CN103064170A - 微小型镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小型镜头，包含有沿光轴且由物侧至像侧依序排列的第一镜片、光圈、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片。其中，该第一镜片，由塑料材质所制成；该第一镜片为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面朝向物侧；该第二镜片由塑料材质所制成；该第二镜片为具有正屈光力的双凸透镜；该第三镜片由玻璃材质所制成；该第三镜片为具有正屈光力的双凸透镜；该第四镜片由玻璃材质所制成；该第四镜片为具有负屈光力的双凹透镜，且与该第三镜片胶黏形成复合透镜；该第五镜片由塑料材质所制成；该第五镜片具有正屈光力，且至少一面为非球面表面。

Description

微小型镜头

技术领域

本发明与影像撷取有关，更详而言之是指一种微小型镜头。

背景技术

近年来，随着影像科技的进步，如相机、摄影机、显微镜或扫描仪等影像撷取装置，为方便人们携带与使用，而逐渐趋向小型化与轻量化，此将使得影像撷取装置所用的镜头的体积也因此被大幅缩小。另外，除了小型化与轻量化外，也要能够具有更高的光学效能，才能使达成高分辨率和高对比的展现。因此，小型化和高光学效能是镜头不可缺两项要件。

然而，目前影像撷取装置所采用的镜头，为达到高光学效能的目的，不外乎使用了多组的镜群，甚至有镜片总合多于十片以上者。另外，亦有为达到使成像镜头轻量化与小型化的目的，而仅使用数片镜片，却使得其光学效能无法有效提升。

综合以上所述，已知的成像镜头仍未臻完善，且尚有待改进之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的镜头无法兼顾轻量化与小型化的缺陷，提供一种微小型镜头，不仅体积小且具有高光学效能。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种微小型镜头包含有沿光轴且由物侧至像侧依序排列的第一镜片、光圈、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片。其中，该第一镜片，由塑料材质所制成；该第一镜片为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面朝向物侧；该第二镜片由塑料材质所制成；该第二镜片为具有正屈光力的双凸透镜；该第三镜片由玻璃材质所制成；该第三镜片为具有正屈光力的双凸透镜；该第四镜片由玻璃材质所制成；该第四镜片为具有负屈光力的双凹透镜，且与该第三镜片胶黏形成复合透镜；该第五镜片由塑料材质所制成；该第五镜片具有正屈光力，且至少一面为非球面表面。

藉此，利用上述镜片与光圈的配置而达到小型化与高光学效能的目的。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的镜片配置图；

图2为本发明第一较佳实施例的光路图；

图3A为本发明第一较佳实施例的场曲(Field Curvature)图；

图3B为本发明第一较佳实施例的畸变(Distortion)图；

图3C为本发明第一较佳实施例的光扇(Ray Fan)图；

图3D为本发明第一较佳实施例的光点(Spot Diagram)图；

图4为本发明第二较佳实施例的镜片配置图；

图5为本发明第二较佳实施例的光路图；

图6A为本发明第二较佳实施例的场曲(Field Curvature)图；

图6B为本发明第二较佳实施例的畸变(Distortion)图；

图6C为本发明第二较佳实施例的光扇(Ray Fan)图；

图6D为本发明第二较佳实施例的光点(Spot Diagram)图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。

请参阅图1，为本发明第一较佳实施例的微小型镜头1的镜片配置图。图2为图1所示实施例的光路图。配合图1及图2，以下将详细说明本发明第一实施例的微小型镜头1。

该微小型镜头1包含有沿光轴Z且由物侧至像侧依序排列的第一镜片L1、光圈ST、第二镜片L2、第三镜片L3、第四镜片L4以及第五镜片L5。另外，该第五镜片L5与像侧之间更设有滤光片CF(Color Filter)，是平板玻璃。其中：

该第一镜片L1由塑料材质制成。该第一镜片L1为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面S1朝向物侧，且其凸面S1与凹面S2皆为非球面表面。

该第二镜片L2由塑料材质制成。该第二镜片L2为具有正屈光力的双凸透镜，且其两个凸面S4、S5皆为非球面表面。

该第三镜片L3由玻璃材质制成。该第三镜片L3为具有正屈光力的双凸透镜。

该第四镜片L4由玻璃材质制成。该第四镜片L4为具有负屈光力的双凹透镜，且该第四镜片L4的凹面S8与该第三镜片L3的凸面S7胶黏形成复合透镜L34。

该第五镜片L5由塑料材质制成。该第五镜片L5为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面S10朝向物侧，且其凸面S10与凹面S11皆为非球面表面。

藉此，利用上述镜片与光圈ST的设计，使得该微小型镜头1具有总长(TotalTrack)短小、视角(Field of View angle，FOV)增大、孔径数值(F number)增大以及主光线倾斜角(ChiefRay Angle，CRA)增大的光学特性。

为达上述目的并有效提升该微小型镜头1的光学效能，本发明较佳实施例的微小型镜头1的焦距F(Focus Length)、数值孔径FNO(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radius of curvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表一所示：

表一

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S1、S2、S4、S5、S10及S11的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表二所示：

表二

藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的微小型镜头1在成像质量上也可达到要求，这可从图3A至图3D看出。图3A所示的，是本实施例的微小型镜头1的场曲(Field Curvature)图；图3B所示的，是本实施例的微小型镜头1的畸变(Distortion)图；图3C与图3D所示的，是本实施例的微小型镜头1在六种不同视场位置的光扇(Ray Fan)图与光点(Spot Diagram)图。

