專利名稱：攝像鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于手機或攝像頭的高倍、小型且低成本的高性能攝像鏡頭。
背景技術(shù)：
隨著無線通訊網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，手機或PC使人與人之間的聯(lián)系越來越緊密。手機或攝像頭所帶來的照相功能在為視頻溝通提供便利的同時，也提高了產(chǎn)品或解決方案的市場競爭力。高質(zhì)量、高解析度和低成本、操作簡便及小型化成了適用于手機或攝像頭的攝像鏡頭所競相優(yōu)化的指標(biāo)早期的攝像鏡頭采用單片鏡頭，如美國專利或?qū)＠暾圲S 6,055, 105BU US2003/0117709A1,歐洲專利EP 0819952A2所公開的相關(guān)鏡頭，只是具有最低成本和重量最輕的優(yōu)勢。不足在于難以修正像差，尤其在廣角鏡頭上難以修正像差。此外，畸變 (distortion)、場曲(field curvature)和閃光(astigmatism)等方面的指標(biāo)也無法得到有效修正。美國專利公開US 2003/0117723 和 2004/0036983，歐洲專利公開 EP1357414A1 所揭示的技術(shù)方案采用的是典型的兩片鏡頭，單著重在改善單片透鏡的色差問題。若鏡頭的色差太大，照出的影像中物體邊緣會出現(xiàn)彩色的毛邊，若色差越小，則影像越清晰，越接近于實際人眼看到的圖像。這些方案中兩片透鏡的鏡片必須由不同材料組成，且該兩種材料的阿貝數(shù)(AbbeV，也就是ν number，本說明書中將用ν表示；該值越大，系統(tǒng)越不容易產(chǎn)生色差)要有顯著不同。一般采用塑膠或玻璃來改善單片透鏡的各種像差。但該方案的像差仍然過大，這些鏡頭只適用于低解析度的應(yīng)用場合。美國專利或?qū)＠暾埞_US 6，882，483B1、US 7，239，458B2、US 2003/0193605A1,日本專利公開JP 2001-075006等則采用三片鏡片來修正像差，尤其是色差。其中，美國專利US 6，882，483B1采用兩片塑膠鏡片加上一片塑膠或玻璃鏡片，主要針對畸變進(jìn)行改良。假設(shè)理想的像高是yQ，實際上的像高是y，則畸變(Distortion)D可以表達(dá)為D = [(y-y0)/y0]X100(% )該值越小對應(yīng)的影像品質(zhì)越好，即影像越接近于真實物體。若是畸變過大，影像會扭曲變形。該專利方案中的畸變僅能達(dá)到2. 0%< |DIST6| < 5. 0%IDIST8-DIST6 | < 0. 61%DIST10-DIST8| < 0. 8%其中DIST6、DIST8和DISTlO分別代表像高為總像高的60%、80%和100%時所對應(yīng)的畸變值D。而美國專利US 7，239，458B2中則三片鏡片均采用塑膠材料。除此之外，該方案雖能將鏡頭組縮小到total tract (光圈到像平面的距離)在5. 8毫米 7毫米之內(nèi)； 然其尚有不足之處如縱向色差(lateral color)還是很大，如圖1所示，光的入射角在30 度以內(nèi)時，中間一條曲線所代表的縱向色差的最大值為1.7微米 2. 8微米。MTF(Modulation Transfer Function，調(diào)制傳遞函數(shù))是評價圖像清晰度的一個重要參數(shù)，我們可以引入該參數(shù)來評價鏡頭成像的解析度，MFT越高，鏡頭成像的畫質(zhì)越清晰。以MAX和MIN分別代表入射光強度的最大值和最小值，則
