可以在缩短镜头总长的基础上，确保适当的后焦距，还可以对各像差，特别式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。

所述镜头组件的总长度介于2mm到4mm之间，所述每个透镜的中心厚度介于0.5mm与0.8mm之间，所述两个透镜之间的距离介于0.5mm与1.5mm之间

所述光学镜头组件可以为2p(两片式塑料结构)、1g1p(一片为玻璃一片为塑料结构)、还可以为2g(两片玻璃结构)，对于材料具有较宽的选择范围。

本发明采用具有正负屈光度的第一透镜和第二透镜的两片式结构，且由于高色散值材质，第二镜片两面都具有波浪起伏趋势，有效校正了像差，从而提升了成像质量，分辨率，相对照度；透镜的表面均为非球面，通过对非球面参数的设定，缩短了镜头的总长，同时有效消减了球差，慧差，像散，场曲等各种像差。

本发明的光学镜头成像质量好、总长短、亮度高、视场角大、出射角小、最低相对照度在45％以上、小巧轻薄、光学性能好。

本发明的光学镜头通过对非球面系数的优化，来修正各种像差，也可避免因采用球面镜而产生的球面像差，改善了成像品质。该光学镜头的总长小于4mm，使其模组可很容易的整合在手机模组中，满足了手机微型化的要求；其可以选择两片式塑料结构，一片为玻璃一片为塑料结构，两片玻璃结构，因此在材料选择上具有很大的灵活性且加工简单，降低了加工成本。它适配于百万像素计以上的CCD(电荷藕合器件)，CCMOS(互补金属氧化物半导体)成像器件，适用于小型数码相机，高像素手机等中。

附图说明

图1是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的MTF(光学传递函数)图；

图3是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的相对照度图；

图4是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的色差图；

图5和图6分别是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的场曲和畸变图；

图7是本发明光学镜头组件第二具体实施方式的结构示意图；

图8是本发明光学镜头组件第二具体实施方式的MTF(光学传递函数)图；

图9是本发明光学镜头组件第二具体实施方式的相对照度图；

图10是本发明光学镜头组件第二具体实施方式的色差图；

图11和图12分别是本发明光学镜头组件第二具体实施方式的场曲和畸变图；

具体实施方式

下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1至12所示，一种光学镜头组件，包括一透镜组，该透镜组由共光轴且自物方向像方顺次排列的具有正屈光度的第一透镜2和具有负屈光度的第二透镜3组成，其中第一透镜2具有面向物方的第一表面及面向像方的第二表面，所述第一表面向物方一侧凸出，第二表面相对于像方一侧为凹陷形；第二透镜3具有面向物方的第三表面及面向像方的第四表面，所述第三表面为中部向物方一侧凸出，两侧相对于物方一侧凹陷的波浪形，所述第四表面为中部相对于像方一侧凹陷，两侧向像方一侧凸出的波浪形，所述第一、二、三、四表面均为非球面。该镜头组件还包括位于第一透镜前靠近物方的的固定光阑1和位于第二镜片后远离物方的滤光片4。第一透镜2的色散值大于第二透镜3的色散值，所述第一透镜1的折射率小于第二透镜的折射率。所述镜头组件的总长度介于2mm到4mm之间，所述每个透镜的中心厚度介于0.5mm与0.8mm之间，所述两个透镜之间的距离介于0.5mm与1.5mm之间

所述第一、二、三、四表面的面形公式为：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^4+a_2{r}^8+a_3{r}^{12}+a_4{r}^{16}+a_5{r}^{20}+a_6{r}^{24}\·\·\·\·\·\·$

其中，z为非球面上各点的z坐标值，r为非球面上各点的y坐标值，c为非球面顶点处的曲率，c＝1/R，R为非球面顶点处的曲率半径，k为二次曲面系数，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为非球面系数。

如图1至图6所示，为本发明的第一具体实施方式，第一透镜2和第二透镜3使用的材料均为高色散值的光学塑料480R，能很好消除色差影响，提高镜头分辨率，当然，该第一透镜2和第二透镜3也可均采用玻璃透镜或一个塑料透镜一个玻璃透镜。滤光片4的材质优选为BK7，折射率和色散分别为n3＝1.5168，v3＝64.17，此外，其前后表面至少一面镀覆一层红外截至滤膜(IR-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。该镜头组件的参数如下表所示：

