CN1749796A - 数码相机广角镜头 - Google Patents

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Abstract

一种数码相机广角镜头，其从物方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜。第一透镜为凸向物方非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面，第二透镜为凹向物方非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面，第三透镜为非球面正透镜，包括第五非球面与第六非球面，第五非球面为口径较大的非球面，第六非球面表面为波浪形状。本数码相机广角镜头视场角大、体积小，可较小的整合在便携式电子装置内。

Description

数码相机广角镜头
【技术领域】
本发明是关于一种数码相机广角镜头，特别是关于一种可与便携式电子装置配合使用的数码相机广角镜头。
【背景技术】
数码相机拍摄中，为获得较宽的拍摄范围，需要镜头的视角满足一定要求。通常镜头视角设计为50度到60度，如果超过以上设计的角度，像差较大，镜头设计较为复杂，特别是在便携式电子装置如移动电话的数码相机中，其镜头焦距较短，故视角较大，因此应用在移动电话的数码相机广角镜头，满足广角性能情况下，对镜头拍摄质量也提出较高的要求。
现有镜头设计中，如公告于1986年11月4目的美国第4,620,775号专利，揭示了一种广角镜头，该数码相机广角镜头由三片透镜组成，第一片透镜为双凸球面玻璃透镜，第二片透镜为双凹玻璃负透镜，第三透镜为新月玻璃正透镜。该镜头虽视场角达到了70度，但是其体积较大，无法满足移动电话小型化的需求，且该镜头的光圈数为8，光圈直径小，需要闪光灯来提供光源，闪光灯的配置也必然增大了所占体积，此外，闪光灯相对较为耗电，也不能满足移动电话节省电能的需求。
鉴于以上的缺点，提供一种视场角大、体积小及成像品质高的数码相机广角镜头非常必要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种视场角大、体积小及成像品质高的数码相机广角镜头。
本发明是一种数码相机广角镜头，其从物方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜。第一透镜为凸向物方非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面，第二透镜为凹向物方非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面，第三透镜为非球面正透镜，包括第五非球面与第六非球面，第五非球面表面为口径较大的非球面，第六非球面表面为波浪形状。
本发明数码相机广角镜头进一步优选方案为该第一透镜为玻璃，第二透镜及第三透镜为塑料材质。
相较现有技术，本发明数码相机广角镜头体积较小，视场角达到70度，可满足较宽的取景范围；镜片均采用非球面设计，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，简化结构和改善成像品质。
第一透镜采用玻璃材质，可较好保护其后的透镜被刮伤，同时第二透镜和第三透镜采用塑料材质，减小了镜头的质量，满足了轻量化的需求。
【附图说明】
图1是本发明数码相机广角镜头的结构示意图；
图2是本发明数码相机广角镜头的MTF图；
图3是本发明数码相机广角镜头的场曲图；
图4是本发明数码相机广角镜头的光学畸变图；
图5是本发明数码相机广角镜头的相对照度图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本发明数码相机广角镜头自物方至像方依次包括一第一透镜1，一第二透镜2，一第三透镜3及一平行板4。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第一透镜1为光线首先接触的透镜。该数码相机广角镜头还包括位于物方位置上，置于第一镜片1前的光栏6和位于像方位置上，置于平行板4后的影像感测元件5，该影像感测元件5包括一成像面52。
第一透镜1为凸向物方正透镜，包括第一非球面11与第二非球面12，其中第一非球面11凸向物方，第二非球面13为近似平面的非球面。第二透镜2为凹向物方的非球面负透镜，包括第三非球面21与第四非球面22，其中第三非球面21和第四非球面表面22皆凸向像方。第三透镜3为双面非球面正透镜，包括第五非球面31与第六非球面32，其中第五非球面31为口径较大的非球面，第六非球面32表面为波浪形状。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3形状均为以光轴O对称的镜片。
第一透镜1采用玻璃材质，所用光学玻璃材料的折射率及色散需分别满足以下条件式：1.55＜n＜1.7，50＜v＜60，该第一透镜1优选采用L-LAL12的玻璃，折射率和色散分别为n1＝1.6779，v1＝54.9。
第二透镜2采用光学塑料材料，所用光学塑料材料的折射率及色散满足以下条件式：1.58＜n＜1.6，29＜v＜35。第二透镜2材质优先采用POLYCARB(以下简称PC)，折射率和色散分别为n2＝1.58547，V2＝29.909。
第三透镜3采用光学塑料材料，所用光学塑料材料的折射率及色散满足以下条件式：1.49＜n＜1.55，55＜v＜60。第三透镜3材质优先采用ZEO-E48R，折射率和色散分别为n3＝1.53116，v3＝56.0414。
将玻璃材质的第一透镜1置于第二透镜2和第三透镜3之前，可使第一透镜1较好保护其后的透镜，使其免于擦伤。因第一透镜为玻璃材质，故可在其至少一表面镀覆有红外截止滤膜(IR-CutCoating)，以滤除来自于被摄物反射的光线中的红外线，从而提高成像品质。
