可变曲率的透镜结构.pdf

本发明提供一种可变曲率的透镜结构，沿光轴，自物侧至像侧依序包含一第一透镜部件L1、一第二透镜部件L2、一第三透镜部件L3、一第四透镜部件L4以及一第五透镜部件L5。另外，有一平板透镜(焦距值无限大)沿光轴，自物侧至像侧1方向，配置于第五透镜部件L5后方。较佳地，平板透镜可为红外线滤波器(IR filter)、光学滤波器或保护玻璃片。其中第二透镜部件L2可调变曲率，以便使调变透镜的焦距。

1.  一种可变曲率的透镜结构，其特征在于，沿一光轴，自物侧至像侧依序包含：
一第一透镜部件，具有负屈光度，且该第一透镜部件的凸面朝向物侧；
一第二透镜部件，为一电控变焦组件，其中该第二透镜部件可调整该第二透镜部件的曲率，以便使调变该可变曲率的透镜结构的焦距；
一第三透镜部件，具有正屈光度，其中该第三透镜部件朝向物侧以及像侧的表面皆为凸面；
一第四透镜部件，具有负屈光度，其中该第四透镜部件朝向像侧的表面为凹面；以及
一第五透镜部件，具有正屈光度，其中该第五透镜部件的凸面朝向像侧；
其中该可变曲率的透镜结构得满足下列关系式：
(1) 0 < | f 1 fn - f 1 fm | < 0.12 ; ]]>
(2) 0 < | fm f 2 n - fn f 2 n | < 0.12 ; ]]>
(3) 0 < | f 3 fm - f 3 f n | < 0.1 ; ]]>
(4) 0 < | f 4 fm - f 4 f n | < 0.1 ; ]]>
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(6)-2.7<f1/fn<0；
(7)0<f3/fn<0.85；
(8)-1<f4/fn<0；
(9)0<f5/fn<2.5；
其中，该第一透镜部件的焦距为f1，其特征在于，该第三透镜部件的焦距为f3，该第四透镜部件的焦距为f4，该第五透镜部件的焦距为f5；其中，在第一物距情况下，该可变曲率的透镜结构的焦距为fm，该第二透镜部件的焦距为f2m；在第二物距情况下，该可变曲率的透镜结构的焦距为fn，该第二透镜部件的焦距为f2n。

2.  如权利要求1的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第二透镜部件包括一电控变焦透镜，由一第一材质层与一第二材质层所制成，依照所施加至该变焦透镜的电压调变该变焦透镜的曲率。

3.  如权利要求2的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第二透镜部件包括一保护片以及第二保护片，沿该光轴方向个别地覆盖于该变焦透镜两侧。

4.  如权利要求1的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第一透镜部件为球面或非球面透镜。

5.  如权利要求1的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第三透镜部件为非球面透镜。

6.  如权利要求1的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第四透镜部件为非球面透镜。

7.  如权利要求1的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第五透镜部件为非球面透镜。

8.  如权利要求1的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第三透镜部件为塑料或玻璃材质模造的透镜。

9.  如权利要求1的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第四透镜部件为塑料或玻璃材质模造的透镜。

