CN1928609A - 复合透镜*** - Google Patents
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Abstract
一种复合透镜***,依照从物方至像方的顺序包括:由玻璃制成的第一透镜、由塑料制成的第二、第三及第四透镜,第一、第三透镜是焦距为正值的透镜,第二、第四透镜是焦距为负值的透镜,第一、第二、第三及第四透镜具有非球面结构。采用上述结构后,使复合透镜***耐摩、防刮、受使用环境影响小、光学成像性能良好从而适合手机使用。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种复合透镜***,特别是一种可用于手机的复合透镜***。
【背景技术】
传统的数码相机镜头,可分为全玻璃镜头(Glasses Lens)、全塑料镜头(Plastic Lens)、玻塑混合式镜头(Hybrid Lens)三类。
在将数码相机镜头应用于手机时,由于全玻璃镜头重量大、成本高,难以达至重量轻、成本低的要求。全塑料镜头尽管具有重量轻、成本低的优点,然其易受外界环境影响,其与外界接触的塑料镜片耐温、耐刮伤等性能较差。
而传统的玻塑混合式镜头中,玻璃镜片与塑料镜片排列位置有所不同。在其中一种玻塑混合式镜头内,依照从物方至像方的顺序,其包括一前正值双凸透镜、一中间负值双凹透镜、一后正值双凸透镜。前正值双凸透镜及中间负值双凹透镜由塑料材料制成,且该两透镜具有非球面的表面,后正值双凸透镜由玻璃材料制成。利用塑料材料制成的具有非球面透镜组成的镜头,可降低成本以及在一定程度上消除像差。然而该玻塑混合式镜头由于与外界环境接触之透镜为塑料制成,因而耐温、耐刮伤等性能较差。相对于普通数码相机而言,手机握持面积较小,使用时手指更容易接触到镜片,并且,手机一般并不配备便携套,使得镜片与衣物等接触摩擦的机率增大,容易刮伤塑料镜片。在另外在一种玻塑混合式镜头内,为克服上述不足,该镜头由第一透镜、第二透镜及第三透镜组成,第一透镜及第二透镜皆为球面玻璃镜片,第三透镜为两面皆为非球面的塑料镜片。此镜头虽基本可满足成像的要求,然其分辨率较低,难以满足高分辨率镜头的要求。
【发明内容】
有鉴于此,有必要提供一种耐摩、防刮、受使用环境影响小且适合手机使用的复合透镜***。
此外,还有必要提供一种具有良好光学成像性能的复合透镜***。
一种复合透镜***,依照从物方至像方的顺序包括:由玻璃制成的第一透镜、由塑料制成的第二、第三及第四透镜,第一、第三透镜是焦距为正值的透镜,第二、第四透镜是焦距为负值的透镜,第一、第二、第三及第四透镜具有非球面结构。
上述复合透镜***的进一步改进为:第一透镜具有第一、第二表面,第一、第二表面均为具非球面结构的凸面。第二透镜具有第三、第四表面,第三表面为具非球面结构的凹面,第四表面为具非球面结构的凸面。第三透镜具有第五、第六表面,第五、第六表面均为具非球面结构的凸面。第四透镜具有第七、第八表面,第七、第八表面均为具非球面结构的凹面。
与现有技术相比,所述的复合透镜***与外界环境接触的透镜采用玻璃制成,而其它透镜则采用价格较低的塑料制成的非球面透镜,使得所述的复合透镜耐摩、防刮、受使用环境影响小从而适合手机使用。
进一步地,所述的复合透镜***的第一、第二、第三、第四透镜经改进设计,使其分辨率可达到四百万像素,具有良好的光学成像性能。
【附图说明】
图1是本发明复合透镜***的透镜设置示意图。
图2是图1复合透镜***的相对照度曲线图。
图3是图1复合透镜***的场曲变曲线图。
图4是图1复合透镜***的畸变曲线图。
图5是图1复合透镜***的MTF曲线图。
【具体实施方式】
请参阅图1,其为本发明一具体实施方式的复合透镜***100,包括:依照自物方到像方顺序设置的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30及第四透镜40。此外,第一透镜10的物方一侧设置有光栏50,第四透镜40的像方一侧依次设置有平板元件60及影像传感器70。
