CN103389568A - 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光圈、第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片，其中，该第一镜片为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且至少一表面为非球面表面；该第二镜片为具有正屈光力的双凸透镜，且至少一表面为非球面表面；该第三镜片为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且至少一表面为非球面表面；该第四镜片具有正屈光力，且至少一表面为非球面表面；该第五镜片具有负屈光力，且至少一表面为非球面表面。

Description

微小型镜头

技术领域

本发明是与光学镜头有关，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，如电荷耦合组件(Charge coupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)等影像撷取装置大量地被使用于如数字相机或手机等影像设备(imagepick-up apparatus)上。随着近年来这些影像设备的小型化，上述影像撷取装置以及应用在上述影像设备上的镜头的体积，也被大幅地缩小。另外，由于影像撷取装置的画素(pixel)愈来愈高，用以配合这些影像撷取装置使用的镜头，也要能够具有更高的光学效能，才能使这些影像撷取装置达成高分辨率和高对比的展现。因此，小型化和高光学效能，是影像设备的镜头不可缺两项要件。

在以前，由一片到两片镜片组成的镜头就可以满足当时影像撷取设备的需求，但随着画素需求的增加，使用更多镜片的镜头才能够满足高画素的需求。

目前影像设备所采用的微小型镜头，为达较佳的光学效能，不外乎由五片镜片或是由五片以上的镜片所组成。其中，五镜片式的镜头体积较小，但光学效能大多较为不足，已逐渐无法满足现今高画素的需求；而由五片镜片以上的镜头虽具有较佳的光学效能，但其体积较五镜片式镜头大，却又无法达到有效小型化的目的。

综合以上所述可得知，已知的微小型镜头仍未臻完善，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，针对现有技术中的微小型镜头无法兼顾小型化和高光学效能的缺陷，提供一种微小型镜头，是由五片镜片所组成，不但体积小，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光圈、第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片，其中，该第一镜片为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且至少一表面为非球面表面；该第二镜片为具有正屈光力的双凸透镜，且至少一表面为非球面表面；该第三镜片为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且至少一表面为非球面表面；该第四镜片具有正屈光力，且至少一表面为非球面表面；该第五镜片具有负屈光力，且至少一表面为非球面表面。

依据上述构思，该第一镜片的两个表面皆为非球面表面。

依据上述构思，该第二镜片的两个表面皆为非球面表面。

依据上述构思，该第三镜片的两个表面皆为非球面表面。

依据上述构思，该第四镜片的两个表面皆为非球面表面。

依据上述构思，该第四镜片为新月型透镜，且其凸面朝向该像侧。

依据上述构思，该第五镜片的两个表面皆为非球面表面。

依据上述构思，该第五镜片从该光轴通过之处至其周缘，其屈光力由负屈光力逐渐转变成正屈光力。

依据上述构思，该第五镜片朝向该物侧的表面的光轴区域的曲率半径为正值，自该光轴区域至该第三镜片周缘的曲率半径则为负值，其中，该光轴区域是指包含该光轴通过处和其预定范围的邻近区域。

依据上述构思，该第五镜片朝向该像侧的表面的光轴区域的曲率半径为正值，自该光轴区域至该第三镜片周缘的曲率半径则为负值，其中，该光轴区域是指包含该光轴通过处和其预定范围的邻近区域。

依据上述构思，该第一镜片、该第二镜片、该第三镜片、该第四镜片以及该第五镜片皆以塑料材料制成。

藉此，透过上述的镜片设计，将使得该微小型镜头不仅体积小，且同时具有高光学效能。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的镜片配置及光路图；

图2A为本发明第一较佳实施例的场曲(Field Curvature)图；

图2B为本发明第一较佳实施例的畸变(Distortion)图；

图2C为本发明第一较佳实施例的光扇(Ray Fan)图；

图2D为本发明第一较佳实施例的光点(Spot Diagram)图；

图3为本发明第二较佳实施例的镜片配置图；

图4A为本发明第二较佳实施例的场曲(Field Curvature)图；

图4B为本发明第二较佳实施例的畸变(Distortion)图；

图4C为本发明第二较佳实施例的光扇(Ray Fan)图；

图4D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，本发明第一较佳实施例的微小型镜头1包含有沿光轴Z且由物侧至像侧依序排列的光圈ST、第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、第四镜片L4以及第五镜片L5。另外，依使用上的需求，该第五镜片L5与该像侧之间更可设置有滤光片CF(Color Filter)，以滤除掉不必要的噪声光，而可达到提升光学效能的目的。其中：

