TWI442083B - 取像鏡頭 - Google Patents

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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
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    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
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Description

取像鏡頭
本發明涉及一種光學技術，尤其涉及一種取像鏡頭。
隨著科技之不斷發展，電子產品不斷地朝向輕薄短小以及多功能之方向發展，而電子產品中，如數碼相機、電腦等已具備取像裝置之外，甚至移動電話或個人數位輔助器(PDA)等裝置也有加上取像裝置之需求；而為了攜帶方便及符合人性化之需求，取像裝置不僅需要具有良好之成像品質，同時也需要較小與較低之成本，同時能有效提升該取像裝置之應用性。
而由於傳統之球面研磨玻璃透鏡之材質選擇性較多，且對於修正色差較為有利，已廣為業界所使用，但球面研磨玻璃透鏡應用在數值孔徑(F Number)較小以及視角(Wide-angle)較大之情況時，球差等像差之修正較困難。而為了改善上述傳統之球面研磨玻璃透鏡之缺點，目前之取像裝置已有使用非球面塑膠透鏡或使用非球面模造玻璃片，以獲得較佳之成像品質，但是上述之光學取像裝置之結構，鏡頭長度過大，使取像裝置無法具有較小體積或較低成本，不易滿足電子產品輕薄短小之要求。
有鑒於此，有必要提供一種成像品質好且利於小型化之取像鏡頭。
一種取像鏡頭，從物側至像側依次包括：一具有正光焦度之第一透鏡組、一具有正光焦度之第二透鏡組及一成像面，所述第一透鏡組包括至少一具有正光焦度之第一透鏡，所述第二透鏡組至少包括一具有正光焦度之第二透鏡，所述第一透鏡從物側至像側包括靠近物側之第一表面以及靠近像側之第二表面，該取像鏡頭滿足以下條件式：(1)D/TTL>1.18；(2)1.5<F1/F<1.7；(3)0.15(1/mm)<R2/(F1)2<0.25(1/mm)；其中，D為取像鏡頭有效成像範圍直徑；TTL為取像鏡頭之光軸總長，F1為第一透鏡組之焦距；F為取像鏡頭之總焦距；R2為第二表面之曲率半徑；F1為第一透鏡組之焦距。
滿足上述條件之取像鏡頭，成像品質好且利於小型化。
100、100a‧‧‧取像鏡頭
10‧‧‧第一透鏡組
20‧‧‧第二透鏡組
30‧‧‧濾光片
40‧‧‧成像面
11‧‧‧第一透鏡
12‧‧‧第二透鏡
15‧‧‧光闌
X‧‧‧光軸
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面
S5‧‧‧第五表面
S6‧‧‧第六表面
圖1為本發明第一實施方式提供之取像鏡頭之結構示意圖；圖2為圖1中之取像鏡頭之球差圖；圖3為圖1中之取像鏡頭之場曲圖；圖4為圖1中之取像鏡頭之畸變圖；圖5為本發明第二實施方式提供之取像鏡頭之結構示意圖；圖6為圖5中之取像鏡頭之球差圖；圖7為圖5中之取像鏡頭之場曲圖；圖8為圖5中之取像鏡頭之畸變圖。
下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，其為本發明第一實施方式所提供之取像鏡頭100。該取像鏡頭100從物側至像側(近成像面)依次包括：一具有正光焦度之第一透鏡組10、一具有正光焦度之第二透鏡組20、一濾光片30、及一成像面40。
所述第一透鏡組10至少包括一具有正光焦度之第一透鏡11。所述第一透鏡11從物側至像側包括靠近物側之第一表面S1以及靠近像側之第二表面S2。該第一表面S1係向物體一側凸出而第二表面S2則向第一透鏡11內部凹陷，且第一、第二表面S1、S2均係非球面。所述第一透鏡11由塑膠材料製成。
所述取像鏡頭100在靠近所述第一透鏡11之第一表面S1之側邊設置有光闌15(Aperture stop)，以保證取像鏡頭100之整體結構相對於光闌15對稱，有效地降低彗差(coma)之影響；同時限制經過第一透鏡組10之光線進入第二透鏡組20之光通量，並讓經過第一透鏡組10後之光錐更加對稱，使取像鏡頭100之彗差得以修正。
