CN105022143A - 取像光学成像镜片组 - Google Patents
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Abstract
一种取像光学成像镜片组,包含有由物侧至像侧且沿光轴依序排列的一光圈、一第一镜片、一第二镜片、一第三镜片及一第四镜片。该第一镜片为具有正屈光力的凸凹透镜,且其凸面朝向该物侧,而凹面朝向该像侧。该第二镜片为具有负屈光力的双凹透镜。该第三镜片以玻璃材质制成,且其折射率大于等于1.7,为具有正屈光力的凸凹透镜,其凹面朝向该物侧,而凸面朝向该像侧;该第四镜片朝向该物侧的镜面为非球面表面并具有反曲点,而朝向该像侧的镜面为非球面表面并具有反曲点,使该第四镜片的屈光力由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负屈光力转成正屈光力。
Description
技术领域
本发明与光学有关,特别是指一种取像光学成像镜片组。
背景技术
近年来,由于行动装置的蓬勃发展,连带促进了数字相机模块的市场需求。为了提供行动装置的方便性与可移植性,市场普遍希望在维持质量的情况下,朝小型化、轻量化发展。而小型化轻量化的利因,也带动其他应用市场的需求,例如:汽车产业、游戏机产业、家电产业等,都开始利用小型化影像捕获设备,创造更多便利的功能。
目前,一般摄像模块的感光组件,主要可分为感光耦合组件(Chargecoupled Device,CCD)与互补性氧化金属半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor,CMOS),其中因CMOS具备低成本、低耗电性与高整合性,让CMOS逐渐成为市场上行动装置感光组件的主流。此外,由于半导体制程技术的进步,使得像素(pixel)大小已可大幅降低,此利因可让感光组件提供更高像素的影像,但也因缩小像素面积,使得入光量减少,势必需要透镜系统提供更高亮度以降低噪声影响。
随着近年来这些影像设备的小型化,上述影像捕获设备以及应用在上述影像设备上的镜片组的体积,也被大幅地缩小。另外,由于影像捕获设备的像素愈来愈高,用以配合这些影像捕获设备使用的镜片组,也要能够具有更高的光学效能,才能使这些影像捕获设备达成高分辨率和高对比度的展现。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。
除此之外,目前影像设备所采用小型化的镜片组,渐趋往广角发展,但广角系统常有视角不够广、畸变及色差问题,而容易影响其影像质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种取像光学成像镜片组,除可提供小型化与高光量的需求外,亦能有效提升广角系统的可视角。
为实现上述目的,本发明提供的取像光学成像镜片组,包含有由一物侧至一像侧且沿一光轴依序排列的一光圈、一第一镜片、一第二镜片、一第三镜片以及一第四镜片;其中,该第一镜片为具有正屈光力的凸凹透镜,且其凸面朝向该物侧,而凹面朝向该像侧;另外,该第一镜片至少一镜面为非球面表面;该第二镜片为具有负屈光力的双凹透镜,且该第二镜片至少一镜面为非球面表面;该第三镜片以玻璃材质制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凹面朝向该物侧,而凸面朝向该像侧;另外,该第三镜片至少一镜面为非球面表面;该第四镜片朝向该物侧的镜面为非球面表面并具有反曲点,而该第四镜片朝向该像侧的镜面为非球面表面并具有反曲点,使该第四镜片的屈光力由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负屈光力转成正屈光力;
依据上述构思,该取像光学成像镜片组还满足1.7≦Nd3;而Nd3是指该第三镜片的折射率。
由此,通过上述的光学设计,可使得该取像光学成像镜片组具有体积小、广角、光学畸变小以及高光学效能的效果。
附图说明
图1为本发明第一较佳实施例取像光学成像镜片组的架构图;
图2A为本发明第一较佳实施例的场曲图;
图2B为本发明第一较佳实施例的畸变图;
图2C为本发明第一较佳实施例的倍率色像差图;
图2D为本发明第一较佳实施例的球面像差图;
图3为本发明第二较佳实施例取像光学成像镜片组的架构图;
图4A为本发明第二较佳实施例的场曲图;
图4B为本发明第二较佳实施例的畸变图;
图4C为本发明第二较佳实施例的倍率色像差图;
图4D为本发明第二较佳实施例的球面像差图;
图5为本发明第三较佳实施例取像光学成像镜片组的架构图;
图6A为本发明第三较佳实施例的场曲图;
图6B为本发明第三较佳实施例的畸变图;
图6C为本发明第三较佳实施例的倍率色像差图;
图6D为本发明第三较佳实施例的球面像差图;
图7为本发明第四较佳实施例取像光学成像镜片组的架构图;
图8A为本发明第四较佳实施例的场曲图;
图8B为本发明第四较佳实施例的畸变图;
图8C为本发明第四较佳实施例的倍率色像差图;
图8D为本发明第四较佳实施例的球面像差图。
附图中符号说明:
100取像光学成像镜片组,200取像光学成像镜片组,300取像光学成像镜片组,400取像光学成像镜片组,L1第一镜片,L2第二镜片,L3第三镜片,L4第四镜片,ST光圈,Z光轴,CF滤光片,S1~S11镜面。
