TWI436091B - Imaging lens - Google Patents

Description

成像鏡頭

本發明是與光學系統有關，特別是關於一種由四片鏡片組成之成像鏡頭。

近年來，影像擷取裝置如CCD(Charge coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)大量地被使用於影像擷取設備(image pick-up apparatus)，如數位相機或手機上。隨著近年來這些影擷取設備的小型化，上述影像擷取裝置以及應用在上述影像擷取設備上的鏡頭的體積，也被大幅地縮小。由於新世代影像擷取裝置之畫素(pixel)愈來愈高，用以配合這些新世代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，是新一代數位影像擷取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。

目前影像擷取設備所採用的鏡頭，不外乎由三個鏡片組成的鏡頭或由四個鏡片組成的鏡頭。三鏡片式鏡頭的體積較小，但光學效能較為不足；由四鏡片式鏡頭具有較佳的光學效能，但體積較三鏡片式鏡頭大。在這些鏡頭中，有採用非球面表面的鏡片者，一則用以改正像差，一則藉以縮小整個鏡頭的體積。

隨著近年來塑膠鏡片製作技術的提昇，塑膠鏡片無論是在折射力或其它光學特性等，都漸漸地符合現代影像擷取設備的需求。因為塑膠鏡片品質的提昇，使得非球面表面加工成本大幅降低，而可被廣乏地應用在現代影像擷取設備之鏡頭上。

因此，巧妙地運用非球面表面技術於一四鏡片式鏡頭上，亦即，在一四鏡片式鏡頭之各個鏡片上正確地設置(arrange)非球面表面，可以使該鏡頭的光學效能更佳，且更能縮小其體積，而符合現代影像擷取設備之需求。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種成像鏡頭，是由四個單一鏡片所組成，不但具有高光學效能，且具有較小型(compact)的體積。

用以達成上述之目的，本發明之成像鏡頭，包含有沿一光軸從物側至像側依序設置的一光圈、一具有正屈光力且為雙凸透鏡的第一鏡片、一具有負屈光力且具有一凸面位於物側的第二透鏡、一具有正屈光力且為新月型透鏡的第三透鏡、以及一第四透鏡，該第四鏡頭的屈光力自其中心向周緣由負屈光力轉變成正屈光力。在上述的鏡片中，都各具有至少一非球面表面。藉由上述鏡片之安排及非球面表面的正確設置，可使整個鏡頭之光學長度縮短而產生體積縮小之較果，且具有高光學效能。

以下將以本發明較佳之實施例並配合圖示，詳細說明本發明。

第一圖是本發明一佳實施例之成像鏡頭的鏡片配置圖，第二圖是第一圖所示實施例之光路圖。

在第一、二圖中，該成像鏡頭包含有沿著一光軸Z依物側到像側之次序設置的一光圈St、一第一鏡片G1、一第二鏡片G2、一第三鏡片G3和一第四鏡片G4。其中，該四個鏡片可以全部採用玻璃材質，或部份鏡片採用玻璃材質、部份鏡片採用膠材質，也可以全部材用塑膠材質；在本實施例中，該四個鏡片都塑膠材質。該四個鏡片可以全部都是單一鏡片，或可以都是複合鏡片，也可以部份鏡片為單一鏡片且部份鏡片為複合鏡片。另外，依使用上的需求，在第四鏡片G4的像側可選擇性地設置一玻璃覆蓋CG(Cover Glass)，係一平板玻璃。其中：該第一鏡片G1為一具有正屈光力的雙凸透鏡，且其兩個表面S2、S3都是非球面表面。

該第二鏡片G2為一具有負屈光力的新月型(meniscus)透鏡，其位於物側的表面S4為凸面，且其兩個表面S4、S5都是非球面。

該第三片為一具有正屈光力的新月型透鏡，其位於像側的的表面S6為凸面，且其兩個表面S6、S7都是非球面。

該第四鏡片G4，其位於物側的表面S8的光軸區域(指包含光軸Z通過處和其預定範圍的鄰近區域)的曲率半徑為正值，自該區域至周緣之曲率半徑則為負值；其位於像側的表面S9的光軸區域(指包含光軸Z通過處和其預定範圍的鄰近區域)的曲率半徑為正值，自該區域至周緣之曲率半徑則為負值。該第四鏡片的上述兩表面S8、S9的曲率半徑變化，使得該第四鏡片的屈光力，從光軸Z通過之處向周緣，由負屈光力逐漸轉變成正屈光力。

上述各個鏡片表面接近光軸Z處的曲率半徑(radius of curvature)、各鏡片於光軸上之厚度T(thickness)、各鏡片之折射率nd(refractive index)、各鏡片之阿貝係數vd(Abbe number)及各鏡片表面之圓錐係數K(conic constant)，如表一所示：

表一中，表面編號S1指的是光圈St朝向第一鏡片G1那一側的表面；表面編號S2～S9依序分別是第一鏡片G1～第四鏡片G4的表面；表面編號S10及S11依序為玻璃封蓋CG的兩個表面；表面編號S12則為像平面IP(Image Plane)朝向第四鏡片G4那一側的表面。