由图3A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.02mm和-0.04mm；由图3B可看出，本实施例的畸变量不超过1.4％；由图3C可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率；图3D中，当视场位置在0.000mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为2.061μm，而分布半径(GEO Radius)为5.118μm；当视场位置在0.679mm时，本实施例的均方根半径值(RMSRadius)为1.837μm，而分布半径(GEO Radius)为4.984μm；当视场位置在1.132mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为1.407μm，而分布半径(GEO Radius)为3.805μm；当视场位置在1.585mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为2.243μm，而分布半径(GEO Radius)为6.699μm；当视场位置在1.812mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为2.461μm，而分布半径(GEO Radius)为8.306μm；当视场位置在2.263mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为5.294μm，而分布半径(GEO Radius)为18.000μm，显见本实施例的微小型镜头1的分辨率及其光学效能是符合标准的。

以上所述的，为本发明第一实施例的微小型镜头1；依据本发明的技术，以下配合图4及图5说明本发明第二实施例的微小型镜头2。

该微小型镜头2包含有沿光轴Z且由物侧至像侧依序排列的第一镜片L1、光圈ST、第二镜片L2、第三镜片L3、第四镜片L4以及第五镜片L5。另外，于该第五镜片L5与像侧之间同样设有滤光片CF(Color Filter)。其中：

该第一镜片L1由塑料材质制成。该第一镜片L1为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面S1朝向物侧，且其凸面S1与凹面S2皆为非球面表面。

该第二镜片L2由塑料材质制成。该第二镜片L2为具有正屈光力的双凸透镜，且其两个凸面S4、S5皆为非球面表面。

该第三镜片L3由玻璃材质制成。该第三镜片L3为具有正屈光力的双凸透镜。

该第四镜片L4由玻璃材质制成。该第四镜片L4为具有负屈光力的双凹透镜，且该第四镜片L4的凹面S8与该第三镜片L3的凸面S7胶黏形成复合透镜L34。

该第五镜片L5由塑料材质制成。该第五镜片L5为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面S10朝向物侧，且其凸面S10与凹面S11皆为非球面表面。

同样地，利用上述镜片与光圈ST的设计，使该微小型镜头2可具有总长(Total Track)短小、视角(Field of View angle，FOV)增大、孔径数值(F number)增大以及主光线倾斜角(ChiefRay Angle，CRA)增大的光学特性。

为达上述目的并有效提升该微小型镜头2的光学效能，本发明较佳实施例的微小型镜头2的焦距F(Focus Length)、数值孔径FNO(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radius of curvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表三所示：

表三

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S1、S2、S4、S5、S10及S11的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表四所示：

表四

藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的微小型镜头2在成像质量上也可达到要求，这可从图6A至图6D看出。图6A所示的，是本实施例的微小型镜头2的场曲(Field Curvature)图；图6B所示的，是本实施例的微小型镜头2的畸变(Distortion)图；图6C与图6D所示的，是本实施例的微小型镜头2在六种不同视场位置的光扇(Ray Fan)图与光点(Spot Diagram)图。

由图6A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.04mm和-0.02mm；由图6B可看出，本实施例的畸变量不超过1.2％；由图6C可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率；图6D中，当视场位置在0.000mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为1.388μm，而分布半径(GEO Radius)为2.706μm；当视场位置在0.680mm时，本实施例的均方根半径值(RMSRadius)为1.863μm，而分布半径(GEO Radius)为4.865μm；当视场位置在1.132mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为2.059μm，而分布半径(GEO Radius)为6.011μm；当视场位置在1.585mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为2.310μm，而分布半径(GEO Radius)为8.123μm；当视场位置在1.812mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为2.678μm，而分布半径(GEO Radius)为9.359μm；当视场位置在2.267mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为4.494μm，而分布半径(GEO Radius)为14.505μm，显见本实施例的微小型镜头2的分辨率及其光学效能是符合标准的。

综合以上所可得知，本发明的微小型镜头不仅可以有效地缩小体积且同时可具有高光学效能。

以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，凡应用本发明说明书及权利要求所做的等效结构及制作方法变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (8)

1.一种微小型镜头，其特征在于，包含有沿光轴且由物侧至像侧依序排列的：

第一镜片，由塑料材质所制成；该第一镜片为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面朝向物侧；

光圈；

第二镜片，由塑料材质所制成；该第二镜片为具有正屈光力的双凸透镜；

第三镜片，由玻璃材质所制成；该第三镜片为具有正屈光力的双凸透镜；

第四镜片，由玻璃材质所制成；该第四镜片为具有负屈光力的双凹透镜，且与该第三镜片胶黏形成复合透镜；以及

第五镜片，由塑料材质所制成；该第五镜片具有正屈光力，且至少一面为非球面表面。

2.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第一镜片至少一面为非球面表面。

3.如权利要求2所述的微小型镜头，其特征在于，该第一镜片的凸面及凹面皆为非球面表面。

4.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第二镜片至少一面为非球面表面。

5.如权利要求4所述的微小型镜头，其特征在于，该第二镜片的两个凸面皆为非球面表面。

6.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第五镜片为具有正屈光力的新月型透镜，且其凸面朝向该物侧。

7.如权利要求6所述的微小型镜头，其特征在于，该第五镜片的凸面及凹面皆为非球面表面。

8.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第五镜片与该像侧之间设有滤光片，是平板玻璃。

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