TWI329212B - - Google Patents

Description

1329212 .玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種超薄型鏡頭，特別是有關於—種適用於攜帶型 電子裝置上的超薄型鏡頭。 【先前技術】 隨著科技的不展’解型電子裝置，如筆記型賴、行動電話 或個人触咖器（PDA)等，與光電技術互減合已減當今科技 發展的趨勢之-。》，可拍照行動電騎_行動電話與攝影鏡頭 玉口在起’這可做為此一整合技術潮流的典型代表。可拍照手機的 攝表鏡頭不僅需要具有良好的成像品質，還需要有較小的體積及較低 的成本。 爲了減小鏡頭體積及製造成本，目前的鏡頭設計中，常會採用非球 面透鏡。非球面透鏡可以避免球面透鏡所產生的球面像差，而且翠一 片非球面透鏡可峰代多片球面透鏡來補償像差，能解常明顯地簡 化鏡頭的光學設計，減小鏡頭的體積和重量。 另外，鏡頭的製作材質主要有玻璃與塑膠。其中玻璃透鏡的透光係 數較大，成像效果好，但價格較高，而且重量較重，而塑膠透鏡的塑 膠材質輕便，而且價格低廉，但透光係數較小，所以目前市場上常見 的手機鏡頭通常是採用塑膠透鏡與玻璃透鏡互相搭配組合的方式，藉 此取長補短，從而設計出具有所需光學性能的鏡頭。目前市場上的手 機鏡頭大多採用1G (Glass，玻璃）2P (Plastic，塑膠）或1G3p的型 5 1329212 式，其中1G2P的鏡頭設計型式可參見美國專利第6,441，971號所揭示 之技術，其從物方至像方，依次包含有一第一透鏡、一第二透鏡及一 第三透鏡組成，其中的第一透鏡採是用球面玻璃鏡片，而第二、第三 透鏡則採用塑膠材質的非球面鏡片，該鏡頭雖然體積較小，但僅適用 於_*48〇畫素以下的影像感測器，無法滿足當今日益增長的高晝素 攝影的需求。而習知之1G3P的鏡頭設計型式雖可以達到較高階的畫素 要求，惟其重量、成本仍顯偏高。 鑒於以上缺點’非常有必麟供-種成本低、敏缝低且成像品質 高的超薄型鏡頭。 【發明内容】 本發明之主要目的在於提供—種低成本、低公差械度、短總長及 高解析度等特點的超薄型鏡頭。 根據本發明，其提供·_種超薄型綱，從物方至像方依次包含有： -具有正屈光率之第-透鏡、_細、―具有負屈光率之第二透鏡、 及〃有負屈光率之第二透鏡，其中該第一透鏡、第二透鏡及第三透 兄各八有至夕非球面之表面，第三透鏡之近轴的焦距為負，愈往鏡 片邊緣其焦距愈趨向正焦距，此超薄型鏡頭滿^以下條件⑴： 〇.2 fl/F<1.2 ’其巾{7絲示系統整體之有效焦距，係表示第一透鏡 之有效焦距。 此超薄型鏡頭亦滿足於以下條件⑵·‘|R5_R翁<().3，其中F係表 不系統正體之有效焦距，R4係表示第二透鏡之物方曲率半徑，把係表 6 1329212 示第二透鏡之像方曲率半徑。 該等透鏡均可以爲塑膠透鏡，且該等透鏡亦均可採用雙面非球面的 設計’其巾帛—透舰形凸凹正透鏡；帛二透鏡係—凹凸負透 鏡。 在上述第二透鏡之像方側另設有一平板玻璃，而在鏡頭之成像位置 處設置有一影像感測元件。 與本發明之先則技術相比較，本發明超薄型鏡頭之第一透鏡之有效 焦、距與系統整體之有效焦距滿足_定之設計條件，可使得此超薄型鏡 頭之總長度變短、公錄紐降低、製造成本減少。本發明之鏡頭的 光圈疋&置於第-透鏡與第二透鏡之間，可同時兼顧位置及光學 特性的對讎。本發料三透鏡近轴·距為貞，*餘鏡丨邊緣其 焦距愈趨向正焦距，可矯正軸外像差。而且本發明之鏡賴由三片塑 膠透鏡組成’在滿足高解析度的情況下，可進-步降低_成本、減 輕鏡頭重量。 【實施方式】 請參照第一圖所示，本發明超薄型鏡頭1從物方到像方依次包括： 一第一透鏡1〇' -光圈S、一第二透鏡2〇、一第三透鏡30、一平板4〇 及成像面50。第-透鏡1〇係為一面凸一面凹的新月形正透鏡，其中 凸面朝向物方’且至少有—面為非球面，主要用於截取影像並且平衡 像差’其具有較大的聚焦力（ρ_Γ)，可使得整體光學處於較低公差 敏感度。辆S設置於第—透鏡1G與第二透鏡2〇之間，可同時兼顧 7 1329212 出瞳位置㈣Pupil)，嫌怖目差。第 一透鏡2G係為—面凹—面凸的負透鏡，其t凸面超向像方，1主要功 能在於補償色差麟正懈像差，其中至少—面為魏面，其聚隹力 範圍报大’故其聚焦力職影響不大，且鏡綱的選擇性影響不 大。第三透細織，跑卜編，轉功能在於矯 正轴外像差，例如像散與畸變等，該第三透鏡的近轴焦距為負，但由 於非球面_素’使得愈往鏡片邊緣其焦距愈趨向正焦距，最終該鏡 片邊緣的焦距變成正焦距。 