專利名稱：單鏡片光學取像鏡頭及其陣列的制作方法
技術領域：
本實用新型是有關一種單鏡片光學取像鏡頭及其陣列，尤指一種可由一單鏡片光 學取像鏡頭陣列切割分離為多個超薄型單鏡片光學取像鏡頭，供可應用于行動電話或與影 像感測器如CXD或CMOS等一起配合使用。
背景技術：
隨著科技的進步，電子產(chǎn)品不斷地朝向輕薄短小及多功能的方向發(fā)展。電子產(chǎn) 品中，如數(shù)位相機(Digital Still Camera)、電腦相機(PC camera)、網(wǎng)路相機(Network camera)、行動電話等皆已具備取像鏡頭，甚至PDA等裝置也有加上取像鏡頭的需求。為了 符合攜帶方便及人性化的需求，取像鏡頭不僅需要具有良好的成像品質(zhì)，同時也需要有較 小的體積與較低的成本，始能有效提升該取像鏡頭的應用性。尤其是當其應用于行動電話 上，上述需求或條件更為重要。光學取像鏡頭一般由鏡片群(可能為一片或多片)、光闌、紅外線濾光片、表玻璃 及影像感測器組成，如中國臺灣專利公開號200814902所揭示的單鏡片光學取像鏡頭。參 考圖1，一單鏡片光學取像鏡頭1包含一影像感測器11，一鏡座12設于影像感測器11上 方，一鏡頭模組13其一部分設于鏡座12內(nèi)，一表玻璃14設于鏡座12內(nèi)且覆蓋影像感測器 11。此外，鏡頭模組13內(nèi)部設有一透鏡15及一紅外線濾光片16。該取像鏡頭1通過透鏡 15將光線成像于影像感測器11上。然，由于鏡座12與鏡頭模組13的連接結構過大，造成 光學取像鏡頭1體積龐大。因此，中國臺灣專利號1302630揭露一種堆迭的單鏡片光學取像鏡頭。參閱圖2， 一單鏡片光學取像鏡頭2由底部至頂部依序包含一影像感測器21、一間隔片22、一表玻璃 23、一紅外線濾光片24、一光闌25及一透鏡26等元件，且上述各元件為面與面直接相互貼 附，故可有效減小光學取像鏡頭2的厚度。雖然上述單鏡片光學取像鏡頭的厚度已較過去小，但當電子產(chǎn)品越來越小型化設 計時，具有較大體積的光學取像鏡頭仍會造成設計及搭配使用上的困擾，使電子產(chǎn)品的體 積不易縮小。尤其以單鏡片的光學取像鏡頭而論，鏡片的后焦距(back focal)仍有一定長 度，此是造成單鏡片光學取像鏡頭的厚度無法持續(xù)減小的主因。
發(fā)明內(nèi)容為改善上述問題，本實用新型通過鏡片設計，使其后焦距減小且限縮于一定范圍。 此外，光學取像鏡頭的各光學元件間也是面與面直接相互貼附，以使單鏡片光學取像鏡頭 的厚度縮小，解決習知單鏡片光學取像鏡頭的厚度無法持續(xù)減小的問題。本實用新型提供的一單鏡片光學取像鏡頭，沿著同一光軸由物側至像側依序包 含一透鏡具有一物側面及一像側面且具有一光學作用區(qū)及一非光學作用區(qū)，及一影像感 測器對應設置于該透鏡的像側面；并滿足以下條件BFL/TTL = 0. 55 0. 81，0H/0D = 1. 0 3. 6，其中，TTL為光軸上透鏡的物側面至影像感測器的全長，BFL為該取像鏡頭的后焦距，OH為物的高度，OD為光軸上物至透鏡的物側面的長度。本實用新型提供另的一單鏡片光學取像鏡頭陣列，包含一透鏡陣列，具有以陣列 排列的復數(shù)個透鏡；及一影像感測器陣列，具有以陣列排列的復數(shù)個影像感測器，且復數(shù)個 影像感測器與復數(shù)個透鏡對應設置，其中，此單鏡片光學取像鏡頭陣列可切割分離成多個 單鏡片光學取像鏡頭，每一單鏡片光學取像鏡頭沿著同一光軸由物側至像側依序包含一 透鏡具有一物側面及一像側面，及一影像感測器對應設置于該透鏡的像側面，其中，該取像 鏡頭并滿足以下條件BFL/TTL = 0. 55 0. 81，0H/0D = 1. 0 3. 6其中，TTL為該光軸上 該透鏡的物側面至影像感測器的全長，BFL為取像鏡頭的后焦距，OH為物的高度，OD為該光 軸上物至該透鏡的物側面的長度。透過上述技術特征，本實用新型的單鏡片光學取像鏡頭可縮短鏡頭全長及后焦長 度，有效減小鏡頭厚度，符合行動電話輕、薄、短、小的要求，且可使行動電話內(nèi)部空間得提 供較多的裕度。另，本實用新型也可發(fā)展出具其他應用的鏡頭，如醫(yī)用胃視鏡頭、短焦式鏡 頭等。又，本實用新型采用元件的厚度較薄，也可有效節(jié)省成本。

