CN2731485Y - 数码相机镜头及其应用该镜头的数码相机模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种数码相机镜头及其应用该镜头的数码相机模组，该数码相机镜头从物方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜。第一透镜为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面，其材质为玻璃，第二透镜为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面，其材质为塑胶，第三透镜为非球面正透镜，其表面呈波浪形状，包括第五非球面与第六非球面，其材质为玻璃。应用该镜头的数码相机模组，包括上述数码相机镜头。该数码相机镜头解析度高，成像质量相对稳定。

Description

数码相机镜头及其应用该镜头的数码相机模组

【技术领域】

本实用新型是关于一种数码相机镜头，尤其是关于一种可与便携式电子装置配合使用的数码相机镜头及其应用该镜头的数码相机模组。

【背景技术】

随着科技的不断发展，便携式电子装置，如移动电话的应用日益广泛，同时亦日渐趋向于轻巧、美观及多功能化，其中，摄像功能是近年新发展便携式电子装置的附加功能。具数码相机的移动电话因可实现即拍功能、使用方便而愈来愈受到广大使用者的青睐。因移动电话体积小，故需安装在其内的数码相机镜头模组具有较小体积。在人们对移动电话用数码相机模组追求小型化的同时，对其拍摄的物体希望有较高的成像品质，而物体的成像品质在很大程度上取决于数码相机镜头设计的优劣。

数码相机一般包括镜头及影像感测元件(Charge CoupledDevice(下称CCD)，电荷耦合器或者Complementary Metal-OxideSemiconductor(下称CMOS)，补充性氧化金属半导体)，不同像素的CCD或CMOS影像感测元件，需设计与其CCD或CMOS相匹配的数码相机镜头。

现有技术中，数码相机的镜头一般是采用玻璃材质，其透镜采用球面透镜，因球面透镜不可避免产生像差，需要多个透镜来达到相应性能的要求。数量的增多，增加了镜头的体积、重量同时也增加了制造成本。

为了减小镜头的体积及制造成本，现有数码相机的镜头中部分采用非球面透镜，非球面透镜可以避免镜头因采用球面透镜所产生的球面像差，采用较少的透镜即可满足其较好的光学性能。因非球面透镜有其特有的光学优点，在现有的镜头中，采用全塑胶式非球面镜片得到广泛应用，采用上述的结构后，虽可通过调整非球面系数来提高光学性能，且降低镜片数量，但是其中均采用非球面塑胶镜片，塑胶镜片与玻璃镜片相比，通光性较差，在光线不是很好的时候，成像效果差。玻璃非球面镜片虽可满足要求，但其价格及产能皆未达到成熟阶段，导致成本较高，使产品市场竞争力下降。

因此现有技术中常采用球面镜加非球面镜的结构。一现有三十五万画素数码相机镜头，如公告于2003年10月1日的中国专利第02258384号所揭示的镜头，其由一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜组成，该第一透镜及第二透镜均为球面玻璃镜片，第三透镜为两面皆为非球面的塑胶镜片。该数码相机镜头虽可满足成像的要求，但是采用塑胶材质的第三透镜置于最后，使其易受环境的影响，成像不稳定，且该数码相机镜头分辨率较低，无法满足高分辨率镜头的要求。

另一现有采用部分非球面镜片的数码相机镜头，如公告于2002年8月27日的美国专利第6,441,971号所揭示的镜头，其从物方开始依次包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜。其中该第一透镜采用球面玻璃镜片，第二、第三采用塑胶非球面镜片，该镜头尽管体积较小，但分辨率也较低，且两片塑胶镜片的采用使其更易受环境的影响。

综上所述，提供一种分辨率高，成像质量相对稳定的数码相机镜头及其应用该镜头的数码相机模组非常必要。

【发明内容】

本实用新型的目的在于提供一种成像性能好，成像质量相对稳定及分辨率高的数码相机镜头。

本实用新型的另一目的在于提供应用该镜头的数码相机模组。

本实用新型是一种数码相机镜头，其从物方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜。第一透镜为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面与第二非球面，其材质为玻璃，第二透镜为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面与第四非球面，其材质为塑胶，其第三透镜为非球面正透镜，其表面呈波浪形状，包括第五非球面与第六非球面，其材质为玻璃。第一透镜、第二透镜、第三透镜形状皆为轴对称式镜片。

