专利名称：光学摄影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于电子产品的小型化四片式的光学摄影系统。
背景技术：
最近几年来，随着具有摄像功能的可携式电子产品的兴起，小型化摄像镜头的需求日渐提高，而一般摄像镜头的感光组件不外乎是感光耦合组件(Charge Coupled Device,CCD)或互补性氧化金属半导体组件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor, CMOS Sensor)两种，并且由于半导体制程技术的进步，使得感光组件的画素面积缩小，小型化摄像镜头逐渐向高画素领域发展，因此，对成像质量的要求也日益增加。传统搭载于可携式电子产品上的小型化摄像镜头多采用三片式透镜租结构，透镜系统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以及一具正屈折力的第三透镜，如美国专利第7，145，736号所示。在制程技术的进步与电子产品轻薄化发展的趋势下，感光组件的画素尺寸不断缩小，系统对成像质量的要求更加提高，常见的三片式透镜组已无法满足更高阶摄像镜头模块的需求。美国专利第7，365，920号揭露了一种四片式透镜组，其中第一透镜及第二透镜以二片玻璃球面镜互相黏合而成为Doublet (双合透镜)，用以消除色差，但此方法有其缺点， 一是过多的玻璃球面镜配置使得系统自由度不足，导致系统的光学总长度不易缩短；二是玻璃镜片黏合的制程不易，容易形成制造上的困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种由四片透镜构成的光学摄影系统，其拥有较大的视角，有效地缩小镜头体积，并且显著提高系统的解像力。为解决上述技术问题，本发明的光学摄影系统由物侧至像侧依序包括一具负屈折力的第一透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；一具正屈折力的第二透镜；一具正屈折力的第三透镜，其物侧表面与像侧表面皆为非球面；一具负屈折力的第四透镜，其像侧表面为凹面，且所述第四透镜的物侧表面与像侧表面皆为非球面；所述光学摄影系统中具屈折力的透镜为四片，系统还设置有一光圈；所述第一透镜与第二透镜之间的镜间距为 T12，光学摄影系统的整体焦距为f，第一透镜的中心厚度为CT1，光圈至成像面在光轴上的距离为SL，第一透镜的物侧表面至成像面在光轴上的距离为TTL，其关系为0. 1 < T12/f < 0. 3 ；0. 30 < CTl/f < 0. 75 ；0. 52 < SL/TTL < 0. 82。当0. 1 <T12/f< 0.3时，有利于修正光学摄影系统的高阶像差，并且使得该光学摄影系统的镜组配置较为平衡，有利于缩短该光学摄影系统的光学总长度，以维持镜头的小型化，其中较佳地满足关系0. 07 < T12/f < 0. 50时，该光学摄影系统可有效地缩短光学总长度且提供良好的成像质量；当0. 30 < CTl/f < 0. 75时，所述第一透镜的镜片厚度大小较为合适，可降低制造上的困难以获得较高的镜片制作良率；当0. 52 < SL/TTL < 0. 82时，可以增大广视场角，有助于对歪曲(Di stortion)及倍率色收差(Chromatic Aberration of Magnification)的修正，并且这样的配置可有效降低系统的敏感度。本发明的光学摄影系统中，所述第一透镜具负屈折力，其物侧表面为凸面而像侧表面为凹面，有利于扩大光学摄影系统的视场角。所述第二透镜具正屈折力，为系统提供所需的部分屈折力，有助于缩短光学摄影系统的总长度。所述第三透镜具正屈折力，可有效地分配第二透镜的正屈折力，以降低光学摄影系统的敏感度。在本发明光学摄影系统中，当所述第三透镜的物侧表面与像侧表面皆为凸面时，有助于加强第三透镜的正屈折力，可进一步缩短光学摄影系统的总长度。