结像镜头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种结像镜头，由物侧至像侧依序包含：一具正屈折力的第一透镜，其物侧面于近光轴处为凸面；一具屈折力的第二透镜；一具屈折力的第三透镜；一具负屈折力的第四透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面；及一具屈折力的第五透镜，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，且其像侧面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化。当满足特定条件时，可在适当系统总长度前提下，有效加大该第一透镜与该第二透镜的间隔距离，以利于设置其他机构元件，如快门，进而强化影像调节能力。
【专利说明】结像I竞头
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种结像镜头(Image Capturing System),特别是关于一种应用于可携式电子产品的结像镜头。
【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，因为半导体工艺技术的进步使得感光元件的画素面积缩小，摄影镜头逐渐往高画素领域发展，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摄影镜头，如美国专利第8，169，528号所示，多采用四片式透镜结构为主，但由于智慧型手机(Smart Phone)与平板电脑(TabletPO等高规格移动装置的盛行，带动摄影镜头在画素与成像品质上的迅速攀升，已知的四片式摄影镜头已无法满足更高阶的摄影需求。又如美国专利第8，233，224号所揭露的五片式透镜组，其整体系统总长较大，且透镜的间隔距离设计已无法配置其他机构元件(如快门，Shutter)。
[0004]因此，欲满足摄影镜头模组的小型化规格，并于其中置入机构元件与达到优良成像品质的困难度也相对提高，解决上述问题已成为光学领域中的关键课题。因此，领域中需要一种通过适当的结构配置以预留空间设置其他机构元件的摄影镜头，其并可同时满足小型化及高成像品质的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种通过适当的结构配置以预留空间设置其他机构元件的摄影镜头，其并可同时满足小型化及高成像品质的要求。
[0006]本发明提供一种结像镜头，由物侧至像侧依序包含:一具正屈折力的第一透镜，其物侧面于近光轴处为凸面；一具屈折力的第二透镜；一具屈折力的第三透镜；一具负屈折力的第四透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面；及一具屈折力的第五透镜，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，且其像侧面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化；其中，该结像镜头具有屈折力的透镜为5片；其中，该第一透镜与该第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，该第三透镜与该第四透镜于光轴上的间隔距离为T34，该第四透镜的焦距为f4，该第五透镜的焦距为f5，是满足下列关系式:
[0007]1.08〈T12/CT2〈3.0 ；
[0008]1.08<T12/T34<3.0 ;及
[0009]0〈|f4/f5|〈0.50。
[0010]本发明又提供一种结像镜头，由物侧至像侧依序包含:一具正屈折力的第一透镜，其物侧面于近光轴处为凸面；一具屈折力的第二透镜；一具屈折力的第三透镜；一具负屈折力的第四透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面；及一具屈折力的第五透镜，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，且其像侧面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化；其中，该结像镜头具有屈折力的透镜为5片；其中，该第一透镜与该第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，该第三透镜与该第四透镜于光轴上的间隔距离为T34，该第四透镜的焦距为f4，该第五透镜的焦距为f5，该第四透镜像侧面在光轴上的交点至该像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为SAG42，该第四透镜于光轴上的厚度为CT4，是满足下列关系式:
[0011]1.08<T12/CT2<3.0 ；
[0012]0.85<T12/T34<3.0 ；
[0013]0〈|f4/f5|〈0.50 ;及
[0014]0.6〈|SAG42/CT4|〈1.3。
[0015]本发明的有益技术效果在于:
[0016]当T12/CT2满足上述条件时，可有效加大该第一透镜与该第二透镜间的间距而用以设置其他机构元件，并进而控制影像的进光量、曝光时间长短、滤光等性质，达到强化影像调节能力的效果。
