TWI395973B - 定焦鏡頭 - Google Patents

Description

定焦鏡頭

本發明是有關於一種光學鏡頭，且特別是關於一種定焦鏡頭。

近年來手機搭載鏡頭愈來愈普及，目前具有500萬以上畫素的鏡頭幾乎都採用四片式鏡頭組架構，且該四片式鏡頭組由物側至像側排列的四個鏡片的屈光度分別為正、負、正、正或者正、負、正、負，且其中第二、三、四片為塑膠非球面鏡片，第一片則為模造玻璃或塑膠非球面鏡片。

圖1為顯示一習知定焦鏡頭100的示意圖。如圖1所示，手機定焦鏡頭100包含由物側至像側排列的四個鏡片110、112、114、116，且其屈光度分別為正、負、正、負。光線通過一紅外線濾光片118濾光後成像於一成像面120。圖1之習知設計的特點在於鏡片110具有很大的屈光度，藉以縮小鏡頭總長，然而，因各個鏡片的間距頗大，故無法進一步縮小鏡頭總長，且因鏡片110的後曲面R2與鏡片112的前曲面R1的曲率過於接近，導致相對偏心的公差增加並降低組裝良率。

圖2為顯示另一習知定焦鏡頭200的示意圖。如圖2所示，定焦鏡頭200包含由物側至像側排列的四個鏡片210、 212、214、216，該設計特點在於視場角度較小，且鏡片212的後曲面R2的曲率很小而有效提升相對照度，然而如此會提高鏡頭總長，無法滿足一微型鏡頭需輕、薄、短、小的要求。再者，定焦鏡頭200的鏡片210與鏡片212的肩部空氣間隔過小，故對組裝偏心的公差非常敏感，導致鏡頭量產不易，且若要減少公差影響的話，則難以減少鏡頭總長。

本發明提供一種定焦鏡頭，其能避免習知設計的種種缺點。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種定焦鏡頭，包含從一物側至一像側依序排列的一第一鏡片、一第二鏡片、一第三鏡片及一第四鏡片。第一鏡片為屈光度為正的雙凸透鏡，第二鏡片為屈光度為負的凸凹透鏡，第三鏡片為屈光度為正的凹凸透鏡，第四鏡片為一非球面鏡片，該第四鏡片於其一近軸中心區域的屈光度為負且於其一離軸外圍區域的屈光度為正，其中該第一鏡片的一後曲面的曲率半徑為r2，該第二鏡片的一前曲面的曲率半徑為r1，且該定焦鏡頭滿足下列條件：1.0>|(1/r2-1/r1)|>0.6。

於一實施例中，第四鏡片的一後曲面到設置於像側之一成像面的距離為背焦長度BFL，該定焦鏡頭光學總長為TTL，且該定焦鏡頭滿足下列條件：0.45>BFL/TTL>0.35。

於一實施例中，該第一鏡片的焦距為f1，該定焦鏡頭之總焦距為f，且該定焦鏡頭滿足下列條件：f1/f>0.65。

於一實施例中，第一鏡片為一塑膠鏡片或一玻璃鏡片均可，且第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片可均為一塑膠鏡片。

於一實施例中，第一鏡片、第二鏡片與第三鏡片可皆為一非球面鏡片。

本發明之實施例相較習知設計具有可使鏡頭整體架構更為輕薄短小的優點，且同時對鏡頭組裝公差的敏感度也較低，故具有較佳的量產性及組裝良率。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。 以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。再者，於各個圖式中相同的元件係以同一編號標註。

圖3為顯示依本發明一實施例之定焦鏡頭10的示意圖。定焦鏡頭10設置於一物側與一像側之間，像側設置有一成像面16，且成像面16例如可為電荷耦合元件(charge coupled device；CCD)影像感測器或互補性氧化金屬半導體(complementary metal-oxide semiconductor；CMOS)影像感測器等的感光元件所構成。

