二片式摄影光学镜组转让专利
申请号 : CN200910174163.0
文献号 : CN102033292B
文献日 : 2012-07-18
发明人 : 汤相岐
申请人 : 大立光电股份有限公司
摘要 :
本发明公开了一种二片式摄影光学镜组，由物侧至像侧依序为：一个具有正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且前表面及后表面皆为非球面；一个具有正屈折力的第二透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且前表面及后表面皆为非球面；其中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，整体二片式摄影光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第一透镜与第二透镜于光轴上的距离为T12，第二透镜的中心厚度为CT2，其关系式为：0.76mm-1＜1/R1＜2.0mm-1；0.4＜R3/R4＜1.15；0.35＜(f/f1)-(f/f2)＜0.72；T12/CT2＞1.0。
权利要求 :
1.一种二片式摄影光学镜组，其特征在于，由二片透镜所构成，由物侧至像侧依序为：一个具有正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且第一透镜的前表面及后表面皆为非球面；
一个具有正屈折力的第二透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且第二透镜的前表面及后表面皆为非球面；第一透镜的前表面曲率半径为R1，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，整体二片式摄影光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第一透镜与第二透镜于光轴上的距离为T12，第二透镜的中心厚度为CT2，其关系式为：-1 -1
0.76mm ＜1/R1＜2.0mm ；
0.4＜R3/R4＜1.15；
0.35＜(f/f1)-(f/f2)＜0.72；
T12/CT2＞1.0。
2.根据权利要求1所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第一透镜与第二透镜皆为塑料材质。
3.根据权利要求2所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，一个光圈设置于被摄物与第一透镜之间。
4.根据权利要求3所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，整体二片式摄影光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，其关系式为：
0.5＜f/f1＜1.0；
0.15＜f/f2＜0.45。
5.根据权利要求4所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第一透镜的折射率为N1，第二透镜的折射率为N2，其关系式为：
1.52＜N1＜1.59；
1.52＜N2＜1.59。
6.根据权利要求5所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第一透镜的折射率为N1，第二透镜的折射率为N2，其关系式为：
1.54＜N1＜1.59；
1.54＜N2＜1.59。
7.根据权利要求1所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，其关系式为：
0.6＜R3/R4＜0.9。
8.根据权利要求5所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，其关系式为：
0.7＜R3/R4＜0.85。
9.根据权利要求5所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第一透镜的前表面曲率半径为R1，其关系式为：-1 -1
0.8mm ＜1/R1＜1.4mm 。
10.根据权利要求6所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第一透镜的前表面曲率半径为R1，其关系式为：-1 -1
0.8mm ＜1/R1＜1.2mm 。
11.根据权利要求5所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第一透镜与第二透镜于光轴上的距离为T12，第二透镜的中心厚度为CT2，其关系式为：T12/CT2＞1.2。
12.根据权利要求6所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第一透镜与第二透镜于光轴上的距离为T12，第二透镜的中心厚度为CT2，其关系式为：T12/CT2＞1.45。
13.根据权利要求1所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，二片式摄影光学镜组的最大成像高度为ImgH，入射瞳开口直径为EPD，最大视场角的一半为HFOV，其关系式为：ImgH/[(EPD)×tan(HFOV)]＜3.35。
14.根据权利要求1所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，第二透镜的后表面于有效径位置的镜面角度为ANG22，其关系式为：ANG22＜-35deg.。
