CN102466863B

CN102466863B - 成像镜头

Info

Publication number: CN102466863B
Application number: CN201010538843.9A
Authority: CN
Inventors: 柯骏程
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Sanying Super Precision Optoelectronics Jincheng Co ltd
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: CN102466863A

Abstract

本发明提供一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括一个光圈、一个具有正光焦度的第一镜片、一个具有负光焦度的第二镜片、一个具有正光焦度的第三镜片及一个具有负光焦度的第四镜片，并满足以下条件式：G2R2＜G2R1＜0及0＜D1/D2＜9.95。其中，G2R1及G2R2分别为所述第二镜片的物侧表面及像侧表面的曲率半径，D1为所述光圈的直径，D2为所述光圈的中心到所述第一镜片的物侧表面的中心的距离。条件式G2R2＜G2R1＜0可使所述成像镜头具有较大光圈及视场角，条件式0＜D1/D2＜9.95用于保证所述成像镜头具有较高的分辨率，从而使得所述成像镜头具有较大光圈及视场角的同时具有较高的分辨率。

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

随着数字显示的逐渐普及，即时视频装置对成像镜头提出了更高的要求。具体的，数字显示所采用的屏幕比例普遍从原来的窄画幅的4∶3提升为宽画幅的16∶9。如此，为满足宽画幅的显示，成像镜头需具有大于74度的视场角(窄画幅显示仅需大于64度)。另一方面，数字显示的屏幕分辨率也由原先的低于分辨率640*480(约30万像素)提升为1280*720(接近100万像素)。因此，成像镜头也需具有对应的高分辨率。再有，出于小型化的需求，成像镜头尺寸越来越小，为避免成像亮度不足，也需要成像镜头具有较大的光圈(1.9～2.1)。然而，成像镜头的设计总存在以下的矛盾：视场角与光圈大，将产生较大的像差，特别是场曲(fieldcurvature)，导致成像镜头分辨率降低。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种高分辨率的成像镜头。

一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括一个光圈、一个具有正光焦度的第一镜片、一个具有负光焦度的第二镜片、一个具有正光焦度的第三镜片及一个具有负光焦度的第四镜片。所述成像镜头满足以下条件式：G2R2＜G2R1＜0及0＜D1/D2＜9.95。其中，G2R1为所述第二镜片的物侧表面的曲率半径，G2R2为所述第二镜片的像侧表面的曲率半径，D1为所述光圈的直径，D2为所述光圈的中心到所述第一镜片的物侧表面的中心的距离。

条件式G2R2＜G2R1＜0可使所述成像镜头具有较大光圈及视场角，条件式0＜D1/D2＜9.95用于保证所述成像镜头具有较高的分辨率，从而使得所述成像镜头具有较大光圈及视场角的同时具有较高的分辨率。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的成像镜头的示意图。

图2为图1的成像镜头的球差特性曲线图。

图3为图1的成像镜头的场曲特性曲线图。

图4为图1的成像镜头的畸变(distortion)特性曲线图。

图5为图1的成像镜头的调制传递函数(modulationtransferfunction，MTF)特性曲线图。

图6为本发明第二实施方式的成像镜头的示意图。

图7为图6的成像镜头的球差特性曲线图。

图8为图6的成像镜头的场曲特性曲线图。

图9为图6的成像镜头的畸变特性曲线图。

图10为图6的成像镜头的MTF特性曲线图。

主要元件符号说明

成像镜头100

光圈10

第一镜片20

第二镜片30

第三镜片40

第四镜片50

成像面60

红外滤光片70

物侧表面S1，S3，S5，S7，S9

像侧表面S2，S4，S6，S8，S10

具体实施方式

请参阅图1(示意图，具体参数表1-3)，本发明第一实施方式的成像镜头100从物侧到像侧依次包括一个光圈10、一个具有正光焦度的第一镜片20、一个具有负光焦度的第二镜片30、一个具有正光焦度的第三镜片40及一个具有负光焦度的第四镜片50。

成像镜头100成像时，光线自物侧入射成像镜头100，依次经光圈10、第一镜片20、第二镜片30、第三镜片40及第四镜片50后汇聚(成像)于成像面60。如此，将一个影像感测器(图未示)设置于成像面60便可与成像镜头100组成一个完整成像系统。当然，实际使用时影像感测器前一般设置有红外滤光片70。

为在得到较大的光圈及视场角的同时具有较高的分辨率，成像镜头100需满足条件式：

G2R2＜G2R1＜0；及

0＜D1/D2＜9.95。

其中，G2R1为第二镜片30的物侧表面S3的曲率半径，G2R2为第二镜片30的像侧表面S4的曲率半径，D1为光圈10的直径，D2为光圈10的中心到第一镜片20的物侧表面S1的中心的距离。

