CN102033291B - 摄影用透镜组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄影用透镜组，由物侧至像侧依序包含：一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其后表面为凹面，第二透镜前表面与第一透镜后表面互相胶合；一具负屈折力的第三透镜；一具正屈折力的第四透镜，其后表面为凹面，第四透镜上设置有反曲点；一光圈，其置于被摄物与第三透镜之间；摄影用透镜组中，具屈折力的透镜数限制为四片；整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，其关系为：0.8＜f/f1＜2.1。本发明可以提升光学系统的成像品质，并有效控制镜头的光学总长度，使其兼具小型化的特性。

Description

摄影用透镜组

技术领域

本发明涉及一种摄影用透镜组，特别是涉及一种应用于照相手机的小型化摄影用透镜组。

背景技术

最近几年来，随着相机手机的兴起，小型化摄影镜头的需求日渐提高，而一般摄影镜头的感光元件不外乎是感光耦合元件(Charge CoupledDevice，CCD)或互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor，CMOS)两种，且由于半导体制程技术的进步，使得感光元件的像素面积缩小，小型化摄影镜头逐渐往高像素领域发展。

习见的手机镜头多采用三片式透镜组，透镜组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，如美国专利7,145,736所示。但是当感光元件的像素面积逐渐缩小，且系统对成像品质的要求提高，习见的三片式透镜组将无法满足更高阶的摄影镜头模组使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种摄影用透镜组，其由四片透镜构成，可以提升光学系统的成像品质，并有效控制镜头的光学总长度，使其兼具小型化的特性。

为解决上述技术问题，本发明摄影用透镜组，由物侧至像侧依序包含：一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其后表面为凹面，第二透镜前表面与第一透镜后表面互相胶合(粘合)；一具负屈折力的第三透镜；以及一第四透镜，其后表面为凹面；一光圈，其置于被摄物与第三透镜之间；摄影用透镜组中，具屈折力的透镜数限制为四片；整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，其关系为：0.8＜f/f1＜2.1。藉由上述配置，可有效提升系统的成像品质，并兼具小型化的特性。

本发明摄影用透镜组的屈折力主要系由具正屈折力的第一透镜提供，具负屈折力的第二透镜其功用主要为修正系统的色差，且第一透镜与第二透镜可为一正负两片胶合的透镜形式，更可有效加强系统对于色差的修正；而第三透镜与第四透镜作用如同补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各项像差，若第三透镜与第四透镜皆为负透镜，可使得系统的主点(Principal Point)远离成像面，可有利于缩短系统的光学总长度，而若第三透镜与第四透镜的屈折力配置呈现一负一正状态，则可藉以修正慧差，并可同时避免其他像差的过度增大。

藉由第一透镜提供主要的正屈折力，并将光圈置于接近摄影用透镜组的物体侧，可有效缩短摄影用透镜组的光学总长度，另外，上述的配置可使摄影用透镜组的出射瞳(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元件上，此即为成像侧的远心(Telecentric)特性，远心特性对于时下固态电子感光元件的感光能力是极为重要的，将使得电子感光元件的感光敏感度提高，减少系统产生暗角的可能性。此外，在第四透镜设置有反曲点(拐点)，将更有效地压制离轴视场的光线入射感光元件上的角度。

除此之外，在广角光学系统中，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。本发明若将光圈置于第一透镜之前，则着重于远心的特性，系统的光学总长度可以更短；若将光圈置于第二透镜与第三透镜之间，则较着重于广视场角的特性，同时，如此的光圈位置配置，可以有效降低系统的敏感度。

本发明摄影用透镜组中，透镜的材质可为玻璃或塑胶，若透镜材质为玻璃，则可以增加系统屈折力配置的自由度，且玻璃材质较有利于系统抵抗环境因子变化，使光学系统的成像品质较为稳定；若透镜材质为塑胶，则可藉由射出成型的方式制作镜片，有效降低生产成本。

本发明摄影用透镜组中，可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，获得较多的控制变数，用以消减像差，进而缩减镜片使用的数目，藉此可以有效缩短摄影用透镜组的光学总长度。

本发明摄影用透镜组中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，其关系为：0.8＜f/f1＜2.1。当f/f1满足上述关系式时，第一透镜的屈折力大小配置较为平衡，可较有效控制系统的光学总长度，维持小型化的目标，并且较有利于修正系统的高阶像差，提升成像品质。

本发明摄影用透镜组中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜的合成焦距f12，其关系为：0.6＜f/f12＜1.3。当f/f12满足上述关系式时，可使具一正一负屈折力互相胶合的第一透镜与第二透镜较有利于修正系统的色差，且可在像差的修正与光学总长度的压缩中取得平衡；且若第一透镜与第二透镜采以互相胶合的玻璃透镜，则可有利于加强系统抵抗环境因子变化的能力，可使系统的成像品质较为稳定；进一步来说，使f/f12满足下记关系式较为理想：0.9＜f/f12＜1.1。

