CN101236292A - 摄影镜片组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摄影镜片组，其从物侧依序排列为光圈、第一镜片、第二镜片及第三镜片，第一镜片是凸面向物侧的正凹凸透镜，第二镜片是凸面向着像侧的负凹凸透镜，第三镜片是凸面向着物侧的正凹凸透镜。这3片镜片的两面都是非球面的塑料镜片所形成，当f是全系焦点距离、f₁是第一镜片的焦点距离、f₂是第二镜片的焦点距离时要满足0.7＜f₁/f＜0.9及－3.5＜f₂/f＜－1.2的条件式；藉此能有效小型化，并产生较小的望远比，且能以3片摄影镜片就确保画角。

Description

摄影镜片组

技术领域

本发明涉及一种摄影镜片组，特别是指一种小型化的摄影镜片组；适用于常见的数字相机、行动电话或是PDA产品内。

背景技术

伴随着数字相机、行动电话或是PDA产品的小型化，其内摄影光学系统就会被要求设计的更小；前述摄影光学系统所使用的CCD或CMOS等摄像素子同样朝着小型化及高画素能力在研发改良，因此，未来设计开发的光学系就必须要可以对应小型化及高画素能力的要求。

假使，摄影镜片组的尺寸变小，而必须要再插入玻璃盖及IR Cut filter(红外线滤镜片)，造成确保摄影镜片组上必要的后焦会有困难，且摄影镜片组光学全长变得较长；还有，一般的摄影镜片组光学全长变短时，其入射角的特性会随之变差。

因此，在日本专利文献特开2005-004045号公报、特开2005-227755号公报、特开2005-345919号公报、特开2005-352206号公报、特开2006-106321号公报、特开2006-133270号公报及特开2006-163340号公报中出现许多改进的方案；前述方案多是采用比平常要小的小型摄影镜片，原本开口光圈就配置在物侧，其射出瞳位置距离像面较远，入射角特性可良好确保的三合透镜，也使用了塑料材料，有变曲点的非球面形状。

前述现有技术中的问题在于：

该特开2005-004045号公报的望远比较大，约为1.35~1.48(望远比是焦点距离对光学全长的比)，此较大的望远比对小型化设计产生限制；

该特开2005-227755号公报也确保了后焦，且望远比1.19，可以符合小型化的要求，但是其画角58度过小；

该特开2005-345919号公报所能达成的望远比1.35~1.48，同样过大；

该特开2005-352206号公报的产品望远比约为1.38也是过大；

该特开2006-106321号公报产品达成的望远比1.19，可以符合小型化的要求，但是其画角58度过小；

该特开2006-133270号公报的产品望远比约为1.18，可以符合小型化的要求，但是Fno3.85较暗；

该特开2006-163340号公报的产品则会产生过大的望远比1.3。

本发明有鉴于上述的问题，改进研发出一种能有效小型化，并产生较小的望远比的设计，且以3片摄影镜片就能确保画角。

发明内容

本发明的首要目的是提供望远比较小、画角能确保的3片式构成摄影镜片组。

要达成前述目的，本发明摄影镜片组从物侧依序排列有光圈、第一镜片、第二镜片及第三镜片；其中：

该第一镜片是凸面向物侧的正凹凸透镜；

该第二镜片是凸面向着像侧的负凹凸透镜；

该第三镜片是凸面向着物侧的正凹凸透镜；

前述3片镜片的两面都是非球面，且皆为塑料镜片，当f是全系焦点距离、f1是第一镜片的焦点距离、f2是第二镜片的焦点距离时；满足0.7＜f1/f＜0.9及-3.5＜f2/f＜-1.2的条件。

本发明摄影镜片组的光学系是由第一镜片、第二镜片与第三镜片的3片式构成(通称3合镜片)；由于3片镜片都是塑料镜片，且两面都是非球面.另外第一镜片、第二镜片与第三镜片的排列构成可以抑制望远比，有效实现小型化；

且本发明满足0.7＜f1/f＜0.9及-3.5＜f2/f＜-1.2的条件后，其入射角特性可良好的完成补正，且本发明的望远比有效被抑制，更能确保画角，并有适切收差补正的光学性能；

如果f1/f在0.7以下，第一镜片的屈折力变的太大，会造成多次方的球面收差及COMA收差变的不好；

若是f1/f在0.9以上，第一镜片的正屈折力会变弱，光学全长将变长；

还有，当f2/f如在-3.5以下时，该第二镜片的屈折力变的太小，倍率色收差的补正变的困难；

当f2/f如在-1.2以上时，像面收差会变的不好，进而造成收差无法良好补正。

此外，本发明在d2是第一镜片与第二镜片的间隔时，可以满足以下的条件式：0.10＜d2/f＜0.25；当d2/f在0.1以下时，正屈折的第一镜片与负屈折的第二镜片的间隔变的太狭窄，轴外性能的均匀性不好，收差无法良好的补正；而当d2/f在0.25以上时，正屈折的第一镜片与负屈折的第二镜片的间隔变的太宽大，进而造成第三镜片的外径变大，影响小型化的表现，还有coma flare也会变大。

