TWI601977B - 成像鏡頭系統 - Google Patents

Description

成像鏡頭系統

本發明可運用於成像鏡頭系統，作為智慧型手機或行動式終端機的相機，或是作為數位相機。

本發明依據35 U.S.C.§ 119，主張申請於韓國智慧財產局，韓國專利公開號10-2015-0067451的申請日2015年5月14日為優先權日，上述專利參考文獻全文皆藉由引用而作為本說明書的揭示內容。

本發明可運用於成像鏡頭系統，作為智慧型手機或行動式終端機的相機，或是作為數位相機。

近來，因為智慧型手機和行動式終端機的便攜性逐漸被重視，故會需要具有高解析度的小型化成像鏡頭系統。四透鏡組常藉由色差調整而用於確保鏡頭系統的高性能。習知的四透鏡鏡頭系統係使用非球面透鏡來達成光學系統的小型化和高性能。然而，非球面透鏡較難進行精密加工，因此會降低生產力。

此外，拍攝廣角影像時注重的是鏡頭系統的光學性能。但是，習知的技術所能達到的視角較窄，僅為61°，而F值(F number)也只能達到2.7至2.8，因此所攝得的影像會比較暗。

依據一個例示性的實施例，本發明提供了一個微型尺寸的成像鏡頭系統，其具有高解析度透鏡組且易於操作。

依據另一個例示性的實施例，本發明提供了一個具有優異光學表現的成像鏡頭系統。

依據此發明例示性的一個實施例，一種成像鏡頭系統，其從一物體依次包括：一光圈。一第一透鏡具有正屈光力，第一透鏡面向物體的一側為凸面。一第二透鏡具有負屈光力，第二透鏡面向成像的一側為凹面。一第三透鏡具有正屈光力。以及一第四透鏡具有負屈光力，第四透鏡面向物體的一側為凸面，第四透鏡面向成像的一側為凹面。其中第三透鏡面向物體的一側具有一球面狀的凹表面，第一透鏡的阿貝數介於40至50、第三和第四透鏡的阿貝數介於50至60。

當第一透鏡L1的阿貝數是Vd1且第二透鏡L2的阿貝數是Vd22時，滿足以下狀態函數被滿足：19<Vd1-Vd2<29-----------------(1)

其中第三透鏡和第四透鏡的阿貝數介於50至60。

第一透鏡滿足以下狀態函數：1.02<f/f1<1.06--------------------(2)

其中，f為整個成像鏡頭系統的有效焦距，f1為第一透鏡的有效焦距。

此外，第二透鏡滿足以下狀態函數：0.50<|f/f2|<0.57--------------------(3)

其中f為整個成像鏡頭系統的有效焦距，f2為第二透鏡的有效焦距。

第三透鏡滿足以下狀態函數：2.00<f/f3<2.10--------------------(4)

其中f為整個成像鏡頭系統的有效焦距，f3為第三透鏡的有效焦距。

並且第四透鏡滿足以下狀態函數：1.72<|f/f4|<1.75--------------------(5)

其中f為整個成像鏡頭系統的有效焦距，f4為第四透鏡的有效焦距。

依據此發明概念，一個成像鏡頭系統可被設計成具有微型尺 寸、高表現和對於製造過程的低敏感度，所以此系統可用在具有高解析度小型影像感測器的行動式終端機。

10、20、30‧‧‧成像鏡頭系統

D1~D12‧‧‧距離(寬度)

