CN102439505B - 一种微型摄像镜头 - Google Patents

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Abstract

一种微型摄像镜头,包括三片非球面透镜(E1,E2,E3)以及光阑(E4)。各透镜的屈光度依次为正、负、正。透镜满足表达式:VP1>50和VP2<35,其中,VP1和VP2分别为第一透镜和第二透镜的阿贝数。

Description

一种微型摄像镜头
技术领域
本发明涉及一种镜头的成像光学系统,具体的说是涉及一种由三非球面透镜组成的微型高品质、低公差敏感度的镜头。
背景技术
微型摄像镜头在现有技术得到了较多的研究与开发,尤其是三片透镜结构的摄像镜头,更是得到了快速发展。但是,如何设计其具体的结构参数以达到更好的光学效果,一直都是在光学镜头制造行业上的主要问题。
一般来说,要达到摄像镜头的高品质是依靠一个或者多个非球面透镜来得到实现的,由于非球面透镜具有较好的曲率半径,因此能够维持良好的像差修正,进而提高了摄像镜头整体的分辨率以及品质,但这种设计也很容易导致其公差容限较低,镜头加工要求高,无法在大批量生产中质量稳定。与此相反,已经公开的具有较好公差容限的产品,大部分摄像品质较差。
公差容限是极具挑战性,同时也是传统光学设计最为忽略的领域,如今它非常重要。我们都知道,如果一个消费产品的参数被过度优化,其对生产制造的要求就会比较高,从而导致成品率低,生产成本增加,最终的产品没有竞争力。因此,在镜头的设计中,必须针对量产方面进行优化,即提高产品的公差容限,设计出一种摄像品质令人满意,但制造成本较低,在大批量生产中保持稳定的高品质镜头。
公开的中国专利号为200510035220.9的光学镜头是由三片透镜组成的光学系统,该镜头内的三片透镜从物方到像方依次为正屈光度的双凸面第一透镜,负屈光度的凹凸面第二透镜,负屈光度的凸凹面第三透镜。该款专利虽然第三透镜有较好的公差容许,镜片偏芯公差为5μm,但是第一透镜的偏芯公差为2μm,第二透镜的偏芯公差为2μm。故而加工制造上精度要求很高,存在一定的难度。
图1是该专利产品的蒙特卡洛良率分析图,从图中可以看出,其在1/2奈奎斯特频率时良率仅为77%。
针对上述问题,本发明提出了一种光学透镜结构,采用非球面透镜结合的方式以及特定的光学参数设计,有效的解决了目前镜头中无法兼顾到高品质以及低敏感度的缺点。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺陷而提供一种高品质、低敏感度的微型摄像镜头,其具体技术方案如下面所描述:
本发明的微型摄像镜头,包括三片非球面透镜以及光阑,所述三片非球面透镜自物方至像方依次为第一透镜、第二透镜和第三透镜,各透镜的屈光度依次为正、负、正,其中,所述透镜满足下列的表达式:
VP1>50以及
VP2<35;
式中,VP1与VP2分别为第一透镜和第二透镜的阿贝数。
进一步地,优选的结构是,所述光阑设置在第一透镜与第二透镜之间。
进一步地,优选的结构是,所述透镜满足下列的关系式:
1.0<|f2/f1|<5;
1.0<|P2R2/P1R1|<5
0.4<(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)
式中,f1为第一透镜的焦距;
f2为第二透镜的焦距;
P1R1为第一透镜物方的曲率半径;
P1R2为第一透镜像方的曲率半径;
P2R2为第二透镜像方的曲率半径。
进一步地,优选的结构是,
所述第一透镜为弯月形透镜;
所述第二透镜为弯月形透镜;
所述第三透镜为弓形透镜。
进一步地,优选的结构是,
所述第一透镜的凸面朝向物方;
所述第二透镜的凸面朝向像方;
所述第三透镜的中心凸面朝向物方。
进一步地,优选的结构是,
所述透镜满足下列的表达式:
0.4<(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)≤0.5
式中,P1R1为第一透镜物方的曲率半径;
P1R2为第一透镜像方的曲率半径。
本发明微型摄像镜头,由于采用了非球面透镜结合的方式,提高了整组镜头的解像能力,保证了镜头具有优良的成像品质,同时,通过合理的光学参数设计,使得该透镜的公差敏感度较低,保证了产品在生产时的批量化,取得了良好的技术效果。
附图说明
通过下面结合附图对示例性的实施例进行描述,本发明的上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1表示现有技术公开的一种微型摄像镜头的蒙特卡洛良率分析图;
