成像镜头的制作方法

本发明有关于一种成像镜头。

背景技术：

现今的测距装置的发展趋势是不断的朝向小型化发展，使得测距装置所使用的成像镜头也需往小型化发展，已知的测距装置的成像镜头体积较大，已经无法满足现今的需求，需要有另一种新架构的成像镜头，才能同时满足小型化、高分辨率的需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的成像镜头无法兼顾小型化和高分辨率的缺陷，提供一种成像镜头，其镜头总长度短小、具备高分辨率，但是仍具有良好的光学性能。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种成像镜头，沿着光轴从物侧至像侧依序包括光圈、第一透镜、第二透镜及第三透镜。第一透镜为平凸透镜具有正屈光力且包括凸面，此凸面朝向物侧。第二透镜具有负屈光力。第三透镜具有正屈光力且包括凸面，此凸面朝向物侧，并满足以下条件：0＜f₃/f＜1，其中f₃为第三透镜的有效焦距，f为成像镜头的有效焦距。

其中第一透镜满足以下条件：0＜f₁/f＜1；其中，f₁为第一透镜的有效焦距，f为成像镜头的有效焦距。

其中第二透镜群满足以下条件：f₂/f＜0；其中，f₂为第二透镜的有效焦距，f为成像镜头的有效焦距。

其中成像镜头满足以下条件：0＜BFL/TTL＜1；其中，BFL为第三透镜的像侧面至成像面于光轴上的距离，TTL为第一透镜的物侧面至成像面于光轴上 的距离。

其中第一透镜及第二透镜为球面透镜。

其中第三透镜为非球面透镜。

其中第一透镜、第二透镜及第三透镜是由塑料材质制成。

本发明的成像镜头可更包括滤光片，设置于第三透镜与像侧之间。

其中第二透镜为双凹透镜，第三透镜为双凸透镜。

实施本发明的成像镜头，具有以下有益效果：其镜头总长度短小、具备高分辨率，但是仍具有良好的光学性能。

附图说明

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。

图1是依据本发明的成像镜头的第一实施例的透镜配置与光路示意图。

图2A是图1的成像镜头的纵向像差图。

图2B是图1的成像镜头的场曲图。

图2C是图1的成像镜头的畸变图。

图2D是图1的成像镜头的横向光扇图。

图2E是图1的成像镜头的横向光扇图。

图2F是图1的成像镜头的横向光扇图。

图2G是图1的成像镜头的横向色差图。

图2H是图1的成像镜头的调变转换函数图。

图2I是图1的成像镜头的光点图。

图2J是图1的成像镜头的光点图。

图2K是图1的成像镜头的光点图。

图3是依据本发明的成像镜头的第二实施例的透镜配置与光路示意图。

图4A是图3的成像镜头的纵向像差图。

图4B是图3的成像镜头的场曲图。

图4C是图3的成像镜头的畸变图。

图4D是图3的成像镜头的横向光扇图。

图4E是图3的成像镜头的横向光扇图。

图4F是图3的成像镜头的横向光扇图。

图4G是图3的成像镜头的横向色差图。

图4H是图3的成像镜头的调变转换函数图。

图4I是图3的成像镜头的光点图。

图4J是图3的成像镜头的光点图。

图4K是图3的成像镜头的光点图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是依据本发明的成像镜头的第一实施例的透镜配置与光路示意图。成像镜头1沿着光轴OA1从物侧至像侧依序包括光圈ST1、第一透镜L11、第二透镜L12、第三透镜L13及滤光片OF1。成像时，来自物侧的光线最后成像于成像面IMA1上。第一透镜L11为平凸透镜具有正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S12为凸面，像侧面S13为平面，物侧面S12为球面表面。第二透镜L12为双凹透镜具有负屈光力由塑料材质制成，其物侧面S14与像侧面S15皆为球面表面。第三透镜L13为双凸透镜具有正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S16与像侧面S17皆为非球面表面。滤光片OF1其物侧面S18与像侧面S19皆为平面。

另外，为使本发明的成像镜头能保持良好的光学性能，本实施例中的成像镜头1需满足底下四条件：

0＜f1₁/f1＜1 (1)

f1₂/f1＜0 (2)