L1‧‧‧第一透鏡

L2‧‧‧第二透鏡

L3‧‧‧第三透鏡

L4‧‧‧第四透鏡

LF‧‧‧光學濾鏡

R2~R11‧‧‧曲率半徑

Si‧‧‧成像表面

ST‧‧‧光圈

藉由以下詳細說明連同所附之圖式，將會更清楚瞭解此發明的例示性實施例：

圖1是本發明的例示性實施例的成像鏡頭系統的結構圖。

圖2是本發明的另一個例示性實施例的成像鏡頭系統的結構圖。

圖3是本發明的再一例示性實施例的成像鏡頭系統的結構圖。

圖4是圖1所示之成像鏡頭組的縱向色差、像散和變形量的示意圖。

圖5是圖2所示之成像鏡頭組的縱向色差、像散和變形量的示意圖。

圖6是圖3所示之成像鏡頭組的縱向色差、像散和變形量的示意圖。

以下將參考有顯示實施態樣的附加圖示，來更完整地說明各種的實施例。然而，本發明概念會例示於不同形式的實施例中，但在本發明不應該被限制於以下所描述的實施態樣。更確切地說，所提供的例示實施例係用以讓本說明書全面並完整揭露，並向本發明所屬技術領域具有通常知識者完整地表達本發明的範圍。在圖示中，各層和各區域的尺寸和相對大小可能會為了清楚表明而誇大表示。說明書中，相似的標號指的是相似的元件。

本發明所屬技術領域具有通常知識者均可了解，雖然本文以第一、第二或第三等名稱來表示各種元件，但這些元件不該被這些用語所限制。這些用語是用來分辨不同的元件。因此，以下所敘述的第一元件可以被稱為第二元件而仍不脫離本發明概念的教示。在本說明書中，「和/或」包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。

本發明所屬技術領域具有通常知識者均可了解，當一個元件被論及「連接」或「耦接」另一元件，可以是直接連接或是耦接，或是兩者之間仍有其有他元件。相反地，當一個元件被論及被「直接地連接」或「直接地耦接」另一個元件，表示兩者之間沒有其他元件。其他用以形容元件彼 此關係的字詞應亦以類似方式解釋(例如：「在...之間」與「正好在...之間」、「相鄰」與「直接相鄰」等等)。

本文的所用字詞僅是為了描述所舉之特定的實施例，而非用以限制本發明。於本文中，以「一」、「該」所表示之單數形式，除非有明文排除，否則亦包含多數形式之意涵。此外，本發明所屬技術領域具有通常知識者均可了解，說明書中的「包含」、「包括」和/或「具有」，是說明具有所指之特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組成，但並不排除存在或添加其他一或多個的特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組成。

除非有不同的定義，所有本文所用用語(包含技術或科學用語)之意涵等同於本發明所屬技術領域具有通常知識者所明瞭之通常意涵。此外，本發明所屬技術領域具有通常知識者更可明瞭，本文之用語，例如在一般常用字典中所定義者，應當以相關技術領域之脈絡來了解該用語的意義，且不應以太理想化或過於拘謹的理解來解釋，除非在本文明文有如此定義。

圖1至3分別是依據本發明第一、第二和第三例示性實施例的成像鏡頭系統。R1、R2和R3...等等分別表示是光圈、透鏡或光學濾鏡面向所攝物體/所成影像的表面的曲率半徑。而D1、D2和D3...等等分別是光圈、透鏡和光學濾鏡彼此之間距，以及光圈、透鏡和光學濾鏡的中央寬度。

請參照圖1、2和3，依據本發明第一、第二和第三例示性實施例，成像鏡頭系統10、20、30，自所攝物體到所成影像的順序，依序包括一光圈St、一第一透鏡L1、一第二透鏡L2、一第三透鏡L3和一第四透鏡L4。第四透鏡L4和成像表面Si之間可進一步包含一個光學元件，例如濾鏡LF。

第一透鏡L1具有正屈光力，且其面向所攝物體的一側為凸面。透鏡可為一雙凸透鏡。

第二透鏡L2具有負屈光力，且其面向所成影像的一側為凹面。第三透鏡L3具有正屈光力，且其面向所攝物體的一側為球狀凹面。據此，可降低球面像差、像散和變形像差。

第一透鏡L1是一雙凸透鏡，因此，第一透鏡L1可簡單地 製得。此外，第二透鏡L2具有負屈光度，據此，光程總長度可以被縮短，且可以提升沿主光線向邊緣方向上的有效影像高度。並且，第三透鏡L3面向所成影像的球面狀表面會有效地降低定義程序的程度(degree of define process)。

第四透鏡L4具有負屈光力。第四透鏡L4面向所攝物體的一側為凸面，第四透鏡面向所成影像的一側為凹面。於本實施例中，第四透鏡L4面向所成影像的表面具有一反曲點。因為具有反曲點，第四透鏡L4面向所成影像的表面在光軸部分是凹面，而遠離光軸的部分為彎月形凸面。據此，可降低主光線的入射角、球面像差和像散，以增加透鏡的解析度。