第一透镜10是焦距为正值的透镜,由折射率和色散分别为n1=1.58313,v1=59.4的玻璃材料制成,其第一、第二表面11、12均为凸面,第一表面11或第二表面12可镀有红外线截止膜以消除红外线对成像质量的影响。本实施方式优选的制作第一透镜之玻璃材料型号为L-BAL42,其具有耐刮、耐摩、耐湿及耐热的特性。第二透镜20是焦距为负值的透镜,由折射率和色散分别为n2=1.60726,v2=26.645的光学塑料材料制成,其第三表面21为凹面,第四表面22为凸面,本实施方式优选的制作第二透镜20的塑料材料型号为OKP4。第三透镜30是焦距为正值的透镜,由折射率和色散分别为n3=1.53116,v3=56.04的光学塑料材料制成,其第五、第六表面31、32均为凸面。第四透镜40是焦距为负值的透镜,由折射率和色散分别为n4=1.53116,v4=56.04之光学塑料材料制成,其第七、第八表面41、42均为凹面。本实施例优选的制作第三、第四透镜之塑料材料型号为E48R。
光栏50是用以限制经过第一、第二、第三及第四透镜10、20、30、40的光束孔径及限制视场。影像传感器70可为CMOS(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor)或CCD(Charge Coupled Device)影像传感器,,而一般手机用数码相机镜头的影像传感器,因成本考虑,通常采用CMOS。本实施方式中优选的CMOS对角线一半为3.18mm,即1.0视场的像高3.18×1.0=3.18mm,其可达四百万像素的分辨率。平板元件60可由透明玻璃材料制成,用以防止灰尘污染该影像传感器70,第一平行面61或第二平行面62可镀有红外线截止膜以消除红外线对成像质量的影响。本实施方式优选的制作平板元件60的玻璃材料型号为B270。该复合透镜***100规划的具体情形如表1所示:
表1复合透镜***规划
曲面 | 曲率半径(mm) | 厚度(mm) | 间距(mm) | 通光直径(mm) | 二次曲线系数(K) | 镜片材料 |
物面 | ∞ | 0 | 0 | |||
光栏 | ∞ | 0.03398873 | 1.967867 | 0 | ||
第一表面 | 7.312152 | 1.358034 | 2.048028 | 0 | 玻璃(L-BAL42) | |
第二表面 | -2.571817 | 0.6735465 | 2.659565 | 0 | ||
第三表面 | -1.527524 | 0.6008621 | 2.69724 | 0 | 塑料(OKP4) | |
第四表面 | -6.545839 | 0.6766579 | 3.431644 | 0 | ||
第五表面 | 4.508254 | 1.770372 | 4.337425 | 0 | 塑料(E48R) | |
第六表面 | -2.370574 | 0.7833835 | 4.166895 | 0 | ||
第七表面 | -2.180037 | 1.033449 | 4.150956 | 0 | 塑料(E48R) | |
第八表面 | 13.91974 | 0.2239849 | 5.816513 | 0 | ||
第一平行面 | ∞ | 0.55 | 6.111744 | 0 | 玻璃(B270) | |
第二平行面 | ∞ | 0.4358876 | 6.251005 | 0 |
像面 | ∞ | 6.420595 | 0 | |||
总长 | 8.14016623mm |
该复合透镜***100中,第一透镜10的第一、第二表面11、12,第二透镜20的第三、第四表面21、22,第三透镜30的第五、第六表面31、32及第四透镜40的第七、第八表面41、42均具有非球面结构,该等非球面结构表面可运用下列公式表示:
X(Y)=(Y^2/R)/(1+sqrt(1-(1+K)*(Y/R)^2))+A4*Y^4+A6*Y^6+A8*Y^8+A10*Y^10+...其中,
X:镜面上一点的截面深度;
Y:镜面上一点距光轴的垂直距离;
K:二次曲线系数;
A4、A6、A8、A10:非球面四阶、六阶、八阶、十阶系数;
R:非球面顶点曲率半径。
其各自的非球面系数如表2所示:
表2透镜非球面系数
请再次参阅图1、表1,该复合透镜***100尺寸较小,在安装调试后其总长仅为8.14016623mm,即约8.14mm。在应用该复合透镜***100进行拍摄时,从物方入射的光线受光栏50限制后,部分光束经第一透镜10会聚后入射至第二透镜20,经第二透镜20发散后入射至第三透镜30,第三透镜30将该部分入射光束再次会聚后经过第四透镜40投射在平板元件60上,平板元件60将光束两次折射后投射至影像传感器70。
请参阅图2、3、4及5,该四图分别表示了该复合透镜***100的光学性能,其中:
在图2所表示的相对照度与像高曲线图中,在像的边缘即横坐标值为3.65处相对照度值可达到0.5以上,这说明复合透镜***100在像的边缘仍能够保证具有较高的相对照度。
在图3所表示的场曲曲线图中,两条分别表示径向(S)及切向(T)随像高(设最大像高为1.0且由纵坐标表示)变化而对应变化之误差量(横坐标)。在像的边缘误差量小于±0.10mm,这说明在像的边缘仍能够保证具有较低的误差量,亦即在像的边缘仍保持较小的场曲。
在图4所表示的畸变曲线图中,畸变量(横坐标)随像高(设为1.0)变化而变化,在整个像的高度上畸变量小于±0.5%,远低于一般要求的±1%,这说明复合透镜***100所成的像具有较小的畸变。
定义CMOS有效面积的对角线一半为最大像高,设为1.0视场,为测量不同像高的空间频率,取1.0视场及0视场。本实施例中CMOS对角线一半为3.18mm,即1.0视场的像高,0视场的像高为0mm,即为CMOS中心点。在第五图所表示的MTF(Modular Transfer Function模量传递函数)曲线图中,进行测试的光波长范围为460nm至656nm,自上而下的三对虚实曲线S1、T1,S2、T2,S3、T3分别表示空间频率分别为90lp/mm(line pairs/mm,即每毫米的长度上可显示的黑白线的对数)、120lp/mm及200lp/mm的物点光线经该复合透镜***100后所成像的径向、切向MTF值。
其中,90lp/mm空间频率曲线S1、T1在像的边缘即接近1.0视场的位置MTF值接近20%,在0视场位置MTF大于40%;120lp/mm空间频率曲线S2、T2在像的边缘即接近1.0视场的位置MTF值接近40%,在0视场位置MTF大于60%;200lp/mm空间频率曲线S3、T3在像的边缘即接近1.0视场的位置MTF值接近50%,在0视场位置MTF大于70%。此表明该复合透镜***100满足分辨率要求。
可以理解地,因计算精度考虑,表1给出的数据取到小数点后六位,但四舍五入后,小数点后两位的范围内仍属本发明的范围。表2给出的非球面系数取到小数点后十位,但四舍五入后,小数点后四位之范围内仍属本发明的范围。所述各个透镜的折射率取到小数点后五位,但四舍五入后,小数点后两位的范围内仍属本发明的范围。所述复合透镜不仅限于应用于手机内,其也可应用于其它便携式电子装置中,如照相机、PDA(personal digitalassistant)等。
Claims (10)
1.一种复合透镜***,依照从物方至像方的顺序包括:一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜,该第一、第三透镜是焦距为正值的透镜,该第二、第四透镜是焦距为负值的透镜,其特征在于:该第一透镜由玻璃制成,该第二、第三及第四透镜由塑料制成,该第一、第二、第三及第四透镜具有非球面结构。
2.根据权利要求1所述的复合透镜***,其特征在于:该第一透镜具有第一、第二表面,该第一、第二表面均为具非球面结构的凸面;该第二透镜具有第三、第四表面,该第三表面为具非球面结构的凹面,第四表面为具非球面结构的凸面;该第三透镜具有第五、第六表面,该第五、第六表面均为具非球面结构的凸面;该第四透镜具有第七、第八表面,第七、第八表面均为具非球面结构的凹面。
3.根据权利要求2所述的复合透镜***,其特征在于:该第一透镜的折射率为1.58,其色散为59.4。
4.根据权利要求3所述的复合透镜***,特征在于:该第二透镜的折射率为1.61,其色散为26.645。
5.根据权利要求4所述的复合透镜***,特征在于:该第三、第四透镜的折射率为1.53,其色散为56.04。
6.根据权利要求2所述的复合透镜***,特征在于:该第一透镜的第一、第二表面中至少一表面镀有红外线截止膜。
7.根据权利要求2所述的复合透镜***,其特征在于:该复合透镜还具有一光栏、一平板元件及一影像传感器,该平板元件用以防止灰尘污染该影像传感器。
8.根据权利要求7所述的复合透镜***,其特征在于:该平板元件具有互相平行的第一、第二平行面。
9.根据权利要求8所述的复合透镜***,其特征在于:该平板元件由平板玻璃制成,其第一、第二平行面中的至少一面镀有红外线截止膜。
10.根据权利要求8所述的复合透镜***,其特征在于:该复合透镜***参数为:
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |