[发明专利]用于成像的镜头模块

说明书

发明领域

本发明涉及光学模块，例如移动电话中用于成像的那些光学模块，特别是包括两个正弯月形透镜的光学模块，该光学模块优选地可承受“回流焊（reflow）”制造条件。

发明的背景技术

移动电话越来越薄、分辨率越来越高的趋势导致镜头模块具有特殊的设计，镜头模块由组装至镜筒（lens holder）的一个至数个镜片、以及光圈组成。并且，对于瞄准大额市场的模块来说，必须将注意力放在可制造性上，因为只有当制造产量接近100%时，才能设想每天生产好几万个镜头模块。

根据用户的规范，对设计产生主要影响的约束有：

有效焦距

有效焦距决定了模块的总体尺寸。下文中有效焦距将被称作EFL。

与影像的尺寸相结合，EFL也决定了视场，其中该影像在与模块一起使用的传感器上形成，该视场被称作FOV，与模块的孔径光阑的直径相结合，若存在（或者最终镜头的直径，若光圈不存在），决定了模块的孔径数，该孔径数被称作F#。

当在模块的焦平面上形成直径为D的圆形影像时，FOV由以下关系式定义：

FOV=2.Arctan(D/[2.EFL])

其中Arctan是角的正切的反函数。

F#对四个重要参数有主要影响：到达传感器的光线，其与F#的平方成反比，景深（DoF），超焦距（HyF），以及焦深（dof），超焦距是物体在传感器上形成清晰影像的最小距离，焦深是传感器的位置相对于镜头模块的容许范围。

分辨率

分辨率由调制传递函数（MTF）在给定空间频率下测量。分辨率代表了影像的黑色区域和白色区域之间的对比度，其中该影像由一系列交替的等宽黑、白条纹（stripe）组成，一对条纹的宽度是空间频率的倒数（inverse）。

像差

像差是几何像差和色差。

几何像差包括几何畸变、像散、以及影像的不同区域之间的EFL差异。它们取决于镜片轴线上的曲率、以及非球面系数，该非球面系数定义了在轴线的给定距离上、在轴线上具有相同半径的球面表面与透镜表面之间的距离。

色差包括“色边”（物体的边缘被不同颜色的平行边缘包围）和“色区”（白色影像出现例如粉色边角）。

目标成本

模块的目标成本主要取决于构成模块的透镜的数量。本发明允许减少像差，这通过定义透镜的曲率的约束条件而不是增加更多的透镜来实现。

最大温度

模块在给定的时间段内可承受而无损坏的最大温度范围是非常重要的参数，因为移动电话的制造趋于在一个单独的操作中焊接所有的组件，包括光学模块，该操作被称为“回流焊”，其假定所有的组件在30秒内都承受260摄氏度的温度，在60秒内承受230摄氏度的温度。

最近，高品质的光学组件的镜头使用具有非球面表面的透镜来完成，这些透镜由热塑性材料制成，例如聚碳酸酯或者环烯烃聚合物，这些材料不能承受这样的温度。使用这样组件的移动电话的制造必须分两步完成：首先焊接插槽（socket），然后在环境温度下将模块插入插槽，这增加了操作的次数和库存的组件数量，降低了可靠性且导致成本增加。

由于这么多的约束条件，可以理解，镜头模块为一组特定的规范而设计。然而，对于给定的传感器，非常常见的是，电话制造者研发了几个模式，这些模式具有稍微不同的特征（在EFL、FOV和MTF规范方面稍有不同）。通过为不同的设计参数指定变化范围，可设计具有多功能的模块。

许多双透镜的模块已经被描述过。

在JP2004-226595中描述了一种模块，由两个正弯月透镜组成。这个模块的主要特征在于由树脂透镜构成。由树脂制成的光学透镜在该行业内尚未被广泛接受，其原因是固有的材料特性（折射率的范围有限、阿贝数太低、以及加工过程中对尺寸的控制）。

在美国专利US6011660和US5739965中描述了其它的双透镜模块。这些专利的特征都是包括具有凸起的第二表面的第一透镜。

另外两个美国专利US6842295和US5801890描述了双透镜模块，特征都是包括具有凹进的像侧表面的第二透镜。

两个日本专利JP2003-063786和JP3588518描述了一种双透镜结构，第一透镜具有负屈光力。