专利名称：成像光学镜组的制作方法
技术领域：
本发明涉及关于一种成像光学镜组，特别涉及指一种应用于照相手机的小型化成 像光学镜组。
背景技术：
最近几年来，随着手机相机的兴起，小型化摄影镜头的需求日渐提高，而一般摄影 镜头的感光元件不外乎是感光耦合元件(Charge CoupledDevice, CCD)或互补性氧化金属 半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor, CMOS)两种，且由于半导体制程技术 的进步，使得感光元件的画素面积缩小，小型化摄影镜头逐渐往高画素领域发展，因此，对 成像品质的要求也日益增加。目前，搭载于手机的摄影镜头，多采用三枚式透镜结构，其从物侧至像侧依序为一 具正屈折力的第一透镜，一具负屈折力的第二透镜及一具正屈折力的第三透镜，构成所谓 的Triplet型式，如USP 7，436，603所示。虽然这样的型式能够修正该光学系统产生的大 部份像差，同时也具有较为广泛的视角，但其对于光学总长度的需求较大，造成镜头结构必 须配合光学总长度而增长，以致难以满足更轻薄、小型化的摄影镜头使用。
发明内容
为了提升光学系统的成像品质，并有效控制镜头的光学总长度，使其兼具小型化 的特性，本发明提供一种由三片透镜构成的成像光学镜组，其要旨如下一种成像光学镜组，由物侧至像侧依序包含一光圈；一具正屈折力的第一透镜， 其前表面为凸面后表面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其前表面为凹面后表面为凸面； 一具负屈折力的第三透镜，其前表面为凸面后表面为凹面；成像光学镜组中，具屈折力的透 镜数限制为三片；藉由上述配置，可以有效提升系统的成像品质，并兼具小型化的特性。本发明成像光学镜组的屈折力主要是由具正屈折力的第一透镜提供，第一透 镜是为一双凸透镜，可有效加强第一透镜的屈折力配置，进而可使成像光学镜组的光 学总长度变得较短；具负屈折力的第二透镜其功用主要为修正系统的色差(Chromatic Aberration)；而第三透镜作用如同补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各像差， 且第三透镜具负屈折力，可使光学系统的主点(Principal Point)更远离成像面，而有利于 缩短系统的光学总长度，以维持镜头的小型化。藉由第一透镜提供主要的正屈折力，并将光圈置于接近成像光学镜组的物体侧， 可有效缩短成像光学镜组的光学总长度，另外，上述的配置可使成像光学镜组的出射瞳 (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元件上，此即为 成像侧的远心(Telecentric)特性，远心特性对于时下固态电子感光元件的感光能力是极 为重要的，将使得电子感光元件的感光敏感度提高，减少系统产生暗角的可能性。此外，在 第三透镜表面设置有反曲点(Inflection Point)，将更有效地压制离轴视场的光线入射感 光元件上的角度。
随着照相手机镜头小型化的趋势，以及系统需涵盖广泛的视角，使得光学系统的 焦距变得很短，在这种情况下，镜片的曲率半径以及镜片尺寸皆变得很小，以传统玻璃研磨 的方式将难以制造出上述的镜片，因此，在镜片上可采用塑胶材质，藉由射出成型的方式制 作镜片，可以用较低廉的成本生产高精密度的镜片；并可于镜片表面设置非球面，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，进而缩减镜片使用的 数目，藉此可以有效缩短成像光学镜组的光学总长度。本发明成像光学镜组中，整体成像光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为Π，其 关系为0. 8 < f/f 1 <1.8；当f/Π满足上述关系式时，第一透镜的屈折力大小配置较为平衡，可较有效控制 系统的光学总长度，维持小型化的目标，并且较有利于修正系统的高阶像差，进而提升成像 品质；进一步来说，f/fi满足下记关系则较为理想1. 2 < f/fl < 1. 6o本发明成像光学镜组中，整体成像光学镜组的焦距为f，第二透镜的焦距为f2，其 关系为0 < f/f2 < 0. 8 ；当f/f2满足上述关系式时，可较有利于本发明成像光学镜组中色差的修正；进一 步来说，f/f2满足下记关系则较为理想0. 2 < |f/f2| < 0. 6。本发明成像光学镜组中，整体成像光学镜组的焦距为f，第三透镜的焦距为f3，其 关系为0 < f/f3 < 0. 7 ；当f/f3满足上述关系式时，具负屈折力的第三透镜，可使光学系统的主点远离成 像面，而有较利于缩短系统的光学总长度，以维持镜头的小型化；进一步来说，f/f3满足下 记关系则较为理想0. 14 < |f/f3| < 0. 7o本发明成像光学镜组中，第一透镜色散系数(Abbe Number)为VI，第二透镜色散 系数为V2，其关系为20 < V1-V2 < 38 ；当Vl及V2满足上述关系式时，可较有利于成像光学镜组中色差的修正，提高成像 光学镜组的成像品质；进一步来说，Vl及V2满足下记关系则较为理想28 < V1-V2 < 35 ；V2 < 25。本发明成像光学镜组中，第一透镜与第二透镜于光轴上的距离为T12，第二透镜与 第三透镜于光轴上的距离为T23，整体成像光学镜组的焦距为f，其关系为0. 08 < T12/f < 0. 13 ；0 < T23/f < 0. 21 ；当T12/f与T23/f满足上述关系式时，可有效提升成像光学镜组修正高阶像差的 能力；进一步来说，T23/f满足下记关系则较为理想
