TWI261682B - Miniature image-capturing lens, image-capturing unit and mobile terminal provided therewith - Google Patents

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TWI261682B
TWI261682B TW092108138A TW92108138A TWI261682B TW I261682 B TWI261682 B TW I261682B TW 092108138 A TW092108138 A TW 092108138A TW 92108138 A TW92108138 A TW 92108138A TW I261682 B TWI261682 B TW I261682B
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Masae Sato
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Description

1261682 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種適用於成像裝置之小型攝影 成像裝置採用諸如CCD型影像傳感器、CM〇s 感器等之固態攝影元件。 【先前技術】 近年來’由於採用諸如電荷藕合元件 Coupled Device，下文簡稱CCD)型影像傳感器 氧化金屬半導體 （Complementary Me Semiconductor,下文簡稱CMOS)型影像傳感器 影元件之成像裝置之較高性能要求及小型化，採 裝置之行動電話或個人電腦已變得普遍。再者， 要裝載在該成像裝置上之攝影透鏡之持續小型化 比起單一透鏡把發展較高性能變成可能之二 透鏡係適用於前述用法之攝影透鏡。熟知者係一 攝影透1¾ ’其由具有一負折射率之第一透鏡、一 具有一正折射率之第二透鏡所構成，它們係由該 此順序排列。如上面論及所構成之攝影透鏡 TOKKAI 2000-321489 及 TOKKAI 2001 - 1 83578 中 雖然此型攝影透鏡係適用於一廣角功能，其 易於變長’使得其很難以使總攝影透鏡長度（由 個攝影透鏡中之最近該物體側之表面至一影像側 離，倘若於該攝影透鏡中，其中該孔徑光圈係位 透鏡，該 型影像傳 (Charged- 、互補性 ί t a 1 - Ο X i d e 等固態攝 用此成像 進一步需 〇 件結構式 後對焦型 光圈、及 物體側以 係揭示於 1 0 後焦點係 位於該整 丨焦點之距 :於最接近 -6 - (2) 1261682 該物體側，該攝影透鏡之總長度係一由該孔徑光圈至該影 像側焦點之距離）縮短。 【發明內容】 由前述問題之觀點成就本發明。本發明之目的係提供 --種較小及最佳象差校正之小型攝影透鏡，雖然其僅只包 括二分開之透鏡。 有關該小型攝影透鏡之尺寸，本發明針對使該攝影透 鏡小型化至一滿足以下公式之程度。藉著滿足此極限，該 攝影透鏡之總長度係縮短，且其外徑係配合作用地縮短。 因此，該成像裝置可整體地小型化及重量變輕。 公式（5) L / 2Y < 1.50 在此， L :該孔徑闌及該影像側焦點之間在一光軸上之距 離，及 2Y : —有效影像區之對角線長度。 影像側焦點意指該像點，在此聚焦與該透鏡之光軸平 行平行於入射光。再者，當一平面平行板係安排於該攝影 透鏡之影像側表面及該焦點之間時，該平面平行板之厚度 係處理當作一空氣轉化距離。在此，於當作該平行板部分 具有一低通濾波器範例之案例中，由以下之公式獲得該空 氣轉化距離Dc : Dc = t/n，在此t係該低通濾波器之厚度’ 且η係該低通濾波器之折射率。 1261682 (3) (項目1 ) 一小型攝影透鏡包括： 一孔徑闌， 第一透鏡，其具有正折射率，其凸表面面對該影像 側， 第二透鏡，其形成一新月形狀，其凹表面面對該物體 側，及 所有零件係以上面之順序由該物體側排列， 其中該第一透鏡及該第二透鏡每一個具有至少一非球 狀表面，且滿足以下之公式： 公式（1) 0.50 < fl / f < 0.80 公式（2) 0.30 < (R2+ Rl) / (R1-R2) < 1.20 在此 Π :該第一透鏡之焦距， f :總攝影透鏡之焦距， R 1 :該第一透鏡之物體側表面之曲率半徑， R2 :該第一透鏡之影像側表面之曲率半徑。 爲了獲得已最佳校正象差之小型攝影透鏡，本發明之 基礎結構係在最接近該目的側由安排在一整個攝影透鏡系 統中之孔徑闌所構成、具有面對該影像側而比該物體側表 面之折射率更大之凸表面之正透鏡、及一以其凹表面面對 該物體側之新月形第二透鏡。 藉著在該目標之最近側將該孔徑闌安排在該攝影透鏡 系統中，及藉著在該第一透鏡之影像側表面上具有較大之 -8 - 1261682 (4) 正折射率，其可能在離該影像表面更遠距離處保持一出射 光瞳。以此配置，由一透鏡最後表面所發射光通量之主要 光線變成以接近垂直之角度入射在一固態攝影元件上。亦 即可令人滿意確保用於該固態攝影元件之攝影透鏡所必要 之影像側遠心特色，且能減少一影像屏幕周邊部分之陰影 現象。因此，其變成可能獲得一種輕易地確保影像側遠心 特色之結構，此結構係固態攝影元件中所使用小型攝影透 鏡所必要者。再者，藉著在該第二透鏡之物體側表面上具 有此大負折射率，其變成可能校正任何象差。 