一种应用该数码相机镜头的数码相机模组，包括上述数码相机镜头。

相较现有技术，本实用新型数码相机镜头，采用非球面玻璃镜片和非球面塑胶镜片，玻璃镜片保证其较好的通旋光性能，使其于光线较差情况下，也可保证成像效果；将材质为塑胶的第二镜片置于材质为玻璃的第一镜片和第三镜片之间，可使第二镜片得到有效的保护，使该数码相机镜头不易受外界环境的影响，成像质量相对稳定；此外，该数码相机镜头分辨率高，可达到二百万画素。应用该数码相机镜头的数码相机模组因采用该数码相机镜头，成像性能好，成像质量相对稳定且分辨率较高。

【附图说明】

图1是本实用新型数码相机镜头的结构示意图；

图2A是本实用新型数码相机镜头的场曲图；

图2B是本实用新型数码相机镜头的光学畸变图；

图3是本实用新型数码相机镜头的MTF图；

图4是本实用新型数码相机镜头的相对照度图。

【具体实施方式】

请参照图1，本实用新型数码相机镜头10自物方至像方依次包括一第一透镜1，一第二透镜2，一第三透镜3及一平行板4。其中线O代表镜头10的光轴，Z_OBJ代表物方，Z_IMG代表像方，使用时镜头物方位置的第一透镜1为光线首先接触的透镜。该数码相机镜头还包括位于物方位置上，置于第一镜片1前的光栏6和位于像方位置上，置于平行板后的影像感测元件5，该影像感测元件5包括一成像面52。

第一透镜1为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面12与第二非球面13，其中第一非球面12凸向物方，第二球面13凸向像方。第二透镜2为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面22与第四非球面23，其中第三非球面22和第四非球面表面23皆凸向像方。第三透镜3表面具波浪形状，包括第五非球面32与第六非球面33。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3皆为以光轴O对称的形状。

第一透镜1采用光学玻璃材质，所用光学玻璃材质的折射率和色散范围满足意下条件式：1.5＜n₁＜1.6，55＜v₁＜65，本优选实施例中，采用L-BAL42型号，其折射率和色散分别为n₁＝1.58313，v₁＝59.4。

第二透镜2采用光学塑胶材质，所用光学塑胶材质的折射率及色散满足以下条件式：1.45＜n₂＜1.6，25＜v₂＜35。第二透镜2材质优先采用聚碳酸酯(Polycarb)，折射率和色散分别为n₂＝1.58547，v₂＝29.909。

第三透镜3采用光学玻璃材质，所用光学玻璃材质的折射率和色散范围满足以下条件式：1.65＜n₃＜1.75，50＜v₃＜60，本优选实施例中，采用L-LAL13型号，折射率和色散分别为n₃＝1.6935，v₃＝53.2。

塑胶材质的第二透镜2置于玻璃材质的第一透镜1和第三透镜3之间，可使第二透镜2得到较好保护，使其免于擦伤且不易受外界变化的影响。

平行板4是一平板玻璃，包括第一平行板面42与第二平行板面44。平行板4用以保护影像感测元件5的成像面52，其材质优选为B270，折射率和色散分别为n₄＝1.52308，v₄＝58.57。该平行板4的任一表面上可镀覆一层红外截止滤膜(IR-cut Coating)，以滤除来自于被摄物反射的光线中的红外线，从而提高成像品质；另，也可以于第一透镜1或第三透镜3的至少一表面镀覆一层红外截止滤膜，以滤除来自于被摄物反射的光线中的红外线。

光栏6位于物方位置上，包括光栏面61，其置于第一透镜1前，其可直接利用光圈的开孔大小控制进光量。包括成像面52的影像感测元件5通常可为CCD或者CMOS，而一般移动电话用数码相机镜头的影像感测元件，因成本的考虑，通常采用CMOS。本具体优选实施例中，CMOS像素尺寸为3.18μm，像素数为二百万像素，分辨率达到1600*1200。

