一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组制造技术

本发明专利技术属于光学成像技术领域，公开了一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其包括：从物方到像方依次同轴布置的至少5片透镜、红外滤光片、传感器；至少5片透镜中，靠近像方的最后一片透镜或倒数第二片透镜的一侧表面设置为具有环形孔径的衍射光学面。本发明专利技术中衍射光学表面设置于靠近像面的最后一片或倒数第二片透镜上，其远离孔径光阑，对装配公差以及面型误差不敏感，即使衍射面微结构的加工精度存在轻微误差，对整体成像效果的影响也不大；采用衍射光学透镜，可以极大地降低衍射光学面的加工误差敏感度、提高手机成像镜头模组的成品率。

A mobile phone lens module using circular aperture diffraction optics

The invention belongs to the technical field of optical imaging, discloses a mobile phone lens module, the annular aperture diffractive optics includes: from the object side to the image side are coaxially arranged at least 5 lenses, filters, infrared sensor; at least 5 lenses, one side surface near the side of the last piece like a lens or bottom second tablets the lens is set to a diffractive optical surface with annular aperture. The invention of diffractive optical surface is located near the image plane or the last piece of last second lenses, away from the aperture, is not sensitive to the assembly tolerances and surface error, even if the diffraction surface micro machining accuracy of structure there is a slight error, the impact on the overall imaging effect was slight; the diffractive optical lens can greatly reduce the diffractive optical surface of the error sensitivity and improve the rate of finished products of the mobile phone imaging lens module.

