CN103676105A - 成像透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种成像透镜，包含第一透镜群以及第二透镜群。第一透镜群设置在物侧与像侧之间。第一透镜群中最靠近物侧的表面为第一非球面表面。第一透镜群中最靠近像侧的表面为第二非球面表面。第二透镜群设置在第一透镜群与像侧之间。第二透镜群中最靠近第一透镜群的表面为第三非球面表面。第二透镜群中最靠近像侧的表面为第四非球面表面。成像透镜满足：-8<f2/f<-4，其中f为成像透镜的有效焦距（EFL），且f2为第二透镜群的有效焦距。

Description

成像透镜

技术领域

本发明涉及一种透镜，且特别是涉及一种成像透镜。

背景技术

随着技术进步，例如移动电话、个人数字助理（personal digital assistant；PDA）、笔记型电脑、平板电脑（tablet computer）等各种可携式电子产品通常配备有微型相机透镜，以方便使用者在其日常生活中的重要时刻进行拍摄。随着对配备有微型相机的可携式电子装置的需要出现，持续地追求较好性能以及便宜价格已变成开发微型相机透镜的焦点。

一般来说，需要用于照相的微型透镜模块来提供高成像品质以及微型化大小以满足市场需求。对于当前市场中的微型相机，已开发晶片级透镜制造方法来满足世界上对微型透镜模块的大量需要。举例来说，将熔融透镜材料的众多小液滴置于晶片的阵列上，且接着可根据所需的目的来模制或模压熔融透镜材料的小液滴等方法来生产微型透镜。接着使熔融透镜材料的液滴凝固以保持所需形状，且最终可将晶片切割为上面附着了微型透镜的众多元件。可通过例如表面粘着技术过程等组装过程将制造在晶片上的微型透镜（或所谓的晶片级透镜）安装到最终产品（例如，上述电子产品）上。

然而，由于晶片的大小受限制，因此每个微型透镜的尺寸对决定微型透镜产品的数量起关键作用。即，可达成的每个微型透镜的尺寸越小，可生产的微型透镜产品的数量越大。因此，仍期待进一步开发具有较小尺寸而不损害影像性能的微型透镜的设计。此外，对于普通应用而言，也需要进一步改进以提供优良成像性能的透镜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提供高性能影像品质的成像透镜。

为达上述目的，本发明的一实施例中的成像透镜包括第一透镜群以及第二透镜群。第一透镜群设置在物侧与像侧之间，其中第一透镜群中最靠近物侧的表面为第一非球面表面，且第一透镜群中最靠近像侧的表面为第二非球面表面。第一透镜群包含位于第一非球面表面与第二非球面表面之间的第一透明板。第二透镜群设置在第一透镜群与像侧之间，其中第二透镜群中最靠近第一透镜群的表面为第三非球面表面，且第二透镜群中最靠近像侧的表面为第四非球面表面。第二透镜群包含位于第三非球面表面与第四非球面表面之间的第二透明板。成像透镜满足：-8<f2/f<-4，其中f为成像透镜的有效焦距（effective focal length；EFL），且f2为第二透镜群的有效焦距。

基于上述，根据本发明的实施例，由于成像透镜具有四个非球面表面且满足：-8<f2/f<-4，因此成像透镜具有优良成像品质。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1A说明根据本发明的实施例的成像透镜的示意性结构图；

