CN101373257A - 成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括正光焦度的第一镜片、负光焦度的第二镜片、正光焦度的第三镜片及负光焦度的第四镜片。成像镜头满足条件式：0.5＜F1/F＜1；R6＞R5＞R7＞0。其中，F1及F分别为第一镜片及成像镜头的有效焦距，R5，R6及R7分别为第三镜片的物侧表面曲率半径、像侧表面曲率半径及该第四镜片的物侧表面曲率半径。条件式：0.5＜F1/F＜1用于缩短成像镜头全长，避免产生过于严重的球差。条件式：R6＞R5＞R7＞0用于修正场曲。由此可得到高分辨率、小尺寸的成像镜头。

Description

成像镜头
技术领域
本发明涉及成像技术，特别涉及一种成像镜头。
背景技术
近年来，随着半导体技术的发展，应用于成像***的影像感测器，如电荷耦合器(Charge Coupled Device，CCD)或补充性半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)装置，在提高像素的同时，朝小型化方向发展，以此满足消费者对成像***的成像品质及便携性的要求。
对应地，成像镜头需提高分辨率、缩小尺寸，以配合影像感测器组成高成像品质、小尺寸的成像***。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种高分辨率、小尺寸的成像镜头。
一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片及具有负光焦度的第四镜片。该成像镜头满足条件式：
0.5<F1/F<1；
R6>R5>R7>0。
其中，F1及F分别为该第一镜片及该成像镜头的有效焦距，R5，R6及R7分别为该第三镜片的物侧表面曲率半径、该第三镜片的像侧表面曲率半径及该第四镜片的物侧表面曲率半径。
条件式：0.5<F1/F<1用于缩短成像镜头全长(成像镜头第一个光学面到成像面的距离)，避免产生过于严重的球差(spherical aberration)。条件式：R6>R5>R7>0用于修正场曲(field curvature)及畸变(distortion)。综前，可得到高分辨率、小尺寸的成像镜头。
附图说明
图1为本发明实施例的成像镜头的***构成示意图。
图2为本发明实施例1的成像镜头的球差特性曲线图。
图3为本发明实施例1的成像镜头的场曲特性曲线图。
图4为本发明实施例1的成像镜头的畸变特性曲线图。
图5为本发明实施例2的成像镜头的球差特性曲线图。
图6为本发明实施例2的成像镜头的场曲特性曲线图。
图7为本发明实施例2的成像镜头的畸变特性曲线图。
图8为本发明实施例3的成像镜头的球差特性曲线图。
图9为本发明实施例3的成像镜头的场曲特性曲线图。
图10为本发明实施例3的成像镜头的畸变特性曲线图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例的成像镜头100从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一镜片10、具有负光焦度的第二镜片20、具有正光焦度的第三镜片30及具有负光焦度的第四镜片40。
成像镜头100成像时，光线自物侧入射成像镜头100，依次经第一镜片10、第二镜片20、第三镜片30及第四镜片40后汇聚(成像)于成像面99。设置CCD或CMOS的感测面(图未示)于成像面99处便可组成成像***。
为得到高分辨率、小尺寸的成像镜头100，成像镜头100满足条件式：
(1)0.5<F1/F<1；
(2)R6>R5>R7>0。
其中，F1及F分别为第一镜片10及成像镜头100的有效焦距，R5，R6及R7分别为第三镜片30的物侧表面曲率半径、第三镜片30的像侧表面曲率半径及第四镜片40的物侧表面曲率半径。
条件式(1)给出第一镜片10的光焦度(1/F1)与成像镜头100的光焦度(1/F)的关系，以限制成像镜头全长，并控制球差。满足F1/F<1已可得到较短的后焦距，进而得到较短的成像镜头全长，考虑到F1/F过小将导致第一镜片的光焦度过大，产生较严重的球差，为将球差控制在可修正的范围内，故另限制0.5<F1/F。
