CN103135198A - 一种光学镜头组件 - Google Patents

Abstract

一种光学镜头组件，包括透镜组，其特征在于：所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：固定光阑、具有正屈光度的第一透镜、具有负屈光度的第二透镜和具有正屈光度的第三透镜；所述第一透镜包括凸向物方的第一表面和相对于像方凹陷的第二表面；所述第二透镜包括相对于物方凹陷的第三表面和凸向像方的第四表面，所述第三透镜包括凸向物方的第五表面和相对于像方凹陷的第六表面；且所述透镜组焦距满足一定条件。通过采用非球面镜片及符合参数的各面面型，可以有效平衡边缘光线的各种像差并令其最小化，提高了成像质量。

Description

一种光学镜头组件

技术领域

本发明涉及光学器件，具体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。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。

微型光学成像镜头是数码成像设备的重要组件，其微型化、保证镜头成像像质的同时尽可能的降低生产成本是微型光学镜头设计领域的热点。

现在手机设计日趋轻薄，就需要光学镜头具有越来越短的光学总长，而且为适应现代工业大批量产的需要，镜头设计不仅仅要有更好的成像品质，还要有良好的可加工性，适应后段工序的可操作性，并需考虑整体摄像模组的装配良率和成本。现有微型镜头其表面翘曲度易增加制品成型难度，造成良率降低问题。

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，提供一种成像质量好且易于成型的光学镜头组件。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种光学镜头组件，包括透镜组，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：固定光阑、具有正屈光度的第一透镜、具有负屈光度的第二透镜和具有正屈光度的第三透镜；所述第一透镜包括凸向物方的第一表面和相对于像方凹陷的第二表面；所述第二透镜包括相对于物方凹陷的第三表面和凸向像方的第四表面，所述第三透镜包括凸向物方的第五表面和相对于像方凹陷的第六表面；所述光学镜头组件满足以下条件：

$\left|\frac{d(z-z_0)}{\mathrm{dt}}\right|\≤1.2;$

0.7＜f₁/|f₂|＜1.0；

0.75＜|f₂|/f₃＜1.0；

其中：z以各非球面与光轴交点为起点，沿光轴方向的轴向值，r为非球面上各点离光轴的距离；

为非球面的旋转二次曲面成分变量；其中，k为二次曲面系数，c为非球面顶点处的曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，f1为第一透镜的有效焦距值；f2为第二透镜的有效焦距值；f3为第三透镜的有效焦距值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的一种光学镜头组件，通过采用非球面镜片及符合参数的各面面型，可以有效平衡边缘光线的各种像差并令其最小化，提高了成像质量。

附图说明

图1是本发明第一实施例光学镜头组件的结构示意图。

图2是本发明第一实施例光学镜头组件的场曲。

图3是本发明第一实施例光学镜头组件的畸变图。

图4是本发明第一实施例光学镜头组件的调制传递函数(ModulationTransfer Function，简称MTF)图。

图5是本发明第一实施例光学镜头组件的色差图。

图6是本发明第二实施光学镜头组件的场曲。

图7是本发明第二实施光学镜头组件的畸变图。

图8是本发明第二实施光学镜头组件的调制传递函数(ModulationTransfer Function，简称MTF)图。

图9是本发明第二实施光学镜头组件的色差图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

图1是本发明第一实施例光学镜头组件的结构示意图；一种光学镜头组件，包括透镜组，所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：固定光阑S、具有正屈光度的第一透镜1、具有负屈光度的第二透镜2和具有正屈光度的第三透镜3；所述第一透镜1包括凸向物方的第一表面11和相对于像方凹陷的第二表面12；所述第二透镜2包括相对于物方凹陷的第三表面21和凸向像方的第四表面22，所述第三透镜3包括凸向物方的第五表面31和相对于像方凹陷的第六表面32；所述光学镜头组件满足以下条件：

$\left|\frac{d(z-z_0)}{\mathrm{dr}}\right|\≤1.2;---\left(1\right)$

0.7＜f₁/|f₂|＜1.0；(2)

0.75＜|f₂|/f₃＜1.0；(3)

其中：z以各非球面与光轴交点为起点，沿光轴方向的轴向值，r为非球面上各点离光轴的距离，r值在有效通光口径内；

为非球面的旋转二次曲面成分变量；其中，k为二次曲面系数，c为非球面顶点处的曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，f1为第一透镜1的有效焦距值；f2为第二透镜2的有效焦距值；f3为第三透镜3的有效焦距值。本发明通过采用非球面镜片及符合参数的各面面型，可以有效平衡边缘光线的各种像差并令其最小化，提高了成像质量。

本实施例中，满足公式(1)的情况下，其表面相对垂直光轴平面的斜率较小，使得模造过程中各部分成型的注塑压较为均匀，应力情况较佳，成型良率较高。满足公式(2)和(3)的情况下，透过各镜组之光线折光控制在一定水平上，不至于产生大角度入射镜面的情况，有益于彗差和场曲的校正。