该第一镜片L1为以塑料材料制成且具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S2朝向该物侧，且两个表面S2、S3皆为非球面表面。

该第二镜片L2为以塑料材料制成且具有正屈光力的双凸透镜，其两个表面S4、S5皆为非球面表面。

该第三镜片L3为以塑料材料制成且具有负屈光力的新月型透镜，其凸面S6朝向该物侧，且两个表面S6、S7皆为非球面表面。

该第四镜片L4为以塑料材料制成且具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S9朝向该像侧，且两个表面S8、S9皆为非球面表面。

该第五镜片L5为以塑料材料制成且该光轴Z通过之处具有负屈光力的透镜，其从该光轴Z通过之处至其周缘，其屈光力由负屈光力逐渐转变成正屈光力。另外，该第五镜片L5朝向该物侧的表面S10的光轴Z区域(指包含该光轴Z通过处和其预定范围的邻近区域)的曲率半径(radius of curvature)为正值，自该光轴Z区域至该第五镜片L5周缘的曲率半径则为负值。而该第五镜片L5朝向该像侧的表面S11的光轴Z区域的曲率半径为正值，自该光轴Z区域至该第五镜片L5周缘的曲率半径则为负值。

而上述微小型镜头1的镜片配置中，该第一镜片L1至第五镜片L5的正、正、负、正、负的屈光力特性，并配合上这些镜片L1~L5的非球面设计，不仅可使该微小型镜头1具有较佳的成像效果，并可有效缩短镜头光学总长(Total Track)，更可使该微小型镜头1得到较大的可视角(Field of View Angle，FOV)。

本发明第一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 ofcurvature)、各表面与下一表面于光轴Z上的间距D(distance)、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S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10及S11的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^5+{\mathrm{Ch}}^6+{\mathrm{Dh}}^7+{\mathrm{Eh}}^8+{\mathrm{Fh}}^9+{\mathrm{Gh}}^{10}+{\mathrm{Hh}}^{11}+{\mathrm{Ih}}^{12}+{\mathrm{Jh}}^{13}+{\mathrm{Kh}}^{14}+{\mathrm{Lh}}^{15}+{\mathrm{Mh}}^{16}+{\mathrm{Nh}}^{17}+{\mathrm{Oh}}^{18}+{\mathrm{Ph}}^{19}+{\mathrm{Qh}}^{20}$

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～Q：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～Q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不但可有效缩小体积以符合小型化的需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图2A至图2D看出。

由图2A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.02㎜和-0.12㎜；由图2B可看出，本实施例的畸变量不超过2%；由图2C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2D中，当视场位置在0.000mm时，本实施例的均方根半径值(RMS Radius)为1.081μm，而分布半径(GEO Radius)为3.653μm；当视场位置在0.574mm时，本实施例的均方根半径值为1.670μm，而分布半径为4.990μm；当视场位置在1.148mm时，本实施例的均方根半径值为1.364μm，而分布半径为6.508μm；当视场位置在1.722mm时，本实施例的均方根半径值为1.660μm，而分布半径为7.805μm；当视场位置在2.296mm时，本实施例的均方根半径值为2.405μm，而分布半径为10.649μm；当视场位置在2.870mm时，本实施例的均方根半径值为4.054μm，而分布半径为14.357μm，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3说明本发明第二实施例的微小型镜头2。

该微小型镜头2同样包含有沿光轴Z且由物侧至像侧依序排列的光圈ST、第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、第四镜片L4以及第五镜片L5。另外，依使用上的需求，该第五镜片L5与该像侧之间同样设置有滤光片CF(ColorFilter)，以滤除掉不必要的噪声光，而可达到提升光学效能的目的。其中：

该第一镜片L1为以塑料材料制成且具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S2朝向该物侧，且两个表面S2、S3皆为非球面表面。

该第二镜片L2为以塑料材料制成且具有正屈光力的双凸透镜，其两个表面S4、S5皆为非球面表面。

该第三镜片L3为以塑料材料制成且具有负屈光力的新月型透镜，其凸面S6朝向该物侧，且两个表面S6、S7皆为非球面表面。

该第四镜片L4为以塑料材料制成且具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S9朝向该像侧，且两个表面S8、S9皆为非球面表面。

