成像系統透鏡組及取像裝置制造方法
【專利摘要】本發明揭露一種成像系統透鏡組及取像裝置。成像系統透鏡組由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡以及第五透鏡。第一透鏡具有正屈折力，其物側表面為凸面。第二透鏡具有正屈折力。第三透鏡具有屈折力。第四透鏡具有屈折力，其像側表面為凹面，且其物側表面及像側表面皆為非球面。第五透鏡具有屈折力，其像側表面為凹面，且其物側表面及像側表面皆為非球面，其中第五透鏡像側表面具有至少一反曲點。成像系統透鏡組具有五枚具屈折力的透鏡。當滿足特定條件時，可提升光線匯聚的能力，達到更佳的成像品質。
【專利說明】成像系統透鏡組及取像裝置
【技術領域】
[0001] 本發明是有關于一種成像系統透鏡組，且特別是有關于一種應用于電子產品上的 小型化成像系統透鏡組。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著具有攝影功能的可攜式電子產品的興起，光學系統的需求日漸提高。 一般光學系統的感光元件不外乎是感光稱合元件（ChargeCoupledDevice,CCD)或互補性 氧化金屬半導體兀件（ComplementaryMetal-OxideSemiconductorSensor,CMOSSensor) 兩種，且隨著半導體制程技術的精進，使得感光元件的像素尺寸縮小，光學系統逐漸往高像 素領域發展，因此對成像品質的要求也日益增加。
[0003] 傳統搭載于可攜式電子產品上的光學系統，多采用四片式透鏡結構為主，但由于 智能手機（SmartPhone)與平板電腦（TabletPC)等高規格移動裝置的盛行，帶動光學系 統在像素與成像品質上的迅速攀升，已知的光學系統將無法滿足更高階的攝影系統。
[0004] 目前雖然有進一步發展五片式光學系統，但其配置第一透鏡具有正屈折力，第二 透鏡則具有負屈折力，因此容易使正屈折力過度集中于單一透鏡而導致像差過大，影響成 像品質。
【發明內容】
[0005] 本發明提供一種成像系統透鏡組及取像裝置，其第一透鏡及第二透鏡皆具有正屈 折力，可有效分配成像系統透鏡組的正屈折力，以避免屈折力過度集中于單一透鏡而導致 像差過大，且搭配第四透鏡像側表面為凹面有利于修正佩茲伐和數（PetzvalSum)，以減少 成像面彎曲的程度。此外，還具有平衡光線匯聚的能力，以提升成像品質。
[0006] 依據本發明提供一種成像系統透鏡組，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透 鏡、第三透鏡、第四透鏡以及第五透鏡。第一透鏡具有正屈折力，其物側表面為凸面。第二 透鏡具有正屈折力。第三透鏡具有屈折力。第四透鏡具有屈折力，其像側表面為凹面，且其 物側表面及像側表面皆為非球面。第五透鏡具有屈折力，其像側表面為凹面，且其物側表面 及像側表面皆為非球面，其中第五透鏡像側表面具有至少一反曲點。成像系統透鏡組具有 五枚具屈折力的透鏡，第一透鏡的焦距為Π，第二透鏡的焦距為f2,第一透鏡物側表面的 曲率半徑為R1，第一透鏡像側表面的曲率半徑為R2,其滿足下列條件：
[0007] 0〈fl/f2〈l;以及
[0008] |R1/R2|〈1。
[0009] 依據本發明提供一種成像系統透鏡組，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透 鏡、第三透鏡、第四透鏡以及第五透鏡。第一透鏡具有正屈折力，其物側表面為凸面。第二 透鏡具有正屈折力。第三透鏡具有屈折力。第四透鏡具有屈折力，其像側表面為凹面，且其 物側表面及像側表面皆為非球面。第五透鏡具有屈折力，其像側表面為凹面，且其物側表面 及像側表面皆為非球面，其中第五透鏡像側表面具有至少一反曲點。成像系統透鏡組具有 五枚具屈折力的透鏡，第一透鏡的焦距為Π，第二透鏡的焦距為f2,第三透鏡與第四透鏡 于光軸上的間隔距離為T34,第四透鏡于光軸上的厚度為CT4,其滿足下列條件：
[0010] 0〈n/f2〈5;以及
[0011] 0· 4〈T34/CT4〈3. 0。
[0012] 依據本發明另提供一種取像裝置，其包含前述的成像系統透鏡組以及電子感光元 件，其中電子感光元件連接于成像系統透鏡組。
[0013] 當n/f2滿足上述條件時，可平衡成像系統透鏡組光線匯聚能力，提升成像品質。
[0014] 當IR1/R2I滿足上述條件時，有助于減少球差及像散的產生。
[0015] 當T34/CT4滿足上述條件時，有利于鏡片的制作及組裝，提升制造合格率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1繪示依照本發明第一實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0017] 圖2由左至右依序為第一實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖；
[0018] 圖3繪示依照本發明第二實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0019]圖4由左至右依序為第二實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖；
