CN103995341B - 镜头总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镜头总成，从物侧至成像侧依次包括有具有正折射率的一第一透镜、具有负折射率的一第二透镜，第一透镜具有朝向物侧的一第一凸面及朝向成像侧的一第一凹面，第二透镜具有朝向物侧的一第二凸面及朝向成像侧的一第二凹面，第一透镜并具有一孔径光栏，设置于第一凹面，其中定义f为镜头总成的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，D为第一透镜与第二透镜间的距离，TTL为镜头总成的全长，R1为第一凸面的曲率半径，R3及R4分别为第二凸面及第二凹面的曲率半径，Φ 为影像圆周；则0.01<|f/f2|<0.2；0.1<R1/f1<0.5；0.8<f1/TTL<1.1；0.2<D/f<0.5；0.3<R2/Φ<0.7；且0.03<(R3-R4)/(R3+R4)<0.3。<!--1-->

Description

镜头总成

【技术领域】

本发明涉及一种成像镜头，特别是一种两件式结构，兼具小尺寸及像差补正效果的镜头总成。

【背景技术】

近年来，随着数字影像科技及电子组件制程技术的不断演进，使得数字成像镜头不仅能运用在数字相机的相关产品，亦早已成为平板计算机、笔记本电脑或智能型手机等不同的可携式电子装置中不可或缺的配备。

同时，因着可携式电子装置的尺寸日趋迷你化，相对地，对数字成像镜头的尺寸要求也越来越严格，配合互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,CMOS)、电荷耦合组件(Charge-coupledDevice,CCD）等组件生产制程的不断提升，因此可携式电子装置中的CMOS或CCD等成像镜头的尺寸亦可随的缩小，举例说明，目前对于两百万画素(2MPixels)的CMOS，其画素由原先的2.25μm减小到1.75μm，再进一步减小到目前普遍使用的1.4μm，相对地，CMOS的尺寸也由原本的1/4英吋(2.25μm)缩小为1/5英吋(1.75μm)，再进一步缩小到目前普遍使用的1/6英吋(1.4μm)，因此，切割同样尺寸大小的单个晶圆(wafer)可获得更多数目的CMOS，因此厂商可以有效降低CMOS的价格，然而如何使小尺寸的数字成像镜头能兼具较高的成像质量，实为目前厂商努力的目标。

【发明内容】

鉴于以上的问题，本发明在于提供一种两件式结构，兼具小尺寸及像差补正效果的镜头总成，从而解决习用成像镜头无法兼具尺寸和成像质量的问题。

从而，本发明的目的在于提供一种符合小尺寸，且具有优秀像差补正效果的镜头总成，以提升成像质量符合1080P的高画质。

因此，在本发明的一实施例中，本发明提供一种镜头总成，从物侧至成像侧依次包括有具有正折射率的一第一透镜、具有负折射率的一第二透镜，第一透镜具有朝向物侧的一第一凸面及朝向成像侧的一第一凹面，第二透镜具有朝向物侧的一第二凸面及朝向成像侧的一第二凹面，一孔径光栏（aperturestop）设置于第一凹面。定义f为镜头总成的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，D为第一透镜与第二透镜间的距离，TTL为镜头总成的全长，R1为第一凸面的曲率半径，R2为所述第一凹面的曲率半径，R3及R4分别为第二凸面及第二凹面的曲率半径，Φ为影像圆周；则

0.01<|f/f2|<0.2

0.1<R1/f1<0.5

0.8<f1/TTL<1.1

0.2<D/f<0.5

0.3<R2/Φ<0.7且

0.03<(R3-R4)/(R3+R4)<0.3.。

在本发明另一较佳的实施例中，前述镜头总成第二透镜的第二凸面或第二凹面中至少一者为非球面。

在本发明另一较佳的实施例中，前述镜头总成的第二透镜纵向剖面为新月形。

在本发明另一较佳的实施例中，前述镜头总成的第一透镜、第二透镜分别选用塑料、聚合物以及玻璃中任意一者制成。

在本发明另一较佳的实施例中，其中前述镜头总成的全长介于2-4毫米间。

在本发明另一较佳的实施例中，其中前述的镜头总成还包括有一滤光片及一影像传感器，且滤光片介于第二透镜与影像传感器间。

在本发明另一较佳的实施例中，其中滤光片为红外截止滤光片(IR-CutFilter)。

在本发明另一较佳的实施例中，前述的成像镜头还包括有一保护玻璃，此保护玻璃介于滤光片及影像传感器间。

本发明的功效在于，相对于习用技术，本发明所提供的成像总成中，通过关系式的限制：

0.01<|f/f2|<0.2;

