CN205027959U

CN205027959U - 一种移动设备镜头模组

Info

Publication number: CN205027959U
Application number: CN201520703898.9U
Authority: CN
Inventors: 孙锋青
Original assignee: VISTA OPTRONICS Inc
Current assignee: VISTA OPTRONICS Inc
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2025-09-11

Abstract

本实用新型提供一种镜头模组，沿光轴方向从物面侧到像面侧依次包括孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及红外截止滤光片；其中所有透镜均为塑料材质；第一透镜具有正折光力，且其物面为凸表面；第二透镜具有负折光力，且其物面在边缘区域为凹表面，像面为凹表面；第三透镜具有负折光力，且其物面为凹表面，像面为凸表面；第四透镜具有正折光力，且其像面在近轴区域为凹表面，在边缘区域为凸表面；在有效视场内，镜头模组的最小成像相对亮度为RI_min，其特征在于镜头模组满足关系式：36％＜RI_min＜65％，本实用新型保证了镜头模组的高像质的同时具有较高的相对亮度。

Description

一种移动设备镜头模组

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种移动设备镜头模组。

背景技术

近几年来，由于摄像镜头在数码相机、网络摄影机以及手机等移动设备中广泛应用，随着移动设备消费的快速膨胀，人们对于移动设备的摄影成像质量的要求也越来越高。高分辨率、大视场角、更小的尺寸等等特征，都成为消费者选购时再三考虑的因素。

一般来说，为了满足消费者的需求，500万像素镜头模组通常采用三片式镜片结构，实践证明达到800万像素以上，镜头需要用四片式结构，才能保证成像质量。衡量成像质量时，其中镜头模组的相对照度是评估成像均匀性性能好坏的关键参数之一。实践中需要改善边缘光线和近轴光线密度，减小渐晕等像差，才能使得镜头模组的相对照度得到提升。通过调整非球面系数可以提高相对照度，同时得到更易于生产的镜片结构，减轻生产的良率压力。

如何权衡高像质和生产的容易性之间的关系，既能解决像差问题，又能解决成像均匀性问题成为镜头模组生产的又一个关键点，因此，有必要调整寻找一个具有更合适的组合和更协调的非球面系数，从而得到能满足需求的镜头模组结构。

专利号US7274518B1的美国专利，涉及一种光学摄像系统，从摄像系统的物侧至像侧依次包括了四片镜片，以及一个孔径光阑。其中第一透镜具有凸物侧面为面及凹的像侧面，且具有正屈光力；第二透镜具有负屈光力及凹的像面；第三透镜具有正折光力且物面为凹、像面为凸；第四透镜具有凸的物面和凹的像面。采用该结构的光学摄像系统，因为采用了塑料非球面透镜，避免了透镜胶和处理，从而降低了工艺难度，并且还缩短了器件高度。但是该结构没有通过调整非球面系数之间的关系来得到较好的相对照度值，达到成像更均匀的效果。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种较高分辨率的镜头模组，通过控制各透镜的折光力和特定非球面系数的关键关系，可以使镜头模组达到高像质的同时具有较优的相对照度值。

本实用新型是这样实现的：

一种光学镜头模组，其特征在于：沿光轴方向从物面侧到像面侧依次包括孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及红外截止滤光片；其中所有透镜均为塑料材质；；

所述第一透镜具有正折光力，且其物面为凸表面；

所述第二透镜具有负折光力，且其物面在边缘区域为凹表面，像面为凹表面；

所述第三透镜具有负折光力，且其物面为凹表面，像面为凸表面；

所述第四透镜具有正折光力，且其像面在近轴区域为凹表面，在边缘区域为凸表面；

在有效视场内，镜头模组的最小成像相对照度为RI_min，其特征在于镜头模组满足关系式：

0.36＜RI_min＜0.65；

-0.299≤AC3≤0.653；

0.101≤AC4≤0.182；

-1.855≤ASUM≤-0.558；

其中，AC3是第二透镜物面的非球面系数之和，AC4是第二透镜像面的非球面系数之和，ASUM是所有透镜的非球面系数之和。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为依照本实用新型第一个实施例的镜头模组示意图。

