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TWI471586B - 四片式成像鏡片組 - Google Patents

四片式成像鏡片組 Download PDF

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TWI471586B
TWI471586B TW101101556A TW101101556A TWI471586B TW I471586 B TWI471586 B TW I471586B TW 101101556 A TW101101556 A TW 101101556A TW 101101556 A TW101101556 A TW 101101556A TW I471586 B TWI471586 B TW I471586B
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Shu Tzu Lai
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Newmax Technology Co Ltd
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Description

四片式成像鏡片組
本發明係與光學鏡頭有關，特別是指一種四片式成像鏡片組。
最近幾年來，隨著手機相機的興起，小型化攝影鏡頭的需求日漸提高，而一般攝影鏡頭的感光元件不外乎是感光耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)兩種，由於半導體製程技術的進步，使得感光元件的畫素面積縮小，小型化攝影鏡頭逐漸往高畫素領域發展，因此，對成像品質的要求也日益增加。
常見的手機相機鏡頭多採用三片式成像鏡片組，成像鏡片組從物側至像側依序為一具正屈折力的第一鏡片、一具負屈折力的第二鏡片及一具正屈折力的第三鏡片，然而，當感光元件的畫素面積逐漸縮小，系統對成像品質的要求提高，常見的三片式成像鏡片組將無法滿足更高階的攝影鏡頭模組使用。
為此，手機相機鏡頭則搭載採用四片式成像鏡片組，以解決三片式成像鏡片無法滿足更高階的攝影鏡頭模組使用的問題，然而，由於手機相機的畫素攀升得非常迅速，感光元件的畫素面積逐漸縮小，且在系統成像品質的要求不斷提高的情況下，如何開發出一種具大畫角、高畫數、高解析能力、低鏡頭高度的四片式成像鏡片組，即是本發明研發的動機。
本發明之目的在於提供一種四片式成像鏡片組，其可應用於高畫素手機相機，且不至於使鏡頭總長度過長，而同時具備大畫角、高畫數、高解析能力和低鏡頭高度的四片式成像鏡片組。
本發明提供一種四片式成像鏡片組，由物側至像側依序包含：一具正屈折力的第一鏡片，其像側表面為凸面，且該第一鏡片的物側表面與像側表面至少一面為非球面；一光欄；一具負屈折力的第二鏡片，其像側表面為凹面，且該第二鏡片的物側表面與像側表面至少一面為非球面；一具正屈折力的第三鏡片，其像側表面為凸面，且該第三鏡片的物側表面與像側表面至少一面為非球面；一具負屈折力的第四鏡片，其物側表面為凹面，且該第四鏡片的物側表面與像側表面至少一面為非球面，該第一鏡片的物側表面到成像面之間的距離為TL，另於該成像面設置一電子感光元件，該電子感光元件有效畫素區域對角線長的一半為ImgH，兩者滿足下列關係式：兩者滿足下列關係式：TL/ImgH<1.6。
本發明四片式成像鏡片組，該第一鏡片的焦距為f1，該第二鏡片的焦距為f2，兩者滿足下列關係式：0.3＜|f1|/|f2|＜0.8。當|f1|/|f2|滿足前述關係式，則可令該成像鏡片組在具備大畫角、高畫數和低鏡頭高度，同時解像能力顯著提昇，反之，若超出上述光學式之數據值範圍，則會導致四片式成像鏡片組之性能、解像力低，以及良率不足等問題。
本發明四片式成像鏡片組，該第二鏡片的焦距為f2，該第三鏡片的焦距為f3，兩者滿足下列關係式：1.3＜|f2|/|f3|＜2.0。當|f2|/|f3|滿足前述關係式，則可令該成像鏡片組在具備大畫角、高畫數和低鏡頭高度，同時解像能力顯著提昇，反之，若超出上述光學式之數據值範圍，則會導致四片式成像鏡片組之性能、解像力低，以及良率不足等問題。
