TWM459408U - 薄型廣角三片式成像鏡頭組 - Google Patents

Description

薄型廣角三片式成像鏡頭組

本創作係有關於薄型廣角三片式成像鏡頭組，特別係藉由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數所達成具有較短的高度以及高解像力的透鏡結構。

習知透鏡結構係使用於行動電話、智慧型手機、筆記型電腦以及攝像頭(webcam)等電子產品中的顯像鏡頭組。隨著此類電子產品不斷地發展為更輕、薄、短、小且同時又必須具有更高的效能，前述顯像鏡頭組中的影像感測器，如CCD是電荷耦合元件或是CMOS互補金屬氧化物導體等，不斷朝向高畫素，這類透鏡結構也因而不斷地朝緊密化且更高解像力的方向發展。

因此本創作係依據這類顯像鏡頭組的發展需要，針對多片式透鏡結構，尤其是至少包括三片透鏡之透鏡結構的成像鏡頭結構進行創作。

本創作有鑑於透鏡結構體積大及效能不足之問題，乃完成本創作之薄型廣角三片式成像鏡頭組。

本創作之主要目的在於提供一種薄型廣角三片式成像鏡頭組 ，其係包含一固定光欄和一光學組，該光學組設有一第一、一第二及一第三鏡片，而其排列方式從物側至像側之順序為：第一鏡片，具有負屈光力且兩面在靠近光軸為凹面，其兩面可為球面或非球面；第二鏡片，具有正屈光力且兩面在靠近光軸為凸面，其兩面可為球面或非球面；第三鏡片，具有負屈光力且朝向物側為凹面的鏡片，其兩面可為球面或非球面；光欄位置可在物與像之間任一位置。

所述之成像鏡片組，係滿足以下條件：0.05<f/TL<5，其中TL為第一鏡片到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值；所述之成像鏡片組，係滿足以下條件：0.5<TL/Dg<5，其中TL為第一鏡片到成像面之間距離，Dg為該電子感光元件之有效像數區域對角線長；所述之成像鏡片組，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。

本創作之優點在於：經由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數，使成像鏡頭組達成具較短的高度以及高解像力的透鏡結構。

10‧‧‧第一鏡片

11‧‧‧第一面

12‧‧‧第二面

20‧‧‧固定光欄

30‧‧‧第二鏡片

31‧‧‧第三面

32‧‧‧第四面

40‧‧‧第三鏡片

41‧‧‧第五面

42‧‧‧第六面

50‧‧‧過濾元件

51‧‧‧第七面

52‧‧‧第八面

60‧‧‧圖像傳感器

61‧‧‧平面保護鏡片

610‧‧‧第九面

611‧‧‧第十面

62‧‧‧影像感測器

[第1圖]係本創作之光學結構圖。

[第2圖]係本創作之實施非點像差示意圖。

[第3圖]係本創作之實施歪曲像差示意圖。

[第4圖]係本創作之實施例球面像差示意圖。

茲有關本創作之詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本創作實施之限制。

本創作的構成具體而言，係提供一種成像鏡頭結構，特別係藉由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數所達成之具有較短的高度以及高解像力的透鏡結構。

請參閱第1圖所示為本創作薄型廣角三片式成像鏡頭組的光學結構圖，該成像鏡頭結構係包含有一固定光欄20和一光學組，光學組包含第一鏡片10、第二鏡片30及第三鏡片40，其排列方式從物側至像側之順序為：具有負屈光力而兩面在靠近光軸為凹面且兩面可為球面或非球面之第一鏡片10；具有正屈光力而兩面在靠近光軸為凸面且兩面可為球面或非球面之第二鏡片30；具有負屈光力而朝向物側為凹面的鏡片且兩面可為球面或非球面之第三鏡片40；位置可在物與像之間任一位置之固定光欄20；過濾特定波長之光線的一過濾元件50，該過濾元件50可以是一紅外線截止過濾元件，用於可見光成像，或一可見光截止過濾元件，用以過 濾可見光，而通過的光線之波長為780至1050nm，應用於不可見光的紅外線光成像；以及用以接收通過前述過濾元件紅外線不可見光的成像，傳換成為數位信號之一圖像傳感器60(成像面)，該圖像傳感器60包括一平面保護透鏡61與一影像感測器62，該影像感測器62可以是電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)。

