专利名称：高像素广角摄像镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镜头的成像光学系统，更具体的说，是涉及一种小型的由五组透 镜组成的高像素广角摄像镜头。
背景技术：
数码影像产品(如摄像机、数码相机等)上的镜头，按其焦距或视场的不同可以分 为标准镜头、短焦(广角)镜头、长焦(望远)镜头三类。通常广角镜头就是指短焦距镜头， 一般焦距越长，视角就越小，拍摄范围就越小；焦距越短，视角就越大，拍摄范围也越大。使 用广角镜头可以扩大拍摄视野，在有限距离范围内拍摄出全景或大场面的照片。例如，在视 频摄像机中采用广角镜头也是为了能将进行网络视讯的客户端全部都能摄入网络视频中， 从而使得网络视频交流者能够达到真实的沟通效果。一般而言，用来制作镜头的光学透镜采用的是球面设计，也就是任何一个切面都 是圆形。采用球面的原因是因为加工时比较容易，但球面并不是最适合光学成像的透镜形 状，它会产生许多像差，导致影像模糊失焦。为克服上述像差，镜头设计者必须在镜头中使 用很多片透镜来补偿，从而导致在成像品质提高的同时，镜头也变得又大又沉重。随着CMOS芯片技术的发展，芯片的像素尺寸越来越小，对相配套的光学系统的成 像质量要求也越来越高，但与之匹配的光学镜头尺寸却变得越来越小；一般的广角摄像镜 头，由于其大视场角度和大相对孔径的特点，尺寸往往比较长，同时很难做到匹配一个高像 素感光芯片的要求，主要表现为解像力不够，畸变大以及主光线出射角度大，这就使得目前 广角摄像镜头普遍只应用于低要求的低像素模组。针对上述问题，本发明提出了一种全新的光学镜片结构，采用球面和非球面镜片 结合的方式、加上特定的光学结构设计，有效的解决了目前镜头中存在的解像力不够，畸变 大以及主光线出射角度大的问题。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺陷而提供一种高解像力、小畸变以及主光线出射角 度小的高品质小尺寸摄像镜头。为了实现本发明的上述目的，本发明提供一种高像素广角摄像镜头，沿光轴从物 方到像方依次包括具有负屈光度的第一透镜；具有正屈光度的第二透镜；具有正屈光度 的第三、第四透镜胶合组；具有正或负屈光度的第五透镜；此外，所述第五透镜采用非球面 透镜，并满足下列的表达式-0. 1 彡 F/F5 彡 0. 20. 3 彡 G5S2maxSag 彡 0. 9式中，F表示整个系统的焦距；F5表示第五透镜的焦距；G5S2maxSag表示第五透镜朝向像方一面的面形最大矢高处位置的口径相对有效全通光口径的比例。另外，优选的结构是，所述第一透镜为凸凹面透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方；
所述第二透镜为凹凸面透镜，凹面朝向物方，凸面朝向像方；所述第三透镜为双凸面透镜；所述第四透镜为凹凸面透镜，凹面朝向像方，凸面朝向物方；所述第五透镜为凸凹面透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方。此外，另一种优选的结构是，所述第一透镜为凸凹面透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方；所述第二透镜为凹凸面透镜，凹面朝向物方，凸面朝向像方；所述第三透镜为双凸面透镜；所述第四透镜为双凹面透镜；所述第五透镜为凸凹面透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方。进一步地，优选的结构是，所述第一透镜为非球面透镜。并且，所述第二透镜为球 面或非球面透镜，此外，所述第三透镜和第四透镜为球面透镜。进一步地，所述摄像镜头的光阑位置处在第一透镜与第二透镜中间。进一步地，优选的结构是，还设置有滤光片，所述滤光片处于第五透镜与成像平面 之间。此外，优选的结构是，所述第五透镜满足下面的表达式-0. 1 ^ F/F5 ^ 0. 1式中，F表示整个系统的焦距；F5表示第五透镜的焦距。此外，优选的结构是，所述第一透镜满足下列的表达式-0. 7 彡 F/F1 彡-0. 01式中，F表示整个系统的焦距；Fl表示第一透镜的焦距。进一步地，优选的结构是，所述第二透镜满足下列的表达式0. 35 彡 F/F2 彡 0. 751 彡 G2R1/G2R2 彡 3式中，F表示整个系统的焦距；F2表示第二透镜的焦距；G2R1表示第二透镜的朝向物方一面的曲率半径；G2R2表示第二透镜的朝向像方一面的曲率半径。此外，优选的结构是，所述非球面透镜为高次非球面透镜，并且满足下列的表达式Z(Ji)=——,Ck+Ah4 +Bh6 +Ch& + Dh10 + Eh12 + Fh14 + Gh16
