CN1670560A - 定焦数字镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定焦数字镜头由物体至影像面依序包括正光学能力第一透镜、负光学能力第二透镜及正光学能力第三透镜，且第一透镜为丙烯酸材制成，第二透镜由聚碳酸酯(polycarb)材质制成，第三透镜由非晶型聚烯烃光学透明塑料(ZEONEX)材质制成，因此减少镜头周围的光量衰减以避免暗带发生，并且借助各透镜不同材质的使用，以相互平衡各透镜对温度的变化，所以降低镜头因温度变化而导致影像质量降低的现象。

Description

定焦数字镜头

技术领域

本发明涉及一种定焦数字镜头，尤指一种利用新设计的数字镜头装置，以提高镜头周边亮度及降低温度变化的敏感度的定焦数字镜头。

背景技术

鉴于近年来数字相机普遍地被运用于日常生活中，尤其最近更被进一步地使用体积小的影像撷取设备上，如结合于移动电话、数字助理(PDA)上，以创造出人性化及轻便化的设计，因此满足人们的需求，所以工程师无不致力于设计出体积小、质量佳且价格便宜的镜头，以期能满足未来市场的需求。

请参阅图1，为已知的数字相机镜头装置，其具有二透镜，由物体侧至影像面依序为正光学能力第一透镜10a及正光学能力第二透镜20a所组成的光学镜头，该第一透镜为非晶型聚烯烃光学透明塑料(ZEONEX)材质制成，并且该第二透镜为丙烯酸(Acrylic)材质制成，且此二片透镜组成的镜头特性如下：

1.49＜Nd＜1.59；并且29＜Vd＜58 F2为有效焦距；f4为第一片透镜焦距；f5为第二片透镜焦距；I2为最大像高；Nd为镜片折射率；Vd为镜片阿贝(Abbe)数

面(编号)	曲率半径R(mm)	面间隔(mm)	Nd/Vd
				11a	1.187773	1.156	1.51512/57.15
12a	1.67264	0.542
				21a	-56.80634	0.875	1.50176/57.44
22a	-9.871755	0.104

非球面(Aspherical Surface)12a：

圆锥(度)(Conic)：	2.987802
		Coeffon r 4：	0.110177
Coeffon r 6：	-0.793024
		Coeffon r 8：	3.178125
Coeffon r 10：	-4.037481

 非球面(Aspherical Surface)21a：

Conic：	-2508497
		Coeffon r 4：	-0.160239
Coeffon r 6：	0.164632
		Coeffon r 8：	-0.37081561
Coeffon r 10：	0.25373612

其中，非球面式 Aspherical)为： $X=\frac{{\mathrm{Ch}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)C^2{h}^2}}{+r_4{h}^4+r}_6{h}^6+r_8{h}^8+r_{10}{h}^{10}$

C：curvate曲率             K：conic锥度

r4：非球面4次项系数        r6：非球面6次项系数

r8：非球面8次项系数        r10：非球面10次项系数

h：距中心轴(光轴)高度，且请参阅图1A至图1G，为已知镜头的特性图。

然而，上述已知的镜头仍具有下列缺点缺陷：

当光线透过镜头透镜而成像于成像面时，在镜头周边光亮度与整体光亮度比较有明显减弱现象，此为镜头周边的光量有明显衰减所造成，且该两透镜的材质配搭使用，并不能相互平衡其对温度变化的影响，以至于影响成像质量。

因此，本发明提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的定焦数字镜头。

发明内容

本发明的其一目的是提供一种定焦数字镜头，借助正光学能力第一透镜、负光学能力第二透镜及正光学能力第三透镜的设置，以使透过镜头入射至成像平面的光线角度减小，因此解决镜头周边光量快速衰减问题。

本发明的其二目的是提供一种定焦数字镜头，借助第一透镜、第二透镜及第三透镜各分别为丙烯酸材、聚碳酸酯(polycarb)材及非晶型聚烯烃光学透明塑料(ZEONEX)材制成，因此材料搭配以相互平衡其对温度变化，因此减小镜头整体因温度产生的像变异，所以能维持成像质量。

