專利名稱：定焦鏡頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鏡頭，特別涉及一種定焦鏡頭。

背景技術：
近年來，數(shù)碼相機裝置快速發(fā)展。隨著數(shù)碼相機的設計逐漸趨于輕薄短小，數(shù)碼相機上的光學鏡頭設計也就越趨重要。一般相機鏡頭可分為定焦鏡頭與變焦鏡頭，定焦鏡頭因其較為單純的特性，可以用較低的成本給數(shù)碼相機提供良好的成像質量。
雖然定焦鏡頭設計已經(jīng)發(fā)展了一段時日，但整個定焦鏡頭的光學系統(tǒng)成本、總長及成像質量，依然有許多的進步空間。
因此如何降低定焦鏡頭的光學系統(tǒng)成本及總長，并提供良好的成像質量，使相機裝置可以縮小整體體積與成本，為目前各廠商所努力的目標。


發(fā)明內容
因此，本發(fā)明要解決的技術問題就在于提供一種定焦鏡頭，用以降低成本，并提供良好的成像質量。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的一個技術方案是提出一種定焦鏡頭，由物端至成像端于光軸上依次包括具有負屈光率的第一透鏡組，所述第一透鏡組包含有塑膠負透鏡，所述塑膠負透鏡的至少一表面為非球面；具有正屈光率的第二透鏡組，所述第二透鏡組包含有塑膠正透鏡，所述塑膠正透鏡的至少一表面為非球面；且所述定焦鏡頭滿足下列條件-1＜2Gf/1Gf＜0，其中1Gf為所述第一透鏡組的焦距，2Gf為所述第二透鏡組的焦距。
所述定焦鏡頭中，所述第一透鏡組還包含末端正透鏡，所述末端正透鏡設置在所述塑膠負透鏡的成像端。并且，所述第一透鏡組滿足下列條件-0.5＜(C1 f/L3 f)＜0.5，其中C1 f為包含所述塑膠負透鏡且不包含所述末端正透鏡時的焦距，L3f為所述末端正透鏡的焦距。
或者，所述第一透鏡組還包含物端正透鏡與末端正透鏡，所述物端正透鏡與末端正透鏡分別設置在所述塑膠負透鏡的兩側。所述第一透鏡組需滿足下列條件-0.5＜(C1 f/L3 f)＜0.5，其中C1 f為所述物端正透鏡及所述塑膠負透鏡的合成焦距，L3f為所述末端正透鏡的焦距。
所述定焦鏡頭中，所述第二透鏡組還包含中央正透鏡與成像端負透鏡，所述中央正透鏡設置在所述塑膠正透鏡與所述成像端負透鏡之間。所述第二透鏡組還滿足下列條件-1.5＜(L5f/L6f)＜-0.5，其中L5f為所述中央正透鏡的焦距，L6f為所述成像端負透鏡的焦距。
所述定焦鏡頭還包括有孔徑光闌，所述孔徑光闌位于所述第一透鏡組與所述第二透鏡組之間。所述定焦鏡頭還包括有濾波器，所述濾波器位于所述第二透鏡組與成像端之間。
本發(fā)明將定焦鏡頭的公差敏感度均勻分配，可以提高生產裝配的合格率，進而降低整體成本。此外，由于定焦鏡頭中的部份透鏡采用塑膠材質的非球面鏡片，降低了成本并提高成像質量。配合光學參數(shù)的設計，本發(fā)明還降低了定焦鏡頭的光學系統(tǒng)總長。



下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中 圖1是本發(fā)明第一實施例的定焦鏡頭示意圖； 圖2A是本發(fā)明第一實施例的定焦鏡頭場的場曲圖； 圖2B是本發(fā)明第一實施例的定焦鏡頭場的畸變圖； 圖3A-3F分別是本發(fā)明第一實施例的定焦鏡頭的光扇形圖； 圖4是本發(fā)明第一實施例的定焦鏡頭的縱向像差圖； 圖5是本發(fā)明第一實施例的定焦鏡頭的離焦調變轉換函數(shù)圖。
圖6是本發(fā)明第二實施例的定焦鏡頭示意圖； 圖7A是本發(fā)明第二實施例的定焦鏡頭場的場曲圖； 圖7B是本發(fā)明第二實施例的定焦鏡頭場的畸變圖； 圖8A-8F分別是本發(fā)明第二實施例的定焦鏡頭的光扇形圖； 圖9是本發(fā)明第二實施例的定焦鏡頭的縱向像差圖； 圖10A-10B是本發(fā)明第二實施例的定焦鏡頭的離焦調變轉換函數(shù)圖。
主要組件符號說明
