TWI740493B

TWI740493B - 光學鏡頭(七)

Info

Publication number: TWI740493B
Application number: TW109115549A
Authority: TW
Inventors: 曾明煌; 張錫齡
Original assignee: 大陸商信泰光學（深圳）有限公司; 亞洲光學股份有限公司
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-09-21
Also published as: TW202142910A

Abstract

本發明提供一種光學鏡頭，沿一光軸由一物側至一像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、以及一第三透鏡。第一透鏡包括朝向物側之一第一物側面以及朝向像側之一第一像側面，其中第一物側面為凸面。第二透鏡包括朝向物側之一第二物側面以及朝向像側之一第二像側面，其中第二像側面為凹面。第三透鏡包括朝向物側之一第三物側面以及朝向像側之一第三像側面，其中第三物側面為凸面，且第三像側面為凸面。光學鏡頭滿足公式1 > BFL/OD3 > 5或2 > (f+BFL)/OD1 > 7。

Description

光學鏡頭(七)

本發明係有關於一種鏡頭。更具體地來說，本發明有關於一種用於成像的光學鏡頭。

現今的鏡頭之發展趨勢，除了不斷朝向小型化發展外，隨著不同的應用需求，還需具備高解析度的能力，習知的鏡頭已經無法滿足現今的需求，需要有另一種新架構的鏡頭，才能同時滿足小型化及高解析度的需求。

本發明提供一種光學鏡頭，沿一光軸由一物側至一像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、以及一第三透鏡。第一透鏡具有正屈光力，且包括朝向物側之一第一物側面以及朝向像側之一第一像側面，其中第一物側面為凸面。第二透鏡具有負屈光力，且包括朝向物側之一第二物側面以及朝向像側之一第二像側面，其中第二像側面為凹面。第三透鏡具有正屈光力，且包括朝向物側之一第三物側面以及朝向像側之一第三像側面，其中第三物側面為凸面，且第三像側面為凸面。光學鏡頭滿足公式1<BFL/OD3<5或2<(f+BFL)/OD1<7。其中，BFL為光學鏡頭之後焦長，OD3為第三透鏡於物側的有效直徑，f為光學鏡頭之有效焦距，OD1為第一透鏡於物側的有效直徑。

本發明一些實施例中，前述光學鏡頭滿足下列公式：-3.5<f/f2<0，其中f2為第二透鏡之有效焦距。

本發明一些實施例中，前述光學鏡頭滿足下列公式：2.5<R21/R22<3，其中R21為第二物側面之曲率半徑，R22為第二像側面之曲率半徑。

本發明一些實施例中，前述光學鏡頭滿足公式0<TTL/BFL<2或6<BFL/T1<11，其中TTL為光學鏡頭之鏡頭總長，T1為第一透鏡在光軸方向上的厚度。

本發明一些實施例中，前述光學鏡頭滿足下列公式：16<f1+f2<21，其中f1為第一透鏡之有效焦距，f2為第二透鏡之有效焦距。

本發明一些實施例中，前述光學鏡頭滿足公式3.5<BFL/AAG<5.5或1<f/ALOD<2.3，其中AAG為第一透鏡和第二透鏡之間的空氣間隙加上第二透鏡和第三透鏡之間的空氣間隙之總合，f為光學鏡頭之有效焦距，ALOD為第一透鏡於物側的有效直徑、第二透鏡於物側的有效直徑、以及第三透鏡於物側的有效直徑之總合。

本發明一些實施例中，前述光學鏡頭的透鏡基本上依序由第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡所組成；第一透鏡為彎月型透鏡，且第一像側面為凹面；第二透鏡為彎月型透鏡，且第二物側面為凸面。

本發明一些實施例中，前述光學鏡頭更包括一光路轉折元件，設置於物側至最靠近物側的透鏡之間、或最靠近物側的透鏡至最靠近像側的透鏡之間、或最靠近像側的透鏡至像側之間的任一處。

