摄像镜头的制作方法

【技术领域】

本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种具有波前编码面形的摄像镜头。

背景技术：

近年来，随着摄像技术的发展及具有摄影功能的电子产品的兴起，摄像镜头被广泛地应用在各式产品中。

但是，传统摄像镜头随着离焦的增大，mtf(调制传递函数)急剧下降，且mtf曲线产生零点，造成图像信息丧失，不易成清晰图像，且会放大噪音。

另外，传统摄像镜头随着透镜/表面偏心的增大，mtf急剧下降，各个视场的mtf性能严重不一致，不易成清晰图像，且会放大噪音。

因而有必要研究一种具有新结构的摄像镜头。

技术实现要素：

本发明针对解决摄像镜头随着离焦的增大以及表面偏心的增大，mtf急剧下降，且mtf曲线产生零点，造成图像信息丧失，不易成清晰图像，且会放大噪音的问题，而提供一种新型的摄像镜头。

为实现上述目的，本发明提供了一种摄像镜头，所述摄像镜头包括透镜组和设置在所述透镜组上的光阑，所述透镜组包括多个透镜，所述多个透镜中包含一个编码面，所述编码面上设有波前编码面形，所述编码面与所述光阑相邻。

优选地，所述编码面上各点的矢高z满足下述关系式：

z＝z1+z2；

其中，z1为传统面形的矢高，z2为所述波前编码面形的矢高。

优选地，所述传统面形的矢高z1满足偶次非球面方程。

优选地，所述波前编码面形的矢高z2满足下述关系式：

其中，b为波前编码系数，n为所述编码面的材料在主波长λ处的折射率，d为所述波前编码面形的口径大小，x、y为所述波前编码面形上的坐标。

优选地，所述波前编码系数b满足下述关系式：

5π≤b≤50π。

优选地，所述摄像镜头还满足下述关系式：

0≤ds≤0.2mm；

其中，ds为所述波前编码面形的边缘与所述光阑之间的沿光轴方向的间距。

优选地，所述透镜组包括4个所述透镜。

优选地，所述编码面位于所述光阑的物侧。

优选地，所述编码面位于所述光阑的像侧。

本发明的有益效果是：本发明的摄像镜头，叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头的光程分布，使得摄像镜头的mtf(调制传递函数)对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感，各个视场的mtf性能几乎一致，且mtf曲线从高频到低频都没有出现零点，信息被很好地保存下来，能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，达到拓展焦深的目的。另外，叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头的光程分布，使得摄像镜头的mtf对透镜/表面偏心不敏感，各个视场的mtf性能几乎一致，且mtf曲线从高频到低频都没有出现零点，信息被很好地保存下来，能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，达到降低公差敏感度的目的。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例的摄像镜头的结构示意图；

图2a为第一实施例中的传统摄像镜头在对焦下的mtf曲线；

图2b为第一实施例中的传统摄像镜头在离焦0.024mm下的mtf曲线；

图2c为第一实施例中的传统摄像镜头在离焦0.048下的mtf曲线；

图3a为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在对焦下的mtf曲线；

图3b为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在离焦0.024mm下的mtf曲线；

图3c为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在离焦0.048mm下的mtf曲线；

图4a为第一实施例中的传统摄像镜头在l1r2面偏心0.001mm下的mtf曲线；

图4b为第一实施例中的传统摄像镜头在l1r2面偏心0.003mm下的mtf曲线；

图5a为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在l1r2面偏心0.001mm下的mtf曲线；

图5b为本发明第一实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在l1r2面偏心0.003mm下的mtf曲线；

图6是本发明第二实施例的摄像镜头的结构示意图；

图7a为第二实施例中的传统摄像镜头在对焦下的mtf曲线；

图7b为第二实施例中的传统摄像镜头在离焦0.024mm下的mtf曲线；

图7c为第二实施例中的传统摄像镜头在离焦0.048下的mtf曲线；

图8a为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在对焦下的mtf曲线；

图8b为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在离焦0.024mm下的mtf曲线；

图8c为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在离焦0.048mm下的mtf曲线；

图9a为第二实施例中的传统摄像镜头在l1r1面偏心0.001mm下的mtf曲线；

图9b为第二实施例中的传统摄像镜头在l1r1面偏心0.003mm下的mtf曲线；

图10a为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在l1r1面偏心0.001mm下的mtf曲线；

