TWI400505B - 二片式成像透鏡組 - Google Patents

Description

二片式成像透鏡組

本發明係一種透鏡組，特別是指一種應用於照相手機的二片式成像透鏡組。

最近幾年來，隨著照相手機的興起，攝影鏡頭的長度逐漸縮小，而一般數位相機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(Compleme ntary Metal－Oxide Semiconductor,CMOS)兩種，由於半導體製程技術的進步，感光元件的畫素大小由早期的7.4 μm減少至目前的1.75 μm，這使得小型化攝影鏡頭的需求更為殷切。

習見的手機鏡頭，為考慮像差的補正，多採用三枚式透鏡結構，其中最普遍的為正負正三透鏡(Triplet)型式，但是，當鏡頭的長度由5mm縮小至3mm以下時，光學系統體積縮小，使得三枚透鏡欲置入此空間變得困難，而透鏡厚度也必須縮小，使得以塑膠射出成型製作的透鏡其材質的均勻度不良。

為解決光學系統薄型化的問題，本發明提供一種由二片透鏡配合光圈構成之成像透鏡組，其要旨如下：二片式成像透鏡組，由二片具屈折力的透鏡構成，由物側至像側依序為：一光圈；一具正屈折力的第一透鏡，其前表面為凸面，後表面為凹面，且其前表面、後表面皆為非球面；一具正屈折力的第二透鏡，其前表面為凹面，後表面為凸面，且其前表面、後表面皆為非球面。

在本發明二片式成像透鏡組中，系統的屈折力主要由具正屈折力第一透鏡提供，具正屈折力的第二透鏡作用如補正透鏡，其功能為平衡及修正系統所產生的各項像差，藉由以上的配置，可以有效提高成像品質。

藉由第一透鏡提供強大的正屈折力，並且將光圈置於二片式成像透鏡組的物體側，將使得二片式成像透鏡組的出射瞳(Exit Pupil)遠離成像面，因此，光線將以接近垂直入射的方式入射在感光元件上，此即為像側的Telecentric特性，此特性對於時下固態感光元件的感光能力是極為重要的，將使得感光元件的感光敏感度提高，減少二片式成像透鏡組產生暗角的可能性。

在本發明二片式成像透鏡組中，透鏡的材質可為玻璃或塑膠，但皆於鏡面上設置非球面，非球面可以容易製作成球面以外的形狀，獲得較多的控制變數，用以消減像差，進而縮減透鏡使用的數目，因此可以有效降低二片式成像透鏡組的總長度。

在本發明二片式成像透鏡組中，第一透鏡的焦距為f1，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，兩者滿足下記關係式：f/f1>0.9；若f/f1小於上述關係式之下限值，則二片式成像透鏡組的屈折力不足，使得光學總長度過長，而且對於壓制光線入射感光元件上的角度較為困難；進一步來說，使f/f1滿足下記關係則較為理想：f/f1<1.25。

在本發明二片式成像透鏡組中，第二透鏡的焦距為f2，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，兩者滿足下記關係式：0<f/f2<0.45；第二透鏡作用如補正透鏡，其功能為平衡及修正系統所產生的各項像差，若f/f2小於上述關係式之下限值，則二片式成像透鏡組的後焦距(Back Focal Length)將過長；進一步來說，使f/f2滿足下記關係則較為理想：0.05<f/f2<0.25；更進一步來說，使f/f1與f/f2滿足下記關係則較為理想：(f/f1)－(f/f2)>0.35。

在本發明二片式成像透鏡組中，第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，兩者滿足下記關係：0.45<R1/R2<0.7；當R1/R2低於上述關係式之下限值，二片式成像透鏡組產生的像散(Astigmatism)將難以修正，另一方面，當R1/R2高於上述關係式之上限值，對於二片式成像透鏡組中的球差(Spherical Aberration)的修正較為困難；若使R1/R2滿足下記關係，則較為理想：0.5<R1/R2<0.65。

