摄像系统镜片组及取像装置制造方法
【专利摘要】一种摄像系统镜片组，由物侧至像侧依序包含第一透镜具有正屈折力，其物侧表面于近光轴处为凸面，其像侧表面于近光轴处为凸面，第二透镜具有正屈折力，第三透镜具有正屈折力，以及第四透镜具有负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面。摄像系统镜片组可有效加强摄像系统镜片组的望远（Telephoto）特性，使摄像系统镜片组具有短总长、短后焦的优势。此外，当摄像系统镜片组满足特定条件，可使第二透镜与第三透镜的屈折力较为平衡，可缓和影像周边聚焦的问题。
【专利说明】摄像系统镜片组及取像装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种摄像系统镜片组及取像装置，特别涉及一种小型化的摄像系统镜 片组及取像装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着小型化摄影镜头的蓬勃发展，微型取像模块的需求日渐提高，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，CMOS Sensor)两 种，且随着半导体工艺技术的精进，使得感光元件的像素尺寸缩小，再加上现今电子产品以 功能佳且轻薄短小的外型为发展趋势，因此，具备良好成像品质的小型化摄影镜头俨然成 为目前市场上的主流。
[0003] 传统搭载于可携式电子产品上的小型化光学系统，多采用三片式透镜结构为主， 但由于现今对成像品质的要求更加提高，现有的三片式光学系统已无法满足更高阶的摄影 需求。另外虽有四片式透镜的结构设计以提升成像品质，但其屈折力的平衡配置不佳，易导 致其总长无法有效缩短，造成其在小型化电子产品的应用性受限。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种摄像系统镜片组及取像装置，利用透镜屈折力的配置 方式，可有效加强摄像系统镜片组的望远特性，使摄像系统镜片组具有短总长、短后焦的优 势。此外，藉由第二透镜的焦距与第三透镜的焦距配置，使第二与第三片镜片的屈折力较为 平衡，可缓和因屈折力相差过大而影响影像周边聚焦的问题。
[0005] 本发明提供一种摄像系统镜片组，由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜、第 三透镜与第四透镜。第一透镜具有正屈折力，其物侧表面于近光轴处为凸面，其像侧表面于 近光轴处为凸面。第二透镜具有正屈折力。第三透镜具有正屈折力。第四透镜具有负屈折 力，其像侧表面于近光轴处为凹面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面。摄像系统镜片组中 具有屈折力的透镜为四片。其中，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,第一透镜于光轴上的厚度为CT1，第二透镜于光轴上的厚度为CT2,第一透镜与 第二透镜于光轴上的间隔距离为T12,第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,其 满足下列条件：
[0006] 0 < f2/f 1 ；
[0007] 0 < f3/f2 < 1. 25 ;以及
[0008] 0· 3 < (T12+CT2+T23) /CT1 < 1. 9。
[0009] 本发明提供一种取像装置，由物侧至像侧依序包含摄像系统镜片组以及电子感光 元件。摄像系统镜片组由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜、第三透镜与第四透镜。 第一透镜具有正屈折力，其物侧表面于近光轴处为凸面，其像侧表面于近光轴处为凸面。第 二透镜具有正屈折力。第三透镜具有正屈折力。第四透镜具有负屈折力，其像侧表面于近 光轴处为凹面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面。摄像系统镜片组中具有屈折力的透镜 为四片。其中，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 镜于光轴上的厚度为CT1，第二透镜于光轴上的厚度为CT2,第一透镜与第二透镜于光轴上 的间隔距离为T12,第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,其满足下列条件：
[0010] 0 < f2/f 1 ；
[0011] 0 < f3/f2 < L 25 ;以及
[0012] 0· 3 < (T12+CT2+T23) /CT1 < 1. 9。
[0013] 藉由第一透镜具有正屈折力、第二透镜具有正屈折力、第三透镜具有正屈折力以 及第四透镜具有负屈折力的配置，可有效加强摄像系统镜片组的望远特性，使摄像系统镜 片组具有短总长、短后焦的优势。
[0014] 当f2/fl满足上述条件时，可有助于减少球差与降低敏感度。
[0015] 当f3/f2满足上述条件时，第二与第三片镜片的屈折力较为平衡，可缓和因屈折 力相差过大而影响影像周边聚焦的问题。
[0016] 当（T12+CT2+T23) /CT1满足上述条件时，可有助于进一步缩短总长度。
