CN103608711A - 成像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成像镜头，所述成像镜头从物体侧依次包括：具有正（+）折射力的第一镜头；具有负（-）折射力的第二镜头；具有负（-）折射力的第三镜头；具有负（-）折射力的第四镜头，其中所述成像镜头满足-0.5<f/f3<0和-0.5<f/f4<0的条件表达式，这里f是所述成像镜头的整体焦距，f3是所述第三镜头的焦距，以及f4是所述第四镜头的焦距。

Description

成像镜头

技术领域

根据本发明示例性实施例的教导一般涉及一种成像镜头。

背景技术

近来，在移动电话用相机模块、数字静态相机（DSC）、便携式摄像机和PC相机（附接至个人电脑的成像设备）领域中的研究工作方兴未艾，这些设备都与图像提取系统连接。为使与这样的图像提取系统相关的相机模块获得图像，最重要元件之一是产生图像的成像镜头。

之前，已经尝试通过使用五片镜头来构造高分辨率的成像镜头。五片镜头中的每一个由具有正（+）折射力（refractive power）的镜头和具有负（-）折射力的镜头组成。例如，以从物体侧开始依次为PNNPN（+---+-）、PNPNN（+-+--）或PPNPN（++-+-）的结构构造成像镜头。然而，这种构架的成像模块无法展现令人满意的光学特性或像差特性。因此，需要一种具有新能力结构的高分辨率成像镜头。

发明内容

[技术问题]

因此，本发明的实施例可涉及一种成像镜头，其基本上消除了由于相关技术的限制和缺点导致的一个或多个上述缺点/问题，因此，本发明的目的在于提供一种配置为补偿像差及实现清晰图像的紧凑和小型化的成像镜头的光学系统。

本发明所要解决的技术问题不限于如上所述的问题，并且对本领域技术人员而言，到目前为止未提及的任何其它技术问题将从以下描述中清楚地得以理解。

[技术方案]

在本发明的一个总的方案中，提供一种成像镜头，所述成像镜头包括从物体侧依次为：具有正（+）折射力的第一镜头；具有负（-）折射力的第二镜头；具有负（-）折射力的第三镜头；具有负（-）折射力的第四镜头，其中所述成像镜头满足-0.5<f/f3<0和-0.5<f/f4<0的条件表达式，这里f是所述成像镜头的整体焦距，f3是所述第三镜头的焦距，以及f4是所述第四镜头的焦距。

优选地，但不是必须地，所述第一镜头的物体侧表面被凸出地形成。

优选地，但不是必须地，所述第一镜头的所述物体侧表面的前方远端设置有单独的光圈。

优选地，但不是必须地，所述第一镜头在物体侧表面处呈凸出形成的弯月形或在两侧呈凸出形成的弯月形。

优选地，但不是必须地，所述第二镜头在上侧表面处凹入地形成，且呈弯月形。

优选地，但不是必须地，所述第三镜头在上侧表面处凹入地形成，且呈弯月形。

优选地，但不是必须地，所述第四镜头在物体侧表面处凸面形成，且呈弯月形。

优选地，但不是必须地，所述成像镜头满足0.5<f1/f<1.5的条件表达式，这里f是所述成像镜头的整体焦距，以及f1是所述第一镜头的焦距。

优选地，但不是必须地，所述成像镜头满足0.5<∑T/f<1.5的条件表达式，这里f是所述成像镜头的整体焦距，以及∑T是从所述第一镜头的物体侧表面到图像形成表面的距离。

优选地，但不是必须地，所述成像镜头满足10<[(v1+v3)/2-v2]<20和v3<30、或者10<[(v1+v4)/2-v2]<20和v4<30的条件表达式，这里V1、V2、V3和V4是所述第一到第四镜头的阿贝系数（Abbe’s number）。

优选地，但不是必须地，所述成像镜头满足20<V2<30的条件表达式，这里V2是所述第二镜头的阿贝系数。

[有益效果]

根据本发明的成像镜头具有如下有益效果：通过构造具有由第一、第二、第三和第四镜头组成的四片镜头的成像镜头，能够配置紧凑和小型化的成像镜头的光学系统以补偿像差及实现清晰图像。

