TWI559031B - Three-piece camera lens - Google Patents

Description

三片式攝像鏡頭

本發明係與光學鏡頭有關；特別是指一種三片式攝像鏡頭。

透鏡結構於行動電話、筆記型電腦以及攝像頭等電子產品中的攝像鏡頭組廣泛地應用。前述攝像鏡頭組中的感光元件，主要可分為感光耦合元件(Charge coupled Device，CCD)與互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)，其中因CMOS具備低成本、低耗電性與高整合性，讓CMOS逐漸成為市場上行動裝置感光元件的主流。此外，由於半導體製程技術的進步，使得畫素大小已可大幅降低，此利因可讓感光元件提供更高畫素的影像，但也因縮小畫素面積，使得入光量減少，勢必需要透鏡系統提供更高亮度以降低雜訊影響。

近年來，隨著此類電子產品不斷地發展為更輕、薄、短、小，於此同時又必須具有更高的效能，上述攝像鏡頭組應用於電子產品上的體積亦大幅被縮小。而由於影像擷取裝置的畫素越來越高，用以配合影像擷取裝置的鏡頭組也要能夠具有更高的光學效能，才能使這些影像擷取裝置達成高解析度和高對比之展現。換言之，小型化和高光學效能，是影像設備之鏡頭不可缺兩項要件。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種三片式 攝像鏡頭，在縮短整體鏡頭體積之下，同時兼具有良好的光學性能。

緣以達成上述目的，本發明所提供之三片式攝 像鏡頭包含包括有由一物側至一成像面且沿一光軸依序排列之一第一鏡片、一第二鏡片、一光圈以及一第三鏡片。該第一鏡片為具有負屈光力之凸凹透鏡者，且其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面，該第一鏡片的至少一鏡面為非球面表面；該第二鏡片為具有正屈光力之凹凸透鏡者，且其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面，該第二鏡片的至少一鏡面為非球面表面；該第三鏡片為具有正屈光力之雙凸透鏡者，且至少一鏡面為非球面表面。另外，該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件：1.3<f2/f3<1.55；其中，f2為該第二鏡片的焦距；f3為該第三鏡片的焦距。

透過上述之光學設計，本發明之三片式攝像鏡 頭具有體積小、廣角、光學畸變小以及高光學效能的效果。

1~3‧‧‧三片式攝像鏡頭

L1‧‧‧第一鏡片

L2‧‧‧第二鏡片

L3‧‧‧第三鏡片

STO‧‧‧光圈

CF‧‧‧濾光片

Im‧‧‧成像面

S1~S8‧‧‧鏡面

圖1係本發明第一較佳實施例之鏡片圖；圖2A係本發明第一較佳實施例之場曲圖；圖2B係本發明第一較佳實施例之畸變圖；圖2C係本發明第一較佳實施例之縱向色差圖；圖3係本發明第二較佳實施例之鏡片圖；圖4A係本發明第二較佳實施例之場曲圖；圖4B係本發明第二較佳實施例之畸變圖；圖4C係本發明第二較佳實施例之縱向色差圖；圖5係本發明第三較佳實施例之鏡片圖； 圖6A係本發明第三較佳實施例之場曲圖；圖6B係本發明第三較佳實施例之畸變圖；圖6C係本發明第三較佳實施例之縱向色差圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。

請參圖1所示，為本發明第一較佳實施例之三片式攝像鏡頭1，其包含有沿一光軸Z且由一物側至一成像面Im依序排列之一第一鏡片L1、一第二鏡片L2、一光圈STO以及一第三鏡片L3。另外，依使用上之需求，該第三鏡片L3與該成像面Im之間更可設置有一濾光片(Optical Filter)CF，以濾除掉不必要之雜訊光，而可達到提升光學效能之目的。其中：該第一鏡片L1為具有負屈光力的凸凹透鏡，其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面Im，藉以使該三片式攝像鏡頭1具有廣角之光學特性。此外，該第一鏡片L1的至少一鏡面為非球面表面，而於本實施例中，該第一鏡片L1的兩個鏡面S1、S2皆為非球面表面。其中，採非球面的設計目的在於，可有效地修正該三片式攝像鏡頭1於廣角光學設計時容易出現的畸變問題。

