具有短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭的製作方法
2023-05-22 23:48:26 2
專利名稱：具有短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭的製作方法
技術領域：
本實用新型是有關一種具有短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭，尤指一種針對小型相機或手機等，使用CCD(電荷藕合裝置)或CMOS(互補型金屬氧化物半導體)等圖像傳感器的鏡頭，而提供一種由四個透鏡構成全長短且低成本的光學取像鏡頭。
背景技術：
隨著科技的進步，電子產品不斷地朝向輕薄短小以及多功能的方向發展，而電子產品中如數字相機(Digital Still Camera)、電腦相機(PC camera)、網絡相機(Network camera)、行動電話(手機)等已具備取像裝置(鏡頭)的外，甚至個人數字輔助器(PDA)等裝置也有加上取像裝置(鏡頭)的需求；而為了攜帶方便及符合人性化的需求，取像裝置不僅需要具有良好的成像品質，同時也需要有較小的體積(長度)與較低的成本。
應用於小型電子產品的取像鏡頭，現有上有二鏡片式、三鏡片式、四鏡片式及五鏡片式以上的不同設計，然而以成像品質考量，多鏡片式光學鏡頭在像差修正、光學傳遞函數MTF(modulation transfer function)性能上較具優勢，可使用於高像素(pixel)要求的電子產品。在現有的四鏡片式的光學取像鏡頭的結構設計之間的差異處或技術特徵，則決定於以下各種因素的變化或組合而已四個透鏡之間對應配合的形狀設計不同，如新月型(meniscus shape)、雙凸(bi-convex)、雙凹(bi-concave)等不同形狀透鏡，以達不同正負屈光度(positiveor negative refractive power)效果；或四透鏡之間對應配合的凸面/凹面方向不同，以達光線入射與出射的角度調整；或四透鏡之間對應配合的屈光度正/負組合不同；或四透鏡之間的相關光學數據，如fs(取像鏡頭系統的有效焦距)、di(各光學面i間距離)、Ri(各光學面i曲率半徑)等，以分別滿足不同的條件；由上可知，就四鏡片式的光學取像鏡頭的設計而論，該等現有技術在設計光學取像鏡頭技術領域，是針對各種不同光學目的的應用，而產生不同的變化或組合，因其使用透鏡形狀、組合、作用或功效不同，即可視為具有新穎性(novelty)或創造性(inventive step)。
近年為應用於較高階的小型相機、照像手機、PDA等產品，其取像鏡頭要求小型化、像差調整良好、高像素、甚至低成本；在各種小型化的四透鏡取像鏡頭設計中，現有技術是以不同的正或負屈光度組合如美國專利US2007/0081259、US7,177,098、US2003/0161051，歐洲專利EP1868021、EP1387199，日本專利JP2005-164899、JP2007-322844、JP2007-065374、JP2003-270530，中國臺灣專利TWI254140、TWM313780、TWM313245及中國專利CN1573407、CN1873461、CN1892279等；其中以正屈光度的第一透鏡、負屈光度的第二透鏡、正屈光度的第三透鏡、負屈光度的第四透鏡組合的設計，如美國專利US2007014033、US2008/0024882、US7,215,492、US7,321,474，歐洲專利EP1821129，日本專利JP2007-225833、JP2008-020893、JP2007-286153、JP2007-193195，臺灣專利TWM314860，中國專利CN1815287等，可趨向於良好的像差修正；尤其在第四透鏡上，在物側面上近光軸為凸面，向透鏡邊緣轉成凹面，曲率變化極大，甚至在像側面上近光軸為凹面，向透鏡邊緣轉成凸面，此種鏡片在加工上有相當的困難，若使用玻璃材質則在研磨或模造成型時不易控制面型，而使用塑膠射出成型又面臨冷卻縮水(cooling shrinking)問題。因此，為改善此製造困難，於第四透鏡使用簡單的面型將可增加製造良率，如美國專利US2007/0058256、US2007/0070234、US2007/0242370、US2008/0043346，日本專利JP2005-091666、JP2005-025174、JP2004-233654、JP2007-219520等。
