一种摄像头模组
技术领域
本实用新型属于成像领域,具体涉及一种摄像头模组,尤其涉及用于微距或显微成像的摄像头模组。
背景技术
成像装置在生活中日渐普及,手机摄像头、电脑摄像头、行车记录仪、监控摄像头等成像装置每天都会在人们的日常生活中出现。成像也越来越朝着小型化方向发展,并且在小型化的同时仍能保持较高的成像质量。除了人像、风景等拍照需求外,人们也存在对近距离物体进行拍照的需求。以手机为例,近年出现了具备微距拍照功能的型号。
现有的微距摄像头多使用将照相镜头的像距增长的方式实现微距。由于一般照相镜头是针对远距离成像的,在微距情况下成像效果不佳,即使进行增距也只能增大放大率但无法获得足够的分辨率。
实用新型内容
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种,本实用新型通过使用独特的镜头设计,并确定了镜头与感光芯片之间的位置关系,构造了一种摄像头模组,其中镜头感光芯片的位置关系满足公式1,该构造有利于减少在近距离成像时镜头的像方端面到感光芯片的距离,避免采用增距方式实现近距离拍照,利于结构的小型化。同时,镜头包含前透镜组和后透镜组,构造成复合显微镜的结构,此时前透镜组等效为物镜,能够获取优秀的成像质量。
为实现上述目的,按照本实用新型的一个方面,提供了一种摄像头模组,其中:包括镜头模块、外壳、底板和感光芯片;
所述外壳用于固定所述镜头模块和所述底板;
所述底板上安装有所述感光芯片;
光轴上物点到镜头模块的物方主面的距离小于40mm时的聚焦像点的均方差半径小于光轴上物点位于无穷远处时的聚焦像点的均方差半径;
所述镜头模块沿着光轴的物侧至像侧依次包括:第一透镜组、光圈、第二透镜组;
所述第一透镜组和第二透镜组均为正光焦度;所述第一透镜组的物方通光口径大于其像方通光口径,所述第二透镜组的物方通光口径小于其像方通光口径;
所述镜头模块和所述感光芯片的感光面的位置关系满足如下条件:
0.5f200<Sima<1.5f200 (公式1);
其中f200为第二透镜组的焦距,即第二透镜组的像方主面到第二透镜组的像方焦面的距离,Sima为感光芯片的感光面到第二透镜组的像方主面的距离。
优选地,所述摄像头模组还包括滤光片;
所述滤光片安装在所述感光芯片的物方侧,固定于所述外壳上;
第二透镜组的像方主面到第二透镜组的像方焦面位置为考虑所述滤光片的折射效应之后的位置。
优选地,所述摄像头模组还包括调焦马达;
所述调焦马达用于使镜头模块相对于外壳运动,在所述镜头模块的调焦范围内,公式1均成立。
优选地,所述调焦马达为音圈马达或超声波马达。
优选地,所述摄像头模组还包括磁铁、前弹簧垫、后弹簧垫、线圈;
所述磁铁和线圈构成所述调焦马达;
所述磁铁固定于所述外壳的内壁,所述前弹簧垫和后弹簧垫用于限制所述镜头模块的移动位置,所述线圈与所示镜头模块的外壁固定。
优选地,所述摄像头模组不具备调焦功能,所述镜头模块与所述感光芯片之间的距离为定值;
不同规格的所述摄像头模组产生系列不同的定值,但均满足公式1。
优选地,当所述摄像头模组不具备调焦功能时,所述镜头模块和所述感光芯片的感光面的位置关系满足如下条件:
Sima=f200 (公式2)。
优选地,所述第一透镜组的像方介质和所述第二透镜组的物方介质为空气;
所述光圈位于所述第一透镜组或所述第二透镜组的表面,或其物方、像方的空气介质中。
优选地,所述第一透镜组的像方介质和所述第二透镜组的物方介质为包括塑料或玻璃在内的透明材质;
此时,所述第一透镜组和所述第二透镜组有共同的一片透镜,该透镜的物方的所有透镜和该透镜的物方表面构成第一透镜组,该透镜的像方表面和其像方的所有透镜构成第二透镜组;
所述光圈位于该透镜的表面或该透镜的透明介质内。
优选地,所述摄像头模组是用于便携式电子产品的摄像头模组。
优选地,所述第一透镜组的焦距f100≤40mm,所述第二透镜组的焦距f200≤20mm;
在使用时,待摄物体与所述第一透镜组的物方主面的距离od100小于第一透镜组100的焦距的2倍,即
od100<2f100 (关系式1);
且所述第二透镜组的像方主面到像面的距离id200小于所述第二透镜组的焦距的两倍,即
id200<2f200 (关系式2);
且所述第一透镜组的像方数值孔径(numerical aperture)NAimg100、所述第二透镜组的物方数值孔径NAobj200满足如下条件:
0<NAimg100,NAobj200<0.05 (关系式3)。
优选地,所述光圈到所述第一透镜组的边缘沿光轴方向的距离sd100满足关系式:
sd100<f100 (关系式4);
所述光圈到所述第二透镜组的边缘沿光轴方向的距离sd200满足关系式:
sd200<f200 (关系式5)。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下:
倒数第二片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
最后一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下:
倒数第二片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
