CN103135202A

CN103135202A - 成像镜头

Info

Publication number: CN103135202A
Application number: CN2011103893118A
Authority: CN
Inventors: 柯骏程
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Sanying Super Precision Optoelectronics Jincheng Co ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN103135202B

Abstract

一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括：一具有正光焦度的第一透镜，一具有负光焦度的第二透镜及一成像面。第一透镜包括一第一表面及一第二表面。第二透镜包括一第三表面及一第四表面。成像镜头满足以下条件：FB/TTL>0.38；R11/F1>2.23；Z/Y>0.11；Z/T<0.42；R23/F2<R12/F2<R24/F2；其中，FB为第四表面与成像面沿光轴方向上的最短距离，TTL为成像镜头的总长，R11为第一表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，Z为第四表面的曲面横向高度，Y为第四表面的曲面纵向高度，T为第二透镜在光轴上的厚度，R23为第三表面的曲率半径，R24为第四表面的曲率半径，R12为第二表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距。

Description

成像镜头

技术领域

本发明涉及一种成像技术，尤其涉及一种成像镜头。

背景技术

成像镜头随着CMOS的制程技术提升，同样像素的产品，例如：屏幕分辨率为640*480的VGA规格，总像素约为30万像素(0.3M Pixels)，因为CMOS影像传感器的像素大小(Pixel Size)可以有效的被缩小，由目前3.6μm为主缩小到2.2μm，再到目前可以普及大量生产的1.75μm，也因此，CMOS影像传感器的大小，也由1/6”(对应到像素大小3.6μm) 缩小到1/10”(对应到像素大小2.2μm)，再到目前的1/13”(对应到像素大小1.75μm)。使得相同像素的产品，因晶圆(Wafer)可切割出的晶粒(Die)增加，所以CMOS影像传感器的成本可以有效降底，增加产品竞争力。

然而，在像素大小缩小到1.75μm应用的前提下，所需设计的镜头质量将需随着像素大小缩小而提升，才能满足使用者的需求。镜头质量提升的项目将包括：1）高分辨率；2)低主光线入射角(CRA， Chief Ray Angle)；3) 长背凸(Flange Back)，长背凸是为了使所设计镜头的最后一片透镜可以远离影像传感器，以避免最后一片透镜上的刮伤(Scratches)和污点(Particles)会成像在影像传感器上。

由于影像会因为镜头的主光线入射角和CMOS影像传感器的微透镜数组(Micro lens array)的可接收的主光线入射角不匹配所造成的颜色偏差，因此，镜头设计需满足CMOS影像传感器的低主光线入射角需求。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种具有高分辨率、低色差和长背凸成像镜头。

一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜，一个具有负光焦度的第二透镜及一个成像面。所述第一透镜从物侧至像侧包括靠近物侧的第一表面以及靠近像侧的第二表面。所述第二透镜从物侧至像侧包括靠近物侧的第三表面以及靠近像侧的第四表面。所述成像镜头满足以下条件：FB/TTL>0.38；R11/F1>2.23；Z/Y>0.11；Z/T<0.42；R23/F2<R12/F2<R24/F2；其中，FB为第四表面与成像面沿光轴方向上的最短距离，TTL为成像镜头的总长，R11为第一表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，Z为第四表面的曲面横向高度，Y为第四表面的曲面纵向高度，T为第二透镜在光轴上的厚度，R23为第三表面的曲率半径，R24为第四表面的曲率半径，R12为第二表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距。

本发明所提供的成像镜头中，条件式FB/TTL>0.38，保证了成像镜头具有长背凸；条件式R11/F1>2.23，使所述第一透镜具有较小的光焦度，进而减小了成像镜头的偏芯敏感度；条件式Z/Y>0.11和R23/F2<R12/F2<R24/F2，保证成像镜头的光焦度分配适当，具有良好的像差补正效果；条件式Z/T<0.42，保证第二透镜易于射出成型，使得由单边浇口注入的塑料可以容易到达对向一侧。满足上述条件的透镜系统，在具有长背凸和广视角的情况下，还能保证有较好的成像质量。