該第二鏡片L2為具有正屈光力的凹凸透鏡，其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面Im。其中，該第二鏡片L2的至少一鏡面為非球面表面，而於本實施例中，該第二鏡片L2的兩個鏡面S3、S4皆為非球面表面。

該第三鏡片L3為具有正屈光力之雙凸透鏡，且至少一鏡面為非球面表面，而在本實施例中，該第三鏡片L3的兩個鏡面S5、S6皆為非球面表面。

另外，除上述該等鏡片L1~L3的結構設計之外，於本實施例中，該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件式：(1)1.3<f2/f3<1.55；(2)0.17<f/TTL<0.18；(3)0.32<f2/TTL<0.35；(4)1.0<｜f1/f｜<1.2；(5)1.8<f2/f<2；(6)1.3<f3/f<1.5；(7)｜vd1-vd2｜<34；其中，f為該三片式攝像鏡頭1的系統焦距；f1為該第一鏡片L1的焦距；f2為該第二鏡片L2的焦距；f3為該第三鏡片L3的焦距；TTL為該三片式攝像鏡頭1的系統總長；vd1為該第一鏡片L1的阿貝係數；vd2為該第二鏡片L2的阿貝係數。

為有效提升該三片式攝像鏡頭1的光學效能，本發明第一較佳實施例之三片式攝像鏡頭1的系統焦距f、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R、各個鏡面與下一個鏡面(或成像面)於光軸Z上之距離D、各鏡片的折射率Nd、各鏡片之阿貝係數Vd，如表一所示：

本實施例的各個透鏡中，該等非球面表面 S1~S6的表面凹陷度z由下列公式得到：

其中：z：非球面表面之凹陷度；c：曲率半徑之倒數；h：表面之孔徑半徑；k：圓錐係數；α 2~α 8：表面之孔徑半徑h的各階係數。

在本實施例中，各個非球面表面的非球面係數k及各階係數α 2~α 8，如表二所示：

另外，本實施例之三片式攝像鏡頭1於上述條件之詳細數據如表三所示：

藉此，透過上述鏡片L1~L3以及光圈STO的配 置，以及上述鏡面的設計，可使得本實施例之三片式攝像鏡頭1具有廣角的功能，且同時具有短系統總長的優點，而可縮短整體鏡頭的體積。除此之外，參閱圖2A~圖2C所示，本實施例之三片式攝像鏡頭1在成像品質上也可達到要求。其中，由圖2A所示之場曲圖可看出，本實施例之三片式攝像鏡頭1的最大場曲不超過-0.04mm及0.04mm；由圖2B所示之畸變圖可看出，本實施例之三片式攝像鏡頭1的最大畸變量不超過-30%及15%；由圖2C所示在瞳孔半徑(pupil radius)為0.0769mm之縱向像差(longitudinal aberration)圖可知，本實施例之三片式攝像鏡頭1的縱向像差不超過-0.02mm至0.02mm。由此可見本實施例之三片式攝像鏡頭1的高光學效能。

以上所述的，為本發明第一實施例的三片式攝 像鏡頭1；依據本發明的技術，以下配合圖3說明本發明第二實施例之三片式攝像鏡頭2。

本發明第二較佳實施例之三片式攝像鏡頭2同 樣包含有沿一光軸Z且由一物側至一成像面Im依序排列之一第一鏡片L1、一第二鏡片L2、一光圈STO、一第三鏡片L3以及一濾光片CF。其中：該第一鏡片L1為具有負屈光力的凸凹透鏡，其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面Im，藉以使該三片式攝像鏡頭2具有廣角之光學特性。且該第一鏡片L1的至少一鏡面為非球面表面，而於本實施例中，該第一鏡片L1的兩個鏡面S1、S2皆為非球面表面。其中，採非球面的 設計目的在於，可有效地修正該三片式攝像鏡頭2於廣角光學設計時容易出現的畸變問題。

該第二鏡片L2為具有正屈光力的凹凸透鏡，其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面Im。其中，該第二鏡片L2的至少一鏡面為非球面表面，而於本實施例中，該第二鏡片L2的兩個鏡面S3、S4皆為非球面表面。