图1B为图1A所示的第一透镜群的示意图；

图1C为图1A所示的第二透镜群的示意图；

图1D以及图1E为图1A的成像透镜100的成像光学模拟数据图；

图1F为图1A中的成像透镜的横向光线扇形图。

符号说明

100：成像透镜

110：第一透镜群

111：孔径光阑

113：红外滤光片

114：第一透明板

116：第二透镜

120：第二透镜群

122：第三透镜

124：第二透明板

126：第四透镜

130：保护盖

140：影像处理装置

A：光学轴线

d1、d2：距离

S1：第一非球面表面

S2、S3、S6、S7、S9、S10、S11：表面

S4：第二非球面表面

S5：第三非球面表面

S8：第四非球面表面

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A说明根据本发明的实施例的成像透镜的示意性结构图。参照图1A，在本实施例中，成像透镜100包含沿着光轴A设置的第一透镜群110以及第二透镜群120。第一透镜群110设置在像侧（即，在本实施例中，成像面(即表面S10)上的一侧）与物侧（即，在本实施例中，与像侧相对的一侧）之间，其中第一透镜群110中最靠近物侧的表面为第一非球面表面S1，且第一透镜群110中最靠近像侧的表面为第二非球面表面S4。第一透镜群110还包含位于第一非球面表面S1与第二非球面表面S4之间的第一透明板114。第二透镜群120设置在第一透镜群110与像侧之间，其中第二透镜群120中最靠近第一透镜群110的表面为第三非球面表面S5，且第二透镜群120中最靠近像侧的表面为第四非球面表面S8。第二透镜群120还包括位于第三非球面表面S5与第四非球面表面S8之间的第二透明板124。成像透镜满足：-8<f2/f<-4，其中f为成像透镜100的有效焦距（EFL），且f2为第二透镜群120的有效焦距。

此外，在本实施例中，d1为沿着成像透镜100的光轴A在第一非球面表面S1与第二非球面表面S4之间的距离，d2为沿着成像透镜100的光轴A在第三非球面表面S5与第四非球面表面S8之间的距离，且成像透镜100进一步满足以下条件：0.8<d1/d2<1。在本实施例中，例如电荷耦合装置（chargecoupled device，CCD）或互补金属氧化物半导体（complementary metal oxidesemiconductor，CMOS）感测器等影像处理装置可设置在(即表面S10)上以用于影像感测。通过此实施例中的上述配置，成像透镜100可提供优良影像品质而仍具有微型化大小。此外，每个晶片生产的成像透镜100的数量可因此因成像透镜100的微型化呎吋而增加，而成本可随着成像透镜100的产量提高而降低。

详细而言，在本实施例中，r1为第一非球面表面S1的近轴曲率半径，r2为第二非球面表面S4的近轴曲率半径，r3为第三非球面表面S5的近轴曲率半径，r4为第四非球面表面S8的近轴曲率半径，且成像透镜100满足以下条件：r1>0、r2>0、r3<0且r4>0。应注意，曲率半径r1、r2、r3以及r4的正号或负号表示曲率的形状。在本实施例中，r1为第一非球面表面s1的近轴曲率半径，r2为第二非球面表面s4的近轴曲率半径，r3为第三非球面表面s5的近轴曲率半径，且r4为第四非球面表面s8的近轴曲率半径，且其中正近轴曲率半径代表具有正近轴曲率半径的非球面表面在成像透镜的光轴上朝向物侧弯曲，且负近轴曲率半径代表具有负近轴曲率半径的非球面表面在成像透镜的光轴上朝向像侧弯曲。此外，成像透镜满足：0.3<r1/r2<0.6。

再次参照图1A，第一透镜群110与第二透镜群120分别包含多个透镜。具体而言，设置在物侧与像侧之间的第一透镜群110包含第一透镜112、第一透明板114以及第二透镜116。第一透镜112、第一透明板114以及第二透镜116从物侧到像侧按顺序配置。此外，第一透镜112为第一透镜群110中最靠近物侧的透镜，第一非球面表面S1为第一透镜112面向物侧的表面，第二透镜116为第一透镜群110中最靠近第二透镜群120的透镜，且第二非球面表面S4为第二透镜116面向像侧的表面。根据本范例实施例，n1以及n2分别为第一透镜112以及第二透镜116的折射率。更具体而言，在本成像透镜100中，第一透镜112满足1.5<n1<1.61，且第二透镜116满足1.5<n2<1.61。在一些实施例中，第一透镜112以及第二透镜116可通过例如表面粘着技术（surface mount technology；SMT）过程等方式设置在第一透明板114上，但本发明不限于此。