15.根据权利要求1所述的二片式摄影光学镜组，其特征在于，二片式摄影光学镜组另设一个电子感光组件供被摄物成像，二片式摄影光学镜组的光学总长度为TTL，二片式摄影光学镜组的最大成像高度为ImgH，其关系式为：TTL/ImgH＜2.4。
说明书 :
二片式摄影光学镜组
技术领域
[0001] 本发明涉及一种光学镜组，特别是一种应用于小型化摄影镜头的二片式摄影光学镜组。
背景技术
[0002] 最近几年来，随着手机相机的兴起，小型化摄影镜头的需求日渐提高，而一般摄影镜头的感光组件不外乎是感光耦合组件(Charge CoupledDevice，CCD)或互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor，CMOS)两种，且由于半导体制程技术的进步，感光组件的画素大小由早期的7.4um减少至目前的1.4um，这使得小型化摄影镜头的需求更为殷切。
[0003] 现有的手机镜头，为考虑像差的补正，多采用三枚式透镜结构，其中最普遍的为正负正Triplet型式，如USP 7,145,736所示。但是，当镜头的长度由5mm缩小至3mm以下时，光学系统空间紧缩，使得三枚透镜欲置入此空间变得困难，而透镜厚度也必须缩小，将使得以塑料射出成型制作的透镜其材质的均匀度不良。
发明内容
[0004] 本发明为提升光学系统的成像质量，并有效缩短镜头体积，将提供一种由二枚透镜构成的二片式摄影光学镜组：
[0005] 一种二片式摄影光学镜组，由物侧至像侧依序为：一个具有正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且前表面及后表面皆为非球面；以及一个具有正屈折力的第二透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且前表面及后表面皆为非球面；由上述配置，可以有效提升系统的成像质量。
[0006] 本发明二片式摄影光学镜组中，系统的屈折力主要由第一透镜提供，而第二透镜作用如同补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各项像差。
[0007] 由第一透镜提供主要的正屈折力，并使光圈靠近二片式摄影光学镜组的物体侧，可以有效缩短二片式摄影光学镜组的光学总长度，另外，上述的配置可使二片式摄影光学镜组的出射瞳(Exit Pupil)远离成像面，因此，光线将以接近垂直入射的方式入射在感光组件上，此即为成像侧的远心(Telecentric)特性，远心特性对于时下固态电子感光组件的感光能力是极为重要的，将使得电子感光组件的感光敏感度提高，减少二片式摄影光学镜组产生暗角的可能性。
[0008] 随着照相手机镜头小型化的趋势，以及系统需涵盖广泛的视角，使得光学系统的焦距变得很短，在这种情况下，镜片的曲率半径以及镜片的尺寸皆变得很小，以传统玻璃研磨的方式将难以制造出上述的镜片，因此，在镜片上可采用塑料材质，由射出成型的方式制作镜片，用较低廉的成本生产高精密度的镜片；并可于镜面上设置非球面，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变量，用以消减像差，进而缩减镜片使用的数目。
[0009] 本发明二片式摄影光学镜组中，第一透镜的折射率为N1，第二透镜的折射率为N2，将满足下记关系式：
[0010] 1.52＜N1＜1.59；
[0011] 1.52＜N2＜1.59；
[0012] 若第一透镜与第二透镜的折射率介于上述范围，较容易找到适合的塑料材质与二片式摄影光学镜组匹配，进一步来说，使N1及N2满足下记关系式则较为理想：
[0013] 1.54＜N1＜1.59；
[0014] 1.54＜N2＜1.59。
[0015] 本发明二片式摄影光学镜组中，整体二片式摄影光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距f1，将满足下记关系式：
[0016] 0.5＜f/f1＜1.0；
[0017] 若f/f1满足上述关系式，第一透镜的屈折力大小配置较为平衡，可较有效控制系统的光学总长度，维持小型化的目标，并且有利于修正系统的高阶像差，提升成像质量。
[0018] 本发明二片式摄影光学镜组中，整体二片式摄影光学镜组的焦距为f，第二透镜的焦距f2，将满足下记关系式：
[0019] 0.15＜f/f2＜0.45；
[0020] 若f/f2满足上述关系式，第二透镜作用如同补正透镜，其功能为平衡及修正二片式摄影光学镜组所产生的各项像差；进一步来说，使f/f1与f/f2满足下记关系式较为理想：
[0021] 0.35＜(f/f1)-(f/f2)＜0.72。
[0022] 本发明二片式摄影光学镜组中，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，将满足下记关系式：
[0023] 0.4＜R3/R4＜1.15；
[0024] 若第二透镜的曲率半径介于上述范围，将有利于修正二片式摄影光学镜组的高阶像差，进一步来说，使R3及R4满足下记关系式则较为理想：
[0025] 0.6＜R3/R4＜0.9；
[0026] 更进一步来说，使R3及R4满足下记关系式则更为理想：
[0027] 0.7＜R3/R4＜0.85。
[0028] 本发明二片式摄影光学镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，将满足下记关系式：
[0029] 0.76mm-1＜1/R1＜2.0mm-1；
