200426390 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明主要是有關一種高性能攝像鏡頭與攝像裝置， 適用於使用CCD與CMOS類型的固體攝像元件之極爲精 密的行動電話或行動模組相機等。 【先前技術】 具有CCD等固體攝像元件的相機模組，攝像鏡頭 (或攝影鏡頭）與攝像元件之間，爲確保配置低通濾光鏡 或覆蓋玻璃等光學元件的空間，要求保留有一定的後焦距 (透鏡最後面與成像面的距離）。 再1者’內建於行動電話等的相機模組，需將攝像鏡頭 的光學長度縮到極短，設計成小型化。更且，伴隨固體攝 像元件的高像素化，亦要求攝像鏡頭有更高的解析度。 爲了滿足如此的需求，開發有經由複數的透鏡構成攝 像鏡頭’雖然爲小型仍有修正諸像差，之高解析度攝像鏡 頭。例如，專利文件〗中則揭示有此種攝像鏡頭。 〔專利文件]〕 曰本特開2003 - 75719號 【發明內容】 但是，專利文件1中記載的攝像鏡頭，具有以下的問 題。專利文件]中記載的攝像鏡頭，係自對物體方向開 -4- (2) 200426390 始，依序裝配雙面非球面之雙凸面凸透鏡、和以凸面面向 成像側的彎月形狀凸透鏡；此種構造的後焦距（自彎月形 狀正透鏡之像側之面至成像處之距離）過短，而透鏡光學 長度（自鏡頭開口光圈面至彎月形狀正透鏡之像側之面之 距離+後焦距）卻過長，並不適合內建於行動電話等薄型 製品之中。 因此，本發明之目的，即爲解決上述傳統攝像鏡頭之 問題，提供具有足夠之後焦距與更短之光學長度，精密且 高性能的攝像鏡頭。 更甚者，本發明並同時以提供裝配此種攝像鏡頭之小 型化攝像裝置爲目的。 本發明之中所提到的攝像鏡頭，其特徵係具有雙凸面 鏡之正能量（聚光），雙凸面爲非球面之第1透鏡，和具 有向物體側爲凹面之彎月形狀具有負能量（散射）、雙面 爲非球面之第2透鏡，前述第1、第2透鏡自物體側依序 配置，並滿足下記之計算式（1 )與計算式（2 )。
,(l-r r4 ~ r3 < d 3 —— 0.6 < ^ < 0 f 惟，f爲透鏡全系之焦距，b f爲後焦距（從第2透 鏡之像側之面到成像點之距離 )，r3爲第2透鏡之物體 側之面之近軸曲率半徑，Ο爲第2透鏡之像側之面之近軸 曲率半徑，d3爲第2透鏡光軸上之芯厚度，113爲第2透 -5- (3) 200426390 鏡之d線折射率。 在計算式（1 )中，即訂定了第2透鏡爲凹透鏡（負 透鏡）之事實。而計算式（2 )，則是將後焦距（bf)與 鏡頭全系之焦距（f )之比率訂在〇 · 6到0 · 8的範圍之間； 藉此既可得到足夠的後焦距，同時也能縮短透鏡光學長 度。也就是說，當此比率小於〇·6時，後焦距將變得過 短，造成於第2透鏡與成像面之間配置光學濾鏡等元件的 困難。另一方面，若是比率大於〇·8，透鏡光學長度將會 過長，相對於行動電話或超薄相機等的使用將產生困難。 本發明的攝像鏡頭，其特徵係爲了達到最佳效果，於 上述第1透鏡之物體側加裝開口光圈，並滿足下記之計算 式（3 )與計算式（4 )。
