CN102053340A

CN102053340A - 超薄型三片式成像透镜组

Info

Publication number: CN102053340A
Application number: CN2009101980523A
Authority: CN
Inventors: 辛保云
Original assignee: PHENIX OPTICAL (SHANGHAI) CO Ltd
Current assignee: PHENIX OPTICAL (SHANGHAI) CO Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-11

Abstract

本发明涉及一种超薄型三片式成像透镜组，尤其涉及应用于照相手机镜头和笔记本电脑摄像镜头中的超薄型成像透镜组。该成像透镜组是由三片具有屈折率的透镜和一开口光阑构成，由物侧至像侧依次为：第一透镜为正透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面；一开口光阑；第二透镜为负透镜，其前表面为凹面、后表面为凸面；第三透镜为正透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面。此外，第一透镜、第二透镜及第三透镜的各面均由高阶非球面的塑胶镜片构成，达到降低成本，满足高像素感光元件的分辨力要求。

Description

超薄型三片式成像透镜组

【技术领域】

本发明涉及一种超薄型三片式成像透镜组，尤其涉及应用于照相手机镜头和笔记本电脑摄像镜头中的超薄型成像透镜组。

【背景技术】

普通适配百万像素1.3MEGA以上、3.0MEGA以下的镜头，大多采用三片式镜头结构。常见的三片式镜头中，以前置光阑居多，其优点是望远比小(望远比(TL/f)是整个光学系统的总长(TL)与焦距(f)的比)、光线入射到感光元件上的角度小；缺点是对透镜偏心误差要求高，加工难度大。此类型镜头在大批量组装生产过程中产品良率较低，生产成本相对较高。

【发明内容】

本发明公开一种望远比小、视场角大、光学系统总长短、结构紧凑型成像系统，它由三片透镜同轴排列构成，尤其适用于照相手机和笔记本电脑等数码成像便携式超薄照相设备。

为了实现上述目的，使微型镜头获得良好的影像质量并有效地降低成像透镜组的偏心敏感度，本发明通过以下技术方案实现：

一成像透镜组，由三片具有中心曲率的透镜所构成，由物侧起至像侧依次为：

一具有正曲率的第一透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面、后表面均设置有非球面；

一具有负曲率的第二透镜，其前表面为凹面、后表面为凸面，且其前表面、后表面均设置有非球面；

一具有正曲率的第三透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面、后表面均设置有非球面；

其中，上述成像透镜组的光阑设置在所述的第一透镜与第二透镜之间，用于控制成像透镜组的通光口径。

在本发明中，具有正曲率的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，具有负曲率的第二透镜，其前表面为凹面，后表面为凸面，具有正曲率的第三透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面。上述三片透镜均采用塑胶材料，注塑成型的方法制造，可以用较低廉的成本生产出高精度的透镜；三片透镜表面均设置为非球面，可以有效的削减像差、减小畸变、减小光线入射到感光元件上的角度，同时还可以减少透镜数量，有效的缩短光学系统长度；可以在保证良好成像质量的情况下，达到超薄型、微型化的目的。

本发明尤其重要的特点是：可以有效地减小各透镜由于偏心误差对镜组光学成像系统的影响，为大批量生产奠定基础。

在本发明三片式成像透镜组中，第一透镜的焦距f₁和整个成像系统的焦距f，其满足下述关系式：

1.0＜f/f₁＜1.2。

上述关系可以在整个成像透镜组中对第一透镜合理的分配光焦度。当f/f₁小于其下限值时，则成像透镜组的曲率不足，使得成像透镜组总长度过长，不符合超薄型、微型化镜头的特性；当f/f₁大于其上限值时，则成像透镜组的高阶像差则过大。

在本发明三片式成像透镜组中，第二透镜的焦距f₂与整个成像系统的焦距f，其满足下述关系式：

0.2＜|f/f₂|＜0.6。

若|f/f₂|小于上述关系的下限值，则成像透镜组的色差难以校正；若|f/f₂|大于上述关系式的上限值，则成像透镜组的总长度将过长，不符合超薄型、微型化镜头的特性。

