CN104423020A - 影像撷取镜片及镜头模块及影像撷取装置 - Google Patents

影像撷取镜片及镜头模块及影像撷取装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭露一种影像撷取镜片及镜头模块及影像撷取装置。影像撷取镜片包括中央部以及周围部。中央部包括多个以环状方式排列的光学元件，且每一个光学元件具有相异的厚度。周围部自中央部周向延伸并且具有均一的厚度。周围部的厚度小于光学元件中最靠近周围部的一者的厚度。

Description

影像撷取镜片及镜头模块及影像撷取装置
技术领域
本发明是关于一种光学元件以及一使用该光学元件的电子装置，特别是关于一影像撷取镜片以及使用该影像撷取镜片的影像撷取装置。
背景技术
微型摄像机目前已被广泛应用于许多电子产品上，例如移动电话或个人电脑，采用影像装置的移动电话或是个人电脑已经蔚为主流，这些影像装置通常采用固态影像撷取元件(Solid-state image capture elements)，例如电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)类型的图像传感器，互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像传感器等，让影像设备能够具有更高层次的性能，并能够缩小这些影像装置。
随着半导体制造技术持续发展的同时，电子产品的尺度也将持续降低，图像传感器的像素尺寸也必须更加减小，并且对于影像品质的水平也更佳严苛。有鉴于此，传统的镜头模块无法适用于高阶应用的镜头模块。
发明内容
本发明的一目的在于提出一种具有高影像品质的影像撷取镜片。本发明的另一目的在于提供一种具有高结构强度及低矢高（sag，前表面中心至后表面中心的距离）的影像撷取镜片。
根据本发明的部分实施例，上述影像撷取镜片包括中央部以及自中央部周向延伸的周围部。中央部包括多个以环状方式排列的光学元件，其中每一光学元件具有相异厚度。周围部具有均一的厚度，其中周围部的厚度小于光学元件中最靠近周围部的其中一者的厚度。
在部分实施例中，每一光学元件具有一第一斜边以及一第二斜边，其中所述第一斜边与所述第二斜边交错配置，且至少所述第二斜边其中的一者包括一曲面。至少所述曲面其中的一者为非球面状，并具有菲涅耳透镜。
在部分实施例中，所述光学元件至少其中的一者的厚度小于周围部的厚度。
本发明的又一目的在于提供一镜头模块。根据本发明的部分实施例，上述镜头模块包括排列于相同光轴上的第一影像撷取镜片以及第二影像撷取镜片。第一影像撷取镜片包括第一中央部以及第一周围部。第一中央部包括多个以环状方式排列的第一光学元件，其中每一第一光学元件具有相异厚度。第一周围部自第一中央部周向延伸并且具有均一的厚度，其中第一周围部的厚度小于第一光学元件中最靠近第一周围部的其中的一者的厚度。
在部分实施例中，第二影像撷取镜片包括一第二中央部以及一第二周围部。第二中央部具有变异的厚度。第二周围部自第二中央部周向延伸且具有单一厚度，其中第一中央部的宽度大于第二中央部的宽度。
在部分实施例中，第一影像撷取镜片以及第二影像撷取镜片沿镜头模块的像侧至镜头模块的物侧的方向依序排列。并且，第一光学元件相邻镜头模块的物侧
在部分实施例中，每一第一光学元件具有一第一斜边以及一第二斜边，其中所述第一斜边与所述第二斜边交错配置，且至少所述第二斜边其中的一者包括一曲面。至少所述曲面其中的一者为非球面状，并具有菲涅耳透镜。
在部分实施例中，所述第一光学元件至少其中的一者的厚度小于第一周围部的厚度。
本发明的又一目的在于提供一影像撷取装置。根据本发明的部分实施例，上述影像撷取装置包括一包括一菲涅耳透镜的镜头模块，以及一用于接收穿过该菲涅耳透镜的光线影像感测器。
在部分实施例中，菲涅耳透镜相邻影像感测器。