又進一步，藉著以該第一透鏡及第二透鏡每一個上之 至少一非球狀表面爲特色，其可能最佳地校正象差。藉著 以具有正折射率之第一透鏡上之非球狀表面爲特色，可有 效地校正球面象差及慧形象差。在另一方面，既然該第二 透鏡係安排最近於遠離該孔徑闌之影像側，在該圖畫表面 外圍區域上於該軸上之光通量之通過高度及該軸外之光通 量之通過高度之間有一差値，且藉著使用該非球狀表面， 可最佳地校正該圖畫表面外圍區域上之象差，諸如象場彎 曲及扭曲。 [公式（1)之說明] 公式（1)顯示適當決定該第一透鏡之折射率之條件。 假如fl/f之値係大於下限，該第一透鏡之折射率能控制在 所需程度內，因此發生在該第一透鏡之影像側表面上之高 階球面象差、慧形象差、及放大色差係控制成較低。假如 -9 - 1261682 (5) fl/f之値係少於上限，適當地確保該第一透鏡之正折射 率，且可縮短該攝影透鏡之總長度。 [公式（2)之說明] 公式（2)顯示可在公式（1)之條件下適當地建立該第一 透鏡之形狀因數之條件。假如（R2 + R1) / (R1_R2)之値大 於下限，該影像側表面主要具有該第一透鏡之正折射率之 作用，因此輕易地獲得該整個攝影透鏡系統之影像側遠心 特色。再者，假如前述値少於該上限’該第一透鏡之影像 側表面之曲率半徑不會變得過小，且輕易地獲得該整個攝 影透鏡系統之後焦點。因此由製造該第一透鏡之觀點係較 佳的。其更較佳的是滿足以下之公式（2’）。 公式（2’） 0.40<(R2 + R1)/(R1 - R2)<0.90 (項目2 ) 該小型攝影透鏡之特徵爲滿足以下之公式。 公式（3) - 0.50<R3/((N2 - 1) · f)< - 〇.1〇 在此， R3 :該第二透鏡之物體側表面之曲率半徑， N 2 :該第二透鏡用於d線光之折射率，及 f :該整個攝影透鏡之焦距。 [公式（3 )之說明] 公式（3)顯示藉著建立該第二透鏡之物體側表面之負 -10- !261682 (6) 折射率輕易地校正該象場彎曲及使該影像表面變平之條 件。藉著具有曲率半徑（R3)及折射率（N2)之R3/(N2 _ 1)計 算該第二透鏡之物體側表面之焦距，因此公式（3)顯示該 第二透鏡之物體側表面之焦距至該整個攝影透鏡之焦距之 _ 比率。 假如R3/((N2 - 1) · f)之値大於公式（3)之下限’該第 二透鏡之物體側表面之負折射率能控制在所需之程度內， 因此能控制不發生軸外光通量之慧形象差光斑及枕形扭 0 曲，及能產生一優異品質之影像。假如前述之値係少於上 限，可確保該第二透鏡之物體側表面之負折射率，且因此 ' 該正佩茲法爾（Petzval)總數減少，這能輕易地校正象場彎 . 曲。仍然進一步，可最佳地校正發生在該第一透鏡之影像 側表面上之放大色差。其更想要的是滿足以下之公式。 公式（3，） - 0.40<R3/((N2 - 1) . f)< - 0.20 (項目3 ) φ 該小型攝影透鏡之特徵爲滿足以下之公式。 公式（4) 25.0<vl - v2 在此， vl :該第一透鏡之雅比（Abbe)數値，及 v 2 :該第二透鏡之雅比數値。 [公式（4)之說明] — 公式（4)顯示校正一正折射率之第一透鏡之色差及一 -11 - 1261682 (7) 負折射率之第二透鏡之色差之條件。假如v 1 - V2之値大 於下限，能令人滿意地校正及均衡軸向色差及放大色差。 (項目4 ) 小型攝影透鏡之特徵爲該第一透鏡及該第二透鏡係由 一塑膠材料所形成。在此，所述由塑膠材料所形成之透鏡 包含該塑膠材料係用作一原料及爲著預防反射及增強表面 硬度而對該基底材料之表面進行一塗覆製程之案例。 近年來，既然該整個成像裝置之小型化係針對接物透 鏡，當比起具有一完全相同數目畫素之攝影元件時，所發 展者係在一較小節距下對齊之攝影元件，亦即所發展者係 以一圖畫表面較小之光接收部分（光電轉換部分）爲特色之 固態攝影元件。有關用於具有較小圖畫表面之固態攝影元 件之攝影透鏡，爲了確保完全相同之象角，整個系統之焦 距必須變短，且藉此每一透鏡之曲率半徑及其外徑可變成 非常小。其很難的是藉著典型之拋光操作產生此玻璃透 鏡。然而，假如前述之第一透鏡及第二透鏡係由能藉著射 出成形所產生之塑膠所構成，其可能施行大量生產，即使 攝影透鏡具有一非常小之曲率半徑及一非常小之直徑。再 者，其相當容易製造一非球狀表面，以校正象差。玻璃模 製透鏡亦可視爲能輕易製造之攝影透鏡，雖然其直徑係太 小。然而，於使用本技術之金屬壓模中有耐用性之問題， 且因此塑膠透鏡係更適合用於大量生產，藉此能限制該產 品成本。 -12- 1261682 (8) (項目5 ) 小型攝影透鏡之特徵爲該第一及第二透鏡係由飽合吸 水比率不大於百分之〇 . 7之塑膠材料所形成。 該塑膠透鏡之飽合吸水比率係大於玻璃透鏡之吸水比 率。當該溼度迅速地改變時，在該塑膠透鏡中發生異常之 吸水分佈，造成該折射率不均勻，導致一喪失優異聚焦性 能之趨勢。據此，藉著對該第一及第二透鏡使用飽合吸水 比率不大於百分之0.7之塑膠材料，其可能控制該小型攝 影透鏡性能由溫度變化所造成之此種惡化。 (項目6 ) 一攝影單元之特徵爲該攝影單元包含： 一固態攝影元件，其設有一光電轉換部分； 該攝影透鏡，其如項目1至5中所述，且在該固態攝 影元件之光電轉換部分上形成一物體之影像； 一基線板，其支撐該固態攝影元件，及具有一用於外 部連接以傳送及接收電信號之接線端子；及 一殼體，其由遮光構件所製成，及具有一用於來自該 物體之入射光之開口部分， 其中該固態攝影元件、該攝影透鏡、該基線板、及該 殼體係建造在單一機體中，且該攝影單元於該攝影透鏡光 軸方向中之高度係10毫米或更少。 