图2表示本发明的实施例1的微型摄像镜头的具体结构示意图;
图3表示本发明的实施例1的微型摄像镜头的轴上色差图;
图4表示本发明的实施例1的微型摄像镜头的像散图;
图5表示本发明的实施例1的微型摄像镜头的畸变图;
图6表示本发明的实施例1的微型摄像镜头的倍率色差图;
图7表示本发明的实施例1的微型摄像镜头的蒙特卡洛良率分析图;
图8表示本发明的实施例2的微型摄像镜头的具体结构示意图;
图9表示本发明的实施例2的微型摄像镜头的轴上色差图;
图10表示本发明的实施例2的微型摄像镜头的像散图;
图11表示本发明的实施例2的微型摄像镜头的畸变图;
图12表示本发明的实施例2的微型摄像镜头的倍率色差图;
图13表示本发明的实施例2的微型摄像镜头的蒙特卡洛良率分析图。
具体实施方式
下面,结合附图详细说明本发明涉及的具体实施方式。
本发明针对现有技术的光学镜头大部分将重点放在提高成像品质而忽略公差容限的情况,提出了一种成像品质高、公差容限良好的微型摄像镜头。
本发明的微型摄像镜头,包括三片非球面透镜以及光阑,各透镜的屈光度依次为正、负、正,其中,所述透镜满足下列的表达式:
VP1>50以及
VP2<35;
式中,VP1与VP2分别为第一透镜和第二透镜的阿贝数。
在此,三片非球面透镜自物方至像方依次定义为第一透镜、第二透镜和第三透镜。
通过对透镜类型及屈光度的选择,并确定VP1与VP2满足的条件,可以明显降低色差和垂轴像差,提高成像品质,同时可以提高公差容限。本发明中对第三透镜的阿贝数VP3没有特别限制,只要为具有正屈光度的非球面透镜,第三透镜可以适宜采用任何在本领域常用的镜片。
本发明中对光阑的位置没有特殊限制,但优选设置在第一透镜与第二透镜之间,这种设置可以降低像差,提高成像品质。
本发明的非球面透镜的形状没有特殊限制,只要满足上述的屈光度和阿贝数的要求可以适宜地采用任何形状,例如双凸形、平凸形、双凹形、弯月形、弓形等,但是从提高成像品质的角度考虑,优选第一透镜为弯月形透镜,第二透镜为弯月形透镜,第三透镜为弓形透镜。进一步优选第一透镜的凸面朝向物方,第二透镜的凸面朝向像方,第三透镜的中心凸面朝向物方。
一般来讲,公差容限是一个比较复杂的问题,其受到很多因素的影响,本发明人经过大量实验发现,透镜焦距、曲率半径之间的函数关系对公差敏感度影响非常大,通过使透镜焦距、曲率半径之间满足下述关系,可以明显降低镜头的公差敏感度,提高产品的公差容限。
1.0<|f2/f1|<5;
1.0<|P2R2/P1R1|<5
0.4<(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)
式中,f1为第一透镜的焦距;
f2为第二透镜的焦距;
P1R1为第一透镜物方的曲率半径;
P1R2为第一透镜像方的曲率半径;
P2R2为第二透镜像方的曲率半径。
各透镜的曲率半径更优选满足:0.4<(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)≤0.5。通过满足这样的范围,透镜的公差容限得到进一步提高。
下面通过具体实施例对本发明进行详细的描述。
(实施例1)
图2表示本发明的实施例1的微型摄像镜头的具体结构示意图。如图所示,所述微型摄像镜头包括三片非球面透镜,并且,沿光轴从物面到像面依次为:具有正屈光度的第一透镜E1、光阑E4、具有负屈光度的第二透镜E2、具有正屈光度的第三透镜E3、滤光片E5和成像面E6。
本实施例中,第一透镜为弯月形的凸凹面透镜,凸面朝向物方,凹面朝向像方;第二透镜为弯月形的凹凸面透镜,凹面朝向物方,凸面朝向像方;第三透镜为凸凹面透镜的弓形透镜,凸面朝向物方,凹面朝向像方,中心凸面朝向物方。
第一透镜E1的阿贝数VP1=56.1,第二透镜E2的阿贝数VP2=23.0。
另外,为了进一步提高成像品质,在实施例1中,将光阑E4设置在第一透镜E1和第二透镜E2之间,也可以将光阑设置在其他位置处。
本实施例中,第一透镜的焦距f1为2.50,第二透镜的焦距f2为-3.79,而第三透镜的焦距f3选为4.53,整个透镜的焦距f为2.79。第一透镜物方的曲率半径P1R1为1.2000,第一透镜像方的曲率半径P1R2为3.4500,第二透镜像方的曲率半径P2R2为-1.4682。
基于上述的焦距和曲率半径的值计算结果如下:|f2/f1|为1.516,|P2R2/P1R1|为1.2235,(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)为0.4838。
