台湾专利TW201312197A 成像鏡頭

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专利摘要:
本發明提供一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括：一個具有正光焦度的第一透鏡，一個具有負光焦度的第二透鏡及一個成像面。該第一透鏡包括一面第一表面及一第二表面，該第二透鏡包括一第三表面及一第四表面。所述成像鏡頭滿足以下條件： FB/TTL>0.23； G1R1/F1>1.93； Z/Y>0.27； Z/T<0.89； G2R1/F2<G2R2/F2<G1R2/F2；其中，FB為第四表面與成像面沿光軸方向上的最短距離，TTL為成像鏡頭的總長，Z為第四表面之曲面橫向高度，Y為第四表面之曲面縱向高度，T為第二透鏡在光軸上之厚度，G2R1為第三表面之曲率半徑，G2R2為第四表面之曲率半徑，G1R2為第二表面之曲率半徑，F2為第二透鏡之焦距。
公开号:TW201312197A
申请号:TW100132216
申请日:2011-09-07
公开日:2013-03-16
发明作者:Chun-Cheng Ko
申请人:Hon Hai Prec Ind Co Ltd；
IPC主号:G02B9-00

专利说明:
成像鏡頭
本發明涉及一種成像技術，尤其涉及一種成像鏡頭。
為了使畫素由VGA提升到1.3M的同時，產品價格具競爭力，CMOS影像感測器的大小也需維持，例如：VGA原本影像感測器大小為1/6”，其解析度為640 x 480，畫素大小（Pixel Size）為3.6μm，為了能夠維持接近的產品價格，故1.3M將使用影像感測器大小為1/6.4”，其解析度為1280 x 960，畫素大小將縮小為1.75μm，這是因為使同一片晶圓（Wafer）可切割出的晶粒（Die）維持接近的數量，所以CMOS影像感測器的成本不會因為畫素的提升而增加。
然而，在畫素大小縮小到1.75μm的前提下，所需設計的鏡頭成像品質將需隨著畫素大小縮小而提升，才能滿足使用者的需求；鏡頭品質提升的項目將包括：1) 高解析度，2) 低畸變，3) 長背凸，長背凸是為了使所設計鏡頭的最後一片鏡片可以遠離影像感測器，以避免最後一片鏡片上的刮傷和汙點會成像在影像感測器上。
有鑑於此，有必要提供一種具有高解析度、低色差和長背凸成像鏡頭。
本發明提供一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括：一個具有正光焦度的第一透鏡，一個具有負光焦度的第二透鏡及一個成像面。該第一透鏡包括一面第一表面及一第二表面，該第二透鏡包括一第三表面及一第四表面。所述成像鏡頭滿足以下條件：
FB/TTL>0.23；
G1R1/F1>1.93；
Z/Y>0.27；
Z/T<0.89；
G2R1/F2<G2R2/F2<G1R2/F2；
其中，FB為第四表面與成像面沿光軸方向上的最短距離，TTL為成像鏡頭的總長，Z為第四表面之曲面橫向高度，Y為第四表面之曲面縱向高度，T為第二透鏡在光軸上之厚度，G2R1為第三表面之曲率半徑，G2R2為第四表面之曲率半徑，G1R2為第二表面之曲率半徑，F2為第二透鏡之焦距。
與先前技術相比，本發明所提供的成像鏡頭中，條件式FB/TTL>0.23，保證了成像鏡頭具有長背凸；條件式G1R1/F1>1.93，使第一透鏡具有較小的光焦度，進而減小了成像鏡頭的偏芯敏感度；條件式Z/Y>0.27和G1R2/F1<G3R2/F3<0，保證成像鏡頭的光焦度分配適當，具有良好的像差補正效果；條件式Z/T<0.89，保證第二透鏡易於射出成型，使得由單邊澆口注入的塑膠可以容易到達對向一側。滿足上述條件的透鏡系統，在具有長背凸和廣視角的情況下，還能保證有較好的成像品質。
下面將結合附圖與實施例對本技術方案作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明提供的一種成像鏡頭100，其從物側至像側依次包括：一具有正光焦度的第一透鏡G1、一具有正光焦度的一第二透鏡G2及一成像面101。該第一透鏡G1包括一面向物側凸出的第一表面11和一面向像側凸出的第二表面12。該第二透鏡G2包括一面向物側凹陷的第三表面13和一面向像側凸出的第四表面14。
所述成像鏡頭還包括一光闌20及一濾光片40，所述光闌20位於第一表面11的物側，所述濾光片40位於第四表面14和成像面101之間。所述光闌20用於控制通過第一透鏡G1的光通量。所述濾光片40用於濾除經過第二透鏡G2的光線中的紅外光線，其包括一朝向物側的前表面42和一朝向像側的後表面44。
本實施例中，光線自物側入射至光闌20，並依次經第一透鏡G1、第二透鏡G2、濾光片40後成像於成像面60。可以理解，可通過設置影像感測器(圖未示)，如電荷耦合元件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)，於成像面60處以組成一成像系統。
所述成像鏡頭100滿足以下條件式：
(1) FB/TTL>0.23；
(2) G1R1/F1>1.93；
(3) Z/Y>0.27；
(4) Z/T<0.89；
(5) G2R1/F2<G2R2/F2<G1R2/F2；
其中，FB為第四表面14與成像面60沿光軸方向上的最短距離，TTL為成像鏡頭100的總長，Z為第四表面14之曲面橫向高度，Y為第四表面14之曲面縱向高度，T為第二透鏡G2在光軸上之厚度，G2R1為第三表面13之曲率半徑，G2R2為第四表面14之曲率半徑，G1R2為第二表面12之曲率半徑，F2為第二透鏡G2之焦距。
本發明所提供的成像鏡頭100條件式中，條件式(1)，保證了成像鏡頭100具有長背凸；條件式(2)，使第一透鏡G1具有較小的光焦度，進而減小了成像鏡頭100的偏芯敏感度；條件式(3)和(5)，保證成像鏡頭100的光焦度分配適當，具有良好的像差補正效果；條件式(4)，保證第二透鏡G2易於射出成型，使得由單邊澆口注入的塑膠可以容易到達對向一側。
所述成像鏡頭100可進一步滿足以下條件式：
(6) G1R2/F2<0.31；
(7) G2R1/F2<0.19；
(8) G2R2/F2<0.25；
條件式(6)、(7)和(8)，進一步保證了成像鏡頭100的成像品質。
所述成像鏡頭100可進一步滿足以下條件式：
(9) Vd1>53
(10) Vd2<33；
其中，Vd1為第一透鏡G1的阿貝數，Vd2為第二透鏡G3的阿貝數。條件式(9)和(10)，使得成像鏡頭100的色差能更好的消除。
其中，所述第一透鏡G1及第二透鏡G2之表面均為非球面，並滿足非球面之面型公式：