表一中所示的曲率半徑R，是所對應之表面上接近光軸Z處的曲率半徑。

表一中所示的鏡片厚度T，其中對應到S2的數據為第一鏡片G1於光軸Z上之厚度；對應到S3的數據為第一鏡片G1與第二鏡片G2於光軸Z上之間距；對應到S4的數據是第二鏡片G2於光軸Z上的厚度；對應到S5的數據為第二鏡片G2與第三鏡片G3於光軸Z上之間距；對應到S6的數據是第三鏡片G3於光軸Z上的厚度；對應到S7的數據為第三鏡片G3與第四鏡片G4於光軸Z上之間距；對應到S8的數據是第四鏡片G4於光軸Z上的厚度；對應到S9的數據為第四鏡片G4與玻璃封蓋CG於光軸Z上之間距；對應S10的數據是玻璃封蓋CG的厚度；對應到S11的數據為玻璃封蓋CG與像平面IP之間距。

另外表面編號S2、S4、S6、S8及S10所對應到的折射率nd及阿貝係數vd，分別是第一鏡片G1、第二鏡片G2、第三鏡片G3、第四鏡片G4以及玻璃封蓋CG之折射率及阿貝係數。

本實施例的各個鏡片中，該等非球面表面之表面凹陷度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～G：表面之孔徑半徑h的各階係數。

在本實施例中，各個非球面表面的表面孔徑半徑h的各階係數A～G如表二所示：

另外，本實施例之成像鏡頭的數值孔徑Fno(F-number)及焦距長FL(focal length)分別如下：

Fno：2.8

FL：1.0mm

本發明之成像鏡頭，其第二鏡片G2採凸面向物側之負屈光力透鏡，使其光學長度得以縮短，而能使整個鏡頭的體積縮小。

又，本發明之成像鏡頭適當地應用非球面表面於各鏡片上，例如在本實施例中，該第一鏡片G1的物側表面S2及像側表面S3、第二鏡片G2之物側表面S4及像側表面S5、第三鏡片G3之物側表面S6及像側表面S7、以及第四鏡片G4之物側表面S8及像側表面S9，都是採用非球面表面；如此的設計，可以使鏡頭的各項光學特性都符合要求。請參閱由第三A圖至第三D圖，該等圖示所顯示的，分別是本實施例之成像鏡頭的縱向像差、場曲、畸變之表示圖，以及調變轉換函數(modulation transfer function)圖。從各圖可得知，本實施例之成像鏡頭各的項光學特性都符合要求。

以上所述，僅是以一較佳實施例詳細說明本發明之成像鏡頭，但本發明並非僅限於上述之鏡片配置、結構、材質及各項數據資料。依本發明上述實施例所作的任何修改，如果不脫離本發明各請求項之範圍，當被視為本發明之其他實施態樣。

Z．．．光軸

St．．．光圈

G1．．．第一鏡片

G2．．．第二鏡片

G3．．．第三鏡片

G4．．．第四鏡片

CG．．．玻璃覆蓋

IP．．．像平面

S1．．．表面

S2、S3．．．表面

S4、S5．．．表面

S6、S7．．．表面

S8、S9．．．表面

S10、S11．．．表面

S12．．．表面

第一圖　為本發明較佳實施例之成像鏡頭的鏡片配置圖

第二圖　為第一圖所示實施例之成像鏡頭的光路圖

第三A圖　為第一圖所示實施例之成像鏡頭的縱向像差表示圖

第三B圖　為第一圖所示實施例之成像鏡頭的場曲表示圖

第三C圖　為第一圖所示實施例之成像鏡頭的畸變表示圖

第三D圖　為第一圖所示實施例之調變轉換函數(modulation transfer function)圖

Z．．．光軸

St．．．光圈

G1．．．第一鏡片

G2．．．第二鏡片

G3．．．第三鏡片

G4．．．第四鏡片

CG．．．玻璃覆蓋

IP．．．像平面

S1．．．表面

S2、S3．．．表面

S4、S5．．．表面

S6、S7．．．表面

S8、S9．．．表面

S10、S11．．．表面

S12．．．表面

Claims (14)

1. 一種成像鏡頭，包含有沿一光軸從物側到像側設置之：一光圈；一第一鏡片，為具有正屈光力雙凸透鏡，且具有至少一非球面表面；一第二鏡片，為具有負屈光力之新月型透鏡，具有至少一非球面表面；一第三鏡片，為具有正屈光力之新月型透鏡，具有一非球面表面，且其凹面位於物側；一第四鏡片，具有至少一非球面，且從該光軸通過之處至周緣，其屈光力從負屈光力逐漸轉變成正屈光力。
2. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片都是塑膠材質所製成。
3. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片都是玻璃材質所製成。
4. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片中，至少有一鏡片是玻璃材質所製成。
5. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片是玻璃材質所製成。
6. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片之位於物側及位於側像的表面皆為非球面表面。
7. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第二鏡片之位於物側的表面及位於側像的表面皆為非球面表面。
8. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第三鏡片之位於物側的表面及位於側像的表面皆為非球面表面。
9. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第四鏡片之位於物側的表面及位於側像的表面皆為非球面表面。
10. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片之位於物側的表面及位於側像的表面皆為非球面表面。
11. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第二鏡片之位於物側的表面為凸面。
12. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，更包含一玻璃覆蓋，位於第四鏡片的像側，且為一平板玻璃。
13. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第四鏡片之位於物側的表面的光軸區域(指包含該光軸通過處和其預定範圍的鄰近區域)的曲率半徑為正值，自該區域至周緣之曲率半徑則為負值；其位於像側的表面的光軸區域(指包含該光軸通過處和其預定範圍的鄰近區域)的曲率半徑為正值，自該區域至周緣之曲率半徑則為負值，藉此，該第四鏡片的屈光力，從光軸通過之處向周緣，由負屈光力逐漸轉變成正屈光力。
14. 依申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片都是單一鏡片。