专利名称：薄型化摄像透镜组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透镜组，尤其涉及一种薄型化摄像透镜组。
背景技术：
最近几年来，随着照相手机的兴起，摄影镜头的长度逐渐缩小，而一般数字相机的感光组件不外乎是CMOS或CCD两种，由于半导体制程技术的进步，感光组件的画素大小由早期的7.4um减少至目前的1.75um，这使得薄型化摄像透镜组的需求更为殷切。
现有技术的手机镜头，为考虑像差的补正，多采用三枚式透镜结构，其中最普遍的为正负正Triplet型式，但是，当镜头的长度由5mm缩小至3mm以下时，光学系统体积缩小，使得欲将三枚透镜置入此空间变得困难，而透镜厚度也必须缩小，使得以塑料射出成型制作的透镜其材质的均匀度不良。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效缩小镜组体积，更能同时获得较高的解像力的薄型化摄像透镜组。
为解决上述技术问题，本发明提供一种由二枚透镜配合光圈构成的摄像透镜组，包括 一薄型化摄像透镜组，由二片具屈折力的透镜构成，由物侧至像侧依序为 具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且其前表面、后表面皆为非球面； 具负屈折力的第二透镜，其前表面、后表面皆为凹面，其前表面、后表面皆为非球面，且其后表面设置有反曲点； 其中，该薄型化摄像透镜组的光圈设置于该第一透镜之前，用于控制薄型化摄像透镜组的亮度。
在本发明薄型化摄像透镜组中，系统的屈折力主要由具有正屈折力的第一透镜提供，具有负屈折力的第二透镜的作用，如补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各项像差。
在本发明薄型化摄像透镜组中，具有正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，具有负屈折力的第二透镜，其前表面、后表面皆为凹面，由于以上的配置，可以有效提高成像质量。
由第一透镜提供强大的正屈折力，并且将光圈置于薄型化摄像透镜组的物体侧，将使得薄型化摄像透镜组的出射瞳(Exit Pupil)远离成像面，因此，光线将以接近垂直入射的方式入射在感光组件上，即为像侧的Telecentric特性，此特性对于当前固态感光组件的感光能力是极为重要的，将使得感光组件的感光敏感度提高，减少薄型化摄像透镜组会产生暗角的可能性。而在第二透镜后表面设置有反曲点，将更有效地压制离轴视场的光线入射于感光组件上的角度。
在本发明薄型化摄像透镜组中，透镜的材质可为玻璃或塑料，但由于镜面上设置非球面，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变量，用以消减像差，进而缩减透镜使用的数目，因此可以有效降低薄型化摄像透镜组的总长度。
在本发明薄型化摄像透镜组中，第一透镜的焦距为f1，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，两者满足下记关系式 0.8＜f/f1＜1.5； 若f/f1小于上述关系式之下限值，则薄型化摄像透镜组的屈折力不足，使得光学总长度过长，而且对于压制光线入射感光组件上的角度较为困难。若f/f1大于上述关系式之上限值，则系统的高阶像差将过大。进一步来说，使f/f1满足如下关系则较为理想 1.0＜f/f1＜1.2。
在本发明薄型化摄像透镜组中，第二透镜的焦距为f2，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，两者满足下记关系式 -0.55＜f/f2＜-0.05； 若f/f2小于上述关系式之下限值，则薄型化摄像透镜组的总长度将过长，此与薄型化摄像透镜组小型化的目标相违背。若f/f2大于上述关系式之上限值，则薄型化摄像透镜组的色差将难以修正。进一步来说，使f/f2满足下记关系则较为理想 -0.35＜f/f2＜-0.05； 更进一步来说，使f/f2满足下记关系则较为理想 -0.3＜f/f2＜-0.2。
在本发明薄型化摄像透镜组中，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，入射瞳(Entrance Pupil)开口直径为EPD，满足下记关系式 f/EPD＜3.6； 前述关系可以有效增强薄型化摄像透镜组的亮度，并加快系统取像时的反应时间。
在本发明薄型化摄像透镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，两者满足下记关系 0.4＜R1/R2＜0.7； 当R1/R2低于上述关系式之下限值，薄型化摄像透镜组产生的像散(Astigmatism)将难以修正，另一方面，当R1/R2高于上述关系式之上限值，对于薄型化摄像透镜组中的球差(Spherical Aberration)的修正较为困难。
在本发明薄型化摄像透镜组中，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，两者满足如下关系 -2.5＜R3/R4＜-0.1； 当R3/R4低于上述关系式的下限值，第二透镜前表面的曲率变得相对较小，薄型化摄像透镜组产生的色差将难以修正，另一方面，当R3/R4高于上述关系式之上限值时，第二透镜前表面的曲率变得相对较大，薄型化摄像透镜组的光学总长度将过长。若使R3/R4满足下记关系，则较为理想 -0.5＜R3/R4＜-0.1。
薄型化摄像透镜组中，具正屈折力的第一透镜，其折射率为N1，满足如下关系 1.53＜N1＜1.56； 上述关系可使薄型化摄像透镜组获得良好的光学质量。
在本发明薄型化摄像透镜组中，第一透镜的色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜的色散系数(Abbe Number)为V2，两者满足如下关系 |V1-V2|＜10； 前述关系可以有效修正系统产生的像散与慧差(Coma)，提高薄型化摄像透镜组的解像力。若欲更进一步修正系统的色差(ChromaticAberration)则V2须满足如下关系 V2＜32。