10.  如权利要求1的可变曲率的透镜结构，其特征在于，所述的第五透镜部件为塑料或玻璃材质模造的透镜。

可变曲率的透镜结构
技术领域
本发明涉及一种光学组件，特别是关于一种可变曲率的透镜结构。
背景技术
随着科技进步，电子产品不断地朝向轻薄短小的特性发展，例如，数字相机、计算机相机、具有影像检测装置的行动电话等等，因此，这些电子装置的光学组件或装置亦必须更加微型化以符技术发展趋势。
为了携带方便及符合人性化的需求，其取像装置不仅需要良好的成像质量，同时也需要较小的体积与较低的成本，亦必须提升取像装置的应用性。近年来，在光学装置的领域中，关于影像检测组件的微性化及高像素密度的技术不断进步。然而，为了实现微型化的目的，将会有一些因素影响其效能。当镜头尺寸越趋缩小时，因为其物理的限制，必然限制了其影像检测装置的效能。
传统相机与数字相机的可调焦、可变焦镜头与一般微形化装置(例如，一般具有照相功能的手机)不同，受尺寸所限，大多数的微型化装置所使用的镜头尺寸相对较小，结构亦简化，且多数皆为定焦镜头，可拍摄的范围有所限制。
虽然通过改进感光耦合组件(Charge Coupled Device，CCD)、互补式金氧半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)等影像感测组件技术，可提升影像检测装置的像素，然，因为一般可拍照手机所使用的镜头皆为定焦镜头，其有效焦距值f为固定值。一般固定焦距的对焦方式皆由改变后焦(back focus length，BFL)来完成对焦。当被摄物体越近且前焦愈短时，后焦改变量愈大，当前焦变化到20f时，影像质量已经变差；而若采用数字变焦通常会影响影像的画质。
现有技术虽然有揭露应用于微型化装置的变焦镜头，从物侧到像侧依序包含多个透镜组，通过改变多个透镜组间的距离达到变焦效果，然而，上述的变焦镜头在改变视角时，整个镜头的长度尺寸将随着拍摄状态变化而改变，这类镜头是难以装配至微型化装置，且在改变透镜组间的距离时，亦容易产生杂音，再者，上述镜头所需的镜片也较多，成本亦相当昂贵。由上述可知，现今技术需要有一种具有远景拍摄及近距拍摄功能，且尺寸微型化的光学变焦镜头的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可变曲率的透镜结构，以克服前述问题。
本发明的再一目的是在于提供兼顾极近物距A(A>10mm)及无穷远物距A(A＝∞)摄影质量的透镜结构。上述透镜结构包括第一球面或非球面透镜、第二可变曲率镜组、第三非球面透镜、第四非球面透镜以及第五非球面透镜。其中第二可变曲率镜组经由电压控制的方式调变其界面曲率，以便使镜头得以拍摄极近(物距A>5f，f为此透镜结构的光学是的有效焦距)及极远(无穷远；物距A＝∞)的影像。
本发明是揭露一种可变曲率的透镜结构，沿一光轴，自物侧至像侧依序包含：一第一透镜部件，具有负屈光度，且其第一透镜部件的凸面朝向物侧；一第二透镜部件，为一电控变焦组件，其中其第二透镜部件利用电压控制的方式调变其焦距，以便使其调变该可变曲率的透镜结构的焦距；一第三透镜部件，具有正屈光度，其中其第三透镜部件朝向物侧以及像侧的表面皆为凸面；一第四透镜部件，具有负屈光度，其中其第四透镜部件朝向像侧的表面为凹面；以及一第五透镜部件，具有正屈光度，其中其第五透镜部件的凸面朝向像侧。
依据本发明所提供的可变曲率的透镜结构得满足下列关系式：
0 < | f 1 fn - f 1 fm | < 0.12 ; ]]>
0 < | fm f 2 n - fn f 2 n | < 0.12 ; ]]>
0 < | f 3 fm - f 3 fn | < 0.1 ; ]]>
0 < | f 4 fm - f 4 fn | < 0.1 ; ]]>
0 < | f 5 fm - f 5 fn | < 0.2 ; ]]>
(6)-2.7<f1/fn<0；
(7)0<f3/fn<0.85；
(8)-1<f4/fn<0；
(9)0<f5/fn<2.5；
其中，其第一透镜部件的有效焦距为f1，其第三透镜部件的有效焦距为f3，其第四透镜部件的有效焦距为f4，其第五透镜部件的有效焦距为f5；其中，在第一物距情况下，可变曲率的透镜结构的焦距为fm，第二透镜部件的焦距为f2m；在第二物距情况下，可变曲率的透镜结构的焦距为fn，第二透镜部件的焦距为f2n。
上述的第二透镜部件一电控变焦透镜，由一第一材质层与一第二材质层所组成，依照所施加至变焦透镜的电压而调变变焦透镜的曲率(半径)。
本发明的可变曲率的透镜结构克服了传统固定焦距镜头在近拍时影像质量变差的情况。本发明的可变曲率的透镜结构利用上述电控变焦透镜改变曲率，将镜头在不同摄影物距时，以微量变焦的形式来对应极近(物距A>5f，可变曲率的透镜结构光学系的有效焦距)摄影及无穷远(物距A＝∞)摄影时的焦距变化，如此会比固定焦距镜头更能得到更高的解像力。
本发明的可变曲率的透镜结构是利用变焦透镜内的第一材质层与第二材质层的材质特性，施加偏压，以利于调变其曲率，进而达到变焦的效果并提供良好的光学特性。再者，本发明的可变曲率的透镜结构的配置可有效矫正像差并获得良好的影像质量。