最后一片透镜的物方表面为凸面,像方表面为凹面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最小、越离轴厚度越大的区域。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下:
倒数第二片透镜的物方表面为凹面,像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
最后一片透镜的物方表面为凹面,像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜设置如下:
倒数第二片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
最后一片透镜的物方表面为凸面,像方表面为凹面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域。
优选地,所述最后一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括:
第一片透镜,其物方表面和像方表面均为凸面;
第二片透镜,其物方表面和像方表面均为凹面;
第三片透镜,其物方表面的中心为凸面,然后离轴外围变为凹面,像方表面中心为凹面,然后离轴外围变为凸面;
第四片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第五片透镜的物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括:
第一片透镜,其物方表面和像方表面均为凸面;
第二片透镜,其物方表面和像方表面均为凹面,其中物方表面凹陷程度大于像方表面,且像方表面具有反曲点;
第三片透镜,其像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第四片透镜,其物方表面为凸面,像方表面为凹面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最小、越离轴厚度越大的区域。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括:
第一片透镜,其物方表面和像方表面均为凸面;
第二片透镜,其物方表面为凸面,像方表面为凹面;
第三片透镜,其物方表面的中心为凸面,然后离轴外围变为凹面,像方表面中心为凹面,然后离轴外围变为凸面;
第四片透镜,其物方表面为凹面,像方表面为凸面;
第五片透镜,其物方表面为凹面,像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第六片透镜,其物方表面为凹面,像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地,所述第二透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括:
第一片透镜,其物方表面和像方表面均为凸面;
第二片透镜,其像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第三片透镜,其物方表面为凸面,像方表面为凹面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域。
优选地,所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜。
优选地,所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下:
第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第二片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地,所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下:
第一片透镜的物方表面为凹面,像方表面为凸面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域;
第二片透镜的物方表面为凸面,像方表面为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地,所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜设置如下:
第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第二片透镜的物方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
优选地,所述第一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。
优选地,所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括:
第一片透镜,其物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第二片透镜,其物方表面为凸面,像方表面为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域;
