TWI585445B - 攝像鏡頭 - Google Patents

Description

攝像鏡頭

本發明係主張關於2011年10月21日申請之韓國專利案號No.10-2011-0108227之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。

本發明係關於一種攝像鏡頭。

近來有許多針對用於手機之攝影模組(mobile phone-purpose camera module)、數位相機(digital still camera，DSC)、攝錄影機(camcorder)、及個人電腦相機(PC camera)(即一種連接於一個人電腦之攝像裝置)的研究蓬勃發展。

最近，一攝像鏡頭係由三片或四片鏡片所構成，以具有小尺寸及低成本。

然而，儘管四鏡片系統(4-piece lens system)於價格方面佔有優勢，但在某些情況下，具有前述結構之一攝像鏡頭卻無法滿足光學特性(optical properties)或者像差(aberration)特性，故，據此，需要一種具有高解析度(high resolution)、高屈光力結構(high power structure)之光學系統。

據此，本發明實施例可關於一種攝像鏡頭，其係能夠實質地避免前述習知技藝因限制與缺陷而產生之缺點/問題，且本發明之一目的係在於提供一種攝像鏡頭，以實現具有一高解析度及一高屈光力結構之一小尺寸攝像鏡頭。

本發明之一方面係提供一種攝像鏡頭，其係自一物體側(object side)依序包括：一第一透鏡，具有一正(+)屈光力(positive refractive power)，且係凸起地形成於一物側表面；一第二透鏡，具有一負(-)屈光力 (negative refractive power)，且係凹陷地形成於一物體方向；一第三透鏡，其係為一凹凸透鏡(meniscus)之型態，具有一正(+)屈光力，且具有一反曲點(inflection point)於其兩表面上；以及一第四透鏡，具有一負(-)屈光力。

較佳地(但非必要)，該第二透鏡係具有一反曲點於一像側表面(image side surface)。

較佳地，但非必要，一孔徑(aperture)係被設於該第一透鏡之一物側表面之一前端。

較佳地，但非必要，該第四透鏡係具有一反曲點於其至少一個或以上的表面上。

較佳地，但非必要，該第一、第二、第三、及第四透鏡之一表面或兩表面係具有一非球面形狀。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一個或以上之下述條件表示式(conditional expression)：0.6<| f/f2 |<1、1.2<f/f3<1.8、0.6<| f/f4 |<1、0.3<| f3/f4 |<0.8、0.8<| f1/f2 |<1.3、0.8<| f1/f |<1.2、1<| f2/f |<1.5、0.85<| f/f1 |<1.15；其中，f係為該攝像鏡頭之一總焦距(focus distance/focal length)，而f1、f2、f3、及f4係分別為該第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、及第四透鏡之焦距。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：1.2<L/f1<1.4；其中，f係為該攝像鏡頭之一總焦距，f1係為該第一透鏡之一焦距，且L係指該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸(optical axis)之上的一距離。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：4.3<L<4.5；其中，L係指該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸之上的一距離。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：70<FOV<90；其中，FOV係指一對角線(diagonal)視場角(Field Of View，FOV)。

較佳地(但非必要)，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：1.6<n2<1.7、1.5<n1<1.6、1.5<n3<1.6、1.5<n4<1.6；其中，n1、n2、n3、及n4係分別為該第一、第二、第三、及第四透鏡之折射率(refractive index)。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：22<V2<32、50<V1<60、50<V3<60、50<V4<60；其中，V1、V2、V3、及V4係為該第一、第二、第三、及第四透鏡之阿貝數(Abbe's number)。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：2.0<F/#<3.0；其中，F/#係為一孔徑數值(F-number)。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：0<(r3+r4)/(r3-r4)<1；其中，r3、r4係分別代表該第二透鏡之一物側表面之曲率半徑(radius of curvature)以及其一像側表面之曲率半徑。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：L3R2>-1、L4R2<1；其中，L3R2係為該第三透鏡之一第二表面之一曲率半徑，而L4R2係為該第四透鏡之一第二表面之一曲率半徑。