藉著使用項目1至5中所述之攝影透鏡，其變成可能 -13- 1261682 Ο) 獲得具有一能夠製成小型且實現高品質影像之優點之攝影 單元。在此’ “用於來自該物體之入射光之開口部分，，未必 受限於一開口 ’以形成諸如一孔洞之空間，及可能意指一 部分’其中形成一能傳送來自該物體之入射光之區域。 “該攝影單元於該攝影透鏡光軸方向中之高度係1 〇毫 米或更少”之敘述意指一於該光軸方向中設有全部上面結 構之攝影單元之總長度。因此，譬如，於該殼體係安裝在 該基線板之正向側及電子零組件係安裝在該基線板之後側 上之案例中’其係假設由該殼體在該物體側之一頂部端點 至一由該後側突出電子零組件之一頂部端點之距離係1〇 毫米或更少。 (項目7 ) 一行動終端機之特徵爲設有在項目6中所述之攝影單 元。 藉著在該行動終端機上提供項目6中所述之攝影單 元’其變成可能獲得能夠製成小型及捕捉高品質影像之行 動終端機。 【實施方式】 將參考下文圖面敘述本發明之小型攝影透鏡之範例， 但本發明不限於此。下文係用於每一具體實施例中之符 號。 f:整個攝影透鏡系統之焦距 -14- 1261682 (10) fB:後焦點 F: F數 2 Y :一有效影像區域之對角線長度 R: 曲率半徑 D :在該光軸上各表面間之距離
Nd :用於該d線之攝影透鏡材料之折射率 v:攝影透鏡材料之雅比（Abbe)數値 於每一範例中，該非球狀表面之形狀係於一垂直坐標 系中藉者式1表示’並以該表面之頂點爲原點，且該光軸 方向爲X軸， [式1 ]
X
Ch2 i+VT-(u)c:v 在此，/ι = λ/υ2 + Z2 C :鏡頂曲率， K：錐形常數，及
Ai:第i階非球狀係數。 圖1係本發明範例1至6之小型攝影透鏡之剖面，其 中L1係該第一透鏡，L2係該第二透鏡，及S係一孔徑光 圈。 (範例1 ) 表1及2顯示範例1之透鏡資料。在本範例中L/2Y 等於1.21。於下文所示之透鏡資料中，“E”顯示10之指 -15· 1261682 (11) 數，亦即 2.5 X E - Ο 3 意指 2 · 5 X 1 (Γ 3。 表1 (範例1 ) f = 3.330 毫米 fB = 1.828 毫米 F = 2.88 2Y = 4.48 毫米 表面編號 R(毫米） D(毫米） Nd v d 光闌 OC 0.20 1 5.535 1.80 1.53040 56.0 2 -1.244 0.76 3 -0.596 0.84 1.58300 30.0 4 -0.937 -16- 1261682(12) 表2 表面編號 非球面係數 第一表面 K=1.3914xE + 01 A4 = -4.5066xE-02 A6=-1.8455xE-01 A8=5.2288xE>01 A10=-1.1091xE+00 A12=5.9917xE-01 第二表面 K=-1.8910xE-01 A4=1.6350xE-02 A6=-6.6837xE-03 A8=-4.5469xE-03 A10=1.0152xE-02 A12=-3.5563xE-03 第三表面 K = - 1.095 1 A4=-1.0713xE-01 A6=9.0885xE-02 A8=3.7602xE-02 A10=-1.5720xE-02 A12=-7.4732xE-03 第四表面 K = -1.0922 A4=-1.7190xE-03 A6=1.4672xE-02 A8=5.4838χΕ·03 A 1 0 = 1 · 7 9 2 3 x E - 0 3 A12=-1.1065xE-03
-17- 1261682 (13) 圖2係範例1之小型攝影透鏡象差（球面象差、散光 象差、扭曲象差、及子午線慧形象差）之視圖。在本範例 中’該第一透鏡係由聚烯烴型塑膠材料所形成，其飽合之 吸水比率不大於百分之〇 . 0 1。該第二透鏡係由聚碳酸酯塑 膠材料所形成，且其飽合之吸水比率爲百分之〇 · 4。 (範例2 ) 範例2之透鏡資料係顯示在表3及4中。於此範例 中，L/2Y 等於 1.22。 表3 (範例2 ) f = 3.330 毫米 fB = 1.946 毫米 F = 2 · 8 8 2 Y = 4 · 4 8 毫米 表面編號 R(毫米） D(毫米） Nd v d 光闌 00 0.20 1 5.371 1.79 1.53040 5 6.0 2 -1.233 0.69 3 -0.597 0.82 1.5 8300 30.0 4 -0.945 1261682 (14) 表4 表面編號 非球面係數 第一表面 K=1.3906xE+01 A4=>4.2652xE-02 Α6=·1·8743χΕ-01 Α8=4.2613χΕ-01 Α10=-7.2327χΕ-01 Α12=6.9840χΕ-03 第二表面 Κ = -1·5 797χΕ-01 Α4 = 1.7330χΕ-02 Α6=-1.0029χΕ-02 Α8=-1.1075χΕ-02 Α10=1.4068χΕ-02 Α12=-3.3512χΕ-03 第二表面 Κ = -1.1454 Α4 = - 1.2942 χΕ-01 Α6=4.9864 χΕ-02 Α8=3.5928 χΕ-02 Α10=7.8128 χΕ-03 Α12=-1.3071 χΕ-02 第四表面 Κ = -1.1391 Α4 = -6.9490 χΕ-03 Α6=1.2279 χΕ-02 Α8=5·3040 χΕ-03 Α10=1.4490 χΕ-03 Α12=-8.0376 χΕ-04
