专利名称：一种高像质微型变焦光学系统的制作方法
技术领域：
一种高像质微型变焦光学系统技术领域：
本实用新型涉及一种光学镜头，尤其涉及一种应用于高像素手 机、高像质照相机的徼型光学镜头的高像质微型变焦光学系统。背景技术：
目前使用的照相机、手机数码镜头普遍存在这样的缺点像素比 较低、外形尺寸较大，焦距固定，不能变焦，不能保证对不同距离的 物体摄像时达到清楚。而能够实现变焦的光学系统又是结构复杂，透镜构成一般都在7-8片，成本高的同时，体积相对于时尚超薄手机来 说也是比较大。而且市场上现在主流的照相手机主要是130万以下的 固定焦距镜头，所拍摄的图像像质无论是整体的清晰度还是照度的均 匀性等方面均不够理想，尤其是不能对远近不同的物体进行清晰的摄 像，这在使用上有很大的局限性，不能满足消费者对外景摄影的需要。
实用新型内容本实用新型克服了现有技术的不足，而提供了一种高像素、体积 小，可使用于超薄变焦数码相机和手机的高像质微型变焦光学系统。为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用下列技术方案 一种高像质微型变焦光学系统，包括有从前到后依次设置的第一 群组、第二群组、第三群组，在该第三群组下方设有感光芯片，其特 征在于在第一群组里设置有第一透镜，在第二群组里依次设置有第 二透镜、第三透镜和第四透镜，在第三群组里设置有第五透镜，所述
的第一透镜为双凹塑胶非球面透镜，第二透镜的两个表面为双凸的玻 璃球面形状，第三透镜为弯月形状的塑胶非球面，第四个透镜为弯月 形状的塑胶非球面，第五透镜的是双凸形状的玻璃非球面。如上所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于所述的第一群组与第二群组的间隔距离在2mm 8mm之间，所述第二群组 与第三群组的间隔距离在1.2mm 10mm之间，所述第三群组与感光 芯片的间隔距离在2.4mm 4mm之间。如上所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于第一透 镜第一面非球面的形状为椭圆形，第二面非球面形状为扁椭球面，第 三透镜第一面非球面和第二面非球面形状都为双曲线形，第四透镜第 一面非球面为双曲线形，第二面非球面形状为扁椭球面形状，第五透 镜第一面非球面为双曲线形，第二面非球面形状为椭球面形状。如上所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于所述的 第一透镜、第三透镜和第四透镜和第五透镜的非球面的表面形状满足以下方程Z3y2/ "+ V [ 1- (l+k) C2 〕 } + a a 2y4+ a 3y6+ a 4y8+ a 5y10+ a6y12+a7y14+a8y160如上所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于设置在 第二群组里的第二透镜、第三透镜和第四透镜组合形成光折射的负组 变焦、正组补偿。如上所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于系统元 件特性满足以下表达式第一透镜的焦距第二第三、第四透镜的组合焦距第五透镜的焦距约等于-2:l:2，第一、第三、第四、第五透 镜组中的正透镜的色散系数减去第一、第三、第四、第五透镜组中的负透镜的色散系数大于25。如上所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于在所述 的第五透镜与感光芯片之间一设有滤光片。如上所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于在第二 群组中，所述的第二透镜下方设有光阑，在光阑的下方还设有快门。如上所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于所述的 第一群组、第二群组、第三群组依次设在承座内，在承座上设有凸轮 筒，在所述承座上开有限位的直线槽，在凸轮筒内壁开有起导轨作用 的曲线槽，所述第一群组和第二群组上的导轴分别穿过直线槽进入凸 轮筒内的曲线槽里，第三群组的端设置在承座里，另一端伸出承座与 调焦马达相连接，变焦马达上的齿轮啮合在凸轮筒外侧的齿圈上。本实用新型与现有技术相比具有如下的优点1、由于本实用新 型的几个镜片巧妙结合，使其数位镜头能够达到300万像素以上，而 现有微型数位镜头一般是130万像素以下；2、本实用新型的照度像 面整体均匀、明亮，而现有微型数位镜头多数中心亮，四周暗；3、 本实用新型的锐利度高、颜色分明，色彩还原性好；4、本实用新型 可以用于300万像素的CMOS感光片，而其它一般的数位镜头则不可 以；5、本实用新型还解决了以前玻塑混合结构中的玻璃镜片加工困 难而导致的良品率低和成本相对较高的问题；6 、最重要的是本实用 新型解决了固定焦距镜头不能同时对不同距离的物体成清晰的像，本 实用新型实现了三倍光学变焦,且采用自动对焦技术,这样彻底实现 了一个光学系统可以同对对不同距离的物体成拍摄清晰的照片。