在實用上，具有較短鏡長、且像差修正良好、符合高像素且低成本的設計，為使用者迫切的需求。然而，現有技術所揭露的光學取像鏡頭，其鏡頭長仍應可進一步再縮小；甚至使用折射率較低的材料製成透鏡，可避免使用折射率高價格高的材料，以獲得降低成本的功效；第四透鏡的物側面若使用凹面，可降低雜光與鬼影現象，若更進一步使用簡單的面型將可增加製造良率。因此，本實用新型提出更實用性的設計，以簡便地應用於高階的小型相機、照像手機等電子產品上。
發明內容
本實用新型主要目的乃在於提供一種短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭，以克服現有技術的上述缺點。本實用新型的短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭其沿著光軸排列由物側(object side)至像側(image side)依序包含一具有正屈光度的新月型第一透鏡，其凸面是面向物側，可為球面透鏡或至少有一光學面為非球面；一孔徑光闌(aperture stop)；一具有負屈光度的新月型第二透鏡，其凸面是面向物側，至少有一光學面為非球面；一具有正屈光度的新月型第三透鏡，其凹面是面向物側，至少有一光學面為非球面；及一在光軸上具有負屈光度的雙凹型非球面的第四透鏡，且其像側的光學面在光學有效區域內具有至少一個反曲點(inflection point)，且其物側的光學面為一無反曲點的凹面所構成；又該光學取像鏡頭可滿足以下條件 其中，d2為光軸上第一透鏡像側面至第二透鏡物側面距離，d4為光軸上第二透鏡像側面至第三透鏡物側面距離，d6為光軸上第三透鏡像側面至第四透鏡物側面距離，Bf為本取像鏡頭系統之後焦距(back focal length)，TL為光軸上第一透鏡物側面至成像面的距離，2ω為最大場視角(maximum field angle)，fs為光學取像鏡頭的有效焦距(effective focal length)，2Y為成像最大對角線長(diagonalof imaging height)，H_為第四透鏡像側面的反曲點以垂直於光軸與光軸交點的長度，Ht為第四透鏡像側面最大光學有效點以垂直於光軸與光軸交點的長度，R31為光軸上第四透鏡物側面的曲率半徑，R32為光軸上第三透鏡像側面的曲率半徑。
再者，該短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭的第一透鏡可使用球面、第四透鏡的物側面可使用球面，以降低製造成本。
更進一步，該短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡，可使用折射率低於1.63的玻璃或塑膠所製成，可免除使用高折射率的材料以降低製作成本。
藉此，本實用新型可達短鏡長、良好像差修正及低成本的效果，藉以提升光學取像鏡頭的應用性。
圖1是本實用新型鏡頭的光學結構示意圖； 圖2是本實用新型的第四透鏡像側面的示意圖； 圖3是本實用新型的第一實施例的光路結構示意圖； 圖4a-4c是本實用新型的第一實施例的成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 圖5是本實用新型的第二實施例的光路結構示意圖； 圖6a-6c是本實用新型的第二實施例的成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 圖7是本實用新型的第三實施例的光路結構示意圖； 圖8a-8c是本實用新型的第三實施例的成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 圖9是本實用新型的第四實施例的光路結構示意圖； 圖10a-10c是本實用新型第四實施例的成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 圖11是本實用新型的第五實施例的光路結構示意圖； 