镜片参数：

类型	曲率半径(R)mm	厚度(d)mm	折射率	色散值
					光阑		0.53
第一非球面	0.9174	0.725	1.53	55.6
					第二非球面	0.61491	1.18
第三非球面	0.549397	0.65						1.585	29.5
			第四非球面	0.529738	0.3
滤光片		0.3				1.5168	64.17

非球面系数：

类型	k	a1	a2	a3	a4	a5	a6
								第一非球面	0.07885	0	0.019676	-0.0479	0.304415	-0.49146	0
第二非球面	2.90271	0	0.091474	0.0045	0.350973	-0.09317	0
								第三非球面	-6.99166	0	-0.06087	0.022655	-0.01049	0.002233	0
第四非球面	-1.54953	0	-0.1311	0.048175	-0.01498	0.001804	0

表中厚度d为此面距离下个面的距离，该镜头模组的总长L＝3.7mm，有效焦距值F＝3.482mm，第一透镜的有效焦距值f1＝4mm，第二透镜的有效焦距值f2＝-22.4mm，F/L＝0.941＜1.1，f1/F＝1.1 5＞1.1；|f2/F|＝6.433＞6，因此可以在缩短镜头总长的基础上，确保适当的后焦距，还可以对各像差，特别式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。

图2是光学镜头组件的调制传递函数(Modulation TransferFunction，简称MTF)曲线图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米(1p/mm)；纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。从图2可以看出，各视场子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲线很靠近，其表明：该镜头组件在各个视场，子午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，能保证镜头组件在整个成像面上都能清晰成像，而不会出现中间清晰、边缘模糊的情况。

图3是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的相对照度图，从图3可以看出，该光学镜头组件的相对照度大于45％，表明此镜头组件边缘视场和中心视场的照度均匀，光线充足。

图4是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的色差图，从图4可以看出，该光学镜头组件的横向色差小于5μm，落在艾里斑尺寸范围之内。

图5和图6分别是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的场曲和畸变图，从图5和图6可以看出，该光学镜头组件的场曲小于0.10mm，畸变小于2％；同时控制了光线在每面上的入射角小于28°，一定程度上消除了鬼影现象同时全塑结构也大大降低了生产成本。能够配合市场上主流的互补金属氧化物半导体(CMOS)/电荷藕合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)影像传感器接收的要求。

如图7至图12所示，为本发明的第二具体实施方式，第一透镜2和第二透镜3使用的材料均为高色散值的光学塑料480R，能很好消除色差影响，提高镜头分辨率，当然，该第一透镜2和第二透镜3也可均采用玻璃透镜或一个塑料透镜一个玻璃透镜。滤光片4，材质优选为BK7，折射率和色散分别为n3＝1.5168，v3＝64.17，此外，其前后表面至少一面镀覆一层红外截至滤膜(IR-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。该镜头组件的参数如下表所示：

镜片参数

类型	曲率半径(R)mm	厚度(d)mm	折射率	色散值
					光阑		0
第一非球面	1.0329	0.60	1.53	55.6
					第二非球面	0.6557	1.07
第三非球面	0.7412	0.54						1.585	29.5
			第四非球面	0.7234	0.25
滤光片		0.300				1.5168	64.17

非球面系数：

类型	k	a1	a2	a3	a4	a5	a6
								第一非球面	0.347	0	-0.006	-0.061	0.360	-0.948	0
第二非球面	1.773	0	0.262	-0.415	2.811	-1.919	0
								第三非球面	-5.180	0	-0.083	0.058	-0.047	0.012	0
第四非球面	-1.208	0	-0.232	0.131	-0.057	0.008	0

表中厚度d为此面距离下个面的距离，该镜头模组的总长L＝2.8，有效焦距值F＝2.6mm，第一透镜的有效焦距值f1＝3.5mm，第二透镜的有效焦距值f2＝-19.8mm，F/L＝0.9 2 9＜1.1，f1/F＝1.35＞1.1；|f2/F|＝7.615＞6，因此可以在缩短镜头总长的基础上，确保适当的后焦距，还可以对各像差，特别式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。

图8是光学镜头组件的调制传递函数(Modulation TransferFunction，简称MTF)曲线图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米(1p/mm)；纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。从图2可以看出，各视场子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲线很靠近，其表明：该镜头组件在各个视场，子午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，能保证镜头组件在整个成像面上都能清晰成像，而不会出现中间清晰、边缘模糊的情况。

