CN103376532A - 微型镜头模块 - Google Patents

Abstract

一种微型镜头模块，包括第一透镜组以及第二透镜组。配置于物侧与像侧之间的第一透镜组具有第一非球面，其最靠近物侧的表面，以及第二非球面，其最靠近像侧的表面。配置于第一透镜组与像侧之间的第二透镜组具有第三非球面，其最靠近第一透镜组的表面，以及第四非球面，其最靠近像侧的表面。微型镜头模块的总长为L，微型镜头模块的有效焦距为f，且第二透镜组的有效焦距为f2。微型镜头模块满足下列条件：1.5＞L/f＞0.6，且-7＞f2/f＞-14。

Description

微型镜头模块

技术领域

本发明是涉及一种透镜模块，且特别是涉及一种微型透镜模块。

背景技术

随着科技的进步，各种可携式电子产品如手机及个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)、笔记型计算机(notebook PC)、平板计算机(tablet PC)等，通常配备有微型照相镜头，以让使用者可记录生活中的浮光掠影。在性能持续提升以及价格不断下降的情况下，照相功能已成为可携式电子产品一种普遍而基本的功能。

一般来说，照相用的微型镜头需要提供理想的成像质量以及微型化的尺寸以因应市场需求。目前市面上的微型镜头模块按照不同像素数的需求而有不同的结构。举例来说，目前的微型镜头模块通常包括1～5个光学元件并有不同的结构设计。另一方面，透镜制造方法的不同也会使得其结构设计不同。根据目前的制造方法，透镜的种类通常分成塑料射出的非球面透镜、玻璃球面透镜，非球面玻璃透镜，及复合透镜。微型镜头模块具有前述分类的透镜，基于不同的光学元件结构设计，通常包括独立光圈与红外线滤光层(IR-CUT film)。独立光圈也应用在消除由各光学元件产生的杂散光。然而，目前在一百万像素数以上具有理想的成像质量及微型化的尺寸的应用上，更好的具有复杂光学元件的微型镜头模块仍在寻求更进一步的发展。

发明内容

本发明是针对一种微型镜头模块，此模块提供理想的成像质量及具有微小化的尺寸。

本发明的一范例实施例提供微型镜头模块，包括第一透镜组以及第二透镜组。配置于物侧与像侧之间的第一透镜组具有第一非球面，其最靠近物侧的表面，以及第二非球面，其最靠近像侧的表面。配置于第一透镜组与像侧之间的第二透镜组具有第三非球面，其最靠近第一透镜组的表面，以及第四非球面，其最靠近像侧的表面。微型镜头模块的总长为L，微型镜头模块的有效焦距(effective focal length，EFL)为f，第二透镜组的有效焦距为f2。微型镜头模块满足下列条件：1.5＞L/f＞0.6，且-7＞f2/f＞-14。

在本发明的一范例实施例中，第一非球面与第二非球面的距离为L1，第三非球面与第四非球面的距离为L2。微型镜头模块满足1.3＞L1/L2＞0.8。

在本发明的一范例实施例中，图像处理装置配置于像侧。第二非球面与第三非球面的距离为T1，第四非球面与图像处理装置的一表面的距离为BFL。微型镜头模块满足0.7＞T1/BFL＞0.4。

在本发明的一范例实施例中，第一非球面的曲率半径为r1，第二非球面的曲率半径为r2，第三非球面的曲率半径为r3，第四非球面的曲率半径为r4。微型镜头模块满足下列条件：r1＞0，r2＞0，r3＞0且r4＞0。

在本发明的一范例实施例中，第一透镜组包括从物侧往像侧依序排列的第一透镜及第二透镜。第一透镜为第一透镜组中最靠近物侧的透镜，并且第一透镜的朝向物侧的表面为第一非球面。第二透镜为第一透镜组中最靠近第二透镜组的透镜，并且第二透镜的朝向像侧的表面为第二非球面。

在本发明的一范例实施例中，第一透镜与第二透镜的折射率分别为n1及n2。第一透镜满足1.61＞n1＞1.56，且第二透镜满足1.55＞n2＞1.5。

在本发明的一范例实施例中，第一透镜组还包含第一透光平板、孔径光栏及红外线滤光层(infrared filter)。孔径光栏配置于第一透光平板朝向物侧的表面上，而此红外线滤光层配置于第一透光平板的表面上。

