CN102854611B - 微小型成像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小型成像镜头，沿光轴并由物侧至像侧依序排列的第一镜片、第二镜片、第三镜片、光圈、第四镜片以及第五镜片，其中，该第一镜片为具有负屈光力的新月型镜片，其凸面朝向该物侧，且至少一面为非球面表面；该第二镜片为具有正屈光力的双凸镜片；该第三镜片为具有负屈光力的双凹镜片；该第四镜片为具有正屈光力的双凸镜片，且至少一面为非球面表面；该第五镜片为具有负屈光力的镜片，藉以利用上述镜片配置达到小型化及高光学效能的目的。

Description

微小型成像镜头

技术领域

本发明与光学装置有关，更详而言之是指一种微小型成像镜头。

背景技术

近年来，随着科技的进步，如相机、摄影机、显微镜或扫描仪等影像撷取装置，为方便人们携带与使用，而逐渐趋向小型化与轻量化，此将使得影像撷取装置所用的成像镜头的体积也因此被大幅缩小。另外，除了小型化与轻量化外，也要能够具有更高的光学效能，才能使达成高分辨率和高对比的展现。因此，小型化和高光学效能，是成像镜头不可缺两项要件。

然而，目前影像撷取装置所采用的成像镜头，为达到高光学效能的目的，不外乎使用了多组的镜群，甚至有镜片总合多于十片以上者。另外，亦有为达到使成像镜头小型化的目的，而仅使用数片镜片，却使得其光学效能无法有效提升。

综合以上所述，已知的成像镜头仍未侦完善，且尚有待改进之处。

发明内容

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同时满足小型化和高光学效能的缺陷，提供一种微小型成像镜头，不仅体积小且具有高光学效能。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种微小型成像镜头，包含有沿光轴并由物侧至像侧依序排列的第一镜片、第二镜片、第三镜片、光圈、第四镜片以及第五镜片。其中，该第一镜片为具有负屈光力的新月型镜片，其凸面朝向该物侧，且至少一面为非球面表面；该第二镜片为具有正屈光力的双凸镜片；该第三镜片为具有负屈光力的双凹镜片；该第四镜片为具有正屈光力的双凸镜片，且至少一面为非球面表面；该第五镜片为具有负屈光力的镜片。

藉此，利用上述镜片与光圈的配置而达到小型化与高光学效能的目的。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的镜片配置图。

图2为本发明第一较佳实施例的光路图。

图3A为本发明第一较佳实施例的场曲图及畸变图。

图3B为本发明第一较佳实施例的横向光扇图。

图3C为本发明第一较佳实施例的离焦调制传递函数图。

图3D为本发明第一较佳实施例的空间频率调制传递函数图。

图4为本发明第二较佳实施例的镜片配置图。

图5为本发明第二较佳实施例的光路图。

图6A为本发明第二较佳实施例的场曲图及畸变图。

图6B为本发明第二较佳实施例的横向光扇图。

图6C为本发明第二较佳实施例的离焦调制传递函数图。

图6D为本发明第二较佳实施例的空间频率调制传递函数图。

图7为本发明第三较佳实施例的镜片配置图。

图8为本发明第三较佳实施例的光路图。

图9A为本发明第三较佳实施例的场曲图及畸变图。

图9B为本发明第三较佳实施例的横向光扇图。

图9C为本发明第三较佳实施例的离焦调制传递函数图。

图9D为本发明第三较佳实施例的空间频率调制传递函数图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。

请参阅图1，为本发明第一较佳实施例的微小型成像镜头1的镜片配置图。图2为图1所示实施例的光路图。配合图1及图2，以下将详细说明本发明第一实施例的微小型成像镜头1。

该微小型成像镜头1包含有沿光轴Z并由物侧至像侧依序排列的第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、光圈ST、第四镜片L4以及第五镜片L5。另外，依使用上的需求，在该第五镜片L5与成像平面IP(Image Plane)之间可选择性地设置滤光片CF，是平板玻璃。其中：

该第一镜片L1由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力的新月型镜片，其凸面朝向物侧。另外，该第一镜片L1的凸面S1与凹面S2皆为非球面表面。

该第二镜片L2由玻璃材质所制成，且为一个具有正屈光力的双凸镜片。该第三镜片L3由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力的双凹镜片。另外，该第二镜片L2与该第三镜片L3胶黏形成一个具有正屈光力的胶合镜片L23。

