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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：一第一透鏡，一第二透鏡及一成像面。第一透鏡包括一第一表面及一第二表面。第二透鏡包括一第三表面及一第四表面。成像鏡頭滿足以下條件：FB/TTL＞0.38；R11/F1＞2.23；Z/Y＞0.11；Z/T＜0.42；R23/F2＜R24/F2＜R12/F2；其中，FB為第四表面與成像面沿光軸方向上之最短距離；TTL為成像鏡頭之總長，R11為第一表面之曲率半徑；F1為第一透鏡之焦距；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；R23為第三表面之曲率半徑；R24為第四表面之曲率半徑；R12為第二表面之曲率半徑；F2為第二透鏡之焦距。
    公开号:TW201321790A
    申请号:TW100143206
    申请日:2011-11-24
    公开日:2013-06-01
    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。
    成像鏡頭隨著CMOS之制程技術提升，同樣圖元之產品，例如：螢幕解析度為640*480之VGA規格，總圖元約為30萬圖元(0.3M Pixels)，因為CMOS影像感測器之圖元大小(Pixel Size)可以有效之被縮小，由目前3.6μm為主縮小到2.2μm，再到目前可以普及大量生產之1.75μm，也因此，CMOS影像感測器之大小，也由1/6”(對應到圖元大小3.6μm) 縮小到1/10”(對應到圖元大小2.2μm)，再到目前之1/13”(對應到圖元大小1.75μm)。使得相同圖元之產品，因晶圓(Wafer)可切割出之晶粒(Die)增加，所以CMOS影像感測器之成本可以有效降底，增加產品競爭力。
    然而，在圖元大小縮小到1.75μm應用之前提下，所需設計之鏡頭品質將需隨著圖元大小縮小而提升，才能滿足使用者之需求。鏡頭品質提升之項目將包括：1)高解析度；2)低主光線入射角(CRA， Chief Ray Angle)；3) 長背凸(Flange Back)，長背凸是為了使所設計鏡頭之最後一片透鏡可以遠離影像感測器，以避免最後一片透鏡上之刮傷(Scratches)和污點(Particles)會成像在影像感測器上。
    由於影像會因為鏡頭之主光線入射角和CMOS影像感測器之微透鏡陣列(Micro lens array)之可接收之主光線入射角不匹配所造成之顏色偏差，因此，鏡頭設計需滿足CMOS影像感測器之低主光線入射角需求。
    有鑒於此，有必要提供一種具有高解析度、低色差和長背凸成像鏡頭。
    一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括：一個具有正光焦度之第一透鏡，一個具有負光焦度之第二透鏡及一個成像面。所述第一透鏡從物側至像側包括靠近物側之第一表面以及靠近像側之第二表面。所述第二透鏡從物側至像側包括靠近物側之第三表面以及靠近像側之第四表面。所述成像鏡頭滿足以下條件：FB/TTL>0.38；R11/F1>2.23；Z/Y>0.11；Z/T<0.42；R23/F2<R24/F2<R12/F2；其中，FB為第四表面與成像面沿光軸方向上之最短距離；TTL為成像鏡頭之總長，R11為第一表面之曲率半徑；F1為第一透鏡之焦距；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；R23為第三表面之曲率半徑；R24為第四表面之曲率半徑；R12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，本發明所提供之成像鏡頭中，條件式FB/TTL>0.38，保證了成像鏡頭具有長背凸；條件式R11/F1>2.23，使所述第一透鏡具有較小之光焦度，進而減小了成像鏡頭之偏芯敏感度；條件式Z/Y>0.11和R23/F2<R24/F2<R12/F2，保證成像鏡頭之光焦度分配適當，具有良好之像差補正效果；條件式Z/T<0.42，保證第二透鏡易於射出成型，使得由單邊澆口注入之塑膠可以容易到達對向一側。滿足上述條件之透鏡系統，在具有長背凸和廣視角之情況下，還能保證有較好之成像品質。
    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，本發明提供之一種成像鏡頭100，其從物側至像側依次包括：一具有正光焦度之第一透鏡G1、一具有負光焦度之一第二透鏡G2、一濾光片40、一保護玻璃片50及一成像面60。該第一透鏡G1從物側至像側包括一面向物側凸出之第一表面11和一面向像側凸出之第二表面12。該第二透鏡G2從物側到像側包括一面向物側凹陷之第三表面13和一面向像側凸出之第四表面14。所述濾光片40從物側至像側依次包括一第五表面15及一第六表面16。所述保護玻璃片50從物側至像側依次包括一第七表面17及一第八表面18。
    所述成像鏡頭100還包括一光闌20。所述光闌20位於所述第一透鏡G1之第一表面11之物側。所述光闌20用於控制通過第一透鏡G1之光通量。
    本實施方式中，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及保護玻璃片50後成像于成像面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)，于所述成像面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>0.38；