【技术实现步骤摘要】
一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组
本专利技术属于光学成像
，涉及一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组。
技术介绍
随着智能手机行业的快速发展，手机成像镜头模组从最初的几十万像素发展到至今的2000万像素，1000万以上像素的手机镜头已经成为照相手机的主流配置。随着纳米级光学超精密加工工艺的快速发展，非球面元件已广泛应用于手机镜头，对手机镜头成像质量的要求也不断提高，装配精度和同心度的更求也越来越高，高质量的手机镜头模组一般只能采用自动对心的组装机进行组装，才能达到较好的成品率。根据所用传感器不同，目前1000万以上像素手机镜头全视场角可达80°～90°，光圈2.8～2.1左右，镜头总长小于6mm，最短的甚至4点几。现有1000万像素手机镜头多采用5P(plastics)，2G(Glass)3P(Plastics)，或更多镜片的结构。镜片数目较多，结构较为复杂。相比于全部采用折射透镜的光学系统，在成像系统中衍射光学透镜的使用可进一步校正系统的像差，可以使光学系统的总长较短、色散性能较好、设计自由度较多，极大地改善系统的结构和性能。所述的衍射光学透镜，其为在非球面或者球面的表面，通过超精密加工或者刻蚀的方法，雕刻出周期性分布、尺寸在波长级别的一阶或多阶锯齿形微结构，其用来引入附加相位，对光学系统的像差和波差进行补偿，尤其对色差和轴外像差矫正特别有效果。专利US9341857B2提出一种设置有衍射光学透镜的4片塑料镜片的手机镜头模组，如图1所示。其在第一片透镜的第二面r2表面设置了衍射光学面(DOE，即diffractiveopticalelement)，大大缩短了光学总长，极大提高了成像质量以及调制传递函数，设计结果非常完美。但这种结构存在十分明显的问题：1.第二个面的衍射光学面距离最前方的孔径光阑(Stop)太近，其对装配公差(如偏心、倾斜、厚度误差)以及面型误差的敏感度非常高，任何装配误差都会对整个视场的成像产生严重影响。2.由于衍射面充满了整个光学表面，对衍射面微结构的加工精度更求非常苛刻，任何锯齿形微结构的面型误差、锯齿形微结构边缘轻微的导圆、或者锯齿形微结构的局部错位，都会引入杂光、零级衍射光斑(如像面中间出现亮点)、或其它多级衍射光斑(譬如像面出现重影)，再经过后面的几片镜片放大之后，对整个光学系统成像的影响十分严重。3.衍射光学面采用了高级衍射系数，其B1～B7项系数全部都有设置，从透镜的轴心到边缘，衍射面的相位波动非常快，导致衍射面锯齿形微结构的周期和锯齿高度改变非常快，增加了微结构加工的难度，即使光学系统的设计结果非常完美，但受到加工精度的限制，导致其成品率会非常的低，成像效果反而变差。另外鸿海集团的专利US7375907B2也提出了一种设置有衍射光学透镜的3片塑料镜片。其在第二片的第一个面的凹面上设置了衍射光学面，其也存在同样明显的问题：1.第二片镜的凹面离近孔径光阑比较近，其对加工及装配公差(如偏心、倾斜、厚度误差、以及面型误差)的敏感度非常高，任何装配误差都会对整个视场的成像严生严重影响。2.衍射面充满了整个光学表面，对衍射面微结构的加工精度更求非常苛刻，任何锯齿形微结构的面型误差、锯齿边缘的导圆或者错位，都会引入杂光、零级衍射光斑或其它多级衍射光斑。3.衍射光学面采用了高级衍射系数，其p2～p10项系数全部都有设置，即衍射面的相位波动非常快，导致衍射面锯齿形微结构的周期和锯齿高度改变非常快，即使光学系统的设计结果非常完美，但受到加工精度的限制，导致其成品率也是会非常的低。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是：提供一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，在结构简化的基础上，提高成品率和成像效果。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其包括：从物方到像方依次同轴布置的至少5片透镜、红外滤光片、传感器；至少5片透镜中，靠近像方的最后一片透镜或倒数第二片透镜的一侧表面设置为具有环形孔径的衍射光学面。(三)有益效果上述技术方案所提供的采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其有以下明显的优点：1.由于衍射光学表面设置于靠近像面的最后一片或倒数第二片透镜上，其远离孔径光阑，对装配公差(如偏心、倾斜、厚度误差)以及面型误差不敏感，即使衍射面微结构的加工精度存在轻微误差，如锯齿形微结构的的面型误差、锯齿边缘轻微的导圆或者错位，对整体成像效果的影响也不大。2.一般情况下，非球面的光学系统在像面0.7带以外的像差和色散比较严重，而0.7带以内的视场成像结果都相对比较好。为保证0.7带以内的视场不受衍射微结构加工误差的影响，譬如杂光或者零级衍射光斑，本专利技术所采用的衍射光学透镜，其孔径设置为内外两个区域，这两个区域以全孔径0.7或0.8比例的位置作为分界线，其内孔径圆形区域，保留了普通的光学非球面(非衍射面)；而外孔径的一圈环形区域则设置为衍射面，只用于矫正像方0.7带以外的轴外像差。这样可以极大地降低衍射光学面的加工误差敏感度、提高手机成像镜头模组的成品率。附图说明图1为现有技术中专利US9341857B2提出的具有衍射光学透镜的手机镜头模组。图2为本专利技术实施例1中手机镜头模组的结构原理图。图3为本专利技术实施例1中手机镜头模组的光路图。图4为本专利技术实施例1中手机镜头模组的点列图。图5为本专利技术实施例1中手机镜头模组的场曲和畸变图。图6为本专利技术实施例1中手机镜头模组的调制传递函数曲线。图7为本专利技术实施例1中手机镜头模组的轴向MTF曲线(焦深)图。图8为本专利技术实施例1中手机镜头模组的实物剖切图。图9为本专利技术实施例2中手机镜头模组的结构原理图。图10为本专利技术实施例3中手机镜头模组的结构原理图。图11为本专利技术实施例3中手机镜头模组的光路图。图12为本专利技术实施例3中手机镜头模组的点列图。图13为本专利技术实施例3中手机镜头模组的场曲和畸变图。图14为本专利技术实施例3中手机镜头模组的调制传递函数曲线。图15为本专利技术实施例3中手机镜头模组的轴向MTF曲线(焦深)图。图16为本专利技术实施例4中手机镜头模组的结构原理图。图17为本专利技术实施例4中手机镜头模组的光路图。图18为本专利技术实施例4中手机镜头模组的点列图。图19为本专利技术实施例4中手机镜头模组的场曲和畸变图。图20为本专利技术实施例4中手机镜头模组的调制传递函数曲线。图21为本专利技术实施例4中手机镜头模组的轴向MTF曲线(焦深)图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。基于现有技术存在的不足，本专利技术提出一种采用环形孔径衍射光学元件的手机镜头模组，其由5片以上透镜组成，其靠近像面的最后一片或倒数第二片镜片，在其表面设置环形孔径的衍射光学面，环形孔径的衍射光学面，其为二元面3型(Binary3)，其孔径设置为两个区域，其内孔径的圆形区域为普通的光学非球面(非衍射面)；其外孔径的一圈环形区域则为衍射面。外孔径的环形区域，其为镜片全孔径的0.7或0.8以外的区域。环形孔径的衍射光学面主要用来矫正边缘视场0.7带以外的轴外像差(色散、像散、慧差)，提高调制传递函数(MTF)，增加相对照度，同时可以适当减少光学系统的总长。实施例1本专利技术所涉及的一种采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，包括：从物方到像方依次同轴布置的至少5片透镜、红外滤光片、传感器；至少5片透镜中，靠近像方的最后一片透镜或倒数第二片透镜的一侧表面设置为具有环形孔径的衍射光学面。