l + ^Jl-(l + k)c2h2式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高Sag， c = 1/r，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A、B、C、D、Ε、F、G为高次非球面系数。本发明高像素广角摄像镜头，由于采用了球面和非球面镜片相结合的方式，提高 了整组镜头的解像能力，降低了畸变以及主光线出射角度，充分考虑了视场角和像质的兼 顾性，保证了镜头在大视角的情况下具有优良的成像品质，取得了较好的技术效果，同时， 合理的光焦度分配，使镜头的整体长度与最大像面圆的直径比值达到小于2，特别适用于网 络摄像等场合。
通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本实用新型上述特征和优点将 会变得更加清楚和容易理解。图1是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的具体结 构示意图；图2是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的轴上色 差图；图3是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的像散图；图4是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的畸变图；图5是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的倍率色 差图；图6是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的具体结 构示意图。
具体实施例方式下面，结合附图详细说明本发明涉及的具体实施方式
。(第一实施例)图1是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的具体结 构示意图，如图1所示，在一个具体实施例中，所述高像素广角镜头包括五组透镜和光阑， 物方位于五组透镜的左侧，像方位于五组透镜的右侧，并且，依光轴从物方到像方依次排列 为负屈光度的第一透镜E1、正屈光度的第二透镜E2、一正屈光度的第三透镜E3和第四透 镜E4构成的透镜胶合组、第五透镜E5，此外，在第五透镜E5的后面还设置有滤光片E6以及 芯片保护玻璃E7。并且，所述光阑E8位于第一透镜El和第二透镜E2中间。上述透镜系统在进行工 作时，从物方的光线经过五组透镜El、E2、E3、E4、E5，最终经过滤光片E6和芯片保护玻璃 E7后在芯片保护玻璃E7后面的成像平面像处形成影像。进一步参考图1对所述高像素广角摄像镜头进行描述，在一个实施例中，所述第 一透镜El为凸凹面透镜，并且凸面朝向物方，凹面朝向像方；所述第二透镜E2为凹凸面透 镜，凹面朝向物方，凸面朝向像方；所述第三透镜E3为双凸面透镜；所述第四透镜E4为凸 凹面透镜，凹面朝向像方，凸面朝向物方；所述第五透镜E5为凸凹面透镜，凸面朝向物方， 凹面朝向像方，并且，所述第四透镜E4为弯月形形状。进一步详细描述所述高像素广角镜头，为了达到提高整组镜头的解像能力，所述高像素广角摄像镜头采用了球面透镜和非球面透镜相结合的方式。一个实施例中，所述第 一透镜El和第五透镜E5选择为非球面透镜，第二透镜E2也选择为非球面透镜，并且，所述 第三透镜E3和第四透镜E4为球面双胶合透镜。当然，所述第二透镜E2也可以采用球面透镜。非球面透镜的特点是从透镜中心到周边曲率是连续变化的。与从透镜中心到周 边有一定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差 及改善像散像差的优点，能够使得视野变得更大而真实。采用非球面透镜后，能够尽可能地 消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。在一个实施例中，为了更好地达到降低系统的畸变以及主光线出射角度，提高整 组镜头的成像效果，需要对所述第五透镜E5进行特定的设计。优选所述非球面透镜E5满 足下列的表达式-0. 1 ≤ F/F5 ≤ 0. 20. 3 ≤ G5S2maxSag ≤ 0. 9式中，F表示整个系统的焦距；F5表示第五透镜的焦距；G5S2maxSag表示第五透镜朝向像方一面的面形最大矢高处位置的口径相 对有效全通光口径的比例。