超薄型鏡頭的製作方法

2023-05-24 03:45:21

專利名稱：：超薄型鏡頭的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種超薄型鏡頭，特別是一種適用於可攜式子裝置上的超薄型鏡頭。
背景技術：
：隨著科技的不斷發展，可攜式電子裝置，如筆記本電腦、行動電話或個人數字助理器(PDA)等，與光電技術互相整合已成為當今科技發展的趨勢之一。例如，可拍照行動電話即是將行動電話與攝影鏡頭整合在一起，這可做為此整合技術潮流的典型代表。可拍照手機的攝影鏡頭不僅需要具有良好的成像品質，還需要有較小的體積及較低的成本。為了減小鏡頭體積及製造成本，目前的鏡頭設計中，常會採用非球面透鏡。非球面透鏡可以避免球面透鏡所產生的球面像差，而且單片非球面透鏡可以取代多片球面透鏡來補償像差，能夠非常明顯地簡化鏡頭的光學設計，減小鏡頭的體積和重量。另外，鏡頭的製作材質主要有玻璃與塑料。其中玻璃透鏡的透光係數較大，成像效果好，但價格較高，而且重量較重，而塑料透鏡的塑料材質輕便，而且價格低廉，但透光係數較小，所以目前市場上常見的手機鏡頭通常是採用塑料透鏡與玻璃透鏡互相搭配組合的方式，藉此取長補短，從而設計出具有所需光學性能的鏡頭。目前市場上的手機鏡頭大多採用1G(Glass,玻璃)2P(Plastic,塑料)或1G3P的型式，其中1G2P的鏡頭設計型式可參見美國專利第6，441，971號所揭示的技術，其從物方至像方，依次包含有一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡組成，其中的第一透鏡採是用球面玻璃鏡片，而第二、第三透鏡則採用塑料材質的非球面鏡片，該鏡頭雖然體積較小，但僅適用於640*480像素以下的影像傳感器，無法滿足當今日益增長的高像素攝影的需求。而已知的1G3P的鏡頭設計型式雖可以達到較高階的像素要求，但其重量、成本仍顯偏高。鑑於以上缺點，非常有必要提供一種成本低、敏感度低且成像品質高的超薄型鏡頭。
發明內容本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺點，提供一種低成本、低公差敏感度、短總長及高解析度等特點的超薄型鏡頭。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是，其提供一種超薄型鏡頭，其依次包括有具有正屈光率的第一透鏡、光圈、具有負屈光率的第二透鏡、具有負屈光率的第三透鏡，其中該三個透鏡均為塑料透鏡，且均具有至少一個非球面的表面，第三透鏡的近軸的焦距為負，愈往鏡片邊緣其焦距愈趨向正焦距。在本發明所述的超薄型鏡頭中，所述超薄型鏡頭滿足下列條件0,2<fl/F<1.2其中F表示系統整體的有效焦距，fl表示第一透鏡的有效焦距。在本發明所述的超薄型鏡頭中，所述超薄型鏡頭滿足下列條件其中F表示系統整體的有效焦距，R4表示第二透鏡的物方曲率半徑，R5系表示第二透鏡的像方曲率半徑。在本發明所述的超薄型鏡頭中，第一、第二及第三透鏡均為雙面非球面透鏡。在本發明所述的超薄型鏡頭中，第一與第二透鏡為雙面非球面透鏡，而第三透鏡的像側面為非球面透鏡。在本發明所述的超薄型鏡頭中，在第三透鏡的像方側還設有平板玻璃。在本發明所述的超薄型鏡頭中，在鏡頭的成像位置處設置有影像感測組件。在本發明所述的超薄型鏡頭中，第一透鏡是一面凹一面凸的正透鏡，其凸面朝向物方。在本發明所述的超薄型鏡頭中，第二透鏡是一面凹一面凸的負透鏡，其凸面朝向像方。在本發明所述的超薄型鏡頭中，第三透鏡的邊緣為正焦距。與本發明的先前技術相比較，本發明超薄型鏡頭的第一透鏡的有效焦距與系統整體的有效焦距滿足一定的設計條件，可使得此超薄型鏡頭的總長度變短、公差敏感度降低、製造成本減少。本發明的鏡頭的光圈是設置於第一透鏡與第二透鏡之間，可同時兼顧出瞳位置及光學特性的對稱性。本發明第三透鏡近軸的焦距為負，而愈往鏡片邊緣其焦距愈趨向正焦距，可矯正軸外像差。而且本發明的鏡頭僅由三片塑料透鏡組成，在滿足高解析度的情況下，可進一步降低鏡頭成本、減輕鏡頭重量。下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明超薄型鏡頭的結構示意圖。圖2A是本發明第一實施例的超薄型鏡頭所形成的縱向球差的曲線示意圖。圖2B是本發明第一實施例的超薄型鏡頭所形成的像場凹陷的曲線示意圖。圖2C是本發明第一實施例的超薄型鏡頭所形成的橫向色差的曲線示意圖。圖3A是本發明第二實施例的超薄型鏡頭所形成的縱向球差的曲線示意圖。圖3B是本發明第二實施例的超薄型鏡頭所形成的像場凹陷的曲線示意圖。圖3C是本發明第二實施例的超薄型鏡頭所形成的橫向色差的曲線示意圖。附圖標號說明超薄型鏡頭100光圈60第一透鏡10第二透鏡20第三透鏡30平板40成像面50具體實施方式請參照圖1所示，本發明超薄型鏡頭100從物方到像方依次包括第一透鏡10、光圈60、第二透鏡20、第三透鏡30、平板40及成像面50。