图2为依照本实用新型第一个实施例的相对照度曲线。

图3从左至右依次为依照本实用新型第一个实施例的镜头模组的球差、场曲及畸变曲线。

图4为依照本实用新型第二个实施例的镜头模组示意图。

图5为依照本实用新型第二个实施例的相对照度曲线。

图6从左至右依次为依照本实用新型第二个实施例的镜头模组的球差、场曲及畸变曲线。

图7为依照本实用新型第三个实施例的镜头模组示意图。

图8为依照本实用新型第三个实施例的相对照度曲线。

图9从左至右依次为依照本实用新型第三个实施例的镜头模组的球差、场曲及畸变曲线。

图10为依照本实用新型第四个实施例的镜头模组示意图。

图11为依照本实用新型第四个实施例的相对照度曲线。

图12从左至右依次为依照本实用新型第四个实施例的镜头模组的球差、场曲及畸变曲线。

图13为依照本实用新型第四个实施例的镜头模组示意图。

图14为依照本实用新型第四个实施例的相对照度曲线。

图15从左至右依次为依照本实用新型第五个实施例的镜头模组的球差、场曲及畸变曲线。

具体实施方式

本实用新型的一结构如下：

一种镜头模组，沿光轴方向从物面侧到像面侧依次包括孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及红外截止滤光片。四片式的设计可以使镜头模组达到800万像素以上的分辨率。

所述第一透镜具有正折光力，且其物面为凸表面，配合置于物方空间和第一透镜之间的一孔径光阑，可以控制系统进光量，减小渐晕；

所述第二透镜具有负折光力，且其物面在边缘区域为凹表面，像面为凹表面。此结构可以平衡整个模组的折光力，减小场曲；

所述第三透镜具有负折光力，且其物面为凹表面，像面为凸表面，可以降低系统敏感度，调节系统远心性；

所述第四透镜具正有折光力，且其像面在近轴区域为凹表面，在边缘区域为凸表面，这样的结构矫正球差，减小场曲；

在有效视场内，镜头模组的最小成像相对照度为RI_min，其特征在于镜头模组满足关系式：36%＜RI_min＜65%。当达到这个范围时，镜头模组的成像均匀性较好，同时镜头模组易于加工。

具体地，上述镜头模组满足关系式：

HFOV≥33.67°，此时，镜头模组的视场角达到较大范围；其中，HFOV是模组的半视场角。

具体地，上述镜头模组满足关系式：

R5/R6≥2.47，模组的后焦可以得到延长；其中，R5为第三透镜物面的曲率半径值，R6为第三透镜像面面的曲率半径值。

具体地，上述镜头模组满足关系式：

T/AT≥2.35，可以矫正模组的场曲，合适的镜片厚度易于加工；其中，T是第一透镜到第五透镜的镜片中心厚度和，AT是第一透镜到红外截止滤光片之间空气间隙中心总厚度。

具体地，上述镜头模组满足关系式：

-0.299≤AC3≤0.653，此时，模组的分辨率可以得到保证，并且像散、畸变都能得到较大的改善；其中，AC3是第二透镜物面的非球面系数之和。

具体地，上述镜头模组满足关系式：

0.101≤AC4≤0.182，轴外光线引起的球差和慧差能够被矫正。其中，AC4是第二透镜像面的非球面系数之和。

上述镜头模组满足关系式：

-1.855≤ASUM≤-0.558，此时，高阶像差可以得到较好矫正。其中，ASUM是所有透镜的非球面系数之和。

上述镜头模组满足关系式：

6.62≤TTL/BFL≤8.21，此时，镜头模组的自由度可以得到保证；其中，TTL是器件高度，BEL是镜头模组的后焦距。

相对照度RI的定义为：RI=I _Corner /I _Center。其中I _Corner是成像面四个角的照度的平均值；I _Center是成像面中心的照度值。

非球面系数可由但不仅限于下列非球面特性方程定义：

其中，X是在非球面上距离光轴距离为Y的点到子午面在非球面上的顶点之间的相对距离，Y是非球面曲点到光轴的距离，R代表了透镜表面的曲率半径，k代表了圆锥系数，Ai代表了每个透镜第i阶非球面系数。在实施例中，i可以是2,4,6,8,10,12,14,16,18但不局限于该范围。

根据上述实施方式，以下给出具体的实施例，配合附图作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。

图1给出了本实用新型第一个实施例的镜头模组光学结构示意图，沿光轴从物面侧到像面侧依次为孔径光阑100、第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、红外截止滤光片150以及成像面160，其中，第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130和第四透镜140皆为塑料材质；所述红外截止滤光片150可以滤除红外等波长的光线，避免被安置在像面的、具有吸收性的探测器吸收到，导致成像受影响；