該第三鏡片L3為具有正屈光力之雙凸透鏡，且至少一鏡面為非球面表面，而在本實施例中，該第三鏡片L3的兩個鏡面S5、S6皆為非球面表面。

另外，除上述該等鏡片L1~L3的結構設計之外，於本實施例中，該三片式攝像鏡頭2更滿足以下條件式：(1)1.3<f2/f3<1.55；(2)0.17<f/TTL<0.18；(3)0.32<f2/TTL<0.35；(4)1.0<｜f1/f｜<1.2；(5)1.8<f2/f<2；(6)1.3<f3/f<1.5；(7)｜vd1-vd2｜<34；為有效提升該三片式攝像鏡頭2的光學效能，本發明第一較佳實施例之三片式攝像鏡頭2的系統焦距f、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R、各個鏡面與下一個鏡面(或成像面)於光軸Z上之距離D、各鏡片的折射率Nd、各鏡片之阿貝係數Vd，如表四所示：

本實施例的各個透鏡中，該等非球面表面S1~S6的表面凹陷度z同樣由下列公式得到：

在本實施例中，各個非球面表面的非球面係數k及各階係數α 2~α 8，如表五所示：

另外，本實施例之三片式攝像鏡頭2於上述條件之詳細數據如表六所示：

藉此，透過上述鏡片L1~L3以及光圈STO的配 置，以及上述鏡面的設計，可使得本實施例之三片式攝像鏡頭2具有廣角的功能，且同時具有短系統總長的優點，而可縮短整體鏡頭的體積。除此之外，參閱圖4A~圖4C所示，本實施例之三片式攝像鏡頭2在成像品質上也可達到要求。其中，由圖4A所示之場曲圖可看出，本實施例之三片式攝像鏡頭2的最大場曲不超過-0.04mm及0.04mm；由圖4B所示之畸變圖可看出，本實施例之三片式攝像鏡頭2的最大畸變量不超過-50%及15%；由圖4C所示在瞳孔半徑(pupil radius)為0.0698mm之縱向像差(longitudinal aberration)圖可知，本實施例之三片式攝像鏡頭2的縱向像差不超過-0.02mm至0.02mm。由此可見本實施例之三片式攝像鏡頭2的高光學效能。

另外，除上述第一實施例與第二實施例的三片式攝像鏡頭1、2，圖5所示為本發明第三較佳實施例之三片式攝像鏡頭3，該三片式攝像鏡頭3同樣包含有沿一光軸Z且由一物側至一成像面Im依序排列之一第一鏡片L1、一第二鏡片L2、一光圈STO、一第三鏡片L3以及一濾光片CF。其中：該第一鏡片L1為具有負屈光力的凸凹透鏡，其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面Im，藉以使該三片式攝像鏡頭3具有廣角之光學特性。且該第一鏡片L1的至少一鏡面為非球面表面，而於本實施例中，該第一鏡片L1的兩個鏡面S1、S2皆為非球面表面。其中，採非球面的設計目的在於，可有效地修正該三片式攝像鏡頭3於廣角光學設計時容易出現的畸變問題。

該第二鏡片L2為具有正屈光力的凹凸透鏡， 其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面Im。其中，該第二鏡片L2的至少一鏡面為非球面表面，而於本實施例中，該第二鏡片L2的兩個鏡面S3、S4皆為非球面表面。

該第三鏡片L3為具有正屈光力之雙凸透鏡，且至少一鏡面為非球面表面，而在本實施例中，該第三鏡片L3的兩個鏡面S5、S6皆為非球面表面。

除上述該等鏡片L1~L3的結構設計之外，於本實施例中，該三片式攝像鏡頭3同樣滿足以下條件式：(1)1.3<f2/f3<1.55；(2)0.17<f/TTL<0.18；(3)0.32<f2/TTL<0.35；(4)1.0<｜f1/f｜<1.2；(5)1.8<f2/f<2；(6)1.3<f3/f<1.5；(7)｜vd1-vd2｜<34；為有效提升該三片式攝像鏡頭3的光學效能，本發明第三較佳實施例之三片式攝像鏡頭3的系統焦距f、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑R、各個鏡面與下一個鏡面(或成像面)於光軸Z上之距離D、各鏡片的折射率Nd、各鏡片之阿貝係數Vd，如表七所示：