[0017] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1绘示依照本发明第一实施例的一种取像装置的示意图；
[0019] 图2由左至右依序为第一实施例的摄像系统镜片组的球差、像散以及畸变曲线 图；
[0020] 图3绘示依照本发明第二实施例的一种取像装置的示意图；
[0021] 图4由左至右依序为第二实施例的摄像系统镜片组的球差、像散以及畸变曲线 图；
[0022] 图5绘示依照本发明第三实施例的一种取像装置的示意图；
[0023] 图6由左至右依序为第三实施例的摄像系统镜片组的球差、像散以及畸变曲线 图；
[0024] 图7绘示依照本发明第四实施例的一种取像装置的示意图；
[0025] 图8由左至右依序为第四实施例的摄像系统镜片组的球差、像散以及畸变曲线 图；
[0026] 图9绘示依照本发明第五实施例的一种取像装置的示意图；
[0027] 图10由左至右依序为第五实施例的摄像系统镜片组的球差、像散以及畸变曲线 图；
[0028] 图11绘示依照本发明第六实施例的一种取像装置的示意图；
[0029] 图12由左至右依序为第六实施例的摄像系统镜片组的球差、像散以及畸变曲线 图；
[0030] 图13绘示依照本发明第七实施例的一种取像装置的示意图；
[0031] 图14由左至右依序为第七实施例的摄像系统镜片组的球差、像散以及畸变曲线 图。
[0032] 其中，附图标记
[0033] 光圈：100、200、300、400、500、600、700
[0034] 第一透镜：110、210、310、410、510、610、710
[0035] 物侧表面：111、211、311、411、511、611、711
[0036] 像侧表面：112、212、312、412、512、612、712
[0037] 第二透镜：120、220、320、420、520、620、720
[0038] 物侧表面：121、221、321、421、521、621、721
[0039] 像侧表面：122、222、322、422、522、622、722
[0040] 第三透镜：130、230、330、430、530、630、730
[0041] 物侧表面：131、231、331、431、531、631、731
[0042] 像侧表面：132、232、332、432、532、632、732
[0043] 第四透镜：140、240、340、440、540、640、740
[0044] 物侧表面：141、241、341、441、541、641、 741
[0045] 像侧表面：142、242、342、442、542、642、742
[0046] 红外线滤除滤光片：150、250、350、450、550、650、750
[0047] 成像面：160、260、360、460、560、660、760
[0048] 电子感光元件：170、270、370、470、570、670、770
[0049] CT1 :第一透镜于光轴上的厚度
[0050] CT2 :第二透镜于光轴上的厚度
[0051] CT4 :第四透镜于光轴上的厚度
[0052] f :摄像系统镜片组的焦距
[0053] fl :第一透镜的焦距
[0054] f2 :第二透镜的焦距
[0055] f3 :第三透镜的焦距
[0056] Fno .摄像系统镜片组的光圈值
[0057] HF0V :摄像系统镜片组的最大视角一半
[0058] T12 :第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离
[0059] T23 :第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离
[0060] T34 :第三透镜与第四透镜于光轴上的间隔距离
[0061] R1 :第一透镜物侧表面的曲率半径
[0062] R2 :第一透镜像侧表面的曲率半径
[0063] R3 :第二透镜物侧表面的曲率半径
[0064] R4 :第二透镜像侧表面的曲率半径
[0065] R7 :第四透镜物侧表面的曲率半径
[0066] R8 :第四透镜像侧表面的曲率半径
[0067] V2 :第二透镜的色散系数
【具体实施方式】
[0068] 下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
[0069] 摄像系统镜片组由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜、第三透镜与第四透 镜。其中，摄像系统镜片组中具有屈折力的透镜为四片。
[0070] 第一透镜具有正屈折力。藉此可提供摄像系统镜片组所需的正屈折力，并可有效 加强缩短摄像系统镜片组的光学总长度。第一透镜物侧表面于近光轴处为凸面，第一透镜 像侧表面于近光轴处为凸面，有助于加强正屈折力配置，更有利于缩短光学总长度。
[0071] 第二透镜具有正屈折力。藉此可降低摄像系统镜片组的敏感度并减少球差产生。 第二透镜物侧表面于近光轴处可为凹面，第二透镜像侧表面于近光轴处可为凸面，有利于 修正像散（Astigmatism)。