具体实施方式
为能更清楚地说明本发明,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取像光学成像镜片组100包含有沿一光轴Z且由一物侧至一像侧依序排列的一光圈ST、一第一镜片L1、一第二镜片L2、一第三镜片L3以及一第四镜片L4。另外,依使用上的需求,该第四镜片L4与该像侧之间更可设置有一滤光片(Optical Filter)CF,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以塑料材料制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凸面S2朝向该物侧,凹面S3朝向该像侧,以使该取像光学成像镜片组100具有广角的光学特性。另外,该第一镜片L1的两面S2、S3皆为非球面表面,而非球面的设计目的,在于可有效地修正该取像光学成像镜片组100于广角光学设计时容易出现的畸变问题。
该第二镜片L2以塑料材料制成,且为具有负屈光力的双凹透镜,且其两面S4、S5皆为非球面表面。
该第三镜片L3以玻璃材料制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凹面S6朝向该物侧,而凸面S7朝向该成像面,且其两面S6、S7皆为非球面表面。
该第四镜片L4以塑料材料制成,且朝向该物侧的镜面S8为非球面表面并具有反曲点,而光轴通过处的表面为凸面,使该第四镜片L4的镜面S8的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由正转负再转正。另外,该第四镜片L4朝向该成像面的镜面S9为非球面表面并具有反曲点,且光轴通过处的表面为凹面,使该第四镜片L4的镜面S9的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由正转负,并与该第四镜片L4的镜面S8配合,而使得该第四镜片L4的屈光力由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负屈光力转成正屈光力。
另外,除上述该些镜片L1~L4的结构设计外,于本实施例中,该取像光学成像镜片组100还满足以下条件式:
(1)1.7≦Nd3;
(2)2.35<f/R1<2.73;
(3)0.27<f1/f3<1.08;
(4)0.39<f/f3<1.15;
(5)0.83<f/TLL<0.88;
其中,Nd3是指该第三镜片L3的折射率;f为该取像光学成像镜片组100的焦距;R1为该第一镜片L1朝向该物侧的镜面S2于光轴上Z的曲率半径;f1为第一镜片L1的焦距;f3为该第三镜片L3的焦距;TLL为该取像光学成像镜片组100的总长。
为有效提升该取像光学成像镜片组100的光学效能,本发明第一较佳实施例的取像光学成像镜片组100的系统焦距f、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R、各镜面与下一镜面(或成像面)于光轴Z上的距离D、各镜片的折射率Nd、各镜片的阿贝系数Vd,如表1所示。
本实施例的各个透镜中,该些非球面表面S2~S9的表面凹陷度z由下列公式所得到:
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;
α2~α6:表面的孔径半径h的各阶系数。
在本实施例中,各个非球面表面的非球面系数k及各阶系数α2~α6,如表2所示:
由此,通过上述设计,而可使得该取像光学成像镜片组100具有广角的功能,且同时具有短系统总长的优点,并透过该第三镜片L3为玻璃且折射率大于1.7的搭配,可有效地提高该取像光学成像镜片组100校准光轴的准确度,同时也大幅提升成像的清晰度,进而提升该取像光学成像镜片组100的成像质量。
而于本实施例中,该取像光学成像镜片组100于前述条件式的各数值如下所述:
(1)Nd3=1.81;
(2)f/R1=2.728;
(3)f1/f3=0.302;
(4)f/f3=0.415;
(5)f/TLL=0.879;
由上述镜片L1~L4及光圈ST配置,使得本实施例的该取像光学成像镜片组100在成像质量上也可达到要求,这可从图2A至图2D看出,其中,由图2A可看出,本实施例的取像光学成像镜片组100的最大场曲不超过-0.08mm及0.06mm;由图2B可看出,本实施例的取像光学成像镜片组100的最大畸变量不超过-1%及1%;由图2C可看出,本实施例的取像光学成像镜片组100的倍率色像差不超过-3μm与3μm。由图2D可看出,本实施例的取像光学成像镜片组100的球面像差不超过-0.05mm与0.1mm。因此,从图2A至图2D可显见本实施例的取像光学成像镜片组100的高光学效能。
以上所述的,为本发明第一实施例的取像光学成像镜片组100,而依据本发明的技术,以下配合图3说明本发明第二实施例的取像光学成像镜片组200。
本发明第二较佳实施例的取像光学成像镜片组200同样包含有沿一光轴Z且由一物侧至一像侧依序排列的一光圈ST、一第一镜片L1、一第二镜片L2、一第三镜片L3以及一第四镜片L4以及一滤光片CF。其中:
该第一镜片L1以塑料材料制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凸面S2朝向该物侧,凹面S3朝向该像侧,而使该取像光学成像镜片组200具有广角的光学特性。另外,该第一镜片L1的两面S2、S3皆为非球面表面,而可有效地修正该取像光学成像镜片组200于广角光学设计时容易出现的畸变问题。
该第二镜片L2以塑料材料制成,且为具有负屈光力的双凹透镜,且其两面S4、S5皆为非球面表面。
该第三镜片L3以玻璃材料制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凹面S6朝向该物侧,而凸面S7朝向该成像面,且其两面S6、S7皆为非球面表面。
该第四镜片L4以塑料材料制成,且朝向该物侧的镜面S8为非球面表面并具有反曲点,而光轴通过处的表面为凸面,使该第四镜片L4的镜面S8的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由正转负再转正。另外,该第四镜片L4朝向该成像面的镜面S9为非球面表面并具有反曲点,且光轴通过处的表面为凹面,使该第四镜片L4的镜面S9的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由正转负,并与该第四镜片L4的镜面S8配合,而使得该第四镜片L4的屈光力由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负屈光力转成正屈光力。
另外,除上述该些镜片L1~L4的结构设计外,于本实施例中,该取像光学成像镜片组200同样满足以下条件式:
(1)1.7≦Nd3;
(2)2.35<f/R1<2.73;
(3)0.27<f1/f3<1.08;
(4)0.39<f/f3<1.15;
(5)0.83<f/TLL<0.88;
其中,Nd3是指该第三镜片L3的折射率;f为该取像光学成像镜片组200的焦距;R1为该第一镜片L1朝向该物侧的镜面S2于光轴上Z的曲率半径;f1为第一镜片L1的焦距;f3为该第三镜片L3的焦距;TLL为该取像光学成像镜片组200的总长。
为有效提升该取像光学成像镜片组200的光学效能,本发明第一较佳实施例的取像光学成像镜片组200的系统焦距f、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R、各镜面与下一镜面(或成像面)于光轴Z上的距离D、各镜片的折射率Nd、各镜片的阿贝系数Vd,如表3所示。
在本实施例中,各个非球面表面S2~S9的非球面系数k及各阶系数α2~α6,如表4所示。
而于本实施例中,该取像光学成像镜片组200于前述条件式的各数值如下所述:
(1)Nd3=1.81;
(2)f/R1=2.712;
(3)f1/f3=0.279;
(4)f/f3=0.394;
(5)f/TLL=0.874;
由上述镜片L1~L4及光圈ST配置,使得本实施例的该取像光学成像镜片组200在成像质量上也可达到要求,这可从图4A至图4D看出,其中,由图4A可看出,本实施例的取像光学成像镜片组200的最大场曲不超过-0.06mm及0.06mm;由图4B可看出,本实施例的取像光学成像镜片组200的最大畸变量不超过-0.5%及1.5%;由图4C可看出,本实施例的取像光学成像镜片组200的倍率色像差不超过-3μm与3μm。由图4D可看出,本实施例的取像光学成像镜片组200的球面像差不超过-0.02mm与0.06mm。是以,从图4A至图4D可显见本实施例的取像光学成像镜片组200的高光学效能。
另外,除上述第一实施例与第二实施例的取像光学成像镜片组100、200外,请参阅图5,本发明第三较佳实施例的取像光学成像镜片组300同样包含有沿一光轴Z且由一物侧至一像侧依序排列的一光圈ST、一第一镜片L1、一第二镜片L2、一第三镜片L3、一第四镜片L4以及一滤光片CF。其中:
该第一镜片L1以塑料材料制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凸面S2朝向该物侧,凹面S3朝向该像侧,而使该取像光学成像镜片组300具有广角的光学特性。另外,该第一镜片L1的两面S2、S3皆为非球面表面,而可有效地修正该取像光学成像镜片组300于广角光学设计时容易出现的畸变问题。
该第二镜片L2以塑料材料制成,且为具有负屈光力的双凹透镜,且其两面S4、S5皆为非球面表面。
该第三镜片L3以玻璃材料制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凹面S6朝向该物侧,而凸面S7朝向该成像面,且其两面S6、S7皆为非球面表面。
该第四镜片L4以塑料材料制成,且朝向该物侧的镜面S8为非球面表面并具有反曲点,而光轴通过处的表面为凹面,使该第四镜片L4的镜面S8的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负转正。另外,该第四镜片L4朝向该成像面的镜面S9为非球面表面并具有反曲点,且光轴通过处的表面为凹面,使该第四镜片L4的镜面S9的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由正转负,并与该第四镜片L4的镜面S8配合,而使得该第四镜片L4的屈光力由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负屈光力转成正屈光力。