[0030] 若1/R1满足上述关系式，可使第一透镜的屈折力大小配置较为平衡，较有利于控制系统的光学总长度，维持小型化的目标，且不至于产生过多的高阶像差；进一步来说，使1/R1满足下记关系式则较为理想：
[0031] 0.8mm-1＜1/R1＜1.4mm-1；
[0032] 更进一步来说，使1/R1满足下记关系式则更为理想：
[0033] 0.8mm-1＜1/R1＜1.2mm-1。
[0034] 本发明二片式摄影光学镜组中，第一透镜与第二透镜于光轴上的距离为T12，第二透镜的中心厚度为CT2，将满足下记关系式：
[0035] T12/CT2＞1.0；
[0036] 若T12/CT2满足上述关系式，将有效修正轴外视场的像差；进一步来说，使T12/CT2满足下记关系式则较为理想：
[0037] T12/CT2＞1.2；
[0038] 更进一步来说，使T12/CT2满足下记关系式则更为理想：
[0039] T12/CT2＞1.45。
[0040] 本发明二片式摄影光学镜组中，二片式摄影光学镜组的最大成像高度为ImgH，ImgH定义为电子感光组件有效画素区域对角线长的一半，入射瞳开口直径为EPD，最大视场角的一半为HFOV，将满足下记关系式：
[0041] ImgH/[(EPD)×tan(HFOV)]＜3.35；
[0042] 若二片式摄影光学镜组满足上述关系式，将可有效增强系统的亮度，加快二片式摄影光学镜组取像的反应时间。
[0043] 本发明二片式摄影光学镜组中，第二透镜的后表面于有效径位置之镜面角度为ANG22，将满足下记关系式：
[0044] ANG22＜-35deg.；
[0045] 其镜面角度的方向定义为“当周边有效径位置的镜面角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径位置的镜面角度向物侧倾斜则定义为负”；有效径位置之镜面角度详细说明如下：介于切平面Plane Tan及一个平面PlaneNorm所形成的角度，该切平面Plane Tan经过该有效径位置的点，该平面Plane Norm也经过该点且垂直于光轴，令T与N分别为切平面Plane Tan及平面Plane Norm与光轴的交点，若N相较于T接近物体侧，则镜面上有效径位置的镜面角度为负，反之为正，且镜面上有效径位置的镜面角度的绝对值小于90deg.；前述关系可以有效缩小光线入射感光组件的角度，并且可以增强二片式摄影光学镜组修正轴外像差的能力。
[0046] 本发明二片式摄影光学镜组中，另设一个电子感光组件供被摄物成像，且二片式摄影光学镜组的光学总长度为TTL，TTL定义为二片式摄影光学镜组中第一透镜前表面至成像面于光轴上的距离，二片式摄影光学镜组的最大成像高度为ImgH，将满足下记关系式：
[0047] TTL/ImgH＜2.4；
[0048] 上述关系式可以维持二片式摄影光学镜组小型化的特性。
附图说明
[0049] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
[0050] 图1为本发明第一实施例光学系统示意图；
[0051] 图2为本发明第一实施例之像差曲线图；
[0052] 图3为本发明第二实施例光学系统示意图；
[0053] 图4为本发明第二实施例之像差曲线图。
[0054] 图中附图标记为，
[0055] 第一透镜10；
[0056] 前表面11； 后表面12；
[0057] 第二透镜20；
[0058] 前表面21； 后表面22；
[0059] 光圈30；
[0060] 红外线滤除滤光片40；
[0061] 感光组件保护玻璃50；
[0062] 成像面60；
[0063] 整体二片式摄影光学镜组的焦距f；
[0064] 第一透镜的焦距f1；
[0065] 第二透镜的焦距f2；
[0066] 第一透镜的折射率N1；
[0067] 第二透镜的折射率N2；
[0068] 第一透镜的前表面曲率半径R1；
[0069] 第二透镜的前表面曲率半径R3；
[0070] 第二透镜的后表面曲率半径R4；
[0071] 第一透镜与第二透镜于光轴上的距离T12；
[0072] 第二透镜的中心厚度CT2；
[0073] 二片式摄影光学镜组的最大成像高度ImgH；
[0074] 入射瞳开口直径EPD；
[0075] 最大视场角的一半HFOV；
[0076] 第二透镜的后表面于有效径位置之镜面角度ANG22；
[0077] 二片式摄影光学镜组的光学总长度TTL。
具体实施方式
[0078] 本发明第一实施例请参阅图1，第一实施例的像差曲线请参阅图2，第一实施例由物侧至像侧依序包含：
[0079] 一个具有正屈折力的第一透镜10，其材质为塑料，第一透镜10的前表面11为凸面，且后表面12为凹面，另第一透镜10的前表面11与后表面12皆设为非球面；
[0080] 一个具有正屈折力的第二透镜20，其材质为塑料，第二透镜20的前表面21为凸面，且后表面22为凹面，另第二透镜20的前表面21与后表面22皆设为非球面；
[0081] 一个光圈30，置于该第一透镜10之前；
[0082] 一个红外线滤除滤光片(IR Filter)40，置于第二透镜20之后，其不影响系统的焦距；
[0083] 一个感光组件保护玻璃(Sensor Cover Glass)50，置于红外线滤除滤光片40之后，其不影响系统的焦距；
[0084] 一个成像面60，置于感光组件保护玻璃50之后。
[0085] 上述非球面曲线的方程式表示如下：
[0086]
[0087] 其中：
[0088] X：非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上顶点之切面的相对高度；
[0089] Y：非球面曲线上的点与光轴的距离；
[0090] k：锥面系数；