本發明另一方面係提供一種攝像鏡頭，其係自一物側依序包括：一第一透鏡，具有一正(+)屈光力，且係凸起地形成於一物側表面；一第二透鏡，具有一負(-)屈光力，且係凹陷地形成於一物體方向形成；一第三透鏡，具有一正(+)屈光力，且係凸起地形成於一像側表面之一中心；以及一第四透鏡，具有一負(-)屈光力。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一個或以上之下述條件表示式：0.6<| f/f2 |<1、1.2<f/f3<1.8、0.6<| f/f4 |<1、0.3<| f3/f4 |<0.8、0.8<| f1/f2 |<1.3、0.8<| f1/f |<1.2、1<| f2/f |<1.5、0.85<| f/f1 |<1.15；其中，f係為該攝像鏡頭之一總焦距(焦距長)，而f1、f2、f3、及f4係分別為該第一、第二、第三、及第四透鏡之焦距。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：1.2<L/f1<1.4；其中，f係為該攝像鏡頭之一總焦距(焦距長)，f1係為該第一透鏡之一焦距，且L係指該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸之上的一距離。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：4.3<L<4.5；其中，L係指該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸之上的一距離。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：70<FOV<90；其中，FOV係指一對角線視場角。

較佳地，但非必要，該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：2.0<F/#<3.0；其中，F/#係為一孔徑數值(F-number)。

根據本發明之一攝像鏡頭係具有功效優點在於可實現一小尺寸、高解析度、且具有高功率結構之攝像鏡頭。

10‧‧‧第一透鏡

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

50‧‧‧濾光器

60‧‧‧光接收元件

S1、S3、S5、S7、S9‧‧‧物側表面

S2、S4、S6、S8、S10‧‧‧像側表面

圖1係根據本發明一實驗實施例，繪示有一種攝影模組鏡頭之一結構組成圖；圖2a、2b係根據本發明一實驗實施例，繪示有一彗差(coma aberration)之測量圖表；圖3係根據本發明一實驗實施例，繪示有一像差(aberration)之一圖表；以及圖4a、4b係繪示有關於一變焦位置(zoom position)上空間頻率之一光學傳遞函數(Modulation Transfer Function，MTF)特性之圖表、以及關於一變焦位置上一離焦位置(defocusing position)之一光學傳遞函數特性(MTF)之圖表。

在下文中，將配合圖式，詳細說明本發明之實驗實施例。

在以下說明中，習知功效、構成或結構之較詳細描述將予以省略以求精簡及清晰而不致於影響本發明之清楚敘述。據此，在本說明書和申請專利範圍所使用的特定名詞或用字的意義不應限於字面上或一般使用的認知，而應根據本發明的精神和範疇來解釋。因此這些名詞的定義應根據整份說明書內容而定。

以下，將配合圖式，詳細說明根據本發明實驗實施例之攝像鏡頭。

圖1係根據本發明一實驗實施例，繪示有一種攝像鏡頭之一結構組成圖。

該攝像鏡頭係形成有複數個透鏡，且係被設置於一光軸ZO(optical axis)附近；其中，各透鏡之厚度、大小、及形狀在圖1中係被誇大繪示，以達到說明之目的。且其一球面形狀或一非球面形狀僅係作為其中 一實驗實施例，而不限制於此。

參閱圖1，根據本發明一實驗實施例之一種攝影鏡頭模組係自一物側依序包括：一第一透鏡10；一第二透鏡20；一第三透鏡30；一第四透鏡40；一濾光器50(filter)；以及一光檢測器(photo-detector)(光接收元件60(light receiving element))。

對應於一目標之影像資訊(image information)之光係通過第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40、及濾光器50，而入射於光檢測器60。

在下文中，當說明各透鏡之結構組成時，「物側表面」係指一透鏡對應於一光軸、面對一物體側之一表面；而「像側表面」係指一透鏡對應於一光軸、面對一取像面(capturing surface)之一表面。

第一透鏡10係具有一正(+)屈光力，且係凸起地形成於一物側表面S1；第二透鏡20係為凹透鏡，具有一負(-)屈光力，且係具有一凹陷表面於一物體方向，並具有一反曲點於一像側表面S4。又，一獨立的孔徑(aperture)可被設於第一透鏡10之物側表面S1之一前端。

