专利名称：单镜片光学取像镜头及其阵列的制作方法
技术领域：
本实用新型是有关一种单镜片光学取像镜头及其阵列，尤指一种可由一单镜片光 学取像镜头阵列切割分离为多个超薄型单镜片光学取像镜头，供可应用于行动电话或与影 像感测器如CXD或CMOS等一起配合使用。
背景技术：
随着科技的进步，电子产品不断地朝向轻薄短小及多功能的方向发展。电子产 品中，如数位相机(Digital Still Camera)、电脑相机(PC camera)、网路相机(Network camera)、行动电话等皆已具备取像镜头，甚至PDA等装置也有加上取像镜头的需求。为了 符合携带方便及人性化的需求，取像镜头不仅需要具有良好的成像品质，同时也需要有较 小的体积与较低的成本，始能有效提升该取像镜头的应用性。尤其是当其应用于行动电话 上，上述需求或条件更为重要。光学取像镜头一般由镜片群(可能为一片或多片)、光阑、红外线滤光片、表玻璃 及影像感测器组成，如中国台湾专利公开号200814902所揭示的单镜片光学取像镜头。参 考图1，一单镜片光学取像镜头1包含一影像感测器11，一镜座12设于影像感测器11上 方，一镜头模组13其一部分设于镜座12内，一表玻璃14设于镜座12内且覆盖影像感测器 11。此外，镜头模组13内部设有一透镜15及一红外线滤光片16。该取像镜头1通过透镜 15将光线成像于影像感测器11上。然，由于镜座12与镜头模组13的连接结构过大，造成 光学取像镜头1体积庞大。因此，中国台湾专利号1302630揭露一种堆迭的单镜片光学取像镜头。参阅图2， 一单镜片光学取像镜头2由底部至顶部依序包含一影像感测器21、一间隔片22、一表玻璃 23、一红外线滤光片24、一光阑25及一透镜26等元件，且上述各元件为面与面直接相互贴 附，故可有效减小光学取像镜头2的厚度。虽然上述单镜片光学取像镜头的厚度已较过去小，但当电子产品越来越小型化设 计时，具有较大体积的光学取像镜头仍会造成设计及搭配使用上的困扰，使电子产品的体 积不易缩小。尤其以单镜片的光学取像镜头而论，镜片的后焦距(back focal)仍有一定长 度，此是造成单镜片光学取像镜头的厚度无法持续减小的主因。
发明内容为改善上述问题，本实用新型通过镜片设计，使其后焦距减小且限缩于一定范围。 此外，光学取像镜头的各光学元件间也是面与面直接相互贴附，以使单镜片光学取像镜头 的厚度缩小，解决习知单镜片光学取像镜头的厚度无法持续减小的问题。本实用新型提供的一单镜片光学取像镜头，沿着同一光轴由物侧至像侧依序包 含一透镜具有一物侧面及一像侧面且具有一光学作用区及一非光学作用区，及一影像感 测器对应设置于该透镜的像侧面；并满足以下条件BFL/TTL = 0. 55 0. 81，0H/0D = 1. 0 3. 6，其中，TTL为光轴上透镜的物侧面至影像感测器的全长，BFL为该取像镜头的后焦距，OH为物的高度，OD为光轴上物至透镜的物侧面的长度。本实用新型提供另的一单镜片光学取像镜头阵列，包含一透镜阵列，具有以阵列 排列的复数个透镜；及一影像感测器阵列，具有以阵列排列的复数个影像感测器，且复数个 影像感测器与复数个透镜对应设置，其中，此单镜片光学取像镜头阵列可切割分离成多个 单镜片光学取像镜头，每一单镜片光学取像镜头沿着同一光轴由物侧至像侧依序包含一 透镜具有一物侧面及一像侧面，及一影像感测器对应设置于该透镜的像侧面，其中，该取像 镜头并满足以下条件BFL/TTL = 0. 55 0. 81，0H/0D = 1. 0 3. 6其中，TTL为该光轴上 该透镜的物侧面至影像感测器的全长，BFL为取像镜头的后焦距，OH为物的高度，OD为该光 轴上物至该透镜的物侧面的长度。透过上述技术特征，本实用新型的单镜片光学取像镜头可缩短镜头全长及后焦长 度，有效减小镜头厚度，符合行动电话轻、薄、短、小的要求，且可使行动电话内部空间得提 供较多的裕度。另，本实用新型也可发展出具其他应用的镜头，如医用胃视镜头、短焦式镜 头等。又，本实用新型采用元件的厚度较薄，也可有效节省成本。