图1是本实用新型在远景状态的图； 图2是本实用新型在近景状态的图；图3是本实用新型在关闭状态的图； 图4是本实用新型装配图的剖面图； 图5是本实用新型的装配图的爆炸图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述-一种高像质微型变焦光学系统，包括有从前到后依次设置的第一群组l、第二群组2、第三群组3，在该第三群组3下方设有感光芯 片(图中未示出)，在第一群组1里设置有第一透镜6，在第二群组2 里依次设置有第二透镜7、第三透镜8和第四透镜9，在第三群组3 里设置有第五透镜10，所述的第一透镜6为双凹塑胶非球面透镜， 第二透镜7的两个表面为双凸的玻璃球面形状，第三透镜8为弯月形 状的塑胶非球面，第四个透镜9为弯月形状的塑胶非球面，第五透镜 10的是双凸形状的玻璃非球面；所述的第一群组1与第二群组2的 间隔距离在2mm 8mm之间，所述第二群组2与第三群组3的间隔 距离在1.2mm 10mm之间，所述第三群组3与感光芯片(图中未示 出)的间隔距离在2.4, 4111111之间。所述的第一透镜6、第三透镜8和第四透镜9和第五透镜10的 非球面的表面形状满足以下方程Z=cy2/{1+V [l-l+kcYD + a 13^+(12/+ a 3y6+ a 4y8+ aa 6y12+ a 7y"+ a 8y16;在该公式中，参数C为半径所对 应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次 曲线系数。当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，等于-1时为抛物 线，介于-1到O之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于O时为扁椭 圆形。a,至ci8分别表示各径向坐标所对应的系数。通过以上参数可以精确设定透镜前后两面非球面的形状尺寸。根据本实用新型的设计 要求，所述第一透镜6的第一面非球面的形状为椭圆形，要求其k系 数为-1 0之间，第二面非球面形状为扁椭球面，其k系数大于l。 所述第三透镜8的第一面非球面和第二面非球面形状都为双曲线形， 其k系数都小于-1。所述第四透镜9的第一面非球面为双曲线形， 其k系数都小于-1,第二面非球面形状为扁椭球面形状，其k系数 都大于0。所述第五透镜10第一面非球面为双曲线形，其k系数都 小于-1，第二面非球面形状为椭球面形状，其k系数都大于0。本实用新型为了减小光线在各透镜之间的折射变化角度，控制成 像畸变，结构上霈要尽量减小第二透镜7和第三透镜8之间的距离； 同时第三透镜8和第四透镜9之间的距离也需尽量小；为改善场曲 像差，第五透镜10的第二面设计成双曲线非球面；为减小第一透镜 6的直径，将该透镜的第一面设计成凹面，所述第一透镜6设计成负 透镜；为实现拍摄时快速、清晰的自动对焦，本实用新型的第五透镜 10采用玻璃非球面技术，该系统的对焦时间可以达到1秒以内；为实 现拍摄时快速的变焦(ZOOM)，设置在第二群组2里的第二透镜7、第 三透镜8和第西透镜9组合形成光折射的负组变焦、正组补偿技术, 从近景端变化至远景端时，最长变焦时间可以达到2秒以内，非常的 快速。本实用新型的系统元件特性满足以下表达式第一透镜6的焦距 fl:第二、第三、第四透镜7、 8、 9的组合焦距G34:第五透镜10的 焦距f5约等于-2丄2，这样的比例是考虑系统在从近景和远景之间的 整个焦距段范围内都保持良好的像差校正状态，并实现连续变焦而 不是分段式变焦；第一透镜6、第三透镜8、第四透镜9、第五透镜 10组中的正透镜的色散系数vdl345P减去第一透镜6、第三透镜8、 第四透镜9、第五透镜10组中的负透镜的色散系数vdl345N大于25， 即vdl345P—vdl345N>25。为实现最佳的色彩还原性,在所述的第五透镜10下方设有滤光 片ll，光线是从滤光片11进入的，滤光片11对CM0S感光芯片有一 定的保护作用，同时也有选择地过滤一部分光线，使图像色彩亮丽和 锐利的同时具有良好的色彩还原性。所述第一透镜6的两个表面需采用双曲线形状的非球面镜片，它 具有较高折射率和中等程度色散本领，光焦度分配为负，这使得相对 简单结构的光学系实现较大变焦范围成为可能；第二透镜7的两个表 面需采用双凸的球面镜片，它具有高折射本领，由于本身在光学系统 中的位置和及低色散、高折射率而使其能有效的校正光阑位置色差和 球差；第三透镜8的第一个面是双曲线形状的非球面，而第二个表面 必须采用双曲线形的非球面，它可以有效地使得场曲减小；第四透镜 9第一面非球面为双曲线形，其k系数都小于-1，第二面非球面形 状为扁椭球面形状，其k系数都大于0，它可以进一步地为减少场曲