所述第一透镜110具有正折光力，且其物面111为凸表面，像面112在边缘区域为凸表面；

所述第二透镜120具有负折光力，且其物面121在边缘区域为凹表面，像面122为凹表面；

所述第三透镜130具有负折光力，且其物面131为凹表面，像面132为凸表面；

所述第四透镜140具有正折光力，且其物面141在近轴区域为凸表面，在边缘区域为凹表面；像面142在近轴区域为凹表面，在边缘区域为凸表面；

图2为第一个实施例的相对照度情况，其中纵坐标是相对照度值，横坐标代表从0视场到1视场对应的像高，单位为mm。由图2可看出：随着像高的增大，相对照度值呈减小的趋势。在此取0到最大像高范围内对应的最小纵坐标值为最低相对照度RI_min,图2中RI_min值为0.58，出现在像高最大处，即1视场下。该结构镜头组的成像照度均匀性优秀。

图3为第一个实施例的球差、场曲、畸变曲线图，反映了实施例中成像透镜组的像质情况，T代表子午方向，S代表弧矢方向。

表1-1和表1-2是第一个实施例的镜头模组参数和非球面系数的详细信息，结合表格可说明实施例。

表1-1中，f表示了有效焦距的值，F^#表示光圈数，HFOV表示最大半视场角。满足非球面特性方程的非球面系数信息详细的列入了表1-2中，其中A4到A18分别为第4阶到第18阶非球面系数，k表示非球面特性方程中的圆锥系数。每个透镜物面对应的厚度值为该透镜的中心厚度值，像面对应的厚度值为当前透镜到下一物体第一面的空气间隙中心厚度值。孔径光阑对应的厚度值为孔径光阑到第一透镜的空气间隙中心厚度值。本实用新型中所有实施例的表格都采用了相同的参数定义，往后不再重申。

表1-1：

表1-2：

图4给出了本实用新型第二个实施例的镜头模组光学结构示意图，沿光轴从物面侧到像面侧依次包括孔径光阑200、第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230、第四透镜240、红外截止滤光片250以及成像面260，其中，第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230和第四透镜240皆为塑料材质；所述红外截止滤光片250可以滤除红外等波长的光线，避免被安置在像面的、具有吸收性的探测器吸收到，导致成像受影响；

所述第一透镜210具有正折光力，且其物面211为凸表面；

所述第二透镜220具有负折光力，且其物面221在边缘区域为凹表面，像面222为凹表面；

所述第三透镜230具有负折光力，且其物面231为凹表面，像面232为凸表面；

所述第四透镜240具有正折光力，且其物面241在近轴区域为凸表面且有多个曲折点；像面242在近轴区域为凹表面，在边缘区域为凸表面；

图5为第二个实施例的相对照度情况，其中纵坐标是相对照度值，横坐标代表从0视场到1视场对应的像高，单位为mm。有图5可看出：随着像高的增大，相对照度值呈减小的趋势。在此取0到最大像高范围内对应的最小纵坐标值为最低相对照度RI_min,图5中RI_min值为0.431，出现在像高最大处，即1视场下。该结构镜头组的成像照度均匀性较为优秀。

图6为第二个实施例的球差、场曲、畸变曲线图，反映了实施例中成像透镜组的像质情况，T代表子午方向，S代表弧矢方向。

表2-1和表2-2是第二个实施例的镜头模组参数和非球面系数的详细信息，结合表格可说明实施例。

表2-1：

表2-2：

图7给出了本实用新型第三个实施例的镜头模组光学结构示意图，沿光轴从物面侧到像面侧依次包括孔径光阑300、第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330、第四透镜340、红外截止滤光片350以及成像面360，其中，第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330和第四透镜340皆为塑料材质；所述红外截止滤光片350可以滤除红外等波长的光线，避免被安置在像面的、具有吸收性的探测器吸收到，导致成像受影响；