[0072] 第三透镜具有正屈折力。藉此可有效平衡正屈折力配置。第三透镜物侧表面于近 光轴处可为凹面，第三透镜像侧面于近光轴处可为凸面，可有效加强像散修正。第三透镜可 具有至少一反曲点，有效地压制离轴视场的光线入射电子感光元件上的角度。
[0073] 第四透镜具有负屈折力。藉此可使摄像系统镜片组的主点远离（principal point)成像面，有利于缩短光学总长度，以维持摄像系统镜片组的小型化。第四透镜物侧表 面于近光轴处可为凸面，第四透镜像侧表面于近光轴处为凹面，可有助于修正像差。第四透 镜像侧表面可具有至少一反曲点，可有效修正离轴视场的像差。
[0074] 藉由第一透镜具有正屈折力、第二透镜具有正屈折力、第三透镜具有正屈折力以 及第四透镜具有负屈折力的配置，可有效加强摄像系统镜片组的望远特性，使摄像系统镜 片组具有短总长、短后焦的优势。
[0075] 第一透镜的焦距为Π ，第二透镜的焦距为f2,其满足下列条件式0 < f2/fl。藉 此，可有助于减少球差与降低敏感度。较佳地，可满足下列条件：1. 〇 < f2/fl。
[0076] 第二透镜的焦距为f2,第三透镜的焦距为f3,其满足下列条件：0 < f3/f2 < 1. 25。藉此，第二与第三片镜片的屈折力较为平衡，可缓和因屈折力相差过大而影响影像 周边聚焦的问题。较佳地，可满足下列条件：〇 < f3/f2 < 0. 8。
[0077] 第一透镜于光轴上的厚度为CT1，第二透镜于光轴上的厚度为CT2,第一透镜与第 二透镜于光轴上的间隔距离为T12,第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,其满 足下列条件式：〇. 3 <(T12+CT2+T23) /CT1 < 1. 9。藉此，有助于进一步缩短总长度。较佳 地，可满足下列条件：〇. 5 <(T12+CT2+T23)/CT1 < 1.65。
[0078] 第二透镜物侧表面的曲率半径为R3,第二透镜像侧表面的曲率半径为R4,其满足 下列条件：I (R3 - R4) / (R3 + R4) | < 1. 25。藉此，可有助于修正像散与减少球差。
[0079] 第四透镜于光轴上的厚度为CT4,第三透镜与第四透镜于光轴上的间隔距离为 T34,其满足下列条件：0. 25 < T34/CT4 < 1.0。藉此，可有助于透镜的组装与提高制造良 率。
[0080] 第一透镜物侧表面的曲率半径为R1，第一透镜像侧表面的曲率半径为R2,其满足 下列条件：-1.〇<(1?1+1?2)/(1?1-1?2)<0.3。藉此，可有利于减少球差产生。
[0081] 摄像系统镜片组的焦距为f，第一透镜像焦距为Π ，其满足下列条件：〇. 6 < f/n < 1.2。藉此，可使屈折力大小配置较为平衡，可有效控制总长度。
[0082] 摄像系统镜片组的焦距为f，第二透镜的焦距为f2,其满足下列条件：0 < f/f2 <0.5。藉此，可降低摄像系统镜片组的敏感度。
[0083] 第二透镜的色散系数为V2,其满足下列条件：V2 < 32。藉此，可有利于修正色差。
[0084] 第二透镜于光轴上的厚度为CT2,第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为 T12,其满足下列条件：0. 75 < T12/CT2 < 2. 5。藉此，有助于摄像系统镜片组的组装，并维 持摄像系统镜片组的小型化。
[0085] 第四透镜物侧表面的曲率半径为R7,第四透镜像侧表面的曲率半径为R8,其满足 下列条件：〇<(R7+R8)/ (R7-R8)。藉此，可有助于像差修正。
[0086] 本发明提供一种取像装置，由物侧至像侧依序包含所述的摄像系统镜片组以及电 子感光元件，其中电子感光元件连接于所述的摄像系统镜片组。藉此，取像装置可藉由摄像 系统镜片组利用透镜屈折力的配置方式，可有效加强摄像系统镜片组的望远特性，使其具 有短总长、短后焦的优势。此外，并藉由第二透镜的焦距与第三透镜的焦距配置，使第二与 第三片镜片的屈折力较为平衡，可缓和因屈折力相差过大而影响影像周边聚焦的问题。 [0087] 本发明摄像系统镜片组及取像装置中，透镜的材质可为塑胶或玻璃。当透镜的材 质为玻璃，可以增加摄像系统镜片组屈折力配置的自由度。另当透镜材质为塑胶，则可以有 效降低生产成本。此外，可于透镜表面上设置非球面，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，进而缩减所需使用透镜的数目，因此可以有效降 低本发明摄像系统镜片组的总长度。
[0088] 本发明摄像系统镜片组及取像装置中，就以具有屈折力的透镜而言，若透镜表面 是为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面于近光轴处为凸面；若透镜表面是为 凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面于近光轴处为凹面。
[0089] 本发明摄像系统镜片组及取像装置中，可设置有至少一光阑，其位置可设置于第 一透镜之前、各透镜之间或最后一透镜之后均可，该光阑的种类如耀光光阑（Glare Stop) 或视场光阑（Field Stop)等，用以减少杂散光，有助于提升影像品质。