1 .9 〈警 < 2. 1.2 <Μ< 1 / 惟，Φ爲透鏡全系之合成折射力，Φι·2爲第1透鏡之 像側面之折射力，Τ爲從開口光圈之物體側之面至第2透 鏡之像側之面之距離。 g十算式（3 )將透鏡全系折射力Φ與第1透鏡之像側 之面之折射力ΦΓ2之比率，訂在].9到2.5的範圍之間。 當該比率小於1 · 9時，第1透鏡之像側之面之折射力將變 得過弱；這將會造成焦距拉長，而不適合小型化程序。另 一方面，若該比率大於2 · 5，第1透鏡之像側鏡之面之弧 -6 - (4) (4)200426390 度需求將變的相當嚴格，使得透鏡的製作困難度提高。 計算式（4 )將透鏡光學長度（T + bf)，與透鏡全系 焦距（f )之比率，訂在1 · 2到1 . 8的範圍之間。當該比率 小於1 .2時’第1透鏡的聚光力將變的過小，造成像差修 正上的困難。另一方面，當該比率大於1 · 8時，總長度將 變的過長，而不適合小型化程序。依此做法，將透鏡光學 長度（T + b f )製成透鏡全系焦距（f )的1 . 2到1 . 8倍，即 _ 可獲得精密且能對應攝像元件之高解析度趨勢之高性能攝 · 像鏡頭。 本發明中記載之攝像鏡頭，係包含具備上述特徵之攝 像鏡頭，與攝取由上述攝像鏡頭所形成之影像之攝像元 件。攝像元件則是使用例如CCD等固體攝像元件。此種 攝像裝置，因爲係極爲精密之結構，故可用於小型化相機 或薄型相機之上。並且更可爲追求更佳表現，加裝過濾紅 外線（IR )之濾鏡或是低通濾光鏡等光學濾鏡，以求達到 更高的攝像性能。 41 【實施方式】 ~ 接下來說明本發明的實施行方式。本實施方式中所記 ^ 載之攝像透鏡1，如第1圖所示，係以圖面之左側爲物體 側時，開口光圈S、雙凸面並有正能量（聚光）之第〗透 鏡L 1、對物體方向爲凹面之彎月形狀具有負能量（散 射）之第2透鏡L2等配件，自物體側開始沿光軸〇依序 配置組裝而成。第]與第2透鏡L ]、L2之鏡面係皆.非球 -7- (5) (5)200426390 面。故本實施方式之攝像鏡頭1，係由兩群兩片透鏡所構 成之鏡頭。 根據圖示，η係第1透鏡之物體側之面於光軸附近之 曲率半徑，r2係第1透鏡之像側之面於光軸附近之曲率半 徑’ r3係第2透鏡之物體側之面於光軸附近之曲率半徑， r4係第2透鏡之像側之面於光軸附近之曲率半徑。d 0係 開口光圈與第1透鏡L1之間隔距離，d 1係第1透鏡於光 軸上之芯厚度，d2係第1透鏡與第2透鏡之間隔距離， d3係第2透鏡於光軸上之芯厚度，d4係第2透鏡與平行 平面玻璃（光學濾鏡）1 0之間隔距離，d5係平行平面玻 璃之厚度，d6係平行平面玻璃10與覆蓋玻璃20之間隔 距離。以上之長度，皆爲光軸0沿線之長度。f係 透鏡全系之焦距，b f係後焦距（自第2透鏡之像側 之面至成像面Μ之距離），T係光軸上自開口光圈5之 物體側之面至第2透鏡之像側之面之距離。 配置於第2透鏡L2之像側與成像面Μ之間的平行平 面玻璃1 〇，係依需求而對固體攝像元件有必要的低通濾 光鏡或紅外線濾鏡等光學濾鏡。另外於平行平面玻璃]〇 與成像面Μ之間配置有覆蓋玻璃20。覆蓋坡璃2〇，係作 爲保護CCD等固體攝像元件表面之用。 又，爲了使射入攝像鏡頭1之攝像元件之光線之入射 角更小，並使組裝更爲簡單，故於第1透鏡L ]之物體側 配置開口光圈S。此種結構可藉由滿足以下計算式（]) 與5十算式（2 ) ’提供具有足夠之後焦距與更短之光舉長 -8- (6) 200426390 度，精密且高顯像性能的攝像鏡頭。 Γ4 - r3 < 0.6 < d3 bf