MTF = (MAX-MIN)/(MAX+MIN) 對于理想的光信號因MAX = Ι,ΜΙΝ = OjljMTF = 1 ；當(dāng)該信號進(jìn)入一光學(xué)系統(tǒng)后， 必然因各種光損使得MTF下降；若MTF = 0表示光信號完全通不過該光學(xué)系統(tǒng)，因此MTF的范圍為0 1，且會隨著空間頻率(單位為cycle/millimeter，通常簡寫為lp/mm)的增加而下降。人眼可以分辨的最低MTF為0.2。美國專利US 8，882，483B1中的三片鏡片也采用塑膠材料，如圖2所示，縱坐標(biāo)代表入射光的歸一化強度，每條曲線代表不同光入射角度下的MTF，則在人眼可接受的MFT范圍內(nèi)，該專利方案所對應(yīng)的空間頻率僅能達(dá)到1401p/mm， 并且各個角度的曲線太過彎曲，不夠直，而不夠貼近理想曲線的直線線條意味著各個角度的空間頻率線條和理想線條差距過大，將降低成像品質(zhì)。上述現(xiàn)有技術(shù)之不足在于，綜合解析度、色差及像差等方面的指標(biāo)來看，現(xiàn)有技術(shù)方案還難以面面俱到地實現(xiàn)兼顧。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提出一種攝像鏡頭，小型化地實現(xiàn)高解析度、色差及像差的修正。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思為使用按非球面控制設(shè)計的塑膠鏡片來設(shè)計鏡頭，以消除色差和像差；并從多角度來同時監(jiān)控設(shè)計以確保光線的有效聚焦；在此原則下，利用軟件反復(fù)進(jìn)行多次模擬來找出合適的鏡片設(shè)計參數(shù)，使鏡頭實現(xiàn)小型化、低成本。作為實現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)方案是，提供一種攝像鏡頭，包括四片塑膠透鏡，尤其是，從物側(cè)開始，所述四片塑膠透鏡依次為具有正折射率的第一透鏡、具有負(fù)折射率的第二透鏡、具有正折射率的第三透鏡和具有負(fù)折射率的第四透鏡；其中，所述第一、第三和第四透鏡的折射率η和阿貝數(shù)ν分別滿足1. 49 < η < 1. 57和55 < ν < 65 ；所述第二透鏡的折射率η和阿貝數(shù)ν分別滿足1. 53 < η < 1. 63和63 < ν < 70。上述方案中，還包括用來濾除紅外光的紅外光濾光片。該紅外光濾光片設(shè)置在像側(cè)，為在所述第四透鏡之后；可以以玻璃為基材。上述方案中，還包括設(shè)置在像側(cè)的光學(xué)傳感器，在所述紅外光濾光片之后；可以是具有八百萬像素的CMOS光學(xué)傳感器。上述方案中，所述四片塑膠透鏡均為非球面透鏡。光圈到像平面的距離小于5. 2毫米。采用上述技術(shù)方案，均可以低成本地提高鏡頭的成像質(zhì)量，且易于生產(chǎn)實現(xiàn)。


圖1是美國專利US 7，239，458B2方案所達(dá)到的縱向色差圖形之一；圖2是美國專利US 8，882，483B1方案所達(dá)到的MFT圖形示意圖；圖3是本發(fā)明鏡頭的鏡片組結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示意了圖3結(jié)構(gòu)鏡頭實施例所測得的場曲及畸變；圖5示意了圖3結(jié)構(gòu)鏡頭實施例所測得的MFT曲線；圖6示意了圖3結(jié)構(gòu)鏡頭實施例所測得的相對照度；圖7示意了圖3結(jié)構(gòu)鏡頭實施例所測得的縱向色差。
具體實施方式
下面，結(jié)合附圖所示之最佳實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖3所示，本發(fā)明攝像鏡頭包括四片塑膠透鏡，從物側(cè)開始，該四片塑膠透鏡依次為具有正折射率的第一透鏡、具有負(fù)折射率的第二透鏡、具有正折射率的第三透鏡和具有負(fù)折射率的第四透鏡。為了提高波長在486納米 656納米范圍內(nèi)的可見光的穿透力， 其中所述第一、第三和第四透鏡的折射率η和阿貝數(shù)ν應(yīng)分別滿足1. 49 < η < 1. 57和 55 < ν < 65 ；所述第二透鏡的折射率η和阿貝數(shù)ν分別滿足1. 53 < η < 1. 63和63 < ν <70。在材料為塑膠(例如但不限于PC、PolyStyrene、E48R或0ΚΡ4)的情況下，本發(fā)明鏡頭成本較為低廉。