本发明在R1是第一镜片的物侧曲率半径、R2是第一镜片的像侧曲率半径时，要满足以下的条件式：0.20＜R1/R2＜0.55；当R1/R2在0.2以下时，球面收差变大，后焦变得比需要还要长；当R1/R2在0.55以上时，后焦变短，入射角的特性变不好。

本发明的R3是第二镜片的物侧曲率半径、R4是第二镜片的像侧曲率半径时，要满足以下的条件式：0.6＜R3/R4＜0.8；当R3/R4在0.6以下时，像面弯曲及coma收差的补正会过剩，进而造成性能劣化；当R3/R4在0.8以上时，像面弯曲及coma收差的补正会不足，进而造成性能变不好。

本发明在R5是第三镜片的物侧曲率半径时，要满足以下的条件式：0.6＜R5/f＜1.1；当R5/f在0.6以下时，第三镜片物侧面的曲率半径变的太小，第三镜片的外围部会像倒向像面侧的形状，后焦变的不好确保；还有，这样的镜片形状随着面间的全反射，较易发生强的Ghost；当R5/f在1.1以上时，入射角特性变坏，这个部分如果进行补正，会让coma收差恶化。

本发明在f12是第一镜片与第二镜片的合成焦距时，要满足以下的条件式：1.0＜f12/f＜1.4；当f12/f在1.0以下时，第一镜片及第二镜片的合成屈折力变的太强，后焦变短，还有，其入射角的特性会变得不好；当f12/f在1.4以上时，因为射出瞳位置从像面分离，入射角的特性会变好，但是画角变的狭窄。

本发明在f3是第三镜片的焦点距离时，要满足以下的条件式：-0.5＜f2/f3＜0.0；当f2/f3在-0.5以下时，对于第二镜片的负屈折力来说，第三镜片的正屈折力变的太强，无法取得均匀的倍率色收差；当f2/f3在0.0以上时，第三镜片的正屈折力会消失，入射角的特性变的不好。

本发明的有益效果在于：本发明满足0.7＜f1/f＜0.9及-3.5＜f2/f＜-1.2的条件后，其入射角特性可良好的完成补正，且本发明的望远比有效被抑制，更能确保画角，并有适切收差补正的光学性能，有效实现小型化。

附图说明

图1A为实施例1的镜片构成示意图；

图1B为实施例1的收差图及光学系特性数据示意图；

图2A为实施例2的镜片构成示意图；

图2B为实施例2的收差图及光学系特性数据示意图；

图3A为实施例3的镜片构成示意图；

图3B为实施例3的收差图及光学系特性数据示意图；

图4A为实施例4的镜片构成示意图；

图4B为实施例4的收差图及光学系特性数据示意图；

图5A为实施例5的镜片构成示意图；

图5B为实施例5的收差图及光学系特性数据示意图；

图6A为实施例6的镜片构成示意图；

图6B为实施例6的收差图及光学系特性数据示意图；

图7A为实施例7的镜片构成示意图；

图7B为实施例7的收差图及光学系特性数据示意图；

图8A为实施例8的镜片构成示意图；

图8B为实施例8的收差图及光学系特性数据示意图；

图9A为实施例1~实施例3的非球面系数示意图；

图9B为实施例4~实施例6的非球面系数示意图；

图9C为实施例7实施例8的非球面系数示意图。

表1为本发明条件式参数。

10    光圈

20    平行平面玻璃

30    成像面

L1    第一镜片

L2    第二镜片

L3    第三镜片

具体实施方式

对于本发明镜片的合适实施例将配合附图来说明，本发明图1到图8是实施例1到实施例8的镜片构成图(图1A~图8A)及光学特性数据与收差图(图1B~图8B)；而图9A~9C是各实施例的非球面数据；本发明是采3片构成式设计，可以内藏于数字相机或是手机的光学系内，确为具备有良好效能的发明。

图1A～图8A是表示各实施例摄影镜片组的光学配置。各实施例的摄影镜片组皆沿着光轴，从物侧依序包括有光圈10、第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、平行平面玻璃20及成像面30，其中：

