CN102346290B

CN102346290B - 一种光学镜头组件

Info

Publication number: CN102346290B
Application number: CN2010102444615A
Authority: CN
Inventors: 姜莉莉
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: CN102346290A

Abstract

一种光学镜头组件，包括固定光阑、透镜组，透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的塑料第一正透镜、第二正透镜和第三负透镜；第一正透镜具有第一表面及第二表面，第二正透镜具有第三表面及第四表面，第三负透镜具有第五表面及第六表面；固定光阑位于第一正透镜和第二正透镜之间；三透镜的前后表面均为非球面；第一表面凸向物方一侧，第二表面凸向像方一侧；第三表面相对于物方的一侧为弧状凹陷形，第四表面为向像方一侧凸出的弧形；第五表面、第六表面均为波浪形，第五表面的中心向物方一侧凸出，第六表面的中心凸向物方一侧。本发明为三片塑料透镜全非球面设计，采用正、正、负的屈光度组合，可以缩短镜头总长，提高成像质量，并且易于加工。

Description

一种光学镜头组件

技术领域

本发明涉及一种光学镜头组件，适合安装于以CCD或CMOS为摄像元件的手机与个人电脑的画像输入装置、数码相机、监视用CCD摄像机以及检查装置等。

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。随着半导体技术的进步，与镜头适配的感光组件CCD或CMOS的像素点也能越做越小，小型摄像模组也趋于向高像素发展，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。同时数码产品的轻薄短小要求，也迫使镜头设计不断地追求更短的光学总长。综上所述，目前数码产品的发展，要求镜头设计不仅要同时兼顾缩减镜头高度和获得高的解像力，而工业上大批量产也要求镜头设计尽可能的降低生产成本，具备良好的加工性。

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，提供一种能有效校正各种像差，获得高的解像力，同时有效缩减系统总长度的光学镜头组件。

一种光学镜头组件，包括固定光阑、透镜组，透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的塑料第一正透镜、第二正透镜和第三负透镜；第一正透镜具有第一表面及第二表面，第二正透镜具有第三表面及第四表面，第三负透镜具有第五表面及第六表面；所述固定光阑位于第一正透镜和第二正透镜之间；所述第一、第二表面、第三表面、第四表面、第五表面、第六表面均为非球面；第一表面凸向物方一侧，第二表面凸向像方一侧；第三表面相对于物方的一侧为弧状凹陷形，第四表面为向像方一侧凸出的弧形；第五表面、第六表面均为波浪形，第五表面的中心向物方一侧凸出，第六表面的中心凸向物方一侧。

本发明的有益效果是：其只采用三片透镜，且全采用塑料材质，利用全非球面的设计，采用正、正、负的屈光度组合，借由此透镜结构、排列方式与镜片配置，可以有效地缩短镜头系统总长，使各种像差得到良好校正，获得较高的解像力，并且易于加工，有利于成本降低。

附图说明

图1是本发明光学镜头组件实施例一的光学组件结构示意图；

图2实施例二的光学镜头组件MTF(光学传递函数)图；

图3实施例二的光学镜头组件场曲示意图；

图4实施例二的光学镜头组件畸变示意图；

图5实施例三的光学镜头组件MTF(光学传递函数)图；

图6实施例三的光学镜头组件场曲示意图；

图7实施例三的光学镜头组件畸变示意图；

图8实施例四的光学镜头组件MTF(光学传递函数)图；

图9实施例四的光学镜头组件场曲示意图；

图10实施例四的光学镜头组件畸变示意图。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，但并不限于本发明。

实施例一：

一种光学镜头组件，包括固定光阑5、透镜组，透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的塑料第一正透镜1、第二正透镜2和第三负透镜4；第一正透镜具有第一表面及第二表面，第二正透镜具有第三表面及第四表面，第三负透镜具有第五表面及第六表面；所述固定光阑位于第一正透镜和第二正透镜之间；所述第一、第二表面、第三表面、第四表面、第五表面、第六表面均为非球面；第一表面凸向物方一侧，第二表面凸向像方一侧；第三表面相对于物方的一侧为弧状凹陷形，第四表面为向像方一侧凸出的弧形；第五表面、第六表面均为波浪形，第五表面的中心向物方一侧凸出，第六表面的中心凸向物方一侧。