在部分实施例中，上述镜头模块包括排列于相同光轴上的第一影像撷取镜片以及第二影像撷取镜片。第一影像撷取镜片包括第一中央部以及第一周围部。菲涅耳透镜形成于第一中央部。第一周围部自第一中央部周向延伸并且具有均一的厚度。第一中央部的最小厚度小于该第一周围部的厚度。第二影像撷取镜片包括第二中央部以及第二周围部。第二中央部具有变异的厚度。第二周围部自第二中央部周向延伸且具有单一厚度，其中第一中央部的宽度大于第二中央部的宽度。
在部分实施例中，菲涅耳透镜包括一非球面的曲面。
附图说明
图1显示本发明的部分实施例的影像撷取装置的剖面图；
图2A-2H显示本发明的部分实施例的影像撷取镜片的结构及制造方法；
图3显示本发明的部分实施例的镜头模块因应力集中所产生的破裂；
图4显示本发明的部分实施例的影像撷取装置的剖面图；
图5显示图4的影像撷取装置的影像撷取镜片；
图6显示本发明的部分实施例的影像撷取装置的剖面图。
【符号说明】
1、1’、1’’～影像撷取装置
10、10’～镜头模块
100、100’、100’’～第一镜片组
110～基座镜片
100a～平面
110b～平面
120～第一影像撷取镜片
120a～像侧表面
120b～物侧表面
121～中央部（第一中央部）
123～周围部（第一周围部）
130～第二影像撷取镜片
130a～像侧表面
130b～物侧表面
131～中央部（第二中央部）
133～第二周围部
140～第一影像撷取镜片
140a～像侧表面
140b～物侧表面
141～中央部（第一中央部）
141a、141b、141c、141d、141e、141f、141g～光学元件
1411f、1411g～第一斜边
1413f、1413g～第二斜边
143～周围部（第一周围部）
150～第二影像撷取镜片
151～中央部
200～第二镜片组
210～第二基座镜片
210a～平面
210b～平面
220～第三影像撷取镜片
220a～像侧表面
220b～物侧表面
221～中央部（第三中央部）
223～周围部（第三周围部）
230～第四影像撷取镜片
230a～像侧表面
230b～物侧表面
231～中央部（第四中央部）
233～周围部（第四周围部）
30～影像感测器
310～影像感测芯片
320～基板
330～连结件
50、60～镜片模版
T1、T2、T3～厚度
W1、W2、W3～宽度
X～光轴
具体实施方式
为了让本发明的目的、特征、及优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图做详细的说明。其中，实施例中的各元件的配置为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中附图标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。
参照图1，本发明的部分实施例中，影像撷取装置1包括一镜头模块10以及一影像感测器30。镜头模块10包括一第一镜片组100以及一第二镜片组200。
第一镜片组100位于像侧以及第二镜片组200之间。第一镜片组100是由复合镜片所组成。复合镜片包括排列于光轴X上的一第一基座镜片110、一第一影像撷取镜片120以及一第二影像撷取镜片130。在本发明的一示范性实施例中，上述复合镜片是由多个镜片相互连结而成，并且至少其中一镜片的反射率与其他镜片的反射率相异。举例而言，第一影像撷取镜片120的反射率相异于第一基座镜片110以及第二影像撷取镜片130。
具体而言，在部分实施例中，第一基座镜片110，例如为一玻璃材质制成的透明平板，其具有一平面110a及一平面110b。平面110a面向像侧并贴合于第一影像撷取镜片120的物侧表面120b。平面110b面向物侧并贴合于第二影像撷取镜片130的像侧表面130a。
第一影像撷取镜片120为一平凸镜片，且包括一中央部121以及一周围部123。为清楚说明，以下说明中以第一中央部取代中央部121，并以第一周围部取代周围部123。第一周围部123自第一中央部121周向延伸。第一中央部121具有变异的厚度，第一周围部123具有固定的厚度。在部分实施例中，第一中央部121的中心具有厚度T1且第一周围部123具有厚度T2，其中厚度T2小于厚度T1。另外，第一影像撷取镜片120的像侧表面120a对应于第一中央部121的一部分具有一非球面状的凸表面，并且第一影像撷取镜片120的像侧表面120a对应于第一周围部123的部分具有一平坦表面。