本發明一些實施例中，前述光學鏡頭更包括另一光路轉折元件，設置於光路轉折元件於物側至最靠近物側的透鏡之間、或最靠近物側的透鏡至最靠近像側的透鏡之間、或最靠近像側的透鏡至像側之間未設置光路轉折元件的任一處。光路轉折元件以及另一光路轉折元件皆具有反射面，所述反射面包含有金屬層。

10:光學鏡頭

100:第一透鏡

110:第一物側面

120:第一像側面

200:第二透鏡

210:第二物側面

220:第二像側面

300:第三透鏡

310:第三物側面

320:第三像側面

400:光圈

500:光路轉折元件

600:濾光片

700:感光元件

AX1:光軸

D12:空氣間隙

D23:空氣間隙

S:弧矢方向

T:子午方向

第1圖係表示本發明第一實施例中之光學鏡頭示意圖。

第2A圖係表示本發明第一實施例中之光學鏡頭的像散場曲(Field Curvature)圖。

第2B圖係表示本發明第一實施例中之光學鏡頭的畸變(Distortion)圖。

第2C圖係表示本發明第一實施例中之光學鏡頭的調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。

第3圖係表示本發明第二實施例中之光學鏡頭示意圖。

第4A圖係表示本發明第二實施例中之光學鏡頭的像散場曲圖。

第4B圖係表示本發明第二實施例中之光學鏡頭的畸變圖。

第4C圖係表示本發明第二實施例中之光學鏡頭的調變轉換函數圖。

第5圖係表示本發明第三實施例中之光學鏡頭示意圖。

第6A圖係表示本發明第三實施例中之光學鏡頭的像散場曲圖。

第6B圖係表示本發明第三實施例中之光學鏡頭的畸變圖。

第6C圖係表示本發明第三實施例中之光學鏡頭的調變轉換函數圖。

以下說明本發明之光學鏡頭。然而，可輕易了解本發明提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本發明的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

一種光學鏡頭，沿一光軸由一物側至一像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、以及一第三透鏡。第一透鏡包括朝向物側之一第一物側面以及朝向像側之一第一像側面，其中第一物側面為凸面，且第一像側面為凹面。第二透鏡包括朝向物側之一第二物側面以及朝向像側之一第二像側面，其中第二物側面為凸面，且第二像側面為凹面。第三透鏡包括朝向物側之一第三物側面以及朝向像側之一第三像側面，其中第三物側面為凸面，且第三像側面為凸面。於一些實施例中，光學鏡頭滿足此公式：1<BFL/OD3<5，其中BFL為光學鏡頭之後焦長，OD3為第三透鏡於物側的有效直徑。於一些實施例中，光學鏡頭滿足此公式：2<(f+BFL)/OD1<7，其中f為光學鏡頭之有效焦距，OD1為第一透鏡於物側的有效直徑。

另外，光學鏡頭可符合下列其中至少一項公式以提高光學鏡頭的畫素解析品質，並同時達到易於製程加工的目的。

-3.5<f/f2<0 (公式1)

2.5<R21/R22<3 (公式2)

0<TTL/BFL<2 (公式3)

16<f1+f2<21 (公式4)

3.5<BFL/AAG<5.5 (公式5)

6<BFL/T1<11 (公式6)

1<f/ALOD<2.3 (公式7)

1<BFL/OD3<5 (公式8)

2<(f+BFL)/OD1<7 (公式9)