-19- 1261682 (15) 圖3係範例2之小型攝影透鏡象差（球面象差、散光 象差、扭曲象差、及子午線慧形象差）之視圖。在本範例 中，該第一透鏡係由聚烯烴型塑膠材料所形成，其飽合之 吸水比率不大於百分之0. 〇 1。該第二透鏡係由聚碳酸酯塑 膠材料所形成，且其飽合之吸水比率爲百分之0.4。 (範例3 ) 範例3之透鏡資料係顯示在表5及6中。於此範例 中，L/2Y 等於 1.28。 表5 (範例3 ) f=3.570 毫米 fB = 2.005 毫米 F = 2.88 2Y = 4.48 毫米 表面編號 R(毫米） D(毫米） Nd v d 光闌 00 0.20 1 6.023 1.90 1.53040 56.0 2 -1.333 0.80 3 -0.639 0.83 1.5 8300 30.0 4 -1.000 -20- 1261682(16) 表6 表面編號 非球面係數 第一表面 K=1.3914 χΕ + 01 Α4=-4.2387 χΕ-02 Α6=-9.6265 χΕ-02 Α8 = 2.1 630 χΕ-01 Α10=-4.8606 χΕ-01 Α12 = 2.7867 χΕ-01 第二表面 Κ = -1·5172 χΕ-01 Α4 = 1.3267 χΕ-02 Α6 = -4.7057 χΕ-03 Α8=-4.8870 χΕ-04 Α10 = 5.4490 χΕ-03 Α12 = -1.6540 χΕ-03 第三表面 Κ = -1·1003 Α4 = -8.25 18 χΕ-02 Α6 = 7.2908 χΕ-02 Α8=2.6898 χΕ-02 Α10=-1.0680 χΕ-02 Α12=-4.6501 χΕ-03 第四表面 Κ = -1·0920 Α4=6.6646 χΕ-05 Α6=1.3325 χΕ-02 Α8=4.3334 χΕ-03 Α10=1.0348 χΕ-03 Α12=-7·2170 χΕ-04
-21 - 1261682 (17) 圖4係範例3之小型攝影透鏡象差（球面象差、散光 象差、扭曲象差、及子午線慧形象差）之視圖。在本範例 中，該第一透鏡係由聚烯烴型塑膠材料所形成，其飽合之 吸水比率不大於百分之〇. 〇 1。該第二透鏡係由聚碳酸酯塑 膠材料所形成，且其飽合之吸水比率爲百分之0.4。 (範例4 ) 範例4之透鏡資料係顯示在表7及8中。於此範例 中，L/2Y 等於 1.22。 表7 (範例4 ) f = 3.270 毫米 fB = 1.816 毫米 F = 2.88 2Y = 4.48 毫米 表面編號 R(毫米） D(毫米） Nd v d 光闌 00 0.20 1 5.536 1.85 1.53040 56.0 2 -1.244 0.76 3 -0.600 0.83 1.60927 26.5 4 -0.925 -22- (18)1261682 表8 表面編號 非球面係數 第一表面 Κ=1.3914 χΕ + 01 Α4 二·4.3054 χΕ-02 Α6 = -1·7146 χΕ·01 Α8 = 4.9875 χΕ-01 Α10=-1.0426 χΕ+00 Α12=5.9917 χΕ-01 第二表面 Κ = -2·3 799 χΕ-01 Α4 = 2.0878 χΕ-02 Α6 = -4.2744 χΕ-03 Α8 = -7·0343 χΕ-03 Α10=1.0279 χΕ-02 Α1 2 = -3.55 63 χΕ-03 第三表面 Κ = - 1.0854 Α4 = -1.0019 χΕ-01 Α6=9.4376 χΕ-02 Α8=3.2749 χΕ-02 Α10 = -1·855 2 χΕ-02 Α12 = -4.2261 χΕ-03 第四表面 Κ = - 1.0548 Α4 = -2.2903 χΕ-03 Α6=1.2737 χΕ-02 Α8=5.5772 χΕ-03 Α10=1.9549 χΕ-03 Α12 = -1·087 1 χΕ-03 -23- 1261682 (19) 圖5係範例4之小型攝影透鏡象差（球面象差、散光 象差、扭曲象差、及子午線慧形象差）之視圖。在本範例 中，該第一透鏡係由聚烯烴型塑膠材料所形成，其飽合之 吸水比率不大於百分之〇. 〇 1。該第二透鏡係由聚碳酸酯塑 膠材料所形成，且其飽合之吸水比率爲百分之〇 . 7。 (範例5 ) 範例5之透鏡資料係顯示在表9及1 〇中。於此範例 中，L/2Y 等於 1.23。 表9 (範例5 ) f=3.330 毫米 fB = 1.634 毫米 F = 2.88 2Y = 4.48 毫米 表面編號 R(毫米） D(毫米） Nd v d 光闌 00 0.20 1 4.554 2.07 1.53040 56.0 2 -1.280 0.78 3 -0.568 0.81 1.5 8300 30.0 4 -0-880 -24- 1261682 (20) 表10 表面編號 非球面係數 第一表面 K=1.3914 xE + 01 A4 = -3.8890 xE-02 A6=-1.9631 xE-01 A8=6.0047 xE-01 A10 = - 1.1023 xE + 00 A12 = 5.9917 xE-01 第二表面 K = -3.0239 xE-01 A4 = 1.9489 xE-02 A6=-6.5352 xE-03 A8 = -6.8498 xE-03 A10 = 1.0235 xE-02 A12=-3.5563 xE-03 第三表面 K = -1.0921 A4 = - 1.0373 xE-01 A6=9.1332 xE-02 A8=3.5744 xE-02 A10 = - 1.6421 xE-02 A1 2 = -6.1030 xE-03 第四表面 K = - 1.089 1 A4=-1.8896 xE-03 A6=1.3733 xE-02 A8=5.5698 xE-03 A10=1.8721 xE-03 A12 = -l.0850 xE-03 -25- 1261682 (21) 圖6係範例5之小型攝影透鏡象差（球面象差、散光 象差、扭曲象差、及子午線慧形象差）之視圖。