该第五镜片L5为以塑料材料制成且该光轴Z通过之处具有负屈光力的透镜，其从该光轴Z通过之处至其周缘，其屈光力由负屈光力逐渐转变成正屈光力。另外，该第五镜片L5朝向该物侧的表面S10的光轴Z区域(指包含该光轴Z通过处和其预定范围的邻近区域)的曲率半径(radius of curvature)为正值，自该光轴Z区域至该第五镜片L5周缘的曲率半径则为负值。而该第五镜片L5朝向该像侧的表面S 11的光轴Z区域的曲率半径为正值，自该光轴Z区域至该第五镜片L5周缘的曲率半径则为负值。

而上述微小型镜头2的镜片配置中，该第一镜片L1至第五镜片L5的正、正、负、正、负的屈光力特性，并配合上这些镜片L1~L5的非球面设计，不仅可使该微小型镜头2具有较佳的成像效果，并可有效缩短镜头光学总长(Total Track)，更可使该微小型镜头2得到较大的可视角(Field of View Angle，FOV)。

本发明第二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 ofcurvature)、各表面与下一表面于光轴Z上的间距D(distance)、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S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10及S11的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^5+{\mathrm{Ch}}^6+{\mathrm{Dh}}^7+{\mathrm{Eh}}^8+{\mathrm{Fh}}^9+{\mathrm{Gh}}^{10}+{\mathrm{Hh}}^{11}+{\mathrm{Ih}}^{12}+{\mathrm{Jh}}^{13}+{\mathrm{Kh}}^{14}+{\mathrm{Lh}}^{15}+{\mathrm{Mh}}^{16}+{\mathrm{Nh}}^{17}+{\mathrm{Oh}}^{18}+{\mathrm{Ph}}^{19}+{\mathrm{Qh}}^{20}$

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～Q：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～Q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不但可有效缩小体积以符合小型化的需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图4A至图4D看出。

由图4A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.10㎜和-0.08㎜；由图4B可看出，本实施例的畸变量不超过1.6%；由图4C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4D中，当视场位置在0.000mm时，本实施例的均方根半径值为0.837μm，而分布半径为2.728μm；当视场位置在0.574mm时，本实施例的均方根半径值为2.264μm，而分布半径为6.172μm；当视场位置在1.148mm时，本实施例的均方根半径值为1.749μm，而分布半径为6.127μm；当视场位置在1.722mm时，本实施例的均方根半径值为1.881μm，而分布半径为7.846μm；当视场位置在2.296mm时，本实施例的均方根半径值为2.781μm，而分布半径为10.082μm；当视场位置在2.870mm时，本实施例的均方根半径值为5.325μm，而分布半径为18.000μm，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，本发明的微小型成像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书所做的等效结构变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (11)

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：

光圈；

第一镜片，为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且至少一表面为非球面表面；

第二镜片，为具有正屈光力的双凸透镜，且至少一表面为非球面表面；

第三镜片，为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且至少一表面为非球面表面；

第四镜片，具有正屈光力，且至少一表面为非球面表面；以及

第五镜片，具有负屈光力，且至少一表面为非球面表面。

2.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第一镜片的两个表面皆为非球面表面。

3.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第二镜片的两个表面皆为非球面表面。

4.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第三镜片的两个表面皆为非球面表面。

5.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第四镜片的两个表面皆为非球面表面。

6.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第四镜片为新月型透镜，且其凸面朝向该像侧。

7.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第五镜片的两个表面皆为非球面表面。

8.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第五镜片从该光轴通过之处至其周缘，其屈光力由负屈光力逐渐转变成正屈光力。

9.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第五镜片朝向该物侧的表面的光轴区域的曲率半径为正值，自该光轴区域至该第五镜片周缘的曲率半径则为负值，其中，该光轴区域是指包含该光轴通过处和其预定范围的邻近区域。

10.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第五镜片朝向该像侧的表面的光轴区域的曲率半径为正值，自该光轴区域至该第五镜片周缘的曲率半径则为负值，其中，该光轴区域是指包含该光轴通过处和其预定范围的邻近区域。

11.如权利要求1所述的微小型镜头，其特征在于，该第一镜片、该第二镜片、该第三镜片、该第四镜片以及该第五镜片皆以塑料材料制成。

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