另外，第一透明板114面向第一透镜112的表面为表面S2，第一透明板114面向第二透镜116的表面为表面S3，第二透明板124面向第三透镜122的表面为表面S6，且第二透明板124面向第四透镜126的表面为表面S7，如图1A所绘示。

此外，第一透明板114设置在第一透镜112与第二透镜116之间。在本实施例中，第一透镜112以及第二透镜116通过例如晶片级透镜制造过程等方法形成在第一透明板114上，但本发明不限于此。详细而言，nd1为第一透明板114的折射率，νd1为第一透明板114的阿贝数（abbe number），其中第一透明板114满足以下条件：1.5<nd1<1.65且45<νd1<65。此外，ν1以及ν2分别为第一透镜112以及第二透镜116的阿贝数，且第一透镜112满足30<ν1<50，且第二透镜116满足30<ν2<50。举例来说，在本实施例中第一透明板114的材料可为透明聚合物塑胶且第一透镜112以及第二透镜116的材料可为玻璃，但本发明不限于此。此外，为了减小第一透镜112与第一透明板114之间的内反射以及第二透镜116与第一透明板114之间的反射，第一透镜群110可进一步满足以下条件：

|nd1-n1|<0.1，且|nd1-n2|<0.1。

即，第一透镜112、第一透明板114以及第二透镜116的折射率类似。因此，可改善影像亮度，这是因为从不同材料界面产生的反射光减少。

图1B为图1A所示的第一透镜群的示意图。参照图1B，第一透镜群110还包含孔径光阑111。详细而言，孔径光阑111可选择性地设置在第一透明板114的至少一个表面上。在本实施例中，孔径光阑111设置在表面S2上，表面S2面向第一透明板114的非球面表面S1，但本发明不限于此。采用孔径光阑111以用于决定到达影像处理装置140的光的量。此外，孔径光阑111可以例如涂布或掺杂等方式形成在第一透明板114的表面（例如，表面S2或表面S3）上。因此，第一透镜群110为具有微型化大小的复合光学元件，且可借助于孔径光阑111来降低不需要的漫射光（stray light）或散射光（scattering light）的强度。

详细而言，第一透镜群110可还包含设置在第一透明板114的至少一个表面上的红外滤光片113。在这个实施例中，红外滤光片113（例如，红外光截止片（IR cut））可选择性地设置在第一透明板114的一个平面（例如，表面S2或表面S3）上，但本发明不限于此。采用红外滤光片113以用于阻隔不良的波长（例如，本文中的红外光），且红外滤光片113可以例如涂布等方式形成在第一透镜112、第二透镜116或第一透明板114的表面上。本文中，出于描述的目的，设置在表面S3上的红外滤光片113为示范性的，本发明不限于此。在另一实施例中，红外滤光片113可设置在表面S3上或设置在光穿透路径上的其他表面上。因此，第一透镜群110为具有微型化大小的复合光学元件，其可被制造且可提供优良影像品质，且生产的成本可因此降低。

另一方面，图1C为图1A所示的第二透镜群的示意图。参照图1C，第二透镜群120包含从物侧到像侧按顺序配置的第三透镜122以及第四透镜126，其中第三透镜122为第二透镜群120中最靠近物侧的透镜，第三非球面表面S5为第三透镜122面向第一透镜群110的表面，第四透镜126为第二透镜群120中最靠近像侧的透镜，且第四非球面表面S8为第四透镜126面向像侧的表面。对于第三透镜122以及第四透镜126，根据本范例实施例，n3以及n4分别为折射率。更具体而言，在本成像透镜100中，第三透镜122满足1.5<n3<1.61，且第四透镜126满足1.5<n4<1.61。在一些实施例中，第三透镜122以及第四透镜126也可设置在第二透明板124上，但本发明不限于此。