本发明摄影用透镜组中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第三透镜的焦距为f3，其关系为：0＜|f/f3|＜0.2(即-0.2＜f/f3＜0)。当f/f3满足上述关系式时，第三透镜作用如同补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各项像差，可较有利于修正摄影用透镜组的像散(Astigmatism)及歪曲(Distortion)，提高摄影用透镜组的解像力。

本发明摄影用透镜组中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第四透镜的焦距为f4，其关系为：0＜|f/f4|＜0.4。当f/f4满足上述关系式时，第四透镜作用如同补正透镜，可较有利于修正系统的像差，提升系统成像品质；进一步来说，f/f4满足下记关系则较为理想：0＜|f/f4|＜0.2(即0＜f/f4＜0.2)。

本发明摄影用透镜组中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第三透镜与第四透镜于光轴上的距离为T34，其关系为：0.05＜T34/f＜0.20。当T34/f满足上述关系时，可较有利于修正摄影用透镜组的高阶像差。

本发明摄影用透镜组中，第一透镜色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜色散系数为V2，其关系为：25＜V1-V2＜40。当V1-V2满足上述关系式时，可较有利于摄影用透镜组中色差的修正。

本发明摄影用透镜组中，另设置有一电子感光元件供被摄物成像，摄影用透镜组的光学总长度为TTL，TTL定义为摄影用透镜组中第一透镜前表面至成像面于光轴上的距离，摄影用透镜组的最大成像高度为ImgH，ImgH定义为电子感光元件有效像素区域对角线长的一半，其关系为：TTL/ImgH＜2.15。当TTL/ImgH满足上述关系式可以维持摄影用透镜组小型化的特性。

附图说明

图1A为本发明第一实施例光学系统示意图；

图1B为本发明第一实施例的像差曲线图；

图2A为本发明第二实施例光学系统示意图；

图2B为本发明第二实施例的像差曲线图。

图中附图标记说明：

10为第一透镜；11为前表面；12为后表面；20为第二透镜；21为前表面；22为后表面；30为第三透镜；31为前表面；32为后表面；40为第四透镜；41为前表面；42为后表面；50为光圈；60为红外线滤除滤光片；70为成像面；f为整体摄影用透镜组的焦距；f1为第一透镜的焦距；f3为第三透镜的焦距；f4为第四透镜的焦距；f12为第一透镜与第二透镜的合成焦距；T34为第三透镜与第四透镜于光轴上的距离；V1为第一透镜色散系数；V2为第二透镜色散系数；TTL为摄影用透镜组的光学总长度；ImgH为摄影用透镜组的最大成像高度。

具体实施方式

本发明第一实施例请参阅图1A，第一实施例的像差曲线请参阅图1B，第一实施例由物侧至像侧依序包含：

一具正屈折力的第一透镜10，其材质为玻璃，第一透镜10的前表面11为凸面，后表面12为凸面；

一具负屈折力的第二透镜20，其材质为玻璃，第二透镜20的前表面21为凹面，后表面22为凹面，且第二透镜20的前表面21与第一透镜10的后表面12互相胶合；

一具负屈折力的第三透镜30，其材质为塑胶，第三透镜30的前表面31为凹面，后表面32为凸面，另第三透镜30的前表面31与后表面32皆设置为非球面；

一具正屈折力的第四透镜40，其材质为塑胶，第四透镜40的前表面41为凸面，后表面42为凹面，另第四透镜40的前表面41与后表面42皆设置为非球面，且第四透镜40的前表面41与后表面42皆设置有反曲点；

一光圈50，置于第一透镜10之前；

一红外线滤除滤光片(IR Filter)60，置于第四透镜40之后，其不影响系统的焦距；

一成像面70，置于红外线滤除滤光片60之后。

上述非球面曲线的方程式表示如下：

$X\left(Y\right)=(Y^2/R)/(1+\mathrm{sqrt}(1-(1+k)*{(Y/R)}^2))+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\left(\mathrm{Ai}\right)*\left(Y^i\right)$

其中：

X：非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上顶点的切面的相对高度；

Y：非球面曲线上的点与光轴的距离；

k：锥面系数；

Ai：第i阶非球面系数。

第一实施例中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，其关系为：

f＝4.70mm；

f/f1＝1.78；

f/f12＝0.95；

|f/f3|＝0.10(即f/f3＝-0.10)；

|f/f4|＝0.05(即f/f4＝0.05)。

第一实施例中，第一透镜色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜色散系数为V2，其关系为：V1-V2＝32.8。