在本範例 中，該第一透鏡係由聚烯烴型塑膠材料所形成，其飽合之 吸水比率不大於百分之〇. 〇 1。該第二透鏡係由聚碳酸酯塑 膠材料所形成，且其飽合之吸水比率爲百分之0.4。 (範例6 ) 範例6之透鏡資料係顯示在表11及1 2中。於此範例 中，L/2Y 等於 1.25。 表11 (範例6 ) f=3.330 毫米 fB = 1.666 毫米 F = 2.88 2Y = 4.48 毫米 表面編號 R(毫米） D(毫米） Nd v d 光闌 00 0.20 1 9.806 1.80 1.53040 56.0 2 -1.182 0.92 3 -0.613 1.00 1.5 8300 30.0 4 -0.968 -26- 1261682(22) 表12 表面編號 非球面係數 第一表面 K=1.3914 χΕ + 01 Α4 = -6.0485 χΕ-02 Α6 = - 1.0336 χΕ-01 Α8=2.6827 χΕ-01 Α10=·8·3648 χΕ-01 A 12 = 5.9917 χΕ-01 第二表面 Κ = -5·2513 χΕ-01 Α4 = 2.0091 χΕ-02 Α6=-1.3309 χΕ-02 Α8=-4.8690 χΕ-03 Α10=4.9837 χΕ-03 Α12=-3.5563 χΕ-03 第三表面 Κ = -1.35 16 Α4 = -6.1945 χΕ-02 Α6=5.6812 χΕ-02 Α8=-7.0749 χΕ-03 Α10=-1.1183 χΕ-02 Α12=5.1813 χΕ-03 第四表面 Κ = -1.4172 Α4=5·4130 χΕ-03 Α6=8.6734 χΕ-03 Α8=1.0147 χΕ-03 Α10=-6.5257 χΕ-04 Α12=8.5776 χΕ-05
-27- 1261682 (23) 圖7係範例6之小型攝影透鏡象差（球面象差、散光 象差、扭曲象差、及子午線慧形象差）之視圖。在本範例 中’該第一透鏡係由聚烯烴型塑膠材料所形成，其飽合之 吸水比率不大於百分之〇。〇 1。該第二透鏡係由聚碳酸酯塑 膠材料所形成，且其飽合之吸水比率爲百分之0.4。 (範例7 ) 表13及 14顯示範例7之透鏡資料。於此範例中， L/2Y 等於 1.34(L/2Y = 1.34)。 圖8係本發明範例7之小型攝影透鏡之剖面，其中 L1係該第一透鏡，L2係該第二透鏡，及S係一孔徑光 圈。 -28- 1261682 (24) f=2.003 毫米 fB = 0.540 毫米 F = 2.8 8 2 Y = 2 · 6 4 毫米 表面編號 R(毫米） D(毫米） Nd v d 光闌 00 0.20 1 4.327 1.10 1.53175 56.6 2 -0.657 0.38 3 -0.35 1 0.60 1.5 8300 30.0 4 -0.599 0.10 5 00 0.30 1.5 1633 64.1 6 00 0.15 7 00 0.40 1.51633 64.1 8 00 表13 (範例7 ) -29- 1261682 (25) 表14 表面編號 非球面係數 第一表面 K = -9.99990 χΕ + 01 Α4 = -9.649 15 χΕ-02 A6 = -l.5 2435 χΕ + 00 Α8=1.10733 χΕ+01 Α10 = -4.7980 1 χΕ + 01 第二表面 Κ = -3.73112 χΕ-01 Α4 = 3.72983 χΕ-01 Α6 = -3.21133 χΕ-02 Α8 = -3.49840 χΕ-01 Α10 = 4.93414 χΕ-01 第三表面 Κ = -1.02060 χΕ + 00 Α4=7.80649 χΕ-01 Α6=1.46099 χΕ+00 Α8 = -7.25 744 χΕ + 00 Α10=1.11634 χΕ+01 Α12 = -6.78674 χΕ + 00 第四表面 Κ = -1.06921 χΕ + 00 Α4=1.66446 χΕ-01 Α6=2.51030 χΕ-01 Α8=1.88264 χΕ-01 Α10 = -9.49449 χΕ-01 Α12=9.14656 χΕ-01 Α14 = -2.97099 χΕ-01 -30- 1261682 (26) 圖9係範例7之小型攝影透鏡象差（球面象差、散光 象差、扭曲象差、及子午線慧形象差）之視圖。在本範例 中，該第一透鏡係由聚烯烴型塑膠材料所形成，其飽合之 吸水比率係百分之〇 · 〇 1或更少。該第二透鏡係由聚碳酸 酯塑膠材料所形成，且其飽合之吸水比率爲百分之〇. 4。 順便一提’本範例係一設計範例，其中在最接近該影 像側之位置已提供對應於一紅外線切割濾波器及一用於固 態攝影元件之密封玻璃之平行平板。 表15顯示對應於每一公式之每一範例之値。 表15
