CN101382641A - 薄型化取像透镜组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄型化取像透镜组，由三枚具屈折力的透镜所构成，由物侧至像侧依序为：具正屈折力的第一透镜；具负屈折力的第二透镜，其镜片上设置有非球面；具负屈折力的第三透镜，其镜片上设置有非球面；以及一光圈设置于该第一透镜与该第二透镜之间。本发明薄型化取像透镜组的透镜结构及排列方式可以有效缩小镜组体积，更能同时获得较高的解像力。

Description

薄型化取像透镜组

技术领域

本发明涉及一种光学透镜组，特别是指一种应用于照相手机的薄型化取像透镜组。

背景技术

最近几年来，随着手机相机的兴起，小型化摄影镜头的需求日渐提高，而一般摄影镜头的感光组件不外乎是CMOS或CCD两种，由于半导体制程技术的进步，使得感光组件的画素面积缩小，小型化摄影镜头逐渐往高画素领域发展，因此，对成像质量的要求也日益增加。

目前的手机镜头，多采用三枚式镜片结构，其从物侧至像侧依序为一具正屈折力的第一透镜，一具负屈折力的第二透镜及一具正屈折力的第三透镜，构成所谓的Triplet型式。而为了修正像差，一般会采用前置光圈的形式，但前置光圈的配置会使得杂散光增多，同时系统的敏感度也较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种薄型化取像透镜组，能获得良好的成像质量，并有效缩短镜组体积。

为了解决上述技术问题，本发明的薄型化取像透镜组，由三枚具屈折力的透镜所构成，由物侧至像侧依序为：

具正屈折力的第一透镜；

具负屈折力的第二透镜，其镜片上设置有非球面；

具负屈折力的第三透镜，其镜片上设置有非球面；以及

一光圈设置于该第一透镜与该第二透镜之间。

在本发明薄型化取像透镜组中，系统的屈折力主要由具正屈折力第一透镜提供，而具负屈折力的第二透镜及第三透镜的作用如补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各项像差。

由于第一透镜提供强大的正屈折力，并将光圈置于接近物侧处，则可以有效缩短薄型化取像透镜组的总长度，另外，上述的配置也可以使系统的出射瞳(Exit Pupil)远离成像面，因此，光线将以接近垂直入射的方式入射在感光组件上，此即为像侧的焦阑(Telecentric)特性，此外，在第三透镜的非球面上设置有反曲点，将有效压制离轴视场的光线入射感光组件上的角度；焦阑(Telecentric)特性对于时下固态电子感光组件的感光能力是极为重要的，将使得电子感光组件的感光敏感度提高，减少系统产生暗角的可能性。此外，在广角光学系中，特别需要对歪曲(Distortion)以及倍率色收差(Chromatic Aberration of Magnification)做修正，其方法为将光圈置于系统光屈折力的平衡处，而本发明的薄型化取像透镜组将光圈置于第一透镜与第二透镜之间，则其目的为在焦阑(Telecentric)及广视场角的特性中取得平衡，同时，如上述光圈位置的配置，可以有效降低薄型化取像透镜组的敏感度。

随着照相手机镜头小型化的趋势，以及系统需涵盖广泛的视角，使得光学系统的焦距变得很短，在这种情况下，镜片的曲率半径以及镜片的大小皆变得很小，以传统玻璃研磨的方法将难以制造出上述的镜片，因此，在镜片上采用塑料材质，并由此射出成型的方式制作镜片，可以用较低廉的成本生产高精密度的镜片；并于镜面上设置非球面，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变量，用以消减像差，进而缩减镜片使用的数目。

在本发明薄型化取像透镜组中，具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面、后表面可为凸面或凹面，当后表面为凸面时，第一透镜的屈折力较大，薄型化取像透镜组的总长度可以有效缩短，当后表面为凹面时，可以有效降低薄型化取像透镜组的像散，具负屈折力的第二透镜，其前表面为凹面，后表面为凸面，而具负屈折力的第三透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，由以上的配置，可以有效提高成像质量。

在本发明薄型化取像透镜组中，第一透镜的色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜的色散系数为V2，第三透镜的色散系数为V3，满足下述关系：

(V1+V3)/2-V2>20；

经由适当的透镜材料选取以满足前述关系，则可以有效修正系统产生的色差。

在本发明薄型化取像透镜组中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，整体薄型化取像透镜组的焦距为f，其满足下记关系式：

1.0<f/f1<1.7

-0.5<f/f2<0

-0.5<f/f3<0；

第一透镜的功用为提供薄型化取像透镜组主要的屈折力，若f/f1小于上述关系式的下限值，则薄型化取像透镜组的屈折力不足，使得光学总长度过长，但若f/f1大于上述的上限值，则摄影光学镜组的高阶像差将过大。第二透镜的功用为修正薄型化取像透镜组的色差，若f/f2大于上述的上限值，则薄型化取像透镜组的色差将难以修正，若f/f2小于上述的下限值，则对于压制光线入射感光组件上的角度较为困难。第三透镜作用如补正透镜，其屈折力较小，故其介于上述范围内较为理想。进一步来说，使f/f1、f/f2及f/f3满足下述关系则更为理想：

1.2<f/f1<1.5

-0.3<f/f2<0

-0.2<f/f3<0。

在本发明薄型化取像透镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，两者满足下述关系：

-0.9<R1/R2<-0.1；

若R1/R2超出上述关系式的范围，则对于修正薄型化取像透镜组的像散(Astigmatism)较为困难。

在本发明薄型化取像透镜组中，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，两者满足下述关系：

0.4<R3/R4<1.0；

当R3/R4低于上述关系式的下限值，R3变得相对较小，将使得薄型化取像透镜组的总长度过大，另一方面，当R3/R4高于上述关系式的上限值时，R3变得相对较大，薄型化取像透镜组产生的色差将难以修正。

在本发明薄型化取像透镜组中，第三透镜的前表面曲率半径为R5，第三透镜的后表面曲率半径为R6，两者满足下述关系：

0.6<R5/R6<1.6；

前述关系将有利于修正薄型化取像透镜组的高阶像差。

进一步来说，使R1/R2、R3/R4及R5/R6满足下述关系，则更为理想：

-0.8<R1/R2<-0.5

0.55<R3/R4<0.85

0.9<R5/R6<1.4。

在本发明薄型化取像透镜组中，第一透镜的折射率为N1，第三透镜的折射率为N3，满足下述关系：

1.5<N1<1.6

1.5<N3<1.6；

使第一透镜、第三透镜的折射率满足上述关系式，则折射率介于该范围的光学塑料材质与薄型化取像透镜组的匹配较为优良。

在本发明薄型化取像透镜组中，当第一透镜的材质为玻璃，则可以有效提高第一透镜的屈折力，进而降低薄型化取像透镜组的光学总长度。

在本发明薄型化取像透镜组中，第三透镜后表面有效径位置的镜面角度为ANG32，满足下述关系式：

ANG32<-10[deg]；

其镜面角度的方向定义为：当周边有效径位置的镜面角度向像侧倾斜则定义为正，当周边有效径位置的镜面角度向物侧倾斜则定义为负。

前述关系可以有效缩小光线入射感光组件的角度，并且可以增强薄型化取像透镜组修正轴外像差的能力。

在本发明薄型化取像透镜组中，第二透镜与第三透镜之间的镜间距为T23，第二透镜的中心厚度为CT2，满足下述关系：

T23/CT2<0.35；

前述关系可以有效降低薄型化取像透镜组的光学总长度。

在本发明薄型化取像透镜组中，成像高度对应的主光线，其入射电子感光组件的角度(Chief Ray Angle)为CRA，最大视场角的一半为HFOV，两者满足下述关系式：

0.45<tan(CRA)/tan(HFOV)<1.15；

上述关系可以使薄型化取像透镜组与电子感光组件兼容，同时可以使薄型化取像透镜组具备广视角的特性。

在本发明薄型化取像透镜组中，该薄型化取像透镜组的被摄物成像于电子感光组件，且薄型化取像透镜组的光学总长度为TTL，薄型化取像透镜组的成像高度为ImgH，满足下述关系：