图1为一习知光学取像镜头的结构图；图2为另一习知光学取像镜头的结构图；图3为本实用新型单镜片光学取像镜头第一实施例的光学结构图；图4为本实用新型单镜片光学取像镜头第二实施例的光学结构图；图5为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例A的结构图；图6为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例B的结构图；图7为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例C的结构图；图8为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例D的结构图；图9为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例E的结构图；图10为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例F的结构图；图11为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例G的结构图；图12为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例H的结构图；图13为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例I的结构图；图14为本实用新型单镜片光学取像镜头实施例J的结构图；图15为本实用新型单镜片光学取像镜头阵列一实施例的立体图；图16为图15所示单镜片光学取像镜头阵列的结构分解图。附图标记说明1-光学取像镜头；11-影像感测器；12-镜座；13-镜头模组；14-表玻璃；15-透 镜；16-红外线滤光片；2-光学取像镜头；21-影像感测器；22-间隔片；23-表玻璃；24-红 外线滤光片；25-光阑；；26-透镜；3-单镜片光学取像镜头31-透镜；31a-物侧面；31b-像 侧面；311-光学作用区；312-非光学作用区；32-孔径光阑；33-红外线滤光片；34-表玻 璃；35-影像感测器；36-物体；；4-单镜片光学取像镜头阵列；41-透镜阵列；42-孔径光 阑阵列；43-红外线滤光片阵列44-表玻璃阵列；45-影像感测器阵列。
具体实施方式
为使本实用新型更加明确详实，兹列举较佳实施例并配合下列图示，将本实用新 型的结构及其技术特征详述如后。本实用新型主要是利用镜片设计以使镜片的后焦距长度缩短，不仅缩短取像镜头 的整体厚度，也能以短距离(与物的距离)撷取较大的物的影像。本实用新型是一超薄型单镜片光学取像镜头，并满足下列式(1) 式(2)的条 件BFL/TTL = 0. 55 0. 81..........................(1)0H/0D = 1. 0 3. 6...............................(2)其中，TTL为光轴上透镜的物侧面至影像感测器的全长，BFL为该取像镜头的后焦 距，OD为光轴上物至透镜的物侧面的长度，OH为OD位置上的光轴垂直面内物的最大可取像尚度。兹以下列二实施例来详述本实用新型单镜片光学取像镜头的光学结构。参阅图3，本实用新型第一实施例的单镜片光学取像镜头3，其沿着光轴Z由物侧 至像侧依序包含下列光学元件一透镜31、一孔径光阑(aperture stop) 32、一红外线滤光 片(IR cut-off filter) 33、一表玻璃 34 及一影像感测器(imagesensing chip) 35。另，位 于该取像镜头3前方的物(object)36即为待取像的物体。取像时，物36的光线先经过透 镜31，再经过红外线滤光片33及表玻璃34，而成像于影像感测器35上。该透镜31可以塑胶或玻璃制成，其可为双凸(bi-convex)、双凹(bi-concave)、新 月(meniscus)、平凸(plano-convex)或平凹(plano-concave)等不同形状透镜的任一种。