CN1766690A - 微型摄像镜头系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微型摄像镜头系统，其从物侧到成像面依次包括光栏，一双面皆凸的第一透镜、一具有一凹面弯向物侧的第二透镜和一具有一凹面弯向成像面的第三透镜；所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均为塑料制成，且其中一片透镜有一个面为具有衍射光栅结构的衍射面。该微型摄像镜头系统采用折衍混合三片型镜头，可实现进一步小型化，且可在兼顾低成本量产的同时提高较大视场角下的成像质量。

Description

微型摄像镜头系统
【技术领域】
本发明涉及一种摄像镜头系统，尤其涉及适用于手机、PC照相机等微型摄像元件的微型摄像镜头系统。
【背景技术】
近年来，随着多媒体的发展，对搭载在手提电脑和可视电话以及手机等上使用了CCD(Charged Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等固体成像器件的摄像元件的需求越来越大。而这种需求增大的本身又要求镜头系统更进一步的小型化和轻量化。
另一方面，由于这些固体成像器件如CCD或者CMOS的工艺技术提高，已经制作出每个像素只有几个微米大小的成像器件，使得系统小型化的同时提高了对摄像镜头的分辨率的要求。因此，提供一种具小型化、轻量化、低成本、光学性能优良且成像质量好的镜头系统是现今微型摄像元件的发展方向。
小型化是指从镜头的第一面到成像面的距离(即成像系统的总长)要短。
轻量化和低成本是希望系统包含较少的透镜数目，透镜本身质量较轻，且易于批量加工和装配。
而镜头系统的性能优良和成像质量好可从以下几个方面考量：
1.镜头的速度快。即镜头本身具有比较小的F数，一般为2.8或者更快。
2.视场角较大。比如半视场角在30度或更大。
3.像面照度一致。即尽量减少渐晕拦光以提高视场边缘的照度。
4.分辨率高。即尽量校正各种单色像差并尽量减少色差。
就轻量化和低成本而言，希望仅采用一片成像透镜，并且最好是塑料透镜。但是，通常的单片型镜头系统具有二个不足：一，不能校正色差；二，对大视场角的成像质量差。玲木等、高田聪在《云光技术》Vol.32，No.2，33-39(2000)，“衍射透镜系统的光学设计”一文中介绍了衍射透镜校正色差的用途。为了在单片型镜头系统中校正色差可以在透镜表面刻蚀衍射光栅形成折衍混合透镜，利用衍射光学原理校正光因透镜材料折射引起的色散。典型的设计参见欧洲专利EP0819952A2、美国专利第US6055105号和第US2003/0117709A1号美国公开专利申请。然而单片折衍混合透镜于大视场下的成像质量仍然较差，主要表现在畸变、场曲和像散不能得到良好校正。
典型的双片型镜头系统设计如第  2003/0117723号、第2004/0036983号美国公开专利申请和欧洲专利EP1357414A1。然而，这些设计中为了消除色差，两片透镜需要分别选用阿贝数相差较大的光学材料。
由于组成单片型镜头系统和双片型镜头系统的玻璃(或塑料)片数太少，镜头系统对轴外视场的像差校正能力过低，场曲、像散和畸变不能得到良好较正，难以保证镜头系统具有较高的成像性能，因此，单片型镜头系统和双片型镜头系统主要针对较低像素(如11万像素或30万像素)的应用，而不能满足对于比较高端应用(如130万像素)的要求。
为了提高较大视场的成像质量，满足更为较高端应用的需要，往往采用三片型镜头系统，三片型镜头系统能确保具有较大的视场角，并且能较好地较正各种像差。典型的三片型镜头系统设计如日本专利申请特开2001-075006号和第US2003/0193605A1号美国公开专利申请，在这些三片型镜头系统中均采用从物侧到成像面分别为光栏、正光焦度的第一透镜、负光焦度的第二片透镜、正光焦度的第三片透镜的有利于缩短总长(从光栏到成像面的距离)的结构配置；为了减小主光线(Chief Ray)入射到成像面(Image PickupDevice)的角度，将光栏置于物侧和第一透镜之间；为了消除色差，正负光焦度的镜片分别选用阿贝数相差较大的光学材料。
从降低生产成本角度而言，三片型镜头应全部采用塑料镜片。然而，由于具有较好光学性能(折射率、阿贝数、光透过率等)的光学塑料种类有限，且光学塑料还存在吸水率(Water Absorbency)的问题，尽管已经有了很多种光学塑料问世，广泛用于手机数位相机的光学塑料中，仅非晶型聚烯烃材料Zeonex(Polyolefin Resin或Cyclo-olefin Polymers)的吸湿性很低(＜0.01％)，而聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的典型值为1.5％，聚碳酸酯(PC)为0.4％，如果以后两种材料制成的塑料透镜，则会由于透镜吸湿变形而导致整个系统的光学性能下降。因此，由于具有较好光学性能和环境稳定性的光学塑料种类有限，实现消色差全部采用塑料镜片的三片型镜头比较困难。
有鉴于此，提供一种成本低且成像质量好的微型摄像镜头系统实为必要。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是克服以上微型摄像镜头系统成本较高、较大视场的成像质量较差，提供一种成本低且较大视场的成像质量好的微型摄像镜头系统。
本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种微型摄像镜头系统，其从物侧到成像面依次包括光栏，一双面皆凸的第一透镜、一具有一凹面弯向物侧的第二透镜和一具有一凹面弯向成像面的第三透镜；所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均为塑料制成，且其中一片透镜有一个面为具有衍射光栅结构的衍射面。
优选的，所述第二透镜为弯月型透镜。
更优选的，所述第三透镜为弯月型透镜。
更优选的，所述第一透镜及第二透镜光焦度为正，第三透镜光焦度为负。
更优选的，所述第一透镜靠近成像面的凸面为具有衍射光栅结构的衍射面。