图10b为本发明第二实施例的叠加波前编码面形的摄像镜头在l1r1面偏心0.003mm下的mtf曲线。

【具体实施方式】

下面将用实施例进行说明本发明的摄像镜头la。各实施例中所记载的符号如下所示。距离、半径与中心厚度的单位为mm。

f:摄像镜头la整体的焦点距离；

f1:第一透镜l1的焦距；

f2:第二透镜l2的焦距；

f3:第三透镜l3的焦距；

f4:第四透镜l4的焦距；

fno:f值；

2ω:全画角；

s1:光阑；

r:光学面的曲率半径,若是透镜r为中心曲率半径；

r1:第一透镜l1的物侧面的曲率半径；

r2:第一透镜l1的像侧面的曲率半径；

r3:第二透镜l2的物侧面的曲率半径；

r4:第二透镜l2的像侧面的曲率半径；

r5:第三透镜l3的物侧面的曲率半径；

r6:第三透镜l3的像侧面的曲率半径；

r7:第四透镜l4的物侧面的曲率半径；

r8:第四透镜l4的像侧面的曲率半径；

r9:玻璃平板gf的物侧面的曲率半径；

r10:玻璃平板gf的像侧面的曲率半径；

d:透镜的中心厚度与透镜之间的距离；

d0:从光阑s1到第一透镜l1的物侧面的轴上距离；

d1:第一透镜l1的中心厚度；

d2:第一透镜l1的像侧面到第二透镜l2的物侧面的轴上距离；

d3:第二透镜l2的中心厚度；

d4:第二透镜l2的像侧面到第三透镜l3的物侧面的轴上距离；

d5:第三透镜l3的中心厚度；

d6:第三透镜l3的像侧面到第四透镜l4的物侧面的轴上距离；

d7:第四透镜l4的中心厚度；

d8:第四透镜l4的像侧面到玻璃平板gf的物侧面的轴上距离；

d9:玻璃平板gf的中心厚度；

d10:玻璃平板gf的像侧面到像面的轴上距离；

nd:d线的折射率；

nd1:第一透镜l1的d线的折射率；

nd2:第二透镜l2的d线的折射率；

nd3:第三透镜l3的d线的折射率；

nd4:第四透镜l4的d线的折射率；

nd5:玻璃平板gf的d线的折射率；

νd:阿贝数；

ν1:第一透镜l1的阿贝数；

ν2:第二透镜l2的阿贝数；

ν3:第三透镜l3的阿贝数；

ν4:第四透镜l4的阿贝数；

ν5:玻璃平板gf的阿贝数；

ttl:光学长度(第一透镜l1的物侧面到像面的轴上距离)；

lb:第四透镜l4的像侧面到像面的轴上距离(包含玻璃平板gf的厚度)；

y＝(x2/r)/[1+{1-(k+1)(x2/r2)}1/2]

+a4x4+a6x6+a8x8+a10x10+a12x12+a14x14+a16x16(1)；

其中，r是轴上的曲率半径，k是圆锥系数，a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16是非球面系数。

为方便起见，各个透镜面的非球面使用公式(1)中所示的非球面。但是，本发明不限于该公式(1)表示的非球面多项式形式。

下面结合图1至图10b对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种摄像镜头la。所述摄像镜头la包括透镜组，该透镜组可以包括多个透镜，例如，可以如图1所示，包括依次排列设置的第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3以及第四透镜l4。当然，该透镜组还可以包括其他数量以及类型的透镜，在此不作限定。

其中，上述摄像镜头la还包括设置在所述透镜组上的光阑s1，以及多个透镜中包含一个编码面，也就是说，至少在一个透镜上，例如，第一透镜l1上设有编码面。该编码面上设有波前编码面形，所述编码面与所述光阑s1相邻。也就是说，编码面设置在光阑s1附近，例如，可以位于光阑s1的像侧，也可以位于光阑s1的物侧等，在此不作限定。