Ex . 1 Ex . 2 E x . 3 Ex . 4 Ex . 5 E x . 6 Ex . 7 (l)fl/f 0.63 0.63 0.63 0.65 0.64 0.63 0.58 (2)(R2 + R1)/(R1-R2) 0.63 0.63 0.64 0.63 0.56 0.78 0.74 (3)R3/((N2-l).f) -0.3 1 -0.3 1 -0.3 1 Ό.30 -0.29 -0.32 -0.30 (4) vl- v2 26 26 26 29.5 26 26 26 E X ·:範例 於前述範例中，設計中之影像側光束之遠心特性未必 總是充足。該遠心特性意指當至每一像點之光通量之主要 光束通過該透鏡之最後表面時，該主要光束幾乎係平行於 該光軸。換句話說，其意指該光學系統之出射光瞳之位置 -31 · 1261682 (27) 係充分遠離該影像表面。當該遠心特性係不足時，該光束 在一斜面下進入該固態攝影元件，並發生一陰影現象，其 中該有效之孔徑效率係在該圖畫表面之周邊區域上減少， 這造成在該周邊之光束數量減少。然而，該濾色器之配置 及固態攝影元件之微透鏡列陣係藉著近來之技術所改良， 及藉此可減少前述之陰影現象。據此，解除該遠心特性之 要求，而允許其針對較小尺寸之設計，如本範例中所示。 圖1 〇係一顯示成像單元之具體實施例之剖面，其以 前述範例之小型攝影透鏡爲特色。圖1 1係該成像單元之 一透視圖。圖1 2係一用於該成像單元之固態攝影元件之 上視圖。圖1 3係同一小型攝影透鏡之一底部視圖。 於圖1 0中，光學構件1 9係由影像側透鏡構件1及物 體側透鏡構件9所構成，兩構件皆由一塑膠材料所製成。 如圖10所示，藉著形狀類似一中空圓柱體之腿部lc、四 件用作腿部1 c之零件且全部四件皆形成在腿部1 c下端之 接觸部分1 d、形成環繞著腿部1 c上端之階梯部分1 e、透 鏡部分la(對應於圖1中之L2)、及形成環繞著影像側透 鏡構件1上端之圓環部分 1 f完整利用影像側透鏡構件 1。如圖13所示，影像側透鏡構件1之接觸部分1 d具有 由腿部1 c之下方表面突出之四件逐漸變細之圓柱，其形 狀類似中空之圓柱體。 再者，於圖10中，配置在透鏡部分1a上者係一由遮 光材料製成之遮光罩3 ，且其具有當作一控制周邊光束之 進入之孔徑光圈之開口 3 a。 -32- 1261682 (28) 物體側透鏡構件9係安排成可裝入圓環部分l f之一 內圓周平面’及可接觸圓環邰分If之頂部表面之接觸表 面lg。 物體側面透鏡構件9係由圓環部分1 f上之凸緣部份 9b、形成在中心之正透鏡部份9a(對應於圖1中之L1)、 將稍後說明之突出部份9 c、及與圓環部分1 f相互咬合之 圓環部分9d所構成。 在物體側透鏡構件9之凸緣部份9b之下方表面上， 以相同間隔形成在三點上之逐漸變細之突出部份之9 c係 形成面對接觸部分1 g(不少於三點係較佳的）。 在遮光罩3係裝入影像側透鏡構件1之後，黏著劑B 係塗在接觸表面1 g上，且物體側透鏡構件9係由該上側 面下壓，然後，突出部份9c接觸該接觸表面lg，並迫使 過量之黏著劑B擠出環繞著突出部份9c，及將這些元件 固定入適當位置。 假如在此無突出部份9c，影像側透鏡構件1及物體 側透鏡構件9將呈完全之表面嚙合，在那種情況下，黏著 劑B將存在於各接觸部分之間，且將發生問題，即其中影 像側構件1及物體側透鏡構件9間之間隙將不足。然而， 根據本具體實施例，其可能使突出部份9c正確地接觸該 接觸表面1 g，即使在此有黏著劑B。據此，藉著建立一 適當高度之突出部份9c，可精確地決定影像側透鏡構件 1及物體側透鏡構件9間之間隙，及藉此其可能於大量生 產期間控制聚焦位置之不穩定及整個透鏡系統中之各種象 -33- 1261682 (29) 差。 再者，本具體實施例中之遮光罩3不會接觸物體側透 鏡構件9 c，且只工作當作一孔徑光圈，以控制周邊之光 束。然而，藉著使遮光罩3接觸物體側透鏡構件9 ，其可 能使得其具有〜間隔裝置之作用，以控制透鏡1 a及9a間 之間隙，而取代突出部份9 c。 有關影像側透鏡構件1圓環部分1 f之內部圓周平 面，及由凸緣部份9b往下突出之圓環部分9d之外部圓周 平面，其直徑係相同及平行於該光軸。藉著使這些平面互 相嚙合，其可能決定透鏡構件1 a及9 a垂直於該光軸之位 置，且可輕易地利用其光軸。 在光學構件1 9之外側，所安排者係由一遮光材料製 成之透鏡支座4。如藉著圖1 1所了解者，透鏡支座4係 設有呈此稜柱形之下方部份4a及呈圓柱形之上方部份 4b。下方部份4a之一下端接觸基線板PC，且用黏著劑B 所固定。於圖10中，下方部份4a之上表面係藉著阻擋壁 面4c所遮蓋，且光學構件19之腿部lc係與阻擋壁面4c 之圓形內部圓周平面嚙合。因此，能安排基線板PC及透 鏡支座4，以致藉著該自動組裝機之一光學傳感器利用阻 擋壁面4c之圓形開口之中心及後面所論及攝影元件2之 光電轉換部份2d之中心。在此之後，光學構件1 9係由該 頂部***，及然後透鏡部分1 a及正透鏡部份9 a可用後面 所論及攝影元件2之光電轉換部份2d垂直於該光軸精確 地定位。 -34- 1261682 (30) 在透鏡支座4之頂部4b之上端上，在此有中心嚙合 部分5 a、內部圓周側及外部圓周側係低於其上表面之黏 著部分5b、及直徑縮減部分5c，該部分5c突出朝向嚙合 部分5 a之一下方部分，且其直徑呈連繪式階梯地_減’ 並在此附著具有一遮光功能之固持構件5。