此外，ν3以及ν4分别为第三透镜122以及第四透镜126的阿贝数，在本实施例中，第二透镜群120满足30<ν3<50且30<ν4<50。此外，nd2为第二透明板124的折射率，且νd2为第二透明板124的阿贝数，其中第二透明板124满足以下条件：1.5<nd2<1.65且45<νd2<65。详细而言，第二透镜群120进一步满足以下条件：

|nd2-n3|<0.1，且|nd2-n4|<0.1。

如在描述第一透镜群110的叙述所示，在光传播通过第三透镜122、透明板124与第四透镜126之间的界面时，相近的折射率n3、n4以及nd2可减少不同材料之间的反射且还可防止全内反射。因此，可改善影像亮度，这是因为从不同材料界面产生的反射光减少。

此外，成像透镜100还包含设置在第四透镜126与像侧之间的保护盖130。保护盖130用于保护设置在像侧上的影像处理装置140。影像处理装置140通过成像透镜100来摄取形成在像侧上的影像。详细而言，保护盖130具有两个表面，其中表面S9面向物侧，且另一表面S10面向影像处理装置140的表面S11，如图1A所绘示。在本实施例中，保护盖130的材料可为透明材料，例如，玻璃或透明树脂等。

此外，在本实施例中，第一透明板114以及第二透明板124可都为平板。举例来说，在晶片级透镜制造过程中，第一透明板114以及第二透明板124可为从平坦透明衬底切割的若干片材，而多个微型透镜形成在上面，但本发明不限于此。

下文提供成像透镜100的实施例。应注意，以下表1以及表2中列出的数据不用以限制本发明，且所属领域的技术人员可适当地改变其中的参数或设置而不脱离本发明的范围。

表1

焦距(f)=1.82mm;fno=2.8;半像高=1.03mm

在表1中，距离(即厚度)指两个相邻表面之间的沿着光轴A的线性距离。举例来说，表面S3的距离为表面S3与表面S4之间的沿着光轴A的线性距离。对应于“类型”栏中列出的透镜中的每一者的距离、折射率以及阿贝数可在每一行的距离、折射率以及阿贝数的对应值中找到。

此外，在表1中，表面S1为第一透镜112的表面，表面S2以及表面S3为第一透明板114的表面，表面S4为第二透镜116的表面，表面S5为第三透镜122的表面，表面S6以及表面S7为第二透明板124的表面，表面S8为第四透镜126的表面，表面S9以及S10为保护盖130的两个表面，且表面S11为影像处理装置140的表面，其中填在表面S10的行中的距离栏位中的值为表面S10与影像处理装置140之间的距离，如图1A所绘示。此外，曲率半径的正号以及负号表示表面的方向。在此实施例中，正近轴曲率半径代表具有正近轴曲率半径的非球面表面在成像透镜的光轴上朝向物侧弯曲，且负近轴曲率半径代表具有负近轴曲率半径的非球面表面在成像透镜的光轴上朝向像侧弯曲。

曲率半径、距离以及其他参数展示于表1中，因此本文中不对其进行进一步描述。尽管未提供对成像透镜100内的阿贝数的限制，但应注意，每个透镜的阿贝数是以合理方式选择的。由于与材料的色散（色像差）有关的阿贝数对于设计透镜模块来说是重要的，因此数值也在表1中给出。如表1所示，成像透镜100的设计完全满足上述条件。

以上表面S1、S4、S5以及S8为具有偶数幂的非球面表面，且由以下公式表示：

$\begin{array}{c}Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_1{r}^2+{\mathrm{\&alpha;}}_2{r}^4+{\mathrm{\&alpha;}}_3{r}^6+{\mathrm{\&alpha;}}_4{r}^8+{\mathrm{\&alpha;}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\&alpha;}}_6{r}^{12}\\ +{\mathrm{\&alpha;}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\&alpha;}}_8{r}^{16}\end{array}$

在公式中，Z(r)为表面相对于顶点或光轴A的方向上的相关垂直线的位移的垂度，且c为密切球面的半径的倒数（inverse），即，靠近光轴A的曲率半径（例如，表1中的表面S1、S4、S5以及S8的曲率半径）的倒数。k为在表1中提到的圆锥系数，r为非球面表面的高度（即，从透镜的中心到边缘的高度），且α1到α8为非球面系数，且在本实施例中，系数α1为0。表2中列出表面S1、S4、S5以及S8的其他参数α2到α8。

