TWI395991B - 非球面成像透鏡組 - Google Patents

Description

非球面成像透鏡組

本發明係一種透鏡組，特別是指一種應用於小型化攝影鏡頭的非球面成像透鏡組。

最近幾年來，隨著手機相機的興起，小型化攝影鏡頭的需求日漸提高，而一般攝影鏡頭的感光元件不外乎是感光耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)兩種，由於半導體製程技術的進步，使得感光元件的畫素面積縮小，小型化攝影鏡頭逐漸往高畫素領域發展，因此，對成像品質的要求也日益增加，而為了在有限的鏡頭空間中修正像差，以達到良好的影像品質，一般會在透鏡上設置非球面。

隨著攝影鏡頭往更高畫數領域發展及鏡頭的空間變得越小，此時無法再任意的縮小鏡片體積與光學系統匹配，因此，必須再從光學系統中找尋增加自由度的方法，然而提升非球面的作用能力便是其中一種。

本發明為提升光學系統的自由度，並有效縮短鏡頭體積，將提供一種由至少二透鏡構成之非球面成像透鏡組，其 要旨如下：一種非球面成像透鏡組，包含：至少二透鏡，至少一透鏡表面為非球面，其錐面係數為k，將滿足下記關係式：k<-2000；且至少一透鏡表面為非球面，且其非球面參數設置有非0的奇次項。

本發明非球面成像透鏡組中，非球面係數中導入非0奇次項，可以增加選擇透鏡形狀的自由度。本發明非球面成像透鏡組中，非球面錐面係數為k，滿足下記關係式：k<-2000；上述關係式可以減少非球面對曲率半徑的相依度，進而增加選擇透鏡形狀的自由度，進一步使k<-10000則更為理想。

本發明非球面成像透鏡組中，同時使非球面具備錐面係數k<-2000及具備非0奇次項，則更有利於增加選擇透鏡形狀的自由度，進而降低透鏡組體積。上述錐面係數k<-10000，則更為理想。使複數個鏡面具備上述特徵，則更為理想。

本發明非球面成像透鏡組中，非球面上反曲點至光軸的距離為Y’，透鏡表面的光學有效路徑Y，滿足下記關係式：0<Y’/Y<0.03； 滿足上述關係式，可以增加透鏡中心區域的自由度，使透鏡中心區域的形狀選擇更具彈性。使上述非球面具備錐面係數k<-2000或具備非0奇次項，則較為理想；同時使非球面具備錐面係數k<-2000及具備非0奇次項，則更有利於增加選擇透鏡形狀的自由度。上述錐面係數k<-10000，則更為理想。使複數個鏡面具備上述特徵，則更為理想。

本發明非球面成像透鏡組中，使非球面錐面係數k<-2000，且使曲率半徑為R，整體非球面成像透鏡組的焦距為f，滿足下記關係式：|R|/f<0.5；滿足上述關係式，可以有效縮小透鏡體積，滿足小型化透鏡組的空間需求，進一步使|R|<1.5mm則更為理想。上述錐面係數k<-10000，則更為理想。

本發明非球面成像透鏡組中，被攝物成像於電子感光元件，整體非球面成像透鏡組的光學總長為TTL，整體非球面成像透鏡組的最大成像高度為ImgH，滿足下記關係式：TTL/ImgH<2.5；滿足上述關係式，可以維持光學鏡組小型化的特性。

本發明第一實施例請參閱第1A圖，第一實施例之像差曲線請參閱第1B圖，第一實施例物側與像側之間包含：一具正屈折力的第一透鏡10，第一透鏡10具有一前表面11及一後表面12，第一透鏡10前表面11為非球面，第一透鏡10後表面12為非球面，其錐面係數k為-31257.2，此後表面12的非球面係數含有非0的奇次項；一具負屈折力的第二透鏡20，第二透鏡20具有一前表面21及一後表面22，第二透鏡20前表面21為非球面，其錐面係數k為-6135.91，此前表面21的非球面係數含有非0的奇次項，第二透鏡20後表面22為非球面，此後表面22的非球面係數含有非0的奇次項；一具負屈折力的第三透鏡30，第三透鏡30具有一前表面31及一後表面32，第三透鏡30前表面31為非球面，第三透鏡30後表面32為非球面；一光圈40，置於第一透鏡10之前；一紅外線濾光片(IR Filter)50，其材質為玻璃，置於第三透鏡30之後，其不影響系統的焦距；一成像面60，置於紅外線濾光片50之後。

