[发明专利]一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，涉及一种采用环形孔径衍射光学的手机镜头模组。

背景技术

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diffractiveoptical element)，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。

发明内容

(一)发明目的