CN100501486C - 数码相机镜头 - Google Patents

Abstract

一种数码相机镜头，其从物方至像方依次包括：一第一透镜，其为凸向物方双面球面正透镜，包括第一球面与第二球面，其由玻璃材质制成；一第二透镜，其为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面，其由塑胶材质制成；以及一第三透镜，为凸向物方双面非球面正透镜，包括第五非球面与第六非球面，其由塑胶材质制成。一光栏设置在第一透镜的前面。本发明便携式电子装置用数码相机的镜头通光性能好、成像品质高且制造成本低。

Description

数码相机镜头

【技术领域】

本发明是关于一种数码相机镜头，尤其是关于一种可与便携式电子装置配合使用的数码相机镜头。

【背景技术】

随着科技的不断发展，便携式电子装置，如移动电话的应用日益广泛，同时也日渐趋向于轻巧、美观及多功能化，其中，摄像功能是近年新发展便携式电子装置的附加功能。具有数码相机的移动电话因能实现即拍功能、使用方便而越来越受到广大使用者的青睐。因移动电话体积小，故需安装在其内的数码相机镜头模组具有较小体积。在人们对移动电话用数码相机模组追求小型化的同时，对其拍摄的物体希望有较高的成像品质，而物体的成像品质在很大程度上取决于数码相机镜头设计的优劣。

数码相机一般包括镜头及影像感测元件(Charge CoupledDevice(下称CCD)，电荷耦合器或者Complementary Metal-OxideSemiconductor(下称CMOS)，补充性氧化金属半导体)，而一般移动电话用数码相机镜头的影像感测元件采用CMOS，而现有移动电话内的数码相机CMOS最高分辨率仅为一百三十万像素，做文件处理时，其分辨率尚有所偏低。如使用更高像素的CMOS，则需设计可与此CMOS相匹配的数码相机镜头。

现有技术中，数码相机的镜头一般采用玻璃材质，其透镜采用球面透镜，因球面透镜不可避免产生像差，需要多个透镜来达到相应性能的要求。数量的增多，增加了镜头的体积、重量同时也增加了制造成本。

为了减小镜头体积及制造成本，现有数码相机的镜头中部分采用非球面透镜，非球面透镜可以避免镜头因采用球面透镜所产生的球面像差，采用较少的透镜即可满足其较好的光学性能。但非球面透镜在早期时，因制造技术尚未成熟，故此透镜无法生产。随着精密机械及加工技术不断之演进，如今可利用超精密加工技术、射塑成型技术及玻璃模造技术来达到非球面透镜的制作。

因非球面透镜有其特有的光学优点，在现有的镜头中，采用全塑胶式非球面镜片得到广泛应用，采用上述结构后，虽然可通过调整非球面系数来提高光学性能，且降低镜片数量，但是其中均采用非球面塑胶镜片，塑胶镜片与玻璃镜片相比，通光性较差，在光线不是很好的时候，成像效果差。玻璃非球面镜片虽可满足要求，但其价格及产能皆未臻至成熟阶段，导致成本较高，使产品市场竞争力下降。

因此现有技术中常采用球面镜加非球面镜的结构。一现有三十五万像素数码相机镜头，如公告于2003年10月1日的中国专利第02258384号所揭示的镜头，其由一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜组成，该第一透镜及第二透镜均是球面玻璃镜片，第三透镜两面均为非球面塑胶镜片。采用上述结构后，虽然可降低镜片数量，但是其中的透镜有两片玻璃镜片，故增加了镜头重量。

另一现有技术中采用部分非球面镜片的数码相机镜头，如公告于2002年8月27日的美国专利第6,441,971号所揭示的镜头，其从物方开始依次包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜。其中该第一透镜采用球面玻璃镜片，第二、第三采用塑胶非球面镜片，该镜头尽管体积较小，但是仅适合于640×480像素以下的CMOS或CCD，无法满足当今日益增长的较高像素要求。

综上所述，提供一种通光性好、成像品质高且制造成本低的数码相机镜头非常必要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种通光性好、成像品质高且制造成本低的便携式电子装置用数码相机镜头。

本发明的另一目的在于提供应用该数码相机镜头的数码相机模组。

本发明是一种数码相机镜头，其从物方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜及一光栏。第一透镜为凸向物方双面球面正透镜，包括第一球面与第二球面，其材质为玻璃，第二透镜为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面，其材质为塑胶，其第三透镜为凸向物方双面非球面正透镜，包括第五非球面与第六非球面，其材质为塑胶，该光栏设置在第一透镜的前面。

相较现有技术，本发明数码相机镜头，采用球面玻璃镜片和非球面塑胶镜片，玻璃镜片保证其较好的通光性能，使其在光线较差情况下，也可保证成像效果；部分镜片采用非球面设计，从而可通过优化非球面的系数，来修正各种像差，也能避免因采用球面镜而产生的球面像差，简化结构和改善成像品质；该二百万像素内数码相机镜头设计，其光学全长小于7.65mm，其模组高度可小于9mm，使其可较小的整合于移动电话中，较好的满足了移动电话微型化的要求；因采用玻璃镜片，加工简单，降低加工成本。

