TWM465574U - 廣角兩片式成像鏡頭組 - Google Patents

Description

廣角兩片式成像鏡頭組

本創作係有關於廣角兩片式成像鏡頭組，特別係藉由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數所達成具有較短的高度以及高解像力的透鏡結構。

習知透鏡結構係使用於智慧型手機、平板電腦、行動電話、筆記型電腦以及攝像頭(webcam)等電子產品中的顯像鏡頭組。隨著此類電子產品不斷地發展為更輕、薄、短、小且同時又必須具有更高的效能，前述顯像鏡頭組中的影像感測器，如CCD是電荷耦合元件或是CMOS互補金屬氧化物導體等，不斷朝向高畫素，這類透鏡結構也因而不斷地朝緊密化且更高解像力的方向發展。

因此本創作係依據這類顯像鏡頭組的發展需要，針對多片式透鏡結構，尤其是至少包括兩片透鏡之透鏡結構的成像鏡頭結構進行創作。

本創作有鑑於透鏡結構體積大及效能不足之問題，乃完成本創作之廣角兩片式成像鏡頭組。

本創作之主要目的在於提供一種廣角兩片式成像鏡頭組，其係包含一固定光欄和一光學組，光學組包含第一、第二鏡片，其排列方式從物側至像側之順序為：第一鏡片，具有正屈光力且朝向物側為凸面，朝向像側為凸面的鏡片，其兩面皆為非球面；第二鏡片，具有正屈光力且朝向物側為 凹面，朝向像側為凸面的鏡片，其兩面皆為非球面；該光欄位置在物方與第二鏡片之間。

所述之成像鏡片組，第二鏡片朝向物側其從光軸至非球面終止點至少有一反曲點。

所述之成像鏡片組，係滿足以下條件：0.8<f1/f2<1.3，其中，f1、f2分別為第一、二鏡片的焦距值。

所述之成像鏡片組，其中所述非球面的面型滿足下列公式：

其中z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、、……為高階非球面係數。

本創作之優點在於：經由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數，使成像鏡頭組達成具大光圈且超廣角，較短的高度以及高解像力的透鏡結構。

10‧‧‧固定光欄

20‧‧‧第一鏡片

21‧‧‧第一面

22‧‧‧第二面

30‧‧‧第二鏡片

31‧‧‧第三面

32‧‧‧第四面

40‧‧‧過濾元件

41‧‧‧第五面

42‧‧‧第六面

50‧‧‧圖像傳感器

51‧‧‧平面保護鏡片

510‧‧‧第七面

511‧‧‧第八面

52‧‧‧影像感測器

[第1圖]係本創作之第一實施例光學結構圖。

[第2圖]係本創作之第一實施例非點像差示意圖。

[第3圖]係本創作之第一實施例歪曲像差示意圖。

[第4圖]係本創作之第一實施例球面像差示意圖。

[第5圖]係本創作之第二實施例光學結構圖。

[第6圖]係本創作之第二實施例非點像差示意圖。

[第7圖]係本創作之第二實施例歪曲像差示意圖。

[第8圖]係本創作之第二實施例球面像差示意圖。

茲有關本創作之詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本創作實施之限制。

本創作的構成具體而言，係提供一種成像鏡頭結構，特別係藉由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數所達成之具有大光圈且超廣角，較短的高度以及高解像力的透鏡結構。

請參閱第1圖所示為本創作廣角兩片式成像鏡頭組的光學結構圖，該成像鏡頭結構係包含有一固定光欄10和一光學組，光學組包含第一鏡片20及一第二鏡片30，其排列方式從物側至像側之順序為：具有正屈光力且朝向物側為凸面並朝向像側為凸面且其至兩面為非球面之第一鏡片20；具有正屈光力且朝向物側為凹面並朝向像側為凸面且其至兩面為非球面之第二鏡片30，該第二鏡片30朝向物側其從光軸至非球面終止點至少有一反曲點；位置在物方與第二鏡片30之間之固定光欄10；過濾特定波長之光線的一過濾元件40，該過濾元件40可以是一紅外線截止過濾元件，用於可見光成像，或是紅外線帶通元件，用於紅外線取像；以及用以接收通過前述過濾元件的成像，傳換成為數位信號之一圖像傳感器50(成像面)，該圖像傳感器50包括一平面保護透鏡51與一影像感測器52，該影像感測器52可以是電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)。

