CN101639563A - 一种光学镜头组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学镜头组件，其包括一透镜组，一固定光阑和滤光片，该透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的塑料第一透镜、第二透镜和第三透镜，该第一、第二、第三透镜的靠近物方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，滤光片位于所述第三透镜之后。通过采用非球面镜片，可以消除边缘光线的像差、彗差、像散、场曲及畸变率；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，提高了生产的效率。

Description

一种光学镜头组件

技术领域

本发明涉及一种数码摄像产品，尤其涉及一种光学镜头组件。

背景技术

在数码成像设备中，光学成像镜头是尤为重要的组件，镜头的像质直接决定了数码成像设备的成像性能。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。特别是在百万像素以上的镜头模块中，为了保证高的成像品质和亮度，达到足够的视场角，数码成像系统需要较大的空间来屈折光线，往往采用增加镜片的数量或采用高折射率低色散的优质材质的方法来校正象差，提高成像质量。这种产品长度远远达不到轻薄短小的要求。从而增加了镜头体积，提高了成本。

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，提供一种能良好校正各种像差，总长短，体积小且低成本的光学镜头组件。

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，所述光学镜头组件包括一固定光阑、一透镜组和滤光片，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的塑料第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述固定光阑位于第一透镜和第二透镜之间，所述第一、第二、第三透镜的靠近物方前表面和靠近像方的后表面均为非球面，所述非球面面形如下公式：

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

其中：Z为以各非球面与光轴交点为起点，垂直光轴方向的轴向值，k为二次曲面系数，c为镜面中心曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，r为镜面中心高度；a1、a2、a3、a4、a5、a6为非球面系数；所述滤光片位于所述第三透镜之后，第一、二、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	1.021485	2.3844
K	-0.2372065	61.19971
			a1	0	0
a2	-0.49744326	0.10698206
			a3	5.6691935	-0.697239
a4	20.857494	1.2835749
			a5	17.305663	-0.59591142
a6	0	0

表2

	前表面	后表面
			R	-1.019746	-1.240581
K	2.159998	-0.8230765
			a1	0	0

a2	3.5132682	-0.46041593
			a3	-39.511004	-2.4401395
a4	13.571994	6.1082573
			a5	-14.250768	-3.4214023
a6	0	0

表3

	前表面	后表面
			R	5.196161	9.966542
K	0	0
			a1	0	0
a2	0.7484	-0.54599
			a3	0.66778	0.03544843
a4	-0.27631	-0.1526414
			a5	-0.0436666	-0.2524
a6	-5.5208626e-005	7.0854218e-006

本发明的有益效果是：其完全采用非球面设计，通过对非球面系数的优化，来修正各种象差，缩短了镜头的总长，同时有效消减了球差，慧差，像散，场曲，畸变率等各种像差。也可避免因采用球面镜而产生的球面象差，改善了成像品质。该镜头设计，固定光阑置于第一镜片和第二镜片之间，使镜头结构简单，总长小，因其采用全塑料材质，加工简单，降低了加工成本，视场角大于60°；通过对各个镜片的结构，排列方式的配置，可以有效缩减镜头总长且获得高的成像质量。

附图说明

图1是本发明光学镜头组件实施例的光学组件结构示意图。

图2是本发明光学镜头组件实施例的MTF(光学传递函数)图。

图3是本发明光学镜头组件实施例的光学畸变示意图。

图4是本发明光学镜头组件实施例的光学场曲示意图。

图5是本发明光学镜头组件实施例的色差示意图。

图6是本发明光学镜头组件实施例的相对照度图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的光学镜头组件包括一固定光阑(图中未标出)、一透镜组和滤光片4，该透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的塑料第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，该第一、第二、第三透镜1、2、3的靠近物方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1和第二透镜2之间，滤光片4位于第三透镜3之后，该光学镜头组件成像在成像面(焦平面)5，即滤光片4位于成像面5和第三透镜3之间。

第一透镜1的折射率n1范围为1.4＜n1＜1.6，色散值v1范围为55＜v1＜58。优选地，第一透镜1采用ZEO-480R的塑料材质，折射率n1＝1.525，色散值v1＝55.9。其中第一透镜的中心厚度介于0.4mm与0.7mm之间。

第二透镜2的折射率n2范围为1.4＜n2＜1.64，色散值v2范围为20＜v2＜30。优选地，第二透镜2采用光学级PC树脂材料(聚碳酸酯)，折射率n2＝1.585，色散值v2＝29.9，其中第二透镜的中心厚度介于0.4mm与0.7mm之间。

第三透镜3的折射率n3范围为1.4＜n3＜1.6，色散值v3范围为55＜v3＜58。优选地，第三透镜3采用ZEO-480R的塑料材质，折射率n3＝1.525，色散值v3＝55.9.其中第三透镜的中心厚度介于0.4mm与0.7mm之间。

滤光片4为一平板玻璃，该滤光片4材质为BK7，折射率和色散值分别为n4＝1.5168，v4＝64.17。此外，滤光片4至少一表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，不影响光学系统的焦距。

