專利名稱：數(shù)碼相機(jī)鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種數(shù)碼相機(jī)鏡頭，尤其是關(guān)于一種可與便攜式電子裝置配合使用的數(shù)碼相機(jī)鏡頭。
背景技術(shù)：
隨著科技的不斷發(fā)展，便攜式電子裝置，如移動(dòng)電話的應(yīng)用日益廣泛，同時(shí)也日漸趨向于輕巧、美觀及多功能化，其中，攝像功能是近年新發(fā)展便攜式電子裝置的附加功能。具有數(shù)碼相機(jī)的移動(dòng)電話因能實(shí)現(xiàn)即拍功能、使用方便而越來(lái)越受到廣大使用者的青睞。因移動(dòng)電話體積小，故需安裝在其內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)鏡頭模組具有較小體積。在人們對(duì)移動(dòng)電話用數(shù)碼相機(jī)模組追求小型化的同時(shí)，對(duì)其拍攝的物體希望有較高的成像品質(zhì)，而物體的成像品質(zhì)在很大程度上取決于數(shù)碼相機(jī)鏡頭設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。
數(shù)碼相機(jī)一般包括鏡頭及影像感測(cè)元件(Charge CoupledDevice(下稱CCD)，電荷耦合器或者Complementary Metal-OxideSemiconductor(下稱CMOS)，補(bǔ)充性氧化金屬半導(dǎo)體)，而一般移動(dòng)電話用數(shù)碼相機(jī)鏡頭的影像感測(cè)元件采用CMOS，而現(xiàn)有移動(dòng)電話內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)CMOS最高分辨率僅為一百三十萬(wàn)像素，做文件處理時(shí)，其分辨率尚有所偏低。如使用更高像素的CMOS，則需設(shè)計(jì)可與此CMOS相匹配的數(shù)碼相機(jī)鏡頭。
現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)碼相機(jī)的鏡頭一般采用玻璃材質(zhì)，其透鏡采用球面透鏡，因球面透鏡不可避免產(chǎn)生像差，需要多個(gè)透鏡來(lái)達(dá)到相應(yīng)性能的要求。數(shù)量的增多，增加了鏡頭的體積、重量同時(shí)也增加了制造成本。
為了減小鏡頭體積及制造成本，現(xiàn)有數(shù)碼相機(jī)的鏡頭中部分采用非球面透鏡，非球面透鏡可以避免鏡頭因采用球面透鏡所產(chǎn)生的球面像差，采用較少的透鏡即可滿足其較好的光學(xué)性能。但非球面透鏡在早期時(shí)，因制造技術(shù)尚未成熟，故此透鏡無(wú)法生產(chǎn)。隨著精密機(jī)械及加工技術(shù)不斷之演進(jìn)，如今可利用超精密加工技術(shù)、射塑成型技術(shù)及玻璃模造技術(shù)來(lái)達(dá)到非球面透鏡的制作。
因非球面透鏡有其特有的光學(xué)優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)有的鏡頭中，采用全塑膠式非球面鏡片得到廣泛應(yīng)用，采用上述結(jié)構(gòu)后，雖然可通過(guò)調(diào)整非球面系數(shù)來(lái)提高光學(xué)性能，且降低鏡片數(shù)量，但是其中均采用非球面塑膠鏡片，塑膠鏡片與玻璃鏡片相比，通光性較差，在光線不是很好的時(shí)候，成像效果差。玻璃非球面鏡片雖可滿足要求，但其價(jià)格及產(chǎn)能皆未臻至成熟階段，導(dǎo)致成本較高，使產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降。
因此現(xiàn)有技術(shù)中常采用球面鏡加非球面鏡的結(jié)構(gòu)。一現(xiàn)有三十五萬(wàn)像素?cái)?shù)碼相機(jī)鏡頭，如公告于2003年10月1日的中國(guó)專利第02258384號(hào)所揭示的鏡頭，其由一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡組成，該第一透鏡及第二透鏡均是球面玻璃鏡片，第三透鏡兩面均為非球面塑膠鏡片。采用上述結(jié)構(gòu)后，雖然可降低鏡片數(shù)量，但是其中的透鏡有兩片玻璃鏡片，故增加了鏡頭重量。
另一現(xiàn)有技術(shù)中采用部分非球面鏡片的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，如公告于2002年8月27日的美國(guó)專利第6,441,971號(hào)所揭示的鏡頭，其從物方開(kāi)始依次包括一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡。其中該第一透鏡采用球面玻璃鏡片，第二、第三采用塑膠非球面鏡片，該鏡頭盡管體積較小，但是僅適合于640×480像素以下的CMOS或CCD，無(wú)法滿足當(dāng)今日益增長(zhǎng)的較高像素要求。