    (2) R11/F1>2.23；
    (3) Z/Y>0.11；
    (4) Z/T<0.42；
    (5) R23/F2<R24/F2<R12/F2；
    其中，FB為所述第四表面14與所述成像面60沿光軸方向上之最短距離，TTL為成像鏡頭100之總長，R11為第一透鏡G1之第一表面11之曲率半徑；F1為第一透鏡G1之焦距；Z為所述第四表面14之曲面橫向高度，Y為所述第四表面14之曲面縱向高度，T為所述第二透鏡G2在光軸上之厚度；R23為所述第二透鏡G2之第三表面13之曲率半徑；R24為所述第二透鏡G2之第四表面14之曲率半徑；R12為所述第一透鏡G1之第二表面12之曲率半徑；F2為第二透鏡G2之焦距。
    本發明所提供之成像鏡頭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)，使所述第一透鏡G1具有較小之光焦度，進而減小了成像鏡頭100之偏芯敏感度；條件式(3)和(5)，保證成像鏡頭100之光焦度分配適當，具有良好之像差補正效果；條件式(4)，保證所述第二透鏡G2易於射出成型，使得由單邊澆口注入之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) R12/F2<0.36；
    (7) R23/F2<0.27；
    (8) R24/F2<0.46；
    其中，R12為所述第一透鏡G1之第二表面12之曲率半徑；R23為所述第二透鏡G2之第三表面13之曲率半徑；R24為所述第二透鏡G2之第四表面14之曲率半徑；F2為所述第二透鏡G2之焦距。
    條件式(6)、(7)和(8)，進一步保證了成像鏡頭100之成像品質。
    所述成像鏡頭100可進一步滿足以下條件式：
    (8) Vd1>53
    (9) Vd2<33；
    其中，Vd1為第一透鏡G1之阿貝數，Vd2為第二透鏡G3之阿貝數。條件式(9)和(10)，使得成像鏡頭100之色差能更好之消除。
    其中，所述第一透鏡G1之第一表面11與第二表面12及所述第二透鏡G2之第三表面13與第四表面14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為透鏡高度，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）之資料代入上述運算式，可獲得本發明第一實施方式之成像鏡頭100中各透鏡表面之非球面形狀。另外，通過將表4、表5、表6之資料代入上述運算式，可獲知本發明第二實施方式之成像鏡頭100中各透鏡表面之非球面形狀。
    下列各表中分別列有由物端到像端依序排列之光學表面，其中，i表示從物側開始之第i個透鏡表面；約定F/No為成像鏡頭100之光圈數；2ω為成像鏡頭100之視場角；ri表示從物側開始之第i個透鏡表面之曲率半徑；Di表示從物側開始之第i個透鏡表面至第i+1個透鏡表面間之軸向距離；ni表示從物側開始之第i個透鏡表面之折射率；vi表示從物側開始之第i個透鏡表面之阿貝數；ki表示從物側開始之第i個透鏡表面之二次曲率。
    第一實施方式
    本發明第一實施方式所提供之成像鏡頭100之各光學元件滿足表1及表2之條件。
    表1

    表2

    表3
    本實施方式中，FB=0.96mm；TTL=1.97mm；Z=0.093mm；Y=0.43mm;T=0.3mm；F1=0.54mm；F2=-1.21mm。
    本實施方式所提供之成像鏡頭100之球差、場曲、畸變、MTF及主光線入射角分別如圖2至圖6所示。具體地，圖2所示之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)而觀察到之像差值曲線。由該三條曲線可看出第一實施方式之成像鏡頭100對可見光(波長範圍在400nm-700nm之間)產生之像差值控制在-0.1mm~0.1mm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之子午場曲值和弧矢場曲值被控制在-0.10mm~0.10mm範圍內。進一步地，圖4所示之曲線為成像鏡頭100之畸變特性曲線，由圖4可知，該成像鏡頭100之光學畸變量被控制在0~2.00%之範圍內。如圖5所示，如圖6所示，在1/2頻（Nyquist frequency）條件下（本實施方式之1/2頻(半頻)為143lp/mm），中心視場之MTF>50%(如曲線mc所示)，0.8視場之MTF>30%(如曲線mp所示)，其餘介於中心視場和0.8視場之間視場之MTF，則介於30%~50%之間(如曲線mt所示)。如圖6所示，主光線入射角(chief ray angle，CRA)小於24度。
    第二實施方式
    本發明第二實施方式所提供之成像鏡頭100之各光學元件滿足表4、表5、以及表6之條件。
    表4

    表5
    表6
    本實施方式中，FB=0.96mm；TTL=1.97mm；Z=0.097mm；Y=0.43mm;T=0.30mm；F1=0.53mm；F2=-1.19mm。
