TWI394979B - 薄型攝影光學鏡組 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種攝影光學鏡組;特別是指一種應用於照像手機的薄型攝影光學鏡組。
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,且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,加上電子產品不斷地往功能佳且輕薄短小的方向發展,因此,市場上對於具備良好成像品質的薄型攝影鏡頭需求與日俱增。
習見的手機鏡頭,為考量像差的補正,多採以三片式透鏡結構為主,其中最普遍的為正負正Triplet型式,但當鏡頭尺寸不斷往輕薄化縮小時,系統成像空間也跟著緊縮,因此使得三片透鏡的置入變得困難,且在有限的空間裡,鏡片的厚度亦需跟著縮小,將使得塑膠射出成型製作的鏡片其材質均勻度不良。
美國專利第7,463,433號提供一種由兩片透鏡構成的薄型化攝影鏡頭,其由物側至像側依序為一具正屈折力的第一透鏡與一具負屈折力的第二透鏡,雖然如此的結構能提供良好的解像力與維持輕薄化的特性,但由於其第一透鏡採以兩面雙凸形式,使得系統各透鏡的屈折力相對增強,易造成光學系統的敏感度增加,對製造上良率的控制較為困難。
為獲得良好的成像品質,且有效縮短鏡頭的光學總長度,維持鏡頭薄型化的特性,並減低光學系統的敏感度,本發明提供一種由二片透鏡配合光圈所構成之薄型攝影光學鏡組,其要旨如下:一種薄型攝影光學鏡組,由物側至像側依序包含:一具正屈折力的第一透鏡,其前表面為凸面、後表面為凹面,且第一透鏡前、後表面皆為非球面;一具負屈折力的第二透鏡,其前表面為凹面、後表面為凸面,且第二透鏡前、後表面皆為非球面;一光圈,其置於第一透鏡之前;本發明薄型攝影光學鏡組中具屈折力的透鏡數限制為二片,藉由上述配置,可有效提升系統的成像品質,減低光學系統敏感度,且可同時兼具薄型化的特性。
在本發明薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡係前表面為凸面、後表面為凹面的新月型透鏡,可較有利於修正系統的像散(Astigmatism),且對於系統各鏡片的屈折力配置較為平衡,可使系統的敏感度較小;而第二透鏡具負屈折力,可使成像光學系統的主點(Principle Point)遠離成像面,較有利於縮短系統的光學總長度,以維持鏡頭薄型化的特性。
在本發明薄型攝影光學鏡組中,系統的屈折力主要由具正屈折力的第一透鏡提供,而具負屈折力的第二透鏡作用如同補正透鏡,其功能為平衡及修正系統所產生的各項像差。再者,本發明藉由第一透鏡提供強大的正屈折力,並將光圈置於接近薄型攝影光學鏡組的物體側,可有效縮短薄型攝影光學鏡組的光學總長度,另外,上述的配置可使薄型攝影光學鏡組的出射瞳(Exit Pupil)遠離成像面,因此,光線將以接近垂直入射的方式入射在感光元件上,此即為成像側的遠心(Telecentric)特性,遠心特性對於時下固態電子感光元件的感光能力是極為重要的,將使得電子感光元件的感光敏感度提高,減少系統產生暗角的可能性。
在本發明薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡色散係數(Abbe Number)為V1,第二透鏡色散係數為V2,其滿足下記關係式:
|V1-V2|<15;
當V1與V2滿足上述關係式時,可較有效修正系統所產生的像散(Astigmatism)與慧差(Coma),提升薄型攝影光學鏡組的解像力。
伴隨著照相手機鏡頭薄型化的趨勢,以及系統需涵蓋廣泛的視角,使得光學系統的焦距變得很短,在這種情況下,鏡片的曲率半徑以及鏡片尺寸皆變得很小,以傳統玻璃研磨的方法將難以製造出上述的鏡片,因此,若鏡片採用塑膠材質,可藉由射出成型的方式製作鏡片,以較低廉的成本生產高精密度的鏡片;若鏡片採用玻璃材質,則可以模造玻璃方式生產高精密度的玻璃鏡片;並於鏡面上設置非球面,非球面可以容易製作成球面以外的形狀,獲得較多的控制變數,用以消減像差,進而縮減鏡片使用的數目,藉此可有效縮短薄型攝影光學鏡組的光學總長度。
綜上所述,藉由上述配置,可有效提升薄型攝影光學鏡組的成像品質,減低光學系統敏感度,且可同時兼具薄型化的特性。
有關本發明薄型攝影光學鏡組之結構、技術特徵與功效,詳述如下:在本發明薄型攝影光學鏡組中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第一透鏡的焦距為f1,其滿足下記關係式:
0.80<f/f1<1.50;
當f/f1滿足上述關係式時,第一透鏡的屈折力大小配置較為平衡,可較有效控制系統的光學總長度,維持薄型化的目標,並且較可同時避免高階球差(High Order Spherical Aberration)與慧差(Coma)的過度增大,進而提升成像品質;進一步來說,f/f1滿足下記關係則較為理想:
1.00<f/f1<1.30。
在本發明薄型攝影光學鏡組中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第二透鏡的焦距為f2,其滿足下記關係式:
