CN100529829C - 数码相机镜头 - Google Patents

Abstract

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。第一透镜为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面，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，第三透镜为凸凹双面非球面负透镜，包括第五非球面与第六非球面。第一透镜、第二透镜、第三透镜形状均为轴对称式透镜，第一透镜其材质为玻璃，第二透镜、第三透镜其材质均为塑料，该第一透镜折射率大于1.65小于1.75，色散系数大于50，小于60，该第二透镜折射率大于1.55小于1.65，色散系数大于25，小于35，该第三透镜折射率大于1.49小于1.55，色散系数大于55，小于60。本发明完全采用非球面设计，简化结构和改善成像品质，其分辨率高，体积小，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，特别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，摄像功能是便携式电子装置近年新发展的附加功能。具数码相机的移动电话因可实现即拍功能、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，故需安装于其内的数码相机镜头模块具有较小体积。在人们对移动电话用数码相机模块追求小型化的同时，对其拍摄的物体希望有较高的成像品质，而物体的成像品质于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组件(Charge Coupled Device(下称CCD)，电荷耦合器或者Complementary Metal-Oxide Semiconductor(下称CMOS)，补充性氧化金属半导体)，不同像数的CCD或CMOS影像感测组件，需设计与其CCD或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是采用玻璃材质，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。

为了减小镜头的体积及制造成本，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。因非球面透镜有其特有的光学优点，在现有的镜头中，采用全塑料式非球面镜片得到广泛应用，采用上述的结构后，虽可通过调整非球面系数来提高光学性能，且降低镜片数量，故均采用非球面塑料镜片，然而塑料镜片与玻璃镜片相比，通旋光性较差，在光线不是很好的时候，成像效果差。玻璃非球面镜片虽然可满足要求，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。一现有三十五万像数数码相机镜头，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皆系球面玻璃镜片，第三透镜为两面均为非球面的塑料镜片。该数码相机镜头虽可满足成像的要求，然而该数码相机镜头分辨率较低，无法满足高分辨率镜头的要求。

【发明内容】

鉴于以上内容，有必要提供一种分辨率高，体积小、成本较低的便携式电子装置用数码相机的镜头。

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。第一透镜为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面，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，第三透镜为凸凹双面非球面负透镜，包括第五非球面与第六非球面。第一透镜、第二透镜、第三透镜形状均为轴对称式透镜，第一透镜其材质为玻璃，第二透镜、第三透镜其材质均为塑料，该第一透镜折射率大于1.65小于1.75，色散系数大于50，小于60，该第二透镜折射率大于1.55小于1.65，色散系数大于25，小于35，该第三透镜折射率大于1.49小于1.55，色散系数大于55，小于60。

相对现有技术，所述数码相机镜头，其完全采用非球面设计，从而可通过优化非球面的系数，来修正各种像差，也可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；该二百万像数内数码相机镜头设计，其光学全长小于6.05mm，其模块高度可小于8mm，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；而且，第一透镜的折射率较高，使得该第一透镜表面的曲率较小，从而使该第一透镜的各种像差较小，所述数码相机镜头的成像质量较好。另外，第一透镜采用玻璃材质，使其耐高温，耐潮湿，且可以直接于第一透镜镜面上镀红外滤光膜，取代红外滤光片缩短光学总长，而第二透镜、第三透镜采用塑料材质，可降低成本。

【附图说明】

图1是本发明数码相机镜头较佳实施方式的结构示意图；

图2是本发明数码相机镜头较佳实施方式的场曲图；

图3是本发明数码相机镜头较佳实施方式的光学畸变图；

图4是本发明数码相机镜头较佳实施方式的MTF图；

图5是本发明数码相机镜头较佳实施方式的相对照度图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本发明较佳实施方式的数码相机镜头10其自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及一平行板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，置于第一透镜1前的光栏6和位于像方位置上，置于平行板4后的影像感测组件5，该影像感测组件5包括一成像面52。

第一透镜1为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面12与第二非球面13，其中第一非球面12凸向物方，第二非球面13凸向像方。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23表面皆凸向像方。第三透镜3为凸凹双面非球面负透镜，包括第五非球面32与第六非球面33，其中第五非球面32和第六非球面33皆凸向物方。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3形状均为以光轴O对称的透镜。

第一透镜1采用玻璃材质、第二透镜2、第三透镜3皆采用塑料材质。

第一透镜1的折射率和色散范围可在1.65＜n₁＜1.75，50＜v₁＜60，本优选实施例中，采用K-VC80型号的玻璃材质，其折射率和色散分别为n₁＝1.69384，v₁＝53.13。

