總長短的光學鏡頭的製作方法
2023-06-06 20:02:31 1
專利名稱：總長短的光學鏡頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及成像設備領域，尤其是關於一種高像質成像設備的光學鏡頭。
背景技術：
在工業生產和日常生活中，成像設備(尤其是小型成像設備)的使用越來越廣泛，如手機攝像頭、小型數位相機、內窺鏡、感應器、油井井底偵測用的攝像頭及一些特殊情況下使用的攝像頭等，人們對成像質量的要求也越來越高，因此對於成像設備的關鍵部件—鏡頭的設計及製造則愈發重要。鏡頭中各透鏡的折射率、表面形狀、厚度及曲率等參數決定了鏡頭的成像效果，而其中透鏡的表面形狀則起著尤為重要的作用。
發明內容本發明的目的在於提供一種能提高成像性能的總長短的的光學鏡頭。
本發明的目的是這樣實現的該總長短的光學鏡頭包括透鏡組，該透鏡組包括同軸排列的第一、第二及第三透鏡，該第一、二透鏡的表面為非球面，第三透鏡的表面為球面。
所述的第一及第二透鏡的表面上各點的坐標值滿足如下函數Z=(curv)Y21+1-(1+K)(curv)2Y2+(A)Y2+(B)Y4+(C)Y6+(D)Y8+(E)Y10+(F)Y12+(G)Y14+(H)Y16]]>其中Z表示透鏡表面上各點的Z坐標值，Y表示透鏡表面上各點的Y坐標值，CURV為透鏡表面的曲率，K為透鏡的錐度，A、B、C、D、E、F、G及H為常數。
-100＜B、C、D、E、F＜100；A＝G＝H＝0，-100＜K、CURV＜100，且K及CURV均不為0。
還包括光闌，該光闌設置於第一透鏡的前面或設置於第一、第二透鏡之間。
與現有技術相比，本發明具有如下優點通過將第三透鏡表面設置為球面，第一及第二透鏡表面設置為非球面，提高了光學傳遞函數；減少了各種像差(球差、慧差、像散、場曲、色差及畸變)，並減小了總長度，從而提高了該光學鏡頭的光學性能和適用性。
圖1是本發明總長短的光學鏡頭的結構圖及成像示意圖圖2為本發明總長短的光學鏡頭的光學傳遞函數圖。
圖3為本發明總長短的光學鏡頭的點列圖。
圖4為本發明總長短的光學鏡頭的球差-像散圖。
圖5為本發明總長短的光學鏡頭的色差圖。
具體實施方式
請參閱圖1，本發明總長短的光學鏡頭包括透鏡組和光闌。透鏡組包括共軸線排布的第一透鏡1、第二透鏡2及第三透鏡3，各個透鏡1、2、3均關於該軸線上下對稱。將第一、第二及第三透鏡1、2、3的軸線定義為Y軸，選Y軸與透鏡面型曲線交點定義為原點，過原點且垂直於Y軸的軸線定義為Z軸(即透鏡的高度方向)，該原點、Y軸及Z軸構成一個直角坐標系。
該光學鏡頭的總長度界於4mm和6mm之間，該第一透鏡、第二及第三透鏡1、2、3是依照折射率從低往高間隔排列，其中第一透鏡1靠近物體，且第一、第二透鏡1、2之間的間距大於第二、第三透鏡2、3之間的間距。各個透鏡1、2、3均具有左右兩個表面，第一、二透鏡1、2的四個表面均為非球面，該非球面的頂點半徑各不相同。第三透鏡3的左右兩表面均為球面。第一透鏡1的左表面為弧形突出，其右表面為弧形凹入。第二透鏡2靠近第一透鏡1的表面為月亮形凹入，其靠近第三透鏡3一側的表面為呈月亮形凸出。第三透鏡3的兩相對表面形狀相似，且第三透鏡3的左面曲率大於右面曲率，該左、右面曲率均為正值，並且曲率半徑都大於4mm，即其曲率均小於250。該第一及第二透鏡1、2的各非球面表面上各點的坐標值均滿足如下函數Z=(curv)Y21+1-(1+K)(curv)2Y2+(A)Y2+(B)Y4+(C)Y6+(D)Y8+(E)Y10+(F)Y12+(G)Y14+(H)Y16]]>其中Z表示透鏡表面上各點的Z坐標值，Y表示透鏡表面上各點的Y坐標值，CURV為透鏡表面的曲率，K為透鏡的錐度，A、B、C、D、E、F、G及H為常數。其中，-100＜B、C、D、E、F＜100，A＝G＝H＝0，K和CURV不等於0，一般-100＜K、CURV＜100。該第一、第二及第三透鏡1、2、3的中心厚度均界於0.5mm與2mm之間，第一、第二及第三透鏡1、2、3的折射率界於1.4與1.8之間，其色散率界於30與70之間，且第一、第三透鏡1、3的色散率大於第二透鏡2的色散率。
光闌位於第一透鏡1的一側，其可位於第一透鏡1與第二透鏡2之間，也可位於第一透鏡1的前面，即靠近物體的一側，優選的是位於第一透鏡1和第二透鏡2之間。
圖2至圖5是用光學設計軟體製作的物體在無窮遠、成像在有限距離時本發明總長短的光學鏡頭的光學性能圖，此時該光學鏡頭的第一、第二透鏡1、2的表面函數的參數如下曲率＝0.5、錐度＝25、B＝90、C＝60、D＝-90、E＝60、F＝0，此時第三鏡頭3左表面的曲率半徑是4.9mm、右表面的曲率半徑是9mm。其中圖2表示該光學鏡頭的光學傳遞函數(MTF)，A線條表示衍射極限的MTF值，B線條是中心視場的MTF值，C、D線條分別表示在31度視場時的子午視場(T)和弧矢視場(S)的MTF值，E、F線條分別表示在21.7度視場時的子午視場(T)和弧矢視場(S)的MTF值，從圖中可知各種視場的MTF都非常集中，說明該光學鏡頭從中心到邊緣視場的成像質量都很均勻，即整個圖像都非常清晰。