第二影像撷取镜片130为一平凹镜片，且包括一中央部131以及一周围部133。为清楚说明，以下说明中以第二中央部取代中央部131，并以第二周围部取代周围部133。第二周围部133自第二中央部131周向延伸。第二中央部131具有变异的厚度，第二周围部133具有固定的厚度。另外，第二影像撷取镜片130的物侧表面130b对应于第二中央部131的一部分具有一球面状的凹表面，并且第二影像撷取镜片130的物侧表面130b对应于第二周围部133的部分具有一平坦表面。值得注意的是，在部分实施例中，第一影像撷取镜片120的第一中央部121具有宽度W1，且第二影像撷取镜片130的第二中央部131具有宽度W2，其中宽度W1大于宽度W2，以利来自物侧的光线穿透至影像感测器30。
第二镜片组200位于物侧以及第一镜片组100之间。相似于第一镜片组100，第二镜片组200是由复合镜片所组成。复合镜片包括一第二基座镜片210、一第三影像撷取镜片220以及一第四影像撷取镜片230。第三影像撷取镜片220的反射率相异于第二基座镜片210以及第四影像撷取镜片230的反射率。
具体而言，在部分实施例中，第二基座镜片210，例如为一玻璃材质制成的透明平板，其具有一平面210a及一平面210b。平面210a面向像侧并贴合于第三影像撷取镜片220的物侧表面220b。平面210b面向物侧并贴合于第四影像撷取镜片230的像侧表面230a。
第三影像撷取镜片220为一平凹镜片，且包括一中央部221以及一周围部223。为清楚说明，以下说明中以第三中央部取代中央部221，并以第三周围部取代周围部223。第三周围部223自第三中央部221周向延伸。第三中央部221具有变异的厚度，第三周围部223具有固定的厚度。另外，第三影像撷取镜片220的像侧表面220a对应于第三中央部221的一部分具有一球面状的凹表面，并且第三影像撷取镜片220的像侧表面220a对应于第三周围部223的部分具有一平坦表面。
第四影像撷取镜片230为一平凹镜片，且包括一中央部231以及一周围部233。为清楚说明，以下说明中以第四中央部取代中央部231，并以第四周围部取代周围部233。第四周围部233自第四中央部231周向延伸。第四中央部231具有变异的厚度，第四周围部233具有固定的厚度。另外，第四影像撷取镜片230的物侧表面230b对应于第四中央部231的一部分具有一球面状的凹表面，并且第四影像撷取镜片230的物侧表面230b对应于第四周围部233的部分具有一平坦表面。
影像感测器30例如互补式金属氧化物半导体场效晶体管（CMOS）感测器。影像感测器30包括一影像感测芯片310以及基板320。影像感测芯片310面向第一影像撷取镜片120的像侧表面120a。影像感测芯片310安装于基板320上，且基板320的底面具有多个连结件330，以连结主机板（图未示）的端点。
参照图2A-2H，其显示本发明的部分实施例的影像撷取镜片的结构及制造方法。在图2A的步骤中，提供一玻璃基板110，其中玻璃基板110具有第一表面110a以及相反第一表面110a的第二表面110b。接着，如图2B所示，设置高分子胶120于玻璃基板110的第一表面110a的不同区域上，并利用镜片模版50，对高分子胶120进行塑型，以形成多个平凸镜片120。接着，如图2C所示，将经塑型后的高分子胶以光线（例如：紫外光）进行曝晒，以形成多个固化的平凸镜片120。并且，如图2D所示，将镜片模版50由已固化的平凸镜片120移除。
在平凸镜片120形成后，如图2E所示，再于玻璃基板110的第二表面110b的分离区域上设置高分子胶。接着，如图2F所示，对位于第二表面110b上的高分子胶以另一型态的镜片模版60进行塑型并进行固化，以形成多个平凹镜片130。接着，如图2G所示，相似于上述制程，于另一玻璃基板210上形成平凹镜片220以及平凹镜片230，并叠设玻璃基板210于平凹镜片130之上。在部分实施例中，第一镜片组100是透过胶合材料连结于第二镜片组200。胶合材料可以涂布于平凹镜片130以及/或者平凹镜片220上，借此强化镜头模块100的结构强度。接着，如图2H所示，将叠设的玻璃基板110、210以及镜片120、130、220、230进行切割，以形成多个独立的镜头模块10。