在本发明三片式成像透镜组中，第三透镜的焦距f₃与整个成像系统的焦距f，其满足下述关系式：

0.25＜f/f₃＜0.5。

若f/f₃小于上述关系的下限值，则第三透镜的曲率不足，易造成成像透镜组总长度过长，后焦过短现象；若f/f₃大于上述关系的上限值，则第三透镜面型变化后所带来的高阶像差难以消除，且非球面面型难以加工和检测。

在本发明三片式成像透镜组中，第一透镜的折射率Nd₁和第三透镜的折射率Nd₃，满足下述关系式：

1.5＜Nd₁＜1.55；

1.5＜Nd₃＜1.55。

若Nd₁、Nd₃低于下限值，则所选光学塑胶材料耐高温性能差，且注塑成型时不能做到边厚很薄，不符合此成像透镜组的超薄型、微型化特性；若Nd₁、Nd₃高于上限值，则难以找到合适的光学塑胶材料与成像透镜组相匹配。

在本发明成像透镜组中，第二透镜的折射率Nd₂，满足下述关系式：

Nd₂＞1.63。

若第二透镜的折射率Nd₂小于下限值，则不能在此成像透镜组的超薄型、微型化的特性要求下，满足高像素感光元件成像质量要求。

在本发明三片式成像透镜组中，第一透镜的色散系数Vd₁，第二透镜的色散系数Vd₂，第三透镜的色散系数Vd₃，满足下述关系式：

Vd₁＞55；

Vd₂＜24；

Vd₃＞55。

上述关系可以有效地校正成像透镜组所产生的色差。

在本发明三片式成像透镜组中，第二透镜的中心厚度CT₂，满足下述关系式：

0.3≤CT₂≤0.35(mm)。

上述关系可以降低整个成像透镜组的总长度，并且可以有效的提高分辨率。

在本发明三片式成像透镜组中，第一透镜与开口光阑的间隔T₁₄，满足下述关系式：

0.04＜T₁₄＜0.1(mm)。

若间隔T₁₄小于其下限值，则在装配开口光阑时难以保证其位置，开口光阑位置不准确易造成成像透镜组的像点过大，杂散光较多现象，影响成像的清晰度；若间隔T₁₄大于上限值，则易造成成像透镜组总长度过长，不能满足超薄型、微型化特性。

在本发明三片式成像透镜组中，第二透镜与第三透镜的间隔T₂₃，满足下述关系式：

0.03＜T₂₃＜0.08(mm)。

若间隔T₂₃小于其下限值，则在成像透镜组装配时易造成第二透镜与第三透镜接触挤压，影响中心范围成像效果；若间隔T₂₃大于其上限值，则成像透镜组不能满足超薄型、微型化特性。

在本发明三片式成像透镜组中，第一透镜的前表面透镜曲率R₁与所述的第二透镜的后表面透镜曲率R₅，满足下述关系式：

0.8＜|R₁/R₅|＜1.1。

满足上述关系，有利于提高第一透镜前表面和第二透镜后表面相对于开口光阑的对称性，降低第一透镜前表面和第二透镜后表面的偏心误差对光学系统的影响敏感度。

在本发明三片式成像透镜组中，第一透镜的前表面的有效口径D₁，第一透镜的后表面的有效口径D₂，第二透镜的前表面的有效口径D₄，第二透镜的后表面的有效口径D₅，满足下述关系式：