0. 13 < T23/f < 0. 21 ；更进一步来说，使T23/f满足下记关系则更为理想0. 15 < T23/f < 0. 18。本发明成像光学镜组中，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，其关系为-0. 8 < R1/R2 < 0 ；当R1/R2满足上述关系式时，可较有利于成像光学镜组中球差(Spherical Aberration)的修正。本发明成像光学镜组中，整体成像光学镜组的焦距为f，第三透镜的焦距为f3，其 关系为0 < I f/f3 I < 0. 4 ；当f/f3满足上述关系式时，第三透镜作用则如同补正透镜，其功能为平衡及修 正系统所产生的各像差，可较有利于修正成像光学镜组的像散(Astigmatism)及歪曲 (Distortion)，提升成像光学镜组的解像力；进一步来说，f/f3满足下记关系则较为理想0 < |f/f3| < 0. 2。本发明成像光学镜组中，另设置有一电子感光元件供被摄物成像，成像光学镜组 的光学总长度为TTL，TTL定义为成像光学镜组中第一透镜的前表面至成像面于光轴上的 距离，成像光学镜组的最大成像高度为ImgH，ImgH定义为电子感光元件有效画素区域对角 线长的一半，其关系为TTL/ImgH < 2. 3 ；当TTL/ImgH满足上述关系式时，可以维持成像光学镜组小型化的特性。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是本发明第一实施例光学系统示意图。图2是本发明第一实施例之像差曲线图。图3是本发明第二实施例光学系统示意图。图4是本发明第二实施例之像差曲线图。图5是本发明第三实施例光学系统示意图。图6是本发明第三实施例之像差曲线图。图中主要元件符号说明第一透镜10前表面11 后表面12第二透镜20前表面21 后表面22第三透镜30前表面31 后表面32光圈40红外线滤除滤光片50
感光元件保护玻璃60成像面70
具体实施例方式本发明第一实施例请参阅图1，第一实施例之像差曲线请参阅图2，第一实施例由 物侧至像侧依序包含一具正屈折力的第一透镜10，其材质为塑胶，第一透镜10的前表面11为凸面，后 表面12为凸面，另第一透镜10的前表面11与后表面12皆设置有非球面；一具负屈折力的第二透镜20，其材质为塑胶，第二透镜20的前表面21为凹面，后 表面22为凸面，另第二透镜20的前表面21与后表面22皆设置有非球面；一具负屈折力的第三透镜30，其材质为塑胶，第三透镜30的前表面31为凸面，后 表面32为凹面，另第三透镜30的前表面31与后表面32皆设置有非球面，且第三透镜30 的前表面31与后表面32皆设置有反曲点；一光圈40，置于第一透镜10之前；一红外线滤除滤光片(IR Filter) 50，置于第三透镜30之后，其不影响系统的焦 距；一感光元件保护玻璃(Sensor Cover Glass) 60，置于红外线滤除滤光片50之后；一成像面70，置于感光元件保护玻璃60之后。上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)) + Σ(丄)*纩)其中
iX 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之切面的相对高 度；Y 非球面曲线上的点与光轴的距离；k 锥面系数；Ai 第i阶非球面系数。第一实施例中，整体成像光学镜组的焦距为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，其关系为f = 2. 85mm ；f/fl = 1. 45 ；I f/f2 I = 0. 54 ；f/f3| = 0. Ol0第一实施例中，第一透镜色散系数(Abbe Number)为VI，第二透镜色散系数为V2， 其关系为V2 = 23. 4 ；V1-V2 = 33. I0第一实施例中，整体成像光学镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜于光轴上的距 离为T12，第二透镜与第三透镜于光轴上的距离为T23，其关系为T12/f = 0. 10 ；