附图说明

图1是示出根据本发明的相机模块镜头的结构图。

图2和图3是测量根据本发明示例性实施例的彗形像差（coma aberration）的曲线图。

图4是测量根据本发明示例性实施例的像差的曲线图。

具体实施方式

以下描述并不旨在将本发明限制为本文公开的形式。因此，通过以下教导进行的改变和变型，以及相关技术的技能和知识都在本发明的范围内。本文描述的实施例还旨在解释实施本发明的已知的方式，并且使其他本领域技术人员以这样或其它的实施例并采用对于特定应用所需的或使用本发明所需的各种变型来使用本发明。

通过参照附图中的图1到图4能够更好地理解所公开的实施例及其优点，类似的附图标记用于各附图中类似和对应的部件。基于对以下附图和详细描述的审视，所公开的实施例的其他特征和优点对于本领域技术人员而言将是或将变得显而易见。还希望所有这些附加特征和优点被包含在所公开实施例的范围内，并且被附图所保护。此外，所示出的附图仅为示例性的，而并不旨在声称或暗示对实施不同实施例的环境、结构或过程的任何限制。因此，所描述的方案旨在涵盖本发明范围和新颖性构思内的所有改动、变型和改变。

应当理解，当术语“包括了”和/或“包括有”用在本说明书中时，是用来表明所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除还存在或附加有一个或多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。也就是说，在详细描述和/或权利要求中使用术语“包括有”、“包括了”、“具有”、“有”、“带有”或其变形以与术语“包括”相似方式表示非穷尽性的包含。

此外，“示例性”仅仅是指示例，而不是最优的。而且还应当理解，本文用具体尺寸和/或彼此相对的取向示出的特征、层和/或元件仅出于简化和易于理解的目的，也应理解到实际的尺寸和/或取向可基本上与所描述的不同。也就是说，在附图中，为了清楚起见，层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸可以被放大或缩小。全文中类似的附图标记表示类似的元件，并且将省略彼此重复的说明。现将参照附图详细描述本发明。

诸如“从而”、“然后”、“接着”、“因此”等之类的词语不是旨在限制该过程的顺序；这些词语仅仅是用于通过方法的描述来引导读者。

应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”至另一个元件时，其能够直接连接或耦接至其他元件，或者可以存在插入元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一个元件时，则不存在插入元件。

应当理解，虽然本文可以使用术语第一、第二等描述各种元件，但这些元件不应被这些术语所限制。这些术语仅用于使一个元件区别于另一个元件。例如，第一区域/层可以被称为第二区域/层，并且类似地，第二区域/层可以被称为第一区域/层而不脱离本公开文本的教导。

本文所使用的术语仅用于描述特定的实施例的目的，并不旨在限制总的发明构思。如本文所使用的，除非上下文中清楚地另有说明，否则单数形式“一”、“一个”以及“该”还旨在包括复数形式。

现将参照附图详细描述根据本发明示例性实施例的成像镜头。

图1是示出根据本发明示例性实施例的成像镜头的结构图。

由多个镜头组成的成像镜头围绕光轴（ZO）布置，为了说明起见，每个镜头的厚度、尺寸和形状被夸大，而球面形状或非球面形状仅作为一个实施例被展示，但本发明显然不限于此形状。

参见图1，根据本发明的相机镜头模块包括从物体侧依次为：第一镜头（10）、第二镜头（20）、第三镜头（30）、第四镜头（40）、滤色镜（50）和光检测器（70）。与对象（subject）的图像信息对应的光经过第一镜头（10）、第二镜头（20）、第三镜头（30）、第四镜头（40）和滤色镜（50）而入射在光检测器（70）上。

根据本发明的成像镜头包括了包括有第一镜头（10）、第二镜头（20）、第三镜头（30）和第四镜头（40）的四片镜头，使得根据本发明的成像镜头具有如下优点：能够配置紧凑和小型化的成像镜头的光学系统以补偿像差及实现清晰图像。也就是说，根据本发明的成像镜头能够提高镜头的分辨率以及实现优良的像差特性。

在下文中，在每个镜头结构的描述中，“物体侧表面”是指相对于光轴面向物体侧的镜头的表面，“图像侧表面”是指相对于光轴面向成像表面的镜头的表面，“上侧表面”是指相对于光轴面向拍摄（capturing）表面的镜头的表面。

在本说明书中，“成像”基本上可以指成像镜头接收来自视场（field）中的对象的光并输出表示该对象的图像（图像信号和图像数据）的过程。然而，如果成像镜头以预定周期重复地产生表示视场中的对象的图像，则“成像”可以指将来自由成像镜头产生的图像中的特定图像存储在存储单元中的过程。换言之，从某个角度来看，“成像”可以指如下过程：成像镜头在某个期望时刻获取表示视场中的对象的内容并在能够进行测量过程的状态下具有视场中该对象的内容。