在本發明二片式成像透鏡組中，第二透鏡的前表面曲率半徑為R3，第二透鏡的後表面曲率半徑為R4，兩者滿足下記關係：0.85<R3/R4<1.4；上述關係將有利於修正系統的高階像差；若使R3/R4滿足下記關係，則較為理想：0.95<R3/R4<1.35；在本發明二片式成像透鏡組中，第一透鏡的折射率為N1，滿足下記關係：N1<1.59；上述關係可使薄型化攝像透鏡組獲得良好的光學品質。

在本發明二片式成像透鏡組中，第一透鏡的色散係數(Abbe Number)為V1，第二透鏡的色散係數(Abbe Number)為V2，兩者滿足下記關係：| V1－V2 |<10；上述關係有利於修正系統產生的彗差(Coma)。

在本發明二片式成像透鏡組中，第二透鏡的後表面曲率半徑為R4，滿足下記關係：當1/R4<－0.01 1/mm時，R4的絕對值相對較小，有利於縮短二片式成像透鏡組的後焦距(Back Focal Length)。

本發明二片式成像透鏡組中，第二透鏡後表面有效徑位置的鏡面角度為ANG22，滿足下記關係式：ANG22<－50 deg；其鏡面角度的方向定義為『當周邊有效徑位置的鏡面角度向像側傾斜則定義為正、當周邊有效徑位置的鏡面角度向物側傾斜則定義為負』；前述關係可以有效縮小光線入射感光元件的角度，並且可以增強薄型化取像透鏡組修正軸外像差的能力。

本發明二片式成像透鏡組中，第一透鏡的周邊厚度ET1，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，滿足下記關係式：ET1<0.35 mm且ET1/f<0.2；周邊厚度定義為：透鏡的前表面及後表面有效徑位置間的距離投影於光軸上的長度，上述關係有利於修正二片式成像透鏡組的像散。

在本發明二片式成像透鏡組之被攝物成像於電子感光元件，且二片式成像透鏡組的光學總長為TL，二片式成像透鏡組的成像高度為ImgH，兩者滿足下記關係式：TL/ImgH<2.2，上記關係可以維持二片式成像透鏡組小型化的特性。

本發明第一實施例請參閱第1圖，第一實施例之像差曲線請參閱第2圖；第一實施例之二片式成像透鏡組主要構造由二片具屈折力的透鏡所構成，物側與像側之間包含：一具正屈折力的第一透鏡(10)，其前表面(11)為凸面、後表面(12)為凹面，其材質為塑膠，且前表面(11)、後表面(12)皆為非球面；一具正屈折力的第二透鏡(20)，其前表面(21)為凹面、後表面(22)為凸面，其材質為塑膠，且前表面(21)、後表面(22)皆為非球面；一光圈(30)，位於第一透鏡(10)之前；一感光元件保護玻璃(50)(Sensor Cover Glass)，置於第二透鏡(20)之後，其不影響系統的焦距；一成像面(60)，置於感光元件保護玻璃(50)之後。

前述非球面曲線的方程式表示如下： 其中：X：鏡片的截面距離；Y：非球面曲線上的點距離光軸的高度；K：錐面係數；Ai：第i個非球面係數。

第一實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，其關係為：f/f1＝1.04；f/f2＝0.19；f/f1－f/f2＝0.85。

第一實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，第二透鏡的前表面曲率半徑為R3，第二透鏡的後表面曲率半徑為R4，其關係為：1/R3＝－0.61；1/R4＝－0.78；R1/R2＝0.59；R3/R4＝1.29。

第一實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的折射率為N1，其關係為：N1＝1.543。

第一實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的色散係數(Abbe Number)為V1，第二透鏡的色散係數為V2，其關係為：| V1－V2 |＝0。