圖12a-12c是本實用新型第五實施例的成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 圖13是本實用新型的第六實施例的光路結構示意圖； 圖14a-14c是本實用新型第六實施例的成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 圖15是本實用新型的第七實施例的光路結構示意圖； 圖16a-16c是本實用新型第七實施例的成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖。
附圖標記說明 1-光學取像鏡頭；11-第一透鏡；R11-(第一透鏡)物側面；R12-(第一透鏡)像側面；S-孔徑光闌；12-第二透鏡；R21(第二透鏡)物側面；R22(第二透鏡)像側面；13-第三透鏡；R31-(第三透鏡)物側面；R32-(第三透鏡)像側面；14-第四透鏡；R41-(第四透鏡)物側面；R42-(第四透鏡)像側面；15-紅外線濾光片；16-表玻璃；17-圖像傳感器；d1-光軸上第一透鏡物側面至像側面距離；d2-光軸上第一透鏡像側面至第二透鏡物側面距離；d3-光軸上第二透鏡物側面至像側面距離；d4-光軸上第二透鏡像側面至第三透鏡物側面距離；d5-光軸上第三透鏡像側面至至像側面距離；d6-光軸上第三透鏡像側面至第四透鏡物側面距離；d7-光軸上第四透鏡像側面至至像側面距離；d8-光軸上第四透鏡像側面至紅外線濾光片物側面距離；d9-光軸上紅外線濾光片物側面至表玻璃物側面距離；d10-光軸上表玻璃物側面至表玻璃像側面距離；d11-光軸上表玻璃像側面至圖像傳感器距離。
具體實施方式
為使本實用新型更加明確詳實，茲列舉較佳實施例並配合附圖，將本實用新型的結構及技術特徵詳述如後 參照圖1所示，其是本實用新型的光學取像鏡頭1結構示意圖，其沿著光軸Z排列由物側(object side)至像側(image side)依序包含一第一透鏡11、一孔徑光闌S、一第二透鏡12、一第三透鏡13、一第四透鏡14、一紅外線濾光片15、一表玻璃16及一圖像傳感器17；取像時，物(object)的光線是先經過第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14後，再經過紅外線濾光片15及表玻璃16而成像於圖像傳感器17的成像面(image)上。
該第一透鏡11為一新月型透鏡，其物側面R11為凸面，像側面R12為凹面，具有正屈光度，可利用折射率(Nd)低於1.63玻璃或塑膠材質製成，又其物側面R11或像側面R12可為球面或非球面所構成。
該第二透鏡12為一新月型透鏡，其物側面R21為凸面而像側面R22為凹面，具有負屈光度，可利用折射率(Nd)低於1.63玻璃或塑膠材質製成，又其物側面R21及像側面R22為非球面所構成。
該第三透鏡13為一新月型透鏡，其物側面R31為凹面而像側面R32為凸面，具有正屈光度，可利用折射率(Nd)低於1.63玻璃或塑膠材質製成，又其物側面R31及像側面R32為非球面所構成，為使具有良好的光學效果，光學面R31及像側面R32可滿足式(5)的條件。
該第四透鏡14為一雙凹型透鏡，具有負屈光度，可利用折射率(Nd)低於1.63玻璃或塑膠材質製成；其物側面R41可為球面或非球面且為一無反曲點的曲面，即由物側面R41的透鏡中心向透鏡邊緣的光學有效區域內為一無反曲點的凹面；其像側面R42為非球面，自透鏡中心向透鏡邊緣的光學有效區域內具有至少一個反曲點，其斷面如圖2所示，形成中央下凹而兩邊凸出，因此在凹凸弧面轉變之間形成一反曲點；當以任一切線經過反曲點並與光軸以垂直交叉，自反曲點至光軸距離為負屈光度範圍的透鏡高度，記為H_，即為反曲點到其以垂直於光軸與光軸交點之間的長度；像側面R42的最大光學有效點以垂直於光軸與光軸的垂直距離，記為Ht；H_與Ht的比值為正屈光度變換至負屈光度的範圍大小，為能有良好的成像效果，此範圍應大於40％為較佳，但要使曲面變化率降低以易於製造，其範圍應小於70％為較佳，即滿足式(3)條件。
