CN102436057B - 摄像用透镜组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像用透镜组，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，其前表面为凹面，第二透镜上设置有非球面，且第二透镜为塑料材质；一具负屈折力的第三透镜，其前表面为凹面，第三透镜上设置有非球面，且第三透镜为塑料材质；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，其置于被摄物与第二透镜之间；第一透镜与第二透镜间的镜间距为T12，整体摄像用透镜组的焦距为f，其关系为：(T12/f)*100＞0.7；摄像用透镜组中，具屈折力的透镜数为四片。本发明可有效缩小透镜组体积、降低光学系统的敏感度，更能同时获得较高的解像力。

Description

摄像用透镜组

技术领域

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

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感光耦合组件(Charge Coupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)两种，且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。

常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，如USP 7,145,736所示。当感光组件的画素面积逐渐缩小，系统对成像质量的要求提高，常见的三片式透镜组将无法满足更高阶的摄影镜头模块使用。

USP 7,365,920揭露了一种四片式透镜组，但其中第一透镜及第二透镜以二片玻璃球面镜互相黏合而成为Doublet，用以消除色差，但此方法有其缺点，其一，过多的玻璃球面镜配置使得系统自由度不足，造成系统的光学总长度不易缩短；其二，玻璃镜片黏合的制程不易，造成制造上的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种摄像用透镜组，以提升光学系统的成像质量，并有效缩短镜头的光学总长度，使其兼具小型化的特性。

为解决上述技术问题，本发明的摄像用透镜组，是一种由四片透镜构成的摄像用透镜组，该摄像用透镜组，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；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；一光圈，其置于被摄物与第二透镜之间；摄像用透镜组中，具屈折力的透镜数为四片；通过由上述配置，可以有效提升系统的成像质量，并兼具小型化的特性。

本发明摄像用透镜组的屈折力主要由具正屈折力的第一透镜提供，具负屈折力的第二透镜的功用主要为修正系统的色差，而第三透镜及第四透镜作用如补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各项像差，且第三透镜与第四透镜配置呈现一负一正状态，可由此修正慧差，并可同时避免其它像差的过度增大。

凭借由第一透镜提供强大的正屈折力，并将光圈置于接近摄像用透镜组的物体侧，可有效缩短摄像用透镜组的光学总长度，另外，上述的配置可使摄像用透镜组的出射瞳(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组件上，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，在第四透镜上设置有反曲点，将更有效地压制离轴视场的光线入射感光组件上的角度。

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；若将光圈置于第一透镜与第二透镜之间，则较着重于广视场角的特性；同时，如此的光圈位置的配置，可以有效降低系统的敏感度。

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尺寸皆变得很小，以传统玻璃研磨的方法将难以制造出上述的镜片，因此，若镜片采用塑料材质，可通过由射出成型的方式制作镜片，以较低廉的成本生产高精密度的镜片；若镜片采用玻璃材质，则可以模造玻璃方式生产高精密度的玻璃镜片；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，由此可以有效缩短摄像用透镜组的光学总长度。

本发明摄像用透镜组中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，其关系为：

1.20＜f/f1＜1.80；

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，并且较可同时避免高阶球差(HighOrder Spherical Aberration)与慧差(Coma)的过度增大，提升成像质量；进一步来说，f/f1满足下记关系则较为理想：

1.45＜f/f1＜1.80。

本发明摄像用透镜组中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第三透镜焦距为f3，第四透镜焦距为f4，其满足下记关系式：

-0.2＜f/f3＜0；

0＜f/f4＜0.2；

当f/f3与f/f4满足上记关系式，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，可较有利于修正摄像用透镜组的像散(Astigmatism)及歪曲(Distortion)，提高摄像用透镜组的解像力；进一步来说，f/f3满足下记关系则较为理想：

-0.2＜f/f3＜-0.02。

本发明摄像用透镜组中，第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，第三透镜与第四透镜之间的镜间距为T34，整体摄像用透镜组的焦距为f，其关系为：

(T12/f)*100＞0.7；

(T34/f)*100＜3.0；

当T12/f与T23/f满足上记关系可较有效提升摄像用透镜组修正高阶像差的能力。

本发明摄像用透镜组中，第一透镜前表面曲率半径为R1，第一透镜后表面曲率半径为R2，其关系式为：

|R1/R2|＜0.3；

当R1/R2满足上述关系式时，可较有利于摄像用透镜组中球差的修正；进一步来说，使R1/R2满足下记关系则较为理想：

|R1/R2|＜0.15。

本发明摄像用透镜组中，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，其关系为：

(R3+R4)/(R3-R4)＜1.9；

上记关系可较有利于修正系统的Petzval Sum。

本发明摄像用透镜组中，另设置有一电子感光组件供被摄物成像，摄像用透镜组的光学总长度为TTL，TTL定义为摄像用透镜组中第一透镜前表面至成像面于光轴上的距离，摄像用透镜组的最大成像高度为ImgH，ImgH定义为电子感光组件有效画素区域对角线长的一半，其关系为：