【附图说明】

图1是本实用新型数码相机镜头的结构示意图；

图2A是本实用新型数码相机镜头的场曲图；

图2B是本实用新型数码相机镜头的光学畸变图；

图3是本实用新型数码相机镜头的MTF图；

图4是本实用新型数码相机镜头的相对照度图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本发明数码相机镜头10其从物方至像方依次包括一第一透镜1，一第二透镜2，一第三透镜3及一玻璃板4。其中线O代表镜头10的光轴，Z_OBJ代表物方，Z_IMG代表像方，使用时镜头物方位置的第一透镜1为光线首先接触的透镜。该数码相机镜头还包括位于物方位置上，置于第一镜片1前的光栏6和位于像方位置上，置于玻璃板后的影像感测元件5，该影像感测元件5包括一成像面52。

第一透镜1为凸向物方双面球面正透镜，包括第一球面12与第二球面13，其中第一球面12凸向物方，第二球面13为曲率较大的球面，近似平面。第二透镜2为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面22与第四非球面23，其中第三非球面22和第四非球面表面23均凸向像方。第三透镜3为凸向物方双面非球面正透镜，包括第五非球面32与第六非球面33，其中第五非球面32为曲率较大的非球面，第六非球面33凸向物方。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3形状皆为以光轴O对称的镜片。

第一透镜1采用玻璃材质，所用光学玻璃材料的折射率及色散需分别满足以下条件式：1.55<n<1.6，55<v<65，其第一透镜1可采用BACD5、N-SK5、S-BAL35之玻璃，以上的玻璃类型为不同公司生产的同一种材料，其折射率和色散均相同。本镜头玻璃材质采用BACD5，折射率和色散分别为n₁＝1.589，v₁＝61.3。

第二透镜2采用光学塑胶材料，所用光学塑胶材料之折射率及色散满足以下条件式：1.55<n<1.65，20<v<30。第二透镜2材质优先采用OKP4，折射率和色散分别为n₂＝1.607，v₂＝26.646。第三透镜3采用光学塑胶材料，所用光学塑胶材料之折射率及色散满足以下条件式：1.5<n<1.6，50<v<60。第三透镜3材质优先采用ZEO-E48R，折射率和色散分别为n₃＝1.5299，v₃＝55.866。将玻璃材质的第一透镜1置于第二透镜2和第三透镜3的前面，可使第一透镜1较好的保护其后的透镜，避免被擦伤。

玻璃板4为一平板玻璃，包括第一玻璃板面42与第二玻璃板面44。玻璃板4用以保护影像感测元件5的成像面52，其材质优选为B270，折射率和色散分别为n₄＝1.585，v₄＝29.9。此外，玻璃板4至少一表面镀覆一层红外截止滤膜(IR-cut Coating)，以便滤除来自于被摄物反射光线中的红外线，从而提高成像品质。

光栏6位于物方位置上，包括光栏面61，其置于第一透镜1前，其可直接利用光圈的开孔大小控制进光量。包括成像面52的影像感测元件5通常可为电荷耦合器(Charge Coupled Device，下称CCD)，或者补充性氧化金属半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor，下称CMOS)，而一般移动电话用数码相机镜头的影像感测元件，因成本的考虑，通常采用CMOS。具体优选实施例中，CMOS像素尺寸为3.18μm，像素数为二百万像素，分辨率达到1600×1200。

请参阅表1，本发明数码相机镜头光学***的相关参数值，其依次从光栏面61至成像面52加以描述，其中曲率半径R为各面与光轴O相交曲面的曲率半径，曲率无限大时，表明该面为平面。间距d为沿光轴方向由物方Z_obj开始前面相对于后面的距离，有效口径为各面的最大有效通光口径，其中曲率半径及间距d的所有数值皆以毫米(mm)为计量单位。

表1

本实用新型数码相机镜头的第二透镜2和第三透镜3均为以光轴O对称的非球面透镜，其可通过调整非球面系数，来提高镜头成像性能。其中第三非球面22、第四非球面23、第五非球面32、第六非球面33的设计均需满足以下优选的非球面公式：

Z＝cr²/{1+〔1-(1+k)c²r²〕^1/2}+a₁r²+a₂r⁴+a₃r⁶+a₄r⁸+a₅r¹⁰+a₆r¹²...(1)

其中：Z为以各非球面22、23、32、33与光轴O交点为起点，垂直光轴O方向的轴向值，即镜面深度值，因所选的透镜其形状均为轴对称式镜片，故该非球面公式均取偶次项。其中各非球面22、23、32、33是通过以上公式确定非球面的形状；k为二次曲面系数；c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，c为镜面中心曲率；r为镜面中心高度；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为非球面系数，该优选实施例中系数取到a₁、a₂、a₃、a₄、a₅。应用该非球面公式(1)时，其中镜面中心曲率半径R值和二次曲面系数k值参照表1，非球面系数a₁、a₂、a₃、a₄、a₅为的数值参照表2。