第一透鏡10為一面凸一面凹的新月形正透鏡，其中凸面朝向物方，且至少有一面為非球面，主要用於截取影像並且平衡像差，其具有較大的聚焦力(Power),可使得整體光學處於較低公差敏感度。光圈60設置於第一透鏡10與第二透鏡20之間，可同時兼顧出瞳位置(ExitPupil)以及光學系統的對稱性，有利於平衡相差。第二透鏡20為一面凹一面凸的負透鏡，其中凸面超向像方，其主要功能在於補償色差及矯正軸外像差，其中至少一面為非球面，其聚焦力範圍很大，故其聚焦力對系統影響不大，且鏡片材料的選擇性影響不大。第三透鏡30為一負透鏡，具有至少一個非球面，主要功能在於矯正軸外像差，例如像散與畸變等，該第三透鏡的近軸焦距為負，但由於非球面的因素，使得愈往鏡片邊緣其焦距愈趨向正焦距，最終該鏡片邊緣的焦距變成正焦距。上述平板40是平板玻璃，其至少有一個表面上鍍覆一層具有特定功效(例如抗反射或紅外線過濾)的薄膜，以提高成像品質。成像面50為影像感測組件的表面，位於像方位置上，該影像感測組件可以是電荷耦合裝置(ChargeCoupledDevice,簡稱CCD)或是互補式金氧半導體(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor簡稱CMOS),或者其它等效的裝置。一般而言，在行動電話中，基於成本考慮，通常會採用CMOS組件。為達到縮短總長、降低公差敏感度及提高解析度的目的，本發明超薄型鏡頭1需滿足以下條件0.2<fl/F<1.2(1)在上述式子(1)中，F表示系統整體的有效焦距，fl表示第一透鏡10的有效焦距。當系統整體的有效焦距與第一透鏡10的有效焦距的比值大於上限(即1.2)時，該超薄型鏡頭100總長會變長，有背於鏡頭輕薄短小的需求，而當該比值小於下限(即0.2)時，第一透鏡10將承受系統大部分的聚焦力，導致其敏感度大幅增加，同時該第一透鏡10的邊厚亦會不足，不利於生產製造。在上述式子(2)中，除了代表系統整體有效焦距的F以外，R4代表第二透鏡20的物方曲率半徑，R5表示第二透鏡20的像方曲率半徑。當該比值超過上限值0.3時，軸外像差將不易矯正。本發明超薄型鏡頭100具有大視角(約為60度)、大孔徑數值(Fnumber)約1:2.8、低製造敏感度及低成本的特點。本發明超薄型鏡頭100由上述三個透鏡組成，這些透鏡可以全部採用塑料材質，藉此進一步降低鏡頭成本、減輕鏡頭重量。本發明超薄型鏡頭100的第一透鏡10、第二透鏡20及第三透鏡30均至少具有一個非球面的表面，其滿足下列非球面公式-z=-^-p+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16l+[l一(k+l)V,其中z為沿光軸方向在髙度為h的位置以表面頂點作參考距光軸的位移值；k為錐度常量；c為曲率半徑的倒數；h表示鏡片高度；A表示四次(她Order)的非球面係數(AsphericalCoefficient),B表示六次的非球面係數，C表示八次的非球面係數，D表示十次的非球面係數，E表示十二次的非球面係數，F表示十四次的非球面係數，G表示十六次的非球面係數。下面將具體結合本發明超薄型鏡頭100的不同實施例對本發明的鏡頭效果加以證明。其中所引用的表面序號l、2、3、4、5、6、7、8將分別代表第一透鏡10靠近於物方的表面、第一透鏡10靠近於像方的表面、光圈60、第二透鏡20靠近於物方的表面、第二透鏡20靠近於像方的表面、第三透鏡30靠近於物方的表面、第三透鏡30靠近於像方的表面、平板40靠近於物方的平面。本發明超薄型鏡頭100的第一實施例中各透鏡的相關參數如下表一所示表tableseeoriginaldocumentpage9在該第一實施例中，該第一透鏡IO、20的兩面均採用非球面設計，而第三透鏡30則僅在像方側採用非球面設計，其非球面係數的數值如下:表面序號1(第一透鏡10的物方側)k=-2.808703A=0.394320B=-0.197298C=0.311366D=-0.465009E=-0.047823F=0G=0表面序號2(第一透鏡10的像方側)k=15.762875A=-0.170336B=-0.491191C=0.531893D=0E=0F=0G=0表面序號4(第二透鏡20的物方側)k=0.879081A=0B=0C=0D=0E=0F=0G=0表面序號5(第二透鏡20的像方側)k=-0.147239A=0.104437B=-0.075964C=0.483990D=-0.700089E=0.479362F=0G=0表面序號7(第三透鏡40的像方側)k=15.582802A=-0.114284B=0.030517C=-0.010593D=-0.002220E=0.002440F=-0.000501G=0依照上述表一的各透鏡的參數，可得到該鏡頭的下列各參數值tableseeoriginaldocumentpage10依照上述參數設計的本發明第一實施例的超薄型鏡頭100的縱向球差、像場凹陷及橫向色差均可以得到有效校正，其光學表現如圖2A至2C圖所示。