影像撷取系统镜头组的制作方法
【专利摘要】一种影像撷取系统镜头组，由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。第一透镜具有正屈折力，其物侧表面及像侧表面皆为凸面。第二透镜具有正屈折力。第三透镜具有正屈折力。第四透镜具有正屈折力，其物侧表面为凸面、像侧表面于近光轴处为凹面而于远离光轴的周边处为凸面，其两表面皆为非球面。满足特定条件，可将该影像撷取系统镜头组的透镜屈折力平均分布到各镜片上，有效减缓入射光线屈折变化，且可有助于降低球差等像差的产生，以提高成像品质。
【专利说明】影像撷取系统镜头组
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种影像撷取系统镜头组，且特别涉及一种可应用于电子产品以及红外线摄影的影像撷取系统镜头组。
【背景技术】
[0002]近年来，随着具有摄像功能的可携式电子产品的兴起，小型化光学系统的需求日渐提高。一般光学系统的感光元件不外乎是感光稱合元件(ChargeCoupled Device, CCD)或互补性氧化金属半导体兀件(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor Sensor,CMOSSensor)两种。且由于工艺技术的精进，使得感光元件的像素尺寸缩小，小型化光学系统逐渐往高像素领域发展，因此对成像品质的要求也日益增加。
[0003]传统搭载于可携式电子产品上的小型化光学系统，多采用三片式透镜结构为主，如美国专利第7，564, 635号所示，其具有三片正屈折力的透镜配置，但由于现今对成像品质的要求更加提高，现有的三片式光学系统已无法满足更高阶的摄影需求。又如美国专利公开第2012/0099009号所示，其为具有四片式透镜的结构设计，虽可有助于提升成像品质，但该设计正屈折力的平衡配置不足，且其包含一负透镜，导致其总长无法有效缩短，造成其在小型化电子产品的应用性受限。
[0004]另一方面，由于应用于智能型电视或体感游戏机等的红外线动态捕捉技术问世，其特色为利用红外线摄影方式，撷取并辨识使用者动作的影像，因此提高了适用于红外线波段的小型化光学系统的需求。有鉴于此，产业中急需一种成像品质佳、短总长与低像差的影像撷取系统镜头组，其不仅可适用于一般摄影需求，亦可符合红外线摄影应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种影像撷取系统镜头组，其为四片式具有正屈折力透镜的配置，可将该影像撷取系统镜头组的透镜屈折力平均分布到各镜片上，有效减缓入射光线屈折变化，并可有助于降低球差等像差的产生，以提高成像品质。
[0006]为达上述目的，本发明提供一种影像撷取系统镜头组，由物侧至像侧依序包含具有屈折力的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。第一透镜具正屈折力，其物侧表面及像侧表面皆为凸面。第二透镜具正屈折力。第三透镜具有正屈折力。第四透镜具有正屈折力，其物侧表面为凸面、像侧表面于近光轴处为凹面而于远离光轴的周边处为凸面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面。第一透镜的物侧表面曲率半径为R1，第一透镜的像侧表面曲率半径为R2，其满足下列条件:
[0007]-0.45 < (R1+R2)/(R1-R2) < 0.85。
[0008]为达上述目的，本发明另提供一种影像撷取系统镜头组，由物侧至像侧依序包含具有屈折力的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。第一透镜具有正屈折力，其像侧表面为凸面。第二透镜具有正屈折力。第三透镜具有正屈折力。第四透镜具有正屈折力，其物侧表面为凸面、像侧表面于近光轴处为凹面而于远离光轴的周边处为凸面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面。第一透镜的物侧表面曲率半径为R1，第一透镜的像侧表面曲率半径为R2，影像撷取系统镜头组的焦距为f，第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，其满足下列条件:
[0009]-0.45 < (R1+R2)/(R1-R2) < 1.5 ;以及
[0010]O < T23/f < 0.40。
[0011]当(R1+R2)/(R1_R2)满足上述条件时，可有效降低球差等像差的产生，以提高成
像品质。
[0012]当T23/f满足上述条件时，有助于影像撷取系统镜头组的组装，以提高镜头的制
造良率。
[0013]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1绘示依照本发明第一实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图。
[0015]图2由左至右依序为第一实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图；
[0016]图3绘示依照本发明第二实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图；
[0017]图4由左至右依序为第二实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图；
[0018]图5绘示依照本发明第三实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图；
[0019]图6由左至右依序为第三实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图；
[0020]图7绘示依照本发明第四实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图；
[0021]图8由左至右依序为第四实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图；