[0090] 本发明所揭露的摄像系统镜片组及取像装置中，光圈可设置于被摄物与第一透 镜间（即为前置光圈）或是第一透镜与成像面间（即为中置光圈)。光圈若为前置光圈， 可使摄像系统镜片组的出射瞳（Exit Pupil)与成像面产生较长的距离，使之具有远心 (Telecentric)效果，可增加电子感光元件接收影像的效率；若为中置光圈，是有助于扩大 摄像系统镜片组的视场角，使摄像系统镜片组具有广角镜头的优势。
[0091] 本发明所揭露的摄像系统镜片组及取像装置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、数码相机、移动装置与数码平板等电子影像系 统中。
[0092] 根据上述实施方式，以下提出具体实施例并配合附图予以详细说明。
[0093] 〈第一实施例〉
[0094] 请参照图1及图2,其中图1绘示依照本发明第一实施例的一种取像装置的示意 图，图2由左至右依序为第一实施例的摄像系统镜片组的球差、像散以及畸变曲线图。由图 1可知，取像装置由物侧至像侧依序包含摄像系统镜片组与电子感光元件170。摄像系统镜 片组由物侧至像侧依序包含光圈100、第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜 140、红外线滤除滤光片（IR-Cut Filter) 150以及成像面160,电子感光元件170设置于成 像面160上。其中，摄像系统镜片组中具有屈折力的透镜为四片。
[0095] 第一透镜110具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面111于近光轴处为凸面， 其像侧表面112于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。
[0096] 第二透镜120具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面121于近光轴处为凸面， 其像侧表面122于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。
[0097] 第三透镜130具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面131于近光轴处为凹面， 其像侧表面132于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，第三透镜物侧表面131与像侧表 面132皆具有反曲点。
[0098] 第四透镜140具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面141于近光轴处为凸面， 其像侧表面142于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面，第四透镜像侧表面142具有反曲 点。
[0099] 红外线滤除滤光片150的材质为玻璃，其设置于第四透镜140及成像面160之间， 并不影响摄像系统镜片组的焦距。
[0100] 上述各透镜的非球面的曲线方程式表示如下：
[0101]
【权利要求】
1. 一种摄像系统镜片组，其特征在于，由物侧至像侧依序包含： 一第一透镜，具有正屈折力，其物侧表面于近光轴处为凸面，其像侧表面于近光轴处为 凸面； 一第二透镜，具有正屈折力； 一第三透镜，具有正屈折力；以及 一第四透镜，具有负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面，其物侧表面与像侧表面皆 为非球面； 其中，该摄像系统镜片组中具有屈折力的透镜为四片； 其中，该第一透镜的焦距为Π,该第二透镜的焦距为f2,该第三透镜的焦距为f3,该第 一透镜于光轴上的厚度为CT1,该第二透镜于光轴上的厚度为CT2,该第一透镜与该第二透 镜于光轴上的间隔距离为T12,该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,其满 足下列条件： 0. f2/f 1 ； 0. f3/f2 < 1. 25 ;以及 0· 3 < (T12+CT2+T23) /CT1 < 1. 9。
2. 根据要求1所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第二透镜的焦距为f2,该第三透 镜的焦距为f3,其满足下列条件： 0. f3/f2 < 0. 8〇
3. 根据要求2所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第一透镜的焦距为Π，该第二透 镜的焦距为f2,其满足下列条件： 1. 0 < f2/fl〇
4. 根据要求2所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第二透镜物侧表面的曲率半径 为R3,该第二透镜像侧表面的曲率半径为R4,其满足下列条件： (R3 - R4) / (R3 + R4) | < 1. 25。
5. 根据要求2所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第二透镜像侧表面于近光轴处 为凸面。
