數位相機鏡頭的製作方法

2023-09-17 07:36:25 1

專利名稱：：數位相機鏡頭的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種數位相機鏡頭，尤其設計一種與高像素影像傳感器相匹配的固定焦點的數位相機鏡頭。
背景技術：
：隨著多媒體影像技術的發展，數位相機、攝像機越來越為廣大消費者親睞，人們對數位相機追求其小型化，成像清晰且價格便宜，因此，需要設計和製造出能夠滿足上述要求的鏡頭。在現在技術條件下，要得到能滿足上述要求的數位相機鏡頭通常使用非球面透鏡來實現，由於非球面透鏡可以部分減少鏡頭中因球面透鏡產生的像差，同時又能減少鏡頭體積，同時達到較好的光學性能。目前，日本、臺灣地區等數位相機鏡頭都大量採用非球面技術，由於他們非球面模具的加工、注塑工藝都比較成熟，但是在中國大陸地區，由於非球面鏡片的加工工藝還不是很成熟，而一般數位相機鏡頭對非球面鏡片的精度要求又很高，因此在中國目前的技術水平下，能夠設計製造出利用非球面的優點，又能夠大批量生產的數位相機鏡頭就成為目前中國數位相機鏡頭要解決的問題。如塑料透鏡在製造過程中存在的加工誤差，直接使用來組裝鏡頭，必然造成成像質量的下降，無法使用，所以需要進一步改進。專利號為200410026704.2的中國專利"數位相機鏡頭"，其有很好的改進設計，但是，其由於鏡片數目只有三個，所以，造成其鏡頭的像數只有一百三十萬左右，根本無法滿足現在的數位相機的需要，也沒有考慮到採用塑料鏡片所帶來的加工誤差問題，所以，不可避免地存在上述類似的技術難題。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種數位相機鏡頭，它能有效調整和消除由於塑料非球面鏡片加工過程中帶來的誤差，從而保證最終裝配出的鏡頭能夠達到設計成像要求，容易實現批量生產，結構簡單易行。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種數位相機鏡頭，其從物方到像方依次包括有多枚透鏡，其特徵在於透鏡分別為第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡，第一透鏡為雙凸玻璃球面透鏡，第二透鏡為雙凹玻璃球面透鏡，第三透鏡為塑料雙面非球面透鏡，第四透鏡為塑料雙面非球面透鏡，並且第三透鏡與第四透鏡之間有調節它們水平間距的微調結構。作為具體的實施方案，所述的微調結構是螺紋連接的兩個套筒，兩個套筒另一端各自固定連接上第三透鏡和第四透鏡，整個鏡頭的透鏡固定在鏡筒裡。或者是，所述的微調結構是襯在第三透鏡與第四透鏡之間間隔圈，間隔圈有多種選擇厚度的規格，整個鏡頭的透鏡固定在鏡筒裡。這樣，通過螺紋連接或採用不同規格的間隔圈，來有效地調整和消除由於塑料非球面鏡片加工過程中帶來的誤差，從而保證最終裝配出的鏡頭能夠達到設計成像要求，實現批量生產，方法簡單易行，成本低。本發明中，所述的第一透鏡焦距為fl，第二透鏡焦距為f2，第三透鏡焦距為f3，第四透鏡焦距為f4，第一、第二透鏡的組合焦距為f12，數碼鏡頭總焦距為f,S.它們滿足以下條件-0.95〈If12/f總I〈1.20.65<If3/f總I〈0.850.65<If4/f總I〈0.85。作為最佳的技術方案中，所述的第一透鏡的雙凸玻璃球面透鏡，其第一球面的曲率半徑為4.89622，第二球面的曲率半徑為-5.98382，第一透鏡的材料採用LAF10玻璃，其折射率1.788312，色散係數47.393723,第二透鏡的雙凹玻璃球面透鏡，其第一球面的曲率半徑為-5.399826，第二球面的曲率半徑為8.389629，第二透鏡的材料採用ZF11玻璃，其折射率1.698951，色散係數30.067617,第三透鏡的塑料雙面非球面透鏡，其第一球面的曲率半徑為-5.489064，第二球面的曲率半徑為-29.88018，第三透鏡的材料採用PMMA有機玻璃，其折射率1.491786，色散係數57.327362,第四透鏡的塑料雙面非球面透鏡，其第一球面的曲率半徑為4.381628,第二球面的曲率半徑為1.472433，第四透鏡的材料採用PMMA有機玻璃，其折射率1.491786,色散係數57.327362。而且所述的第三透鏡的兩非球面呈波浪形，且相對於光軸對稱，其前後兩面非球面公式參數為a2-0.019648999a4-0.005439105a60.0018982036a8-0.00011050899a10-6.82708lie-009和a2-0.20979294&0.0098267994ae-0.0002994977a0.00019192808a10-9.0543079e-006。所述的第四透鏡的兩非球面呈波浪形，且相對於光軸對稱，其前後兩面非球面公式參數為a2-0.12851836a4-0.0020795936a60.00067251069a8-9.1340716e-005a104.5851393e-006和a2-0.21337788a40.0034522743ae-0.0004727154a82.2564525e-005a10-7.1328636e-007。從而使本發明的數位相機鏡頭可以獲得600萬像素的要求，成像品質高，鏡片數目少，體積小，容易批量化生產，保證穩定的質量，而製造生產容易，成本低廉。最後，所述的第一透鏡前面有一光闌，在所述的第一透鏡至少一表面有一層紅外截止濾膜。與現有技術相比，本發明的優點在於由於從物方到像方依次包括第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡，第四透鏡。第一透鏡為雙凸球面透鏡，其材料由低色散光學玻璃製成，第二透鏡為雙凹球面透鏡，其材料由高色散玻璃製成，第三透鏡為月牙形非球面透鏡，其材料由塑料中有機玻璃構成，第四透鏡由波浪形非球面透鏡構成，包括兩個非球面，其材料由塑料中有機玻璃PMMA製成，在第三透鏡與第四透鏡之間有調節它們水平間距的微調結構，從而可以有效修正由於塑料非球面鏡片加工誤差造成的各種光學像差，包括球差、慧差、像散、場曲畸變，保證最終裝配出的鏡頭能夠達到設計成像要求，實現批量生產，方法簡單易行，而成本低廉，只採用四枚鏡頭，使本發明的數位相機鏡頭實現高像素體積小的要求，在最佳的設計中，鏡頭的像素可以達到六百萬，滿足現代數位相機的要求。圖1為本發明數位相機鏡頭結構示意圖之一；圖2為本發明數位相機鏡頭結構示意圖之二；圖3為本發明數位相機鏡頭結構示意圖；圖4為本發明數位相機鏡頭光路圖；圖5本發明的數位相機鏡頭的MTF圖；圖6本發明的數位相機鏡頭的場曲圖；圖7本發明的數位相機鏡頭的畸變圖；圖8本發明的數位相機鏡頭的相對照度圖；圖9存在加工誤差的數位相機鏡頭的MTF圖；圖10修正後的數位相機鏡頭的MTF圖；圖11存在加工誤差的數位相機鏡頭的MTF圖；圖12修正後的數位相機鏡頭的MTF圖；圖13存在加工誤差的數位相機鏡頭的MTF圖；圖14修正後的數位相機鏡頭的MTF圖。具體實施方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。見參考圖l，本發明的數位相機鏡頭由物方依次包括第一透鏡l，第二透鏡2，第三透鏡3，第四透鏡4，平板玻璃5，其中Z1代表物方，Z2代表像方，數位相機鏡頭還包括有第一透鏡1表面之前的光欄，其作用為限制進入鏡頭內的光線總量，另外在第四透鏡靠近像方一側還有平板玻璃5，其作用在其表面上鍍一層紅外截止濾膜，用來截斷玻長為645mm以上的所有紅外光線，當然，該紅外截止濾膜也可以鍍在第一透鏡的表面上;在平板玻璃5靠近像方Z2—側設置有cmos影像傳感器組件。第一透鏡1為雙凸球面透鏡，包括球面11、12，其中球面11凸向物方，球面12凹向物方，該第一透鏡l是一正透鏡且由玻璃製成，其球面對外界高溼、高溫，耐刮耐磨；其折射率範圍1.788312，色散係數47.393723，玻璃材料採用LAF10做成。第二透鏡2為雙凹球面透鏡，包括球面21、22，其中球面21凹向物方，球面22凸向物方，該第二透鏡2是由玻璃製成，玻璃材料採用ZFll，其折射率和色散係數分別是1.698951，30.067617。第三透鏡3為塑料非球面透鏡，塑料可以採用有機玻璃PMMA，其折射率範圍和色散係數優選是1.491786,57.327362，其第一非球面31和第二非球面32的係數分別是a2-0.019648999a4-0.005439105ae0.0018982036a8-0.00011050899a10-6.827081le-009和a2-0.20979294a40.0098267994a-0.0002994977a80.00019192808a10-9.0543079e-006。非球面的設計公式是-Z=Cvr2/{l+l>(l+k)CV2r2]1/2}+a2r2+a4r4+ar6+a8r8+a10r10其中Z為沿光軸方向的Z軸向值，k為二次曲面係數，Cv為鏡面中心曲率，r為鏡面中心高度，a2、a^、a^、as、ai。為高階非球面係數。第四透鏡為塑料非球面透鏡，塑料可以採用有機玻璃PMMA，其折射率範圍和色散係數優選是1.698951,30.067617。其第一非球面41和第二非球面42的係數分別是-a2-0.12851836-O.00207959360.00067251069-9.1340716e-0054.5851393e—0063>4a6a8和84a*3to-0.213377880.0034522743-O.00047271542.2564525e-005-7.1328636e-007。非球面的設計公式見上。後面就是平板玻璃5，其有兩面51、52，用來保護成像屏6表面，它的折射率和色散係數分別是1.516800,64.169998。見圖2，並且第三透鏡與第四透鏡之間有調節它們水平間距的微調結構，本實施例子中微調結構是襯在第三透鏡3與第四透鏡4之間間隔圈9，間隔圈9有多種選擇厚度的規格，整個鏡頭的透鏡固定在鏡筒10裡，使生產製造者針對每一個批次塑料鏡片的誤差情況，來選擇對應厚度規格的間隔圈，從而實現第三透鏡與第四透鏡之間水平間距的微量調節，來有效地消除塑料非球面鏡片加工過程中帶來的誤差，從而保證最終裝配出的鏡頭能夠達到設計成像要求，實現批量生產，並保證成像質量穩定和高品質，見圖2。當然，微調結構也可以是採用螺紋連接的兩個套筒7、8，兩個套筒7、8另一端各自固定連接上第三透鏡3和第四透鏡4，整個鏡頭的透鏡l、2、3、4固定在鏡筒裡，這樣可以通過螺紋連接來消除加工誤差,見圖1.本發明的數位相機的鏡頭有關光學系統的參數見下表,面序類型曲率半徑厚度材料折色率和色散係數有效口徑錐度係數物體標準無窮遠無窮遠00光闌標準無窮遠0.093011標準球面4.896221.751.78831247.3937233.361387012標準球面-5.983820.043.499454021標準球面-5.3998260.51.6989513.00676173.496464022標準球面8.3896292.553.614331031非標準球面-5.4890641.431.49178657.3273624.593013-1.17076232非標準球面-29.880180.365.252572-1374.11841非標準球面4.3816280.31771887.296775-1.97773151標準無窮遠1.361.51680064.1699987.689197052標準無窮遠1.7919668.13833806標準無窮遠9.1019930其中曲率半徑ri為該面與光軸相交的曲面的曲率半徑,間距di為沿光軸方向由物方Zl開始各個面形之間的距離,有效口徑是多個面形的最大有效通光口徑,其中曲率半徑ri,間距di,有效口徑的所有數值單位均為毫米.從圖4-8可見,本發明的數位相機鏡頭,在理論設計的數據中,光學畸變小於2.5%,子午場曲小於0.05mm,弧矢場曲小於0.05mm,相對照度最低為65%,像素可達600萬.下面介紹通過第三透鏡與第四透鏡之間的微調結構來調整它們之間水平間距,從而修正由於塑料非球面鏡片加工誤差造成的各種光學像差,使鏡頭達到設計要求的品質.