綜上所述，提供一種通光性好、成像品質(zhì)高且制造成本低的數(shù)碼相機(jī)鏡頭非常必要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種通光性好、成像品質(zhì)高且制造成本低的便攜式電子裝置用數(shù)碼相機(jī)鏡頭。
本發(fā)明的另一目的在于提供應(yīng)用該數(shù)碼相機(jī)鏡頭的數(shù)碼相機(jī)模組。
本發(fā)明是一種數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其從物方依次包括一第一透鏡，一第二透鏡，一第三透鏡。第一透鏡為凸向物方雙面球面正透鏡，包括第一球面與第二球面，其材質(zhì)為玻璃，第二透鏡為凹凸雙面非球面負(fù)透鏡，包括第三非球面與第四非球面，其材質(zhì)為塑膠，其第三透鏡為凸向像方雙面非球面正透鏡，包括第五非球面與第六非球面，其材質(zhì)為塑膠。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡形狀皆為軸對(duì)稱式鏡片。
相較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明數(shù)碼相機(jī)鏡頭，采用球面玻璃鏡片和非球面塑膠鏡片，玻璃鏡片保證其較好的通光性能，使其在光線較差情況下，也可保證成像效果；部分鏡片采用非球面設(shè)計(jì)，從而可通過(guò)優(yōu)化非球面的系數(shù)，來(lái)修正各種像差，也能避免因采用球面鏡而產(chǎn)生的球面像差，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和改善成像品質(zhì)；該二百萬(wàn)像素內(nèi)數(shù)碼相機(jī)鏡頭設(shè)計(jì)，其光學(xué)全長(zhǎng)小于7.65mm，其模組高度可小于9mm，使其可較小的整合于移動(dòng)電話中，較好的滿足了移動(dòng)電話微型化的要求；因采用玻璃鏡片，加工簡(jiǎn)單，降低加工成本。

圖1是本實(shí)用新型數(shù)碼相機(jī)鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A是本實(shí)用新型數(shù)碼相機(jī)鏡頭的場(chǎng)曲圖；圖2B是本實(shí)用新型數(shù)碼相機(jī)鏡頭的光學(xué)畸變圖；圖3是本實(shí)用新型數(shù)碼相機(jī)鏡頭的MTF圖；圖4是本實(shí)用新型數(shù)碼相機(jī)鏡頭的相對(duì)照度圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明數(shù)碼相機(jī)鏡頭10其從物方至像方依次包括一第一透鏡1，一第二透鏡2，一第三透鏡3及一平行板4。其中線O代表鏡頭10的光軸，ZOBJ代表物方，ZIMG代表像方，使用時(shí)鏡頭物方位置的第一透鏡1為光線首先接觸的透鏡。該數(shù)碼相機(jī)鏡頭還包括位于物方位置上，置于第一鏡片1前的光欄6和位于像方位置上，置于平行板后的影像感測(cè)元件5，該影像感測(cè)元件5包括一成像面52。
第一透鏡1為凸向物方雙面球面正透鏡，包括第一球面12與第二球面13，其中第一球面12凸向物方，第二球面13為曲率較大的球面，近似平面。第二透鏡2為凹凸雙面非球面負(fù)透鏡，包括第三非球面22與第四非球面23，其中第三非球面22和第四非球面表面23均凸向像方。第三透鏡3為凸向像方雙面非球面正透鏡，包括第五非球面32與第六非球面33，其中第五非球面32為曲率較大的非球面，第六非球面33凸向像方。第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3形狀皆為以光軸O對(duì)稱的鏡片。
第一透鏡1采用玻璃材質(zhì)，所用光學(xué)玻璃材料的折射率及色散需分別滿足以下條件式1.55＜n＜1.6，55＜v＜65，其第一透鏡1可采用BACD5、N-SK5、S-BAL35之玻璃，以上的玻璃類(lèi)型為不同公司生產(chǎn)的同一種材料，其折射率和色散均相同。本鏡頭玻璃材質(zhì)采用BACD5，折射率和色散分別為n1＝1.589，v1＝61.3。