优选地，所述编码面上各点的失高z满足下述关系式：

z＝z1+z2；

其中，z1为传统面形的矢高，z2为所述波前编码面形的矢高。

优选地，所述传统面形的矢高z1满足偶次非球面方程，具体地，该传统面形的失高z1所满足的方程可以参考前文记载的公式(1)，在此不作赘述。

优选地，所述波前编码面形的矢高z2满足下述关系式：

其中，b为波前编码系数，n为所述编码面的材料在主波长λ处的折射率，d为所述波前编码面形的口径大小，x、y为所述波前编码面形上的坐标。

优选地，所述波前编码系数b满足下述关系式：

5π≤b≤50π。

更优选地，所述波前编码系数b满足5π≤b≤10π。

优选地，所述摄像镜头还满足下述关系式：

0≤ds≤0.2mm；

其中，ds为所述波前编码面形的边缘与所述光阑s1之间的沿光轴方向的间距。

更优选的，所述摄像镜头满足0.02≤ds≤0.1mm。

优选地，所述编码面位于所述光阑s1的物侧。

优选地，所述编码面位于所述光阑s1的像侧。

本发明的摄像镜头la，叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头la的光程分布，使得摄像镜头la的mtf(调制传递函数)对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感，各个视场的mtf性能几乎一致，且mtf曲线从高频到低频都没有出现零点，信息被很好地保存下来，能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，达到拓展焦深的目的，具体地，可以如下两个实施例所示。

另外，本发明的摄像镜头la，叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头la的光程分布，使得摄像镜头la的mtf对透镜/表面偏心不敏感，各个视场的mtf性能几乎一致，且mtf曲线从高频到低频都没有出现零点，信息被很好地保存下来，能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，达到降低公差敏感度的目的，具体地，可以如下两个实施例所示。

实施例1：

如图1所示，本发明的摄像镜头la包括依次排列的四个透镜，分别为第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3以及第四透镜l4。

其中，图1示意了所述编码面位于所述光阑s1的物侧，也即l1r1面，波前编码系数b＝5π，第一透镜l1的焦距f1＝2.20、第二透镜l2的焦距f2＝-5.56、第三透镜l3的焦距f3＝1.69、第四透镜l4的焦距f4＝-1.40，该摄像镜头la的组合焦距f＝2.92，该摄像镜头la的视角fov＝75.6°，像高ih＝2.297mm，光学长度ttl＝3.4，光圈数fno＝2。

该第一实施例中摄像镜头la的其他光学参数如表1和表2所示。其中，表1的数据有：实施例1中构成摄像镜头la的第一透镜l1～第四透镜l4的物侧面以及像侧面的曲率半径r、透镜的中心厚度以及透镜间的轴上距离d、折射率nd、阿贝数νd。表2中的数据有：圆锥系数k、非球面系数。

【表1】

【表2】

传统的摄像镜头在不同离焦量下的mtf曲线如图2a、图2b、图2c所示。其中，图2a示意了在对焦下的传统摄像镜头的mtf曲线，图2b示意了在离焦0.024mm下的传统摄像镜头的mtf曲线。图2c示意了在离焦0.048下的传统摄像镜头的mtf曲线。

由图2a、图2b和图2c可以得出：传统摄像镜头随着离焦的增大，mtf急剧下降，且mtf曲线产生零点，造成图像信息丧失，不易复原成清晰图像，且会放大噪音。该传统摄像镜头的焦深范围为：

dof＝±2λ(f/#)²＝±0.006mm。

本实施例结构的摄像镜头la叠加了波前编码面形，在不同离焦量下的mtf曲线如图3a、图3b和图3c所示。

其中，图3a为在对焦下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线。图3b示意了在离焦0.024mm下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线。图3c示意了在离焦0.048下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线。

由图3a、图3b和图3c可以看出，叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头la的光程分布，使得摄像镜头la的mtf对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感，各个视场的mtf性能几乎一致，且mtf曲线从高频到低频都没有出现零点，信息被很好地保存下来，能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，达到拓展焦深的目的。该波前编码摄像镜头la的焦深范围为：0.048mm，约为相同规格传统摄像镜头的8倍。

传统摄像镜头在表面偏心下的mtf曲线如图4a和图4b所示。其中，图4a示意了在l1r2面偏心0.001mm下的传统摄像镜头的mtf曲线，图4b示意了在l1r2面偏心0.003mm下的传统摄像镜头的mtf曲线。

由图4a和图4b可以看出，传统摄像镜头随着表面偏心的增大，mtf急剧下降，各个视场的mtf性能严重不一致，不易复原成清晰图像，且会放大噪音。该传统摄像镜头的偏心容忍量约为0.001mm，即在偏心0.001mm以内能满足要求。

本实施例结构的摄像镜头la叠加了波前编码面形，其在表面偏心下的mtf曲线如图5a、图5b所示。其中，图5a示意了在l1r2面偏心0.001mm下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线，图5b示意了在l1r2面偏心0.003mm下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线。

