专利名称：取像镜头组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种取像镜头组；特别涉及一种由三个透镜构成的取像镜头组，应用于小型电子产品上。
背景技术：
在数位相机(DigitalStill Camera)、行动电话镜头(Mobile Phone Camera)、网络相机(Web Camera)等小型电子设备上常装设有取像镜头组，用来对物体进行摄像，取像镜头组发展的主要趋势为朝向小型化、低成本，但同时也希望能达到具有良好的像差修正能力，具高分辨率、高成像质量的取像镜头组。应用于小型电子产品的取像镜头，现有技术中有二镜片式、三镜片式、四镜片式及 五镜片式以上的不同设计，四镜片式及五镜片式取像镜头组虽在像差修正、光学传递函数MTF (Modulation Transfer Function)的性能上较具优势,但其成本较高,而二镜片取像镜头组则较难达到高分辨率的要求；因此，三镜片式的取像镜头组常为优先考虑的设计，如美国专利 US7, 468，847、US7, 679，841，WIPO 专利 W02010026689 等。在三镜片式的取像镜头组中，最接近成像面的第三透镜常需要具有较高的像差修正能力与较高的屈折力，因此使用双凸形的第三透镜可提供较高的屈折力。现有技术中第三透镜采用正屈折力的双凸透镜，如美国专利号US7, 710，662、US7, 423，817、US7, 301，712等，主要采用正屈折力、负屈折力与正屈折力的组合设计；然而这些所公开的技术，最接近物侧的第一透镜提供的正屈折力仍然不足，不足以提供更多的聚光能力，或负屈折力的第二透镜的屈折力不足够，难以修正第一透镜聚集的光线。为达到高质量取像镜头组的要求，应有更佳的设计以对像差进行良好的补偿，且可限制取像镜头组的全长，以应用于小型电子设备使用。为此，本发明提出更实用性的设计，利用三个透镜的屈折力、凸面与凹面的组合，除在高质量的成像能力下，且容易实现量产以降低成本，应用在电子产品上。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种取像镜头组，沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含第一透镜、第二透镜、第三透镜；还包含一光圈；其中，第一透镜具有正屈折力，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面；第二透镜具有负屈折力，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面；第三透镜具有正屈折力，其第三透镜为双凸透镜，并满足下列关系式I. 0 < f/fi < I. 9(1)其中，f为取像镜头组的焦距，f:为第一透镜的焦距。另一方面，本发明提供一种取像镜头组，如前所述，其中，第二透镜与第三透镜可由塑料材料制成；第二透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面;第三透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面，且至少有一光学面设置有至少一个反曲点，除满足式(I)外，并进一步满足下列关系式之一或其组合0. 90 < SL/TTL < I. 20 (2)
较佳地，I.2 < f/f, < I. 6(3)0. 3 < I R3/R41 <0.8 (4)24 < v「v2 < 40 (5)-0. 7 < R5/R6 < 0 (6)0. 6 < |f2|/f3 < 0. 9(7)其中，SL为光轴上光圈至取像镜头组的成像面的距离，TTL为第一透镜的物侧光学面至成像面在光轴上的距离，f为取像镜头组的焦距，f为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，R3为第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径，R4为第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径，R5为第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径，R6为第三透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径，V1为第一透镜的色散系数，V2为第二 透镜的色散系数。再一方面，本发明提供一种取像镜头组，如前所述，其中，第二透镜与第三透镜可由塑料材料制成；第二透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面;第三透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面，且至少有一光学面设置有至少一个反曲点；除满足式(I)外，并进一步满足下列关系式0. 03 < CT2/f < 0. 13(8)其中，CT2为第二透镜在光轴上的厚度，f为取像镜头组的焦距。本发明的另一个主要目的是提供一种取像镜头组，沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含第一透镜、第二透镜、第三透镜；还包含一光圈；其中，第一透镜具有正屈折力，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面；第二透镜具有负屈折力；第三透镜具有正屈折力，其第三透镜为双凸透镜，并满足下列关系式R3/R4| < I. 3(9)-0. 