TW201344280A - 微小型鏡頭 - Google Patents

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Abstract

一種微小型鏡頭包含有沿一光軸且由一物側至一像側依序排列之一光圈、一第一鏡片、一第二鏡片、一第三鏡片、一第四鏡片以及一第五鏡片，其中，該第一鏡片為一具有正屈光力之新月型透鏡，其凸面朝向該物側，且至少一表面為非球面表面；該第二鏡片為一具有正屈光力之雙凸透鏡，且至少一表面為非球面表面；該第三鏡片為一具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面朝向該物側，且至少一表面為非球面表面；該第四鏡片具有正屈光力，且至少一表面為非球面表面；該第五鏡片具有負屈光力，且至少一表面為非球面表面。

Description

微小型鏡頭
本發明係與光學鏡頭有關，更詳而言之是指一種微小型鏡頭。
近年來，隨著影像科技之進步，如電荷耦合元件(Charge coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)...等影像擷取裝置大量地被使用於如數位相機或手機...等影像設備(image pick-up apparatus)上。隨著近年來這些影像設備的小型化，上述影像擷取裝置以及應用在上述影像設備上的鏡頭的體積，也被大幅地縮小。另外，由於影像擷取裝置之畫素(pixel)愈來愈高，用以配合這些影像擷取裝置使用的鏡頭，也要能夠具有更高的光學效能，才能使這些影像擷取裝置達成高解析度和高對比之展現。因此，小型化和高光學效能，是影像設備之鏡頭不可缺兩項要件。
在以前，由一片到兩片鏡片組成的鏡頭就可以滿足當時影像擷取設備的需求，但隨著畫素需求的增加，使用更多鏡片的鏡頭才能夠滿足高畫素之需求。
目前影像設備所採用的微小型鏡頭，為達較佳之光學效能，不外乎由五片鏡片或是由五片以上之鏡片所組成。其中，五鏡片式的鏡頭體積較小，但光學效能大多較為不足，已逐漸無法滿足現今高畫素之需求；而由五片鏡片以上之鏡頭雖具有較佳的光學效能，但其體積較五鏡片式鏡頭大，卻又無法達到有效小型化之目的。
綜合以上所述可得知，已知的微小型鏡頭仍未臻完善，且尚有待改進之處。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種微小型鏡頭，是由五片鏡片所組成，不但體積小，且具有高光學效能。
緣以達成上述目的，本發明所提供之微小型鏡頭包含有沿一光軸且由一物側至一像側依序排列之一光圈、一第一鏡片、一第二鏡片、一第三鏡片、一第四鏡片以及一第五鏡片，其中，該第一鏡片為一具有正屈光力之新月型透鏡，其凸面朝向該物側，且至少一表面為非球面表面；該第二鏡片為一具有正屈光力之雙凸透鏡，且至少一表面為非球面表面；該第三鏡片為一具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面朝向該物側，且至少一表面為非球面表面；該第四鏡片具有正屈光力，且至少一表面為非球面表面；該第五鏡片具有負屈光力，且至少一表面為非球面表面。
依據上述構思，該第一鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
依據上述構思，該第二鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
依據上述構思，該第三鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
依據上述構思，該第四鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
依據上述構思，該第四鏡片為一新月型透鏡，且其凸面朝向該像側。
依據上述構思，該第五鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
依據上述構思，該第五鏡片從該光軸通過之處至其周緣，其屈光力由負屈光力逐漸轉變成正屈光力。
依據上述構思，該第五鏡片朝向該物側的表面的光軸區域的曲率半徑為正值，自該光軸區域至該第三鏡片周緣之曲率半徑則為負值，其中，該光軸區域係指包含該光軸通過處和其預定範圍的鄰近區域。
依據上述構思，該第五鏡片朝向該像側的表面的光軸區域的曲率半徑為正值，自該光軸區域至該第三鏡片周緣之曲率半徑則為負值，其中，該光軸區域係指包含該光軸通過處和其預定範圍的鄰近區域。