本發明超薄型鏡頭1的第二實施例的各透鏡的相關參數如下表二所示:表二tableseeoriginaldocumentpage10在該第二實施例中，該三個透鏡IO、20及30的兩面均採用非球面設計，其非球面係數的數值如下表面序號1(第一透鏡10的物方側)k=-2.716889A=0.405953B=-0.18833400.397581D=-0.316209E=0.026571F=0G=0表面序號2(第一透鏡10的像方側)k=16.325236A=-0.085681B=-0.582083C=0.147439D=0E=0F=0G=0表面序號4(第二透鏡20的物方側)k=0.738850A=0.068129B=-1.863102C=15.080392D=-47.161189E=0F=0表面序號5(第二透鏡20的像方側)k=17.7129919891044A=-0.0034585186132C=-0.0228896924796D=-0.0009122530641表面序號6(第三透鏡30的物方側)k=-0.246528A=0.068129B=-1.863102D=-47.161189E=0F=0表面序號7(第三透鏡30的像方側)k=-50.613236A=-0.108108B=0.027554D=-0.002145E=0.002452F=-0.000495G=0B=0.037882875996E=0F=0G=0O15.080392G=0C=-0.010052G=0依照上述表二的各透鏡的參數，可得到該鏡頭的下列各參數值:系統的有效焦距(F)3.642mm孔徑值(F-number)2.88系統總長(TT)4.08mmfl2.416fl/F0.663IR5曙R4I/TT0.063依照上述參數設計的本發明第二實施例的超薄型鏡頭1的縱向球差、像場凹陷及橫向色差均可以得到有效校正，其光學表現如圖3A至圖3C圖所示。以上所述者僅為本發明的較佳實施方式，凡本
技術領域：
的人員依本發明的精神所作的等效修飾或變化，皆涵蓋於權利要求的範圍內。權利要求1.一種超薄型鏡頭，其特徵在於，其依次包括有具有正屈光率的第一透鏡、光圈、具有負屈光率的第二透鏡、具有負屈光率的第三透鏡，其中該三個透鏡均為塑料透鏡，且均具有至少一個非球面的表面，第三透鏡的近軸的焦距為負，愈往鏡片邊緣其焦距愈趨向正焦距。2.如權利要求1所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，所述超薄型鏡頭滿足下列條件.-0.2<fl/F<l,2其中F表示系統整體的有效焦距，fl表示第一透鏡的有效焦距。3.如權利要求1或2所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，所述超薄型鏡頭滿足下列條件其中F表示系統整體的有效焦距，R4表示第二透鏡的物方曲率半徑，R5系表示第二透鏡的像方曲率半徑。4.如權利要求1所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，第一、第二及第三透鏡均為雙面非球面透鏡。5.如權利要求1所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，第一與第二透鏡為雙面非球面透鏡，而第三透鏡的像側面為非球面透鏡。6.如權利要求1所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，在第三透鏡的像方側還設有平板玻璃。7.如權利要求1所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，在鏡頭的成像位置處設置有影像感測組件。8.如權利要求1所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，第一透鏡是一面凹一面凸的正透鏡，其凸面朝向物方。9.如權利要求1所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，第二透鏡是一面凹一面凸的負透鏡，其凸面朝向像方。10.如權利要求1所述的超薄型鏡頭，其特徵在於，第三透鏡的邊緣為正焦距。全文摘要本發明涉及一種超薄型鏡頭，其從物方至像方依次包含有具有正屈光率的第一透鏡、光圈、具有負屈光率的第二透鏡、以及具有負屈光率的第三透鏡，其中該第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡各具有至少一個非球面的表面；第三透鏡的近軸的焦距為負，但由於非球面的因素，使得愈往鏡片邊緣其焦距愈趨向正焦距。此超薄型鏡頭的第一透鏡與系統有效焦距之間，以及第二透鏡與系統有效焦距之間滿足特定的設計條件，因此使得此超薄型鏡頭的總長縮短、公差敏感度降低、製造成本減低。文檔編號G02B13/18GK101266327SQ20071008769公開日2008年9月17日申請日期2007年3月16日優先權日2007年3月16日發明者廖陳成申請人:亞洲光學股份有限公司