CN110231706B - 成像镜头 - Google Patents

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CN110231706B CN201810182652.XA CN201810182652A CN110231706B CN 110231706 B CN110231706 B CN 110231706B CN 201810182652 A CN201810182652 A CN 201810182652A CN 110231706 B CN110231706 B CN 110231706B
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Abstract

一种成像镜头,包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜。第一透镜具有负屈光力。第二透镜具有正屈光力。第三透镜具有负屈光力且包括凸面朝向像侧。第四透镜具有正屈光力。第五透镜具有正屈光力且包括凹面朝向像侧。第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜沿着光轴从物侧至像侧依序排列。

Description

成像镜头
技术领域
本发明有关于一种成像镜头。
背景技术
现今的成像镜头的发展趋势,除了不断朝向大视角发展外,随着不同的应用需求,还需同时具备大光圈及高分辨率的能力,已知的成像镜头已经无法满足现今的需求,需要有另一种新架构的成像镜头,才能同时满足大视角、大光圈及高分辨率的特性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,提供一种成像镜头,其具备大视角、大光圈及高分辨率的特性,但是仍具有良好的光学性能。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是,提供一种成像镜头,包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜。第一透镜具有负屈光力。第二透镜具有正屈光力。第三透镜具有负屈光力且包括凸面朝向像侧。第四透镜具有正屈光力。第五透镜具有正屈光力且包括凹面朝向像侧。第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜沿着光轴从物侧至像侧依序排列。
其中第三透镜更包括凹面朝向物侧,第四透镜包括凹面朝向物侧及凸面朝向像侧。
其中成像镜头满足以下条件:-4<(R31+R32)/(R31-R32)<-2;其中,R31为第三透镜的物侧面的曲率半径,R32为第三透镜的像侧面的曲率半径。
其中成像镜头满足以下条件:0<(R31+R32)/(R41+R42)<1;其中,R31为第三透镜的物侧面的曲率半径,R32为第三透镜的像侧面的曲率半径,R41为第四透镜的物侧面的曲率半径,R42为第四透镜的像侧面的曲率半径。
其中更包括光圈,设置于该第一透镜与该第二透镜之间,第一透镜包括凸面朝向物侧及凹面朝向像侧,第二透镜为双凸透镜,第五透镜更包括凸面朝向物侧。
其中成像镜头满足以下条件:1.8<(Nd1+Nd4)/2<1.9;其中,Nd1为第一透镜的折射率,Nd4为第四透镜的折射率。
其中第四透镜为非球面透镜且不包括反曲点。
其中成像镜头满足以下条件:-3<f1+f2<-;-2.9<R21/R31<-1.9;其中,f1为第一透镜的有效焦距,f2为第二透镜的有效焦距,R21为第二透镜的物侧面的曲率半径,R31为第三透镜的物侧面的曲率半径。
其中成像镜头满足以下条件:4<(f4-f3)/f<10;其中,f3为第三透镜的有效焦距,f4为第四透镜的有效焦距,f为成像镜头的有效焦距。
其中成像镜头满足以下条件:1.7<f4/f<6;其中,f4为第四透镜的有效焦距,f为成像镜头的有效焦距。
实施本发明的成像镜头,具有以下有益效果:其具备大视角、大光圈及高分辨率的特性,但是仍具有良好的光学性能。
附图说明
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。
图1是依据本发明的成像镜头的第一实施例的透镜配置与光路示意图。
图2A是图1的成像镜头的场曲(Field Curvature)图。
图2B是图1的成像镜头的畸变(Distortion)图。
图2C是图1的成像镜头的调变转换函数(Modulation Transfer Function)图。
图3是依据本发明的成像镜头的第二实施例的透镜配置与光路示意图。
图4A是图3的成像镜头的场曲(Field Curvature)图。
图4B是图3的成像镜头的畸变(Distortion)图。
图4C是图3的成像镜头的调变转换函数(Modulation Transfer Function)图。
图5是依据本发明的成像镜头的第三实施例的透镜配置示意图。
图6A是图5的成像镜头的纵向像差(Longitudinal Aberration)图。
图6B是图5的成像镜头的场曲(Field Curvature)图。
图6C是图5的成像镜头的畸变(Distortion)图。
图6D是图5的成像镜头的横向色差(Lateral Color)图。