該孔徑光闌(aperture stop)S是屬於一種中置光圈，其是設於第一透鏡11與第二透鏡12之間；該紅外線濾光片(IR cut-off filter)15可為一鏡片，或利用鍍膜技術形成一具有紅外線濾光功能的薄膜貼附於表玻璃16上；該表玻璃16為一透明玻璃片，其為保護該透鏡表面及維持透鏡的組合與各透鏡間距不變；該圖像傳感器(image sensing chip)17包含CCD(電荷藕合裝置)或CMOS(互補型金屬氧化物半導體)，可將圖像轉變成電子信號。
取像時，物(object)的光線是先經過第一透鏡11、孔徑光闌S、第二透鏡12、第三透鏡13及第四透鏡14後，再經過紅外線濾光片15與表玻璃16而成像於圖像傳感器17上。
本實用新型的光學取像鏡頭1在各透鏡的光學面球面或非球面曲面的曲率半徑、曲面形狀及透鏡厚度(d1、d3、d5及d7)與空氣間距(d2、d4、d6、d8及d11)光學組合後，可具有良好光學像差的修正，並使光學取像鏡頭1的鏡頭長滿足式(4)條件、場視角ω與後焦距Bf關係滿足式(2)條件。
在光學取像鏡頭1的光學設計上，若使用複雜的光學面面型，可較為容易獲得所需要的光學效果，但相對也帶來不易製造的缺點。使用曲面變化大的透鏡設計，若使用研磨玻璃製成，其具有極大的製造困難；若使用模造玻璃製成，其因曲面變化率高，不良率也高；若使用塑膠製成，其塑膠模具設計不易，再因曲率變化大，使熔融流動較不均勻，易產生縮水現象變形或脈紋，尤以第四透鏡14最難製造。本實用新型的光學取像鏡頭1儘量減少光學面的曲面變化，尤以第四透鏡14的物側光學面R41，滿足該光學面為無反曲點的球面或非球面所構成及式(5)的條件，減少製造困難，減低成本。
在光學取像鏡頭1的光學設計上，對於非球面的光學面，是使用非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)式(6) 其中，c是曲率，h為鏡片高度，K為圓錐係數(Conic Constant)、A4、A6、A8、A10、A12、A14分別四、六、八、十、十二、十四階的非球面係數(Nth OrderAspherical Coefficient)。
茲列舉較佳實施例，並分別說明如下 請參考圖3、4所示，其分別是本實用新型光學取像鏡頭1第一實施例的光路結構示意圖、成像的球面像差(spherical aberration)、場曲(field curvature)與成像的畸變(distortion)圖； 下列表(一)中分別列有由物側至像側依序編號的光學面號碼(surfacenumber)、在光軸上各光學面的曲率半徑R(單位mm)(the radius of curvatureR)、光軸上各面之間距di(單位mm)(the on-axis surface spacing)，各透鏡的折射率(Ndi)、各透鏡的阿貝數(Abbe’s number)vdi。
表(一)
*非球面光學面 在表(一)中，光學面(Surface)有標註*者為非球面光學面，R11、R12分別表示第一透鏡11的物側面與像側面，R21、R22分別表示第二透鏡12的物側面與像側面，R31、R32分別表示第三透鏡13的物側面與像側面，R41、R42分別表示第四透鏡14的物側面與像側面，Fno為光學取像鏡頭1的焦距比(f number)，fs為取像鏡頭的有效焦距，2ω為光學取像鏡頭1的場視角。
下列表(二)列有各光學面的非球面式(6)的各項係數 表(二)
本實施例中，第一透鏡11是利用折射率Nd1為1.59、阿貝數vd1為61.2的玻璃材質製成；第二透鏡12是利用折射率Nd2為1.61、阿貝數vd2為26.32的塑膠材質製成；第三透鏡13是利用折射率Nd3為1.53、阿貝數vd3為55.74的塑膠材質製成；第四透鏡14是利用折射率Nd4為1.53、阿貝數vd4為55.74的塑膠材質製成；紅外線濾光片15是使用BK7-SCHOTT玻璃材質製成，表玻璃16是使用AF45-SCHOTT玻璃材質製成。
本實施例的光學取像鏡頭1有效焦距fs為3.7484mm、後焦距Bf為3.0443mm；物側面R41為球面且為無反曲點的凹面，有利於加工製作且可降低雜光與鬼影現象；像側面R42的有效徑高Ht為1.8012mm、其光學面的反曲點至光軸高度H_為0.9687mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側面R11到圖像傳感器17的成像面距離TL為4.28mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(5)。