上述光学镜头组件，其只采用三片透镜，且全采用塑料材质，利用全非球面的设计，采用正、正、负的屈光度组合，借由此透镜结构、排列方式与镜片配置，可以有效地缩短镜头系统总长，使各种像差得到良好校正，获得较高的解像力，并且易于加工，有利于成本降低。该光学镜头组件光阑位于第一、第二正透镜之间，其第一正透镜前表面凸向物方，第三负透镜后表面上设置有反曲点，可减小系统主光线出射角，增加像面亮度，同时采用这个组合可有利缩短总长；并使轴外像差得到良好校正。

进一步地，所述光学镜头组件满足以下条件：

1.1＜L/f＜1.35；

f1＞0，且1.1＜f/f1＜1.6；

f2＞0，且0.3＜f/f2＜0.6；

f3＜0，且-0.6＜f/f3＜-0.3；

其中f为整个光学镜头组件的有效焦距值；L为光学系统总长；f1为第一正透镜的有效焦距值；f2为第二正透镜的有效焦距值；f3为第三负透镜的有效焦距值；镜头组件总长及各透镜有效焦距值之间的关系的限定，进一步缩短了镜头的总长，并对各像差，进行良好的矫正，得到了较高的光学成像质量。

为了有效减小系统色差，和得到更高的解像力，本发明光学镜头组件在材质选择上满足以下条件：

其中，第一正透镜的材料为折射率＜1.55，色散值＞50的光学材料；第二正透镜的材料为折射率＜1.55，色散值＞50的光学材料；第三负透镜的材料为折射率＞1.57，色散值＜32的光学材料。

第一正透镜的优选色散大于50，第三负透镜的优选色散小于32，采用上述色散数值可以减小系统色差。

第三负透镜后面还包括滤光片，所述滤光片具体为一平板玻璃片；平板玻璃材质为BK7，折射率和色散分别为n＝1.5168，v＝64.17。此外，平板玻璃至少一作用面镀覆一层红外截至滤光膜(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。

所述非球面的面形符合如下公式：

z = \frac{{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为镜面的近轴曲率，c＝1/R，其中R为镜面近轴曲率半径，r为非球面各点距光轴的高度；a1、a2、a3、a4、a5、a6为非球面系数。

实施例二：

本发明所提供的第二实施例，为在实施例一的基础上，进一步提出了镜头组件的相关参数如下：

镜片参数：

非球面系数：

表中厚度d为此面距离下个面的距离，该镜头的总长L＝3.621mm，有效焦距值f＝2.78mm，第一正透镜的有效焦距值f1＝2.31mm，第二正透镜的有效焦距值f2＝5.66mm，第三负透镜的有效焦距值f3＝-5.69mm，f/f1＝1.203，f/f2＝0.491，f/f3＝-0.489，光圈数FNO.＝2.91087。

本实施例中，优选地，第一正透镜的材料为折射率＜1.55，色散值＞50的光学材料，其中优选塑胶材料480R(非晶型聚烯烃)，折射率和色散分别为n1＝1.525，v1＝56；第二正透镜的材料为折射率＜1.55，色散值＞50的光学材料，其中优选塑胶材料480R(非晶型聚烯烃)，折射率和色散分别为n1＝1.525，v1＝56；第三负透镜的材料为折射率＞1.57，色散值＜32的光学材料，其中优选塑胶材料OKP-4HT，折射率和色散分别为n2＝1.632，v2＝23.4。

图2是本发明实施例二的光学镜头组件的调制传递函数(ModulationTransfer Function，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分别是本发明实施例二的光学镜头组件的场曲和畸变图，从图3和图4可以看出，该光学镜头组件的场曲小于0.20mm，畸变小于2％；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 CoupledDevice，简称CCD)影像传感器接收的要求。

因此本发明提供的实施例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，特别是非点像差和畸变像差进行良好矫正，并得到较高的解像力。

实施例三：

本发明所提供的第三实施例，为在实施例一的基础上，进一步提出了镜头组件的相关参数如下：

镜片参数：

类型	曲率半径(R)	二次曲面系数(k)	厚度(dmm)
				第一表面	1.677977	-2.570460	0.63
第二表面	-19.960827	1206.432952	0.05
				第三表面	-0.581000	-10.726240	0.40
第四表面	-0.791839	0.353756	0.05
				第五表面	1.234655	-11.233467	0.74
第六表面	1.472862	-6.206018	0.1113
				滤光片前表面	Infinity		0.3
滤光片后表面	Infinity		0.98
				像面

