TWI273305B - Micro image capturing lens - Google Patents

Description

1273305 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係提供一種微型取像鏡頭，尤其係指一種由較少鏡片構成， 適於手機、薄型數位相機中使用的高性能、低成本且尺寸短小的微型 取像鏡頭。 、 【先前技術】 ^ 按，行動數據裝置如手機、個人數位助理（PDA)與光電技術整合 φ 已成為當今科技發展的趨勢之一，可拍照手機是此技術潮流中的典型 代表。就設計而言，為了攜帶方便及符合人性化需求，可拍照手機的 取像鏡頭不僅需要具有良好的成像品質，還需要有較小的體積及較低 _ 的成本。因此，與傳統照相機、攝影機及一般數位相機的可調焦、可 變焦鏡頭不同，可拍照手機中所使用的取像鏡頭尺寸要小很多，結構 亦簡單很多，且主要係以定焦鏡頭為主。在取像鏡頭之鏡片形態及材 質選擇上’由於傳統的球面研磨玻璃鏡片的材質選擇較多，其對於校 • 正色差較為有利，已廣為業界所使用。但球面研磨玻璃鏡片使用於數 值孔徑（F Number)較小以及視角（Wide—angle)較大的情形時，球 ^ 差及像鮮像差的校正仍較困難。為了改轉統綱巾球面研磨玻璃 ' 鏡片的缺陷，業界採用麵面瓣鏡W者非球面模造玻璃鏡片作為 取像鏡片之光學it件，以獲得較佳的成像品f。為了有效校正像差， 取像鏡顧常是由多組透鏡組構成，例如美國專利公告第6，咖，⑽ 唬所揭不之取像鏡頭結構。惟此類由多透鏡組構成的取像鏡頭整體尺 寸相對長’所需的安裝m較大，對於厚度尺寸在以内的手機

1273305 或薄型數位滅轉健置㈣是不適合的，频鏡__裝入手 機機構件巾’亦因造核本增加並加錢終產品的重量。 又，美國專利第6,帆971 B2號揭示的—種適合可拍照手機使用 之微型取像鏡頭’其係採用—玻璃鏡片與二塑膠鏡片相結合的三鏡片 構形，並將細餘第-片鏡片前方，可使得糊錢門與鏡片的組 立無關’並且拉長出瞳(Exit Ρ_)位置。靠近光圈的第一片鏡片主 要功能駐導成像，提供折射力(Ρ·)，而第二、三#·不僅要提 供折射力以聚減像’更需要修正各種像差續得較麵成像晝質。 然而’在此種形式下’面偏芯大多非常敏感，而且—玻璃鏡片加二塑 膠鏡片之形式不僅·袼因素上失去辭力，亦使得麵之整體長度 仍然較長，重量亦因含有玻璃鏡片而仍然較重。目此，此類微型鏡頭 仍有進一步改善設計之空間。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種微型取像鏡頭，該鏡頭之鏡片數目少且 結構緊湊，縮小了鏡頭尺寸並減輕重量，具有大視角、大孔徑數值及 低敏感度，並可以有效校正像差及場曲，有利於節省成本及提高取像 鏡頭在攜帶式電子取像裝置上的應用性。 依據本發明之目的而提供的微型取像鏡頭，其從物方到像方依次包 括正屈光度之第一鏡片及負屈光度之第二鏡片，該第一鏡片包含有面 對被攝物體的第一面及面對成像面的第二面，該第二鏡片包含有面對 被攝物體的第三面及面對成像面的第四面，其中該第一面係相對於被 1273305 攝物體呈凹陷構形之凹面，第二面係相對於成像面呈凸出構形之凸 面且"亥第一、二面中至少有一面為非球面，第三、四面中亦至少有 一面為非球面。 依據本發明之目的所提供的微型取像鏡頭，其滿足如下關係式·· 〇·6<-|<u (a~l) 式a—l中，f!係第-鏡片之光學焦距，f2係第二鏡片之光學焦距。 依據本發明之目的所提供之微型取像鏡頭，其中第一鏡片的第一面 及第二面均為非球面。 依據本發明之目的所提供之微型取像鏡頭，其中第一鏡片的第一面 及弟一面滿足如下條件： 0Λ<-~^ν〇<03