另外，第三透鏡30係具有一凹凸透鏡之形狀，具有一正(+)屈光力，且具有一反曲點於其所有表面上；又，一像側表面之一中心係形成為凸起的。第四透鏡40係具有一負(-)屈光力，且具有一反曲點於其至少一表面或更多表面上。

第一、第二、第三、第四透鏡10、20、30、40之一表面或兩表面係為非球面形狀。

圖1中，S2係為第一透鏡10之一像側表面；S3係為第二透鏡20之一物側表面；S5係為第三透鏡30之一物側表面；S7、S8係分別為第四透鏡之一物側表面及一像側表面；而S9、S10係分別為濾光器50之一物側表面及一像側表面。

濾光器50可為選自由一紅外線濾光器及一蓋玻璃(cover glass)其中任一種光學濾光器。當使用紅外線濾光器時，濾光器50係可避免自一外部光發出之輻射熱(radiant heat)被傳至光檢測器60。又，該紅外線濾光器係傳輸可見光，並反射、輸出紅外線至外界。光檢測器60係為一影像感測器(image sensor)，例如電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或 者互補金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)等等。

因為以下將述之條件表示式及實驗實施例係為增強交互作用之較佳實施例，所以，對熟習此項技術者而言，顯而易見的，本發明並不必然包括下述條件。舉例來說，即使僅滿足部分下述條件表示式，本發明之鏡頭結構(架構)仍可具有一增強交互作用。

[條件表示式1]0.6<| f/f2 |<1,1.2<f/f3<1.8,0.6<| f/f4 |<1

[條件表示式2]0.3<| f3/f4 |<0.8,0.8<| f1/f2 |<1.3

[條件表示式3]0.8<| f1/f |<1.2,1<| f2/f |<1.5

[條件表示式4]0.85<| f/f1 |<1.15

[條件表示式5]1.2<L/f1<1.4

[條件表示式6]4.3<L<4.5

[條件表示式7]70<FOV<90

[條件表示式8]1.6<n2<1.7,1.5<n1<1.6,1.5<n3<1.6,1.5<n4<1.6

[條件表示式9]22<V2<32,50<V1<60,50<V3<60,50<V4<60

[條件表示式10]2.0<F/#<3.0

[條件表示式11]0<(r3+r4)/(r3-r4)<1

[條件表示式12]L3R2>-1,L4R2<1

其中，F：該攝像鏡頭之一總焦距(焦距長)；f1、f2、f3、f4：分別為該第一、第二、第三、及第四透鏡之焦距；D12、D23、D34：分別為該第一及第二透鏡在一光軸上之一距離、該第二及第三透鏡在一光軸上之一距離；以及該第三及第四透鏡在一光軸上之一距離；D1、D2、D3、D4：分別為該第一、第二、第三、及第四透鏡之一中心厚度； L：該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸上之一距離；n1、n2、n3、n4：分別為該第一、第二、第三、及第四透鏡之折射率；V1、V2、V3、V4：分別為該第一、第二、第三、及第四透鏡之阿貝數；bf2、bf3、bf4：分別為該第二、第三、及第四透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸上之一距離；FOV：對角線視場角；L3R2：該第三透鏡之一第二表面之曲率半徑；L4R2：該第四透鏡之一第二表面之曲率半徑；F/#：一孔徑數值(F-number)；r3、r4：分別為該第二透鏡之一物側表面之曲率半徑及其一像側表面之曲率半徑。

條件表示式8係具體說明了第一、第二、第三、第四透鏡10、20、30、40之屈光力；根據條件表示式8，第一、第二、第三、第四透鏡10、20、30、40之屈光力各自具有對球面像差(spherical aberration)之適當補償(appropriate compensation)及適當色差(chromatic aberration)。條件表示式9係具體說明了第一、第二、第三、第四透鏡10、20、30、40之阿貝數。各透鏡之阿貝數係指一較佳的色差補償之條件。

在下文中，將配合一特定實驗實施例，說明本發明之執行與其效果。以下實驗實施例將述之非球面係取自於一已知式1，而用於二次曲面常數k(Conic constant k)之`E及其之後的數`及非球面係數(aspheric coefficient)A、B、C、D、E、F係指10's power。例如，E+01係代表10.sup.1，而E-0係代表10.sup.-2。