第一實施例二片式成像透鏡組中，第二透鏡後表面的有效徑位置的鏡面角度為ANG22，其關係為：ANG22＝－66.8 deg。

鏡面角度的方向定義為『當周邊有效徑角度向像側傾斜則定義為正、當周邊有效徑角度向物側傾斜則定義為負』。

第一實施例二片式成像透鏡組中，二片式成像透鏡組的光學總長為TL，二片式成像透鏡組的成像高度為ImgH，其關係為：TL/ImgH＝1.94。

第一實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的周邊厚度ET1，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，滿足下記關係式：ET1＝0.26 mm且ET1/f＝0.20；周邊厚度定義為：透鏡的前表面及後表面有效徑位置間的距離投影於光軸上的長度，上述關係有利於修正二片式成像透鏡組的像散。

第一實施例詳細的結構數據如同表1所示，其非球面數據如同表2所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，HFOV定義為最大視角的一半。

本發明第二實施例請參閱第3圖，第二實施例之像差曲線請參閱第4圖。第二實施例之二片式成像透鏡組主要構造由二片具屈折力的透鏡所構成，物側與像側之間包含：一具正屈折力的第一透鏡(10)，其前表面(11)為凸面、後表面(12)為凹面，其材質為塑膠，且前表面(11)、後表面(12)皆為非球面；一具正屈折力的第二透鏡(20)，其前表面(21)為凹面、後表面(22)為凸面，其材質為塑膠，且前表面(21)、後表面(22)皆為非球面；一光圈(30)，位於第一透鏡(10)之前；一紅外線濾除濾光片(40)(IR Filter)，置於第二透鏡(20)之後，其不影響系統的焦距；一感光元件保護玻璃(50)(Sensor Cover Glass)，置於紅外線濾除濾光片(40)之後，其不影響系統的焦距；一成像面(60)，置於感光元件保護玻璃(50)之後。

第二實施例非球面曲線方程式的表示如同第一實施例的形式。

第二實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，其關係為：f/f1＝1.12；f/f2＝0.10；f/f1－f/f2＝1.02。

第二實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，第二透鏡的前表面曲率半徑為R3，第二透鏡的後表面曲率半徑為R4，其關係為：1/R3＝－0.53；1/R4＝－0.52；R1/R2＝0.62；R3/R4＝0.98。

第二實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的折射率為N1，其關係為：N1＝1.543。

第二實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的色散係數(Abbe Number)為V1，第二透鏡的色散係數為V2，其關係為：|V1－V2|＝0。

第二實施利二片式成像透鏡組中，第一透鏡的周邊厚度ET1，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，滿足下記關係式：ET1＝0.40mm且ET1/f＝0.16；周邊厚度定義為：透鏡的前表面及後表面有效徑位置間的距離投影於光軸上的長度，上述關係有利於修正二片式成像透鏡組的像散。

第二實施例二片式成像透鏡組中，第二透鏡後表面的有效徑位置的鏡面角度為ANG22，其關係為：ANG22＝－56.2 deg。

鏡面角度的方向定義為『當周邊有效徑角度向像側傾斜則定義為正、當周邊有效徑角度向物側傾斜則定義為負』。

第二實施例二片式成像透鏡組中，二片式成像透鏡組的光學總長為TL，二片式成像透鏡組的成像高度為ImgH，其關係為：TL/ImgH＝2.14。

第二實施例詳細的結構數據如同表3所示，其非球面數據如同表4所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，HFOV定義為最大視角的一半。

本發明第三實施例請參閱第5圖，第三實施例之像差曲線請參閱第6圖。第三實施例之二片式成像透鏡組主要構造由二片具屈折力的透鏡所構成，物側與像側之間包含：一具正屈折力的第一透鏡(10)，其前表面(11)為凸面、後表面(12)為凹面，其材質為塑膠，且前表面(11)、後表面(12)皆為非球面；一具正屈折力的第二透鏡(20)，其前表面(21)為凹面、後表面(22)為凸面，其材質為塑膠，且前表面(21)、後表面(22)皆為非球面；一光圈(30)，位於第一透鏡(10)之前；一紅外線濾除濾光片(40)(IRFilter)，置於第二透鏡(20)之後，其不影響系統的焦距；一感光元件保護玻璃(50)(Sensor Cover Glass)，置於紅外線濾除濾光片(40)之後，其不影響系統的焦距；一成像面(60)，置於感光元件保護玻璃(50)之後。