由上述表(一)、表(二)及圖3至圖4所示，藉此可證明本實用新型的光學取像鏡頭可有效修正像差，使光學取像鏡頭1能有效縮小鏡頭長度，而提升本實用新型的應用性。
請參考圖5、6所示，其分別是本實用新型光學取像鏡頭1第二實施例的光路結構示意圖、成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 下列表(三)中分別列有由物側至像側依序編號的光學面號碼、在光軸上各光學面的曲率半徑R、光軸上各面之間距di，各透鏡的折射率(Ndi)、各透鏡的阿貝數vdi。 表(三)
*非球面光學面 下列表(四)列有各光學面的非球面式(6)的各項係數 表(四)
本實施例中，第一透鏡11是利用折射率Nd1為1.59、阿貝數vd1為61.2的玻璃材質製成；第二透鏡12是利用折射率Nd2為1.61、阿貝數vd2為26.32的塑膠材質製成；第三透鏡13是利用折射率Nd3為1.53、阿貝數vd3為55.74的塑膠材質製成；第四透鏡14是利用折射率Nd4為1.53、阿貝數vd4為55.74的塑膠材質製成；紅外線濾光片15是使用BK7-SCHOTT玻璃材質製成，表玻璃16是使用AF45-SCHOTT玻璃材質製成。
本實施例的光學取像鏡頭1有效焦距fs為3.747mm、後焦距Bf為3.0443mm；物側面R41為非球面，沒有反曲點，為無反曲點的凹面，有利於加工製作且可降低雜光與鬼影現象；像側面R42的有效徑高Ht為1.8965mm、其光學面的反曲點至光軸高度H_為0.819mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側面R11到圖像傳感器17的成像面距離TL為3.99mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(5)。
由上述表(三)、表(四)及圖5至圖6所示，藉此可證明本實用新型的光學取像鏡頭可有效修正像差，使光學取像鏡頭1能有效縮小鏡頭長度。
請參考圖7、8所示，其分別是本實用新型光學取像鏡頭1第三實施例的光路結構示意圖、成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 下列表(五)中分別列有由物側至像側依序編號的光學面號碼、在光軸上各光學面的曲率半徑R、光軸上各面之間距di，各透鏡的折射率(Ndi)、各透鏡的阿貝數vdi。
表(五)
*非球面光學面； 下列表(六)列有各光學面的非球面式(6)的各項係數 表(六)
本實施例中，第一透鏡11是利用折射率Nd1為1.59、阿貝數vd1為61.2的玻璃材質製成；第二透鏡12是利用折射率Nd2為1.59、阿貝數vd2為61.2的玻璃材質製成；第三透鏡13是利用折射率Nd3為1.58、阿貝數vd3為59.4的玻璃材質製成；第四透鏡14是利用折射率Nd4為1.58、阿貝數vd4為59.4的玻璃材質製成；紅外線濾光片15是使用BK7-SCHOTT玻璃材質製成，表玻璃16是使用AF45-SCHOTT玻璃材質製成。
本實施例的光學取像鏡頭1有效焦距fs為3.7186mm、後焦距Bf為1.0366mm；物側面R41為非球面，沒有反曲點，為無反曲點的凹面，有利於加工製作且可降低雜光與鬼影現象；像側面R42的有效徑高Ht為2.0289mm、其光學面的反曲點至光軸高度H_為0.9075mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側面R11到圖像傳感器17的成像面距離TL為4.78mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(5)。
由上述表(五)、表(六)及圖7至圖8所示，藉此可證明本實用新型的光學取像鏡頭可有效修正像差，使光學取像鏡頭1能有效縮小鏡頭長度。
請參考圖9、10所示，其分別是本實用新型光學取像鏡頭1第四實施例的光路結構示意圖、成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 下列表(七)中分別列有由物側至像側依序編號的光學面號碼、在光軸上各光學面的曲率半徑R、光軸上各面之間距di，各透鏡的折射率(Ndi)、各透鏡的阿貝數vdi。 表(七)
