TW201520634A

TW201520634A - 小型化定焦鏡頭

Info

Publication number: TW201520634A
Application number: TW102143852A
Authority: TW
Inventors: Jian-Wei Li
Original assignee: Showin Technology Co Ltd
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-01
Also published as: TWI484246B

Abstract

一種小型化定焦鏡頭，包含有由物側至成像面且沿光軸依序排列之一第一鏡片、一光圈、一第二鏡片、一第三鏡片及一第四鏡片。該第一鏡片具有正屈光力之凸凹透鏡，且其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面；該第二鏡片具有負屈光力之凸凹透鏡，且其凹面朝向該物側，而凸面朝向該成像面；該第三鏡片為具有正屈光力之凸凹透鏡，且其凹面朝向該物側，而凸面朝向該成像面；該第四鏡片朝向該物側之鏡面為非球面表面並具有反曲點，而朝向該成像面之鏡面為非球面表面並具有反曲點，使其屈光力由光軸通過處往鏡片邊緣逐漸由負屈光力轉成正屈光力。

Description

小型化定焦鏡頭

本發明係應用於光學鏡頭，特別是指一種小型化定焦鏡頭。

近年來，由於行動裝置的蓬勃發展，連帶促進了數位相機模組的市場需求。為了提供行動裝置的方便性與可攜性，市場普遍希望在維持品質的情況下，朝小型化、輕量化發展。而小型化輕量化的利因，也帶動其他應用市場的需求，例如：汽車產業、遊戲機產業、家電產業等，都開始利用小型化影像擷取裝置，創造更多便利的功能。

目前，一般攝像模組的感光元件，主要可分為感光耦合元件(Charge coupled Device，CCD)與互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)，其中因CMOS具備低成本、低耗電性與高整合性，讓CMOS逐漸成為市場上行動裝置感光元件的主流。此外，由於半導體製程技術的進步，使得畫素大小已可大幅降低，此利因可讓感光元件提供更高畫素的影像，但也因縮小畫素面積，使得入光量減少，勢必需要透鏡系統提供更高亮度以降低雜訊影響。

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。

除此之外，目前影像設備所採用的小型化定焦鏡頭，漸趨往廣角發展，但廣角系統常有視角不夠廣、畸變及色差問題，而容易影響其影像品質。

有鑑於此，主要目的在於提供一種小型化定焦鏡頭，是由四片透鏡所組成，除可提供小型化與高光量的需求外，亦能有效提升廣角系統之可視角。

緣以達成上述目的，本發明所提供小型化定焦鏡頭包含有由一物側至一成像面且沿一光軸依序排列之一第一鏡片、一光圈、一第二鏡片、一第三鏡片以及一第四鏡片；其中，該第一鏡片具有正屈光力之凸凹透鏡者，且其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面；該第二鏡片具有負屈光力之凸凹透鏡者，且其凹面朝向該物側，而凸面朝向該成像面；該第三鏡片為具有正屈光力之凸凹透鏡者，且其凹面朝向該物側，而凸面朝向該成像面；該第四鏡片朝向該物側之鏡面為非球面表面並具有反曲點，而朝向該成像面之鏡面為非球面表面並具有反曲點，使其屈光力由光軸通過處往鏡片邊緣逐漸由負屈光力轉成正屈光力。

依據上述構思，該小型化定焦鏡頭更滿足有以下條件：0.55<Image/TTL<0.8；其中，Image是指該小型化定焦鏡頭的成像高度；TTL是指該小型化定焦鏡頭的系統總長。

依據上述構思，該小型化定焦鏡頭更滿足有以下條件：7<|EFLY(2)|/|EFLY(3)|<11；其中，EFLY(2)為該第二鏡片之有效焦距；EFLY(3)為該第三鏡片的有效焦距。

藉此，透過上述之光學設計，便可使得該小型化定焦鏡頭具有體積小、廣角、光學畸變小以及高光學效能之效果。

1~3‧‧‧小型化定焦鏡頭

L1‧‧‧第一鏡片

L2‧‧‧第二鏡片

L3‧‧‧第三鏡片

L4‧‧‧第四鏡片

STO‧‧‧光圈

Z‧‧‧光軸

CF‧‧‧濾光片

Im‧‧‧成像面

S1~S11‧‧‧鏡面

圖1為本發明第一較佳實施例之鏡片圖；圖2A為本發明第一較佳實施例之場曲圖；圖2B為本發明第一較佳實施例之畸變圖；圖2C為本發明第一較佳實施例之縱向色差圖；圖3為本發明第二較佳實施例之鏡片圖；圖4A為本發明第二較佳實施例之場曲圖；圖4B為本發明第二較佳實施例之畸變圖；圖4C為本發明第二較佳實施例之縱向色差圖；圖5為本發明第三較佳實施例之鏡片圖；圖6A為本發明第三較佳實施例之場曲圖；圖6B為本發明第三較佳實施例之畸變圖；圖6C為本發明第三較佳實施例之縱向色差圖。