非球面曲線的方程式表示如下：

其中：X：鏡片的截面距離；Y：非球面曲線上的點距離光軸的高度；k：錐面係數；Ai：第i個非球面係數。

第一實施例非球面成像透鏡組中，第二透鏡的前表面曲率半徑為R3，其|R3|=0.55369 mm。

第一實施例非球面成像透鏡組中，整體非球面成像透鏡組的焦距為f，第二透鏡的前表面曲率半徑R3，其關係式為：|R3|/f=0.16578。

第一實施例非球面成像透鏡組中，整體非球面成像透鏡組的光學總長為TTL，整體非球面成像透鏡組的最大成像高度為ImgH，其關係式為：TTL/ImgH=1.75。

第一實施例詳細的結構數據如同表1所示，其非球面數據如同表2所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，HFOV定義為最大視角的一半。

本發明第二實施例請參閱第2A圖，第二實施例之像差曲線請參閱第2B圖，第二實施例物側與像側之間包含：一具正屈折力的第一透鏡10，第一透鏡10具有一前表面11及一後表面12，第一透鏡10前表面11為非球面，此前表面11的非球面係數含有非0的奇次項，第一透鏡10後表面12為非球面，其錐面係數k為-22051.3，此後表面12的非球面係數含有非0的奇次項；一具負屈折力的第二透鏡20，第二透鏡20具有一前表面21及一後表面22，第二透鏡20前表面21為非球面，第二透鏡20後表面22為非球面；一具正屈折力的第三透鏡30，第三透鏡30具有一前表面31及一後表面32，第三透鏡30前表面31為非球面，其錐面係數k為-12328.5，此前表面31的非球面係數含有非0的奇次項，第三透鏡30後表面32為非球面，其錐面係數k為-27825.6，此後表面32的非球面係數含有非0的奇次項；一光圈40，置於第一透鏡10與第二透鏡20之間；一紅外線濾光片(IR Filter)50，其材質為玻璃，置於第三透鏡30之後，其不影響系統的焦距；一成像面60，置於紅外線濾光片50之後。

一感光元件保護玻璃(Sensor Cover Glass)70，置於紅外線濾除濾光片50與成像面60之間，其不影響系統的焦距； 第二實施例非球面曲線方程式的表示式如同第一實施例的型式。

第二實施例非球面成像透鏡組中，整體非球面成像透鏡組的光學總長為TTL，整體非球面成像透鏡組的最大成像高度為ImgH，其關係式為：TTL/ImgH=1.97。

第二實施例詳細的結構數據如同表3所示，其非球面數據如同表4所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，HFOV定義為最大視角的一半。

本發明第三實施例請參閱第3A圖，第二實施例之像差曲線請參閱第3B圖，第二實施例物側與像側之間包含：一具正屈折力的第一透鏡10，第一透鏡10具有一前表面11及一後表面12，第一透鏡10前表面11為非球面，此前表面11的非球面係數含有非0的奇次項，第一透鏡10後表面12為非球面；一具負屈折力的第二透鏡20，第二透鏡20具有一前表面21及一後表面22，第二透鏡20前表面21為非球面，第二透鏡20後表面22為非球面；一具負屈折力的第三透鏡30，第三透鏡具有一前表面31及一後表面32，第三透鏡30前表面31為非球面，此前表面31 的非球面係數含有非0的奇次項，第三透鏡30後表面32為非球面，其錐面係數k為-100000，此後表面32的非球面係數含有非0的奇次項，並於第三透鏡30後表面31上設有反曲點；一光圈40，置於第一透鏡10與第二透鏡20之間；一紅外線濾光片(IR Filter)50其材質為玻璃，置於第三透鏡30之後，其不影響系統的焦距；一成像面60，置於紅外線濾光片50之後。