在本发明薄型化摄像透镜组中，第二透镜的中心厚度为CT2，满足如下关系 CT2＜1.8[mm]； 上述关系有利于降低薄型化摄像透镜组的总长度。
在本发明薄型化摄像透镜组中，第一透镜与该第二透镜的镜间距为T12，满足如下关系式 0.2＜T12/f＜0.32； 上述关系有利于修正薄型化摄像透镜组的高阶像差，同时可以维持薄型化摄像透镜组小型化的特性。
在本发明薄型化摄像透镜组中，第二透镜后表面有效径位置的镜面角度为ANG22，满足下记关系式 ANG22＜-50[deg]； 其镜面角度的方向定义为当周边有效径位置的镜面角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径位置的镜面角度向物侧倾斜则定义为负。
前述关系可以有效缩小光线入射感光组件的角度，并且可以增强薄型化摄像透镜组修正轴外像差的能力。
在本发明薄型化摄像透镜组中，该薄型化摄像透镜组之被摄物成像于电子感光组件，且薄型化摄像透镜组的光学总长度为TL，薄型化摄像透镜组的成像高度为ImgH，满足下记关系 TL/ImgH＜1.9； 上述关系可以维持薄型化摄像透镜组小型化的特性。
本发明的薄型化摄像透镜组，透镜结构及排列方式可以有效缩小镜组体积，更能同时获得较高的解像力。
图1是实施例1光学系统示意图； 图2是实施例1的像差曲线图； 图3是实施例2光学系统示意图； 图4是实施例2的像差曲线图； 图5是实施例3光学系统示意图； 图6是实施例3的像差曲线图。
其中，第一透镜为10；前表面为11；后表面为12；第二透镜为20；前表面为21；后表面为22；薄型化摄像透镜组的光圈为30；红外线滤除滤光片为40；感光组件保护玻璃为50；成像面为60；第一透镜焦距为f1；第二透镜焦距为f2；整体薄型化摄像透镜组焦距为f；入射瞳开口直径为EPD；第一透镜前表面曲率半径为R1；第一透镜后表面曲率半径为R2；第二透镜前表面曲率半径为R3；第二透镜后表面曲率半径为R4；第一透镜折射率为N1；第一透镜色散系数为V1；第二透镜色散系数为V2；第二透镜的中心厚度为CT2；第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12；第二透镜后表面有效径位置的镜面角度为ANG22；整体薄型化摄像透镜组的光学总长度为TL；整体薄型化摄像透镜组的成像高度为ImgH。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1 本发明实施例1如图1所示，实施例1的像差曲线如图2所示。实施例1的薄型化摄像透镜组主要构造由二枚具屈折力的透镜所构成，由物侧至像侧依序为 一具正屈折力的第一透镜10，其前表面11为凸面，后表面12为凹面，其材质为塑料，其前表面11、后表面12皆为非球面； 一具负屈折力的第二透镜20，其前表面21、后表面22皆为凹面，其材质为塑料，其前表面21、后表面22皆为非球面，且后表面22设置有反曲点； 一光圈30，位于第一透镜10之前，用于控制薄型化摄像透镜组的亮度； 另包含有一红外线滤除滤光片40(IR Filter)，置于第二透镜20之后，其不影响系统的焦距； 另包含有一感光组件保护玻璃50(Sensor Cover Glass)，置于红外线滤除滤光片40之后，其不影响系统的焦距； 一成像面60，置于感光组件保护玻璃50之后。
前述非球面曲线的方程式表示如下 X(Y)＝(Y2/R)/(1+sqrt(1-(1+k)*(Y/R)2))+A4*Y4+A6*Y6+… 其中 X透镜的截面距离 Y非球面曲线上的点距离光轴的高度 k锥面系数 A4、A6、……4阶、6阶、……的非球面系数。
实施例1薄型化摄像透镜组中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，入射瞳开口直径为EPD，其关系为f/f1＝1.11、f/f2＝-0.24、f/EPD＝2.85。
实施例1薄型化摄像透镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，其关系为R1/R2＝0.52、R3/R4＝-0.24。
实施例1薄型化摄像透镜组中，第一透镜的折射率为N1，其关系为N1＝1.543。
实施例1薄型化摄像透镜组中，第一透镜的色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜的色散系数为V2，其关系为|V1-V2|＝0、V2＝60.3。
实施例1薄型化摄像透镜组中，第二透镜的中心厚度为CT2，第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，其关系为CT2＝1.385[mm]、T12/f＝0.24。
实施例1薄型化摄像透镜组中，第二透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG22，其关系为ANG22＝-70.4[deg.]。
镜面角度的方向定义为『当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负』。
实施例1薄型化摄像透镜组中，薄型化摄像透镜组的光学总长为TL，薄型化摄像透镜组的成像高度为ImgH，其关系为TL/ImgH＝1.81。
实施例1详细的结构数据如同表一所示，其非球面数据如同表二所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。
表一和表二为对应实施例1的薄型化摄像透镜组实施例的不同数值变化表。
表一
表二