请参照表1，本实用新型数码相机镜头的光学系统的相关参数值，其依次从光栏面61至成像面52予以描述，其中曲率半径R为各面与光轴O相交的曲面的曲率半径，曲率无限大时，表明该面为平面。间距d为沿光轴方向由物方Z_OBJ开始前面相对于后面的距离，有效口径是各面的最大有效通光口径，其中曲率半径和间距d的所有数值均以毫米(mm)为计量单位。

表1

标示	描述	曲率半径(R)	间距(d)	材料	通光口径	k值
							61	光栏面	∞	0.4932756		1.991034	0
12	第一非球面	2.880773	1.357077	L-BAL42	2.897419	0
							13	第二非球面	-6.15469	0.5391659	3.190658	0
22	第三非球面	-1.808925	0.9257925		POLYCARB	3.132994							0
				23			第四非球面	-5.932357	0.8714528	3.260389	0
32	第五非球面	3.85499	1.906173			L-LAL13						4.364236	0
				33	第六非球面		4.702808	0.6947408	5.772242	0
42	第一平行板面	∞	0.4								B270	6.104326	0
				44	第二平行板面	∞	0.6071163	6.196302	0
52	成像面	∞										6.419322	0

本实用新型数码相机镜头的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3均为以光轴O对称的非球面透镜，其可通过调整非球面系数，来提高镜头成像性能。其中第一非球面12、第二非球面13、第三非球面22、第四非球面23、第五非球面32、第六非球面33的设计均需满足以下优选的非球面公式：

z＝cr²/{1+〔1-(1+k)c²r²〕^1/2}+a₁r²+a₂r⁴+a₃r⁶+a₄r⁸+a₅r¹⁰+a₆r¹²...

                                                             (1)

其中：z为以各非球面12、13、22、23、32、33与光轴O交点为起点，垂直光轴O方向的轴向值，即镜面深度值，因所选的透镜其形状均为轴对称式镜片，故该非球面公式均取偶次项。其中各非球面12、13、22、23、32、33是通过以上公式确定非球面的形状；k为二次曲面系数；c＝1/R，其中R为镜面中心曲率半径，c为镜面中心曲率；r为镜面中心高度；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为非球面系数，该优选实施例中系数取到a₁、a₂、a₃、a₄、a₅。应用该非球面公式(1)时，其中镜面中心曲率半径R值和二次曲面系数k值参照表1，非球面系数a₁、a₂、a₃、a₄、a₅为的数值参照表2。

表2

标示	表面	a1	a2	a3	a4	a5
							12	第一非球面	0	-0.0084301354	-0.0011196061	-0.0021893156	1.0012117×10-5
13	第二非球面	0	-0.033177193	0.0029052762	-0.0028364046	0.00065850478
							22	第三非球面	0	-0.0019052091	0.046182199	-0.016919733	0.0036090832
23	第四非球面	0	-0.015566205	0.030739825	-0.0060871817	0.00064994859
							32	第五非球面	0	-0.039817266	0.0066501766	-0.0010095699	-5.366867×10-5
33	第六非球面	0	-0.023818192	0.0016687546	-0.00014640093	3.6781657×10-6

本实用新型镜头10的有效焦距为f＝5.575mm，相对孔径为F/#＝2.8，整个光学系统的全视场角为59.4°，使其便于整合于移动电话中。

请参照图2A和图2B，其镜头10子午场曲和弧矢场曲大于负0.2mm，小于0.2mm，光学畸变大于负1％，小于1％，均满足成像性能的要求。

请参见图3，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0.8视场，0.6视场，0视场。本实施例中CMOS对角线为3.18mm，即1.0视场的像高，0.8视场的像高为3.18×0.8＝2.544，0.6视场的像高3.18×0.6＝1.908，0视场的像高为0mm，即为CMOS中心点。与其相对应的MTF图中，共有七条线，一条为像高0mm，其切向T(Tangential)和径向S(sagittal)重合，其它像高1.908mm，2.544mm，3.108mm分别对应切向T和径向S两条线。从空间频率来看，中心点分辨率其空间频率1601p/mm，MTF＞40％以上(图上未示出)，其它的0.6视场，0.8视场，1.0视场处的空间频率值均满足镜头分辨率的要求。