第一镜头（10）具有正（+）折射力，且在物体侧表面（S1）处呈凸出形成的弯月形或在两侧处呈凸出地形成。第二镜头（20）具有负（-）折射力，在上侧表面（S4）凹入地形成，且呈弯月形。

第三镜头和第四镜头（30、40）具有负（-）折射力，这里第三镜头（30）在上侧表面（S6）凹入地形成，且呈弯月形，而第四镜头（40）在物体侧表面（S7）凸出地形成，且呈弯月形。

为了参考起见，图1中的‘S1’是第一镜头（10）的物体侧表面，‘S3’是第二镜头（20）的物体侧表面，‘S5’是第三镜头（30）的上侧表面，‘S8’是第四镜头（40）的上侧表面，以及‘S9’和‘S10’分别是滤色镜（50）的物体侧表面和上侧表面。滤色镜（50）可以是由包括红外滤色镜和盖玻片（coverglass）的光学滤色镜组成的至少任一滤色镜。

在采用红外滤色镜作为滤色镜（50）的情况下，红外滤色镜阻止从外部光线发射的辐射热传送到光检测器（70）。此外，红外滤色镜传导可见光并反射红外线以将被反射的红外线输出到外部。光检测器（70）为例如CCD（电荷耦合器件）或CMOS（互补金属氧化物半导体）等的图像传感器。

因为后述的条件表达式和示例性实施例是提高相互作用的效果的优选实施例，因而本发明不是必须包括以下的条件对于本领域技术人员而言是显而易见的。例如，仅通过满足后述条件表达式的一些条件，本发明的镜头结构（构架）就可以具有提高的相互作用的效果。

[条件表达式1]0.5<f1/f<1.5

[条件表达式2]-0.5<f/f3<0

[条件表达式3]-0.5<f/f4<0

[条件表达式4]0.5<∑T/f<1.5

[条件表达式5]10<[(v1+v3)/2-v2]<20和v3<30

[条件表达式6]10<[(v1+v4)/2-v2]<20和v4<30

[条件表达式7]20<V2<30，

这里f是成像镜头的整体焦距，f1是第一镜头的焦距，f3是第三镜头的焦距，f4是第四镜头的焦距，∑T从第一镜头的物体侧表面到图像形成表面的距离，以及V1、V2、V3和V4是第一到第四镜头的阿贝系数。

条件表达式1表明第一镜头（10）的折射率，条件表达式2表明第二镜头（20）的折射率以及条件表达式3表明第四镜头（40）的折射率。

第一、第二和第四镜头（10、20、40）具有折射力，该折射力根据条件表达式1、2和3的每个具有对于球面像差和适当的色差的适当补偿。条件表达式4表明整个光学系统的光轴方向的尺寸，并且其为用于超小型镜头的条件和用于适当像差补偿的条件。

条件表达式5表明第一、第二和第三镜头（10、20、30）的阿贝系数，条件表达式6表明第一、第二和第四镜头（10、20、40）的阿贝系数，以及条件表达式7表明第二镜头（20）的阿贝系数。每个镜头的阿贝系数的规格是用于更好地补偿色差的条件。

在下文中，将参照具体的示例性实施例来描述本发明的作用和效果。从已知的方程1中获得在稍后的示例性实施例中提及的非球面，在二次曲面常数（Conic constant）k和非球面系数A、B、C、D、E、F中采用的ˋE和其后的数字ˋ表示10的幂。例如，E+01是指10¹，E-02是指10^-2。

【方程1】

$z=\frac{c{Y}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{Y}^2}}+A{Y}^4+B{Y}^4+C{Y}^4+D{Y}^4+E{Y}^4+F{Y}^4+...$

其中，z：从镜头的顶点到光轴方向的距离，c：镜头的基本曲率，Y：朝向垂直于光轴的方向的距离，K：二次曲面常数（conic constant），以及A、B、C、D、E、F：非球面系数。

[示例性实施例]

下面的表1示出与前述的条件表达式匹配的示例性实施例。

【表1】

	示例性实施例
		f	4.70
f1	2.66
		f2	-5.30
f3	-100
		f4	-26.86
v1	56
		v2	23
v3	23
		v4	23

