TWI479221B - 定焦鏡頭 - Google Patents

Description

定焦鏡頭

本發明涉及成像技術，尤其涉及一種定焦鏡頭。

隨著攝像技術的發展，相機模組在各種用途的攝像裝置中得到廣泛的應用，相機模組與各種便攜式電子裝置如手機、攝像機、電腦等的結合，更是得到眾多消費者的青睞。

便攜式電子裝置通常要求具有儘可能小的體積，以滿足消費者的便攜需求，相應地，組裝在便攜式電子裝置的鏡頭的長度也被要求不斷縮小，在儘量照顧到節約成本的前提下，需要採用儘可能少的鏡片來來製造長度較小的鏡頭，但同時又要求影像的畸變表現必需維持在較低水準下，即要求鏡頭具有低畸變(Distortion)，且要求儘量減小鏡頭的顏色偏差(該顏色偏差通常是影像由於鏡頭的主光線入射角(chief ray angle；CRA)和影像感測器的微透鏡陣列(micro lens array)所接收的主光線的入射角不匹配所造成)。

有鑒於此，有必要提供一種結構緊湊、體積較小且成像品質較佳的定焦鏡頭。

下面將以具體實施例說明一種結構緊湊、體積較小且成像品質較佳的定焦鏡頭。

一種定焦鏡頭，該定焦鏡頭從物側至像側依次包括一具有正光焦度的第一透鏡及一具有正光焦度的第二透鏡，該第一透鏡包括一面向物體一側的第一表面及一面向成像面一側的第二表面，該第二透鏡包括一面向物體一側的第三表面及一面向成像面一側的第四表面，該定焦鏡頭滿足關係式：Rmax/TTL>0.97；0.31<G1R1/F1<0.33；其中，Rmax為最大成像圓直徑，TTL為定焦鏡頭的全長，G1R1為第一表面的曲率半徑，F1為第一透鏡的焦距。

相對於現有技術，本發明所提供的定焦鏡頭中，關係式Rmax/TTL>0.97限制了定焦鏡頭的全長，關係式0.31<G1R1/F1<0.33保證了定焦鏡頭全長與球面像差之間具有較佳的平衡，即滿足該關係式的定焦鏡頭具有較小的長度，且該定焦鏡頭在其長度較小的情況下仍保證可獲得較佳的成像品質。

100‧‧‧定焦鏡頭

G1‧‧‧第一透鏡

G2‧‧‧第二透鏡

11‧‧‧第一表面

12‧‧‧第二表面

13‧‧‧第三表面

14‧‧‧第四表面

20‧‧‧光闌

97‧‧‧濾光片

98‧‧‧玻璃片

99‧‧‧成像面

圖1係本發明提供的定焦鏡頭的結構示意圖。

圖2係本發明第一實施例提供的定焦鏡頭的球面像差特性曲線圖。

圖3係本發明第一實施例提供的定焦鏡頭的場曲特性曲線圖。

圖4係本發明第一實施例提供的定焦鏡頭的畸變特性曲線圖。

圖5係本發明第一實施例提供的定焦鏡頭的主光線入射角特性曲線圖。

圖6係本發明第二實施例提供的定焦鏡頭的球面像差特性曲線圖。

圖7係本發明第二實施例提供的定焦鏡頭的場曲特性曲線圖。

圖8係本發明第二實施例提供的定焦鏡頭的畸變特性曲線圖。

圖9係本發明第二實施例提供的定焦鏡頭的主光線入射角特性曲線圖。

下面將結合附圖，以對本發明作進一步詳細說明。

請參閱圖1，本發明提供的一種定焦鏡頭100，其從物側至像側依次包括：具有正光焦度的一第一透鏡G1及一具有正光焦度的一第二透鏡G2。具體地，該第一透鏡G1包括一面向物體一側的第一表面11、以及一面向成像面一側的第二表面12，該第二透鏡G2包括一面向物體一側的第三表面13、以及一面向成像面一側的第四表面14。

本實施例中，該定焦鏡頭100還包括一設置於該第二透鏡G2遠離該第一透鏡G1一側的光闌(Aperture stop)20，其用於控制通過第一透鏡G1的光通量。

該第一、第二透鏡G1、G2的位置固定不變，成像時，光線自物側入射至光闌20，並依次經第一透鏡G1、第二透鏡G2後彙聚(成像)於成像面99。可以理解的是，可通過設置影像感測器，如電荷耦合元件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)的感測面(圖未示)於成像面99處以組成一成像系統。