附图说明

图1为本发明提供的成像镜头的结构示意图。

图2为本发明第一实施方式提供的成像镜头的球面像差特性曲线图。

图3为本发明第一实施方式提供的成像镜头的场曲特性曲线图。

图4为本发明第一实施方式提供的成像镜头的畸变特性曲线图。

图5为本发明第一实施方式提供的成像镜头的调制传递函数特性曲线图。

图6为本发明第一实施方式提供的成像镜头的主光线入射角特性曲线图。

图7为本发明第二实施方式提供的成像镜头的球面像差特性曲线图。

图8为本发明第二实施方式提供的成像镜头的场曲特性曲线图。

图9为本发明第二实施方式提供的成像镜头的畸变特性曲线图。

图10为本发明第二实施方式提供的成像镜头的调制传递函数特性曲线图。

图11为本发明第二实施方式提供的成像镜头的主光线入射角特性曲线图。

主要元件符号说明

成像镜头	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	40
		第五表面	15
第六表面	16
		保护玻璃片	50
第七表面	17
		第八表面	18
成像面	60

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明提供的一种成像镜头100，其从物侧至像侧依次包括：一具有正光焦度的第一透镜G1、一具有负光焦度的一第二透镜G2、一滤光片40、一保护玻璃片50及一成像面60。该第一透镜G1从物侧至像侧包括一面向物侧凸出的第一表面11和一面向像侧凸出的第二表面12。该第二透镜G2从物侧到像侧包括一面向物侧凹陷的第三表面13和一面向像侧凸出的第四表面14。所述滤光片40从物侧至像侧依次包括一第五表面15及一第六表面16。所述保护玻璃片50从物侧至像侧依次包括一第七表面17及一第八表面18。

所述成像镜头100还包括一光阑20。所述光阑20位于所述第一透镜G1的第一表面11的物侧。所述光阑20用于控制通过第一透镜G1的光通量。

本实施方式中，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、滤光片40及保护玻璃片50后成像于成像面60。可以理解，可通过设置影像传感器(图未示)，如电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)，于所述成像面60处以组成一成像系统。

所述成像镜头100满足以下条件式：

(1) FB/TTL>0.38；

(2) R11/F1>2.23；

(3) Z/Y>0.11；

(4) Z/T<0.42；

(5) R23/F2<R12/F2<R24/F2；

其中，FB为所述第四表面14与所述成像面60沿光轴方向上的最短距离，TTL为成像镜头100的总长，R11为第一透镜G1的第一表面11的曲率半径；F1为第一透镜G1的焦距；Z为所述第四表面14的曲面横向高度，Y为所述第四表面14的曲面纵向高度，T为所述第二透镜G2在光轴上的厚度；R23为所述第二透镜G2的第三表面13的曲率半径；R24为所述第二透镜G2的第四表面14的曲率半径；R12为所述第一透镜G1的第二表面12的曲率半径；F2为第二透镜G2的焦距。

本发明所提供的成像镜头100条件式中，条件式(1)，保证了成像镜头100具有长背凸；条件式(2)，使所述第一透镜G1具有较小的光焦度，进而减小了成像镜头100的偏芯敏感度；条件式(3)和(5)，保证成像镜头100的光焦度分配适当，具有良好的像差补正效果；条件式(4)，保证所述第二透镜G2易于射出成型，使得由单边浇口注入的塑料可以容易到达对向一侧。

所述成像镜头100可进一步满足以下条件式：

(6) R12/F2<0.36；

(7) R23/F2<0.27；

(8) R24/F2<0.46；

其中，R12为所述第一透镜G1的第二表面12的曲率半径；R23为所述第二透镜G2的第三表面13的曲率半径；R24为所述第二透镜G2的第四表面14的曲率半径；F2为所述第二透镜G2的焦距。

条件式(6)、(7)和(8)，进一步保证了成像镜头100的成像质量。

所述成像镜头100可进一步满足以下条件式：

(8) Vd1>53；

(9) Vd2<33；

其中，Vd1为第一透镜G1的阿贝数，Vd2为第二透镜G3的阿贝数。条件式(9)和(10)，使得成像镜头100的色差能更好的消除。

其中，所述第一透镜G1的第一表面11与第二表面12及所述第二透镜G2的第三表面13与第四表面14均为非球面，并满足非球面的面型公式：

Figure 2011103893118100002DEST_PATH_IMAGE001

其中，z是沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考距光轴的位移值，c是曲率半径，h为透镜高度，K为圆锥定数（Coin Constant），Ai为i次的非球面系数(i-th order Aspherical Coefficient）。