所述之成像鏡片組，係滿足以下條件：0.05<f/TL<5，其中TL為第一鏡片到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值；所述之成像鏡片組，係滿足以下條件：0.5<TL/Dg<5，其中TL為第一鏡片到成像面之間距離，Dg為該電子感光元件之有效像數區域對角線長；該第一鏡片10包含有面對被攝物體的第一面11及面對成像面的第二面12，所述第一面11係相對於被攝物體呈凹陷構形之凹面，第二面12係相對於成像面呈凹陷構形之凹面。該第二鏡片30包含有面對被攝物體的第三面31及面對成像面的第四面32，所述第三面31係相對於被攝物體呈凸面構形之凸面，第四面32係相對於成像面呈凸面構形之凸面。該第三鏡片40包含有面對被攝物體的第五面41及面對成像面的第六面42，所述第五面41係相對於被攝物體呈凹陷構形之凹面，第六面42係相對於成像面呈凹陷構形之凹面。且前述第一、二、三、四、五、六面11、12、31、32、41、42皆為非球面，藉此全面矯正球差及像差，並具有低公差敏感度之特性。

所述之成像鏡片組，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。

實施上，本創作之微型超廣角光學取像裝置中，該孔徑光閘20可設於物與像之間任一位置取得所要的入射光束，且第一鏡片10及第三鏡片40為負屈光力鏡片，而第二鏡片30為正屈光力鏡片，其第一鏡片10為凹面於被攝物體的第一面11用以超廣角匯聚外在的入射光束，從而使光束在第一鏡片10之第二面12上，藉此可充分發揮非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度，也使的本裝置具有超廣角度，取像角度可達130°以上。再由第二鏡片30上相對於被攝物體呈凸面構形之凸面的第三面31進行闊束，第四面32係相對於成像面呈凸面構形的正屈光力鏡片，而第三鏡片40經過雙凹向成像面的第五面41發散，從而使光束在第六面42上可分佈較大的面積。也就是說，入射光束經過第三面31的闊束，從而使光束在第六面42上可分佈較大的面積，而該第二鏡片30之類半月形構造可充分發揮非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度。

採用非球面設計除了可矯正球差及像差外還有助於縮短鏡頭 光學系統的總長，且第一、二、三鏡片10、30、40均可採用塑膠材質，有利於消除像差及減輕鏡頭重量，整個光學系統只用到三個塑膠透鏡，適合大量生產，且其公差敏感度低，加上景深夠大，組合公差係小於光學聚焦之可用的焦深範圍，應用時不需進行調焦之動作，易於製造組立，符合大規模量產之要求。而用以過濾可見光，只通過紅外線不可見光的過濾元件50，形成一種可進行取像的微型超廣角光學取像裝置。