本發明四片式成像鏡片組，該第三鏡片的焦距為f3，該第四鏡片的焦距為f4，兩者滿足下列關係式：0.8＜|f3|/|f4|＜1.5。當|f3|/|f4|滿足前述關係式，則可令該成像鏡片組在具備大畫角、高畫數和低鏡頭高度，同時解像能力顯著提昇，反之，若超出上述光學式之數據值範圍，則會導致四片式成像鏡片組之性能、解像力低，以及良率不足等問題。
本發明四片式成像鏡片組，該第一鏡片及該第二鏡片的合成焦距為f12，該第三鏡片及該第四鏡片的合成焦距為f34，兩者滿足下列關係式：|f12|/|f34|＜0.06。當|f12|/|f34|滿足前述關係式，則可令該成像鏡片組在具備大畫角、高畫數和低鏡頭高度，同時解像能力顯著提昇，反之，若超出上述光學式之數據值範圍，則會導致四片式成像鏡片組之性能、解像力低，以及良率不足等問題。
本發明四片式成像鏡片組，該第一鏡片的焦距為f1，該第二鏡片、該第三鏡片及該第四鏡片的合成焦距為f234，兩者滿足下列關係式：0.4＜|f1|/|f234|＜0.9。當|f1|/|f234|滿足前述關係式，則可令該成像鏡片組在具備大畫角、高畫數和低鏡頭高度，同時解像能力顯著提昇，反之，若超出上述光學式之數據值範圍，則會導致四片式成像鏡片組之性能、解像力低，以及良率不足等問題。
本發明四片式成像鏡片組，該第二鏡片及該第三鏡片的合成焦距為f23，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，兩者滿足下列關係式：0.6＜|f23|/|f|＜1.2。當|f23|/|f|滿足前述關係式，則可令該成像鏡片組在具備大畫角、高畫數和低鏡頭高度，同時解像能力顯著提昇，反之，若超出上述光學式之數據值範圍，則會導致四片式成像鏡片組之性能、解像力低，以及良率不足等問題。
本發明四片式成像鏡片組，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，該第一鏡片的物側表面到成像面之間的距離為TL，兩者滿足下列關係式：0.75＜|f/TL|＜0.95。當|f/TL|滿足前述關係式，則可具有光學全長較短，達到更小型輕便之特點。
有關本發明為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他之功效，茲舉二較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如後。
 《第一實施例》
本發明第一實施例所提供的一種四片式成像鏡片組，請參閱第1A、1B圖，該第1A圖為本發明第一實施例之四片式成像鏡片組配置示意圖，第1B圖為本發明第一實施例像差曲線圖，第一實施例從物側A到像側B包含：
一具正屈折力的第一鏡片100，其材質為塑膠，該第一鏡片100的物側表面101為凸面、該像側表面102為凸面，該第一鏡片100的物側表面101與像側表面102皆設為非球面。
一光欄110。
一具負屈折力的第二鏡片120，其材質為塑膠，該第二鏡片120的物側表面121為凹面、該像側表面122為凹面，該第二鏡片120的物側表面121與像側表面122皆設為非球面。
一具正屈折力的第三鏡片130，其材質為塑膠，該第三鏡片130的物側表面131為凹面、該像側表面132為凸面，該第三鏡片130的物側表面131與像側表面132皆設為非球面。
一具負屈折力的第四鏡片140，其材質為塑膠，該第四鏡片140的物側表面141為凹面、該像側表面142為凹面，該第四鏡片140的物側表面141與像側表面142皆設為非球面。
一紅外線濾除濾光片(IR-filter)150，其設於該第四鏡片140像側表面142與一成像面160之間，該紅外線濾除濾光片150的材質為玻璃且不影響該四片式成像鏡片組的焦距。
上述之非球面曲線的方程式表示如下：
其中z為沿光軸170方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、G、......為高階非球面係數。
第一實施例中，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，其關係式為：f=2.95mm。
第一實施例中，該四片式成像鏡片組的整體光圈值(f-number)為Fno，其關係式為：Fno=2.8。