第一实施例中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第三透镜与第四透镜于光轴上的距离为T34，其关系为：T34/f＝0.08。

第一实施例中，摄影用透镜组另设置有一电子感光元件供被摄物成像，摄影用透镜组的光学总长度为TTL，摄影用透镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＝2.08。

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——本发明第一实施例结构数据

表2——本发明第一实施例非球面数据

本发明第二实施例请参阅图2A，第二实施例之像差曲线请参阅图2B，第二实施例由物侧至像侧依序包含：

一具正屈折力的第一透镜10，其材质为玻璃，第一透镜10的前表面11为凸面，后表面12为凸面；

一具负屈折力的第二透镜20，其材质为玻璃，第二透镜20的前表面21为凹面，后表面22为凹面，且第二透镜20的前表面21与第一透镜10的后表面12互相胶合；

一具负屈折力的第三透镜30，其材质为塑胶，第三透镜30的前表面31为凹面，后表面32为凸面，另第三透镜30的前表面31与后表面32皆设置为非球面；

一具负屈折力的第四透镜40，其材质为塑胶，第四透镜40的前表面41为凸面，后表面42为凹面，另第四透镜40的前表面41与后表面42皆设置为非球面，且第四透镜40的前表面41与后表面42皆设置有反曲点；

一光圈50，置于第一透镜10之前；

一红外线滤除滤光片(IR Filter)60，置于第四透镜40之后，其不影响系统的焦距；

一成像面70，置于红外线滤除滤光片60之后。

第二实施例非球面曲线方程式的表示式如同第一实施例的形式。

第二实施例中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，其关系为：

f＝4.72mm；

f/f1＝1.82；

f/f12＝0.97；

|f/f3|＝0.05；

|f/f4|＝0.03。

第二实施例中，第一透镜色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜色散系数为V2，其关系为：V1-V2＝32.5。

第二实施例中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第三透镜与第四透镜于光轴上的距离为T34，其关系为：T34/f＝0.08。

第二实施例中，摄影用透镜组另设置有一电子感光元件供被摄物成像，摄影用透镜组的光学总长度为TTL，摄影用透镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＝2.08。

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——本发明第二实施例结构数据

表4——本发明第二实施例非球面数据

在此先行述明，表1至表4所示为摄影用透镜组实施例的不同数值变化表，然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5为各个实施例对应本发明相关方程式的数值资料。

表5——本发明各个实施例对应相关方程式的数值资料

综上所述，本发明为一种摄影用透镜组，藉此透镜结构、排列方式与镜片配置可以有效缩小镜组体积，更能同时获得较高的解像力。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明思想和原理的情况下，本领域技术人员还可做出许多变形、修饰或改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种摄影用透镜组，其特征是，由物侧至像侧依序包含：

一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面；

一具负屈折力的第二透镜，其后表面为凹面，且第二透镜前表面与第一透镜后表面互相胶合；

一具负屈折力的第三透镜；

一具正屈折力的第四透镜，其后表面为凹面，且第四透镜至少一表面设置有反曲点；以及

一光圈，其置于被摄物与第一透镜之间；摄影用透镜组中，具屈折力的透镜数限制为四片；整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第四透镜的焦距为f4，其关系为：0.8＜f/f1＜2.1；0＜f/f4＜0.2。

2.根据权利要求1所述的摄影用透镜组，其特征是，其中，第三透镜前表面为凹面，后表面为凸面。

3.根据权利要求2所述的摄影用透镜组，其特征是，其中，第三透镜为塑胶材质，第三透镜至少一表面设置有非球面，第四透镜为塑胶材质。

4.根据权利要求3所述的摄影用透镜组，其特征是，其中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，其关系为：0.6＜f/f12＜1.3。

5.根据权利要求4所述的摄影用透镜组，其特征是，其中，第一透镜色散系数为V1，第二透镜色散系数为V2，其关系为：25＜V1-V2＜40。

6.根据权利要求3所述的摄影用透镜组，其特征是，其中，第三透镜与第四透镜于光轴上的距离为T34，整体摄影用透镜组的焦距为f，其关系为：0.05＜T34/f＜0.2。

7.根据权利要求5所述的摄影用透镜组，其特征是，其中，整体摄影用透镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，其关系为：0.9＜f/f12＜1.1；第三透镜的焦距为f3，其关系为：-0.2＜f/f3＜0。

8.根据权利要求1所述的摄影用透镜组，其特征是，其中，摄影用透镜组另设置一电子感光元件供被摄物成像，摄影用透镜组的光学总长度为TTL，摄影用透镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＜2.15。

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