-0.45<f/f2<0.00;
當f/f2滿足上述關係式時,可較有利於修正系統的色差(Chromatic Aberration)與像面收差。進一步來說,f/f2滿足下記關係式則較為理想:
-0.15<f/f2<0.00;
更進一步來說,f/f2滿足下記關係式則更為理想:
-0.08<f/f2<0.00。
在本發明薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡的前表面曲率半徑為R1,第一透鏡的後表面曲率半徑為R2,其滿足下記關係式:
0.45<R1/R2<0.70;
當R1/R2滿足上述關係式時,可較有利於薄型攝影光學鏡組中球差(Spherical Aberration)的修正;進一步來說,R1/R2滿足下記關係則較為理想:
0.50<R1/R2<0.60。
在本發明薄型攝影光學鏡組中,第二透鏡的前表面曲率半徑為R3,第二透鏡的後表面曲率半徑為R4,其滿足下記關係式:
0.05<R3/R4<0.92;
當R3/R4滿足上述關係式時,可較有利於薄型攝影光學鏡組中色差的修正,且同時有效控制系統的光學總長度;進一步來說,使R3/R4滿足下記關係則較為理想:
0.73<R3/R4<0.92。
在本發明薄型攝影光學鏡組中,具正屈折力的第一透鏡,其折射率為N1,其滿足下記關係式:
1.50<N1<1.59;
上述關係有利於第一透鏡於光學塑膠材質上獲得較良好的匹配,可使薄型攝影光學鏡組獲得較佳的成像品質。
在本發明薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡色散係數為V1,其滿足下記關係式:
V1>50;
當V1滿足上述關係式時,可較有利於薄型攝影光學鏡組中色差的修正。
本發明薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡與第二透鏡之間的鏡間距為T12,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,其滿足下記關係式:
0.05<T12/f<0.30;
當T12/f滿足上記關係可較有利於提升薄型攝影光學鏡組修正高階像差的能力,且同時較有利於維持系統薄型化的特性。進一步來說,T12/f滿足下記關係則較為理想:
0.12<T12/f<0.17。
本發明薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡於光軸上的厚度為CT1,第二透鏡於光軸上的厚度為CT2,其滿足下記關係式:
1.50<CT2/CT1<2.20;
當CT2/CT1滿足上記關係可較有利於提升薄型攝影光學鏡組的成像品質且兼具維持輕薄化的特性。
本發明薄型攝影光學鏡組中,另設置有一電子感光元件供被攝物成像,薄型攝影光學鏡組的光學總長度為TTL,TTL定義為薄型攝影光學鏡組中第一透鏡前表面至成像面於光軸上的距離,薄型攝影光學鏡組的最大成像高度為ImgH,ImgH定義為電子感光元件有效畫素區域對角線長的一半,其關係為:
TTL/ImgH<2.10;
當TTL/ImgH滿足上記關係可以維持薄型攝影光學鏡組小型化的特性;進一步來說,TTL/ImgH滿足下記關係則較為理想:
TTL/ImgH<1.85。
茲列舉較佳實施例並說明如下:
本發明第一實施例請參閱第一圖,第一實施例之像差曲線請參閱第二圖。第一實施例之薄型攝影光學鏡組主要由二枚具屈折力的透鏡所構成,由物側至像側依序包含:一具正屈折力的第一透鏡(100),其前表面(101)為凸面,後表面(102)為凹面,其材質為塑膠,第一透鏡前表面(101)、後表面(102)皆為非球面;一具負屈折力的第二透鏡(110),其前表面(111)為凹面,後表面(112)為凸面,其材質為塑膠,第二透鏡前表面(111)、後表面(112)皆為非球面;一光圈(120)置於第一透鏡(100)之前;另包含有一紅外線濾除濾光片(130)(IR Filter)置於第二透鏡(110)之後;以及一感光元件保護玻璃(140)(Sensor Cover Glass)置於紅外線濾除濾光片(130)之後,其不影響本發明光學系統的焦距;成像面(150)置於感光元件保護玻璃(140)之後。
上述之非球面曲線的方程式表示如下:
其中:
X:非球面上距離光軸為Y的點,其與相切於非球面光軸上頂點之切面的相對高度;
Y:非球面曲線上的點與光軸的距離;
k:錐面係數;
Ai:第i階非球面係數。
第一實施例薄型攝影光學鏡組中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第一透鏡(100)的焦距為f1,第二透鏡(110)的焦距為f2,其關係式為:
f=2.69mm;
f/f1=1.20;
f/f2=-0.04。
第一實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(100)的前表面(101)曲率半徑為R1,第一透鏡(100)的後表面(102)曲率半徑為R2,第二透鏡(110)的前表面(111)曲率半徑為R3,第二透鏡(110)的後表面(112)曲率半徑為R4,其關係式為:
