CN102566006B - 定焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种定焦镜头，该定焦镜头从物侧至像侧依次包括一个具有正光焦度的第一透镜及一个具有正光焦度的第二透镜，该第一透镜包括一个面向物体一侧的第一表面及一个面向成像面一侧的第二表面，该第二透镜包括一个面向物体一侧的第三表面及一个面向成像面一侧的第四表面，该定焦镜头满足关系式：Rmax/TTL＞0.97；0.31＜G1R1/F1＜0.33；0.60＜G1R2/F1＜0.65；0.17＜G2R1/F2＜0.27；0.24＜G2R2/F2＜0.45；其中，Rmax为最大成像圆直径，TTL为定焦镜头的全长，G1R1为第一表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，G1R2为第二表面的曲率半径，G2R1为第三表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距，G2R2为第四表面的曲率半径。所述定焦镜头具有结构紧凑、体积较小且成像质量较佳的优点。
Description
技术领域
本发明涉及成像技术，尤其涉及一种定焦镜头。
背景技术
随着摄像技术的发展，相机模组在各种用途的摄像装置中得到广泛的应用，相机模组与各种便携式电子装置如手机、摄像机、电脑等的结合，更是得到众多消费者的青睐。
便携式电子装置通常要求具有尽可能小的体积，以满足消费者的便携需求，相应地，组装在便携式电子装置的镜头的长度也被要求不断缩小，在尽量照顾到节约成本的前提下，需要采用尽可能少的镜片来来制造长度较小的镜头，但同时又要求影像的畸变表现必需维持在较低水平下，即要求镜头具有低畸变(Distortion)，且要求尽量减小镜头的颜色偏差(该颜色偏差通常是影像由于镜头的主光线入射角(chief ray angle；CRA)和影像感测器的微透镜阵列(microlens array)所接收的主光线的入射角不匹配所造成)。
有鉴于此，有必要提供一种结构紧凑、体积较小且成像质量较佳的定焦镜头。
发明内容
下面将以具体实施例说明一种结构紧凑、体积较小且成像质量较佳的光学定焦镜头。
一种定焦镜头，该定焦镜头从物侧至像侧依次包括一个具有正光焦度的第一透镜及一个具有正光焦度的第二透镜，该第一透镜包括一个面向物体一侧的第一表面及一个面向成像面一侧的第二表面，该第二透镜包括一个面向物体一侧的第三表面及一个面向成像面一侧的第四表面，该定焦镜头满足关系式：
Rmax/TTL＞0.97；
0.31＜G1R1/F1＜0.33；
0.60＜G1R2/F1＜0.65；
0.17＜G2R1/F2＜0.27；
0.24＜G2R2/F2＜0.45；
其中，Rmax为最大成像圆直径，TTL为定焦镜头的全长，G1R1为第一表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，G1R2为第二表面的曲率半径，G2R1为第三表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距，G2R2为第四表面的曲率半径。
相对于现有技术，本发明所提供的定焦镜头中，关系式Rmax/TTL＞0.97限制了定焦镜头的全长，关系式0.31＜G1R1/F1＜0.33保证了定焦镜头全长与球面像差之间具有较佳的平衡，即满足该关系式的定焦镜头具有较小的长度，且该定焦镜头在其长度较小的情况下仍保证可获得较佳的成像质量。
附图说明
图1是本发明提供的定焦镜头的结构示意图。
图2是本发明第一实施例提供的定焦镜头的球面像差特性曲线图。
图3是本发明第一实施例提供的定焦镜头的场曲特性曲线图。
图4是本发明第一实施例提供的定焦镜头的畸变特性曲线图。
图5是本发明第一实施例提供的定焦镜头的主光线入射角特性曲线图。
图6是本发明第二实施例提供的定焦镜头的球面像差特性曲线图。
图7是本发明第二实施例提供的定焦镜头的场曲特性曲线图。
图8是本发明第二实施例提供的定焦镜头的畸变特性曲线图。
图9是本发明第二实施例提供的定焦镜头的主光线入射角特性曲线图。
主要元件符号说明
定焦镜头 100
第一透镜 G1
第二透镜 G2
第一表面 11
第二表面 12
第三表面 13
第四表面 14
光阑 20
滤光片 97