所述的高像素广角摄像镜头中，光线分别通过第一透镜、第二透镜、第三、第四透 镜、最终通过第五透镜E5并进入到成像平面。由于所述第五透镜采用了非球面透镜，因此， 可以较好地调整主光线在成像平面上形成的影像。此外，针对现有广角摄像镜头中存在的成像畸变的缺陷，所述第五透镜的形状做 了一定的改善，使畸变减少到最小的程度。由于非球面透镜的形状可以用G5S2maxSag来限 定，因此，一个实施例中，其范围为0. 3彡G5S2maxSag彡0. 9，式中，G5S2maxSag表示第五透 镜朝向像方一面的面形最大矢高处位置的口径相对有效全通光口径的比例。此外，一个实施例中，所述第五透镜E5的F/F5的数值范围为-0. 1彡F/F5彡0. 2， F表示整个系统的焦距，F5表示第五透镜的焦距。进一步的优选实施例中，所述第五透镜E5的F/F5的数值范围为-0. 1 ( F/ F5 < 0. 1，F表示整个系统的焦距，F5表示第五透镜的焦距。满足上述两个表达式后，能够很明显地降低所述高像素广角摄像镜头系统的畸变 以及主光线的出射角度。在一个实施例中，所述第五透镜E5为两个非球面组成，并且所述的非球面的外观 呈现波浪型的外形。此外，一个实施例中，在所述高像素广角摄像镜头中采用的非球面透镜，选择为高 次非球面透镜，并且所述的非球面透镜的非球面需要满足下列的表达式 式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高 Sag, c = 1/r，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A、B、C、D、E、F、G为高次非球面 系数。
此外，在一个实施例中，为了使摄像镜头可以做到更薄，控制F/F1在一定的范围 之内，优选其比值为-0. 7 ≤ F/F1 ≤-0. 01式中，F表示整个系统的焦距；Fl表示第一透镜的焦距；符合该公式使得镜头可以 做到更薄。为了达到更好地矫正系统球差的目的，在实施例中，控制G2R1/G2R2在一定的数 值范围内，优选其比值为0. 35 ≤ F/F2 ≤ 0. 751 ≤ G2R1/G2R2 ≤ 3式中，F表示整个系统的焦距；F2表示第二透镜的焦距；G2R1表示第二透镜的朝向 物方一面的曲率半径；G2R2表示第二透镜的朝向像方一面的曲率半径。将G2R1/G2R2、F/F2的数值控制在上述范围之内，可以矫正系统球差，同时，所述 第二透镜E2配合第一透镜El以及光阑E8，可以更好地降低系统慧差，最终提高所述高像素 广角摄像镜头的成像效果。进一步参照图表进行描述，表1、表2列出的是本发明的一个实施例的所有透镜的 相关参数，包含透镜面的曲率半径和直径，还有各透镜的中心厚度、空间间隔、从物方到像 方依次顺序的光学材料的折射率和阿贝数。沿光轴平行从物方一侧开始，将各个镜片依次编号，第一透镜El的镜面为S1、S2， 光阑面为S3，第二透镜E2的镜面为S4、S5，第三透镜E3的镜面为S6、S7，由于第三透镜E3 与第四透镜E4胶合在一起，因此第四透镜E4的镜面为S7、S8，第五透镜E5的镜面为S9、 S10，滤光片E6的镜面为S11、S12，芯片保护玻璃E7的镜面为S13、S14，S15为成像平面。系统参数1/2. 5〃英寸感光器，光圈值FNO 2.8，表 1 下表是非球面透镜的非球面高次项系数Α、B、C、D、Ε、F、G 表2 此外，图2至图5为相应于具体实施例的光学性能曲线图。其中，图2是表示本发 明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的轴上色差图，其表示不同波长的光 线经由光学系统后的会聚焦点偏离，单位为mm ；图3是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的像散曲 线图，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，单位为mm ；图4是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的畸变图， 表示不同视角情况下的畸变大小值，单位为％ ；图5是表示本发明的一个具体实施方式