第三實施例非球面曲線方程式的表示式如同第一實施例的型式。

第三實施例非球面成像透鏡組中，第三透鏡後表面非球面上其中之一反曲點至光軸的距離為Y’，透鏡表面的光學有效徑Y，其關係式為：Y’/Y=0.004。

第三實施例非球面成像透鏡組中，整體非球面成像透鏡組的光學總長為TTL，整體非球面成像透鏡組的最大成像高度為ImgH，其關係式為：TTL/ImgH=2.29。

第三實施例詳細的結構數據如同表3所示，其非球面數據如同表4所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，HFOV定義為最大視角的一半。

本發明非球面成像透鏡組中第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡為塑膠材質或為玻璃材質。

在此先行述明，表1至表6所示為非球面成像透鏡組實施例的不同數值變化表，然本發明各個實施例的數值變化皆屬實驗所得，即使使用不同數值，相同結構的產品仍應屬於本發明的保護範疇。

綜上所述，本發明為一種非球面成像透鏡組，藉此透鏡結構、排列方式與鏡片配置可以有效縮小鏡組體積，更能同時獲得較高的解像力。

所以本發明之『具有產業之可利用性』應已毋庸置疑，除此之外，在本案實施例所揭露出的特徵技術，於申請之前並未曾見於諸刊物，亦未曾被公開使用，不但具有如上所述功效增進之事實，更具有不可輕忽的附加功效，是故，本發明的『新穎性』以及『進步性』都已符合專利法規，爰依法提出發明專利之申請，祈請惠予審查並早日賜准專利，實感德便。

10‧‧‧第一透鏡

11‧‧‧前表面

12‧‧‧後表面

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧前表面

22‧‧‧後表面

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧前表面

32‧‧‧後表面

40‧‧‧光圈

50‧‧‧紅外線濾光片

60‧‧‧成像面

70‧‧‧感光元件保護玻璃

k‧‧‧錐面係數

Y’‧‧‧非球面上反曲點至光軸的距離

Y‧‧‧透鏡表面的光學有效徑

HFOV‧‧‧最大視場角的一半

TTL‧‧‧整體非球面成像透鏡組的光學總長

ImgH‧‧‧整體非球面成像透鏡組的最大成像高度

第1A圖 本發明第一實施例光學系統示意圖。

第1B圖 本發明第一實施例之像差曲線圖。

第2A圖 本發明第二實施例光學系統示意圖。

第2B圖 本發明第二實施例之像差曲線圖。

第3A圖 本發明第三實施例光學系統示意圖。

第3B圖 本發明第三實施例之像差曲線圖。

【表簡單說明】

表1 本發明第一實施例結構數據。

表2 本發明第一實施例非球面數據。

表3 本發明第二實施例結構數據。

表4 本發明第二實施例非球面數據。

表5 本發明第三實施例結構數據。

表6 本發明第三實施例非球面數據。

10‧‧‧第一透鏡

11‧‧‧前表面

12‧‧‧後表面

20‧‧‧第二透鏡

21‧‧‧前表面

22‧‧‧後表面

30‧‧‧第三透鏡

31‧‧‧前表面

32‧‧‧後表面

40‧‧‧光圈

50‧‧‧紅外線濾光片

60‧‧‧成像面

Claims (6)

1. 一種非球面成像透鏡組，包含：三透鏡，至少一透鏡表面為非球面且設置有反曲點，非球面上其中之一反曲點至光軸的距離為Y’，透鏡表面的光學有效徑Y，並至少有一反曲點設置的位置滿足下記關係式：0<Y’/Y<0.03，且該非球面成像透鏡組中，具屈折力透鏡的數目僅為三片。
2. 如申請專利範圍第1項所述之非球面成像透鏡組，其中，至少一透鏡表面為非球面，且其非球面參數設置有非0的奇次項。
3. 如申請專利範圍第2項所述之非球面成像透鏡組，其中，至少二透鏡表面為非球面，且其非球面參數設置有非0的奇次項。
4. 如申請專利範圍第1項所述之非球面成像透鏡組，其中，至少一透鏡表面為非球面，且其k<-2000。
5. 如申請專利範圍第4項所述之非球面成像透鏡組，其中，k<-10000。
6. 如申請專利範圍第1項所述之非球面成像透鏡組，其中，該非球面成像透鏡組另設一電子感光元件供被攝物成像，且該非球面成像透鏡組的光學總長為TTL，該非球面成像透鏡組的最大成像高度為ImgH，前述兩者滿足下記關係式：TTL/ImgH<2.5。