专利名称：一种双焦点镜头与具有所述的镜头的电子装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一双焦点镜头与具有所述的镜头的电子装置，尤指一种 适用在手机相机上，且不需任何主动组件便能提供双焦点的镜头装置。
背景技术：
随着科技时代的日新月异，各式各样的随身信息电子产品以及设备因应而生， 而各式的产品零组件均朝着轻薄短小的目标迈进。如何使产品还具人性化，多机 一体的概念，体积缩小携带方便符合人因工程，还合乎消费者便利追求时尚的需 求，是目前市场主要的课题的一。而将手机结合数字相机功能甚至将笔记型计算机以及个人数字助理(PDA)均结合数字相机功能，即是其中一项重要的改良突破。观察目前市售所有手持式电子装置(例如手机等)，可以发现都朝向微型化 路线去发展。尤其是具有相机功能的手机，还是当红的机种。现在的相机手机还 结合了3G功能，运用网络影像电话令使用者双方都能以影像沟通。因此，未来 的手机的路线将会是多元化且全功能的配备，甚至可能取代传统的数字相机，成 为结合照相、通讯、上网等，具有多功能的整合机种。然而，目前的手机相机主 流仍是以定焦为主，因此近拍时常会发生模糊不清的现象，尤其在名片辨识的应 用上绝对需要两段式的对焦。例如，图1所示为传统仅具有定焦功能的镜头10 的镜片群示意图。 一般来说，相机镜头IO都是由复数片镜片所组合构成，且最接 近物像(object)的第一片镜片前方表面通常称为第一表面11，而最接近成像面 的最末片镜片后方表面则称为最末表面12。由于传统定焦镜头的镜片群仅能提供 单一焦距的清晰成像，因此，如图2的解调转换函数(Modulation Transfer Function, 简称MTF)测试曲线图所示，在以光圈居前的200万画素镜头为例且使用如图1 所示的传统定焦镜头来进行测试时，可发现只有在准焦(橫轴的Focus Shift值等 于0 )区域附近才能得到最大的光学转换函数(Optical Transfer Function ，简称 OTF)波峰值(约0.7)，也就是得到清晰成像，而其它区域则会失焦以致无法得到清晰影像。目前的现有技术虽然有釆用驱动镜头内的镜片群移动来进行两段式变焦的对 焦马达技术，例如音圏马达、步进马达、压电马达等等，但是增加马达后的镜 头成本与体积均明显增加，而仍有进一步改善的空间。发明内容本实用新型的第一目的，在于提供一种双焦点镜头与具有所述的镜头的电子 装置，只需以一个镜头组，在焦距一与焦距二都可清楚成像，且不需要移动镜头 的任一镜片与后焦，即可达到双焦点效果。为达上述的目的，本实用新型公开一种双焦点镜头与具有所述的镜头的电子 装置。所述的双焦点镜头是由包括一光圈与至少两镜片所构成，并在较接近光图 的镜片上设置一第一透射区域与一第二透射区域。在不移动任何镜片的前提的下， 在第 一物距的影像可以通过第 一 透射区域而清晰成像在 一 固定位置的成像面上、 而在第二物距的影像则可通过第二透射区域而成像相同的成像面上，因此达到不 需任何主动组件且不需改变成像距离即可提供双焦距的目的。所述的第一与第二 透射区域的具体结构的实施例，可以是在镜片的中心与外围设置不同肉厚或曲率 的透镜结构、或是增加一片玻璃隔在镜片之中央或外围区域以实质改变肉厚、或 是在镜片中央或外围区域设置菲涅尔聚焦透镜(Fresnel Lens )来变化曲率等等。本实用新型与现有技术相比的有益效果在于不需主动组件，即可达到远拍近拍 都清晰的目的，解决目前使用马达来驱动镜片群所增加的成本与体积问题。
图1为传统仅具有定焦功能的镜头的镜片群示意图； 图2为如图1所示的传统定焦镜头的MTF测试曲线图； 图3为本实用新型的双焦点镜头的一较佳实施例的示意图； 图4为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片的第一实 施例示意图；图5为如图4所示的本实用新型双焦点镜头的MTF测试曲线图；图6为如图4所示的本实用新型双焦点镜头在微距距离时的光路模拟图；图7为如图4所示的本实用新型双焦点镜头在普通距离时的光路模拟图；图8为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片的第二实施例示意图；图9为如图8所示的本实用新型双焦点镜头的MTF测试曲线图； 图IO为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片的第三 实施例示意图；图11为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片的第四 实施例示意图；图12为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片的第五 实施例示意图；图13为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片的第六 实施例示意图；图14为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片的第七 实施例示意图。