上述平板4G係-平板補’其至少有—表面上職—層具有特定 功效（例如：抗反射或紅外線過攄）的薄膜，以提高成像品質。成像 面50係為影像感測元件之表面，位於像方位置上，該影像感測元件可 以是電荷齡裝置（ChaiBe — Deviee，_CCD)錢互補式金 (Complementaiy Metal-Oxide Semiconductor ^CMOS) > 或著其他等效的裝置。—般而言’在行動f話巾，基於穌考慮，通 常會採用CMOS元件。 爲逹到縮短總長、降低公差敏感度及提高解析度之目的，本發明超 薄型鏡頭1需滿足以下條件： 0.2<fl/F<1.2 ⑴ 在上述式子（1)中，F係表示系統整體之有效焦距，^表示第一 透鏡10之有效焦距。當系統整體之有效焦距與第一透鏡1〇之有效焦 8 距的比值大於上限（即12)時，該超薄型鏡頭i總長會變長，有背於 鏡頭㈣&小的需求，而當該比值小於下限（即G2)時，第—透鏡10 將承觉祕之大部分的聚焦力，導致魏紐大幅增加，㈤時該第一 透鏡10之邊厚亦會不足，不利於生産製造。 在上述式子（2)中，除了代表系統整體有效焦距的F以外，R4 係代表第二透鏡2〇之物方曲轉徑，Μ絲示第二透鏡2g之像方西 率半徑。當該比值超過上限值〇·3時，轴外像差將不易矯正。 本發明超薄型鏡頭1具有大視角（約爲6〇度）、大孔徑數值（F number)約1:2·8、低製造概度及低成本的赫。本發明超薄型鏡頭 1係由上述二個透鏡組成，該等透鏡可以全部採用塑膠材質，藉此進一 步降低鏡頭成本、減輕鏡頭重量。 本發明超薄型_ 1之第-透鏡1G、第二透鏡2G及第三透鏡3〇 均至少具有一非球面之表面，其滿足下列非球面公式： - ch2 , ζ Γ~―"—T + Ah +Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16 l + [l-(k + l)2h2f 其中：Z爲沿綠方向在高度爲h的位置以表面頂點作參考触轴的位 移值，k爲錐度常量，c為曲率半徑的倒數；h表示鏡片高度；A表示 四次（4th Order)的非球面係數（Aspherical〜历den〇，B表示六次 的非球面絲，C表示八次_麵絲，D表示十次_球面係數， E表示十二次的非球聽數’ F表示十四次的麵面係數，G表示十六 次的非球面係數。 下面將具體結合本發明超薄型鏡頭i的不同實施例對本發明的鏡 頭效果加以證明。其中所引用之表面序號si、s2、s3、s4、S5、S6、s7、 s8將分別代表第一透鏡1〇之靠近於物方之表面、第一透鏡1〇之靠近 於像方之表面、光圈S、第二透鏡20之靠近於物方之表面、第二透鏡 20之靠近於像方之表面、第三透鏡30之靠近於物方之表面、第三透鏡 30之靠近於像方之表面、平板40之靠近於物方之平面。 本發明超薄型鏡頭1的第一實施例中各透鏡的相關參數如下表一 所示： 表一 表面序 號 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度(mm) (Thickness) 折射率 (Nd) 阿貝係數 (Vd) si 0.9359 0.675 1.5146 56.96 s2 3.4193 0.153 s3 00 0.434 s4 -0.7151 0.645 1.5854 29.9 s5 -0.9679 0.105 s6 -6.1301 0.842 1.5146 56.96 s7 13.9067 0.707 s8 00 0.5 1.5168 64.2 在該第一實施例中，該第一透鏡10、20的兩面均採用非球面設計， 而第三透鏡30則僅在像方側採用非球面設計，其非球面係數的數值如 表面序號si (第一透鏡1〇之物方侧）： k= -2.808703 A= 0.394320 B= -0.197298 C= 0.311366 D= -0.465009 E= -0.047823 F=〇 G=0 表面序號s2 (第一透鏡l〇之像方侧）： 1329212 k= 15.762875 A=-0.170336 D=0 E=〇 B=-0.491191F=0 表面序號s4 (第二透鏡20之物方側）： k= 0.879081 a=0D=0 E=0 B=0F=0 C= 0.531893 G=0 C=0 G=0 表面序號s5 (第二透鏡2〇之像方側）： k=-0.147239 D= -0.700089 A=0.104437 E= 0.479362 B= -0.075964F=0 C= 0.483990 G=0