另外,除上述该些镜片L1~L4的结构设计外,于本实施例中,该取像光学成像镜片组300同样满足以下条件式:
(1)1.7≦Nd3;
(2)2.35<f/R1<2.73;
(3)0.27<f1/f3<1.08;
(4)0.39<f/f3<1.15;
(5)0.83<f/TLL<0.88;
其中,Nd3是指该第三镜片L3的折射率;f为该取像光学成像镜片组300的焦距;R1为该第一镜片L1朝向该物侧的镜面S2于光轴上Z的曲率半径;f1为第一镜片L1的焦距;f3为该第三镜片L3的焦距;TLL为该取像光学成像镜片组300的总长。
为有效提升该取像光学成像镜片组300的光学效能,本发明第一较佳实施例的取像光学成像镜片组300的系统焦距f、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R、各镜面与下一镜面(或成像面)于光轴Z上的距离D、各镜片的折射率Nd、各镜片的阿贝系数Vd,如表5所示。
在本实施例中,各个非球面表面S2~S9的非球面系数k及各阶系数α2~α6,如表6所示。
而于本实施例中,该取像光学成像镜片组300于前述条件式的各数值如下所述:
(1)Nd3=1.70;
(2)f/R1=2.353;
(3)f1/f3=0.946;
(4)f/f3=0.965;
(5)f/TLL=0.837;
由上述镜片L1~L4及光圈ST配置,使得本实施例的该取像光学成像镜片组300在成像质量上也可达到要求,这可从图6A至图6D看出,其中,由图6A可看出,本实施例的取像光学成像镜片组300的最大场曲不超过-0.04mm及0.02mm;由图6B可看出,本实施例的取像光学成像镜片组300的最大畸变量不超过-3%及1%;由图6C可看出,本实施例的取像光学成像镜片组300的倍率色像差不超过-2μm与2μm。由图6D可看出,本实施例的取像光学成像镜片组300的球面像差不超过-0.04mm与0.04mm。因此,从图6A至图6D可显见本实施例的取像光学成像镜片组300的高光学效能。
另外,请参阅图7,本发明第四佳实施例的取像光学成像镜片组400同样包含有沿一光轴Z且由一物侧至一像侧依序排列的一光圈ST、一第一镜片L1、一第二镜片L2、一第三镜片L3、一第四镜片L4以及一滤光片CF。其中:
该第一镜片L1以塑料材料制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凸面S2朝向该物侧,凹面S3朝向该像侧,而使该取像光学成像镜片组400具有广角的光学特性。另外,该第一镜片L1的两面S2、S3皆为非球面表面,而可有效地修正该取像光学成像镜片组400于广角光学设计时容易出现的畸变问题。
该第二镜片L2以塑料材料制成,且为具有负屈光力的双凹透镜,且其两面S4、S5皆为非球面表面。
该第三镜片L3以玻璃材料制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜,其凹面S6朝向该物侧,而凸面S7朝向该成像面,且其两面S6、S7皆为非球面表面。
该第四镜片L4以塑料材料制成,且朝向该物侧的镜面S8为非球面表面并具有反曲点,而光轴通过处的表面为凹面,使该第四镜片L4的镜面S8的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负转正。另外,该第四镜片L4朝向该成像面的镜面S9为非球面表面并具有反曲点,且光轴通过处的表面为凹面,使该第四镜片L4的镜面S9的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由正转负,并与该第四镜片L4的镜面S8配合,而使得该第四镜片L4的屈光力由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负屈光力转成正屈光力。
另外,除上述该些镜片L1~L4的结构设计外,于本实施例中,该取像光学成像镜片组400同样满足以下条件式:
(1)1.7≦Nd3;
(2)2.35<f/R1<2.73;
(3)0.27<f1/f3<1.08;
(4)0.39<f/f3<1.15;
(5)0.83<f/TLL<0.88;
其中,Nd3是指该第三镜片L3的折射率;f为该取像光学成像镜片组400的焦距;R1为该第一镜片L1朝向该物侧的镜面S2于光轴上Z的曲率半径;f1为第一镜片L1的焦距;f3为该第三镜片L3的焦距;TLL为该取像光学成像镜片组400的总长。
为有效提升该取像光学成像镜片组400的光学效能,本发明第一较佳实施例的取像光学成像镜片组400的系统焦距f、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R、各镜面与下一镜面(或成像面)于光轴Z上的距离D、各镜片的折射率Nd、各镜片的阿贝系数Vd,如表7所示。
在本实施例中,各个非球面表面S2~S9的非球面系数k及各阶系数α2~α6,如表8所示。