0＜f1₃/f1＜1 (3)

0＜BFL1/TTL1＜1 (4)

其中，f1为成像镜头1的有效焦距，f1₁为第一透镜L11的有效焦距，其满足下列条件：0＜f1₁/f1＜1。因此，藉由适当调整第一透镜L11的正屈光力，有助于缩短成像镜头1的总长度。

f1为成像镜头1的有效焦距，f1₂为第二透镜L12的有效焦距，其满足下列条件：f1₂/f1＜0。藉此适当调整第二透镜L12的负屈光力，可有效对于具有正屈光力的第一透镜所产生的像差作补正。

f1为成像镜头1的有效焦距，f1₃为第三透镜L13的有效焦距，其满足下列条件：0＜f1₃/f1＜1。藉由适当调整第三透镜L13的正屈光力，使得该成像镜头1具有更短的总长度，让光线经透镜后的折射变化较为和缓，可有效减缓像差的产生与周边亮度的损失。

BFL1为第三透镜L13的像侧面S17至成像面IMA1于光轴OA1上的距离，TTL1为第一透镜L11的物侧面S12至成像面IMA1于光轴OA1上的距离，其满足下列条件：0＜BFL1/TTL1＜1。可确保光学系统具有足够的后焦距供成像镜头1组装及调焦。

利用上述透镜、光圈ST1的设计，使得成像镜头1能缩短镜头总长度、有效的修正像差、提升镜头分辨率。

表一为图1中成像镜头1的各透镜的相关参数表，其中曲率半径、间距的单位为mm，且表面序号11-19依序表示由物侧至像侧的表面。表一数据显示本实施例的成像镜头1的有效焦距等于9.984mm、光圈值等于3.0、镜头总长度等于15.4647mm。

表一

表一中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：

z＝ch²/{1+[1-(k+1)c²h²]^1/2}+Ah⁴+Bh⁶+Ch⁸+Dh¹⁰+Eh¹²+Fh¹⁴

其中：

c：曲率；

h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；

k：圆锥系数；

A～F：非球面系数。

表二为表一中各个透镜的非球面表面的相关参数表，其中k为圆锥系数(Conic Constant)、A～F为非球面系数。

表二

第一实施例的成像镜头1，其有效焦距f1＝9.984mm，第一透镜L11的有效焦距f1₁＝9.7315mm，第二透镜L12的有效焦距f1₂＝-3.6720mm，第三透镜L13的有效焦距f1₃＝4.7707mm，第三透镜L13的像侧面S17至成像面IMA1于光轴OA1上的距离BFL1＝9.9921mm，第一透镜L11的物侧面S12至成像面IMA1于光轴OA1上的距离TTL1＝15.4647mm，关于BFL1，0(S17的间距)+0.4(S18的间距)+9.5921(S19的间距)＝9.9921mm，其中S17的间距是由第三透镜L13的像侧到滤光片(OF1)的物侧，S18的间距是由滤光片(OF1)的物侧到滤光片(O F1)的像侧，以及S19的间距是由滤光片(OF1)的像侧到成像面(IMA1)，由上述数据可得到f1₁/f1＝0.975、f1₂/f1＝-0.368、f1₃/f1＝0.478、BFL1/TTL1＝0.646，皆能满足上述条件(1)至条件(4)的要求。

另外，第一实施例的成像镜头1的光学性能也可达到要求，这可从图2A至图2K看出。图2A所示的，是第一实施例的成像镜头1的纵向像差(Longitudinal Aberration)图。图2B所示的，是第一实施例的成像镜头1的场曲(Field Curvature)图。图2C所示的，是第一实施例的成像镜头1的畸变(Distortion) 图。图2D、2E、2F所示的，是第一实施例的成像镜头1的横向光扇(Transverse Ray Fan)图。图2G所示的，是第一实施例的成像镜头1的横向色差(Lateral Color)图。图2H所示的，是第一实施例的成像镜头1的调变转换函数(Modulation Transfer Function)图。图2I、2J、2K所示的，是第一实施例的成像镜头1的光点图(Spot Diagram)。

