影像撷取光学镜片组的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种影像撷取光学镜片组，由物侧至像侧依序包含五片具屈折力的透镜：一具正屈折力的第一透镜，其物侧面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其物侧面为凹面；一具屈折力的第三透镜；一具屈折力的第四透镜，其物侧面为凹面且其像侧面为凸面；及一具屈折力的第五透镜，其像侧面为凹面，其物侧面及其像侧面皆为非球面，且其像侧面设有至少一反曲点。当藉由上述结构配置与满足特定条件时，系统像侧端具有较强的折射率，于有限镜片外径内可获得较大的成像区以拥有较大的影像尺寸，并同时具有缩小镜头体积的效果。
【专利说明】影像撷取光学镜片组
【技术领域】
[0001]本发明系关于一种影像撷取光学镜片组，特别是关于一种应用于可携式电子产品的影像撷取光学镜片组。
【背景技术】
[0002]近年来随着具摄影功能的可携式电子产品兴起，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稱合元件(Charge Coupled Device, CCD)或互补性氧化金属半导体兀件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor, CMOSSensor)两种，且随着半导体制程技术的精进，使得感光元件的像素尺寸缩小，小型化摄影镜头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摄影镜头，如美国专利第8，179，470号所示，多采用四片式透镜结构为主，但由于可携式电子产品如智慧型手机(Smart Phone)与平板电脑(Tablet PC)等高规格行动装置的盛行，带动小型化摄影镜头在像素与成像品质上的迅速攀升，习知四片式摄影镜头将无法满足更高阶的摄影需求。近来虽有五片式透镜结构设计，如美国专利第8，000，030号所示，但其像侧端的透镜折射率的配置不佳，无法于有限的镜片外径内获得较大的成像区域，且同时因镜筒外径尺寸，增加镜头体积维持小型化的困难度。
[0004]因此，领域中需要一种适用于可携式电子产品，藉由系统像侧端具有较强的折射率，于有限镜片外径内可获得较大的成像区以拥有较大的影像尺寸，并同时具有缩小镜头体积的效果。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种影像撷取光学镜片组，由物侧至像侧依序包含五片具屈折力的透镜:一具正屈折力的第一透镜，其物侧面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其物侧面为凹面；一具屈折力的第三透镜；一具屈折力的第四透镜，其物侧面为凹面，其像侧面为凸面；及一具屈折力的第五透镜，其像侧面为凹面，其物侧面及其像侧面皆为非球面，且其像侧面设有至少一反曲点；其中，该第五透镜的折射率为N5，系满足下列关系式:1.60〈N5〈1.75。
[0006]另一方面，本发明提供一种影像撷取光学镜片组，由物侧至像侧依序包含五片具屈折力的透镜:一具正屈折力的第一透镜，其物侧面为凸面；一具负屈折力的第二透镜；一具屈折力的第三透镜；一具屈折力的第四透镜，其物侧面为凹面，其像侧面为凸面；及一具屈折力的第五透镜，其像侧面为凹面，其物侧面及其像侧面皆为非球面，且其像侧面设有至少一反曲点；其中，该第五透镜的折射率为N5，该影像撷取光学镜片组的焦距为f，该第四透镜的焦距为f4，系满足下列关系式:1.60〈Ν5〈1.75 '及-1.0〈f/f4〈0.40。
[0007]再一方面，本发明提供一种影像撷取光学镜片组，由物侧至像侧依序包含五片具屈折力的透镜:一具正屈折力的第一透镜，其物侧面为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其物侧面为凹面；一具正屈折力的第三透镜，其物侧面为凸面；一具屈折力的第四透镜，其像侧面为凸面；及一具屈折力的第五透镜，其像侧面为凹面，其物侧面及其像侧面皆为非球面，且其像侧面设有至少一反曲点；其中，该第五透镜的折射率为N5，该第五透镜于光轴上的厚度为CT5，该第二透镜物侧面的曲率半径为R3，系满足下列关系式:1.60〈N5〈1.75 ；及-0.60〈CT5/R3〈-0.05。
[0008]当N5满足上述条件时，本发明影像撷取光学镜片组的像侧端可具有较强的折射率，有助于在有限的镜片外径内获得较大的成像区。
[0009]当f/f4满足上述条件时，可有效减少系统敏感度与修正像差，以利于提升成像品质。
[0010]当CT5/R3满足上述条件时，可有效修正像差，并可提高镜片在塑胶射出成型时的成型性与均质性，以使系统具有良好的成像品质。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1A系本发明第一实施例的光学系统示意图。
[0012]图1B系本发明第一实施例的像差曲线图。
[0013]图2A图系本发明第二实施例的光学系统示意图。
[0014]图2B系本发明第二实施例的像差曲线图。
[0015]图3A系本发明第三实施例的光学系统示意图。
[0016]图3B系本发明第三实施例的像差曲线图。