第三片透镜,其物方表面为凹面,但凹陷程度小于第一片透镜的物方表面凹陷程度,像方表面为凹面;
第四片透镜,其物方表面和像方表面均为凸面。
优选地,所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括:
第一片透镜,其物方表面为凹面,像方表面为凸面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域;
第二片透镜,其物方表面为凸面,像方表面为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第三片透镜,其物方表面和像方表面均为凸面。
优选地,所述第一透镜组沿着光轴的物侧至像侧依序包括:
第一片透镜,其物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;
第二片透镜,其物方表面为凸面,像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域;
第三片透镜,其物方表面为凹面,但凹陷程度小于第一片透镜的物方表面的凹陷程度,像方表面为凸面;
第四片透镜,其物方表面和像方表面均为凹面;
第五片透镜,其物方表面和像方表面均为凸面。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言,通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
1、现有技术中,感光芯片的感光面位于镜头的焦面上;存在调焦功能时,感光芯片的感光面在调焦范围内位于镜头的一倍焦距到两倍焦距所确定的两个平面之间。本实用新型与现有技术不同,镜头与感光芯片的位置关系满足关系式,该构造有利于减少在近距离成像时镜头的像方端面到感光芯片的距离,避免采用增距方式实现近距离拍照,利于结构的小型化。
2、如前所述,本实用新型的构造可避免通过增距方式实现近距离拍照,从而使模组的结构更加紧凑,减少像方空气介质的总厚度从而避免浪费空间。在此基础上,节省下来的空间可用于在镜头中增加镜片数量,从而使得镜头获得更加丰富的像差校正自由度,以实现更高的光学分辨率和更低的畸变。
3、本实用新型的摄像头模组中,镜头包含第一透镜组和第二透镜组,构造成复合显微镜的结构,此时第一透镜组等效为物镜,该结构有利于在近距离成像下获取优秀的成像质量。
4、本实用新型的摄像头模组中,镜头中光圈位于中间位置,光圈中置的构造有利于减少成像时的横向色差,也有利于实现大视场角成像。
5、本实用新型的摄像头模组中,在成像过程中,镜头的第一透镜组处于物距小像距大的状态,第二透镜组处于物距大像距小的状态,此时第一透镜组和第二透镜组相互之间存在安装误差时,安装误差尤其是距离误差远小于第一透镜组的像距和第二透镜组的物距,从而使得安装误差对成像质量的影响较小,有利于减少成像质量对安装误差的敏感度,从而获取较高的良品率。
6、传统微型镜头多为照相镜头,针对物距远大于像距的情况所设计,不适用于近距离的微距和显微成像;本实用新型的摄像头模组,提出了一种由第一透镜组、光圈和第二透镜组组成的三明治结构的镜头构型,能在小型化的情况下获取较高的近距离成像效果,能有效降低近距离成像时的像差,尤其是畸变和色差。满足本实用新型的的结构特征和参数关系式的镜头,能有效减少镜头的直径,减小镜头尺寸和降低加工难度和加工成本,并能有效减少有镜头和探测器组成的结构的总光学筒长。
附图说明
图1是本实用新型的第一类摄像头模组的示意图;
图2是本实用新型的第一类摄像头模组的镜头模块的简要示意图;
图3是本实用新型的第一类摄像头模组的镜头模块的结构示意图;
图4是本实用新型的第二类摄像头模组的示意图;
图5是本实用新型摄像头模组的结构示意图;
图6是本实用新型实施例一的结构示意图;
图7是本实用新型实施例二的结构示意图;
图8是本实用新型实施例三的结构示意图;
图9是本实用新型实施例四的结构示意图;
图10是本实用新型实施例四的视场角内畸变示意图;
图11是本实用新型实施例五的结构示意图;
图12是本实用新型实施例一的参数表图之一;
图13是本实用新型实施例一的参数表图之二;
图14是本实用新型实施例二的参数表图之一;
图15是本实用新型实施例二的参数表图之二;
图16是本实用新型实施例三的参数表图之一;
图17是本实用新型实施例三的参数表图之二;
图18是本实用新型实施例四的参数表图之一;
图19是本实用新型实施例四的参数表图之二;
图20是本实用新型实施例五的参数表图之一;
图21是本实用新型实施例五的参数表图之二。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。此外,下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本实用新型进一步详细说明。
如图1-4所示,本实用新型提供一种摄像头模组,其中:包括镜头模块10、外壳20、底板30和感光芯片600。
所述镜头模块10中包含透镜组及其所需的支撑机械结构。
所述外壳20用于固定所述镜头模块10和所述底板30;优选的,外壳20选用金属或塑料材质。