实施例2 本发明实施例2请参阅图3，实施例2的像差曲线请参阅图4。实施例2的薄型化摄像透镜组主要构造由二枚具屈折力的透镜所构成，由物侧至像侧依序为 一具正屈折力的第一透镜10，其前表面11为凸面，后表面12为凹面，其材质为塑料，其前表面11、后表面12皆为非球面； 一具负屈折力的第二透镜20，其前表面21、后表面22皆为凹面，其材质为塑料，其前表面21、后表面22皆为非球面，且后表面22设置有反曲点； 一光圈30，位于第一透镜10之前，用于控制薄型化摄像透镜组的亮度； 另包含有一红外线滤除滤光片40(IR Filter)，置于第二透镜20之后，其不影响系统的焦距； 另包含有一感光组件保护玻璃50(Sensor Cover Glass)，置于红外线滤除滤光片40之后，其不影响系统的焦距； 一成像面60，置于感光组件保护玻璃50之后。
实施例2非球面曲线方程式的表示如同实施例1的形式。
实施例2薄型化摄像透镜组中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，入射瞳开口直径为EPD，其关系为f/f1＝1.07、f/f2＝-0.21、f/EPD＝2.87。
实施例2薄型化摄像透镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，其关系为R1/R2＝0.59、R3/R4＝-2.24。
实施例2薄型化摄像透镜组中，第一透镜的折射率为N1，其关系为N1＝1.543。
实施例2薄型化摄像透镜组中，第一透镜的色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜的色散系数为V2，其关系为|V1-V2|＝0、V2＝60.3。
实施例2薄型化摄像透镜组中，第二透镜的中心厚度为CT2，第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，其关系为CT2＝1.188[mm]、T12/f＝0.28。
实施例2薄型化摄像透镜组中，第二透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG22，其关系为ANG22＝-63.7[deg.]。
镜面角度的方向定义为『当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负』。
实施例2薄型化摄像透镜组中，薄型化摄像透镜组的光学总长为TL，薄型化摄像透镜组的成像高度为ImgH，其关系为TL/ImgH＝1.82。
实施例2详细的结构数据如同表三所示，其非球面数据如同表四所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。
表三和表四为对应实施例2的薄型化摄像透镜组实施例的不同数值变化表。
表三
表四
实施例3 本发明实施例3请参阅图5，实施例3的像差曲线请参阅图6。实施例3的薄型化摄像透镜组主要构造由二枚具屈折力的透镜所构成，由物侧至像侧依序为 一具正屈折力的第一透镜10，其前表面11为凸面，后表面12为凹面，其材质为塑料，其前表面11、后表面12皆为非球面； 一具负屈折力的第二透镜20，其前表面21、后表面22皆为凹面，其材质为塑料，其前表面21、后表面22皆为非球面，且后表面22设置有反曲点； 一光圈30，位于第一透镜10之前，用于控制薄型化摄像透镜组的亮度； 另包含有一红外线滤除滤光片40(IR Filter)，置于第二透镜20之后，其不影响系统的焦距； 另包含有一感光组件保护玻璃50(Sensor Cover Glass)，置于红外线滤除滤光片40之后，其不影响系统的焦距； 一成像面60，置于感光组件保护玻璃50之后。
实施例3非球面曲线方程式的表示如同实施例1的形式。
实施例3薄型化摄像透镜组中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，入射瞳开口直径为EPD，其关系为f/f1＝1.12、f/f2＝-0.28、f/EPD＝2.85。
实施例3薄型化摄像透镜组中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，其关系为R1/R2＝0.51、R3/R4＝-0.37。
实施例3薄型化摄像透镜组中，第一透镜的折射率为N1，其关系为N1＝1.543。
实施例3薄型化摄像透镜组中，第一透镜的色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜的色散系数为V2，其关系为|V1-V2|＝30.1、V2＝30.2。
实施例3薄型化摄像透镜组中，第二透镜的中心厚度为CT2，第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，其关系为CT2＝1.348[mm]、T12/f＝0.25。
实施例3薄型化摄像透镜组中，第二透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG22，其关系为ANG22＝-69.1[deg.]。
镜面角度的方向定义为『当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负』。
实施例3薄型化摄像透镜组中，薄型化摄像透镜组的光学总长为TL，薄型化摄像透镜组的成像高度为ImgH，其关系为TL/ImgH＝1.81。
实施例3详细的结构数据如同表五所示，其非球面数据如同表六所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。
表五和表六为对应实施例3的薄型化摄像透镜组实施例的不同数值变化表。
表五
表六
表一至表六所示为薄型化摄像透镜组实施例的不同数值变化表，本发明各个实施例的数值变化皆属实验所得，即使使用不同数值，相同结构的产品仍应属于本发明的保护范畴。表七为各个实施例对应本发明相关方程式的数值资料。
表七
权利要求
1、一种薄型化摄像透镜组，其特征在于包括二片具屈折力的透镜及一光圈，由物侧至像侧，依序为