该透镜31具有一物侧面31a及一像侧面31b，且具有一供光线通过的光学作用 区311及一光线无法通过的非光学作用区312，其中，该物侧面31a及像侧面31b可为凸 面或凹面，且可为球面或非球面，若为非球面，其非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)为式(3) 其中，Z为镜片的光学面上任一点以光轴方向至镜片0点切平面的距离(SAG)，c 是曲率，h为镜片高度，K为圆锥系数(Conic Constant)、A4 A14分别4 14阶的非球 面系数。本实施例的透镜31如图3所示为一新月型，且物侧面31a及像侧面31b皆为非球面。该孔径光阑32属于一种中置光圈，设于该透镜31与红外线滤光片33之间，且直 接贴附于透镜31的像侧面31b的非光学作用区312。该红外线滤光片33可为一具有红外线滤光功能的镜片或薄膜，薄膜可利用镀膜 技术形成。本实施例中，该红外线滤光片33为一镜片且直接贴附于孔径光阑32上。该影像感测器35可为CXD (电荷藕合装置)或CMOS (互补型金属氧化物半导体)。下表(一)是搭配图3，分别列有由物侧至像侧依序编号的光学面号码、在光轴 Z上各光学面的曲率半径(the radius of curvature)R(单位mm)、光轴Z上各面的间 距(the on-axis surface spacing) d、透镜的折射率 Nd、阿贝数(Abbe，snumber) vd、焦距 *表示为非球面本实施例中，透镜31是利用折射率Nd为1. 487、阿贝数Vd为70. 2的玻璃材质制 成；红外线滤光片33也使用玻璃材质制成。本实施例的系统有效焦距(effective focal length) f为1. 0576mm，式(1) 式 ⑵中各值如表(二)，可以满足式⑴ 式⑵条件。表(二) 由上述表(一)、(二)及图示，可知本实施例单镜片光学取像镜头3全长TTL为 =1. 5091mm、后焦距BFL = 1. 1515mm，藉此可证明本实用新型的单镜片光学取像镜头3可 有效缩小镜头长度及缩短后焦距。参阅图4，本实用新型第二实施例的单镜片光学取像镜头3与前述的第一实施例 类似，但沿着光轴Z由物侧至像侧依序只包含下列光学元件一孔径光阑32、一透镜31及 一影像感测器35，其中，该透镜31及影像感测器35的结构可与第一实施例相同，而该孔径 光阑32属于一种前置光圈。下表(三)是搭配图4，其内所采用符号参考表(一)。表(三) *表示为非球面本实施例中，透镜31是利用折射率Nd为1. 809、阿贝数Vd为40. 4的玻璃材质制 成。本实施例的系统有效焦距f为0.3749mm，式⑴ 式⑵中各值如表(四)，可以满足 式⑴ 式⑵条件。表(四) 由上述表(三)、(四)及图示，可知本实施例单镜片光学取像镜头3的镜头全长为 TTL = 0. 4999mm、后焦距BFL = 0. 2934mm，藉此可证明本实用新型的单镜片光学取像镜头3 可有效缩小镜头长度及缩短后焦距，达成小型化的目的，提升光学取像镜头3的应用性。参考图5-14，分别为实施例A J等十个实施例，其是本实用新型单镜片光学取 像镜头3在实际应用时在其结构上可作的等效的变化设计，因此各实施例A J的结构虽 然不尽相同，但皆符合上述第一或第二实施例的光学结构，且也满足上述式(1) 式(2)条 件。<实施例A>参阅图5，本实施例单镜片光学取像镜头3由像侧(图底端)至物侧(图上端)依 序包含一影像感测器35、一表玻璃34、一红外线滤光片33、一孔径光阑32及一透镜31，其 中上述各光学元件是互相直接贴附，形成一堆迭结构，即表玻璃34的像侧面直接贴附于影 像感测器35上，红外线滤光片33的像侧面直接贴附于表玻璃34上，孔径光阑32的像侧面 直接贴附于红外线滤光片33上，透镜31的像侧面31b直接贴附于孔径光阑32上。如此， 上述各光学元件间未存在任何间隔，可使取像镜头3的全长有效缩短。又上述各光学元件 31 35的结构皆与第一实施例相同，在此不再说明。