更优选的，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜至少有一个面为非球面。
更优选的，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜至少各有一个面为非球面。
更优选的，所述第二透镜两面皆为非球面。
更优选的，所述第三透镜两面皆为非球面。
更优选的，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜采用同一种光学塑料制成。为避免透镜吸湿变形导致系统的光学性能下降，本发明所述光学塑料选自非晶型聚烯烃材料。
为实现整个系统的小型化，该系统还满足条件式(1)1.4＜T/f＜1.8，其中T表示光栏到成像面的距离；f表示整个摄像镜头的焦距。
为消除单色像差并满足总长要求，该摄像镜头系统还满足条件式(2)0.7＜f1/f＜1.2，其中f1表示第一透镜的焦距。
为进一步校正轴外像差，该摄像镜头系统还满足条件式(3)-9＜f3/f＜-1.7，其中f3表示第三透镜的焦距。
为校正场曲，该摄像镜头系统还进一步满足条件式(4)-0.6＜R4/[f×(n-1)]＜-0.3，其中R4表示第二透镜靠近物侧的表面曲率半径；n为透镜材料的折射率；R4/[f×(n-1)]为第二透镜靠近物侧的表面的焦距与系统总焦距的比。
为校正系统色差并易于加工，该摄像镜头系统还进一步满足条件式(5)-470＜C2×f/Rn 2＜-280，其中C2表示第一透镜靠近成像面的凸面的衍射结构相位函数中第二阶相位系数；Rn为用于对衍射面高度进行归一化的参量。
与现有技术相比较，本发明提供的微型摄像镜头系统具有以下优点：其一，由于透镜采用了非球面面形，量产的情况下采用铸模来实现是必然的，采用光学塑料可以降低工艺的复杂性；而不同材料对于铸模工艺有不同的要求，采用同一种光学塑料可以进一步降低工艺的复杂性，从而进一步降低成本；其二，衍射面的引入使得即使采用同一种光学塑料的镜头系统，也可利用衍射光学原理较正光因透镜材料折射引起的色散，从而较正色差，同时衍射光栅结构具有高次非球面的作用，使镜头系统的光学性能大为改善。此外，本发明提供的微型摄像镜头系统采用从物侧到成像面第一透镜和第二透镜均为正光焦度、第三透镜为负光焦度的类似远距型结构，这种正正负的结构形式较从物侧到成像面第一透镜为正光焦度、第二透镜为负光焦度、第三透镜为正光焦度的正负正的结构形式更有利于缩短镜头系统的总长，可使系统进一步小型化。
【附图说明】
图1是本发明的微型摄像镜头系统的构成示意图。
图2是具有衍射光栅结构的衍射面轮廓的放大示意图。
图3A至图5分别是本发明的微型摄像镜头系统第一实施例的场曲以及畸变曲线、轴上点球差色差曲线以及倍率色差曲线图。
图6A至图8分别是本发明的微型摄像镜头系统第二实施例的场曲以及畸变曲线、轴上点球差色差曲线以及倍率色差曲线图。
图9A至图11分别是本发明的微型摄像镜头系统第三实施例的场曲以及畸变曲线、轴上点球差色差曲线以及倍率色差曲线图。
图12A至图14分别是本发明的微型摄像镜头系统第四实施例的场曲以及畸变曲线、轴上点球差色差曲线以及倍率色差曲线图。
图15A至图17分别是本发明的微型摄像镜头系统第五实施例的场曲以及畸变曲线、轴上点球差色差曲线以及倍率色差曲线图。
图18A至图20分别是本发明的微型摄像镜头系统第六实施例的场曲以及畸变曲线、轴上点球差色差曲线以及倍率色差曲线图。
图21A至图23分别是本发明的微型摄像镜头系统第七实施例的场曲以及畸变曲线、轴上点球差色差曲线以及倍率色差曲线图。
图24A至图26分别是本发明的微型摄像镜头系统第八实施例的场曲以及畸变曲线、轴上点球差色差曲线以及倍率色差曲线图。
【具体实施方式】
图1是本发明微型摄像镜头系统的构成示意图。光线从物侧方向入射，经过靠近物侧的光栏10，一双面皆凸的第一透镜20、一具有一凹面弯向物侧的第二透镜30和一具有一凹面弯向成像面的第三透镜40，以及红外滤波片50到一成像装置CCD或CMOS的成像面60。所述第一透镜20、第二透镜30和第三透镜40均为塑料制成，且其中一片透镜有一个面为具有衍射光栅结构的衍射面。
所述具有衍射光栅结构的衍射面的放大示意图如图2所示。
优选的，所述第二透镜为弯月型透镜。
更优选的，所述第三透镜为弯月型透镜。
更优选的，该第一透镜20及第二透镜30光焦度为正，第三透镜40光焦度为负。
更优选的，该第一透镜20靠近成像面60的凸面为具有衍射光栅结构的衍射面。
更优选的，所述第一透镜20、第二透镜30和第三透镜40至少有一个面为非球面。
更优选的，所述第一透镜20、第二透镜30和第三透镜40至少各有一个面为非球面。
更优选的，所述第二透镜30两面皆为非球面。
更优选的，所述第三透镜40两面皆为非球面。
另外，本发明的三片透镜最好采用同一种光学塑料制成，可降低工艺复杂性，同时进一步降低成本。
更优选的，本发明所述光学塑料选自非晶型聚烯烃材料，其吸水率很低(＜0.0 1％)，以避免透镜吸湿变形导致系统的光学性能下降。
首先，从物侧到成像面60第一透镜20和第二透镜30均为正光焦度、第三透镜40为负光焦度的类似远距型结构，这种正正负的结构较从物侧到成像面第一透镜为正光焦度、第二透镜为负光焦度、第三透镜为正光焦度的正负正的结构更有利于缩短镜头系统的总长。
为了实现整个系统的小型化且成像质量较好，该系统满足以下条件式：
(1)1.4＜T/f＜1.8，
其中T表示光栏到像面的距离；f表示整个摄像镜头的焦距。条件式(1)限制了系统的总长。系统的总长与焦距比和成像质量有直接关系，尤其是需要控制主光线出射角度时，可以在满足小型化的要求的同时提高成像质量。
较佳的，第一透镜20还满足条件式：
(2)0.7＜f1/f＜1.2，
其中，f1表示第一透镜20的焦距。条件式(2)是为了消单色像差并满足总长要求即条件式(1)而得到的第一透镜20的光焦度分配。f1/f的比值在下限0.7以上，则第一透镜20中每个面的曲率半径不至于过小，使得高阶球差、慧差和倍率色差在控制范围之内；而f1/f的比值小于上限1.2则保证第一透镜20分担了适中的光焦度，有利于减小系统的总长。