0.1<R1/f1<0.5;

0.8<f1/TTL<1.1;

0.2<D/f<0.5;

0.3<R2/Φ<0.7;and

0.03<(R3-R4)/(R3+R4)<0.3，

使得成像镜头具有较佳的像差补正效果，从而保证成像镜头具有较佳的成像质量。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作最佳实施例详细说明如下。

【附图说明】

图1为本发明的镜头总成的结构示意图。

图2为本发明第一实施例所提供的镜头总成的光线像差特性曲线图。

图3为本发明第一实施例所提供的镜头总成的纵向球面像差、像散像差曲线图

及畸变特性曲线图。

图4为本发明第二实施例所提供的镜头总成的光线像差特性曲线图。

图5为本发明第二实施例所提供的镜头总成的纵向球面像差、像散像差曲线图

及畸变特性曲线图。

图6为本发明第三实施例所提供的镜头总成的光线像差特性曲线图。

图7为本发明第二实施例所提供的镜头总成的纵向球面像差、像散像差曲线图及畸变特性曲线图。

主要组件符号说明：

101第一透镜1011第一凸面

1012第一凹面102第二透镜

1021第二凸面1022第二凹面

103滤光片104保护玻璃

105影像传感器D第一透镜与第二透镜间的距离

【具体实施方式】

请参照图1所示，为本发明实施例所提供的镜头总成，用于自一物侧撷取影像，而于一影像传感器105上进行成像，影像传感器105较佳为1080pHD的影像传感器。镜头总成全长介于2-4毫米间。

如图1所示，镜头总成包括有第一透镜101、第二透镜102、滤光片103、保护玻璃104，从物侧至影像传感器105依次沿一光轴设置。

如图1所示，第一透镜101具有朝向物侧的一第一凸面1011及朝向成像侧的一第一凹面1012。第二透镜102具有朝向物侧的一第二凸面1021及朝向成像侧的一第二凹面1022。此外，镜头总成还包含一孔径光栏（aperturestop），设置于第一凹面1012。

承前所述，本发明的镜头总成，其中第二透镜102的第二凸面1021或第二凹面1022，若以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，依据以下透镜表面的非球面型表达式：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{h}^2}}+\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{A}_i{h}^i$

其中，h为非球形曲面上任一点至光轴的距离，z为此点与此非球型曲面光轴顶点切线间的相对高度，c为镜面表面中心的曲率，k系圆锥常数，Ai则为第i阶的非球面面型系数。

通过将本发明不同实施例中的表1、表2、表3、表4、表5及表6(请参照下文)的信息代入上述表达式，可得知本发明各实施例的镜头总成中，第二透镜102的第二凸面1021或第二凹面中1022至少一者为非球面，因此如图1所示，第二透镜102的纵向剖面呈新月形。

此外，本镜头总成的滤光片103选择性设置并介于第二透镜102与影像传感器105间，此滤光片103用以针对部分光线进行过滤，使得镜头总成的成像效果更佳，举例说明，此滤光片103可为红外截止滤光片(IR-CutFilter)，以将人眼无法检测的红外光滤除，然而不以此为限，本领域者可依照使用需求自行变更。同时，本镜头总成的保护玻璃104亦选择性设置并介于滤光片103及影像传感器105间，其目的在于保护影像传感器105，避免因为外力冲击或撞击而造成影像传感器105的毁损。

值得注意的是，本发明的第一透镜101以及第二透镜102分别选用塑料、聚合物以及玻璃中任意一者制成，而本发明的影像传感器105则包括但不限于互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,CMOS)、电荷耦合组件(Charge-coupledDevice,CCD）等或其它的感光组件，熟悉本领域技艺者可依照功能及设计需求，在不脱离本发明的精神下，自行选择或变更透镜的材质或感光组件，发明人不在此赘述。

承前所述，当本镜头总成用以成像时，光线自物测入射第一透镜101，依次经第二透镜102、滤光片103以及保护玻璃104后汇聚(成像)于影像传感器105的感测面进行成像，以组成一成像系统。