計算式（1 )制定了第2透鏡L2之合成折射力，而近 軸之合成折射力爲負折射力（散射）。藉由第2透鏡L2 之曲率半徑r3及 r4，與第2透鏡之芯厚度d2，以及其折 射率n3之相互關係滿足計算式（1 )之情況，將可保持與 第1透鏡之正折射力（聚光）之平衡，並縮短整體長度。 計算式（2 )制定了透鏡之後焦距（bf )對於透鏡全 系焦距f之比例範圍，若是低於下限値，後焦距將過短， 造成平行平面玻璃1 〇之干涉與透鏡後退之困難，同時造 成周邊光的銳利度不足。反之若局過上限値，全長將過 長，而難以得到所要求的薄型精密攝像鏡頭。 攝像鏡頭1滿足計算式（3 )與計算式（4 )時將有更 佳表現。 1 .9 < 加2 < 2·5 . Φ ..(3) 1 .2 < (Γ+Μ< " ...(4) 惟，Φ爲透鏡全系之合成折射力，Or2爲第〗透鏡之 像側之面之折射力。 另外，因計算式（3 )制定了第]透鏡L 1之像側之面 -9- (7) (7)200426390 另外，因計算式（3 )制定了第1透鏡L1之像側之面 r2之折射力’故若該數値低於下限値則全長將變的過長； 而超過上限値則第2透鏡L2之曲率半徑將變的過小，而 造成透鏡難以成形與成像彎曲的修正上之困難。 計算式（4 )，係於滿足計算式（3 )之結構條件下， 制定透鏡光學長度（T + bf)與透鏡全系焦距f之對比。若 低於下限値，則第1透鏡L1之折射力將高過所需，使得 與第2透鏡L2之平衡難以取得，並且無法得到良好畫面 性能。若高過上限値，則與舊式焦距型態相近，全長將變 的過長而無法得到精密之攝像鏡頭。 接下來說明本發明之實施範例。在各實施範例之中， Fno·係Fnumber，ω係半畫角，d爲透鏡間距離，n(J係各 透鏡對於d線（5 8 7 · 6 nm )之折射率，v d係各透鏡之阿 貝數。又，透鏡之各鏡面（r】，r2，r3，r4 )爲非球面之結 構；當以光軸方向爲Z軸，與光軸垂直之方向爲χ軸， 光之行進方向爲正向，圓錐定數爲k，非球面係數爲a、 b、c、d時’非球面之形狀可用計算式（5)表示之。 Z =-厂.r …a x4 + bx6 + cx8 + dx10 ... ( 5 ) 爷 (實施範例1 ) 實施範例1之攝像鏡頭1，其剖面結構係如第一圖所 示。攝像鏡頭1之透鏡資料係如第六圖所示，而第]表之 ‘10- (8) (8)200426390 表面編號，係由物體側開始，沿光軸〇依序編成之。表 面編號0 ( S TO )相當於開口光圈S。表面編號1、2相當 於第1透鏡L1之：r!、r2，表面編號3、4相當於第2透鏡 L2之；r3、r4。表面編號5相當於平行平面玻璃之物體側之 面r5，表面編號6相當於平行平面玻璃之像側之面r6。間 隔 d係表示上述各表面間之光軸上間隔距離（d 1，d2， d3，d4，d5，d6 )。第二表之數値係以科學記號表示，例 如「1.04989E-01」即「1.04989x10·]」。覆蓋玻璃 20 之 厚度係〇.4mm。 從第7圖到第9圖，表示了實行範例的各種像差；第 7圖係球面像差，第8圖係非點像差，第9圖係彎曲像 差。根據第7圖，破折線係d線之球面像差，實線係F線 之球面像差，虛線係C線之球面像差。根據第8圖，實線 係切線方向成像面之像差，虛線係矢狀成像面之像差。第 九圖係對應d線之彎曲像差。另外，以上圖面所用之像差 記號適用於下記之實行範例2到5。 (實行範例2-5 ) 實行範例2到5的攝像鏡頭，其橫剖面圖如第2圖到 第5圖所示。又，實行範例2到5的透鏡資訊各自紀錄於 第10圖、第I4圖、第18圖，以及第22圖之中；而實行 範例2到5之球面像差則各自紀錄於第1 1圖、第〗5圖、 第1 9圖，以及第2 3圖之中；實行範例2到5之非點像差 各自紀錄於第]2圖、第]6圖、第2 0圖，以及第2 4圖之 -11 - (9) (9)200426390 中；實行範例2到5之彎曲像差各自紀錄於第13圖、第 17圖、第21圖，以及第25圖之中。 第2 6圖的第1表係依據本發明之實行範例1到5之 透鏡資料，紀錄以計算式（1 )到（4 )所計算出之數値。 