CN100478729C - 四片式摄影镜片组 - Google Patents

Abstract

本发明是一种四片式摄影镜片组，其是运用第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜所构成，该第一透镜为凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，该第二透镜为凸面向着物体侧的负屈折力弯月型透镜，该第三透镜则为凸面朝向成像侧的正屈折力弯月型透镜，该第四透镜是凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，在合成焦点距离为f、第一透镜焦点距离为f1、第二透镜焦点距离为f2、第三透镜焦点距离为f3时，本发明利用满足0.75＜f1/f＜1.25及0.5＜|f2|/f3＜1.1的关系，可以有效确保性能、减少误差，更能同时达成减少画质劣化的效果。

Description

四片式摄影镜片组

技术领域

本发明涉及一种小型取像装置使用的四片式摄影镜片组，其是与一般小型取像装置的单焦点镜头组有关，特别是指运用四片透镜所构成的组合，且是采预设焦点距离关系配置的全新四片式摄影镜片组设计。

背景技术

由于摄影镜头在现代的运用范围愈来愈广泛，且随着消费性电子产业的不断成长，现今市场对小型取像模块的需求日益增加；特别是在手机相机、计算机网络相机的产业，或是车用安全影像监控器等的应用；使用者对产品的性能要求一再提升，不但解像品质必须良好，产品的误差更要缩小。

一般数字单焦点镜头组的感光组件不外乎是CCD或CMOS二种，其感光的敏感度会随镜头出射光角度增大而快速衰减，因此一般的数住单焦点相机镜头皆采用3～4片镜片组成的结构；习用数字单焦点镜头在如此配置模式实用之后仍有下列技术困难点：

其一，既有镜头模块的第一透镜为两向凸出透镜，而第二透镜则两向凹陷透镜，但是，两向凸出透镜及两向凹陷透镜会有过大的能力出现，致使整个是统发生不稳定；

其二，习用产品的第一透镜为两向凸出透镜，而第二透镜则两向凹陷透镜，而二者皆采玻璃镜片相黏合制作而成，由于第一透镜、第二透镜的外径十分小(小型镜头)，故黏合作业的困难度高，而且生产成本也会升高，习用的产品良率则会相对的降低。

因此，在缩小镜头高度并能兼顾高解像力的研究中，我们必须要找到更有效的技术，方能解决上述的问题。为了能够有效解决前述习用数字单焦点镜头的实用问题，本发明创作人基于过去在光学设备领域所累积的技术与经验，从节省成本、稳定效能的角度下手，终于发展出本发明四片式摄影镜片组的全新型式，并且达到确保性能、减少误差，更能同时达成减少画质劣化的效果的功效。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效确保性能、减少误差的四片式摄影镜片组，本发明的第一透镜为凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，该第二透镜为是凸面向着物体侧的负屈折力弯月型透镜，该第三透镜则为凸面朝向成像侧的正屈折力弯月型透镜，该第四透镜是凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，在第二～第四透镜皆为两面非球面关系下，本发明可以确保各透镜性能、减少误差，更能同时达成减少画质劣化的目的。

本发明的第二目的是提供一种减少生产成本及加工困难度的四片式摄影镜片组，本发明的第二透镜、第三透镜及第四透镜都是采用塑料材质，制作更为容易、有效降低成本、提高产品良率。

本发明的第三目的是提供一种确保各透镜性能、减少误差的四片式摄影镜片组，本发明各透镜镜片的数据都配合有明确的条件式，在固定条件之下可以发挥确保各透镜性能、减少误差的目的。

为达成上述发明目的所采用的技术方案如下：一种四片式摄影镜片组，其从物体侧起依序为光圈、第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜所配置而成，其结构改良在于：该第一透镜，为凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜(或是平凸透镜)；该第二透镜，为凸面向着物体侧的负屈折力弯月型透镜，其两面都非球面；该第三透镜，为凸面朝向成像侧的正屈折力弯月型透镜，其两面都非球面；该第四透镜，是凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，其两面都非球面。