[0022]图9绘示依照本发明第五实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图；
[0023]图10由左至右依序为第五实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图；
[0024]图11绘示依照本发明第六实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图；
[0025]图12由左至右依序为第六实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图；
[0026]图13绘示依照本发明第七实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图；
[0027]图14由左至右依序为第七实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图；
[0028]图15绘示依照本发明第八实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图；
[0029]图16由左至右依序为第八实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图；
[0030]图17绘示依照本发明第九实施例的一种影像撷取系统镜头组的示意图；
[0031]图18由左至右依序为第九实施例的影像撷取系统镜头组的球差、像散以及畸变曲线图。[0032]其中，附图标记
[0033]光圈:100、200、300、400、500、600、700、800、900
[0034]第一透镜:110、210、310、410、510、610、710、810、910
[0035]物侧表面:111、211、311、411、511、611、711、811、911
[0036]像侧表面:112、212、312、412、512、612、712、812、912
[0037]第二透镜:120、220、320、420、520、620、720、820、920
[0038]物侧表面:121、221、321、421、521、621、721、821、921
[0039]像侧表面:122、222、322、422、522、622、722、822、922
[0040]第三透镜:130、230、330、430、530、630、730、830、930
[0041]物侧表面:131、231、331、431、531、631、731、831、931
[0042]像侧表面:132、232、332、432、532、632、732、832、932
[0043]第四透镜:140、240、340、440、540、640、740、840、940
[0044]物侧表面:141、241、341、441、541、641、741、841、941
[0045]像侧表面:142、242、342、442、542、642、742、842、942
[0046]滤光元件:150、250、350
[0047]红外线滤除滤光元件:450、550、650、750、850、950
[0048]成像面:160、260、360、460、560、660、760、860、960
[0049]f:影像撷取系统镜头组的焦距
[0050]Fno:影像撷取系统镜头组的光圈值
[0051]HFOV:影像撷取系统镜头组中最大视角的一半
[0052]Rl:第一透镜的物侧表面曲率半径
[0053]R2:第一透镜的像侧表面曲率半径
[0054]R7:第四透镜的物侧表面曲率半径
[0055]R8:第四透镜的像侧表面曲率半径
[0056]T23:第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离
[0057]CT3:第三透镜于光轴上的厚度
[0058]fl:第一透镜的焦距
[0059]f2:第二透镜的焦距
[0060]f3:第三透镜的焦距
[0061]f4:第四透镜的焦距
【具体实施方式】
[0062]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
[0063]本发明提供一种影像撷取系统镜头组，由物侧至像侧依序包含具有屈折力的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。
[0064]第一透镜具有正屈折力，其物侧表面可为凸面，其像侧表面为凸面，藉此提供所需的主要正屈折力，并通过各透镜间的正屈折力平均分布，可有效减缓入射光线屈折变化，并有助于缩短影像撷取系统镜头组的总长度。
[0065]第二透镜具有正屈折力，其像侧表面可为凸面，可分散正屈折力的配置，有助于降低敏感度。
[0066]第三透镜具有正屈折力，其物侧表面可为凹面及像侧表面可为凸面，可有效平衡正屈折力配置与修正像散。
[0067]第四透镜具有正屈折力，其物侧表面为凸面，像侧表面于近光轴处为凹面而于远离光轴的周边处为凸面，藉此可有助于降低球差的产生与加强降低敏感度，且可有效压制离轴视场光线入射于影像感光元件上的角度，以使其响应效率提升，并进一步有利于修正离轴视场的像差。
[0068]第一透镜的物侧表面曲率半径为R1、像侧表面曲率半径为R2，其满足下列条件:-0.45 < (R1+R2)/(R1-R2) <0.85。藉此，可以有效降低球差等像差产生，有助于提高成像品质。较佳地，可满足下列条件:
[0069]-0.25 < (R1+R2)/(R1-R2) < 0.75。
[0070]影像撷取系统镜头组的焦距为f，第一透镜的焦距为fl，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，其满足下列条件:
[0071]0< f/f2| + |f/f3| + |f/f4 < 1.0。藉此，有利于平衡正屈折力配置与降低敏感度。较佳地，可满足下列条件:0.2 < f/f2 I +1 f/f3 I +1 f/f4 < 0.8ο