较佳的，第三透镜40还满足条件式：
(3)-9＜f3/f＜-1.7，
其中f3表示第三透镜40的焦距。条件式(3)表示第三透镜40的光焦度分配。f3/f的比值在下限-9以上，则第三透镜40分担了一定量的负光焦度，有利于校正轴外像差；而f3/f的比值小于上限-1.7则第三透镜40分配的负光焦度不至于过大，避免因第一透镜20的正光焦度过大而导致像差难于校正。
较佳的，第二透镜30靠近物侧的表面的焦距和系统总焦距的比还满足条件式：
(4)-0.6＜R4/[f×(n-1)]＜-0.3，
其中R4表示第二透镜30靠近物侧的表面曲率半径；n为透镜材料的折射率；R4/[f×(n-1)]为第二透镜30靠近物侧的表面的焦距与系统总焦距的比。条件式(4)是为了校正场曲而得到平像场。  当R4的值使R4/[f×(n-1)]小于上限-0.3时，第二透镜30朝向物侧的负光焦度不至于过大，并且可以很好的补偿前一片透镜产生的正慧差，同时由于此时的R4不会太小，从而减小了系统的高级像差；而R4的值使R4/[f×(n-1)]大于下限-0.6时，该第二透镜30靠近物侧的表面所产生的负Petzval场曲(匹兹万场曲)就能够补偿其它面所产生的正Petzval场曲和，使得场曲的校正相对容易。由于该表面是系统中最小的曲率面，为了保证系统在校正场曲的同时减小高级像差的产生，应该尽量让曲率半径小的面与光栏同心，因此第二透镜30必须弯向光栏。
更优选的，第一透镜20还满足条件式：
(5)-470＜C2×f1/Rn 2＜-280，
其中C2表示第一透镜20靠近成像面60的表面衍射结构相位函数中第二阶相位系数；Rn为用于对衍射面高度进行规一化的参量。条件式(5)是为了对第一透镜20靠近成像面60的表面上衍射光栅结构的分担光焦度的约束。当衍射面相位系数C2的值使C2×f1/Rn 2大于下限-470时，能保证衍射光栅结构具有较大的特征尺寸，易于加工；当衍射面相位系数C2的值使C2×f1/Rn 2小于上限-280时，能保证衍射光栅结构具有合适的光焦度，良好地校正系统的色差。
下面参照图3A到图26以具体实施例来详细说明本发明的摄像镜头系统。
以下每个实施例中，各透镜的非球面面型表达式如下：
x = cr 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 r 2 + Σ A 2 i r 2 i
其中x为表面离开与表面顶点相切的平面的深度，r为从光轴到表面的高度，k为二次曲面系数，c为非球面顶点的曲率，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
第一透镜20靠近成像面60的表面具有衍射光栅结构。衍射表面用下面的位相调制表达式表示：
φ ( r ) = Σ i C 2 i ( r R n ) 2 i = C 2 ( r R n ) 2 + C 4 ( r R n ) 4 + C 6 ( r R n ) 6 + C 8 ( r R n ) 8 + C 10 ( r R n ) 10
其中φ(r)为由于衍射表面引入的对入射到衍射表面的光波的位相调制，r为从光轴到衍射表面的高度，Rn为用于对衍射面高度进行规一化的参量，C2i为第2i阶位相系数。
T表示光栏到像面的距离；f表示整个摄像镜头的焦距；FNo表示F数；ω表示半视场角；2ω表示视场角；Φ表示最大主光线出射角；R表示光学面的曲率半径；d表示光学面到光轴的距离；n表示材料的折射率；ν表示材料的阿贝数；表面序号1至7依次表示光栏、第一透镜20靠近物侧的表面、第一透镜20靠近成像面60的表面、第一透镜30靠近物侧的表面、第一透镜30靠近成像面60的表面、第一透镜40靠近物侧的表面、第一透镜40靠近成像面60的表面。
第一实施例到第八实施例中三片透镜均采用日本瑞翁公司(Zeon)的非晶型聚烯烃材料Zeonex E48R(n＝1.53116017，ν＝56.0)。
第一实施例
该微型摄像镜头系统满足表1、表2和表3的条件：
                          表1
    f＝4.4mm  T＝6.73mm  FNo＝2.8  ω＝30°
   表面序号     R(mm)     D(mm)     k
    1     Infinity     0.2601023     0
    2     2.85213     1.692002     -6.675179
    3     -16.50238     0.9384883     9.999999
    4     -1.187412     1.03091     -1.805146
    5     -1.2l5948     0     -1.745693
    6     2.767822     0.9000014     -6.361876
    7     1.793053     0.7     -6.092294
                           表2
表面序号                 非球面系数
    A4     A6    A8   A10    A12
    2     2.877341×10-2     -5.773958×10-3    -4.045874×10-3   1.683110×10-3
    3     -2.66882l×10-2     -2.053674×10-3    -8.794724×10-3   2.34244×10-3
    4     -1.123l33×10-1     2.842640×10-2    -5.296504×10-3   5.867407×10-3   -1.663313×10-3
    5     -2.664732×10-2     3.386863×10-3    2.997939×10-3   1.530952×10-3   -3.893638×10-4
    6     -2.722462×10-3     -2.155626×10-4    3.973477×10-6   -8.507l67×10-6   -2.90042×10-6