所述第一透镜310具有正折光力，且其物面311为凸表面；

所述第二透镜320具有负折光力，且其物面321在边缘区域为凹表面，像面322为凹表面；

所述第三透镜330具有负折光力，且其物面331为凹表面，像面332为凸表面；

所述第四透镜340具有正折光力，且其物面341在近轴区域为凸表面且有多个曲折点；像面342在近轴区域为凹表面，在边缘区域为凸表面；

图8为第三个实施例的相对照度情况，其中纵坐标是相对照度值，横坐标代表从0视场到1视场对应的像高，单位为mm。有图8可看出：随着像高的增大，相对照度值呈减小的趋势。在此取0到最大像高范围内对应的最小纵坐标值为最低相对照度RI_min,图8中RI_min值为0.438，出现在像高最大处，即1视场下。该结构镜头组的成像照度均匀性较为优秀。

图9为第三个实施例的球差、场曲、畸变曲线图，反映了实施例中成像透镜组的像质情况，T代表子午方向，S代表弧矢方向。

表3-1和表3-2是第三个实施例的镜头模组参数和非球面系数的详细信息，结合表格可说明实施例。

表3-1：

表3-2：

图10给出了本实用新型第四个实施例的镜头模组光学结构示意图，沿光轴从物面侧到像面侧依次包括孔径光阑400、第一透镜410、第二透镜420、第三透镜430、第四透镜440、红外截止滤光片450以及成像面460，其中，第一透镜410、第二透镜420、第三透镜430和第四透镜440皆为塑料材质；所述红外截止滤光片450可以滤除红外等波长的光线，避免被安置在像面的、具有吸收性的探测器吸收到，导致成像受影响；

所述第一透镜410具有正折光力，且其物面411为凸表面；

所述第二透镜420具有负折光力，且其物面421在边缘区域为凹表面，像面422为凹表面；

所述第三透镜430具有负折光力，且其物面431为凹表面，像面432为凸表面；

所述第四透镜440具有正折光力，且其物面441在近轴区域为凸表面且有多个曲折点；像面442在近轴区域为凹表面，在边缘区域为凸表面；

图11为第四个实施例的相对照度情况，其中纵坐标是相对照度值，横坐标代表从0视场到1视场对应的像高，单位为mm。有图11可看出：随着像高的增大，相对照度值呈减小的趋势。在此取0到最大像高范围内对应的最小纵坐标值为最低相对照度RI_min,图11中RI_min值为0.441，出现在像高最大处，即1视场下。该结构镜头组的成像照度均匀性较为优秀。

图12为第四个实施例的球差、场曲、畸变曲线图，反映了实施例中成像透镜组的像质情况，T代表子午方向，S代表弧矢方向。

表4-1和表4-2是第四个实施例的镜头模组参数和非球面系数的详细信息，结合表格可说明实施例。

表4-1：

表4-2：

图13给出了本实用新型第五个实施例的镜头模组光学结构示意图，沿光轴从物面侧到像面侧依次包括孔径光阑500、第一透镜510、第二透镜520、第三透镜530、第四透镜540、红外截止滤光片550以及成像面560，其中，第一透镜510、第二透镜520、第三透镜530和第四透镜540皆为塑料材质；所述红外截止滤光片550可以滤除红外等波长的光线，避免被安置在像面的、具有吸收性的探测器吸收到，导致成像受影响；

所述第一透镜510具有正折光力，且其物面511为凸表面；

所述第二透镜520具有负折光力，且其物面521在边缘区域为凹表面，像面522为凹表面；

所述第三透镜530具有负折光力，且其物面531为凹表面，像面532为凸表面；

所述第四透镜540具有正折光力，且其物面541在近轴区域为凸表面且有多个曲折点；像面542在近轴区域为凹表面，在边缘区域为凸表面；

图14为第五个实施例的相对照度情况，其中纵坐标是相对照度值，横坐标代表从0视场到1视场对应的像高，单位为mm。有图14可看出：随着像高的增大，相对照度值呈减小的趋势。在此取0到最大像高范围内对应的最小纵坐标值为最低相对照度RI_min,图14中RI_min值为0.441，出现在像高最大处，即1视场下。该结构镜头组的成像照度均匀性较为优秀。