第四透鏡L4面向所攝物體的表面具有一反曲點。也就是說，第四透鏡L4面向所攝物體的表面在光軸部分是凸面，而遠離光軸的部分為彎月形凹面。

光圈與被設置於與第一透鏡L1面向所攝物體一側的表面相同位置。藉此，成像鏡頭系統的整體長度被縮短，並藉由縮短透鏡的外緣直徑達成小型化。

本實施例中，第一透鏡L1的阿貝數可介於40至50。習知的第一、第三和第四透鏡的阿貝數大約為55。本例示性實施例中，第一透鏡L1的阿貝數可介於40至50，較佳則介於44至46，因此，第二透鏡L2面向所成影像一側的表面可被製成球狀表面，以擴大視角。

若阿貝數小於40，可能會加重縱向色差(longitudinal chromatic aberration)和像散；而阿貝數高過50，可以減低縱向色差，但可能會加重像散。

第三透鏡L3和第四透鏡L4的阿貝數較佳是介於50至60。於本實施例中，第一、第二、第三和第四透鏡L1、L2、L3和L4的阿貝數分別為40至50、20至30、50至60和50至60，而藉此可達到較大的視角，並且降低F值。

於本發明的一例示性實施例中，當第一透鏡L1的阿貝數是Vd1，且第二透鏡的阿貝數是Vd22，第一透鏡L1和第二透鏡L2較佳的是滿足下列狀態函數： 19<Vd1-Vd2<29-----------------------(1)

若狀態函數的值低於最低值，焦距會較長，且視角會變小，因而加重變形和縱向色差值。同時，若狀態函數的值大於最高值，球面像差和縱向色差會變大，導致整體距離會變長。

同時，第一透鏡L1的阿貝數會介於40至50，第二透鏡L2的阿貝數會介於20至30。如此一來，伴隨焦距增加而產生的縱向色差加重情形可被有效地校正。第一透鏡L1和第二透鏡L2間的阿貝數差調整為大於20時，將有助於減少因色彩耀斑(color flare)所導致的對比度降低。於本實施例中，第二透鏡L2的阿貝數可介於20至25，較佳則介於21至23。

即使第三透鏡L3面向所攝物體一側為球面狀，第一透鏡L1的阿貝數介於40至50也可有效地降低像差。

於本發明的一例示性實施例中，第一透鏡L1較佳是滿足下列狀態函數2：1.02<f/f1<1.06-------------------------(2)

其中f為整個成像鏡頭系統的有效焦距，f1為第一透鏡的有效焦距。

若f/f1的值小於1.02，第一透鏡L1的正屈光力會變太小，以至於要達成較短總光程長的小型化成像鏡頭系統較有難度。若f/f1的值大於1.06，會產生多種像差，例如彗差(coma)及像散(astigmatism)。

此外，下列狀態函數亦可被滿足：0.50<|f/f2|<0.57-------------------------(3)

2.00<f/f3<2.10--------------------------(4)

1.72<|f/f4|<1.75-------------------------(5)

其中，f2為第二透鏡的有效焦距，f3為第三透鏡的有效焦距，和f4為第四透鏡的有效焦距。

若|f/f2|的值小於0.5，彗差及像散會增加，若|f/f2|的值大於0.57，變形量會增加。

若f/f3的值小於2，像散和變形(distortion)會加重，若f/f3的值大於2.10，變形及色差會加重。

若|f/f4|的值小於1.72，彗差及像散會加重，若|f/f4|的值大於1.75，像散、變形及色差會加重。

當第三透鏡L3面向所攝物體的一側具有一球面狀的凹表面，成像鏡頭系統為小型化，同時具有亮的F值(介於2至2.4)時，上述條件值f1、f2、f3和f4對於大於75°的廣視角是有效的。

根據本發明的一例示性實施例，當z是光軸、h是光軸的垂直方向，且光的路徑方向為正值時，非球面可以方程式1表示。其中，k是一個圓錐常數(conic constant)，即為在一非球面之椎尖上的垂直平面到在非球面的座標點(coordinate point)的距離，c是於非球面上該椎尖處的透鏡曲率，而A4、A6、A8、A10、A12、A14...是非球面的係數。