在本发明的一范例实施例中，第一透镜包含一体成型的透镜部及承载部，其中第一透镜的承载部朝向物侧的表面为雾面。

在本发明的一范例实施例中，第二透镜包含一体成型的透镜部及承载部，其中第二透镜的承载部朝向像侧的表面为雾面。

在本发明的一范例实施例中，第二透镜组包括从第一透镜组往像侧依序排列的第三透镜及第四透镜。第三透镜为第二透镜组中最靠近第一透镜组的透镜，并且第三透镜的朝向第一透镜组的表面为第三非球面。第四透镜为第二透镜组中最靠近像侧的透镜，并且第四透镜的朝向像侧的表面为第四非球面。

在本发明的一范例实施例中，第三透镜与第四透镜的折射率分别为n3及n4。第三透镜满足1.55＞n3＞1.5，且第四透镜满足1.61＞n4＞1.56。

在本发明的一范例实施例中，第二透镜组还包含第二透光平板。

在本发明的一范例实施例中，第三透镜包含一体成型的透镜部及承载部。第三透镜的承载部朝向物侧的表面为雾面。

在本发明的一范例实施例中，第四透镜包含一体成型的透镜部及承载部。第四透镜的承载部朝向像侧的表面为雾面。

基于上述，根据本发明的范例实施例，第一透镜组包括孔径光栏及红外线滤光层两者可选择性地配置在透光平板的表面以形成复合光学元件。因此，包含复合光学元件的具有理想成像质量的微型镜头模块可被微型化。此外，微型镜头模块中的透镜各具有透镜部及承载部，并且承载部的表面设计为雾面，以降低杂散光。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详细说明如下。

附图说明

附图是为进一步的了解本发明，并纳入本说明书的一部分，此附图说明体现本发明，参照叙述共为解释本发明的原则。

图1A为本发明一实施例的微型镜头模块的结构示意图；

图1B为图1A的第一透镜组的示意图；

图1C及图1D为图1A中的微型镜头模块的成像光学仿真数据图；

图2为本发明一实施例的透镜设计示意图；

图3为本发明另一实施例的微型镜头模块的结构示意图；

图4A到图4F说明本发明一实施例中所述的利用模制工艺在透镜上制造雾面的过程。

具体实施方式

图1A为本发明一实施例微型镜头模块的结构示意图。请参照图1A，在本实施例中，微型镜头模块100适于图像处理装置140，包括第一透镜组110及第二透镜组120配置于光轴A上。第一透镜组110配置在物侧及像侧之间。在第一透镜组110中最靠近物侧的表面S1为第一非球面，且在第一透镜组中最靠近像侧的表面S4为第二非球面。第二透镜组120配置在第一透镜组110及像侧之间。在第二透镜组120中最靠近第一透镜组110的表面S5为第三非球面，且在第一透镜组中最靠近像侧的表面S8为第四非球面。微型镜头模块的总长为L，微型镜头模块的有效焦距(effective focallength，EFL)为f，第二透镜组的有效焦距为f2。为了确保光学成像质量，微型镜头模块满足下列条件：1.5＞L/f＞0.6，且-7＞f2/f＞-14。

另外，在本实施例中，第一非球面S1与第二非球面S4的距离为L1，且第三非球面S5与第四非球面S8的距离为L2。第二非球面S4与第三非球面S5的距离为T1，且第四非球面S8与图像处理装置140的表面S11的距离为BFL。在本实施例中，图像处理装置140配置于像侧，并且图像处理装置140包含电荷耦合元件(charge couple device，CCD)，或互补式金氧半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)传感器等。因此，图像处理装置也能够用于图像感测。为了增进成像质量，微型镜头模块还满足下列二条件：1.3＞L1/L2＞0.8，且0.7＞T1/BFL＞0.4。

此外，在本实施例中，第一非球面的曲率半径r1，第二非球面的曲率半径r2，第三非球面的曲率半径r3，第四非球面的曲率半径r4满足下列条件：r1＞0，r2＞0，r3＞0且r4＞0。

请再参照图1A，第一透镜组110及第二透镜组120分别包括多个透镜。详细而言，配置于物侧与像侧之间的第一透镜组110包括第一透镜112、第一透光平板114及第二透镜116。第一透镜112、第一透光平板114及第二透镜116由物侧至像侧依序排列。第一透镜112在第一透镜组110中最靠近物侧，且第一透镜112朝向此物侧的表面为第一非球面S1。另一方面，第二透镜116在第一透镜组110中最靠近像侧，且第二透镜116朝向此像侧的表面为第二非球面S4。第一透光平板114配置于第一透镜112及第二透镜116之间。因此，第一透镜112的表面S2朝向像侧并承靠在第一透光平板114的平面，且第二透镜116的表面S3朝向物侧并承靠在第一透光平板114的另一对侧平面。对第一透镜112与第二透镜116而言，根据一范例实施例，两者的折射率分别为n1及n2。在此微型镜头模块中，第一透镜112满足1.61＞n1＞1.56，且第二透镜116满足1.55＞n2＞1.5。