TTL/ImgH<2.65；

上述关系可以维持薄型化取像透镜组小型化的特性。

由于采用上述技术方案，本发明的薄型化取像透镜组，其透镜结构及排列方式可以有效缩小镜组体积，同时能获得较高的解像力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明第一实施例光学系统示意图；

图2是本发明第一实施例的像差曲线图；

图3是本发明第二实施例光学系统示意图；

图4是本发明第二实施例的像差曲线图；

图5是本发明第三实施例光学系统示意图；

图6是本发明第三实施例的像差曲线图。

具体实施方式

本发明第一实施例请参阅图1，第一实施例的像差曲线请参阅图2。第一实施例的薄型化取像透镜组主要构造由三枚具屈折力的镜片所构成，由物侧至像侧依序为：

一具正屈折力的第一透镜10，其前表面11、后表面12皆为凸面，其材质为塑料，其前表面11、后表面12皆为非球面；

一具负屈折力的第二透镜20，其前表面21为凹面，后表面22为凸面，其材质为塑料，且其前表面21、后表面22皆为非球面；

再者为一具负屈折力的第三透镜30，其前表面31为凸面，后表面32为凹面，其材质为塑料，其前表面31、后表面32皆为非球面且皆设置有反曲点；

一薄型化取像透镜组的光圈40，位于第一透镜10与第二透镜20之间，用于控制薄型化取像透镜组的亮度；

另包含有一红外线滤除滤光片50(IR Filter)，置于第三透镜30之后，其不影响系统的焦距；

一成像面60，置于红外线滤除滤光片50之后。

前述非球面曲线的方程式表示如下：

X(Y)＝(Y²/R)/(l+sqrt(1-(1+k)*(Y/R)²))+A₄*Y⁴+A₆*Y⁶+…A₁₄*Y¹⁴

其中：

X：镜片的截面距离

Y：非球面曲线上的点距离光轴的高度

k：锥面系数

A₄、A₆、……、A₁₄：4阶、6阶、…、14阶的非球面系数。

第一实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，整体薄型化取像透镜组的焦距为f，其关系为：f/f1＝1.320、f/f2＝-0.180、f/f3＝-0.020。

第一实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的色散系数为V1，第二透镜的色散系数为V2，第三透镜的色散系数为V3，其关系为：(V1+V3)/2-V2＝26.2。

第一实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的折射率为N1，第三透镜的折射率为N3，其关系为：N1＝1.543、N3＝1.53。

第一实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，第三透镜的前表面曲率半径为R5，第三透镜的后表面曲率半径为R6，其关系为：R1/R2＝-0.27、R3/R4＝0.70、R5/R6＝1.14。

第一实施例薄型化取像透镜组中，第三透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG32，其关系为：ANG32＝-23.3[deg.]。

镜面角度的方向定义为：当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正，当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负。

第一实施例薄型化取像透镜组中，第二透镜的中心厚度为CT2，第二透镜与第三透镜之间的镜间距为T23，其关系为：T23/CT2＝0.21。

第一实施例薄型化取像透镜组中，成像高度对应的主光线，其入射电子感光组件的角度(Chief Ray Angle)为CRA，最大视场角的一半为HFOV，其关系为：

tan(CRA))/(tan(HFOV)＝0.72。

第一实施例薄型化取像透镜组中，薄型化取像透镜组的光学总长为TTL，薄型化取像透镜组的成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＝2.46。

第一实施例详细的结构数据如同表1所示，其非球面数据如同表2所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。

表1

表2

本发明第二实施例请参阅图3，第三实施例的像差曲线请参阅图4。第二实施例的薄型化取像透镜组主要构造由三枚具屈折力的镜片所构成，由物侧至像侧依序为：

一具正屈折力的第一透镜10，其前表面11、后表面12皆为凸面，其材质为塑料，其前表面11、后表面12皆为非球面；

一具负屈折力的第二透镜20，其前表面21为凹面，后表面22为凸面，其材质为塑料，且其前表面21、后表面22皆为非球面；

再者为一具负屈折力的第三透镜30，其前表面31为凸面，后表面32为凹面，其材质为塑料，其前表面31、后表面32皆为非球面且皆设置有反曲点；

一薄型化取像透镜组的光圈40，位于第一透镜10与第二透镜20之间，用于控制薄型化取像透镜组的亮度；

另包含有一红外线滤除滤光片50(IR Filter)，置于第三透镜30之后，其不影响系统的焦距；

一成像面60，置于红外线滤除滤光片50之后。

第二实施例非球面曲线的方程式表示如同第一实施例的型式。

第二实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，整体薄型化取像透镜组的焦距为f，其关系为：f/f1＝1.322、f/f2＝-0.182、f/f3＝-0.022。