条件式G2R2＜G2R1＜0可使成像镜头100具有较大光圈及视场角，条件式0＜D1/D2＜9.95用于保证成像镜头100具有较高的分辨率，从而使得成像镜头100具有具有较大光圈及视场角的同时具有较高的分辨率。

为进一步提高分辨率，成像镜头100还需满足条件式：

G2R2/G3R1＞1.26；

G3R2/G2R1＞1.05；

0.42＜G2R1/F2＜0.45；

1.52＜G2R2/F2＜1.73；

G4R1＞G4R2＞0；及

0.53＜G4R1/F＜0.56。

其中，G3R1为第三镜片40的物侧表面S5的曲率半径，G3R2为第三镜片40的像侧表面S6的曲率半径，G4R1为第四镜片50的物侧表面S7的曲率半径，G4R2为第四镜片50的像侧表面S8的曲率半径，F2为第二镜片30的焦距，F为成像镜头100的焦距。

为了能更好的消除色差，成像镜头100还可满足以下条件式：

Vd1＞53；及

Vd2＜33。其中，Vd1为第一镜片20的阿贝数(Abbenumber)，Vd2为第二镜片30的阿贝数。

具体地，第一镜片20的物侧表面S1向物侧凸出，第一镜片20的像侧表面S2向像侧凸出。第二镜片30的物侧表面S3向像侧凹陷，第二镜片30的像侧表面S4向像侧凸出。第三镜片40的物侧表面S5向像侧凹陷，第三镜片40的像侧表面S6朝向像侧凸出。第四镜片50的物侧表面S7向物侧凸出，第四镜片50的像侧表面S8向物侧凹陷。第一镜片20、第二镜片30、第三镜片40及第四镜片50均采用非球面镜片，即物侧表面及像侧表面S1～S8均为非球面。

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 = \frac{{ch}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (k + 1) c^{2} h^{2}}} + Σ 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，为从光轴到镜片表面的高度，∑A_ihⁱ表示对A_ihⁱ累加，i为自然数，A_i为第i阶的非球面面型系数。

另外，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为对应镜片(或光路上的其他光学元件，下同)的表面的曲率半径，D为对应镜片的表面到后一个表面的轴上距离(即两个表面截得的光轴的长度)，Nd为对应镜片对d光(波长为587.6纳米)的折射率，Vd为d光在对应镜片的阿贝数。

光圈10为等效光圈，其厚度可以忽略不计，因此可采用一个表面表示。红外滤光片70的物侧表面为S9，像侧表面为S10。

第一实施方式的成像镜头100满足表1-3所列的条件。

表1

表面	R(mm)	D(mm)	Nd	Vd	k
						光圈10	无穷大	0.13	-	-	-
S1	2.20	1.02	1.54	56.1	-10.6809
						S2	-1.02	0.16	-	-	0
S3	-0.67	0.30	1.63	23.4	-0.5019
						S4	-2.39	0.05		-	3.6355
S5	-1.89	0.65	1.53	56.0	0
						S6	-0.77	0.05	-	-	-0.8953
S7	1.13	0.48	1.53	56.0	-5.4234
						S8	0.67	0.42	-	-	-3.2770
S9	无穷大	0.21	1.52	58.6	-
						S10	无穷大	0.36	-	-	-
成像面60	-	-	-	-	-

表2

表面	非球面参数
		S1	A4＝0.0634，A6＝-0.0236，A8＝-0.4712，A10＝0.6335
S2	A4＝0.0339，A6＝0.4368，A8＝-0.7526，A10＝0.5575
		S3	A4＝0.0711，A6＝1.1464，A8＝-1.5466，A10＝1.1668
S4	A4＝-0.1297，A6＝0.3096，A8＝-0.2111，A10＝0.0816，

	A12＝-0.00045
		S5	A4＝0.0806，A6＝-0.0413，A8＝0.0898，A10＝-0.0452
S6	A4＝0.2024，A6＝0.0368，A8＝-0.0363，A10＝0.0153
		S7	A4＝-0.0529，A6＝-0.0591，A8＝0.0553，A10＝-0.0280
S8	A4＝-0.1549，A6＝0.1043，A8＝-0.0478，A10＝0.0068