圖1為一習知光學取像鏡頭的結構圖；圖2為另一習知光學取像鏡頭的結構圖；圖3為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭第一實施例的光學結構圖；圖4為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭第二實施例的光學結構圖；圖5為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例A的結構圖；圖6為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例B的結構圖；圖7為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例C的結構圖；圖8為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例D的結構圖；圖9為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例E的結構圖；圖10為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例F的結構圖；圖11為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例G的結構圖；圖12為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例H的結構圖；圖13為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例I的結構圖；圖14為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭實施例J的結構圖；圖15為本實用新型單鏡片光學取像鏡頭陣列一實施例的立體圖；圖16為圖15所示單鏡片光學取像鏡頭陣列的結構分解圖。附圖標記說明1-光學取像鏡頭；11-影像感測器；12-鏡座；13-鏡頭模組；14-表玻璃；15-透 鏡；16-紅外線濾光片；2-光學取像鏡頭；21-影像感測器；22-間隔片；23-表玻璃；24-紅 外線濾光片；25-光闌；；26-透鏡；3-單鏡片光學取像鏡頭31-透鏡；31a-物側面；31b-像 側面；311-光學作用區(qū)；312-非光學作用區(qū)；32-孔徑光闌；33-紅外線濾光片；34-表玻 璃；35-影像感測器；36-物體；；4-單鏡片光學取像鏡頭陣列；41-透鏡陣列；42-孔徑光 闌陣列；43-紅外線濾光片陣列44-表玻璃陣列；45-影像感測器陣列。
具體實施方式
為使本實用新型更加明確詳實，茲列舉較佳實施例并配合下列圖示，將本實用新 型的結構及其技術特征詳述如后。本實用新型主要是利用鏡片設計以使鏡片的后焦距長度縮短，不僅縮短取像鏡頭 的整體厚度，也能以短距離(與物的距離)擷取較大的物的影像。本實用新型是一超薄型單鏡片光學取像鏡頭，并滿足下列式(1) 式(2)的條 件BFL/TTL = 0. 55 0. 81..........................(1)0H/0D = 1. 0 3. 6...............................(2)其中，TTL為光軸上透鏡的物側面至影像感測器的全長，BFL為該取像鏡頭的后焦 距，OD為光軸上物至透鏡的物側面的長度，OH為OD位置上的光軸垂直面內(nèi)物的最大可取像尚度。茲以下列二實施例來詳述本實用新型單鏡片光學取像鏡頭的光學結構。參閱圖3，本實用新型第一實施例的單鏡片光學取像鏡頭3，其沿著光軸Z由物側 至像側依序包含下列光學元件一透鏡31、一孔徑光闌(aperture stop) 32、一紅外線濾光 片(IR cut-off filter) 33、一表玻璃 34 及一影像感測器(imagesensing chip) 35。另，位 于該取像鏡頭3前方的物(object)36即為待取像的物體。取像時，物36的光線先經(jīng)過透 鏡31，再經(jīng)過紅外線濾光片33及表玻璃34，而成像于影像感測器35上。