本实施例中，所述各透镜的色散系数满足(V₁+V₃)/2-V₂＞25；其中V1为第一透镜的色散系数，V2为第二透镜的色散系数，V3为第三透镜的色散系数。在满足该条件下，透镜组件整体色差能达到良好校正，较小色差。

进一步地，所述光学镜头组件满足：L/2Y＜1.1其中L为光学系统总长，Y为感光像元对角线半长度。满足该公式条件下，镜组光学系统总长较小，有益于微型化。

进一步地，本实施例光学镜头组件还包括位于第三透镜后面的滤光片4。所述滤光片4为一玻璃平板，所述玻璃平板的前后表面均镀覆有一层红外截至滤膜。

进一步地，本实施例光学镜头组件还包括位于滤光片后面的感光芯片玻璃窗5，芯片6设置在该感光芯片玻璃窗5的后面，上述的光学系统总长L为第一透镜1的第一表面11至芯片6的长度。

本实施例中，上述第一表面、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且满足如下公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^2+a_2{r}^4+a_3{r}^6+a_4{r}^8+a_5{r}^{10}+a_6{r}^{12}+a_7{r}^{14}+a_8{r}^{16};$

其中，k为二次曲面系数，c为非球面顶点处的曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8为非球面系数。

进一步，所述第一透镜的材料可以为光学塑料也可以为光学玻璃；所述第二透镜的材料可以为光学塑料也可以为光学玻璃；所述第三透镜材料可以为光学塑料也可以为光学玻璃。本实施例优选所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的材料均为光学塑料。

以下以两个实施例进行说明。

实施例一：

结合图2至图7，该光学镜头组件的焦距为2.69mm，光学系统总长L＝3.24mm，f₁＝2.63，f₂＝-3.18，f₃＝3.41，像元对角线半长度Y＝1.75，后焦长为0.31mm。并且满足如下条件：

${\left|\frac{d\left({z-z}_0\right)}{\mathrm{dr}}\right|}_{\max }=0.9;$

(V₁+V₃)/2-V₂＝26.042；

f₁/|f₂|＝0.829；

|f₂|/f₃＝0.931；

L/2Y＝0.926。

其具体参数如表1和表2所示，表1和表2中的第一表面和第二表面分别为第一透镜的前表面和后表面，第三表面和第四表面分别为第二透镜的前表面和后表面，第五表面和第六表面分别为第三透镜的前表面和后表面。

类型	曲率半径(R)	厚度(d)	材料(折射率，阿贝数)
				第一表面	0.825	0.43	1.525，55.951
第二表面	1.681	0.40
				第三表面	2.995	0.30	1.585，29.909
第四表面	1.539	0.27
				第五表面	1.055	0.68	1.525，55.951
第六表面	0.526
				滤光片		0.3	1.52，64.2

表1镜片参数

表2各面面形参数

图2和图3分别是本发明第一实施例光学镜头组件的场曲和畸变图，场曲field curvature横坐标指的是偏离理想像面的偏离值，纵坐标指的是归一化的像高值，s为弧矢方向，t为子午方向，三对st线为三个波长486nm\587nm\656nm对应的在像面上s方向和t方向实际成像的偏离值。畸变横坐标是与理想像高相较在纵向上畸变百分比。该光学镜头组件的场曲小于0.10mm，畸变小于1％，取得较佳效果。整体像面各处放大率均匀且较小，画面比例匹配实景。

如图4是本发明第一实施例光学镜头组件的调制传递函数(ModulationTransfer Function，简称MTF)；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4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。并且子午和弧矢方向均有较佳分辨率。

图5是本发明第一实施例光学镜头组件的色差图；横坐标指的是以中心波长为参考，其他波长在等入射角的情况下，在像面上成像相对偏离值；纵坐标是归一化像高。该光学镜头组件的横向色差小于2μm，在艾里斑尺寸范围之内。表明其各可见波段成像有极佳一致性，画面之色彩还原性好。

实施例二：

请参阅图6至图9；该光学镜头组件的焦距为2.70mm，光学系统总长为3.32mm，f₁＝2.46，f₂＝-2.71，f₃＝3.28，像元对角线半长度Y＝1.75，后焦长为0.32mm。

${\left|\frac{d(z-z_0)}{\mathrm{dr}}\right|}_{\max }=1.14;$

(V₁+V₃)/2-V₂＝29.306；

f₁/|f₂|＝0.829；

|f₂|/f₃＝0.931；

L/2Y＝0.926。

其具体参数如表3和表4所示，表4中的第一表面和第二表面分别为第一透镜的前表面和后表面，第三表面和第四表面分别为第二透镜的前表面和后表面，第五表面和第六表面为第三透镜的前表面和后表面。

类型	曲率半径(R)	厚度(d)	材料(折射率，阿贝数)
				第一表面	0.951847	0.40	1.525，55.951
第二表面	3.099222	0.43
				第三表面	3.806854	0.30	1.607，26.645
第四表面	1.577305	0.31
				第五表面	0.969073	0.71	1.525，55.951
第六表面	0.518268
				滤光片		0.3	1.52，64.2