图15为第四个实施例的球差、场曲、畸变曲线图，反映了实施例中成像透镜组的像质情况，T代表子午方向，S代表弧矢方向。

表5-1和表5-2是第四个实施例的镜头模组参数和非球面系数的详细信息，结合表格可说明实施例。

表5-1：

所有实施例的关键详细信息如表格6所示：

表6中，F^#是光圈数，BEL是镜头模组的后焦距，TTL是器件高度，AC3是第二透镜的物面的非球面系数之和，AC4是第二透镜的像面的非球面系数之和，ASUM是所有透镜的非球面系数之和，R5为第三透镜物面的曲率半径值，R6为第三透镜像面面的曲率半径值，T是第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的总厚度，AT是第一透镜到红外截止滤光片之间的空气间隙总的中心厚度，HFOV是模组的半视场角，镜头模组的最小成像相对照度为RI_min。

表6：

实施例	1	2	3	4	5
						F#	2.05	2.05	2.05	2.05	2.05
BFL	0.485	0.578	0.580	0.579	0.579
						TTL	3.98	3.83	3.84	3.84	3.87
TTL/BFL	8.21	6.63	6.62	6.63	6.68
						AC3	-0.299	-0.288	-0.288	0.653	-0.288
AC4	0.101	0.182	0.182	0.177	0.177
						ASUM	-1.768	-1.855	-1.855	-0.558	-1.499
R5/R6	2.63	2.48	2.48	2.47	2.50
						T/AT	2.35	2.82	2.80	2.80	2.75
HFOV	33.67°	35.88°	35.76°	35.76°	35.87°
						RI_min	0.58	0.431	0.438	0.441	0.458

通过控制非球面系数来调整镜头模组的相对照度，从而既能保证成像设备的成像均匀性，又能保证像差，尤其是在较高分辨率的镜头模组案例中。该镜头模组的像质评估包括球差、场曲和畸变，高像质是要求球差、场曲和畸变均保持在符合一定标准的范围内，如：畸变在2%以内。各像差的纵坐标均为像高值，单位mm（毫米），特定的非球面系数之间关系可使得该种结构镜头模组的相对照度值在所有视场下都大于36%，实际效果就是整个成像面照度均匀，符合人眼观察标准，不易引起视觉疲劳。

文中所给出的实施例包括了每个透镜的详细位置和基本特性数据。透镜材料使用了固定的材料组合。其中使用这些数据加工得到的镜头模组，其像质情况如像差图示，相对照度性能如相对照度曲线图示。其中从0视场到1视场，畸变控制在2%以内；球差图中可看到三条线之间间距较小，说明相对色差较小；场曲图中，S曲线和T曲线之间间距越小越好。在一定的曲率半径关系下，实施例的非球面系数满足上述的关系式，保证高像素镜头模组的光学像差和相对照度满足定义的标准。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种镜头模组，其特征在于：沿光轴方向从物面侧到像面侧依次包括孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及红外截止滤光片；其中所有透镜均为塑料材质；

所述第一透镜具有正折光力，且其物面为凸表面；

在有效视场内，镜头模组的最小成像相对亮度为RI_min，其特征在于镜头模组满足关系式：

36%＜RI_min＜65%。

2.如权利要求1所述的一种镜头模组，其特征在于上述镜头模组满足关系式：

HFOV≥33.67°，

其中，HFOV是模组的半视场角。

3.如权利要求2所述的一种镜头模组，其特征在于上述镜头模组满足关系式：

R5/R6≥2.47，

其中，R5为第三透镜物面的曲率半径值，R6为第三透镜像面面的曲率半径值。

4.如权利要求3所述的一种镜头模组，其特征在于上述镜头模组满足关系式：

T/AT≥2.35，

其中，T是第一透镜到第五透镜的镜片中心厚度和，AT是第一透镜到红外截止滤光片之间空气间隙中心总厚度。

5.如权利要求4所述的一种镜头模组，其特征在于上述镜头模组满足关系式：

-0.299≤AC3≤0.653，

其中，AC3是第二透镜物面的非球面系数之和。

6.如权利要求4所述的一种镜头模组，其特征在于上述镜头模组满足关系式：

0.101≤AC4≤0.182，

其中，AC4是第二透镜像面的非球面系数之和。

7.如权利要求4所述的一种镜头模组，其特征在于上述镜头模组满足关系式：

-1.855≤ASUM≤-0.558，

其中，ASUM是所有透镜的非球面系数之和。

8.如权利要求4所述的一种镜头模组，其特征在于上述镜头模组满足关系式：

6.62≤TTL/BFL≤8.21，

其中，TTL是器件高度，BEL是镜头模组的后焦距。