该第一透镜，为凸面向着物体侧的平凸透镜。

在合成焦点距离为f、第一透镜焦点距离为f1、第二透镜焦点距离为f2、第三透镜焦点距离为f3时，本发明利用满足以下关系：

0.75＜f1/f＜1.25

0.5＜|f2|/f3＜1.1。

本发明第二透镜、第三透镜及第四透镜都是采用塑料材质，且第二透镜、第三透镜及第四透镜的合成焦距为f234时，要满足下式：

|f234|/f＞3.0。

此外，本发明r7为第四透镜物体侧的面曲率半径，r8为第四透镜成像侧的面曲率半径，本发明利用满足以下关系：

8.5＜|r7+r8|/|r7-r8|＜16.0。

本发明的有益效果在于：

1.本发明提供的一种有效确保性能、减少误差的四片式摄影镜片组，本发明的第一透镜为凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，该第二透镜为是凸面向着物体侧的负屈折力弯月型透镜，该第三透镜则为凸面朝向成像侧的正屈折力弯月型透镜，该第四透镜是凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，在第二～第四透镜皆为两面非球面关系下，本发明可以确保各透镜性能、减少误差，更能同时达成减少画质劣化的效果；

2.本发明提供的一种减少生产成本及加工困难度的四片式摄影镜片组，本发明的第二透镜、第三透镜及第四透镜都是采用塑料材质，制作更为容易、有效降低成本、提高产品良率；

3.本发明提供的一种确保各透镜性能、减少误差的四片式摄影镜片组，本发明各透镜镜片的数据都配合有明确的条件式，在固定条件之下可以发挥确保各透镜性能、减少误差的效果。

附图说明

图1实施例一各个透镜镜片的配置图。

图2实施例二各个透镜镜片的配置图。

图3实施例三各个透镜镜片的配置图。

图4实施例四各个透镜镜片的配置图。

图5实施例五各个透镜镜片的配置图。

图6实施例六各个透镜镜片的配置图。

图7实施例七各个透镜镜片的配置图。

图8实施例八各个透镜镜片的配置图。

图9实施例九各个透镜镜片的配置图。

图10实施例一各个透镜镜片的诸元收差图表。

图11实施例二各个透镜镜片的诸元收差图表。

图12实施例三各个透镜镜片的诸元收差图表。

图13实施例四各个透镜镜片的诸元收差图表。

图14实施例五各个透镜镜片的诸元收差图表。

图15实施例六各个透镜镜片的诸元收差图表。

图16实施例七各个透镜镜片的诸元收差图表。

图17实施例八各个透镜镜片的诸元收差图表。

图18实施例九各个透镜镜片的诸元收差图表。

图19各实施例的非球面系数数据表。

图20各实施例的非球面系数数据表。

图21各实施例的非球面系数数据表。

图22各实施例的整理数值。

主要组件符号说明

光圈1

第一透镜L1

第二透镜L2

第三透镜L3

第四透镜L4

平面玻璃2、3

成像面4

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的、所采用的技术，手段及其它功效，兹列举数个较佳实施例并配合图式详细说明如后，相信本发明的目的、特征及其它优点，当可由之得一深入而具体的了解：

请参阅图1-9所示的本发明第一～九实施例配置示意图，而四片式摄影镜片组实施例的不同数值变化及图表则请参阅图10-20，本发明各个实施例的数值变化皆属实验所得，既使使用不同数值、相同结构的产品仍应属于本发明的保护范畴，同样适用于便携式机具之上，在此先行述明。

本发明第一实施例至第九实施例的四片式摄影镜片组结构如下，其从物体侧起依序为光圈1、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4、平面玻璃2、3及成像面4所配置而成，其中：