附图标记说明10~现有镜头；ll-第一表面；12~最末表面；20、 30、 40~双 焦点镜头；21 4竟片群；211、 411、 51~表面；2111、 31、 511、 511a、 511b、 511c~ 第一透射区域；2112、 32、 512、 512a、 512b、 512c 第二透射区域；22~镜头座； 221、 93 光圏；41、 42、 50、 50a、 50b、 50c、 61、 62一竟片；52 定位结构；63 薄板光学材料；631 外圈薄板材料；632 内圏棵空；91~物像；911、 912~影像光； 913~916~视场光；92~成像面。
具体实施方式
子装置，以下将配合图标详细说明的。请参阅图3所示，其为本实用新型的双焦点镜头20的一较佳实施例的示意图。 本实用新型的双焦点镜头20是包括有由复数镜片所构成的一镜片群21、以及一 中空镜头座22用以容置与定位各镜片在其内。所述的双焦点镜头20可将一物像 91的影像光清晰成像在一成像面92上。所述的成像面92可以是一影像感测芯片 的作动面(Active Side)，其可以将物像的影像光转换成可供计算机判读的电气 讯号，以达到相机的功能。在本实用新型中，所述的影像感测芯片的具体实施例 可以是电荷耦合装置(charge coupled device, CCD)或互补式金属氧化半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)等。并且，具有本实用新型 的双焦点镜头20的相机因为体积很小，所以很适合被装置在手持式电子装置上， 例如但不局限于手一几或个人数字助理等。在本实施例中，在镜头座22的前端侧也就是最接近物像的側设有一光圏221 其是对应在各镜片所构成的镜片群21，并且，在最接近光圏221的镜片(例如第 一镜片)的表面211 (例如第一表面)上设置了一第一透射区域2111与一第二透 射区域2112。所述的第一与第二透射区域2111、 2112是通过于所述的镜片表面 211上设置至少两种不同的物理结构，例如但不局限于改变镜片的肉厚或曲率 等，以达到在同一镜片表面211的不同区域2111、 2112提供光程差(光程长不同， 也就是提供不同放大倍率)的目的。如图l所示的实施例中，所述的第一与第二 透射区域2111、 2112乃是依同心圆状设置，第一透射区域2111是位于镜片的较 外围区域(外圏)且具有较小放大倍率、而第二透射区域2112则是位于镜片的中 心区域(内图)且具有较大放大倍率。如图3的上半部所示，当物像91是位于一普通(Normal)距离(或称为第一 物距)的位置处时，例如物像91与本实用新型双焦点镜头20是相距数公尺以上 的距离时，大部分从物像91所反射来的影像光911都会经由光圏221以及镜片的 第一透射区域2111进入镜头20内并清晰成像在成像面92上。又如图3的下半部 所示，当物像91是位于一微距(Macro)(或称为第二物距)的位置处时，例如 物像91与本实用新型双焦点镜头20是相距数十公分以内的距离时，大部分从物 像91所反射来的影像光912都会经由光圈221以及镜片的第二透射区域2112进 入镜头20内并清晰成^f象在同一成像面92上。如此一来，本实用新型的双焦点镜 头20完全不需移动任何镜片、也不需改变成像面92的位置或距离，即可在两种 不同的物像位置均提供清晰成像的功能。请参阅图4，为本实用新型双焦点镜头30中设置有第一与第二透射区域的镜 片的第一实施例示意图。本实用新型的镜片构成前述第一与第二透射区域31、 32 的具体结构的第一实施例，可如图4所示，是在最接近光圏的镜片的前表面上设 置不同的镜片肉厚，也即，在第一透射区域31 (镜片外圈)的肉厚较薄、而在第 二透射区域32 (镜片内圏)的肉厚较厚。如此一来，便可达到在单一镜头30中 获得两种不同放大倍率(光程差)的功效。如图5所示，其为以光圏居前的200 万画素镜头为例且与图2所示的相同测试条件下，使用如图4所示的本实用新型双焦点镜头30所测试得到的MTF测试曲线图。如图5所示，很明显地，本实用 新型双焦点镜头3 0可以产生两组波峰值在不同位置上，也就是在所述的两位置上 都可以获得清晰成像。虽然，当物像位于普通距离时，除了通过第一透射区域31 的影像光可以被清晰成像在成像面上的外，也会有部分影像光经过第二透射区域 32而照射在成l象面上。然而，由图5的MTF测试曲线图可知，当在横轴的Focus Shift值约等于0的附近区域时，由第一透射区域31所清晰成像的影像光可以有 最大OTF波峰值(约0.55 ),而同时通过第二透射区域32而来的非聚焦光的OTF 值则仅有约0.03左右，因此对于影像质量影响不大。