其中，z是沿光軸方向在高度為h之位置以表面頂點作參考距光軸之位移值，c是曲率半徑，h為鏡片高度，K為圓錐定數（Coin Constant），Ai為i次之非球面係數(i-th order Aspherical Coefficient）。
通過將表1、表2、表3（請參閱下文）的資料代入上述運算式，可獲得本發明第一實施例的成像鏡頭100中各透鏡表面的非球面形狀。另外，通過將表4、表5、表6的資料代入上述運算式，可獲知本發明第二實施例的成像鏡頭100中各透鏡表面的非球面形狀。
下列各表中分別列有由物端到像端依序排列的光學表面，其中，約定F/No為成像鏡頭100的光圈數，2ω為成像鏡頭100的視場角，R為各透鏡的光學表面的曲率半徑，D為對應的光學表面到後一光學表面的軸上距離(兩個光學表面截得光軸的長度)，Nd為對應透鏡組對d光(波長為587納米)的折射率，Vd為d光在對應透鏡組的阿貝數(Abbe number)，k為二次曲面係數。
第一實施例
本發明第一實施例所提供的成像鏡頭100的各光學元件滿足表1及表2的條件。
表1
表2
表3
本實施例所提供的成像鏡頭100的球差、場曲、畸變、以及MTF分別如圖2到圖5所示。具體地，圖2所示出的六條曲線分別為針對F線(波長為486.1納米(nm))，d線(波長為587.6nm)，C線(波長為656.3nm)，e線(波長為546.1nm)，g線(波長為435.8nm)，h線(波長為404.7nm)而觀察到的像差值曲線。由該三條曲線可看出第一實施例的成像鏡頭100對可見光(波長範圍在400nm-700nm之間)產生的像差值控制在-0.2mm~0.2mm範圍內。如圖3所示，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature )特性曲線。由圖3可看出該成像鏡頭100的子午場曲值和弧矢場曲值被控制在-0.20mm~0mm範圍內。進一步地，圖4示出的曲線為成像鏡頭100的畸變特性曲線，由圖4可知，該成像鏡頭100的光學畸變量被控制在0~2.00%的範圍內。如圖5所示，在1/2頻（Nyquist frequency）條件下（本實施例的1/2頻(半頻)為180lp/mm），中心視場的MTF>40%(如曲線mc所示)，0.8視場的MTF>30%(如曲線mp所示)，其餘介於中心視場和0.8視場之間視場的MTF，則介於30%~40%之間(如曲線mt所示)。
第二實施例
本發明第二實施例所提供的成像鏡頭100的各光學元件滿足表4、表5、以及表6的條件。
表4