    本實施方式所提供之成像鏡頭100之球差、場曲、畸變、以及MTF分別如圖7到圖11所示。具體地，圖7所示之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)而觀察到之像差值曲線。由該三條曲線可看出第一實施方式之成像鏡頭100對可見光(波長範圍在400nm-700nm之間)產生之像差值控制在-0.10mm~0.10mm範圍內。如圖8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8可看出該成像鏡頭100之子午場曲值和弧矢場曲值被控制在-0.10mm~0.10mm範圍內。進一步地，圖9示出之曲線為成像鏡頭100之畸變特性曲線，由圖9可知，該成像鏡頭100之光學畸變量被控制在0%~2.00%之範圍內。如圖10所示，在1/2頻（Nyquist frequency）條件下（本實施例之1/2頻(半頻)為180lp/mm），中心視場之MTF>50%(如曲線mc所示)，0.8視場之MTF>30%(如曲線mp所示)，其餘介於中心視場和0.8視場之間視場之MTF，則介於30%~50%之間(如曲線mt所示)。如圖11所示，主光線入射角(chief ray angle，CRA)小於24度。
    本發明所提供之成像鏡頭100中，條件式FB/TTL>0.38，保證了成像鏡頭具有長背凸；條件式R11/F1>2.23，使所述第一透鏡G1具有較小之光焦度，進而減小了成像鏡頭100之偏芯敏感度；條件式Z/Y>0.11和R21/F2<R12/F2<R22/F2，保證成像鏡頭之光焦度分配適當，具有良好之像差補正效果；條件式Z/T<0.42，保證第二透鏡G2易於射出成型，使得由單邊澆口注入之塑膠可以容易到達對向一側。滿足上述條件之透鏡系統，在具有長背凸和廣視角之情況下，還能保證有較好之成像品質。
    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
    15．．．第五表面
    16．．．第六表面
    50．．．保護玻璃片
    17．．．第七表面
    18．．．第八表面
    60．．．成像面
    圖1為本發明提供之成像鏡頭之結構示意圖。
    圖2為本發明第一實施方式提供之成像鏡頭之球面像差特性曲線圖。
    圖3為本發明第一實施方式提供之成像鏡頭之場曲特性曲線圖。
    圖4為本發明第一實施方式提供之成像鏡頭之畸變特性曲線圖。
    圖5為本發明第一實施方式提供之成像鏡頭之調製傳遞函數特性曲線圖。
    圖6為本發明第一實施方式提供之成像鏡頭之主光線入射角特性曲線圖。
    圖7為本發明第二實施方式提供之成像鏡頭之球面像差特性曲線圖。
    圖8為本發明第二實施方式提供之成像鏡頭之場曲特性曲線圖。
    圖9為本發明第二實施方式提供之成像鏡頭之畸變特性曲線圖。
    圖10為本發明第二實施方式提供之成像鏡頭之調製傳遞函數特性曲線圖。
    圖11為本發明第二實施方式提供之成像鏡頭之主光線入射角特性曲線圖。
    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
    15．．．第五表面
    16．．．第六表面
    50．．．保護玻璃片
    17．．．第七表面
    18．．．第八表面
    60．．．成像面
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] 一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括：一個具有正光焦度之第一透鏡，一個具有負光焦度之第二透鏡及一個成像面；所述第一透鏡從物側至像側包括靠近物側之第一表面以及靠近像側之第二表面,所述第二透鏡從物側至像側包括靠近物側之第三表面以及靠近像側之第四表面；所述成像鏡頭滿足以下條件：FB/TTL>0.38；R11/F1>2.23；Z/Y>0.11；Z/T<0.42；R23/F2<R24/F2<R12/F2；其中，FB為第四表面與成像面沿光軸方向上之最短距離；TTL為成像鏡頭之總長；R11為第一表面之曲率半徑，F1為第一透鏡之焦距；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；R23為第三表面之曲率半徑；R24為第四表面之曲率半徑；R12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項所述之成像鏡頭，其中：所述第一透鏡和第二透鏡還滿足以下條件:R12/F2<0.36；R23/F2<0.27；R24/F2<<0.46。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中：所述第一透鏡和第二透鏡還滿足以下條件:Vd1>53Vd2<33；其中，Vd1為第一透鏡之阿貝數，Vd2為第二透鏡之阿貝數。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，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項所述之成像鏡頭，其中：所述成像鏡頭還包括一光闌，所述光闌位於第一表面之物側，所述光闌用於控制通過第一透鏡之光通量。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，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之光線中之紅外光線。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之成像鏡頭，其中：所述成像鏡頭還包括一保護玻璃片，所述保護玻璃片位於所述濾光片與所述成像面之間。
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