所述定焦鏡頭100滿足以下關係式：(1)Rmax/TTL>0.97；(2)0.31<G1R1/F1<0.33；其中，Rmax為最大成像圓直徑，即光線經過第一透鏡G1和第二透鏡G2後入射到成像面99上所形成的圖像的最大直徑，TTL(Total track length)為定焦鏡頭100的全長，G1R1為第一表面的曲率半徑，F1為第一透鏡的焦距。

本發明所提供的定焦鏡頭100關係式中，關係式Rmax/TTL>0.97限制了定焦鏡頭100的全長TTL，關係式0.31<G1R1/F1<0.33保證了定焦鏡頭100全長TTL與球面像差之間具有較佳的平衡，即滿足該上述關係式(1)、(2)的定焦鏡頭100具有較小的長度，且該定焦鏡頭100在其長度較小的情況下仍保證可獲得較佳的成像品質。

所述第一、第二透鏡G1、G2的材料可分別選自塑膠、聚合物、以及玻璃中任意一者。優選地，為節約成本，本發明的第一、第二透鏡G1、G2均採用塑膠製成。

在該第二透鏡G2與成像面99之間還可設置一玻璃片(cover glass)98以保護位於成像面99上的影像感測器，以防止灰塵落在影像感測器上而影響成像品質。進一步地，在該玻璃片98與該第二透鏡G2之間可設置一濾光片97，該濾光片97用於選擇性地對部分光進行過濾，從而優化成像效果。例如，所述濾光片97可為一紅外截止濾光片(IR-Cut Filter)，以將人眼無法檢測的紅外光濾除。

所述定焦鏡頭100可運用在便攜式電子裝置，例如手機中。

為了進一步保證在定焦鏡頭100在具有較小全長的前提下還具有較佳的成像品質，所述定焦鏡頭100可進一步滿足以下關係式：(3)0.60<G1R2/F1<0.65；(4)0.17<G2R1/F2<0.27；(5)0.24<G2R2/F2<0.45；其中，G1R2為第二表面的曲率半徑，G2R1為第三表面的曲率半徑，F2為第二透鏡的焦距，G2R2為第四表面的曲率半徑。

所述定焦鏡頭100還可滿足以下關係式：(6)N1<1.55、N2>1.56；(7)G1R1<G1R2、G2R1<G2R2；其中，N1為第一透鏡G1的折射率，N2為第二透鏡G2的折射率，滿足關係式(6)、(7)的定焦鏡頭100除了具有較佳的成像品質外，還可具有較低的畸變(Distortion)，其中，光學畸變(Optical Distortion)量可被控制在-1%~1%之間，電視畸變(TV Distortion)量可被控制在-1%~1%之間，主光線入射角(chief ray angle，CRA)小於26度，另外，在滿足以下關係式：(8)Vd1>53、Vd2<33；的條件下，本發明所述的定焦鏡頭100還可有效消除色差，其中，Vd1為第一透鏡G1的阿貝數，Vd2為第二透鏡G2的阿貝數。

以透鏡表面中心為原點，光軸為x軸，透鏡表面的非球面面型運算式為：

其中，c為鏡面表面中心的曲率，為從光軸到透 鏡表面的高度，k是二次曲面係數，A _i為第i階的非球面面型係數。

通過將表1及表2(請參閱下文)的資料代入上述運算式，可獲得本發明第一實施例的定焦鏡頭100中各透鏡表面的非球面形狀，另外，通過將表3及表4(請參閱下文)的資料代入上述運算式，可獲知本發明第二實施例的定焦鏡頭100中各透鏡表面的非球面形狀。

下列各表中分別列有由物端到像端依序排列的光學表面，R為各透鏡的光學表面的曲率半徑，D為對應的光學表面到後一光學表面的軸上距離(兩個光學表面截得光軸的長度)，Nd為對應透鏡組對d光(波長為587奈米)的折射率，Vd為d光在對應透鏡組的阿貝數(Abbe number)，k為二次曲面係數。以下第一和第二實施例的定焦鏡頭100的第一透鏡G1和第二透鏡G2的光學參數滿足上述關係式(1)~(8)。

第一實施例

本發明第一實施例所提供的定焦鏡頭100的各光學元件滿足表1及表2的條件。

表1

表2

本實施例所提供的定焦鏡頭100的像差、場曲、畸變、以及主光線入射角分別如圖2到圖5所示。具體地，圖2所示出的三條曲線分別為針對F線(波長為486奈米(nm))，d線(波長為587nm)，C線(波長為656nm)而觀察到的像差值曲線。由該三條曲線可看出第一實施例的定焦鏡頭100對可見光(波長範圍在400nm-700nm之間)產生的像差值控制在-0.05mm~0.05mm範圍內。如圖3所示，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線。由圖3可看出該定焦鏡頭100的子午場曲值和弧矢場曲值被控制在0~0.10mm範圍內。進一步地，圖4示出的曲線為定焦鏡頭100的畸變特性曲線，由圖4可知，該定焦鏡頭100的光學畸變量被控制在-1.00%~1.00%的範圍內。另外，由圖5可知，該定焦鏡頭100的主光線入射角被控制在0~26.0度範圍內。綜上所述，本發明第一實 施例所提供的定焦鏡頭100的球面像差、場曲、畸變、以及主光線入射角都能被控制(修正)在較小的範圍內。