平行板4为一平板玻璃，包括第一平行板面41与第二平行板面42。平行板4用以保护影像感测元件5的成像面52，其材质优选为B270，折射率和色散分别为n4＝1.52308，v4＝58.5714。
光栏6位于物方位置上，包括光栏面61，其置于第一透镜1前，其可直接利用光圈的开孔大小控制进光量。
影像感测元件5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(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，下称CMOS)，而一般移动电话用数码相机广角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3.6μm，像素数为一百三十万像素，分辨率达到1280*1024。
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61至成像面52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的所有数值均以毫米(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
  61   光栏面   ∞   0.03040951   1.571181   0
  11   第一非球面   2.184347   0.8588545 L-LAL12   1.910503   0
  12   第二非球面   10.81372   0.7662999   2.074914   0
  21   第三非球面   -1.22888   0.749922 POLYCARD   2.074216   0
  22   第四非球面   -1.500726   0.5489361   2.736669   0
  31   第五非球面   5.441956   1.257498   ZEO-E48R   5.240696   0
32 第六非球面 4.590265 0.8093014 5.700535 0
  41   第一平行板面   ∞   0.5563947 B270   6.024315   0
  42   第二平行板面   ∞   0.2820029   6.129262   0
  52   成像面   ∞   6.296222   0
本发明数码相机广角镜头的第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3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11、第二非球面12、第三非球面21、第四非球面22、第五非球面31、第六非球面32的设计皆需满足以下优选的非球面公式：
z = cr 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11、12、21、22、31、32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11、12、21、22、31、32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为数值参照表2。
                                                    表2
  标示 表面 a1 a2 a3 a4 a5
11   第一非球面 0 -0.0030892391 -0.0071110815 0.0011161245 -0.0037678149
12   第二非球面 0 -0.025799536 -0.022383266 -0.012802254 -0.0015873624
21   第三非球面 0 -0.0032416416 0.047130855 -0.0040239483 0.0080725451
22   第四非球面 0 0.03585162 0.032241911 0.0048140776 0.0044346914
31   第五非球面 0 -0.012922311 0.0014449276 -0.00006741227 -0.0000010470078
32   第六非球面 0 -0.02613585 0.0012729715 -0.000049252884 -0.0000016094932
本发明的数码相机广角镜头有效焦距为f＝4.399mm，相对孔径为F/#＝2.8，整个光学系统的全视场角为70.35°，其镜头总长为5.86mm，使其可较小的整合于移动电话中。
请参见图2，定义CMOS有效面积的对角线一半为最大像高，设为1.0视场，为测量不同像高的空间频率，取0.8视场，0.6视场，0视场。本实施例中CMOS对角线一半为2.95mm，即1.0视场的像高，0.8视场的像高为2.95×0.8＝2.36，0.6视场的像高2.95×0.6＝1.77，0视场的像高为0mm，即为CMOS中心点。与之相对应的MTF图中，共有七条线，一条为像高0mm，其切向T(Tangential)和径向S(sagittal)重合，其它像高1.77mm，2.36mm，2.95mm分别对应切向T和径向S两条线。从空间频率来看，中心点空间频率可达到140lp/mm(图上未示出)，其它的0.6视场，0.8视场，1.0视场处的空间频率值均满足镜头分辨率的要求。
请参阅图3至图5，数码相机广角镜头子午场曲和弧矢场曲大于负0.2mm，小于0.2mm，光学畸变大于负0.5％，小于0.5％，均满足成像性能的要求。其边缘的相对照度达到43.04％，满足成像性能只要求。
可以理解，本发明数码相机广角镜头不仅限于应用在移动电话内，其亦可应用于其它便携式电子装置中，如摄像机、照相机、PDA(personal digital assistant)等。