為了提高對紅外線的反射能力，本發(fā)明鏡頭還包括紅外光濾光片，以濾除掉人眼感應(yīng)不到而傳感器可捕獲得到的紅外光。該紅外光濾光片可以設(shè)置在物側(cè)，在所述第一透鏡之前；或設(shè)置在像側(cè)，例如在所述第四透鏡之后。該紅外光濾光片可以采用玻璃B270為基材。為了消除色差及像差，所述四片塑膠透鏡最好為非球面透鏡。如圖3所示，令R1、R2、 R3……Rll分別代表從光圈開始曲面曲率有所變化的各個界面，符合本發(fā)明上述特征的一個實施例各界面處具有如下數(shù)據(jù)，其中形狀參數(shù)Conic是Zemax模擬軟件中透鏡據(jù)以定義形體屬性的一個參數(shù)曲率厚度半徑Conic材料序號(單位毫米)(單位毫米)(單位毫米)(形狀參數(shù))Rl0.0999490.928564 0.000000R2 2. 301866 0.614607E48R 1. 124440 0. 506104R3 -11.899428 0. 2408131. 189005 5. 331692R4 -3. 526357 0.199999Polycarb 1.196169 0.601550R5 2.8072740. 2236861. 286663 -34. 101864R6 2. 3299801.052463E48R 1. 539741 -12.873943R7 -3. 364280 1. 3789171.600097 0. 508486R8 -4.654660 1. 190069E48R 1.614964 8. 131811R9 3. 3642800. 1999992. 551725 -15.000412RlO0.300000B270 2.683389 0.000000Rll0.4999962. 736082 0.000000為提高解析度及實現(xiàn)數(shù)字化處理，本發(fā)明鏡頭在像側(cè)設(shè)置一光學(xué)傳感器 (sensor)，像素越高越好，例如高達(dá)八百萬像素的CMOS光學(xué)傳感器。則經(jīng)模擬，在光圈為2. 8，最大視場角FOV為60度全角的條件下，如圖4左圖所示， 垂直場曲S最大為0. 1毫米，水平場曲T最大為0. 093毫米，并且在25和29度時，S和T相交；其中代表紅色、綠色的兩條光線幾乎重合，更表明場曲像差可以得到很理想的修正。圖 4右圖為本實施例的畸變曲線，可見該畸變始終控制在士2%以內(nèi)；模擬表示本實施例的畸變數(shù)據(jù)為0. 18%< DIST6 < 0. 198%DIST8-DIST6 < 0. 5%DIST10-DIST8| < 1. 8%
相較于美國專利US6，882，483 Bi，畸變得到了大大改善。圖5則示意了該實施例的MFT曲線遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于美國專利US 8，882，483 Bi，本實施例的空間頻率可高達(dá)3401p/mm，此時各個視場的解析度MTF均大于0. 2 ；而MTF在空間頻率為1701p/mm時均大于0.5342?？梢?，本發(fā)明鏡頭的MTF曲線更接近于理想曲線，尤其0 12度光入射角下的解析度接近于繞射極限。因此，本實施例將大大改善以往解析度不足的問題。為了確保光線可以被鏡頭有效聚焦，所述模擬選用了 0、6、12、18、24、30度共六個角度來同時進(jìn)行監(jiān)控，均可實現(xiàn)聚焦后的光斑尺寸在3. 3微米以下；而如圖6所示，在各視場角下，聚焦后的光線相對照度皆在0.5以上，足以勝任解決現(xiàn)市面上手機相機照片亮度不夠的問題。圖7則為本實施例所模擬測得的縱向色差，最大亦小于1.2微米，比美國專利 US7, 239，458B2 大為改善。此外，雖然上述實施例中比現(xiàn)有三片式鏡頭多一片透鏡，但通過鏡片中心厚度和邊緣厚度的調(diào)整，可以使光圈到像平面的距離被壓縮到小于5. 2毫米以內(nèi)，從而使鏡頭兼具輕和薄。
權(quán)利要求