所述第二透鏡組20包括至少一具有正光焦度之第二透鏡12。所述第二透鏡12從物側至像側包括靠近物側之第三表面S3以及靠近像側之第四表面S4。所述第三、第四表面S3、S4均係非球面。該第三表面S3靠近光軸X附近係向物體一側凸出而第四表面S4靠近光軸X附近則向第二透鏡12內部凹陷，所述第二透鏡12由塑膠材料製成。
所述濾光片30從物側至像側包括靠近物側之第五表面S5以及靠近 像側之第六表面S6。
本實施方式之取像鏡頭100可應用於照相機或攝像機。所述取像鏡頭100滿足以下條件式：(1)D/TTL>1.18。
其中，D為取像鏡頭100有效成像範圍直徑；TTL為取像鏡頭100之光軸總長。
滿足條件式(1)可有效限制該取像鏡頭100之總長度，實現系統小型化，且可有限限制有效成像範圍與取像鏡頭100總長之相對關係。
優選地，取像鏡頭100還滿足以下條件：(2)1.5<F1/F<1.7；(3)0.15(1/mm)<R2/(F1)2<0.25(1/mm)。
其中，F1為第一透鏡組10之焦距；F為取像鏡頭100之總焦距；R2為第二表面S2之曲率半徑；F1為第一透鏡組10之焦距。
滿足條件式(2)與(3)可以提高所述取像鏡頭100之成像品質。
優選地，取像鏡頭100還滿足以下條件：(4)0.5<R4/F2<0.75；(5)0.7<H31/H32<0.85；(6)0.6<H41/H42<0.7。
其中，F2為第二透鏡組20之焦距；R4為第四表面S4之曲率半徑；H31為第三表面S3水準最高點至取像鏡頭100之光軸X之垂直高度；H32為第三表面S3之有效高度；H41為第四表面S4水準最高點至取像鏡頭100之光軸X垂直高度；H42為第四表面S4之有效高度。
滿足條件式(4)至(6)可以提高所述取像鏡頭100之成像品質，且進一步規範第二透鏡12之形狀結構。
優選地，取像鏡頭100還滿足以下條件：(7)1.25<L1/L2<1.6。
其中，L1為第一透鏡11之中心厚度；L2為第二透鏡12之中心厚度。
滿足條件式(7)可以規範所述第一透鏡11與第二透鏡12之厚度相對關係。
優選地，取像鏡頭100還滿足以下條件：(8)Vd1>50且Vd2>50。
其中，Vd1為第一透鏡11之材料之阿貝數而Vd2為第二透鏡12之材料之阿貝數。
滿足條件式(8)可以使取像鏡頭100之成像品質與色差之間取得平衡點。
以透鏡表面中心為原點，光軸為x軸，透鏡表面之非球面面型運算式為：
其中，c為鏡面表面中心之曲率，為從光軸到透鏡表面之高度，k係二次曲面係數，A i為第i階之非球面面型係 數。藉由將表1至表4(請參閱下文)之資料代入上述運算式，可獲知透鏡表面之非球面形狀。
本實施方式中，取像鏡頭100之各光學元件滿足表1及表2之條件，其中i表示從物側開始之第i個透鏡表面；ri表示從物側開始之第i個透鏡表面之曲率半徑；Di表示從物側開始之第i個透鏡表面至第i+1個透鏡表面間之軸向距離；ni表示從物側開始之第i個透鏡表面之折射率；vi表示從物側開始之第i個透鏡表面之阿貝數；ki表示從物側開始之第i個透鏡表面之二次曲率。所述第一透鏡組10之焦距為2.02mm；所述第二透鏡組20之焦距為2.5mm；整個取像鏡頭100之總焦距為1.35mm。
所述取像鏡頭100之像差、場曲、畸變及色差分別如圖2及圖4所示。圖2中分別針對F線(波長值486納米(nm))，d線(波長值587nm)，C線(波長值656nm)而觀察到之像差值曲線，產生之像差值控制在(-0.1mm,0.1mm)範圍內。圖3中，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線(下同)。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.1mm,0.1mm)範圍內。而圖4中可見，曲線dis為畸變特性曲線(下同)，畸變量被控制在(-2%,2%)範圍內，可利用影像方式補正。
第二實施方式
請參閱圖8，第二實施方式中之取像鏡頭100a與第一實施方式之取像鏡頭100結構基本相同，其區別在於：第二實施方式之取像鏡頭100a之各光學元件滿足表4及表5之條件。所述第一透鏡組10之焦距為2.2mm；所述第二透鏡組20之焦距為2.46mm；整個取像鏡頭100之總焦距為1.34mm。
表4