而于本实施例中,该取像光学成像镜片组400于前述条件式的各数值如下所述:
(1)Nd3=1.90;
(2)f/R1=2.517;
(3)f1/f3=1.083;
(4)f/f3=1.150;
(5)f/TLL=0.837;
由上述的镜片L1~L4及光圈ST配置,使得本实施例的该取像光学成像镜片组400在成像质量上也可达到要求,这可从图8A至图8D看出,其中,由图8A可看出,本实施例的取像光学成像镜片组400的最大场曲不超过-0.04mm及0.02mm;由图8B可看出,本实施例的取像光学成像镜片组400的最大畸变量不超过-0.5%及2.5%;由图8C可看出,本实施例的取像光学成像镜片组400的倍率色像差不超过-6μm与4μm。由图8D可看出,本实施例的取像光学成像镜片组400的球面像差不超过-0.04mm与0.06mm。因此,从图8A至图8D可显见本实施例的取像光学成像镜片组400的高光学效能。
以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已,举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效变化,理应包含在本发明的专利范围内。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
Claims (14)
1.一种取像光学成像镜片组,包含有由一物侧至一像侧且沿一光轴依序排列的:
一光圈;
一第一镜片,以塑料材质制成,为具有正屈光力的凸凹透镜者,且其凸面朝向该物侧,而凹面朝向该像侧;另外,该第一镜片至少一镜面为非球面表面;
一第二镜片,以塑料材质制成,为具有负屈光力的双凹透镜者,且该第二镜片至少一镜面为非球面表面;
一第三镜片,以玻璃材质制成,且为具有正屈光力的凸凹透镜者,其凹面朝向该物侧,而凸面朝向该像侧;另外,该第三镜片至少一镜面为非球面表面;以及
一第四镜片,以塑料材质制成,其朝向该物侧的镜面为非球面表面并具有反曲点,而该第四镜片朝向该像侧的镜面为非球面表面并具有反曲点,使该第四镜片的屈光力由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负屈光力转成正屈光力;
该取像光学成像镜片组满足有以下条件:
1.7≦Nd3;
其中,Nd3是指该第三镜片的折射率。
2.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,该第一镜片的二镜面皆为非球面表面。
3.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,该第二镜片的二镜面皆为非球面表面。
4.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,该第三镜片的二镜面皆为非球面表面。
5.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,该第四镜片朝向该物侧的镜面于光轴通过处的表面为凸面。
6.根据权利要求5所述取像光学成像镜片组,其中,该第四镜片朝向该物侧的镜面的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由正转负再转正。
7.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,该第四镜片朝向该物侧的镜面于光轴通过处的表面为凹面。
8.根据权利要求7所述取像光学成像镜片组,其中,该第四镜片朝向该物侧的镜面的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由负转正。
9.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,该第四镜片朝向该像侧的镜面于光轴通过处的表面为凹面。
10.根据权利要求9所述取像光学成像镜片组,其中,该第四镜片朝向该像侧的镜面的曲率半径,由光轴通过处往镜片边缘逐渐由正转负。
11.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,满足以下条件:
2.35<f/R1<2.73;
其中,f为该取像光学成像镜片组的焦距;R1为该第一镜片朝向该物侧的镜面于光轴上的曲率半径。
12.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,满足以下条件:
0.27<f1/f3<1.08;
其中,f1为第一镜片的焦距;f3为该第三镜片的焦距。
13.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,满足以下条件:
0.39<f/f3<1.15;
其中,f为该取像光学成像镜片组的焦距;f3为该第三镜片的焦距。
14.根据权利要求1所述取像光学成像镜片组,其中,满足以下条件:
0.83<f/TLL<0.88;
其中,f为该取像光学成像镜片组的焦距;TLL为该取像光学成像镜片组的总长。
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