第一實施例中，該四片式成像鏡片組的畫角為2ω，其關係式為：2ω=79°。
第一實施例中，該第一鏡片100的物側表面101到成像面160之間的距離為TL，另於該成像面160設置一電子感光元件(圖上未示)，該電子感光元件有效畫素區域對角線長的一半為ImgH，兩者滿足下列關係式：TL/ImgH=1.512。
第一實施例中，該第一鏡片100的焦距為f1，該第二鏡片120的焦距為f2，其關係式為：|f1|/|f2|=0.594。
第一實施例中，該第二鏡片120的焦距為f2，該第三鏡片130的焦距為f3，其關係式為：|f2|/|f3|=1.696。
第一實施例中，該第三鏡片130的焦距為f3，該第四鏡片140的焦距為f4，其關係式為：|f3|/|f4|=1.196。
第一實施例中，該第一鏡片100及該第二鏡片120的合成焦距為f12，該第三鏡片130及該第四鏡片140的合成焦距為f34，其關係式為：|f12|/|f34|=0.044。
第一實施例中，該第一鏡片100的焦距為f1，該第二鏡片120、該第三鏡片130及該第四鏡片140的合成焦距為f234，其關係式為：|f1|/|f234|=0.729。
第一實施例中，該第二鏡片120及第三鏡片130的合成焦距為f23，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，其關係式為：|f23|/|f|=0.847。
第一實施例中，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，該第一鏡片100的物側表面101到成像面160之間的距離為TL，其關係式為：|f/TL|=0.85。
第一實施例詳細的結構數據如同第1C圖中表一所示，其非球面數據如同第1D圖中表二所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為公厘(mm)，且表一、二中所載之表面1、2分別為該第一鏡片100的物、像側表面101、102，表面4、5分別為該第二鏡片120的物、像側表面121、122，表面6、7分別為該第三鏡片130的物、像側表面131、132，表面8、9分別為該第四鏡片140的物、像側表面141、142。
《第二實施例》
本發明第二實施例所提供的一種四片式成像鏡片組，請參閱第2A、2B圖，該第2A圖為本發明第二實施例之四片式成像鏡片組配置示意圖，第2B圖為本發明第二實施例像差曲線圖，第二實施例從物側A到像側B包含：一具正屈折力的第一鏡片200，其材質為塑膠，該第一鏡 片200的物側表面201為凸面、該像側表面202為凸面，該第一鏡片200的物側表面201與像側表面202皆設為非球面。
一光欄210。
一具負屈折力的第二鏡片220，其材質為塑膠，該第二鏡片220的物側表面221為凹面、該像側表面222為凹面，該第二鏡片220的物側表面221與像側表面222皆設為非球面。
一具正屈折力的第三鏡片230，其材質為塑膠，該第三鏡片230的物側表面231為凹面、該像側表面232為凸面，該第三鏡片230的物側表面231與像側表面232皆設為非球面。
一具負屈折力的第四鏡片240，其材質為塑膠，該第四鏡片240的物側表面241為凹面、該像側表面242為凹面，該第四鏡片240的物側表面241與像側表面242皆設為非球面。
一紅外線濾除濾光片(IR-filter)250，其設於該第四鏡片240像側表面242與一成像面260之間，該紅外線濾除濾光片250的材質為玻璃且不影響該四片式成像鏡片組的焦距。
上述之非球面曲線的方程式表示如下：
其中z為沿光軸270方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、G、......為高階非球面係數。
第二實施例中，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，其關係式為：f=2.95mm。
第二實施例中，該四片式成像鏡片組的整體光圈值(f-number)為Fno，其關係式為：Fno=2.8。
第二實施例中，該四片式成像鏡片組的畫角為2ω，其關係式為：2ω=79°。
