TWI386702B - 成像鏡頭 - Google Patents

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Chun Hsiang Huang
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成像鏡頭
本發明涉及成像技術，特別涉及一種成像鏡頭。
近年來，隨著半導體技術之發展，應用於成像系統之影像感測器，如電荷耦合器(Charge Coupled Device,CCD)或補充性半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)裝置，於提高圖元之同時，朝小型化方向發展，以此滿足消費者對成像系統之成像品質及便攜性之要求。
對應地，成像鏡頭需提高解析度、縮小尺寸，以配合影像感測器組成高成像品質、小尺寸之成像系統。
有鑒於此，有必要提供一種高解析度、小尺寸之成像鏡頭。
一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括：具有正光焦度之第一鏡片、具有負光焦度之第二鏡片、具有正光焦度之第三鏡片及具有負光焦度之第四鏡片。該成像鏡頭滿足條件式：1<T/F1.4；R3/F>4；S1/S2>3，其中，T為成像鏡頭全長，F為成像鏡頭之有效焦距，R3 為該第二鏡片物側表面之曲率半徑，S1為第三鏡片像側表面邊緣到第三鏡片像側表面中心距離之垂直分量，S2為第三鏡片像側表面邊緣到第三鏡片像側表面中心距離之水平分量。
本發明之成像鏡頭滿足條件式：1<T/F1.4；R3/F>4；S1/S2>3，可於縮小尺寸之同時提高解析度。
請參閱圖1，本發明實施方式之成像鏡頭100從物側到像側依次包括具有正光焦度之第一鏡片10、具有負光焦度之第二鏡片20、具有正光焦度之第三鏡片30及具有負光焦度之第四鏡片40。
成像鏡頭100成像時，光線自物側入射成像鏡頭100，依次經第一鏡片10、第二鏡片20、第三鏡片30及第四鏡片40後彙聚(成像)於成像面99。設置CCD或CMOS之感測面(圖未示)於成像面99處便可組成成像系統。
為得到高解析度、小尺寸之成像鏡頭100，成像鏡頭100滿足條件式：(1)1<T/F1.4；(2)R3/F>4；(3)S1/S2>3。
其中，T為成像鏡頭全長，F為成像鏡頭100之有效焦距，R3為該第二鏡片20物側表面之曲率半徑，S1為第三鏡片 30像側表面邊緣到第三鏡片30像側表面中心距離之垂直分量，S2為第三鏡片30像側表面邊緣到第三鏡片30像側表面中心距離之水平分量。
條件式(1)給出成像鏡頭全長T與成像鏡頭有效焦距F之關係，以限制成像鏡頭全長T，得到小尺寸之成像鏡頭100。具體地，於T/F1.4之情況下，已可得到較短之成像鏡頭全長，考慮到過分縮短成像鏡頭全長T，將產生較嚴重之單色像差，故，另限制T/F>1，以將單色像差控制於可修正之範圍內。
條件式(2)給出第二鏡片20物側表面之曲率半徑R3與成像鏡頭有效焦距F之關係，以修正單色像差，特別是像散及場曲。另外，較大之曲率半徑R3，使得第二鏡片20易於製造/組裝。
條件式(3)給出第三鏡片30像側表面邊緣到第三鏡片30像側表面中心距離之垂直分量與第三鏡片30像側表面邊緣到第三鏡片30像側表面中心距離之水平分量需滿足之關係，此條件限定了第三鏡片30之物側表面彎曲度，確保了第三鏡片30之光焦度於成像鏡頭100中之比例，可有效降低球差以及畸變。
優選地，成像鏡頭100還滿足關係式：(4)D23>D2；其中，D2為第二鏡片20沿光軸方向之厚度(第二鏡片20截得光軸之長度)，D23為第二鏡片20與第三鏡片30之軸上間距(即第二鏡片20之像側表面與第三鏡片30之物側表面 截得光軸之長度)。
條件式(4)給出第二鏡片20軸上厚度D2與第二鏡片20與第三鏡片30軸上間距D23之關係，可降低成像鏡頭100偏心公差。
優選地，第三鏡片30還滿足條件式：(5)R5<R6<0。
其中，R5及R6分別為該第三鏡片30物側表面之曲率半徑及該第三鏡片30像側表面之曲率半徑。
條件式(5)給出第三鏡片30物側表面之曲率半徑R5與像側表面之曲率半徑R6之關係，以進一步修正場曲。
具體地，成像鏡頭100還包括設置於第一鏡片10與第二鏡片20之間之光闌96。光闌96可限制軸外光線進入成像鏡頭100而產生較嚴重之畸變及場曲。將光闌96設置於第一鏡片10與第二鏡片20之間有利於縮短成像鏡頭全長T。
另一方面，為修正色差，還限定成像鏡頭100滿足關係式：(7)vd1>55；vd2<35。
其中，vd1,vd2分別為d光(波長為587.6奈米，下同)於第一鏡片10及第二鏡片20之阿貝數。
可理解，為節約成本，本實施方式之第一鏡片10、第二鏡片20、第三鏡片30及第四鏡片40均採用塑膠材料製成。
更加具體地，成像鏡頭100成像時，光線還可能經過設置於成像鏡頭100像側之用於保護影像感測器之保護玻璃97。
本實施方式中，所述第一鏡片10、第二鏡片20、第三鏡片30及第四鏡片40中的兩個表面都採用非球面。具體的，以鏡片表面中心為原點，光軸為x軸，鏡片表面的非球面面型運算式為：
其中，c為鏡面表面中心的曲率，k是二次曲面係數，為從光軸到鏡片表面的高度，Σ A i h i表示對Aihi累加，i為自然數，Ai為第i階的非球面面型係數。
另外，設定FNO為成像鏡頭100的光圈數，2ω為成像鏡頭100的視場角。R為對應表面的曲率半徑，D為對應表面到後一個表面(像側)的軸上距離(兩個表面截得光軸的長度)，Nd為對應鏡片對d光的折射率，vd為d光在對應鏡片(濾光片)的阿貝數。
第一實施方式
本發明第一實施方式的成像鏡頭100滿足表1及表2所列的條件。其中，F=3.79毫米(millimeter,mm)，FNO=2.8，2ω=61.69°。
表1
本發明成像鏡頭100的第一實施方式的球差特性曲線、場曲特性曲線及畸變的特性曲線分別如圖2、圖3及圖4所示。圖2中，曲線g，d及c分別為g光(波長為435.8納米，下同)、d光及c光(波長為656.3納米，下同)于成像鏡頭100的球差特性曲線(下同)。可見，本實施方式的成像鏡頭100對可見光(400-700納米)產生的球差被控制在-0.03mm~0.03mm間。圖3中，曲線t及s為子午場曲特性 曲線及弧矢場曲特性曲線(下同)。可見，子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.03mm~0.03mm間。圖4中，曲線dis為畸變特性曲線(下同)。可見，畸變量被控制在-2%~2%間。綜前，儘管成像鏡頭100縮小尺寸的，其產生的球差、場曲及畸變卻被控制或修正在較小的範圍內。
第二實施方式
本實施方式的成像鏡頭100滿足表3及表4所列的條件，且F=3.7mm，FNO=2.8，2ω=62.85°。
本發明的成像鏡頭100第二實施方式的球差特性曲線、場曲特性曲線及畸變的特性曲線分別如圖6、圖7及圖8所示。圖6中，可見光產生的球差被控制在-0.03mm~0.03mm間。圖7中，子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.03mm~0.03mm間。圖8中，畸變量被控制在-2%~2%間。綜前，儘管成像鏡頭100縮小尺寸的，其產生的球差、場曲及畸變卻被控制或修正在較小的範圍內。
本發明的成像鏡頭滿足條件式：1<T/F1.4，可縮短成像鏡頭全長；滿足條件式：R3/F>4，可修正像散及場曲；滿足條件式：S1/S2>3，可降低畸變及球差。因此，可在縮小尺寸的同時提高解析度。
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援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‧‧‧成像鏡頭
40‧‧‧第四鏡片
10‧‧‧第一鏡片
96‧‧‧光闌
20‧‧‧第二鏡片
97‧‧‧保護玻璃
30‧‧‧第三鏡片
99‧‧‧成像面
圖1為本發明實施方式之成像鏡頭之示意圖。
圖2為本發明成像鏡頭之第一實施方式之球差特性曲線圖。
圖3為本發明成像鏡頭之第一實施方式之場曲特性曲線圖。
圖4為本發明成像鏡頭之第一實施方式之畸變特性曲線圖。
圖5為本發明成像鏡頭之第二實施方式之球差特性曲線圖。
圖6為本發明成像鏡頭之第二實施方式之場曲特性曲線圖。
圖7為本發明成像鏡頭之第二實施方式之畸變特性曲線圖。
100‧‧‧成像鏡頭
40‧‧‧第四鏡片
10‧‧‧第一鏡片
96‧‧‧光闌
20‧‧‧第二鏡片
97‧‧‧保護玻璃
30‧‧‧第三鏡片
99‧‧‧成像面