上述透鏡之鏡面係具有相互對應且調適的曲率半徑、厚度/間隔、折射率以及阿貝數，使得本創作之成像鏡頭結構可得到較短的高度以及較佳的光學像差。

基於前述本創作之技術內容，可依據下列數值實施例具體實施：

其中，過濾元件50的厚度為0.21 mm，係一可見光截止過濾元件，通過的光線之波長為850nm；平面保護透鏡51的厚度為0.4 mm。

非球面係數的具體數值如下所列：

第一面11(k=-159.95)：

A：0.6608481

B：-0.4658657

C：0.1112175

D：0.1809292

E：0.0074167

F：-0.0035157

G：0.0009258

第二面12(k=9.59)：

A：5.1903467

B：8.1371742

C：-393.8628

D：4052.2912

E：-0.3576766

F：0.4025124

G：-0.4435454

第三面31(k=-80.52)：

A：2.3677634

B：-24.061603

C：231.7739

D：-1007.5218

E：10.386996

F：-54.147325

G：95.656751

第四面32(k=-2.13)：

A：-1.7012505

B：1.1659933

C：0.8690686

D：38.38493

E：0.0424579

F：-0.0510908

G：-0.0817919

第五面41(k=65.83)：

A：0.3155698

B：-1.0385313

C：-2.3450046

D：-0.9335597

E：-0.0013162

F：0.0007198

G：0.0019534

第六面42(k=75.33)：

A：0.0438380

B：-0.6354896

C：-0.3103171

D：0.1757097

E：-0.0759811

F：-0.0245816

G：-0.001721

依上開數值實施之微型取像鏡頭的相關性能指數為：f=0.81mm；TL=2.60mm；f/TL=0.31；Dg=2.4mm；TL/Dg=1.08。

請再參閱圖式，第2圖係本創作之實施非點像差示意圖。第3圖係本創作之實施歪曲像差示意圖。第4圖係本創作之實施例球面像差示意圖。由上列示意圖可看出所測得的非點像差、歪曲像差及球面像差均在標準範圍且具有良好的光學性能，具有良好的成像品質。且本裝置的景深夠大，組合公差係小於光學聚焦之焦 深範圍，應用時不需進行調焦之動作，比現有類似產品易於製造組立，符合大規模量產之要求。

本創作微型光學取像裝置係採用負、正、負三片非球面鏡片，與過濾特定波長之光線只通過所需波長之光線的一過濾元件50，該過濾元件50可以是一紅外線截止過濾元件，用於可見光成像，或一可見光截止過濾元件，應用於不可見光的紅外線光成像。

藉由非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度，除了可矯正像差外還有助於縮短鏡頭光學系統的總長，也使的本裝置具有超廣角度，取像角度可達130°以上。而第一、二及第三透鏡片均可採用塑膠材質，有利於消除像差及減輕鏡頭重量，整個光學系統只用到三個塑膠透鏡，適合大量生產，且公差敏感度低，具有良好的成像品質，易於製造組立，符合大規模量產之要求。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及創作說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧第一鏡片

11‧‧‧第一面

12‧‧‧第二面

20‧‧‧固定光欄

30‧‧‧第二鏡片

31‧‧‧第三面

32‧‧‧第四面

40‧‧‧第三鏡片

41‧‧‧第五面

42‧‧‧第六面

50‧‧‧過濾元件

51‧‧‧第七面

52‧‧‧第八面

60‧‧‧圖像傳感器

61‧‧‧平面保護鏡片

610‧‧‧第九面

611‧‧‧第十面

62‧‧‧影像感測器

Claims (4)

1. 一種薄型廣角三片式成像鏡頭組，係包含有一固定光欄和一光學組，該光學組包含第一鏡片、第二鏡片及第三鏡片，其排列方式從物側至像側之順序為：該第一鏡片，具有負屈光力且兩面在靠近光軸為凹面；又；其兩面可為球面或非球面；該第二鏡片，具有正屈光力且兩面在靠近光軸為凸面；又；其兩面可為球面或非球面；該第三鏡片，具有負屈光力且朝向物側為凹面的鏡片；又；其兩面可為球面或非球面；該光欄位置可在物與像之間任一位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄型廣角三片式成像鏡頭組，係滿足以下條件：0.05<f/TL<5，其中TL為第一鏡片到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之薄型廣角三片式成像鏡頭組，係滿足以下條件：0.5<TL/Dg<5，其中TL為第一鏡片到成像面之間距離，Dg為該電子感光元件之有效像數區域對角線長。
4. 如申請專利範圍第1項所述之薄型廣角三片式成像鏡頭組，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。