该第四镜片L4由玻璃材质所制成，且为一个具有正屈光力的双凸镜片。另外，该第四镜片L4的两个凸面S8、S9皆为非球面表面。

该第五镜片L5由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力的新月型镜片，其凸面S11朝向像侧。

而上述微小型成像镜头1的镜片配置中，该第一镜片L1的负屈光力特性、该第四镜片L4的正屈光力特性、以及该二镜片L1、L4的非球面设计，可使该微小型成像镜头1具有较佳的成像效果，并可有效缩短镜头总长，更可使该微小型成像镜头1得到较大的可视角(Field of View Angle，FOV)。

本发明第一实施例的微小型成像镜头1的焦距F(Focus Length)、数值孔径Fno(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radius ofcurvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表一所示：

表一

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S1、S2、S8及S9的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表二所示：

表二

藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的微小型成像镜头1不但可有效缩小体积以符合小型化的需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图3A至图3D看出。

图3A所示的，是本实施例的微小型成像镜头1的场曲图及畸变图；图3B所示的，是本实施例的微小型成像镜头1的横向光扇图；图3C所示的，是本实施例的微小型成像镜头1的离焦调制传递函数图(Through Focus MTF)；图3D所示的，是本实施例的微小型成像镜头1的空间频率调制传递函数图(Spatial Frequency MTF)。

从图3A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.1mm和-0.1mm，畸变量不超过0.6％。从图3B与图3C可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率。从图3D可知，本实施例在48lp/mm的时侯，其调制光学传递函数值仍维持在60％以上，显见本实施例的微小型成像镜头1的分辨率是符合标准的。

以上所述的，是本发明第一实施例的微小型成像镜头1；依据本发明的技术，以下配合图4及图5说明本发明的第二实施例。

与第一实施例相同地，本发明第二实施例的微小型成像镜头2包含有自物侧至像侧且沿光轴Z设置的第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、光圈ST、第四镜片L4以及第五镜片L5，且在第五镜片L5与成像平面IP之间同样设置有平板玻璃的滤光片CF。其中：

该第一镜片L1由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力的新月型镜片，其凸面S1朝向物侧。另外，该第一镜片L1的凸面S1与凹面S2皆为非球面表面。

该第二镜片L2由玻璃材质所制成，且为一个具有正屈光力的双凸镜片。该第三镜片L3由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力的双凹镜片。另外，该第二镜片L2与该第三镜片L3胶黏形成一个具有正屈光力的胶合镜片L23。

该第四镜片L4由玻璃材质所制成，且为一个具有正屈光力的双凸镜片。另外，该第四镜片L4的两个凸面S8、S9皆为非球面表面。

该第五镜片L5由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力的新月型镜片，且其凸面S11朝向像侧。

而上述的镜片配置中，其中该第一镜片L1的负屈光力特性、该第四镜片L4的正屈光力特性、以及该二镜片L1、L4的非球面设计，同样可使该微小型成像镜头2具有较佳的成像效果，有效缩短镜头总长、以及使该微小型成像镜头2得到较大的可视角(Field of View Angle，FOV)。

本发明第二实施例的微小型成像镜头2的焦距F(Focus Length)、数值孔径Fno(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radius ofcurvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表三所示：

表三

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S1、S2、S8及S9的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表四所示：

表四

藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的微小型成像镜头2不但可有效缩小体积以达到小型化的需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图6A至图6D看出。

图6A所示的，是本实施例的微小型成像镜头2的场曲图及畸变图；图6B所示的，是本实施例的微小型成像镜头2的横向光扇图；图6C所示的，是本实施例的微小型成像镜头2的离焦调制传递函数图(Through Focus MTF)；图6D所示的，是本实施例的微小型成像镜头2的空间频率调制传递函数图(Spatial Frequency MTF)。

从图6A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.1mm和-0.1mm，畸变量不超过0.6％。从图6 B与图6C可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率。从图6D可知，本实施例在48lp/mm的时侯，其调制光学传递函数值仍维持在50％以上，显见本实施例的微小型成像镜头2的分辨率是符合标准的。

请参阅图7及图8，为本发明第三较佳实施例的微小型成像镜头3的镜片配置及光路图。该微小型成像镜头3同样包含有自物侧至像侧且沿光轴Z设置的第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、光圈ST、第四镜片L4以及第五镜片L5，且在第五镜片L5与成像平面IP之间同样设置有平板玻璃的滤光片CF。其中：

该第一镜片L1由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力的新月型镜片，其凸面朝向物侧。另外，该第一镜片L1的凸面S1与凹面S2皆为非球面表面。

该第二镜片L2由玻璃材质所制成，且为一个具有正屈光力的双凸镜片。该第三镜片L3由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力的双凹镜片。另外，该第二镜片L2与该第三镜片L3胶黏形成一个具有负屈光力的胶合镜片L23。

