专利名称：取像摄影镜头组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种取像摄影镜头组；特别是涉及一种由三个透镜构成的取像摄影镜头组，以应用于小型电子产品上。
背景技术：
在数字相机(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摄影镜头组，用来对物体进行摄像，取像镜头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、高成像质量的取像摄影镜头组。应用于小型电子产品的取像摄影镜头组，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摄影镜头组虽在像差修正、光学传递函数MTF (Modulation Transfer Function)的性能上较具优势的,但其成本较高,而二镜片取像摄影镜头组则较难达到高分辨率的要求；因此，三镜片式的取像摄影镜头组常为优先考虑的设计，如美国专利US7, 706, 086、US7, 460, 914，WIPO专利W02010026689等。在三镜片式的取像摄影镜头组中，最常采用正屈折力、负屈折力与正屈折力的组合设计，尤其在最接近物侧的第一透镜设计为正屈折力，可增加幅度，现有技术中常设计成双凸透镜或在物侧方向为凸面的新月型透镜，如美国专利号US 7，710，662、US7, 532,416,US7, 529，041、美国专利公开号^2009/046380等；然而这些所公开的技术，在最接近物侧的第一透镜虽提供的较强的正屈折力以提供更多的聚光能力，但因此所造成的像曲则由第二透镜及第三透镜不易补偿修正，不易达高质量取像摄影镜头组的要求，此为缺点之一。为克服此缺点，如美国专利US7，301，712则在第一透镜的物侧光学面采用凹面为设计，使第一透镜的正屈折力不致过大，又在第二透镜的物侧光学面采用凹面为设计，此虽有缩短取像摄影镜头组的全长的功效，但第二透镜曲率变化过大，制造不易，且第二透镜的屈折力强度高于第一透镜，将造成取像摄影镜头组边缘的色差及较严重的像差。为克服现有技术的缺点，应有更佳的设计以对像差进行良好的补偿，且可限制取像摄影镜头组的全长，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，以应用于电子产品上。
发明内容
本发明主要目的是提供一种取像摄影镜头组，沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含第一透镜、第二透镜与第三透镜；其中，第一透镜具有正的屈折力，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，其物侧光学面为凸面、其像侧光学面为凹面，并满足下列关系式I. 0 < f/fi < I. 9(I)、
其中，f为取像摄影镜头组的焦距，f:为第一透镜的焦距。另一方面，本发明提供一种取像摄影镜头组，如前所述，还可包含一光圈及一成像面；其中，第二透镜与第三透镜可由塑料材料所制成；其第二透镜的物侧光学面与像侧光学面皆为非球面；其第三透镜的物侧光学面与像侧光学面皆为非球面，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)-2. 5 < R2/R5 < -0. 5(4)0 < T23A12 < I. 3(5)
24 < v「v2 < 40(6)-I. 0 < R3/f < 0(7)其中，SL为光轴上光圈至取像摄影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为取像摄影镜头组的焦距，f为第一透镜的焦距，R2为第一透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径，R3为第二透镜的物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，T12为第一透镜的像侧光学面至第二透镜的物侧光学面在光轴上的距离，T23为第二透镜的像侧光学面至第三透镜的物侧光学面在光轴上的距离，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摄影镜头组，如前所述，其中，第二透镜与第三透镜可由塑料材料所制成；其第二透镜的物侧光学面与像侧光学面皆为非球面；其第三透镜的物侧光学面与像侧光学面皆为非球面；其第二透镜与第三透镜至少一透镜设置有至少一反曲点；除满足式(I)外，并进一步满足下列关系式之一或其组合-I. 2 < R2/R5 < -0. 8(8)f 3 > f! > I f2(9)-0. 4 < R3/f < 0(10)其中，f为取像摄影镜头组的焦距，fi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，R2为第一透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径，R3为第二透镜的物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。本发明另一个主要目的是提供一种取像摄影镜头组，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；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，是为塑料材料所制成，其物侧光学面与像侧光学面皆为非球面；第三透镜具有正屈折力，是为塑料材料所制成，其物侧光学面为凸面、其像侧光学面为凹面，且其物侧光学面与像侧光学面皆为非球面，并满足下列关系式-2. 5 < R2/R5 < -0. 5(4)0. 7 < f/f3 <1.4(11)其中，R2为第一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，f为取像摄影镜头组的焦距，f3为第三透镜的焦距。另一方面，本发明提供一种取像摄影镜头组，如前所述，其中，第二透镜与第三透镜至少有一透镜设置有至少一个反曲点，除满足式(4)及(11)外，并进一步满足下列关系式之一或其组合24 < V1-V2 < 40(6)I. 2 < f/fi < I. 6(3)f3 > fi > I f21(9)-0. 4 < R3/f < 0(10)其中，f为取像摄影镜头组的焦距，fi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，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摄影镜头组，如前所述，其中，第二透镜的物侧光学面为凹面、第二透镜的像侧光学面为凸面，除满足式(4)及(11)外，并进一步满足下列关系式较佳地，-I.2 < R2/R5 < -0. 8(8)其中，R2为第一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。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)。 本发明取像摄影镜头组中，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(PetzvalSum)，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，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，使整体取像摄影镜头组像差与畸变能符合高分辨率的要求。进一步地，本发明的取像摄影镜头组中，可增设置一光圈，光圈可设置在第一透镜与被摄物之间为前置光圈，可将取像摄影镜头组的出射瞳(exit pupil)与成像面产生较长的距离，影像可采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CCD或CMOS接收影像的效率。本发明的取像摄影镜头组中，在第二透镜或第三透镜可设置有反曲点，可导引射出第二透镜或第三透镜的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。另第二透镜的像侧光学面设为凸面经与凸面在物侧的第三透镜组合，可有效缩短取像摄影镜头组的全长，以应用于小型电子设备。
