CN102540417B - 成像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成像镜头，该成像镜头从物侧至像侧依次包括一个具有正光焦度的第一透镜、一个具有正光焦度的第二透镜、以及一个具有负光焦度的第三透镜，该第一透镜包括一个面第一表面及一个第二表面，该第二透镜包括一个第三表面及一个第四表面，该第三透镜包括一个第五表面及一个第六表面，其中，该成像镜头满足关系式：FB/TTL＞0.30；G1R2/F1＞19.54；D1/D2＜1.62；其中，FB为第六表面与成像面沿光轴方向上的最短距离，TTL为成像镜头的全长，G1R2为第二表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距。

Description

成像镜头

技术领域

本发明涉及成像技术，尤其涉及一种成像镜头。

背景技术

随着互补金属氧化物半导体(CMOS)生产制程的提升，CMOS中单个像素的尺寸(PixelSize)可以制作得越来越小，例如，对于两百万像素(2MPixels)的CMOS，其像素先由原先的2.25μm减小到1.75μm，再进一步减小到目前普遍使用的1.4μm，相应地，CMOS的尺寸，也由原先的1/4″(2.25μm)减小到1/5″(1.75μm)，再进一步减小到目前普遍使用的1/6″(1.4μm)。由于制程的提升，切割同样尺寸大小的单个晶圆(Wafer)可获得更多数目的晶粒(Die)，因此厂商可以有效降低CMOS的价格，增加产品竞争力。

在CMOS尺寸逐渐缩小的情形下，对镜头的设计也相应提出了更高的要求，以使得镜头可以与具有较小尺寸的CMOS相匹配，从而获得较佳的成像品质。为了获得较佳的成像质量，所述镜头需要满足：(1)高分辨率；(2)低色差；(3)长背凸(flangeback，FB)，其中，长背凸系使所设计镜头的最后一个镜片可以远离CMOS，以避免该镜片刮伤(scratches)并沾上灰尘(particles)，从而导致镜头的成像质量降低。

有鉴于此，有必要提供一种具有高分辨率、低色差和长背凸的成像镜头。

发明内容

下面将以具体实施例说明一种具有高分辨率、低色差和长背凸成像镜头。

一种成像镜头，其从物侧至像侧依次包括一个具有正光焦度的第一透镜、一个具有正光焦度的第二透镜、以及一个具有负光焦度的第三透镜，该第一透镜包括一个面向物体一侧的第一表面及一个面向成像面一侧的第二表面，该第二透镜包括一个面向物体一侧的第三表面及一个面向成像面一侧的第四表面，该第三透镜包括一个面向物体一侧的第五表面及一个面向成像面一侧的第六表面，其中，该成像镜头满足关系式：

FB/TTL＞0.30；

G1R2/F1＞19.54

D1/D2＜1.62；

其中，FB上第六表面与成像面沿光轴方向上的最短距离，TTL为成像镜头的全长，G1R2为第二表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，D1为第四表面有效径端点与第四表面中心之间沿垂直镜头光轴的方向上的距离，D2为第四表面有效径端点与第四表面中心之间在平行于成像镜头光轴方向上的距离。

相对于现有技术，本发明所提供的成像镜头中，关系式FB/TTL＞0.30的限制使得第三透镜具有长背凸，关系式G1R2/F1＞19.54的限制可使第一透镜具有较小的光焦度，并可相应地减少第一透镜的偏心敏感度，关系式D1/D2＜1.62的限制可使成像镜头具有较佳的像差补正效果，使得成像镜头维持低色差及较高的分辨率，从而保证成像镜头具有较佳的成像质量。