7 < R5/R6 < 0 (6)其中，R3为第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径，R4为第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径，R5为第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径，R6为第三透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径。另一方面，本发明提供一种取像镜头组，如前所述，其中，第二透镜与第三透镜可由塑料材料制成；第二透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面;第三透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面，且至少有一光学面设置有至少一个反曲点，除满足式(9)及(6)外，并进一步满足下列关系式之一或其组合0. 15 < lXJf < 0. 30 (10)I. 2 < f/fi < I. 6(3)0. 3 < I R3/R41 <0.8 (4)0. 03 < CT2/f < 0. 13 (8)24 < V1-V2 < 40 (5)其中，f为取像镜头组的焦距，fi为第一透镜的焦距，T12为在光轴上第一透镜的像侧光学面至第二透镜的物侧光学面的距离，R3为第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径，R4为第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径，CT2为第二透镜在光轴上的厚度，V1为第一透镜的色散系数，V2为第二透镜的色散系数。
再一方面，本发明提供一种取像镜头组，如前所述，其中，第二透镜的物侧光学面为凹面、像侧光学面为凸面。本发明的再一个主要目的是提供一种取像镜头组，沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜、第三透镜；还包含一光圈；其中，第一透镜具有正屈折力，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面；第二透镜具有负屈折力，由塑料材质制成，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面，第二透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面；第三透镜具有正屈折力，是由塑料材质所制成的双凸透镜，其物侧光学面与像侧光学面，至少有一光学面为非球面，且至少有一光学面设置有至少一个反曲点，并满足下列关系式-0. 7 < R5/R6 < 0 (6)其中，R5为第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径，R6为第三透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径。
再一方面，本发明提供一种取像镜头组，如前所述，除满足式(6)外，进一步满足下列关系式之一或其组合I. 0 < f/fi < I. 9(1)0. 3 < I R3/R41 <0.8 (4)24 < V1-V2 < 40 (5)0. 90 < SL/TTL < I. 20 (2)其中，f为取像镜头组的焦距，f:为第一透镜的焦距，R3为第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径，R4为第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径，V1为第一透镜的色散系数，V2为第二透镜的色散系数，SL为光轴上光圈至取像镜头组的成像面的距离，TTL为第一透镜的物侧光学面至成像面在光轴上的距离。本发明通过上述的第一透镜、第二透镜与第三透镜，在光轴上以适当的间距组合配置，可在较大的场视角下，具有良好的像差修正与具有优势的光学传递函数MTF(Modulation Transfer Function)。本发明的取像镜头组中，第一透镜具较强的正屈折力，第二透镜具负屈折力，可有效对具正屈折力的第一透镜所产生的像差做补正，修正系统的佩兹伐和数(Petzval Sum),使周边像面变得更平，且同时有利于修正系统的色差；第三透镜采用正屈折力的双凸透镜，可增加幅度并可有效对第一透镜与第二透镜所产生的像差做补正，使整体取像镜头组像差与畸变能符合高分辨率的要求。本发明的取像镜头组中，可增加设置一光圈，光圈可设置于第一透镜与被摄物之间为前置光圈，可将取像镜头组的出射瞳(exit pupil)与成像面产生较长的距离，影像可采用直接入射的方式由影像感测组件所接收，除避免暗角发生外，如此即为像侧的远心(telecentric)效果；通常远心效果可提高成像面的亮度，可增加影像感测组件的C⑶或CMOS接收影像的速度。本发明的取像镜头组中，第三透镜可设置有反曲点，可导引射出第三透镜边缘的影像光线的角度，使离轴视场的影像光线的角度导引至影像感测组件，由影像感测组件所接收。另第二透镜像侧光学面设为凸面，经与凸面在物侧的第三透镜组合，可有效提高取像镜头组的幅度，并缩短取像镜头组的全长，以应用于小型电子设备。
图IA是本发明实施例一的取像镜头组示意图；图IB是本发明实施例一的像差曲线图；图2A是本发明实施例二的取像镜头组示意图；图2B是本发明实施例二的像差曲线图；图3A是本发明实施例三的取像镜头组示意图；图3B是本发明实施例三的像差曲线图；图4A是本发明实施例四的取像镜头组示意图；