其中，z：透鏡之頂點至一光軸方向之距離； c：一透鏡之基本曲率；Y：至與一光軸相垂直之一方向之距離；K：二次曲面常數；以及A、B、C、D、E、F：非球面係數。

[實驗實施例]

以下表1係顯示符合前述條件表示式之一實驗實施例。

參閱表1，可以指出：| f/f1 |係為0.90，符合條件表示式4；而L/F1係為1.37，符合條件表示式5。

以下表2係顯示較表1所示者更為詳細之一實驗實施例。

上述表2及以下表3中，標示於表面數目旁之記號*係代表非球面。以下表3、4係分別顯示了在表2中各透鏡之非球面係數之值。

《實施方式》

圖2a、2b係根據本發明一實驗實施例繪示有彗差之圖表；其中係基於一像場高度(field height)測量各波長之切向像差(tangential aberration)及徑向像差(sagittal aberration)。在圖2a、2b中，當曲線自一正軸(positive axis)及一負軸(negative axis)接近X軸時，一彗差修正功能(coma aberration correcting function)良好。在圖2a、2b測量實例之像差圖表中，因為幾乎所有像場之影像值均靠近X軸，彗差修正功能係表現優越。

圖3係根據本發明一實驗實施例，繪示有一像差之一圖表。也就是說，圖3之圖表係繪示(由左至右依序為)：縱向球面像差(longitudinal spherical aberration)、像散場曲線(astigmatic field curves)、及畸變(distortion)。在圖3中，一Y軸係為一影像大小、而一X軸係為焦距(單位：mm)及畸變度(distortion degree)(單位：%)。在圖3中，當曲線接近Y軸時，一像差修正功能(aberration correcting function)良好。在所示像差圖表中，因為幾乎所有像場之影像值均靠近Y軸，球面像差、像散場曲線、及畸變均表現優越。

亦即，縱向球面像差之一範圍係為-0.029 mm~+0.0125 mm；像散場曲線之一範圍係為-0.015 mm~+0.01 mm；畸變之一範圍係為-0.90 mm~ +0.15 mm；根據本發明之攝像鏡頭得以據此對球面像差、像散場曲線、及畸變進行修正，進而使根據本發明之攝像鏡頭具有優良透鏡特性(lens characteristics)。

圖4係繪示有關於一變焦位置(zoom position)上空間頻率(spatial frequency)之一光學傳遞函數(Modulation Transfer Function，MTF)特性之圖表。圖4係基於空間頻率之一變化(單位：cycle/mm)測量一MTF特性。在此處，一MTF特性係指藉由計算自一原始目標表面起始之光及通過一透鏡之一形成影像兩者之間的差(difference)而獲取之一比率(rate)，其中MTF數=1係為最理想、最完美的情形，當MTF值下降時，解析度亦隨之降低。

參閱圖4a，因圖4a係顯示一高MTF數，可知根據一實施例之攝像鏡頭係具有優越的光學效能。

圖4b係繪示有關於一變焦位置上一離焦位置(defocusing position)之一光學傳遞函數特性(MTF)之圖表，其中離焦MTF之頻率係為143c/mm。

上述關於本發明之說明係被提供以使熟悉此項技術者能夠製造或使用本發明。關於本發明之各種修改與變化對於熟悉此項技術者而言是顯而易見的，且本發明可被應用於各種其他修改及實施例，而沒有悖離本發明原理的精神及範疇內。因此，本發明使用許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，其並非用以限制本發明，而是能夠對本發明所揭示之原理及新穎功能之範疇作出最寬之主張。

《產業利用性》

綜上所述，根據本發明實驗實施例之攝像鏡頭係具有產業利用性，其係可實現小尺寸、高解析度、並具有一高屈光力結構之攝像鏡頭。

10‧‧‧第一透鏡

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

50‧‧‧濾光器

60‧‧‧光接收元件

S1、S3、S5、S7、S9‧‧‧物側表面

S2、S4、S6、S8、S10‧‧‧像側表面

Claims (20)