做贡献；第五透镜10的第一个面是双曲线形状的非球面，而第二个 表面采用椭球面形状，而且它具有高折射率和中等程度的色散率，它 可以在移动较小范围的同时达到较好的像面移动补偿的目的。在第二群组2中，所述的第二透镜7下方设有光阑16，在光阑 16的下方还设有快门17，由于将快门17设置在第二群组2中间，它 可以减小整个镜头的体积，但如果考虑不好，则有可能会出现快门 17加工不可能实现，在本实用新型中非常合理的考虑到了光阑16(快 门17的开孔)位置所产生的像差，从而既合理分配了像差又使该快 门17设计实现了量产化。为实现改变焦距的目的，本申请人于2007年1月20日申请一个 专利名称为 一种光学对焦及自动对焦的机械系统，申请号为 200720047751.4，它详细描述了实现光学对焦和自动对焦的一种机械 系统，本机械系统能实现第一群组1与第二群组2之间的距离、第二 群组2与第三群组3之间的距离、第三群组3与CMOS感光芯片之间 的距离都可能随时变化，它的结构为在承座4上开有限位的直线槽 41，在凸轮筒5内壁开有导轨曲线槽51，所述第一群组1和第二群 组2上的导轴12、 13分别穿过直线槽41进入凸轮筒5内的曲线槽 51里，第三群组3的一端设置在承座4里，另一端伸出承座4与调 焦马达14相连接并由调焦马达14带动上下移动，变焦马达15上的 齿轮16啮合在凸轮筒5外侧的齿圈17上并带动凸轮筒5转动并引起 第一、二群组l、 2作相对的上、下移动。本实用新型最终仅采用5片透镜实现了三倍光学变焦，300万像素的光学系统，最后的产品成为2006年世界上采用1/3"感光芯片 (CMOS)而实现三倍光学变焦，300万像素，最小的光学系统。 下面举一个本光学系统的设计案例群组透镜数据记录面型数据概要:面 物A类型标准面非球面像标准面面型数据详述面 物 面 A半径厚度坡埚直径无穷大薩OOO1113326-1511.580000, 25. 0000006.795.686. 123.221. 808000， 53.0000003. 62无穷大0, 382, 64无穷大0.1251.94611.788000,29. 90918521.70. i2. M211.560000， 65. 0000002.230, 7562- 32-1.51.51.5画0，65. 0000006. 36-50.26. 26无穷大0. 75K95. 341109无穷大2.1973435. 884563无穷大8, 529702标准面非球面r'的系数 r4的系数 1"6的系数 r"8的系数 r'"的系数 r"的系数 r"的系数0-O. 003269 -0.000459 -3.165e~005 le-007 0 0圆锥系数 0-0.0560 00-3.5 -i 0.07 0.2 -16 -O. 3 0 00面面面面面面面面面面面面球准准准球球球球球球准准ii示示示,作作作作作际际栏c D 先 F G H IMr"的系数 o孔径 可变孔径最大半径 3.35面 8 : 非球面 的系数 0r4的系数 -0.0048466r6的系数 -0.0004554r"的系数 -le~005r"的系数 1.822e-007r"的系数 0r"的系数 0r"的系数 0孔径 可变孔径最大半径 3.06面 C : 标准面孔径 可变孔径最大半径 1.81面 D : 标准面孔径 可变孔径最大半径 1.32面光栏 标准面面 F : 非球面1"2的系数 0一的系数 -0.02798r"的系数 0.00316r8的系数 0.000461r"的系数 -0.000183r"的系数 0r"的系数 0 6的系数 0孔径 可变孔径最大半径 1面G ; 非球面r"的系数 or4的系数 0. 007245一的系数 -0.014551r8的系数 o.oir"的系数 ~0.009702r"的系数 0r"的系数 o—6的系数 o孔径 可变孔径最大半径 1.07面 H : 非球面一的系数 0r'的系数 0.000361~6的系数 "0.0280416 的系数 0.01r"的系数 -0.0057928—2的系数 or"的系数 or'6的系数 o孔径 可变孔径最大半径 1,1面I : 非球面 的系錄 0 1"4的系数 -0.006111一的系数 0.0003664I"8的系数 -0.002恥2r"的系数 0.0026r"的系数 0r"的系数 0r'e的系数 0孔径 可变孔径最大半径 1. 16面 J : 非球面 的系数 0r4的系数 0. 0054224一的系数 -0.0004238r8的系数 2.02e-005!^的系数 8.54e-007r。的系数 0r"的系数 0r"的系数 o孔径 ； 可变孔径最大半径 3. 18面K : 非球面 的系数 0 的系数 0. 005676r6的系数 -0. 0002217r8的系数 奮005
群组调M动范围第1， 2群组间隔 2mm-8mra第2, 3群组间隔 1.2鹏-10咖第3，感光芯片间隔 2. 4mn-4nmr'"的系数 r"的系数 r"的系数 1"16的系数4. 44e-006 0 0 0大半径M像径变31面面面标标标径最l 面面面