<实施例B>参阅图6，本实施例单镜片光学取像镜头3的结构与实施例A类似，不同处在于本 实施例未设该表玻璃34。本实施例将红外线滤光片33的像侧面直接贴附于影像感测器35 上，如此可使单镜片光学取像镜头3的全长更小。[0067]<实施例C>参阅图7，本实施例单镜片光学取像镜头3的结构与实施例A类似，不同处在于本 实施例单镜片光学取像镜头3是利用镀膜技术于透镜31的像侧面31b的光学作用区311 上形成薄膜状的红外线滤光片33，如此可使光学取像镜头3的全长更小。<实施例D>参阅图8，本实施例光学取像镜头3的结构与实施例C类似，不同处在于本实施例 光学取像镜头3未设该表玻璃34，使孔径光阑32的像侧面直接贴附于影像感测器35上，如 此可使光学取像镜头3的全长更小。〈实施例E>参阅图9，本实施例E的单镜片光学取像镜头3的结构可对应至上述第二实施例， 而其结构与实施例D类似，不同处在于本实施例将孔径光阑32设置于透镜31的物侧面31a 的非光学作用区312上而形成一前置光圈如第二实施例所示。如此透镜31的像侧面31b 是直接贴附于影像感测器35上，可使光学取像镜头3的全长更小。<实施例F>参阅图10，本实施例光学取像镜头的结构3与实施例E类似，不同处在于本实施例 将薄膜状的红外线滤光片33设置于透镜31的物侧面31a的光学作用区311上，而透镜31 的像侧面31b是直接贴附于影像感测器35上。<实施例G>参阅图11，本实施例光学取像镜头3的结构与实施例B类似，不同处在于本实施例 将孔径光阑32设置于透镜31的物侧面31a的非光学作用区312上。如此，透镜31的像侧 面31b是直接贴附于红外线滤光片33上，可使光学取像镜头3的全长更小。<实施例H>参阅图12，本实施例单镜片光学取像镜头3的结构与实施例C类似，不同处在于本 实施例将孔径光阑32设置于透镜31的物侧面31a的非光学作用区312上。如此，透镜31 的像侧面31b是直接贴附于表玻璃34上，可使单镜片光学取像镜头3的全长更小。<实施例1>参阅图13，本实施例单镜片光学取像镜头3的结构与实施例H类似，不同处在于本 实施例将薄膜状的红外线滤光片33设置于透镜31的物侧面31a的光学作用区311上。〈实施例J>参阅图14，本实施例单镜片光学取像镜头3的结构与实施例A类似，不同处在于本 实施例将孔径光阑32设置于透镜31的物侧面31a的非光学作用区312上。如此，透镜31 的像侧面31b是直接贴附于红外线滤光片33，可使光学取像镜头3的全长更小。此外，为能大量生产降低组装成本，本实用新型的单镜片光学取像镜头3如上述 各实施例A J亦可以阵列模式来制作，也就是先制成一单镜片光学取像镜头阵列，再切割 分离成多个单镜片光学取像镜头。参阅图15、16，其是以实施例A的单镜片光学取像镜头3为代表但不限制，用来说 明本实用新型的单镜片光学取像镜头阵列一实施例的结构本实用新型的单镜片光学取像 镜头阵列4是利用一具有多个影像感测器35的影像感测器阵列45、一具有多个表玻璃34 的表玻璃阵列44、一具有多个红外线滤光片33的红外线滤光片阵列43、一具有多个孔径光阑32的孔径光阑阵列42及一具有多个透镜31的透镜阵列41而加以依序堆迭形成，其中， 该影像感测器阵列45、表玻璃阵列44、红外线滤光片阵列43、孔径光阑阵列42及透镜阵列 41是依实施例A的单镜片光学取像镜头3的光学设计而分别先制作成一阵列式结构体如图 16所示，再将上述各阵列式结构体予以堆迭形成一单镜片光学取像镜头阵列4如图15所 示；然后再进行切割分离以形成多个如实施例A所示的单镜片光学取像镜头3。参阅图15、16，本实施例的单镜片光学取像镜头阵列4是包含9个如实施例A结构 的单镜片光学取像镜头3。再者，本实用新型的单镜片光学取像镜头阵列的阵列形状不限 制，可为碟状阵列或方形阵列，而本实施例是以方形阵列形状表示。本实用新型的单镜片光学取像镜头透过透镜设计，可缩短镜头全长及后焦长度， 藉以有效减小镜头全长。在现在行动电话内部空间有限的情形下，可迎合行动电话轻、薄、 短、小的要求，且也可给予手机内部空间提供较多的裕度。再者，本实用新型所采用的光学 元件厚度薄，对成本节省上也较有优势。此外，本实用新型超薄型的单镜片光学取像镜头， 也可发展出具有其他应用的镜头，如医用胃视镜头、短焦式镜头等，可提升应用领域及使用 功效。以上具体实施方式