由图5a和图5b可以看出，叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头la的光程分布，使得摄像镜头la的mtf对透镜/表面偏心不敏感，各个视场的mtf性能几乎一致，且mtf曲线从高频到低频都没有出现零点，信息被很好地保存下来，能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，达到降低公差敏感度的目的。该波前编码摄像镜头la的偏心容忍量为：0.003mm，即在偏心0.003mm以内能满足要求，约为相同规格传统摄像镜头的偏心容忍量的3倍。

实施例2：

如图6所示，本发明的摄像镜头la包括依次排列的四个透镜，分别为第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3以及第四透镜l4。其中，图6示意了所述编码面位于所述光阑s1的像侧，也即l1r2面，波前编码系数b＝5π，第一透镜l1的焦距f1＝2.62、第二透镜l2的焦距f2＝-5.77、第三透镜l3的焦距f3＝1.37、第四透镜l4的焦距f4＝-2.08，该摄像镜头la的组合焦距f＝2，该摄像镜头la的视角fov＝83°，像高ih＝1.814mm，光学长度ttl＝2.967，光圈数fno＝2。

该第二实施例中摄像镜头la的其他光学参数如表3和表4所示。其中，表3的数据有：实施例2中构成摄像镜头la的第一透镜l1～第四透镜l4的物侧面以及像侧面的曲率半径r、透镜的中心厚度以及透镜间的轴上距离d、折射率nd、阿贝数νd。表4中的数据有：圆锥系数k、非球面系数。

【表3】

【表4】

传统的摄像镜头在不同离焦量下的mtf曲线如图7a、图7b、图7c所示。其中，图7a示意了在对焦下的传统摄像镜头的mtf曲线，图7b示意了在离焦0.024mm下的传统摄像镜头的mtf曲线。图7c示意了在离焦0.048下的传统摄像镜头的mtf曲线。

由图7a、图7b和图7c可以得出：传统摄像镜头随着离焦的增大，mtf急剧下降，且mtf曲线产生零点，造成图像信息丧失，不易复原成清晰图像，且会放大噪音。该传统摄像镜头的焦深范围为：

dof＝±2λ(f/#)²＝±0.005mm。

本实施例结构的摄像镜头la叠加了波前编码面形，在不同离焦量下的mtf曲线如图8a、图8b和图8c所示。

其中，图8a为在对焦下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线。图8b示意了在离焦0.024mm下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线。图8c示意了在离焦0.048下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线。

由图8a、图8b和图8c可以看出，叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头la的光程分布，使得摄像镜头la的mtf对离焦(像面位置偏离理想像面)不敏感，各个视场的mtf性能几乎一致，且mtf曲线从高频到低频都没有出现零点，信息被很好地保存下来，能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，达到拓展焦深的目的。该波前编码摄像镜头la的焦深范围为：0.04mm，约为相同规格传统摄像镜头的8倍。

传统摄像镜头在表面偏心下的mtf曲线如图9a和图9b所示。其中，图9a示意了在l1r1面偏心0.001mm下的传统摄像镜头的mtf曲线，图9b示意了在l1r1面偏心0.003mm下的传统摄像镜头的mtf曲线。

由图9a和图9b可以看出，传统摄像镜头随着表面偏心的增大，mtf急剧下降，各个视场的mtf性能严重不一致，不易复原成清晰图像，且会放大噪音。该传统摄像镜头的偏心容忍量约为0.001mm，即偏心在0.001mm以内能满足要求。

本实施例结构的摄像镜头la叠加了波前编码面形，其在表面偏心下的mtf曲线如图10a、图10b所示。其中，图10a示意了在l1r1面偏心0.001mm下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线，图10b示意了在l1r1面偏心0.003mm下的本实施例结构的摄像镜头la的mtf曲线。

由图10a和图10b可以看出，叠加有波前编码面形的非球面可以调制摄像镜头la的光程分布，使得摄像镜头la的mtf对透镜/表面偏心不敏感，各个视场的mtf性能几乎一致，且mtf曲线从高频到低频都没有出现零点，信息被很好地保存下来，能够用适当的滤波函数复原成清晰图像，达到降低公差敏感度的目的。该波前编码摄像镜头la的偏心容忍量为：0.003mm，及偏心在0.003mm以内能满足要求，约为相同规格传统摄像镜头的3倍。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。