所述第四透镜具负屈折力，其像侧表面为凹面，可使光学摄影系统的主点(Principal Point)远离成像面，有利于缩短光学摄影系统的光学总长度，以实现光学摄影系统的小型化。此外，所述第四透镜上可设置有反曲点，可以更有效地压制离轴视场的光线入射到感光组件上的角度，并且可进一步地修正离轴视场的像差。本发明光学摄影系统中，所述第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，两者关系满足0. 2 < f3/f2 < 0. 7时，可使第三透镜有效分配系统的屈折力，避免单一透镜的屈折力过大进而降低光学摄影系统的敏感度。本发明光学摄影系统中，所述第一透镜与该第二透镜之间具有空气间距，第一透镜的中心厚度为CT1，第二透镜的中心厚度为CT2，两者满足关系0. 2 < CT2/CT1 < 0. 50时， 第一透镜与第二透镜的厚度不至于过大或过小，有利于各透镜的组装配置。本发明光学摄影系统中，所述第一透镜的焦距为fl，第四透镜的焦距为f4，两者满足关系0. 2 < f4/fl < 0. 6时，第一透镜与第四透镜的屈折力配置较为平衡，有利于补正该光学摄影系统的高阶像差。另外，当两者满足关系0. 2 < f4/fl < 0. 45时，光学摄影系统高阶像差的补正效果更好。本发明光学摄影系统中，所述第三透镜像侧表面上光线通过的最大范围之处和光轴的垂直距离为Y32，第三透镜像侧表面上距离光轴为Y32的位置和相切于第三透镜像侧表面光轴顶点的切面之间的距离为SAG32，两者满足关系0. 4 < SAG32/Y32 <0.6时，可使第三透镜的形状不会过于弯曲，除有利于透镜的制作与成型外，更有助于减小各透镜组装配置所需的空间，使镜组的配置更为紧凑。本发明光学摄影系统中，所述第三透镜的色散系数为V3，第四透镜的色散系数为 V4，两者满足关系30 < V3-V4 < 42时，有利于该光学摄影系统中色差的修正。本发明光学摄影系统中，所述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R2，两者满足关系2. 0 < R1/R2 < 3. 0时，有助于该光学摄影系统球差 (Spherical Aberration)的补正。本发明光学摄影系统的成像面处设置有一电子感光组件，所述第一透镜的物侧表面至成像面在光轴上的距离为TTL，电子感光组件有效画素区域对角线长的一半为LiigH， 两者满足关系TTLAmgH < 3. 8时，有利于维持该光学摄影系统的小型化，便于应用在轻薄可携式的电子产品上。由于采用上述结构及配置，本发明可以有效缩小镜头的体积，拥有较大的视角，降低系统的敏感度，更能同时获得较高的解像力。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图IA是本发明第一实施例的光学系统示意图；图IB是本发明第一实施例的像差曲线图；图IC是本发明第一实施例的SAG32与Y32的示意图；图2A是本发明第二实施例的光学系统示意图；图2B是本发明第二实施例的像差曲线图；图3A是本发明第三实施例的光学系统示意图；图;3B是本发明第三实施例的像差曲线图。其中附图标记说明如下光圈100、200、300 ；第一透镜110、210、310 ；物侧表面111、211、311 ；像侧表面 112、212、312 ；第二透镜120、220、320 ；物侧表面121、221、321 ；像侧表面 122、222、322 ；第三透镜130、230、330 ；物侧表面131、231、331 ；像侧表面 132、232、332 ；第四透镜140、240、340 ；物侧表面141,241,341 ；像侧表面 142,242,342 ；光轴150、250、；350 ；红外线滤除滤光片(IRFilter) 170,270,370 ；成像面190、四0、390 ；第一透镜的中心厚度CTl ；第二透镜的中心厚度CT2 ；光学摄影系统的整体焦距f ；第一透镜的焦距Π ；第二透镜的焦距f2 ；第三透镜的焦距f3 ；第四透镜的焦距f4;电子感光组件有效画素区域对角线长的一半^gH ；第一透镜的物侧表面曲率半径Rl ；第一透镜的像侧表面曲率半径R2 ；第三透镜像侧表面上光线通过的最大范围之处与光轴的垂直距离Y32 ；第三透镜像侧表面上距离光轴为Y32的位置和相切于第三透镜像侧表面光轴顶点的切面之间的距离SAG32 ；光圈至成像面在光轴上的距离SL;第一透镜与第二透镜之间的镜间距T12 ；第一透镜的物侧表面至成像面在光轴上的距离TTL ；第三透镜的色散系数V3 ；第四透镜的色散系数V4。
