CN2746409Y

CN2746409Y - 成像透镜组合

Info

Publication number: CN2746409Y
Application number: CN 200420096014
Authority: CN
Inventors: 张国文; 曹铭森
Original assignee: Sifeng Photoelectric Technology Co ltd
Current assignee: Sifeng Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2014-09-24

Abstract

本实用新型公开了一种总长度较短、结构简单、易于控制，并且可选择两种不同焦距的成像透镜组合，从物侧起，其依次包括具有正屈光力的第一透镜单元、孔径光阑、具有正屈光力的第二透镜单元以及具有负屈光力的第三透镜单元。其中，第一透镜单元、第二透镜单元与第三透镜单元均由单一镜体组成；第三透镜单元固定不动，第一与第二透镜单元反向移动，以使该两透镜单元同时处于第一位置与第二位置之一，以对应选择两种不同的焦距，实现变焦。

Description

成像透镜组合

技术领域

本实用新型涉及一种成像透镜组合，尤其涉及一种总长度较短的三群式正正负排列的成像透镜组合。

背景技术

近年来，摄像头、简易数位相机、具有拍照或录像功能的PDA、行动电话等便携式电子装置的应用越来越广泛。但这些内建有成像模组的电子装置因自身厚度的限制，通常要求其所携带的成像透镜组合的总长度尽可能短，以适应便携式电子产品低架构的发展趋势。

在2003年11月13号公布的美国早期公开专利申请第2003/0210475号揭示了一种采用定焦式设计的成像透镜组合。这种成像透镜组合虽具有较小的总长度，但由于其焦距恒定，因而在拍摄同一场景时不能改变视觉距离，弹性取景。为克服上述缺陷，成像透镜组合还可采用变焦式设计，通过成像透镜组合的不同透镜单元的连续相对移动以连续改变其焦距，从而在拍摄同一场景时可以改变视觉距离，实现弹性取景，但由于此类连续变焦式设计通常存在透镜数量多、尺寸较大等问题，并且在连续调整不同透镜单元的相对位置时还需配备复杂的控制机构，特别是成像透镜组合的体积越小，上述问题越显凸出，故而，这种设计的成像透镜组合并不适于应用到便携式电子装置上。因此，如何提供一种可克服上述问题的成像透镜组合已成为亟待解决的课题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种成像透镜组合，其总长度较短、结构简单、易于控制，并且在拍摄同一场景时可选择两种不同的焦距以改变视觉距离进行弹性取景。

为实现上述目的，本实用新型提供一种成像透镜组合，成像于一图像传感器上，从物侧方向起，其依次包括具有正屈光力的第一透镜单元、孔径光阑、具有正屈光力的第二透镜单元以及具有负屈光力的第三透镜单元。其中，第一透镜单元、第二透镜单元与第三透镜单元均由单一镜体组成；第三透镜单元固定不动，第一透镜单元与第二透镜单元同时处于第一位置与第二位置之一，以对应选择不同的焦距，且第一透镜单元在第二位置时与第三透镜单元的距离大于其在第一位置时与第三透镜单元的距离，第二透镜单元在第二位置时与第三透镜单元的距离小于其在第一位置时与第三透镜单元的距离。

由于本实用新型成像透镜组合的第一透镜单元、第二透镜单元与第三透镜单元皆由单一镜体组成并呈正正负排列，以及固定第三透镜单元，移动第一透镜单元与第二透镜单元使两者同时处于第一位置或第二位置以对应选择两种不同焦距因而本实用新型的有益效果是，其总长度较短、结构简单、易于控制，并且在拍摄同一场景时可以改变视觉距离，实现弹性取景。

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图的简要说明

下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其他有益效果显而易见。

附图中，

图1是本实用新型成像透镜组合的第一实施例处于第一位置的截面图。

图2是本实用新型成像透镜组合的第一实施例处于第二位置的截面图。

图3是本实用新型成像透镜组合的第一实施例处于第一位置的各种像差图。

图4是本实用新型成像透镜组合的第一实施例处于第二位置的各种像差图。

图5是本实用新型成像透镜组合的第二实施例处于第一位置的截面图。

图6是本实用新型成像透镜组合的第二实施例处于第二位置的截面图。

图7是本实用新型成像透镜组合的第二实施例处于第一位置的各种像差图。

图8是本实用新型成像透镜组合的第二实施例处于第二位置的各种像差图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为实现预定目的所采取的技术手段及功效，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，相信本实用新型的目的、特征与特点，应当可由此得到深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