100/200定焦鏡頭 110第一透鏡組 112第一正透鏡114第二負透鏡 116第三正透鏡120第二透鏡組 122第四正透鏡124第五正透鏡 126第六負透鏡130孔徑光闌 140濾波器150成像端 160物端 170光軸
具體實施例方式 本發(fā)明的實施例將公差敏感度均勻分配，并且部份透鏡使用塑膠材質的非球面鏡片，可降低整體成本，提高成像質量。任何本領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可變更其中的光學參數(shù)與部份透鏡的材質，以符合實際應用的情形。
本發(fā)明實施例的定焦鏡頭由物端至成像端在光軸上依次包括第一透鏡組與第二透鏡組。當定焦鏡頭裝設于相機內時，成像端則為相機內的感光組件。第一透鏡組具有負屈光率，且包括有塑膠負透鏡，所述塑膠負透鏡具有至少一表面為非球面。第二透鏡組具有正屈光率，且包括有塑膠正透鏡，所述塑膠正透鏡具有至少一表面為非球面。
本發(fā)明各實施例的定焦鏡頭滿足下列條件 -1＜2Gf/1Gf＜0......(1) 其中，1Gf為第一透鏡組的焦距，2Gf為第二透鏡組的焦距。
此外，第一透鏡組還包含末端正透鏡，設置于塑膠負透鏡的成像端，且第一透鏡組滿足下列條件 -0.5＜(C1 f/L3 f)＜0.5......(2) 其中，C1 f為包含塑膠負透鏡且不包含末端正透鏡時的焦距，L3f為末端正透鏡的焦距。
此外，第一透鏡組還包含物端正透鏡，設置于塑膠負透鏡的物端，且第一透鏡組滿足上列條件(2)。其中，C1 f為該物端正透鏡及塑膠負透鏡的合成焦距，L3f為末端正透鏡的焦距。
而第二透鏡組還包含中央正透鏡與成像端負透鏡，且中央正透鏡設置于塑膠正透鏡與成像端負透鏡之間。第二透鏡組滿足下列條件 -1.5＜(L5f/L6f)＜-0.5......(3) 其中，L5f為中央正透鏡的焦距，L6f為成像端負透鏡的焦距。
為了更加仔細描述各透鏡間的相對關系及作用，請參照圖1，為本發(fā)明第一個實施例的定焦鏡頭100的示意圖。定焦鏡頭100由物端160到成像端150于光軸170上依次包括第一透鏡組110及第二透鏡組120。其中，第一透鏡組110具有負屈光率，第二透鏡組120具有正屈光率，且第一透鏡組110和第二透鏡組120分別由三塊透鏡所組成。為了更清楚各透鏡間的相對位置，此處以從物端160到成像端150的排列順序為透鏡命名。
第一透鏡組110由物端160到成像端150依次包括第一正透鏡112、第二負透鏡114及第三正透鏡116。其中第一正透鏡112即為上述的物端正透鏡，第二負透鏡114為塑膠負透鏡，第三正透鏡116為末端正透鏡。
第二透鏡組120由物端160到成像端150依次包括第四正透鏡122、第五正透鏡124及第六負透鏡126。其中第四正透鏡122即為上述的塑膠正透鏡，第五正透鏡124為中央正透鏡，第六負透鏡126為成像端負透鏡。
第一透鏡組110與第二透鏡組120必須符合條件(1)以均勻分配公差敏感度。第一透鏡組110藉由正負正的透鏡搭配以校正色收差，其中第二負透鏡114設計成非球面以矯正像差，且第一透鏡組110的各透鏡112、114與116的焦距必須符合條件(2)。而第二透鏡組120中，第五正透鏡124與第六負透鏡126可相互搭配以矯正像差，且第五正透鏡124與第六負透鏡126的焦距必須符合條件(3)。
此外，定焦鏡頭100還包括有孔徑光闌130，孔徑光闌130設置在第一透鏡組110與第二透鏡組120之間。另有濾波器140設置在第二透鏡組120與成像端150之間。
如圖6所示為本發(fā)明第二個實施例的定焦鏡頭200的示意圖。定焦鏡頭200由物端160到成像端150于光軸170上依次包括第一透鏡組110及第二透鏡組120。其中，第一透鏡組110具有負屈光率，第二透鏡組120具有正屈光率，第一透鏡組110由二塊透鏡所組成，且第二透鏡組120由三塊透鏡所組成。為了更清楚各透鏡間的相對位置，此處以從物端160到成像端150的排列順序為透鏡命名。