第26圖的第2表，係依據專利文件1所記載之透鏡資 料，紀錄以計算式（1 )到（4 )所計算出之數値。從以上 的表可以明顯得知，據本發明之實行範例1到5之攝像鏡 頭，與專利文件1相較之下，不只是有充分的後焦距 (bf)，其透鏡光學長度（T + bf)也相當的短。因此，在 第二透鏡L2與成像面Μ之間能加入平行平面玻璃（光學 濾鏡）1 0，除了能達到高解析度的攝像之外，還能將該攝 像鏡頭與包含其攝像鏡頭之攝像裝置小型化，以適用於小 型照相機與超薄照相機。 以上雖說明了本發明之最佳實行狀態，但本發明並無 特定之實行型式，並可依專利申請範圍內記載之本發明主 旨範圍，做多種變形與變更。 係如以上說明所述，本發明之攝像鏡頭與攝像裝置， 係由第1之雙凸面鏡與第2之彎月形狀透鏡在滿足計算式 (1 )與計算式（2 )的狀況下所構成；可提供既有充分後 焦距與極短光學長度所帶來的之極精密而高性能之攝像功 能’又有良好成本表現的攝像鏡頭與攝像裝置。 【圖式簡單說明】 〔第]圖〕 -12- (10) (10)200426390 本圖係表示關於本發明之實行形態之攝像鏡頭之結 構，也就是實行範例1之攝像鏡頭之結構。 〔第2圖〕 實行範例2之結構示意圖 〔第3圖〕 ~ 實行範例3之結構示意圖 · 〔第4圖〕 實行範例4之結構示意圖 〔第5圖〕 實行範例5之結構示意圖 〔第6圖〕 · 實行範例1之透鏡資料示意圖 〔第7圖〕 ^ 實行範例1之球面像差示意圖 〔第8圖〕 實行範例1之非點像差示意圖 •13- (11) (11)200426390 〔第9圖〕 實行範例1之彎曲像差示意圖 〔第10圖〕 實行範例2之透鏡資料示意圖 〔第1 1圖〕 ~ 實行範例2之球面像差示意圖 φ 〔第12圖〕 實行範例2之非點像差示意圖 〔第13圖〕 實行範例2之彎曲像差示意圖 〔第14圖〕 · 實行範例3之透鏡資料示意圖 〔第15圖〕 ^ 實行範例3之球面像差示意圖 〔第1 6圖〕 實行範例3之非點像差示意圖 -14- (12) 200426390 〔第17圖〕 實行範例3之彎曲像差示意圖 〔第18圖〕 實行範例4之透鏡資料示意圖 〔第19圖〕
實行範例4之球面像差示意圖 〔第20圖〕 實行範例4之非點像差示意圖 〔第21圖〕
實行範例4之彎曲像差示意圖 〔第22圖〕 實行範例5之透鏡資料示意圖 〔第23圖〕 實行範例5之球面像差示意圖 〔第24圖〕 實行範例5之非點像差示意圖 -15- (13) (13)200426390 〔第25圖〕 實行範例5之彎曲像差示意圖 〔第26圖〕 本發明所記載之各實行範例之攝像鏡頭，與專利文件 1之各實行範例之攝像鏡頭之鏡頭功能對比之圖表。 ~ 主要元件符號說明 φ L1第1透鏡 L2第2透鏡 Π第1透鏡之物體側之面於光軸附近之曲率半徑 Ο第1透鏡之像側之面於光軸附近之曲率半徑 Ο第2透鏡之物體側之面於光軸附近之曲率半徑 r4第2透鏡之像側之面於光軸附近之曲率半徑 dl第1透鏡於光軸上之芯厚度 d2第]透鏡與第2透鏡於光軸上的間隔 鲁 d3第2透鏡於光軸上之芯厚度 d4光學濾鏡之厚度 d5覆蓋玻璃之厚度 ‘ f透鏡全系之焦距 bf後焦距 S開口光圈 T從開口光圈S之物體側之面到第2透鏡之像側之 面之光軸上距離 -16- (14) (14)200426390 Μ成像面 1攝像鏡頭 1 0平行平面玻璃（光學濾鏡） 2 0覆蓋玻璃
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