TTL/ImgH＜2.15；

当TTL/ImgH满足上记关系可以维持摄像用透镜组小型化的特性；进一步来说，TTL/ImgH满足下记关系则较为理想：

TTL/ImgH＜1.90。

由于采用上述透镜结构及排列方式，可以有效缩小透镜组体积、降低光学系统的敏感度，更能同时获得较高的解像力。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例1的光学系统示意图；

图2是本发明实施例1的像差曲线图；

图3是本发明实施例2的光学系统示意图；

图4是本发明实施例2的像差曲线图；

图5是本发明实施例3的光学系统示意图；

图6是本发明实施例3的像差曲线图。

其中，以上附图标记中，第一透镜10，前表面11，后表面12，第二透镜20，前表面21，后表面22，第三透镜30，前表面31，后表面32，第四透镜40，前表面41，后表面42，光圈50，红外线滤除滤光片60，感光组件保护玻璃70，成像面80。

本发明中，整体摄像用透镜组的焦距f，第一透镜的焦距f1，第三透镜的焦距f3，第四透镜的焦距f4，第一透镜与第二透镜之间的镜间距T12，第三透镜与第四透镜之间的镜间距T34，第一透镜的前表面曲率半径R1，第一透镜的后表面曲率半径R2，第二透镜的前表面曲率半径R3，第二透镜的后表面曲率半径R4，摄像用透镜组的光学总长度TTL，摄像用透镜组的最大成像高度ImgH。

具体实施方式

实施例1

本发明实施例1请参阅图1，实施例1的像差曲线参阅图2，本实施例的摄像用透镜组，由物侧至像侧依序包含：

一具正屈折力的第一透镜10，其材质为塑料，第一透镜10的前表面11为凸面，后表面12为凸面，另第一透镜10的前表面11与后表面12皆设置有非球面；

一具负屈折力的第二透镜20，其材质为塑料，第二透镜20的前表面21为凹面，后表面22为凹面，另第二透镜20的前表面21与后表面22皆设置有非球面；

一具负屈折力的第三透镜30，其材质为塑料，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皆设置有非球面；

一具正屈折力的第四透镜40，其材质为塑料，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皆设置有非球面，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；

一感光组件保护玻璃(Sensor Cover Glass)70，置于红外线滤除滤光片60之后；

一成像面80，置于感光组件保护玻璃70之后。

上述非球面曲线的方程式表示如下：

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

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。

实施例1中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，其关系为：

f＝4.91mm；

f/f1＝1.45；

f/f3＝-0.05；

f/f4＝0.05。

实施例1中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，其关系为：(T12/f)*100＝2.0。

实施例1中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第三透镜与第四透镜之间的镜间距为T34，其关系为：(T34/f)*100＝1.4。

实施例1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，其关系为：|R1/R2|＝0.11。

实施例1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，其关系为：(R3+R4)/(R3-R4)＝0.82。

实施例1中，摄像用透镜组另设置有一电子感光组件供被摄物成像，摄像用透镜组的光学总长度为TTL，摄像用透镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＝1.96。

实施例1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实施例1的结构数据

表2实施例1的非球面数据

实施例2

实施例2参阅图3，实施例2的像差曲线参阅图4，本实施例的摄像用透镜组，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为凹面，另第一透镜10的前表面11与后表面12皆设置有非球面；

一具负屈折力的第二透镜20，其材质为塑料，第二透镜20的前表面21为凸面，后表面22为凹面，另第二透镜10的前表面21与后表面22皆设置有非球面；

一具负屈折力的第三透镜30，其材质为塑料，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皆设置有非球面；

一具正屈折力的第四透镜40，其材质为塑料，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皆设置有非球面，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；

一感光组件保护玻璃(Sensor Cover Glass)70，置于红外线滤除滤光片60之后；

一成像面80，置于感光组件保护玻璃70之后。

实施例2的非球面曲线方程式的表示式如同实施例1的型式。

实施例2中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，其关系为：

f＝4.97mm；

f/f1＝1.42；

f/f3＝-0.05；

f/f4＝0.12。

实施例2中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，其关系为：(T12/f)*100＝2.8。

实施例2中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第三透镜与第四透镜之间的镜间距为T34，其关系为：(T34/f)*100＝1.4。