参见表1，可以看出f1/f为0.566，与条件表达式1匹配，f/f3为-0.047，与条件表达式2匹配，以及f/f4为-0.175，与条件表达式3匹配。

此外，(v1+v3)/2-v2和(v1+v4)/2-v2为16.5，与条件表达式5和6匹配。

下面的表2示出比表1的示例性实施例更详细的示例性实施例。

【表2】

表面编号	曲率半径（R）	厚度或距离（d）	折射率（N）
				1*	2.59	1.13	1.53
2*	-2.67	0.08
				3*	18.73	0.40	1.63
4*	5.63	0.73
				5*	-1.42	0.59	1.63
6*	-1.69	0.24
				7*	2.05	0.80	1.63
8*	1.55	0.56
				11	无穷大	0.30	1.52
12	无穷大	0.92

图像

无穷大

-0.01

在上面的表2和下面的表3中靠近表面编号而续写的符号*表示非球面。下面的表3示出在表2的示例性实施中的每个镜头的非球面系数的值。

【表3】

图2和图3（作为测量彗形像差的曲线图）是示出根据本发明示例性实施例的彗形像差的曲线图，这里，测量基于视场高度的每个波长的切向像差（tangential aberration）和径向像差（sagittal aberration）。在图2和图3中，由于曲线从正轴和负轴趋近X轴，这表示彗形像差修正功能是良好的。

图4是示出根据本发明示例性实施例的像差的曲线图。也就是说，图4是从左侧依序测量纵向球面像差、像散场曲线（astigmatic field curves）和畸变（distortion）的曲线图。在图24中，Y轴是指图像的尺寸，而X轴是指焦距（单位mm）和畸变度（单位%）。在图2中，由于曲线趋近Y轴，这表示像差修正功能是良好的。在示出的像差图表中，因为几乎所有视场中的图像的值均接近Y轴，纵向球面像差、像散场曲线和畸变都示出了优异的图形。

也就是说，因为纵向球面像差的范围是-0.014mm～+0.020mm，像散场曲线的范围是-0.032mm～+0.013mm以及畸变的范围是0.00mm～+1.70mm，可以看出根据本发明的成像镜头能够修正球面像差、像散像差和畸变并提高镜头特性。

提供了本发明的上述说明以使本领域的任何技术人员能够实施或使用本发明。对于本领域技术人员而言，对本发明进行各种修正将是显而易见的，且本文所限定的一般性原则可以被应用到其它改变中而不脱离本发明的构思或范围。因而，本发明并不旨在限制本文所描述的示例，而应当被赋予与本文所公开的原则和新颖特征一致的最宽范围。

【工业实用性】

从上述内容可以清楚地获知，根据本发明示例性实施例的成像镜头具有如下工业实用性：通过构造具有由第一、第二、第三和第四镜头组成的四片镜头的成像镜头，能够配置紧凑和小型化的成像镜头的光学系统以补偿像差及实现清晰图像。

Claims (11)

1.一种成像镜头，从物体侧依次包括：具有正（+）折射力的第一镜头；具有负（-）折射力的第二镜头；具有负（-）折射力的第三镜头；具有负（-）折射力的第四镜头，其中所述成像镜头满足-0.5<f/f3<0和-0.5<f/f4<0的条件表达式，这里f是所述成像镜头的整体焦距，f3是所述第三镜头的焦距，以及f4是所述第四镜头的焦距。

2.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述第一镜头的物体侧表面被凸出地形成。

3.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述第一镜头的物体侧表面的前方远端设置有单独的光圈。

4.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述第一镜头在物体侧表面处呈凸出地形成的弯月形或在两侧处凸出地形成。

5.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述第二镜头在上侧表面处凹入地形成，且呈弯月形。

6.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述第三镜头在上侧表面处凹入地形成，且呈弯月形。

7.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述第四镜头在物体侧表面处凸出地形成，且呈弯月形。

8.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述成像镜头满足0.5<f1/f<1.5的条件表达式，这里f是所述成像镜头的整体焦距，以及f1是所述第一镜头的焦距。

9.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述成像镜头满足0.5<∑T/f<1.5的条件表达式，这里f是所述成像镜头的整体焦距，以及∑T是从所述第一镜头的物体侧表面到图像形成表面的距离。

10.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述成像镜头满足10<[(v1+v3)/2-v2]<20和v3<30、或者10<[(v1+v4)/2-v2]<20和v4<30的条件表达式，这里V1、V2、V3和V4是所述第一到第四镜头的阿贝系数。

11.根据权利要求1所述的成像镜头，其中所述成像镜头满足20<V2<30的条件表达式，这里V2是所述第二镜头的阿贝系数。

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