依據上述構思，該第一鏡片、該第二鏡片、該第三鏡片、該第四鏡片以及該第五鏡片皆係以塑膠材料製成。
藉此，透過上述之鏡片設計，將使得該微小型鏡頭不僅體積小，且同時具有高光學效能。
為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後。
請參閱圖1，本發明第一較佳實施例之微小型鏡頭1包含有沿一光軸Z且由一物側至一像側依序排列之一光圈ST、一第一鏡片L1、一第二鏡片L2、一第三鏡片L3、一第四鏡片L4以及一第五鏡片L5。另外，依使用上之需求，該第五鏡片L5與該像側之間更可設置有一濾光片CF(Color Filter)，以濾除掉不必要之雜訊光，而可達到提升光學效能之目的。其中：該第一鏡片L1為一以塑膠材料製成且具有正屈光力之新月型透鏡，其凸面S2朝向該物側，且兩個表面S2、S3皆為非球面表面。
該第二鏡片L2為一以塑膠材料製成且具有正屈光力之雙凸透鏡，其兩個表面S4、S5皆為非球面表面。
該第三鏡片L3為一以塑膠材料製成且具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面S6朝向該物側，且兩個表面S6、S7皆為非球面表面。
該第四鏡片L4為一以塑膠材料製成且具有正屈光力之新月型透鏡，其凸面S9朝向該像側，且兩個表面S8、S9皆為非球面表面。
該第五鏡片L5為一以塑膠材料製成且該光軸Z通過之處具有負屈光力之透鏡，其從該光軸Z通過之處至其周緣，其屈光力由負屈光力逐漸轉變成正屈光力。另外，該第五鏡片L5朝向該物側的表面S10的光軸Z區域(指包含該光軸Z通過處和其預定範圍的鄰近區域)的曲率半徑(radius of curvature)為正值，自該光軸Z區域至該第五鏡片L5周緣之曲率半徑則為負值。而該第五鏡片L5朝向該像側的表面S11的光軸Z區域的曲率半徑為正值，自該光軸Z區域至該第五鏡片L5周緣之曲率半徑則為負值。
而上述微小型鏡頭1之鏡片配置中，該第一鏡片L1至第五鏡片L5之正、正、負、正、負的屈光力特性，並配合上該等鏡片L1~L5之非球面設計，不僅可使該微小型鏡頭1具有較佳之成像效果，並可有效縮短鏡頭光學總長(Total Track)，更可使該微小型鏡頭1得到較大的可視角(Field of View Angle，FOV)。
本發明第一實施例之微小型鏡頭1的焦距F(Focus Length)、數值孔徑Fno(F-number)、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R(radius of curvature)、各表面與下一表面於光軸Z上之間距D(distance)、各鏡片之折射率Nd(refractive index)及各鏡片之阿貝係數Vd(Abbe number)，如表一所示：
本實施例的各個鏡片中，該等非球面表面S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10及S11之表面凹陷度z由下列公式所得到：
其中：
z：非球面表面之凹陷度；
c：曲率半徑之倒數；
h：表面之孔徑半徑；
k：圓錐係數；
A～Q：表面之孔徑半徑h的各階係數。
在本實施例中，各個非球面表面的圓錐係數k(conic constant)及表面孔徑半徑h的各階係數A～Q如表二所示：
藉由上述的鏡片及光圈ST配置，使得本實施例之微小型鏡頭1不但可有效縮小體積以符合小型化之需求，在成像品質上也可達到要求，這可從圖2A至圖2D看出。
由圖2A可看出，本實施例之最大場曲不超過0.02 mm和-0.12 mm；由圖2B可看出，本實施例之畸變量不超過2%；由圖2C可看出，本實施例無論在哪個視場位置都具有良好的解析度；圖2D中，當視場位置在0.000mm時，本實施例之均方根半徑值(RMS Radius)為1.081μm，而分佈半徑(GEO Radius)為3.653μm；當視場位置在0.574mm時，本實施例之均方根半徑值為1.670μm，而分佈半徑為4.990μm；當視場位置在1.148mm時，本實施例之均方根半徑值為1.364μm，而分佈半徑為6.508μm；當視場位置在1.722mm時，本實施例之均方根半徑值為1.660μm，而分佈半徑為7.805μm；當視場位置在2.296mm時，本實施例之均方根半徑值為2.405μm，而分佈半徑為10.649μm；當視場位置在2.870mm時，本實施例之均方根半徑值為4.054μm，而分佈半徑為14.357μm，顯見本實施例之微小型鏡頭1的解析度及其光學效能是符合標準的。