本實施例所提供的定焦鏡頭100的像差、場曲、畸變、以及主光線入射角分別如圖6到圖9所示。具體地，圖6所示出的三條曲線分別為針對F線(波長為486奈米(nm))，d線(波長為587nm)，C線(波長為656nm)而觀察到的像差值曲線。由該三條曲線可看出第二實施例的定焦鏡頭100對可見光(波長範圍在400nm-700nm之間)產生的像差值控制在-0.05mm~0.05mm範圍內。如圖7所示，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線。由圖7可看出該定焦鏡頭100的子午場曲值和弧矢場曲值被控制在0~0.10mm範圍內。進一步地，圖8示出的曲線為定焦鏡頭100的畸變特性曲線，由圖8可知，該定焦鏡頭100的光學畸變量被控制在-1.00%~1.00%的範圍內。另外，由圖9可知，該定焦鏡頭100的主光線入射角被控制在0~26.0度範圍內。綜上所述，本發明第二實 施例所提供的定焦鏡頭100的球面像差、場曲、畸變、以及主光線入射角都能被控制(修正)在較小的範圍內。

綜上所述，本發明確已符合發明專利的要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明的較佳實施方式，自不能以此限制本案的申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝的人士援依本發明的精神所作的等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧定焦鏡頭

G1‧‧‧第一透鏡

G2‧‧‧第二透鏡

11‧‧‧第一表面

12‧‧‧第二表面

13‧‧‧第三表面

14‧‧‧第四表面

20‧‧‧光闌

97‧‧‧濾光片

98‧‧‧玻璃片

99‧‧‧成像面

Claims (10)

1. 一種定焦鏡頭，該定焦鏡頭從物側至像側依次包括一具有正光焦度的第一透鏡及一具有正光焦度的第二透鏡，該第一透鏡包括一面向物體一側的第一表面及一面向成像面一側的第二表面，該第二透鏡包括一面向物體一側的第三表面及一面向成像面一側的第四表面，其中，該定焦鏡頭滿足關係式：Rmax/TTL>0.97；0.31<G1R1/F1<0.33；其中，Rmax為最大成像圓直徑，TTL為定焦鏡頭的全長，G1R1為第一表面的曲率半徑，F1為第一透鏡的焦距。
2. 如申請專利範圍第1項所述的定焦鏡頭，其中，該定焦鏡頭進一步滿足關係式：0.60<G1R2/F1<0.65；0.17<G2R1/F2<0.27；0.24<G2R2/F2<0.45；其中，G1R2為第二表面的曲率半徑，G2R1為第三表面的曲率半徑，F2為第二透鏡的焦距，G2R2為第四表面的曲率半徑。
3. 如申請專利範圍第2項所述的定焦鏡頭，其中，該第一透鏡和第二透鏡件滿足關係式：N1<1.55、N2>1.56；G1R1<G1R2、G2R1<G2R2；其中，N1為第一透鏡的折射率，N2為第二透鏡的折射率。
4. 如申請專利範圍第3項所述的定焦鏡頭，其中，該第一透鏡和第二透鏡件 滿足關係式：Vd1>53、Vd2<33；其中，Vd1為第一透鏡的阿貝數，Vd2為第二透鏡的阿貝數。
5. 如申請專利範圍第1項所述的定焦鏡頭，其中，該第一表面、第二表面、第三表面、第四表面分別為非球面。
6. 如申請專利範圍第1項所述的定焦鏡頭，其中，該第一透鏡、第二透鏡分別選用塑膠、聚合物、以及玻璃中任意一者製成。
7. 如申請專利範圍第1項所述的定焦鏡頭，其中，該定焦鏡頭還包括一玻璃片，該玻璃片設置在該第二透鏡與該成像面之間，且該玻璃片用於保護位於成像面上的影像感測器。
8. 如申請專利範圍第7項所述的定焦鏡頭，其中，該定焦鏡頭還包括一濾光片，該濾光片設置在該玻璃片與該第二透鏡之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述的定焦鏡頭，其中，該濾光片為一紅外截止濾光片。
10. 如申請專利範圍第1項所述的定焦鏡頭，其中，該定焦鏡頭還包括一光闌，該光闌設置在該第一透鏡遠離該第二透鏡的一側。