应当理解的是，镜头模块10的制造方法不应受上述实施例所限制。镜头模块10的第一镜片组100以及第二镜片组200可以通过其他方式制造。举例而言，第一镜片组100以及第二镜片组200可以利用三维印刷工艺（3D printingprototyping method）或者射出成形的方式制造。通过上述方式，以形成一体成形的第一镜片组100以及第二镜片组200。
通过面对影像感测器30的第一影像撷取镜片120的第一周围部123的厚度T2小于第一中央部121的厚度T1的特征，本发明的影像撷取装置1不但具有维型尺度且同时具备高的影像品质。
然而，如图3所示，由于第一影像撷取镜片120的第一中央部121的宽度W1大于第二影像撷取镜片130的第二中央部131的厚度W2，意即第一中央部121具有较大的体积，并且第一中央部121与第一周围部123的边界间具有厚度上的差异。因此，破裂或是其他相似的缺陷可能在进行可靠性测试（例如：温度循环测试）时，发生于标记F的位置上，进而导致可靠度的下降。
根据图1所示的实施例以及上述观察结果，另一实施例于是提出。参照图4，其显示本发明的部分实施例的影像撷取装置1’的剖面图。在图4中，与图1所示的影像撷取装置相似的元件将施予相同得标号，因此其特征将不再说明，以简化说明。在部分实施例中，第一镜片组100’包括排列于光轴X上的一第一基座镜片110、一第一影像撷取镜片140以及一第二影像撷取镜片130，其中平面110a面向像侧并贴合于第一影像撷取镜片140的物侧表面140b。平面110b面向物侧并贴合于第二影像撷取镜片130的像侧表面130a。
参照图5，第一影像撷取镜片140的结构特征说明如下。第一影像撷取镜片140包括一中央部141以及一周围部143。为清楚说明，以下说明中以第一中央部取代中央部141，并以第一周围部取代周围部143。第一周围部143自第一中央部141周向延伸。第一中央部141具有宽度W3，其中宽度W3大于第二中央部131的宽度W2。并且，第一中央部141包括多个以环状方式排列的光学元件（例如：光学元件141a、141b、141c、141d、141e、141f、及141g），其中每一光学元件141a-141f具有相异的厚度。
具体而言，第一中央部141为一多段的镜片，例如菲涅耳透镜，且与第一中央部121（图1）具有实质相同的折射率。自剖面图观看，每一光学元件141a-141f自第一中央部141的像侧表面140a形成一棱脊，且每一棱脊的一侧具有一第一斜边，且每一棱脊的相反一侧具有一第二斜边。举例而言，光学元件141g的一侧具有第一斜边1411g，且光学元件141g的另一侧具有第二斜边1413g。第一斜边1411g与第二斜边1413g交会于棱脊的顶端，其中第二斜边1413g连结于第一周围部143的表面。
另一方面，每一对相邻的光学元件141a-141f形成一沟槽或谷部于第一中央部141的像侧表面140a之上，其中光学元件的一者的第二斜边与另一相邻光学元件的第一斜边交会于上述沟槽或谷部的底部。通过此配置，第一斜边1411f、1411g与第二斜边1413f、1413g彼此交错配置。在部分实施例中，光学元件141a-141f的第二斜边为一曲面，其折射率拟似于第一影像撷取镜片120（图1）的第一中央部121于相对应位置上各部分的折射率。因此，光学元件141a-141f的第二斜边为非球面型态的曲面，如同像侧表面120a（图1）对应于第一中央部121的部份。
由于光学元件141a-141f较靠近第一中央部141的物侧表面140b（较低的矢高），其中第一中央部141的最小厚度T3小于第一周围部的厚度T2，因此第一中央部141相较于第一中央部121具有较小的厚度以及体积。虽然第一周围部143与其相邻的光学元件141g之间仍具有厚度上的差异，但因应力集中的缘故在两者边界处上所产生的破裂或其他缺陷将可以避免。