[0017]图4A系本发明第四实施例的光学系统示意图。
[0018]图4B系本发明第四实施例的像差曲线图。
[0019]图5A系本发明第五实施例的光学系统示意图。
[0020]图5B系本发明第五实施例的像差曲线图。
[0021]图6A系本发明第六实施例的光学系统示意图。
[0022]图6B系本发明第六实施例的像差曲线图。
[0023]图7A系本发明第七实施例的光学系统示意图。
[0024]图7B系本发明第七实施例的像差曲线图。
[0025]图8A系本发明第八实施例的光学系统示意图。
[0026]图SB系本发明第八实施例的像差曲线图。
[0027]图9系描述本发明Λ的水平位移距离示意图。
[0028]图10系描述本发明SD52和Yc52的垂直距离示意图。
[0029]光圈100、200、300、400、500、600、700、800
[0030]光阑501、601、701
[0031]第一透镜110、210、310、410、510、610、710、810
[0032]物侧面111、211、311、411、511、611、711、811
[0033]像侧面112、212、312、412、512、612、712、812
[0034]第二透镜120、220、320、420、520、620、720、820
[0035]物侧面121、221、321、421、521、621、721、821
[0036]像侧面122、222、322、422、522、622、722、822
[0037]第三透镜130、230、330、430、530、630、730、830[0038]物侧面131、231、331、431、531、631、731、831
[0039]像侧面132、322、332、432、532、632、732、832
[0040]第四透镜140、240、340、440、540、640、740、840
[0041]物侧面141、241、341、441、541、641、741、841
[0042]像侧面142、422、342、442、542、642、742、842
[0043]第五透镜150、250、350、450、550、650、750、850
[0044]物侧面151、251、351、451、551、651、751、851
[0045]像侧面152、522、352、452、552、652、752、852
[0046]红外线滤除滤光元件160、260、360、460、560、660、760、860
[0047]成像面170、270、370、470、570、670、770、870
[0048]影像感测元件180、280、380、480、580、680、780、880
[0049]第四透镜物侧面光轴上的交点PlOl
[0050]第四透镜像侧面的最大有效径位置P102
[0051]第五透镜像侧面的最大有效径位置P103
[0052]第五透镜像侧面的临界点P104
[0053]光轴AX
[0054]影像撷取光学镜片组的焦距为f
[0055]第四透镜的焦距为f4
[0056]第二透镜物侧面的曲率半径为R3
[0057]第五透镜物侧面的曲率半径为R9
[0058]第五透镜像侧面的曲率半径为RlO
[0059]第一透镜的折射率为NI
[0060]第五透镜的折射率为N5
[0061]第一透镜的色散系数为Vl
[0062]第四透镜的色散系数为V4
[0063]第五透镜的色散系数为V5
[0064]第四透镜于光轴上的厚度为CT4
[0065]第五透镜于光轴上的厚度为CT5
[0066]第四透镜物侧面在光轴上的交点至第四透镜像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为Λ
[0067]第五透镜像侧面临界点与光轴的垂直距离为Yc52
[0068]第五透镜像侧面最大有效径位置与光轴的垂直距离为SD52
[0069]该影像感测元件有效感测区域对角线长的一半为ImgH
【具体实施方式】
[0070]本发明提供一种影像撷取光学镜片组，由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜。
[0071]该第一透镜具正屈折力，可提供系统所需的正屈折力，有助于缩短系统的总长度。该第一透镜物侧面为凸面时，可有效加强缩短光学总长度的功效。[0072]该第二透镜具负屈折力，有助于补正第一透镜所产生的像差。该第二透镜的物侧面为凹面，有助于加强像差修正能力。
[0073]该第三透镜可具正屈折力，有助于降低系统敏感度。该第三透镜的物侧面可为凸面，可强化降低系统敏感度效果，以提高制作良率。
[0074]该第四透镜可具负屈折力，可有效修正像差与降低系统敏感度。该第四透镜的物侧面为凹面，其像侧面为凸面，可有助于像散修正。
[0075]当该第五透镜的物侧面可为凸面，其像侧面为凹面，有助于修正系统非点收差。当第五透镜的像侧面设有至少一反曲点时，可有效地压制离轴视场光线入射于感光元件上的角度，以增加影像感光元件的接收效率，并可进一步修正离轴视场的像差。
[0076]该第五透镜的折射率为N5，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:
1.60〈N5〈1.75时，本发明影像撷取光学镜片组的像侧端可具有较强的折射率，有助于在有限的镜片外径内获得较大的成像区。