附图说明

图1是本发明提供的成像镜头的结构示意图。

图2是本发明第一实施例提供的成像镜头的球面像差特性曲线图。

图3是本发明第一实施例提供的成像镜头的场曲特性曲线图。

图4是本发明第一实施例提供的成像镜头的畸变特性曲线图。

图5是本发明第一实施例提供的成像镜头的色差特性曲线图。

图6是本发明第一实施例提供的成像镜头的调制传递函数(modulationtransferfunction，MTF)特性曲线图。

图7是本发明第二实施例提供的成像镜头的球面像差特性曲线图。

图8是本发明第二实施例提供的成像镜头的场曲特性曲线图。

图9是本发明第二实施例提供的成像镜头的畸变特性曲线图。

图10是本发明第二实施例提供的成像镜头的色差特性曲线图。

图11是本发明第二实施例提供的成像镜头的调制传递函数(modulationtransferfunction，MTF)特性曲线图。

主要元件符号说明

成像镜头100

第一透镜G1

第二透镜G2

第三透镜G3

第一表面11

第二表面12

第三表面13

第四表面14

第五表面15

第六表面16

光阑20

滤光片98

成像面99

具体实施方式

下面将结合附图，以对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种成像镜头100，该成像镜头100从物侧至像侧依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜G1、一个具有正光焦度的一个第二透镜G2、以及一个具有负光焦度的第三透镜G3。具体地，该第一透镜G1包括一个面向物体一侧的第一表面11、以及一个面向成像面一侧的第二表面12。该第二透镜G2包括一个面向物体一侧的第三表面13、以及一个面向成像面一侧的第四表面14。该第三透镜G3包括一个面向物体一侧的第五表面15、以及一个面向成像面一侧的第六表面16。

本实施例中，该成像镜头100还包括一个设置于该第二透镜G2远离该第一透镜G1一侧的光阑(Aperturestop)20，其用于控制通过第一透镜G1的光通量。

该第一、第二、第三透镜G1、G2、G3的位置固定不变，成像时，光线自物侧入射至光阑20，并依次经第一透镜G1、第二透镜G2、以及第三透镜G3后汇聚(成像)于成像面99。可以理解的系，可通过设置影像传感器，如电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的感测面(图未示)于成像面99处以组成一个成像***。

所述成像镜头100满足以下关系式：

(1)FB/TTL＞0.30；

(2)G1R2/F1＞19.54；

(3)D1/D2＜1.62；

其中，FB(flangeback，背凸)为第六表面16与成像面99沿光轴M所在方向上的最短距离(详见图1)，TTL(Totaltracklength)为成像镜头100的全长，G1R2为第二表面12的曲率半径，F1为第一透镜G1的焦距。另外，如图1所示，D1为第四表面14有效径端点与第四表面14中心之间沿垂直镜头光轴M的方向上的距离(详见图1)，D2为第四表面14有效径端点与第四表面14中心之间在平行于成像镜头100光轴M方向上的距离，需要指明，此处所指“有效径端点”，为第四表面14相对光轴M距离最远处的端点。

本发明所提供的成像镜头100关系式中，关系式(1)的限制使得第三透镜G3具有长背凸，关系式(2)的限制可使第一透镜G1具有较小的光焦度(power)，并可相应地减少第一透镜G1的偏心敏感度，关系式(3)的限制可使成像镜头100具有较佳的像差补正效果，使得成像镜头100维持低色差及较高的分辨率，从而保证成像镜头100具有较佳的成像质量。

所述第一、第二、第三透镜G1、G2、G3的材料可分别选自塑料、聚合物、以及玻璃中任意一个者。优选地，为节约成本，本发明的第一、第二、第三透镜G1、G2、G3均采用塑料制成。

在该第三透镜G3与该成像面99之间可设置一个滤光片98，该滤光片98用于选择性地对部分光进行过滤，从而优化成像效果。例如，所述滤光片98可为一个红外截止滤光片(IR-CutFilter)，以将人眼无法检测的红外光滤除。

所述成像镜头100可运用在便携式电子装置，例如手机中。

为了进一步保证上述限制条件下成像镜头100所具有的成像质量，所述成像镜头100可进一步满足以下关系式：

(4)-0.34＞G1R2/F2＞G2R1/F2＞-0.68；

(5)-0.42＞G3R2/F3＞G3R1/F3＞-1.92；

其中，G2R1为第三表面13的曲率半径，G2R2为第四表面14的曲率半径，G3R1为第五表面15的曲率半径，G3R2为第六表面16的曲率半径，F2为第二透镜G2的焦距，F3为第三透镜G3的焦距。关系式(4)的限制可确保成像镜头100的光焦度分配合理，使得成像镜头100具有良好的像差补正效果。关系式(5)的限制可确保第三透镜G3的周边凹陷量(sag)较小，且该第三透镜G3的第六表面16的中心到成像面99的距离(背凸)较长。另外，在满足以下关系式：

(6)Vd2＞53、Vd3＜33；

的条件下，本发明所述的成像镜头100还可有效消除色差，其中，Vd2为第二透镜G2的阿贝数，Vd3为第三透镜G3的阿贝数。

以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，透镜表面的非球面面型表达式为：

$x=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{h}^2}}+\mathrm{\Σ}{A}_i{h}^i$