T23/f = 0. 17。第一实施例中，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，其关系为:R1/R2 = -0. 24。第一实施例中，成像光学镜组另设置有一电子感光元件供被摄物成像，成像光学 镜组的光学总长度为TTL，成像光学镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为TTL/ImgH = 2. 19。第一实施例详细的结构数据如同表1所示，其非球面数据如同表2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。本发明第二实施例请参阅图3，第二实施例之像差曲线请参阅图4，第二实施例由 物侧至像侧依序包含一具正屈折力的第一透镜10，其材质为塑胶，第一透镜10的前表面11为凸面，后 表面12为凸面，另第一透镜10的前表面11与后表面12皆设置有非球面；一具负屈折力的第二透镜20，其材质为塑胶，第二透镜20的前表面21为凹面，后 表面22为凸面，另第二透镜20的前表面21与后表面22皆设置有非球面；一具负屈折力的第三透镜30，其材质为塑胶，第三透镜30的前表面31为凸面，后 表面32为凹面，另第三透镜30的前表面31与后表面32皆设置有非球面，且第三透镜30 的前表面31与后表面32皆设置有反曲点；一光圈40，置于第一透镜10之前；一红外线滤除滤光片(IR Filter) 50，置于第三透镜30之后，其不影响系统的焦 距；一成像面70，置于红外线滤除滤光片50之后。第二实施例非球面曲线方程式的表示式如同第一实施例的型式。第二实施例中，整体成像光学镜组的焦距为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，其关系为f = 2. 98mm ；f/fl = 1. 38 ；f/f2 I = 0. 44 ；f/f3| = 0. Ol0第二实施例中，第一透镜色散系数(Abbe Number)为VI，第二透镜色散系数为V2， 其关系为V2 = 23. 4 ；V1-V2 = 33. I0第二实施例中，整体成像光学镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜于光轴上的距 离为T12，第二透镜与第三透镜于光轴上的距离为T23，其关系为T12/f = 0. 12 ；T23/f = 0. 16。第二实施例中，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，其关系为:R1/R2 = -0. 07。第二实施例中，成像光学镜组另设置有一电子感光元件供被摄物成像，成像光学镜组的光学总长度为TTL，成像光学镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为TTL/ImgH = 1. 99。第二实施例详细的结构数据如同表3所示，其非球面数据如同表4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。本发明第三实施例请参阅图5，第三实施例之像差曲线请参阅图6，第三实施例由 物侧至像侧依序包含一具正屈折力的第一透镜10，其材质为塑胶，第一透镜10的前表面11为凸面，后 表面12为凸面，另第一透镜10的前表面11与后表面12皆设置有非球面；一具负屈折力的第二透镜20，其材质为塑胶，第二透镜20的前表面21为凹面，后 表面22为凸面，另第二透镜20的前表面21与后表面22皆设置有非球面；一具负屈折力的第三透镜30，其材质为塑胶，第三透镜30的前表面31为凸面，后 表面32为凹面，另第三透镜30的前表面31与后表面32皆设置有非球面，且第三透镜30 的前表面31与后表面32皆设置有反曲点；一光圈40，置于第一透镜10之前；一红外线滤除滤光片(IR Filter) 50，置于第三透镜30之后，其不影响系统的焦 距；一成像面70，置于红外线滤除滤光片50之后。第三实施例非球面曲线方程式的表示式如同第一实施例的型式。第三实施例中，整体成像光学镜组的焦距为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，其关系为f = 5. 58mm ；f/f 1 = 1. 47 ；f/f2| = 0. 41 ；f/f3| = 0. 29 ο第三实施例中，第一透镜色散系数(Abbe Number)为VI，第二透镜色散系数为V2， 其关系为V2 = 23. 4 ；V1-V2 = 33. I0第三实施例中，整体成像光学镜组的焦距为f，第一透镜与第二透镜于光轴上的距 离为T12，第二透镜与第三透镜于光轴上的距离为T23，其关系为T12/f = 0. 10 ；T23/f = 0.17。第三实施例中，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，其关系为:R1/R2 = -0. 03。第三实施例中，成像光学镜组另设置有一电子感光元件供被摄物成像，成像光学 镜组的光学总长度为TTL，成像光学镜组的最大成像高度为ImgH，其关系为TTL/ImgH = 1. 87。第三实施例详细的结构数据如同表5所示，其非球面数据如同表6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。