该第一透镜L1是凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜(或平凸镜片)；

该第二透镜L2是凸面向物体侧的两面非球面的负屈折力弯月型透镜；

该第三透镜L3是凸面向成像面4的两面非球面的正屈折力弯月型透镜；

该第四透镜L4是凸面向物体侧的两面非球面的正屈折力弯月型透镜；

前述本发明系统即是由4枚镜片构成的光学系，该平面玻璃2有红外线(IR)过滤的功能，配置平行的平面玻璃3有保护固体摄像素子的功能，另在成像面4配置了CCD、MOS等固体摄像素子。

本发明实施例一～四及实施例六～八之中的第一透镜L1为平凸镜片：而实施例五、九的第一透镜L1为正屈折力弯月型透镜，该第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4皆为两面非球面形状，并皆由塑料材质来成形。

本发明实施例六～八之中的第一透镜L1的第一面是非球面形状，可以用塑料材质成形，关于第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4有面形状及变区点的镜片，但是，依近轴形状与镜片能量来决定是属于正屈折力弯月型透镜或负屈折力弯月型透镜的基础，以此来决定本发明正屈折力弯月型透镜或负屈折力弯月型透镜所属的范畴。

本发明图10～图21是关于实施例一～九各个透镜镜片的诸元收差图表，图10～图21的最上方为透镜镜片诸元的代号：

FNO.～F光学设计时代表亮度的参数。

画角～2ω。

焦点距离～f；f为摄影镜片组的合成焦点距离(mm)，下方1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12是物体侧起依序的透镜面号数表示：面号数1.2.为第一透镜L1的二面、面号数3.4.为第二透镜L2的二面、面号数5.6.为第三透镜L3的二面、面号数7.8为第四透镜L4的二面、面号数9.10.11.12.为平行平面玻璃2、3的二面。

曲率半径～∞，为近轴上曲率半径(mm)的表示。

面间隔～d为表示的数值(mm)。

还有，收差图具有球面收差、非点收差、歪曲收差的表示；无论是哪一个图都有关于d线的资料，关于非点收差是以S像面(SAGITTAL)的相关资料与M像面(MEERIDIONAL)相关资料来表示，从两方之收差图可以知道，本发明的收差补正都是已经完整实验，在实用上已经没有问题。

另请参阅本发明的图19～21，本发明的各透镜镜片都有非球面形状，非球面形状以A.B.C.D.代表非球面系数时，在光轴的高H的位置的光轴方向的变位X，是为面顶点的基准时，那么下面的式子会成立：

X＝(1/R)H²/[1+(1-(1+K)(H/R)²)^1/2+AH⁴+BH⁶+CH⁸+DH¹⁰+EH¹²

各实施例的非球面系数为图19～21所示，R为近轴曲率半径，K为CONICAL系数；非球面的E-03等的表记是10^-3的意思。

本发明f为摄影镜片全系的合成焦点距离，f1为第一透镜L1的焦点距离，本发明满足以下关系：

0.75＜f1/f＜1.25的条件式。

当f1/f≤0.75时，该第一透镜L1的(正)能力变强，球面收差、非点收差恶化，且误差感度变高；

当f1/f≥1.25时，该第一透镜L1的(正)能力变弱.光学全长过长，要达成小型化有困难。

本发明f2为第二透镜L2的(负)焦点距离，f3为第三透镜L3的焦点距离时，本发明要满足条件式：

0.5＜|f2|/f3＜1.1。

|f2|/f3≤0.5时，该第三透镜L3的(正)能力变弱，该第一透镜L1的(正)能力增大，因此，只有第二透镜L2(负)的非点收差补正不足，周边性能会劣化；

|f2|/f3≥1.1时，该第二透镜L2(负)与第三透镜L3(正)的能力变强，色收差分布崩坏，画面中心部的性能劣化，对光学系小型化非常不利。

此外，本发明r7为第四透镜物体侧的面曲率半径，r8为第四透镜成像侧的面曲率半径时，本发明满足以下关系：

8.5＜|r7+r8|/|r7-r8|/f3＜16.0。

若是|r7+r8|/|r7-r8|≤8.5时，该第四透镜L4的(正)能力减弱，外围光量不容易确保，画角变小、全长变长，并让CCD(固体摄像素子)的入射角变大；

当|r7+r8|/|r7-r8|≥16.0时，该第四透镜L4的(正)能力增强，外围光量容易确保，并让CCD(固体摄像素子)的入射角变小，造成透镜镜片外围的形状弯曲过大，进而使光学透镜镜片的形状成型困难。