玻璃片 98
成像面 99
具体实施方式
下面将结合附图，以对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明提供的一种定焦镜头100，其从物侧至像侧依次包括：具有正光焦度的一个第一透镜G1及一个具有正光焦度的一个第二透镜G2。具体地，该第一透镜G1包括一个面向物体一侧的第一表面11、以及一个面向成像面一侧的第二表面12，该第二透镜G2包括一个面向物体一侧的第三表面13、以及一个面向成像面一侧的第四表面14。
本实施例中，该定焦镜头100还包括一个设置于该第二透镜G2远离该第一透镜G1一侧的光阑(Aperture stop)20，其用于控制通过第一透镜G1的光通量。
该第一、第二透镜G1、G2的位置固定不变，成像时，光线自物侧入射至光阑20，并依次经第一透镜G1、第二透镜G2后汇聚(成像)于成像面99。可以理解的是，可通过设置影像感测器，如电荷耦合元件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的感测面(图未示)于成像面99处以组成一个成像系统。
所述定焦镜头100满足以下关系式：
(1)Rmax/TTL＞0.97；
(2)0.31＜G1R1/F1＜0.33；
其中，Rmax为最大成像圆直径，即光线经过第一透镜G1和第二透镜G2后入射到成像面99上所形成的图像的最大直径，TTL(Totaltrack length)为定焦镜头100的全长，G1R1为第一表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距。
本发明所提供的定焦镜头100关系式中，关系式Rnax/TTL＞0.97限制了定焦镜头100的全长TTL，关系式0.31＜G1R1/F1＜0.33保证了定焦镜头100全长TTL与球面像差之间具有较佳的平衡，即满足该上述关系式(1)、(2)的定焦镜头100具有较小的长度，且该定焦镜头100在其长度较小的情况下仍保证可获得较佳的成像质量。
所述第一、第二透镜G1、G2的材料可分别选自塑料、聚合物、以及玻璃中任意一者。优选地，为节约成本，本发明的第一、第二透镜G1、G2均采用塑料制成。
在该第二透镜G2与成像面99之间还可设置一个玻璃片(coverglass)98以保护位于成像面99上的影像感测器，以防止灰尘落在影像感测器上而影响成像品质。进一步地，在该玻璃片98与该第二透镜G2之间可设置一个滤光片97，该滤光片97用于选择性地对部分光进行过滤，从而优化成像效果。例如，所述滤光片97可为一个红外截止滤光片(IR-Cut Filter)，以将人眼无法检测的红外光滤除。
所述定焦镜头100可运用在便携式电子装置，例如手机中。
为了进一步保证在定焦镜头100在具有较小全长的前提下还具有较佳的成像质量，所述定焦镜头100可进一步满足以下关系式：
(3)0.60＜G1R2/F1＜0.65；
(4)0.17＜G2R1/F2＜0.27；
(5)0.24＜G2R2/F2＜0.45；
其中，G1R2为第二表面的曲率半径，G2R1为第三表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距，G2R2为第四表面的曲率半径。
所述定焦镜头100还可满足以下关系式：
(6)N1＜1.55、N2＞1.56；
(7)G1R1＜G1R2、G2R1＜G2R2；
其中，N1为第一透镜G1的折射率，N2为第二透镜G2的折射率，满足关系式(6)、(7)的定焦镜头100除了具有较佳的成像质量外，还可具有较低的畸变(Distortion)，其中，光学畸变(Optical Distortion)量可被控制在-1％～1％之间，电视畸变(TV Distortion)量可被控制在-1％～1％之间，主光线入射角(chief ray angle，CRA)小于26度，另外，在满足以下关系式：
(8)Vd1＞53、Vd2＜33；
的条件下，本发明所述的定焦镜头100还可有效消除色差，其中，Vd1为第一透镜G1的阿贝数，Vd2为第二透镜G2的阿贝数。
以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，透镜表面的非球面面型表达