第二透鏡2采用光學(xué)塑膠材料，所用光學(xué)塑膠材料之折射率及色散滿足以下條件式1.55＜n＜1.65，20＜v＜30。第二透鏡2材質(zhì)優(yōu)先采用OKP4，折射率和色散分別為n2＝1.607，v2＝26.646。第三透鏡3采用光學(xué)塑膠材料，所用光學(xué)塑膠材料之折射率及色散滿足以下條件式1.5＜n＜1.6，50＜v＜60。第三透鏡3材質(zhì)優(yōu)先采用ZEO-E48R，折射率和色散分別為n3＝1.5299，v3＝55.866。將玻璃材質(zhì)的第一透鏡1置于第二透鏡2和第三透鏡3的前面，可使第一透鏡1較好的保護(hù)其后的透鏡，避免被擦傷。
平行板4為一平板玻璃，包括第一平行板面42與第二平行板面44。平行板4用以保護(hù)影像感測(cè)元件5的成像面52，其材質(zhì)優(yōu)選為B270，折射率和色散分別為n4＝1.585，v4＝29.9。此外，平行板4至少一表面鍍覆一層紅外截止濾膜(IR-cut Coating)，以便濾除來(lái)自于被攝物反射光線中的紅外線，從而提高成像品質(zhì)。
光欄6位于物方位置上，包括光欄面61，其置于第一透鏡1前，其可直接利用光圈的開(kāi)孔大小控制進(jìn)光量。包括成像面52的影像感測(cè)元件5通常可為電荷耦合器(Charge Coupled Device，下稱CCD)，或者補(bǔ)充性氧化金屬半導(dǎo)體(Complementary Metal-OxideSemiconductor，下稱CMOS)，而一般移動(dòng)電話用數(shù)碼相機(jī)鏡頭的影像感測(cè)元件，因成本的考慮，通常采用CMOS。具體優(yōu)選實(shí)施例中，CMOS像素尺寸為3.18μm，像素?cái)?shù)為二百萬(wàn)像素，分辨率達(dá)到1600×1200。
請(qǐng)參閱表1，本發(fā)明數(shù)碼相機(jī)鏡頭光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)值，其依次從光欄面61至成像面52加以描述，其中曲率半徑R為各面與光軸O相交曲面的曲率半徑，曲率無(wú)限大時(shí)，表明該面為平面。間距d為沿光軸方向由物方Zobj開(kāi)始前面相對(duì)于后面的距離，有效口徑為各面的最大有效通光口徑，其中曲率半徑及間距d的所有數(shù)值皆以毫米(mm)為計(jì)量單位。
表1
本實(shí)用新型數(shù)碼相機(jī)鏡頭的第二透鏡2和第三透鏡3均為以光軸O對(duì)稱的非球面透鏡，其可通過(guò)調(diào)整非球面系數(shù)，來(lái)提高鏡頭成像性能。其中第三非球面22、第四非球面23、第五非球面32、第六非球面33的設(shè)計(jì)均需滿足以下優(yōu)選的非球面公式Z＝cr2/{1+〔1-(1+k)c2r2〕1/2}+a1r2+a2r4+a3r6+a4r8+a5r10+a6r12...
(1)其中Z為以各非球面22、23、32、33與光軸O交點(diǎn)為起點(diǎn)，垂直光軸O方向的軸向值，即鏡面深度值，因所選的透鏡其形狀均為軸對(duì)稱式鏡片，故該非球面公式均取偶次項(xiàng)。其中各非球面22、23、32、33是通過(guò)以上公式確定非球面的形狀；k為二次曲面系數(shù)；c＝1/R，其中R為鏡面中心曲率半徑，c為鏡面中心曲率；r為鏡面中心高度；a1、a2、a3、a4、a5、a6為非球面系數(shù)，該優(yōu)選實(shí)施例中系數(shù)取到a1、a2、a3、a4、a5。應(yīng)用該非球面公式(1)時(shí)，其中鏡面中心曲率半徑R值和二次曲面系數(shù)k值參照表1，非球面系數(shù)a1、a2、a3、a4、a5為的數(shù)值參照表2。
表2
本發(fā)明數(shù)碼相機(jī)鏡頭10有效焦距為f＝5.99mm，相對(duì)孔徑為F/#＝2.8，光圈直徑為2.139，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)之全視場(chǎng)角為55.9263°，其鏡頭總長(zhǎng)為7.65637mm，其模塊高度可小于9mm，使其可較小之整合于移動(dòng)電話中。
請(qǐng)參照?qǐng)D2A至圖4，，其鏡頭10子午場(chǎng)曲和弧矢場(chǎng)曲小于0.1mm，光學(xué)畸變大于負(fù)0.5％，小于0.5％，MTF圖中，160LP/MM之空間頻率值滿足鏡頭分辨率的要求。其相對(duì)照度值＞50％，通常相對(duì)照度＞50％，人眼較不易看出該鏡頭邊緣和中心成像的差別。
可以理解，因第一透鏡1的球面13曲率較大，近似平面，故可在該面鍍覆一層紅外截止濾膜(IR-cut Coating)，來(lái)濾除來(lái)自于被攝物反射光線中的紅外線，從而可省去平行板4，可以減小鏡頭10的模組高度。