该第四镜片L4由玻璃材质所制成，且为一个具有正屈光力的双凸镜片。另外，该第四镜片L4的两个凸面S8、S9皆为非球面表面。

该第五镜片L5由玻璃材质所制成，且为一个具有负屈光力之双凹镜片。

而上述的镜片配置中，其中该第一镜片L1的负屈光力特性、该第四镜片L4的正屈光力特性、以及该二镜片L1、L4的非球面设计，同样可使该微小型成像镜头3具有较佳的成像效果，有效缩短镜头总长、以及使该微小型成像镜头3得到较大的可视角(Field of ViewAngle，FOV)。

本发明第三实施例的微小型成像镜头3的焦距F(Focus Length)、数值孔径Fno(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径R(radius ofcurvature)、各镜片于光轴Z上的厚度T(thickness)、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)，如表五所示：

表五

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S1、S2、S8及S9的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～G：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～G如表六所示：

表六

藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的微小型成像镜头3不但可有效缩小体积以达到小型化的需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图9A至图9D看出。

图9A所示的，是本实施例的微小型成像镜头3的场曲图及畸变图；图9B所示的，是本实施例的微小型成像镜头3的横向光扇图；图9C所示的，是本实施例的微小型成像镜头3的离焦调制传递函数图(Through Focus MTF)；图9D所示的，是本实施例的微小型成像镜头3的空间频率调制传递函数图(Spatial Frequency MTF)。

从图9A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.1mm和-0.1mm，畸变量不超过0.6％。从图9B与图9C可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率。从图9D可知，本实施例在48lp/mm的时侯，其调制光学传递函数值仍维持在50％以上，显见本实施例的微小型成像镜头的分辨率是符合标准的。

综合以上所可得知，本发明的微小型成像镜头不仅可以有效地缩小体积且同时可具有高光学效能。

以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，凡应用本发明说明书及权利要求所做的等效结构及制作方法变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (16)

1.一种微小型成像镜头，其特征在于，由沿光轴并由物侧至像侧依序排列的以下元件组成：

第一镜片，为具有负屈光力的新月型镜片，其凸面朝向该物侧，且至少一面为非球面表面；

第二镜片，为具有正屈光力的双凸镜片；

第三镜片，为具有负屈光力的双凹镜片；

光圈；

第四镜片，为具有正屈光力的双凸镜片，且至少一面为非球面表面；

第五镜片，为具有负屈光力的镜片；

其中该第二镜片与该第三镜片胶黏形成胶合镜片。

2.如权利要求1所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第一镜片、该第二镜片、该第三镜片、该第四镜片以及该第五镜片皆由玻璃材质制成。

3.如权利要求1所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第一镜片的凹面及凸面皆为非球面表面。

4.如权利要求1所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第四镜片的两个凸面皆为非球面表面。

5.如权利要求1所述的微小型成像镜头，其特征在于，该胶合镜片具有正屈光力。

6.如权利要求1所述的微小型成像镜头，其特征在于，该胶合镜片具有负屈光力。

7.如权利要求1所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第五镜片为新月形镜片，且其凸面朝向该像侧。

8.如权利要求1所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第五镜片为双凹镜片。

9.一种微小型成像镜头，其特征在于，由沿光轴并由物侧至像侧依序排列的以下元件组成：

第一镜片，为具有负屈光力的新月型镜片，其凸面朝向该物侧，且至少一面为非球面表面；

第二镜片，为具有正屈光力的双凸镜片；

第三镜片，为具有负屈光力的双凹镜片；

光圈；

第四镜片，为具有正屈光力的双凸镜片，且至少一面为非球面表面；

第五镜片，为具有负屈光力的镜片；以及

滤光片，位于该第五镜片与该像侧之间，且为平板玻璃；

其中该第二镜片与该第三镜片胶黏形成胶合镜片。

10.如权利要求9所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第一镜片、该第二镜片、该第三镜片、该第四镜片以及该第五镜片皆由玻璃材质制成。

11.如权利要求9所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第一镜片的凹面及凸面皆为非球面表面。

12.如权利要求9所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第四镜片的两个凸面皆为非球面表面。

13.如权利要求9所述的微小型成像镜头，其特征在于，该胶合镜片具有正屈光力。

14.如权利要求9所述的微小型成像镜头，其特征在于，该胶合镜片具有负屈光力。

15.如权利要求9所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第五镜片为新月形镜片，且其凸面朝向该像侧。

16.如权利要求9所述的微小型成像镜头，其特征在于，该第五镜片为双凹镜片。