如圖3所示，定焦鏡頭10包含從物側至像側依序排列的一第一鏡片L1、一第二鏡片L2、一第三鏡片L3及一第四鏡片L4，其中第一鏡片L1為屈光度為正的雙凸透鏡，第二鏡片L2為屈光度為負的凸凹透鏡，第三鏡片L3為屈光度為正的凹凸透鏡，第四鏡片L4為一非球面鏡片，第四鏡片L4於其近軸中心區域(鄰近光軸OA的鏡片中心區域)的屈光度為負，且於其離軸外圍區域(遠離光軸OA的鏡片兩側區域)的屈光度為正。於本實施例中，第一鏡片L1、第二鏡片L2與第三鏡片L3可皆為一非球面鏡片。於此每一鏡片的前曲面R1定義為該鏡片面向物側的一表面，且後曲面R2定義為該鏡片面向像側的一表面。為降低組裝偏心公差的敏感度，於一實施例中定焦鏡頭10可滿足下列條件： 1.0>|(1/r2-1/r1)|>0.6。，其中r2為第一鏡片L1的一後曲面R2的曲率半徑，且r1為第二鏡片L2的一前曲面R1的曲率半徑。於該關係式中，(1/r2-1/r1)的絕對值越大表示第一鏡片L1與第二鏡片L2之間的相對偏心公差的敏感度越低。

再者，於一實施例中，可利用具高屈光度的第一鏡片L1來壓縮鏡頭總長，並用適當色散係數及屈光度的第二鏡片L2來平衡像差，因此，該定焦鏡頭10可設計為滿足如下條件：f1/f>0.65。，其中f1為第一鏡片L1的焦距，f為整個定焦鏡頭10的總焦距。

另外，該定焦鏡頭10可同時滿足如下條件：0.45>BFL/TTL>0.35。，其中BFL為第四鏡片L4的後曲面R2到成像面16的距離(即背焦長度)，TTL為定焦鏡頭光學總長。

當f1/f的值越大，定焦鏡頭總長越小，但相對地像差抑制會較困難，BFL/TTL值愈大，第四鏡片L4的外徑相對愈小，如此即可使用較小的鏡筒及自動對焦裝置。

因此，本實施例之定焦鏡頭10至少具有如下全部或至少其一之優點：

1.長度短。舉例而言，若使用1/3.2”的CMOS影像感測元件，定焦鏡頭10的總長可以控制在5.0mm以內。

2.體積小。舉例而言，若使用1/3.2”的CMOS影像感測元件，第四鏡片L4的外徑可縮小到可以使用M6型號的鏡筒。

3.公差表現佳。本案對組裝偏心公差的容忍度優於其他習知設計。

亦即，本實施例較習知設計具有可使鏡頭整體架構更為輕薄短小的優點，且對鏡頭組裝公差的敏感度也較低，故具有較佳的量產性及組裝良率。

於一實施例中，第一鏡片L1為一塑膠鏡片或一玻璃鏡片均可，第二鏡片L2、第三鏡片L3及第四鏡片L4可均為一塑膠鏡片，且第一鏡片L1的後曲面R2的曲率大於第一鏡片的前曲面R1的曲率。

一般而言，定焦鏡頭10可包含一孔徑光欄(stop)12，且該孔徑光欄12配置於物側與第一鏡片L1之間。再者，定焦鏡頭10可包含一紅外線濾光片14，且紅外線濾光片14配置於第四鏡片L4與成像面16之間。

如下說明定焦鏡頭10之一透鏡設計實例。需注意表一所列的設計值並非用以限定本發明，任何熟習此項技術之人士在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當更動，惟其仍屬於本發明之範疇內。

在表一中，間距是指兩相鄰表面間於主軸上之直線距離，舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2於主軸上之直線距離。此外，在表一中，表面S2、S3為第一鏡片L1的兩表面，表面S4、S5為第二鏡片L2的兩表面，表面S6、S7為第三鏡片L3的兩表面，表面S8、S9為第四鏡片L4的兩表面。

承上述，表面S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9為非球面，而非球面的公式如下：

於上式中，x為光軸OA方向之偏移量，c’為透鏡頂點之曲率半徑的倒數，也就是接近光軸OA處的曲率半徑之倒數，k是二次曲面常數(conic constant)，y是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，從公式中可得知，不同的y會對應出不同的X值。而A、B、C、D、E、F...為非球面係數(aspheric coefficient)。表面S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9的非球面係數及k值如表二所示：