图1B为图1A中的第一透镜组的结构示意图。请参照图1B，第一透镜组110还包括孔径光栏111及红外线滤光层113。孔径光栏111及红外线滤光层113可选择性地配置于第一透光平板114的平面上。孔径光栏111用以控制入射至图像处理装置的光量，且红外线滤光层113在此用以滤除多余的红外线。孔径光栏111及红外线滤光层113能以镀膜方式形成于透镜表面上或第一透光平板上。在本范例实施例中，孔径光栏111配置于第一透光平板114朝向表面S2的平面上。红外线滤光层113选择性地配置在第一透光平板的至少一平面上。在此，配置于第一透光平板114朝向表面S3的平面上的红外线滤光层113是用以示例说明。因此，第一透镜组110为一微型化的复合透镜元件。在另一实施例中，红外线滤光层113也可配置于第一透光平板114的朝向表面S2的平面上。

另一方面，如图1A，包括第三透镜122、第二透光平板124及第四透镜126的第二透镜组120，配置于第一透镜组110与像侧之间。第三透镜122、第二透光平板124及第四透镜126由第一透镜组110的一侧至像侧依序排列。第三透镜122在第二透镜组120中最靠近物侧，且第三透镜122朝向此物侧的表面为第三非球面S5。第四透镜126在第二透镜组120中最靠近像侧，且第四透镜122朝向此像侧的表面为第四非球面S8。另外，第二透光平板124配置于第三透镜122及第四透镜126之间。因此，第三透镜122的表面S6朝向像侧并承靠在第二透光平板124的平面，且第四透镜126的表面S7朝向此物侧并承靠在第二透光平板124的另一对侧平面，对第三透镜122与第四透镜126而言，根据一范例实施例，两者的折射率分别为n3及n4。在微型镜头模块中，第三透镜122满足1.55＞n3＞1.5，且第四透镜126满足1.61＞n4＞1.56。

此外，另一孔径光栏(未绘示)可选择性地配置于第二透镜组120用以进一步控制通过光量。请参照图1A，虽然第二透光平板124及第四透镜126为个别制造，但是两者也可形成单一透镜而非个别制造的第二透光平板124及第四透镜126，如此可减低微型镜头模块100所使用的透镜数量。

在本范例实施例中，微型镜头模块100还包含保护盖130，配置于第二透镜组120与图像处理装置140之间，用以保护图像处理装置140。保护盖130有二表面，其中表面S9朝向物侧而另一表面S10朝向像侧与图像处理装置140的表面S11。在本实施例中，保护盖130的材料为透明材质如玻璃或透明树脂等。

微型镜头模块100的一实施例如下所示。值得注意的是表1及表2所列的数据并非用以限制本发明，且本领域技术人员能适当的改变其中的参数或设定，其仍不脱离本发明的范畴内。

(表一)

在表一中，距离为两邻近表面沿着光轴A的直线距离。举例来说，表面S3的距离为表面S3与表面S4之间沿着光轴A的直线距离。备注栏中各光学元件所对应的间距、折射率与阿贝数请参照同列中各间距、折射率与阿贝数对应的数值。此外，在表一中，表面S1、S2为第一透镜112的两表面，表面S3、S4为第二透镜116的两表面，表面S5、S6为第三透镜122的两表面，表面S7、S8为第四透镜126的两表面，而表面S9、S10为保护盖130的两表面，及表面S11为图像处理装置140的表面，其中表面S10那列(row)中所填的间距为表面S10到图像传感器140的间距。

有关于各表面的曲率半径、间距等参数值，请参照表一，在此不再重述。虽然阿贝数在微型镜头模块100中并无限制，值得注意的是各透镜的阿贝数仍需合理地选择。由于阿贝数对于透镜模块设计至为重要，其数据也如表一。如表一所示，微型镜头模块100满足上述的情况。

前述表面S1、S2、S5及S8为偶次项非球面，而其可用下列公式表示：

$Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-{(1+k)c}^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{12}$