圖3是該光學鏡頭的點列圖，其表明實際像與理論像的差異(即像差)，圖中可知在不同視場時彌散斑的面積都較小，從而表明其像差小。圖4是該光學鏡頭的球差、像散圖，其用來表明光學鏡頭初級像差的大小，其中左邊的圖的三根線條從左至右依次表示在486nm、587nm及656nm三種波長下的球差，圖中可知在該三種波長時初級像差都較小；其中右邊的圖的實、虛線條分別表示此鏡頭的子午和弧矢場曲值，從圖中可知該鏡頭的像散值曲線。圖5是該光學鏡頭的色差圖，F線條對應兩邊沿波長的垂軸色散值曲線，G線條表示較短的參考波長的色散值，可知該光學鏡頭的色差較小。
以下記載了上述函數的各參數的幾組具體數值，各組數值製成的光學鏡頭也具有良好的上述的MTF集中、像差小、球差小、色差小及總長度減小的光學性能實施方式一曲率＝95、錐度＝-85、B＝-90、C＝0、D＝45、E＝90、F＝90；實施方式二曲率＝0.7、錐度＝30、B＝0、C＝30、D＝60、E＝70、F＝-90；實施方式三曲率＝-15、錐度＝20、B＝90、C＝55、D＝-90、E＝50、F＝10；實施方式四曲率＝0.3、錐度＝10、B＝50、C＝90、D＝0、E＝0、F＝30；實施方式五曲率＝30、錐度＝0、B＝70、C＝45、D＝20、E＝30、F＝50；實施方式六曲率＝0.2、錐度＝40、B＝30、C＝-95、D＝90、E＝-90、F＝20實施方式七曲率＝-70、錐度＝90、B＝15、C＝20、D＝5、E＝-20、F＝-60。
本發明通過將第一，第二透鏡表面設置為非球面，及第三透鏡表面設置為球面，提高了光學傳遞函數；減少了各種像差，並減小總長度，從而提高了該光學鏡頭的光學性能和適用性。該光學鏡頭適用於小型的成像設備，尤其適合於1/4英寸及以下尺寸，及30萬及以下像素的圖像傳感器。
權利要求
1.一種總長短的光學鏡頭，包括透鏡組，其特徵在於該透鏡組包括同軸排列的第一、第二及第三透鏡，該第一、二透鏡的表面為非球面，第三透鏡的表面為球面。
2.如權利要求1所述的光學鏡頭，其特徵在於所述的第一及第二透鏡的表面上各點的坐標值滿足如下函數Z=(curv)Y21+1-(1+K)(curv)2Y2+(A)Y2+(B)Y4+(C)Y6+(D)Y8+(E)Y10+(F)Y12+(G)Y14+(H)Y16]]>其中Z表示透鏡表面上各點的Z坐標值，Y表示透鏡表面上各點的Y坐標值，CURV為透鏡表面的曲率，K為透鏡的錐度，A、B、C、D、E、F、G及H為常數。
3.如權利要求2所述的總長短的光學鏡頭，其特徵在於-100＜B、C、D、E、F＜100。
4.如權利要求3所述的總長短的光學鏡頭，其特徵在於A＝G＝H＝0，-100＜K、CURV＜100，且K及CURV均不為0。
5.如權利要求4所述的總長短的光學鏡頭，其特徵在於所述的第一、二、三透鏡是按折射率由低到高排列，第一、第三透鏡的色散率大於第二透鏡的色散率，且第一透鏡靠近物體。
6.如權利要求5所述的總長短的光學鏡頭，其特徵在於所述的第一、第二及第三透鏡的總長度界於4mm和6mm之間，且第一透鏡與第二透鏡之間的距離大於第二透鏡與第三透鏡之間的距離。
7.如權利要求1-6任意項所述的總長短的光學鏡頭，其特徵在於所述的第一、第二及第三透鏡的折射率界於1.4與1.8之間。
8.如權利要求1-6任意項所述的總長短的光學鏡頭，其特徵在於所述的第一、第二及第三透鏡的中心厚度界於0.5mm與2mm之間。
9.如權利要求1-6任意項所述的總長短的光學鏡頭，其特徵在於還包括光闌，該光闌設置於第一透鏡的前面或第一、第二透鏡之間。
10.如權利要求1-6任意項所述的總長短的光學鏡頭，其特徵在於所述的第一透鏡的左表面為弧形凸出，其右表面為弧形凹入；第二透鏡的左表面為弧形凹入，其右表面為弧形凸出；第三透鏡的左表面曲率大於右表面的曲率，且其左、右表面的曲率界於0和250之間。
全文摘要
本發明總長短的光學鏡頭包括透鏡組和光闌，透鏡組包括同軸排列的第一、第二及第三透鏡，該第一、二透鏡的表面為非球面，第三透鏡的表面為球面。所述的第一及第二透鏡的表面上各點的坐標值滿足如下函數
文檔編號G02B9/12GK1584655SQ200410022759
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月4日 優先權日2004年6月4日
發明者宋體涵 申請人:深圳市北大青鳥科技有限公司