式a—2巾’Sl為第一面最大孔徑的彎曲量，S2為第三面最大孔徑g 彎曲量，Fno為光圈孔徑數值。 依據本發明之目的所提供之微型取像鏡頭，其中第一鏡片的第二I 及第一鏡片之第三面滿足如下條件： (a-3) °'45<1<〇·95 式8—3中，R2為第一鏡片之第二面的曲率半徑，R3為第二鏡片之第 三面的曲率半獲。 依據本發明之目的所提供之微型取像鏡頭，其巾第—鏡片的第—面 1273305 與被攝物體之間設置有光圈。 依據本發明之目的所提供的微型取像鏡頭中，第一、二鏡片之非球 面可由下列非球面公式表達： ch

Ah4 + Bh + Chz + Dh10 Eh12 + Fh 14 + 〇h 16 與習知技術相比，本發明微型取像鏡頭採用正、負兩片非球面鏡 片’第-鏡片為凸向成像面之半月形鏡片，可使人射光束在第一面就 闊束’從而使光束在第二面上可分佈較大的面積，藉此可充分發揮非 球面的功I ’矯正像差及減低公差敏感度，第二鏡片為負透鏡，其主 要功能在於補償色差及矯正軸外像差，採用非球面輯除了可繞正像 差外還有助於縮短鏡頭光學系統的總長。且第―、二鏡片均可採用塑 膠材質’有瓣消除像差及龜綱重量。本發赚個光學系統只用 到兩個塑職>}，可減低成本，適合大量生產，且其結構緊湊，公差 敏感度低，易於製造組立，符合大規模量産之要求。 【實施方式】 如第一圖所示為本發明之微型取像鏡頭的光學結構圖，該微型取像 鏡頭從物方到像方依次包括正屈光度之第_鏡片丨及負屈光度之第二 鏡片2,使光線透過第-鏡片丨及第二鏡片2後，聚焦於—⑽㈤哪 Coupled Device，電荷耦合元件）或 CM〇s (c〇mplementary 此加 〇别