表面序號s7 (第三透鏡4〇之像方侧）： k= A=-0.114284 B= 0.030517 C=-0.010593 D= -0.002220 E= 0.002440 p= -〇.〇〇〇5〇l G=0 依照上述表一的各透鏡的參數’可得到該鏡頭的下列各參數值： 系統的有效焦距（F) 3.653 mm 孔控值（F-number) 2.88 系統總長（TT) 4.06 mm η 2.292 fl/F 0.627 |R5-R4|/TT 0.062

依照上述參數設計的本發明第一實施例之超薄型鏡頭1之縱向球 差、像場凹陷及橫向色差均可以得到有效校正，其光學表現如第二A

至一C圖所示。 本發明超薄型鏡頭1的第二實施例的各透鏡之相關參數如下表二 所示： 11 丄奶212 表二. 表面序 _霉 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度(mm) (Thickness) 折射率 (Nd) 阿貝係數 一 (Vd) sl 0.9337 0.726 1.5146 56.96 s2 2.7597 0.133 s3 00 0.421 s4 -0.7385 0.59 1.5146 56.96 s5 -0.9967 0.1 s6 -8.9344 0.907 1.5146 56.96 s7 14.95 0.68 s8 00 0.5 1.5168 64.17 在該第二實施例中，該三個透鏡1〇、2〇及30的兩面均採用非球面

設計，其非球面係數的數值如下： 表面序號si (第一透鏡10之物方側）： k=-2.716889 A=0.405953 B= -0.188334 p= -0.316209 E= 0.026571 F= 0 表面序號s2 (第一透鏡10之像方側）： C= 0.397581 G= 0

k= 16.325236 A=-0.085681 B= -0.582083 〇=0 E= 0 F= 0 表面序號s4 (第二透鏡20之物方側）： k= 0.738850 A= 0.068129 B=-1.863102 p=-47.161189 E=0 F=0 表面序號s5 (第二透鏡20之像方側）： C= 0.147439 G=0 C= 15.080392 G= 0 k= 17.7129919891044 A=-0.0034585186132 B= 0.037882875996 C= -0.0228896924796 D= -0.0009122530641 E=0 F=0 G=0 表面序號s6 (第三透鏡30之物方側）： k=-0.246528 A= 0.068129 B=-1.863102 C= 15.080392 12 1329212

D=-47.161189 E= Ο p= 〇 〇 表面序號s7 (第三透鏡3〇之像方側）： k- -50.613236 A=-0.108108 B= 0.027554 C=-0.010052 D=-0.002145 E= 0.002452 F= -0.000495 G=0 依照上述表二的各透鏡的參數，可得到該鏡頭的下列各參數值：

差、像場凹陷及橫向色差均可以得到有效校正，其光學表現如第二A 至二C圖所示。 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申 請。惟’以上所述者鶴本發明之較佳實施方式，舉凡熟冑本案技術