具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且其前表面、后表面皆为非球面；
具负屈折力的第二透镜，其前表面、后表面皆为凹面，其前表面、后表面皆为非球面，且其后表面设置有反曲点；以及一光圈设置于所述第一透镜之前；
所述第二透镜的焦距为f2，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，入射瞳开口直径为EPD，满足下列关系式
-0.55＜f/f2＜-0.05
f/EPD＜3.6。
2、如权利要求1所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第一透镜的材质为塑料。
3、如权利要求1或2所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第二透镜的材质为塑料。
4、如权利要求3所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第一透镜的焦距为f1，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，两者满足下列关系式
0.8＜f/f1＜1.5。
5、如权利要求4所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第一透镜的焦距为f1，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，两者满足下列关系式
1.0＜f/f1＜1.2。
6、如权利要求3所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第二透镜的焦距为f2，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，两者满足下列关系式
-0.35＜f/f2＜-0.05。
7、如权利要求6所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于第二透镜的焦距为f2，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，两者满足下列关系式
-0.3＜f/f2＜-0.2。
8、如权利要求3所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，两者满足下列关系式
0.4＜R1/R2＜0.7。
9、如权利要求8所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，两者满足下列关系式
-2.5＜R3/R4＜-0.1。
10、如权利要求9所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第二透镜的前表面曲率半径为R3，第二透镜的后表面曲率半径为R4，两者满足下列关系式
-0.5＜R3/R4＜-0.1。
11、如权利要求2所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第一透镜的折射率为N1，满足下列关系式
1.53＜N1＜1.56。
12、如权利要求3所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第一透镜的色散系数为V1，所述第二透镜的色散系数为V2，满足下列关系式
|V1-V2|＜10。
13、如权利要求3所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第二透镜的色散系数为V2，满足下列关系式
V2＜32。
14、如权利要求6所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第二透镜的中心厚度为CT2，满足下列关系式
CT2＜1.8mm。
15、如权利要求1所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第一透镜与所述第二透镜之间的镜间距为T12，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，两者满足下列关系式
0.2＜T12/f＜0.32。
16、如权利要求1所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述第二透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG22，满足下列关系式
ANG22＜-50deg.。
17、如权利要求1所述的薄型化摄像透镜组，其特征在于所述薄型化摄像透镜组的被摄物成像于电子感光组件，且薄型化摄像透镜组的光学总长为TL，薄型化摄像透镜组的成像高度为ImgH，两者满足下列关系式TL/ImgH＜1.9。
全文摘要
本发明公开了一种薄型化摄像透镜组，由二片具屈折力的透镜构成，由物侧至像侧，首先配置一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，且其前表面、后表面皆为非球面；另外配置有一具负屈折力的第二透镜，其前表面、后表面皆为凹面且皆为非球面，且其后表面设置有反曲点；其中，该薄型化摄像透镜组的光圈设置于该第一透镜之前，用于控制薄型化摄像透镜组的亮度；该薄型化摄像透镜组中，该第二透镜的焦距为f2，整体薄型化摄像透镜组的焦距为f，入射瞳开口直径为EPD，满足下列关系式-0.55＜f/f2＜-0.05f/EPD＜3.6；藉此结构、排列方式与配置可以有效缩小镜组体积，更能同时获得较高的解像力。
文档编号G02B1/04GK101324695SQ20071012647
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月13日 优先权日2007年6月13日
发明者汤相岐 申请人:大立光电股份有限公司