    7     -1.964859×10-2     3.377467×10-3    -7.353407×10-4   6.044859×10-5   -3.451060×10-6
                              表3
                            衍射相位系数
 表面序号   Rn   C2     C4   C6   C8     C10
 3   1.1000002   -117.08549     3.003821   2.357545   4.996932     -4.209696
该第一实施例的微型摄像镜头系统中，其场曲与畸变、轴上点球差色差和倍率色差分别如图3A到图5所示。其中图3A和图3B分别表示场曲曲线与畸变曲线。由图上可以看出，上述场曲、畸变、轴上点球差色差和倍率色差都能被很好的校正。衍射光栅的高度为1.106μm，最小特征尺寸为25.8μm，共有23个环带。
第二实施例
该微型摄像镜头系统满足表4、表5和表6的条件：
                       表4
    f＝4.4mm  T＝7.0mm  FNo＝2.8  ω＝30°
  表面序号     R(mm)     D(mm)     k
    1     Infinity     0.2     0
    2     3.4l6087     1.783368     0.6779211
    3     -10.00076     1     0
    4     -1.293953     1.136765     -3.245598
    5     -1.185436     0.2     -2.227746
    6     2.631857     0.9279289     -7.253523
    7     1.413747     0.6     -5.543591
                                                               表5
表面序号                                                   非球面系数
   A4   A6   A8   A10   A12
  2   -7.208258×10-3   4.472575×10-3   -4.828247×10-3   1.392615×10-3
  4   -1.082967×10-1   6.490311×10-2   -6.651603×10-3   -1.752402×10-3   1.522278×10-4
  5   -4.190458×10-2   1.393036×10-2   2.300867×10-3   -5.504961×10-4   -1.715181×10-5
  6   -7.929546×10-3   5.279009×10-3   -1.867052×10-3   3.126416×10-4   -3.072791×10-5
  7   -2.478675×10-2   5.440122×10-3   -5.662993×10-4   -5.893546×10-5   6.781746×10-6
                                         表6
                                         衍射相位系数
    表面序号   Rn   C2   C4    C6   C8   C10
    3   1.1000002   -91.080615   -28.886361    -10.515002   50.957318   -22.6874
该第二实施例的微型摄像镜头系统中，其场曲与畸变、轴上点球差色差和倍率色差分别如图6A到图8所示。其中图6A和图6B分别表示场曲曲线与畸变曲线。由图上可以看出，上述场曲、畸变、轴上点球差色差和倍率色差都能被很好的校正。衍射光栅的高度为1.106μm，最小特征尺寸为28.6μm，共有22个环带。
第三实施例
该微型摄像镜头系统满足表7、表8和表9的条件：
                           表7
  f＝4mm  T＝6.69mm  FNo＝2.8  ω＝32°
  表面序号   R(mm)     D(mm)     k
    1   Infinity     0.2     0
    2   4.467078     1.85     0.5683445
    3   -2.857154     0.8     1.126082
    4   -1.067911     1.190802     -3.375672
    5   -1.393695     0.1     -0.931164
    6   1.776744     0.8     -1.865958
    7   1.352703     0.75     -3.520298
                                      表8
表面序号                          非球面系数
    A4   A6    A8     A10   A12
    2     -1.739670×10-2   4.460540×10-3    -8.1149169×10-3   7.974597×10-4
    4     -1.500550×10-1   1.597219×10-1    -7.50090×10-2   1.984335×10-2   -2.529159×10-3
    5     3.308997×10-2   8.505484×10-3    4.629077×10-3   -2.316088×10-3   2.856638×10-4