另外，由于第一镜片10设置于成像镜头100外侧，为避免第一镜片10蒙尘刮花，优选地，第一镜片10采用玻璃材料制成(采用色散小的玻璃材料还可降低色差(chronicaberration))，限制0.5<F1/F，利于减小玻璃镜片的曲率半径，进而减低玻璃镜片研磨的难度，提高生产率，降低成本。
条件式(2)通过限定曲率半径R5，R6及R7的关系，限定第三镜片30的物侧表面、第三镜片30的像侧表面及第四镜片40的物侧表面的光焦度关系，利于修正场曲及畸变。若不满足条件式(2)限定的条件，将产生较大的场曲及畸变。
优选地，成像镜头100还满足条件式：
(3)0.3<R1/F<0.6。
其中，R1为第一镜片10物侧表面的曲率半径。
条件式(3)给出曲率半径R3与成像镜头有效焦距F的关系，以进一步缩短成像镜头全长，并降低镜片的制造成本。满足R1/F<0.6可缩短成像镜头全长，然而R1/F过小，导致第一镜片10的物侧表面过曲，镜片不易研磨，增加制造成本。
较优地，成像镜头100还满足条件式：
(4)D1>D12。
其中，D1为第一镜片10轴上厚度(第一镜片10截得光轴的长度)，D12为第一镜片10与第二镜片20的轴上间距(第一镜片10与第二镜片20相对两个表面截得光轴的长度)。
条件式(4)给出第一镜片10轴上厚度D1与第一镜片10与第二镜片20轴上间距D12的关系，以限制轴上间距D12，进一步缩短成像镜头全长。
更优地，成像镜头100还满足条件式：
(5)0.3<R7/F<0.6。
条件式(5)给出曲率半径R7与成像镜头有效焦距F的关系，以正确修正场曲及畸变。具体地，R7/F越小，第四镜片40的物侧表面越曲，越有利于修正场曲及畸变，然而，第四镜片40的物侧表面过曲，将产生球差，故限定0.3<R7/F<0.6。
具体地，成像镜头100还包括设置于第一镜片10物侧的光阑96(aperture stop)。光阑96可限制轴外光线进入成像镜头100而产生较严重的畸变及场曲。将光阑96设置于第一镜片10物侧有利于缩短成像镜头全长。为节约成本，缩短成像镜头全长，可采用不透光材料涂布第一镜片10物侧表面外圈，充当光阑96。可以理解，光阑96如此设置还有利于缩短成像镜头全长。
另一方面，为修正色差，还限定成像镜头100满足关系式：
vd2<35。
其中，vd2为d光(波长为587.6纳米，下同)在第二镜片20的阿贝数(abbe number)。
可以理解，为节约成本，实施例的第二镜片20、第三镜片30及第四镜片40采用塑料材料制成(如射出成型，利于量产)。
更加具体地，成像镜头100成像时，光线还可能经过设置于成像镜头100像侧的红外滤光片98(infrared cut filter)及用于保护影像感测器的保护玻璃97(cover glass)。
以下结合图2至图10，以具体实施例进一步说明成像镜头100。具体实施例中，第二镜片20、第三镜片30及第四镜片40的两个表面都采用非球面(第一镜片10采用球面镜)。
以镜片表面中心为原点，光轴为x轴，镜片表面的非球面面型表达式为：
x = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + &Sigma; A i h i
其中，c为镜面表面中心的曲率，k是二次曲面系数， h = Y 2 + Z 2 为从光轴到镜片表面的高度，∑Aihi表示对Aihi累加，i为自然数，Ai为第i阶的非球面面型系数。
另外，约定FNo为成像镜头100的光圈数，2ω为成像镜头100的视场角，R为对应表面的曲率半径，D为对应表面到后一个表面的轴上距离(两个表面截得光轴的长度)，Nd为对应镜片(或滤光片)对d光的折射率，vd为d光在对应镜片(或滤光片)的阿贝数。
实施例1
实施例1的成像镜头100满足表1及表2所列的条件，且F＝3.92毫米(millimeter，mm)，FNo＝2.81，2ω＝62°。
表1
 