权利要求1、 一种高像质微型变焦光学系统，包括有从前到后依次设置的第一群组(1)、第二群组(2)、第三群组(3)，在该第三群组(3)下 方设有感光芯片，其特征在于在第一群组(1)里设置有第一透镜(6)，在第二群组(2)里依次设置有第二透镜(7)、第三透镜(8) 和第四透镜(9)，在第三群组(3)里设置有第五透镜(10)，所述的 第一透镜(6)为双凹塑胶非球面透镜，第二透镜(7)的两个表面为 双凸的玻璃球面形状，第三透镜(8)为弯月形状的塑胶非球面，第 四个透镜(9)为弯月形状的塑胶非球面，第五透镜(10)的是双凸 形状的玻璃非球面。
2、 根据权利要求1所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征 在于所述的第一群组(1)与第二群组(2)的间隔距离在2mm 8mm之间，所述第二群组(2)与第三群组(3)的间隔距离在1.2mm 10mm之间，所述第三群组(3)与感光芯片的间隔距离在2.4mm 4mm之间。
3、 根据权利要求2所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征 在于第一透镜(6)第一面非球面的形状为椭圆形，第二面非球面 形状为扁椭球面，第三透镜(8)第一面非球面和第二面非球面形状 都为双曲线形，第四透镜(9)第一面非球面为双曲线形，第二面非 球面形状为扁椭球面形状，第五透镜(10)第一面非球面为双曲线形， 第二面非球面形状为椭球面形状。
4、 根据权利要求1或2或3所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于所述的第一透镜(6)、第三透镜(8)和第四透镜(9)和第五透镜(10)的非球面的表面形状满足以下方程Z=cy2/U+ V [ l- U+k) cV1 ]} + a i + a 2/+ a sy6+ a 4/+ a $y10+ a 6y12+ a 7y14+ a gy16。
5、 根据权利要求1或2或3所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征在于设置在第二群组(2)里的第二透镜(7)、第三透镜(8)和第四透镜(9)组合形成光折射的负组变焦、正组补偿。
6、 根据权利要求1或2或3所述的一种高像质微型变焦光学系 统，其特征在于系统元件特性满足以下表达式第一透镜(6)的 焦距fl :第二、第三、第四透镜(7)、(8)、(9)的组合焦距f234 : 第五透镜(10)的焦距f5约等于-2丄2，第一、第三、第四、第 五透镜(6)、 (8)、 (9)、 (10)组中的正透镜的色散系数vdl345P 减去第一、第三、第四、第五透镜(7)、 (8)、 (9)、 (10)组中的负 透镜的色散系数vdl345N大于25。
7、 根据权利要求1所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征 在于在所述的第五透镜(10)与感光芯片(18)之间一设有滤光片(ll)o
8、 根据权利要求1所述的一种高像质微型变焦光学系统，其特征 在于在第二群组(2)中，所述的第二透镜(7)下方设有光阑(16)， 在光阑(16)的下方还设有快门(17)。
9、 根据权利要求1所述的一种高像质徼型变焦光学系统，其特征 在于所述的第一群组(1)、第二群组(2)、第三群组(3)依次设 在承座(4)内，在承座(4)上设有凸轮筒(5)，在所述承座(4) 上开有限位的直线槽(41)，在凸轮筒(5)内壁开有起导轨作用的曲线槽(51)，所述第一群组(1)和第二群组(2)上的导轴(12)、 (13) 分别穿过直线槽(41)进入凸轮筒(5)内的曲线槽(51)里，第三 群组(3)的端设置在承座(4)里，另一端伸出承座(4)与调焦马 达(14)相连接，变焦马达(15)上的齿轮(16)啮合在凸轮筒(5) 外侧的齿圈(17)上。
专利摘要本实用新型涉及一种应用于高像素手机、高像质照相机的微型光学镜头的高像质微型变焦光学系统；本实用新型旨在克服现有技术不足，而提供了可使用于超薄变焦数码相机和手机的高像质微型变焦光学系统；它包括有从前到后依次设置的第一群组、第二群组、第三群组，在该第三群组下方设有感光芯片，在第一群组里设置有第一透镜，在第二群组里依次设置有第二透镜、第三透镜和第四透镜，在第三群组里设置有第五透镜，所述的第一透镜为双凹塑胶非球面透镜，第二透镜的两个表面为双凸的玻璃球面形状，第三透镜为弯月形状的塑胶非球面，第四个透镜为弯月形状的塑胶非球面，第五透镜的是双凸形状的玻璃非球面。
文档编号G02B15/16GK201037873SQ200720051110
公开日2008年3月19日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者肖明志 申请人:中山联合光电科技有限公司