表5
表6
本實施例所提供的成像鏡頭100的球差、場曲、畸變、以及MTF分別如圖6到圖9所示。具體地，圖6所示出的六條曲線分別為針對F線(波長為486.1納米(nm))，d線(波長為587.6nm)，C線(波長為656.3nm)，e線(波長為546.1nm)，g線(波長為435.8nm)，h線(波長為404.7nm)而觀察到的像差值曲線。由該三條曲線可看出第一實施例的成像鏡頭100對可見光(波長範圍在400nm-700nm之間)產生的像差值控制在-0.2mm~0.2mm範圍內。如圖7所示，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature )特性曲線。由圖7可看出該成像鏡頭100的子午場曲值和弧矢場曲值被控制在-0.20mm~0mm範圍內。進一步地，圖8示出的曲線為成像鏡頭100的畸變特性曲線，由圖8可知，該成像鏡頭100的光學畸變量被控制在-1.00%~1.00%的範圍內。如圖9所示，在1/2頻（Nyquist frequency）條件下（本實施例的1/2頻(半頻)為180lp/mm），中心視場的MTF>40%(如曲線mc所示)，0.8視場的MTF>30%(如曲線mp所示)，其餘介於中心視場和0.8視場之間視場的MTF，則介於30%~40%之間(如曲線mt所示)。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100．．．成像鏡頭
G1．．．第一透鏡
G2．．．第二透鏡
11．．．第一表面
12．．．第二表面
13．．．第三表面
14．．．第四表面
20．．．光闌
40．．．濾光片
42．．．前表面
44．．．後表面
101．．．成像面
圖1係本發明提供的成像鏡頭的結構示意圖。
圖2係本發明第一實施例提供的成像鏡頭的球面像差特性曲線圖。
圖3係本發明第一實施例提供的成像鏡頭的場曲特性曲線圖。
圖4係本發明第一實施例提供的成像鏡頭的畸變特性曲線圖。
圖5係本發明第一實施例提供的成像鏡頭的調製傳遞函數特性曲線圖。
圖6係本發明第二實施例提供的成像鏡頭的球面像差特性曲線圖。
圖7係本發明第二實施例提供的成像鏡頭的場曲特性曲線圖。
圖8係本發明第二實施例提供的成像鏡頭的畸變特性曲線圖。
圖9係本發明第二實施例提供的成像鏡頭的調製傳遞函數特性曲線圖。
100．．．成像鏡頭
G1．．．第一透鏡
G2．．．第二透鏡
11．．．第一表面
12．．．第二表面
13．．．第三表面
14．．．第四表面
20．．．光闌
40．．．濾光片
42．．．前表面
44．．．後表面
101．．．成像面

权利要求:
Claims (6)
[1] 一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括：一個具有正光焦度的第一透鏡，一個具有負光焦度的第二透鏡及一個成像面；該第一透鏡包括一面第一表面及一第二表面，該第二透鏡包括一第三表面及一第四表面；所述成像鏡頭滿足以下條件：FB/TTL>0.23；G1R1/F1>1.93；Z/Y>0.27；Z/T<0.89；G2R1/F2<G2R2/F2<G1R2/F2；其中，FB為第四表面與成像面沿光軸方向上的最短距離，TTL為成像鏡頭的總長，Z為第四表面之曲面橫向高度，Y為第四表面之曲面縱向高度，T為第二透鏡在光軸上之厚度，G2R1為第三表面之曲率半徑，G2R2為第四表面之曲率半徑，G1R2為第二表面之曲率半徑，F2為第二透鏡之焦距。
[2] 如申請專利範圍第1項所述的成像鏡頭，其中：所述第一鏡片和第二鏡片還滿足以下條件:G1R2/F2<0.31；G2R1/F2<0.19；G2R2/F2<0.25。
[3] 如申請專利範圍第1項所述的成像鏡頭，其中：所述第一鏡片和第二鏡片還滿足以下條件:Vd1>53Vd2<33；其中，Vd1為第一透鏡G1的阿貝數，Vd2為第二透鏡G3的阿貝數。
[4] 如申請專利範圍第1項所述的成像鏡頭，其中：所述第一表面面向物側凸出，所述第二表面面向像側凸出，所述第三表面面向物側凹陷，所述第四表面面向像側凸出。
[5] 如申請專利範圍第1項所述的成像鏡頭，其中：所述成像鏡頭還包括一光闌，所述光闌位於第一表面的物側，所述光闌用於控制通過第一透鏡的光通量。
[6] 如申請專利範圍第1項所述的成像鏡頭，其中：所述成像鏡頭還包括一濾光片，所述濾光片位於第四表面和成像面之間，所述濾光片用於濾除經過第二透鏡的光線中的紅外光線。

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