專利名稱：定焦數(shù)字鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定焦數(shù)字鏡頭，尤指一種利用新設(shè)計(jì)的數(shù)字鏡頭裝置，以提高鏡頭周邊亮度及降低溫度變化的敏感度的定焦數(shù)字鏡頭。

背景技術(shù)：
鑒于近年來數(shù)字相機(jī)普遍地被運(yùn)用于日常生活中，尤其最近更被進(jìn)一步地使用體積小的影像擷取設(shè)備上，如結(jié)合于移動(dòng)電話、數(shù)字助理(PDA)上，以創(chuàng)造出人性化及輕便化的設(shè)計(jì)，因此滿足人們的需求，所以工程師無不致力于設(shè)計(jì)出體積小、質(zhì)量佳且價(jià)格便宜的鏡頭，以期能滿足未來市場(chǎng)的需求。
請(qǐng)參閱圖1，為已知的數(shù)字相機(jī)鏡頭裝置，其具有二透鏡，由物體側(cè)至影像面依序?yàn)檎鈱W(xué)能力第一透鏡10a及正光學(xué)能力第二透鏡20a所組成的光學(xué)鏡頭，該第一透鏡為非晶型聚烯烴光學(xué)透明塑料(ZEONEX)材質(zhì)制成，并且該第二透鏡為丙烯酸(Acrylic)材質(zhì)制成，且此二片透鏡組成的鏡頭特性如下

1.49＜Nd＜1.59；并且29＜Vd＜58 F2為有效焦距；f4為第一片透鏡焦距；f5為第二片透鏡焦距；I2為最大像高；Nd為鏡片折射率；Vd為鏡片阿貝(Abbe)數(shù) 面(編號(hào))曲率半徑R(mm) 面間隔(mm) Nd/Vd 11a1.187773 1.156 1.51512/57.15 12a1.67264 0.542 21a-56.80634 0.875 1.50176/57.44 22a-9.871755 0.104 非球面(Aspherical Surface)12a圓錐(度)(Conic)2.987802 Coeffon r 40.110177 Coeffon r 6-0.793024 Coeffon r 83.178125 Coeffon r 10-4.037481非球面(Aspherical Surface)21a Conic-2508497 Coeffon r 4-0.160239 Coeffon r 60.164632 Coeffon r 8-0.37081561 Coeffon r 100.25373612 其中，非球面式 Aspherical)為<math> <mrow> <mi>X</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msup> <mi>Ch</mi> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msqrt> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>K</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msup> </msqrt> </mrow> </mfrac> <msub> <mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mn>4</mn> </msub> <msup> <mi>h</mi> <mn>4</mn> </msup> <mo>+</mo> <mi>r</mi> </mrow> <mn>6</mn> </msub> <msup> <mi>h</mi> <mn>6</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mn>8</mn> </msub> <msup> <mi>h</mi> <mn>8</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mn>10</mn> </msub> <msup> <mi>h</mi> <mn>10</mn> </msup> </mrow> </math> Ccurvate曲率 Kconic錐度 r4非球面4次項(xiàng)系數(shù)r6非球面6次項(xiàng)系數(shù) r8非球面8次項(xiàng)系數(shù)r10非球面10次項(xiàng)系數(shù) h距中心軸(光軸)高度，且請(qǐng)參閱圖1A至圖1G，為已知鏡頭的特性圖。
然而，上述已知的鏡頭仍具有下列缺點(diǎn)缺陷 當(dāng)光線透過鏡頭透鏡而成像于成像面時(shí)，在鏡頭周邊光亮度與整體光亮度比較有明顯減弱現(xiàn)象，此為鏡頭周邊的光量有明顯衰減所造成，且該兩透鏡的材質(zhì)配搭使用，并不能相互平衡其對(duì)溫度變化的影響，以至于影響成像質(zhì)量。