以上所述的，為本發明第一實施例的微小型鏡頭1；依據本發明的技術，以下配合圖3說明本發明第二實施例之微小型鏡頭2。
該微小型鏡頭2同樣包含有沿一光軸Z且由一物側至一像側依序排列之一光圈ST、一第一鏡片L1、一第二鏡片L2、一第三鏡片L3、一第四鏡片L4以及一第五鏡片L5。另外，依使用上之需求，該第五鏡片L5與該像側之間同樣設置有一濾光片CF(Color Filter)，以濾除掉不必要之雜訊光，而可達到提升光學效能之目的。其中：
該第一鏡片L1為一以塑膠材料製成且具有正屈光力之新月型透鏡，其凸面S2朝向該物側，且兩個表面S2、S3皆為非球面表面。
該第二鏡片L2為一以塑膠材料製成且具有正屈光力之雙凸透鏡，其兩個表面S4、S5皆為非球面表面。
該第三鏡片L3為一以塑膠材料製成且具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面S6朝向該物側，且兩個表面S6、S7皆為非球面表面。
該第四鏡片L4為一以塑膠材料製成且具有正屈光力之新月型透鏡，其凸面S9朝向該像側，且兩個表面S8、S9皆為非球面表面。
該第五鏡片L5為一以塑膠材料製成且該光軸Z通過之處具有負屈光力之透鏡，其從該光軸Z通過之處至其周緣，其屈光力由負屈光力逐漸轉變成正屈光力。另外，該第五鏡片L5朝向該物側的表面S10的光軸Z區域(指包含該光軸Z通過處和其預定範圍的鄰近區域)的曲率半徑(radius of curvature)為正值，自該光軸Z區域至該第五鏡片L5周緣之曲率半徑則為負值。而該第五鏡片L5朝向該像側的表面S11的光軸Z區域的曲率半徑為正值，自該光軸Z區域至該第五鏡片L5周緣之曲率半徑則為負值。
而上述微小型鏡頭2之鏡片配置中，該第一鏡片L1至第五鏡片L5之正、正、負、正、負的屈光力特性，並配合上該等鏡片L1~L5之非球面設計，不僅可使該微小型鏡頭2具有較佳之成像效果，並可有效縮短鏡頭光學總長(Total Track)，更可使該微小型鏡頭2得到較大的可視角(Field of View Angle，FOV)。
本發明第二實施例之微小型鏡頭2的焦距F(Focus Length)、數值孔徑Fno(F-number)、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R(radius of curvature)、各表面與下一表面於光軸Z上之間距D(distance)、各鏡片之折射率Nd(retractive index)及各鏡片之阿貝係數Vd(Abbe number)，如表三所示：
本實施例的各個鏡片中，該等非球面表面S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10及S11之表面凹陷度z由下列公式所得到：
其中：
z：非球面表面之凹陷度；
c：曲率半徑之倒數；
h：表面之孔徑半徑；
k：圓錐係數；
A～Q：表面之孔徑半徑h的各階係數。
在本實施例中，各個非球面表面的圓錐係數k(conic constant)及表面孔徑半徑h的各階係數A～Q如表四所示：
藉由上述的鏡片及光圈ST配置，使得本實施例之微小型鏡頭2不但可有效縮小體積以符合小型化之需求，在成像品質上也可達到要求，這可從圖4A至圖4D看出。
由圖4A可看出，本實施例之最大場曲不超過0.10 mm和-0.08 mm；由圖4B可看出，本實施例之畸變量不超過1.6%；由圖4C可看出，本實施例無論在哪個視場位置都具有良好的解析度；圖4D中，當視場位置在0.000mm時，本實施例之均方根半徑值為0.837μm，而分佈半徑為2.728μm；當視場位置在0.574mm時，本實施例之均方根半徑值為2.264μm，而分佈半徑為6.172μm；當視場位置在1.148mm時，本實施例之均方根半徑值為1.749μm，而分佈半徑為6.127μm；當視場位置在1.722mm時，本實施例之均方根半徑值為1.881μm，而分佈半徑為7.846μm；當視場位置在2.296mm時，本實施例之均方根半徑值為2.781μm，而分佈半徑為10.082μm；當視場位置在2.870mm時，本實施例之均方根半徑值為5.325μm，而分佈半徑為18.000μm，顯見本實施例之微小型鏡頭2的解析度及其光學效能是符合標準的。
綜合以上所可得知，本發明之微小型成像鏡頭不僅可以有效地縮小體積且同時可具有高光學效能。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
1．．．微小型鏡頭
L1．．．第一鏡片
L2．．．第二鏡片