下面参照图表对上述实施例1的微型摄像镜头进行描述,以使得本发明的上述特征和优点更加清楚和容易理解。
表1、表2列出了本发明的具体实施例1的透镜的相关参数,包含透镜面的表面类型、曲率半径,还有各透镜的厚度、材料、有效径以及圆锥系数。
沿光轴平行从物方一侧开始,将各个透镜依次编号,第一透镜E1的镜面为S1、S2,光阑面为S3,第二透镜E2的镜面为S4、S5,第三透镜E3的镜面为S6、S7,滤光片E6的镜面为S8、S9,S10为成像平面。
系统参数:1/5″感光器件,光圈值2.4
表1
  面序号S   表面类型   曲率半径R   厚度D   材料   有效径D   圆锥系数K
  物面   球面   无穷   1500   1878.27
  S1   非球面   1.2000   0.49   1.544/56.1   1.46   -0.8516
  S2   非球面   3.4500   0.0898   1.20   26.9969
  S3(光阑)   球面   无穷   0.4831   0.95
  S4   非球面   -0.8337   0.3450   1.640/23.0   1.12   0.2063
  S5   非球面   -1.4682   0.2671   1.50   -14.0633
  S6   非球面   1.0393   0.61   1.544/56.1   2.90   -8.9591
  S7   非球面   1.4390   0.60   3.24   -7.3348
  S8   球面   无穷   0.30   1.517/64.2   3.40
  S9   球面   无穷   0.2165   3.40
  S10   球面   无穷   0   3.53
表2列出了第一透镜E1、第二透镜E2、第三透镜E3的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16的具体参数,如下面的表格所示:
表2
图3至图6表示对应于本发明的实施例1的微型摄像镜头的光学性能曲线图,即分别表征了本发明的微型摄像镜头的色差、像散、畸变和倍率色差等特征,从图中可以清楚地看出本发明的实施例1的微型摄像镜头在色差、像散和畸变等方面得到明显改善,成像品质大大提高。
另外,图7表示表示本发明的实施例1的微型摄像镜头的蒙特卡洛良率分析图,从图7可以看出该款镜头的良率按照1/2奈奎斯特频率时良率可以达到92.5%,明显高于现有技术的77%的良率。
(实施例2)
图8表示本发明的实施例2的微型摄像镜头的具体结构示意图。
如图8所示,本实施例中,所述微型摄像镜头包括三片非球面透镜,并且,沿光轴从物面到像面依次为:具有正屈光度的第一透镜E1’、光阑E4’、具有负屈光度的第二透镜E2’、具有正屈光度的第三透镜E3’、滤光片E5’和成像面E6’。
本实施例中,三片非球面透镜的形状与上述实施例1相同,即第一透镜为弯月形的凸凹面透镜,第二透镜为弯月形的凹凸面透镜,第三透镜为凸凹面透镜的弓形透镜。
第一透镜E1’的阿贝数VP1=56.1,第二透镜E2’的阿贝数VP2=23.0。
第一透镜的焦距f1为3.15,第二透镜的焦距f2为-5.06,而第三透镜的焦距f3为5.77,整个透镜的焦距f为3.45。第一透镜物方的曲率半径P1R1为1.42704,第一透镜像方的曲率半径P1R2为4.253,第二透镜像方的曲率半径P2R2为-1.721408。
基于上述的焦距和曲率半径的值计算结果如下:|f2/f1|为1.606,|P2R2/P1R1|为1.2062,(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)为0.4975。
下面参照图表对上述发明的技术效果进行描述,以使得本发明的上述特征和优点更加清楚和容易理解。
表3、表4列出了本发明的具体实施例2的透镜的相关参数,包含透镜面的表面类型、曲率半径,还有各透镜的厚度、材料、有效径以及圆锥系数。
沿光轴平行从物方一侧开始,将各个透镜依次编号,第一透镜E1’的镜面为S1’、S2’,光阑面为S3’,第二透镜E2’的镜面为S4’、S5’,第三透镜E3’的镜面为S6’、S7’,滤光片E6’的镜面为S8’、S9’,S10’为成像平面。
系统参数:1/4″感光器件,光圈值2.4
表3
  面序号S   表面类型   曲率半径R   厚度D   材料   有效径D   圆锥系数K