表2

图1D以及图1E为图1A的成像透镜100的成像光学模拟数据图。参照图1D以及图1E，场曲率图以及畸变图分别从左到右在图1D中进行说明。此外，图1E为影像的横向光线扇形图(transverse ray fan plot)。在图1D中，标记为S的曲率场表示径向焦面，且标记为T的曲率场表示切向焦面。根据图1D以及图1E，已知本实施例的成像透镜100的畸变类似于多波长影像（例如，图1E中的643纳米、610纳米、550纳米、510纳米以及470纳米），因此成像透镜100的色像差不明显。此外，当成像透镜100的孔径以适当直径设置时(例如为0.536毫米时)，径向曲率场与切向曲率场之间的差小（约0.02毫米），且因此由成像透镜100形成的影像的品质为优良的。因此，成像透镜100可提供优良成像品质，同时维持微型化大小，且因此可适合应用于例如表面粘着技术（surface mount technology，SMT）过程等制造过程且可改善制造效率。

图1F为成像透镜100的横向光线扇形图。参照图1F，6个横向光线扇形图表示影像表面（即，本实施例中的表面S11）上或附近的像差。标记在IMA之后的数值表示所测量的平面与成像面(即表面S10)之间的距离（以毫米为单位），且每个图中的五个曲线L1到L5分别表示影像的光的所测试的五个波长（例如，在本实施例中，643纳米、610纳米、550纳米、510纳米以及470纳米分别对应于曲线L1到L5）。根据图1F，影像表面上或附近的像差类似且在近轴光中不明显。此外，在本实施例中，具有较大波长（例如，643纳米以及610纳米（红光））的光的离轴像差也可在成像透镜100内得到控制，这是因为成像透镜100的大小可微型化为适当大小。因此，成像透镜100可提供优良影像品质以及微型化大小。此外，成像透镜100的材料可设计为耐热的，且具有微型化大小，成像透镜100可在例如SMT过程中容易地与其他元件（例如，影像感测器、移动电话或其他电子装置）集成到组装过程中，且可进一步降低组装过程的成本。

根据上述，在本发明的范例实施例中，第一透镜群包含任选地设置在透明平透镜的表面上以形成复合光学元件的孔径光阑以及红外滤光片。此外，已使具有优良成像品质的包含复合光学元件的成像透镜微型化，且用于成像透镜100的材料可设计为耐热的以应用于（例如）SMT过程。因此，成像透镜可应用于制造过程以简化组装过程且可改善制造效率。因此，由于成像透镜具有四个非球面表面且满足：-8<f2/f<-4，故成像透镜具有优良成像品质。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，应不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (18)

1.一种成像透镜，其特征在于，包括：

第一透镜群，设置在物侧与像侧之间，其中该第一透镜群中最靠近该物侧的表面为第一非球面表面，且该第一透镜群中最靠近该像侧的表面为第二非球面表面，且该第一透镜群包括位于该第一非球面表面与该第二非球面表面之间的第一透明板；以及

第二透镜群，设置在该第一透镜群与该像侧之间，其中该第二透镜群中最靠近该第一透镜群的表面为第三非球面表面，且该第二透镜群中最靠近该像侧的表面为第四非球面表面，且该第二透镜群包括位于该第三非球面表面与该第四非球面表面之间的第二透明板，

其中该成像透镜满足：-8<f2/f<-4，其中f为该成像透镜的有效焦距（EFL），且f2为该第二透镜群的有效焦距。

2.根据权利要求1上述的成像透镜，其特征在于，该成像透镜进一步满足：0.8<d1/d2<1，其中d1为沿着该成像透镜的光轴在该第一非球面表面与该第二非球面表面之间的距离，且d2为沿着该成像透镜的该光轴在该第三非球面表面与该第四非球面表面之间的距离。