    6     -5.768892×10-2   2.651005×10-2    -7.619384×10-3   1.178824×10-3   -7.753375×10-5
    7     -3.243003×10-2   1.485220×10-2    -4.198493×10-3   5.868180×10-4   -3.546822×10-5
                                   表9
                                  衍射相位系数
    表面序号     Rn     C2   C4   C6    C8 C10
    3     1     -78.966971   -29.002009   10.343386    15.849894    -8.0910558
该第三实施例的微型摄像镜头系统中，其场曲与畸变、轴上点球差色差和倍率色差分别如图9A到图11所示。其中图9A和图9B分别表示场曲曲线与畸变曲线。由图上可以看出，上述场曲、畸变、轴上点球差色差和倍率色差都能被很好的校正。衍射光栅的高度为1.106μm，最小特征尺寸为21.8μm，共有23个环带。
第四实施例
该微型摄像镜头系统满足表10、表11和表12的条件：
                        表10
    f＝4mm  T＝6.4mm  FNo＝2.8  ω＝32°
    表面序号   R(mm)     D(mm)     k
    1   Infinity     0.2     0
    2   3.957507     1.69884     0.4496782
    3   -3.010868     0.7906053     3.171986
    4   -0.945834     1.068392     -2.804399
    5   -1.254566     0.1     -1.32612
    6   1.815533     0.8     -4.94135
    7   1.331929     0.75     -4.698205
                                                   表11
表面序号                                      非球面系数
  A4      A6    A8  A10   A12
    2   -2.162321×10-2      8.561734×10-3    -3.025316×10-2  1.674375×10-2
    3   -1.989365×10-2      -3.938084×10-3    3.270628×10-3  1.732637×10-3
    4   -1.999243×10-1      1.396777×10-1    -4.085579×10-2  1.120598×10-2   2.664567×10-3
    5   3.037960×10-3      1.718152×10-2    9.291157×10-4  -1.062066×10-4   -1.179845×10-4
    6   -2.892678×10-2      1.966380×10-2    -6.743295×10-3  1.162488×10-3   -8.399170×10-5
                                         表12
                                       衍射相位系数
  表面序号     Rn     C2   C4   C6   C8   C10
  3     1     -113.46795   26.689135   -16.900847   10.848983   -3.6812519
该第四实施例的微型摄像镜头系统中，其场曲与畸变、轴上点球差色差和倍率色差分别如图12A到图14所示。其中图12A和图12B分别表示场曲曲线与畸变曲线。由图上可以看出，上述场曲、畸变、轴上点球差色差和倍率色差都能被很好的校正。衍射光栅的高度为1.06μm，最小特征尺寸为26.4μm，共有23个环带。
第五实施例
该微型摄像镜头系统满足表13、表14和表15的条件：
                         表13
            f＝4mm T＝6.68mm  FNo＝2.8 ω＝32°
  表面序号   R(mm)      D(mm)    k
  1   Infinity      0.4    0
  2   3.473315      1.798603    -4.97283
  3   -6.62516      0.799452    -1.6057
  4   -1.11722      0.91861    -2.85505
  5   -1.20781      0    -1.7292
  6   2.050485      1.015755    -5.07552
  7   1.390964      0.75    -4.88181
                                                         表14
表面序号                                             非球面系数
  A4   A6 A8   A10 A12
    2   5.793721×10-3   1.630978×10-3 -7.16445×10-3   3.244374×10-3
    3   -2.376318×10-2   6.189566×10-3 -9.711407×10-3   3.719245×10-3
    4   -9.244650×10-2   4.215981×10-2 -1.543446×10-2   1.041761×10-2 -2.080065×10-3