1. 一種攝像鏡頭，自一物側依序包括：一第一透鏡，具有一正(+)屈光力，且係凸起地形成於一物側表面；一第二透鏡，具有一負(-)屈光力，且係凹陷地形成於一物側表面；一第三透鏡，具有一正(+)屈光力；以及一第四透鏡，具有一負(-)屈光力，其中該第一透鏡係凸起地形成於一像側表面，其中該第二透鏡係凹陷地形成於一像側表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該第二透鏡係具有一反曲點於一像側表面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中一孔徑係被設於該第一透鏡之一物側表面之一前端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該第四透鏡係具有一反曲點於其至少一個或以上的表面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該第一、第二、第三、及第四透鏡之一表面或兩表面係具有一非球面形狀。
6. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一個或以上之下述條件表示式：0.6<| f/f2 |<1、1.2<f/f3<1.8、0.6<| f/f4 |<1、0.3<| f3/f4 |<0.8、0.8<| f1/f2 |<1.3、0.8<| f1/f |<1.2、1<| f2/f |<1.5、0.85<| f/f1 |<1.15；其中，f係為該攝像鏡頭之一總焦距(焦距長)，而f1、f2、f3、及f4係分別為該第一、第二、第三、及第四透鏡之焦距。
7. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：1.2<L/f1<1.4；其中，f係為該攝像鏡頭之一總焦距(焦距長)，f1係為該第一透鏡之一焦距，且L係為該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸上的一距離。
8. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：4.3<L<4.5；其中，L係為該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸上的一距離。
9. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件 表示式：70<FOV<90；其中，FOV係指一對角線視場角。
10. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：1.6<n2<1.7、1.5<n1<1.6、1.5<n3<1.6、1.5<n4<1.6；其中，n1、n2、n3、及n4係分別為該第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、及第四透鏡之折射率。
11. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：22<V2<32、50<V1<60、50<V3<60、50<V4<60；其中，V1、V2、V3、及V4係為該第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、及第四透鏡之阿貝數(Abbe's number)。
12. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：2.0<F/#<3.0；其中，F/#係為一孔徑數值(F-number)。
13. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：0<(r3+r4)/(r3-r4)<1；其中，r3、r4係分別代表該第二透鏡之一物側表面及一像側表面之曲率半徑。
14. 如申請專利範圍第1項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：L3R2>-1、L4R2<1；其中，L3R2係為該第三透鏡之一第二表面之一曲率半徑，而L4R2係為該第四透鏡之一第二表面之一曲率半徑。
15. 一種攝像鏡頭，自一物側依序包括：一第一透鏡，具有一正(+)屈光力，且係凸起地形成於一物側表面；一第二透鏡，具有一負(-)屈光力，且係凹陷地形成於一物側表面；一第三透鏡，具有一正(+)屈光力，且係位在光軸上凸起地形成於一像側表面；以及一第四透鏡，具有一負(-)屈光力，其中該第三透鏡係位在該光軸上凹陷地形成於一物側表面。
16. 如申請專利範圍第15項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足下述一個或以上之條件表示式：0.6<| f/f2 |<1、1.2<f/f3<1.8、0.6<| f/f4 |<1、0.3<| f3/f4 |<0.8、0.8<| f1/f2 |<1.3、0.8<| f1/f |<1.2、1<| f2/f |<1.5、0.85<| f/f1 |<1.15；其中，f係為該攝像鏡頭之一總焦距(焦距長)，而f1、f2、f3、及f4係分別為該第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、及第四透鏡之焦距。
17. 如申請專利範圍第15項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條 件表示式：1.2<L/f1<1.4；其中，f係為該攝像鏡頭之一總焦距(焦距長)，f1係為該第一透鏡之一焦距，且L係指該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸之上的一距離。
18. 如申請專利範圍第15項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：4.3<L<4.5；其中，L係指該第一透鏡之一物側表面與一像側表面間在一光軸上的一距離。
19. 如申請專利範圍第15項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：70<FOV<90；其中，FOV係指一對角線視場角。
20. 如申請專利範圍第15項所述之攝像鏡頭，其中該攝像鏡頭係滿足一條件表示式：2.0<F/#<3.0；其中，F/#係為一孔徑數值(F-number)。