所涉及的高像素广角摄像镜头的倍率色 差图，其表示不同波长的光线经由光学系统后在成像平面上的不同的像高的偏差，单位为 μ m0从上述光学性能曲线图中的数据可以分析发现，相比于传统的摄像镜头结构，本 发明摄像镜头具有较好的光学效果。(第二实施例)下面结合附图描述本发明的另一种具体实施例。图6揭示了另一种透镜的具体实施例的结构示意图，相比于第一具体实施例，本 实施例中，所述的第四透镜E4'选择为双凹面透镜。如图6所示，所述高像素广角镜头由五组透镜构成，物方位于五组透镜的左侧，像 方位于五组透镜的右侧，依光轴从物方到像方依次由负屈光度的第一透镜El'、正屈光度的第二透镜E2'、正屈光度的第三透镜E3'、第四透镜E4'胶合组、第五透镜E5'和滤光片E6'以及芯片保护玻璃E7'组成，并且当物方的光线经过五组透镜、滤光片和芯片保护 玻璃后即在像方形成影像，并且所述第五透镜E5'的屈光度可以为正的、也可以为负的。并且，所述光阑E8'位于第一透镜El和第二透镜E2中间。进一步描述本发明，参照图6，所述第一透镜El'选择为凸凹面透镜，并且凸面朝 向物方，凹面朝向像方；所述第二透镜E2'为凹凸面透镜，并且凹面朝向物方，凸面朝向像 方；所述第三透镜E 3'为双凸面透镜；与上述实施例不同，本具体实施例中，所述第四透 镜E4'为双凹面透镜，所述第五透镜E5'为凸凹面透镜，并且凸面朝向物方，凹面朝向像 方；该镜头的光阑位置处于第一透镜El'和第二透镜E2'之间，并且，第一透镜El'和第 五透镜E2'为非球面透镜，第二透镜E2'为非球面透镜，所述第三透镜E3'和第四透镜 E4'为球面双胶合透镜。当然，第二透镜E2'也同样可以选择为球面透镜。所述第五透镜的非球面为两个，其中，一个非球面外观呈波浪形，另一个非球面呈 现略平的形状。此外，所述的非球面透镜，选择为高次非球面透镜，并且，所述非球面需要满足下 列公式 式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高 Sag, c = 1/r，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A、B、C、D、E、F、G为高次非球面 系数。为了更好地达到降低系统的畸变以及主光线出射角度，在本实施例中，所述第五 透镜满足下列的表达式-0. 1 ≤ F/F5 ≤ 0. 20. 3 ≤ G5S2maxSag ≤ 0. 9式中，F表示整个系统的焦距；F5表示第五透镜E5'的焦距；G5S2maXSag表示第 五透镜E5'朝向像方一面的面形最大矢高处位置的口径相对有效全通光口径的比例。并且，进一步的优选实施例中，所述第五透镜E5 ‘的F/F5的数值范围 为-0. 1 ≤F/F5≤0. 1，F表示整个系统的焦距，F5表示第五透镜的焦距。此外，一个实施例中，为了使得镜头可以做的更薄，所述第一透镜ΕΓ的F/F1范 围满足下列的表达式-0. 7 ≤ F/F1 ≤-0. 01式中，F表示整个系统的焦距；Fl表示第一透镜El'的焦距。并且，一个实施例中，为了达到更好地矫正系统球差的目的，所述第二透镜E2'满 足下面的表达式0. 35 ≤ F/F2 ≤ 0. 751 ≤G2R1/G2R2 ≤ 3式中，F表示整个系统的焦距；F2表示第二透镜E2'的焦距；G2R1表示第二透 镜的朝向物方一面的曲率半径；G2R2表示第二透镜的朝向像方一面的曲率半径，将G2R1/G2R2、F/F2的范围控制在上述范围之内，可以矫正系统球差，配合第一透镜El'以及光阑Ε8'位置，可以降低系统慧差。进一步参照图表进行描述，表3、表4列出的是本发明的一个实施例的所有透镜的 相关参数，包含透镜面的曲率半径和直径，还有各透镜的中心厚度、空间间隔、从物方到像 方依次顺序的光学材料的折射率和阿贝数。沿光轴平行从物方一侧开始，将各个镜片依次编号，第一透镜El'的镜面为 Sl'、S2'，光阑面为S3'，第二透镜E2'的镜面为S4'、S5'，第三透镜E3'的镜面为 S6'、S7'，由于第三透镜E 3'与第四透镜E4'胶合在一起，因此第四透镜E4'的镜面为 S7'、S8'，第五透镜E5'的镜面为S9' ,SlO'，滤光片E6'的镜面为Sll'、S12'，芯片 保护玻璃E7的镜面为S13'、S14' , S15'为成像平面。系统参数1/2. 5〃英寸感光器，光圈值FN02. 8，表3 下表是非球面透镜的非球面高次项系数Α、B、C、D、E、F、G 表4 本发明高像素广角镜头，由于采取了上述的结构设计，在用于1/2. 5"的感光芯片 时，视角、最高解像力都有了较大程度的提高；在考虑了 CCD或CMOS等电子器件在接受感光 时的主光线角度匹配性，主光线入射角度也有了较大的降低，解决了画面颜色差异的问题 以及相对亮度的均勻性。相比于传统的摄像头设计，具备较佳的光学性能。需要注意的是，上述表格中的具体参数仅仅是例示性的，各透镜成分曲率半径、面 间隔、以及折射率的值等，不限于由上述各数值实施例所示出的值，可以采用其他的值，都 可以达到类似的技术效果。虽然上面针对高像素广角镜头描述了本发明的原理以及具体实施方式