6. 根据要求5所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第四透镜于光轴上的厚度为 CT4,该第三透镜与该第四透镜于光轴上的间隔距离为T34,其满足下列条件： 0· 25 < T34/CT4 < 1. 0。
7. 根据要求5所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第一透镜于光轴上的厚度为 CT1，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2,该第一透镜与该第二透镜于光轴上的间隔距离为 T12,该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,其满足下列条件： 0· 5 < (T12+CT2+T23) /CT1 < 1. 65。
8. 根据要求1所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第一透镜物侧表面的曲率半径 为R1，该第一透镜像侧表面的曲率半径为R2,其满足下列条件： -1. 0 < (R1+R2) / (R1-R2) < 0· 3。
9. 根据要求8所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该摄像系统镜片组另包括一光圈， 该光圈置于一被摄物与该第一透镜之间，且该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜与该第四 透镜的材质皆为塑胶材质。
10. 根据要求8所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该摄像系统镜片组的焦距为f，该 第一透镜的焦距为Π ，其满足下列条件： 0. 6 < f/fl < 1. 2〇
11. 根据要求8所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第三透镜物侧表面近光轴处为 凹面，该第三透镜像侧表面近光轴处为凸面。
12. 根据要求11所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第三透镜具有至少一反曲点。
13. 根据要求11所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该摄像系统镜片组的焦距为f， 该第二透镜的焦距为f2,其满足下列条件： 0. f/f2 < 0. 5〇
14. 根据要求11所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第二透镜色散系数为V2,其满 足条件： V2 < 32。
15. 根据要求1所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第四透镜像侧表面具有至少一 反曲点。
16. 根据要求15所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第二透镜物侧表面于近光轴 处为凹面。
17. 根据要求15所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第二透镜于光轴上的厚度为 CT2,该第一透镜与该第二透镜于光轴上的间隔距离为T12,其满足下列条件： 0· 75 < T12/CT2 < 2. 5。
18. 根据要求15所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第四透镜物侧表面的曲率半 径为R7,该第四透镜像侧表面的曲率半径为R8,其满足下列条件： 0 <(R7+R8)/ (R7-R8)。
19. 根据要求15所述的摄像系统镜片组，其特征在于，该第四透镜物侧表面于近光轴 处为凸面。
20. -种取像装置，其特征在于，由物侧至像侧依序包含： 一摄像系统镜片组；以及 一电子感光元件， 其中，该摄像系统镜片组由物侧至像侧依序包含： 一第一透镜，具有正屈折力，其物侧表面于近光轴处为凸面，其像侧表面于近光轴处为 凸面； 一第二透镜，具有正屈折力； 一第三透镜，具有正屈折力；以及 一第四透镜，具有负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面，其物侧表面与像侧表面皆 为非球面； 其中，该摄像系统镜片组中具有屈折力的透镜为四片； 其中，该第一透镜的焦距为Π ,该第二透镜的焦距为f2,该第三透镜的焦距为f3,该第 一透镜于光轴上的厚度为CT1,该第二透镜于光轴上的厚度为CT2,该第一透镜与该第二透 镜于光轴上的间隔距离为T12,该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,其满 足下列条件： Ο < f2/f 1 ； Ο < f3/f2 < L 25 ;以及 0· 3 < (T12+CT2+T23) /CT1 < 1· 9。
【文档编号】G02B13/02GK104280861SQ201310351251
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年7月5日
【发明者】陈纬彧 申请人:大立光电股份有限公司