拾像系统透镜组、取像装置及可携装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种拾像系统透镜组、取像装置及可携装置，该拾像系统透镜组由物侧至像侧依序包含：一具正屈折力的第一透镜，其像侧面于近光轴处为凸面；一具负屈折力的第二透镜；一具正屈折力的第三透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面；及一具屈折力的第四透镜，其像侧面于近光轴处为凹面，其物侧面及像侧面皆为非球面，且其像侧面于离轴处具有至少一凸面。通过上述结构，在满足特定条件下，可有利于缩短系统总长度，并提升周边解像力和照度。
【专利说明】拾像系统透镜组、取像装置及可携装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种拾像系统透镜组，特别是涉及一种应用于可携式电子产品的拾像 系统透镜组。
【背景技术】
[0002] 随着个人电子产品逐渐轻薄化，电子产品内部各零组件被要求具有更小的尺寸。 摄影镜头的尺寸在这个趋势下同样面临着小型化的要求。除了小型化的要求之外，因为 半导体制造工艺技术的进步使得感光元件的像素面积缩小，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光学系统，多采用三片式透镜结构为 主，但由于智能手机（SmartPhone)、平板电脑（TabletPC)与可穿戴式设备（Wearable Apparatus)等高规格可携装置（MobileTerminal)的盛行，使得摄影镜头在像素与成像品 质上的迅速攀升，现有的三片式摄影镜头已无法满足更高阶的摄影需求。
[0004] 领域中亦提出四片式透镜组，期能提供更优异的成像品质。然而，常用四片式透镜 组往往未能在大视角及镜头总长度之间取得良好的平衡，且对于周边影像的解像力与照度 也不甚理想，尚未能满足领域中所要求的高阶成像品质。
[0005] 因此，领域中急需一种在满足小型化的条件下，具有良好的周边解像力与照度的 摄影镜头。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是：提供一种拾像系统透镜组，以使得摄影镜头在满足 小型化的条件下，具有良好的周边解像力与照度。
[0007] 本发明的技术解决方案包括：提供一种拾像系统透镜组，由物侧至像侧依序包含： 一具正屈折力的第一透镜，其像侧面于近光轴处为凸面；一具负屈折力的第二透镜；一具 正屈折力的第三透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面；及一具 屈折力的第四透镜，其像侧面于近光轴处为凹面，其物侧面及像侧面皆为非球面，且其像侧 面于离轴处具有至少一凸面；其中，该拾像系统透镜组中具有屈折力的透镜为四片；其中， 该第一透镜的色散系数为VI，该第三透镜的色散系数为V3,该第二透镜的色散系数为V2， 该第四透镜的色散系数为V4,该第一透镜物侧面至该第四透镜像侧面于光轴上的距离为 Td，该第一透镜物侧面至一成像面于光轴上的距离为TL，该拾像系统透镜组的最大像高为 ImgH,满足下列关系式：
[0008]I. 75<(V1+V3)/(V2+V4)<3. 5；
[0009] 0? 50mm〈Td〈l. 90mm;及
[0010]TL/ImgH〈2. 75。
[0011] 一种取像装置，包含如前述的拾像系统透镜组及一电子感光元件。
[0012] 一种可携装置，包含如前述的取像装置。
[0013] 一种拾像系统透镜组，由物侧至像侧依序包含：一具正屈折力的第一透镜，其像侧 面于近光轴处为凸面；一具负屈折力的第二透镜，其物侧面于近光轴处为凹面；一具正屈 折力的第三透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面；及一具屈折力 的第四透镜，其像侧面于近光轴处为凹面，其物侧面及像侧面皆为非球面，且其像侧面于离 轴处具有至少一凸面；其中，该拾像系统透镜组中具有屈折力的透镜为四片；其中，该第一 透镜的色散系数为VI，该第三透镜的色散系数为V3,该第二透镜的色散系数为V2,该第四 透镜的色散系数为V4,该第一透镜物侧面至该第四透镜像侧面于光轴上的距离为Td，该第 二透镜物侧面的曲率半径为R3,该第二透镜像侧面的曲率半径为R4,满足下列关系式：
[0014]I. 75<(V1+V3)/(V2+V4)<3. 5；
[0015] 0? 50mm〈Td〈l. 90mm;及
[0016] (R3+R4)/(R3-R4) <0. 9〇
[0017] 当（V1+V3V(V2+V4)满足上述条件时，可有效修正系统色差。
[0018] 当Td满足上述条件时，有利于维持系统的小型化。
[0019] 当TL/ImgH满足上述条件时，可加强系统小型化的特色，以搭载于轻薄可携式的 电子产品上。
[0020] 当（R3+R4V(R3-R4)满足上述条件时，有助于加强像差的补正。
[0021] 通过上述结构，在满足特定条件下，可有利于缩短系统总长度，并提升周边解像力 和照度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图IA是本发明第一实施例的取像装置示意图。