[0077]该影像撷取光学镜片组的焦距为f，该第四透镜的焦距为f4，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:-1.0<f/f4<0.70时，可有效减少系统敏感度与修正像差，以利于提升成像品质；较佳地，系满足下列关系式:-1.0<f/f4<0.40。
[0078]该第五透镜于光轴上的厚度为CT5，该第二透镜物侧面的曲率半径为R3，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:-0.60〈CT5/R3〈-0.05时，可有效修正像差，并可提高镜片在塑胶射出成型时的成型性与均质性，以使系统具有良好的成像品质。
[0079]该第五透镜的折射率为N5，该第一透镜的折射率为NI，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:0.06<N5-N1<0.25时，本发明影像撷取光学镜片组的像侧端可具有较强的折射率，有助于在有限的镜片外径内获得较大的成像区。
[0080]该第四透镜物侧面在光轴上的交点至该第四透镜像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为Λ (该距离往像侧方向为正，往物侧方向为负)，该第四透镜于光轴上的厚度为CT4，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:-2.0< Δ /CT4〈-0.20时，使该第四透镜的形状不会太过弯曲，除有利于透镜的制作与成型外，更有助于降低组装配置所需的空间，使得镜组的配置可更为紧密。
[0081]该第四透镜于光轴上的厚度为CT4，该第五透镜于光轴上的厚度为CT5，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:0.20<CT4/CT5<0.65时，使透镜厚度的配置较为合适，有助于镜片在塑胶射出成型时的成型性与均质性。
[0082]该第五透镜像侧面临界点与光轴的垂直距离为Yc52;其中该临界点非位于光轴上，该影像撷取光学镜片组的焦距为f，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:0.l<Yc52/f<0.7时，有利于修正离轴视场的像差。
[0083]该第五透镜像侧面最大有效径位置与光轴的垂直距离为SD52，该影像撷取光学镜片组进一步包含一影像感测元件，该影像感测元件有效感测区域对角线长的一半为ImgH(即该影像撷取光学镜片组的最大像高)，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:0.60〈SD52/ImgH〈0.77时，有利于透镜的制作及成型，并可维持系统的小型化。
[0084]当该影像撷取光学镜片组包含至少三片折射率大于1.60的具屈折力透镜时，有助于平衡系统折射率配置，并在有限的镜片外径内获得较大的成像区。
[0085]该第五透镜像侧面的曲率半径为R10，该第五透镜物侧面的曲率半径为R9，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:-0.20〈R10/R9〈0.90时，可有效修正像散以增加成像品质与提升系统解像能力。
[0086]该第四透镜的色散系数为V4,该第五透镜的色散系数为V5,该第一透镜的色散系数为VI，当影像撷取光学镜片组满足下列关系式:0.7<(V4+V5)/V1<1.0时，可有效修正系统色差。
[0087]本发明的影像撷取光学镜片组中，透镜的材质可为玻璃或塑胶，若透镜的材质为玻璃，则可以增加该影像撷取光学镜片组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。此外，可于镜面上设置非球面，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，进而缩减透镜使用的数目，因此可以有效降低本发明的影像撷取光学镜片组的总长度。
[0088]本发明的影像撷取光学镜片组中，可至少设置一光阑，如孔径光阑(ApertureStop)、耀光光阑(Glare Stop)或视场光阑(Field Stop)等，以减少杂散光,有助于提升影像品质。
[0089]本发明影像撷取光学镜片组中，光圈配置可为前置或中置，前置光圈可使影像撷取光学镜片组的出射瞳(Exit Pupil)与成像面产生较长的距离，使其具有远心(Telecentric)效果，可增加影像感测元件如CXD或CMOS接收影像的效率；中置光圈则有助于扩大系统的视场角，使影像撷取光学镜片组具有广角镜头的优势。
[0090]本发明的影像撷取光学镜片组中，若描述一透镜的表面为凸面，则表示该透镜表面于近光轴处为凸面；若描述一透镜的表面为凹面，则表示该透镜表面于近光轴处为凹面。
[0091]图9示意该第四透镜140物侧面141在光轴上的交点PlOl至该第四透镜140像侧面142的最大有效径位置P102于光轴上的水平位移距离为Λ，该距离往像侧方向为正，往物侧方向为负。
[0092]透镜表面上的临界点(Critical Point)即为垂直于光轴的切面与该透镜表面相切的切点。请参阅图10，第五透镜150)像侧面152临界点P104与光轴(AX)的垂直距离为Yc52 ;其中，该临界点P104并非位于光轴(AX)上。此外，该第五透镜150像侧面152最大有效径位置P103与光轴(AX)的垂直距离为SD52。