0＜|D₂-D₅|＜0.2(mm)；

0＜|D₂-D₄|＜0.2(mm)。

上述关系可以使第一透镜和第二透镜有很好的对称性，这样可以降低透镜的偏心误差对光学系统的影响敏感度。

在本发明三片式成像透镜组中，第一透镜的周边厚度ET₁，第二透镜的周边厚度ET₂，第三透镜的周边厚度ET₃，满足下述关系式：

0.22＜ET₁＜0.3(mm)；

0.20＜ET₂＜0.3(mm)；

0.22＜ET₃＜0.3(mm)。

上述关系可以满足成像透镜组的超薄型、微型化的特性。

在本发明三片式成像透镜组中，成像透镜组的总长度TL，成像透镜组的高度IH，满足下述关系式：

TL/IH＜1.9。

上述关系可以实现光学系统成像透镜组的超薄型、微型化的特性。

在本发明三片式成像透镜组中，第一透镜的前表面和后表面、第二透镜的前表面和后表面，以及第三透镜的前表面和后表面均满足下面的等式：

Z = \frac{{Ch}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + K) C^{2} h^{2}}} - A_{4} h^{4} + A_{6} h^{6} - A_{8} h^{8} - A_{10} h^{10}

其中Z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，C表示曲面顶点的曲率，K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，A₄、A₆、A₈、A₁₀分别表示四阶、六阶、八阶，十阶的非球面系数。

本发明在于三片式成像透镜组在满足超薄型、微型化的特性要求下，同时能满足高像素感光元件的分辨力要求，降低了由于透镜的偏心误差对光学系统的影响敏感度，为大批量流水线自动化生产奠定了基础。

【附图说明】

图1为实施例1的成像透镜组示意图；

图2为实施例1的球差曲线图；

图3为实施例1的场曲和畸变曲线图；

图4为实施例2的成像透镜组示意图；

图5为实施例2的球差曲线图；

图6为实施例2的场曲和畸变曲线图；

图7为实施例3的成像透镜组示意图；

图8为实施例3的球差曲线图；

图9为实施例3的场曲和畸变曲线图。

【具体实施方式】

对于本发明的实施实例配合附图来说明，本发明图1、图4、图7是各实施例的镜片构成示意图，图2、图3、图5、图6、图8、图9是各实施例的光学特性图。本发明是采用三片构成式设计，特别适合应用于超薄型照相手机镜头和笔记本电脑摄像镜头中。

如图所示，各实施例皆包含：第一透镜10、开口光阑40、第二透镜20、第三透镜30、平行平板玻璃50和成像面60，并依前述的顺序沿光轴自物侧起排列。

一具有正曲率的第一透镜10，其前表面为凸面、后表面为凹面，其材质为塑料，且其前表面、后表面均设置有非球面；

一具有负曲率的第二透镜20，其前表面为凹面、后表面为凸面，其材质为塑料，且其前表面、后表面均设置有非球面；

一具有正曲率的第三透镜30，其前表面为凸面、后表面为凹面，其材质为塑料，且其前表面、后表面均设置有非球面；

一成像透镜组之开口光阑40，位于第一透镜10与第二透镜20之间，用于控制成像透镜组的通光口径；

还包括一红外截止滤光片50(IR Filter)，置于第三透镜30之后；

一成像面60，置于红外滤光片50之后。

在各实施例表中，EFL表示整个光学系统的焦点距离，F/No.表示光圈数，FOV表示视场角；在各实施例表的下面依序是(第1、2……10)面编号，这是代表自物侧起同轴依序排列的各面号码，第1、2面是第一透镜的两个面，第4、5面是第二透镜的两个面，第6、7为第三透镜的两个面，第8、9面是平行平面玻璃50的两个面，其曲率半径为∞；第10面为像面。