Semiconductor，互補式金屬氧化物半導體）剔象感測器4 (成像面） 上’而獲得清晰成像。其中，該第一鏡片丨包含面對被攝物體的第一 面11及面對成像面的第二面12，該第-面u係相對於被攝物體呈凹 冓幵y之凹面’第一面12則係相對於成像面呈凸出構形之凸面，而使 該第-鏡片1呈半月形，且第―、二面n、12中至少有一面係非球面。 又，δ亥第二鏡片2亦包含面對被攝物體的第三面21及面對成像面的第 面22其中苐二面21係相對於被攝物體呈凹陷構形之凹面，而第四 面22則係相對於成像面呈陷構形之凹面，且該第三、四面21、22中 至少有一面係非球面。於第二鏡片2與成像面4之間設置有一玻璃蓋 板3 ’而光圈5則系設置於第一鏡片工前方，即第一面η與被攝物體 之間。光圈置於系統的最前方，可使光學系統的出瞳(Exit ⑴位 置變長。 本發明之微型取像鏡頭中，第一鏡片丨與第二鏡片2滿足下式： 〇·6<-会 <u (a-1) 式a-1中，f!係第一鏡片！之光學焦距，h係第二鏡片2之光學焦 距。當抓之比值達上限時，散焦（Def〇cus)愈顯著。當此值達下限 寸珀絲伐半徑（petzvai Ra(jius)愈小，離軸像差愈難以矯正。 容易理解，本發明之微型取像鏡頭中，第一鏡片丨的第一面π及 苐一面均可δ又计為非球面。由於第一面11為凹面，可使入射光束 在該第一面11就闊束，使得光束在該第一鏡片i之凸面即第二面12 上分佈較大的面積，如第一面n及第二面12均設計為非球面，則該 第鏡片1之半月形構造可充分發揮非球面的功能，矯正像差及減低 公差敏感度。 當第一鏡片1的第一面11及第二面12均為非球面時，該第一面 1273305 11及弟二面12滿足如下條件·· αΐ<^*^<α3 (a-2) 式3—2巾，Sl為第一面最大孔徑的f曲量，&為第二面12最大 孔住的相1 ’ FN。為細孔徑數值。當此值達上限時，雜的上光束 不易矯正’產生光點的拖影現象。當此值達T限時，孔彳轉差變大， 當孔徑數值㈣大於4以上時，並不喔，然而為了獲得足夠的光亮， 目岫市面上的手機用鏡頭絕大多孔徑數值為2· 8或&2。 本發雜型取像鏡第二鏡片2之第三面21及第四㈣亦可設 計為非球面，以使微型取像鏡頭獲得較佳的像差矯正。其中，第二鏡 片之第三面及第一鏡片之第二面滿足如下條件·· 0.45 <^<〇.95 (a-3) 尺3 式a-3中，R2為第一鏡片之第二面的曲率半徑，私為第二鏡片之第 三面的曲率摊。當此健上限時，會造成場⑽ieid g職咖)嚴 重的内彎。當此值達下限時，像散(Asti喊ism)會難以矯正。 第-、二鏡片卜2若採用球面鏡片，則需要有足夠長的空間來設 置複合制_正像差’因此本發鴨用非球面鏡片，可齡綱之 鏡片數目並縮減鏡頭總長。其中’非球面的面型可用下列公式表示： __ ch 2 ^}-(k,iy^f+Ah4 + Bh6 + Chg + ^'°-^+Fhu+Gh, 其中，z爲沿光軸方向在高度爲h的位置以表面頂點作參考距光轴 1273305 的位移值；k爲錐度常量；蛊沾、变生 φ里，c為曲率半徑的倒數；a、b、c、d、e、f G爲高階非球面系數。 基於前述本發明之技術内容，可依據下舰值實酬具體實施·· 第一數值實施例·· 表面序號 曲率半徑(IM1) (Radius) 厚度/間隔(mm) s^iickness) 折射率 (Nd) 阿貝系數 (Vd) 圓錐度 (Conic) 1(光圈） 無窮大 ___0.15 2 -15. 0338 __1>1 1.5247 56.2 161.5635 3 -0. 6479 __0.48 -2. 5 4 - 0.9617 __0.52 1.5856 29.9 -1.883 5 239 · 81 -4941.5 非球面系數的具體數值如下表所列： 面序 A B C D E F G 2 -0.409367 1.3918 15.1137 24.424732 0 0 0 3 -0.461098 0.399467 -1.620468 2. 759599 -0.233556 -6.316874 5.534385 4 0.911740 -2.196011 1.596119 3.804581 -10.483998 10.214548 -3.629267 5 0.470218 -0.778066 0· 365437 0.714804 -1.162860 0. 569367 -0.043603 依據前述a-1、a-2及a-3式，依上開第一數值實施例實施之微型 取像鏡頭的相關性能指數如下表： 0.769 Si*Fn〇/S2 0.215 R2/R3 0.674 Fno 2.84 焦距（Focal length) 2.48 mm 請參閱第二圖所示，依據上開第一數值實施例所實施的本發明微型 11 1273305 取像鏡頭’其中第-鏡片丨第—面及第二面均爲非球面，第二鏡片2 的第三面及第賴亦為非球面，綱之焦距為2 48麵，細孔徑數值 為2. 84，鈾述a一;[式、a—2式及a—3式之值分別爲·· 1 π =〇. 769， SL/S2 = 〇. 215 ’ R2/r3 = 〇· 674。如第三A圖所示本發明依據第一數 值實施例獲得的微型取像_之縱向球面像差表現，第三B圖所示之 場曲表現，表明本發明依據第一數值實施例實施的微型取像鏡頭具有 良好之光學性能。 本發明之微型取像鏡頭還可依據以下第二數值實施例具體實施： 表面序號 -----—--- 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度/間隔(mm) (Thickness) 折射率 (Nd) 阿貝系數 (Vd) 圓錐度 (Conic) JOfcl) 無窮大 0.15 2 -8. 835 1.2 1.5247 56.2 83.35 3 -0. 62 0.45 -1· 6784 —4 -0. 944 0.52 1.5856 29.9 -2. 09284 __5 72 · 84 -4565.4 非球面系數的具體數值如下表所列： 數 面序^\ A B C D E F G —2 -0.459423 1.999468 -14.854950 24.936916 0 0 0 —3 -0.041542 -0.144894 -1.119951 2.2419 0.443446 -5.481420 4.063554 _ 4 1·137760 -2.428201 1.452271 4.534587 -11.119066 9. 820746 -3.141489 —5 0.567439 -0.893911 0.376458 0.846336 -1·347746 0.723767 - 0.116919 依據前述a-1、a-2及a-3式，依上開第二數值實施例實施之微型 取像鏡頭的相關性能指數如下表： 12 12733〇5 -f l/f2 0.763 Si*Fno/& 0.243 R2/R3 「 0· 657 Fno 2. 84 焦距（Focal length) 2. 48 mm 請參_四騎示，絲上_二紐實補所實關本發明微型 取像鏡頭，其中第-鏡片1第—面及第二面均爲非球面，第二鏡片2 的弟_面及$四面亦為非球面，鏡頭之焦距為2·仙腿，光圈孔徑數值 為2· 84，月ίι述a-1式、a一2式及a-3式之值分別爲：/f2 =〇. 763， SAFnq/S2 = 0. 243，fc/R3、〇· 657。請參閱第五a圖所示本發明依據第 二數值實施例獲得的微型取像鏡頭之縱向球面像差表現及第五β圖所 示之場曲表現，表明本發明依據第二數值實施例實施的微型取像鏡頭 具有良好之光學性能。 本發明之微型取像鏡頭還可依據以下第三數值實施例具體實施： 表面序號 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度/間隔(mm) (Thickness) 折射率 (Nd) 阿貝系數 (Vd) 圓錐度 (Conic) 1(光圈） 無窮大 0.15 2 23. 397 1.3 1.5247 56.2 400. 853 3 -0. 676 0. 57 -1.688762 4 -0. 798 0. 55 1.5856 29.9 -4·598373 5 -38 · 72 -7652000 非球面系數的具體數值如下表所列： 數 A B 面序 C D E F G 2 -0.330541 0.123653 -3. 767111 0 0 0 0 3 -0.131097 -0.121002 -0. 407860 0.973278 -1.295302 0.935281 -0.463023 13 1273305 4 0.190 -0.763420 0.281843 1.225682 -1.855663 0.910307 -0.012933 5 0.495760 -1.082616 1.369225 -1.145195 0·664946 -0.252242 0.047562 依據前述a-1、a-2及a-3式，依上開第二數值實施例實施之微型 取像鏡頭的相關性能指數如下表·· - fl/f2 0.913 Sl*FN〇/S2 0.164 R2/R3 0. 847 Fno 3.0 焦距（Focal length) 2. 51 mm

