CN103048767B - 镜头*** - Google Patents

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Abstract

一种镜头***，沿光轴从物侧到像侧依次包括一个负光焦度的第一透镜、一个正光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜以及成像面，第一透镜包括靠近像侧具有光学面之表面，光线通过第一透镜、第二透镜和第三透镜投射到成像面上，镜头***满足下列条件：Y/Z<1.10，G1R1/F1<-3.10，G2R2/F2>1.49，其中，Y和Z分别为光学面的端点与光学面的中心之间沿垂直光轴方向的距离和沿光轴方向的距离，G1R1为第一透镜靠近物侧的表面的曲率半径，F1为第一透镜的焦距，G2R2为第二透镜靠近像侧的表面的曲率半径，F2为第二透镜的焦距。

Description

镜头***
技术领域
本发明涉及一种镜头***。
背景技术
随着触控式面板广泛应用于各式消费性电子产品中，各种不同触控面板的技术也因应而生，例如电阻式、电容式、红外线式和表面声波式等。
其中，红外线式的光学多点触控面板，具有结构及制程简单的特点，且成本具竞争优势，故在部分消费性电子产品中被广泛使用。红外线式的光学多点触控面板，主要是利用红外线照相机模块来拍摄触控面板区域的画面，来判读输入装置（例如手或笔）的移动轨迹，因需判读准确且反应速度快，故所需的取像镜头就需具备大光圈、广视角、高分辨率和高相对照度之特性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种大光圈、高分辨率和高相对照度之镜头***。
一种镜头***，沿光轴从物侧到像侧方向依次包括一个负光焦度的第一透镜、一个正光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜以及成像面，所述第一透镜包括靠近像侧之表面，所述表面包括光学面，光线通过所述第一透镜、第二透镜和第三透镜在投射到所述成像面上，所述镜头***满足下列条件：Y/Z<1.10，G1R1/F1<-3.10，G2R2/F2>1.49，其中，Y为所述第一透镜的光学面的端点与光学面的中心之间沿垂直光轴方向的距离，Z为所述第一透镜的光学面的端点与光学面的中心之间沿光轴方向的距离，G1R1为所述第一透镜靠近物侧的表面的曲率半径，F1为所述第一透镜的焦距，G2R2为所述第二透镜靠近像侧的表面的曲率半径，F2为所述第二透镜的焦距。
本实施例之镜头***在满足上述Y/Z<1.10，G1R1/F1<-3.10，G2R2/F2>1.49的情况下，镜头***具有大光源、高分辨率和高相对照度之性能。
附图说明
图1是本发明实施例镜头***的结构示意图。
图2是本发明实施例第一实施例之镜头***之球差图。
图3是本发明实施例第一实施例之镜头***之场曲图。
图4是本发明实施例第一实施例之镜头***之畸变图。
图5是本发明实施例第一实施例之镜头***之相对照度曲线。
图6是本发明实施例第一实施例之镜头***调制传递函数(modulationtransferfunction,MTF)特性曲线图。
图7是本发明实施例第二实施例之镜头***之球差图。
图8是本发明实施例第二实施例之镜头***之场曲图。
图9是本发明实施例第二实施例之镜头***之畸变图。
图10是本发明实施例第二实施例之镜头***之相对照度曲线。
图11是本发明实施例第二实施例之镜头***镜头***调制传递函数特性曲线图。
主要元件符号说明
镜头*** 10
第一透镜 11
第二透镜 12
第三透镜 13
红外带通滤光片 14
玻璃板 15
成像面 16
光阑 17
第一表面 111
第二表面 112
第三表面 121
第四表面 122
第五表面 131
第六表面 132
第七表面 141
第八表面 142
第九表面 151
第十表面 152
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例提供的镜头***10沿光轴从物侧到像侧方向依次设置的具有负光焦度的第一透镜11、具有正光焦度的第二透镜12、光阑17、具有正光焦度的第三透镜13、红外带通滤光片14、玻璃板15和成像面16。
第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13的材料可选自塑料、聚合物以及玻璃中的任一种，优选地，为节约成本，第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13均采用塑料制成。
第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13均为非球面透镜，以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13各个表面的非球面面形表达式为：，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，为第i阶的非球面面形系数。
通过将下文的表1、表2、表3的资料代入上述表达式，可获得本发明第一实施例的镜头***10中各透镜表面的非球面形状，另外，通过将表4、表5、表6的资料代入上述表达式，可获知本发明第二实施例的镜头***10中各透镜表面的非球面形状。
当镜头***10用于成像时，来自被摄物的光线从物侧方向入射镜头***10并依次经过第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、以及红外带通滤光片14，最终通过玻璃板15汇聚到成像面16上，通过将CCD或CMOS等固体成像器件设置在成像面16处，即可获取被摄物的影像。
第一透镜11具有靠近物侧的第一表面111和靠近像侧的第二表面112，第一表面111的曲率半径记作G1R1，第二表面112的曲率半径记作G1R2。第二表面112包括光学面1121和非光学面1122，非光学面1222围绕光学面1121。
第二透镜12具有靠近物侧的第三表面121和靠近像侧的第四表面122，第三表面121的曲率半径记作G2R1，第四表面122的曲率半径记作G2R2。
第三透镜13具有靠近物侧的第五表面131和靠近像侧的第六表面132，第五表面131的曲率半径记作G3R1，第六表面132的曲率半径记作G3R2。
红外带通滤光片14具有靠近物侧的第七表面141和靠近像侧的第八表面142。
玻璃板15具有靠近物侧的第九表面151和靠近像侧的第十表面152。
为了实现镜头***10的大光圈、高分辨率和高相对照度，镜头***10满足条件式：
（1）、Y/Z<1.10；
（2）、G1R1/F1<-3.10；以及
（3）、G2R2/F2>1.49。
其中，Y为第一透镜11的光学面1121的端点与光学部1121的中心之间沿垂直光轴L方向的距离，Z为第一透镜11的光学面1121的端点与光学部1121的中心之间沿光轴L方向的距离，F1为第一透镜11的焦距，F2为第二透镜12的焦距。
条件（1）使镜头***10在大光圈和广视角的条件下，还能具有高相对照度，如图5中1.0视场的像高为1.43mm时保持大于0.73以及图10中1.0视场时像高为1.43mm时保持大于0.77。