具体实施例如下表：

实例1

表1

表2

实例2

表3

表4

实例3

表5

表6

对于上述各实例，满足所列条件式的主要参数如下表中所示：

表7

实例1

实例2

实例3

f/f₁	1.06	1.04	1.05
				\|f/f₂\|	0.202	0.194	0.437
f/f₃	0.287	0.305	0.464
				Nd₁	1.515	1.515	1.515
Nd₂	1.632	1.632	1.632
				Nd₃	1.515	1.515	1.515
Vd₁	56.8	56.8	56.8
				Vd₂	23.4	23.4	23.4
Vd₃	56.8	56.8	56.8
				CT₂	0.346	0.320	0.318
T₁₄	0.084	0.084	0.071
				T₂₃	0.07	0.05	0.03
\|R₁/R₅\|	0.995	1.018	0.819
				\|D₁-D₅\|	0.008	0.018	0.143
\|D₂-D₄\|	0.055	0.074	0.167
				ET₁	0.284	0.257	0.242
ET₂	0.226	0.201	0.207
				ET₃	0.290	0.263	0.236
TL/IH	1.85	1.79	1.72
				TL/f	1.29	1.29	1.24

Claims

1.一种三片式成像透镜组，由三片具有屈折率的透镜构成，其特征在于：所述的透镜由物侧起至像侧依次为：

——第一透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面、后表面均设置有非球面；

——第二透镜，其前表面为凹面、后表面为凸面，且其前表面、后表面均设置有非球面；

——第三透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面、后表面均设置有非球面。

2.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第一透镜的焦距f₁和整个成像系统的焦距f，满足下述关系式：

1.0＜f/f₁＜1.2。

3.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第二透镜的焦距f₂与整个成像系统的焦距f，满足下述关系式：

0.2＜|f/f₂|＜0.6。

4.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第三透镜的焦距f₃与整个成像系统的焦距f，满足下述关系式：

0.25＜f/f₃＜0.5。

5.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第一透镜的折射率Nd₁和第三透镜的折射率Nd₃，满足下述关系式：

1.5＜Nd₁＜1.55；

1.5＜Nd₃＜1.55。

6.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第二透镜的折射率Nd₂，满足下述关系式：

Nd₂＞1.63。

7.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第一透镜的色散系数Vd₁，第二透镜的色散系数Vd₂，第三透镜的色散系数Vd₃，满足下述关系式：

Vd₁＞55；

Vd₂＜24；

Vd₃＞55。

8.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第二透镜的中心厚度CT₂，满足下述关系式：

0.3≤CT₂≤0.35(mm)。

9.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第一透镜与开口光圈的间隔T₁₄，满足下述关系式：

0.04＜T₁₄＜0.1(mm)。

10.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于：所述的第二透镜与第三透镜的间隔T₂₃，满足下述关系式：

0.03＜T₂₃＜0.08(mm)。

11.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于，所述的第一透镜的前表面透镜曲率R₁与所述的第二透镜的后表面透镜曲率R₅，满足下述关系式：

0.8＜|R₁/R₅|＜1.1。

12.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于，所述的第一透镜的前表面的有效口径D₁，第一透镜的后表面的有效口径D₂，第二透镜的前表面的有效口径D₄，第二透镜的后表面的有效口径D₅，满足下述关系式：

0＜|D₂-D₅|＜0.2(mm)；

0＜|D₂-D₄|＜0.2(mm)。

13.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于，所述的第一透镜的周边厚度ET₁，第二透镜的周边厚度ET₂，第三透镜的周边厚度ET₃，满足下述关系式：

0.22＜ET₁＜0.3(mm)；

0.20＜ET₂＜0.3(mm)；

0.22＜ET₃＜0.3(mm)。

14.根据权利要求1所述的三片式成像透镜组，其特征在于，根据权利要求1所述的一种手机镜头摄像系统，其特征在于，第一透镜的前表面和后表面、第二透镜的前表面和后表面，以及第三透镜的前表面和后表面均满足下面的等式：

Z = \frac{{Ch}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + K) C^{2} h^{2}}} - A_{4} h^{4} + A_{6} h^{6} - A_{8} h^{8} - A_{10} h^{10}

其中Z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，C表示曲面顶点的曲率，K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，A₄、A₆、A₈、A₁₀分别表示四阶、六阶、八阶、十阶的非球面系数。