於上述公式中，f為第一實施例至第三實施例中光學鏡頭10的有效焦距，TTL為第一實施例至第三實施例中光學鏡頭10的鏡頭總長(即第一透鏡100的物側面至感光元件700成像面於光軸AX1上的距離)，BFL為第一實施例至第三實施例中光學鏡頭10的後焦長(即第三透鏡300的像側面至感光元件700成像面於光軸AX1上的距離)。f1、OD1、以及T1分別為第一實施例至第三實施例中第一透鏡100之有效焦距、第一透鏡100於物側的有效直徑、以及第一透鏡100在光軸AX1方向上之厚度(即第一透鏡100物側面至第一透鏡100像側面於光軸AX1上的距離)，f2為第一實施例至第三實施例中第二透鏡200之有效焦距，f3和OD3分別為第一實施例至第三實施例中第三透鏡300之有效焦距和第三透鏡300於物側的有效直徑。ALOD則為第一實施例至第三實施例中第一透鏡100於物側的有效直徑、第二透鏡200於物側的有效直徑和第三透鏡300於物側的有效直徑之總合。R21為第一實施例至第三實施例中第二透鏡200之第二物側面210之曲率半徑，R22為第一實施例至第三實施例中第二透鏡200之第二像側面220的曲率半徑。AAG為第一實施例至第三實施例中各透鏡之間的空氣間隙的總合，即第一透鏡100和第二透鏡200之間的空氣間隙D12加上第二透鏡200和第三透鏡300之間的空氣間隙D23之總合。

值得注意的是，公式8「1<BFL/OD3<5」與公式9「2<(f+BFL)/OD1<7」分別為BFL後焦長與第三透鏡300於物側的有效直徑比率以及光學鏡頭10的f有效焦距與BFL後焦長總和與第一透鏡100於物側的有效直徑比率，其中兩個條件式共通性BFL後焦長為影響光學鏡頭變焦倍率的重要因素之一，滿足上述條件式能夠增加後焦距長度從而達到更高倍率的光學變焦，並且同時不增加鏡頭模組尺寸能兼具光學鏡頭10薄型化的功效，此外亦能夠降低光學系統的敏感度。

第1圖為本發明之第一實施例之光學鏡頭10示意圖。如第1圖所示，光學鏡頭10從物側至像側沿著光軸AX1依序包括一第一透鏡100、一光圈400、一第二透鏡200、一第三透鏡300、一光路轉折元件500、一濾光片600、以及一感光元件700。第一透鏡100、第二透鏡200、第三透鏡300和光圈400靠近物側，且第二透鏡200和光圈400設置於第一透鏡100和第三透鏡300之間，第二透鏡200設置於光圈400和第三透鏡300之間。光路轉折元件500、濾光片600和感光元件700則靠近像側，且濾光片600設置於光路轉折元件500和感光元件700之間，其中光路轉折元件500可為稜鏡或反射鏡，用以將光線改變行進方向，且光路轉折元件500具有反射面，所述反射面包含有金屬層，例如以鍍膜方式鍍上鋁層，但本發明不以此為限，不限定金屬層的製作方式。來自物側的光線可在依序穿過第一透鏡100、第二透鏡200、第三透鏡300、光路轉折元件500和濾光片600後抵達感光元件700，並於感光元件700上成像。

第一透鏡100為可具有正屈光力的彎月型透鏡，其包括朝向物側之一第一物側面110以及朝向像側之一第一像側面120。第一物側面110為凸面，且第一像側面120為凹面。第一透鏡100例如可由玻璃或塑膠製成。

第二透鏡200為可具有負屈光力的彎月型透鏡，其包括朝向物側之一第二物側面210以及朝向像側之一第二像側面220。第二物側面210為凸面，且第二像側面220為一凹面。第二透鏡200例如可由玻璃或塑膠製成。

第三透鏡300為可具有正屈光力的雙凸透鏡，且其包括朝向物側之一第三物側面310以及朝向像側之一第三像側面320。第三物側面310為凸面，且第二像側面320亦為凸面。因此，從而可增加光學鏡頭10的後焦長。於本實施例中，第三透鏡300例如可由玻璃或塑膠製成。