*非球面光學面； 下列表(八)列有各光學面的非球面式(6)的各項係數 表(八)
本實施例中，第一透鏡11是利用折射率Nd1為1.59、阿貝數vd1為61.2的玻璃材質製成；第二透鏡12是利用折射率Nd2為1.61、阿貝數vd2為26.32的塑膠材質製成；第三透鏡13是利用折射率Nd3為1.53、阿貝數vd3為55.74的塑膠材質製成；第四透鏡14是利用折射率Nd4為1.53、阿貝數vd4為55.74的塑膠材質製成；紅外線濾光片15是使用BK7-SCHOTT玻璃材質製成，表玻璃16是使用AF45-SCHOTT玻璃材質製成。
本實施例的光學取像鏡頭1有效焦距fs為3.750mm、後焦距Bf為1.1936mm；物側面R41為非球面，沒有反曲點，為無反曲點的凹面，有利於加工製作且可降低雜光與鬼影現象；像側面R42的有效徑高Ht為1.9055mm、其光學面的反曲點至光軸高度H_為0.8424mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側面R11到圖像傳感器17的成像面距離TL為4.28mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(5)。
由上述表(七)、表(八)及圖9至圖10所示，藉此可證明本實用新型的光學取像鏡頭可有效修正像差，使光學取像鏡頭1能有效縮小鏡頭長度。
請參考圖11、12所示，其分別是本實用新型光學取像鏡頭1第五實施例的光路結構示意圖、成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 下列表(九)中分別列有由物側至像側依序編號的光學面號碼、在光軸上各光學面的曲率半徑R、光軸上各面之間距di，各透鏡的折射率(Ndi)、各透鏡的阿貝數vdi。
表(九)
*非球面光學面； 下列表(十)列有各光學面的非球面式(6)的各項係數 表(十)
本實施例中，為節省材料成本，第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13及第四透鏡14均是利用折射率為1.54、阿貝數為56的塑膠材質製成；紅外線濾光片15是使用BK7-SCHOTT玻璃材質製成，表玻璃16是使用AF45-SCHOTT玻璃材質製成。
本實施例的光學取像鏡頭1有效焦距fs為3.7471mm、後焦距Bf為1.0604mm；物側面R41為非球面，沒有反曲點，為無反曲點的凹面，有利於加工製作且可降低雜光與鬼影現象；像側面R42的有效徑高Ht為2.0966mm、其反曲點至光軸高度H_為1.098mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側面R11到圖像傳感器17的成像面距離TL為5.19mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(5)。
由上述表(九)、表(十)及圖11至圖12所示，藉此可證明本實用新型的光學取像鏡頭可有效修正像差，使光學取像鏡頭1能有效縮小鏡頭長度。
請參考圖13、14所示，其分別是本實用新型光學取像鏡頭1第六實施例的光路結構示意圖、成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 下列表(十一)中分別列有由物側至像側依序編號的光學面號碼、在光軸上各光學面的曲率半徑R、光軸上各面之間距di，各透鏡的折射率(Ndi)、各透鏡的阿貝數vdi。 表(十一)
*非球面光學面 下列表(十二)列有各光學面的非球面式(6)的各項係數 表(十二)
本實施例中，第一透鏡11是利用折射率Nd1為1.59、阿貝數vd1為61.2的玻璃材質製成；第二透鏡12是利用折射率Nd2為1.59、阿貝數vd2為30的塑膠材質製成；第三透鏡13是利用折射率Nd3為1.53、阿貝數vd3為55.74的塑膠材質製成；第四透鏡14是利用折射率Nd4為1.53、阿貝數vd4為55.74的塑膠材質製成；紅外線濾光片15是使用BK7-SCHOTT玻璃材質製成，表玻璃16是使用AF45-SCHOTT玻璃材質製成。