参见图4，其相对照度值＞50％，通常相对照度＞50％，人眼较不易看出差异。

可以理解，因计算精度考虑，数码相机镜头的透镜所给参数表取到小数点后六位，但四舍五入后，小数点后两位的范围内仍属本实用新型的范围。数码相机镜头透镜的非球面公式的非球面系数表非球面系数取到小数点后十三位，有效数字取到小数点后八位，但四舍五入后，小数点后四位的范围内仍属本实用新型的范围。

本数码相机镜头可应用于数码相机镜头模组，可以理解，本实用新型数码相机镜头不仅限于应用于移动电话内，其也可应用于其它便携式电子装置中，如摄像机、照相机、PDA(personal digitalassistant)等。

Claims (9)

1.一种数码相机镜头，其从物方到像方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜，其特征在于：该第一透镜为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面和第二非球面，其由玻璃材质制成；该第二透镜为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面和第四非球面，其由塑胶材质制成；该第三透镜为双面具有波浪形状的非球面正透镜，包括第五非球面和第六非球面；其由玻璃材质制成。

2.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第一透镜、第二透镜、第三透镜均为轴对称式镜片。

3.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第一透镜折射率大于1.5小于1.6，色散系数大于55，小于65。

4.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第二透镜折射率大于1.45小于1.6，色散系数大于25，小于35。

5.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该第三透镜折射率大于1.65小于1.75，色散系数大于50，小于60。

6.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：该数码相机镜头进一步包括一平行板，其置于第三透镜的后面，其由玻璃材质制成。

7.如权利要求6所述的数码相机镜头，其特征在于：平行板至少一表面镀覆有红外截止滤膜(IR-CUT Coating)。

8.如权利要求1所述的数码相机镜头，其特征在于：第一透镜、第三透镜的至少一表面镀覆有红外截止滤膜(IR-CUT Coating)。

9.一种数码相机镜头模组，包括一光栏，一平行板，一影像感测元件，该光栏具有一光栏面，该平行板具有第一平行板面和第二平行板面，该影像感测元件具有一成像面，其特征在于：该数码相机镜头模组进一步包括一数位相机镜头，该数码相机镜头，其从物方到像方依次包括一第一透镜，一第二透镜，一第三透镜，该第一透镜为双凸双面非球面正透镜，包括第一非球面和第二非球面，其由玻璃材质制成；该第二透镜为凹凸双面非球面负透镜，包括第三非球面和第四非球面，其由塑胶材质制成；该第三透镜为双面具有波浪形状的非球面正透镜，包括第五非球面和第六非球面；其由玻玻璃材质制成；该数码相机镜头参数为 描述 曲率半径(R) 距值(d) 材料 通光口径   K值   光栏面     ∞   0.4932756     1.991034     0   第一非球面     2.880773   1.357077 L-BAL42     2.897419     0   第二非球面     -6.15469   0.5391659     3.190658     0   第三非球面     -1.808925   0.9257925 POLYCARB     3.132994     0   第四非球面     -5.932357   0.8714528     3.260389     0   第五非球面     3.85499   1.906173 L-LAL13     4.364236     0   第六非球面     4.702808   0.6947408     5.772242     0   第一平行板面     ∞   0.4 B270     6.104326     0   第二平行板面     ∞   0.6071163     6.196302     0   成像面     ∞     6.419322     0

；非球面系数是 表面   a₁         a₂         a₃          a₄          a₅ 第一非球面   0 -0.0084301354 -0.0011196061 -0.0021893156 1.0012117×10^-5 第二非球面   0 -0.033177193 0.0029052762 -0.0028364046 0.00065850478 第三非球面   0 -0.0019052091 0.046182199 -0.016919733 0.0036090832 第四非球面   0 -0.015566205 0.030739825 -0.0060871817 0.00064994859 第五非球面   0 -0.039817266 0.0066501766 -0.0010095699 -5.366867×10^-5 第六非球面   0 -0.023818192 0.0016687546 -0.00014640093 3.6781657×10^-6 。

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