由图2A可看出，第一实施例的成像镜头1对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线所产生的纵向像差值介于-0.15mm至0.12mm之间。由图2B可看出，第一实施例的成像镜头1对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线，于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向的场曲介于-0.08㎜至0.12㎜之间。由图2C(图中的四条线几乎重合，以致于看起来只有一条线)可看出，第一实施例的成像镜头1对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线所产生的畸变介于-0.7％至0％之间。由图2D、图2E、图2F可看出，第一实施例的成像镜头1对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线于视场高度分别为0.0000mm、0.9000mm、1.5000mm所产生的横向像差值介于-56.5μm至51.2μm。由图2G可看出，第一实施例的成像镜头1以波长等于0.588μm为参考波长，对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线于不同视场高度所产生的横向色差值介于-3.5μm至4.0μm之间。由图2H可看出，第一实施例的成像镜头1对波长范围介于0.486μm至0.750μm的光线，分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向，视场高度分别为0.0000mm、0.6000mm、0.9000mm、1.2000mm、1.5000mm，空间频率介于0lp/mm至138lp/mm，其调变转换函数值介于0.07至1.0之间。由图2I、图2J、图2K可看出，第一实施例的成像镜头1对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线，于视场高度分别为0.000mm、0.900mm、1.502mm处，其所对应的光点的均方根(Root Mean Square)半径分别为6.761μm、9.945μm、10.264μm，其所对应的光点的几何(Geometrical)半径分别为17.258μm、44.416μm、37.688μm。显见第一实施例的成像镜头1的纵向像差、场曲、畸变、横向像差、横向色差都能被有效修正，影像分辨率也能满足要求，从而得到较佳的光学性能。

请参阅图3，图3是依据本发明的成像镜头的第二实施例的透镜配置与光路示意图。成像镜头2沿着光轴OA2从物侧至像侧依序包括光圈ST2、第一透镜L21、第二透镜L22、第三透镜L23及滤光片OF2。成像时，来自物侧的光线最后成像于成像面IMA2上。第一透镜L21为平凸透镜具有正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S22为凸面，像侧面S23为平面，物侧面S22与像侧面S23皆为球面表面。第二透镜L22为双凹透镜具有负屈光力由塑料材质制成，其物侧面S24与像侧面S25皆为球面表面。第三透镜L23为双凸透镜具有正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S26与像侧面S27皆为非球面表面。滤光片OF2其物侧面S28与像侧面S29皆为平面。

另外，为使本发明的成像镜头能保持良好的光学性能，第二实施例中的成像镜头2需满足底下四条件：

0＜f2₁/f2＜1 (5)

f2₂/f2＜0 (6)

0＜f2₃/f2＜1 (7)

0＜BFL2/TTL2＜1 (8)

其中，f2为成像镜头2的有效焦距，f2₁为第一透镜L21的有效焦距，其满足下列条件：0＜f2₁/f2＜1。因此，藉由适当调整第一透镜L21的正屈光力，有助于缩短成像镜头1的总长度。

f2为成像镜头2的有效焦距，f2₂为第二透镜L22的有效焦距，其满足下列条件：f2₂/f2＜0。藉此适当调整第二透镜L22的负屈光力，可有效对于具有正屈光力的第一透镜L21所产生的像差作补正。

f2为成像镜头2的有效焦距，f2₃为第三透镜L23的有效焦距，其满足下列条件：0＜f2₃/f2＜1。藉由适当调整第三透镜L23的正屈光力，使得该成像镜头1具有更短的总长度，让光线经透镜后的折射变化较为和缓，可有效减缓像差的产生与周边亮度的损失。

BFL2为第三透镜L23的像侧面S27至成像面IMA2于光轴OA2上的距离，TTL2为第一透镜L21的物侧面S22至成像面IMA2于光轴OA2上的距离，其满足下列条件：0＜BFL2/TTL2＜1。可确保光学系统具有足够的后焦距供成像 镜头2组装及调焦。

利用上述透镜、光圈ST2的设计，使得成像镜头2能缩短镜头总长度、有效的修正像差、提升镜头分辨率。

表三为图3中成像镜头2的各透镜的相关参数表，其中曲率半径、间距的单位为mm，且表面序号21-29依序表示由物侧至像侧的表面。表三数据显示本实施例的成像镜头2的有效焦距等于9.4848mm、光圈值等于3.0、镜头总长度等于14.7115mm。