上述组件，以及本发明其它特征与优点，通过阅读实施方式的内容及其图式后，将更为明显。
附图说明
图1a-图1c根据本发明的第一实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图1d根据实际应用数值，为本发明的第一实施例的像差图；
图2a-图2c根据本发明的第二实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图2d根据实际应用数值，为本发明的第二实施例的像差图；
图3a-图3c根据本发明的第三实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图3d根据实际应用数值，为本发明的第三实施例的像差图；
图4a-图4c根据本发明的第四实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图4d根据实际应用数值，为本发明的第四实施例的像差图；
图5a-图5c根据本发明的第五实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图5d根据实际应用数值，为本发明的第五实施例的像差图；
图6a-图6c根据本发明的第六实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图6d根据实际应用数值，为本发明的第六实施例的像差图；
图7a-图7c根据本发明的第七实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图7d根据实际应用数值，为本发明的第七实施例的像差图；
图8a-图8c根据本发明的第八实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图8d根据实际应用数值，为本发明的第八实施例的像差图；
图9a-图9c根据本发明的第九实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图9d根据实际应用数值，为本发明的第九实施例的像差图；
图10a-图10c根据本发明的第十实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图10d根据实际应用数值，为本发明的第十实施例的像差图；
图11a-图11c根据本发明的第十一实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图11d根据实际应用数值，为本发明的第十一实施例的像差图；
图12a-图12c根据本发明的第十二实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图12d根据实际应用数值，为本发明的第十二实施例的像差图；
图13a-图13c根据本发明的第十三实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图13d根据实际应用数值，为本发明的第十三实施例的像差图；
图14a-图14c根据本发明的第十四实施例，为本发明的可变曲率的透镜结构示意图；
图14d根据实际应用数值，为本发明的第十四实施例的像差图；
图15为本发明的第一至第十五实施例与各个焦距比值的曲线分布图。
【主要组件符号说明】
L1第一透镜部件
L2第二透镜部件
L3第三透镜部件
L4第四透镜部件
L5第五透镜部件
L6平板透镜
1  像侧
2  第一保护片
3a 第一材质层
3b 第二材质层
3  变焦透镜
4  第二保护片
具体实施方式
本发明将配合其较佳实施例与随附的图示详述于下。应可理解为本发明中所有的较佳实施例仅为例示之用，并非用以限制。因此除文中的较佳实施例外，本发明亦可广泛地应用在其它实施例中。且本发明并不受限于任何实施例，应以随附的申请专利范围及其同等领域而定。
图1至图14分别是第一实施例至第十四实施例的可变曲率的透镜结构示意图及每一实施例的可变曲率的透镜结构根据实际应用数据所对应的像差图。
参照图1a-图1c至图14a-图14c，分别描述每一实施例的透镜结构示意图，其中图式中的a、b及c图分别代表以近距离模式(物距A≥下限值)、正常模式(下限值<物距A≦中间值)以及远距离模式(物距A≤∞)的可变曲率的透镜结构。
根据本发明的透镜结构，沿一光轴，自物侧至像侧依序包含：一第一透镜部件L1、一第二透镜部件L2、一第三透镜部件L3、一第四透镜部件L4以及一第五透镜部件L5。另外，有一焦距值为无限的平板透镜L6沿光轴，自物侧至像侧1方向，配置于第五透镜部件L5后方。较佳地，平板透镜L6可为红外线滤波器(IR filter)、光学滤波器(OLPF)或保护玻璃片。第一透镜部件L1具有负屈光度，且第一透镜部件L1的凸面朝向物侧。第二透镜部件L2，为一电控变焦组件，其中第二透镜部件L2可调整其第二透镜部件L2的曲率半径，以便使得以可变曲率此透镜结构的曲率半径，使其得以变动有效焦距。第三透镜部件L3具有正屈光度，其中第三透镜部件L3朝向物侧以及像侧1的表面皆为凸面。第四透镜部件L4具有负屈光度，其中第四透镜部件L4朝向像侧1的表面为凹面。第五透镜部件L5具有正屈光度，其中第五透镜部件L5的凸面朝向像侧1。