具体实施例方式本发明第一实施例的光学摄影系统请参阅图1A，第一实施例的像差曲线请参阅图 1B，第一实施例的光学摄影系统从物侧至像侧依序包括—具负屈折力的第一透镜110，其材质为塑料，第一透镜110的物侧表面111为凸面，像侧表面112为凹面，另第一透镜110的物侧表面111与像侧表面112皆设为非球面；一具正屈折力的第二透镜120，其材质为塑料，第二透镜120的物侧表面121为凸面，像侧表面122为凸面，另第二透镜120的物侧表面121与像侧表面122皆设为非球面；一具正屈折力的第三透镜130，其材质为塑料，第三透镜130的物侧表面131为凸面，像侧表面132为凸面，另第三透镜130的物侧表面131与像侧表面132皆设为非球面；一具负屈折力的第四透镜140，其材质为塑料，第四透镜140的物侧表面141为凸面，像侧表面142为凹面，另第四透镜140的物侧表面141与像侧表面142皆设为非球面， 且第四透镜140的物侧表面141与像侧表面142皆设置有反曲点；一光圈100，其设于第二透镜120与第三透镜130之间；一红外线滤除滤光片(IR-filter) 170，其设于第四透镜140像侧表面142与一成像面190之间，红外线滤除滤光片170的材质为玻璃且不影响该光学摄影系统的焦距。上述非球面曲线的方程式表示如下X (Y) = (YVR) / (1+sqrt (1- (1+k) * (Y/R)2)) + Σ(Α0*(7')
i其中X 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 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，整体光学摄影系统的焦距为f，其关系为f = 3. 02。第一实施例中，整体光学摄影系统的光圈值(f-number)为 ^ηο，其关系为Tno = 2. 05。第一实施例中，整体光学摄影系统的最大视角的一半为HF0V，其关系为HF0V = 37. 4。第一实施例中，第三透镜130的色散系数为V3，第四透镜140的色散系数为V4，其关系为V3-V4 = 32. 5。第一实施例中，第一透镜110与第二透镜120之间的镜间距为T12，光学摄影系统的整体焦距为f，其关系为:T12/f = 0. 19。第一实施例中，第一透镜110的中心厚度为CT1，光学摄影系统的整体焦距为f，其关系为:CTl/f = 0. 56。第一实施例中，第一透镜110的中心厚度为CT1，第二透镜120的中心厚度为CT2， 其关系为:CT2/CT1 = 0. 29。第一实施例中，第一透镜110的物侧表面111曲率半径为Rl，第一透镜110的像侧表面112曲率半径为R2，其关系为R1/R2 = 2. 55。第一实施例中，第二透镜120的焦距为f2，第三透镜130的焦距为f3，其关系为 f3/f2 = 0. 43。第一实施例中，第一透镜110的焦距为fl，第四透镜140的焦距为f4，其关系为 f4/fl = 0. 38。第一实施例中，第三透镜130的像侧表面132上光线通过的最大范围之处与光轴 150的垂直距离为TO2，第三透镜130的像侧表面132上距离光轴150为Y32的位置与相切于第三透镜130的像侧表面132的光轴150顶点的切面的距离为SAG32，其关系为SAG32/ Y32 = 0. 52，如图IC所示。第一实施例中，光圈100至成像面190在光轴150上的距离为SL，第一透镜110的物侧表面111至成像面190在光轴150上的距离为TTL，其关系为SL/TTL = 0. 64。第一实施例中，第一透镜110的物侧表面111至成像面190在光轴150上的距离为TTL，光学摄影系统在成像面190处还设有一电子感光组件(图上未画)，电子感光组件有效画素区域对角线长的一半为LngH，其关系为TTL/lmgH = 3. 21。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。表1第一实施例的结构数据