該透鏡31可以塑膠或玻璃制成，其可為雙凸(bi-convex)、雙凹(bi-concave)、新 月(meniscus)、平凸(plano-convex)或平凹(plano-concave)等不同形狀透鏡的任一種。該透鏡31具有一物側面31a及一像側面31b，且具有一供光線通過的光學作用 區(qū)311及一光線無法通過的非光學作用區(qū)312，其中，該物側面31a及像側面31b可為凸 面或凹面，且可為球面或非球面，若為非球面，其非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)為式(3) 其中，Z為鏡片的光學面上任一點以光軸方向至鏡片0點切平面的距離(SAG)，c 是曲率，h為鏡片高度，K為圓錐系數(shù)(Conic Constant)、A4 A14分別4 14階的非球 面系數(shù)。本實施例的透鏡31如圖3所示為一新月型，且物側面31a及像側面31b皆為非球面。該孔徑光闌32屬于一種中置光圈，設于該透鏡31與紅外線濾光片33之間，且直 接貼附于透鏡31的像側面31b的非光學作用區(qū)312。該紅外線濾光片33可為一具有紅外線濾光功能的鏡片或薄膜，薄膜可利用鍍膜 技術形成。本實施例中，該紅外線濾光片33為一鏡片且直接貼附于孔徑光闌32上。該影像感測器35可為CXD (電荷藕合裝置)或CMOS (互補型金屬氧化物半導體)。下表(一)是搭配圖3，分別列有由物側至像側依序編號的光學面號碼、在光軸 Z上各光學面的曲率半徑(the radius of curvature)R(單位mm)、光軸Z上各面的間 距(the on-axis surface spacing) d、透鏡的折射率 Nd、阿貝數(shù)(Abbe，snumber) vd、焦距 *表示為非球面本實施例中，透鏡31是利用折射率Nd為1. 487、阿貝數(shù)Vd為70. 2的玻璃材質(zhì)制 成；紅外線濾光片33也使用玻璃材質(zhì)制成。本實施例的系統(tǒng)有效焦距(effective focal length) f為1. 0576mm，式(1) 式 ⑵中各值如表(二)，可以滿足式⑴ 式⑵條件。表(二) 由上述表(一)、(二)及圖示，可知本實施例單鏡片光學取像鏡頭3全長TTL為 =1. 5091mm、后焦距BFL = 1. 1515mm，藉此可證明本實用新型的單鏡片光學取像鏡頭3可 有效縮小鏡頭長度及縮短后焦距。參閱圖4，本實用新型第二實施例的單鏡片光學取像鏡頭3與前述的第一實施例 類似，但沿著光軸Z由物側至像側依序只包含下列光學元件一孔徑光闌32、一透鏡31及 一影像感測器35，其中，該透鏡31及影像感測器35的結構可與第一實施例相同，而該孔徑 光闌32屬于一種前置光圈。下表(三)是搭配圖4，其內(nèi)所采用符號參考表(一)。表(三) *表示為非球面本實施例中，透鏡31是利用折射率Nd為1. 809、阿貝數(shù)Vd為40. 4的玻璃材質(zhì)制 成。本實施例的系統(tǒng)有效焦距f為0.3749mm，式⑴ 式⑵中各值如表(四)，可以滿足 式⑴ 式⑵條件。表(四) 由上述表(三)、(四)及圖示，可知本實施例單鏡片光學取像鏡頭3的鏡頭全長為 TTL = 0. 4999mm、后焦距BFL = 0. 2934mm，藉此可證明本實用新型的單鏡片光學取像鏡頭3 可有效縮小鏡頭長度及縮短后焦距，達成小型化的目的，提升光學取像鏡頭3的應用性。參考圖5-14，分別為實施例A J等十個實施例，其是本實用新型單鏡片光學取 像鏡頭3在實際應用時在其結構上可作的等效的變化設計，因此各實施例A J的結構雖 然不盡相同，但皆符合上述第一或第二實施例的光學結構，且也滿足上述式(1) 式(2)條 件。<實施例A>參閱圖5，本實施例單鏡片光學取像鏡頭3由像側(圖底端)至物側(圖上端)依 序包含一影像感測器35、一表玻璃34、一紅外線濾光片33、一孔徑光闌32及一透鏡31，其 中上述各光學元件是互相直接貼附，形成一堆迭結構，即表玻璃34的像側面直接貼附于影 像感測器35上，紅外線濾光片33的像側面直接貼附于表玻璃34上，孔徑光闌32的像側面 直接貼附于紅外線濾光片33上，透鏡31的像側面31b直接貼附于孔徑光闌32上。如此， 上述各光學元件間未存在任何間隔，可使取像鏡頭3的全長有效縮短。