Claims (7)

  1. 一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括：具有正光焦度之第一鏡片、具有負光焦度之第二鏡片、具有正光焦度之第三鏡片及具有負光焦度之第四鏡片；其改進在於，該成像鏡頭滿足條件式：1<T/F1.4；R3/F>4；S1/S2>3；其中，T為成像鏡頭全長，F為成像鏡頭之有效焦距，R3為項所述之第二鏡片物側表面之曲率半徑，S1為第三鏡片像側表面邊緣到第三鏡片像側表面中心距離之垂直分量，S2為第三鏡片像側表面邊緣到第三鏡片像側表面中心距離之水平分量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該成像鏡頭還滿足條件式：D23>D2；其中，D23為第二鏡片之像側表面與第三鏡片物側表面之間之軸上間距，D2為第二鏡片沿光軸方向之厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該成像鏡頭還滿足條件式：R5<R6<0；其中，R5及R6分別為項所述之第三鏡片物側表面之曲率半徑及該第三鏡片像側表面之曲率半徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該成像鏡頭還包括一設置於該第一鏡片與該第二鏡片之間之光闌。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該成像鏡頭還滿足條件式：vd1>55；Vd2<35；其中，vd1,vd2分別為波長為587.6奈米之光線於項所述之第一鏡片及第二鏡片之阿貝數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片採用塑膠材料製成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中，該第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片之均為非球面鏡片。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030112530A1 (en) * 2001-09-26 2003-06-19 Kenichi Sato Single focus lens
US20040212901A1 (en) * 2003-04-24 2004-10-28 Norihiro Nanba Lens system
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TW200811503A (en) * 2006-08-21 2008-03-01 Largan Precision Co Ltd An imaging optical lens

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