图6E是图5的成像镜头的调变转换函数(Modulation Transfer Function)图。
具体实施方式
请参阅图1,图1是依据本发明的成像镜头的第一实施例的透镜配置与光路示意图。成像镜头1沿着光轴OA1从物侧至像侧依序包括第一透镜L11、光圈ST1、第二透镜L12、第三透镜L13、第四透镜L14、第五透镜L15及滤光片OF1。成像时,来自物侧的光线最后成像于成像面IMA1上。
第一透镜L11为弯月型透镜具有负屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S11为凸面,像侧面S12为凹面,物侧面S11与像侧面S12皆为球面表面。
第二透镜L12为双凸透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S14为凸面,像侧面S15为凸面,物侧面S14与像侧面S15皆为球面表面。
第三透镜L13为弯月型透镜具有负屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S16为凹面,像侧面S17为凸面,物侧面S16与像侧面S17皆为球面表面。
第四透镜L14为弯月型透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S18为凹面,像侧面S19为凸面,物侧面S18与像侧面S19皆为非球面表面且不具有反曲点。
第五透镜L15为弯月型透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S110为凸面,像侧面S111为凹面,物侧面S110与像侧面S111皆为球面表面。
滤光片OF1其物侧面S112与像侧面S113皆为平面。
另外,第一实施例中的成像镜头1满足底下六条件中任一条件:
1.7<f14/f1<6 (1)
-3<f11+f12<-1 (2)
4<(f14-f13)/f1<10 (3)
-2.9<R121/R131<-1.9 (4)
-4<(R131+R132)/(R131-R132)<-2 (5)
0<(R131+R132)/(R141+R142)<1 (6)
其中,f11为第一透镜L11的有效焦距,f12为第二透镜L12的有效焦距,f13为第三透镜L13的有效焦距,f14为第四透镜L14的有效焦距,f1为成像镜头1的有效焦距,R121为第二透镜L12的物侧面S14的曲率半径,R131为第三透镜L13的物侧面S16的曲率半径,R132为第三透镜L13的像侧面S17的曲率半径,R141为第四透镜L14的物侧面S18的曲率半径,R142为第四透镜L14的像侧面S19的曲率半径。
利用上述透镜、光圈ST1及至少满足条件(1)至条件(6)其中一条件的设计,使得成像镜头1能有效的缩小光圈值、提升视角、提升分辨率、有效的修正像差。
表一为图1中成像镜头1的各透镜的相关参数表,表一数据显示,第一实施例的成像镜头1的有效焦距等于5.454mm、光圈值等于1.01、镜头总长度等于30.01124mm、视角等于84度。
表一
Figure BDA0001589331920000041
表一中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到:
z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
其中:
c:曲率;
h:透镜表面任一点至光轴的垂直距离;
k:圆锥系数;
A~D:非球面系数。
表二为表一中各个透镜的非球面表面的相关参数表,其中k为圆锥系数(ConicConstant)、A~D为非球面系数。
表二
Figure BDA0001589331920000051
表三为条件(1)至条件(6)中各参数值及条件(1)至条件(6)的计算值,由表三可知,第一实施例的成像镜头1皆能满足条件(1)至条件(6)的要求。
表三
Figure BDA0001589331920000052
另外,第一实施例的成像镜头1的光学性能也可达到要求,这可从图2A至图2C看出。图2A所示的,是第一实施例的成像镜头1的场曲(Field Curvature)图。图2B所示的,是第一实施例的成像镜头1的畸变(Distortion)图。图2C所示的,是第一实施例的成像镜头1的调变转换函数(Modulation Transfer Function)图。
由图2A可看出,第一实施例的成像镜头1对波长为0.845μm、0.860μm、0.875μm的光线,于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向的场曲介于-0.03㎜至0.13㎜之间。
由图2B(图中的三条线几乎重合,以致于看起来只有一条线)可看出,第一实施例的成像镜头1对波长为0.845μm、0.860μm、0.875μm的光线所产生的畸变介于-15%至0%之间。
由图2C可看出,第一实施例的成像镜头1对波长范围介于0.845μm至0.875μm的光线,分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向,视场角度分别为0.00度、16.00度、28.00度、32.00度、36.00度、40.00度,空间频率介于0lp/mm至29lp/mm,其调变转换函数值介于0.39至1.0之间。