图4B是本发明实施例四的像差曲线图；图5A是本发明实施例五的取像镜头组示意图；图5B是本发明实施例五的像差曲线图；图6A是本发明实施例六的取像镜头组示意图；图6B是本发明实施例六的像差曲线图；图7A是本发明实施例七的取像镜头组示意图；以及图7B是本发明实施例七的像差曲线图。附图标号说明100、200、300、400、500、600、700 :光圈；110、210、310、410、510、610、710 :第一透镜；111、211、311、411、511、611、711 :第一透镜的物侧光学面；112、212、312、412、512、612、712 :第一透镜的像侧光学面；120、220、320、420、520、620、720 :第二透镜；121、221、321、421、521、621、721 :第二透镜的物侧光学面；122、222、322、422、522、622、722 :第二透镜的像侧光学面；130、230、330、430、530、630、730 :第三透镜；131、231、331、431、531、631、731 :第三透镜的物侧光学面；132、232、332、432、532、632、732 :第三透镜的像侧光学面；160、260、360、460、560、660、760 :红外线滤除滤光片；170、270、370、470、570、670、770 :成像面；180、280、380、480、580、680、780 :影像感测组件；f :取像镜头组的焦距；f::第一透镜的焦距；f2 :第二透镜的焦距；f3 :第三透镜的焦距；f3 :第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径；f4 :第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径；R5 :第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径；R6 :第三透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径；T12 :在光轴上第一透镜的像侧光学面至第二透镜的物侧光学面的距离；
CT2 :第二透镜在光轴上的厚度；SL :光圈至成像面在光轴上的距离；V1 :第一透镜的色散系数；V2 :第二透镜的色散系数；TTL :光轴上第一透镜的物侧光学面至成像面的距离；Fno:光圈值；以及HFOV :最大场视角的一半。
具体实施方式
本发明提供一种取像镜头组，请参阅图1A，取像镜头组沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含第一透镜(110)、第二透镜(120)及第三透镜(130);其中，第一透镜(110)具有正屈折力，其物侧光学面(111)为凹面、其像侧光学面(112)为凸面；第二透镜(120)为具负屈折力，其物侧光学面(121)为凹面、其像侧光学面(122)为凸面；第三透镜(130)为具正屈折力，其物侧光学面(131)与像侧光学面(132)皆为凸面；取像镜头组还包含一光圈(100)与一红外线滤除滤光片(160)，光圈(100)设置在第一透镜(110)与被摄物之间，为前置光圈；红外线滤除滤光片(160)设置在第三透镜(130)与成像面(170)之间，通常为平板光学材料制成，不影响本发明取像镜头组的焦距；取像镜头组还包含一影像感测组件
(180)，设置于成像面(170)上，可将被摄物成像。第一透镜(110)、第二透镜(120)及第三透镜(130)的非球面光学面，其非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)如式(11)所示，X(Y) =(^) , ， + 1(4)-(^) 0n
\ + ^(\-(\ + K)(Y/R)2) ,丄 J其中，X表示非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上顶点的切面的相对
高度；Y表示非球面曲线上的点与光轴的距离；R表示光学面在近轴上的曲率半径；K表示锥面系数；以及Ai表示第i阶非球面系数。在本发明取像镜头组中，第一透镜(110)、第二透镜(120)、第三透镜(130)的材质可为玻璃或塑料，光学面可设置球面或非球面，若使用非球面的光学面，则可通过光学面的曲率半径改变其屈折力，用以消减像差，进而缩减取像镜头组透镜使用的数目，可以有效降低取像镜头组的总长度。由此，本发明的取像镜头组通过前述的第一透镜(110)、第二透镜
(120)及第三透镜(130)的配置，满足关系式(I) 1.0 < f/f, < I. 9，其中，f为取像镜头组的焦距，为第一透镜(110)的焦距；当限制第一透镜(110)的焦距与取像镜头组的焦距f 的比值时，可使第一透镜(110)具有更短的焦距长度，可适当调配第一透镜(110)的屈折力，若第一透镜(110)的焦距过小，则取像镜头组的总长度将过长，而且取像镜头组使光线进入影像感测组件(180)的角度较大，若第一透镜(110)的焦距过大，则取像镜头组的视场角将过小。
又，在本发明的取像镜头组中，当限制式(4)时，即0.3 < |R3/R4| <0.8，其中，R3为第二透镜(120)的物侧光学面(121)在近轴上的曲率半径，R4为第二透镜(120)的像侧光学面(122)在近轴上的曲率半径，使第二透镜(120)的物侧光学面(121)与像侧光学面(122)之间的面型与曲率加大，以增加像差修正能力；当第三透镜(130)满足式(6)时，即-0. 7<R5/R6<0，其中，R5为第三透镜(130)的物侧光学面(131)在近轴上的曲率半径，R6为第三透镜(130)的像侧光学面(132)在近轴上的曲率半径，使第三透镜(130)的像侧光学面(132)的曲率半径R6加大，减少近轴的像差，并可使反曲点趋向透镜边缘，有利于离轴的球差(Spherical Aberration)补正。当满足式(5)时，即24 < V1-V2 < 40,其中，V1为第一透镜(110)的色散系数,V2为第二透镜(120)的色散系数,可有利于取像镜头组中色差的修正；若限制第二透镜(120)在光轴上的厚度CT2与取像镜头组的焦距f的比值式(8)，即，0. 03 < CT2Zf < 0. 13，其中，CT2为第二透镜(120)在光轴上的厚度，可限制取像镜头组的全长;同样的，当满足式(10)时，即0. 15 < T12" < 0. 30，其中，T12为在光轴上第一透镜