值得一提的是，本发明的第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4皆为塑料材质，当第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4的合成焦点距离为f234时，本发明要满足下列条件式：

|f234|/f＞3.0。

本发明采用塑料材质，可提供透镜镜片的两面非球面形状容易成型制造.但|f234|/f≤3.0时，若第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4是为塑料镜片的组合时，其随温度变化焦点移动变大。

关于以上的参数及各实施例的整理数值如图22所示，本发明的摄影镜片使用了具正屈折力弯月型透镜、负屈折力弯月型透镜，且本发明具有适切的配置能力，并确保各镜片的性能，还有，本发明运用前述条件式能让透镜镜片的能力抑制，使制造误差减少，达成量产性的性能向上提升，以及固体摄像素子所使用的摄影镜片的画质得到适切的周边性能，减少画面极端劣化；

另一方面，本发明使用塑料材质，有变趋点的非球面容易制造成形，而最接近成像面的第四透镜L4为正屈折力弯月型透镜，因此可以使CCD(成像面)的入射角变小；故本发明光学系统所用四片式摄影镜片组是适用于行动电话等的携带机器，也可用于数字相机。

综上所述，本发明的创新结构设计是运用第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜所构成，该第一透镜为凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，该第二透镜为是凸面向着物体侧的负屈折力弯月型透镜，该第三透镜则为凸面朝向成像侧的正屈折力弯月型透镜，该第四透镜是凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，在合成焦点距离为f、第一透镜焦点距离f1、第二透镜焦点距离为f2、第三透镜焦点距离为f3时，本发明利用满足0.75＜f1/f＜1.25及0.5＜|f2|/f3＜1.1的关系，可以有效确保性能、减少误差，更能同时达成减少画质劣化的效果。

Claims (7)

1.一种四片式摄影镜片组，其特征在于，其从物体侧起依序为光圈、第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜所配置而成，其改良在于：

该第一透镜，为凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜；

该第二透镜，为凸面向着物体侧的负屈折力弯月型透镜，其两面都非球面；

该第三透镜，为凸面朝向成像侧的正屈折力弯月型透镜，其两面都非球面；

该第四透镜，是凸面向着物体侧的正屈折力弯月型透镜，其两面都非球面。

2.根据权利要求1所述的四片式摄影镜片组，其特征在于：该第一透镜，为凸面向着物体侧的平凸透镜。

3.根据权利要求1或2所述的四片式摄影镜片组，其特征在于：其在合成焦点距离为f、第一透镜焦点距离为f1、第二透镜焦点距离为f2、第三透镜焦点距离为f3时，满足下列条件：0.75＜f1/f＜1.25。

4.根据权利要求1或2所述的四片式摄影镜片组，其特征在于：其第二透镜焦点距离为f2、第三透镜焦点距离为f3时，满足下列条件：0.5＜|f2|/f3＜1.1。

5.根据权利要求3所述的四片式摄影镜片组，其特征在于：其第二透镜焦点距离为f2、第三透镜焦点距离为f3时，满足下列条件：0.5＜|f2|/f3＜1.1。

6.根据权利要求1、2或5所述的四片式摄影镜片组，其特征在于：其r7为第四透镜物体侧的面曲率半径，r8为第四透镜成像侧的面曲率半径，满足以下关系：8.5＜|r7+r8|/|r7-r8|＜16.0。

7.根据权利要求1或2所述的四片式摄影镜片组，其特征在于：其第二透镜、第三透镜及第四透镜都是采用塑料材质，且第二透镜、第三透镜及第四透镜的合成焦距为f234时，要满足下式：|f234|/f＞3.0。

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