第二透镜部件L2沿光轴，自物侧至像侧1依序包括第一保护片(coverlens)2、变焦透镜3以及第二保护片4。第一保护片2与第二保护片沿光轴方向个别地覆盖于变焦透镜3两侧。变焦透镜3是由一第一材质层3a与一第二材质层3b所制成，依照所施加至变焦透镜3的电压改变变焦透镜3的曲率，进而达到变焦的效果并提供良好的光学特性。再者，本发明的改变曲率(半径)的透镜结构的配置可有效矫正像差并具良好的光学特性。
本发明的可变曲率的透镜结构克服了传统固定焦距镜头在近拍时影像质量变差的情况。本发明的可变曲率的透镜结构利用上述电控变焦透镜改变曲率，将定焦镜头在不同摄影物距时，以微量变焦的形式执行极近(物距A>5f，可变曲率的透镜结构光学是的有效焦距)摄影及无穷远(物距A＝∞)摄影时的焦距变化，如此将比固定焦距镜头更能达到更高的解像力。再一较佳实施例中，第一透镜部件L1为球面或非球面透镜，而第三透镜部件L3、第四透镜部件L4以及第五透镜部件L5都是非球面的透镜。透镜部件L1、L3、L4、L5皆得由塑料、玻璃、石英等材料模造而成，较佳方式是采用塑料，其相较于玻璃材质而言，更得以降低材料成本。
依据本发明所提供的可变曲率的透镜结构可满足下列关系式：
0 < | f 1 fn - f 1 fm | < 0.12 ; ]]>
0 < | fm f 2 n - fn f 2 n | < 0.12 ; ]]>
0 < | f 3 fm - f 3 fn | < 0.1 ; ]]>
0 < | f 4 fm - f 4 fn | < 0.1 ; ]]>
0 < | f 5 fm - f 5 fn | < 0.2 ; ]]>
(6)-2.7<f1/fn<0；
(7)0<f3/fn<0.85；
(8)-1<f4/fn<0；
(9)0<f5/fn<2.5；
其中
fm：在第一物距(近距离模式)情况下，可变曲率的透镜结构的有效焦距(mm)；
fn：在第二物距(远距离模式)情况下，可变曲率的透镜结构的有效焦距(mm)；
f2m：在第一物距(近距离模式)情况下，可变曲率的透镜结构的有效焦距(mm)；
f2n：在第二物距(远距离模式)情况下，可变曲率的透镜结构的有效焦距(mm)；
fi：第i个透镜的有效焦距(mm)；
f1：第一透镜部件的有效焦距(mm)；
f2：第二透镜部件的有效焦距(mm)；
f3：第三透镜部件的有效焦距(mm)；
f4：第四透镜部件的有效焦距(mm)；
f5：第五透镜部件的有效焦距(mm)。
关系式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)界定在第一物距(近距离模式)与第二物距(近距离模式)的情况下，个别的透镜部件的有效焦距fi与可变曲率的透镜结构的有效焦距fm、fn比值之差，通过此限制每个透镜的焦距配置及折射率。
参照图15，为图15为本发明的第一至第十五实施例与各个焦距比值的曲线分布图，由图式内的曲线分布可知，本发明的第一至第十四实施例中，每一个透镜部件皆满足上述的关系式。
参照图1d-图14d，为本发明实际的应用参数以及各种像差图。
在本发明中的符号表示如下：
FNO：焦数；
FOV：总对角线视角(2ω)；
A：物距(mm)；
B：自物侧顺序的第5表面的曲率半径；
Si：自物顺序的第i表面；
Ri：第i表面的曲率半径(mm)；
di：光轴上自物侧顺序的第i表面与第i+1表面之间的距离(mm)；
ndi：第i个透镜的折射率；
vdi：第i个透镜的阿贝数(Abbe number)；
上述的可变曲率的透镜结构视角(FOV)的范围自第一实施例至第十四实施例可涵盖为40°-90°间。图1d-图14d中，每一个实施例皆有限定物距A的范围值以及自物侧顺序的第5表面的曲率半径B的范围值(例如，第一实施例中，物距A的范围值为50mm-600mm-∞之间)。
关于图1d-图14d的像差图部分，分别为球面像差、非点像差以及歪曲像差图。从上述像差图可得知各别像差在实际应用时是可以适当修正。
本发明的可变曲率的透镜结构克服了传统固定焦距镜头在近拍时影像质量变差的情况。本发明的可变曲率的透镜结构利用上述变焦透镜改变曲率，将定焦镜头在不同摄影物距时，以微量变焦的形式来对应极近(物距A>5f，可变曲率的透镜结构光学是的有效焦距)摄影及无穷远(物距A＝∞)摄影时的焦距变化，以便使获得更佳的近拍效果。
对熟悉此领域技艺者，本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明的精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的配置，均应包含在下述的申请专利范围内，此范围应覆盖所有类似修改与类似结构，且应做最宽广的诠释。