Claims (9)

1.一种数码相机广角镜头，其自物方至像方依次包括：一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜，其特征在于：该第一透镜为凸向物方非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面；该第二透镜为凹向物方的非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面；该第三透镜为双面非球面正透镜，包括第五非球面与第六非球面，第五非球面为口径较大的非球面，第六非球面表面为波浪形状。
2.如权利要求1所述的数码相机广角镜头，其特征在于：该第一透镜为玻璃材质，第二透镜和第三透镜为塑料材质。
3.如权利要求1所述的数码相机广角镜头，其特征在于：该第一透镜的折射率大于1.55小于1.7，其色散大于50小于60。
4.如权利要求1所述的数码相机广角镜头，其特征在于：该第二透镜折射率大于1.58小于1.6，其色散大于29小于35。
5.如权利要求1所述的数码相机广角镜头，其特征在于：该第三透镜折射率大于1.49小于1.55，其色散大于55小于60。
6.如权利要求1所述的数码相机广角镜头，其特征在于：该第一透镜的材料为L-LAL12，折射率为1.6779，其色散为54.9；该第二透镜的材料为PC，折射率为1.58547，其色散为29.909；第三透镜的材料为ZEO-E48R，折射率为1.53116，其色散为56.0414。
7.如权利要求1所述的数码相机广角镜头，其特征在于：该数码相机广角镜头进一步包括一平行板，该平行板位于第三透镜之后。
8.如权利要求2所述的数码相机广角镜头，其特征在于：第一透镜的至少一表面镀覆有红外截止滤膜(R-Cut Coating)。
9.如权利要求1所述的数码相机广角镜头，其特征在于：该镜头参数为：   描述   曲率半径(R)   间距(d)   材料   通光口径   k值   光栏面   ∞   0.03040951   1.571181   0   第一非球面   2.184347   0.8588545   L-LAL12   1.910503   0 第二非球面 10.81372 0.7662999 2.074914 0   第三非球面   -1.22888   0.749922 POLYCARD   2.074216   0   第四非球面   -1.500726   0.5489361   2.736669   0   第五非球面   5.441956   1.257498   ZEO-E48R   5.240696   0 第六非球面 4.590265 0.8093014 5.700535 0   第一平行板面   ∞   0.5563947 B270   6.024315   0   第二平行板面   ∞   0.2820029   6.129262   0   成像面   ∞   6.296222   0
非球面系数为：   表面   a1   a2   a3   a4   a5   第一非球面 0 -0.0030892391 -0.0071110815 0.0011161245 -0.0037678149   第二非球面 0 -0.025799536 -0.022383266 -0.012802254 -0.0015873624   第三非球面 0 -0.0032416416 0.047130855 -0.0040239483 0.0080725451   第四非球面 0 0.03585162 0.032241911 0.0048140776 0.0044346914   第五非球面 0 -0.012922311 0.0014449276 -0.00006741227 -0.0000010470078   第六非球面 0 -0.02613585 0.0012729715 -0.000049252884 -0.0000016094932
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