[0023] 图IB是本发明第一实施例的像差曲线图。
[0024] 图2A是本发明第二实施例的取像装置示意图。
[0025] 图2B是本发明第二实施例的像差曲线图。
[0026] 图3A是本发明第三实施例的取像装置示意图。
[0027] 图3B是本发明第三实施例的像差曲线图。
[0028] 图4A是本发明第四实施例的取像装置示意图。
[0029] 图4B是本发明第四实施例的像差曲线图。
[0030] 图5A是本发明第五实施例的取像装置示意图。
[0031] 图5B是本发明第五实施例的像差曲线图。
[0032] 图6A是本发明第六实施例的取像装置示意图。
[0033] 图6B是本发明第六实施例的像差曲线图。
[0034] 图7A是本发明第七实施例的取像装置示意图。
[0035] 图7B是本发明第七实施例的像差曲线图。
[0036] 图8A是本发明第八实施例的取像装置示意图。
[0037] 图8B是本发明第八实施例的像差曲线图。
[0038] 图9A是本发明第九实施例的取像装置示意图。
[0039] 图9B是本发明第九实施例的像差曲线图。
[0040] 图IOA是示意装设有本发明的取像装置的智能手机。
[0041] 图IOB是示意装设有本发明的取像装置的平板电脑。
[0042] 图IOC是示意装设有本发明的取像装置的可穿戴式设备。
[0043] 主要元件标号说明
[0044] 光圈 100、200、300、400、500、600、700、800、900
[0045] 第一透镜 110、210、310、410、510、610、710、810、910
[0046] 物侧面 111、211、311、411、511、611、711、811、911
[0047] 像侧面 112、212、312、412、512、612、712、812、912
[0048] 第二透镜 120、220、320、420、520、620、720、820、920
[0049] 物侧面 121、221、321、421、521、621、721、821、921
[0050] 像侧面 122、222、322、422、522、622、722、822、922
[0051] 第三透镜 130、230、330、430、530、630、730、830、930
[0052] 物侧面 131、231、331、431、531、631、731、831、931
[0053] 像侧面 132、322、332、432、532、632、732、832、932
[0054] 第四透镜 140、240、340、440、540、640、740、840、940
[0055] 物侧面 141、241、341、441、 541、641、741、別1、941
[0056] 像侧面 I42、422、342、 442、542、642、742、842、 942
[0057] 红外线滤除滤光元件 150、250、350、450、550、650、750、850、950
[0058] 保护玻璃 560
[0059] 成像面 170、270、370、470、570、670、770、870、970
[0060] 电子感光元件 180、280、380、480、580、680、780、880、980
[0061] 取像装置 1001
[0062] 智能手机 1010
[0063] 平板电脑 1020
[0064] 可穿戴式设备 1030
[0065] 拾像系统透镜组的焦距为f
[0066] 第一透镜的色散系数为Vl
[0067] 第二透镜的色散系数为V2
[0068] 第三透镜的色散系数为V3
[0069] 第四透镜的色散系数为V4
[0070] 第四透镜的折射率为N4
[0071] 第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为T12
[0072] 第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23
[0073] 第三透镜与第四透镜于光轴上的间隔距离为T34
[0074] 第一透镜物侧面至第四透镜像侧面于光轴上的距离为Td
[0075] 第一透镜、第二透镜、第三透镜、及第四透镜中于光轴上的最小厚度为CTmin
[0076] 第一透镜像侧面的曲率半径为R2
[0077] 第二透镜物侧面的曲率半径为R3
[0078] 第二透镜像侧面的曲率半径为R4
[0079] 第三透镜物侧面的曲率半径为R5
[0080] 第三透镜像侧面的曲率半径为R6
[0081] 第一透镜物侧面至成像面于光轴上的距离为TL
[0082] 该拾像系统透镜组的最大像高为ImgH(或定义为电子感光元件有效感测区域对 角线长的一半）
[0083] 拾像系统透镜组的最大视角为FOV
【具体实施方式】
[0084] 本发明提供一种拾像系统透镜组，由物侧至像侧依序包含具屈折力的第一透镜、 第二透镜、第三透镜、及第四透镜。
[0085] 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。 该第一透镜像侧面于近光轴处可为凸面，有助于减少像散产生。