以下描述成像鏡頭系統的設計數據。

表1顯示圖1的成像鏡頭系統10的設計數據，表2是非球面的數據。於表1中，曲率半徑是圖1中的R1、R2...，寬度或距離是圖1中的D1、D2...。光圈到第一透鏡L1面向所攝物體一側表面的距離D1被設定為負值0，原因在於光圈被設置於與第一透鏡面向所攝物體一側表面的相同位置。

焦距為1.61mm，視角為80°，而*表示為非球面。

圖4繪示圖1中小型化的成像鏡頭系統10的縱向球面像差(longitudinal spherical aberration)、像散和變形量。

其縱向球面像差是以波長為650nm、610nm、555nm、510nm和470nm的光進行測量。像散和變形量是以波長為555nm的光進行測量。

表3顯示圖2的成像鏡頭系統20的設計數據，表4是非球面的數據。於表3中，曲率半徑是圖2中的R1、R2...，寬度或距離是圖2中的D1、D2...。

焦距為1.61mm，F值為2.2，視角為85.92°，*表示為非球面。

圖5表示圖2中小型化的成像鏡頭系統20的縱向球面像差、像散和變形量。

其縱向球面像差是以波長為650nm、610nm、555nm、510nm和470nm的光進行測量。像散和變形量是以波長為555nm的光所進行測量。

表5顯示圖3的成像鏡頭系統30的設計數據，表6是非球面的數據。於表5中，曲率半徑是圖3中的R1、R2...，寬度或距離是圖3中的D1、D2...。

焦距為1.61mm，F值為2.2，視角為80°，*表示為非球面。

圖6繪示圖3中小型化的成像鏡頭系統30的縱向球面像差、像散和變形量。

其縱向球面像差是以波長為650nm、610nm、555nm、510nm和470nm的光進行測量。像散和變形量是以波長為555nm的光進行測量。

表7表示各個例示性實施例中狀態函數值。

本發明係以上述例示實施例為例進行說明。應明瞭的是，任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行形式上或細節上之變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧成像鏡頭系統

D1~D12‧‧‧距離(寬度)

L1‧‧‧第一透鏡

L2‧‧‧第二透鏡

L3‧‧‧第三透鏡

L4‧‧‧第四透鏡

LF‧‧‧光學濾鏡

R2~R11‧‧‧曲率半徑

Si‧‧‧成像表面

ST‧‧‧光圈

Claims (6)

1. 一種成像鏡頭系統，其從一物體側依次包括：一光圈；一第一透鏡，具有正屈光力，該第一透鏡面向物體的一側為凸面；一第二透鏡，具有負屈光力，該第二透鏡面向成像的一側為凹面；一第三透鏡，具有正屈光力；以及一第四透鏡，具有負屈光力，該第四透鏡面向物體的一側為凸面，該第四透鏡面向成像的一側為凹面，其中該第三透鏡面向物體的一側具有一球面狀的凹表面，該第一透鏡的阿貝數介於40至50，其中該第一透鏡滿足以下狀態函數：1.02<f/f1<1.06---------------------------------(2)其中f為整個該成像鏡頭系統的有效焦距，f1為該第一透鏡的有效焦距。
2. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭系統，其中當該第一透鏡的阿貝數是Vd1且該第二透鏡的阿貝數是Vd2，該成像鏡頭系統滿足以下狀態函數：19<Vd1-Vd2<29------------------------------(1)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭系統，其中該第三透鏡和該第四透鏡的阿貝數介於50至60。
4. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭系統，其中該第二透鏡滿足以下狀態函數：0.50<|f/f2|<0.57--------------------------------(3)其中f為整個該成像鏡頭系統的有效焦距，f2為該第二透鏡的有效焦距。
5. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭系統，其中該第三透鏡滿足以下狀態函數：2.00<f/f3<2.10---------------------------------(4)其中f為整個該成像鏡頭系統的有效焦距，f3為該第三透鏡的有效焦距。
6. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭系統，其中該第四透鏡滿足以下狀態函數： 1.72<|f/f4|<1.75-------------------------------(5)其中f為整個該成像鏡頭系統的有效焦距，f4為該第四透鏡的有效焦距。