其中，c为镜面表面中心的曲率，为从光轴到透镜表面的高度，k系二次曲面系数，A_i为第i阶的非球面面型系数。

通过将表1、表2、表3(请参阅下文)的资料代入上述表达式，可获得本发明第一实施例的成像镜头100中各透镜表面的非球面形状，另外，通过将表4、表5、表6(请参阅下文)的资料代入上述表达式，可获知本发明第二实施例的成像镜头100中各透镜表面的非球面形状。

下列各表中分别列有由物端到像端依序排列的光学表面，其中，约定F/No为成像镜头100的光圈数，2ω为成像镜头100的视场角，R为各透镜的光学表面的曲率半径，D为对应的光学表面到后一个光学表面的轴上距离(两个光学表面截得光轴的长度)，Nd为对应透镜组对d光(波长为587纳米)的折射率，Vd为d光在对应透镜组的阿贝数(Abbenumber)，k为二次曲面系数。以下第一和第二实施例的成像镜头100的第一透镜G1和第二透镜G2的光学参数满足上述关系式(1)～(6)。

第一实施例

本发明第一实施例所提供的成像镜头100的各光学组件满足表1及表2的条件。

表1

光学表面	面型	R(mm)	D(mm)	Nd	Vd
						物面	平面	无穷大	--	--	--
光阑20	平面	无穷大	-0.04	--	--
						第一透镜G1的物端表面	非球面	1.59	0.44	1.53	56.0
第一透镜G1的像端表面	非球面	59.65	0.47	--	--
						第二透镜G2的物端表面	非球面	-1.13	0.72	1.53	56.0
第二透镜G2的像端表面	非球面	-0.62	0.06	--	--

第三透镜G3的物端表面	非球面	3.25	0.52	1.63	23.4
						第三透镜G3的像端表面	非球面	0.86	0.85	--	--
滤光片98的物端表面	平面	无穷大	0.30	1.52	58.6
						滤光片98的像端表面	平面	无穷大	0.08	--	--
成像面99	平面	无穷大	--	--	--

表2

表3

F(mm)	F/No	2ω
			2.38	2.46	61.69°

本实施例所提供的成像镜头100的球差、场曲、畸变、色差、以及MTF分别如图2到图6所示。具体地，图2所示出的六条曲线分别为针对F线(波长为486.1纳米(nm))，d线(波长为587.6nm)，C线(波长为656.3nm)，e线(波长为546.1nm)，g线(波长为435.8nm)，h线(波长为404.7nm)而观察到的像差值曲线。由该三条曲线可看出第一实施例的成像镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在-0.05mm～0.05mm范围内。如图3所示，曲线T及S分别为子午场曲(tangentialfieldcurvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittalfieldcurvature)特性曲线。由图3可看出该成像镜头100的子午场曲值和弧矢场曲值被控制在-0.10mm～0.10mm范围内。进一步地，图4示出的曲线为成像镜头100的畸变特性曲线，由图4可知，该成像镜头100的光学畸变量被控制在-2.00％～2.00％的范围内。另外，图5所示出的六条曲线分别为针对F线(波长为486.1纳米(nm))，d线(波长为587.6nm)，C线(波长为656.3nm)，e线(波长为546.1nm)，g线(波长为435.8nm)，h线(波长为404.7nm)而观察到的色差值曲线。由该六条曲线可看出第一实施例的成像镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在-5.00μm～5.00μm范围内。本实施例中，该六条曲线中对应于h线的色差具有最大范围值，具体为在-2.8μm～2.8μm之间。进一步地，如图6所示，在1/2频(Nyquistfrequency)条件下(本实施例的1/2频(半频)为180lp/mm)，中心视场的MTF＞50％(如曲线mc所示)，0.8视场的MTF＞30％(如曲线mp所示)，其余介于中心视场和0.8视场之间视场的MTF，则介于30％～50％之间(如曲线mt所示)。综上所述，本发明第一实施例所提供的成像镜头100可具有高成像质量(2ω＞61.69°)。

第二实施例

本发明第二实施例所提供的成像镜头100的各光学组件满足表4、表5、以及表6的条件。

表4

光学表面	面型	R(mm)	D(mm)	Nd	Vd
						物面	平面	无穷大	--	--	--
光阑20	平面	无穷大	-0.04	--	--
						第一透镜G1的物端表面	非球面	1.61	0.42	1.53	56.0
第一透镜G1的像端表面	非球面	96.38	0.46	--	--
						第二透镜G2的物端表面	非球面	-1.09	0.72	1.53	56.0
第二透镜G2的像端表面	非球面	-0.61	0.06	--	--
						第三透镜G3的物端表面	非球面	3.80	0.56	1.63	23.4
第三透镜G3的像端表面	非球面	0.90	0.85	--	--