本发明的其三目的是提供一种定焦数字镜头，使透镜皆以射出成型方式制作，因此达到体积小、快速成型、制成简短及价格降低的优点。

为达到前述发明目的，本发明提供一种定焦数字镜头，且从物体侧至影像面依序包括正光学能力第一透镜、负光学能力第二透镜及正光学能力第三透镜，且该第一透镜为丙烯酸材质制成，该第二透镜聚碳酸酯(polycarb)材质制成，及该第三透镜为非晶型聚烯烃光学透明塑料(ZEONEX)材质制成，并且该第一透镜的靠近物体侧至成像侧的全长小于5.2mm，因此降低镜头因温度变化而导致影像质量降低，同时减少镜头周围的光量衰减以避免暗带发生。

本发明还提供一种数字影像拾取单元，其包括：一种定焦数字镜头，从物体侧至影像面依序包括正光学能力第一透镜、负光学能力第二透镜及正光学能力第三透镜，且该第一透镜为丙烯酸材质制成，该第二透镜为聚碳酸酯材质制成，及该第三透镜为非晶型聚烯烃光学透明塑料材质制成；以及感光组件。

附图说明

图1是已知技术的镜头结构二维示意图。

图1A是已知技术的镜头成像面的纵向球差(Longitudal aderration)图。

图1B是已知技术的镜头成像面的侧向像差(Lateral color)图。

图1C是已知技术的镜头成像面的像散(Field Curvature)图。

图1D是已知技术的镜头成像面的畸变(Distortion)图。

图1E是已知技术的镜头成像面的相对照度(Relative illumination)图。

图1F是已知技术的镜头成像面的MTF解析(Polychromatic diffractionMTF)图。

图1G是已知技术的镜头成像面的焦深(Polychromatic diffraction throughfocus MTF)图。

图2是本发明的镜头结构二维示意图。

图2A是本发明的镜头成像面的纵向球差(Longitudal aderration)图。

图2B是本发明的镜头成像面的侧向像差(Lateral color)图。

图2C是本发明的镜头成像面的像散(Curvature field)图。

图2D是本发明的镜头成像面的畸变(Distortion)图。

图2E本发明的镜头成像面的相对照度(Relative illumination)图。

图2F是本发明的镜头成像面的MTF解析(Polychromatic diffractionMTF)图。

图2G本发明的镜头成像面的焦深(Polychromatic diffraction throughfocus MTF)图。

其中，附图标记说明如下：

10a正光学能力第一透镜              10正光学能力第一透镜

11a第一透镜的第一侧面              11第一透镜的第一侧面

12a第二透镜的第一侧面              12第一透镜的第二侧面

20a正光学能力第二透镜              20负光学能力第二透镜

21a第二透镜的第一侧面              21第二透镜的第一侧面

22a第二透镜的第二侧面              22第二透镜的第二侧面

30a光感测组件                      30正光学能力第三透镜

31第三透镜的第一侧面               32第三透镜的第一侧面

40光感测组件

具体实施方式

请参阅图2所示，为一定焦数字镜头，包括正光学能力第一透镜10、负光学能力第二透镜20及正光学能力第三透镜30所组成的短焦光学镜头，且减少镜头周围的光量衰减，因此避免成像面上的暗带发生，同时借助各透镜不同材质的使用，以相互平衡各透镜对温度的变化，所以降低镜头因温度变化而导致影像质量降低。

其中，三片式的定焦数字镜头是利用塑料射出成型的方式制作，因此具有体积小、成型容易及制作简单的优点，以至于降低成本，该正光学能力第一透镜10为丙烯酸(Acrylic)材质制成，该负光学能力第二透镜20为聚碳酸酯(Polycarb)材质制成，该正光学能力第三透镜30为非晶型聚烯烃光学透明塑料(ZEONEX)材质制成，且组成的镜头由第一透镜的靠近物体侧至光感测组件40的成像面(如CMOS，complementary metal-oxide semiconductor互补金属氧化物半导体)全长小于5.2mm，因此形成短焦距镜头，且因各种塑料材料对温度变化所产生的变异性不同，所以本发明中借助各透镜使用不同材料的搭配，以达到各透镜相互平衡其对温度而产生变异，以至于减少镜头对温度的敏感度，因而提高成像质量，且本发明的镜头同时减少体积及重量，因此容易运用于具有空间限制及轻薄短小要求的数字化产品上。

请参阅图1及图2所示，其中已知的图1的光线透过二正光学能力透镜10a、20a而出射至成像面的θ角为35度，而图2中光线透过正光学能力第一透镜10、负光学能力第二透镜20及正光学能力第三透镜30而出射至成像面的θ角为20度，因此小于已知的光出射角θ，因此使本发明的镜头的周边亮度衰减率较低于已知的短焦镜头，同时不致产生高光程差的现象，此对镜头成像质量及减少成像面的周边遮蔽(shading)效应所产生的暗带(Vigentting)现象。