因此，本發(fā)明提出一種設(shè)計(jì)合理且有效改善上述缺陷的定焦數(shù)字鏡頭。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的其一目的是提供一種定焦數(shù)字鏡頭，借助正光學(xué)能力第一透鏡、負(fù)光學(xué)能力第二透鏡及正光學(xué)能力第三透鏡的設(shè)置，以使透過鏡頭入射至成像平面的光線角度減小，因此解決鏡頭周邊光量快速衰減問題。
本發(fā)明的其二目的是提供一種定焦數(shù)字鏡頭，借助第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡各分別為丙烯酸材、聚碳酸酯(polycarb)材及非晶型聚烯烴光學(xué)透明塑料(ZEONEX)材制成，因此材料搭配以相互平衡其對(duì)溫度變化，因此減小鏡頭整體因溫度產(chǎn)生的像變異，所以能維持成像質(zhì)量。
本發(fā)明的其三目的是提供一種定焦數(shù)字鏡頭，使透鏡皆以射出成型方式制作，因此達(dá)到體積小、快速成型、制成簡(jiǎn)短及價(jià)格降低的優(yōu)點(diǎn)。
為達(dá)到前述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種定焦數(shù)字鏡頭，且從物體側(cè)至影像面依序包括正光學(xué)能力第一透鏡、負(fù)光學(xué)能力第二透鏡及正光學(xué)能力第三透鏡，且該第一透鏡為丙烯酸材質(zhì)制成，該第二透鏡聚碳酸酯(polycarb)材質(zhì)制成，及該第三透鏡為非晶型聚烯烴光學(xué)透明塑料(ZEONEX)材質(zhì)制成，并且該第一透鏡的靠近物體側(cè)至成像側(cè)的全長(zhǎng)小于5.2mm，因此降低鏡頭因溫度變化而導(dǎo)致影像質(zhì)量降低，同時(shí)減少鏡頭周圍的光量衰減以避免暗帶發(fā)生。
本發(fā)明還提供一種數(shù)字影像拾取單元，其包括一種定焦數(shù)字鏡頭，從物體側(cè)至影像面依序包括正光學(xué)能力第一透鏡、負(fù)光學(xué)能力第二透鏡及正光學(xué)能力第三透鏡，且該第一透鏡為丙烯酸材質(zhì)制成，該第二透鏡為聚碳酸酯材質(zhì)制成，及該第三透鏡為非晶型聚烯烴光學(xué)透明塑料材質(zhì)制成；以及感光組件。



圖1是已知技術(shù)的鏡頭結(jié)構(gòu)二維示意圖。
圖1A是已知技術(shù)的鏡頭成像面的縱向球差(Longitudal aderration)圖。
圖1B是已知技術(shù)的鏡頭成像面的側(cè)向像差(Lateral color)圖。
圖1C是已知技術(shù)的鏡頭成像面的像散(Field Curvature)圖。
圖1D是已知技術(shù)的鏡頭成像面的畸變(Distortion)圖。
圖1E是已知技術(shù)的鏡頭成像面的相對(duì)照度(Relative illumination)圖。
圖1F是已知技術(shù)的鏡頭成像面的MTF解析(Polychromatic diffractionMTF)圖。
圖1G是已知技術(shù)的鏡頭成像面的焦深(Polychromatic diffraction throughfocus MTF)圖。
圖2是本發(fā)明的鏡頭結(jié)構(gòu)二維示意圖。
圖2A是本發(fā)明的鏡頭成像面的縱向球差(Longitudal aderration)圖。
圖2B是本發(fā)明的鏡頭成像面的側(cè)向像差(Lateral color)圖。
圖2C是本發(fā)明的鏡頭成像面的像散(Curvature field)圖。
圖2D是本發(fā)明的鏡頭成像面的畸變(Distortion)圖。
圖2E本發(fā)明的鏡頭成像面的相對(duì)照度(Relative illumination)圖。
圖2F是本發(fā)明的鏡頭成像面的MTF解析(Polychromatic diffractionMTF)圖。
圖2G本發(fā)明的鏡頭成像面的焦深(Polychromatic diffraction throughfocus MTF)圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下 10a正光學(xué)能力第一透鏡 10正光學(xué)能力第一透鏡 11a第一透鏡的第一側(cè)面 11第一透鏡的第一側(cè)面 12a第二透鏡的第一側(cè)面 12第一透鏡的第二側(cè)面 20a正光學(xué)能力第二透鏡 20負(fù)光學(xué)能力第二透鏡 21a第二透鏡的第一側(cè)面 21第二透鏡的第一側(cè)面 22a第二透鏡的第二側(cè)面 22第二透鏡的第二側(cè)面 30a光感測(cè)組件 30正光學(xué)能力第三透鏡 31第三透鏡的第一側(cè)面 32第三透鏡的第一側(cè)面 40光感測(cè)組件