第一透鏡組110由物端160到成像端150依次包括第二負透鏡114、第三正透鏡116。其中第二負透鏡114為塑膠負透鏡，第三正透鏡116為末端正透鏡。
第二透鏡組120由物端160到成像端150依次包括第四正透鏡122、第五正透鏡124及第六負透鏡126。其中第四正透鏡122即為上述的塑膠正透鏡，第五正透鏡124為中央正透鏡，第六負透鏡126為成像端負透鏡。
本發(fā)明第二實施例的定焦鏡頭200與第一實施例的定焦鏡頭100的區(qū)別在于，定焦鏡頭200中未包含設置在第二負透鏡(塑膠負透鏡)114的物端的第一正透鏡(物端正透鏡)112。第二實施例的定焦鏡頭200中，第一透鏡組110與第二透鏡組120必須符合條件(1)以均勻分配公差敏感度。第一透鏡組110藉由負正的透鏡搭配以校正色收差，其中第二負透鏡114設計成非球面以矯正像差，且第一透鏡組110的各透鏡114與116的焦距必須符合條件(2)。而第二透鏡組120中，第五正透鏡124與第六負透鏡126可相互搭配以矯正像差，且第五正透鏡124與第六負透鏡126的焦距必須符合條件(3)。
此外，定焦鏡頭200還包括有孔徑光闌130，孔徑光闌130設置在第一透鏡組110與第二透鏡組120之間。另有濾波器140設置在第二透鏡組120與成像端150之間。
為了顯示本發(fā)明定焦鏡頭的實用性與優(yōu)點，以下給出依據(jù)上述條件設計的兩個實施例，并揭露出此兩個實施例中的各項光學參數(shù)及光學特性圖表。
第一實施例 表1依次列舉出了根據(jù)本發(fā)明設計出的定焦鏡頭100的第一透鏡組與第二透鏡組的各項參數(shù)，其中，S11和S12分別表示第一正透鏡的物端面和成像端面，S21和S22分別表示第二負透鏡的物端面和成像端面，S31和S32分別表示第三正透鏡的物端面和成像端面，S41和S42分別表示第四正透鏡的物端面和成像端面，S51和S52分別表示第五正透鏡的物端面和成像端面，S61和S62分別表示第六負透鏡的物端面和成像端面，STO.為孔徑光闌130，F(xiàn)S1與FS2為濾波器140之兩面
定焦鏡頭第一實施例的其它光學特性則列于表2中
由表2可知，第一實施例的定焦鏡頭的2Gf/1Gf參數(shù)值為-0.529，符合條件(1)。(C1 f)/L3 f參數(shù)值為0.104，符合條件(2)。L5f/L6f參數(shù)值為-1.11，符合條件(3)。
此外，第一透鏡組中的第二負透鏡與第二透鏡組中的第四正透鏡皆為非球面透鏡，其非球面透鏡系數(shù)方程式如下 其中z為透鏡的sag值，亦即透鏡面的凹陷度，c為曲率半徑的倒數(shù)，h為透鏡面到光軸間的距離，k為圓錐系數(shù)(Conic Coefficient)，A、B、C及D則分別為高階非球面系數(shù)。各非球面的高階非球面系數(shù)依序列于表3中
接著請參照圖2A與圖2B，分別為定焦鏡頭第一實施例的場曲/畸變圖。兩圖中的入射光波長為486奈米(nm)，圖2A為場曲圖，圖中的T代表入射光的子午光線(Tangential Ray)，S代表入射光的弧矢光線(Sagittal Ray)，橫坐標表示成像點到理想像面的距離，縱坐標為理想像高或入射角度。圖2B為畸變圖，橫坐標表示成像點到理想點的百分比差，縱坐標為理想像高或入射角度。根據(jù)圖2A與圖2B所示，第一實施例的定焦鏡頭的場曲及畸變情況并不嚴重。
請參照圖3A至圖3F，分別代表不同像高下，波長分別為436、486、588與656奈米(nm)的光扇形(ray fan)圖。其中圖3A到圖3F分別為像高(IMA)0、1.41、2.35、3.29、4.23及4.6毫米(mm)處所得的結果。由于具有子午與弧矢兩面，因此每個像高皆有兩個光扇形圖，一個對應子午面(PY與EY)，一個對應弧矢面(PX與EX)。根據(jù)光扇形圖的結果可知，第一實施例的定焦鏡頭在大部分的狀況下，其成像誤差值都在可接受的范圍內。