R1/R2=0.55;
R3/R4=0.81。
第一實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(100)折射率為N1,其關係式為:
N1=1.543。
第一實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(100)色散係數(Abbe Number)為V1,第二透鏡(110)色散係數為V2,其關係式為:
V1=56.5;
│V1-V2│=0.0。
第一實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(100)與第二透鏡(110)於光軸上的距離為T12,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,其關係式為:
T12/f=0.14。
第一實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(100)於光軸上的厚度為CT1,第二透鏡(110)於光軸上的厚度為CT2,其關係式為:
CT2/CT1=1.62。
第一實施例薄型攝影光學鏡組中,薄型攝影光學鏡組另設置有一電子感光元件供被攝物成像,薄型攝影光學鏡組的光學總長度為TTL,薄型攝影光學鏡組的最大成像高度為ImgH,其關係式為:
TTL/ImgH=2.04。
第一實施例詳細的結構數據同表一所示,其非球面數據同表二所示,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三圖,第二實施例之像差曲線請參閱第四圖。第二實施例之薄型攝影光學鏡組主要由二枚具屈折力的透鏡所構成,由物側至像側依序包含:一具正屈折力的第一透鏡(300),其前表面(301)為凸面,後表面(302)為凹面,其材質為塑膠,第一透鏡前表面(301)、後表面(302)皆為非球面;一具負屈折力的第二透鏡(310),其前表面(311)為凹面,後表面(312)為凸面,其材質為塑膠,第二透鏡前表面(311)、後表面(312)皆為非球面;一光圈(320)置於第一透鏡(300)之前;另包含有一紅外線濾除濾光片(330)(IR Filter)置於第二透鏡(310)之後;以及一感光元件保護玻璃(340)(Sensor Cover Glass)置於紅外線濾除濾光片(330)之後,其不影響本發明光學系統的焦距;成像面(350)置於感光元件保護玻璃(340)之後。
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。
第二實施例薄型攝影光學鏡組中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第一透鏡(300)的焦距為f1,第二透鏡(310)的焦距為f2,其關係式為:
f=4.17mm;
f/f1=1.19;
f/f2=-0.34。
第二實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(300)的前表面(301)曲率半徑為R1,第一透鏡(300)的後表面(302)曲率半徑為R2,第二透鏡(310)的前表面(311)曲率半徑為R3,第二透鏡(310)的後表面(312)曲率半徑為R4,其關係式為:
R1/R2=0.49;
R3/R4=0.21。
第二實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(300)折射率為N1,其關係式為:
N1=1.543。
第二實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(300)色散係數(Abbe Number)為V1,第二透鏡(310)色散係數為V2,其關係式為:
V1=56.5;
│V1-V2│=0.0。
第二實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(300)與第二透鏡(310)於光軸上的距離為T12,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,其關係式為:
T12/f=0.18。
第二實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(300)於光軸上的厚度為CT1,第二透鏡(310)於光軸上的厚度為CT2,其關係式為:
CT2/CT1=1.62。
第二實施例薄型攝影光學鏡組中,薄型攝影光學鏡組另設置有一電子感光元件供被攝物成像,薄型攝影光學鏡組的光學總長度為TTL,薄型攝影光學鏡組的最大成像高度為ImgH,其關係式為:
TTL/ImgH=1.84。
