專利名稱：小型短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是有關(guān)一種小型短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭，尤指一種針對小型相機(jī)或手機(jī)等使用CCD(電荷藕合裝置)或CMOS(互補型金屬氧化物半導(dǎo)體)等影像感測器的鏡頭，而提供一種由正屈光度與負(fù)屈光度透鏡構(gòu)成的短后焦、全長短且低成本的光學(xué)取像鏡頭。

背景技術(shù)：
在電子產(chǎn)品中如數(shù)碼相機(jī)(Digital Still Camera)、電腦相機(jī)(PC camera)、網(wǎng)絡(luò)相機(jī)(Network camera)、移動電話(手機(jī))、個人數(shù)字助理(PDA)等裝置常已具備取像鏡頭；而為了攜帶方便及符合人性化的需求，取像鏡頭不僅需要具有良好的成像品質(zhì)，同時也需要有較小的體積(或總長度)與較低的成本，以符合使用者的需求。
應(yīng)用于小型電子產(chǎn)品的取像鏡頭，現(xiàn)有上有二鏡片式、三鏡片式、四鏡片式及五鏡片式以上等不同設(shè)計，然而以成本考量，二鏡片式使用的透鏡較少，其成本較具優(yōu)勢?，F(xiàn)有的二鏡片式光學(xué)取像鏡頭已具有多種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但其間的差異處或技術(shù)特征則是決定于以下各種因素的變化或組合該二透鏡之間對應(yīng)配合的形狀設(shè)計不同，如第一、二透鏡分別為新月型(meniscus shape)透鏡、雙凸(bi-convex)、雙凹(bi-concave)；或該二透鏡之間對應(yīng)配合的凸面/凹面方向不同；或該二透鏡之間對應(yīng)配合的屈光度(refractive power)正、負(fù)不同；或該二鏡片組/鏡片之間的相關(guān)光學(xué)數(shù)據(jù)如fs(取像鏡頭系統(tǒng)的有效焦距)、di(各光學(xué)面i間距離)、Ri(各光學(xué)面i曲率半徑)等所滿足的條件不同；由上可知，就二鏡片式的光學(xué)取像鏡頭的設(shè)計而論，現(xiàn)有技術(shù)在設(shè)計光學(xué)取像鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，是針對各種不同光學(xué)目的的應(yīng)用而產(chǎn)生不同的變化或組合，而因其所使用透鏡的形狀、組合、作用或功效不同，即可視為具有新穎性(novelty)及進(jìn)步性(inventive step)。
近年為應(yīng)用于小型相機(jī)、照像手機(jī)、PDA等產(chǎn)品，其取像鏡頭要求小型化、焦距短、像差調(diào)整良好，在各種小型化的二透鏡取像鏡頭設(shè)計中，以正屈光度的第一透鏡、正屈光度的第二透鏡或其他組合的設(shè)計，最可能達(dá)到小型化的需求，如美國專利US2005/0073753、US2004/0160680、US7,110,190、US7,088,528、US2004/0160680；歐洲專利EP1793252、EP1302801；日本專利JP2007-156031、JP2006-154517、JP2006-189586；臺灣專利TWM320680、TWI232325；中國專利CN101046544等。然而，這些專利所揭露的光學(xué)取像鏡頭，其鏡頭總長仍應(yīng)進(jìn)一步再縮小；對于使用者需求的短后焦設(shè)計，如美國專利US2006/0221467、日本專利JP2005121685、JP2006154517是使用正-負(fù)屈光度的組合；美國專利US20030/0197956使用負(fù)-正屈光度的組合；美國專利US5,835,288使用雙凹及雙凸透鏡的組合、日本專利JP20040281830使用正或負(fù)-正屈光度的組合；或如日本專利公開號JP2003215446、JP2004-177976、歐洲專利EP1793252與EP1793254、美國專利US6,876,500、US2004/0160680、US7,088,528、臺灣專利TWI266074等使用正-正屈光度的組合，使鏡頭總長度降低。