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小型化定焦鏡頭1

包含有沿一光軸Z且由一物側至一成像面Im依序排列之一第一鏡片L1、一光圈STO、一第二鏡片L2、一第三鏡片L3以及一第四鏡片L4。另外，依使用上之需求，該第四鏡片L4與該成像面Im之間更可設置有一濾光片(Optical Filter)CF，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為具有正屈光力之凸凹透鏡，其凸面朝向該物側，凹面朝向該成像面，藉以使該小型化定焦鏡頭1具有廣角之光學特性。另外，該第一鏡片L1之兩面S1、S2皆為非球面表面，而非球面之設計目的，在於可有效地修正該小型化定焦鏡頭1於廣角光學設計時容易出現的畸變問題。

該第二鏡片L2為具有負屈光力之凸凹透鏡，其凹面朝向該物側，而凸面朝向該成像面，且其兩面S4、S5皆為球面表面。

該第三鏡片L3為具有正屈光力之凸凹透鏡，其凹面朝向該物側，而凸面朝向該成像面，且其兩面S6、S7皆為球面表面。

該第四鏡片L4朝向該物側之鏡面S8為非球面表面並具有反曲點，使該第四鏡片L4之鏡面S8的曲率半徑，由光軸通過處往鏡片邊緣逐漸由正轉負再轉正。另外，該第四鏡片L4朝向該成像面之鏡面S9為非球面表面並具有反曲點，使該第四鏡片L4之鏡面S9的曲率半徑，由光軸通過處往鏡片邊緣逐漸由正轉負，並與該第四鏡片L4之鏡面S8配合，而使得該第四鏡片L4之屈光力由光軸通過處往鏡片邊緣逐漸由負屈光力轉成正屈光力。

另外，除上述該等鏡片L1~L4之結構設計外，於本實施例中，該小型化定焦鏡頭1更滿足以下條件式：(1)0.55<Image/TTL<0.8；(2)7<|EFLY(2)|/|EFLY(3)|<11；其中，Image為該小型化定焦鏡頭1之成像高度；TTL為該小型化定焦鏡頭1之系統總長；EFLY(2)為該第二鏡片L2的有效焦距；EFLY(3)為該第三鏡片L3的有效焦距。

為有效提升該小型化定焦鏡頭1之光學效能，本發明第一較佳實施例之小型化定焦鏡頭1的系統焦距F、數值孔徑Fno、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R、各鏡面與下一鏡面(或成像面Im)於光軸Z上之距離D、各鏡片之折射率Nd、各鏡片之阿貝係數Vd，如表一所示：

本實施例的各個透鏡中，該等非球面表面S1、S2、S4、S5、S6、S7、S8、及S9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；α 2~α 8：表面之孔徑半徑h的各階係數。

在本實施例中，各個非球面表面的非球面係數k及各階係數α 2~α 8，如表二所示：

而於本實施例中，該小型化定焦鏡頭1於前述條件式之比值如下所述：(1)Image/TTL=0.71008；(2)|EFLY(2)|/|EFLY(3)|=9.70339；藉此，透過之設計，而可使得該小型化定焦鏡頭1之廣角視角擴大至88度，且同時具有短系統總長之優點，並透過該第二鏡片L2與該第三鏡片L3之焦距的搭配，可有效地消除該小型化定焦鏡頭1之色差，進而提升該小型化定焦鏡頭1之成像品質。

藉由上述的鏡片L1~L4及光圈STO配置，使得本實施例之小型化定焦鏡頭1在成像品質上也可達到要求，這可從圖2A至圖2C看出，其中，由圖2A可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭1的最大場曲不超過-0.08mm及0.04mm；由圖2B可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭1的最大畸變量不超過-0.3%及1.8%；由圖2C可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭1的橫向色差不超過-0.04mm與0.02mm。是以，顯見本實施例之小型化定焦鏡頭1的高光學效能。

以上所述的，為本發明第一實施例的小型化定焦鏡頭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小型化定焦鏡頭2。

本發明第二較佳實施例之小型化定焦鏡頭2同樣包含有沿一光軸Z且由一物側至一成像面Im依序排列之一第一鏡片L1、一光圈STO、一第二鏡片L2、一第三鏡片L3、一第四鏡片L4、以及一濾光片CF。其中：該第一鏡片L1為具有正屈光力之凸凹透鏡，其凸面朝向該物側，凹面朝向該成像面，藉以使該小型化定焦鏡頭2具有廣角之光學特性。另外，該第一鏡片L1之兩面S1、S2皆為非球面表面，而非球面之設計目的，在於可有效地修正該小型化定焦鏡頭2於廣角光學設計時容易出現的畸變問題。