图9是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的相对照度图，从图3可以看出，该光学镜头组件的相对照度大于55％，表明此镜头组件边缘视场和中心视场的照度均匀，光线充足。

图10是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的色差图，从图4可以看出，该光学镜头组件的横向色差小于5μm，落在艾里斑尺寸范围之内。

图11和图12分别是本发明光学镜头组件第一具体实施方式的场曲和畸变图，从图11和图12可以看出，该光学镜头组件的场曲小于0.20mm，畸变小于2％；同时控制了光线在每面上的入射角小于28°，一定程度上消除了鬼影现象同时全塑结构也大大降低了生产成本。能够配合市场上主流的互补金属氧化物半导体(CMOS)/电荷藕合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)影像传感器接收的要求。

Claims (9)

1.一种光学镜头组件，其特征在于：包括一透镜组，该透镜组由共光轴且自物方向像方顺次排列的具有正屈光度的第一透镜和具有负屈光度的第二透镜组成，其中第一透镜具有面向物方的第一表面及面向像方的第二表面，所述第一表面向物方一侧凸出，第二表面相对于像方一侧为凹陷形；第二透镜具有面向物方的第三表面及面向像方的第四表面，所述第三表面为中部向物方一侧凸出，两侧相对于物方一侧凹陷的波浪形，所述第四表面为中部相对于像方一侧凹陷，两侧向像方一侧凸出的波浪形，所述第一、二、三、四表面均为非球面；所述第一透镜的色散值大于第二透镜的色散值，所述第一透镜的折射率小于第二透镜的折射率；所述第一、二、三、四表面的面形公式为：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^4+a_2{r}^8+a_3{r}^{12}+a_4{r}^{16}+a_5{r}^{20}+a_6{r}^{24}\·\·\·\·\·\·$

其中，z为非球面上各点的z坐标值，r为非球面上各点的y坐标值，c为非球面顶点处的曲率，c＝1/R，R为非球面顶点处的曲率半径，k为二次曲面系数，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为非球面系数，其特征在于：所述二次曲面系数的取值范围为：-7＜二次曲面系数＜3，所述曲率半径R的取值范围为：0.5mm＜曲率半径R＜1.5mm，所述非球面系数a2、a3、a4、a5的取值范围为-2到3之间，所述非球面系数a1＝a6＝0。

2.根据权利要求1所述的一种光学镜头组件，其特征在于：还包括位于第一透镜前靠近物方的的固定光阑和位于第二透镜后远离物方的滤光片。

3.根据权利要求2所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述的光学镜头组件满足下列关系式：

F/L＜1.1；

f1/F＞1.1；

|f2/F|＞6；

其中：F为整个光学组件的有效焦距值；f1为第一透镜的有效焦距值；f2为第二透镜的有效焦距值；L为光学组件的总长。

4.根据权利要求3所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述镜头组件的总长度介于2mm到4mm之间，所述每个透镜的中心厚度介于0.5mm与0.8mm之间，所述两个透镜之间的距离介于0.5mm与1.5mm之间。

5.根据权利要求4所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述光学镜头组件的参数如下：

透镜参数：

非球面系数：

  类型   k   a1   a2   a3   a4   a5   a6   第一非球面   0.07885   0   0.019676   -0.0479   0.304415   -0.49146   0   第二非球面   2.90271   0   0.091474   0.0045   0.350973   -0.09317   0 第三非球面 -6.99166 0 -0.06087 0.022655 -0.01049 0.002233 0   第四非球面   -1.54953   0   -0.1311   0.048175   -0.01498   0.001804   0

6.根据权利要求4所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述光学镜头组件的参数如下：

透镜参数：

非球面系数：

  类型   k   a1   a2   a3   a4   a5   a6   第一非球面   0.347   0   -0.006   -0.061   0.360   -0.948   0   第二非球面   1.773   0   0.262   -0.415   2.811   -1.919   0   第三非球面   -5.180   0   -0.083   0.058   -0.047   0.012   0   第四非球面   -1.208   0   -0.232   0.131   -0.057   0.008   0

7.根据权利要求5或6所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述第一透镜的材料为光学塑料，所述第二透镜的材料为光学塑料或者玻璃。

8.根据权利要求5或6任一项所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述第二透镜的材料为光学塑料，第一透镜的材料为光学塑料或者玻璃。

9.根据权利要求5或6任一项所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜的材料均为玻璃。

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