(110)的像侧光学面(112)至第二透镜(120)的物侧光学面(121)的距离，在单位长度的取像镜头组的焦距f下，可减少第一透镜(110)的像侧光学面(112)至第二透镜(120)的物 侧光学面(121)的距离T12，可降低取像镜头组的全长。本发明取像镜头组将通过以下具体实施例配合附图予以详细说明。<实施例一 >本发明实施例一的取像镜头组示意图请参阅图1A，实施例一的像差曲线请参阅图1B。实施例一的取像镜头组主要由三片透镜、光圈(100)及红外线滤除滤光片(160)所构成；在光轴上，由物侧至像侧依次包含一光圈(100);—具正屈折力的第一透镜(110)，是由塑料材质所制成，其物侧光学面(111)为凹面、其像侧光学面(112)为凸面，所述第一透镜(110)的物侧光学面(111)及像侧光学面(112)皆为非球面；一具负屈折力的第二透镜(120)，由塑料材质所制成，其物侧光学面(121)为凹面、其像侧光学面(122)为凸面，所述第二透镜(120)的物侧光学面(121)及像侧光学面(122)皆为非球面；一具正屈折力的第三透镜(130)，是由塑料材质制造的双凸透镜，所述第三透镜(130)的物侧光学面(131)与像侧光学面(132)皆为非球面，且至少一光学面设有至少有一反曲点；一由玻璃材质制成的红外线滤除滤光片(160)，为平板玻璃，用以调整成像的光线波长区段；以及影像感测组件(180)，设置于成像面(170)上，经由所述三片透镜、光圈(100)及红外线滤除滤光片
(160)的组合，可将被摄物在成像面(170)上成像。表一、本实施例一的光学数据
权利要求
1.一种取像镜头组，其特征在于，沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含 一具正屈折力的第一透镜，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面； 一具负屈折力的第二透镜，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面；以及 一具正屈折力的第三透镜，其物侧光学面为凸面、其像侧光学面为凸面；其中，所述取像镜头组的焦距为f，所述第一透镜的焦距为，满足下列关系式1.O < f/fi < I. 9。
2.如权利要求I所述的取像镜头组，其特征在于，所述的第二透镜与所述的第三透镜是由塑料材料制成；所述第二透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面；所述第三透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面，且至少有一光学面设置有至少ー个反曲点。
3.如权利要求2所述的取像镜头组，其特征在于，还包含一光圈；其中，所述光圈至所述取像镜头组的一成像面在光轴上的距离为SL，所述第一透镜的物侧光学面至所述成像面在光轴上的距离为TTL,满足下列关系式0.90 < SL/TTL < I. 20。
4.如权利要求3所述的取像镜头组，其特征在于，所述的取像镜头组的焦距为f，所述第一透镜的焦距为も，进ー步地满足下列关系式1.2 < f/fi < I. 6。
5.如权利要求3所述的取像镜头组，其特征在于，所述的第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R3，所述第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R4，满足下列关系式O. 3 < |R3/R4| < O. 8。
6.如权利要求3所述的取像镜头组，其特征在于，所述的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24 < V1-V2 < 40。
7.如权利要求3所述的取像镜头组，其特征在于，所述第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R5，所述第三透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R6，满足下列关系式_0. 7 く R5/R6 < O。
8.如权利要求7所述的取像镜头组，其特征在于，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式O. 6 < f21/f3 < O. 9。
9.如权利要求2所述的取像镜头组，其特征在于，所述第二透镜在光轴上的厚度为CT2，所述取像镜头组的焦距为f·，满足下列关系式O.03 < CT2/f < O. 13。
10.一种取像镜头组，其特征在于，沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含 一具正屈折力的第一透镜，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面； 一具负屈折力的第二透镜；以及 一具正屈折力的第三透镜，其物侧光学面为凸面、其像侧光学面为凸面； 其中，所述第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R3，所述第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R4，所述第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R5，所述第三透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R6，满足下列关系式VR4I < 1.3 ；_0. 7 く R5/R6 < O。
