專利名稱：具有外部快門的鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有外部快門的鏡頭，是一種為電子成像傳感器配備的高分辯率鏡頭，特別適合于數(shù)碼相機使用。
使用高分辯率電子成像傳感器的數(shù)碼相機需要配備能夠大量生產(chǎn)并且不昂貴的高分辯率鏡頭，這種需要在面向消費市場的數(shù)碼相機中尤為突出。對某種特定的傳感器而言，為了獲得更高的傳感器性能，必需為其鏡頭增加機械快門和可變光圈。為了在各種光亮程度下拍攝到良好效果的照片一般也需要可變光圈。在較暗的環(huán)境中拍攝時，光圈必需被全部打開，這樣才可以使足夠的光照射到傳感器。在較明亮的環(huán)境中，光圈必需縮小，這樣可以減少射入到傳感器的光的數(shù)量，以避免傳感器飽和。并且減少光圈有利于增加景深，從而在一個很大的距離范圍內(nèi)使被照物體處在一個清晰的焦距上。對一些特定的逐幀傳遞傳感器芯片，為了獲得清晰的感應信息，芯片的活動區(qū)域必需在讀出數(shù)據(jù)階段被屏蔽。這就需要在讀出階段機械快門必須完全阻止光的進入。一個單獨的機械裝置能完成兩種功能。這樣一個雙功能設(shè)備的好處在于能減少成本和節(jié)省空間，并且使鏡頭組合緊湊。然而為了維持可變光圈的功能，這種雙功能設(shè)備必需被放置在此鏡頭設(shè)計的光圈處(也叫光闌)。
高分辯率鏡頭一般由幾個分離的單個鏡片構(gòu)成，這樣做可以抵消光學畸變(或暇疵)。因此鏡頭的成本由下列因素決定單個鏡片數(shù)量，每片的成本及把各個鏡片組裝為一個鏡頭組的費用。在以前的工藝里，鏡頭經(jīng)常按下列兩種方法設(shè)計。第一種方法，所有鏡片都是球面鏡，即球面的一部分。這種方法的優(yōu)點是所有鏡片都可以用傳統(tǒng)方法研磨及拋光加工。但這種方法的缺點是為了達到一個好的畸變校正效果，需要使用大量的鏡片。大量的使用鏡片不但使鏡頭的成本增加而且使鏡頭結(jié)構(gòu)很不緊湊。而緊湊的鏡頭十分適用于普通消費市場的數(shù)碼相機，因為便攜式數(shù)碼相機需要小鏡頭組。為其他便攜式移動設(shè)備例如手機、掌上電腦設(shè)計的數(shù)碼相機也必需使用緊湊的鏡頭，因為這些產(chǎn)品有很嚴的空間(體積)限制。另外一種高分辯率鏡頭設(shè)計方案是使用非球面鏡片。非球面鏡片有一個或兩個表面是非球面的，用傳統(tǒng)的研磨和拋光技術(shù)不能很方便地加工非球面鏡片。因此可以使用各種不同塑料和低溫熔化玻璃作為原材料，用開模具注塑技術(shù)來生產(chǎn)。盡管塑料鏡片比較便宜，但塑料鏡片的精度達不到高分辯率相機的要求。而且，絕大多數(shù)塑料材料比較容易熱脹冷縮而且容易因潮濕而發(fā)霉。塑料的這些特點使塑料鏡片的光學性能會隨環(huán)境的改變而改變。盡管我們可以非常精確的制造非球面玻璃鏡片，但是非球面玻璃制造技術(shù)并沒有被廣泛掌握，而且在同樣形狀下非球面玻璃的制造成本要大大高于塑料非球面制造成本。
鏡頭光學內(nèi)核與可變光圈/快門設(shè)備的組合也會影響鏡頭組的費用，因為在裝配過程中可變的快門組合必須與鏡片元件非常精密的對齊?，F(xiàn)有設(shè)計的鏡頭的工藝要求把快門組放置在單片鏡片之間，因為這些設(shè)計的光圈是被設(shè)置在各鏡片之間的。一般地認為把光圈放在鏡片中間可以容易的消除像畸變。人們普遍地相信，不使用關(guān)于鏡頭快門對稱排放原則的鏡頭很難達到好的消畸變。然而，使用這種光學設(shè)計來集成可變光圈/快門設(shè)備是很昂貴的，因為如果把光圈夾在鏡片之間就很難在生產(chǎn)中把各個鏡片精密地對齊了。
本實用新型的目的在于設(shè)計一種具有外部快門的鏡頭，不但使可變快門/光圈的集成變得非常容易，而且全部使用傳統(tǒng)研磨拋光工藝加工的球面鏡片來組成，結(jié)構(gòu)緊湊，特別適合于便攜式數(shù)字設(shè)備，并且可兼容于微鏡陣列的傳感器。
本實用新型的設(shè)計方案一種具有外部快門的鏡頭，包括鏡筒(5)，快門組(6)，鏡筒(5)內(nèi)設(shè)有兩組鏡片，第一組鏡片位于鏡筒(5)的始端，第二組鏡片緊隨第一組鏡片；第一組鏡片是一個雙凸鏡(1)，第二組鏡片依次由一片雙凹鏡(2)，一片凸凹鏡(3)和一片雙凸鏡(4)組成，光圈的位置位于第一組鏡片之前，快門組(6)設(shè)置在光圈的位置上并且位于鏡筒(5)內(nèi)。
第一組鏡片的雙凸鏡(1)是一個膠合鏡，由一片凸凹鏡(7)和一片雙凸鏡(8)膠合而成。所述的鏡片均是球面的并且都是由玻璃材料制造的。