第三實施例非球面曲線方程式的表示如同第一實施例的形式。

第三實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，其關係為：f/f1＝1.12；f/f2＝0.16；f/f1－f/f2＝0.96。

第三實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，第二透鏡的前表面曲率半徑為R3，第二透鏡的後表面曲率半徑為R4，其關係為：1/R3＝－0.54；1/R4＝－0.57；R1/R2＝0.57；R3/R4＝1.05。

第三實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的折射率為N1，其關係為：N1＝1.543。

第三實施例二片式成像透鏡組中，第一透鏡的色散係數(Abbe Number)為V1，第二透鏡的色散係數為V2，其關係為：| V1－V2 |＝0。

第三實施利二片式成像透鏡組中，第一透鏡的周邊厚度ET1，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，滿足下記關係式：ET1＝0.34 mm且ET1/f＝0.15；周邊厚度定義為：透鏡的前表面及後表面有效徑位置間的距離投影於光軸上的長度，上述關係有利於修正二片式成像透鏡組的像散。

第三實施例二片式成像透鏡組中，第二透鏡後表面的有效徑位置的鏡面角度為ANG22，其關係為：ANG22＝－62.5 deg。

鏡面角度的方向定義為『當周邊有效徑角度向像側傾斜則定義為正、當周邊有效徑角度向物側傾斜則定義為負』。

第三實施例二片式成像透鏡組中，二片式成像透鏡組的光學總長為TL，二片式成像透鏡組的成像高度為ImgH，其關係為：TL/ImgH＝1.99。

第三實施例詳細的結構數據如同表5所示，其非球面數據如同表6所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，HFOV定義為最大視角的一半。

在此先行述明，表1至表6所示為二片式成像透鏡組實施例的不同數值變化表，然本發明各個實施例的數值變化皆屬實驗所得，即使使用不同數值，相同結構的產品仍應屬於本發明的保護範疇；表7為各個實施例對應本發明相關方程式的數值資料。

綜上所述，本發明為一種二片式成像透鏡組，藉此透鏡結構及排列方式可以有效縮小鏡組體積，更能同時獲得較高的解像力；所以本發明之『具有產業之可利用性』應已毋庸置疑，除此之外，在本案實施例所揭露出的特徵技術，於申請之前並未曾見於諸刊物，亦未曾被公開使用，不但具有如上所述功效增進之事實，更具有不可輕忽的附加功效，是故，本發明的『新穎性』以及『進步性』都已符合專利法規，爰依法提出發明專利之申請，祈請惠予審查並早日賜准專利，實感德便。

第一透鏡．．．(10)

前表面．．．(11)

後表面．．．(12)

第二透鏡．．．(20)

前表面．．．(21)

後表面．．．(22)

光圈．．．(30)

紅外線濾除濾光片．．．(40)(IR Filter)

感光元件保護玻璃．．．(50)(Sensor Cover Glass)

成像面．．．(60)

第一透鏡焦距．．．f1

第二透鏡焦距．．．f2

整體二片式成像透鏡組焦距．．．f

第一透鏡前表面曲率半徑．．．R1

第一透鏡後表面曲率半徑．．．R2

第二透鏡前表面曲率半徑．．．R3

第二透鏡後表面曲率半徑．．．R4

第一透鏡折射率．．．N1

第一透鏡色散係數．．．V1(Abbe Number)

第二透鏡色散係數．．．V2(Abbe Number)