所述取像鏡頭100a之像差、場曲、畸變及色差分別如圖6至圖8所示。圖6中分別針對F線(波長值486納米(nm))，d線(波長值587nm)，C線(波長值656nm)而觀察到之像差值曲線，產生之像差值控制在(-0.1mm,0.1mm)範圍內。圖7中，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線(下同)。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.1mm,0.1mm)範圍內。而圖8中可見，曲線dis為畸變特性曲線(下同)，畸變量被控制在(-2%,2%)範圍內，可利用影像方式補正。
所述取像鏡頭100a可縮短變焦行程，並使其光學總長得以縮小，實現系統小型化，且其色差易於補償，得到良好之成像品質。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧取像鏡頭
10‧‧‧第一透鏡組
20‧‧‧第二透鏡組
30‧‧‧濾光片
40‧‧‧成像面
11‧‧‧第一透鏡
12‧‧‧第二透鏡
15‧‧‧光闌
X‧‧‧光軸
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面
S5‧‧‧第五表面
S6‧‧‧第六表面

Claims (10)

  1. 一種取像鏡頭，從物側至像側依次包括：一具有正光焦度之第一透鏡組、一具有正光焦度之第二透鏡組及一成像面，所述第一透鏡組包括至少一具有正光焦度之第一透鏡，所述第二透鏡組至少包括一具有正光焦度之第二透鏡，所述第一透鏡從物側至像側包括靠近物側之第一表面以及靠近像側之第二表面，該取像鏡頭滿足以下條件式：(1)D/TTL>1.18；(2)1.5<F1/F<1.7；(3)0.15(1/mm)<R2/(F1)2<0.25(1/mm)；其中，D為取像鏡頭有效成像範圍直徑；TTL為取像鏡頭之光軸總長，F1為第一透鏡組之焦距；F為取像鏡頭之總焦距；R2為第二表面之曲率半徑；F1為第一透鏡組之焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之取像鏡頭，其中，所述取像鏡頭在靠近所述第一透鏡之第一表面之側邊設置有光闌。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之取像鏡頭，其中，所述第一透鏡之第一表面係向物體一側凸出而第二表面則向第一透鏡內部凹陷，且第一表面及第二表面均為非球面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之取像鏡頭，其中，所述第二透鏡從物側至像側包括靠近物側之第三表面以及靠近像側之第四表面，該取像鏡頭滿足下列條件：(4)0.5<R4/F2<0.75；(5)0.7<H31/H32<0.85；(6)0.6<H41/H42<0.7；其中，F2為第二透鏡組之焦距；R4為第四表面之曲率半徑；H31為第三表面水準最高點至取像鏡頭之光軸之垂直高度；H32為第三表面之有效高度 ；H41為第四表面水準最高點至取像鏡頭之光軸垂直高度；H42為第四表面之有效高度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之取像鏡頭，其中，該第三表面靠近光軸附近係向物體一側凸出而第四表面靠近光軸附近則向第二透鏡內部凹陷。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之取像鏡頭，其中，該取像鏡頭滿足下列條件：(7)1.25<L1/L2<1.6；其中，L1為第一透鏡之中心厚度；L2為第二透鏡之中心厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之取像鏡頭，其中，，該取像鏡頭滿足下列條件：(8)Vd1>50且Vd2>50；其中，Vd1為第一透鏡之材料之阿貝數而Vd2為第二透鏡之材料之阿貝數。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之取像鏡頭，其中，所述取像鏡頭進一步包括一濾光片，所述濾光片設置在所述第二透鏡與成像面之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之取像鏡頭，其中，所述第一、第二透鏡均由塑膠材料製成且為非球面透鏡。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之取像鏡頭，其中，所述取像鏡頭應用於照相機或攝像機。
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