所述底板30与所述外壳20相固定,且所述底板30上安装有感光芯片600。所述底板30用于提供机械支撑和电路连接。所述底板30上印制有电路,必要时包含配合感光芯片600工作的电子元件。
所述感光芯片600为面阵型光电探测器,优选的,感光芯片600为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
所述镜头模块10的透镜组为适用于近距离成像(包括但不限于微距成像和显微成像)的镜头。具体而言,所述镜头模块10进行成像时,光轴上物点到镜头模块10的物方主面的距离小于40mm时的聚焦像点的均方差半径小于光轴上物点位于无穷远处时的聚焦像点的均方差半径。
所述镜头模块10沿着光轴的物侧至像侧依次包括:第一透镜组100、光圈300、第二透镜组200。
所述第一透镜组100和第二透镜组200均为正光焦度;所述第一透镜组100的物方通光口径大于其像方通光口径,所述第二透镜组200的物方通光口径小于其像方通光口径;所述第一透镜组100和第二透镜组200均为由两片及两片以上透镜组成的透镜组,且均包含非球面透镜。所述第一透镜组100和第二透镜组200中透镜的材料为透明塑料或玻璃。
所述镜头模块10和所述感光芯片600的感光面的位置关系满足如下条件:
0.5f200<Sima<1.5f200 (公式1);
其中f200为第二透镜组200的焦距,即第二透镜组的像方主面2001到第二透镜组的像方焦面2002的距离,Sima为感光芯片600的感光面到第二透镜组的像方主面2001的距离,如图2所示。
所述第一透镜组100的像方介质和第二透镜组200物方介质可为空气、塑料或玻璃以及其他透明材质。
当所述第一透镜组100的像方介质和所述第二透镜组200的物方介质为空气时,所述光圈300位于所述第一透镜组100或所述第二透镜组200的表面,或其物方、像方的空气介质中。
当所述第一透镜组100的像方介质和所述第二透镜组200的物方介质为包括塑料或玻璃在内的透明材质;此时,所述第一透镜组100和所述第二透镜组200有共同的一片透镜,该透镜的物方的所有透镜和该透镜的物方表面构成第一透镜组100,该透镜的像方表面和其像方的所有透镜构成第二透镜组200;所述光圈300位于该透镜的表面或该透镜的透明介质内。这种第一透镜组100和第二透镜组200共用一片透镜的情形,可减少一片透镜数量,使得镜头模块10的结构更紧凑,从而利于小型化。
作为第一类结构,如图1所示,必要时,感光芯片前方还有滤光片400。优选的,滤光片400为红外滤光片。具体地讲,所述摄像头模组还包括滤光片400;所述滤光片400安装在所述感光芯片600的物方侧,固定于所述外壳20上。
当镜头模块10和感光芯片600之间还包含滤光片400时,滤光片400作为平板型光学元件,会影响镜头模块10的像方光学参数,第二透镜组的像方主面2001到第二透镜组的像方焦面2002位置为考虑所述滤光片400的折射效应之后的位置。
对于有调焦需要的场合,所述摄像头模组还包括调焦马达;所述调焦马达为音圈马达或超声波马达。所述调焦马达用于使镜头模块10相对于外壳20运动。
如图3所示,所述摄像头模组还包括磁铁1001、前弹簧垫1002、后弹簧垫1003、线圈1004;所述磁铁1001和线圈1004构成所述调焦马达;所述磁铁1001固定于所述外壳20的内壁,所述前弹簧垫1002和后弹簧垫1003用于限制所述镜头模块10的移动位置,所述线圈1004与所示镜头模块10的外壁固定。此时所述镜头模块10具备调焦功能。
当所述镜头模块10具备调焦功能时,经调焦马达调焦后,所述镜头模块10和感光芯片600的位置关系也满足公式1。
作为第二类结构,如图4所示,所述摄像头模组不具备调焦功能,所述镜头模块10与所述感光芯片600之间的距离为定值;不同规格的所述摄像头模组产生系列不同的定值,但均满足公式1。
优选地,当所述摄像头模组不具备调焦功能时,所述镜头模块10和所述感光芯片600的感光面的位置关系满足如下条件:
Sima=f200 (公式2)。
下面进一步详细介绍本实用新型的摄像头模组。
如图5所示,本实用新型提供一种近距离成像用微型成像镜头,其中:沿着一光轴的物侧至像侧依序包括:第一透镜组100、光圈300、第二透镜组200。
所述第一透镜组100和第二透镜组200均为正光焦度;所述第一透镜组100的物方通光口径大于其像方通光口径,所述第二透镜组200的物方通光口径小于其像方通光口径;所述第一透镜组100的焦距f100≤40mm,所述第二透镜组200的焦距f200≤20mm;
在使用时,待摄物体500与所述第一透镜组100的物方主面的距离od100小于第一透镜组100的焦距的2倍,即
od100<2f100 (关系式1);
且所述第二透镜组(200)的像方主面到像面的距离id200小于所述第二透镜组200的焦距的两倍,即
id200<2f200 (关系式2);
在上述两式确定的条件下,针对近距离成像,尤其是超近距离成像时,所述第二透镜组200的像方表面到所述探测器600的距离能够显著减小,即有利于减小总光学筒长,便于设备的小型化。
且所述第一透镜组100的像方数值孔径(numerical aperture)NAimg100、所述第二透镜组200的物方数值孔径NAobj200满足如下条件:
0<NAimg100,NAobj200<0.05 (关系式3)。