系統的有效焦距（F) 3.642 mm 孔徑值（F-number) 2.88 系統總長（TT) 4.08 mm fl 2.416 n/F 0.663 |R5-R4|/TT 0.063 依照上述參數设§十的本發明第二實施例之超薄型鏡頭丨之縱向球 之人士援依本發明之麟_之粒料或變化，皆涵蓋於後附之申 清專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明超薄型鏡頭之結構示意圖。 第-A至二(：圖係本發明第-實施例之超薄型鏡頭所形成的縱向球 差、像場凹陷及橫向色差之曲線示意圖。 第三A至三C圖係本發明第二實施例之超薄型鏡頭所形成的縱向球 差、像場凹陷及橫向色差之曲線示意圖。 13 1329212 【主要元件符號說明】 超薄型鏡頭 1 光圈 S 第一透鏡 10 第二透鏡 20 第三透鏡 30 平板 40 成像面 50 14

Claims (1)

1. t 丨'、，:'d 申請專利範圍： 一種超薄型鏡頭，其從物方至像方依次包含有：-具有正屈光率之 第一透鏡、—細、—具有負屈光率之第二透鏡以及-具有負屈光 率之第三ϋ鏡，其中該三個透鏡各具有至少一非球面之表面，且第 三透鏡之近她距為貞，雜«邊緣其焦距愈趨向正焦距，且該 鏡頭滿足下列條件： 〇.2<fl/F<i.2 2. 其中Μ表示魏整體之有聽距，㈣表示第—透鏡之有效焦距。 如申明專利細第1項所述之超薄型鏡頭，其中該超薄型鏡頭還滿 足下列條件： <0.3 |R5-R4| F 其中F係表示純健之有效舰，R4絲示第二魏之物方曲 率半控，R5係表示第二透鏡之像方曲率半徑。 如申請專利細第1項所述之超薄型鏡頭，其中第―、第二及第： 透鏡均爲塑膠透鏡。 如申請專利範圍第1項所述之超薄型鏡頭，其中第―、第二及第三 透鏡均為雙面非球面透鏡。 如申請專利範圍第1項所述之超薄型鏡頭，其丨第一與第二透鏡為 雙面非球面透鏡’而第三透鏡之像侧面為非球面透鏡。 如申請專利範圍第1項所述之超薄型鏡頭，其中在第三透鏡之像方 側另設有一平板玻璃。 1329212

   Ύ .· 7.如申請專利範圍第1項所述之超薄型鏡頭，其中在鏡頌之成像位置 處設置有一影像感測元件。 8_如申請專利範圍第1項所述之超薄塑鏡頭，其中第—透鏡係—面m 一面凸的正透鏡，其凸面朝向物方。 9·如申請專利範圍第1項所述之超薄塑鏡頭，其中第二透鏡係一面凹 一面凸的負透鏡’其中凸面超向像方。 10.如申請專利範圍第1項所述之超薄型鏡頭’其中第三透鏡的邊緣為 正焦距。

   12.如申請專利範圍第u項所述之超薄型鏡頭 ’其t該超薄型鏡頭滿 足下列條件： 〇.2<fl/F<i.2 其中F係表示系統整體之有效焦距，fl係表示第 如申請專利制第！〗項所述之超_鏡頭 足下列條件： |R5-R4j ~p---1<0.3 其中F係矣壬έ A 界一透鏡之有效焦距。 其中該超薄型鏡頭滿 係表示系統整體之有效焦 距，R4係表示第二透鏡之物方曲 2 率半徑，R5係表示第二透鏡之像方曲率半徑。 4.如申請專利範圍第11項所述之超薄型鏡頭，其中第一、第二及第 二透鏡均為雙面非球面透鏡。 如申》月專利範圍第11項所述之超薄型鏡頭，其中第一與第二透鏡 為雙面非球面透鏡，而第三透鏡之像側面為非球面透鏡。 16.如申請專利範圍第U項所述之超薄型鏡頭，其中在第三透鏡之像 方側另設有一平板玻璃。 Π.如申請專利細第U項所述之超_鏡頭，其中在鏡頭之成像位 置處設置有一影像感測元件。 18·如申請專利範圍第U項所述之超薄型鏡頭，其中第—透鏡係—面 凹一面凸的正透鏡，其凸面朝向物方。 19.如申請專利範圍第U項所述之超薄型鏡頭，其中第二透鏡係一面 凹一面凸的負透鏡，其中凸面超向像方。 2〇.如申請專利範圍第u項所述之超薄型鏡頭，其中第三透鏡的邊緣 為正焦距。