    5   -1.383797×10-2   5.120844×10-3 -1.819283×10-4   1.7705699×10-3 2.965626×10-4
    6   -1.0899589×10-2   -4.951017×10-4 2.140124×10-4   -1.046039×10-4 1.071011×10-5
                                             表15
                                            衍射相位系数
  表面序号     Rn   C2  C4   C6    C8    C10
  3     1   -109.38103  30.634067   -25.656013    13.590593    -2.8428811
该第五实施例的微型摄像镜头系统中，其场曲与畸变、轴上点球差色差和倍率色差分别如图15A到图17所示。其中图15A和图15B分别表示场曲曲线与畸变曲线。由图上可以看出，上述场曲、畸变、轴上点球差色差和倍率色差都能被很好的校正。衍射光栅的高度为1.106μm，最小特征尺寸为27.4μm，共有26个环带。
第六实施例
该微型摄像镜头系统满足表16、表17和表18的条件：
                        表16
           f＝4mm  T＝6.72mm  FNo＝2.8  ω＝32°
   表面序号     R(mm)     D(mm)     k
    1     Infinity     0.2     0
    2     4.564348     1.85     2.131019
    3     -2.857151     0.8     0
    4     -1.103361     1.224359     -3.522901
    5     -1.397646     0.1     -1.0433
    6     1.809058     0.8     -2.376441
    7     1.336714     0.75     -3.629066
                                                          表17
表面序号                                             非球面系数
   A4   A6   A8    A10   A12
  2    -1.934392×10-2   6.624875×10-3   -1.046328×10-2    2.967663×10-3
  4    -1.323706×10-1   1.617697×10-1   -8.024673×10-2    2.181349×10-2   -2.684135×10-3
  5    3.547751×10-2   6.947634×10-3   5.069375×10-3    2.513673×10-3   3.230274×10-4
  6    -4.517203×10-2   2.221269×10-2   -6.595241×10-3    1.035526×10-3   -6.863453×10-5
  7    -3.076490×10-2   1.394365×10-2   3.941052×10-3    5.500942×10-4   -3.324903×10-5
                                   表18
                                衍射相位系数
 表面序号     Rn     C2     C4   C6  C8  C10
  3     1     -75.31199     -39.744019   27.223386  4.993938  -5.6729275
该第六实施例的微型摄像镜头系统中，其场曲与畸变、轴上点球差色差和倍率色差分别如图18A到图20所示。其中图18A和图18B分别表示场曲曲线与畸变曲线。由图上可以看出，上述场曲、畸变、轴上点球差色差和倍率色差都能被很好的校正。衍射光栅的高度为1.106μm，最小特征尺寸为21.4μm，共有23个环带。
第七实施例
该微型摄像镜头系统满足表19、表20和表21的条件：
                             表19
             f＝4mm  T＝6.73mm  FNo＝2.8  ω＝32°
   表面序号   R(mm)     D(mm)   k
    1   Infinity     0.2   0
    2   4.604425     1.85   4.992468
    3   -2.85715     0.8   0
    4   -1.111674     1.22812   -3.359906
    5   -1.402106     0.1   -1.346884
    6   1.79762     0.8   -2.329922
    7   1.320815     0.75   -3.650435
                                                         表20
表面序号                                               非球面系数
   A4   A6    A8    A10    A12
  2    -2.226763×10-2   3.581066×10-3    -7.451681×10-3    1.310117×10-3
  4    -1.128413×10-1   1.360212×10-2    -6.355976×10-2    1.643149×10-2    -1.993473×10-3
  5    2.246656×10-3   8.870861×10-2    3.155667×10-3    -1.725959×10-3    2.191320×10-4