具體實(shí)施例方式 請(qǐng)參閱圖2所示，為一定焦數(shù)字鏡頭，包括正光學(xué)能力第一透鏡10、負(fù)光學(xué)能力第二透鏡20及正光學(xué)能力第三透鏡30所組成的短焦光學(xué)鏡頭，且減少鏡頭周圍的光量衰減，因此避免成像面上的暗帶發(fā)生，同時(shí)借助各透鏡不同材質(zhì)的使用，以相互平衡各透鏡對(duì)溫度的變化，所以降低鏡頭因溫度變化而導(dǎo)致影像質(zhì)量降低。
其中，三片式的定焦數(shù)字鏡頭是利用塑料射出成型的方式制作，因此具有體積小、成型容易及制作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，以至于降低成本，該正光學(xué)能力第一透鏡10為丙烯酸(Acrylic)材質(zhì)制成，該負(fù)光學(xué)能力第二透鏡20為聚碳酸酯(Polycarb)材質(zhì)制成，該正光學(xué)能力第三透鏡30為非晶型聚烯烴光學(xué)透明塑料(ZEONEX)材質(zhì)制成，且組成的鏡頭由第一透鏡的靠近物體側(cè)至光感測(cè)組件40的成像面(如CMOS，complementary metal-oxide semiconductor互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)全長(zhǎng)小于5.2mm，因此形成短焦距鏡頭，且因各種塑料材料對(duì)溫度變化所產(chǎn)生的變異性不同，所以本發(fā)明中借助各透鏡使用不同材料的搭配，以達(dá)到各透鏡相互平衡其對(duì)溫度而產(chǎn)生變異，以至于減少鏡頭對(duì)溫度的敏感度，因而提高成像質(zhì)量，且本發(fā)明的鏡頭同時(shí)減少體積及重量，因此容易運(yùn)用于具有空間限制及輕薄短小要求的數(shù)字化產(chǎn)品上。
請(qǐng)參閱圖1及圖2所示，其中已知的圖1的光線透過二正光學(xué)能力透鏡10a、20a而出射至成像面的θ角為35度，而圖2中光線透過正光學(xué)能力第一透鏡10、負(fù)光學(xué)能力第二透鏡20及正光學(xué)能力第三透鏡30而出射至成像面的θ角為20度，因此小于已知的光出射角θ，因此使本發(fā)明的鏡頭的周邊亮度衰減率較低于已知的短焦鏡頭，同時(shí)不致產(chǎn)生高光程差的現(xiàn)象，此對(duì)鏡頭成像質(zhì)量及減少成像面的周邊遮蔽(shading)效應(yīng)所產(chǎn)生的暗帶(Vigentting)現(xiàn)象。
因此，本發(fā)明的定焦數(shù)字鏡頭是將物空間光聚焦至光感測(cè)組件40的成像平面，且借助光感測(cè)組件40將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，且該三片透鏡組成的鏡頭特性如下

1.49＜Nd＜1.59；并且 29＜Vd＜58 F1為有效焦距；f1為第一片透鏡焦距；f2為第二片透鏡焦距；f3為第三片透鏡焦距；I1為最大像高；Nd為鏡片折射率；Vd為鏡片阿貝(Abbe)數(shù) 面(編號(hào)) 曲率半徑R(mm) 面間隔(mm) Nd/Vd 11 1.299232 0.963109 1.50176/57.44 12 1.821011 0.248195 21 2.122731 0.675322 1.57156/29.91 22 1.812535 0.64291731 5.226811 1.46537 1.51512/57.1532 7.219328 0.251163 非球面(Aspherical Surface)11 Conic0.3735142 Coeff on r 4-0.029144862 Coeff on r 60.0039218234 Coeff on r 8-0.0082328557 Coeff on r 10-0.019440625 非球面(Aspherical Surface)12 Conic3.065972 Coeff on r 4-0.08818095 Coeff on r 6-0.0017445907 Coeff on r 80.02090908 Coeff on r 10-0.086345616 非球面(Aspherical Surface)21 Conic1.501935 Coeff on r 40.11218646 Coeff on r 60.0039459153 Coeff on r 80.0153102 Coeff on r 100.079781346 非球面(Aspherical Surface)22 