图IA是本发明实施例一的取像摄影镜头组示意图；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摄影镜头组示意图；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摄影镜头组示意图；图3B是本发明实施例三的像差曲线图4A是本发明实施例四的取像摄影镜头组示意图；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摄影镜头组示意图；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摄影镜头组示意图；以及
图6B是本发明实施例六的像差曲线图。附图标号说明100、200、300、400、500、600 :光圈；110、210、310、410、510、610 :第一透镜；111、211、311、411、511、611 :第一透镜的物侧光学面；112、212、312、412、512、612 :第一透镜的像侧光学面；120、220、320、420、520、620 :第二透镜；121、221、321、421、521、621 :第二透镜的物侧光学面；122、222、322、422、522、622 :第二透镜的像侧光学面；130、230、330、430、530、630 :第三透镜；131、231、331、431、531、631 :第三透镜的物侧光学面；132、232、332、432、532、632 :第三透镜的像侧光学面；160、260、360、460、560、660 :红外线滤除滤光片；170、270、370、470、570、670 :成像面；180,280,380,480,580,680 :影像感测组件；f :取像摄影镜头组的焦距；f::第一透镜的焦距；f2 :第二透镜的焦距；f3 :第三透镜的焦距；R2 :第一透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径；R3 :第二透镜的物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；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；T23 :在光轴上第二透镜的像侧光学面至第三透镜的物侧光学面的距离；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。
具体实施例方式本发明提供一种取像摄影镜头组，请参阅图1A，取像摄影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为具有负屈折力，是由塑料材料所制成，其物侧光学面121为凹面、其像侧光学面122为凸面，其物侧光学面121与像侧光学面122皆为非球面；第三透镜130为具有正屈折力，是由塑料材料所制成，其物侧光学面131为凸面、其像侧光学面132为凹面，其物侧光学面131与像侧光学面132皆为非球面；其第二透镜120与第三透镜130至少一透镜设置有至少一反曲点；取像摄影镜头组另包含一光圈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，不影响本发明取像摄影镜头组的焦距；取像摄影镜头组还可包含一影像感测组件180，设置在成像面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 Fomula)为式
(12)所构成，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；以及Ai :第i阶非球面系数。在本发明的取像摄影镜头组中，第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130的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，进而缩减取像摄影镜头组透镜使用的数目，可以有效降低取像摄影镜头组的总长度。由此，本发明的取像摄影镜头组通过前述的第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130配置，满足关系式式(I);当限制第一透镜110焦距与整体焦距f的比值时，可使第一透镜110具有更短的焦距长度(式(I))及较大的屈折力，可适当调配第一透镜110的屈折力，若第一透镜110焦距过小，则取像摄影镜头组的总长度将过长，而且取像摄影镜头组使光线进入影像感测组件的角度较大，若第一透镜110焦距过大，则取像摄影镜头组的视场角将过小；同样地，满足式(3)及式(11)时，可使第三透镜130的屈折力较合适，有助于修正取像摄影镜头组的像差。又，在本发明的取像摄影镜头组中，当限制式(2)时，可在取像摄影镜头组在远心特性与较广的视场角中取得良好的平衡，并可有效缩短取像摄影镜头组的总长；同样地，当限制第二透镜120的像侧光学面122至第三透镜130的物侧光学面131在光轴上的距离T23与第一透镜110的像侧光学面112与第二透镜120的物侧光学面121在光轴上的距离T12的比值(式(5))，可使光线通过第一透镜110与空气间隙进入第三透镜130的折射角度在一定范围内，以减少全长。当满足式(6)时，使第一透镜110的色散系数(Abbe number) V1与第二透镜120的色散系数(Abbe number) V2的差值不至于过小,可以有效修正第一透镜110与第二透镜120产生的色差，并可增加第二透镜120的色差补偿能力。
当满足式(7)及式(10)时，由于第二透镜120的物侧光学面122为凹，若关系式比值过大时，即表示负屈折力相对较弱，继而使消色差能力减弱，若关系式比值过小，即表示负屈折力相对较强，继而无法有效缩短总长，故当限制此关系式在适当的范围，可同时具有效修正像差与缩短总长的效果。当满足式(9)时，即在第一透镜110焦距、第二透镜120焦距f2及第三透镜130焦距f3间取得平衡，可以有效分配取像摄影镜头组中第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130所需的屈折力，可降低系统敏感度与有效修正取像摄影镜头组的像差。当满足式(4)及式(8)时，可有效修正取像摄影镜头组的球差(Spherical Aberration)。本发明的取像摄影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 >本发明的实施例一的取像摄影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。实施例一的取像摄影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 ;—具有正屈折力的第一透镜110，为塑料材质所制成，其物侧光学面111为凹面、其像侧光学面112为凸面，其第一透镜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，为塑料材质所制成，其物侧光学面121为凹面、其像侧光学面122为凸面，其第二透镜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，为塑料材质所制成，其物侧光学面131为凸面、其像侧光学面132为凹面，其第三透镜130的物侧光学面131与像侧光学面132皆为非球面；其第二透镜120与第三透镜130至少一透镜设置有至少有一反曲点；一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；以及一影像感测组件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，可将被摄物在影像感测组件180上成像。表一、本实施例一的光学数据