请参阅图1及图2，图1、图2揭示本实用新型成像透镜组合100的第一实施例，通过成像透镜组合100将物侧的场景成像于图像传感器200上。在本实施例中，从物侧起，成像透镜组合100依次包括具有正屈光力的第一透镜单元110、孔径光阑120、具有正屈光力的第二透镜单元130以及具有负屈光力的第三透镜单元140。其中，各透镜单元110、130与140均由单一镜体(胶合透镜、复合透镜或单一镜片)组成，以简化成像透镜组合100的结构、减小其体积，孔径光阑120大致呈中空状，以供光线穿过。

第一透镜单元110为一胶合透镜，其由一双凸正透镜111与一月牙形凹凸负透镜112胶合而成，以减少第一透镜单元110产生的横向色差、像场弯曲及球差。为进一步校正该第一透镜单元110的球差，其中，双凸正透镜111的材质采用冕牌玻璃(Crown Glass)，凹凸负透镜112的材质采用燧石玻璃(Flint Glass)。此外，为进一步减小像场弯曲，胶合透镜各折射面的曲率半径应满足如下公式：

其中，h表示像高，表示出瞳直径，p表示图像传感器200像素尺寸，r₁表示双凸正透镜111朝向物侧的折射面的曲率半径，r₃表示凹凸负透镜112朝向像侧的折射面的曲率半径，r₂表示双凸正透镜111与凹凸负透镜112的胶合面的曲率半径。

第二透镜单元130包括一片双凸正透镜131，用以进一步会聚透过第一透镜单元110的光线，因而可以减小成像透镜组合100的总长度。为尽可能缩短成像透镜组合100的总长度，第二透镜单元130的屈光力满足如下公式：

1/3＜P2/P1＜3

其中，P2表示第二透镜单元130的屈光力，P1表示第一透镜单元110的屈光力。

另为减少成像透镜组合100的像差，双凸正透镜131的材质选用冕牌玻璃，且其两折射面均采用非球面设计，该等非球面可用如下公式表示：

Z = \frac{{cS}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (K + 1) c^{2} S^{2}}} + A_{4} S^{4} + A_{6} S^{6} + A_{8} S^{8} + A_{10} S^{10}

其中，c表示非球面表面顶点处的曲率，S表示从非球面表面坐标点到光轴的距离，K表示圆锥系数，A₄、A₆、A₈与A₁₀表示非球面系数，Z表示从与光轴距离为S的非球面表面坐标点到非球面表面顶点处的切平面之间的距离。

第三透镜单元140包括一片凹平负透镜141，用以校正像场弯曲，并消减第一透镜单元110与第二透镜单元130产生的色差。另外，凹平负透镜141朝向像侧的折射面为平面，且在该平面上镀有可滤除红外线的多层镀膜，以减小红外线对图像传感器200的影响，提高影像色彩正确性，并省去作为滤除红外线多层镀膜的基材平板玻璃，可设计出更短的镜头。

下面再结合图1及图2说明成像透镜组合100的第一实施例的变焦过程。

本实用新型成像透镜组合100的第三透镜单元140相对图像传感器200固定不动，第一透镜单元110与第二透镜单元130则可同时处于第一位置或第二位置。在本实施例中，第一位置为广角端，第二位置为远摄端。当第一透镜单元110与第二透镜单元130处于第一位置时，如图1所示，成像透镜组合100的焦距最短，即总长度(即第一透镜单元110的镜面顶点与像平面间之距离)最小；当第一透镜单元110与第二透镜单元130处于第二位置时，如图2所示，成像透镜组合100的焦距最长，其总长度达到最大。移动第一透镜单元110与第二透镜单元130使其处于第一位置或第二位置，以改变成像透镜组合100的焦距，从而达成成像透镜组合100的变焦。由于此种变焦方式只能选择处于两种不同位置之一，即该成像透镜组合100具有两个不同的焦距，有别于现有技术中的连续变焦方式，因此，这种变焦方式可定义为两段式变焦。