第二实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的色散系数(AbbeNumber)为V1，第二透镜的色散系数为V2，第三透镜的色散系数为V3，其关系为：(V1+V3)/2-V2＝33.0。

第二实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的折射率为N1，第三透镜的折射率为N3，其关系为：N1＝1.543、N3＝1.53。

第二实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，第三透镜的前表面曲率半径为R5，第三透镜的后表面曲率半径为R6，其关系为：R1/R2＝-0.68、R3/R4＝0.69、R5/R6＝1.16。

第二实施例薄型化取像透镜组中，第三透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG32，其关系为：ANG32＝-12.6[deg.]。

镜面角度的方向定义为：当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正，当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负。

第二实施例薄型化取像透镜组中，第二透镜的中心厚度为CT2，第二透镜与第三透镜之间的镜间距为T23，其关系为：T23/CT2＝0.2。

第二实施例薄型化取像透镜组中，成像高度对应的主光线，其入射电子感光组件的角度(Chief Ray Angle)为CRA，最大视场角的一半为HFOV，其关系为：

tan(CRA)/tan(HFOV)＝0.84。

第二实施例薄型化取像透镜组中，薄型化取像透镜组的光学总长为TTL，薄型化取像透镜组的成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＝2.57。

第二实施例详细的结构数据如同表3所示，其非球面数据如同表4所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。

表3

表4

本发明第三实施例请参阅图5，第三实施例的像差曲线请参阅图6。第三实施例的薄型化取像透镜组主要构造由三枚具屈折力的镜片所构成，由物侧至像侧依序为：

一具正屈折力的第一透镜10，其前表面11、后表面12皆为凸面，其材质为玻璃，其前表面11、后表面12皆为非球面；

一具负屈折力的第二透镜20，其前表面21为凹面，后表面22为凸面，其材质为塑料，且其前表面21、后表面22皆为非球面；

再者为一具负屈折力的第三透镜30，其前表面31为凸面，后表面32为凹面，其材质为塑料，其前表面31、后表面32皆为非球面，其后表面设置有反曲点；

一薄型化取像透镜组的光圈40，位于第一透镜10与第二透镜20之间，用于控制薄型化取像透镜组的亮度；

另包含有一红外线滤除滤光片50(IR Filter)，置于第三透镜30之后，其不影响系统的焦距；

一成像面60，置于红外线滤除滤光片50之后。

第三实施例非球面曲线的方程式表示如同第一实施例的型式。

第三实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，整体薄型化取像透镜组的焦距为f，其关系为：f/f1＝1.390、f/f2＝-0.190、f/f3＝-0.100。

第三实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的色散系数为V1，第二透镜的色散系数为V2，第三透镜的色散系数为V3，其关系为：(V1+V3)/2-V2＝38.1。

第三实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的折射率为N1，第三透镜的折射率为N3，其关系为：N1＝1.592、N3＝1.53。

第三实施例薄型化取像透镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，第三透镜的前表面曲率半径为R5，第三透镜的后表面曲率半径为R6，其关系为：R1/R2＝-0.29、R3/R4＝0.70、R5/R6＝1.30。

第三实施例薄型化取像透镜组中，第三透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG32，其关系为：ANG32＝-29.1[deg.]。

镜面角度的方向定义为：当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正，当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负。