如第三透鏡的面序32的非標準球面,其理論曲率半徑是-29.88018,就是因為加工誤差使其曲率半徑為-27,其它數據與上面的理論設計是基本保持一致的,這樣帶加工誤差的新數位相機的鏡頭有關光學系統的參數見下表tableseeoriginaldocumentpage911標準球面4.896221.751.788312,47.3937233.361387012標準球面-5.983820.043.499454021標準球面-5.3998260.51.698951,30.0676173.496464022標準球面8.3896292.553.614331031非標準球面-5.4890641.431.491786,57.3273624.593013-l.17076232非標準球面-270.365.251654-1374.11841非標準球面4.3816281.231.491786,57,3273626.136304-5.26083542非標準球面1.4724330.31771887.295568-1.97773151標準無窮遠1.361.516800，64.1699987.686913052標準無窮遠1.7919668.13527106標準無窮遠9.畫30這種帶加工誤差的數位相機鏡頭的光學傳遞函數MTF見圖9，明顯可見，這種鏡頭按照原來的尺寸進行組裝生產，其成像品質已經大打折扣，無法滿足高質量數位相機的要求，如果選用不同厚度的間隔圈，就相當於調節了第三透鏡與第四透鏡之間的水平間距，本實施例子中，通過間隔圈厚度的選擇，使第三面透鏡的厚度為0.34ram，縮小了，可以使帶加工誤差的新數位相機的鏡頭有關光學系統的參數見下表面序類型曲率半徑厚度材料折色率和色散係數口徑錐度係數物體標準無窮遠無窮遠00光闌標準無窮遠0.093011標準球面4.896221.751.788312,47.3937233.361387012標準球面-5.983820.043.499454021標準球面-5.3998260.51.698951，30.0676173.496464022標準球面8.3896292,553.614331031非標準球面-5.4890641.431.491786，57.3273624.593013-l.17076232非標準球面-27ft5.251654-1374.11841非標準球面4.3816281.231.491786,57.3273626.116494-5.26083542非標準球面1.4724330.31771887.282327-1.97773151標準無窮遠1.361.516800,64.1699987.677383052標準無窮遠1.7919668.13310506標準無窮遠9.0877950它使帶加工誤差的數位相機鏡頭的光學傳遞函數MTF圖變成了圖10,基本上達到原來要求的成像質量，滿足數位相機的基本要求。如第四透鏡的面序41的非標準球面，因為加工誤差使其曲率半徑偏離了理論設計參數，為4.34，其它數據與上面的理論設計是基本保持一致的，這樣帶加工誤差的新數位相機的鏡頭有關光學系統的參數見下表tableseeoriginaldocumentpage1161標準無窮遠9.0838240這種帶加工誤差的數位相機鏡頭的光學傳遞函數MTF圖見圖11，明顯可見，這種鏡頭按照原來的尺寸進行組裝生產，其成像品質己經大打折扣，無法滿足高質量數位相機的要求，如果選用不同厚度的間隔圈，通過間隔圈的厚度，相當於調節了第三透鏡與第四透鏡之間的水平間距，使帶加工誤差的新數位相機的鏡頭有關光學系統的參數見下表tableseeoriginaldocumentpage1122標準球面8.3896292.553.614331031非標準球面-5.4890641.431.491786，57.3273624.593013-1.17076232非標準球面-29.88018ftW5.252572--1374.11841非標準球面4.341.231.491786，57.3273626.1211-5.26083542非標準球面1.4724330.37.295663-1.97773151標準無窮遠1.361.516800,64.1699987.68013052標準無窮遠1.7919668.130468061標準無窮遠9.0712130可以使帶加工誤差的數位相機鏡頭的光學傳遞函數MTF圖變成了圖12，基本上達到原來要求的成像質量，滿足數位相機的基本要求。