[0091] Ai：第i阶非球面系数。
[0092] 第一实施例中，整体二片式摄影光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，其关系式为：
[0093] f＝2.53mm；
[0094] f/f1＝0.84；
[0095] f/f2＝0.21；
[0096] (f/f1)-(f/f2)＝0.63。
[0097] 第一实施例中，第一透镜折射率N1＝1.543。
[0098] 第一实施例中，第二透镜折射率N2＝1.543。
[0099] 第一实施例中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，其关系式为：
[0100] 1/R1＝1.11mm-1；
[0101] R3/R4＝0.78。
[0102] 第一实施例中，第一透镜与第二透镜于光轴上的距离为T12，第二透镜的中心厚度为CT2，其关系式为：
[0103] T12/CT2＝1.49。
[0104] 第一实施例中，二片式摄影光学镜组的最大成像高度为ImgH，入射瞳开口直径为EPD，最大视场角的一半为HFOV，其关系式为：
[0105] ImgH/[(EPD)×tan(HFOV)]＝2.89。
[0106] 第一实施例中，第二透镜的后表面于有效径位置之镜面角度ANG22＝-42.1deg.，其镜面角度的方向定义为“当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负”。
[0107] 第一实施例中，二片式摄影光学镜组的光学总长度为TTL，二片式摄影光学镜组的最大成像高度为ImgH，其关系式为：TTL/ImgH＝2.09。
[0108] 第一实施例详细的结构数据如同表1所示，其非球面数据如同表2所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。
[0109]
[0110] 表1
[0111]
[0112] 表2
[0113] 本发明第二实施例请参阅图3，第二实施例的像差曲线请参阅图4，第二实施例由物侧至像侧依序包含：
[0114] 一个具有正屈折力的第一透镜10，其材质为塑料，第一透镜10的前表面11为凸面，且后表面12为凹面，另第一透镜10的前表面11与后表面12皆设为非球面；
[0115] 一个具有正屈折力的第二透镜20，其材质为塑料，第二透镜20的前表面21为凸面，且后表面22为凹面，另第二透镜20的前表面21与后表面22皆设为非球面；
[0116] 一个光圈30，置于该第一透镜10之前；
[0117] 一个红外线滤除滤光片(IR Filter)40，置于第二透镜20之后，其不影响系统的焦距；
[0118] 一个感光组件保护玻璃(Sensor Cover Glass)50，置于红外线滤除滤光片40之后，其不影响系统的焦距；
[0119] 一个成像面60，置于感光组件保护玻璃50之后。
[0120] 第二实施例非球面曲线方程式的表示式如同第一实施例的型式。
[0121] 第二实施例中，整体二片式摄影光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，其关系式为：
[0122] f＝2.71mm；
[0123] f/f1＝0.74；
[0124] f/f2＝0.36；
[0125] (f/f1)-(f/f2)＝0.38。
[0126] 第二实施例中，第一透镜折射率N1＝1.543。
[0127] 第二实施例中，第二透镜折射率N2＝1.543。
[0128] 第二实施例中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，其关系式为：
[0129] 1/R1＝0.85mm-1；
[0130] R3/R4＝0.79。
[0131] 第二实施例中，第一透镜与第二透镜于光轴上的距离为T12，第二透镜的中心厚度为CT2，其关系式为：
[0132] T12/CT2＝1.29。
[0133] 第二实施例中，二片式摄影光学镜组的最大成像高度为ImgH，入射瞳开口直径为EPD，最大视场角的一半为HFOV，其关系式为：
[0134] ImgH/[(EPD)×tan(HFOV)]＝2.89。
[0135] 第二实施例中，第二透镜的后表面于有效径位置之镜面角度ANG22＝-43.3deg.，其镜面角度的方向定义为“当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负”。
[0136] 第二实施例中，二片式摄影光学镜组的光学总长度为TTL，二片式摄影光学镜组的最大成像高度为ImgH，其关系式为：TTL/ImgH＝2.33。
[0137] 第二实施例详细的结构数据如同表3所示，其非球面数据如同表4所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。
[0138]
[0139]
[0140] 表3
[0141]
[0142] 表4
[0143] 本发明二片式摄影光学镜组中，透镜的材质可为玻璃或塑料，若透镜的材质为玻璃，则可以增加系统屈折力配置的自由度，若透镜材质为塑料，则可以有效降低生产成本。
[0144] 在此说明，表1至表4所示为二片式摄影光学镜组实施例的不同数值变化表，然而本发明各个实施例的数值变化皆属实验所得，即使使用不同数值，相同结构的产品仍应属于本发明的保护范畴，表5为各个实施例对应本发明相关方程式的数值资料。
[0145]
[0146] 表5
[0147] 综上所述，本发明为一种二片式摄影光学镜组，借此透镜结构、排列方式与镜片配置可以有效缩小镜组体积，更能同时获得较高的解像力。