CN1737635A - 数码相机镜头 - Google Patents

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Abstract

一种数码相机镜头，其从物方至像方依次包括：一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜，一第四透镜。第一透镜为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面，第二透镜为双凹双面非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面，第三透镜为凸向像方双面非球面正透镜，包括第五非球面与第六非球面，第四透镜为表面为波浪形状的双面非球面正透镜，包括第七非球面与第八非球面；其材质皆为塑胶制成；本发明采用非球面设计，简化结构和改善成像品质；此外采用塑胶材质，重量轻，增强其抗冲击性。

Description

数码相机镜头
【技术领域】
本发明是关于一种数码相机镜头，尤其是关于一种可与携带式电子装置配合使用的数码相机镜头。
【背景技术】
数码相机镜头是数码相机内的重要组件，镜头决定成像性能的优劣，  因而镜头性能成为设计相机的重要考虑因素，而同时随着近年来数码相机镜头与移动电话等携带式电子装置的结合，镜头的体积及重量也成为业界考虑的重要因素。
数码相机镜头通常由多个镜片组成，以便校正光学像差。数码相机镜头中，采用球面镜片，球面镜片不可避免带来球面像差，为校正球面像差，必然要增加镜片的数量，从而增加镜头的体积。
现有数码相机镜头中，如公告于2001年8月28日的第6,282,033号美国专利所揭示的镜头，其镜头包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，其中第一透镜为双凸镜片，第二透镜为双凹镜片，第三透镜为新月透镜，第四透镜为双凸透镜；所有透镜的材质均为玻璃材料且镜片均为球面镜片。采用上述结构后，镜片体积较小，且镜片均采用球面玻璃镜片，虽然加工容易，但是材质采用玻璃材质，因此增加了镜头重量，且玻璃材质的使用使其抗冲击性较差，在不小心摔落到地面上时，镜头容易损坏，此外，球面镜片的应用，不可避免带来球面像差，影响成像性能。
鉴于以上缺点，提供一种质量轻、耐冲击及成像性能好的数码相机镜头非常必要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种质量轻、耐冲击及成像性能好的数码相机镜头。
本发明是一种数码相机镜头，其从物方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜，一第四透镜。第一透镜为双凸双面非球面正透镜，  包括第一非球面与第二非球面，第二透镜为双凹双面非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面，第三透镜为凸向像方双面非球面正透镜，包括第五非球面与第六非球面，第四透镜为表面为波浪形状的双面非球面正透镜，包括第七非球面与第八非球面。第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜形状皆为轴对称式镜片，其材质皆为塑胶制成。
相较现有技术，本发明数码相机镜头，其完全采用非球面设计，从而可通过优化非球面的系数，来修正各种像差，也可避免因采用球面镜而产生的球面像差，改善成像品质；该数码相机镜头设计，其光学全长小于8mm，使其模组可较小整合在移动电话中，满足了移动电话微型化的要求；  因采用塑胶材质，加工简单，降低加工成本，增强其抗冲击性。
【附图说明】
图1是本发明数码相机镜头的结构示意图；
图2是本发明数码相机镜头的场曲图；
图3是本发明数码相机镜头的光学畸变图；
图4是本发明数码相机镜头的MTF图；
图5是本发明数码相机镜头的相对照度图。
【具体实施方式】
请参见图1，本发明数码相机镜头从物方至像方依次包括一光栏1，一第一透镜2，一第二透镜3，一第三透镜4，一第四透镜5，一平行板6及影像感测元件7。其中线O代表镜头的光轴，Zobj代表物方，Zimg代表像方，使用时镜头物方位置的光栏1首先接触光线。
光栏1包括光栏面12，置于第一透镜2前，其可直接利用光栏1的开孔大小控制进光量。
第一透镜2为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面22与第二非球面24。第二透镜3为双凹双面非球面负透镜，包括第三非球面32与第四非球面34。第三透镜4为一面凸凹双面非球面正透镜，包括第五非球面42与第六非球面44。第四透镜5为表面波浪形状的双面非球面正透镜，包括第七非球面52与第八非球面54。第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4及第四透镜5形状均为以光轴O对称的镜片。
第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4及第四透镜5皆采用光学塑胶材料，所用光学塑胶材料的折射率及色散需分别满足以下条件式：1.48＜n＜1.6，25＜v＜66。其第一透镜2和第三透镜4优先采用ZEO-E48R，折射率和色散分别为n1＝1.529，v1＝55.8。其第二透镜3和第四透镜5的材料为聚碳酸脂(Polycarbonate，以下简称PC)，折射率和色散分别为n2＝1.585，v2＝29.9。ZEO-E48R系采用日本瑞翁公司(Zeon)生产的ZEONEX产品中E48R，因其产品为非晶型聚烯烃透明材料，产品特点为密度小，有利于制品轻量化，且其具有较低的吸水率，由于该种材料含有极性和异向性小的单体，因而使非晶型透明材料双折射率小，属高耐热性透明树脂，玻璃化温度(Tg)达到140-170℃，容易注射成型且其耐擦性良好。由于该光学材料具有较低的双折射率，能在高的分辨率下表现较好的光学性能。将其材质的第一透镜2和第三透镜4置于镜片为PC材质之前，使第3透镜和第5透镜得到有效保护。
平行板6是一平板玻璃，包括第一平行板面62与第二平行板面64。平行板6材质优选为B270，折射率和色散分别为n3＝1.585，v3＝29.9。此外，平行板6的至少一表面镀覆一层红外截止滤膜(IR-cutCoating)，以滤除来自于被摄物反射光线中的红外线，从而提高成像品质。