1.一種攝像鏡頭，包括四片塑膠透鏡；其特征在于從物側(cè)開始，所述四片塑膠透鏡依次為具有正折射率的第一透鏡、具有負(fù)折射率的第二透鏡、具有正折射率的第三透鏡和具有負(fù)折射率的第四透鏡；其中，所述第一、第三和第四透鏡的折射率η和阿貝數(shù)V分別滿足1. 49 < η < 1. 57和 55 < ν < 65 ；所述第二透鏡的折射率η和阿貝數(shù)ν分別滿足1. 53 < η < 1. 63和63 < ν < 70。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像鏡頭，其特征在于 還包括用來濾除紅外光的紅外光濾光片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像鏡頭，其特征在于所述紅外光濾光片設(shè)置在像側(cè)，為在所述第四透鏡之后。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像鏡頭，其特征在于 所述紅外光濾光片以玻璃為基材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像鏡頭，其特征在于 所述四片塑膠透鏡均為非球面透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像鏡頭，其特征在于還包括設(shè)置在像側(cè)的光學(xué)傳感器，在所述紅外光濾光片之后。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像鏡頭，其特征在于所述光學(xué)傳感器為具有八百萬像素的CMOS光學(xué)傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像鏡頭，其特征在于 該攝像鏡頭為具有60度最大視場全角的廣角鏡頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像鏡頭，其特征在于令R1、R2、R3……Rll分別代表從光圈開始曲面曲率有所變化的各個界面，則各界面處的參數(shù)如下序號曲率厚度半徑Conic(單位毫米)(單位毫米)(單位毫米)(形狀參數(shù)) Rl0.099949 0.928564 0.000000R2 2. 301866 0.614607 1. 124440 0. 506104 R3 -11.899428 0. 240813 1. 189005 5.331692 R4 -3. 526357 0.199999 1.196169 0.601550 R5 2.807274 0.223686 1.286663 -34. 101864 R6 2.329980 1.052463 1.539741 -12.873943 R7 -3. 364280 1. 378917 1.600097 0. 508486 R8 -4.654660 1.190069 1.614964 8.131811 R9 3.364280 0.199999 2.551725 -15.000412 RlO0.300000 2.683389 0.000000Rll0.499996 2. 736082 0.000000
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的攝像鏡頭，其特征在于 該攝像鏡頭光圈到像平面的距離小于5. 2毫米。
全文摘要
一種攝像鏡頭，包括四片塑膠透鏡；尤其是，從物側(cè)開始，所述四片塑膠透鏡依次為具有正折射率的第一透鏡、具有負(fù)折射率的第二透鏡、具有正折射率的第三透鏡和具有負(fù)折射率的第四透鏡；其中，所述第一、第三和第四透鏡的折射率n和阿貝數(shù)v分別滿足1.49＜n＜1.57和55＜v＜65；所述第二透鏡的折射率n和阿貝數(shù)v分別滿足1.53＜n＜1.63和63＜v＜70。采用本發(fā)明鏡頭，成像質(zhì)量諸如場曲、解析度、色差校正等參數(shù)得到兼顧和完善，并具有低成本易于實現(xiàn)的優(yōu)點。
文檔編號G02B13/18GK102193167SQ201010126510
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者吳星佑, 蕭金廷 申請人:吳星佑