第一透镜1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)凹向像方。第二透镜2具有负屈光度，其前表面的上下端为平面且中央位置凹向物方，其后表面凸向像方，该第三透镜3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而中央位置凹向像方。

该第一、第二、第三透镜都采用的是10阶偶数次非球面镜片，这保证了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：

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

其中：Z为以各非球面与光轴交点为起点，垂直光轴方向的轴向值，k为二次曲面系数，c为镜面中心曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，r为镜面中心高度；a1、a2、a3、a4、a5、a6为非球面系数。

该实施例中，第一透镜和第三透镜的折射率为1.525，色散值为55.9，第二透镜折射率为1.585，色散值为29.9。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

	前表面	后表面
			R	1.021485	2.3844
K	-0.2372065	61.19971
			a1	0	0
a2	-0.49744326	0.10698206
			a3	5.6691935	-0.697239
a4	20.857494	1.2835749
			a5	17.305663	-0.59591142
a6	0	0

表2

	前表面	后表面
			R	-1.019746	-1.240581
K	2.159998	-0.8230765
			a1	0	0
a2	3.5132682	-0.46041593
			a3	-39.511004	-2.4401395
a4	13.571994	6.1082573
			a5	-14.250768	-3.4214023
a6	0	0

表3

	前表面	后表面
			R	5.196161	9.966542
K	0	0
			a1	0	0
a2	0.7484	-0.54599
			a3	0.66778	0.03544843
a4	-0.27631	-0.1526414
			a5	-0.0436666	-0.2524
a6	-5.5208626e-005	7.0854218e-006

本发明的光学镜头有效焦距为2.86mm，相对孔径为F/#＝2.8，光学总长小于3.45mm，其视场角大于66°，相对照度大于50％。使用此镜头的摄像头模组高度能够小于6mm，满足了手机微型化的要求。

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和图4分别是本发明光学镜头组件实施例的畸变图和场曲图，从图3和图4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(ChargeCoupled Device，简称CCD)影像传感器接收的要求。

图5是本发明光学镜头组件实施例的色差图，从图5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6为本发明光学镜头组件实施例的相对照度图，由图可以看出，其相对照度大于52％，表明此镜头边缘的视场和中心视场的照度均匀，光线充足。

本发明光学镜头结构适用于小型数码摄像系统，如数码相机，高象素手机摄像模组等系统的拍摄用光学镜头。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光学镜头组件，包括一固定光阑、一透镜组和滤光片，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的塑料第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述固定光阑位于第一透镜和第二透镜之间，所述第一、第二、第三透镜的靠近物方前表面和靠近像方的后表面均为非球面，所述非球面面形如下公式：

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

其中：Z为以各非球面与光轴交点为起点，垂直光轴方向的轴向值，k为二次曲面系数，c为镜面中心曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，r为镜面中心高度；a1、a2、a3、a4、a5、a6为非球面系数；所述滤光片位于所述第三透镜之后，其特征在于：所述第一、二、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   1.021485   2.3844   K   -0.2372065   61.19971   a1   0   0   a2   -0.49744326   0.10698206   a3   5.6691935   -0.697239   a4   20.857494   1.2835749   a5   17.305663   -0.59591142   a6   0   0

表2

  前表面   后表面   R   -1.019746   -1.240581   K   2.159998   -0.8230765   a1   0   0   a2   3.5132682   -0.46041593   a3   -39.511004   -2.4401395   a4   13.571994   6.1082573   a5   -14.250768   -3.4214023   a6   0   0

表3

  前表面   后表面   R   5.196161   9.966542   K   0   0   a1   0   0   a2   0.7484   -0.54599   a3   0.66778   0.03544843   a4   -0.27631   -0.1526414   a5   -0.0436666   -0.2524   a6   -5.5208626e-005   7.0854218e-006

2.根据权利要求1所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述第一透镜和第三透镜的材料均为光学塑料ZEO-480R，所述第二透镜的材料为光学级PC树脂。

3.根据权利要求2所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述第一透镜的折射率的范围为1.4＜n1＜1.6，色散值的范围为55＜v1＜58，所述第二透镜的折射率的范围为1.4＜n2＜1.64，色散值的范围为20＜v2＜30，所述第三透镜的折射率的范围为1.4＜n3＜1.6，色散值的范围为55＜v3＜58。

4.根据权利要求1所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述第一透镜的前表面凸向物方，所述第一透镜的后表面凹向像方，所述第二透镜的前表面的上下端为平面且中央位置凹向物方，所述第二透镜的后表面凸向像方，所述第三透镜的前表面的上下端起伏而中央位置凸向物方，所述第三透镜的后表面的上下端起而中央位置凹向像方。

5.根据权利要求3所述的一种光学镜头组件，其特征在于：优选地，所述第一透镜的折射率n1＝1.525，色散值v1＝55.9。所述第二镜片的折射率n2＝1.585，色散值v2＝29.9，所述第三透镜的折射率n3＝1.525，色散值v3＝55.9。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述第一，第二及第三镜片的中心厚度介于0.4mm与0.7mm之间。

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