该第一镜片L1是凸面向物侧的正凹凸透镜，其两个面都是非球面，且以塑料制作而成；

该第二镜片L2是凸面向着像侧的负凹凸透镜，其两个面都是非球面，且以塑料制作而成；

该第三镜片L3是凸面向着物侧的正凹凸透镜，其两个面都是非球面，且以塑料制作而成；

该平行平面玻璃20有IR Cut Filter(红外线过滤)的机能；

该成像面30配置CCD或CMOS等摄像素子。

第一镜片L1、第二镜片L2以及第三镜片L3皆是塑料材料的成形品，故本发明与习用的玻璃镜片比较起来，确能削减材料成本，且材料的管理成本也可减少；还有，本发明的各镜片的每一个面都是非球面，因此可以用少量的3片构成模式达到所需的光学性能；另外，采用聚碳酸脂等低价的材料，且第一镜片L1、第二镜片L2及第三镜片L3的屈折率都小于1.6，这是个设计上较佳的数据选择。

再请参阅图1B~图8B，各图的最上方是镜片的各项目，以焦点距离f、F No.F、画角2ω来表示，焦点距离f是全光学系的焦点距离；在各图下面依序是(第1、2…8面)编号，这是代表从物侧依序排列的各面号码，第1、2面是第一镜片(L1)的两面，第3、4面是第二镜片L2的两面，第5、6面是第三镜片L3，第7、8面是平行平面玻璃(2)的两面，其曲率半径r是∞；还有，第一镜片L1的第1面处配置了光圈10；

而且，曲率半径r在于近轴上是用曲率半径(mm)来表示，d则是面间隔(mm)数值、nd是屈折率、νd是Abbe数；

还有，收差图类如球面收差、非点收差、歪曲收差等，都有个别提示；无论是哪一个图，都是关于d线的资料，非点收差是表示sagittal像面(S)与meridional像面(M)相关的数据，这些的收差图数据可以证明，本发明补正到实用水平没有问题。

前述各镜片的任一面都是非球面形状，非球面形状以A、B、C、D、E为非球面系数，从光轴的高H位置光轴方向的变位X作为面顶点的表示时，要符合以下的式子：X＝(1/R)H2/[1+{1-(1+K)(H/R)2}1/2]+AH4+BH6+CH8+DH10+EH12。

前述算式中：R是近轴曲率半径、K是conical系数。非球面系数E-03等的技术是10-3的意思。

本发明的f是镜片全系的焦点距离，f1是第一镜片的焦点距离时，要满足以下的条件式：0.7＜f1/f＜0.9。

由上式得知，当f1/f在0.7以下时，诀第一镜片L1的屈折力变的太大，多次方的球面收差与coma收差变的不好，f1/f在0.9以上时，第一镜片L2的正屈折力因为变弱，光学全长变长。

本发明的f是镜片全系的焦点距离、f2是第二镜片L2的焦点距离时，要满足以下的条件式：-3.5＜f2/f＜-1.2。

当f2/f在-1.2以上时，像面收差变的不好，且收差无法得到良好的补正。

本发明当d2是第一镜片L1与第2镜片L2的间隔时，要满足以下的条件式：0.10＜d2/f＜0.25。

当d2/f在0.1以下时，正屈折力的第一镜片L1与负屈折力的第二镜片L2的间隔变的狭窄，轴外性能的均等性变不好，收差无法得到良好的补正。

当d2/f在0.25以上时，第一镜片L1与第二镜片L2的间隔因为变宽，使得第三镜片L3的外径变大，有损本发明小型化的需求；还有，该产品的coma flare也变大。

本发明的R1是第一镜片L1的物侧曲率半径、R2是第一镜片L1的像侧曲率半径时，符合以下的条件式：0.20＜R1/R2＜0.55。

该R1/R2在0.2以下时，球面收差变大，后焦变的比需要的还要长，该R1/R2在0.55以上时，后焦变短、使入射角的特性变不好。

本发明的R3是第二镜片L2的物侧曲率半径、R4是第二镜片L2的像侧曲率半径时，要满足以下的条件式：0.6＜R3/R4＜0.8。

当R3/R4在0.6以下时，其像面弯曲、coma收差的补正变过剩，造成性能劣化。

当R3/R4在0.8以上时，像面弯曲、coma收差的补正变的不足，使轴外性能变的不好。

本发明的R5是第三镜片L3的物侧曲率半径时、要满足以下的条件式：0.6＜R5/f＜1.1。

当R5/f在0.6以下时，第三镜片物侧曲率变太小，第三镜片L3的外围部倾倒向像面侧的形状，使后焦较无法确保；还有，如此的镜片形状会使各面间的反射变强，变的较容易发生Ghost；当R5/f在1.1以上时，入射角的特性变的不好，如果作了补正时coma收差会恶化。

本发明的f12是第一镜片L1与第二镜片L2的合成焦距时，要满足以下的条件式：1.0＜f12/f＜1.4。

而f12/f在1.0以下时，第一镜片L1及第二镜片L2的合成屈折力变的太强，后焦变短；还有，入射角的特性也变不好，当f12/f在1.4以上时，因为射出瞳位置从像面分离，入射角变的较好，但是画角变的狭窄。