通过将表1、表2、表3（请参阅下文）的资料代入上述表达式，可获得本发明第一实施方式的成像镜头100中各透镜表面的非球面形状。另外，通过将表4、表5、表6的资料代入上述表达式，可获知本发明第二实施方式的成像镜头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，其中，i表示从物侧开始的第i个透镜表面；约定F/No为成像镜头100的光圈数；2ω为成像镜头100的视场角；ri表示从物侧开始的第i个透镜表面的曲率半径；Di表示从物侧开始的第i个透镜表面至第i+1个透镜表面间的轴向距离；ni表示从物侧开始的第i个透镜表面的折射率；vi表示从物侧开始的第i个透镜表面的阿贝数；ki表示从物侧开始的第i个透镜表面的二次曲率。

第一实施方式

本发明第一实施方式所提供的成像镜头100的各光学组件满足表1至表3的条件。

表1

光学表面	面型	ri(mm)	Di(mm)	ni	vi	ki
							光阑20	平面	无穷大	0.04	--	--	--
第一表面11	非球面	1.26	0.56	1.53	56.0	0
							第二表面12	非球面	-0.32	0.11	--	--	-1.88
第三表面13	非球面	-0.20	0.30	1.58	31.0	-0.81
							第四表面14	非球面	-0.43	0.05	--	--	-2.75
第五表面15	平面	无穷大	0.21	1.52	58.6	--
							第六表面16	平面	无穷大	0.25	--	--	--
第七表面17	平面	无穷大	0.40	1.52	58.6	--
							第八表面18	平面	无穷大	0.05	--	--	--
成像面60	平面	--	--	--	--	--

表2

非球面系数	第一表面11	第二表面12	第三表面13	第四表面14
					A4	-2.0470	-1.6863	12.0693	0.1871
A6	41.7808	-3.0153	-24.2071	10.7301
					A8	-1287.0617	-0.6344	82.5397	-35.3923
A10	9872.2407	29.3975	266.907	46.8491

表3

F(mm)	F/No	2ω
			1.18	2.78	61°

本实施方式中，FB=0.96mm；TTL=1.97mm；Z=0.093mm；Y=0.43mm;T=0.3mm；F1=0.54mm；F2=-1.21mm。

本实施方式所提供的成像镜头100的球差、场曲、畸变、MTF及主光线入射角分别如图2至图6所示。具体地，图2所示的六条曲线分别为针对F线(波长为486.1纳米(nm))，d线(波长为587.6nm)，C线(波长为656.3nm)，e线(波长为546.1nm)，g线(波长为435.8nm)，而观察到的像差值曲线。由该三条曲线可看出第一实施方式的成像镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在-0.1mm~0.1mm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可看出该成像镜头100的子午场曲值和弧矢场曲值被控制在-0.10mm~0.10mm范围内。进一步地，图4所示的曲线为成像镜头100的畸变特性曲线，由图4可知，该成像镜头100的光学畸变量被控制在0~2.00%的范围内。如图5所示，在1/2频（Nyquist frequency）条件下（本实施方式的1/2频(半频)为143lp/mm），中心视场的MTF>63%(如曲线mc所示)，0.8视场的MTF>46%(如曲线mp所示)，其余介于中心视场和0.8视场之间视场的MTF，则介于46%~63%之间(如曲线mt所示)。如图6所示，主光线入射角(chief ray angle，CRA)小于24度。

第二实施方式

本发明第二实施方式所提供的成像镜头100的各光学组件满足表4、表5、以及表6的条件。

表4

光学表面	面型	ri(mm)	Di(mm)	ni	vi	ki
							光阑20	平面	无穷大	0.04	--	--	--
第一表面11	非球面	1.31	0.55	1.53	56.0	-1.50
							第二表面12	非球面	-0.31	0.12	--	--	-1.73
第三表面13	非球面	-0.19	0.30	1.58	31.0	-0.83
							第四表面14	非球面	-0.42	0.05	--	--	-2.32
第五表面15	平面	无穷大	0.21	1.52	58.6	--
							第六表面16	平面	无穷大	0.25	--	--	--
第七表面17	平面	无穷大	0.40	1.52	58.6	--
							第八表面18	平面	无穷大	0.05	--	--	--
成像面60	平面	--	--	--	--	--

