TWI413796B - 廣角成像鏡片組 - Google Patents

Description

廣角成像鏡片組

本發明係涉及光學鏡頭領域，尤指一種具大畫角、大光圈之三片式廣角成像鏡片組。

按，現今消費電子產品之設計主流皆會於載體上搭配設有一鏡頭組，該可照相、攝影或視訊的功能，不僅可增加產品本身的附加價值，亦吸引年輕族群求新求變的喜好，隨著消費習慣的養成，使得該股風潮逐漸吹向其他電子載體產品上，因此現在民眾已可於各隨身型產品上看見鏡頭組，例如：數位相機、手機、NB、遊戲機或Webcam等，但，上述此類光學應用產品皆有一大限制，就是該電子載體因其外型逐漸小型化，導致其內部空間被大幅壓縮，相對使得裝設於載體上之鏡頭組其長度受到限制。

再者，隨著產業競爭激烈，產品毛利日趨降低，廠商為求創造產品區隔，因此不斷以電子載體搭配高階鏡頭作為行銷主要訴求，也就是針對鏡頭組不僅需要降低製造與材料成本，較佳者更需提供廣角及大光圈等性能。

但是，在現有之廣角成像鏡片組中，雖可利用四片光學鏡片鏡頭達成廣角及大光圈之性能要求。惟，現今光學鏡片組強調輕、薄、短、小之訴求，因此，如何更進一步地縮小廣角鏡片組的成本、重量、體積、厚度及鏡片數量等，乃為本業界人士亟待努力之方向。

本發明之主要目的係提供一種具有較大畫角及光圈之三片式廣角成像鏡片組。

本發明之另一主要目的係提供一種具備優異成像效果及較小變形率之廣角成像鏡片組。

為了達成上述及其他目的，本發明提供了一種廣角成像鏡片組，該廣角成像鏡片組包含有一固定光欄及一光學組，該光學組包含一第一鏡片、一第二鏡片及一第三鏡片，其排列方式從物側至像側之順序為：第一鏡片、第二鏡片、光欄及第三鏡片。

其中，該第一鏡片為具有負屈光力之彎月形透鏡且朝向像側為凹面，且其至少有一面為非球面。該第二鏡片為具有正屈光力之透鏡且朝向物側為凸面，且其至少有一面為非球面。再者，該第三鏡片為具有正屈光力之透鏡且朝向像側為凸面，且其至少有一面為非球面。

藉此，期能有效簡化該成像鏡片組之鏡片數量、重量、體積及厚度，並提升解像力且具有變形率小等優異特性。

本發明採用有關合適的實施例並以圖式作為說明，其中，本發明各實施例的數值變化皆屬設計所得，即使其他具有相同結構的產品運用不同數值，仍應屬於本發明的保護範疇，在此先行敘明。

請參考圖1及圖2兩實施例所示之三片式廣角成像鏡片組。於實施例中，該廣角成像鏡片組包含有一固定光欄1和一光學組，且該光學組包含第一、第二、第三鏡片L1、L2、L3，該鏡片組沿著光軸，從物側A至像側B之排列順序為：第一鏡片L1、第二鏡片L2、光欄1及第三鏡片L3。

其中，該第一鏡片L1為具有負屈光力之彎月形透鏡且朝向像側B為凹面，且其至少有一面為非球面。該第二鏡片L2為具有正屈光力之透鏡且朝向物側A為凸面，且其至少有一面為非球面。再者，該第三鏡片L3為具有正屈光力之透鏡且其朝向像側B為凸面，且其至少有一面為非球面。

前述本發明即是由三枚鏡片構成之光學組，而位於第三鏡片L3後方之第一平面平板玻璃2，具有過濾紅外線之功效。另於像側B前亦再設一第二平面平板玻璃3，該第二平面平板玻璃3具有保護感光元件之作用，該第一、第二平面平板玻璃2、3依配適不同封裝結構之影像感測器可增、減，達到更佳偵測效果。另於像側B處則配置之感光元件，則可依實際需求選擇CCD或CMOS等。

此外，本發明之鏡片組可依需求而採用塑膠或玻璃材質，特別是第一至第三鏡片皆可為非球面塑膠鏡片，由於使用塑膠材料可使鏡片容易導以非球面結構呈現，而利用透鏡為非球面鏡片，則可達成解像力較高並進而減少成像所需之鏡片片數而能達到良好品質的廣角成像鏡片組。

另外，本發明之收差圖以非點收差、歪曲收差和球面收差，如圖1A及圖2A所示，無論何種收差圖皆是關於d線的數據資料，而非點收差是關於S像面(SAGITTAL)的數據資料跟關於T像面(TANGENTIAL)數據資料，並將之做示意表現；且由收差圖可清楚獲知，本發明之收差補正都是完整模擬設計所得，在使用上已沒有任何問題。

再來，請參照本發明之圖1B及圖2B，所示者分別為本發明第一及第二實施例之非球面數據資料。其中，最上方數據係本發明光學組各鏡片諸元之代號：F.No.：該F值於光學設計時，代表亮度參數，其中F值愈小表示光亮度愈高；畫角：2ω；焦點距離f：f為光學組之合成焦點距離(mm)。

而下方1、2、3、4、6、7、8、9、10、11是物體側起依序的透鏡面號數表示。面號數1、2為第一鏡片L1的二面，面號數3、4為第二鏡片L2的二面，面號數6、7為第三鏡片L3的二面，8、9、10、11分別為第一平面平板玻璃2及第二平面平板玻璃3的二面。