在各種不同縮短鏡頭總長的設(shè)計中，仍以短后焦最為直接有效，但直接縮短后焦距將造成調(diào)焦困難的結(jié)果。為此，本實用新型提出更實用性的設(shè)計，在縮短后焦距同時，利用縮短鏡片間空氣間距以補足調(diào)焦困難并降低成像畸變，以簡便地應(yīng)用于小型相機(jī)、照像手機(jī)等電子產(chǎn)品上。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型主要目的乃在于提供一種小型短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭，在縮短后焦距同時，利用縮短鏡片間空氣間距以補足調(diào)焦困難并降低成像畸變，以簡便地應(yīng)用于小型相機(jī)、照像手機(jī)等電子產(chǎn)品上。
本實用新型的小型短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭，其沿著光軸排列由物側(cè)(object side)至像側(cè)(image side)依序包含一孔徑光闌(aperture stop)；一正屈光度的第一透鏡(a first lens of positive refractive power)為一新月型透鏡且物側(cè)面為凸面，且二光學(xué)面均為非球面；一具有負(fù)屈光度的第二透鏡(asecond lens of negative refractive power)為一新月型透鏡且像側(cè)面為凸面，且二光學(xué)面均為非球面；一紅外線濾光片及一影像感測器；又該光學(xué)取像鏡頭滿足以下條件 其中，fs為光學(xué)取像鏡頭的有效焦距(effective focal length)，f1為第一透鏡的焦距長，f2為第二透鏡的焦距長，bf為本取像鏡頭系統(tǒng)之后焦距，TL為光軸上孔徑光闌至成像面的距離，d2為光軸上第一透鏡像側(cè)面至第二透鏡物側(cè)面的距離，d4為光軸上第二透鏡像側(cè)面至紅外線濾光片物側(cè)面的距離，d6為光軸上紅外線濾光片像側(cè)面至影像感測器的成像面的距離，R2為第一透鏡的像側(cè)面近軸的曲率半徑，R3為第二透鏡的物側(cè)面近軸的曲率半徑。
再者，該短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭的第一透鏡及第二透鏡可為玻璃或塑膠所制成。
藉此，該二鏡片的組合可達(dá)成具有短之后焦距，進(jìn)一步減少鏡頭的長度，并可使用相同材料制成以降低制作成本，藉以提升取像鏡頭的應(yīng)用性。

圖1是本實用新型的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型的光路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型第一實施例的場曲(field curvature)圖； 圖4是本實用新型第一實施例的成像畸變(distortion)圖； 圖5是本實用新型第一實施例(在半徑0.6086mm時)的縱向像差圖； 圖6是本實用新型第二實施例的場曲圖； 圖7是本實用新型第二實施例的成像畸變圖； 圖8是本實用新型第二實施例(在半徑0.5588mm時)的縱向像差圖； 圖9是本實用新型第三實施例的場曲圖； 圖10是本實用新型第三實施例的成像畸變圖； 圖11是本實用新型第三實施例(在半徑0.4996mm時)的縱向像差圖。
附圖標(biāo)記說明 1-光學(xué)取像鏡頭；11-第一透鏡；R1-(第一透鏡)物側(cè)面；R2-(第一透鏡)像側(cè)面；S-孔徑光闌；12-第二透鏡；R3-(第二透鏡)物側(cè)面；R4-(第二透鏡)像側(cè)面；13-紅外線濾光片；14-影像感測器；d1-光軸上第一透鏡物側(cè)面至像側(cè)面的距離；d2-光軸上第一透鏡像側(cè)面至第二透鏡物側(cè)面的距離；d3-光軸上第二透鏡物側(cè)面至像側(cè)面的距離；d4-光軸上第二透鏡像側(cè)面至紅外線濾光片物側(cè)面的距離；d5-光軸上紅外線濾光片物側(cè)面至像側(cè)面的距離；d6-光軸上紅外線濾光片像側(cè)面至影像感測器的距離。