請參照圖4，為縱向像差的示意圖。在波長分別為436、486、588與656奈米的光線下，第一實施例的定焦鏡頭具有良好的成像效果。
請參照圖5，為定焦鏡頭的離焦調變轉換函數(shù)(Through Focus MTF)圖。其中，空間頻率(Spatial Frequency)設定為100lp/mm。通過焦點的偏移及相對應的光學轉換函數(shù)(Optical Transfer Function)結果，可得知第一實施例的定焦鏡頭具有良好的光學分辨率。
本發(fā)明第一實施例的定焦鏡頭將公差敏感度均勻分配，從而降低成本。此外，本發(fā)明定焦鏡頭中的部份透鏡采用塑膠材質的非球面鏡面，配合光學參數(shù)的設計，使該定焦鏡頭具有良好的成像質量，也同時符合成本的考慮。而且本發(fā)明的定焦鏡頭在采用第一實施例揭露的光學參數(shù)的情況下，系統(tǒng)總長僅為20.786毫米(mm)，降低了實際應用時光學裝置的光學系統(tǒng)總長。
第二實施例 表4依次列舉出了根據(jù)本發(fā)明設計出的定焦鏡頭200的第一透鏡組與第二透鏡組的各項參數(shù)，其中，S11’和S12’分別表示第二負透鏡的物端面和成像端面，S21’和S22’分別表示第三正透鏡的物端面和成像端面，S31’和S32’分別表示第四正透鏡的物端面和成像端面，S41’和S42’分別表示第五正透鏡的物端面和成像端面，S51’和S52’分別表示第六負透鏡的物端面和成像端面，STO.為孔徑光闌130，F(xiàn)S1與FS2為濾波器140之兩面
定焦鏡頭第二實施例的其它光學特性則列于表5中

由表5可知，第二實施例的定焦鏡頭的2Gf/1Gf參數(shù)值為-0.39918，符合條件(1)。(C1 f)/L3 f參數(shù)值為-0.4194，符合條件(2)。L5f/L6f參數(shù)值為-1.1169，符合條件(3)。
此外，第一透鏡組中的第二負透鏡與第二透鏡組中的第五正透鏡皆為非球面透鏡，其非球面透鏡系數(shù)方程式如下 其中z為透鏡的sag值，亦即透鏡面的凹陷度，c為曲率半徑的倒數(shù)，h為透鏡面到光軸間的距離，k為圓錐系數(shù)，A、B、C及D則分別為高階非球面系數(shù)。各非球面的高階非球面系數(shù)依序列于表6中
接著請參照圖7A與圖7B，分別為定焦鏡頭第二實施例的場曲/畸變圖。兩圖中的入射光波長為486奈米(nm)，圖7A為場曲圖，圖中的T代表入射光的子午光線，S代表入射光的弧矢光線，橫坐標表示成像點到理想像面的距離，縱坐標為理想像高或入射角度。圖7B為畸變圖，橫坐標表示成像點到理想點的百分比差，縱坐標為理想像高或入射角度。根據(jù)圖7A與圖7B所示，第二實施例的定焦鏡頭的場曲及畸變情況并不嚴重。
請參照圖8A至圖8F，分別代表不同像高下，波長分別為436、486、588與656奈米(nm)的光扇形圖。其中圖3A到圖3F分別為像高(IMA)0、1.11、1.85、2.59、3.33及3.7毫米(mm)處所得的結果。由于具有子午與弧矢兩面，因此每個像高皆有兩個光扇形圖，一個對應子午面(PY與EY)，一個對應弧矢面(PX與EX)。根據(jù)光扇形圖的結果可知，第二實施例的定焦鏡頭在大部分的狀況下，其成像誤差值都在可接受的范圍內。
請參照圖9，為縱向像差的示意圖。在波長分別為436、486、588與656奈米的光線下，第二實施例的定焦鏡頭具有良好的成像效果。
請參照圖10A與圖10B，為第二實施例的定焦鏡頭的離焦調變轉換函數(shù)(Through Focus MTF)圖。其中，圖10A中，空間頻率設定為100lp/mm，圖10B中，空間頻率設定為200lp/mm。通過焦點的偏移及相對應的光學轉換函數(shù)結果，可得知第二實施例的定焦鏡頭具有良好的光學分辨率。