条件（2）使第一透镜11的动力变小，进而让镜头***10的敏感度变小。
条件（3）使镜头***10的动力分配适当，具有良好的收差补正效果，并保证镜头***10具有高分辨率的成像质量。
在满足条件式（1）、（2）及（3）的情况下，镜头***10具有大光圈、高分辨率和高相对照度。
为进一步保证在上述限制条件下镜头***10的成像质量，第一透镜11和第三透镜13还需要满足下列条件：G1R2/F1>-0.60,G1R2/F1>G1R1/F1，G3R1/F3>1.14,G3R2/F3<-0.68。
进一步，为了能更好地消除镜头***10的色差，以便能和红外带通滤光片14和玻璃板15做补偿，第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13还需要满足下列条件：Vd1=Vd2=Vd3<33，Vd1为第一透镜11的阿贝数，Vd2为第二透镜12的阿贝数，Vd3为第三透镜13之阿贝数。
下面结合具体的参数介绍镜头***10的性能。
第一实施方式（图2-图6）
镜头***10的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、红外带通滤光片14和玻璃板15满足表1、表2和表3的条件，从而使得镜头***10的焦距为1.02mm、可视角（FieldOfView，FOV）为124.01度、光圈为2.06，曲率半径和厚度的单位为mm。
表1
表面 面形 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
物面 平面 无穷大 111.8 - -
第一表面111 非球面 5.28 1.22 1.58 29.9
第二表面112 非球面 0.73 1.67 - -
第三表面121 非球面 2.02 0.67 1.58 29.9
第四表面122 非球面 15.92 0.72 - -
光阑17 平面 无穷大 0.33 - -
第五表面131 非球面 2.88 1.20 1.58 29.9
第六表面132 非球面 -1.53 0.20 - -
第七表面141 平面 无穷大 0.30 1.52 64.2
第八表面142 平面 无穷大 1.16 - -
第九表面151 平面 无穷大 0.40 1.52 64.2
第十表面152 平面 无穷大 0.10 - -
成像面16 平面 无穷大 - - -
表2
表面 A4 A6 A8 K
第一表面111 -0.0086 0.00035 -0.000008 0
第二表面112 0.0164 -0.0032 -0.0064 -0.9264
第三表面121 0.0397 -0.0149 - -4.1959
第四表面122 0.0303 -0.0124 0.0072 -1032.5270
第五表面131 0.0588 -0.0456 0.0103 -20.0887
第六表面132 -0.0054 0.0157 -0.0101 -2.2499
表3
Z Y F1 F2
1.42mm 1.41mm -1.65mm 4.00mm
由图2可以看出，镜头***10在波长为840纳米、850纳米以及860纳米（曲线a、b、c所示）时，像面球差均控制在(-0.05mm，0.05mm)范围内。由图3看出，场曲的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(-0.1mm，0.1mm)范围内。由图4得知，畸变控制在(-20%，20%)范围内。由此可见，镜头***10的像差、场曲、畸变都能被很好的校正。
由图6可知，在168lp/mm（线对/毫米）的奈奎斯特频率（NyquistFrequency）条件下，中心视场的MTF（ModulationTransferFunction，调制传递函数）>0.6（包括S-Sagittal的弧矢方向和T-Tangential的子午方向）（曲线A所示），角落0.8视场的MTF>0.48（包括S和T方向）（曲线C、E所示），介于中心视场与角落0.8视场之间的0.48<MTF<0.6（曲线B、D所示），1.0视场的MTF>0.43（曲线F、G所示）。
第二实施方式（图7-图11）
镜头***10的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、红外带通滤光片14和玻璃板15满足表4、表5和表6的条件，从而使得镜头***10的焦距为1.04mm、可视角为123.96度、光圈为2.07，曲率半径和厚度的单位为mm。
表4
表面 面形 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
物面 平面 无穷大 -111.8 - -
第一表面111 非球面 9.95 1.40 1.58 29.9
第二表面112 非球面 0.83 1.77 - -
第三表面121 非球面 1.73 0.66 1.58 29.9
第四表面122 非球面 6.34 0.61 - -
光阑17 平面 无穷大 0.33 - -
第五表面131 非球面 2.47 1.08 1.58 29.9
第六表面132 非球面 -1.75 0.20 - -
第七表面141 平面 无穷大 0.30 1.52 64.2
第八表面142 平面 无穷大 0.15 - -
第九表面151 平面 无穷大 0.40 1.52 64.2
第十表面152 平面 无穷大 0.10 - -
成像面16 平面 无穷大 - - -
表5
表面 A4 A6 A8 K
第一表面111 -0.001 0.000014 -0.00000071 0
第二表面112 0.2127 -0.0522 0.0199 -1.7560
第三表面121 -0.009 0.0049 - -0.5929
第四表面122 -0.0052 0.0101 -0.0065 27.8397
第五表面131 0.0677 -0.0345 0.0035 -13.4168
第六表面132 -0.0445 0.0540 -0.0213 -4.9394
表6
Z Y F1 F2
1.38mm 1.34mm -1.69mm 3.97mm
由图7可以看出，镜头***10在波长为840纳米、850纳米以及860纳米（曲线a、b、c所示）时，像面球差均控制在(-0.05mm，0.05mm)范围内。由图8可以得知，场曲的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(-0.1mm，0.1mm)范围内。由图9看出，畸变控制在(-20%，20%)范围内。由此可见，镜头***10的像差、场曲、畸变都能被很好的校正。
由图11可知。在168lp/mm的奈奎斯特频率条件下，中心视场的MTF>0.6（曲线A所示），角落0.8视场的MTF>0.48（曲线C、E所示），介于中心视场与角落0.8视场之间的0.48<MTF<0.6（曲线B、D所示），1.0视场的MTF>0.34（曲线F、G所示）。
可以理解的是，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。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 (8)