待摄物体500经第一透镜组100和第二透镜组200成像后,最终成像到探测器600的光敏面上。进一步,当存在波长选择要求时,第二透镜组200和探测器600的光敏面之间还包括滤光片400。由于在第一透镜组100和第二透镜组200之间的空间中的光束的数值孔径较小,便于减小制造和装配误差对光束的质量影响,因此该设计有利于提高生产时的良品率。所述第二透镜组200至少存在一个透镜,其像方表面为非球面,该曲面靠近光轴处为凹面,且该曲面远离光轴一段距离后其坡度(指该曲面与子午面相交形成的曲线的切线与光轴的夹角的反正切值的绝对值)减小,该设计有利于在大视场角的情况下抑制离轴视场的像差,尤其是抑制像散和场曲,以提升本实用新型在物方视场较大的情况下的成像质量。
所述光圈300为能够限定通光孔径的物理实体。定义第一透镜组100外侧为整个镜头的物方,第二透镜组的外侧为整个镜头的像方。所述光圈300位于第一透镜组100和第二透镜组200之间,有利于对成像中的畸变(distortion)和色差(chromatic aberration)进行校正。
所述光圈300到所述第一透镜组100的边缘沿光轴方向的距离sd100满足关系式:
sd100<f100 (关系式4);
所述光圈300到所述第二透镜组200的边缘沿光轴方向的距离sd200满足关系式:
sd200<f200 (关系式5)。
当光圈300与第一透镜组100和第二透镜组200的距离满足关系式4和关系式5所表达的关系时,有利于减小大视场成像情况下光线在第一透镜组100的像方表面和第二透镜组200的物方表面上的光线高度(即光线与表面的交点到光轴的距离),从而便于减小第一透镜组100和第二透镜组200的直径,有便于小型化且减少加工成本(大直径透镜加工成本高);进一步,也便于所述第一透镜组100的像方的第一个透镜和第二透镜组200的物方的第一个透镜进行低阶球差的校正,从而提高成像质量。综上,本实用新型的有益效果为:提出了一种由第一透镜组100、光圈300和第二透镜组200组成的三明治结构的镜头,能有效降低近距离成像时的像差,尤其是畸变和色差。满足前面所述的结构特征和参数关系式的镜头,能有效减少镜头的直径,减小镜头尺寸和降低加工难度和加工成本,并能有效减少有镜头和探测器组成的结构的总光学筒长。
本实用新型中,所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜;所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序包括至少三个透镜。第一透镜组100和第二透镜组200各自的数量可以自由组合,不同的结构设置也可以自由自合;第一透镜组100和/或第二透镜组200具有整体轴向调节装置;进一步地,第一透镜组100和/或第二透镜组200中至少有一个透镜具有其单独轴向调节装置。
所述第二透镜组200沿着光轴的物侧至像侧依序设置的最后两片透镜有如下四种设置方式:
第一种第二透镜组:倒数第二片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;最后一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
第二种第二透镜组:倒数第二片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;最后一片透镜的物方表面为凸面,像方表面为凹面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最小、越离轴厚度越大的区域。
第三种第二透镜组:倒数第二片透镜的物方表面为凹面,像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;最后一片透镜的物方表面为凹面,像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
第四种第二透镜组:倒数第二片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;最后一片透镜的物方表面为凸面,像方表面为凹面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域。
各种第二透镜组中:所述最后一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。
所述第一透镜组100沿着光轴的物侧至像侧依序设置的前两片透镜有如下三种设置方式:
第一种第一透镜组:第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;第二片透镜的像方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
第二种第一透镜组:第一片透镜的物方表面为凹面,像方表面为凸面,其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面,且具有一个中心厚度最大、越离轴厚度越小的区域;第二片透镜的物方表面为凸面,像方表面为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