請參閱第六圖所示，依據上開第三數值實施例所實施的本發明微型 取像鏡頭，其中第一鏡片1第一面及第二面均爲非球面，第二鏡片2 的第三面及第四面亦為非球面，鏡頭之焦距為2. 51刪，光圈孔徑數值 為3· 0，前述a-l式、a-2式及a-3式之值分別爲：-/f2二〇· 913， Si*Fn〇/S2 = 0· 164，h/R3 = 〇. 847。請參閱第七A圖所示本發明依據第 二數值實施例獲得的微型取像鏡頭之縱向球面像差表現及第七B圖所 示之場曲表現，表明本發明依據第三數值實施例實施的微型取像鏡頭 具有良好之光學性能。 本發明之从型取像鏡頭採用正、負兩片非球面鏡片，第一鏡片1 為凸向成像面之半月形鏡片，可使入射光束在第一面u就闊束，從而 使光束在第二面12上可分佈較大的面積，藉此可充分發揮非球面的功 能，矯正像差及減低公差敏感度，第二鏡片2為負透鏡，其主要功能 在於補償色差及矯正軸外像差，採用非球面設計除了可矯正像差外還 有助於縮短鏡頭光學系統的總長。且第一、二鏡片丨' 2均可採用塑膠 14 1273305 材質，有利於雜像差及_鏡職量。本發日膽個光學系統只用到 兩個塑膠鏡#，<減低成本，適合A量生產，且其結構緊凑，公差敏 感度低，易於製造組立，符合大規模量産之要求。 综上所述，本發明確已符合發明專利之要件，綠法提出專利申 請。惟，社所述者鶴树歡齡t 心 式舉凡熟習本案技術 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，比、# ^ 請專利範®内。 盍於後附之申 15 1273305 【圖式簡單說明】 第-圖是本發曝魏像鏡5_光學結麵。 第二圖是本發明微型取像鏡頭依據第―數值實劇的光學結構圖。 第二A圖是本發明之第一數值實施例之縱向球面像差表現圖。 第二B圖是本發明之第一數值實施例之場曲表現圖。 第四圖是本發明微型取像鏡頭依據第二數值實施例的光學結構圖。 第五A圖是本發明之第二數值實施例之縱向球面像差表現圖。 第五B圖是本發明之第二數值實施例之場曲表現圖。 第六圖是本發明微型取像鏡頭依據第三數值實施例的光學結構圖。 第七A圖是本發明之第三數值實施例之縱向球面像差表現圖。 第七B圖是本發明之第三數值實施例之場曲表現圖。 【主要元件符號說明】 第一鏡片 1 第一面 11 第二面 12 ^ — hiL· U 弟一月 2 第三面 21 第四面 22 蓋板玻璃 3 影像感測器 4 光圈 5 16