[0017]当T12/T34满足上述条件时，各透镜间的间距较为合适，有利于镜片的组装，以提高制作良率。
[0018]当|f4/f5|满足上述条件时，该第四透镜与该第五透镜的屈折力配置较为平衡，并能有效修正系统的像差，进而提升系统的解像力。
[0019]当|SAG42/CT4|满足上述条件时，可使该第四透镜的形状不会太过弯曲且厚度适中，除有利于透镜的制作与成型外，更有助于减少镜片组装所需的空间，使得透镜的配置可更为紧密。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1A为本发明第一实施例的光学系统不意图；
[0021]图1B为本发明第一实施例的像差曲线图；
[0022]图2A为本发明第二实施例的光学系统示意图；
[0023]图2B为本发明第二实施例的像差曲线图；
[0024]图3A为本发明第三实施例的光学系统示意图；
[0025]图3B为本发明第三实施例的像差曲线图；
[0026]图4A为本发明第四实施例的光学系统示意图；
[0027]图4B为本发明第四实施例的像差曲线图；
[0028]图5A为本发明第五实施例的光学系统不意图；
[0029]图5B为本发明第五实施例的像差曲线图；
[0030]图6A为本发明第六实施例的光学系统示意图；
[0031]图6B为本发明第六实施例的像差曲线图；
[0032]图7A为本发明第七实施例的光学系统示意图；
[0033]图7B为本发明第七实施例的像差曲线图；
[0034]图8A为本发明第八实施例的光学系统示意图；[0035]图SB为本发明第八实施例的像差曲线图；
[0036]图9A为本发明第九实施例的光学系统示意图；
[0037]图9B为本发明第九实施例的像差曲线图；
[0038]图1OA为本发明第十实施例的光学系统示意图；
[0039]图1OB为本发明第十实施例的像差曲线图；
[0040]图11为本发明的结构配置示意图，其于第一透镜与第二透镜间示意设置快门等机构元件。
[0041]附图标记
[0042]光圈100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000
[0043]第一透镜110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010、1110
[0044]物侧面111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011
[0045]像侧面112、212、312、412、512、612、712、812、912、1012
[0046]第二透镜120、220、320、420、520、620、720、820、920、1020、1120
[0047]物侧面121、221、321、421、521、621、721、821、921、1021
[0048]像侧面122、222、322、422、522、622、722、822、922、1022
[0049]第三透镜130、230、330、430、530、630、730、830、930、1030
[0050]物侧面131、231、331、431、531、631、731、831、931、1031
[0051]像侧面132、322、332、432、532、632、732、832、932、1032
[0052]第四透镜140、240、340、440、540、640、740、840、940、1040
[0053]物侧面141、241、341、441、541、641、741、841、941、1041
[0054]像侧面142、422、342、442、542、642、742、842、942、1042
[0055]第五透镜150、250、350、450、550、650、750、850、950、1050
[0056]物侧面151、251、351、451、551、651、751、851、951、1051
[0057]像侧面152、522、352、452、552、652、752、852、952、1052
[0058]红外线滤除滤光元件160、260、360、460、560、660、760、860、960、1060
[0059]成像面170、270、370、470、570、670、770、870、970、1070
[0060]快门1101
[0061]结像镜头的焦距为f
[0062]第三透镜的焦距为f3
[0063]第四透镜的焦距为f4
[0064]第五透镜的焦距为f5
[0065]结像镜头的光圈值为Fno
[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]第四透镜的色散系数为V4
[0069]第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为T12
[0070]第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23
[0071]第三透镜与第四透镜于光轴上的间隔距离为T34
[0072]第四透镜与第五透镜于光轴上的间隔距离为T45[0073]第二透镜于光轴上的厚度为CT2