本发明成像光学镜组中，透镜的材质可为玻璃或塑胶，若透镜的材质为玻璃，则可 以增加系统屈折力配置的自由度，若透镜材质为塑胶，则可以有效降低生产成本。本发明成像光学镜组中，若透镜表面是为凸面，则表示该透镜表面于近轴处为凸 面；若透镜表面是为凹面，则表示该透镜表面于近轴处为凹面。在此先行述明，表1至表6所示为成像光学镜组实施例的不同数值变化表，然本发 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7为各个实施例对应本发明相关方程式的数值
附表简单说明
表1是本发明第一实施例结构数据表。
表2是本发明第一实施例非球面数据表。
表3是本发明第二实施例结构数据表。
表4是本发明第二实施例非球面数据表。
表5是本发明第三实施例结构数据表。
表6是本发明第三实施例非球面数据表。
表7是本发明各个实施例对应相关方程式的数值资料表。
表中主要符号说明
整体成像光学镜组的焦距f
第—-透镜的焦距Π
第二透镜的焦距f2
第三透镜的焦距f3
第—-透镜色散系数Vl
第二透镜色散系数V2
第—-透镜与第二透镜于光轴上的距离T12
第二透镜与第三透镜于光轴上的距离T23
第—-透镜的前表面曲率半径Rl
第—-透镜的后表面曲率半径R2
成像光学镜组的光学总长度TTL
成像光学镜组的最大成像高度ImgH
权利要求
1. 一种成像光学镜组，其特征在于，由物侧至像侧依序包含 一光圈；一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其前表面为凹面，后表面为凸面，第二透镜至少一表面设置 有非球面，且第二透镜为塑胶材质；以及一具负屈折力的第三透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，第三透镜至少一表面设置 有非球面，且第三透镜为塑胶材质；成像光学镜组中，具屈折力的透镜数限制为三片；整体 成像光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为Π，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为 f3，第一透镜色散系数为VI，第二透镜色散系数为V2，第二透镜与第三透镜于光轴上的距 离为 T23，其关系为0. 8 < f/fl < 1. 8 ；0 < I f/f2 | < 0. 8 ；0 < | f/f3 | < 0. 7 ；20 < V1-V2< 38 ；0. 13 < T23/f < 0. 21。
2.如权利要求1所述的成像光学镜组，其特征在于，第二透镜前表面与后表面皆设置 有非球面，第三透镜前表面与后表面皆设置有非球面，且第三透镜至少一表面设置有反曲 点ο
3.如权利要求2所述的成像光学镜组，其特征在于，第一透镜前表面与后表面皆设置 有非球面，且第一透镜为塑胶材质。
4.如权利要求1所述的成像光学镜组，其特征在于，整体成像光学镜组的焦距为f，第 二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，其关系为0.2< |f/f2| <0.6；0< f/f3<0. 4。
5.如权利要求4所述的成像光学镜组，其特征在于，整体成像光学镜组的焦距为f，第 一透镜的焦距为Π，第三透镜的焦距为f3，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，其关系为1. 2 < f/fl < 1. 6 ；0 < f/f3 < 0. 2 ；-0. 8 < R1/R2<0。
6.如权利要求3所述的成像光学镜组，其特征在于，整体成像光学镜组的焦距为f，第 二透镜的焦距为f2，其关系为0.2 < f/f2 <0.6。
7.如权利要求6所述的成像光学镜组，其特征在于，整体成像光学镜组的焦距为f， 第一透镜的焦距为fl，第三透镜的焦距为f3，其关系为1.2 < f/fl < 1.6；0< f/f3 < 0. 4。
8.如权利要求7所述的成像光学镜组，其特征在于，第一透镜色散是数为Vl，第二透镜 色散是数为V2，其关系为28 < V1-V2 < 35 ；V2 < 25。
9.如权利要求8所述的成像光学镜组，其特征在于，整体成像光学镜组的焦距为f，第 三透镜的焦距为f3，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， 其关系为0 < I f/f3 I < 0. 2 ；-0. 8 < R1/R2 < 0。