第一實施例中，該第一鏡片200的物側表面201到成像面260之間的距離為TL，另於該成像面260設置一電子感光元件(圖上未示)，該電子感光元件有效畫素區域對角線長的一半為ImgH，兩者滿足下列關係式：TL/ImgH=1.525。
第二實施例中，該第一鏡片200的焦距為f1，該第二鏡片220的焦距為f2，其關係式為：|f1|/|f2|=0.567。
第二實施例中，該第二鏡片220的焦距為f2，該第三鏡片230的焦距為f3，其關係式為：|f2|/|f3|=1.621。
第二實施例中，該第三鏡片230的焦距為f3，該第四鏡片240的焦距為f4，其關係式為：|f3|/|f4|=1.138。
第二實施例中，該第一鏡片200及該第二鏡片220的合成焦距為f12，該第三鏡片230及該第四鏡片240的合成焦距為f34，其關係式為：|f12|/|f34|=0.013。
第二實施例中，該第一鏡片200的焦距為f1，該第二鏡片220、該第三鏡片230及該第四鏡片240的合成焦距為f234，其關係式為：|f1|/|f234|=0.65。
第二實施例中，該第二鏡片220及第三鏡片230的合成焦距為f23，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，其關係式為：|f23|/|f|=0.96。
第二實施例中，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，該第一鏡片200的物側表面201到成像面260之間的距離為TL，其關係式為：|f/TL|=0.854。
第二實施例詳細的結構數據如同第2C圖中表三所示，其非球面數據如同第2D圖中表四所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為公厘(mm)，且表三、四中所載之表面1、2分別為該第一鏡片200的物、像側表面201、202，表面4、5分別為該第二鏡片220的物、像側表面221、222，表面6、7分別為該第三鏡片230的物、像側表面231、232，表面8、9分別為該第四鏡片240的物、像側表面241、242。
值得說明的是，第1C圖中的表一、第1D圖中的表二、第2C圖中的表三、及第2D圖中的表四為本發明的四片式成像鏡片組各實施例的不同數值變化表，然本發明各實施例的數值變化皆屬實驗所得，即使使用不同數值，相同結構的產品仍屬於本發明的保護範疇。第5圖中的表五為各實施例中各關係式的對應表。
本發明四片式成像鏡片組中，各鏡片的材質可為玻璃或塑膠，若各鏡片的材質為玻璃，則可以增加該四片式成像鏡片組屈折力配置的自由度，若各鏡片材質為塑膠，則可以有效降低生產成本。
本發明四片式成像鏡片組中，若鏡片表面係為凸面，則表示該鏡片表面於近光軸處為凸面；若鏡片表面係為凹面，則表示該鏡片表面於近光軸處為凹面。
100、200．．．第一鏡片
101、201．．．第一鏡片的物側表面
102、202．．．第一鏡片的像側表面
110、210．．．光欄
120、220．．．第二鏡片
121、221．．．第二鏡片的物側表面
122、222．．．第二鏡片的像側表面
130、230．．．第三鏡片
131、231．．．第三鏡片的物側表面
132、232‧‧‧第三鏡片的像側表面
140、240‧‧‧第四鏡片
141、241‧‧‧第四鏡片的物側表面
142、242‧‧‧第四鏡片的像側表面
150、250‧‧‧紅外線濾除濾光片(IR Filter)
160、260‧‧‧成像面
170、270‧‧‧光軸
f‧‧‧為整體合成焦距
Fno‧‧‧為整體光圈值
2ω‧‧‧為畫角
TL‧‧‧為第一鏡片的物側表面到成像面之間的距離
ImgH‧‧‧為電子感光元件有效畫素區域對角線長的一半
f1‧‧‧為第一鏡片的焦距
f2‧‧‧為第二鏡片的焦距
f3‧‧‧為第三鏡片的焦距
f4‧‧‧為第四鏡片的焦距
f12‧‧‧為第一鏡片及第二鏡片的合成焦距
f34‧‧‧為第三鏡片及第四鏡片的合成焦距
f234‧‧‧為第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片的合成焦距
f23‧‧‧為第二鏡片及第三鏡片的合成焦距
第1A圖係本發明第一實施例之光學示意圖。
第1B圖係本發明第一實施例球面、非點及歪曲收差線圖。
第1C圖係表一，為第一實施例光學數據。
第1D圖係表二，為第一實施例非球面數據。