11.如权利要求10所述的取像镜头组，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜是由塑料材料制成；所述第二透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面；所述第三透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面，且至少有一光学面设置有至少ー个反曲点。
12.如权利要求11所述的取像镜头组，其特征在于，在光轴上所述第一透镜的像侧光学面至所述第二透镜的物侧光学面的距离为T12，所述取像镜头组的焦距为f，满足下列关系式 0.15 < T12/f < O. 30。
13.如权利要求12所述的取像镜头组，其特征在于，所述的取像镜头组的焦距为f，所述第一透镜的焦距为，满足下列关系式 1.2 < f/fi < I. 6。
14.如权利要求12所述的取像镜头组，其特征在于，所述第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R3，所述第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R4，满足下列关系式 O. 3 < |R3/R4| < O. 8。
15.如权利要求11所述的取像镜头组，其特征在于，所述第二透镜在光轴上的厚度为CT2，所述的取像镜头组的焦距为f，满足下列关系式 O.03 < CT2/f < O. 13。
16.如权利要求11所述的取像镜头组，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24 < V1-V2 < 40。
17.如权利要求10所述的取像镜头组，其特征在于，所述第二透镜的物侧光学面为凹面，所述第二透镜的像侧光学面为凸面。
18.一种取像镜头组，其特征在于，沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含 一具正屈折力的第一透镜，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面； 一具负屈折力的第二透镜，是由塑料材质所制成，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面，所述第二透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面；以及 一具正屈折力的第三透镜，是由塑料材质所制成，其物侧光学面为凸面、其像侧光学面为凸面，所述第三透镜的物侧光学面与像侧光学面中，至少有一光学面为非球面，且至少有一光学面设置有至少ー个反曲点； 其中，所述第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R5，所述第三透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R6,满足下列关系式_0. 7 く R5/R6 < O。
19.如权利要求18所述的取像镜头组，其特征在于，所述的取像镜头组的焦距为f，所述第一透镜的焦距为，进ー步地满足下列关系式·1.O < f/fi < I. 9。
20.如权利要求19所述的取像镜头组，其特征在于，所述第二透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R3，所述第二透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R4，满足下列关系式·O.3 < |R3/R4| < O. 8。
21.如权利要求19所述的取像镜头组，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·24 < V1-V2 < 40。
22.如权利要求19所述的取像镜头组，其特征在于，还包含一光圈；其中， 所述光圈至所述取像镜头组的一成像面在光轴上的距离为SL，所述第一透镜的物侧光学面至所述成像面在光轴上的距离为TTL，满足下列关系式·O. 90 < SL/TTL < I. 20。
全文摘要
一种取像镜头组，其沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含一具正屈折力的第一透镜，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其物侧光学面为凹面、其像侧光学面为凸面；一具正屈折力的第三透镜，所述第三透镜为双凸透镜；所述取像镜头组还包含一光圈；满足特定关系式1.0＜f/f1＜1.9，其中，取像镜头组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1。因此，本发明所述的取像镜头组，除具有良好的像差修正功能，还可应用于摄像使用的小型镜头模块。
文档编号G02B13/00GK102692695SQ201110186428
公开日2012年9月26日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年3月21日
发明者周明达, 蔡宗翰, 许伯纶 申请人:大立光电股份有限公司