第二透镜2的折射率和色散范围可在1.55＜n₂＜1.65，25＜v₂＜35，本优选实施例中，采用OKP4型号的塑料材质，其折射率和色散分别为n₂＝1.60726，v₂＝26.64。

第三透镜3的折射率和色散范围可在1.49＜n₃＜1.55，55＜v₃＜60，本优选实施例中，采用E48R型号的塑料材质，其折射率和色散分别为n₁＝1.53116，v₁＝56.04。该材质是采用日本瑞翁公司(Zeon)生产的ZEONEX产品中E48R，因其产品为非晶型聚烯烃透明材质，其产品特点为密度小，有利于制品轻量化，且其具有较低的吸水率，由于该种材质含有极性和异向性小的单体，因而非晶型透明材质双折射率小，其属高耐热性透明树脂，其玻璃化温度(Tg)达到140-170℃，容易注射成型且其耐擦性良好。由于该光学材质具有较低的双折射率，能在高的分辨率下表现较好的光学性能。

平行板4是一平板玻璃，包括第一平行板面42与第二平行板面44。平行板4置于第三透镜3的像方一侧，用以保护影像感测组件5的成像面52，其材质优选为B270，折射率和色散分别为n₄＝1.52308，v₄＝58.57。

另外，第一透镜1至少一表面镀覆一红外截止滤膜(IR-cut Coating)，以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的物方一侧，其可直接利用光圈的开孔大小控制进光量。影像感测组件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-Oxide Semiconductor，下称CMOS)，而一般移动电话用数码相机镜头的影像感测组件，因考虑成本，通常采用CMOS。具体优选实施例中，CMOS像素尺寸为2.8μm，有效面积为4.592mm×3.472mm，对角线的长度为5.76mm，像素为二百万像数，分辨率达到1640×1240。

请参阅表1，所述数码相机镜头的光学***的相关参数值，其依次从光栏面61至成像面52予以描述，其中曲率半径R为各面与光轴O相交的曲面的曲率半径，曲率半径无限大时，表明该面为平面。间距d为沿光轴方向由物方Zobj开始前面相对于后面的距离，有效口径系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

该数码相机镜头的第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3均为沿光轴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。其中第一非球面12、第二非球面13、第三非球面22、第四非球面23、第五非球面32、第六非球面33的设计皆需满足以下优选的非球面公式：

$z=\frac{c{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_1{r}^2+a_2{r}^4+a_3{r}^6+a_4{r}^8++a_5{r}^{10}+a_6{r}^{12}\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

其中：z为以各非球面12、13、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为轴对称式透镜，故该非球面公式均取偶次项。其中各非球面12、13、22、23、32、33系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值及二次曲面系数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

本发明的镜头10有效焦距为f＝4.817mm，相对孔径为F/#＝2.8，整个光学***的全视场角为61.75度，其镜头总长为6.05mm，光学全长小于6.05mm，其模块高度可小于8mm，使其可较小整合于移动电话中。

请参阅图2至图5，其镜头10子午场曲和弧矢场曲小于0.1mm，光学畸变大于负0.1％，小于0.1％，MTF图中，分别自上至下三组曲线分别表示了线频为45线对/毫米、90线对/毫米及120线对/毫米时对应于像高时的MTF值。当像面上从中心至0.9视场像高2.592mm(2.88mm×0.9)分别对应于线频为45线对/毫米处MTF值(含径向与切向)大于0.76，线频为90线对/毫米处MTF值(含径向与切向)大于0.5，及线频为120线对/毫米处MTF值(含径向与切向)大于0.35。其相对照度值＞53％，通常相对照度＞50％，人眼较不易看出差异。

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的非球面公式的非球面系数表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。

本数码相机镜头可应用于数码相机镜头模块，可以理解，本发明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、PDA(personal digital assistant)等。

Claims (6)

1.一种数码相机镜头，其自物方至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：该第一透镜为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面；该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；该第三透镜为凸凹双面非球面负透镜，包括第五非球面与第六非球面；第一透镜的材质为玻璃，第二透镜、第三透镜的材质均为塑料，该第一透镜折射率大于1.65小于1.75，色散系数大于50，小于60，该第二透镜折射率大于1.55小于1.65，色散系数大于25，小于35，该第三透镜折射率大于1.49小于1.55，色散系数大于55，小于60。

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透镜。

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栏，置于第一透镜的物方一侧。

4.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平行板，其置于第三透镜的像方一侧，其由玻璃材质制成。

5.如权利要求4所述的数码相机镜头，其特征在于：该第一透镜至少一表面镀覆一红外截止滤膜。

6.如权利要求1所述的数码相机镜头，其中镜头参数为

；

非球面系数为

。

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