[0093]本发明的影像撷取光学镜片组更可视需求应用于移动对焦与变焦的光学系统中，并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、数位相机、行动装置、数位平板等电子影像系统中。
[0094]本发明的影像撷取光学镜片组将藉由以下具体实施例配合所附图式予以详细说明。
[0095]《第一实施例》
[0096]本发明第一实施例请参阅图1A，第一实施例的像差曲线请参阅图1B。第一实施例的影像撷取光学镜片组主要由五片具屈折力的透镜构成，由物侧至像侧依序包含:
[0097]—具正屈折力的第一透镜110，其材质为塑胶，其物侧面111为凸面，其像侧面112为凸面，且其两面皆为非球面(ASP)；
[0098]一具负屈折力的第二透镜120，其材质为塑胶，其物侧面121为凹面，其像侧面122为凹面，且其两面皆为非球面；
[0099]一具正屈折力的第三透镜130，其材质为塑胶，其物侧面131为凸面，其像侧面132为凸面，且其两面皆为非球面；
[0100]一具正屈折力的第四透镜140，其材质为塑胶，其物侧面141为凹面，其像侧面142为凸面，且其两面皆为非球面 '及
[0101]一具负屈折力的第五透镜150，其材质为塑胶，其物侧面151为凸面，其像侧面152为凹面，其两面皆为非球面，且其像侧面152设有至少一反曲点；
[0102]第二透镜120、第四透镜140与第五透镜150的折射率大于1.6，其中，该影像撷取光学镜片组另设置有一光圈100，置于一被摄物与该第一透镜110间；另包含有一红外线滤除滤光元件(IR-CUt filter) 160置于该第五透镜150与一成像面170间，其材质为玻璃且不影响焦距；另设置有一影像感测元件180于该成像面170上。
[0103]第一实施例详细的光学数据如表一所示,其非球面数据如表二所示，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。
[0104]
【权利要求】
1.一种影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的影像撷取光学镜片组由物侧至像侧依序包含五片具屈折力的透镜: 一具正屈折力的第一透 镜，其物侧面为凸面； 一具负屈折力的第二透镜，其物侧面为凹面； 一具屈折力的第三透镜； 一具屈折力的第四透镜，其物侧面为凹面且其像侧面为凸面 '及 一具屈折力的第五透镜，其像侧面为凹面，其物侧面及其像侧面皆为非球面，且其像侧面设有至少一反曲点； 其中，所述的第五透镜的折射率为N5，系满足下列关系式:1.60〈N5〈1.75。
2.如权利要求1所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第三透镜具正屈折力。
3.如权利要求2所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第三透镜的物侧面为凸面。
4.如权利要求3所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜的物侧面为凸面。
5.如权利要求2所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜的折射率为N5，所述的第一透镜的折射率为NI，系满足下列关系式:0.06〈N5-N1〈0.25。
6.如权利要求2所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的影像撷取光学镜片组的焦距为f，所述的第四透镜的焦距为f4，系满足下列关系式:-1.0<f/f4<0.70。
7.如权利要求2所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第四透镜物侧面在光轴上的交点至所述的第四透镜像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为Λ，所述的第四透镜于光轴上的厚度为CT4，系满足下列关系式:-2.0〈 Δ /CT4<-0.20。
8.如权利要求1所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜于光轴上的厚度为CT5，所述的第二透镜物侧面的曲率半径为R3，系满足下列关系式:
-0.60〈CT5/R3〈-0.05。
9.如权利要求8所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第四透镜于光轴上的厚度为CT4，所述的第五透镜于光轴上的厚度为CT5，系满足下列关系式:0.20<CT4/CT5<0.65。
10.如权利要求8所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的影像撷取光学镜片组的焦距为f，所述的第四透镜的焦距为f4，系满足下列关系式:
-1.0<f/f4<0.40。