本實用新型具有以下優(yōu)點和效果1、由于本實用新型的光圈位于第一個鏡片之前，使光學鏡片可以被封裝在一個很精密的鏡筒內(nèi)，可以單獨的驗證鏡頭本身的光學質(zhì)量，把快門組與單獨預先裝好的光學鏡頭組合，具有很高的可靠性及重復性，可以提高大批量生產(chǎn)時的生產(chǎn)率。
2、本實用新型全部使用傳統(tǒng)研磨拋光工藝加工制成的球面玻璃鏡片組成，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，特別適合于便攜式數(shù)字設(shè)備使用。
3、本實用新型通過把光圈放在第一組鏡片之前，通過光圈中心的離軸光線會被綁定從而可以使它們相對于像面更加垂直，非常有利于使用微鏡陣列的電子成像傳感器。
4、本實用新型可以按照不同的焦距來擴展，因此可以為一定范圍內(nèi)的傳感器配套適合的鏡頭。不同焦距的方案可以通過等比例放大或縮小現(xiàn)有的方案的方法得到。
5、盡管本實用新型的這種光學鏡頭完全沒有對稱性，但本實用新型在相對孔徑f/2.8的情況下，也可以在+/-30度視場范圍內(nèi)提供十分優(yōu)秀的光學質(zhì)量，十分適用于最小像素4微米的而且像素總數(shù)達到2百萬的傳感器成像，最大幾何畸變一般小于2％。


圖1為本實用新型第一種方案的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合
圖1描述本實用新型的第一種實施例。一種具有外部快門的鏡頭，包括鏡筒(5)，快門組(6)，鏡筒(5)內(nèi)設(shè)有兩組鏡片，第一組鏡片位于鏡筒(5)的始端，第二組鏡片緊隨第一組鏡片；第一組鏡片是一個雙凸鏡(1)，第二組鏡片依次由一片雙凹鏡(2)，一片凸凹鏡(3)和一片雙凸鏡(4)組成，光圈的位置位于第一組鏡片之前，快門組(6)設(shè)置在光圈的位置上并且位于鏡筒(5)內(nèi)。所述的鏡片均是球面的并且都是由玻璃材料制造的。其中第一組鏡片完成了鏡頭的主要放大聚焦功能，第二組鏡片是為第一組鏡片提供光學畸變補償，以達到校正光學暇疵的作用。鏡頭表面參數(shù)見下表
在這種鏡頭實現(xiàn)方案中所有的四個鏡片都是球面的。在上表中用表面半徑R1和R2描述出第一組鏡片雙凸鏡(1)，兩面都是球面的一部分。上表中列出了所有鏡片的表面半徑，第二組鏡片的雙凹鏡(2)的表面用R3和R4表示，凸凹鏡(3)的表面用R5和R6表示，最后一片雙凸鏡(4)的表面用R7和R8表示。
鏡片(2)、(3)、(4)和鏡片(1)結(jié)合起來充分地矯正了光學畸變。因為本設(shè)計優(yōu)秀的消色差能力，使得此鏡頭可以在f/2.8孔徑和+/-30度的視場內(nèi)提供很高的光學分辯率。這種視場角和相對孔徑特別適合于高分辯率數(shù)碼相機，這種具體方案的有效焦距是4.5mm。這種方案也十分適用于最大對角線尺寸為3.2mm的傳感器。而且從光圈位置到像面的距離僅有8.05mm，對于這種高性能鏡頭來說，這種外形是十分小的，這樣可以為大批量生產(chǎn)提供一種十分有吸引力的短小、緊湊設(shè)計。
權(quán)利要求1.一種具有外部快門的鏡頭，包括鏡筒(5)，快門組(6)，其特征在于鏡筒(5)內(nèi)設(shè)有兩組鏡片，第一組鏡片位于鏡筒(5)的始端，第二組鏡片緊隨第一組鏡片；第一組鏡片是一個雙凸鏡(1)，第二組鏡片依次由一片雙凹鏡(2)，一片凸凹鏡(3)和一片雙凸鏡(4)組成，光圈的位置位于第一組鏡片之前，快門組(6)設(shè)置在光圈的位置上并且位于鏡筒(5)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有外部快門的鏡頭，其特征在于所述的鏡片均是球面的并且都是由玻璃材料制造的。
專利摘要一種具有外部快門的鏡頭,其鏡筒內(nèi)設(shè)有兩組鏡片,第一組鏡片是一個雙凸鏡,位于鏡筒的始端,第二組鏡片緊隨第一組鏡片,依次由一片雙凹鏡,一片凸凹鏡和一片雙凸鏡組成,光圈的位置位于第一組鏡片之前,快門組設(shè)置在光圈的位置上并且位于鏡筒內(nèi)。本實用新型使可變快門/光圈的集成變得非常容易,而且全部使用傳統(tǒng)研磨和拋光工藝加工制成的球面鏡片組成,特別適合于便攜式數(shù)字設(shè)備,并且可兼容于微鏡陣列的傳感器。
文檔編號G02B9/34GK2453459SQ0022674
公開日2001年10月10日 申請日期2000年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月16日
發(fā)明者寧小旭 申請人:寧小旭