CN203385928U - 薄型四片式成像镜头组 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种薄型四片式成像镜头组，包含一固定光栏和一光学组，光学组包含第一、第二、第三及第四镜片，从物侧至像侧的排列顺序为：正屈光力且朝向物侧为凸面且朝向像侧为凸面的第一镜片；负屈光力且朝向物侧为凹面的第二镜片；正屈光力且朝向物侧为凹面且朝向像侧为凸面的第三镜片；负屈光力且朝向物侧在靠近光轴附近为凸面且朝向像侧在靠近光轴附近为凹面并从光轴至非球面终止点至少有一反曲点的第四镜片；第一、第二镜片至少有一面为非球面，第三、第四镜片双面皆为非球面。经由前述镜片间相互对应且调适的曲率半径、厚度/间隔、折射率以及阿贝数，使本实用新型的薄型四片式成像镜头组可得大光圈、广角、较短的高度以及较佳的光学像差。

Description

薄型四片式成像镜头组

技术领域

本实用新型涉及薄型四片式成像镜头组，尤其涉及借由各透镜之间的曲率、间距及光学参数所达成的具有较短的高度以及高解像力的透镜结构。

背景技术

现有技术的透镜结构是使用于智能型手机、平板计算机、行动电话、笔记型计算机以及摄像头(webcam)等电子产品中的显像镜头组。随着此类电子产品不断地发展为更轻、薄、短、小且同时又必须具有更高的效能，前述显像镜头组中的影像传感器，如CCD是电荷耦合组件或是CMOS互补金属氧化物导体等，不断朝向高画素，这类透镜结构也因而不断地朝紧密化且更高解像力的方向发展。

因此本实用新型是依据这类显像镜头组的发展需要，针对多片式透镜结构，尤其是至少包括两片透镜的透镜结构的成像镜头结构进行创作。

发明内容

本实用新型有鉴于透镜结构体积大及效能不足的问题，乃完成本实用新型的薄型四片式成像镜头组。

为解决上述问题，本实用新型提供一种薄型四片式成像镜头组，其包含一固定光栏和一光学组，光学组包含第一、第二、第三、第四镜片，其排列方式从物侧至像侧的顺序为：第一镜片，具有正屈光力且朝向物侧为凸面且朝向像侧为凸面；第二镜片，具有负屈光力且朝向物侧为凹面；第三镜片，具有正屈光力且朝向物侧为凹面且朝向像侧为凸面的镜片；第四镜片，具有负屈光力且朝向物侧在靠近光轴附近为凸面，朝向像侧在靠近光轴附近为凹面，且从光轴至非球面终止点至少有一反曲点；其第一、第二镜片至少有一面为非球面，而第三、第四镜片双面皆为非球面，固定光栏位置可为物方与第二镜片之间。

作为优选，所述的薄型四片式成像镜头组，满足以下条件：0.3<f/TL<0.8，其中TL为第一镜片物侧面顶点到成像面之间距离，f为整个成像镜头组的焦距值。

作为优选，所述的薄型四片式成像镜头组，满足以下条件：0.6<TL/Dg<1.2，其中Dg为该电子感光组件的有效像数区域对角线长。

作为优选，所述的薄型四片式成像镜头组，其中所述非球面的面型满足下列公式：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{0.5}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}........$

其中z为沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考的位置值；k为锥度常量；c为曲率半径的倒数；A、B、C、D、E、F、G……为高阶非球面系数。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：经由各透镜之间的曲率、间距及光学参数，使成像镜头组达成具有大光圈且广角、较短的高度以及高解像力的透镜结构。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例的薄型四片式成像镜头组的光学结构图。

图2是本实用新型的第一实施例的薄型四片式成像镜头组的非点像差示意图。

图3是本实用新型的第一实施例的薄型四片式成像镜头组的歪曲像差示意图。

图4是本实用新型的第一实施例的薄型四片式成像镜头组的球面像差示意图。

图5是本实用新型的第二实施例的薄型四片式成像镜头组的光学结构图。

图6是本实用新型的第二实施例的薄型四片式成像镜头组的的非点像差示意图。

图7是本实用新型的第二实施例的薄型四片式成像镜头组的歪曲像差示意图。

图8是本实用新型的第二实施例的薄型四片式成像镜头组的球面像差示意图。

附图标记

10  第一镜片

11  第一面

12  第二面

20  第二镜片

21  第三面

22  第四面

30  第三镜片

31  第五面

32  第六面

40  第四镜片

41  第七面

42  第八面

50  过滤元件

51  第九面

52  第十面

60  影像感测器

70  固定光栏

具体实施方式

现在将参照附图对示例性实施例进行详细的描述。为了简化参照这些附图的说明，相同或等同的部件将具有相同的附图标记，并且将不再重复对其的说明。

有关本实用新型的详细内容及技术说明，现以实施例来作进一步说明，但应了解的是，该等实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为对本实用新型实施的限制。