表3

F(mm)	F/No	2ω
			2.10	2.05	74.85°

第一实施方式的成像镜头100的球差特性曲线、场曲特性曲线、畸变及MTF的特性曲线分别如图2-5所示。图2中，曲线g，F，e，d及C分别为g光(波长为435.8纳米，下同)、F光(波长为486.1纳米，下同)、e光(波长为546.1纳米，下同)、d光及C光(波长为656.3纳米，下同)经成像镜头100产生的球差特性曲线(下同)。可见，第一实施方式的成像镜头100对可见光(400-700纳米)产生的球差被控制在-0.025mm～0.025mm间。图3中，曲线t及s为子午场曲(tangentialfieldcurvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittalfieldcurvature)特性曲线(下同)。可见，子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.1mm～0.1mm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％～2％间。图5中，本实施方式的成像镜头100的全频为228lp/mm，中心视场的MTF＞50％(如曲线mc所示)，0.8视场的角落的MTF＞35％(如曲线mp所示)。综前，可得到高成像质量的成像镜头100(2ω＞74.85°)。

第二实施方式

请参阅图6(示意图，具体参数表4-6)，第二实施方式的的成像镜头100与第一实施方式基本相同，但满足表4-6的条件。

表4

表面	R(mm)	D(mm)	Nd	Vd	k
						光圈10	无穷大	0.10	-	-	-
S1	2.16	0.94	1.54	56.1	-4.9528
						S2	-1.09	0.16	-	-	0
S3	-0.73	0.30	1.63	23.4	-0.4449
						S4	-2.81	0.05	-	-	5.6025
S5	-2.09	0.65	1.53	56.0	0
						S6	-0.77	0.05	-	-	-0.8711
S7	1.16	0.47	1.53	56.0	-4.5543
						S8	0.67	0.42	-	-	-3.1010
S9	无穷大	0.21	1.52	58.6	-
						S10	无穷大	0.37	-	-	-
成像面60	-	-	-	-	-

表5

表面	非球面参数
		S1	A4＝0.0337，A6＝-0.3378，A8＝0.8674，A10＝-1.1926
S2	A4＝-0.0133，A6＝0.2631，A8＝-0.2321，A10＝0.0166
		S3	A4＝0.0234，A6＝1.0304，A8＝-1.2914，A10＝0.8898
S4	A4＝-0.1240，A6＝0.3135，A8＝-0.2691，A10＝0.1051
		S5	A4＝0.0308，A6＝-0.1017，A8＝0.2053，A10＝-0.0960
S6	A4＝0.2000，A6＝-0.0737，A8＝0.0745，A10＝-0.0043
		S7	A4＝-0.1278，A6＝-0.0222，A8＝0.0558，A10＝-0.0368
S8	A4＝-0.1884，A6＝0.1247，A8＝-0.0558，A10＝0.0081

表6

F(mm)	F/No	2ω
			2.10	2.04	75.01°

第二实施方式的成像镜头100的球差特性曲线、场曲特性曲线、畸变及MTF的特性曲线分别如图7-10所示。图7中，可见光产生的球差被控制在-0.025mm～0.025mm间。图8中，子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.1mm～0.1mm间。图9中，畸变量被控制在-2％～2％间。图10中，全频为2281p/mm，中心视场的MTF＞50％，0.8视场的角落的MTF＞35％。综前，可得到高成像质量的成像镜头100(2ω＞75.01°)。

应该指出，上述实施方式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

1.一种成像镜头，其从物侧到像侧依次包括一个光圈、一个具有正光焦度的第一镜片、一个具有负光焦度的第二镜片、一个具有正光焦度的第三镜片及一个具有负光焦度的第四镜片；所述成像镜头满足以下条件式：

G2R2<G2R1<0；

G2R2/G3R1>1.26；

G3R2/G2R1>1.05；

0.42<G2R1/F2<0.45；

1.52<G2R2/F2<1.73；

G4R1>G4R2>0；

0.53<G4R1/F<0.56；及

0<D1/D2<9.95；

其中，G2R1为所述第二镜片的物侧表面的曲率半径，G2R2为所述第二镜片的像侧表面的曲率半径，G3R1为所述第三镜片的物侧表面的曲率半径，G3R2为所述第三镜片的像侧表面的曲率半径，G4R1为所述第四镜片的物侧表面的曲率半径，G4R2为所述第四镜片的像侧表面的曲率半径，F2为所述第二镜片的焦距，F为所述成像镜头的焦距，D1为所述光圈的直径，D2为所述光圈的中心到所述第一镜片的物侧表面的中心的距离。

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：

Vd1>53；及

Vd2<33；

其中，Vd1为所述第一镜片的阿贝数，Vd2为所述第二镜片的阿贝数。

3.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，该第一镜片、第二镜片、第三镜片及第四镜片均为非球面镜片。

4.如权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一镜片的物侧表面向物侧凸出，所述第一镜片的像侧表面向像侧凸出；所述第二镜片的物侧表面向像侧凹陷，所述第二镜片的像侧表面向像侧凸出；所述第三镜片的物侧表面向像侧凹陷，所述第三镜片的像侧表面朝向像侧凸出；所述第四镜片的物侧表面向物侧凸出，所述第四镜片的像侧表面向物侧凹陷。