CN103969797B - 一种非球面高清前置广角镜头 - Google Patents
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本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种用于手机200万像素摄像头模组的非球面高清前置广角镜头，采用光阑前置和三片非球面塑胶镜片的结构，通过特殊的非球面组合设计，具有模组体积较小，视场角较大产品良品率高，成像效果好，成本较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种用于手机200万像素摄像头模组的非球面高清前置广角镜头。
背景技术
2013年开始后，从智能手机处理器到显示屏、再到摄像头、甚至到手机各相关配件，都呈现出高速升级的竞争态势。由于目前各个品牌的旗舰手机配置都差不多，因此寻找产品差异化就成为一件绞尽脑汁的事情。而在最近的一些手机新品中，我们似乎发现厂商对于手机前置摄像头尤为重视。
在前置摄像头诞生的初期，其像素也只是10万、30万那样的水平，出来照片的画质实在惨不忍睹。尤其是夜晚自拍时，不是模糊就是有噪点，加上使用后置摄像头自拍的不便捷性，自拍一族对高像素的前置摄像头手机呼声越来越高，使得前置摄像头已成为广大用户购机的一项重要参数。为了满足用户需求，争取更多铁杆用户，配置高像素前置摄像头的手机变得越来越急迫。因此，2012年上半多家手机品牌厂相继将旗下智能型手机前置VGA镜头更换为HD高画质镜头(分辨率规格为1,280x720)，2012年第4季在全球引发抢购热潮的苹果(Apple)iPhone5，其前置镜头亦是采用可做到720pHD的录像的高画质镜头。可见，同时拥有高品质的前置和后置镜头已经成为手机的发展及流行趋势。
现有的前置镜头技术，如何满足镜头组件在耐高、低温环境下高质量成像效果的同时，还具备良好的加工制造能力，并进一步降低镜头组件的生产成本，以适合大批量生产等都成为光学镜头组件设计需要满足的要求。然而，现有前置2M产品仍存在像素单元较大，模组体积较大，视场角较小，产品良品率低，成像效果较差，成本较高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种非球面高清前置广角镜头，具有模组体积较小，视场角较大产品良品率高，成像效果好，成本较低的优点。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。
一种非球面高清前置广角镜头，它包括自物体侧至成像侧依次排列的光阑、透镜镜片一、透镜镜片二、透镜镜片三和玻璃滤光片，其采用光阑前置，光阑位于透镜镜片一的面序一侧端；所述透镜镜片一、透镜镜片二和透镜镜片三均为非球面塑胶镜片，镜片的两面均为偶次非球面；所述透镜镜片一、透镜镜片二和透镜镜片三的非球面公式为：
其中，z表示透镜表面各点的Z坐标值，r表示透镜表面上各点的Y轴坐标值，c为透镜表面的曲率半径R的倒数，k为圆锥系数，α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8为高阶非球面系数；
其中，所述透镜镜片一的镜片中心厚度TC为0.29~0.33mm，透镜镜片二的镜片中心厚度TC为0.507~0.527mm，透镜镜片三的镜片中心厚度TC为0.26~0.29mm。
优选的，所述透镜镜片一的镜片中心厚度TC，及透镜镜片一与透镜镜片二之间的空气间隙厚度AC，其比值TC/AC=0.7~1.0。
优选的，所述透镜镜片三的镜片中心厚度TC，及透镜镜片二与透镜镜片三之间的空气间隙厚度AC，其比值TC/AC=2~3。
优选的，所述透镜镜片一的有效焦距f1，及整个镜头组件的有效焦距f，其比值f1/f=1.5~1.6。
优选的，所述透镜镜片一的面序二的曲率半径R2，及面序一的曲率半径R1，其比值R2/R1=5.0~5.2。
优选的，所述透镜镜片一和透镜镜片二的材质为ZEONEX系列，透镜镜片三选择相比于ZEONEX系列的折射率更高且色散更低的材质。
本发明的有益效果为：本发明所述的一种非球面高清前置广角镜头，采用光阑前置和三片非球面塑胶镜片的结构，通过特殊的非球面组合设计，具有模组体积较小，视场角较大产品良品率高，成像效果好，成本较低的优点。
附图说明
下面利用附图来对本发明进行进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的光线成像示意图。
图3为本发明的MTF示意图。
图4为本发明的场曲、畸变示意图。
图5为本发明的弥散斑示意图。
图6为本发明的相对照度示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明。
如图1至图6所示，一种非球面高清前置广角镜头，它包括自物体侧至成像侧5依次排列的光阑6、透镜镜片一1、透镜镜片二2、透镜镜片三3和玻璃滤光片4，其采用光阑6前置，光阑6位于透镜镜片一1的面序一10侧端；所述透镜镜片一1、透镜镜片二2和透镜镜片三3均为非球面塑胶镜片，镜片的两面均为偶次非球面。上述透镜***在进行工作时，从物方来的光线依次经过透镜镜片一1、透镜镜片二2、透镜镜片三3和玻璃滤光片4后在成像平面处形成影像。
如图1所示和图2所示，在本实施例中，所述透镜镜片一1为凸凹透镜，并且凸面朝向物方，凹面朝向像方；所述透镜镜片二2为凹凸透镜，并且凹面朝向物方，凸面朝向像方；所述透镜镜片三3为凸凹透镜，并且凸面朝向物方，凹面朝向像方，进一步的，透镜镜片三3的面序五30呈现波浪形。本发明采用三片非球面塑胶镜片的结构，这种非球面透镜的特点是，从透镜中心到周边曲率是连续变化的，与从透镜中心到周边有一定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点，能够使得视野变得更大而真实，因此，采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
本实施例中，所述透镜镜片一1、透镜镜片二2和透镜镜片三3的非球面公式为：
其中，z表示透镜表面各点的Z坐标值，r表示透镜表面上各点的Y轴坐标值，c为透镜表面的曲率半径R的倒数，k为圆锥系数，α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8为高阶非球面系数。作为优选的实施方式，所述透镜镜片一1、透镜镜片二2和透镜镜片三3的前表面及后表面的面型参数分别如下所示，单位为mm：
透镜镜片一1面序一10面序二11
c1/1.123010500610811/5.77933603671751
k-0.534835551381120.82927974187
α100
α2-0.059276211838870.3625019330408
α31.037157243344-6.376752018275
α421.0824773115985.37058307542
α5-346.5059508312-569.3162839368
α61429.3683510382233.195739647
α71651.537876616-3504.578134213
α8-14256.63877551-1003.307410193
透镜镜片二2面序三20面序四21
c1/-1.119715667699091/-0.540218348069324
k2.618694236349-0.4237153056021
α100
α2-0.57797418408010.2423788206846
α36.106744634073-0.05599079433399
α4-79.165817470223.68164289308
α5452.9374450042-11.96783158718
α6-956.91003149041.564507520046
α7715.093300921884.8512827075
α8121.7427830292-61.78249555517
透镜镜片三3面序五30面序六31
c1/1.244443256955321/0.586891577503744
k-19.02281018649-4.01786443781
α100
α2-0.7447450251194-0.9074055142427
α3-0.035317320942211.683625023203
α44.548569708746-1.903643771291
α5-9.8258345253650.8728470618774
α64.9437390680560.2955735152371
α76.835902349721-0.4531104535668
α8-6.8957352676780.1158429510333
其中，优选的，所述透镜镜片一1和透镜镜片二2的材质为ZEONEX系列，例如ZEONEX-E48R等。所述透镜镜片三3选择相比于ZEONEX系列的折射率更高且色散更低的材质，例如Polycarb或者OKP4系列均可，能有效减小透镜镜片三3的光学有效直径，使其光学有效直径小于2.5mm，从而有利于整个镜头组件外形结构实现超小型化。
在本实施例中，为了更好地达到降低***的畸变以及主光线出射角度，提高整组镜头的成像效果，需要对所述透镜镜片一1、透镜镜片二2和透镜镜片三3进行特定的设计，具体如下：一、优选的，所述透镜镜片一1的镜片中心厚度TC为0.29~0.33mm，透镜镜片二2的镜片中心厚度TC为0.507~0.527mm，透镜镜片三3的镜片中心厚度TC为0.26~0.29mm，可有效缩短镜头光学总长远小于2.8mm。二、优选的，所述透镜镜片一1的镜片中心厚度TC，及透镜镜片一1与透镜镜片二2之间的空气间隙厚度AC，其比值TC/AC=0.7~1.0，可有利于控制镜头组的TV畸变值在规格值范围内。三、优选的，所述透镜镜片三3的镜片中心厚度TC，及透镜镜片二2与透镜镜片三3之间的空气间隙厚度AC，其比值TC/AC=2~3，有助于调节MTF曲线S/T方向的集中性，更有利于管控镜头整体像质。四、优选的，所述透镜镜片一1的有效焦距f1，及整个镜头组件的有效焦距f，其比值f1/f=1.5~1.6，控制镜头组件的有效焦距f，保证镜头组件的视场角大于80°。五、优选的，所述透镜镜片一1的面序二11的曲率半径R2，及面序一10的曲率半径R1，其比值R2/R1=5.0~5.2，调节镜片材质折射率实际值与理论值的偏差，并有效减小成型工艺的影响。
从附图1~6及实施方式，可以看出本发明所述一种非球面高清前置广角镜头具有如下特点：
1、采用光阑6前置，保证***偏心倾斜敏感度的同时提高中心视场成像质量，达到200万像素的高清画质。
2、使用市面上通用高折射率低色散的树脂材料取代玻璃，成型技术稳定且工艺成熟，解决了玻璃镜片的加工困难而导致的生产效率低和成本较高的问题；同时镜片各个面型均为非球面的设置，可有效消除各类像差，取得良好的成像效果。
3、镜头总长缩短至2.8mm以内，镜片三的光学有效直径小于2.5mm，从而有利于整个镜头组件实现M4-M5范围内的超小外形结构；视场角达到80度，大画幅，迎合手机镜头最新发展趋势，满足目前手机市场高清前置广角镜头的需要。
4、镜头从中心视场到0.8视场的弥散斑尺寸均在1/6.5英寸规格影像传感器COMS芯片单个像素颗粒大小的两倍数值范围之内，轴外视场的主光线角度小于29°，满足影像传感器CMOS芯片对光线接收性能范围的要求，使之具有成像锐利度高、颜色分明，色彩还原性好等特点。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种非球面高清前置广角镜头，其特征在于：它包括自物体侧至成像侧（5）依次排列的光阑（6）、透镜镜片一（1）、透镜镜片二（2）、透镜镜片三（3）和玻璃滤光片（4），其采用光阑（6）前置，光阑（6）位于透镜镜片一（1）的面序一（10）侧端；所述透镜镜片一（1）、透镜镜片二（2）和透镜镜片三（3）均为非球面塑胶镜片，镜片的两面均为偶次非球面；所述透镜镜片一（1）、透镜镜片二（2）和透镜镜片三（3）的非球面公式为：
其中，z表示透镜表面各点的Z坐标值，r表示透镜表面上各点的Y轴坐标值，c为透镜表面的曲率半径R的倒数，k为圆锥系数，α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8为高阶非球面系数；
其中，所述透镜镜片一（1）的镜片中心厚度TC为0.29~0.33mm，透镜镜片二（2）的镜片中心厚度TC为0.507~0.527mm，透镜镜片三（3）的镜片中心厚度TC为0.26~0.29mm；
所述透镜镜片一（1）的镜片中心厚度TC，及透镜镜片一（1）与透镜镜片二（2）之间的空气间隙厚度AC，其比值TC/AC=0.7~1.0；
所述透镜镜片三（3）的镜片中心厚度TC，及透镜镜片二（2）与透镜镜片三（3）之间的空气间隙厚度AC，其比值TC/AC=2~3；
所述透镜镜片一（1）的有效焦距f1，及整个镜头组件的有效焦距f，其比值f1/f=1.5~1.6；所述透镜镜片一（1）的面序二（11）的曲率半径R2，及面序一（10）的曲率半径R1，其比值R2/R1=5.0~5.2；
所述透镜镜片一（1）和透镜镜片二（2）的材质为ZEONEX系列，透镜镜片三（3）选择相比于ZEONEX系列的折射率更高且色散更低的材质；
其镜头总长缩短至2.8mm以内，透镜镜片三（3）的光学有效直径小于2.5mm；视场角达到80度；镜头从中心视场到0.8视场的弥散斑尺寸均在1/6.5英寸规格影像传感器COMS芯片单个像素颗粒大小的两倍数值范围之内，轴外视场的主光线角度小于29°。
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