可以理解，因計(jì)算精度考慮，數(shù)碼相機(jī)鏡頭的透鏡所給參數(shù)表取到小數(shù)點(diǎn)后六位，但四舍五入后，小數(shù)點(diǎn)后兩位的范圍內(nèi)仍屬本發(fā)明的范圍。數(shù)碼相機(jī)鏡頭的透鏡采用的非球面公式中，非球面系數(shù)表的非球面系數(shù)取到小數(shù)點(diǎn)后十三位，有效數(shù)字取到小數(shù)點(diǎn)后八位，但四舍五入后，小數(shù)點(diǎn)后四位的范圍內(nèi)仍屬本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明數(shù)碼相機(jī)鏡頭可應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)鏡頭模組，可以理解，本發(fā)明數(shù)字相機(jī)鏡頭不僅限于應(yīng)用于移動(dòng)動(dòng)電話內(nèi)，其也可應(yīng)用于其它攜帶式電子裝置中，如攝像機(jī)、照相機(jī)、PDA(personal digitalassistant)等。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其從物方到像方依次包括一第一透鏡，一第二透鏡，一第三透鏡，其特征在于該第一透鏡為凸向物方雙面球面正透鏡，包括第一球面和第二球面，該鏡片由玻璃材質(zhì)制成；該第二透鏡為凹凸雙面非球面負(fù)透鏡，包括第三非球面和第四非球面，該鏡片由塑膠材質(zhì)制成；該第三透鏡為凸向像方雙面非球面正透鏡，包括第五非球面和第六非球面，該鏡片由塑膠材質(zhì)制成。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其特征在于該第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡均為軸對(duì)稱式鏡片。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其特征在于該第一透鏡的折射率大于1.55小于1.6，其色散大于55小于65。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其特征在于該第二透鏡的折射率大于1.55小于1.65，其色散大于20小于30。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其特征在于該第三透鏡的折射率大于1.5小于1.6，其色散大于50小于60。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其特征在于該數(shù)碼相機(jī)鏡頭進(jìn)一步包括一光欄，置于第一透鏡的前面。
7.如權(quán)利要求1所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其特征在于該數(shù)碼相機(jī)鏡頭進(jìn)一步包括一平行板，其置于第三透鏡的后面。
8.如權(quán)利要求6所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其特征在于平行板朝向物方面鍍覆有紅外截止濾膜(IR-CUT Coating)。
9.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭的數(shù)碼相機(jī)模組，其包括一光欄，一數(shù)碼相機(jī)鏡頭，一平行板，一影像感測(cè)元件，該光欄具有光欄面，該平行板具有第一平行板面，第二平行板面，該影像感測(cè)元件具有一成像面，其特征在于該數(shù)碼相機(jī)鏡頭從物方至像方依次包括一第一透鏡，其為凸向物方雙面球面正透鏡，包括第一球面與第二球面；一第二透鏡，其為凹凸雙面非球面負(fù)透鏡，包括第三非球面與第四非球面；一第三透鏡，為凸向像方雙面非球面正透鏡，包括第五非球面、第六非球面；所述數(shù)碼相機(jī)鏡頭參數(shù)為
。
10.如權(quán)利要求9所述的數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其特征在于非球面系數(shù)是
。
全文摘要
一種數(shù)碼相機(jī)鏡頭，其從物方至像方依次包括一第一透鏡，其為凸向物方雙面球面正透鏡，包括第一球面與第二球面，其由玻璃材質(zhì)制成；一第二透鏡，其為凹凸雙面非球面負(fù)透鏡，包括第三非球面與第四非球面，其由塑膠材質(zhì)制成；以及一第三透鏡，為凸向像方雙面非球面正透鏡，包括第五非球面與第六非球面，其由塑膠材質(zhì)制成。本發(fā)明便攜式電子裝置用數(shù)碼相機(jī)的鏡頭通光性能好、成像品質(zhì)高且制造成本低。
文檔編號(hào)G02B9/12GK1704791SQ20041002740
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者李俊佑, 蔡明江, 江宗韋 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司