[0020] 圖5繪示依照本發明第三實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0021] 圖6由左至右依序為第三實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖；
[0022] 圖7繪示依照本發明第四實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0023] 圖8由左至右依序為第四實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖；
[0024] 圖9繪示依照本發明第五實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0025] 圖10由左至右依序為第五實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖；
[0026] 圖11繪示依照本發明第六實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0027] 圖12由左至右依序為第六實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖；
[0028] 圖13繪示依照本發明第七實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0029] 圖14由左至右依序為第七實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖；
[0030] 圖15繪示依照本發明第八實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0031] 圖16由左至右依序為第八實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖；
[0032] 圖17繪示依照本發明第九實施例的一種成像系統透鏡組的示意圖；
[0033] 圖18由左至右依序為第九實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖； 以及
[0034] 圖19繪示依照圖1實施方式成像系統透鏡組中第四透鏡及第五透鏡參數Yc42及 Yc52的示意圖。
[0035] 【符號說明】
[0036] 光圈：100、200、300、400、500、600、700、800、900
[0037] 第一透鏡：110、210、310、410、510、610、710、810、910
[0038] 物側表面：111、211、311、411、511、611、711、811、911
[0039] 像側表面：112、212、312、412、512、612、712、812、912
[0040] 第二透鏡：12〇、22〇、32〇、42〇、 52〇、62〇、72〇、82〇、92〇
[0041] 物側表面：121、221、321、421、521、621、721、821、921
[0042] 像側表面：122、222、322、422、522、622、722、822、922
[0043]第三透鏡：130、230、330、430、530、630、730、830、930
[0044]物側表面：131、231、331、431、531、631、731、831、931
[0045]像側表面：132、232、332、432、532、632、732、832、932
[0046]第四透鏡：140、240、340、440、540、640、740、840、940
[0047]物側表面：141、241、341、441、541、 641、741、841、941
[0048]像側表面：142、242、342、442、542、642、742、842、942
[0049]第五透鏡：150、250、350、450、550、650、750、850、950
[0050]物側表面：151、251、351、451、551、651、751、851、951
[0051]像側表面：152、252、352、452、552、652、752、852、952
[0052] 成像面：160、260、360、460、560、660、760、860、960
[0053]紅外線濾除濾光片：170、270、370、470、570、670、770、870、970
[0054] 電子感光元件：180、280、380、480、580、680、780、880、980
[0055] f :成像系統透鏡組的焦距
[0056] Fno :成像系統透鏡組的光圈值
[0057] HFOV :成像系統透鏡組中最大視角的一半
[0058]V4:第四透鏡的色散系數
[0059]EPD :成像系統透鏡組的入射瞳直徑
[0060] CT2 :第二透鏡于光軸上的厚度
[0061]CT4 :第四透鏡于光軸上的厚度
[0062]CT5 :第五透鏡于光軸上的厚度
[0063]T34 :第三透鏡與第四透鏡于光軸上的間隔距離
[0064]Rl :第一透鏡物側表面的曲率半徑
[0065]R2 :第一透鏡像側表面的曲率半徑
[0066]R4 :第二透鏡像側表面的曲率半徑