表一為第1圖中光學鏡頭1之各透鏡的相關參數表。

第一實施例中，有效焦距f為30mm，第二透鏡200之有效焦距f2為-10.331mm。因此，於公式1中f/f2可約為-2.903。

第二物側面210的曲率半徑為12.1052mm，第二像側面220的曲率半徑為4.505652mm。因此，於公式2中R21/R22可約為2.686。

光學鏡頭10之鏡頭總長為34.05mm，光學鏡頭10之後焦長為22.72mm。因此，於公式3中TTL/BFL可約為1.498。

第一透鏡100之有效焦距f1為29.483mm，第二透鏡200之有效焦距f2為-10.331mm。因此，於公式4中f1+f2可約為19.152mm。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第一透鏡100的第一像側面120至第二透鏡200的第二物側面210之間沿著光軸AX1的空氣間隙D12為3.814mm，第二透鏡200的第二像側面220至第三透鏡300的第三物側面310之間沿著光軸AX1的空氣間隙 D23為1.592mm，AAG為5.406mm。因此，於公式5中BFL/AAG可約為4.202。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第一透鏡100在光軸AX1方向上之厚度為2.864mm。因此，於公式6中BFL/T1可約為7.932。

有效焦距f為30mm，第一透鏡100於物側的有效直徑為9.34mm，第二透鏡200於物側的有效直徑為7.121mm，第三透鏡300於物側的有效直徑為7.123mm。因此，於公式7中f/ALOD可約為1.272。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，且第三透鏡300於物側的有效直徑為7.123mm。因此，於公式8中BFL/OD3可約為3.189。

有效焦距f為30mm，光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，且第一透鏡100於物側的有效直徑為9.34mm。因此，於公式9中(f+BFL)/OD1可約為5.644。

表一中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：z=ch²/{1+[1-(k+1)c²h²]^1/2}+Ah⁴+Bh⁶+Ch⁸+Dh¹⁰+Eh¹²+Fh¹⁴+Gh¹⁶

其中，c為曲率，h為透鏡表面任一點至光軸AX1之垂直距離，且k為圓錐係數(Conic Constant)。A至G為非球面係數。

表二為表一中各個透鏡之非球面表面之相關參數表。

另外，需說明的是，在本實施例中，從垂直光軸AX1之方向觀察時，第二透鏡200和光圈400會部分重疊。換言之，第二透鏡200會穿過光圈400，至少部分的第二物側面210與第一透鏡100之間的距離會小於光圈400與第一透鏡100之間的距離。於本實施例中，在光軸AX1上，第二物側面210與第一透鏡100之間的距離較光圈400與第一透鏡100之間的距離小0.3672631mm。

第2A圖為本發明第一實施例之光學鏡頭10的像散場曲(Field Curvature)圖。如第2A圖所示，通過前述第一實施例之光學鏡頭10，光線所產生的子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向場曲介於-0.045mm至0.070mm之間。第2B圖為本發明第一實施例之光學鏡頭10的畸變(Distortion)圖。如第2B圖所示，通過前述第一實施例之光學鏡頭10，光線所產生的畸變介於-0.9%至0%之間。第2C圖為本發明第一實施例之光學鏡頭10的調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。如第2C圖所示，通過前述第一實施例之光學鏡頭10，空間頻率介於0 lp/mm至156 lp/mm，其調變轉換函數值可介於0.4至1.0之間。

因此，於本實施例中，光學鏡頭10之場曲、畸變都能被有效修正，鏡頭解析度也能滿足要求，從而得到較佳的光學性能。

於一些實施例中，在不改變光學鏡頭10的光學特性下，光學鏡頭10中的元件可依使用需求添加或省略。舉例而言，於一些實施例中，光學鏡頭10中的濾光片600可依需求而省略，或者可在物側與第一透鏡100之間增加另一光路轉折元件，可使得整體系統的焦距增加，且藉由另一光路轉折元件達成潛望式的彎折架構，使得鏡頭模組的尺寸、體積、厚度能夠控制維持薄型化，而來自物側的光線可依序經由另一光路轉折元件、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、光路轉折元件和濾光片後抵達感光元件；亦或者在複數個透鏡之間增加另一光路轉折元件，來自物側的光線可依序經由最靠近物側的透鏡、另一光路轉折元件、最靠近像側的透鏡、光路轉折元件和濾光片後抵達感光元件。