[0086] 该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。 该第二透镜物侧面近光轴处可为凹面，其像侧面近光轴处可为凹面，可有效修正系统的像 差。该第二透镜像侧面于离轴处可具有至少一凸面，可压制离轴视场的光线入射于电子感 光元件上的角度，以增加电子感光元件接收效率。
[0087] 该第三透镜具正屈折力，可有效降低系统敏感度。该第三透镜物侧面近光轴处为 凹面，其像侧面近光轴处为凸面，可有助于修正系统的像散。
[0088] 该第四透镜可具负屈折力，可有效修正系统的佩兹伐和数，以修正成像弯曲。该第 四透镜物侧面近光轴处可为凸面，其像侧面近光轴处为凹面，且其像侧面于离轴处具有至 少一凸面，有助于修正系统非点收差（Astigmatism)，并可有效修正离轴像差。
[0089] 该第一透镜的色散系数为VI,该第三透镜的色散系数为V3,该第二透镜的色散系 数为V2,该第四透镜的色散系数为V4。当拾像系统透镜组满足下列关系式：1.75〈(V1+V3)/ (V2+V4)〈3. 5时，可有效修正系统色差；较佳地，满足下列关系式：2. 0〈 (V1+V3) / (V2+V4)〈3. 0。
[0090] 该第一透镜物侧面至该第四透镜像侧面于光轴上的距离为Td。当拾像系统透镜组 满足下列关系式：〇. 50mm〈Td〈l. 90mm时，有利于维持系统的小型化；较佳地，满足下列关系 式：0? 80mm〈Td〈l. 65mm。
[0091] 该第一透镜物侧面至一成像面于光轴上的距离为TL,当拾像系统透镜组组合一电 子感光元件时，ImgH为最大像高（可定义为该电子感光元件有效感测区域对角线长的一 半）。当拾像系统透镜组满足下列关系式：TL/ImgH〈2. 75时，可加强系统小型化的特色，以 搭载于轻薄可携式的电子产品上；较佳地，满足下列关系式：TL/ImgH〈2.4。
[0092] 该第二透镜物侧面的曲率半径为R3,该第二透镜像侧面的曲率半径为R4。当拾像 系统透镜组满足下列关系式：（R3+R4V(R3-R4)〈0. 9时，有助于加强像差的修正。
[0093] 该第三透镜物侧面的曲率半径为R5,该第三透镜像侧面的曲率半径为R6。当拾像 系统透镜组满足下列关系式：1. 〇〈R5/R6〈2. 65时，有利于像散的修正。
[0094] 该拾像系统透镜组的焦距为f，该第二透镜像侧面的曲率半径为R4。当拾像系统 透镜组满足下列关系式：f/R4〈l. 0时，有助于减少像差的产生。
[0095] 该拾像系统透镜组的最大视角为F0V。当拾像系统透镜组满足下列关系式： I/Itan(FOV)I〈0? 28时，可获得足够的视场角。
[0096] 该第四透镜的折射率为N4。当拾像系统透镜组满足下列关系式：1.60〈N4〈1. 75 时，可有助于减缓色差。
[0097]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,该第三透镜与该第四透镜于光轴上的间隔距离为T34,该第一 透镜物侧面至该第四透镜像侧面于光轴上的距离为TcL当拾像系统透镜组满足下列关系 式：0. 02〈(T12+T23+T34)/Td〈0. 20时，可有助镜片的组装以提高制作良率。
[0098] 该第一透镜像侧面的曲率半径为R2,该拾像系统透镜组的焦距为f。当拾像系统 透镜组满足下列关系式：-1.75〈R2/f〈0时，有助于减少球差的产生。
[0099] 该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、及该第四透镜中于光轴上的最小厚度为 CTmin。当拾像系统透镜组满足下列关系式：0.lmm〈CTmin〈0. 25mm时，有利于镜片的成型性 与均质性。
[0100] 本发明的拾像系统透镜组中，透镜的材质可为玻璃或塑料，若透镜的材质为玻璃， 则可以增加该拾像系统透镜组屈折力配置的自由度，若透镜材质为塑料，则可以有效降低 生产成本。此外，可于镜面上设置非球面（ASP)，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 拾像系统透镜组的总长度。
[0101] 本发明的拾像系统透镜组中，可至少设置一光阑，如孔径光阑（ApertureStop)、 耀光光阑（GlareStop)或视场光阑（FieldStop)等。
[0102] 本发明拾像系统透镜组中，光圈配置可为前置或中置，其中前置光圈意即光圈设 置于被摄物与第一透镜间，中置光圈则表示光圈设置于第一透镜与成像面间，前置光圈 可使拾像系统透镜组的出射瞳（ExitPupil)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如C⑶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，使拾像系统透镜组具有广角镜头的优势。
[0103] 本发明拾像系统透镜组中，就以具有屈折力的透镜而言，若透镜表面为凸面且未 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。
[0104] 本发明的拾像系统透镜组更可视需求应用于变焦的光学系统中，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、数码相机、移动装置、数 码平板与可穿戴式设备等可携装置中。