本發(fā)明第二實施例的定焦鏡頭將公差敏感度均勻分配，從而降低成本。此外，本發(fā)明定焦鏡頭中的部份透鏡采用塑膠材質的非球面鏡面，配合光學參數(shù)的設計，使該定焦鏡頭具有良好的成像質量，也同時符合成本的考慮。而且本發(fā)明的定焦鏡頭在采用第二實施例揭露的光學參數(shù)的情況下，系統(tǒng)總長僅為18.47毫米(mm)，降低了實際應用時光學裝置的光學系統(tǒng)總長。
雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，但其并非是對本發(fā)明的限定，任何本領域的普通技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以所附的權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種定焦鏡頭，其特征在于，由物端至成像端于光軸上依次包括
具有負屈光率的第一透鏡組，所述第一透鏡組包含有塑膠負透鏡，所述塑膠負透鏡的至少一表面為非球面；
具有正屈光率的第二透鏡組，所述第二透鏡組包含有塑膠正透鏡，所述塑膠正透鏡的至少一表面為非球面；
且所述定焦鏡頭滿足下列條件
-1＜2Gf/1Gf＜0
其中1Gf為所述第一透鏡組的焦距，2Gf為所述第二透鏡組的焦距。
2.如權利要求1所述的定焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組還包含物端正透鏡與末端正透鏡，所述物端正透鏡與末端正透鏡分別設置在所述塑膠負透鏡的兩側。
3.如權利要求2所述的定焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組滿足下列條件
-0.5＜(C1f/L3f)＜0.5
其中C1f為所述物端正透鏡及所述塑膠負透鏡的合成焦距，L3f為所述末端正透鏡的焦距。
4.如權利要求1所述的定焦鏡頭，其特征在于，所述第二透鏡組還包含中央正透鏡與成像端負透鏡，所述中央正透鏡設置在所述塑膠正透鏡與所述成像端負透鏡之間。
5.如權利要求4所述的定焦鏡頭，其特征在于，所述第二透鏡組滿足下列條件
-1.5＜(L5f/L6f)＜-0.5
其中L5f為所述中央正透鏡的焦距，L6f為所述成像端負透鏡的焦距。
6.如權利要求1所述的定焦鏡頭，其特征在于，所述定焦鏡頭還包括有孔徑光闌，所述孔徑光闌位于所述第一透鏡組與所述第二透鏡組之間。
7.如權利要求1所述的定焦鏡頭，其特征在于，所述定焦鏡頭還包括有濾波器，所述濾波器位于所述第二透鏡組與成像端之間。
8.如權利要求1所述的定焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組還包含末端正透鏡，所述末端正透鏡設置在所述塑膠負透鏡的成像端。
9.如權利要求8所述的定焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組滿足下列條件
-0.5＜(C1f/L3f)＜0.5
其中C1f為包含所述塑膠負透鏡且不包含所述末端正透鏡時的焦距，L3f為所述末端正透鏡的焦距。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定焦鏡頭，由物端至成像端于光軸上依次包括第一透鏡組與第二透鏡組。第一透鏡組具有負屈光率，第二透鏡組具有正屈光率。所述定焦鏡頭滿足-1＜2Gf/1Gf＜0的條件，其中1Gf為第一透鏡組的焦距，2Gf為第二透鏡組的焦距。本發(fā)明將定焦鏡頭的公差敏感度均勻分配，提高了生產裝配的合格率，進而降低整體成本。本發(fā)明定焦鏡頭中的部份透鏡采用塑膠材質的非球面鏡片，降低了成本并提高成像質量。配合光學參數(shù)的設計，本發(fā)明還降低了定焦鏡頭的光學系統(tǒng)總長。
文檔編號G02B9/10GK101354475SQ200710138460
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權日2007年7月26日
發(fā)明者張谷源 申請人:亞洲光學股份有限公司