在变焦过程中，即第一透镜单元110与第二透镜单元130由一位置移至另一位置的过程中，两透镜单元110、130的移动方向相反，即第一透镜单元110在第二位置时与第三透镜单元140的距离大于其在第一位置时与第三透镜单元140的距离，第二透镜单元130在第二位置时与第三透镜单元140的距离小于其在第一位置时与第三透镜单元140的距离。第一透镜单元110与第二透镜单元130的反向移动，使两者之间的距离增大，以减弱成像透镜组合100的聚光特性，从而获得较大的变焦倍率，在本实施例中，成像透镜组合100的变焦倍率为2.0。

此外，在上述由第一位置至第二位置的变焦过程中，孔径光阑120可与第一透镜单元110一同向物侧移动。在第一位置时，孔径光阑120紧靠第一透镜单元110；在第二位置时，孔径光阑120与第一透镜单元110及第二透镜单元130均相隔一定距离。

由上所述，本实用新型成像透镜组合100由于第三透镜单元140，同时反向移动第一透镜单元110与第二透镜单元130使其在第一位置及第二位置间变动的设计以实现变焦，且由于上述三个透镜单元110、130、140均由单一镜体构成，故而使本实用新型成像透镜组合100不仅可获得较短的总长度，结构更为简单紧凑、控制容易，并且在拍摄同一场景时可以改变视觉距离，实现弹性取景。

与第一实施例有关的特定数据列在表一、二中，其中，r表示曲率半径，d₁、d₂分别表示第一及第二位置处的透镜表面顶点之间的距离，v表示透镜的阿贝数，n表示d线(λ＝587.6nm)的折射率，另r及d的单位为“mm”。

表一

表面	r	d₁	d₂	N	v
表面	r	d₁	d₂	N	v		1	8.176	1.94	1.94	1.517	64.2
2	-5.919	0.59	0.59	1.620	36.4		1	8.176	1.94	1.94	1.517	64.2
2	-5.919	0.59	0.59	1.620	36.4		3	-39.920	0.10	2.91
4	∞	2.70	7.04			孔径光阑	3	-39.920	0.10	2.91
4	∞	2.70	7.04			孔径光阑	5	6.244	2.02	2.02	1.530	55.9	非球面
6	-6.387	2.26	0.75			非球面	5	6.244	2.02	2.02	1.530	55.9	非球面
6	-6.387	2.26	0.75			非球面	7	-4.193	1.00	1.00	1.847	23.8
8	∞	0.75	0.75				7	-4.193	1.00	1.00	1.847	23.8

表二

表面
表面				5	6
K	2.604	-4.974		5	6
K	2.604	-4.974	A₄	0.001677	0.002898
A₆	0.000302	0.000591	A₄	0.001677	0.002898
A₆	0.000302	0.000591	A₈	0.000048	0.000093
A₁₀	-0.000003	-0.000005	A₈	0.000048	0.000093

图3、图4为本实施例成像透镜组合100分别处于第一位置与第二位置时的各种像差图，其中，PR(Pupil Radius)表示成像透镜组合100的光瞳半径，MF(Maximum Field)表示成像透镜组合100的最大像场，并通过d线(λ＝587.6nm)、F线(λ＝486.1nm)及C线(λ＝656.3nm)的各种像差说明成像透镜组合100的光学特性，在像散图中，S线为径向像散曲线，T线为切向像散曲线。图中清晰表明在本成像透镜组合100具有简单结构的情况下，各种像差仍得到有效的校正并获得较高质量的图像。

图5及图6揭示本实用新型成像透镜组合100的第二实施例，本实施例与图1、图2所示的实施例类似，其不同之处在于：第一透镜单元110的胶合透镜由一双凸正透镜111与一双凹负透镜112’胶合而成；第二透镜单元130由一凹凸正透镜131’组成。

本实施例的变焦过程与图1、图2所示第一实施例的变焦过程相同，同样为固定第三透镜单元140，反向移动第一透镜单元110与第二透镜单元130，使第一及第二透镜单元110、130同时处于第一位置与第二位置之一，以改变成像透镜组合100的焦距，从而达成两段式变焦，其详细过程在此不再赘述。