[0067] R5 :第三透鏡物側表面的曲率半徑
[0068]fl :第一透鏡的焦距
[0069]f2 :第二透鏡的焦距
[0070] f3 :第三透鏡的焦距
[0071]f4:第四透鏡的焦距
[0072] f5 :第五透鏡的焦距
[0073]Yc42 :第四透鏡像側表面的臨界點與光軸的垂直距離
[0074]Yc52 :第五透鏡像側表面的臨界點與光軸的垂直距離
[0075]DI :電子感光元件的對角線長度
[0076]TL :第一透鏡物側表面至成像面于光軸上的距離
【具體實施方式】
[0077] 本發明提供一種成像系統透鏡組，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第 三透鏡、第四透鏡以及第五透鏡，其中成像系統透鏡組具有五枚具有屈折力的透鏡。成像系 統透鏡組還可包含電子感光元件，其設置于成像面。
[0078] 第一透鏡具有正屈折力，其物側表面為凸面，其像側表面可為凹面。借此，可適當 調整第一透鏡的正屈折力強度，有助于縮短成像系統透鏡組的總長度。
[0079] 第二透鏡具有正屈折力，其物側表面可為凸面，其像側表面可為凹面。借此，有效 分配成像系統透鏡組的正屈折力，以避免屈折力過度集中于單一透鏡而導致像差過大。
[0080] 第三透鏡可具有正屈折力，其物側表面可為凹面，其像側表面可為凸面。借此，可 進一步平衡第一透鏡及第二透鏡的正屈折力，避免球差過度增大。
[0081] 第四透鏡具有負屈折力，其像側表面可為凹面。借此，可修正成像系統透鏡組的像 差。另外，第四透鏡的物側表面及像側表面可皆具有至少一反曲點，以有效修正離軸像差。[0082] 第五透鏡的物側表面可為凸面，其像側表面為凹面。借此，可有效修正像散，并使 成像系統透鏡組的主點（PrincipalPoint)遠離成像面，有利于縮短其后焦距以維持小型 化。另外，第五透鏡像側表面具有至少一反曲點，其物側表面可具有至少一反曲點，其可有 效地壓制離軸視場光線入射的角度，進一步可修正離軸視場的像差。
[0083] 第一透鏡的焦距為Π，第二透鏡的焦距為f2,其滿足下列條件：0〈fl/f2〈5。借 此，可平衡成像系統透鏡組光線匯聚能力，提升成像品質。較佳地，可滿足下列條件：0〈π/ f2〈l。
[0084] 第一透鏡物側表面的曲率半徑為R1，第一透鏡像側表面的曲率半徑為R2,其滿足 下列條件：IR1/R21〈1。借此，有助于減少球差及像散的產生。
[0085] 第三透鏡與第四透鏡于光軸上的間隔距離為T34,第四透鏡于光軸上的厚度為 CT4,其滿足下列條件：0. 4〈T34/CT4〈3. 0。借此，有利于鏡片的制作及組裝，提升制造合格 率。
[0086] 第四透鏡像側表面的臨界點與光軸的垂直距離為Yc42,第五透鏡像側表面的臨界 點與光軸的垂直距離為Yc52,其滿足下列條件：0. 5〈YC42/Yc52〈l. 0。借此，可有效修正離 軸視場的像差。
[0087] 第一透鏡的焦距為Π，第二透鏡的焦距為f2,其滿足下列條件：-5〈(fl+f2)/ (fl-f2)〈-l。借此，可加強平衡成像系統透鏡組光線匯聚能力，提升成像品質。較佳地，可 滿足下列條件：-3. 5〈(fl+f2) l-f2)〈-1。
[0088] 第二透鏡像側表面的曲率半徑為R4,第三透鏡物側表面的曲率半徑為R5,其滿足 下列條件：-2〈(R4+R5V(R4-R5)〈0。借此，可減少球差的產生。
[0089] 第二透鏡于光軸上的厚度為CT2,第五透鏡于光軸上的厚度為CT5,其滿足下列條 件：2. 0〈CT5/CT2〈5. 5。借此，有助于鏡片的成型性與均質性。
[0090] 第四透鏡的色散系數為V4,其滿足下列條件：10〈V4〈30。借此，有助于成像系統透 鏡組色差的修正。
[0091] 成像系統透鏡組的焦距為f，成像系統透鏡組的入射瞳直徑為EPD，其滿足下列條 件：1. 2〈f/EPD〈2. 4。借此，可有效增加成像系統透鏡組的進光量。
[0092] 成像系統透鏡組中最大視角的一半為HF0V，其滿足下列條件：36度<HF0V〈50度。 借此，可具有較大視場角以獲得寬廣之取像范圍。
[0093] 電子感光元件的對角線長度為DI，第一透鏡物側表面至成像面于光軸上的距離為 TL，其滿足下列條件：1. 2〈DI/TL〈2. 0。借此，有助于縮短其總長度，促進其小型化。
[0094] 成像系統透鏡組的焦距為f，第二透鏡的焦距為f2,第三透鏡的焦距為f3,第四 透鏡的焦距為f4,第五透鏡的焦距為f5,其滿足下列條件：|f/f2| + |f/f3| + |f/f4| + |f/ f5|〈1.0。借此，有助于平衡成像系統透鏡組中屈折力的配置以有效減少像差產生。
[0095] 本發明的成像系統透鏡組中，光圈配置可為前置光圈或中置光圈，其中前置光圈 意即光圈設置于被攝物與第一透鏡間，中置光圈則表示光圈設置于第一透鏡與成像面間。 若光圈為前置光圈，可使成像系統透鏡組的出射瞳（ExitPupil)與成像面產生較長的距 離，使其具有遠心（Telecentric)效果，并可增加電子感光元件的CCD或CMOS接收影像的 效率；若為中置光圈，系有助于擴大系統的視場角，使成像系統透鏡組具有廣角鏡頭的優 勢。