[0105] 本发明更提供一种取像装置，其包含前述拾像系统透镜组以及电子感光元件，其 中该电子感光元件设置于该拾像系统透镜组的成像面，因此取像装置可通过拾像系统透 镜组的系统设计，有利于缩短大视角的系统总长，并提升周边解像力与照度，进而达到最佳 成像效果。较佳地，该取像装置可进一步包含镜筒（BarrelMember)、支持装置（Holder Member)或其组合。
[0106] 请参阅图10A、图10B、图10C，该取像装置1001可搭载于可携装置，其包括，但不 限于：智能手机1010、平板电脑1020、或可穿戴式设备1030。前揭可携装置仅是示范性地 说明本发明的取像装置的实际运用例子，并非限制本发明的取像装置的运用范围。较佳 地，该可携装置可进一步包含控制单元（ControlUnit)、显示单元（Display)、储存单元 (Storage)、暂储存单元（RAM)或其组合。
[0107] 本发明的取像装置及拾像系统透镜组将通过以下具体实施例配合所附图式予以 详细说明。
[0108] 《第一实施例》
[0109] 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 的取像装置包含拾像系统透镜组与一电子感光元件180,该拾像系统透镜组主要由四片具 屈折力的透镜构成，由物侧至像侧依序包含：
[0110] 一具正屈折力的第一透镜110,其材质为塑料，其物侧面111于近光轴处为凸面， 其像侧面112于近光轴处为凸面，且其两面皆为非球面；
[0111] 一具负屈折力的第二透镜120,其材质为塑料，其物侧面121于近光轴处为凹面， 其像侧面122于近光轴处为凹面，其两面皆为非球面，且其像侧面122于离轴处具有至少一 凸面；
[0112] 一具正屈折力的第三透镜130,其材质为塑料，其物侧面131于近光轴处为凹面， 其像侧面132于近光轴处为凸面，且其两面皆为非球面；及
[0113] 一具负屈折力的第四透镜140,其材质为塑料，其物侧面141于近光轴处为凸面， 其像侧面142于近光轴处为凹面，其两面皆为非球面，且其像侧面142于离轴处具有至少一 凸面；
[0114] 其中，第二透镜120为于光轴上厚度最小的透镜。该拾像系统透镜组另设置有一 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) 150置于该第四透镜140与一成像面170间，其材质为玻璃且不影响焦距。
[0115] 其中，该电子感光元件180设置于该成像面170上。
[0116] 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毫米，HFOV定义为最大视角的一半。
[0117]
【权利要求】
1. 一种拾像系统透镜组，其特征在于，所述拾像系统透镜组由物侧至像侧依序包含： 一具正屈折力的第一透镜，其像侧面于近光轴处为凸面； 一具负屈折力的第二透镜； 一具正屈折力的第三透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面； 及 一具屈折力的第四透镜，其像侧面于近光轴处为凹面，其物侧面及像侧面皆为非球面， 且其像侧面于离轴处具有至少一凸面； 其中，该拾像系统透镜组中具有屈折力的透镜为四片； 其中，该第一透镜的色散系数为VI，该第三透镜的色散系数为V3,该第二透镜的色散 系数为V2,该第四透镜的色散系数为V4,该第一透镜物侧面至该第四透镜像侧面于光轴上 的距离为Td，该第一透镜物侧面至一成像面于光轴上的距离为TL，该拾像系统透镜组的最 大像_为ImgH，满足下列关系式： 1. 75<(V1+V3)/(V2+V4)<3. 5； 0. 50mm〈Td〈l. 90mm ;及 TL/ImgH〈2. 75。
2. 根据权利要求1所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第四透镜的物侧面于近光 轴处为凸面。
3. 根据权利要求2所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第三透镜物侧面的曲率半 径为R5,该第三透镜像侧面的曲率半径为R6,满足下列关系式： 1. 0〈R5/R6〈2. 65。
4. 根据权利要求2所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第一透镜的色散系数为VI， 该第三透镜的色散系数为V3,该第二透镜的色散系数为V2,该第四透镜的色散系数为V4， 满足下列关系式： 2. 0〈（V1+V3)/(V2+V4)〈3. 0。
5. 根据权利要求2所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该拾像系统透镜组的焦距为 f，该第二透镜像侧面的曲率半径为R4,满足下列关系式： f/R4〈l.0。
6. 根据权利要求2所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该拾像系统透镜组的最大视 角为F0V,满足下列关系式： l/|tan(F0V) | <0. 28〇