所述之成像鏡片組，係滿足以下條件：0.8<f1/f2<1.3，其f1、 f2分別為第一、二鏡片的焦距值。

該第一鏡片20包含有面對被攝物體的第一面21及面對成像面的第二面22，所述第一面21係相對於被攝物體呈凸面構形之凸面，第二面22係相對於成像面呈凸面構形之凸面。該第二鏡片30包含有面對被攝物體的第三面31及面對成像面的第四面32，所述第三面31係相對於被攝物體呈凹陷構形之凹面，第四面32係相對於成像面呈凸面構形之凸面。且前述第一及第二鏡片20、30其兩面皆為非球面，藉此全面矯正球差及像差，並具有低公差敏感度之特性。

所述之成像鏡片組，其中所述非球面的面型滿足下列公式：

其中z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、、……為高階非球面係數。

實施上，本創作之微型超廣角光學取像裝置中，該固定光欄10設於物方到第一鏡片20間取得所要的入射光束，且第一鏡片20及第二鏡片30為正屈光力鏡片，其第一鏡片20為凸向被攝物體的第一面21用以超廣角匯聚外在的入射光束，從而使光束在第一鏡片20之第二面22上，藉此可充分發揮非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度，也使的本裝置具有超廣角度，取像角度可達85°以上。再由第二鏡片30上相對於被攝物體呈凹陷構形之凹面的第三面31進行闊束及發散，從而使光束在第二鏡片30的第四面32上可分佈較大的面積。也就是說，入射光束經過第三面31的闊束及發散，從而使光束在第四面32上可分佈較大的面積，充分發揮非球面的功能，矯正 像差及減低公差敏感度。

採用非球面設計除了可矯正球差及像差外還有助於縮短鏡頭光學系統的總長，且第一及第二鏡片20、30均可採用塑膠材質，有利於消除像差及減輕鏡頭重量，整個光學系統係以兩個塑膠透鏡構成，適合大量生產，且其公差敏感度低符合大規模量產之要求。

上述透鏡之鏡面係具有相互對應且調適的曲率半徑、厚度/間隔、折射率以及阿貝數，使得本創作之成像鏡頭結構可得到大光圈且超廣角，較短的高度以及較佳的光學像差。

第一實施例：

基於前述本創作之技術內容，可依據下列數值實施例具體實施：

其中，過濾元件40的厚度為0.3mm，平面保護鏡片51的厚度為0.4mm。

A、B、C、D、E為高階非球面係數。

第一實施例非球面二次曲面係數的具體數值如下所列：

第一面(21)(k=-200)：

A：-0.9526660

B：1.6119010

C：3.1717149

D：-16.864665

E：22.826107

第二面(22)(k=-0.29)：

A：-0.0436547

B：-0.0878423

C：0.0668450

D：0.3991920

E：-0.2277371

第三面(31)(k=0.85)：

A：0.1107665

B：0.1346585

C：-0.0292895

D：-0.0368052

E：0.0166888

第四面(32)(k=-3.50)：

A：-0.2896172

B：0.5504785

C：-0.4639722

D：0.1839356

E：-0.0278005

依上開數值實施之微型取像鏡頭的相關性能指數為：f1=1.64mm；f2=1.33mm：f1/f2=1.23。

請再參閱圖式，第2圖係本創作之第一實施非點像差示意圖。第3圖係本創作之第一實施歪曲像差示意圖。第4圖係本創作之第一實施例球面像差示意圖。由上列示意圖可看出所測得的非點像差、歪曲像差及球面像差均在標準範圍且具有良好的光學性能，具有良好的成像品質。