本實施例的光學取像鏡頭1有效焦距fs為3.9247mm、後焦距Bf為1.2797mm；物側面R41為非球面，沒有反曲點，為無反曲點的凹面，有利於加工製作且可降低雜光與鬼影現象；像側面R42的有效徑高Ht為1.8822mm，其反曲點至光軸高度H_為0.7948mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側面R11到圖像傳感器17的成像面距離TL為4.39mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(5)。
由上述表(十一)、表(十二)及圖13至圖14所示，藉此可證明本實用新型的光學取像鏡頭可有效修正像差，使光學取像鏡頭1能有效縮小鏡頭長度。
請參考圖15、16所示，其分別是本實用新型光學取像鏡頭1第七實施例的光路結構示意圖、成像的球面像差、場曲與成像的畸變圖； 下列表(十三)中分別列有由物側至像側依序編號的光學面號碼、在光軸上各光學面的曲率半徑R、光軸上各面之間距di，各透鏡的折射率(Ndi)、各透鏡的阿貝數vdi。表(十三)
*非球面光學面 下列表(十四)列有各光學面的非球面式(6)的各項係數表(十四)
本實施例中，第一透鏡11是利用折射率Nd1為1.59、阿貝數vd1為61.2的玻璃材質製成；第二透鏡12是利用折射率Nd2為1.59、阿貝數vd2為30的塑膠材質製成；第三透鏡13是利用折射率Nd3為1.53、阿貝數vd3為55.74的塑膠材質製成；第四透鏡14是利用折射率Nd4為1.53、阿貝數vd4為55.74的塑膠材質製成；紅外線濾光片15是使用BK7_SCHOTT玻璃材質製成，表玻璃16是使用AF45_SCHOTT玻璃材質製成。
本實施例的光學取像鏡頭1有效焦距fs為3.4402mm、後焦距Bf為1.1052mm；物側面R41為非球面，沒有反曲點，為無反曲點的凹面，有利於加工製作且可降低雜光與鬼影現象；像側面R42的有效徑高Ht為1.8854mm，其光學面的反曲點至光軸高度H_為0.809mm；在光軸上，由第一透鏡11的物側面R11到圖像傳感器17的成像面距離TL為4.05mm；即， 可以滿足條件式(1)～式(5)。
由上述表(十三)、表(十四)及圖15至圖16所示，藉此可證明本實用新型的光學取像鏡頭可有效修正像差，使光學取像鏡頭1能有效縮小鏡頭長度。
圖4a、6a、8a、10a、12a、14a、16a所表示的球面像差曲線圖中，縱坐標為縱向球面像差(LONGITUDINAL SPHERICAL ABER.)，橫坐標為焦距，單位為毫米。從圖中可見，對於不同的焦距偏移下，其球面像差的變化情形。
圖4b、6b、8b、10b、12b、14b、16b所表示的場曲(ASTIGMATIC FIELDCURVES)曲線圖中，橫坐標表示焦距，單位為毫米；縱坐標表示像高(IMG HT)(包括切向及徑向)，從圖中可見對於不同的焦距偏移下，以光軸的不同像高所產生的場曲變化情形。
圖4c、6c、8c、10c、12c、14c、16c所表示的成像畸變(DISTORTION)曲線圖中，橫坐標表示扭曲率的百分比；縱坐標表示以光軸的不同像高(IMGHT)，從圖中可見對於不同的像高時，其扭曲率變化的情形。
以上所示僅為本實用新型的優選實施例，對本實用新型而言僅是說明性的，而非限制性的。本技術領域具通常知識人員理解，在本實用新型權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變、修改、甚至等效變更，但都將落入本實用新型的權利範圍內。
權利要求1、一種具有短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭，其特徵在於，沿著鏡頭光軸排列由物側至像側依序包含
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；
一孔徑光闌；
一第二透鏡，具有負屈光度，其為一新月型透鏡，其凸面是面向物側，至少有一個光學面為非球面；
一第三透鏡，具有正屈光度，其為一新月型透鏡，其凹面是面向物側，至少有一個光學面為非球面；