本实用新型的构成具体而言，是提供一种成像镜头组结构，特别是借由各透镜之间的曲率、间距及光学参数所达成的具有大光圈且广角、较短的高度以及高解像力的透镜结构。

请参阅图1所示的本实用新型的薄型四片式成像镜头组的光学结构图，所述薄型四片式成像镜头组包含有一固定光栏70和一光学组，光学组包含第一镜片10、一第二镜片20、一第三镜片30及一第四镜片40，其排列方式从物侧至像侧的顺序为：具有正屈光力且朝向物侧为凸面且朝向像侧为凸面的第一镜片10；具有负屈光力且朝向物侧为凹面的第二镜片20；具有正屈光力且朝向物侧为凹面且朝向像侧为凸面的第三镜片30；具有负屈光力而朝向物侧在靠近光轴附近为凸面且朝向像侧在靠近光轴附近为凹面并从光轴至非球面终止点至少有一反曲点的第四镜片40；该第一、第二镜片10、20其至少有一面为非球面，而第三、第四镜片30、40其双面皆为非球面，且固定光栏70位置可为物方与第二镜片20之间，过滤特定波长的光线的一过滤元件50，该过滤元件50可以是一红外线截止过滤元件，用于可见光成像，或是红外线带通组件，用于红外线取像；以及用以接收通过前述过滤元件的成像，传换成为数字信号的一图像传感器60(成像面)。

所述的薄型四片式成像镜头组，满足以下条件：0.3<f/TL<0.8，其中TL为第一镜片物侧面顶点到成像面之间距离，f为整个成像镜头组的焦距值。

所述的薄型四片式成像镜头组，满足以下条件：0.6<TL/Dg<1.2，其中Dg为该电子感光组件的有效像数区域对角线长。

该第一镜片10包含有面对被摄物体的第一面11及面对成像面的第二面12，所述第一面11是相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第二面12是相对于成像面呈凸面构形的凸面。该第二镜片20包含有面对被摄物体的第三面21及面对成像面的第四面22，所述第三面21是相对于被摄物体呈凹陷构形的凹面，第四面22是相对于成像面呈凹陷构形的凹面。该第三镜片30包含有面对被摄物体的第五面31及面对成像面的第六面32，所述第五面31是相对于被摄物体呈凹陷构形的凹面，第六面32是相对于成像面呈凸面构形的凸面。该第四镜片40包含有面对被摄物体的第七面41及面对成像面的第八面42，所述第七面41是相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第八面42是相对于成像面呈凹陷构形的凹面。且前述第一、第二镜片10、20至少有一面为非球面，而第三、第四镜片30、40双面皆为非球面，借此全面矫正球差及像差，并具有低公差敏感度的特性。

所述的薄型四片式成像镜头组，其中所述非球面的面型满足下列公式：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{0.5}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}+..........$

其中z为沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考的位置值；k为锥度常量；c为曲率半径的倒数；A、B、C、D、E、F、G、......为高阶非球面系数。

实施上，本实用新型的薄型四片式成像镜头组中，固定光栏70设于物方到第二镜片20间取得所要的入射光束，且第一镜片10为正屈光力镜片，其第一镜片10为凸向被摄物体的第一面11用以广角汇聚外在的入射光束，从而使光束在第一镜片10的第二面12上，借此可充分发挥非球面的功能，矫正像差及减低公差敏感度，也使得本装置具有大广角的角度。再由第二、三镜片20、30上相对于被摄物体呈凹陷构形的凹面的第三面21及第五面31进行阔束及发散，从而使光束在第四镜片40的第八面42上可分布较大的面积。也就是说，入射光束经过第三面21及第五面31的阔束及发散，从而使光束在第八面42上可分布较大的面积，充分发挥非球面的功能，矫正像差及减低公差敏感度。