如第四透鏡的面序42的非標準球面，因為加工誤差使其曲率半徑偏離了理論設計參數，為1.45，其它數據與上面的理論設計是基本保持一致的，這樣帶加工誤差的新數位相機的鏡頭有關光學系統的參數見下表面序類型曲率半徑厚度材料折色率和色散係數口徑錐度係數物體標準無窮遠無窮遠00光闌標準無窮遠0.093011標準球面4.89622L751.788312，47.3937233.361387012標準球面-5.983820.043.499454021標準球面-5.3998260.51.698951，30.0676173.496464022標準球面8.3896292.553.614331031非標準球面-5.4890641.431.491786，57.3273624.593013-1.17076232非標準球面-29.880180.365.252572-1374.11841非標準球面4.3816281.231.491786,57.3273626.136755-5.26083542非標準球面1.450.37.318666-1.97773151標準無窮遠1.361.516800，64.1699987.689602052標準無窮遠1.7919668.13521061標準無窮遠9.0838240這種帶加工誤差的數位相機鏡頭的光學傳遞函數MTF圖見圖13，明顯可見，這種鏡頭按照原來的尺寸進行組裝生產，其成像品質已經大打折扣，無法滿足高質量數位相機的要求，如果選用不同厚度的間隔圈，通過間隔圈的厚度，相當於調節了第三透鏡與第四透鏡之間的水平間距，使帶加工誤差的新數位相機的鏡頭有關光學系統的參數見下面序類型曲率半徑物體標準無窮遠光闌標準無窮遠11標準球面4.8962212標準球面-5.9838221標準球面-5.39982622標準球面8.38962931非標準球面-5.48906432非標準球面-29.8801841非標準球面4.38162842非標準球面1.4551標準無窮遠52標準無窮遠61標準無窮遠厚度材料折色率和色散係數無窮遠0.091.750.040.52.551.430.3851.788312，47.3937231.698951，30.0676171.491786，57.3273621.231.491786，57.3273620.31.361.516800，64.169998L791966口徑033.3613873.4994543.4964643.614331錐度係數0000004.593013-1.1707625.252572-1374.1186.161595-5.2608357.334875-1.9777317.7052608.13763109.1008060可以使帶加工誤差的數位相機鏡頭的光學傳遞函數MTF圖變成了圖14，基本上達到原來要求的成像質量，滿足數位相機的基本要求。因此本發明是一種數位相機鏡頭，從物方到像方依次包括第一透鏡是一雙凸球面透鏡，由玻璃製成；第二透鏡為雙凹透鏡，材料為玻璃；第三透鏡為月牙形透鏡，包括雙非球面，材料為PMMA;第四透鏡為月牙形雙非球面，材料為PMMA。本發明的數位相機鏡頭採用2G2P結構，其中2P為塑料雙面非球面，2G為玻璃球面，因此可有效修正多種光學像差，實現鏡頭高像素要求，更重要的是此設計通過光學間隔的調整，可有效消除非球面生產工藝所帶來的誤差，大大降低對非球面注塑工藝要求，在中國目前的技術生產條件下順利實現批量生產。權利要求1.一種數位相機鏡頭，其從物方到像方依次包括有多枚透鏡，其特徵在於透鏡分別為第一透鏡(1)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)和第四透鏡(4)，第一透鏡(1)為雙凸玻璃球面透鏡，第二透鏡(2)為雙凹玻璃球面透鏡，第三透鏡(3)為塑料雙面非球面透鏡，第四透鏡(4)為塑料雙面非球面透鏡，並且第三透鏡(3)與第四透鏡(4)之間有調節它們水平間距的微調結構。2.根據權利要求1所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的微調結構是螺紋連接的兩個套筒(7、8)組成了鏡筒，兩個套筒(7、8)另一端各自固定連接上第三透鏡(3)和第四透鏡(4),整個鏡頭的透鏡(1、2、3、4)固定在鏡筒裡。3.根據權利要求1所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的微調結構是襯在第三透鏡(3)與第四透鏡(4)之間間隔圈(9)，間隔圈(9)有多種選擇厚度的規格，整個鏡頭的透鏡(1、2、3、4)固定在鏡筒(10)裡。