第三种第一透镜组:第一片透镜的物方表面和像方表面均为凹面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面;第二片透镜的物方表面为凸面,且其物方表面和像方表面中至少一表面为非球面。
各种第一透镜组中所述第一片透镜的物方表面和像方表面中至少一表面具有一反曲点。
所有镜头都有其适用的物距范围。本实用新型较好工作的一种情形是,物面500位于第一透镜组100的物方焦面,探测器600的光敏面位于第二透镜组200的像方焦面。当第二透镜组200之后还包含滤光片400时,第二透镜组200的像方焦面是考虑滤光片400的折射效应后的实际焦面。在此情况下,物面500上的一个物点发出的光经第一透镜组100后的出射光近似为准直光,该准直光经第二透镜组200聚焦后在探测器600的光敏面上形成一物点。当物面500不处于上述理想位置时,需要进一步进行对焦,既可通过调整本实用新型所述第一透镜组100和第二透镜组200的整体相对于探测器600的距离来进行对焦,也可通过调整本实用新型所述第一透镜组100或第二透镜组200的其中之一来进行对焦。
本实用新型所述镜头中的透镜,可为玻璃、塑料或其他透光材料。当使用塑料材料时,可以有效减少重量和成本。透镜的透光表面可为非球面,从而获得更多的像差校正的自由度,从而更好的校正像差。且本实用新型所述第二透镜组200至少存在一个透镜其像方表面为非球面,其过镜头光轴的剖面构成的曲线包含反曲点,即改变了曲面的凹凸性,该设计有利于在大视场角的情况下抑制离轴视场的像差,以提升本实用新型在物方视场较大的情况下的成像质量。
本实用新型所述光圈300置于镜头中部,所谓镜头中部是指光圈的物方和像方均含透镜。这种光圈设置方法称为光圈中置。光圈中置有助于提升视场角,且对畸变和色差有较好抑制作用。优选地,所述近距离成像用微型成像镜头是用于便携式电子产品的微型成像镜头。
进一步,本实用新型所述镜头包含机械外壳作为封装,并与马达、面阵光电探测器(例如CMOS图像传感器等)等组成成像模组,可用于手机、平板电脑、可穿戴设备(例如智能手环、智能手表等)、小型相机(例如运动相机等)等电子产品,实现近距离成像功能,甚至可实现显微成像功能。
以下提出本实用新型的具体实施例。
<第一实施例>
本实用新型第一实施例如图6所示。所述第一透镜组100包含4片透镜,所述第二透镜组200包含5片透镜。上述9片透镜均为非球面透镜。非球面透镜的面型由曲线方程表示如下(非球面由该曲线绕光轴回转而成):
其中:
X:非球面上距离光轴为Y的点,其与相切于非球面光轴上焦点的切面的相对距离;
Y:非球面曲线上的点与光轴的垂直距离;
r:曲率半径;
k:圆锥系数;
Ai:第i阶非球面系数。
本实施例中的透镜各面参数如图12和图13所示。
图12中曲率半径r、厚度t等长度型物理量的单位均为毫米;表面1到表面18依次为本实用新型由物方到像方的各个表面,面19到面20为滤光片。图13中A2到A14为前述2到14阶非球面系数。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面,该曲面靠近光轴处为凹面,且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点,像方表面为非球面,为凹面;第二片透镜的物方表面为非球面,且靠近光轴处为凸面,像方表面为凹面,第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚;第三片透镜的物方表面也为凹面,但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面,像方表面为凹面,物方表面和像方表面均为非球面;第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面;第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面;第三片透镜的物方表面的中心为凸面,然后离轴位置出现一个凹面,像方表面中心为凹面,然后离轴位置出现一个凸面;第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面,像方表面为非球面的凸面;最后一片透镜的物方表面为非球面的凹面,其像方表面为非球面,该曲面靠近光轴处为凹面,且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。
本实施例所展示的镜头,在±30°视场角情况下,可获得0.15以上的物方数值孔径,且在全视场范围内大部分区域斯特列尔比可高于0.9,有较好成像质量。
<第二实施例>