直徑階梯式縮 減部分5c係一光圈（對應於圖1中之S)，用於控制整個攝 影透鏡系統之F數。由吸收紅外線之材料所形成之濾波器 7係安裝在嚙合部分5 a上。在適當黏著劑B塗至固持構 件5之黏著部分5b之後，安裝薄遮光片8 ，然後濾波器 7、遮光片8、及固持構件5能同時附著至透鏡支座4。 於圖1〇中，代表一盤簧之彈性機構6係安排於固持 構件5及光學構件19之階梯部分1 e之間。當固持構件5 係安裝至透鏡支座4上時，彈性機構6係彈性地變形，且 藉著該彈性動力迫使光學構件19向下。雖然來自該固持 構件之動力係經過透鏡支座4轉移至基線板pc，其不會 直接傳送至攝影元件2，這是用於保護攝影元件2之一較 佳特色。可藉著選擇金屬線之直徑及盤簧之圈數充分地控 制其彈性。 於圖12中，攝影元件2係由一 c Μ 0 S型影像傳感器 所代表。該溥及長方形板狀攝影元件2之底部表面係安裝 在基線板PC之頂部表面上。在攝影元件2之頂部表面之 中心形成光電轉換部份2d，該固態攝影元件係在該光電 轉換邰份上一維地對齊，且以攝影元件2內側上之信號處 理電路爲特色之周邊區域2a係形成環繞著光電轉換部份 -35 - 1261682 (31) 2d。大量墊子2c係安排在以直角交錯該薄側表面之周邊 區域2a之外緣附近。代表連接端子之墊子2c係經由金屬 線W連接至基線板PC，如圖1 0所示。攝影元件2將來自 光電轉換部份2d之電信號轉換成影像信號，且這些信號 能經由墊子2c及金屬線W輸出至基線板PC之預定電路。 再者，如圖13所示，光學構件19之接觸部分Id係 以一逐漸變細之圓柱體形式由腿部1 c之下端突出，且係 形成爲腿部1 c之一部份。在本具體實施例中，如由圖12 中之虛線所示，於攝影元件2之周邊區域2a中，光學構 件19係安排成此一僅只接觸元件1 d接觸墊子2c之狀 態。在周邊區域2a之相反側（圖10中之下方側面）上，雖 然提供該固態攝影元件之一信號處理電路（未示出），基於 接觸該接觸部分1 d而不會不利地影響信號之處理。 根據本具體實施例，在該接觸部分1 d接觸攝影元件 2周邊區域2a之條件下，間隙Δ係形成於光學構件1 9階 梯部分le之下方表面及透鏡支座4之下方部份4a阻擋壁 面4 c之間，且因此藉著腿部1 c之長度正確地建立透鏡部 分1 a及攝影元件2之光電轉換部份2d間之距離（亦即於 該光軸之方向中之位置決定）。據此，藉著控制腿部1 c之 測量精確度，不需調整整個攝影透鏡系統之焦點。 再者，既然光學構件19係由一塑膠材料所構成，其 可能於溫度改變期間減少基於透鏡部分1 a及9 a之折射率 變化所致之焦點偏差。亦即溫度上昇得越高，該透鏡之折 射率下降越多，且整個攝影透鏡系統之焦點於遠離該透鏡 -36- 1261682 (32) 之方向中變化，及溫度上昇得越高，該腿部lc變得越 長，因此，當溫度變化時’有效地控制焦點之任何偏差。 再者，既然本具體實施例之光學構件1 9係由一比重相當 低之塑膠材料製成，其重量比相同體積之玻璃透鏡更輕， 且再者其可摺疊之特性優秀’並藉此盡可能地控制攝影元 件2不受損壞，即使當該成像裝置係意外地掉下5這是一 項令人滿意之優點。 於本具體實施例中，透鏡支座4係附著至基線板PC 上，及包含有效地密封之以防止外來物質進入之另外二黏 著部分，因此能防止此外來物質對攝影元件2之光電轉換 部份2d有不利影響。用於此密封之黏接劑應防濕，以致 能防止該固態攝影元件及墊子表面由所造成淫度之惡化。 該基線板5 2係由在其平坦表面上支撐該影像傳感器 2及殼體4之支撐平板5 2 a、及端點部份連接至該支撐平 板5 2a後側（該影像傳感器2之相向表面）之撓性基線板 5 2 b所構成。 該支撐平板5 2 a具有許多設在其表面及其後側上之信 號傳送墊，且其連接至其平表面側上之影像傳感器2之金 屬線W，及係連接至其後表面側上之撓性基線板5 2b。 該撓性基線板5 2b係在其一端點部份連接該支撐平板 5 2 a，及經由設在該另一端上之外部輸出端子5 4連接該支 撐平板5 2 a與一外部電路（譬如，由在其中收容一攝影單 元之上位裝置所擁有之控制電路），然後由該外部電路接 收用於驅動該影像傳感器2之電壓源及時鐘信號，且使其 -37- 1261682 (33) 可能輸出數位色差信號（Y u V)至該輸出電路。再者， 性基線板5 2b於該縱向中之一中介部份係具有彈性或 形性，且其可變形性給與該支撐平板5 2a用外部輸出 之方向或配置自由度。 下文將說明一使用該攝影單元5 0之具體實施例 1 4顯示該攝影單元5 0如何安裝在代表一行動終端機 巢式電話100上。圖15係該蜂巢式電話100之一控 塊圖。 例如，該攝影單元50係設在該液晶顯示部分之 位置，並使該攝影光學系統中物體側上之殼體53之 點表面係設在該蜂巢式電話100之背面上（其前側係 液晶顯示器側面上）。 攝影單元5 0之外部連接端子5 4係連接至該蜂巢 話100之控制部份101，且輸出諸如亮度信號及色差 之影像信號至該控制部份1 0 1側。 在另一方面，如圖15所示，該蜂巢式電話1〇〇 集體地控制每一部分及進行一對應於每一項處理之程 控制邰份（C P U ) 1 0 1、用於耢著按鍵支撐輸入數字之輸 份60、顯示除了規定資料外所捕捉影像之顯示部份 用於與外部伺服器實現每一種資訊通訊之無線通訊 80、儲存蜂巢式電話100之系統程式、各種處理程式 如終端機I D等必要資料之儲存部份（R 〇 μ ) 9 1、及暫 存部分（RAM)92所構成，該暫時儲存部分用作一暫時 存各種處理程式、資料、或處理資料、或藉著攝影 該撓 可變 端子 。