4.根據權利要求2或3所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的第一透鏡焦距為fl，第二透鏡焦距為f2，第三透鏡焦距為f3，第四透鏡焦距為f4，第一、第二透鏡的組合焦距為H2，數碼鏡頭總焦距為f它們滿足以下條件0.95<Ifl2/f總I〈1.20.65<If3/f總I〈0.850.65〈If4/f總I〈0.85。5.根據權利要求2或3所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的第一透鏡的雙凸玻璃球面透鏡，其第一球面的曲率半徑為4.89622，第二球面的曲率半徑為-5.98382，第二透鏡的雙凹玻璃球面透鏡，其第一球面的曲率半徑為-5.399826，第二球面的曲率半徑為8.389629，第三透鏡的塑料雙面非球面透鏡，其第一球面的曲率半徑為-5.489064，第二球面的曲率半徑為-29.88018，第四透鏡的塑料雙面非球面透鏡，其第一球面的曲率半徑為4.381628，第二球面的曲率半徑為1.472433。6.根據權利要求5所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的第三透鏡的兩非球面呈波浪形，且相對於光軸對稱，其前後兩面非球面公式參數為a2-0.019648999a4-0.005439105a60.0018982036a8-0.00011050899aw-6.827081le-009和a2-0.20979294a40.0098267994a6-0.0002994977a80.00019192808a10-9.0543079e-006。7.根據權利要求5所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的第四透鏡的兩非球面呈波浪形，且相對於光軸對稱，其前後兩面非球面公式參數為a2-0.12851836&-0.0020795936a60.00067251069a8-9.13衡6e-005a104.5851393e-006和a2-0.21337788a40.0034522743a6-0.0004727154a82.2564525e-005a10-7.1328636e-007。8.根據權利要求5所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的第一透鏡的材料採用LAF10玻璃，其折射率1.788312，色散係數47.393723，第二透鏡的材料採用ZF11玻璃，其折射率1.698951，色散係數30.067617，第三透鏡的材料採用PMMA有機玻璃，其折射率1.491786，色散係數57.327362，第四透鏡的材料採用PMMA有機玻璃，其折射率1.491786,色散係數57.327362。9.根據權利要求5所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的第一透鏡(1)前面有一光闌。10.根據權利要求5所述的數位相機鏡頭，其特徵在於所述的透鏡至少一表面有一層紅外截止濾膜。全文摘要本發明是一種數位相機鏡頭，從物方到像方依次包括第一透鏡是一雙凸球面透鏡，由玻璃製成；第二透鏡為雙凹透鏡，材料為玻璃；第三透鏡為月牙形透鏡，包括雙非球面，材料為PMMA；第四透鏡為月牙形雙非球面，材料為PMMA，並且第三透鏡與第四透鏡之間有調節它們水平間距的微調結構。本發明的數位相機鏡頭採用2G2P結構，其中2P為塑料雙面非球面，2G為玻璃球面，因此可有效修正多種光學像差，實現鏡頭高像素要求，更重要的是此設計通過光學間隔的調整，可有效消除非球面生產工藝所帶來的誤差，大大降低對非球面注塑工藝要求，在中國目前的技術生產條件下順利實現批量生產。文檔編號G02B1/04GK101122670SQ200610052898公開日2008年2月13日申請日期2006年8月11日優先權日2006年8月11日發明者丁洪興,楊士力,王利平,燕陳申請人:寧波廣博數碼科技有限公司