【技术特征摘要】
1.一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，包括：从物方到像方依次同轴布置的至少5片透镜、红外滤光片、传感器；至少5片透镜中，靠近像方的最后一片透镜或倒数第二片透镜的一侧表面设置为具有环形孔径的衍射光学面。2.如权利要求1所述的采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，所述的具有环形孔径的衍射光学面，其为二元面3型，其孔径设置为两个区域，其内孔径的圆形区域为非衍射面，其外孔径的外圈环形区域为衍射面。3.如权利要求2所述的采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，所述外孔径的外圈环形区域，其为镜片全孔径的0.7或0.8以上的区域。4.如权利要求2所述的采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，包括：从物方到像方依次同轴布置的5片透镜，分别记为第1片透镜、第2片透镜、第3片透镜、第4片透镜、第5片透镜，所述的第1片透镜直至第4片透镜部为非球面透镜，所述的第1片透镜为凸凹透镜；所述的第2片透镜为凹凹透镜；所述的第3片透镜为左右两个面部为波浪状曲面的透镜；所述的第4片透镜为凹凸透镜，所述的第5片透镜为中间凹、中间到边缘逐渐变成凸的衍射透镜。5.如权利要求4所述的采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，所述第5片透镜的一个面为非衍射面，另一个面为具有环形孔径的衍射光学面；具有环形孔径的衍射光学面上，外孔径的外圈环形区域为镜片全孔径的0.8以上的区域。6.如权利要求4所述的采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，所述具有环形孔径的衍射光学面上，所述外圈环形区域为周期性的微结构衍射面，只有两项相位系数：p2^2的相位系数β21，以及p2^4的相位系数β22，其他高级系数全部为0。7.如权利要求4所述的采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，所述第1片透镜、第2片透镜、第3片透镜、第4片透镜、第5片透镜共互片透镜中，均为塑料透镜，或者两片为玻璃透镜，三片为塑料透镜。8.如权利要求2所述的采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组，其特征在于，包括：从物方到像方依次同轴布置的6片透镜，分别记为第1片透镜、第2片透镜、第3片透镜、第4片透镜、第5片透镜、第6片透镜，所述的第1片透镜直至第4片透镜、以及第6片透镜都为非球面透镜，所述的第1片透镜为凸凸透镜；所述的第2片透镜为凸凹透镜；所述的第3片透镜靠近物方的第一个面为波浪状曲面，另一侧的第二个面为凸面；所述的第4片透镜为凹凸透镜，所述的第6片透镜为中间凹、中间到边缘逐渐变成凸的非球面透镜，所述的第5片透镜靠近物方的第一个面为凹的光学非球面，另一侧的第二个面为凸的、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎欢标，
申请(专利权)人：东莞市美光达光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44