  6    -4.688880×10-2   2.347291×10-2    -7.192738×10-3    1.152854×10-3    -7.719641×10-5
  7    -3.070772×10-2   1.461407×10-2    -4.314560×10-3    6.151277×10-4    -3.712129×10-5
                                           表21
                                          衍射相位系数
    表面序号     Rn     C2   C4     C6  C8  C10
    3     1     -76.36525   -34.191671     17.844369  11.244282  -7.1009299
该第七实施例的微型摄像镜头系统中，其场曲与畸变、轴上点球差色差和倍率色差分别如图21A到图23所示。其中图21A和图21B分别表示场曲曲线与畸变曲线。由图上可以看出，上述场曲、畸变、轴上点球差色差和倍率色差都能被很好的校正。衍射光栅的高度为1.106μm，最小特征尺寸为21.4μm，共有23个环带。
第八实施例
该微型摄像镜头系统满足表22、表23和表24的条件：
                         表22
    f＝3.5mm  T＝5.8mm  FNo＝2.8  ω＝35°
  表面序号     R(mm)     D(mm)     k
  1     Infinity     0.2     0
  2     3.498382     1.61516     2.599337
  3     -3.078539     0.6625755     4.227829
  4     -0.8876024     0.9059586     -3.32167
  5     -1.123578     0.1     -1.225182
  6     1.506643     0.7     -4.098258
  7     1.157725     0.6562498     -3.97826
                                                      表23
表面序号                                           非球面系数
    A4   A6   A8   A10     A12
  2     -3.010799×10-2   1.680059×10-2   -5.790554×10-2   4.087697×10-2
  3     -2.388610×10-2   -4.117082×10-3   -6.402837×10-4   7.76l933×10-3
  4     -3.2657l9×10-1   2.656042×10-1   1.066964×10-1   4.434963×10-2     -1.162588×10-2
  5     -1.056982×10-2   2.167372×10-2   7.281896×10-3   -9.243571×10-4     -3.750142×10-4
  6     -4.799149×10-2   4.030637×10-2   -1.751993×10-2   3.5750626×10-3     -2.882744×10-4
                                   表24
                                 衍射相位系数
  表面序号  Rn  C2  Cd  C6  C8    C10
  3  0.87499975  -89.927399  8.6857497  -8.0104951  8.6819999    -2.9253583
该第八实施例的微型摄像镜头系统中，其场曲与畸变、轴上点球差色差和倍率色差分别如图24A到图26所示。其中图24A和图24B分别表示场曲曲线与畸变曲线。由图上可以看出，上述场曲、畸变、轴上点球差色差和倍率色差都能被很好的校正。衍射光栅的高度为1.106μm，最小特征尺寸为22.5μm，共有23个环带。
表25是8个实施例对应的光学特性，包括各实施例的F数(FNo)、视场角(2ω)、主光线出射角Φ、整个摄像镜头的焦距f、第一透镜焦距f1、第二透镜焦距f2和第三透镜焦距f3，以及与前面每个条件式对应的数值。
                                                                表25
    实施例     1     2     3     4     5     6     7     8
    FNo     2.8     2.8     2.8     2.8     2.8     2.8     2.8     2.8
    2ω(°)     60     60     64     64     64     64     64     70
    Φ(°)     15.76     14.65     18.72     18.66     18.74     18.73     18.74     19.47
    T(mm)     6.73     7     6.69     6.4     6.68     6.72     6.73     5.8
    f(mm)     4.4     4.4     4     4     4     4     4     3.5
    f1     4.42     4.75     3.6     3.52     4.25     3.62     3.63     3.37