[0074]第四透镜于光轴上的厚度为CT4
[0075]第五透镜于光轴上的厚度为CT5
[0076]第三透镜物侧面的曲率半径为R5
[0077]第三透镜像侧面的曲率半径为R6
[0078]第四透镜像侧面的曲率半径为R8
[0079]第四透镜像侧面在光轴上的交点至该像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为SAG42
【具体实施方式】
[0080]本发明提供一种结像镜头，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、第四透镜、及第五透镜。
[0081]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。该第一透镜物侧面于近光轴处为凸面时，可有效加强缩短光学总长度的功效。该第一透镜像侧面于近光轴处可为凹面，有助于修正系统的像散。
[0082]该第二透镜可具负屈折力，有助于补正第一透镜所产生的像差。该第二透镜物侧面于近光轴处可为凸面，其像侧面于近光轴处可为凹面，有助于加强像散修正能力。此外，该第二透镜物侧面于近光轴处为凸面，且由近光轴处至周边处可存在凸面转凹面的变化，可压制离轴视场的光线入射于感光元件上的角度，以增加影像感光元件的接收效率，进一步可修正离轴视场的像差。
[0083]该第三透镜可具正屈折力，有助于降低系统敏感度与减少球差产生。该第三透镜像侧面于近光轴处可为凸面，可加强降低系统敏感度。
[0084]该第四透镜具负屈折力，可以有效修正系统的佩兹伐和数，使像面更平坦。该第四透镜物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面，有利于修正系统的像散，以提升系统的成像品质。
[0085]该第五透镜物侧面于近光轴处可为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面，可有助于修正系统的像散。此外，该第五透镜像侧面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化，可压制离轴视场的光线入射于感光元件上的角度，以增加影像感光元件接收效率，进一步可修正离轴视场的像差。
[0086]该第一透镜与该第二透镜于光轴上的间隔距离为T12。该第二透镜于光轴上的厚度为CT2。当结像镜头满足下列关系式:1.08〈T12/CT2〈3.0时，可有效加大该第一透镜与该第二透镜间的间距而用以设置其他机构元件，并进而控制影像的进光量、曝光时间长短、滤光等性质，达到强化影像调节能力的效果。较佳地，是满足下列关系式:1.2〈T12/CT2〈2.0。
[0087]该第一透镜与该第二透镜于光轴上的间隔距离为T12。该第三透镜与该第四透镜于光轴上的间隔距离为T34。当结像镜头满足下列关系式:1.08〈T12/T34〈3.0时，有利于镜片的组装，以提高制作良率。较佳地，是满足下列关系式:0.85<T12/T34<3.0。
[0088]该第四透镜的焦距为f4。该第五透镜的焦距为f5。当结像镜头满足下列关系式:0< I f4/f5 I〈0.50时，该第四透镜与该第五透镜的屈折力配置较为平衡，并能有效修正系统的像差，进而提升系统的解像力。[0089]该第四透镜像侧面在光轴上的交点至该像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为SAG42 (水平位移距离朝物侧方向定义为负值，若朝像侧方向则定义为正值)。该第四透镜于光轴上的厚度为CT4。当结像镜头满足下列关系式:0.6〈|SAG42/CT4|〈1.3时，可使该第四透镜的形状不会太过弯曲且厚度适中，除有利于透镜的制作与成型外，更有助于减少镜片组装所需的空间，使得透镜的配置可更为紧密。
[0090]该结像镜头的焦距为f。该第三透镜的焦距为f3。当结像镜头满足下列关系式:0.7<f/f3<l.7时，有助于降低系统敏感度与减少球差产生。
[0091]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。当结像镜头满足下列关系式:0.5〈 (R5+R6) / (R5-R6)〈2.0时，有助于减少球差。
[0092]该第四透镜像侧面的曲率半径为R8。该第四透镜的焦距为f4。当结像镜头满足下列关系式:0〈R8/f4〈0.8时，有利于修正系统的像差，以提升系统的成像品质。
[0093]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。该第四透镜与该第五透镜于光轴上的间隔距离为T45。该第五透镜于光轴上的厚度为CT5。当结像镜头满足下列关系式:0.30〈(T23+T34+T45)/CT5〈0.85时，可避免镜片成型不良的制作问题，并有助镜片的组装以提高制作良率。
[0094]该第二透镜的色散系数为V2。该第四透镜的色散系数为V4。该第一透镜的色散系数为VI。当结像镜头满足下列关系式:0.6〈 (V2+V4)/V1<1.0时,可有效修正系统色差。
[0095]请参图11，在本发明的前述结构配置下，可有效加大第一透镜1110与第二透镜1120间的间距。据此，可于该第一透镜1110与该第二透镜1120间设置快门1101机构元件，可控制影像的进光量、曝光时间长短、滤光等性质的需求，而达到强化影像调节能力的目的。