表5

非球面系数	第一表面11	第二表面12	第三表面13	第四表面14
					A4	-2.2994	-1.3780	12.4122	0.6127
A6	44.0334	-5.0957	-20.2905	8.1667
					A8	-1387.1406	-21.2107	46.8574	-20.4456
A10	1.10E+04	302.6287	401.0828	12.4839
					A12	-2.24E-06	-553.1794	12.4839	5.5424

表6

F(mm)	F/No	2ω
			1.18	2.77	60．85°

本实施方式中，FB=0.96mm；TTL=1.97mm；Z=0.097mm；Y=0.43mm;T=0.30mm；F1=0.53mm；F2=-1.19mm。

本实施方式所提供的成像镜头100的球差、场曲、畸变、以及MTF分别如图7到图11所示。具体地，图7所示的六条曲线分别为针对F线(波长为486.1纳米(nm))，d线(波长为587.6nm)，C线(波长为656.3nm)，e线(波长为546.1nm)，g线(波长为435.8nm)，而观察到的像差值曲线。由该三条曲线可看出第一实施方式的成像镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在-0.10mm~0.10mm范围内。如图8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8可看出该成像镜头100的子午场曲值和弧矢场曲值被控制在-0.10mm~0.10mm范围内。进一步地，图9示出的曲线为成像镜头100的畸变特性曲线，由图9可知，该成像镜头100的光学畸变量被控制在0%~2.00%的范围内。如图10所示，在1/2频（Nyquist frequency）条件下（本实施例的1/2频(半频)为143lp/mm），中心视场的MTF>63%(如曲线mc所示)，0.8视场的MTF>46%(如曲线mp所示)，其余介于中心视场和0.8视场之间视场的MTF，则介于46%~63%之间(如曲线mt所示)。如图11所示，主光线入射角(chief ray angle，CRA)小于24度。

本发明所提供的成像镜头100中，条件式FB/TTL>0.38，保证了成像镜头具有长背凸；条件式R11/F1>2.23，使所述第一透镜G1具有较小的光焦度，进而减小了成像镜头100的偏芯敏感度；条件式Z/Y>0.11和R23/F2<R12/F2<R24/F2，保证成像镜头的光焦度分配适当，具有良好的像差补正效果；条件式Z/T<0.42，保证第二透镜G2易于射出成型，使得由单边浇口注入的塑料可以容易到达对向一侧。满足上述条件的透镜系统，在具有长背凸和广视角的情况下，还能保证有较好的成像质量。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，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

1.一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜，一个具有负光焦度的第二透镜及一个成像面；所述第一透镜从物侧至像侧包括靠近物侧的第一表面以及靠近像侧的第二表面,所述第二透镜从物侧至像侧包括靠近物侧的第三表面以及靠近像侧的第四表面；所述成像镜头满足以下条件：

FB/TTL>0.38；

R11/F1>2.23；

Z/Y>0.11；

Z/T<0.42；

R23/F2<R12/F2<R24/F2；

其中，FB为第四表面与成像面沿光轴方向上的最短距离，TTL为成像镜头的总长，R11为第一表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，Z为第四表面的曲面横向高度，Y为第四表面的曲面纵向高度，T为第二透镜在光轴上的厚度，R23为第三表面的曲率半径，R24为第四表面的曲率半径，R12为第二表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距。

2.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜还满足以下条件:

R12/F2<0.36；

R23/F2<0.27；

R24/F2<0.46。

3.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜还满足以下条件:

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所述的成像镜头，其特征在于：所述第一表面面向物侧凸出，所述第二表面面向像侧凸出，所述第三表面面向物侧凹陷，所述第四表面面向像侧凸出。

5.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于：所述成像镜头还包括一光阑，所述光阑位于第一表面的物侧，所述光阑用于控制通过第一透镜的光通量。

6.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于：所述成像镜头还包括一滤光片，所述滤光片位于第四表面和成像面之间，所述滤光片用于滤除经过第二透镜的光线中的红外光线。

7.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于：所述成像镜头还包括一保护玻璃片，所述保护玻璃片位于所述滤光片与所述成像面之间。