Conic-1.213018 Coeff on r 4-0.035867 Coeff on r 6-0.00030537106Coeff on r 8-0.010148304 Coeff on r 100.0051989105 非球面(Aspherical Surface)31 Conic-40.03911 Coeff on r 4-0.019126 Coeff on r 6-0.000522019 Coeff on r 80.00018152707 Coeff on r 100.0001143012 非球面(Aspherical Surface)32 Conic1.427486 Coeff on r 4-0.029121111 Coeff on r 6-0.0029079381 Coeff on r 8-0.000133563 Coeff on r 106.549131e-006 且圖2A至圖2G為鏡頭的特性圖，根據(jù)這些得知定焦數(shù)字鏡頭適用于體小輕便的數(shù)字像機(jī)鏡頭，如使用于數(shù)字像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)視訊器、PDA、移動(dòng)電話等。比較本發(fā)明的圖2E與已知的圖1E，可知鏡頭在0.5～1.0視場(chǎng)時(shí)，本發(fā)明的鏡頭光亮度衰減較已知少，另比較本發(fā)明的圖2G及已知的圖1G，在最佳焦平面取同樣范圍時(shí)，可知本發(fā)明的鏡頭的焦深較已知寬廣且有較高的成像質(zhì)量，因此本發(fā)明的定焦數(shù)字鏡頭具有高解像良好的空間頻率(MTF)、寬廣的景深、低亮度衰減畸變等優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述，該定焦數(shù)字鏡頭是利用正光學(xué)能力第一透鏡、負(fù)光學(xué)能力第二透鏡及正光學(xué)能力第三透鏡的設(shè)置，以使入射至成像平面的角度減小，因此解決鏡頭周邊光量衰減降低，同時(shí)使第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡各分別為丙烯酸材、聚碳酸酯(polycarb)材及非晶型聚烯烴光學(xué)透明塑料(ZEONEX)材制成，因此減小因溫度變化產(chǎn)生的變異，所以能維持成像質(zhì)量，且借助射出成型方式制作，因此達(dá)到快速成型、制成簡(jiǎn)短及價(jià)格降低的優(yōu)點(diǎn)。
然而以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非因此拘限本發(fā)明的專利范圍，故凡運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均同理皆包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種定焦數(shù)字鏡頭，其中從物體側(cè)至影像面依序包括正光學(xué)能力第一透鏡、負(fù)光學(xué)能力第二透鏡及正光學(xué)能力第三透鏡，且該第一透鏡為丙烯酸材質(zhì)制成，該第二透鏡為聚碳酸酯材質(zhì)制成，及該第三透鏡為非晶型聚烯烴光學(xué)透明塑料材質(zhì)制成。
2、如權(quán)利要求1所述的定焦數(shù)字鏡頭，其特征在于該第一透鏡的靠近物體側(cè)至該影像面距離小于5.2mm。
3、一種數(shù)字影像拾取單元，其中包括如權(quán)利要求1所述的定焦數(shù)字鏡頭，及感光組件。
4、如權(quán)利要求3所述的數(shù)字影像拾取單元，其特征在于該感光組件為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定焦數(shù)字鏡頭由物體至影像面依序包括正光學(xué)能力第一透鏡、負(fù)光學(xué)能力第二透鏡及正光學(xué)能力第三透鏡，且第一透鏡為丙烯酸材制成，第二透鏡由聚碳酸酯(polycarb)材質(zhì)制成，第三透鏡由非晶型聚烯烴光學(xué)透明塑料(ZEONEX)材質(zhì)制成，因此減少鏡頭周圍的光量衰減以避免暗帶發(fā)生，并且借助各透鏡不同材質(zhì)的使用，以相互平衡各透鏡對(duì)溫度的變化，所以降低鏡頭因溫度變化而導(dǎo)致影像質(zhì)量降低的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G02B9/14GK1670560SQ20041003010
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者郭仲淵 申請(qǐng)人:普立爾科技股份有限公司