[0072]影像撷取系统镜头组的焦距为f，第四透镜的焦距为f4，其满足下列条件:0 < f/f4 < 0.5。藉此，可有助于降低球差的产生与加强降低敏感度。
[0073]第一透镜于光轴上的厚度为CTl,第二透镜于光轴上的厚度为CT2,第三透镜于光轴上的厚度为CT3，第四透镜于光轴上的厚度为CT4，其满足下列条件:CT4 > CTl ；CT4 >CT2 ;以及CT4 > CT3。藉此，可使厚度的配置合适，以避免镜片过薄或过厚而产生成型不良的制作问题，有助于增进成像品质。
[0074]影像撷取系统镜头组的焦距为f，第一透镜的焦距为fl，其满足下列条件:0.3< f/fl < 1.0。藉此，可使第一透镜的屈折力配置适当，以避免球差过大。
[0075]第四透镜的物侧表面曲率半径为R7、像侧表面曲率半径为R8，其满足下列条件:
0.9 < R7/R8 < 1.5。藉此，可有助于降低球差与减少像散。
[0076]影像撷取系统镜头组的焦距为f，第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，其满足下列条件:0 < T23/f < 0.4。藉此，有助于影像撷取系统镜头组的组装，以提高镜头的制造良率。较佳地，可满足下列条件:0 < T23/f < 0.25。
[0077]影像撷取系统镜头组的焦距为f，第三透镜于光轴上的厚度为CT3，其满足下列条件:0 < CT3/f < 0.25。藉此，有助于镜片在塑胶射出成型时的成型性与均质性，以提高制
作良率。
[0078]影像撷取系统镜头组亦可应用于780nm至950nm的光波长范围，可增加其特殊应用的适用性，不仅可适用于红外线影像摄影，更可符合动态影像撷取辨识的需求。
[0079]本发明影像撷取系统镜头组中，透镜的材质可为塑胶或玻璃。当透镜的材质为玻璃，可以增加影像撷取系统镜头组屈折力配置的自由度。另当透镜材质为塑胶，则可以有效降低生产成本。此外，可于透镜表面上设置非球面，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变数，用以消减像差，进而缩减所需使用透镜的数目，因此可以有效降低本发明影像撷取系统镜头组的总长度。
[0080]本发明影像撷取系统镜头组中，若透镜表面为凸面，则表示该透镜表面于近轴处为凸面；若透镜表面系为凹面，则表示该透镜表面于近轴处为凹面。
[0081]本发明影像撷取系统镜头组中，可设置有至少一光阑，其位置可设置于第一透镜之前、各透镜之间或最后一透镜之后均可，该光阑的种类如耀光光阑(Glare Stop)或视场光阑(Field Stop)等，用以减少杂散光，有助于提升影像品质。
[0082]本发明影像撷取系统镜头组中，光圈可设置于被摄物与第一透镜间(即为前置光圈)或是第一透镜与成像面间(即为中置光圈)。光圈若为前置光圈，可使影像撷取系统镜头组的出射瞳(Exit Pupil)与成像面产生较长的距离,使之具有远心(Telecentric)效果，可增加影像感测元件CCD或CMOS接收影像的效率；若为中置光圈，有助于扩大影像撷取系统镜头组的视场角，使影像撷取系统镜头组具有广角镜头的优势。
[0083]本发明影像撷取系统镜头组兼具优良像差修正与良好成像品质的特色可多方面应用于3D(三维)影像撷取、数字相机、移动装置、数字平板等电子影像系统中。
[0084]根据上述实施方式，以下提出具体实施例并配合附图予以详细说明。
[0085]<第一实施例>
[0086]请参照图1及图2，其中图1绘示依照本发明第一实施例的影像撷取系统镜头组的示意图，图2由左至右依序为第一实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图1可知，由物侧至像侧依序包含第一透镜110、光圈100、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、滤光元件(Filter) 150以及成像面160。本实施例的影像撷取系统镜头组可应用于780nm至950nm的光波长范围。
[0087]第一透镜110具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面111为凸面、像侧表面112为凸面，并皆为非球面。
[0088]第二透镜120具`有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面121为凸面、像侧表面122为凸面，并皆为非球面。
[0089]第三透镜130具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面131为凹面、像侧表面132为凸面，并皆为非球面。
[0090]第四透镜140具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面141为凸面、像侧表面142于近光轴处为凹面而于远离光轴的周边处为凸面，并皆为非球面。第四透镜140于光轴上的厚度为所有具有屈折力透镜于光轴上的厚度中的最大者。
[0091]滤光元件150的材质为玻璃，其设置于第四透镜140及成像面160之间，并不影响影像撷取系统镜头组的焦距。
[0092]上述各透镜的非球面的曲线方程式表示如下:
【权利要求】
1.一种影像撷取系统镜头组，其特征在于，由物侧至像侧依序包含: 一第一透镜，具有正屈折力，其物侧表面为凸面、像侧表面为凸面； 一第二透镜，具有正屈折力； 一第三透镜，具有正屈折力；以及 一第四透镜，具有正屈折力，其物侧表面为凸面，其像侧表面于近光轴处为凹面而于远离光轴的周边处为凸面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面； 其中，该影像撷取系统镜头组具有屈折力透镜为该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜；该第一透镜的物侧表面曲率半径为R1，该第一透镜的像侧表面曲率半径为R2，其满足下列条件:
-0.45 < (R1+R2)/(R1-R2) < 0.85。
2.根据权利要求1所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该第三透镜的物侧表面为凹面、像侧表面为凸面。