第二實施例詳細的結構數據同表三所示,其非球面數據同表四所示,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五圖,第三實施例之像差曲線請參閱第六圖。第三實施例之薄型攝影光學鏡組主要由二枚具屈折力的透鏡所構成,由物側至像側依序包含:一具正屈折力的第一透鏡(500),其前表面(501)為凸面,後表面(502)為凹面,其材質為塑膠,第一透鏡前表面(501)、後表面(502)皆為非球面;一具負屈折力的第二透鏡(510),其前表面(511)為凹面,後表面(512)為凸面,其材質為塑膠,第二透鏡前表面(511)、後表面(512)皆為非球面;一光圈(520)置於第一透鏡(500)之前;另包含有一紅外線濾除濾光片(530)(IR Filter)置於第二透鏡(510)之後;以及一感光元件保護玻璃(540)(Sensor Cover Glass)置於紅外線濾除濾光片(530)之後,其不影響本發明光學系統的焦距;成像面(550)置於感光元件保護玻璃(540)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。
第三實施例薄型攝影光學鏡組中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第一透鏡(500)的焦距為f1,第二透鏡(510)的焦距為f2,其關係式為:
f=3.53mm;
f/f1=1.17;
f/f2=-0.12。
第三實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(500)的前表面(501)曲率半徑為R1,第一透鏡(500)的後表面(502)曲率半徑為R2,第二透鏡(510)的前表面(511)曲率半徑為R3,第二透鏡(510)的後表面(512)曲率半徑為R4,其關係式為:
R1/R2=0.56;
R3/R4=0.66。
第三實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(500)折射率為N1,其關係式為:
N1=1.544。
第三實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(500)色散係數(Abbe Number)為V1,第二透鏡(510)色散係數為V2,其關係式為:
V1=55.9;
│V1-V2│=0.0。
第三實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(500)與第二透鏡(510)於光軸上的距離為T12,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,其關係式為:
T12/f=0.18。
第三實施例薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡(500)於光軸上的厚度為CT1,第二透鏡(510)於光軸上的厚度為CT2,其關係式為:
CT2/CT1=1.99。
第三實施例薄型攝影光學鏡組中,薄型攝影光學鏡組另設置有一電子感光元件供被攝物成像,薄型攝影光學鏡組的光學總長度為TTL,薄型攝影光學鏡組的最大成像高度為ImgH,其關係式為:
TTL/ImgH=1.69。
第三實施例詳細的結構數據同表五所示,其非球面數據同表六所示,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。
表一至表六(分別對應第七圖至第十二圖)所示為本發明薄型攝影光學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。表七(對應第十三圖)為各個實施例對應本發明相關方程式的數值資料。
綜上所述,本發明為一種薄型攝影光學鏡組,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。
100、300、500...第一透鏡
101、301、501...前表面
102、302、502...後表面
110、310、510...第二透鏡
111、311、511...前表面
112、312、512...後表面
120、320、520...光圈
130、330、530...紅外線濾除濾光片
140、340、540...感光元件保護玻璃
150、350、550...成像面
f...整體薄型攝影光學鏡組的焦距
f1...第一透鏡的焦距
f2...第二透鏡的焦距
N1...第一透鏡折射率
V1...第一透鏡色散係數
V2...第二透鏡色散係數
R1...第一透鏡的前表面曲率半徑
R2...第一透鏡的後表面曲率半徑
R3...第二透鏡的前表面曲率半徑
R4...第二透鏡的後表面曲率半徑
CT1...第一透鏡於光軸上的厚度為
CT2...第二透鏡於光軸上的厚度為
T12...第一透鏡與第二透鏡於光軸上的距離為
TTL...薄型攝影光學鏡組的光學總長度
ImgH...薄型攝影光學鏡組的最大成像高度
第一圖本發明第一實施例光學系統示意圖。
第二圖本發明第一實施例之像差曲線圖。
第三圖本發明第二實施例光學系統示意圖。
第四圖本發明第二實施例之像差曲線圖。
第五圖本發明第三實施例光學系統示意圖。
第六圖本發明第三實施例之像差曲線圖。
第七圖係表一,為本發明第一實施例結構數據。
第八圖係表二,為本發明第一實施例非球面數據。
第九圖係表三,為本發明第二實施例結構數據。
第十圖係表四,為本發明第二實施例非球面數據。