請參閱第3圖，第3圖為本發明之第二實施例之光學鏡頭10的示意圖。光學鏡頭10從物側至像側沿著光軸AX1依序包括一第一透鏡100、一光圈400、一第二透鏡200、一第三透鏡300、一光路轉折元件500、一濾光片600、以及一感光元件700。來自物側的光線可在依序穿過第一透鏡100、第二透鏡200、第三透鏡300、光路轉折元件500和濾光片600後抵達感光元件700，並於感光元件700上成像。在第二實施例中，第一透鏡100、第二透鏡200和第三透鏡300可分別具有正屈光力、負屈光力和正屈光力，面型與第一實施例大致相同因此不再贅述。表三為第3圖中光學鏡頭10之各透鏡的相關參數表。

表四為表三中各個透鏡之非球面表面之相關參數表。

於本實施例中，光學鏡頭10可符合前述公式1至9之至少一項，以提高光學鏡頭的畫素解析品質，並同時達到易於製程加工的目的，尤其應用於智慧型移動終端裝置、手機、平板等電子裝置，能在不增加鏡頭尺寸、體積、長度及厚度的情況下增加後焦距長度，使得光學鏡頭10可達成更高倍率的光學變倍。

第二實施例中，有效焦距f為29.92mm，第二透鏡200之有效焦距f2為-10.243mm。因此，於公式1中f/f2可約為-2.920。

第二物側面210的曲率半徑為11.69079mm，第二像側面220的曲率半徑為4.405977mm。因此，於公式2中R21/R22可約為2.653。

光學鏡頭10之鏡頭總長為34.21mm，光學鏡頭10之後焦長為22.72mm。因此，於公式3中TTL/BFL可約為1.505。

第一透鏡100之有效焦距f1為28.833mm，第二透鏡200之有效焦距f2為-10.243mm。因此，於公式4中f1+f2可約為18.590mm。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第一透鏡100的第一像側面120至第二透鏡200的第二物側面210之間沿著光軸AX1的空氣間隙D12為4.11mm，第二透鏡200的第二像側面220至第三透鏡300的第三物側面310之間沿著光軸AX1的空氣間隙D23為1.612mm，AAG為5.722mm。因此，於公式5中BFL/AAG可約為3.970。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第一透鏡100在光軸AX1方向上之厚度為2.368mm。因此，於公式6中BFL/T1可約為9.594。

有效焦距f為29.92mm，第一透鏡100於物側的有效直徑為9.34mm，第二透鏡200於物側的有效直徑為6.858mm，第三透鏡300於物側的有效直徑為7.097mm。因此，於公式7中f/ALOD可約為1.284。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第三透鏡300於物側的有效直徑為7.097mm。因此，於公式8中BFL/OD3可約為3.201。

有效焦距f為29.92mm，光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第一透鏡100於物側的有效直徑為9.34mm。因此，於公式9中(f+BFL)/OD1可約為5.635。

第二實施例中光學鏡頭10的各個透鏡之非球面表面凹陷度z可類似於第一實施例，故於此不再贅述。另外，在第二實施例中，在光軸AX1上，第二物側面210與第一透鏡100之間的距離較光圈400與第一透鏡100之間的距離小0.02973503mm。於一些實施例中，從垂直光軸AX1之方向觀察時，第二透鏡200和光圈400可未重疊，且光圈400可切齊第二透鏡200的第二物側面210。

第4A圖為本發明第二實施例之光學鏡頭10的像散場曲圖。如第4A圖所示，通過前述第二實施例之光學鏡頭10，光線所產生的子午方向與弧矢方向場曲介於-0.090mm至0.045mm之間。第4B圖為本發明第二實施例之光學鏡頭10的畸變圖。如第4B圖所示，通過前述第二實施例之光學鏡頭10，光線所產生的畸變介於-1.0%至0%之間。第4C圖為本發明第二實施例之光學鏡頭10的調變轉換函數圖。如第4C圖所示，通過前述第二實施例之光學鏡頭10，空間頻率介於0 lp/mm至156 lp/mm，其調變轉換函數值可介於0.4至1.0之間。