相对地，当物像是位于微距 的距离时，也会有类似的结果；也即，通过第二透射区域32的清晰成像影像光的 OTF波峰值为约0.4，而同时通过第 一透射区域31的非聚焦光的OTF值则接近0 左右。对于例如相机手机的类对于影像质量要求远低在小型化与平价化要求的手 持式电子装置来说，本实用新型的双焦点镜头30所提供的成像质量是可以被大部 分消费者所接受的。在一较佳实施例中，本实用新型的双焦点镜头的镜片的第一与第二透射区域 的设定较佳值可由如下方式计算1. 依照趋势，将第一与第二透射区域两者的分段位置设计在1/5~3/4最大光圏 值的位置是本实用新型可实施的范围、且在1/4 1/2最大光图值的位置则是最佳 实施态样的区域，如此不仅可以达到较完美的MTF双波峰曲线，也可兼顾影像质 量与亮度。例如，假设Di是第二透射区域(内圈)的外径，且Do是第一透射区 域(外圏)的最大外径(或是最大光圈值)时，则1/5DcXDi〈3/4Do是本实用新 型的可实施范围、而l/4Do<Di<l/2Do则为本实用新型的最佳实施例范围。2. 所述的第一与第二透射区域的较佳设置位置，应所述的是位于最接近光團 的前或后方的镜片表面为最佳，如此，影像光的光束可较集中通过所述的第一与 第二透射区域。例如，倘若光圈在镜头内的位置为Si、同时所述的第一与第二透 射区域所在的镜片表面位置为Sj时，I'j|i-j|<=3时为本实用新型的可实施范围、而 当|"|<=2时则为本实用新型的最佳实施态样。请参阅图6与图7，其分别为如图4所示的本实用新型双焦点镜头30在微距 与普通距离时的光路模拟图。如图6所示，当物像在微距距离(近拍)时，影像 不同视场光(objectivefield)913-916,因(视场不同)，而在经过镜片第二透镜区域 32后成像在成像面92的不同位置上。而当物像在普通距离(远拍)时，如图7所示，则不同视场光913 916在经过镜片的第一透射区域31后将会被聚焦(成像) 在成像面92的不同位置上。请参阅图8，为本实用新型双焦点镜头40中设置有第一与第二透射区域的镜 片41的第二实施例示意图。本第二实施例是以130万画素镜头为例，且其光圏 93的位置是设在镜头40的复数镜片41、 42之间。此时，本实用新型双焦点镜头 40,是在光圈93前方(左侧)的镜片41表面411上设置如前述的第一透射区域 与第二透射区域。其中，本实用新型双焦点镜头40的第二实施例的光路模拟图是 如图8所示，而MTF测试曲线图则如图9所示。由图9可知，即使镜头40的光 圈93是设在各镜片41、 42之间时，本实用新型的双焦点镜头40同样可以得到双 波峰也就是双焦距的功效。请参阅图10，为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片 的第三实施例示意图。在所述的镜片50的左侧表面51 (通常是较接近光圈侧) 的外圈是第一透射区域511且具有相对较小的肉厚，以便使位于普通距离(远拍) 的物像影像光可被清晰成像在成像面上。相对地，镜片50之内圏则是第二透射区 域512且具有相对较大的肉厚，使得第二透射区域512与第一透射区域511之间 产生一光程差，以便使位于微距(近拍)的物像影像光可被清晰成像在成像面上。 在本实施例中，所述的第一与第二透射区域511、 512是以同心圓的方式设在同一 镜片50的同一侧表面51上且两者曲率(也即光学面系数)相同。此外，在镜片 50的最外围并设有环状的定位结构52，以供嵌合与定位于如图3所示的镜头座 22中。请参阅图11，为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片 50a的第四实施例示意图。在本实施例中，位于镜片50a外圏的第一透射区域511a 是具有相对较大的肉厚且可供微距(近拍)的物像清晰成像，同时，镜片50a内 圈的第二透射区域512a则具有相对较小的肉厚且可供普通距离(远拍)的物像清 晰成像。在图中未示的另一实施例中，内圈第二透射区域的光学面系数(例如曲率) 可重新设计，使内、外圈的厚度相近但却具有不同的光学面系数，通过第一与第 二透射区域的不同光学面系数仍可产生双焦点的效果，然而，此种设计通常还是 会因曲率半径的不同而产生肉厚上的变化。请参阅图12，为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片的第五实施例示意图。在本实施例中，位于镜片50b外圏的第一透射区域511b 是具有一般光学面系数(曲率)以供普通距离(远拍)的物像清晰成像，而在镜 片内圏的第二透射区域512b则是通过使用菲涅尔聚焦透镜(FresnelLens )设计， 在类似的厚度下来改变光学面系数(曲率)以供微距(近拍)的物像清晰成像， 并使内、外图厚度相近以减少断差。