圖4及圖5為定焦鏡頭10的光學數據模擬圖。圖4為橫向光線扇形圖(transverse ray fan plot)。橫軸為光線到達孔徑光欄的位置，縱軸為光線到達成像面的位 置。圖5為場曲(field curvature)圖和畸變(distortion)圖，其中場曲圖的橫軸代表與焦面相距的距離，縱軸代表從0到最大的場；畸變圖的橫軸代表畸變百分比，縱軸代表從0到最大的場。由圖4及圖5的數據可看出定焦鏡頭10具有良好的成像品質。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

10‧‧‧定焦鏡頭

12‧‧‧孔徑光欄

14‧‧‧紅外線濾光片

16‧‧‧成像面

100、200‧‧‧定焦鏡頭

110、112、114、116、210、212、214、216‧‧‧鏡片

118、218‧‧‧紅外線濾光片

120、220‧‧‧成像面

L1‧‧‧第一鏡片

L2‧‧‧第二鏡片

L3‧‧‧第三鏡片

L4‧‧‧第四鏡片

R1‧‧‧前曲面

R2‧‧‧後曲面

BFL‧‧‧背焦長度

TTL‧‧‧鏡頭光學總長

OA‧‧‧光軸

f1‧‧‧第一鏡片焦距

f‧‧‧鏡頭總焦距

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10‧‧‧表面

圖1為顯示一習知定焦鏡頭之示意圖。

圖2為顯示另一習知定焦鏡頭之示意圖。

圖3為依本發明一實施例之定焦鏡頭的示意圖。

圖4及圖5為依本發明一實施例之定焦鏡頭的光學數據模擬圖，其中圖4為橫向光線扇形圖，圖5為場曲圖和畸變圖。

10‧‧‧定焦鏡頭

12‧‧‧孔徑光欄

14‧‧‧紅外線濾光片

16‧‧‧成像面

L1‧‧‧第一鏡片

L2‧‧‧第二鏡片

L3‧‧‧第三鏡片

L4‧‧‧第四鏡片

R1‧‧‧前曲面

R2‧‧‧後曲面

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10‧‧‧表面

Claims (10)

1. 一種定焦鏡頭，包含從一物側至一像側依序排列的一第一鏡片、一第二鏡片、一第三鏡片及一第四鏡片，該第一鏡片為屈光度為正的雙凸透鏡，該第二鏡片為屈光度為負的凸凹透鏡，該第三鏡片為屈光度為正的凹凸透鏡，該第四鏡片為一非球面鏡片，該第四鏡片於其一近軸中心區域的屈光度為負且於其一離軸外圍區域的屈光度為正，其中該第一鏡片的一後曲面的曲率半徑為r2，該第二鏡片的一前曲面的曲率半徑為r1，且該定焦鏡頭滿足下列條件：1.0>|(1/r2-1/r1)|>0.6，且其中該第四鏡片的一後曲面到設置於該像側之一成像面的距離為一背焦長度BFL，該定焦鏡頭光學總長為TTL，且該定焦鏡頭滿足下列條件：0.45>BFL/TTL>0.35。
2. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該第一鏡片的焦距為f1，該定焦鏡頭的總焦距為f，且該定焦鏡頭滿足下列條件：f1/f>0.65。
3. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該第一鏡片為一塑膠鏡片或一玻璃鏡片。
4. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該 第二鏡片、該第三鏡片及該第四鏡片分別為一塑膠鏡片。
5. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，更包含一孔徑光欄，且該孔徑光欄配置於該物側與該第一鏡片之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，更包含一紅外線濾光片，且該紅外線濾光片配置於該第四鏡片與該像側之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該第一鏡片的該後曲面的曲率半徑大於該第一鏡片的該前曲面的曲率半徑。
8. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該像側設有一成像面，且該成像面由一感光元件所構成。
9. 如申請專利範圍第8項所述之定焦鏡頭，其中該感光元件為一電荷耦合元件影像感測器或一互補性氧化金屬半導體影像感測器。
10. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該第一鏡片、第二鏡片與第三鏡片均為一非球面鏡片。