非球面系数：

表中厚度d为此面距离下个面的距离，该镜头的总长L＝3.622mm，有效焦距值f＝2.774mm，第一正透镜的有效焦距值f1＝2.312mm，第二正透镜的有效焦距值f2＝6.375mm，第三负透镜的有效焦距值f3＝-6.356mm，f/f1＝1.567，f/f2＝O.568，f/f3＝-0.570，光圈数FNO.＝2.91057。

图5是本发明实施例三的光学镜头组件的调制传递函数(ModulationTransfer Function，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6和图7分别是本发明实施例三的光学镜头组件的场曲和畸变图，从图6和图7可以看出，该光学镜头组件的场曲小于0.20mm，畸变小于2％；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 CoupledDevice，简称CCD)影像传感器接收的要求。

实施例四：

本发明所提供的第四实施例，为在实施例一的基础上，进一步提出了镜头组件的相关参数如下：

镜片参数：

类型	曲率半径(R)	二次曲面系数(k)	厚度(dmm)
				第一表面	1.676653	-2.763751	0.63
第二表面	-20.702002	1391.207551	0.05
				第三表面	-0.578671	-10.17831	0.40
第四表面	-0.809894	0.459374	0.05
				第五表面	1.295835	-17.544026	0.74
第六表面	1.233033	-4.602840	0.1113
				滤光片前表面	Infinity		0.3
滤光片后表面	Infinity		0.8858
				像面

非球面系数：

表中厚度d为此面距离下个面的距离，该镜头的总长L＝3.617mm，有效焦距值f＝2.775mm，第一正透镜的有效焦距值f1＝2.374mm，第二正透镜的有效焦距值f2＝7.713mm，第三负透镜的有效焦距值f3＝-7.686mm，f/f1＝1.169，f/f2＝0.360，f/f3＝-0.361，光圈数FNO.＝2.913。

图8是本发明实施例四的光学镜头组件的调制传递函数(ModulationTransfer Function，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和图10分别是本发明实施例四的光学镜头组件的场曲和畸变图，从图6和图7可以看出，该光学镜头组件的场曲小于0.20mm，畸变小于2％；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 CoupledDevice，简称CCD)影像传感器接收的要求。

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

1.一种光学镜头组件，其特征在于：包括固定光阑、透镜组，透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的塑料第一正透镜、第二正透镜和第三负透镜；第一正透镜具有第一表面及第二表面，第二正透镜具有第三表面及第四表面,第三负透镜具有第五表面及第六表面；所述固定光阑位于第一正透镜和第二正透镜之间；所述第一、第二表面、第三表面、第四表面、第五表面、第六表面均为非球面；第一表面凸向物方一侧，第二表面凸向像方一侧；第三表面相对于物方的一侧为弧状凹陷形，第四表面为向像方一侧凸出的弧形；第五表面、第六表面均为波浪形，第五表面的中心向物方一侧凸出，第六表面的中心凸向物方一侧；

所述光学镜头组件满足以下条件：

1.1<L/f<1.35；

f1>0，且1.1<f/f1<1.6；

f2>0，且0.3<f/f2<0.6；

f3<0，且-0.6<f/f3<-0.3；

其中f为整个光学镜头组件的有效焦距值；L为光学系统总长；f1为第一正透镜的有效焦距值；f2为第二正透镜的有效焦距值；f3为第三负透镜的有效焦距值。

2.根据权利要求1所述的一种光学镜头组件，其特征在于：第一正透镜的材料为折射率<1.55,色散值>50的光学材料；第二正透镜的材料为折射率<1.55,色散值>50的光学材料；第三负透镜的材料为折射率>1.57,色散值<32的光学材料。

3.根据权利要求2所述的一种光学镜头组件，其特征在于：第一正透镜的折射率和色散分别为n1＝1.525，v1＝56；第二正透镜的折射率和色散分别为n1＝1.525，v1＝56；第三负透镜的折射率和色散分为n2＝1.632，v2＝23.4。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述非球面的面形符合如下公式：

z = \frac{{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为镜面的近轴曲率，c＝1/R，其中R为镜面近轴曲率半径，r为非球面上的点距光轴的高度；a1、a2、a3、a4、a5、a6为非球面系数。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种光学镜头组件，其特征在于：还包括位于第三负透镜后面的滤光片。

6.根据权利要求5所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述滤光片包括平板玻璃片，以及设于平板玻璃片作用面上的外截至滤光膜。

7.根据权利要求6所述的一种光学镜头组件，其特征在于：所述平板玻璃片的折射率和色散分别为n＝1.5168，v＝64.17。