其中，c为镜面表面中心的曲率，为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，Ai为第i阶的非球面面型系数。
通过将表1及表2(请参阅下文)的数据代入上述表达式，可获得本发明第一实施例的定焦镜头100中各透镜表面的非球面形状，另外，通过将表3及表4(请参阅下文)的数据代入上述表达式，可获知本发明第二实施例的定焦镜头100中各透镜表面的非球面形状。
下列各表中分别列有由物端到像端依序排列的光学表面，R为各透镜的光学表面的曲率半径，D为对应的光学表面到后一个光学表面的轴上距离(两个光学表面截得光轴的长度)，Nd为对应透镜组对d光(波长为587纳米)的折射率，Vd为d光在对应透镜组的阿贝数(Abbe number)，k为二次曲面系数。以下第一和第二实施例的定焦镜头100的第一透镜G1和第二透镜G2的光学参数满足上述关系式(1)～(8)。
第一实施例
本发明第一实施例所提供的定焦镜头100的各光学元件满足表1及表2的条件。
表1
| 光学表面 | 面型 | R(mm) | D(mm) | Nd | Vd |
| 物面 | 平面 | 无穷大 | 400 | -- | -- |
| 光阑20 | 平面 | 无穷大 | -0.04 | -- | -- |
| 第一透镜G1的物端表面 | 非球面 | 0.61 | 0.39 | 1.53 | 56.0 |
| 第一透镜G1的像端表面 | 非球面 | 1.16 | 0.46 | -- | -- |
| 第二透镜G2的像端表面 | 非球面 | 2.34 | 0.40 | 1.58 | 31.0 |
| 第二透镜G2的物端表面 | 非球面 | 3.98 | 0.06 | -- | -- |
| 滤光片97的像端表面 | 平面 | 无穷大 | 0.21 | 1.52 | 58.6 |
| 滤光片97的物端表面 | 平面 | 无穷大 | 0.05 | -- | -- |
| 玻璃片98的像端表面 | 平面 | 无穷大 | 0.4 | 1.52 | 58.6 |
| 玻璃片98的物端表面 | 平面 | 无穷大 | 0.08 | -- | -- |
| 成像面99 | 平面 | 无穷大 | -- | -- | -- |
表2
本实施例所提供的定焦镜头100的像差、场曲、畸变、以及主光线入射角分别如图2到图5所示。具体地，图2所示出的三条曲线分别为针对F线(波长为486纳米(nm))，d线(波长为587nm)，C线(波长为656nm)而观察到的像差值曲线。由该三条曲线可看出第一实施例的定焦镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在-0.05mm～0.05mm范围内。如图3所示，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线。由图3可看出该定焦镜头100的子午场曲值和弧矢场曲值被控制在0～0.10mm范围内。进一步地，图4示出的曲线为定焦镜头100的畸变特性曲线，由图4可知，该定焦镜头100的光学畸变量被控制在-1.00％～1.00％的范围内。另外，由图5可知，该定焦镜头100的主光线入射角被控制在0～26.0度范围内。综上所述，本发明第一实施例所提供的定焦镜头100的球面像差、场曲、畸变、以及主光线入射角都能被控制(修正)在较小的范围内。
第二实施例
本发明第二实施例所提供的定焦镜头100的各光学元件满足表3及表4的条件。
表3
| 光学表面 | 面型 | R(mm) | D(mm) | Nd | Vd |
| 物面 | 平面 | 无穷大 | 400 | -- | -- |
| 光阑20 | 平面 | 无穷大 | -0.04 | -- | -- |
| 第一透镜G1的物端表面 | 非球面 | 0.60 | 0.39 | 1.53 | 56.0 |
| 第一透镜G1的像端表面 | 非球面 | 1.19 | 0.48 | -- | -- |
| 第二透镜G2的像端表面 | 非球面 | 2.30 | 0.40 | 1.58 | 31.0 |
| 第二透镜G2的物端表面 | 非球面 | 3.10 | 0.06 | -- | -- |
| 滤光片97的像端表面 | 平面 | 无穷大 | 0.21 | 1.52 | 58.6 |
| 滤光片97的物端表面 | 平面 | 无穷大 | 0.05 | -- | -- |