请参阅图13，为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片 50c的第六实施例示意图。在本实施例中，位于镜片50c外圏的第 一透射区域51 lc 是使用菲涅尔聚焦透镜(FresnelLens)设计以提供较大放大倍率，以供微距(近 拍)的物像清晰成像；同时，在镜片51c内圏的第二透射区域512c则是一般透镜 面的设计以供普通距离(远拍)的物像清晰成像，且镜片51c内、外圏厚度相近 以减少断差。请参阅图14，为本实用新型双焦点镜头中设置有第一与第二透射区域的镜片 的第七实施例示意图。在本实施例中，主要是在各镜片61、 62之间且邻近光圈的 位置处增设置一透明薄板光学材料63 (例如平板玻璃)。所述的薄板光学材料63 之内圏棵空632,所述的内圏棵空632与外圏的薄板光学材料两者实质上是造成 一厚度差的效果，使得通过内圏棵空632区域(也即第二透射区域)与外團薄板 材料631区域(第一透射区域)的影像光可具有不同光程长，而同样具有双焦点 的效果。以上所述是利用较佳实施例详细说明本实用新型，而非限制本实用新型的范 围。大凡熟知此类技艺人士都能明了，适当而作些微的改变与调整，仍将不失本 实用新型的要义所在，也不脱离本实用新型的精神和范围。
权利要求1. 一种双焦点镜头，其特征在于其包括有一镜头座；一光圈；以及至少一镜片，其容置在镜头座内且于光圈相对应，且至少在其中之一镜片上设置了一第一透射区域与一第二透射区域，且所述的第一与第二透射区域具有不同的光程长。
2. 根据权利要求1所述的双焦点镜头，其特征在于所述的第一与第二透射 区域的特征在于，两者结构具有下列的区别之一，具有不同肉厚或具有不同光学 面系数或其中之一设置菲涅尔聚焦透镜或在镜片旁增设置一内圈棵空的薄板光学 材料。
3. 根据权利要求1所述的双焦点镜头，其特征在于所述的第一与第二透射 区域是依同心圆状设置，所述第一透射区域位于镜片的外圈、而第二透射区域则 位于镜片的内圈；并且，当Di是第二透射区域的外径，且Do是第一透射区域的 最大外径时，则l/4Do<Di<l/2Do;此外，当光圏在镜头内的位置为Si、同时所述 的第一与第二透射区域所在的镜片表面位置为Sj时，则&'|<=2。
4. 根据权利要求3所述的双焦点镜头，其特征在于所述的第一与第二透射 区域所在的镜片表面位置，位于最接近光圏的位置。
5. —种具有双焦点镜头的电子装置，其特征在于其包括有 一光圈；一成像面，所述的成像面为一影像感测芯片的作动面；以及 至少一镜片，对应在光圏与成像面，且至少在其中之一镜片上设置了一第一 透射区域与一第二透射区域，且所述的第一与第二透射区域是具有不同的光程长。
6. 根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于所述的电子装置为具有相 机的手机；并且，所述的影像感测芯片为下列其中之一电荷耦合装置以及互补 式金属氧化半导体。
7. 根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于所述的第一与第二透射区 域的结构具有下列的区别之一，具有不同肉厚或具有不同光学面系数或其中之一 设置菲涅尔聚焦透镜或在镜片旁增设置一内圏棵空的薄板光学材料。
8. 根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于所述的第一与第二透射区域是依同心圓状设置，所述第一透射区域是位于镜片的外圏、而第二透射区域则是位于镜片之内圈，其中，当Di是第二透射区域的外径，且Do是第一透射区域 的最大外径时，则l/4Do<Di<l/2Do;并且，当光圈在各^:片间的位置为Si、同时 所述的第一与第二透射区域所在的镜片表面位置为Sj时，则|^|<=2。
专利摘要本实用新型为一种双焦点镜头，其是由包括一光圈与至少两镜片所构成，并在较接近光圈的镜片上设置一第一透射区域与一第二透射区域。在不移动任何镜片的前提的下，在第一物距的影像可以通过第一透射区域而清晰成像在一固定位置的成像面上、而在第二物距的影像则可通过第二透射区域而成像相同的成像面上，因此达到不需任何主动组件且不需改变成像距离即可提供双焦距的目的。所述的第一与第二透射区域的具体结构的实施例，可以是在镜片之内圈或外圈设置不同肉厚或曲率的透镜结构、或是增加一片内圈裸空的玻璃隔在镜片旁以实质改变肉厚、或是在镜片内圈或外圈区域设置菲涅尔聚焦透镜(Fresnel Lens)来变化曲率。
文档编号G02B13/00GK201096956SQ20072015558
公开日2008年8月6日 申请日期2007年7月6日 优先权日2007年6月21日
发明者张景昇, 彭伟捷, 翁智伟 申请人:力相光学股份有限公司