具體實施方式
為使本實用新型更加明確詳實，茲列舉較佳實施例并配合下列圖示，將本實用新型的結(jié)構(gòu)及技術(shù)特征詳述如后 參照圖1所示，其是本實用新型的二鏡片光學(xué)取像鏡頭1結(jié)構(gòu)示意圖，其沿著光軸Z排列由物側(cè)(object side)至像側(cè)(image side)依序包含一孔徑光闌S、一第一透鏡11、一第二透鏡12、一紅外線濾光片(IR cut-off filter)13及一影像感測器(image sensing chip)14；取像時，待攝物(object)的光線是先經(jīng)過第一透鏡11及第二透鏡12后，再經(jīng)過紅外線濾光片13而成像于影像感測器14的成像面(image)上。
該第一透鏡11為一新月型透鏡，其物側(cè)面R1為凸面而像側(cè)面R2為凹面，具有正屈光度，可利用玻璃或塑膠材質(zhì)制成，又其物側(cè)面R1及像側(cè)面R2均為非球面。
該第二透鏡12為一新月型透鏡，其物側(cè)面R3為凹面而像側(cè)面R4為凸面，具有負(fù)屈光度，可利用玻璃或塑膠材質(zhì)制成，又其物側(cè)面R3及像側(cè)面R4均為非球面。
該孔徑光闌(aperture stop)S是屬于一種前置光圈，其是貼設(shè)于第一透鏡11的物側(cè)面R1上；該紅外線濾光片(IR cut-off filter)13可為一鏡片，或利用鍍膜技術(shù)形成一具有紅外線濾光功能的薄膜；該影像感測器(image sensingchip)14包含CCD(電荷藕合裝置)或CMOS(互補型金屬氧化物半導(dǎo)體)。
又本實用新型二鏡片光學(xué)取像鏡頭1在第一透鏡11及第二透鏡12的光學(xué)面曲率半徑、非球面曲面及透鏡厚度(d1及d3)與空氣間距(d2、d4及d6)光學(xué)組合后，構(gòu)成的鏡頭具有短的后焦距，其進(jìn)一步可縮短鏡頭的總長度與后焦距于一個較小的范圍內(nèi)，即滿足式(2)。第一透鏡11及第二透鏡12的光學(xué)面為非球面，其非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)為式(5) 其中c是曲率，h為鏡片高度，K為圓錐系數(shù)(Conic Constant)、A4、A6、A8、A10、A12、A14分別四、六、八、十、十二、十四階的非球面系數(shù)(Nth Order Aspherical Coefficient)。
藉上述結(jié)構(gòu)，本實用新型的二鏡片光學(xué)取像鏡頭1之后焦距能有效縮小，使鏡頭長度減小，即滿足式(1)～式(4)。
茲列舉較佳實施例，并分別說明如下 <第一實施例> 請參考圖2、3、4、5所示，其分別是本實用新型光學(xué)取像鏡頭1第一實施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖與場曲(field curvature)、成像畸變(distortion)及在半徑(radius)0.6086mm時的縱向像差(vertical aberration)圖。
下列表(一)中分別列有由物側(cè)至像側(cè)依序編號的光學(xué)面號碼(surface number)、在光軸上各光學(xué)面的曲率半徑R(單位mm)(the radius of curvature R)、光軸上各面之間距d(單位mm)(the on-axis surface spacing)，各透鏡的折射率(Nd)及各透鏡的阿貝數(shù)(Abbe’s number)vd。
表(一)
*aspherical surface 在表(一)中，光學(xué)面(Surface)有標(biāo)注*者為非球面光學(xué)面，Surf 1、Surf 2分別表示第一透鏡11的物側(cè)面R1與像側(cè)面R2，Surf 3、Surf 4分別表示第二透鏡12的物側(cè)面R3與像側(cè)面R4，fs為取像鏡頭的有效焦距。下列表(二)列有各光學(xué)面的非球面式(5)的各項系數(shù) 表(二)
本實施例中，第一透鏡11與第二透鏡12是利用相同的玻璃材質(zhì)制成，其折射率Nd為1.587、阿貝數(shù)vd為60.0；紅外線濾光片13是使用折射率Nd為1.517、阿貝數(shù)vd為64.17的玻璃材質(zhì)制成。
