[发明专利]微型取像广角镜头

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型取像镜头，特别是关于一种适用于影像撷取装置的具有自由曲面的微型取像广角镜头。

背景技术

影像撷取产品与光电技术的整合已成为当今科技发展的趋势之一，为了满足便于携带的要求，轻、薄、短、小已成为影像撷取装置的基本需求。在取像镜头的镜片形态及材质选择上，由于传统的球面研磨玻璃镜片的材质选择较多，对于校正色差较为有利，已广为业界所使用。然而，球面研磨玻璃镜片使用于数值孔径(FNumber)较小以及视角(Wide-angle)较大的情形时，球差及像散等像差的校正仍较困难。非球面镜的出现解决了上述问题，将其应用于镜头的光学系统中，可以大幅提高成像品质，减小广角镜头的桶状变形，并且一片非球面透镜可替代几片球面透镜补偿像差，可以相当显著地简化镜头的光学设计，减小其体积和重量。然而，传统玻璃镜头仍必须要使用多个镜片才能矫正大视角的离轴像差及色差的问题，从而造成镜头整体尺寸较长、体积较大、成本较高，并且非球面玻璃镜片加工不易，因此在使用于轻薄型数字产品时受到了很大限制。相对而言，非球面塑料镜片较易加工、成本较低，因此，业界多采用非球面塑料镜片作为小型取像镜头的光学元件，以缩短整个光学系统。

就广角镜头的设计而言，需考虑的设计因素包括必须矫正大视角的离轴像差及色差，以及严重的畸变等，因此设计更为困难，最终易造成镜片的形状难以加工或者主光束入射角(Chief Ray Angle)太大等诸多问题。虽然广角镜头的诸多设计已揭露于美国专利号4493537、5251073、4525038等，但能够在很短的总长下，克服各种光学像差并且兼顾到实际加工等问题却极为少见。因此，也有现有技术提出利用潜望式或自由曲面(Free-Form Surface)棱镜的型式来达成压缩空间的目的，如美国专利号6323892等。然而，潜望式设计通过一反射镜仅能实现将光路转折的目的，并没有矫正像差的功能。

采用自由曲面棱镜具有以下优点：光程在棱镜内多次反射，可使得整个系统因为折叠(Folding)效果而缩短；反射面不会产生色差(Chromatic A berration)，因此整个系统不会因为传统折射镜片所产生的大量色差，而需要其它镜片作补偿(Compensation)，因而整个系统的元件个数少；光学面因为棱镜关系，其相对位置是固定的，因此在系统组装时较容易稳定。但是，现有取像镜头采用的自由曲面棱镜结构大多较为复杂，设计、加工、固定均较为困难，因此仍有进一步改善的必要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种微型取像广角镜头，该广角镜头采用一自由曲面棱镜，通过将入射光束反射可达成缩短光学总长的目的。

本发明的另一目的在于提供一种微型取像广角镜头，其结构简单、加工容易、公差容忍度大、成本较低，具有大视角并且具有良好的成像品质。

为实现上述目的，本发明提供一种微型取像广角镜头，可应用于影像撷取产品上，该镜头从物方到像方依次包括负屈光度的第一透镜、正屈光度的棱镜，正屈光度的第二透镜以及负屈光度的第三透镜，其中第一透镜与棱镜并排设置，第二透镜与第三透镜位于棱镜的下方并邻近像方。第一透镜为一双凹透镜，包括一相对于被摄物体呈凹陷构形的第一面以及相对于成像面也呈凹陷构形的第二面。该棱镜为一自由曲面棱镜，其等效于在一直角棱镜面上附予非球面系数。该棱镜包括与第一透镜的第二面相对而设的入射面、相对光轴倾斜设置的反射面，以及朝向成像面而设的出射面，其中入射面、出射面均为凸面，而反射面为一平面。该第二透镜与第三透镜相互胶合为一体，设置于自由曲面棱镜与成像面之间。该第二透镜与自由曲面棱镜之间进一步设有一孔径光阑。该第三透镜与成像面之间进一步设有一玻璃平板。

第一透镜的第一、第二面中至少有一面为非球面。棱镜的入射面与出射面均为非球面。

较佳地，第一透镜与棱镜由塑料制成，第二透镜与第三透镜则由玻璃制成。

本发明微型取像广角镜头满足以下条件：

1.0＜|f1/f|＜1.9；

1.6＜f2/f＜3.2；

2.5＜(f34)/f＜4.5；及

0.8＜(R34)/f＜1.8

其中，f为系统的整体有效焦距(Effective focal length)，f1为第一透镜的有效焦距，f2为棱镜的有效焦距，f34为第二透镜与第三透镜的合成焦距，R34为第二透镜与第三透镜的胶合面的曲率半径。