Claims (1)

1273305 十、申請專利範圍： 1 · 一種微型取像鏡頭，其自被攝物體一側到成像面一側依次包括第一鏡 片及第二鏡片，其中： 第一鏡片，係包含有面對被攝物體的第一面及面對成像面的第二面， 所述第一面係相對於被攝物體呈凹陷構形之凹面，第二面係相對於 成像面呈凸出構形之凸面，且所述第一、二面中至少有一面係非球 面； • 第二鏡片，係為一負屈光度之鏡片，其包含有面對被攝物體的第三面 及面對成像面的第四面，且所述第三、四面中至少有一面係非球面。 2 ·如申請專利範圍第人項所述之微型取像鏡頭，其中所述第一鏡片及第 二鏡片滿足如下關係式： 0.6<-4~<1.2 Λ 上式中，/y係第—鏡狀光學焦距，錄第二鏡狀光學驗。 3·如申请專利範圍s 2項所述之微型取像鏡頭，其中所述第一鏡片之第 一面及第二面均為非球面。 • 4如申明專利範圍第3項所述之微型取像鏡頭，其中所述第一鏡片之第 • ―面及第二喊足如下條件： 〇J<|L-^o<〇.3 °2 、 為第一面最大孔徑的彎曲量，&為第二面最大孔徑的彎曲 1 ’Fnq為光圈孔徑數值。 5如申明專利範圍第2或4項所述之微型取像鏡頭，其中所述第二鏡片 17 !2733〇5 之弟三面係非球面。 6·如申請專利範圍第5項所述之微型取像鏡頭，其中所述第二鏡片之第 二面與第一鏡片之第二面之間滿足如下條件： 0,45 < Τ'<0·95 ' 上式中，R2為第-鏡片之第二面的曲率半徑，仏為第二鏡片之第三面的 曲率半徑。 _ 7如中4專利耗圍第6項所述之微型取像綱，其中所述第二鏡片之第 四面係非球面。 8 ·如中請專利範圍第7項所述之微型取像綱，其帽述非球面的面型 滿足下列公式： —^ chl__ 1 + 崩4 + 劭6 +CA 8 + 仍1G + 劢12 + 孙14 + ⑸16 ，、巾z爲&光轴方向在高度爲h的位置以表面賴作參考距光軸的位 移值；k爲錐度f量；c為鱗半徑的讎；a、B、C、D、e、F、G爲 • 高階非球面系數。 • 9如U她圍第1項所述之微型取像鏡頭，其中所述第-鏡片之第 … 體之間設置有細。 • 1G…種微其自被攝物體-侧成像面-側依次包括： 第鏡片’其光學焦距為/;，並具有凹面及凸面，且所述凹面、凸 面中至少有—面係非球面；以及 第一鏡片其光學焦距為Λ，並具第三面及第四面，且所述第三面、 18 1273305 16 ·如申請專利範圍第15項所述之微型取像鏡頭，其中所述第一鏡片之 凹面與被攝物體之間設置有光圈。 17 ·如申請專利範圍第16項所述之微型取像鏡頭，其中所述非球面的面 型滿足下列公式： ru 2 Z =-—-r + Ah 4 + Μ 6 + Ch 8 + Dh 10 + 劭 12 + Μι 14 + Gk 16 l + [l — + ι>2λ2]ι 其中，z爲沿光軸方向在高度爲h的位置以表面頂點作參考距光軸的位 移值；k爲錐度常量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、F、G爲 高階非球面系數。

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