第二實施例：

基於前述本創作之技術內容，可依據下列數值實施例具體實施：

其中，過濾元件40的厚度為0.3mm，平面保護鏡片51的厚度為0.4mm。

A、B、C、D、E、F、G為高階非球面係數。

第二實施例非球面二次曲面係數的具體數值如下所列：

第一面(21)(k=-29.74)：

A：-0.8460894

B：3.0092862

C：-7.0484987

D：9.1135984

E：2.7944417

F：-8.9414881

G：9.0653127

第二面(22)(k=-0.66)：

A：-0.0852338

B：-0.1847909

C：0.6000429

D：-0.7269254

E：0.3243073

F：-0.01225044

G：0.0059193

第三面(31)(k=-172.55)：

A：-0.1782629

B：0.0840052

C：-0.0058281

D：0.0123393

E：0.0008514

F：-0.0048850

G：0.0011975

第四面(32)(k=-17.81)：

A：-0.1963689

B：0.2001824

C：-0.1813738

D：0.0818492

E：0.0136069

F：-0.0262297

G：0.0068475

依上開數值實施之微型取像鏡頭的相關性能指數為：f1=1.61mm；f2=1.76mm；f1/f2=0.92。

請再參閱圖式，第6圖係本創作之第二實施非點像差示意圖。第7圖係 本創作之第二實施歪曲像差示意圖。第8圖係本創作之第二實施例球面像差示意圖。由上列示意圖可看出所測得的非點像差、歪曲像差及球面像差均在標準範圍且具有良好的光學性能，具有良好的成像品質。

本創作微型光學取像裝置係採用前兩片正屈光力非球面鏡片，與過濾紅外波長之光線只通過所需波長之可見光線的一過濾元件40，該過濾元件40可以是一紅外線截止過濾元件用於可見光成像，或是紅外線帶通元件用於紅外線成像。

藉由非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度，除了可矯正像差外還有助於縮短鏡頭光學系統的總長，也使的本裝置具有超廣角度，取像角度可達85°以上。而第一及第二透鏡片均可採用塑膠材質，有利於消除像差及減輕鏡頭重量，整個光學系統係以兩個塑膠透鏡，公差敏感度低，易於製造組立，適合大量生產，且具有良好的成像品質，並符合攜帶型攝像產品小型化之要求。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及創作說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧固定光欄

20‧‧‧第一鏡片

21‧‧‧第一面

22‧‧‧第二面

30‧‧‧第二鏡片

31‧‧‧第三面

32‧‧‧第四面

40‧‧‧過濾元件

41‧‧‧第五面

42‧‧‧第六面

50‧‧‧圖像傳感器

51‧‧‧平面保護鏡片

510‧‧‧第七面

511‧‧‧第八面

52‧‧‧影像感測器

Claims (4)

1. 一種廣角兩片式成像鏡頭組，係包含有一固定光欄和一光學組，光學組包含第一、第二鏡片，其排列方式從物側至像側之順序為：該第一鏡片，具有正屈光力且朝向物側為凸面，朝向像側為凸面的鏡片；又；其至兩面為非球面；該第二鏡片，具有正屈光力且朝向物側為凹面，朝向像側為凸面的鏡片；又；其至兩面為非球面；該光欄位置在物方與第二鏡片之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之廣角兩片式成像鏡頭組，該第二鏡片朝向物側其從光軸至非球面終止點至少有一反曲點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之廣角兩片式成像鏡頭組，係滿足以下條件：8<f1/f2<1.3，其中f1、f2分別為第一、二鏡片的焦距值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之廣角兩片式成像鏡頭組，其中所述非球面的面型滿足下列公式： 其中z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、、……為高階非球面係數。