第2A圖係本發明第二實施例之光學示意圖。
第2B圖係本發明第二實施例球面、非點及歪曲收差線圖。
第2C圖係表三，為第二實施例光學數據。
第2D圖係表四，為第二實施例非球面數據。
第3圖係表五，為本發明相關關係式的數值資料。
100．．．第一鏡片
101．．．第一鏡片的物側表面
102．．．第一鏡片的像側表面
110．．．光欄
120．．．第二鏡片
121．．．第二鏡片的物側表面
122．．．第二鏡片的像側表面
130．．．第三鏡片
131．．．第三鏡片的物側表面
132．．．第三鏡片的像側表面
140．．．第四鏡片
141．．．第四鏡片的物側表面
142．．．第四鏡片的像側表面
150．．．紅外線濾除濾光片(IR Filter)
160．．．成像面
170．．．光軸

Claims (8)

  1. 一種四片式成像鏡片組，由物側至像側依序包含：一具正屈折力的第一鏡片，其像側表面為凸面，且該第一鏡片的物側表面與像側表面至少一面為非球面；一光欄；一具負屈折力的第二鏡片，其像側表面為凹面，且該第二鏡片的物側表面與像側表面至少一面為非球面；一具正屈折力的第三鏡片，其像側表面為凸面，且該第三鏡片的物側表面與像側表面至少一面為非球面；一具負屈折力的第四鏡片，其物側表面為凹面，且該第四鏡片的物側表面與像側表面至少一面為非球面；該第一鏡片的物側表面到成像面之間的距離為TL，另於該成像面設置一電子感光元件，該電子感光元件有效畫素區域對角線長的一半為ImgH，兩者滿足下列關係式：TL/ImgH<1.6；該第二鏡片及該第三鏡片的合成焦距為f23，該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，兩者滿足下列關係式：0.6<|f23|/|f|<1.2。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之四片式成像鏡片組，其中該第一鏡片的焦距為f1，該第二鏡片的焦距為f2，兩者滿足下列關係式：0.3<|f1|/|f2|<0.8。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之四片式成像鏡片組，其中該第二鏡片的焦距為f2，該第三鏡片的焦距為f3，兩者滿足下 列關係式：1.3<|f2|/|f3|<2.0。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之四片式成像鏡片組，其中該第三鏡片的焦距為f3，該第四鏡片的焦距為f4，兩者滿足下列關係式：0.8<|f3|/|f4|<1.5。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之四片式成像鏡片組，其中該第一鏡片及該第二鏡片的合成焦距為f12，該第三鏡片及該第四鏡片的合成焦距為f34，兩者滿足下列關係式：|f12|/|f34|<0.06。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之四片式成像鏡片組，其中該第一鏡片的焦距為f1，該第二鏡片、該第三鏡片及該第四鏡片的合成焦距為f234，兩者滿足下列關係式：0.4<|f1|/|f234|<0.9。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之四片式成像鏡片組，其中該四片式成像鏡片組的整體合成焦距為f，該第一鏡片的物側表面到成像面之間的距離為TL，兩者滿足下列關係式：0.75<|f/TL|<0.95。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之四片式成像鏡片組，其中該第一鏡片的材質為塑膠，且該第一鏡片的物側表面為凸面，該第一鏡片的物側表面與像側表面皆為非球面，該第二鏡片的材質為塑膠，且該第二鏡片的物側表面為凹面，該第二鏡片的物側表面與像側表面皆為非球面，該第三鏡片的材質為塑膠，且該第三鏡片的物側表面為凹面，該第三鏡 片的物側表面與像側表面皆為非球面，該第四鏡片的材質為塑膠，且該第四鏡片的像側表面為凹面，該第四鏡片的物側表面與像側表面皆為非球面。
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