在另一部分实施例中，镜头模块10的其余镜片可以修改为多段镜片。举例而言，参照图6，其显示本发明的部分实施例的影像撷取装置1’’的剖面图。在图6中，与图1所示的影像撷取装置相似的元件将施予相同得标号，因此其其特征将不再说明，以简化说明。在部分实施例中，第一镜片组100’’包括排列于光轴X上的一第一基座镜片110、一第一影像撷取镜片120以及一第二影像撷取镜片150，其中第二影像撷取镜片150的中央部151为多段镜片，例如菲涅耳透镜，借此减少第二影像撷取镜片的厚度并强化其结构强度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露于上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (17)

1.一种影像撷取镜片，其特征在于，包括：
一中央部，包括多个以环状方式排列的光学元件，其中每一所述光学元件具有相异的厚度；以及
一周围部，自该中央部周向延伸并且具有均一的厚度，其中该周围部的厚度小于所述光学元件中最靠近该周围部的一者的厚度。
2.根据权利要求1所述的影像撷取镜片，其特征在于，每一所述光学元件具有一第一斜边以及一第二斜边，其中该第一斜边与所述第二斜边交错配置，且至少所述第二斜边其中的一者包括一曲面。
3.根据权利要求2所述的影像撷取镜片，其特征在于，该曲面为非球面状。
4.根据权利要求1所述的影像撷取镜片，其特征在于，所述光学元件至少其中的一者的厚度小于该周围部的厚度。
5.根据权利要求1所述的影像撷取镜片，其特征在于，该中央部包括一菲涅耳透镜。
6.一种镜头模块，其特征在于，包括：
一第一影像撷取镜片，包括：一第一中央部，该第一中央部包括多个以环状方式排列的第一光学元件，其中每一所述第一光学元件具有相异厚度；一第一周围部，自该第一中央部周向延伸并且具有均一的厚度，其中该第一周围部的厚度小于所述第一光学元件中最靠近该第一周围部的一者的厚度；以及
一第二影像撷取镜片，其中该第一影像撷取镜片及该第二影像撷取镜片沿一相同光轴排列。
7.根据权利要求6所述的镜头模块，其特征在于，该第一影像撷取镜片以及该第二影像撷取镜片沿该镜头模块的像侧至该镜头模块的物侧的方向依序排列，并且所述第一光学元件相邻该镜头模块的物侧。
8.根据权利要求7所述的镜头模块，其特征在于，该第二影像撷取镜片包括：
一第二中央部，具有变异的厚度；以及
一第二周围部，自该第二中央部周向延伸，且具有单一厚度，其中该第一中央部的宽度大于该第二中央部的宽度。
9.根据权利要求6所述的镜头模块，其特征在于，每一所述第一光学元件具有一第一斜边以及一第二斜边，其中该第一斜边与所述第二斜边交错配置，且至少所述第二斜边其中的一者包括一曲面。
10.根据权利要求9所述的镜头模块，其特征在于，该曲面为非球面状。
11.根据权利要求6所述的镜头模块，其特征在于，所述第一光学元件至少其中的一者的厚度小于该第一周围部的厚度。
12.根据权利要求6所述的镜头模块，其特征在于，该中央部包括一菲涅耳透镜。
13.一种影像撷取装置，其特征在于，包括：
一包括一菲涅耳透镜的镜头模块；以及
一影像感测器，用于接收穿过该菲涅耳透镜的光线。
14.根据权利要求13所述的影像撷取装置，其特征在于，该菲涅耳透镜相邻该影像感测器。
15.根据权利要求13所述的影像撷取装置，其特征在于，该镜头模块包括：
一第一影像撷取镜片，包括：一第一中央部，其中该菲涅耳透镜形成于该第一中央部；以及一第一周围部，自该第一中央部周向延伸并且具有均一的厚度；以及
一第二影像撷取镜片，包括：一第二中央部，具有变异的厚度；以及一第二周围部，自该第二中央部周向延伸，且具有单一厚度，其中该第一中央部的宽度大于该第二中央部的宽度。
16.根据权利要求15所述的影像撷取装置，其特征在于，该第一中央部的最小厚度小于该第一周围部的厚度。
17.根据权利要求13所述的影像撷取装置，其特征在于，该菲涅耳透镜包括一非球面的曲面。
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