f (焦距)=3.02mm, Fno =2.05，HF0V(半视角)=37. 4deg.表面曲率半径厚度材质折射率色散焦距
权利要求
1.一种光学摄影系统，其特征在于，由物侧至像侧依序包括一具负屈折力的第一透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；一具正屈折力的第二透镜；一具正屈折力的第三透镜，其物侧表面与像侧表面皆为非球面；一具负屈折力的第四透镜，其像侧表面为凹面，且所述第四透镜的物侧表面与像侧表面皆为非球面；所述光学摄影系统中具屈折力的透镜为四片，系统还设置有一光圈；所述第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，光学摄影系统的整体焦距为f，第一透镜的中心厚度为CT1，光圈至成像面在光轴上的距离为SL，第一透镜的物侧表面至成像面在光轴上的距离为TTL，其关系为.0. 1 < T12/f < 0. 3 ；.0. 30 < CTl/f < 0. 75 ；.0. 52 < SL/TTL < 0. 82。
2.如权利要求1所述的光学摄影系统，其特征在于所述第三透镜的像侧表面为凸面。
3.如权利要求2所述的光学摄影系统，其特征在于所述第四透镜上设置有反曲点。
4.如权利要求3所述的光学摄影系统，其特征在于所述第三透镜与第四透镜的材质皆为塑料。
5.如权利要求4所述的光学摄影系统，其特征在于所述第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，两者关系为0. 2 < f3/f2 < 0. 7。
6.如权利要求5所述的光学摄影系统，其特征在于所述第一透镜与第二透镜之间具有空气间距，第一透镜的中心厚度为CT1，第二透镜的中心厚度为CT2，两者关系为0.2<CT2/CT1 < 0.50。
7.如权利要求5所述的光学摄影系统，其特征在于所述第一透镜的焦距为Π，第四透镜的焦距为f4，两者关系为0. 2 < f4/fl < 0. 45。
8.如权利要求7所述的光学摄影系统，其特征在于所述第三透镜像侧表面上光线通过的最大范围之处和光轴的垂直距离为Y32，第三透镜像侧表面上距离光轴为Y32的位置和相切于第三透镜像侧表面光轴顶点的切面之间的距离为SAG32，两者关系为0.4<SAG32/Y32 < 0. 6。
9.如权利要求5所述的光学摄影系统，其特征在于所述第三透镜的色散系数为V3，第四透镜的色散系数为V4，两者关系为30 < V3-V4 < 42。
10.如权利要求5所述的光学摄影系统，其特征在于所述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R2，两者关系为2. 0 < R1/R2 < 3. 0。
11.如权利要求2所述的光学摄影系统，其特征在于所述成像面处设置有一电子感光组件，所述第一透镜的物侧表面至成像面在光轴上的距离为TTL，所述电子感光组件有效画素区域对角线长的一半为^iigH,两者关系为TTL/LngH < 3. 8。
12.一种光学摄影系统，其特征在于，由物侧至像侧依序包括一具负屈折力的第一透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；一具正屈折力的第二透镜；一具正屈折力的第三透镜；一具负屈折力的第四透镜，其像侧表面为凹面，且所述第四透镜上设置有反曲点；所述光学摄影系统中具屈折力的透镜为四片，系统还设置有一光圈；所述第一透镜的焦距为Π，第四透镜的焦距为f4，第一透镜的中心厚度为CT1，第二透镜的中心厚度为CT2，光圈至成像面在光轴上的距离为SL，第一透镜的物侧表面至成像面在光轴上的距离为TTL，其关系为·0. 2 < f4/fl < 0. 6 ；·0. 2 < CT2/CT1 < 0. 5 ；·0. 52 < SL/TTL < 0. 82。