表面 R(mm) D(mm) Nd vd
第一镜片物侧表面 2.31 0.847 1.712108 47.5931
第一镜片像侧表面 -14.247 0.17 - -
第二镜片物侧表面 -3.366 0.4 1.6182 33.25
第二镜片像侧表面 3.172 0.226 - -
第三镜片物侧表面 2.166 1.08 1.48749 70.4058
第三镜片像侧表面 6.03 0.271 - -
第四镜片物侧表面 1.504 0.807 1.501886 57.8648
第四镜片像侧表面 1.69 0.303 - -
红外滤光片物侧表面 无穷大 0.4 1.5168 64.167336
红外滤光片像侧表面 无穷大 0.38 - -
保护玻璃物侧表面 无穷大 0.4 1.5254 62.2
保护玻璃像侧表面 无穷大 0.045 - -
成像面 无穷大 - - -
表2
 
表面 表面非球面面型参数
第二镜片物侧表面         k＝3.501179；A4＝0.023559128；A6＝-0.002593523；A8＝0.038117856；A10＝-0.028808062                                                
 
第二镜片像侧表面         k＝-17.3214；A4＝0.027675108；A6＝-0.012911835；A8＝0.01197666；A10＝-0.005756877               
第三镜片物侧表面         k＝-0.221474；A4＝-0.034887552；A6＝-0.00150474；A8＝0.011051003；A10＝-0.007390695                                                 
第三镜片像侧表面         k＝-375.9149；A4＝-0.039205129；A6＝0.027253846；A8＝0.000321871；A10＝-0.002197873                                                 
第四镜片物侧表面         k＝-7.818869；A4＝-0.041467361；A6＝-0.023813467；A8＝0.003913267；A10＝0.000376873                                                   
第四镜片像侧表面         k＝-4.057894；A4＝-0.032579818；A6＝-0.003090331；A8＝0.000612299；A10＝-0.000058434                                                  
实施例1的成像镜头100的球差特性曲线、场曲特性曲线及畸变的特性曲线分别如图2、图3及图4所示。图2中，曲线g，d及c分别为g光(波长为435.8纳米，下同)、d光及c光(波长为656.3纳米，下同)于成像镜头100的球差特性曲线(下同)。可见，实施例1的成像镜头100对可见光(400-700纳米)产生的球差被控制在-0.04mm~0.04mm间。图3中，曲线t及s为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线(下同)。可见，子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.03mm~0.03mm间。图4中，曲线为畸变特性曲线(下同)。可见，畸变量被控制在-2.5％~2.5％间。综前，尽管成像镜头100尺寸缩小，其产生的球差、场曲及畸变却被控制(修正)在较小的范围内。
实施例2
实施例2的成像镜头100满足表3及表4所列的条件，且F＝4.15mm，FNo＝2.81，2ω＝58.66°。
表3
 
表面 R(mm) D(mm) Nd vd
第一镜片物侧表面 2.051949 0.7893953 1.66457 1.532955
第一镜片像侧表面 -23.80611 0.168 - -
第二镜片物侧表面 -4.420939 0.412 53.007 58.7808
第二镜片像侧表面 5.161281 0.3882785 - -
第三镜片物侧表面 2.390057 0.9950179 1.755201 1.5168
第三镜片像侧表面 6.23 0.3716246 - -
第四镜片物侧表面 1.492706 0.61 27.5795 64.167336
 
第四镜片像侧表面 1.210031 0.2726837 - -
红外滤光片物侧表面 无穷大 0.4 1.522955 1.5254
红外滤光片像侧表面 无穷大 0.4 - -
保护玻璃物侧表面 无穷大 0.4 56.7808 62.2
保护玻璃像侧表面 无穷大 0.045 - -
成像面 无穷大 - - -
表4
 
表面 表面非球面面型参数
第二镜片物侧表面         k＝5.299543；A4＝0.018697801；A6＝-0.015907763；A8＝0.051188023；A10＝-0.028565258                                                
第二镜片像侧表面         k＝-34.71912；A4＝0.017099189；A6＝-0.003149201；A8＝0.010375968；A10＝-0.000344777                                                 
第三镜片物侧表面         k＝0.05804339；A4＝-0.031059564；A6＝0.005336067；A8＝-0.000623211；A10＝-0.001836084                                                   
第三镜片像侧表面         k＝-507.4565；A4＝-0.029563257；A6＝0.025098551；A8＝-0.004930792；A10＝0.000148468                                                   
第四镜片物侧表面         k＝-10.52922；A4＝-0.11210867；A6＝-0.02505039；A8＝0.009855853；A10＝0.000250909                                                 
第四镜片像侧表面         k＝-5.208099；A4＝-0.06355199；A6＝0.00533856；A8＝0.000412635；A10＝-0.000142026                                               
实施例2的成像镜头100的球差特性曲线、场曲特性曲线及畸变的特性曲线分别如图5、图6及图7所示。图5中，可见光产生的球差被控制在-0.28mm~0.28mm间。图6中，子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.03mm~0.03mm间。图7中，畸变量被控制在-2.5％~2.5％间。综前，尽管成像镜头100尺寸缩小，其产生的球差、场曲及畸变却被控制(修正)在较小的范围内。
实施例3
实施例3的成像镜头100满足表5及表6所列的条件，且F＝4mm，FNo＝2.81，2ω＝59.8°。
表5
 