L3．．．第三鏡片
L4．．．第四鏡片
L5．．．第五鏡片
ST．．．光圈
Z．．．光軸
CF．．．濾光片
S1~S13．．．面
2．．．微小型鏡頭
L1．．．第一鏡片
L2．．．第二鏡片
L3．．．第三鏡片
L4．．．第四鏡片
L5．．．第五鏡片
ST．．．光圈
Z．．．光軸
CF．．．濾光片
S1~S13．．．面
圖1為本發明第一較佳實施例之鏡片配置及光路圖；
圖2A為本發明第一較佳實施例之場曲(Field Curvature)圖；
圖2B為本發明第一較佳實施例之畸變(Distortion)圖；
圖2C為本發明第一較佳實施例之光扇(Ray Fan)圖；
圖2D為本發明第一較佳實施例之光點(Spot Diagram)圖；
圖3為本發明第二較佳實施例之鏡片配置圖；
圖4A為本發明第二較佳實施例之場曲(Field Curvature)圖；
圖4B為本發明第二較佳實施例之畸變(Distortion)圖；
圖4C為本發明第二較佳實施例之光扇(Ray Fan)圖；
圖4D為本發明第二較佳實施例之光點(Spot Diagram)圖。
1．．．微小型鏡頭
L1．．．第一鏡片
L2．．．第二鏡片
L3．．．第三鏡片
L4．．．第四鏡片
L5．．．第五鏡片
ST．．．光圈
Z．．．光軸
CF．．．濾光片
S1~S13．．．面

Claims (11)

  1. 一種微小型鏡頭，包含有沿一光軸且由一物側至一像側依序排列之：一光圈；一第一鏡片，為一具有正屈光力之新月型透鏡，其凸面朝向該物側，且至少一表面為非球面表面；一第二鏡片，為一具有正屈光力之雙凸透鏡，且至少一表面為非球面表面；一第三鏡片，為一具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面朝向該物側，且至少一表面為非球面表面；一第四鏡片，具有正屈光力，且至少一表面為非球面表面；以及一第五鏡片，具有負屈光力，且至少一表面為非球面表面。
  2. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第一鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
  3. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第二鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
  4. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第三鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
  5. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第四鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
  6. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第四鏡片為一新月型透鏡，且其凸面朝向該像側。
  7. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第五鏡片之兩個表面皆為非球面表面。
  8. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第五鏡片從該光軸通過之處至其周緣，其屈光力由負屈光力逐漸轉變成正屈光力。
  9. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第五鏡片朝向該物側的表面的光軸區域的曲率半徑為正值，自該光軸區域至該第五鏡片周緣之曲率半徑則為負值，其中，該光軸區域係指包含該光軸通過處和其預定範圍的鄰近區域。
  10. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第五鏡片朝向該像側的表面的光軸區域的曲率半徑為正值，自該光軸區域至該第五鏡片周緣之曲率半徑則為負值，其中，該光軸區域係指包含該光軸通過處和其預定範圍的鄰近區域。
  11. 如請求項1所述之微小型鏡頭，其中，該第一鏡片、該第二鏡片、該第三鏡片、該第四鏡片以及該第五鏡片皆係以塑膠材料製成。
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