[0096] 本發明提供的成像系統透鏡組中，透鏡的材質可為塑膠或玻璃，當透鏡材質為塑 膠，可以有效降低生產成本，另當透鏡的材質為玻璃，則可以增加成像系統透鏡組屈折力配 置的自由度。此外，成像系統透鏡組中透鏡的物側表面及像側表面可為非球面，非球面可以 容易制作成球面以外的形狀，獲得較多的控制變數，用以消減像差，進而縮減透鏡使用的數 目，因此可以有效降低本發明成像系統透鏡組的總長度。
[0097] 另外，本發明的成像系統透鏡組中，依需求可設置至少一光闌，以減少雜散光，有 助于提升影像品質。
[0098] 本發明成像系統透鏡組中，就以具有屈折力的透鏡而言，若透鏡表面為凸面且未 界定該凸面位置時，則表示該透鏡表面于近光軸處為凸面；若透鏡表面為凹面且未界定該 凹面位置時，則表示該透鏡表面于近光軸處為凹面。
[0099] 本發明的成像系統透鏡組中，臨界點為透鏡表面上，除與光軸的交點外，與一垂直 于光軸的切面相切的切點。
[0100] 本發明的成像系統透鏡組更可視需求應用于移動對焦的光學系統中，并兼具優良 像差修正與良好成像品質的特色，可多方面應用于3D(三維）影像擷取、數字相機、移動裝 置、數字平板等電子影像系統中。
[0101] 本發明的取像裝置，其包含前述的成像系統透鏡組以及電子感光元件，其中電子 感光元件連接于成像系統透鏡組。借此，取像裝置可在成像系統透鏡組具有可避免屈折力 過度集中于單一透鏡而導致像差過大、減少成像面彎曲的程度、以及具有平衡光線匯聚能 力等功效的配置下，提升取像品質。
[0102] 根據上述實施方式，以下提出具體實施例并配合附圖予以詳細說明。
[0103]〈第一實施例〉
[0104] 請參照圖1及圖2,其中圖1繪示依照本發明第一實施例的一種成像系統透鏡組的 示意圖，圖2由左至右依序為第一實施例的成像系統透鏡組的球差、像散及歪曲曲線圖。由 圖1可知，成像系統透鏡組由物側至像側依序包含光圈100、第一透鏡110、第二透鏡120、第 三透鏡130、第四透鏡140、第五透鏡150、紅外線濾除濾光片170、成像面160以及電子感光 元件180,其中成像系統透鏡組具有五枚具屈折力的透鏡。
[0105] 第一透鏡110具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面111為凸面，其像側表面 112為凹面,并皆為非球面。
[0106] 第二透鏡120具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面121為凸面，其像側表面 122為凹面,并皆為非球面。
[0107] 第三透鏡130具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面131為凹面，其像側表面 132為凸面，并皆為非球面。
[0108] 第四透鏡140具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面141為凹面，其像側表面 142為凹面，并皆為非球面，且其物側表面141及像側表面142皆具有反曲點。
[0109] 第五透鏡150具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面151為凸面，其像側表面 152為凹面，并皆為非球面，且其物側表面151及像側表面152皆具有反曲點。
[0110] 紅外線濾除濾光片170為玻璃材質，其設置于第五透鏡150及成像面160間且不 影響成像系統透鏡組的焦距。
[0111] 上述各透鏡的非球面的曲線方程式表示如下：
【權利要求】
1. 一種成像系統透鏡組，其特征在于，由物側至像側依序包含： 一第一透鏡，具有正屈折力，其物側表面為凸面； 一第二透鏡，具有正屈折力； 一第三透鏡，具有屈折力； 一第四透鏡，具有屈折力，其像側表面為凹面，且其物側表面及像側表面皆為非球面； 以及 一第五透鏡，具有屈折力，其像側表面為凹面，且其物側表面及像側表面皆為非球面， 其中該第五透鏡像側表面具有至少一反曲點； 其中該成像系統透鏡組具有五枚具屈折力的透鏡，該第一透鏡的焦距為Π ，該第二透 鏡的焦距為f2,該第一透鏡物側表面的曲率半徑為R1，該第一透鏡像側表面的曲率半徑為 R2,其滿足下列條件： 0〈fl/f2〈l ;以及 Rl/R2|〈l。
2. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第一透鏡像側表面為凹面。
3. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第五透鏡物側表面為凸面。
4. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第三透鏡具有正屈折力。
5. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第四透鏡具有負屈折力。
6. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第二透鏡物側表面為凸面。
7. 根據權利要求6所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第二透鏡像側表面為凹面。
8. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第三透鏡像側表面為凸面。