表面 R(mm) D(mm) Nd vd
第一镜片物侧表面 2.123546 0.78 1.623474 1.682358
第一镜片像侧表面 28.2113 0.33 - -
 
第二镜片物侧表面 -4.757207 0.429 59.714 59.2779
第二镜片像侧表面 4.240722 0.2577253 - -
第三镜片物侧表面 2.214957 0.9263359 1.614704 1.5168
第三镜片像侧表面 7.789406 0.4725472 - -
第四镜片物侧表面 1.985617 0.6493842 27.9172 64.167336
第四镜片像侧表面 1.638365 0.2414074 - -
红外滤光片物侧表面 无穷大 0.4 1.611878 1.5254
红外滤光片像侧表面 无穷大 0.4 - -
保护玻璃物侧表面 无穷大 0.4 58.9068 62.2
保护玻璃像侧表面 无穷大 0.045 - -
成像面 无穷大 - - -
表6
 
表面 表面非球面面型参数
第二镜片物侧表面         k＝8.14288；A4＝0.014506305；A6＝-0.017555848；A8＝0.051788575；A10＝-0.023408154                                               
第二镜片像侧表面         k＝-26.61209；A4＝0.007997176；A6＝-0.007909534；A8＝0.013856641；A10＝-0.000457476                                                 
第三镜片物侧表面         k＝0.1300091；A4＝-0.030413837；A6＝0.005130393；A8＝-0.000676437；A10＝-0.001037712                                                  
第三镜片像侧表面         k＝15.94523；A4＝-0.0313252；A6＝0.026198077；A8＝-0.004926366；A10＝-0.000691028                                               
第四镜片物侧表面         k＝-6.570329；A4＝-0.065912929；A6＝-0.029375799；A8＝0.009638573；A10＝-0.000299699                                                  
第四镜片像侧表面         k＝-3.750432；A4＝-0.067438119；A6＝0.004515094；A8＝0.00019677；A10＝0.00000227                                                  
实施例3的成像镜头100的球差特性曲线、场曲特性曲线及畸变的特性曲线分别如图8、图9及图10所示。图8中，可见光产生的球差被控制在-0.18mm~0.18mm间。图9中，子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.03mm~0.03mm间。图10中，畸变量被控制在-2.5％~2.5％间。综前，尽管成像镜头100尺寸缩小，其产生的球差、场曲及畸变却被控制(修正)在较小的范围内。
本发明的成像镜头满足条件式：0.5<F1/F<1，缩短成像镜头全长，避免产生过于严重的球差。条件式：R6>R5>R7>0用于修正场曲及畸变。综前，可得到高分辨率、小尺寸的成像镜头。
应该指出，上述实施例仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

  1. 【权利要求1】一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片及具有负光焦度的第四镜片；其特征在于，该成像镜头满足条件式：
    R6>R5>R7>0；0.5<F1/F<1；
    其中，F1及F分别为该第一镜片及该成像镜头的有效焦距，R5，R6及R7分别为该第三镜片的物侧表面曲率半径、该第三镜片的像侧表面曲率半径及该第四镜片的物侧曲率半径。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该成像镜头还满足条件式：0.3<R1/F<0.6；其中，R1为第一镜片10物侧表面的曲率半径。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该成像镜头还满足条件式：
    D1>D12；
    其中，D1为第一镜片10轴上厚度，D12为第一镜片10与第二镜片20的轴上间距。
  4. 【权利要求4】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该成像镜头还满足条件式：0.3<R7/F<0.6。
  5. 【权利要求5】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该成像镜头还满足条件式：
    vd2<35；
    其中，vd2为波长为587.6纳米的光线在该第二镜片的阿贝数。
  6. 【权利要求6】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该成像镜头还包括设置于该第一镜片物侧的光阑。
  7. 【权利要求7】如权利要求6所述的成像镜头，其特征在于，该光阑为涂布于该第一镜片物侧表面外圈的不透光材料。
  8. 【权利要求8】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该第一镜片采用玻璃材料制成。
  9. 【权利要求9】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该第二镜片、第三镜片及第四镜片采用塑料材料制成。
  10. 【权利要求10】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该第二镜片、第三镜片及第四镜片的两个表面均采用非球面。
  11. 【权利要求11】如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该成像镜头进一步包括设置于该第四镜片像侧的红外滤光片。
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