另外，除上述該等鏡片L1~L4之結構設計外，於本實施例中，該小型化定焦鏡頭2更滿足以下條件式：(1)0.55<Image/TTL<0.8；(2)7<|EFLY(2)|/|EFLY(3)|<11；其中，Image為該小型化定焦鏡頭2之成像高度；TTL為該小型化定焦鏡頭2之系統總長；EFLY(2)為該第二鏡片L2的有效焦距；EFLY(3)為該第三鏡片L3的有效焦距。

為達上述目的並有效提升該小型化定焦鏡頭2之光學效能，本發明第一較佳實施例之小型化定焦鏡頭2的系統焦距F、數值孔徑Fno、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R、各鏡面與下一鏡面(或成像面Im)於光軸Z上之距離D、各鏡片之折射率Nd、各鏡片之阿貝係數Vd，如表三所示：

本實施例的各個透鏡中，該等非球面表面S1、S2、S4、S5、 S6、S7、S8、及S9之表面凹陷度z由下列公式所得到：

在本實施例中，各個非球面表面的非球面係數k及各階係數α 2~α 8，如表四所示：

而於本實施例中，該小型化定焦鏡頭2於前述條件式之比值如下所述：(1)Image/TTL=0.71254；(2)|EFLY(2)|/|EFLY(3)|=9.71386；藉此，透過之設計，而可使得該小型化定焦鏡頭2之廣角視角擴大至88.1度，且同時具有短系統總長之優點，並透過該第二鏡片L2與該第三鏡片L3之焦距的搭配，可有效地消除該小型化定焦鏡頭2之色差，進而提升該小型化定焦鏡頭2之成像品質。

藉由上述的鏡片L1~L4及光圈STO配置，使得本實施例之小型化定焦鏡頭2在成像品質上也可達到要求，這可從圖4A至圖4C看出，其中，由圖4A可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭2的最大場曲不超過-0.08mm及0.04mm；由圖4B可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭2的最大畸變量不超過-0.3%及1.8%；由圖4C可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭2的橫向色差不超過-0.04mm與0.02mm。是以，顯見本實施例之小型化定焦鏡頭2的高光學效能。

另外，除上述第一實施例與第二實施例的小型化定焦鏡頭1、2外，請參閱圖3，本發明第三較佳實施例之小型化鏡頭3同樣包含有沿一光軸Z且由一物側至一成像面Im依序排列之一第一鏡片L1、一光圈STO、一第二鏡片L2、一第三鏡片L3、一第四鏡片L4、以及一濾光片CF。其中：該第一鏡片L1為具有正屈光力之凸凹透鏡，其凸面朝向該物側，凹面朝向該成像面，藉以使該小型化定焦鏡頭2具有廣角之光學特性。另外，該第一鏡片L1之兩面S1、S2皆為非球面表面，而非球面之設計目的，在於可有效地修正該小型化定焦鏡頭3於廣角光學設計時容易出現的畸變問題。

另外，除上述該等鏡片L1~L4之結構設計外，於本實施例中，該小型化定焦鏡頭3更滿足以下條件式：(1)0.55<Image/TTL<0.8；(2)7<|EFLY(2)|/|EFLY(3)|<11；其中，Image為該小型化定焦鏡頭3之成像高度；TTL為該小型化定焦鏡頭3之系統總長；EFLY(2)為該第二鏡片L2的有效焦距；EFLY(3)為該第三鏡片L3的有效焦距。

為達上述目的並有效提升該小型化定焦鏡頭3之光學效能，本發明第一較佳實施例之小型化定焦鏡頭3的系統焦距F、數值孔徑Fno、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R、各鏡面與下一鏡面(或成像面Im)於光軸Z上之距離D、各鏡片之折射率Nd、各鏡片之阿貝係數Vd，如表五所示：

在本實施例中，各個非球面表面的非球面係數k及各階係數α 2~α 8，如表六所示：

而於本實施例中，該小型化定焦鏡頭3於前述條件式之比值如下所述：(1)Image/TTL=0.71343；(2)|EFLY(2)|/|EFLY(3)|=10.51282；藉此，透過之設計，而可使得該小型化定焦鏡頭3之廣角視角擴大至88.1度，且同時具有短系統總長之優點，並透過該第二鏡片L2與該第三鏡片L3之焦距的搭配，可有效地消除該小型化定焦鏡頭3之色差，進而提升該小型化定焦鏡頭3之成像品質。

藉由上述的鏡片L1~L4及光圈STO配置，使得本實施例之小型化定焦鏡頭3在成像品質上也可達到要求，這可從圖6A至圖6C看出，其中，由圖6A可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭3的最大場曲不超過-0.08mm及0.04mm；由圖6B可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭3 的最大畸變量不超過-0.3%及1.8%；由圖6C可看出，本實施例之小型化定焦鏡頭2的橫向色差不超過-0.04mm與0.02mm。是以，顯見本實施例之小型化定焦鏡頭3的高光學效能。

以上所述僅為本發明各較佳實施例而已，並不以此為限，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，理應包含在本創作之專利範圍內。

1‧‧‧小型化定焦鏡頭