表三

表三中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：

z＝ch²/{1+[1-(k+1)c²h²]^1/2}+Ah⁴+Bh⁶+Ch⁸+Dh¹⁰+Eh¹²+Fh¹⁴

其中：

c：曲率；

h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；

k：圆锥系数；

A～F：非球面系数。

表四为表三中各个透镜的非球面表面的相关参数表，其中k为圆锥系数(Conic Constant)、A～F为非球面系数。

表四

第二实施例的成像镜头2，其有效焦距f2＝9.4848mm，第一透镜L21的有效焦距f2₁＝9.2449mm，第二透镜L22的有效焦距f2₂＝-3.4884mm，第三透镜L23的有效焦距f2₃＝4.5322mm，第三透镜L23的像侧面S27至成像面IMA2于光轴OA2上的距离BFL2＝9.5130mm，第一透镜L21的物侧面S22至成像面IMA2于光轴OA2上的距离TTL2＝14.7115mm，关于BFL2，0(S27的间距)+0.4(S28的间距)+9.113(S29的间距)＝9.5130mm，其中S27的间距是由第三透镜L23的像侧到滤光片(OF2)的物侧，S28的间距是由滤光片(OF2)的物侧到滤光片(O F₂)的像侧，以及S29的间距是由滤光片(OF₂)的像侧到成像面(IMA2)，由上述数据可得到f2₁/f2＝0.975、f2₂/f2＝-0.368、f2₃/f2＝0.478、BFL2/TTL2＝0.647，皆能满足上述条件(5)至条件(8)的要求。

另外，第二实施例的成像镜头2的光学性能也可达到要求，这可从图4A至4K看出。图4A所示的，是第二实施例的成像镜头2的纵向像差(Longitudinal Aberration)图。图4B所示的，是第二实施例的成像镜头2的场曲(Field Curvature)图。图4C所示的，是第二实施例的成像镜头2的畸变(Distortion)图。第4D、4E、4F图所示的，是第二实施例的成像镜头2的横向光扇(Transverse Ray Fan)图。图4G所示的，是第二实施例的成像镜头2的横向色差(Lateral Color)图。图4H所示的，是第二实施例的成像镜头2的调变转换函数(Modulation Transfer Function)图。图4I、4J、4K所示的，是第二实施例的成像镜头2的光点图(Spot Diagram)。

由图4A可看出，第二实施例的成像镜头2对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线所产生的纵向像差值介于-0.16mm至0.10mm之间。由图4B可看出，第二实施例的成像镜头2对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线，于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向的场曲介于-0.10㎜至0.10㎜之间。由图4C(图中的四条线几乎重合，以致于看起来只有一条线)可看出，第二实施例的成像镜头2对波长为0.486μ m、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线所产生的畸变介于-0.8％至0％之间。由图4D、图4E、图4F可看出，第二实施例的成像镜头2对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线于视场高度分别为0.0000mm、0.9000mm、1.5000mm所产生的横向像差值介于-54.4μm至71.3μm。由图4G可看出，第二实施例的成像镜头2以波长等于0.588μm为参考波长，对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线于不同视场高度所产生的横向色差值介于-3.1μm至4.0μm之间。由图4H可看出，第二实施例的成像镜头2对波长范围介于0.486μm至0.750μm的光线，分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向，视场高度分别为0.0000mm、0.6000mm、0.9000mm、1.2000mm、1.5000mm，空间频率介于0lp/mm至138lp/mm，其调变转换函数值介于0.15至1.0之间。由图4I、图4J、图4K可看出，第二实施例的成像镜头2对波长为0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.750μm的光线，于视场高度分别为0.000mm、0.898mm、1.503mm处，其所对应的光点的均方根(Root Mean Square)半径分别为10.488μm、15.797μm、15.348μm，其所对应的光点的几何(Geometrical)半径分别为18.625μm、42.478μm、44.617μm。显见第二实施例的成像镜头2的纵向像差、场曲、畸变、横向像差、横向色差都能被有效修正，影像分辨率也能满足要求，从而得到较佳的光学性能。