9. 根據權利要求8所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第三透鏡物側表面為凹面。
10. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第四透鏡像側表面的臨界 點與光軸的垂直距離為Yc42,該第五透鏡像側表面的臨界點與光軸的垂直距離為Yc52,其 滿足下列條件： 0· 5〈Yc42/Yc52〈l.0。
11. 根據權利要求10所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第一透鏡的焦距為Π ，該 第二透鏡的焦距為f2,其滿足下列條件： -5〈(fl+f2V(fl-f2)〈-l。
12. 根據權利要求10所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第二透鏡像側表面的曲 率半徑為R4,該第三透鏡物側表面的曲率半徑為R5,其滿足下列條件： -2〈（R4+R5)/(R4-R5)〈0。
13. 根據權利要求10所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第二透鏡于光軸上的厚 度為CT2,該第五透鏡于光軸上的厚度為CT5,其滿足下列條件： 2.0〈CT5/CT2〈5. 5。
14. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第四透鏡的色散系數為 V4,其滿足下列條件： 10〈V4〈30。
15. 根據權利要求1所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第四透鏡的物側表面及像 側表面皆具有至少一反曲點，該第五透鏡的物側表面及像側表面皆具有至少一反曲點。
16. -種成像系統透鏡組，其特征在于，由物側至像側依序包含： 一第一透鏡，具有正屈折力，其物側表面為凸面； 一第二透鏡，具有正屈折力； 一第三透鏡，具有屈折力； 一第四透鏡，具有屈折力，其像側表面為凹面，且其物側表面及像側表面皆為非球面； 以及 一第五透鏡，具有屈折力，其像側表面為凹面，且其物側表面及像側表面皆為非球面， 其中該第五透鏡像側表面具有至少一反曲點； 其中該成像系統透鏡組具有五枚具屈折力的透鏡，該第一透鏡的焦距為Π ，該第二透 鏡的焦距為f2,該第三透鏡與該第四透鏡于光軸上的間隔距離為T34,該第四透鏡于光軸 上的厚度為CT4,其滿足下列條件： 0〈fl/f2〈5 ;以及 0·4〈T34/CT4〈3. 0。
17. 根據權利要求16所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第一透鏡的焦距為Π ，該 第二透鏡的焦距為f2,其滿足下列條件： -3. 5〈 (fl+f2) 〈-1。
18. 根據權利要求16所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第四透鏡的色散系數為 V4,其滿足下列條件： 10〈V4〈30。
19. 根據權利要求16所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該成像系統透鏡組的焦距 為f，該成像系統透鏡組的入射瞳直徑為EPD，其滿足下列條件： 1. 2<f/EPD<2. 4〇
20. 根據權利要求16所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該成像系統透鏡組中最大 視角的一半為HFOV，其滿足下列條件： 36 度 <HF0V〈50 度。
21. 根據權利要求16所述的成像系統透鏡組，其特征在于，還包含： 一電子感光元件，設置于一成像面，其中該電子感光元件的對角線長度為DI，該第一透 鏡物側表面至該成像面于光軸上的距離為TL，其滿足下列條件： 1. 2〈DI/TL〈2. 0。
22. 根據權利要求16所述的成像系統透鏡組，其特征在于，還包含： 一光圈，設置于一被攝物與該第一透鏡物側表面間。
23. 根據權利要求16所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該成像系統透鏡組的焦距 為f，該第二透鏡的焦距為f2,該第三透鏡的焦距為f3,該第四透鏡的焦距為f4,該第五透 鏡的焦距為f5,其滿足下列條件： f/f2| + |f/f3| + |f/f4| + |f/f5|<l. 0〇
24. 根據權利要求16所述的成像系統透鏡組，其特征在于，該第四透鏡像側表面的臨 界點與光軸的垂直距離為Yc42,該第五透鏡像側表面的臨界點與光軸的垂直距離為Yc52， 其滿足下列條件： 0· 5〈Yc42/Yc52〈l.0。
25. -種取像裝置，其特征在于，其包含： 如權利要求16所述的成像系統透鏡組；以及 一電子感光元件，連接于該成像系統透鏡組。
【文檔編號】H04N5/225GK104238072SQ201310276560
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年7月3日 優先權日:2013年6月7日
【發明者】蔡宗翰, 黃歆璇 申請人:大立光電股份有限公司