11.如权利要求8所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜像侧面临界点与光轴的垂直距离为Yc52，其中所述的临界点非位于光轴上，所述的影像撷取光学镜片组的焦距为f，系满足下列关系式:0.l<Yc52/f<0.7。
12.如权利要求1所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜像侧面最大有效径位置与光轴的垂直距离为SD52，所述的影像撷取光学镜片组进一步包含一影像感测元件，所述的影像感测元件有效感测区域对角线长的一半为ImgH，系满足下列关系式:
0.60〈SD52/ImgH〈0.77。
13.一种影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的影像撷取光学镜片组由物侧至像侧依序包含五片具屈折力的透镜: 一具正屈折力的第一透镜，其物侧面为凸面； 一具负屈折力的第二透镜； 一具屈折力的第三透镜； 一具屈折力的第四透镜，其物侧面为凹面且其像侧面为凸面 '及 一具屈折力的第五透镜，其像侧面为凹面，其物侧面及其像侧面皆为非球面，且其像侧面设有至少一反曲点； 其中，所述的第五透镜的折射率为N5，所述的影像撷取光学镜片组的焦距为f，所述的第四透镜的焦距为f4，系满足下列关系式:
1.60〈N5〈1.75 ;及
-1.0<f/f4<0.40 。
14.如权利要求13所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第四透镜具负屈折力。
15.如权利要求13所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜的折射率为N5,所述的第一透镜的折射率为NI,系满足下列关系式:
0.06〈N5-N1〈0.25。
16.如权利要求13所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，包含至少三片折射率大于1.60的具屈折力透镜。
17.如权利要求13所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜像侧面的曲率半径为R10，所述的第五透镜物侧面的曲率半径为R9，系满足下列关系式:
-0.20〈R10/R9〈0.90。
18.如权利要求17所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第四透镜物侧面在光轴上的交点至所述的第四透镜像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为Λ，所述的第四透镜于光轴上的厚度为CT4，系满足下列关系式:
-2.0〈 Δ /CT4〈-0.20。
19.如权利要求17所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜像侧面最大有效径位置与光轴的垂直距离为SD52，所述的影像撷取光学镜片组进一步包含一影像感测元件，所述的影像感测元件有效感测区域对角线长的一半为ImgH，系满足下列关系式:
0.60〈SD52/ImgH〈0.77。
20.一种影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的影像撷取光学镜片组由物侧至像侧依序包含五片具屈折力的透镜: 一具正屈折力的第一透镜，其物侧面为凸面； 一具负屈折力的第二透镜，其物侧面为凹面；一具正屈折力的第三透镜，其物侧面为凸面； 一具屈折力的第四透镜，其像侧面为凸面 '及 一具屈折力的第五透镜，其像侧面为凹面，其物侧面及其像侧面皆为非球面，且其像侧面设有至少一反曲点； 其中，所述的第五透镜的折射率为N5，所述的第五透镜于光轴上的厚度为CT5，所述的第二透镜物侧面的曲率半径为R3，系满足下列关系式:
.1.60〈N5〈1.75 ;及
-0.60〈CT5/R3〈-0.05。
21.如权利要求20所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第五透镜的物侧面为凸面，所述的第四透镜于光轴上的厚度为CT4，所述的第五透镜于光轴上的厚度为CT5，系?两足下列关系式: . 0.20<CT4/CT5<0.65。
22.如权利要求20所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，包含至少三片折射率大于1.60的具屈折力透镜。
23.如权利要求20所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的影像撷取光学镜片组的焦距为f，所述 的第四透镜的焦距为f4，系满足下列关系式:
-1.0<f/f4<0.70。
24.如权利要求20所述的影像撷取光学镜片组，其特征在于，所述的第四透镜的色散系数为V4,所述的第五透镜的色散系数为V5,所述的第一透镜的色散系数为VI,系满足下列关系式:
.0.7<(V4+V5)/V1<1.0。
【文档编号】G02B13/18GK103901584SQ201310051571
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年2月17日 优先权日:2012年12月25日
【发明者】许伯纶, 黄歆璇 申请人:大立光电股份有限公司