采用非球面设计除了可矫正球差及像差外还有助于缩短镜头光学系统的总长，且第一、第二、第三及第四镜片10、20、30、40均可采用塑料材质，有利于消除像差及减轻镜头重量，整个光学系统是以四个塑料透镜构成，适合大量生产，且其公差敏感度低符合大规模量产的要求。

上述透镜的镜面系具有相互对应且调适的曲率半径、厚度/间隔、折射率以及阿贝数，使得本实用新型的薄型四片式成像镜头组可得到大光圈且广角、较短的高度以及较佳的光学像差。

第一实施例：

基于前述本实用新型的技术内容，可依据下列数值实施例具体实施：

其中，过滤元件50的厚度为0.21mm。

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、F、Ｇ为高阶非球面系数。

第一实施例的非球面二次曲面系数的具体数值如下所列：

第一面11(k=-5.38)：

A:-0.3081197

B:16.258579

C:-496.70534

D:7166.1666

E:-58684.873

F:253687.41

G:-454271.82

第二面12(k=12.07)：

A:-1.1794601

B:-9.6792113

C:198.62572

D:-2387.9023

E:16554.949

F:-58551.248

G:79979.896

第三面21(k=15.39)：

A:-1.9294681

B:-12.954564

C:164.41796

D:-1000.4379

E:6390.1008

F:-24827.633

G:36002.667

第四面22(k=-200.0)：

A:1.7098738

B:-27.547123

C:199.38445

D:-766.05050

E:210.06524

F:6640.7099

G:-12361.994

第五面31(k=1.91)：

A:3.9392086

B:-12.649364

C:-91.632654

D:1755.6071

E:-11903.808

F:-35996.894

G:-39951.310

第六面32(k=-5.51)：

A:-4.1854094

B:51.437818

C:-454.48526

D:2652.5890

E:-9019.8863

F:16110.841

G:-11574.730

第七面41(k=-3.55)：

A:-2.4126233

B:11.561474

C:-76.191919

D:365.04515

E:-1027.4361

F:1500.2847

G:-892.37580

第八面42(k=-4.24)：

A:-1.0647050

B:2.5299538

C:-6.3145965

D:13.876987

E:-22.676248

F:20.462749

G:-7.507268

依上述数值实施的薄型四片式成像镜头组的相关性能指数为：f1=1.60mm；f2=-3.77mm；f3=0.85mm；f4=-1.09mm；EFL=1.31mm；TL=2.01mm；Dg=2.06mm；EFL/TL=0.65；TL/Dg=0.98。

请再参阅附图，图2是本实用新型的第一实施例的薄型四片式成像镜头组的非点像差示意图。图3是本实用新型的第一实施例的薄型四片式成像镜头组的歪曲像差示意图。图4是本实用新型的第一实施例的薄型四片式成像镜头组的球面像差示意图。由上列示意图可看出所测得的非点像差、歪曲像差及球面像差均在标准范围且具有良好的光学性能，具有良好的成像质量。

第二实施例：

基于前述本实用新型的技术内容，可依据下列数值实施例具体实施：

其中，过滤元件50的厚度为0.3mm。

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、F、Ｇ为高阶非球面系数。

第二实施例的非球面二次曲面系数的具体数值如下所列：

第一面11(k=-4.46)：

A:-0.11793308

B:2.312182

C:-36.511014

D:252.50961

E:-982.12147

F:1977.7645

G:-1632.3527

第二面12(k=-25.37)：

A:-0.42555237

B:-3.0752288

C:27.501249

D:-151.17332

E:489.54646

F:-853.89616

G:611.88916

第三面21(k=-33.48)：

A:-0.67729382

B:-1.7819054

C:4.9864964

D:18.095894

E:-84.626763

F:127.86346

G:-63.68553

第四面22(k=-21.50)：

A:0.37431509

B:-3.6299761

C:11.722422

D:-22.943566

E:21.701385

F:2.1034529

G:-11.217456

第五面31(k=1.89)：

A:0.97399538

B:-1.9572256

C:-4.0805823

D:39.177621

E:-110.4093

F:150.28777

G:-80.024502

第六面32(k=-5.58)：

A:-2.0330788

B:11.699186

C:-45.519288

D:110.24445

E:-157.17487

F:123.57382

G:-41.482307

第七面41(k=-2.20)：

A:-1.000893

B:2.4063511

C:-6.8590943

D:13.267147

E:-15.419277

F:9.8360708

G:-2.8306765

第八面42(k=-4.48)：

A:-0.41774612

B:0.68438911

C:-1.1364654

D:1.3167622

E:-0.93961956

F:0.35833015

G:-0.055820864

依上述数值实施的薄型四片式成像镜头组的相关性能指数为：f1=1.97mm；f2=-4.51mm；f3=1.06mm；f4=-1.20mm；EFL=1.87mm；TL=3.00mm；Dg=2.94mm；EFL/TL=0.62；TL/Dg=1.02。