| 玻璃片98的像端表面 | 平面 | 无穷大 | 0.4 | 1.52 | 58.6 |
| 玻璃片98的物端表面 | 平面 | 无穷大 | 0.08 | -- | -- |
| 成像面99 | 平面 | -- | -- | -- | -- |
表4
本实施例所提供的定焦镜头100的像差、场曲、畸变、以及主光线入射角分别如图6到图9所示。具体地，图6所示出的三条曲线分别为针对F线(波长为486纳米(nm))，d线(波长为587nm)，C线(波长为656nm)而观察到的像差值曲线。由该三条曲线可看出第二实施例的定焦镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在-0.05mm～0.05mm范围内。如图7所示，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线。由图7可看出该定焦镜头100的子午场曲值和弧矢场曲值被控制在0～0.10mm范围内。进一步地，图8示出的曲线为定焦镜头100的畸变特性曲线，由图8可知，该定焦镜头100的光学畸变量被控制在-1.00％～1.00％的范围内。另外，由图9可知，该定焦镜头100的主光线入射角被控制在0～26.0度范围内。综上所述，本发明第二实施例所提供的定焦镜头100的球面像差、场曲、畸变、以及主光线入射角都能被控制(修正)在较小的范围内。
应该指出，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种定焦镜头，其从物侧至像侧依次包括一个具有正光焦度的第一透镜及一个具有正光焦度的第二透镜，该第一透镜包括一个面向物体一侧的第一表面及一个面向成像面一侧的第二表面，该第二透镜包括一个面向物体一侧的第三表面及一个面向成像面一侧的第四表面，其特征在于，该定焦镜头满足关系式：
Rmax/TTL＞0.97；
0.31＜G1R1/F1＜0.33；
0.60＜G1R2/F1＜0.65；
0.17＜G2R1/F2＜0.27；
0.24＜G2R2/F2＜0.45；
其中，Rmax为最大成像圆直径，TTL为定焦镜头的全长，G1R1为第一表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，G1R2为第二表面的曲率半径，G2R1为第三表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距，G2R2为第四表面的曲率半径。
2.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，该第一透镜和第二透镜件满足关系式：
N1＜1.55、N2＞1.56；
G1R1＜G1R2、G2R1＜G2R2；
其中，N1为第一透镜的折射率，N2为第二透镜的折射率。
3.如权利要求2所述的定焦镜头，其特征在于，该第一透镜和第二透镜件满足关系式：
Vd1＞53、Vd2＜33；
其中，Vd1为第一透镜的阿贝数，Vd2为第二透镜的阿贝数。
4.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，该第一表面、第二表面、第三表面、第四表面分别为非球面。
5.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，该第一透镜、第二透镜分别选用塑料、聚合物、以及玻璃中任意一者制成。
6.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，该定焦镜头还包括一个玻璃片，该玻璃片设置在该第二透镜与该成像面之间，且该玻璃片用于保护位于成像面上的影像感测器。
7.如权利要求6所述的定焦镜头，其特征在于，该定焦镜头还包括一个滤光片，该滤光片设置在该玻璃片与该成像面之间。
8.如权利要求7所述的定焦镜头，其特征在于，该滤光片为一个红外截止滤光片。
9.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，该定焦镜头还包括一个光阑，该光阑设置在该第一透镜远离该第二透镜的一侧。
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