表3镜片参数

类型	K	a1	a2	a3	a4	a5	a6	a7	a8
										第一表面	-0.126854	0	-0.062713	1.012844	-6.8303	19.57	-27.571
第二表面	29.814727	0	-0.158601	-1.205467	3.6029	-12.706	-14.7894
										第三表面	10.224578	-0.2158	-0.986284	-0.996666	34.842	-240.04	584.506	-156.474	-1156.44
第四表面	-28.384834	-0.1020	-0.649524	-1.834341	-3.2463	2.9045	-0.8175
										第五表面	-5.439772	-0.0293	-0.11236	0.043003	-5.6e-3	-8.14e-4	0
第六表面	-0.995424	-0.7071	-0.139178	8.239e-3	-3.85e-3	3.842e-3	-1.09e-3

表4第一透镜和第二透镜的面形参数

图6和图7分别是本发明第二实施例光学镜头组件的场曲和畸变图；该光学镜头组件的场曲小于0.10mm，畸变小于1％。取得较佳效果。整体像面各处放大率均匀且较小，画面比例匹配实景。

图8是本发明第二实施光学镜头组件的调制传递函数(ModulationTransfer Function，简称MTF)图；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。并且子午和弧矢方向均有较佳分辨率。

图9是本发明第二实施光学镜头组件的色差图；该光学镜头组件的横向色差小于3μm，在艾里斑尺寸范围之内。表明其各可见波段成像有极佳一致性，画面之色彩还原性好。

本发明采用特定形状约束的非球面面型设计，可以有效消除各视场光线像差，包括球差、彗差、像散、场曲及畸变等，整个镜头组件的成像质量高，边缘成像与中部成像质量并无明显下降，弧矢与子午两个方向分辨率集中而且较高；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，并由于采用这种起伏缓和面型使得工程上更易于实现，满足了大量生产的要求，降低了制造成本，提高了生产效率；采用三片透镜，极大的降低了镜头成本；而且此镜头组件的光学总长短，视场角大，能适配1/5英寸、1/6英寸等CSP封装方式的传感器(sensor)。第一透镜和第三透镜均采用高色散值的材料，第二透镜采用低色散值的材料，优选材料为光学塑料。这种搭配方式能很好消除色差影响，提高镜头分辨率。当然，该透镜组材料亦可采用玻璃或者玻璃塑胶混合搭配。

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 (8)

1.一种光学镜头组件，包括透镜组，其特征在于：所述透镜组包括同轴且自物方至像方依次排列的：固定光阑、具有正屈光度的第一透镜、具有负屈光度的第二透镜和具有正屈光度的第三透镜；所述第一透镜包括凸向物方的第一表面和相对于像方凹陷的第二表面；所述第二透镜包括相对于物方凹陷的第三表面和凸向像方的第四表面，所述第三透镜包括凸向物方的第五表面和相对于像方凹陷的第六表面；所述光学镜头组件满足以下条件：

$\left|\frac{d(z-z_0)}{\mathrm{dt}}\right|\≤1.2;$

0.7＜f₁/|f₂|＜1.0；

0.75＜|f₂|/f₃＜1.0；

其中：z为以各非球面与光轴交点为起点，沿光轴方向的轴向值，r为非球面上各点离光轴的距离；为非球面的旋转二次曲面成分变量；其中，k为二次曲面系数，c为非球面顶点处的曲率，c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，f1为第一透镜的有效焦距值；f2为第二透镜的有效焦距值；f3为第三透镜的有效焦距值。

2.根据权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，所述各透镜的色散系数满足(V₁+V₃)/2-V₂＞25；其中V1为第一透镜的色散系数，V2为第二透镜的色散系数，V3为第三透镜的色散系数。

3.根据权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，所述光学镜头组件满足：L/2Y＜1.1其中L为光学系统总长，Y为感光像元对角线半长度。

4.根据权利要求1所述的光学镜头组件，其特征在于，还包括位于第三透镜后面的滤光片。

5.根据权利要求4所述的光学镜头组件，其特征在于，还包括位于滤光片后面的感光芯片玻璃窗。

6.根据权利要求1-5任一项所述的光学镜头组件，其特征在于，所述第一表面、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且满足如下公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^2+a_2{r}^4+a_3{r}^6+a_4{r}^8+a_5{r}^{10}+a_6{r}^{12}+a_7{r}^{14}+a_8{r}^{16};$

其中，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8为非球面系数。

7.根据权利要求1-5任一项所述的光学镜头组件，其特征在于，所述第一透镜的材料可以为光学塑料也可以为光学玻璃；所述第二透镜的材料可以为光学塑料也可以为光学玻璃；所述第三透镜材料可以为光学塑料也可以为光学玻璃。

8.根据权利要求7所述的光学镜头组件，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的材料均为光学塑料。

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