本發明為求能改善習知廣角成像鏡片組之缺點，因此於第一鏡片L1朝向像側B為凹面，第二鏡片L2朝向物側A為凸面，且第三鏡片L3朝向像側B則為凸面。此外，為求達到最佳成像品質，本發明必須滿足以下條件：首先，因第一鏡片L1朝向像側B為凹面，而第二鏡片L2朝向物側A為凸面之設計，使得必須先控制兩鏡片之間的焦距比：0.3<|f1|/|f2|<1.3；其中f1為第一鏡片的焦距值，f2為第二鏡片的焦距值。

又，因第二鏡片L2朝向物側A為凸面，第三鏡片L3朝向像側B為凸面，因此必須先控制兩鏡片間之焦距比：1.5<|f2|/|f3|<3.5；其中f2為第二鏡片的焦距值，f3為第三鏡片的焦距值。

其次，也必須控制第三鏡片與整個鏡片組的焦距值如下：0.5<|f3|/|f|<1.2；其中f3為第三鏡片的焦距值，f為整個鏡片組的焦距值。

再者，亦需控制第一、二鏡片L1、L2之焦距值與整個鏡片組的焦距比：1<|f12|/|f|<12；其中f為整個鏡片組的焦距值，f12為第一鏡片及第二鏡片合成的焦距值。

為求達到高品質成像，而必須控制第一鏡片的第一面到成像面之間的距離：0<|f/TL|<0.5；TL為第一鏡片的第一面到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值。

滿足上述光學式，則可令廣角成像鏡片組之解像能力顯著提昇，反之，若小於或超出上述光學式之數據值範圍，則會導致廣角成像鏡片組之性能、解像力低，以及良率不足等問題。

此外，本發明光學組之第一至第三鏡片皆具有至少一面為非球面形狀，該非球面的面型須滿足下列公式：

其中z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、G、......為高階非球面係數。

綜上所述，本發明之創新發明設計，係運用此光學鏡頭結構第一鏡片L1朝向像側靠近光軸附近為凹面及第二鏡片L2之朝向物側為凸面之設計，搭配第三鏡片L3朝向像側為凸面設計，可使得三片式廣角成像鏡片組之畫角超越先前技藝之角度(本發明之畫角已可達80°以上)及亮度(本發明之亮度參數已可達2.0)，同時亦能維持良好之解像能力。此外，藉由第二、第三鏡片之搭配，本發明可提供較佳成像效果，並有效減少習用廣角鏡頭所造成之成像失真、歪曲之變形率(本發明之變形率可控制小於3)，更能滿足現有輕薄短小之產品安裝需求以及製造容易等各方面需求。

再者，第一至第三鏡片皆可為非球面之塑膠鏡片，更可提升聚焦之成像解析度等功效，是以本發明乃屬一新穎並兼具實用、好用進步性之發明設計，遂向　鈞局提出發明專利申請，祈請惠予審查並早日賜准專利，至感德便。

A．．．物側

B．．．像側

1．．．光欄

2．．．第一平面平板玻璃

3．．．第二平面平板玻璃

L1．．．第一鏡片

L2．．．第二鏡片

L3．．．第三鏡片

圖1為本發明廣角成像鏡片組之第一實施例之鏡片組成圖。

圖1A為本發明廣角成像鏡片組之第一實施例之收差圖。

圖1B為本發明廣角成像鏡片組之第一實施例之光學特性數據與非球面係數資料示意圖。

圖2為本發明廣角成像鏡片組之第二實施例之鏡片組成圖。

圖2A為本發明廣角成像鏡片組之第二實施例之收差圖。

圖2B為本發明廣角成像鏡片組之第二實施例之光學特性數據與非球面係數資料示意圖。

A．．．物側

B．．．像側

1．．．光欄

2．．．第一平面平板玻璃

3．．．第二平面平板玻璃

L1．．．第一鏡片

L2．．．第二鏡片

L3．．．第三鏡片

Claims (8)

1. 一種廣角成像鏡片組，係包含有一固定光欄及一光學組，該光學組係由一第一鏡片、一第二鏡片及一第三鏡片所組成，其排列方式從物側至像側之順序為：該第一鏡片，具有負屈光力彎月形透鏡且朝向像側為凹面；又其至少有一面為非球面；該第二鏡片，具有正屈光力透鏡且朝向物側為凸面；又其至少有一面為非球面；該光欄；以及該第三鏡片，具有正屈光力透鏡且朝向像側為凸面；又其至少有一面為非球面；其中該廣角成像鏡片組係滿足以下條件：0.5<|f3|/|f|<1.2；其中f3為第三鏡片的焦距值，f為整個鏡片組的焦距值。
2. 如請求項1所述之廣角成像鏡片組，係滿足以下條件：0.3<|f1|/|f2|<1.3；其中f1為第一鏡片的焦距值，f2為第二鏡片的焦距值。
3. 如請求項1所述之廣角成像鏡片組，係滿足以下條件：1.5<|f2|/|f3|<3.5；其中f2為第二鏡片的焦距值，f3為第三鏡片的焦距值。
4. 如請求項2所述之廣角成像鏡片組，係滿足以下條件：1.5<|f2|/|f3|<3.5； 其中f2為第二鏡片的焦距值，f3為第三鏡片的焦距值。
5. 如請求項1所述之廣角成像鏡片組，係滿足以下條件：1<|f12|/|f|<12；其中f12為第一鏡片及第二鏡片合成的焦距值，f為整個鏡片組的焦距值。
6. 如請求項4所述之廣角成像鏡片組，係滿足以下條件：1<|f12|/|f|<12；其中f12為第一鏡片及第二鏡片合成的焦距值，f為整個鏡片組的焦距值。
7. 如請求項1所述之廣角成像鏡片組，係滿足以下條件：0<|f/TL|<0.5；其中TL為第一鏡片的第一面到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值。
8. 如請求項1所述之廣角成像鏡片組，其中所述非球面的面型滿足下列公式： 其中z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、G、......為高階非球面係數。