CN100376915C - 数码相机镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种手机数码相机镜头。所述数码相机镜头从物方到像方依次包括一第一透镜，其是一双凸双面非球面透镜，包括第一非球面和第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为2.311968，第二非球面的曲率半径为-6.80436，由玻璃材料制成；一第二透镜，包括一凹向物方的第一非球面和呈波浪形状的第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为-1.420537，第二非球面的曲率半径为-3.092721，其由塑料材料制成；一第三透镜，包括第一非球面和第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为3.548864，第二非球面的曲率半径为3.82533，其由塑料材料制成。本发明的数码相机镜头全部采用非球面透镜，因此可修正多种光学像差。
Description
技术领域
本发明是关于一种可与高像素影像感测组件相匹配的移动电话用数码相机镜头。
背景技术
随着多媒体技术的发展，数码相机、摄像机越来越为广大消费者青睐，人们对数码相机、摄像机越来越追求其小型化，同时由于移动电话轻薄短小、携带方便，人们希望能够在移动电话上实现撷取物体影像的功能，且获得清晰画面，由此需要设计和制造出能够方便安装于移动电话内的数码相机镜头。因移动电话体积较小，故对安装在其内的数码相机镜头的体积提出了更高的要求，即此种移动电话用的数码相机镜头体积需更小，从而也对其拍摄出物体的影像质量提出更高的要求，即体积缩小的同时其拍摄物体的影像画面仍然清晰，而物体的成像品质在很大程度上取决于数码相机内各光学器件的优劣。
现有移动电话内的数码相机镜头的分辨率一般是三十五万像素，分辨率不足，拍摄时影像模糊，相应的相片不够清晰美观。因此我们将要发展下一代产品：用一百三十万像素镜头来取代现有的移动电话镜头。一般而言，非球面透镜可部分减少镜头中因球面透镜所引起的球面像差，且能减小镜头的体积，因此现有镜头设计中，通常通过采用部分非球面透镜，来实现减小镜头体积同时达到较好光学性能的目的。
2003年10月1日公告的中国专利第02258384.X号揭示了一种采用部分非球面透镜的数码相机镜头，该数码相机镜头包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，该第一透镜是球面玻璃透镜，第二透镜是弯月形塑料透镜，第三透镜是两面皆为非球面的塑料透镜。
2002年8月27日公告的美国专利第6,441,971号揭示了另一种采用部分非球面透镜的数码相机镜头，该数码相机镜头由物方依次包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，该第一透镜是一两面均为球面的玻璃透镜，第二透镜和第三透镜均是塑料非球面透镜，虽然该第一透镜较好保护该镜头免受刮伤，但最高像素仅能达到640像素×480像素，由此无法满足当今日益增长的较高像素的要求。
鉴于以上缺点，提供一种成像品质高、体积小且制造成本较低的数码相机镜头实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成像品质高、体积小且制造成本较低的数码相机镜头。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：本发明的数码相机镜头，从物方到像方依次包括一第一透镜，一第二透镜和一第三透镜，第一透镜是一双凸双面非球面透镜，包括第一非球面和第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为2.311968，第二非球面的曲率半径为-6.80436，其由玻璃材料制成，第二透镜包括一凹向物方的第一非球面和呈波浪形状的第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为-1.420537，第二非球面的曲率半径为-3.092721，其由塑料材料制成，第三透镜包括第一非球面和第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为3.548864，第二非球面的曲率半径为3.82533，其由塑料材料制成。
本发明的有益效果是：本发明的数码相机镜头全部采用非球面透镜，从而可修正各种光学像差，如球面像差、彗差、像散、场曲与畸变等。另外，本发明的数码相机镜头仅仅通过三片非球面透镜，即可实现移动电话用数码相机镜头的高像素体积小的要求。此外，本发明的数码相机镜头的第一透镜采用玻璃材料，使镜头可耐外界湿度及高温，还可以使镜头耐刮耐磨。此外，本发明的数码相机镜头的第二透镜和第三透镜均选择采用塑料材料，在很大程度上降低了数码相机镜头的重量和其制造成本。
附图说明
图1是本发明的数码相机镜头的结构示意图；
图2是本发明的数码相机镜头的MTF图；
图3A是本发明的数码相机镜头的场曲图；
图3B是本发明的数码相机镜头的光学畸变图；
