CN201037873Y - 一种高像质微型变焦光学系统 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
【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、高像质照相机的微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：Z＝cy2/{1+√[1-(1+k)c2y2]}+α1y2+α2y4+α3y6+α4y8+α5y10+α6y12+α7y14+α8y16。
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∶1∶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时对不同距离的物体成拍摄清晰的照片。
【附图说明】
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】
下面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(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2.4mm～4mm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+√[1-1+kc2y2]}+α1y2+α2y4+α3y6+α4y8+α5y10+α6y12+α7y14+α8y16；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0之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于0时为扁椭圆形。α1至α8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1。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，结构上需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(Z0OM)，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f234∶第五透镜10的焦距f5约等于-2∶1∶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vd1345P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vd1345N大于25，即vd1345P-vd1345N>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11，光线是从滤光片11进入的，滤光片11对CMOS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1、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 | 类型 | 半径 | 厚度 | 玻璃 | 直径 | 圆锥系数 |
| 物ABCD光栏FGHIJKLM像 | 标准面非球面非球面标准面标准面标准面非球面非球面非球面非球面非球面非球面标准面标准面标准面 | 无穷大-1593.2无穷大无穷大61.723-1.5-5无穷大无穷大无穷大 | 100000015.6820.380.12510.110.7561.50.20.752.197343 | 1.580000，25.0000001.808000，53.0000001.788000.29.9091851.560000，65.0000001.500000.65.000000K9 | 11133266.76.123.622.641.9422.142.22.326.366.265.3411095.8845638.529702 | 0-0.056000-3.5-10.070.2-16-0.3000 |
面型数据详述：
面 物 ： 标准面
面 A ： 非球面
r2的系数 ： 0
r4的系数 ： -0.003269
r6的系数 ： -0.000459
r8的系数 ： -3.165e-005
r10的系数 ： 1e-007
r12的系数 ： 0
r14的系数 ： 0
r16的系数： 0
孔径 ： 可变孔径
最大半径 ： 3.35
面 B ： 非球面
r2的系数 ： 0
r4的系数 ： -0.0048466
r6的系数 ： -0.0004554
r8的系数 ： -1e-005
r10的系数： 1.822e-007
r12的系数： 0
r14的系数： 0
r16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
r2的系数 ： 0
r4的系数 ： -0.02798
r6的系数 ： 0.00316
r8的系数 ： 0.000461
r10的系数 ： -0.000183
r12的系数 ： 0
r14的系数 ： 0
r16的系数 ： 0
孔径 ： 可变孔径
最大半径 ： 1
面 G ： 非球面
r2的系数 ： 0
r4的系数 ： 0.007245
r6的系数 ： -0.014551
r8的系数 ： 0.01
r10的系数 ： -0.009702
r12的系数 ： 0
r14的系数 ： 0
r16的系数 ： 0
孔径 ： 可变孔径
最大半径 ： 1.07
面 H ： 非球面
r2的系数 ： 0
r4的系数 ： 0.00036
r6的系数 ： -0.0280416
r8的系数 ： 0.01
r10的系数 ： -0.0057928
r12的系数 ： 0
r14的系数 ： 0
r16的系数 ： 0
孔径 ： 可变孔径
最大半径 ： 1.1
面 I ： 非球面
r2的系数 ： 0
r4的系数 ： -0.006111
r6的系数 ： 0.0003664
r8的系数 ： -0.002902
r10的系数 ： 0.0026
r12的系数 ： 0
r14的系数 ： 0
r16的系数 ： 0
孔径 ：可变孔径
最大半径 ： 1.16
面 J ： 非球面
r2的系数 ： 0
r4的系数 ： 0.0054224
r6的系数 ： -0.0004238
r8的系数 ： 2.02e-005
r10的系数 ： 8.54e-007
r12的系数 ： 0
r14的系数 ： 0
r16的系数 ： 0
孔径 ： 可变孔径
最大半径 ： 3.18
面 K ： 非球面
r2的系数 ： 0
r4的系数 ： 0.005676
r6的系数 ： -0.0002217
r8的系数 ： -8e-005
r10的系数 ： 4.44e-006
r12的系数 ： 0
r14的系数 ： 0
r16的系数 ： 0
孔径 ： 可变孔径
最大半径 ： 3.13
面 L ： 标准面
面 M ： 标准面
面 像 ： 标准面
群组调焦移动范围：
第1，2群组间隔： 2mm-8mm
第2，3群组间隔： 1.2mm-10mm
第3，感光芯片间隔： 2.4mm-4mm
Claims (9)
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/{1+√[1-(1+k)c2y2]}+α1y2+α2y4+α3y6+α4y8+α5y10+α6y12+α7y14+α8y16。
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f1∶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∶1∶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vd1345P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vd1345N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(11)。
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所述的一种高像质微型变焦光学系统，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。
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|---|---|
| CN (1) | CN201037873Y (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103309020A (zh) * | 2012-03-08 | 2013-09-18 | 大立光电股份有限公司 | 光学成像系统镜组 |
-
2007
- 2007-04-26 CN CNU2007200511106U patent/CN201037873Y/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103309020A (zh) * | 2012-03-08 | 2013-09-18 | 大立光电股份有限公司 | 光学成像系统镜组 |
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| CX01 | Expiry of patent term |
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