又上述各光學元件 31 35的結構皆與第一實施例相同，在此不再說明。<實施例B>參閱圖6，本實施例單鏡片光學取像鏡頭3的結構與實施例A類似，不同處在于本 實施例未設該表玻璃34。本實施例將紅外線濾光片33的像側面直接貼附于影像感測器35 上，如此可使單鏡片光學取像鏡頭3的全長更小。[0067]<實施例C>參閱圖7，本實施例單鏡片光學取像鏡頭3的結構與實施例A類似，不同處在于本 實施例單鏡片光學取像鏡頭3是利用鍍膜技術于透鏡31的像側面31b的光學作用區(qū)311 上形成薄膜狀的紅外線濾光片33，如此可使光學取像鏡頭3的全長更小。<實施例D>參閱圖8，本實施例光學取像鏡頭3的結構與實施例C類似，不同處在于本實施例 光學取像鏡頭3未設該表玻璃34，使孔徑光闌32的像側面直接貼附于影像感測器35上，如 此可使光學取像鏡頭3的全長更小。〈實施例E>參閱圖9，本實施例E的單鏡片光學取像鏡頭3的結構可對應至上述第二實施例， 而其結構與實施例D類似，不同處在于本實施例將孔徑光闌32設置于透鏡31的物側面31a 的非光學作用區(qū)312上而形成一前置光圈如第二實施例所示。如此透鏡31的像側面31b 是直接貼附于影像感測器35上，可使光學取像鏡頭3的全長更小。<實施例F>參閱圖10，本實施例光學取像鏡頭的結構3與實施例E類似，不同處在于本實施例 將薄膜狀的紅外線濾光片33設置于透鏡31的物側面31a的光學作用區(qū)311上，而透鏡31 的像側面31b是直接貼附于影像感測器35上。<實施例G>參閱圖11，本實施例光學取像鏡頭3的結構與實施例B類似，不同處在于本實施例 將孔徑光闌32設置于透鏡31的物側面31a的非光學作用區(qū)312上。如此，透鏡31的像側 面31b是直接貼附于紅外線濾光片33上，可使光學取像鏡頭3的全長更小。<實施例H>參閱圖12，本實施例單鏡片光學取像鏡頭3的結構與實施例C類似，不同處在于本 實施例將孔徑光闌32設置于透鏡31的物側面31a的非光學作用區(qū)312上。如此，透鏡31 的像側面31b是直接貼附于表玻璃34上，可使單鏡片光學取像鏡頭3的全長更小。<實施例1>參閱圖13，本實施例單鏡片光學取像鏡頭3的結構與實施例H類似，不同處在于本 實施例將薄膜狀的紅外線濾光片33設置于透鏡31的物側面31a的光學作用區(qū)311上。〈實施例J>參閱圖14，本實施例單鏡片光學取像鏡頭3的結構與實施例A類似，不同處在于本 實施例將孔徑光闌32設置于透鏡31的物側面31a的非光學作用區(qū)312上。如此，透鏡31 的像側面31b是直接貼附于紅外線濾光片33，可使光學取像鏡頭3的全長更小。此外，為能大量生產(chǎn)降低組裝成本，本實用新型的單鏡片光學取像鏡頭3如上述 各實施例A J亦可以陣列模式來制作，也就是先制成一單鏡片光學取像鏡頭陣列，再切割 分離成多個單鏡片光學取像鏡頭。參閱圖15、16，其是以實施例A的單鏡片光學取像鏡頭3為代表但不限制，用來說 明本實用新型的單鏡片光學取像鏡頭陣列一實施例的結構本實用新型的單鏡片光學取像 鏡頭陣列4是利用一具有多個影像感測器35的影像感測器陣列45、一具有多個表玻璃34 的表玻璃陣列44、一具有多個紅外線濾光片33的紅外線濾光片陣列43、一具有多個孔徑光闌32的孔徑光闌陣列42及一具有多個透鏡31的透鏡陣列41而加以依序堆迭形成，其中， 該影像感測器陣列45、表玻璃陣列44、紅外線濾光片陣列43、孔徑光闌陣列42及透鏡陣列 41是依實施例A的單鏡片光學取像鏡頭3的光學設計而分別先制作成一陣列式結構體如圖 16所示，再將上述各陣列式結構體予以堆迭形成一單鏡片光學取像鏡頭陣列4如圖15所 示；然后再進行切割分離以形成多個如實施例A所示的單鏡片光學取像鏡頭3。參閱圖15、16，本實施例的單鏡片光學取像鏡頭陣列4是包含9個如實施例A結構 的單鏡片光學取像鏡頭3。再者，本實用新型的單鏡片光學取像鏡頭陣列的陣列形狀不限 制，可為碟狀陣列或方形陣列，而本實施例是以方形陣列形狀表示。本實用新型的單鏡片光學取像鏡頭透過透鏡設計，可縮短鏡頭全長及后焦長度， 藉以有效減小鏡頭全長。在現(xiàn)在行動電話內(nèi)部空間有限的情形下，可迎合行動電話輕、薄、 短、小的要求，且也可給予手機內(nèi)部空間提供較多的裕度。再者，本實用新型所采用的光學 元件厚度薄，對成本節(jié)省上也較有優(yōu)勢。此外，本實用新型超薄型的單鏡片光學取像鏡頭， 也可發(fā)展出具有其他應用的鏡頭，如醫(yī)用胃視鏡頭、短焦式鏡頭等，可提升應用領域及使用 功效。以上具體實施方式