图4是本发明的数码相机镜头的相对照度图。
具体实施方式
请参考图1，本发明的数码相机镜头由物方依次包括一第一透镜1、一第二透镜2、一第三透镜3及一镜片4，其中Z1代表物方，Z2代表像方，该数码相机镜头还包括一在第一透镜1靠近物方Z1的一侧设置的光阑5，该光阑5用于调整由外界被摄物反射至该数码相机镜头内的进光量。另外，在镜片4靠近像方Z2的一侧设置有一影像感测组件6，该影像感测组件6包括一影像感测面61。
第一透镜1为一双凸双面非球面透镜，包括二非球面12、14，其中非球面12凸向物方，非球面14为凹向物方，该第一透镜1是一正透镜且由玻璃制成，其可耐外界湿度、高温、耐刮及耐磨。该第一透镜1所用的玻璃材料为模造玻璃，其折射率nd1及色散vd1需满足以下条件式：1.5＜nd1＜1.62，56＜vd1＜66，其中该玻璃材料优选于L-BAL42，其折射率及色散分别为：nd1＝1.58313，Vd1＝59.4。另外，可在该第一透镜1的至少一表面镀覆一红外截止滤膜(IR-cutCoating)，以便阻止来自于被摄物反射的光线中的红外线进入影像感测组件6，避免在正常拍摄时红外线入射至影像感测组件6的影像感测面61上，造成干扰从而产生噪点。
第二透镜2包括二非球面22、24，其中第一非球面22为凹向物方，其是一负透镜且由塑料制成。因光学塑料材料因具有低双折射从而能呈现高分辨率，且出于非球面考虑，一般光学塑料材料可为丙烯酸树脂(acrylic resin)、环氧树脂(epoxy resin)、聚碳酸(polycarbonate，简称PC)等的任一种。该第二透镜2所用塑料材料的折射率nd2及色散vd2需分别满足以下条件式：1.55＜nd2＜1.65，25＜vd2＜36。第二透镜2所用塑料优选于聚碳酸(polycarbonate，简称PC)，其折射率及色散分别为：nd2＝1.58547，vd2＝29.9。
第三透镜3包括二非球面32、34，该二非球面32、34均为波浪形状且相对于光轴O对称，是一正透镜且由塑料材料制成。该第三透镜3所用塑料材料的折射率nd3及色散vd3需分别满足以下条件式：1.5＜nd3＜1.63，50＜vd3＜66。第三透镜3所用塑料优选于Z480R，其折射率及色散分别为：nd3＝1.5247，vd3＝56.26。
镜片4是一平板玻璃，用来保护影像感测组件6的影像感测面61。镜片4为一玻璃材料制成，其所用玻璃材料优选B270，其折射率及色散分别为：nd4＝1.52308，vd4＝58.57。
本发明的数码相机镜头的光学***的各透镜的相关参数值显示在表1中，其中曲率半径ri为该非球面与光轴O相交的曲面的曲率半径，间距di为沿光轴方向由物方Z1开始各非球面间的距离，有效口径是各非球面的最大有效通光口径，其中曲率半径ri及间距di的所有数值均以毫米(mm)为计量单位。
表1
| 表面 | 曲率半径(ri) | 间距(di) | 折射率(n<sub>di</sub>) | 色散(v<sub>di</sub>) | 有效口径 |
| 12 | 2.311968 | 1.013097 | 1.58313 | 59.4 | 2.308999 |
| 14 | -6.80436 | 0.5135666 | 2.46545 | ||
| 22 | -1.420537 | 0.7909777 | 1.58547 | 29.9 | 2.447331 |
| 24 | -3.092721 | 0.7797798 | 2.636888 | ||
| 32 | 3.548864 | 1.436103 | 1.5247 | 56.26 | 3.957776 |
| 34 | 3.82533 | 0.6 | 4.785195 | ||
| 42 | ∞ | 0.4 | 1.52308 | 58.57 | 5.051316 |
| 44 | ∞ | 0.511411 | 5.153656 |
本发明的数码相机镜头的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3均为沿光轴O对称的非球面透镜，其中各非球面12、14、22、24、32、34的设计均需满足以下非球面公式：
z＝cvr2/{1+〔1-(1+k)cv 2r2〕1/2}+a4r4+a6r6+a8r8+a10r10
(1)
其中：z为沿光轴O方向的z轴向值，即镜面深度值，其中各非球面12、14、22、24、32、34是通过以上公式所得的曲面绕光轴方向旋转而成；k为二次曲面系数；cv＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，cv为镜面中心曲率；r为镜面中心高度；a4、a6、a8、a10为高阶非球面系数。应用该非球面公式(1)时，其中二次曲面系数k和高阶非球面系数a4、a6、a8、a10的数值参照表2。
表2
| 表面 | 非球面系数 | ||||
| k | a<sub>4</sub> | a<sub>6</sub> | a<sub>8</sub> | a<sub>10</sub> | |