請參閱第5圖，第5圖為本發明之第三實施例之光學鏡頭10的示意圖。光學鏡頭10從物側至像側沿著光軸AX1依序包括一第一透鏡100、一光圈400、一第二透鏡200、一第三透鏡300、一光路轉折元件500、一濾光片600、以及一感光元件700。來自物側的光線可在依序穿過第一透鏡100、第二透鏡200、第三透鏡300、光路轉折元件500和濾光片600後抵達感光元件700，並於感光元件700上成像。在第三實施例中，第一透鏡100、第二透鏡200和第三透鏡300可分別具有正屈光力、負屈光力和正屈光力，面型與第一實施例大致相同因此不再贅述。表五為第5圖中光學鏡頭10之各透鏡的相關參數表。

表六為表五中各個透鏡之非球面表面之相關參數表。

第三實施例中，有效焦距f為29.91mm，第二透鏡200之有效焦距f2為-10.263mm。因此，於公式1中f/f2可約為-2.914。

第二物側面210的曲率半徑為12.11689mm，第二像側面220的曲率半徑為4.475316mm。因此，於公式2中R21/R22可約為2.707。

光學鏡頭10之鏡頭總長為34.06mm，光學鏡頭10之後焦長為22.72mm。因此，於公式3中TTL/BFL可約為1.499。

第一透鏡100之有效焦距f1為28.862mm，第二透鏡200之有效焦距f2為-10.263mm。因此，於公式4中f1+f2可約為18.598mm。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第一透鏡100的第一像側面120至第二透鏡200的第二物側面210之間沿著光軸AX1的空氣間隙D12為3.879mm，第二透鏡200的第二像側面220至第三透鏡300的第三物側面310之間沿著光軸AX1的空氣間隙D23為1.59mm，AAG為5.469mm。因此，於公式5中BFL/AAG可約為4.154。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第一透鏡100在光軸AX1方向上之厚度為2.803mm。因此，於公式6中BFL/T1可約為8.105。

有效焦距f為29.91mm，第一透鏡100於物側的有效直徑為9.34mm，第二透鏡200於物側的有效直徑為7.028mm，第三透鏡300於物側的有效直徑為7.069mm。因此，於公式7中f/ALOD可約為1.276。

光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第三透鏡300於物側的有效直徑為7.069mm。因此，於公式8中BFL/OD3可約為3.214。

有效焦距f為29.91mm，光學鏡頭10之後焦長為22.72mm，第一透鏡100於物側的有效直徑為9.34mm。因此，於公式9中(f+BFL)/OD1可約為5.634。

同樣的，第三實施例中光學鏡頭10的各個透鏡之非球面表面凹陷度z可類似於第一實施例，故於此不再贅述。另外，在第三實施例中，在光軸AX1上，第二物側面210與第一透鏡100之間的距離較光圈400與第一透鏡100之間的距離小0.3591613mm。

第6A圖為本發明第三實施例之光學鏡頭10的像散場曲圖。如第6A圖所示，通過前述第三實施例之光學鏡頭10，光線所產生的子午方向與弧矢方向場曲介於-0.020mm至0.090mm之間。第6B圖為本發明第三實施例之光學鏡頭10的畸變圖。如第6B圖所示，通過前述第三實施例之光學鏡頭10，光線所產生的畸變介於-0.9%至0%之間。第6C圖為本發明第三實施例之光學鏡頭10的調變轉換函數圖。如第6C圖所示，通過前述第三實施例之光學鏡頭10，空間頻率介於0 lp/mm至156 lp/mm，其調變轉換函數值可介於0.3至1.0之間。

綜上所述，本發明提供的光學鏡頭可具有良好的光學性能，提高光學鏡頭的畫素解析品質，並同時達到易於製程加工的目的。

雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。