定义f系为镜头总成的焦距，f1为第一透镜101的焦距，f2为第二透镜102的焦距，D为第一透镜101与第二透镜102间的距离，TTL为镜头总成的全长，R1为第一凸面1011的曲率半径，R2为所述第一凹面1012的曲率半径，R3及R4分别为第二凸面1021及第二凹面1022的曲率半径，Φ为影像圆周；则镜头总成满足以下关系式：

0.01<|f/f2|<0.2(1)

0.1<R1/f1<0.5(2)

0.8<f1/TTL<1.1(3)

0.2<D/f<0.5(4)

0.3<R2/Φ<0.7an(5)

0.03<(R3-R4)/(R3+R4)<0.3(6)。

通过上述关系式的限制，使得成像镜头具有较佳的像差补正效果，从而保证成像镜头具有较佳的成像质量。

本发明镜头总成的成像结果分成以下三种不同的实施例，发明人以下分别进行说明。值得注意的是，在以下各实施例的各表中，Φ为影像圆周，F/#系为镜头总成的光圈数，f为本镜头总成的焦距长，HFOV为镜头总成的半视角，r为各透镜表面的曲率半径，d为各透镜两相邻表面的轴上距离(两透镜表面截得光轴的长度)，Nd为对应透镜组对d光的折射率，Vd则为对应透镜组的阿贝数(Abbenumber)。以下各实施例镜头总成的第一透镜101及第二透镜102的光学参数满足上述关系式(1)-(6)。

在第一实施例中，请参照图2及图3，并请同时参考图1，本实施例的镜头总成的各光学组件满足如下表1及表2的条件：

本实施例所提供的镜头总成的光线像差(RAYABERRATIONS)、纵向球面像差(LONGITUDINALSPHERICALABER.)、像散像差曲线图(ASTIGMATICFIELDCURVES)及畸变(DISTORTION)分别如图2到图3所示。

如图2所示出的三条曲线分别为针对R1线(波长为656.2725奈米)，R2线(波长为587.5618奈米)，R3线(波长为486.1327奈米)而观察到的子午像差(tangentialfieldaberrations)特性曲线及弧矢像差(sagittalfieldaberrations)特性曲线。由图2可看出镜头总成的子午像差值和弧矢像差值被控制在-0.025毫米-0.025毫米范围内。

图3所示的各曲线分别为镜头总成针对R1线(波长为656.2725奈米)，R2线(波长为587.5618奈米)，R3线(波长为486.1327奈米)而观察到的纵向球面像差(LONGITUDINALSPHERICALABER.)、像散像差曲线图(ASTIGMATICFIELDCURVES)及畸变(DISTORTION)特性曲线，由图3可知，镜头总成的纵向球面像差被控制在-0.08毫米-0.08毫米的范围内，像散像差曲线图值亦被控制在-0.08毫米-0.08毫米的范围内，而光学畸变量被控制在-1.0%-1.0%的范围内。综上所述，本发明第一实施例所提供的镜头总成可具有高成像质量(HFOV=26.8653°)。

在第二实施例中，请参照图4及图5，并请同时参考图1，本实施例的镜头总成的各光学组件满足如下表3及表4的条件：

本实施例所提供的镜头总成的光线像差(RAYABERRATIONS)、纵向球面像差(LONGITUDINALSPHERICALABER.)、像散像差曲线图(ASTIGMATICFIELDCURVES)及畸变(DISTORTION)分别如图4到图5所示。具体地，如图4所示出的三条曲线分别为针对R1线(波长为656.2725奈米)，R2线(波长为587.5618奈米)，R3线(波长为486.1327奈米)而观察到的子午像差(tangentialfieldaberrations)特性曲线及弧矢像差(sagittalfieldaberrations)特性曲线。由图4可看出镜头总成的子午像差值和弧矢像差值被控制在-0.025毫米-0.025毫米范围内。进一步地，图5所示的各曲线分别为镜头总成针对R1线(波长为656.2725奈米)，R2线(波长为587.5618奈米)，R3线(波长为486.1327奈米)而观察到的纵向球面像差(LONGITUDINALSPHERICALABER.)、像散像差曲线图(ASTIGMATICFIELDCURVES)及畸变(DISTORTION)特性曲线，由图3可知，镜头总成的纵向球面像差被控制在-0.08毫米-0.08毫米的范围内，像散像差曲线值亦被控制在-0.08毫米-0.08毫米的范围内，而光学畸变量被控制在-1.0%-1.0%的范围内。综上所述，本发明第二实施例所提供的镜头总成可具有高成像质量(HFOV=26.5512°)。