与第二实施例有关的特定数据列在表三、四中，其特定参数意义如第一实施例中所述。

表三

表面	r	d₁	d₂	N	v
表面	r	d₁	d₂	N	v		1	6.760	1.65	1.65	1.713	53.8
2	-10.797	0.60	0.60	1.805	25.4		1	6.760	1.65	1.65	1.713	53.8
2	-10.797	0.60	0.60	1.805	25.4		3	35.208	0.20	1.43
4	∞	0.75	7.01			孔径光阑	3	35.208	0.20	1.43
4	∞	0.75	7.01			孔径光阑	5	-4.789	1.90	1.90	1.530	55.9	非球面
6	-2.557	4.12	0.52			非球面	5	-4.789	1.90	1.90	1.530	55.9	非球面
6	-2.557	4.12	0.52			非球面	7	-6.451	1.00	1.00	1.847	23.8
8	∞	0.80	0.80				7	-6.451	1.00	1.00	1.847	23.8

表四

表面
表面				5	6
K	0	-10		5	6
K	0	-10	A₄	-0.021025	-0.059387
A₆	0.011641	0.017530	A₄	-0.021025	-0.059387
A₆	0.011641	0.017530	A₈	-0.007690	-0.003618
A₁₀	-0.000890	-0.000233	A₈	-0.007690	-0.003618

图7、图8为本实施例成像透镜组合100分别处于第一位置与第二位置的各种像差图，图中清晰表明在本成像透镜组合100结构简单的情况下，各种像差仍得到有效的校正并获得较高质量的图像。

另于上述实施例中，可进行如下变化：用一凹平负透镜替代第一透镜单元之胶合透镜的凹凸负透镜112或双凹负透镜112’；第二透镜单元的双凸正透镜131或凹凸正透镜131’朝向像侧的面与一负透镜胶合，即第二透镜单元与第一透镜单元类似由一胶合透镜组成。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本实用新型后附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种成像透镜组合，成像于一图像传感器上，从物侧方向起，依次包括：

第一透镜单元，第一透镜单元具有正屈光力；

孔径光阑；

第二透镜单元，第二透镜单元具有正屈光力；

第三透镜单元，第三透镜单元具有负屈光力；

其特征在于：所述第一透镜单元、第二透镜单元与第三透镜单元均由单一镜体组成；所述第三透镜单元固定不动；所述第一透镜单元与第二透镜单元同时处于第一位置与第二位置之一，以对应选择不同的焦距，且第一透镜单元处于第二位置时与第三透镜单元的距离大于该透镜单元处于第一位置时与第三透镜单元的距离，第二透镜单元在第二位置时与第三透镜单元的距离小于该透镜单元处于第一位置时与第三透镜单元的距离。

2.如权利要求1所述的成像透镜组合，其特征在于：所述第一透镜单元为一由正透镜与负透镜胶合而成的胶合透镜，且该胶合透镜各折射面的曲率半径应满足如下公式：

其中，h表示像高，表示出瞳直径，p表示图像传感器画素大小，r₁表示该正透镜朝向物侧折射面的曲率半径，r₃表示该负透镜朝向像侧折射面的曲率半径、r₂表示该胶合透镜胶合面的曲率半径。

3.如权利要求2所述的成像透镜组合，其特征在于：所述胶合透镜由一双凸正透镜与一凹凸负透镜胶合而成；所述第二透镜单元由一双凸正透镜组成，且该双凸正透镜的两折射面均为非球面。

4.如权利要求2所述的成像透镜组合，其特征在于：所述胶合透镜由一双凸正透镜与一双凹负透镜胶合而成，所述第二透镜单元由一凹凸正透镜组成，且该凹凸正透镜的两折射面均为非球面。

5.如权利要求2所述的成像透镜组合，其特征在于：所述胶合透镜由一双凸正透镜与一凹平负透镜胶合而成，所述第二透镜单元为一胶合透镜。

6.如权利要求5所述的成像透镜组合，其特征在于：所述第二透镜单元的胶合透镜由一双凸正透镜与一负透镜胶合而成。

7.如权利要求5所述的成像透镜组合，其特征在于：所述第二透镜单元的胶合透镜由一凹凸正透镜与一负透镜胶合而成。

8.如权利要求1所述的成像透镜组合，其特征在于：所述第三透镜单元由一凹平负透镜组成。

9.如权利要求8所述的成像透镜组合，其特征在于：所述凹平负透镜朝向像侧的平面上镀有滤除红外线的多层镀膜。

10.如权利要求1所述的成像透镜组合，其特征在于：所述第二透镜单元的屈光力与第一透镜单元的屈光力满足如下关系式：

1/3＜P2/P1＜3

其中，P1表示第一透镜单元的屈光力，P2表示第二透镜单元的屈光力。