滤光片98的物端表面	平面	无穷大	0.30	1.52	58.6
						滤光片98的像端表面	平面	无穷大	0.08	--	--
成像面99	平面	无穷大	--	--	--

表5

表6

F(mm)	F/No	2ω
			2.39	2.82	61.67°

本实施例所提供的成像镜头100的球差、场曲、畸变、色差、以及MTF分别如图7到图11所示。具体地，图7所示出的六条曲线分别为针对F线(波长为486.1纳米(nm))，d线(波长为587.6nm)，C线(波长为656.3nm)，e线(波长为546.1nm)，g线(波长为435.8nm)，h线(波长为404.7nm)而观察到的像差值曲线。由该三条曲线可看出第一实施例的成像镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在-0.05mm～0.05mm范围内。如图8所示，曲线T及S分别为子午场曲(tangentialfieldcurvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittalfieldcurvature)特性曲线。由图3可看出该成像镜头100的子午场曲值和弧矢场曲值被控制在-0.10mm～0.10mm范围内。进一步地，图9示出的曲线为成像镜头100的畸变特性曲线，由图9可知，该成像镜头100的光学畸变量被控制在-2.00％～0％的范围内。另外，图10所示出的六条曲线分别为针对F线(波长为486.1纳米(nm))，d线(波长为587.6nm)，C线(波长为656.3nm)，e线(波长为546.1nm)，g线(波长为435.8nm)，h线(波长为404.7nm)而观察到的色差值曲线。由该六条曲线可看出第二实施例的成像镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在-5.00μm～5.00μm范围内。本实施例中，该六条曲线中对应于h线的色差具有最大范围值，具体为在-2.8μm～2.8μm之间。进一步地，如图11所示，在1/2频(Nyquistfrequency)条件下(本实施例的1/2频(半频)为180lp/mm)，中心视场的MTF＞50％(如曲线mc所示)，0.8视场的MTF＞30％(如曲线mp所示)，其余介于中心视场和0.8视场之间视场的MTF，则介于30％～50％之间(如曲线mt所示)。综上所述，本发明第二实施例所提供的成像镜头100可具有高成像质量(2ω＞61.67°)。

应该指出，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，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 (7)

1.一种成像镜头，该成像镜头从物侧至像侧依次包括一个具有正光焦度的第一透镜、一个具有正光焦度的第二透镜、以及一个具有负光焦度的第三透镜，该第一透镜包括一个面向物体一侧的第一表面及一个面向成像面一侧的第二表面，该第二透镜包括一个面向物体一侧的第三表面及一个面向成像面一侧的第四表面，该第三透镜包括一个面向物体一侧的第五表面及一个面向成像面一侧的第六表面，其中，该成像镜头满足关系式：

FB/TTL>0.30；

G1R2/F1>19.54

D1/D2<1.62；

-0.34>G1R2/F2>G2R1/F2>-0.68；

-0.42>G3R2/F3>G3R1/F3>-1.92；

其中，FB为第六表面与成像面沿光轴方向上的最短距离，TTL为成像镜头的全长，G1R2为第二表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，D1为第四表面有效径端点与第四表面中心之间沿垂直镜头光轴的方向上的距离，D2为第四表面有效径端点与第四表面中心之间在平行于成像镜头光轴方向上的距离，G2R1为第三表面的曲率半径，G2R2为第四表面的曲率半径，G3R1为第五表面的曲率半径，G3R2为第六表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距，F3为第三透镜的焦距。

2.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该第二透镜和第三透镜满足关系式：

Vd2>53、Vd3<33；

其中，Vd2为第二透镜的阿贝数，Vd3为第三透镜的阿贝数。

3.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该第一表面、第二表面、第三表面、第四表面、第五表面、第六表面分别为非球面。

4.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该第一透镜、第二透镜分别选用聚合物以及玻璃中任意一个制成。

5.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该成像镜头还包括一个滤光片，该滤光片设置在该第三透镜与该成像面之间。

6.如权利要求5所述的成像镜头，其特征在于，该滤光片为一个红外截止滤光片。

7.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该成像镜头还包括一个光阑，该光阑设置在该第一透镜远离该第二透镜的一侧。