本實施例光學(xué)取像鏡頭1的有效焦距fs為3.408mm，第一透鏡11的焦距f1為2.7879mm、第二透鏡12的焦距f2為-15.418mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側(cè)面R1到影像感測器15的成像面的距離TL(總長度)為3.763mm；即， 可以滿足條件式(1)-式(4)。
由上述表(一)、表(二)及圖3～5的場曲(field curvature)、成像畸變(distortion)及在半徑(radius)0.6086mm時的縱向像差(vertical aberration)圖所示，藉此可證明本實用新型的二鏡片光學(xué)取像鏡頭可有效修正像差，使光學(xué)取像鏡頭1具有高解析度及短后焦效果，能有效縮小鏡頭長度，而提升本實用新型的應(yīng)用性。
圖3、6、9所表示的場曲曲線圖中，橫坐標(biāo)表示焦距，單位為毫米；縱坐標(biāo)表示像高，曲線T、S分別對應(yīng)切向和徑向，從圖中可見對于不同的焦距偏移下，以光軸的不同像高所產(chǎn)生的場曲變化情形。
圖4、7、10所表示的成像畸變曲線圖中，橫坐標(biāo)表示扭曲率的百分比；縱坐標(biāo)表示以光軸的不同像高，從圖中可見對于不同的像高時，其扭曲率變化的情形。
圖5、8、11所表示的像差曲線圖中，縱坐標(biāo)為縱向像差，橫坐標(biāo)為焦距，單位為毫米。從圖中可見，對于不同的焦距偏移下，其球面像差的變化情形。
<第二實施例> 請參考圖2、6、7、8所示，其分別是本實用新型光學(xué)取像鏡頭1第二實施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖與場曲、成像畸變及在半徑0.5588mm時的縱向像差圖。
下列表(三)中分別列有由物側(cè)至像側(cè)依序編號的光學(xué)面號碼、在光軸上各光學(xué)面的曲率半徑R、光軸上各面之間距d，各透鏡的折射率(Nd)以及各透鏡的阿貝數(shù)vd。
表(三)
*aspherical surface 下列表(四)列有各光學(xué)面的非球面式(5)的各項系數(shù) 表(四)
本實施例中，第一透鏡11與第二透鏡12是利用相同的玻璃材質(zhì)制成，其折射率Nd為1.587、阿貝數(shù)vd為60.0；紅外線濾光片13是使用其折射率Nd為1.517、阿貝數(shù)vd為64.17的玻璃材質(zhì)制成。
本實施例光學(xué)取像鏡頭1的有效焦距fs為3.129mm，而第一透鏡11的焦距f1為2.7719mm、第二透鏡12的焦距f2為-130.8mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側(cè)面R1到影像感測器15的成像面的距離TL(總長度)為3.5959mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(4)。
由上述表(三)、表(四)及圖6～8的場曲、成像畸變及縱向像差圖所示，藉此可證明本實用新型的二鏡片光學(xué)取像鏡頭可有效修正像差，使光學(xué)取像鏡頭1具有高解析度及短后焦效果，能有效縮小鏡頭長度，而提升本實用新型的應(yīng)用性。
<第三實施例> 請參考圖2、9、10、11所示，其分別是本實用新型光學(xué)取像鏡頭1第三實施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖與場曲、成像畸變及在半徑0.4996mm時的縱向像差圖。
下列表(五)中分別列有由物側(cè)至像側(cè)依序編號的光學(xué)面號碼、在光軸.上各光學(xué)面的曲率半徑R、光軸上各面之間距d，各透鏡的折射率(Nd)、各透鏡的阿貝數(shù)vd。
表(五)
*aspherical surface 下列表(六)列有各光學(xué)面的非球面式(5)的各項系數(shù) 表(六)
本實施例中，第一透鏡11與第二透鏡12是利用相同的玻璃材質(zhì)制成，其折射率Nd為1.580、阿貝數(shù)vd為58.9；紅外線濾光片13是使用其折射率Nd為1.517、阿貝數(shù)vd為64.17的玻璃材質(zhì)制成。