    f2     8.26     5.74     32.1     36.09     11.14     22.26     21.64     23.98
    f3     -14.1     -7.82     -30.88     -22.09     -17.48     -23.37     -22.43     -30.95
    T/f     1.53     1.59     1.67     1.6     1.67     1.68     1.68     1.66
    f1/f     1.01     1.08     0.9     0.88     1.06     0.91     0.91     0.96
    f2/f     1.88     1.31     8.02     9.02     2.79     5.56     5.41     6.85
    f3/f     -3.21     -1.78     -7.72     -5.52     -4.37     -5.84     -5.6     -8.84
    R4/[f×(n-1)]     -0.51     -0.55     -0.5     -0.45     -0.5 3     -0.52     -0.52     -0.48
    C2×f/Rn 2     -425.8     -331.2     -315.9     -453.9     -437.5     -301.3     -305.5     -411.1
综上，本发明提供的微型摄像镜头系统具有以下优点：其一，由于透镜采用了非球面面形，量产的情况下采用铸模来实现是必然的，采用光学塑料可以降低工艺的复杂性；而不同材料对于铸模工艺有不同的要求，采用同一种光学塑料可以进一步降低工艺的复杂性，从而进一步降低成本；其二，衍射面的引入使得即使采用同一种光学塑料的镜头系统，也可利用衍射光学原理较正光因透镜材料折射引起的色散，从而较正色差，同时衍射光栅结构具有高次非球面的作用，使镜头系统的光学性能大为改善。此外，本发明提供的微型摄像镜头系统采用从物侧到成像面第一透镜和第二透镜均为正光焦度、第三透镜为负光焦度的类似远距型结构，这种正正负的结构形式较从物侧到成像面第一透镜为正光焦度、第二透镜为负光焦度、第三透镜为正光焦度的正负正的结构形式更有利于缩短镜头系统的总长，可使系统进一步小型化。该系统可在较大视场(视场角都在60度以上)的成像质量也很好，其场曲、像散和畸变均得到了较好地校正，  且倍率色差很小。

Claims (17)

1.一种微型摄像镜头系统，其从物侧到成像面依次包括光栏，一双面皆凸的第一透镜、一具有一凹面弯向物侧的第二透镜和一具有一凹面弯向成像面的第三透镜；所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均为塑料制成，且其中一片透镜有一个面为具有衍射光栅结构的衍射面。
2.如权利要求1所述的微型摄像镜头系统，其特征在于所述第二透镜为弯月型透镜。
3.如权利要求2所述的微型摄像镜头系统，其特征在于所述第三透镜为弯月型透镜。
4.如权利要求3所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该系统第一透镜及第二透镜光焦度为正，第三透镜光焦度为负。
5.如权利要求4所述的微型摄像镜头系统，其特征在于所述第一透镜靠近成像面的凸面为具有衍射光栅结构的衍射面。
6.如权利要求5所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该系统还满足条件式(1)1.4＜T/f＜1.8，其中T表示光栏到成像面的距离；f表示整个摄像镜头的焦距。
7.如权利要求6所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该系统还满足条件式(2)0.7＜f1/f＜1.2，其中f1表示第一透镜的焦距。
8.如权利要求7所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该系统还满足条件式(3)-9＜f3/f＜-1.7，其中f3表示第三透镜的焦距。
9.如权利要求8所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该系统还满足条件式(4)-0.6＜R4/[f×(n-1)]＜-0.3，其中R4表示第二透镜靠近物侧的表面曲率半径；n为透镜材料的折射率。
10.如权利要求9所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该系统还满足条件式(5)-470＜C2×f1/Rn 2＜-280，其中C2表示第一透镜靠近成像面的表面衍射结构相位函数中第二阶相位系数；Rn为用于对衍射面高度进行规一化的参量。
11.如权利要求1至10中任意一项所述的微型摄像镜头系统，其特征在于所述第一透镜、第二透镜和第三透镜至少有一个面为非球面。
12.如权利要求1至10中任意一项所述的微型摄像镜头系统，其特征在于所述第一透镜、第二透镜和第三透镜至少各有一个面为非球面。
13.如权利要求1至10中任意一项所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该第一透镜两面皆为非球面。
14.如权利要求1至10中任意一项所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该第二透镜两面皆为非球面。
15.如权利要求1至10中任意一项所述的微型摄像镜头系统，其特征在于该第三透镜两面皆为非球面。
16.如权利要求1至10中任意一项所述的微型摄像镜头系统，其特征在于所述第一透镜、第二透镜和第三透镜采用同一种光学塑料制成。
17.如权利要求16所述的微型摄像镜头系统，其特征在于所述光学塑料包括非晶型聚烯烃材料。
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