影像感测元件7位于像方位置上，置于平行板6之后，包括一成像面72，平行板6用以保护影像感测元件的成像面72。影像感测元件7通常可为电荷耦合器(Charge Coupled Device，下称CCD)，或者补充性氧化金属半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor，下称CMOS)，而一般移动电话用数码相机镜头的影像感测元件，因成本的考虑，通常采用CMOS。具体优选实施例中，CMOS像素尺寸为3.18μm，像素数为二百万。
请参阅表1，本发明数码相机镜头光学系统的相关参数值，其依次从光栏面12至成像面72加以描述，其中曲率半径R为各面与光轴O相交曲面的曲率半径，曲率无限大时，表明该面为平面。间距d为沿光轴方向由物方Zobj开始前面相对于后面的距离，有效口径为各面的最大有效通光口径，其中曲率半径R及间距d的所有数值皆以毫米(mm)为计量单位。
                 表1
    标示     描述 曲率半径(R)   间距(d)     材料   通光口径   k值
    12     光栏面   ∞   0.2730343   2.135709     0
    22     第一球面   2.457711   1.536829   ZEO-E48R   2.903968     0
24 第二球面 -5.097966 0.393383 2.98868 0
    32     第三非球面   -1.759531    0.7999754 POLYCARD   2.890655     0
    34     第四非球面   113.5613    0.360614   3.100914     0
    42     第五非球面   3.363778    0.9950721   ZEO-E48R   3.780294     0
44 第六非球面 8.657823 0.3417318 4.342362 0
    52     第七非球面   3.737009    1.292685 POLYCARD   4.511502     0
    54     第八非球面   4.097    0.3   5.379964     0
    62     第一平行板面   ∞    1   B270   5.595392     0
64 第二平行板面 ∞ 0.7067018 5.903027 0
    72     成像面   ∞   6.452251     0
本发明数码相机镜头的第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4及第四透镜5均为沿光轴O对称的非球面透镜，其可通过调整非球面系数，来提高镜头成像性能。其中第一非球面22、第二非球面24、第三非球面32、第四非球面34、第五非球面42、第六非球面44、第七非球面52、第八非球面54的设计皆需满足以下优选非球面公式：
z = c r 2 1 + 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 . . . . . . - - - ( 1 )
其中：z为以各非球面22、24、32、34、42、44、52、54与光轴O交点为起点，垂直光轴O方向的轴向值，即镜面深度值，因所选的透镜其形状为轴对称式镜片，故该非球面公式均取偶次项。其中各非球面22、24、32、34、42、44、52、54系通过以上公式确定非球面的形状；k为二次曲面系数；c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，c为镜面中心曲率；r为镜面中心高度；a1、a2、a3、a4、a5、a6为非球面系数，该优选实施例中系数取到a1、a2、a3、a4、a5。应用该非球面公式(1)时，其中镜面中心曲率半径R值及二次曲面系数k值参照表1，非球面系数a1、a2、a3、a4、a5的数值参照表2。
                                                       表2
 标示   表面   a1     a2     a3     a4     a5
22   第一非球面 0 -0.0016316775 -0.0045773514 0.0037113681 -0.0011628219
24   第二非球面 0 -0.015469874 -0.0038408094 0.0081234202 -0.0026166386
32   第三非球面 0 0.0395901 0.0155153 -0.0022936988 0.00012468798
34   第四非球面 0 0.0015972376 0.019844186 -0.0066591493 0.0012334329
42   第五非球面 0 -0.024595083 0.0080551444 -0.0028181858 0.0002417604
44   第六非球面 0 0.000055409886 -0.000044338835 -0.0005657834 0.000011837942
  52   第七非球面   0     -0.031405149     0.00014591649     -0.000027462863     0.000010070785
  54   第八非球面 0 -0.023387984 -0.00048668057 0.000098341177 -0.000001048872
本发明的数码相机镜头有效焦距为f＝5.98mm，相对孔径为F/#＝2.8，整个光学系统的全视场角为55.99°，其镜头总长为8mm，使其可较小的整合于移动电话中。
请参见图2至图5，其镜头子午场曲和弧矢场曲小于0.1mm，光学畸变大于负1％，小于1％，MTF图中，200LP/MM的空间频率值满足镜头分辨率的要求。其相对照度值＞55％，通常相对照度＞50％，人眼较不易看出差异。
可以理解，因计算精度考虑，数码相机镜头的透镜所给参数表取到小数点后六位，但四舍五入后，小数点后两位的范围内仍属本发明的范围。数码相机镜头的透镜采用的非球面公式中，非球面系数表的非球面系数取到小数点后十三位，有效数字取到小数点后八位，但四舍五入后，小数点后四位的范围内仍属本发明的范围。
本发明数码相机镜头可应用于数码相机镜头模组，可以理解，本发明数码相机镜头不仅限于应用于移动动电话内，其也可应用于其它携带式电子装置中，如摄像机、照相机、PDA(personal digitalassistant)等。