在第三实施例中，请参照图6及图7，并请同时参考图1，本实施例的镜头总成的各光学组件满足如下表5及表6的条件：

本实施例所提供的镜头总成的光线像差(RAYABERRATIONS)、纵向球面像差(LONGITUDINALSPHERICALABER.)、像散像差曲线图(ASTIGMATICFIELDCURVES)及畸变(DISTORTION)分别如图6到图7所示。具体地，如图6所示出的三条曲线分别为针对R1线(波长为656.2725奈米)，R2线(波长为587.5618奈米)，R3线(波长为486.1327奈米)而观察到的子午像差(tangentialfieldaberrations)特性曲线及弧矢像差(sagittalfieldaberrations)特性曲线。由图6可看出镜头总成的子午像差值和弧矢像差值被控制在-0.025毫米-0.025毫米范围内。进一步地，图7所示的各曲线分别为镜头总成针对R1线(波长为656.2725奈米)，R2线(波长为587.5618奈米)，R3线(波长为486.1327奈米)而观察到的纵向球面像差(LONGITUDINALSPHERICALABER.)、像散像差曲线图(ASTIGMATICFIELDCURVES)及畸变(DISTORTION)特性曲线，由图7可知，镜头总成的纵向球面像差被控制在-0.08毫米-0.08毫米的范围内，像散像差曲线值亦被控制在-0.08毫米-0.08毫米的范围内，而光学畸变量被控制在-1.0%-1.0%的范围内。综上所述，本发明第三实施例所提供的镜头总成可具有高成像质量(HFOV=26.7372°)。

上述本发明的镜头总成，通过第一透镜101与第二透镜102各实施例不同的数据，搭配关系式：

0.01<|f/f2|<0.2；0.1<R1/f1<0.5；

0.8<f1/TTL<1.1；0.2<D/f<0.5；

0.3<R2/Φ<0.7以及0.03<(R3-R4)/(R3+R4)<0.3的限制，相对于习用技术，不仅能够配合小尺寸的数字镜头，应用于便携式电子装置，更使得成像镜头具有较佳的像差补正效果，从而保证成像镜头具有较佳的成像质量。

虽然本发明的实施例涉及如上所述，然并非用以限定本发明，任何熟习相关技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，举凡依本发明申请范围所述的形状、构造、特征及数量当可做些许的变更，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种用于影像传感器的镜头总成，用以自一物侧撷取影像而于一成像侧的一影像传感器进行成像，所述镜头总成包括有一第一透镜及一第二透镜，所述第一透镜及所述第二透镜依次由所述物侧沿一光轴设置，其特征在于：

所述第一透镜具有正折射率，且所述第一透镜具有朝向所述物侧的一第一凸面及朝向所述成像侧的一第一凹面；

所述第二透镜具有负折射率，且所述第二透镜具有朝向所述物侧的一第二凸面及朝向所述成像侧的一第二凹面；以及

一孔径光栏，设置于所述第一凹面；

其中，定义f为所述镜头总成的焦距，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，D为所述第一透镜与所述第二透镜间的距离，TTL为所述镜头总成的全长，R1为所述第一凸面的曲率半径，R2为所述第一凹面的曲率半径，R3及R4分别为所述第二凸面及所述第二凹面的曲率半径，Φ为影像圆周；则

0.01<|f/f2|<0.2;

0.1<R1/f1<0.5;

0.8<f1/TTL<1.1;

0.2<D/f<0.5;

0.3<R2/Φ<0.7;且

0.03<(R3-R4)/(R3+R4)<0.3。

2.如权利要求1所述的镜头总成，其特征在于，其中所述第二透镜的所述第二凸面、所述第二凹面中至少一者为非球面。

3.如权利要求1所述的镜头总成，其特征在于，其中所述第一透镜、所述第二透镜分别选用塑料、聚合物以及玻璃中任意一者制成。

4.如权利要求1所述的镜头总成，其特征在于，其中所述镜头总成的全长介于2-4毫米间。

5.如权利要求1所述的镜头总成，其特征在于，所述镜头总成还包括有一滤光片，且所述滤光片介于所述第二透镜与所述影像传感器间。

6.如权利要求5所述的镜头总成，其特征在于，其中所述滤光片为红外截止滤光片。

7.如权利要求5所述的镜头总成，其特征在于，所述镜头总成还包括有一保护玻璃，介于所述滤光片及所述影像传感器间。