$+{\mathrm{\α}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}$

式中，Z(r)为表面顶点或相关垂直线沿光轴A方向的偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半径的倒数，也就是接近光轴A处的曲率半径(如表一内S1、S4、S5、S8的曲率半径)的倒数。k是二次曲面系数(conic)，r是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度，而α₁～α₈为非球面系数(aspheric coefficient)，在本实施例中系数α₁为0。表二所列出的是表面S1、S4、S5、S8的参数值α₂～α₈。

(表二)

图1C及图1D为图1A的微型镜头模块100的成像光学仿真数据图。请参照图1C及图1D，由左至右依序为场曲(field curvature)与畸变(distortion)的图形。此外，图1D为图像的横向光线扇形图(transverseray fan plot)。由图1C及图1D所显示出的图形可知本实施例的微型镜头模块100可在具有微小化的体积的情况下，表现出良好的成像质量。

为了有良好成像质量，微型镜头模块由各光学元件产生的杂散光为另一问题。为了消除杂散光，限制光传递路径是一有效做法。图2为本发明一实施例的透镜设计的示意图。请参照图2，透镜220承靠在透光平板240并设计包括一体成型的透镜部220A及承载部220B。为了消除杂散光，除了作为光传递路径的透镜部220A，承载部220B的表面设计为雾面。由于雾面能够反射漫射光，杂散光光量也因此减低。

图3为本发明另一实施例微型镜头模块300的结构示意图。第一透镜组310配置于物侧及像侧之间并包含由物侧至像侧依序排列的第一透镜312、第一透光平板314及第二透镜316。第二透镜组320配置于第一透镜组310及像侧之间并包含由第一透镜组310至像侧依序排列的第三透镜322、第二透光平板324及第四透镜326。配置于第二透镜组320及像侧之间的保护盖330，用以保护位在保护盖330及像侧之间的图像处理装置340。

根据本范例实施例，在微型镜头模块300中，第一透镜312，第二透镜316，第三透镜322及第四透镜326分别包括一体成型的透镜部(312A、316A、322A及326A)及承载部(312B、316B、322B及326B)。第一透镜312的承载部312B朝向物侧的表面，第二透镜316的承载部316B朝向像侧的表面，第三透镜322的承载部322B朝向物侧的表面，及第四透镜326的承载部326B朝向像侧的表面设计为雾面。由各个光学元件所产生的杂散光能被这些透镜上的雾面所消除，所以在微型镜头模块300中的杂散光问题能有效地被解决。在一范例实施例中，微型镜头模块300能满足微型镜头模块100所满足的条件以及列于前述表一及表二中的参数。值得注意的是，列于前述表一及表二中的参数并非用以限制本发明，且本领域技术人员能适当的改变其中的参数或设定，其仍不脱离本发明的范畴内。

图4A到图4F说明本发明一实施例中所述的利用模制(molding process)工艺在透镜上制造雾面的过程。此模制工艺如下所述。请参照图4A，提供具有平滑表面S的金属层410A。接着，在平滑表面上进行喷砂处理来蚀刻其表面如图4B所示。因此，表面S变得粗糙不再平滑。其后，请参照图4C，金属层410A的一部分被移除而形成具有所需形状的金属制模410B。因此，根据本实施例，一新形成的表面Sm为非球面及似镜(mirror-like)表面。然而，表面S的其它部分，也就是金属表面Smr仍然粗糙。

为了延长金属制模的总使用时间，塑料制模被模制而与此金属制模有同样的形状。此塑料制模直接应用在大量生产透镜的工艺上而非使用前述的金属制模。根据图4D，金属制模410B应用在模制设置在玻璃板430A上的塑料子模420。由于表面Sg被表面Sm所塑形，表面Sg也为非球面及似镜表面。另一方面，塑料子模420的其它部分的表面，也就是表面Sgr，是由粗糙的Smr表面所塑形因此也是粗糙的。请参照图4E，配置于玻璃板430B上的塑料加工制模440由塑料子模420塑形而成。表面Sw由表面Sg塑形而成为一非球面及似镜表面，而塑料加工制模440的其它表面，也就是表面Swr，由粗糙表面Sgr所塑形因而也是粗糙的。与图4C比较，塑料加工制模440具有与金属制模410相同的形状。

在图4F中，非球面透镜450是由塑料加工制模440所模制而成并具有两个部分。透镜部450A由表面Sw所塑形并为透明且能作为光传递路径。相反地，承载部450B由粗糙表面Swr所塑形而成雾面。

综上所述，根据本发明的范例实施例，第一透镜组包含的孔径光栏及红外线滤光层两者可选择性地配置在透光平板的表面上以形成复合光学元件。因此，包含复合光学元件且具有良好成像质量的微型镜头模块已被微型化。此外，微型镜头模块的各透镜具有透镜部及承载部，且承载部的表面设计为雾面以降低杂散光。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (17)