僅為本實用新型的較佳實施例，其對本實用新型而言是說明性 的，而非限制性的。本領域的技術人員在不超出本實用新型精神和范圍的情況下，對之進行 變換、修改甚至等效，這些變動均會落入本實用新型的權利要求保護范圍。
權利要求一單鏡片光學取像鏡頭，其特征在于，沿著光軸由物側至像側依序包含一透鏡，具有一物側面及一像側面，并具有一光學作用區(qū)及一非光學作用區(qū)；及一影像感測器，對應設置于該透鏡的該像側面；其中，該取像鏡頭滿足以下條件BFL/TTL＝0.55～0.81OH/OD＝1.0～3.6其中，TTL為光軸上該透鏡的該物側面至該影像感測器的全長，BFL為該取像鏡頭的后焦距，OD為光軸上物至該透鏡的物側面的長度，OH為OD位置上的光軸垂直面內(nèi)物的最大取像高度。
2 根據(jù)權利要求1所述的單鏡片光學取像鏡頭，其特征在于，該透鏡的該像側面是直 接貼附該影像感測器上。
3.根據(jù)權利要求1所述的單鏡片光學取像鏡頭，其特征在于，更包含至少一光學元件， 所述光學元件選自下列元件之一或其組合光闌、表玻璃、紅外線濾光片，且所述光學元件 與該透鏡或影像感測器之間對應直接貼附；或當包含兩個以上光學元件時，二光學元件之 間是對應直接貼附，以形成一堆迭結構。
4.根據(jù)權利要求3所述的單鏡片光學取像鏡頭，其特征在于，該紅外線濾光片為利用 鍍膜技術于該透鏡的該像側面或該物側面的該光學作用區(qū)上形成一薄膜狀的紅外線濾光 片。
5.根據(jù)權利要求3所述的單鏡片光學取像鏡頭，其特征在于，該光闌是設置于該透鏡 的該像側面或該物側面的非光學作用區(qū)上。
6 一種單鏡片光學取像鏡頭陣列，其特征在于，包含 一透鏡陣列，具有以陣列排列的復數(shù)個透鏡；及一影像感測器陣列，具有以陣列排列的復數(shù)個影像感測器，且該復數(shù)個影像感測器與 該復數(shù)個透鏡對應設置；其中，該單鏡片光學取像鏡頭陣列可切割分離成復數(shù)個單鏡片光學取像鏡頭；其中，該單鏡片光學取像鏡頭，沿著同一光軸由物側至像側依序包含一透鏡，具有一物側面及一像側面；及一影像感測器，對應設置于該透鏡的該像側面；其中，該取像鏡頭滿足以下條件BFL/TTL = 0. 55 0. 810H/0D = 1. 0 3. 6其中，TTL為光軸上該透鏡的該物側面至該影像感測器的全長，BFL為該取像鏡頭的后 焦距，OD為光軸上物至該透鏡的該物側面的長度，OH為OD位置上的光軸垂直面內(nèi)物的最大取像高度。
7.根據(jù)權利要求6所述的單鏡片光學取像鏡頭陣列，其中該透鏡的該像側面是直接貼 附該影像感測器上。
8.根據(jù)權利要求6所述的單鏡片光學取像鏡頭陣列，更包含至少一光學元件陣列，其 是選自下列各陣列之一或其組合光闌陣列、表玻璃陣列、紅外線濾光片陣列，且該光學元 件陣列與該透鏡陣列或影像感測器陣列之間對應直接貼附；或當包含兩個以上光學元件陣列時，二光學元件陣列之間是對應直接貼附，以形成一堆迭陣列結構。
專利摘要一種單鏡片光學取像鏡頭及其陣列，該取像鏡頭沿著同一光軸由物側至像側依序包含一透鏡具有一物側面及一像側面且具有一光學作用區(qū)及一非光學作用區(qū)；及一影像感測器對應設置于該透鏡的像側面；其中，該取像鏡頭滿足以下條件BFL/TTL＝0.55～0.81，OH/OD＝1.0～3.6，其中，TTL為光軸上透鏡的物側面至影像感測器的全長，BFL為該取像鏡頭的后焦距，OD為光軸上物(OBJ)至透鏡的物側面的長度，OH為OD位置上的光軸垂直面內(nèi)物的最大可取像高度；又該單鏡片光學取像鏡頭陣列是供用以切割分離成多個所述的單鏡片光學取像鏡頭。
文檔編號H04N5/225GK201662645SQ20102011809
公開日2010年12月1日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權日2010年2月11日
發(fā)明者徐三偉, 施柏源, 林得誠, 王智鵬, 陳皇昌 申請人:一品光學工業(yè)股份有限公司