一第四透鏡，具有負屈光度，其為一雙凹型透鏡，且其像側面為非球面，且像側面自透鏡中心向透鏡邊緣的光學有效區域內具有至少一個反曲點；
其中，該光學取像鏡頭滿足以下條件
其中，d2為光軸上第一透鏡像側面至第二透鏡物側面距離，d4為光軸上第二透鏡像側面至第三透鏡物側面距離，d6為光軸上第三透鏡像側面至第四透鏡物側面距離，Bf為本取像鏡頭系統之後焦距，fs為該光學取像鏡頭的有效焦距，TL為光軸上第一透鏡物側光學面至成像面的距離，ω為最大場視角的一半，Y為成像最大對角線長的一半。
2、根據權利要求1所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該第一透鏡的物側光學面及像側光學面至少有一非球面。
3、根據權利要求1所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該第一透鏡的物側光學面及像側光學面均為球面。
4、根據權利要求1所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該新月型第四透鏡的物側光學面為無反曲點的非球面且像側光學面為非球面。
5、根據權利要求1所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該新月型第四透鏡的物側光學面為球面。
6、根據權利要求1所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該第四透鏡的像側面自透鏡中心向透鏡邊緣的光學有效區域內具有至少一個反曲點，其反曲點位置滿足下列條件
其中，H_為第四透鏡像側面的反曲點到其以垂直於光軸與光軸交點之間的長度、Ht為第四透鏡像側面最大光學有效點到其以垂直於光軸與光軸交點之間的長度。
7、根據權利要求2或4所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該光學取像鏡頭的鏡頭長，滿足下列條件
其中，TL為光軸上第一透鏡物側光學面至成像面的距離、fs為光學取像鏡頭的有效焦距。
8、根據權利要求4或5所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，第四透鏡，滿足以下條件
其中，R31為光軸上第四透鏡物側面光學面的曲率半徑、R32為光軸上第四透鏡像側面光學面的曲率半徑。
9、根據權利要求1所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該第一透鏡為玻璃材質所製成，第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡為塑膠材質所製成。
10、根據權利要求1所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡均為塑膠材質所製成。
11、根據權利要求1所述的光學取像鏡頭，其特徵在於，該第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡均為玻璃材質所製成。
專利摘要具有短鏡長的四鏡片式光學取像鏡頭，其沿著光軸排列由物側至像側依序包含正屈光度的第一透鏡，為一新月型球面或非球面透鏡且其凸面是面向物側；孔徑光闌；負屈光度的第二透鏡，為一新月型非球面透鏡且其凸面是面向物側；正屈光度的第三透鏡，為一新月型非球面透鏡且其凹面是面向物側；具有負屈光度的第四透鏡，為一在近光軸為一雙凹型非球面透鏡，且其像側的光學面自透鏡中心向透鏡邊緣的光學有效區域內其曲面具有至少一個反曲點，使第四透鏡由正屈光度漸變轉成負屈光度；該光學取像鏡頭滿足0.25≤((d2+d4+d6)/fs)≤0.40；0.8≤(Y·tan(ω)/Bf)≤2.7。本實用新型具有良好的像差修正，可減小鏡頭長，並因各透鏡面型簡單容易製造、可達成使小型相機、手機更為薄形化、降低製造成本的使用需求。
文檔編號G02B9/34GK201210194SQ20082011536
公開日2009年3月18日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者施柏源 申請人:一品光學工業股份有限公司