  物面   球面   无穷   1500   1952.88   0
  S1′   非球面   1.42704   0.61482   1.544000/56   1.86334   -0.6837588
  S2′   非球面   4.253   0.167557   1.453579   19.11025
  S3′(光阑)   球面   无穷   0.5780616   1.100396   0
  S4′   非球面   -1.022543   0.432883   1.640000/23   1.375308   0.1917684
  S5′   非球面   -1.721408   0.349818   1.889881   -12.23866
  S6′   非球面   1.32948   0.7653876   1.544000/56   3.584808   -9.633307
  S7′   非球面   1.782853   0.7   3.965863   -7.376173
  S8′   球面   Infinity   0.3   BK7   4.29617   0
  S9′   球面   Infinity   0.3686003   4.376062   0
  S10′   球面   Infinity   4.604387   0
表4是对第一透镜E1’、第二透镜E2’、第三透镜E3’的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16的具体参数,如下面的表格所示:
表4
图9至图12表示对应于本发明的实施例2的微型摄像镜头的光学性能曲线图,即分别表征了本发明的微型摄像镜头的色差、像散、畸变和倍率色差等特征,从图中可以清楚地看出本发明的微型摄像镜头在色差、像散和畸变等方面得到明显改善,成像品质大大提高。
另外,图13表示表示本发明的实施例2的微型摄像镜头的蒙特卡洛良率分析图,从图13可以看出该款镜头的良率按照1/2奈奎斯特频率时良率可以达到91%,明显高于现有技术的77%的良率。
综上所述,可以知道,本发明的微型摄像镜头不仅光学性能优异,具有优良的成像品质,而且公差容限良好,能够满足透镜产品批量化生产的需要,在大批量生产中能够实现质量稳定,大大降低生产成本。
虽然上面针对微型摄像镜头描述了本发明的原理以及具体实施方式,但是,在本发明的上述教导下,本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形,而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白,上面的具体描述只是为了解释本发明的目的,并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种微型摄像镜头,包括三片非球面透镜以及光阑,所述三片非球面透镜自物方至像方依次为第一透镜、第二透镜和第三透镜,各透镜的屈光度依次为正、负、正,并且,各透镜满足下列的表达式:
VP1≥56.1以及23.0≤VP2<35;
式中,VP1与VP2分别为第一透镜和第二透镜的阿贝数;
并且,各透镜满足下列的表达式:
0.4<(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)≤0.4975;
式中,P1R1为第一透镜物方的曲率半径;P1R2为第一透镜像方的曲率半径;
进而,各透镜满足下列的关系式:
1.0<|f2/f1|≤1.606;
1.0<|P2R2/P1R1|≤1.2062
0.4<(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)
式中,f1为第一透镜的焦距;
f2为第二透镜的焦距;
P1R1为第一透镜物方的曲率半径;
P1R2为第一透镜像方的曲率半径;
P2R2为第二透镜像方的曲率半径;
并且,所述光阑设置在第一透镜与第二透镜之间。
2.根据权利要求1所述的微型摄像镜头,其特征在于,
所述第一透镜为弯月形透镜;
所述第二透镜为弯月形透镜;
所述第三透镜为弓形透镜。
3.根据权利要求2所述的微型摄像镜头,其特征在于,
所述第一透镜的凸面朝向物方;
所述第二透镜的凸面朝向像方;
所述第三透镜的中心凸面朝向物方。
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