，但是，在 本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形， 而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描 述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其 等同物限定。
权利要求
一种高像素广角摄像镜头，沿光轴从物方到像方依次包括具有负屈光度的第一透镜；具有正屈光度的第二透镜；具有正屈光度的第三、第四透镜胶合组；具有正或负屈光度的第五透镜；此外，所述第五透镜采用非球面透镜，并满足下列的表达式-0.1≤F/F5≤0.20.3≤G5S2maxSag≤0.9式中，F表示整个系统的焦距；F5表示第五透镜的焦距；G5S2maxSag表示第五透镜朝向像方一面的面形最大矢高处位置的口径相对有效全通光口径的比例。
2.根据权利要求1所述的高像素广角镜头，其特征在于， 所述第一透镜为凸凹面透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方； 所述第二透镜为凹凸面透镜，凹面朝向物方，凸面朝向像方； 所述第三透镜为双凸面透镜；所述第四透镜为凹凸面透镜，凹面朝向像方，凸面朝向物方； 所述第五透镜为凸凹面透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方。
3.根据权利要求1所述的高像素广角镜头，其特征在于， 所述第一透镜为凸凹面透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方； 所述第二透镜为凹凸面透镜，凹面朝向物方，凸面朝向像方； 所述第三透镜为双凸面透镜；所述第四透镜为双凹面透镜；所述第五透镜为凸凹面透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方。
4.根据权利要求1所述的高像素广角摄像镜头，其特征在于， 所述第一透镜为非球面透镜，所述第二透镜为球面或非球面透镜， 所述第三透镜和第四透镜为球面透镜。
5.根据权利要求1所述的高像素广角摄像镜头，其特征在于， 所述摄像镜头的光阑处于第一透镜和第二透镜之间。
6.根据权利要求1所述的高像素广角摄像镜头，其特征在于， 还设置有滤光片，所述滤光片处于第五透镜与成像平面之间。
7.根据权利要求1、2、3任一所述的高像素广角摄像镜头，其特征在于， 所述第五透镜所述满足下列的表达式-0. 1 ≤ F/F5 ≤ 0. 1式中，F表示整个系统的焦距；F5表示第五透镜的焦距。
8.根据权利要求1、2、3任一所述的高像素广角摄像镜头，其特征在于， 所述第一透镜满足下列的表达式-0. 7 ≤ F/F1 ≤-0. 01式中，F表示整个系统的焦距； Fl表示第一透镜的焦距。
9.根据权利要求1、2、3任一所述的高像素广角摄像镜头，其特征在于， 所述第二透镜满足下列的表达式0. 35 ≤ F/F2 ≤ 0. 751 ≤ G2R1/G2R2 ≤ 3式中，F表示整个系统的焦距；F2表示第二透镜的焦距；G2R1表示第二透镜的朝向物方一面的曲率半径；G2R2表示第二透镜的朝向像方一面的曲率半径。
10.根据权利要求1或4所述的高像素广角摄像镜头，其特征在于， 所述非球面透镜为高次非球面透镜，并且满足下列的表达式Z{h)=ch2/1+√1-(1+K)c2h2+Ah4 +Bh6 +Ch8 +Dhw + Ehn + Fhu + Gh16 式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高Sag，c = 1/r，r表示镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，A、B、C、D、Ε、F、G为高次非球面系数。
全文摘要
本发明涉及一种高像素广角摄像镜头，沿光轴从物方到像方依次包括具有负屈光度的第一透镜；具有正屈光度的第二透镜；具有正屈光度的第三、第四透镜胶合组；具有正或负屈光度的第五透镜；此外，所述第五透镜采用非球面透镜，并满足下列的表达式-0.1≤F/F5≤0.2，0.3≤G5S2maxSag≤0.9；式中，F表示整个系统的焦距；F5表示第五透镜的焦距；G5S2maxSag表示第五透镜朝向像方一面的面形最大矢高处位置的口径相对有效全通光口径的比例。
文档编号G02B13/06GK101846792SQ201010112289
公开日2010年9月29日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者戴付建, 黄林 申请人:浙江舜宇光学有限公司