本實施例光學(xué)取像鏡頭1的有效焦距fs為2.878mm，而第一透鏡11的焦距f1為2.4924mm、第二透鏡12的焦距f2為-11.1504mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側(cè)面R1到影像感測器15的成像面的距離TL為3.3509mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(4)。
由上述表(五)、表(六)及圖9～11的場曲、成像畸變及縱向像差圖所示，藉此可證明本實用新型的二鏡片光學(xué)取像鏡頭可有效修正像差，使光學(xué)取像鏡頭1具有高解析度及短后焦效果，能有效縮小鏡頭長度，而提升本實用新型的應(yīng)用性。
以上所示僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，對本實用新型而言僅是說明性的，而非限制性的。本領(lǐng)域具通常知識技術(shù)人員理解，在本實用新型權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變、修改、甚至等效變更，但都將落入本實用新型的權(quán)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種小型短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含
一孔徑光闌；
一第一透鏡，具有正屈光度，其為一新月型透鏡，其凸面是面向物側(cè)，且二光學(xué)面均為非球面；
一第二透鏡，具有負(fù)屈光度，其為一新月型透鏡，其凸面是面向像側(cè)，且二光學(xué)面均為非球面；
一紅外線濾光片；及
一影像感測器；
其中，第一透鏡與第二透鏡是使用相同玻璃材料所制作；并滿足以下條件
其中，fs為光學(xué)取像鏡頭的有效焦距，f1為第一透鏡的焦距長，f2為第二透鏡的焦距，bf為本取像鏡頭系統(tǒng)之后焦距，TL為孔徑光闌至成像面的距離，d2為光軸上第一透鏡像側(cè)面至第二透鏡物側(cè)面的距離，d4為光軸上第二透鏡像側(cè)面至紅外線濾光片物側(cè)面的距離，d6為光軸上紅外線濾光片像側(cè)面至影像感測器的成像面的距離。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述小型短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，該取像鏡頭具有短后焦距，滿足下列條件
其中，d2為光軸上第一透鏡像側(cè)面至第二透鏡物側(cè)面的距離、fs為光學(xué)取像鏡頭的有效焦距。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述小型短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭，其特征在于，滿足以下條件
其中，R2為第一透鏡的像側(cè)面近軸的曲率半徑，R3為第二透鏡的物側(cè)面近軸的曲率半徑。
專利摘要一種小型短后焦二鏡片光學(xué)取像鏡頭，其沿著光軸排列由物側(cè)至像側(cè)依序包含一孔徑光闌；一正屈光度新月形非球面的第一透鏡，且其凸面是面向物側(cè)而凹面是面向像側(cè)；一負(fù)屈光度新月形非球面的第二透鏡，且其凸面是面向像側(cè)而凹面是面向物側(cè)；及一紅外線濾光片；該光學(xué)取像鏡頭滿足以下條件-0.3≤f1/f2≤-0.01；0.25≤bf/TL≤0.4，其中，f1為第一透鏡的焦距長，f2為第二透鏡的焦距長，bf為本取像鏡頭系統(tǒng)之后焦距，TL(總長度)為孔徑光闌至成像面的距離；藉此，本實用新型可達(dá)短后焦效果，以有效縮短光學(xué)取像鏡頭的長度，以應(yīng)用于小型相機(jī)、手機(jī)更為薄形化的使用需求。
文檔編號G02B13/00GK201273959SQ200820134900
公開日2009年7月15日 申請日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者徐三偉, 吳建霖 申請人:一品光學(xué)工業(yè)股份有限公司