[0096]本发明的结像镜头中，透镜的材质可为玻璃或塑料，若透镜的材质为玻璃，则可以增加该结像镜头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。此夕卜，可于镜面上设置非球面，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结像镜头的总长度。
[0097]本发明的结像镜头中，可至少设置一光阑，如孔径光阑(Aperture Stop)、耀光光阑(Glare Stop)或视场光阑(Field Stop)等，以减少杂散光,有助于提升影像品质。
[0098]本发明的结像镜头中，若描述一透镜的表面为凸面,则表不该透镜表面于近光轴处为凸面；若描述一透镜的表面为凹面，则表示该透镜表面于近光轴处为凹面。
[0099]本发明的结像镜头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)影像获取、数位相机、移动装置、数位平板等电子影像系统中。
[0100]本发明的结像镜头将通过以下具体实施例配合所附附图予以详细说明。
[0101]第一实施例:
[0102]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。第一实施例的结像镜头主要由五片具屈折力的透镜构成，由物侧至像侧依序包含:
[0103]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于近光轴处为凹面，且其两面皆为非球面(ASP)；[0104]一具负屈折力的第二透镜120，其材质为塑料，其物侧面121于近光轴处为凸面，其像侧面122于近光轴处为凹面，其两面皆为非球面，其物侧面121由近光轴处至周边处存在凸面转凹面的变化；
[0105]一具正屈折力的第三透镜130，其材质为塑料，其物侧面131于近光轴处为凸面，其像侧面132于近光轴处为凸面，且其两面皆为非球面；
[0106]一具负屈折力的第四透镜140，其材质为塑料，其物侧面141于近光轴处为凹面，其像侧面142于近光轴处为凸面，且其两面皆为非球面 '及
[0107]一具负屈折力的第五透镜150，其材质为塑料，其物侧面151于近光轴处为凸面，其像侧面152于近光轴处为凹面，其两面皆为非球面，其像侧面152由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化；
[0108]其中，该结像镜头还设置有一光圈100，置于一被摄物与该第一透镜110间；还包含有一红外线滤除滤光元件(IR-cut filter)160置于该第五透镜150与一成像面170间，其材质为玻璃且不影响焦距。
[0109]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mm，HFOV定义为最大视角的一半。
[0110]
【权利要求】
1.一种结像镜头，其特征在于，所述结像镜头由物侧至像侧依序包括: 一具正屈折力的第一透镜，其物侧面于近光轴处为凸面； 一具屈折力的第二透镜； 一具屈折力的第三透镜； 一具负屈折力的第四透镜，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 一具屈折力的第五透镜，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，且其像侧面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化； 其中，所述结像镜头具有屈折力的透镜为5片； 其中，所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，所述第二透镜于光轴上的厚度为CT2，所述第三透镜与所述第四透镜于光轴上的间隔距离为T34，所述第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，是满足下列关系式:
1.08〈T12/CT2〈3.0 ；
1.08〈T12/T34〈3.0 ;及
0<If4/f5I<0.50。
2.根据权利要求1所述的结像镜头，其特征在于，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面。
3.根据权利要求2所述的结像镜头，其特征在于，所述第五透镜的物侧面于近光轴处为凸面。
4.根据权利要求3所述的结像镜头，其特征在于，所述第二透镜具负屈折力。
5.根据权利要求3所述的结像镜头，其特征在于，所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面。
6.根据权利要求3所述的结像镜头，其特征在于，所述结像镜头的焦距为f，所述第三透镜的焦距为f3，是满足下列关系式:
0.7<f/f3<l.7。
7.根据权利要求3所述的结像镜头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，所述第二透镜于光轴上的厚度为CT2，是满足下列关系式:
1.2<T12/CT2<2.0。
8.根据权利要求2所述的结像镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面。
9.根据权利要求8所述的结像镜头，其特征在于，所述第三透镜具正屈折力，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R5，所述第三透镜像侧面的曲率半径为R6，是满足下列关系式:
0.5〈 (R5+R6) / (R5-R6)〈2.0。
10.根据权利要求8所述的结像镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面，且所述第二透镜的物侧面由近光轴处至周边处存在凸面转凹面的变化。
11.根据权利要求2所述的结像镜头，其特征在于，所述第四透镜像侧面的曲率半径为R8，所述第四透镜的焦距为f4，是满足下列关系式:
0<R8/f4<0.8。
12.根据权利要求11所述的结像镜头，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，所述第三透镜与所述第四透镜于光轴上的间隔距离为T34，所述第四透镜与所述第五透镜于光轴上的间隔距离为T45，所述第五透镜于光轴上的厚度为CT5，是满足下列关系式: . 0.30< (T23+T34+T45)/CT5〈0.85。
13.根据权利要求11所述的结像镜头，其特征在于，所述第二透镜的色散系数为V2，所述第四透镜的色散系数为V4，所述第一透镜的色散系数为VI，是满足下列关系式: . 0.6< (V2+V4) /VKl.0o
14.根据权利要求11所述的结像镜头，其特征在于，所述第四透镜像侧面在光轴上的交点至所述像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为SAG42，所述第四透镜于光轴上的厚度为CT4， . 0.6〈|SAG42/CT4|〈1.3。
15.根据权利要求2所述的结像镜头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜间还包含一,决门。
16.一种结像镜头，其特征在在于，所述结像镜头由物侧至像侧依序包括: 一具正屈折力的第一透镜，其物侧面于近光轴处为凸面； 一具屈折力的第二透镜； 一具屈折力的第三透镜； 一具负屈折力的第四透镜，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 一具屈折力的第五透镜，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，且其像侧面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化； 其中，所述结像镜头具有屈折力的透镜为5片； 其中，所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，所述第二透镜于光轴上的厚度为CT2，所述第三透镜与所述第四透镜于光轴上的间隔距离为T34，所述第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，所述第四透镜像侧面在光轴上的交点至所述像侧面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离为SAG42，所述第四透镜于光轴上的厚度为CT4，是满足下列关系式: . 1.08〈T12/CT2〈3.0 ； . 0.85<T12/T34<3.0 ；.
0< I f4/f5 I <0.50 ;及.
0.6〈|SAG42/CT4|〈1.3。
17.根据权利要求16所述的结像镜头，其特征在于，所述第三透镜具正屈折力，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R5，所述第三透镜像侧面的曲率半径为R6，是满足下列关系式: . 0.5〈 (R5+R6) / (R5-R6)〈2.0。
18.根据权利要求17所述的结像镜头，其特征在于，所述第四透镜像侧面的曲率半径为R8，所述第四透镜的焦距为f4，是满足下列关系式: . 0<R8/f4<0.8。
19.根据权利要求17所述的结像镜头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，所述第二透镜于光轴上的厚度为CT2，是满足下列关系式:
.1.2<T12/CT2<2.0。
20.根据权利要求17所述的结像镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面。
21.根据权利要求20所述的结像镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面，且所述第 二透镜的物侧面由近光轴处至周边处存在凸面转凹面的变化。
【文档编号】G02B13/00GK104035184SQ201310150165
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2013年3月5日
【发明者】许伯纶, 蔡宗翰, 陈纬彧 申请人:大立光电股份有限公司