权利要求
1. 一种取像摄影镜头组，其特征在于，沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含 一具有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； 一具有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 一具有正屈折力的第三透镜，其物侧光学面为凸面、其像侧光学面为凹面； 其中，所述取像摄影镜头组的焦距为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所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜是由塑料材质所制成；所述第二透镜的物侧光学面与像侧光学面皆为非球面；所述第三透镜的物侧光学面与像侧光学面皆为非球面。
3.如权利要求2所述的取像摄影镜头组，其特征在于，还包含一光圈；其中，所述光圈至所述取像摄影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所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述取像摄影镜头组的焦距为f，所述第一透镜的焦距为，进一步地满足下列关系式1.2 < f/fi < I. 6。
5.如权利要求3所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述第一透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R2，所述第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R5，满足下列关系式~2. 5〈 R2/R5〈 ~0. 5。
6.如权利要求3所述的取像摄影镜头组，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，所述第二透镜的像侧光学面至所述第三透镜的物侧光学面的距离为T23，满足下列关系式0< T23/T12 < I. 3。
7.如权利要求3所述的取像摄影镜头组，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。
8.如权利要求7所述的取像摄影镜头组，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，所述取像摄影镜头组的焦距为f，满足下列关系式-I. 0 < R3/f < O。
9.如权利要求2所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述第一透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R2，所述第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R5，满足下列关系式_1. 2〈 R2/R5〈 ~0. 8。
10.如权利要求2所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜至少一透镜设置有至少一反曲点。
11.如权利要求2所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述第一透镜的焦距为，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f3 > fi > If2I。
12.如权利要求2所述的取像摄影镜头组，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，所述取像摄影镜头组的焦距为f，满足下列关系式-0. 4 < R3/f < O。
13.一种取像摄影镜头组，其特征在于，沿着光轴排列由物侧至像侧依次包含 一具有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； 一具有负屈折力的第二透镜，是由塑料材质所制成，其物侧光学面与像侧光学面皆为非球面；以及 一具有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、其像侧光学面为凹面，其物侧光学面与像侧光学面皆为非球面； 其中，所述第一透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R2，所述第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R5，所述取像摄影镜头组的焦距为f，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式~2. 5〈 R2/R5〈 ~0. 50.7 < f/f3 < I. 4。
14.如权利要求13所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜至少有一透镜设置有至少一个反曲点。
15.如权利要求14所述的取像摄影镜头组，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。
16.如权利要求14所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述取像摄影镜头组的焦距为f，所述第一透镜的焦距为，是满足下列关系式1.2 < f/fi < I. 6。
17.如权利要求14所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述第一透镜的焦距为，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f3 > fi > If2I。
18.如权利要求14所述的取像摄影镜头组，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，所述取像摄影镜头组的焦距为f，满足下列关系式-0. 4 < R3/f < O。
19.如权利要求13所述的取像摄影镜头组，其特征在于，所述第一透镜的像侧光学面在近轴上的曲率半径为R2，所述第三透镜的物侧光学面在近轴上的曲率半径为R5，进一步满足下列关系式_1. 2〈 R2/R5〈 ~0. 8。
20.如权利要求13所述的取像摄影镜头组，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。
全文摘要
一种取像摄影镜头组，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，其物侧光学面为凸面、其像侧光学面为凹面；满足特定关系式1.0＜f/f1＜1.9，其中，取像摄影镜头组的焦距为f，第一透镜的焦距为f1。因此，本发明提供的取像摄影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组。
文档编号G02B13/00GK102736214SQ20111021262
公开日2012年10月17日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年4月8日
发明者周明达, 蔡宗翰, 谢东益 申请人:大立光电股份有限公司