圖 之蜂 制方 下方 一端 在該 式電 信號 係由 式之 入部 70、 部份 及諸 時儲 地儲 單元 -38- 1261682 (34) 50由控制部份101所執行攝影資料之工作 然後，由該攝影單元5 0輸入之影像 巢式電話1 〇〇之控制系統儲存於儲存部任 在該顯示部份70上、或再者當作影像資 部份80傳送至外面。 如上所述，已參考各具體實施例說明 明不應解釋成受限於前述之具體實施例， 當地修改及改善該具體實施例。譬如，可 例之小型攝影透鏡，以致一低通濾波器或 波器不會安排於該透鏡及該固態攝影元件 之間，然而假如必要時，可如此安排此濾 根據前述之發明，盡管簡單之構造係 件爲特色，其可能提供一小巧及具最佳象 影透鏡。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明範例1至6之小型攝影 圖2顯示範例1之小型攝影透鏡之象 圖3顯示範例2之小型攝影透鏡之象 圖4顯示範例3之小型攝影透鏡之象 圖5顯示範例4之小型攝影透鏡之象 圖6顯示範例5之小型攝影透鏡之象 圖7顯示範例6之小型攝影透鏡之象 圖8係本發明範例7之小型攝影透鏡 區域。 信號係藉著該蜂 r 9 2中、或顯示 訊經由無線通訊 本發明，但本發 且當然其可能適 設計本具體實施 一紅外線切斷濾 之光電轉換部分 波器等。 以僅只二透鏡元 差校正之小型攝 透鏡之剖面。 差。 差。 差。 差。 差。 差。 之剖面。 -39- 1261682 (35) 圖9顯示範例7之小型攝影透鏡之象差。 圖1 〇係一顯示成像裝置之本具體實施例之剖面，其 以前述範例之小型攝影透鏡爲特色。 圖1 1係本具體實施例之成像裝置之一透視圖。 圖1 2係一用於本具體實施例之成像裝置之固態攝影 元件之上視圖。 圖1 3係本具體實施例之小型攝影透鏡之一底部視 圖。 圖14(a)及14(b)每一圖係一行動電話之外部視圖。 圖15係一方塊圖。 主要元件對照表 L 1第一透鏡 L2第二透鏡 S孔徑光圈 W 金屬線 1圖象側透鏡構件 1 a透鏡部分 lc腿部 1 d接觸部分 1 e階梯部分 1 f圓環部分 1 g接觸表面 2攝影元件 -40- 1261682 (36) 2a 周邊區域 2c 墊子 2d光電轉換部份 3 遮光罩 3a 開口 4透鏡支座 4a下方部份 4b上方部份 4c阻擋壁面 5固持構件 5 a中心嚙合部分 5b黏著部分 5 c直徑縮減部分 6彈性機構 7濾波器 8遮光片 9目標側透鏡構件 9 a正透鏡部份 9b凸緣部份 9 c突出部份 9d圓環部分 19光學構件 50攝影單元 5 2基線板 -41 - 1261682 (37) 52a 52b 53 54 60 70 80 91 92 100 支撐平板 撓性基線板 殼體 輸出端子 輸入部份 顯示部份 無線通訊部份 儲存部份 暫時儲存部分 蜂巢式電話 1 0 1控制部份

Claims (1)

1261682 ⑴ 拾、申請專利範圍 1 · 一種捕捉物體影像之小型攝影透鏡，其包含： 一孔徑光圈，具有一孔徑，而經由該孔徑來捕捉影 像；及 一透鏡系統，其包括： 第一透鏡，具有正折射率，其中，該第一透鏡之凸表 面朝向該影像，及 新月形第二透鏡，其中，該新月形透鏡之一凹表面朝 向該物體； 其中，該孔徑光圈、該第一透鏡及該第二透鏡係以此 順序而自該物體側對齊，該第一透鏡及該第二透鏡具有至 少一非球狀表面，且滿足以下之條件公式： 0.50 < fl / f < 0.80 0.30 < (R2+ Rl) / (R1-R2) < 1.20 其中， fl:該第一透鏡之焦距， f :整個攝影透鏡之焦距， R 1 :該第一透鏡之物體側表面之曲率半徑， R2 :該第二透鏡之影像側表面之曲率半徑。 2 .如申請專利範圍第1項之小型攝影透鏡，其中’ 滿足以下之條件公式： -0.50<R3/((N2 - 1) · f)< - 0.10 其中， R3 :該第二透鏡之物體側表面之曲率半徑’及 -43 - 1261682 (2) N2 :該第二透鏡用於d線之折射率。 3 .如申請專利範圍第1項之小型攝影透鏡，其中， 滿足以下之條件公式： 2 5.0 < v 1 - v 2 其中， vl :該第一透鏡之雅比（Abbe)常數，及 v2 :該第二透鏡之雅比常數。 4 .如申請專利範圍第1項之小型攝影透鏡，其中， 該第一透鏡及該第二透鏡係分別由一塑膠材料所製成。 5 .如申請專利範圍第4項之小型攝影透鏡，其中， 該第一透鏡及該第二透鏡係分別由一具有百分之0.7或更 少之飽合吸水比率之塑膠材料所製成。 6 .—種攝影單元，其包含： 一固態攝影元件，設有一光電轉換部分； 如申請專利範圍第1至5項中所述之攝影透鏡，且在 該固態攝影元件之光電轉換部分上形成一物體之影像； 一基線板，其支撐該固態攝影元件及具有一用於外部 連接之端子，以傳送及接收電信號；及 一殼體，由遮光構件所製成並具有一用於來自該物體 之入射光之開口部分， 其中，該固態攝影元件、該攝影透鏡、該基線板、及 該殼體係構建於單一機體中，且該攝影單元於該攝影透鏡 光軸方向中之高度係10毫米或更少。 7 .—種行動終端機，其包含： -44- 1261682 (3) 如申請專利範圍第6項中所述之攝影單元。
-45 -
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