3.根据权利要求2所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，该第四透镜的焦距为f4，其满足下列条件:
O< f/f2 I +1 f/f3 I +1 f/f4 < 1.0。
4.根据权利要求3所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该第一透镜的物侧表面曲率半径为R1，该第一透镜的像侧表面曲率半径为R2，其满足下列条件:
-0.25 < (R1+R2)/(R1-R2) < 0.75。
5.根据权利要求3所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第四透镜的焦距为f4，其满足下列条件:
O< f/f4 < 0.5。
6.根据权利要求3所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该第一透镜于光轴上的厚度为CTl，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，该第三透镜于光轴上的厚度为CT3，该第四透镜于光轴上的厚度为CT4，其满足下列条件:
CT4 > CTl ； CT4 > CT2 ；以及
CT4 > CT3。
7.根据权利要求2所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组使用于780纳米至950纳米的光波长范围。
8.根据权利要求2所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第一透镜的焦距为fl，其满足下列条件:
0.3 < f/fl < 1.0。
9.根据权利要求8所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该第二透镜的像侧表面为凸面。
10.根据权利要求8所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该第四透镜的物侧表面曲率半径为R7，该第四透镜的像侧表面曲率半径为R8，其满足下列条件:
0.9 < R7/R8 < 1.5。
11.根据权利要求8所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，其满足下列条件:
O< T23/f < 0.40。
12.—种影像撷取系统镜头组，其特征在于，由物侧至像侧依序包含: 一第一透镜，具有正屈折力，其像侧表面为凸面； 一第二透镜，具有正屈折力； 一第三透镜，具有正屈折力；以及 一第四透镜，具有正屈折力，其物侧表面为凸面，其像侧表面于近光轴处为凹面而于远离光轴的周边处为凸面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面； 其中，该影像撷取系统镜头组具有屈折力透镜为该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜；该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第一透镜的物侧表面曲率半径为R1，该第一透镜的像侧表面曲率半径为R2，该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，其满足下列条件:
-0.45 < (R1+R2) / (R1-R2) < 1.5 ；以及
O< T23/f < 0.40。
13.根据权利要求12所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第一透镜的焦距为Π，其满足下列条件:
0.3 < f/fl < 1 .0。
14.根据权利要求13所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第三透镜于光轴上的厚度为CT3，其满足下列条件:
O< CT3/f < 0.25。
15.根据权利要求13所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，该第四透镜的焦距为f4，其满足下列条件:
0.2 < If/f2I +1f/f3I +1f/f4I < 0.8。
16.根据权利要求13所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该第三透镜的物侧表面为凹面、像侧表面为凸面。
17.根据权利要求12所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组的焦距为f，该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，其满足下列条件:
O< T23/f < 0.25。
18.根据权利要求17所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该第四透镜的物侧表面曲率半径为R7，该第四透镜的像侧表面曲率半径为R8，其满足下列条件:
0.9 < R7/R8 < 1.5。
19.根据权利要求17所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该第一透镜的物侧表面及像侧表面至少一表面为非球面且材质为塑胶，第二透镜的物侧表面及像侧表面至少一表面为非球面且材质为塑胶，第三透镜的物侧表面及像侧表面至少一表面为非球面且材质为塑胶，第四透镜的物侧表面及像侧表面至少一表面为非球面且材质为塑胶。
20.根据权利要求12所述的影像撷取系统镜头组，其特征在于，该影像撷取系统镜头组使用于780纳米至950纳米的光波长范围。
【文档编号】G02B13/18GK103809273SQ201210568298
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2012年11月9日
【发明者】薛钧哲, 陈纬彧 申请人:大立光电股份有限公司