| 12 | 0 | -1.4345078×10<sup>-2</sup> | 2.102038×10<sup>-3</sup> | -1.4322654×10<sup>-2</sup> | 4.7112011×10<sup>-3</sup> |
| 14 | 0 | -3.8019498×10<sup>-2</sup> | 6.368405×10<sup>-3</sup> | -1.9053283×10<sup>-2</sup> | 8.7228406×10<sup>-3</sup> |
| 22 | 0 | 9.25578×10<sup>-2</sup> | 5.905983×10<sup>-2</sup> | -4.9966736×10<sup>-2</sup> | 2.3094611×10<sup>-2</sup> |
| 24 | 0 | 6.3158171×10<sup>-2</sup> | 3.0872605×10<sup>-2</sup> | -8.1318192×10<sup>-3</sup> | 1.4402108×10<sup>-3</sup> |
| 32 | 0 | -3.0503484×10<sup>-2</sup> | 1.6964913×10<sup>-3</sup> | 0 | 0 |
| 34 | 0 | -2.7470475×10<sup>-2</sup> | -9.1405728×10<sup>-5</sup> | 0 | 0 |
本发明的数码相机镜头的规格参数值显示在如下表3中，其有效焦距f，***进光量Fno，整个光学***的最大视场角2ω，水平方向的视场角2ωH，垂直方向的视场角2ωv，最大影像感测面直径CA，其数值以毫米(mm)为计量单位。本发明的数码相机镜头的光学***总长为6.307mm，即从第一透镜1的第一表面12到影像感测面61的总长。
表3
| f | 4.815 |
| F<sub>no</sub> | 2.8 |
| 2ω | 57.56 |
| 2ω<sub>H</sub> | 45.82 |
| 2ω<sub>V</sub> | 35.15 |
| CA | 4.85 |
请参考图3A、图3A和图4，从中可看出本发明的数码相机镜头，其光学畸变小于0.39％，子午场曲小于0.008mm，其弧矢场曲小于0.06mm，其影像画面扭曲小于0.66％，其相对照度最低为58％，故肉眼较不易看出差异。
本发明的数码相机镜头的最佳匹配的影响感测组件6的规格如下：其有效像素：1280像素×960像素；像素尺寸：3.18μm×3.18μm；有效感光面积：4.07mm×3.05mm。
可以理解，本发明的数码相机镜头不仅限于应用于移动电话内，其也可应用于其它便携式电子装置中，如摄像机、照相机、个人数字助理PDA(Personal Digital Assistant)等。
Claims (10)
1.一种数码相机镜头，从物方到像方依次包括：一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，其特征在于：
该第一透镜是一双凸双面非球面镜片，包括第一非球面和第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为2.311968，第二非球面的曲率半径为-6.80436，其由玻璃材料制成；
该第二透镜包括一凹向物方的第一非球面和呈波浪形状的第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为-1.420537，第二非球面的曲率半径为-3.092721，其由塑料材料制成；
该第三透镜包括第一非球面和第二非球面，其中第一非球面的曲率半径为3.548864，第二非球面的曲率半径为3.82533，其由塑料材料制成。
2.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第三透镜的二非球面均呈波浪形状，且相对于光轴对称。
3.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该数码相机镜头进一步包括一光阑，其置于第一透镜前。
4.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第一透镜的折射率大于1.5小于1.62，其色散大于56小于66。
5.如权利要求4所述的数码相机镜头，其中该玻璃材料为L-BAL42。
6.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第二透镜的折射率大于1.55小于1.65，其色散大于25小于36。
7.如权利要求6所述的数码相机镜头，其中该塑料材料为聚碳酸脂。
8.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第三透镜的折射率大于1.5小于1.63，其色散大于50小于66。
9.如权利要求8所述的数码相机镜头，其中该塑料材料为Z480R。
10.如权利要求1所述的数码相机镜头，其中该第一透镜至少一表面镀覆有一层红外截止滤膜。
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