而第二实施例中，第一镜片10包含有面对被摄物体的第一面11及面对成像面的第二面12，所述第一面11是相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第二面12是相对于成像面呈凸面构形的凸面。该第二镜片20包含有面对被摄物体的第三面21及面对成像面的第四面22，所述第三面21是相对于被摄物体呈凹陷构形的凹面，第四面22是相对于成像面呈凸面构形的凸面。该第三镜片30包含有面对被摄物体的第五面31及面对成像面的第六面32，所述第五面31是相对于被摄物体呈凹陷构形的凹面，第六面32是相对于成像面呈凸面构形的凸面。该第四镜片40包含有面对被摄物体的第七面41及面对成像面的第八面42，所述第七面41是相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第八面42是相对于成像面呈凹陷构形的凹面。且前述第一、第二镜片10、20至少有一面为非球面，而第三、第四镜片30、40双面皆为非球面，借此全面矫正球差及像差，并具有低公差敏感度的特性。

请再参阅附图，图6是本实用新型的第二实施例的薄型四片式成像镜头组的非点像差示意图。图7是本实用新型的第二实施例的薄型四片式成像镜头组的歪曲像差示意图。图8是本实用新型的第二实施例的薄型四片式成像镜头组的球面像差示意图。由上列示意图可看出所测得的非点像差、歪曲像差及球面像差均在标准范围且具有良好的光学性能，具有良好的成像质量。

本实用新型的薄型四片式成像镜头组采用正、负、正、负排列的四片至少一面为非球面或两面皆为非球面镜片，与过滤光线的波长只通过所需波长的一过滤元件50，该过滤元件50可以是一红外线截止过滤元件用于可见光成像，或是红外线带通组件用于红外线成像。

借由非球面的功能，矫正像差及减低公差敏感度，除了可矫正像差外还有助于缩短镜头光学系统的总长。而第一、第二第三及第四透镜片均可采用塑料材质，有利于消除像差及减轻镜头重量，整个光学系统是以四个塑料透镜组成，公差敏感度低，易于制造组装，适合大量生产，且具有良好的成像质量，并符合携带型摄像产品小型化的要求。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型的保护范围，即凡依据本实用新型的权利要求书及说明书的内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种薄型四片式成像镜头组，其特征在于，包含有一固定光栏和一光学组，光学组包含第一、第二、第三、第四镜片，其排列方式从物侧至像侧的顺序为：

该第一镜片，具有正屈光力且朝向物侧为凸面且朝向像侧为凸面；又；其至少有一面为非球面；

该第二镜片，具有负屈光力且朝向物侧为凹面；又；其至少有一面为非球面；

该第三镜片，具有正屈光力且朝向物侧为凹面且朝向像侧为凸面的镜片；又；其双面为非球面；

该第四镜片，具有负屈光力且朝向物侧在靠近光轴附近为凸面，朝向像侧在靠近光轴附近为凹面；又；其两面都为非球面,且从光轴至非球面终止点至少有一反曲点；

该固定光栏，位置为物方与第二镜片之间。

2.如权利要求1所述的薄型四片式成像镜头组，其特征在于，所述的成像镜头组，满足以下条件：0.3<f/TL<0.8，其中TL为第一镜片物侧面顶点到成像面之间距离，f为整个成像镜头组的焦距值。

3.如权利要求1所述的薄型四片式成像镜头组，其特征在于，满足以下条件：0.6<TL/Dg<1.2，其中Dg为该电子感光组件的有效像数区域对角线长。

4.如权利要求1所述的薄型四片式成像镜头组，其特征在于，所述非球面的面型满足下列公式：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{0.5}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{.\mathrm{Gh}}^{16}.........$

其中z为沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考的位置值；k为锥度常量；c为曲率半径的倒数；A、B、C、D、E、F、G、……为高阶非球面系数。

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