7. 根据权利要求2所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第四透镜的折射率为N4,满 足下列关系式： 1. 60〈N4〈1. 75。
8. 根据权利要求1所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第二透镜像侧面于离轴处 具有至少一凸面。
9. 根据权利要求8所述的拾像系统透镜组，其特征在于，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,该第三透 镜与该第四透镜于光轴上的间隔距离为T34,该第一透镜物侧面至该第四透镜像侧面于光 轴上的距离为Td,满足下列关系式： 0.02〈（T12+T23+T34)/Td〈0. 20。
10. 根据权利要求8所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第二透镜像侧面于近光轴 处为凹面。
11. 根据权利要求8所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第一透镜像侧面的曲率半 径为R2,该拾像系统透镜组的焦距为f，满足下列关系式： -1.75<R2/f<0〇
12. 根据权利要求8所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第一透镜、该第二透镜、该 第三透镜、及该第四透镜中于光轴上的最小厚度为CTmin，满足下列关系式： 0? lmm〈CTmin〈0. 25mm〇
13. 根据权利要求8所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第四透镜具负屈折力。
14. 根据权利要求8所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第二透镜物侧面于近光轴 处为凹面。
15. 根据权利要求1所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第一透镜物侧面至该第四 透镜像侧面于光轴上的距离为Td，满足下列关系式： 0. 80mm〈Td〈l. 65mm。
16. -种取像装置，其特征在于，所述取像装置包含如权利要求1所述的拾像系统透镜 组及一电子感光元件。
17. -种可携装置，其特征在于，所述可携装置包含如权利要求16所述的取像装置。
18. -种拾像系统透镜组，其特征在于，所述拾像系统透镜组由物侧至像侧依序包含： 一具正屈折力的第一透镜，其像侧面于近光轴处为凸面； 一具负屈折力的第二透镜，其物侧面于近光轴处为凹面； 一具正屈折力的第三透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面； 及 一具屈折力的第四透镜，其像侧面于近光轴处为凹面，其物侧面及像侧面皆为非球面， 且其像侧面于离轴处具有至少一凸面； 其中，该拾像系统透镜组中具有屈折力的透镜为四片； 其中，该第一透镜的色散系数为VI，该第三透镜的色散系数为V3,该第二透镜的色散 系数为V2,该第四透镜的色散系数为V4,该第一透镜物侧面至该第四透镜像侧面于光轴上 的距离为Td，该第二透镜物侧面的曲率半径为R3,该第二透镜像侧面的曲率半径为R4,满 足下列关系式： 1. 75<(V1+V3)/(V2+V4)<3. 5； 0. 50mm〈Td〈l. 90mm ;及 (R3+R4)/(R3-R4)<0. 9〇
19. 根据权利要求18所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第一透镜物侧面至一成 像面于光轴上的距离为TL，该拾像系统透镜组的最大像高为ImgH，满足下列关系式： TL/ImgH〈2. 4。
20. 根据权利要求18所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第一透镜的色散系数为 VI，该第三透镜的色散系数为V3,该第二透镜的色散系数为V2,该第四透镜的色散系数为 V4,满足下列关系式： 2. 0〈（V1+V3)/(V2+V4)〈3. 0。
21. 根据权利要求18所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第二透镜的像侧面于离 轴处具有至少一凸面。
22. 根据权利要求18所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该第四透镜具负屈折力，且 该第四透镜物侧面于近光轴处为凸面。
23. 根据权利要求18所述的拾像系统透镜组，其特征在于，该拾像系统透镜组的最大 视角为FOV，满足下列关系式： l/|tan(FOV) | <0. 28〇
【文档编号】G02B13/18GK104516092SQ201310552433
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】许伯纶, 林振诚, 谢东益, 陈纬彧 申请人:大立光电股份有限公司