Claims (8)

1.一种数码相机镜头，其从物方到像方依次包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，其特征在于：该第一透镜为双凸双面球面正透镜，包括第一球面和第二球面；该第二透镜为双凹双面非球面负透镜，包括第三非球面和第四非球面；该第三透镜为凸凹双面非球面负透镜，包括第五非球面和第六非球面；该第四透镜为表面是波浪形状的非球面正透镜，包括第七非球面和第八非球面。
2.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜均为轴对称式镜片。
3.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：其中该第一透镜、第二透镜、第三透镜及一第四透镜均为塑胶材料，该塑胶材料的折射率大于1.48小于1.6，其色散大于25小于66。
4.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于该第一透镜和第三透镜的塑胶材质为ZEO-E48R，其折射率为1.529，色散系数为55.8；第二透镜和第四透镜的塑胶材质为聚碳酸脂(PC)，其折射率为1.585，色散系数为29.9。
5.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：进一步包括一光栏，置于第一透镜之前。
6.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：其进一步包括一平行板，其置于第四透镜之后。
7.如权利要求6所述的数码相机镜头，其特征在于：其平行板朝向物方面镀覆有红外截止滤膜(IR-CUT Coating)。
8.一种应用权利要求1所述的数码相机镜头的数码相机模组，其依次包括：一光栏，其具有光栏面；一数码相机镜头，一平行板，其具有第一平行板面和第二平行板面；一影像感测元件，其具有一成像面，其特征在于：该数码相机镜头自物方至像方依次包括：一第一透镜，其为双凸双面非球面正透镜，包括第一球面与第二球面；一第二透镜，其为双凹双面非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面；一第三透镜，其凸凹双面非球面负透镜，包括第五非球面和第六非球面；以及一第四透镜，其为表面具波浪形状的非球面正透镜，包括第七非球面和第八非球面；该数码相机镜头参数为   标示   描述   曲率半径(R)   间距(d)   材料   通光口径   k值   12   光栏面   ∞   0.2730343   2.135709   0   22   第一球面   2.457711   1.536829 ZEO-E48R   2.903968   0   24   第二球面   -5.097966   0.393383   2.98868   0   32   第三非球面   -1.759531   0.7999754 POLYCARD   2.890655   0   34   第四非球面   113.5613   0.360614   3.100914   0   42   第五非球面   3.363778   0.9950721   ZEO-E48R   3.780294   0 44 第六非球面 8.657823 0.3417318 4.342362 0   52   第七非球面   3.737009   1.292685 POLYCARD   4.511502   0   54   第八非球面   4.097   0.3   5.379964   0   62   第一平行板面   ∞   1 B270   5.595392   0   64   第二平行板面   ∞   0.7067018   5.903027   0   72   成像面   ∞   6.452251   0
，非球面系数为   标示   表面   a1   a2   a3   a4   a5 22   第一非球面 0 -0.0016316775 -0.0045773514 0.0037113681 -0.0011628219 24   第二非球面 0 -0.015469874 -0.0038408094 0.0081234202 -0.0026166386 32   第三非球面 0 0.0395901 0.0155153 -0.0022936988 0.00012468798 34   第四非球面 0 0.0015972376 0.019844186 -0.0066591493 0.0012334329 42   第五非球面 0 -0.024595083 0.0080551444 -0.0028181858 0.0002417604 44   第六非球面 0 0.000055409886 -0.000044338835 -0.0005657834 0.000011837942 52   第七非球面 0 -0.031405149 0.00014591649 -0.000027462863 0.000010070785 54   第八非球面 0 -0.023387984 -0.00048668057 0.000098341177 -0.000001048872
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