13.如权利要求12所述的光学摄影系统，其特征在于所述第三透镜的材质为塑料，其物侧表面与像侧表面皆为非球面。
14.如权利要求13所述的光学摄影系统，其特征在于所述第一透镜与第二透镜间的镜间距为T12，光学摄影系统的整体焦距为f，两者关系为0. 1 < T12/f < 0. 3。
15.如权利要求14所述的光学摄影系统，其特征在于所述第三透镜的色散系数为V3，第四透镜的色散系数为V4，两者关系为30 < V3-V4 < 42。
16.如权利要求14所述的光学摄影系统，其特征在于所述第三透镜像侧表面上光线通过的最大范围之处和光轴的垂直距离为Y32，第三透镜像侧表面上距离光轴为Y32的位置和相切于第三透镜像侧表面光轴顶点的切面之间的距离为SAG32，两者关系为0. 4< SAG32/Y32 < 0. 6。
17.如权利要求13所述的光学摄影系统，其特征在于所述第三透镜的物侧表面与像侧表面皆为凸面。
18.如权利要求17所述的光学摄影系统，其特征在于所述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R2，两者关系为2. 0 < R1/R2 < 3. 0。
19.如权利要求17所述的光学摄影系统，其特征在于所述第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，两者关系为0. 2 < f3/f2 < 0. 7。
20.一种光学摄影系统，其特征在于，由物侧至像侧依序包括一具负屈折力的第一透镜，其物侧表面为凸面、像侧表面为凹面；一具正屈折力的第二透镜；一具正屈折力的第三透镜，其物侧表面与像侧表面皆为凸面，并且物侧表面与像侧表面皆为非球面，所述第三透镜为塑料材质；一具负屈折力的第四透镜，其像侧表面为凹面，并且物侧表面与像侧表面皆为非球面，所述第四透镜设置有反曲点，材质为塑料；所述光学摄影系统中具屈折力的透镜为四片，系统还设置有一光圈；所述第一透镜与第二透镜间的镜间距为T12，光学摄影系统的整体焦距为f，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，光圈至成像面在光轴上的距离为SL，第一透镜的物侧表面至成像面在光轴上的距离为TTL，其关系为.0. 07 < T12/f < 0. 50 ；.0. 2 < f3/f2 < 0. 7 ；.0. 52 < SL/TTL < 0. 82。
21.如权利要求20所述的光学摄影系统，其特征在于所述第一透镜的焦距为Π，第四透镜的焦距为f4，第三透镜的色散系数为V3，第四透镜的色散系数为V4，其关系为.0. 2 < f4/fl < 0. 6 ；.30 < V3-V4 < 42。
全文摘要
本发明公开了一种光学摄影系统，由物侧至像侧依序包括一具负屈折力的第一透镜，其物侧表面为凸面及像侧表面为凹面；一具正屈折力的第二透镜；一具正屈折力的第三透镜，其物侧表面及像侧表面皆为非球面；一具负屈折力的第四透镜，其像侧表面为凹面，物侧表面和像侧表面至少一面为非球面；该系统中具屈折力的透镜为四片；第一透镜与第二透镜之间的镜间距为T12，光学摄影系统的整体焦距为f，第一透镜的中心厚度为CT1，该系统还包括一光圈，光圈至成像面在光轴上的距离为SL，第一透镜的物侧表面至成像面在光轴上的距离为TTL，并满足0.1＜T12/f＜0.3；0.30＜CT1/f＜0.75；0.52＜SL/TTL＜0.82。本发明拥有较大的视角，有效缩小镜头体积，且能获得较高的解像力。
文档编号G02B13/00GK102566013SQ201010590139
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者陈俊杉, 黄歆璇 申请人:大立光电股份有限公司