因此，本发明的定焦数字镜头是将物空间光聚焦至光感测组件40的成像平面，且借助光感测组件40将光信号转换为电子信号，且该三片透镜组成的镜头特性如下：

1.49＜Nd＜1.59；并且

29＜Vd＜58

F1为有效焦距；f1为第一片透镜焦距；f2为第二片透镜焦距；f3为第三片透镜焦距；I1为最大像高；Nd为镜片折射率；Vd为镜片阿贝(Abbe)数

面(编号)	曲率半径R(mm)	面间隔(mm)	Nd/Vd
				11	1.299232	0.963109	1.50176/57.44
12	1.821011	0.248195
				21	2.122731	0.675322	1.57156/29.91

22	1.812535	0.642917
				31	5.226811	1.46537	1.51512/57.15
32	7.219328	0.251163

非球面(Aspherical Surface)11：

Conic：	0.3735142
		Coeff on r 4：	-0.029144862
Coeff on r 6：	0.0039218234
		Coeff on r 8：	-0.0082328557
Coeff on r 10：	-0.019440625

非球面(Aspherical Surface)12：

Conic：	3.065972
		Coeff on r 4：	-0.08818095
Coeff on r 6：	-0.0017445907
		Coeff on r 8：	0.02090908
Coeff on r 10：	-0.086345616

非球面(Aspherical Surface)21：

Conic：	1.501935
		Coeff on r 4：	0.11218646
Coeff on r 6：	0.0039459153
		Coeff on r 8：	0.0153102
Coeff on r 10：	0.079781346

非球面(Aspherical Surface)22：

Conic：	-1.213018
		Coeff on r 4：	-0.035867
Coeff on r 6：	-0.00030537106

Coeff on r 8：	-0.010148304
		Coeff on r 10：	0.0051989105

非球面(Aspherical Surface)31：

Conic：	-40.03911
		Coeff on r 4：	-0.019126
Coeff on r 6：	-0.000522019
		Coeff on r 8：	0.00018152707
Coeff on r 10：	0.0001143012

非球面(Aspherical Surface)32：

Conic：	1.427486
		Coeff on r 4：	-0.029121111
Coeff on r 6：	-0.0029079381
		Coeff on r 8：	-0.000133563
Coeff on r 10：	6.549131e-006

且图2A至图2G为镜头的特性图，根据这些得知定焦数字镜头适用于体小轻便的数字像机镜头，如使用于数字像机、个人计算机视讯器、PDA、移动电话等。比较本发明的图2E与已知的图1E，可知镜头在0.5～1.0视场时，本发明的镜头光亮度衰减较已知少，另比较本发明的图2G及已知的图1G，在最佳焦平面取同样范围时，可知本发明的镜头的焦深较已知宽广且有较高的成像质量，因此本发明的定焦数字镜头具有高解像良好的空间频率(MTF)、宽广的景深、低亮度衰减畸变等优点。

综上所述，该定焦数字镜头是利用正光学能力第一透镜、负光学能力第二透镜及正光学能力第三透镜的设置，以使入射至成像平面的角度减小，因此解决镜头周边光量衰减降低，同时使第一透镜、第二透镜及第三透镜各分别为丙烯酸材、聚碳酸酯(polycarb)材及非晶型聚烯烃光学透明塑料(ZEONEX)材制成，因此减小因温度变化产生的变异，所以能维持成像质量，且借助射出成型方式制作，因此达到快速成型、制成简短及价格降低的优点。

然而以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此拘限本发明的专利范围，故凡运用本发明的说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理皆包含于本发明的范围内。

Claims (4)

1、一种定焦数字镜头，其中从物体侧至影像面依序包括正光学能力第一透镜、负光学能力第二透镜及正光学能力第三透镜，且该第一透镜为丙烯酸材质制成，该第二透镜为聚碳酸酯材质制成，及该第三透镜为非晶型聚烯烃光学透明塑料材质制成。

2、如权利要求1所述的定焦数字镜头，其特征在于该第一透镜的靠近物体侧至该影像面距离小于5.2mm。

3、一种数字影像拾取单元，其中包括如权利要求1所述的定焦数字镜头，及感光组件。

4、如权利要求3所述的数字影像拾取单元，其特征在于该感光组件为互补金属氧化物半导体。

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