第一透鏡的周邊厚度．．．ET1

第二透鏡後表面有效徑位置的鏡面角度．．．ANG22

整體二片式成像透鏡組的光學總長度．．．TL

整體二片式成像透鏡組的成像高度．．．ImgH

第1圖 本發明第一實施例光學系統示意圖。

第2圖 本發明第一實施例之像差曲線圖。

第3圖 本發明第二實施例光學系統示意圖。

第4圖 本發明第二實施例之像差曲線圖。

第5圖 本發明第三實施例光學系統示意圖。

第6圖 本發明第三實施例之像差曲線圖。

【表簡單說明】

表1本發明第一實施例結構數據。

表2本發明第一實施例非球面數據。

表3本發明第二實施例結構數據。

表4本發明第二實施例非球面數據。

表5本發明第三實施例結構數據。

表6本發明第三實施例非球面數據。

表7本發明相關方程式的數值資料。

第一透鏡．．．(10)

前表面．．．(11)

後表面．．．(12)

第二透鏡．．．(20)

前表面．．．(21)

後表面．．．(22)

光圈．．．(30)

感光元件保護玻璃．．．(50)

成像面．．．(60)

Claims (13)

1. 一種二片式成像透鏡組，包括二片具屈折力的透鏡及一光圈所構成，由物側至像側依序為：一光圈；一具正屈折力的第一透鏡，係為塑膠材質，第一透鏡前表面為凸面，後表面為凹面，且前表面、後表面皆為非球面；以及一具正屈折力的第二透鏡，其前表面為凹面，後表面為凸面，且其前表面、後表面皆為非球面；該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，該第二透鏡的前表面曲率半徑為R3，第二透鏡的後表面曲率半徑為R4，滿足下記關係式：f/f1>0.9；(f/f1)-(f/f2)>0.35；1/R3<-0.01[1/mm]；0.85<R3/R4<1.4。
2. 如申請專利範圍第1項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第二透鏡的材質為塑膠。
3. 如申請專利範圍第1項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第一透鏡的焦距為f1，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，兩者滿足下記關係式：f/f1<1.25。
4. 如申請專利範圍第1項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第二透鏡的焦距為f2，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，兩者滿足下記關係式：0<f/f2<0.45。
5. 如申請專利範圍第4項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第二透鏡的焦距為f2，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，兩者滿足下記關係式：0.05<f/f2<0.25。
6. 如申請專利範圍第1項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第一透鏡的折射率為N1，滿足下記關係式：N1<1.59。
7. 如申請專利範圍第1項所述之二片式成像透鏡組，其中，第二透鏡的後表面曲率半徑為R4，滿足下記關係式：1/R4<-0.01[1/mm]。
8. 如申請專利範圍第2項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，滿足下記關係式：0.45<R1/R2<0.7。
9. 如申請專利範圍第8項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，滿足下記關係式：0.5<R1/R2<0.65；該第二透鏡的前表面曲率半徑為R3，第二透鏡的後表面曲率半徑為R4，滿足下記關係式：0.95<R3/R4<1.35。
10. 如申請專利範圍第8項所述之二片式成像透鏡組，其中，該二片式成像透鏡組中，第一透鏡的周邊厚度ET1，整體二片式成像透鏡組的焦距為f，滿足下記關係式：ET1<0.35[mm]且ET1/f<0.2。
11. 如申請專利範圍第1項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第一透鏡的色散係數為V1，該第二透鏡的色散係數為V2，滿足下記關係式：|V1－V2|<10。
12. 如申請專利範圍第1項所述之二片式成像透鏡組，其中，該第二透鏡後表面的有效徑位置的鏡面角度為ANG22，滿足下記關係式：ANG22<－50[deg]。
13. 如申請專利範圍第1項所述之二片式成像透鏡組，其中，該二片式成像透鏡組之被攝物成像於電子感光元件，且二片式成像透鏡組的光學總長為TL，二片式成像透鏡組的成像高度為ImgH，兩者滿足下記關係式：TL/ImgH<2.2。