第十一圖係表五,本發明第三實施例結構數據。
第十二圖係表六,為本發明第三實施例非球面數據。
第十三圖係表七,為本發明各個實施例對應相關方程式的數值資料。
100...第一透鏡
101...前表面
102...後表面
110...第二透鏡
111...前表面
112...後表面
120...光圈
130...紅外線濾除濾光片
140...感光元件保護玻璃
150...成像面
Claims (15)
- 一種薄型攝影光學鏡組,由物側至像側依序包含:一具正屈折力的第一透鏡,其前表面為凸面、後表面為凹面,且第一透鏡前、後表面皆為非球面;一具負屈折力的第二透鏡,其前表面為凹面、後表面為凸面,且第二透鏡前、後表面皆為非球面;以及一光圈,其置於第一透鏡之前;該薄型攝影光學鏡組中,第一透鏡色散係數為V1,第二透鏡色散係數為V2,第一透鏡的前表面曲率半徑為R1,第一透鏡的後表面曲率半徑為R2,第二透鏡的前表面曲率半徑為R3,第二透鏡的後表面曲率半徑為R4,係滿足下列關係式:|V1-V2|<15;0.49<=R1/R2<0.70;及0.05<R3/R4<0.92;薄型攝影光學鏡組中,具屈折力的透鏡數限制為二片。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,第一透鏡為塑膠材質,第二透鏡為塑膠材質。
- 如申請專利範圍第2項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第一透鏡 的焦距為f1,其滿足下記關係式:0.80<f/f1<1.50。
- 如申請專利範圍第3項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第一透鏡的焦距為f1,其滿足下記關係式:1.00<f/f1<1.30。
- 如申請專利範圍第2項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第二透鏡的焦距為f2,其滿足下記關係式:-0.45<f/f2<0.00。
- 如申請專利範圍第5項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第二透鏡的焦距為f2,其滿足下記關係式:-0.15<f/f2<0.00。
- 如申請專利範圍第6項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,第二透鏡的焦距為f2,其滿足下記關係式:-0.08<f/f2<0.00。
- 如申請專利範圍第2項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,第一透鏡的前表面曲率半徑為R1,第一透鏡的後表面曲率半徑為R2,其滿足下記關係式:0.50<R1/R2<0.60。
- 如申請專利範圍第2項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,第二透鏡的前表面曲率半徑為R3,第二透鏡的後表面曲率半徑為R4,其滿足下記關係式:0.73<R3/R4<0.92。
- 如申請專利範圍第2項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,第一透鏡折射率為N1,第一透鏡色散係數為V1,其滿足下記關係式:1.50<N1<1.59;50.0<V1。
- 如申請專利範圍第2項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,第一透鏡與第二透鏡於光軸上的距離為T12,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,其滿足下記關係式:0.05<T12/f<0.30。
- 如申請專利範圍第11項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,第一透鏡與第二透鏡於光軸上的距離為T12,整體薄型攝影光學鏡組的焦距為f,其滿足下記關係式:0.12<T12/f<0.17。
- 如申請專利範圍第2項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,第一透鏡於光軸上的厚度為CT1,第二透鏡於光軸上的厚度為CT2,其滿足下記關係式:1.5<CT2/CT1<2.2。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,該薄型攝影光學鏡組另設置一電子感光元件供被攝物成像,薄型攝影光學鏡組的光學總長度為TTL,薄型攝影光學鏡組的最大成像高度為ImgH,其滿足下記關係式:TTL/ImgH<2.10。
- 如申請專利範圍第14項所述之薄型攝影光學鏡組,其中,該薄型攝影光學鏡組另設置一電子感光元件供被攝物成像,薄型攝影光學鏡組的光學總長度為TTL,薄型攝影光學鏡組的最大成像高度為ImgH,其滿足下記關係式:TTL/ImgH<1.85。
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