1.一种微型镜头模块，适用于图像处理装置，所述微型镜头模块包括：

第一透镜组，配置于物侧与像侧之间，其中所述第一透镜组中最靠近所述物侧的表面为第一非球面，所述第一透镜组中最靠近所述像侧的表面为第二非球面；以及

第二透镜组，配置于所述第一透镜组与所述像侧之间，

其中所述第二透镜组中最靠近所述第一透镜组的表面为第三非球面，所述第二透镜组中最靠近所述像侧的表面为第四非球面，

其中，所述微型镜头模块的总长为L，所述微型镜头模块的有效焦距为f，所述第二透镜组的有效焦距为f2，且所述微型镜头模块满足下列条件：1.5＞L/f＞0.6，且-7＞f2/f＞-14。

2.如权利要求1所述的微型镜头模块，其中所述第一非球面与所述第二非球面的距离为L1，所述第三非球面与所述第四非球面的距离为L2，且所述微型镜头模块满足1.3＞L1/L2＞0.8。

3.如权利要求1所述的微型镜头模块，其中所述图像处理装置配置于所述像侧，所述第二非球面与所述第三非球面的距离为T1，所述第四非球面与所述图像处理装置的一表面的距离为BFL，且所述微型镜头模块满足0.7＞T1/BFL＞0.4。

4.如权利要求1所述的微型镜头模块，其中所述第一非球面的曲率半径为r1，所述第二非球面的曲率半径为r2，所述第三非球面的曲率半径为r3，所述第四非球面的曲率半径为r4，且所述微型镜头模块满足下列条件：r1＞0，r2＞0，r3＞0且r4＞0。

5.如权利要求1所述的微型镜头模块，其中所述第一透镜组包括从所述物侧往所述像侧依序排列的第一透镜及第二透镜，所述第一透镜为所述第一透镜组中最靠近所述物侧的透镜，所述第一透镜的朝向所述物侧的表面为所述第一非球面，所述第二透镜为所述第一透镜组中最靠近所述第二透镜组的透镜，且所述第二透镜的朝向所述像侧的表面为所述第二非球面。

6.如权利要求5所述的微型镜头模块，其中所述第一透镜与所述第二透镜的折射率分别为n1及n2，所述第一透镜满足1.61＞n1＞1.56，且所述第二透镜满足1.55＞n2＞1.5。

7.如权利要求5所述的微型镜头模块，其中所述第一透镜组还包含第一透光平板。

8.如权利要求7所述的微型镜头模块，其中所述第一透镜组还包含孔径光栏。

9.如权利要求8所述的微型镜头模块，其中所述孔径光栏配置于所述第一透光平板朝向所述物侧的表面上。

10.如权利要求5所述的微型镜头模块，其中所述第一透镜组还包含红外线滤光层，配置于所述第一透光平板的表面上。

11.如权利要求5所述的微型镜头模块，其中所述第一透镜包含一体成型的透镜部及承载部，所述第一透镜的所述承载部靠近所述物侧的表面为雾面。

12.如权利要求5所述的微型镜头模块，其中所述第二透镜包含一体成型的透镜部及承载部，所述第二透镜的所述承载部靠近所述像侧的表面为雾面。

13.如权利要求1所述的微型镜头模块，其中所述第二透镜组包括从所述第一透镜组往所述像侧依序排列的第三透镜及第四透镜，所述第三透镜为所述第二透镜组中最靠近所述第一透镜组的透镜，所述第三透镜的朝向所述第一透镜组的表面为所述第三非球面，所述第四透镜为所述第二透镜组中最靠近所述像侧的透镜，所述第四透镜的朝向所述像侧的表面为所述第四非球面。

14.如权利要求13所述的微型镜头模块，其中所述第三透镜与所述第四透镜的折射率分别为n3及n4，所述第三透镜满足1.55＞n3＞1.5，且所述第四透镜满足1.61＞n4＞1.56。

15.如权利要求13所述的微型镜头模块，其中所述第二透镜组还包含第二透光平板。

16.如权利要求13所述的微型镜头模块，其中所述第三透镜包含一体成型的透镜部及承载部，所述第三透镜的所述承载部靠近所述物侧的表面为雾面。

17.如权利要求13所述的微型镜头模块，其中所述第四透镜包含一体成型的透镜部及承载部，所述第四透镜的所述承载部靠近所述像侧的表面为雾面。

Images