本实用新型第二实施例如图7所示。所述第一透镜组100包含4片透镜,所述第二透镜组200包含4片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图14和图15所示,变量定义与前述类似,不再赘述。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面,该曲面靠近光轴处为凹面,且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点,像方表面为非球面,为凹面;第二片透镜的物方表面为非球面,且靠近光轴处为凸面,像方表面为凹面,第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚;第三片透镜的物方表面也为凹面,但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面,像方表面为凹面,物方表面和像方表面均为非球面;第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面;第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面,其中物方表面凹陷程度大于像方表面,且像方表面在离轴位置有反曲点;第三片透镜的物方表面的中心为凹面,像方表面为非球面的凸面;最后一片透镜的物方表面为非球面的凸面,其像方表面为非球面的凹面,且中心厚度小于离轴位置的厚度。
本实施例相比第一实施例,其放大率更小,适用于需要更小放大率的场合。
<第三实施例>
本实用新型的第三实施例如图8所示,第一透镜组100包含3片透镜,第二透镜组200包含4片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图16和图17所示,变量定义与前述类似,不再赘述。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面,该曲面靠近光轴处为凹面,且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点,像方表面为非球面的凸面;第二片透镜的物方表面为非球面的凸面,像方表面为非球面的凹面;第三片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面;第二片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面;第三片透镜的物方表面的中心为凸面,然后离轴位置出现一个凹面,像方表面中心为凹面,然后离轴位置出现一个凸面;第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面,像方表面为非球面的凸面;最后一片透镜的物方表面为非球面的凹面,其像方表面为非球面,该曲面靠近光轴处为凹面,且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。
本实施例透镜片数较少,可减少成本,但广角性能弱于之前实施例。
<第四实施例>
本实用新型的第四实施例如图9所示,第一透镜组100包含5片透镜,第二透镜组200包含6片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图18和图19所示,变量定义与前述类似,不再赘述。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面,该曲面靠近光轴处为凹面,且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点,像方表面为非球面的凹面;第二片透镜的物方表面为非球面,且靠近光轴处为凸面,像方表面为较为平坦的非球面凹面,第二片透镜整体上呈现为中心比四周厚;第三片透镜的物方表面也为非球面的凹面,但凹陷程度弱于第一片透镜的物方表面,像方表面为非球面的凸面;第四片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凹面;最后一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面;第二片透镜的物方表面为非球面的凸面,像方表面为非球面的凹面;第三片透镜的物方表面的中心为凸面,然后离轴位置出现一个凹面,像方表面中心为凹面,然后离轴位置出现一个凸面;第四片透镜的物方表面为较为平坦的非球面,像方表面为非球面的凸面;第五片透镜的物方表面为非球面的凹面,其像方表面为非球面的凸面;最后一片透镜,物方表面靠近光轴处为凹面,像方表面为较为平坦的非球面,中心呈现为轻微的凸面。
本实施例采用更多片数透镜以矫正像差,可获得良好的广角性能,尤其是±30°视场角内畸变小于0.7%(如图10所示),这对于广角成像来说非常优异。
<第五实施例>
本实用新型的第五实施例如图11所示,第一透镜组100包含3片透镜,第二透镜组200包含3片透镜。本实施例中的透镜各面参数如图20和图21所示,变量定义与前述类似,不再赘述。
本实施例的第一透镜组100的第一片透镜其物方表面为非球面,该曲面靠近光轴处为凹面,且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点,像方表面为非球面的凸面;第二片透镜的物方表面为非球面的凸面,像方表面为非球面的凹面;第三片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面。
本实施例的第二透镜组200的第一片透镜的物方表面和像方表面均为非球面的凸面,第二片透镜的物方表面为非球面的凹面,像方表面为非球面的凸面;第三片透镜的物方表面中心为非球面的凸面,像方表面中心为非球面的凹面,且该曲面远离光轴一段距离后存在反曲点。
本实施例镜片数量较少,便于降低成本,但平场性能有所下降。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。