10.如权利要求5所述的成像光学镜组，其特征在于，第一透镜与第二透镜于光轴上的 距离为T12，第二透镜与第三透镜于光轴上的距离为T23，整体成像光学镜组的焦距为f，第 二透镜色散系数为 V2，其关系为0. 08 < T12/f < 0. 13 ；0. 15 < T23/f < 0. 18 ；V2 < 25。
11.如权利要求9所述的成像光学镜组，其特征在于，第一透镜与第二透镜于光轴上的 距离为T12，第二透镜与第三透镜于光轴上的距离为T23，整体成像光学镜组的焦距为f，其 关系为0. 08 < T12/f < 0. 13 ；0. 15 < T23/f < 0. 18。
12.如权利要求1所述的成像光学镜组，其特征在于，成像光学镜组另设置一电子感 光元件供被摄物成像，成像光学镜组的光学总长度为TTL，成像光学镜组的最大成像高度为 ImgH，其关系为=TTL/ImgH < 2. 3。
13.一种成像光学镜组，其特征在于，由物侧至像侧依序包含 一光圈；一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面，第一透镜至少一表面设置 有非球面，且第一透镜为塑胶材质；一具负屈折力的第二透镜，其前表面为凹面，后表面为凸面，第二透镜至少一表面设置 有非球面，且第二透镜为塑胶材质；以及一具负屈折力的第三透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，第三透镜至少一表面设置 有非球面，且第三透镜为塑胶材质；成像光学镜组中，具屈折力的透镜数限制为三片；整体 成像光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为Π，第三透镜的焦距为f3，第一透镜色散系数 为VI，第二透镜色散系数为V2，其关系为0.8 < f/fl < 1.8 ；0. 14 < f/f3 < 0. 7 ；20<V1-V2 < 38。
14.如权利要求13所述的成像光学镜组，其特征在于，第二透镜前表面与后表面皆设 置有非球面，第三透镜前表面与后表面皆设置有非球面，且第三透镜至少一表面设置有反 曲点。
15.如权利要求14所述的成像光学镜组，其特征在于，第二透镜与第三透镜于光轴上 的距离为T23，整体成像光学镜组的焦距为f，其关系为0 < T23/f < 0. 21。
16.如权利要求15所述的成像光学镜组，其特征在于，整体成像光学镜组的焦距为f， 第一透镜的焦距为Π，第二透镜的焦距为f2，其关系为1. 2 < f/fl <1.6；0.2< f/f2<0. 6。
17.如权利要求16所述的成像光学镜组，其特征在于，第一透镜色散系数为Vl，第二透 镜色散系数为V2，其关系为28 < V1-V2 < 35 ；V2 < 25。
18.如权利要求17所述的成像光学镜组，其特征在于，第一透镜与第二透镜于光轴 上的距离为T12，第二透镜与第三透镜于光轴上的距离为T23，整体成像光学镜组的焦距 为f，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，其关系为0. 08 < T12/f < 0. 13 ；0. 15 < T23/f < 0. 18 ；-0. 8 < R1/R2 < 0。
19.如权利要求13所述的成像光学镜组，其特征在于，成像光学镜组另设置一电子感 光元件供被摄物成像，成像光学镜组的光学总长度为TTL，成像光学镜组的最大成像高度为 ImgH，其关系为=TTL/ImgH < 2. 3。
全文摘要
本发明公开了一种成像光学镜组，由物侧至像侧依序包含一光圈；一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面后表面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其前表面为凹面后表面为凸面，第二透镜至少一表面设置有非球面，且第二透镜为塑胶材质；一具负屈折力的第三透镜，其前表面为凸面后表面为凹面，第三透镜至少一表面设置有非球面，且第三透镜为塑胶材质；成像光学镜组中，具屈折力的透镜数限制为三片；整体成像光学镜组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第一透镜色散系数为V1，第二透镜色散系数为V2，第二透镜与第三透镜于光轴上的距离为T23，其关系为0.8＜f/f1＜1.8；0＜|f/f2|＜0.8；0＜|f/f3|＜0.7；20＜V1-V2＜38；0.13＜T23/f＜0.21。
文档编号G02B13/00GK101995642SQ20091016854
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月18日 优先权日2009年8月18日
发明者蔡宗翰, 陈俊杉 申请人:大立光电股份有限公司