表2

 

标示	表面	a<sub>1</sub>	a<sub>2</sub>	a<sub>3</sub>	a<sub>4</sub>	a<sub>5</sub>
							22	第三非球面	0	9.5494194×10<sup>-2</sup>	8.9080116×10<sup>-3</sup>	-7.4937965×10<sup>-3</sup>	3.4572041×10<sup>-3</sup>
23	第四非球面	0	4.5004478×10<sup>-2</sup>	2.0677521×10<sup>-3</sup>	1.2379288×10<sup>-3</sup>	-2.9332958×10<sup>-4</sup>
							32	第五非球面	0	-2.4977468×10<sup>-2</sup>	1.696005×10<sup>-3</sup>	-1.0887752×10<sup>-4</sup>	8.4327017×10<sup>-6</sup>
33	第六非球面	0	-1.8264536×10<sup>-2</sup>	6.445108×10<sup>-4</sup>	-5.9154654×10<sup>-5</sup>	3.5485467×10<sup>-6</sup>

本发明数码相机镜头10有效焦距为f＝5.99mm，相对孔径为F/#＝2.8，光圈直径为2.139，整个光学***之全视场角为55.9263°，其镜头总长为7.65637mm，其模块高度可小于9mm，使其可较小之整合于移动电话中。

请参照图2A至图4

其镜头10子午场曲和弧矢场曲小于0.1mm，光学畸变大于负0.5％，小于0.5％，MTF图中，160LP/MM之空间频率值满足镜头分辨率的要求。其相对照度值>50％，通常相对照度>50％，人眼较不易看出该镜头边缘和中心成像的差别。

可以理解，因第一透镜1的球面13曲率较大，近似平面，故可在该面镀覆一层红外截止滤膜(IR-cut Coating)，来滤除来自于被摄物反射光线中的红外线，从而可省去玻璃板4，可以减小镜头10的模组高度。

可以理解，因计算精度考虑，数码相机镜头的透镜所给参数表取到小数点后六位，但四舍五入后，小数点后两位的范围内仍属本发明的范围。数码相机镜头的透镜采用的非球面公式中，非球面系数表的非球面系数取到小数点后十三位，有效数字取到小数点后八位，但四舍五入后，小数点后四位的范围内仍属本发明的范围。

本发明数码相机镜头可应用于数码相机镜头模组，可以理解，本发明数字相机镜头不仅限于应用于移动动电话内，其也可应用于其它携带式电子装置中，如摄像机、照相机、PDA(personal digitalassistant)等。

Claims (9)

1.一种数码相机镜头，其从物方到像方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜及一光栏，其特征在于：该第一透镜为凸向物方双面球面正透镜，包括第一球面和第二球面，该镜片由玻璃材质制成；该第二透镜为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面和第四非球面，该镜片由塑胶材质制成；该第三透镜为凸向物方双面非球面正透镜，包括第五非球面和第六非球面，该镜片由塑胶材质制成，该光栏设置在第一透镜的前面。

2.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、第二透镜、第三透镜均为轴对称式镜片。

3.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1.55小于1.6，其色散大于55小于65。

4.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为1.607，其色散为26.646。

5.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为1.5299，其色散为55.866。

6.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玻璃板，其置于第三透镜的后面。

7.如权利要求6所述的数码相机镜头，其特征在于：玻璃板朝向物方面镀覆有红外截止滤膜(IR-CUT Coating)。

8.一种应用权利要求1所述的数码相机镜头的数码相机模组，其包括：一光栏，一数码相机镜头，一玻璃板，一影像感测元件，该光栏具有光栏面，该玻璃板具有第一玻璃板面，第二玻璃板面，该影像感测元件具有一成像面，其特征在于：该数码相机镜头从物方至像方依次包括一第一透镜，其为凸向物方双面球面正透镜，包括第一球面与第二球面；一第二透镜，其为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面；一第三透镜，为凸向物方双面非球面正透镜，包括第五非球面、第六非球面；所述数码相机镜头参数为

，其中k表示为二次曲面系数。

9.如权利要求8所述的数码相机镜头，其特征在于：非球面系数是

  标示 表面 a₁ a₂ a₃ a₄ a₅ 22 第三非球面 0 9.5494194×10^-2 8.9080116×10^-3 -7.4937965×10^-3 3.4572041×10^-3 23 第四非球面 0 4.5004478×10^-2 2.0677521×10^-3 1.2379288×10^-3 -2.9332958×10^-4 32 第五非球面 0 -2.4977468×10^-2 1.696005×10^-3 -1.0887752×10^-4 8.4327017×10^-6 33 第六非球面 0 -1.8264536×10^-2 6.445108×10^-4 -5.9154654×10^-5 3.5485467×10^-6

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