本實施例的各個透鏡中，該等非球面表面 S1~S6的表面凹陷度z同樣由下列公式得到：

在本實施例中，各個非球面表面的非球面係數k及各階係數α 2~α 8，如表八所示：

另外，本實施例之三片式攝像鏡頭3於上述條件之詳細數據如表九所示：

藉此，透過上述鏡片L1~L3以及光圈STO的配 置，以及上述鏡面的設計，可使得本實施例之三片式攝像鏡頭3具有廣角的功能，且同時具有短系統總長的優點，而可縮短整體鏡頭的體積。除此之外，參閱圖6A~圖6C所示，本實施例之三片式攝像鏡頭3在成像品質上也可達到要求。其中，由圖6A所示之場曲圖可看出，本實施例之三片式攝像鏡頭3的最大場曲不超過-0.04mm及0.04mm；由圖6B所示之畸變圖可看出，本實施例之三片式攝像鏡頭3的最大畸變量不超過-40%及15%；由圖6C所示在瞳孔半徑(pupil radius)為0.0758mm之縱向像差(longitudinal aberration)圖可知，本實施例之三片式攝像鏡頭3的縱向像差不超過-0.02mm至0.02mm。由此可見本實施例之三片式攝像鏡頭3的高光學效能。

上述實施例之攝像鏡頭之各個鏡片的鏡面皆 採非球面表面的設計，而採非球面的設計主要可達成消弭光學像差(如球差、畸變)、減少鏡片的使用數目以及所小整體鏡頭組的體積與重量。於其他實際實施上，第一鏡片的其中一鏡面、第二鏡片的其中一鏡面及/或第三鏡片的其中一鏡面亦可採球面表面的設計，而不以上述實施例為限。

上述實施例之攝像鏡頭的各個鏡片係由塑膠 材質所製成，而濾光片係由玻璃材質製成。其中，鏡片由塑膠射出成型的優點在於，塑膠鏡片的質量較輕，有利於鏡頭的輕量化，且塑膠射出鏡片的自動化生產效率高，具有成本較低的優點。而於其他實際實施上，各鏡片的材質當然亦可由塑膠以外的材質製成，如玻璃等材質。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧三片式攝像鏡頭

L1‧‧‧第一鏡片

L2‧‧‧第二鏡片

L3‧‧‧第三鏡片

STO‧‧‧光圈

CF‧‧‧濾光片

Im‧‧‧成像面

S1~S8‧‧‧鏡面

Claims (8)

1. 一種三片式攝像鏡頭，包括有由一物側至一成像面且沿一光軸依序排列之：一第一鏡片，為具有負屈光力之凸凹透鏡者，且其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面，該第一鏡片的至少一鏡面為非球面表面；一第二鏡片，為具有正屈光力之凹凸透鏡者，且其凸面朝向該物側，而凹面朝向該成像面，該第二鏡片的至少一鏡面為非球面表面；一光圈；以及一第三鏡片，為具有正屈光力之雙凸透鏡者，且至少一鏡面為非球面表面；另外，該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件：1.3<f2/f3<1.55；其中，f2為該第二鏡片的焦距；f3為該第三鏡片的焦距。
2. 如請求項1所述之三片式攝像鏡頭，其中各該鏡片之各該鏡面皆為非球面表面。
3. 如請求項1所述之三片式攝像鏡頭，其中該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件：0.17<f/TTL<0.18；其中，f為該三片式攝像鏡頭的系統焦距；TTL為該三片式攝像鏡頭的系統總長。
4. 如請求項1所述之三片式攝像鏡頭，其中該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件：0.32<f2/TTL<0.35；其中，TTL為該三片式攝像鏡頭的系統總長。
5. 如請求項1所述之三片式攝像鏡頭，其中該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件：1.0<｜f1/f｜<1.2；其中，f1為該第一鏡片的焦距；f為該三片式攝像鏡頭的系統焦距。
6. 如請求項1所述之三片式攝像鏡頭，其中該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件：1.8<f2/f<2；其中，f為該三片式攝像鏡頭的系統焦距。
7. 如請求項1所述之三片式攝像鏡頭，其中該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件：1.3<f3/f<1.5；其中，f為該三片式攝像鏡頭的系統焦距。
8. 如請求項3所述之三片式攝像鏡頭，其中該該三片式攝像鏡頭更滿足以下條件：｜vd1-vd2｜<34；其中，vd1為該第一鏡片的阿貝係數；vd2為該第二鏡片的阿貝係數。