1.一种镜头***，沿光轴从物侧到像侧方向依次包括一个负光焦度的第一透镜、一个正光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜以及成像面，所述第一透镜包括靠近像侧之表面，所述表面包括光学面，光线通过所述第一透镜、第二透镜和第三透镜在投射到所述成像面上，其特征在于，所述镜头***满足下列条件：Y/Z＜1.10，G1R1/F1＜-3.10，G2R2/F2＞1.49，其中，Y为所述第一透镜的光学面的端点与光学面的中心之间沿垂直光轴方向的距离，Z为所述第一透镜的光学面的端点与光学面的中心之间沿光轴方向的距离，G1R1为所述第一透镜靠近物侧的表面的曲率半径，F1为所述第一透镜的焦距，G2R2为所述第二透镜靠近像侧的表面的曲率半径，F2为所述第二透镜的焦距，所述第三透镜满足条件式G3R1/F3＞1.14，G3R2/F3＜-0.68，G3R1为所述第三透镜靠近物侧的表面的曲率半径，G3R2为所述第三透镜靠近像侧的表面的曲率半径。
2.如权利要求1所述的镜头***，其特征在于，所述第一透镜满足条件式G1R2/F1＞-0.60，G1R2/F1＞G1R1/F1，G1R2为所述第一透镜靠近像侧的表面的曲率半径。
3.如权利要求1所述的镜头***，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜满足Vd1＝Vd2＝Vd3＜33，Vd1为所述第一透镜的阿贝数，Vd2为所述第二透镜的阿贝数，Vd3为所述第三透镜之阿贝数。
4.如权利要求3所述的镜头***，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均为非球面透镜。
5.如权利要求1所述的镜头***，其特征在于，所述镜头***进一步包括一位于所述第三透镜和成像面之间之红外带通滤光片。
6.如权利要求5所述的镜头***，其特征在于，所述红外带通滤光片与成像面之间设置有一玻璃片以保护所述成像面。
7.如权利要求1所述的镜头***，其特征在于，Y为1.41mm，Z为1.42mm，F1为-1.65mm，F2为4.00mm。
8.如权利要求1所述的镜头***，其特征在于，Y为1.34mm，Z为1.38mm，F1为-1.69mm，F2为3.97mm。
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