3.根据权利要求1上述的成像透镜，其特征在于，该成像透镜满足：0.3<r1/r2<0.6，其中r1为该第一非球面表面的近轴曲率半径，且r2为该第二非球面表面的近轴曲率半径。

4.根据权利要求1上述的成像透镜，其特征在于，该成像透镜满足：r1>0、r2>0、r3<0且r4>0，其中r1为该第一非球面表面的近轴曲率半径，r2为该第二非球面表面的近轴曲率半径，r3为该第三非球面表面的近轴曲率半径，且r4为该第四非球面表面的近轴曲率半径，且其中正近轴曲率半径代表具有该正近轴曲率半径的非球面表面在该成像透镜的该光轴上朝向该物侧弯曲，且负近轴曲率半径代表具有该负近轴曲率半径的非球面表面在该成像透镜的该光轴上朝向该像侧弯曲。

5.根据权利要求1上述的成像透镜，其特征在于，该第一透镜群还包括从该物侧到该像侧按顺序配置的第一透镜以及第二透镜，其中该第一透镜为该第一透镜群中最靠近该物侧的透镜，该第一非球面表面为该第一透镜面向该物侧的表面，该第二透镜为该第一透镜群中最靠近该第二透镜群的透镜，且该第二非球面表面为该第二透镜面向该像侧的表面，其中该第一透镜以及该第二透镜设置在第一透明板的两个相对侧上。

6.根据权利要求5上述的成像透镜，其特征在于，该第一透镜群满足1.5<n1<1.61且1.5<n2<1.61，其中n1以及n2分别为该第一透镜以及该第二透镜的折射率。

7.根据权利要求6上述的成像透镜，其特征在于，该第一透镜满足30<ν1<50，且该第二透镜满足30<ν2<50，其中ν1以及ν2分别为该第一透镜以及该第二透镜的阿贝数。

8.根据权利要求6上述的成像透镜，其特征在于，该第一透明板满足：1.5<nd1<1.65且45<νd1<65，其中nd1为该第一透明板的折射率，且νd1为该第一透明板的阿贝数。

9.根据权利要求8上述的成像透镜，其特征在于，该第一透镜群进一步满足：

|nd1-n1|<0.1，且|nd1-n2|<0.1。

10.根据权利要求1上述的成像透镜，其特征在于，该第一透镜群还包括孔径光阑。

11.根据权利要求10上述的成像透镜，其特征在于，该孔径光阑设置在该第一透明板的至少一个表面上。

12.根据权利要求10上述的成像透镜，其特征在于，该第一透镜群还包括设置在该第一透明板的至少一个表面上的红外滤光片。

13.根据权利要求1上述的成像透镜，其特征在于，该第二透镜群还包括从该物侧到该像侧按顺序配置的第三透镜以及第四透镜，其中该第三透镜为该第二透镜群中最靠近该物侧的透镜，该第三非球面表面为该第三透镜面向该第一透镜群的表面，该第四透镜为该第二透镜群中最靠近该像侧的透镜，且该第四非球面表面为该第四透镜面向该像侧的表面，其中该第三透镜以及该第四透镜设置在该第二透明板的两个相对侧上。

14.根据权利要求13上述的成像透镜，其特征在于，该第二透镜群满足1.5<n3<1.61且1.5<n4<1.61，其中n3以及n4分别为该第三透镜以及该第四透镜的折射率。

15.根据权利要求14上述的成像透镜，其特征在于，该第二透镜满足30<ν3<50，且该第四透镜满足30<ν4<50，其中ν3以及ν4分别为该第三透镜以及该第四透镜的阿贝数。

16.根据权利要求14上述的成像透镜，其特征在于，该第二透明板满足：1.5<nd2<1.65且45<νd2<65，其中nd2为该第二透明板的折射率，且νd2为该第二透明板的阿贝数。

17.根据权利要求15上述的成像透镜，其特征在于，该第二透镜群进一步满足以下条件：

|nd2-n3|<0.1，且|nd2-n4|<0.1。

18.根据权利要求1上述的成像透镜，其特征在于，该第一透明板以及该第二透明板都为平板。

Images