仅为本实用新型的较佳实施例，其对本实用新型而言是说明性 的，而非限制性的。本领域的技术人员在不超出本实用新型精神和范围的情况下，对之进行 变换、修改甚至等效，这些变动均会落入本实用新型的权利要求保护范围。
权利要求一单镜片光学取像镜头，其特征在于，沿着光轴由物侧至像侧依序包含一透镜，具有一物侧面及一像侧面，并具有一光学作用区及一非光学作用区；及一影像感测器，对应设置于该透镜的该像侧面；其中，该取像镜头满足以下条件BFL/TTL＝0.55～0.81OH/OD＝1.0～3.6其中，TTL为光轴上该透镜的该物侧面至该影像感测器的全长，BFL为该取像镜头的后焦距，OD为光轴上物至该透镜的物侧面的长度，OH为OD位置上的光轴垂直面内物的最大取像高度。
2 根据权利要求1所述的单镜片光学取像镜头，其特征在于，该透镜的该像侧面是直 接贴附该影像感测器上。
3.根据权利要求1所述的单镜片光学取像镜头，其特征在于，更包含至少一光学元件， 所述光学元件选自下列元件之一或其组合光阑、表玻璃、红外线滤光片，且所述光学元件 与该透镜或影像感测器之间对应直接贴附；或当包含两个以上光学元件时，二光学元件之 间是对应直接贴附，以形成一堆迭结构。
4.根据权利要求3所述的单镜片光学取像镜头，其特征在于，该红外线滤光片为利用 镀膜技术于该透镜的该像侧面或该物侧面的该光学作用区上形成一薄膜状的红外线滤光 片。
5.根据权利要求3所述的单镜片光学取像镜头，其特征在于，该光阑是设置于该透镜 的该像侧面或该物侧面的非光学作用区上。
6 一种单镜片光学取像镜头阵列，其特征在于，包含 一透镜阵列，具有以阵列排列的复数个透镜；及一影像感测器阵列，具有以阵列排列的复数个影像感测器，且该复数个影像感测器与 该复数个透镜对应设置；其中，该单镜片光学取像镜头阵列可切割分离成复数个单镜片光学取像镜头；其中，该单镜片光学取像镜头，沿着同一光轴由物侧至像侧依序包含一透镜，具有一物侧面及一像侧面；及一影像感测器，对应设置于该透镜的该像侧面；其中，该取像镜头满足以下条件BFL/TTL = 0. 55 0. 810H/0D = 1. 0 3. 6其中，TTL为光轴上该透镜的该物侧面至该影像感测器的全长，BFL为该取像镜头的后 焦距，OD为光轴上物至该透镜的该物侧面的长度，OH为OD位置上的光轴垂直面内物的最大取像高度。
7.根据权利要求6所述的单镜片光学取像镜头阵列，其中该透镜的该像侧面是直接贴 附该影像感测器上。
8.根据权利要求6所述的单镜片光学取像镜头阵列，更包含至少一光学元件阵列，其 是选自下列各阵列之一或其组合光阑阵列、表玻璃阵列、红外线滤光片阵列，且该光学元 件阵列与该透镜阵列或影像感测器阵列之间对应直接贴附；或当包含两个以上光学元件阵列时，二光学元件阵列之间是对应直接贴附，以形成一堆迭阵列结构。
专利摘要一种单镜片光学取像镜头及其阵列，该取像镜头沿着同一光轴由物侧至像侧依序包含一透镜具有一物侧面及一像侧面且具有一光学作用区及一非光学作用区；及一影像感测器对应设置于该透镜的像侧面；其中，该取像镜头满足以下条件BFL/TTL＝0.55～0.81，OH/OD＝1.0～3.6，其中，TTL为光轴上透镜的物侧面至影像感测器的全长，BFL为该取像镜头的后焦距，OD为光轴上物(OBJ)至透镜的物侧面的长度，OH为OD位置上的光轴垂直面内物的最大可取像高度；又该单镜片光学取像镜头阵列是供用以切割分离成多个所述的单镜片光学取像镜头。
文档编号H04N5/225GK201662645SQ20102011809
公开日2010年12月1日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者徐三伟, 施柏源, 林得诚, 王智鹏, 陈皇昌 申请人:一品光学工业股份有限公司