实施例2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，其关系为：|R1/R2|＝0.10。

实施例2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，其关系为：(R3+R4)/(R3-R4)＝1.08。

实施例2中，摄像用透镜组另设置有一电子感光组件供被摄物成像，摄像用透镜组的光学总长度为TTL，摄像用透镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＝1.97。

实施例2的详细结构数据如同表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实施例2的结构数据

表4实施例2的非球面数据

实施例3

实施例3参阅图5，实施例3的像差曲线请参阅图6，本实施例的摄像用透镜组，由物侧至像侧依序包含：

一具正屈折力的第一透镜10，其材质为塑料，第一透镜10的前表面11为凸面，后表面12为凸面，另第一透镜10的前表面11与后表面12皆设置有非球面；

一具负屈折力的第二透镜20，其材质为塑料，第二透镜20的前表面21为凸面，后表面22为凹面，另第二透镜20的前表面21与后表面22皆设置有非球面；

一具负屈折力的第三透镜30，其材质为塑料，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皆设置有非球面；

一具正屈折力的第四透镜40，其材质为塑料，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皆设置有非球面，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；

一感光组件保护玻璃(Sensor Cover Glass)70，置于红外线滤除滤光片60之后；

一成像面80，置于感光组件保护玻璃70之后。

实施例3的非球面曲线方程式的表示式如同实施例1的型式。

实施例3中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，其关系为：

f＝4.24mm；

f/f1＝1.61；

f/f3＝-0.03；

f/f4＝0.11。

实施例3中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，其关系为：(T12/f)*100＝1.2。

实施例3中，整体摄像用透镜组的焦距为f，第三透镜与第四透镜之间的镜间距为T34，其关系为：(T34/f)*100＝1.2。

实施例3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，其关系为：|R1/R2|＝0.06。

实施例3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，其关系为：(R3+R4)/(R3-R4)＝1.65。

实施例3中，摄像用透镜组另设置有一电子感光组件供被摄物成像，摄像用透镜组的光学总长度为TTL，摄像用透镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为：TTL/ImgH＝1.65。

实施例3的详细结构数据如同表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实施例3的结构数据

表6实施例3的非球面数据

本发明摄像用透镜组中，透镜的材质可为玻璃或塑料，若透镜的材质为玻璃，则可以增加系统屈折力配置的自由度，若透镜材质为塑料，则可以有效降低生产成本。

另外，表1至表6所示为摄像用透镜组实施例的不同数值变化表，因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。

表7各个实施例对应相关方程式的数值资料

综上所述，本发明的一种摄像用透镜组，通过其透镜结构、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。

Claims (7)

1.一种摄像用透镜组，由物侧至像侧依序包含：

一具正屈折力的第一透镜，前表面为凸面后表面为凹面；

一具负屈折力的第二透镜，后表面为凹面；

一具负屈折力的第三透镜；

一具正屈折力的第四透镜，后表面为凹面，第四透镜上设置有反曲点；以及

一光圈，置于被摄物与第二透镜之间；第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，整体摄像用透镜组的焦距为f，所述第三透镜与第四透镜之间的镜间距为T34，所述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，关系为：(T12/f)*100>0.7；(T34/f)*100<3.0；(R3+R4)/(R3-R4)<1.9；摄像用透镜组中，具屈折力的透镜数为四片。

2.如权利要求1所述的摄像用透镜组，其特征在于：所述第一透镜上设置有非球面；第二透镜上设置有非球面，第二透镜为塑料材质；第三透镜上设置有非球面，第三透镜为塑料材质，第三透镜前表面为凹面。

3.如权利要求2所述的摄像用透镜组，其特征在于：所述光圈置于第一透镜之前。

4.如权利要求3所述的摄像用透镜组，其特征在于：所述整体摄像用透镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，其关系为：1.20<f/f1<1.80。

5.如权利要求1所述的摄像用透镜组，其特征在于：所述整体摄像用透镜组的焦距为f，第三透镜的焦距为f3，关系为：-0.2<f/f3<-0.02；整体摄像用透镜组的焦距为f，第四透镜的焦距为f4，其关系为：0<f/f4<0.2。

6.如权利要求3所述的摄像用透镜组，其特征在于：所述第二透镜前表面为凸面，第三透镜后表面为凸面，整体摄像用透镜组的焦距为f，第三透镜的焦距为f3，其关系为：f/f3<-0.02。

7.如权利要求1所述的摄像用透镜组，其特征在于：所述摄像用透镜组另设置一电子感光组件供被摄物成像，摄像用透镜组的光学总长度为TTL，摄像用透镜组的电子感光组件有效画素区域对角线长的一半为ImgH，其关系为：TTL/ImgH<2.15。

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