本发明的f3是第三镜片L3的焦点距离时、要满足以下的条件式：-0.5＜f2/f3＜0.0。

当f2/f3在-0.5以下时，第二镜片L2的负屈折对应的第三镜片L3的正屈折力变的太强，无法取得倍率色收差的均等性。

当f2/f3在0.0以上时，第三镜片L3的正屈折力会消失，入射角的特性变不好。

关于以上各点的实施例，条件式上的参数，如表1数据所显示，在表1之中可以了解，本发明的摄影镜片从望远比T/f(T是从第一镜片L1的物侧第1面到成像面的长)，此值可以在1.15以下，且与原先的技术作比较后，证明本发明确是可以达到小型化要求；还有，关于入射角特性部份，该入射角α(到摄像素子的最大入射角)可以在25度以下，同样能获得良好的确保；亦即是，关于入射角特性：主光线倾角15度以内、由镜片射出进入摄像素子皆是必要的；但是，随着摄像素子领域的技术进步(Macro镜片的形状变更)，该入射角α约25度下，就可以容许，但是画角则无论是配合哪一个实施例都是63度；以上实施例就可以足够确保本发明的功效。

Claims (18)

1. 一种摄影镜片组，包括从物侧依序排列的光圈、第一镜片、第二镜片及第三镜片，其中：

该第一镜片，是凸面向物侧的正凹凸塑料透镜；

该第二镜片，是凸面向着像侧的负凹凸塑料透镜；

该第三镜片，是凸面向着物侧的正凹凸塑料透镜，前述镜片的两面都是非球面，当f是全系焦点距离、f1是第一镜片的焦点距离、f2是第二镜片的焦点距离时；满足0.7＜f1/f＜0.9及-3.5＜f2/f＜-1.2。

2. 根据权利要求1所述的摄影镜片组，其中，当d2是第一镜片与第二镜片的间隔时，满足0.10＜d2/f＜0.25。

3. 根据权利要求1所述的摄影镜片组，其中，当R1是第一镜片的物侧曲率半径，R2是第一镜片的像侧曲率半径时，满足0.20＜R1/R2＜0.55。

4. 根据权利要求2所述的摄影镜片组，其中，当R1是第一镜片的物侧曲率半径，R2是第一镜片的像侧曲率半径时，满足0.20＜R1/R2＜0.55。

5. 根据权利要求1所述的摄影镜片组，其中，当R3是第二镜片的物侧曲率半径，R4是第二镜片的像侧曲率半径时，满足0.6＜R3/R4＜0.8。

6. 根据权利要求2所述的摄影镜片组，其中，当R3是第二镜片的物侧曲率半径，R4是第二镜片的像侧曲率半径时，满足0.6＜R3/R4＜0.8。

7. 根据权利要求3所述的摄影镜片组，其中，当R3是第二镜片的物侧曲率半径，R4是第二镜片的像侧曲率半径时，满足0.6＜R3/R4＜0.8。

8. 根据权利要求4所述的摄影镜片组，其中，当R3是第二镜片的物侧曲率半径，R4是第二镜片的像侧曲率半径时，满足0.6＜R3/R4＜0.8。

9. 根据权利要求1所述的摄影镜片组，其中，当R5是第三镜片的物侧曲率半径时，满足条件式0.6＜R5/f＜1.1。

10. 根据权利要求2所述的摄影镜片组，其中，当R5是第三镜片的物侧曲率半径时，满足条件式0.6＜R5/f＜1.1。

11. 根据权利要求3所述的摄影镜片组，其中，当R5是第三镜片的物侧曲率半径时，满足条件式0.6＜R5/f＜1.1。

12. 根据权利要求4所述的摄影镜片组，其中，当R5是第三镜片的物侧曲率半径时，满足条件式0.6＜R5/f＜1.1。

13. 根据权利要求5所述的摄影镜片组，其中，当R5是第三镜片的物侧曲率半径时，满足条件式0.6＜R5/f＜1.1。

14. 根据权利要求6所述的摄影镜片组，其中，当R5是第三镜片的物侧曲率半径时，满足条件式0.6＜R5/f＜1.1。

15. 根据权利要求7所述的摄影镜片组，其中，当R5是第三镜片的物侧曲率半径时，满足条件式0.6＜R5/f＜1.1。

16. 根据权利要求8所述的摄影镜片组，其中，当R5是第三镜片的物侧曲率半径时，满足条件式0.6＜R5/f＜1.1。

17. 根据权利要求1-16任意一项所述的摄影镜片组，其中，当f12是第一及第二镜片的合成焦点距离时，满足1.0＜f12/f＜1.4。

18. 根据权利要求1-16任意一项所述的摄影镜片组，其中，当f3是第三镜片的焦点距离时，满足-0.5＜f2/f3＜0.0。

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