第三实施例薄型化取像透镜组中，第二透镜的中心厚度为CT2，第二透镜与第三透镜之间的镜间距为T23，其关系为：T23/CT2＝0.21。

第三实施例薄型化取像透镜组中，成像高度对应的主光线，其入射电子感光组件的角度(Chief Ray Angle)为CRA，最大视场角的1半为HFOV，其关系为：

tan(CRA)/tan(HFOV)＝0.66。

第三实施例薄型化取像透镜组中，薄型化取像透镜组的光学总长为TTL，薄型化取像透镜组的成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＝2.42。

第三实施例详细的结构数据如同表5所示，其非球面数据如同表6所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。

表5

表6

在此需说明，表1至表6所示为薄型化取像透镜组实施例的不同数值变化表，然而本发明各个实施例的数值变化皆属实验所得，即使使用不同数值，相同结构的产品仍应属于本发明的保护范畴。表7为各个实施例对应本发明相关方程式的数值资料。

Claims (20)

1.一种薄型化取像透镜组，其特征在于，由三枚具屈折力的透镜所构成，由物侧至像侧依序为：

具正屈折力的第一透镜；

具负屈折力的第二透镜，其镜片上设置有非球面；

具负屈折力的第三透镜，其镜片上设置有非球面。

另设有光圈，设置于该第一透镜与该第二透镜之间，用于控制薄型化取像透镜组的亮度。

2.如权利要求1所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第二透镜、第三透镜的前表面、后表面皆为非球面。

3.如权利要求2所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第二透镜、第三透镜的材质皆为塑料，且第一透镜的前表面、后表面皆为非球面。

4.如权利要求3所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的材质为塑料。

5.如权利要求4所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的前表面为凸面，该第二透镜的前表面为凹面、后表面为凸面，该第三透镜的前表面为凸面、后表面为凹面，且该第三透镜上设置有反曲点。

6.如权利要求5所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的色散系数为V1，该第二透镜的色散系数为V2，该第三透镜的色散系数为V3，满足下述关系式：

(V1+V3)/2-V2>20。

7.如权利要求6所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的焦距为f1，整体薄型化取像透镜组的焦距为f，满足下述关系式：

1.0<f/f1<1.7。

8.如权利要求7所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第二透镜的焦距为f2，整体薄型化取像透镜组的焦距为f，满足下述关系式：

-0.5<f/f2<0。

9.如权利要求8所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第三透镜的焦距为f3，整体薄型化取像透镜组的焦距为f，满足下述关系式：

-0.5<f/f3<0。

10.如权利要求9所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的后表面为凸面。

11.如权利要求10所述薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，整体薄型化取像透镜组的焦距为f，满足下述关系式：

1.2<f/f1<1.5

-0.3<f/f2<0

-0.2<f/f3<0。

12.如权利要求10所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，两者满足下述关系式：

-0.9<R1/R2<-0.1。

13.如权利要求12所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，两者满足下述关系式：

4<R3/R4<1.0。

14.如权利要求13所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第三透镜的前表面曲率半径为R5，第三透镜的后表面曲率半径为R6，两者满足下述关系式：

6<R5/R6<1.6。

15.如权利要求14所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，该第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，该第三透镜的前表面曲率半径为R5，第三透镜的后表面曲率半径为R6，满足下述关系式：

-0.8<R1/R2<-0.5

55<R3/R4<0.85

9<R5/R6<1.4。

16.如权利要求6所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的折射率为N1，该第三透镜的折射率为N3，满足下述关系式：

1.5<N1<1.6

1.5<N3<1.6。

17.如权利要求1所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该薄型化取像透镜组的被摄物体成像于电子感光组件，且薄型化取像透镜组的光学总长为TTL，薄型化取像透镜组的成像高度为ImgH，两者满足下述关系式：

TTL/ImgH<2.65。

18.如权利要求3所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第一透镜的材质为玻璃。

19.如权利要求6所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，该第三透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG32，该第二透镜与该第三透镜间的镜间距为T23，该第二透镜的中心厚度为CT2，满足下述关系式：

ANG32<-10[deg.]

T23/CT2<0.35。

20.如权利要求6所述的薄型化取像透镜组，其特征在于，成像高度对应的主光线，其入射电子感光组件的角度为CRA，最大视场角的一半为HFOV，两者满足下述关系式：

45<tan(CRA)/tan(HFOV)<1.15。

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