显见第一实施例的成像镜头1的场曲、畸变都能被有效修正,镜头分辨率也能满足要求,从而得到较佳的光学性能。
请参阅图3,图3是依据本发明的成像镜头的第二实施例的透镜配置与光路示意图。成像镜头2沿着光轴OA2从物侧至像侧依序包括第一透镜L21、光圈ST2、第二透镜L22、第三透镜L23、第四透镜L24、第五透镜L25及滤光片OF2。成像时,来自物侧的光线最后成像于成像面IMA2上。
第一透镜L21为弯月型透镜具有负屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S21为凸面,像侧面S22为凹面,物侧面S21与像侧面S22皆为球面表面。
第二透镜L22为双凸透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S24为凸面,像侧面S25为凸面,物侧面S24与像侧面S25皆为球面表面。
第三透镜L23为弯月型透镜具有负屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S26为凹面,像侧面S27为凸面,物侧面S26与像侧面S27皆为球面表面。
第四透镜L24为弯月型透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S28为凹面,像侧面S29为凸面,物侧面S28为球面表面,像侧面S29为非球面表面且不具有反曲点。
第五透镜L25为弯月型透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S210为凸面,像侧面S211为凹面,物侧面S210与像侧面S211皆为球面表面。
滤光片OF2其物侧面S212与像侧面S213皆为平面。
另外,第二实施例中的成像镜头2满足底下六条件中任一条件:
1.7<f24/f2<6 (7)
-3<f21+f22<-1 (8)
4<(f24-f23)/f2<10 (9)
-2.9<R221/R231<-1.9 (10)
-4<(R231+R232)/(R231-R232)<-2 (11)
0<(R231+R232)/(R241+R242)<1 (12)
上述f21、f22、f23、f24、f2、R221、R231、R232、R241及R242的定义与第一实施例中f11、f12、f13、f14、f1、R121、R131、R132、R141及R142的定义相同,在此皆不加以赘述。
利用上述透镜、光圈ST2及至少满足条件(7)至条件(12)其中一条件的设计,使得成像镜头2能有效的缩小光圈值、提升视角、提升分辨率、有效的修正像差。
表四为图3中成像镜头2的各透镜的相关参数表,表四数据显示,第二实施例的成像镜头2的有效焦距等于5.454mm、光圈值等于1.1、镜头总长度等于26.797mm、视角等于80度。
表四
Figure BDA0001589331920000071
表四中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到:
z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
其中:
c:曲率;
h:透镜表面任一点至光轴的垂直距离;
k:圆锥系数;
A~D:非球面系数。
表五为表四中各个透镜的非球面表面的相关参数表,其中k为圆锥系数(ConicConstant)、A~D为非球面系数。
表五
Figure BDA0001589331920000081
表六为条件(7)至条件(12)中各参数值及条件(7)至条件(12)的计算值,由表六可知,第二实施例的成像镜头2皆能满足条件(7)至条件(12)的要求。
表六
Figure BDA0001589331920000082
另外,第二实施例的成像镜头2的光学性能也可达到要求,这可从图4A至图4C看出。图4A所示的,是第二实施例的成像镜头2的场曲(Field Curvature)图。图4B所示的,是第二实施例的成像镜头2的畸变(Distortion)图。图4C所示的,是第二实施例的成像镜头2的调变转换函数(Modulation Transfer Function)图。
由图4A可看出,第二实施例的成像镜头2对波长为0.845μm、0.860μm、0.875μm的光线,于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向的场曲介于-0.10㎜至0.05㎜之间。
由图4B(图中的三条线几乎重合,以致于看起来只有一条线)可看出,第二实施例的成像镜头2对波长为0.845μm、0.860μm、0.875μm的光线所产生的畸变介于-11%至0%之间。
由图4C可看出,第二实施例的成像镜头2对波长范围介于0.845μm至0.875μm的光线,分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向,视场高度分别为0.0000mm、0.7600mm、1.5200mm、2.2800mm、3.0400mm、3.8000mm、3.9800mm,空间频率介于0lp/mm至29lp/mm,其调变转换函数值介于0.35至1.0之间。
显见第二实施例的成像镜头2的场曲、畸变都能被有效修正,镜头分辨率也能满足要求,从而得到较佳的光学性能。
请参阅图5,图5是依据本发明的成像镜头的第三实施例的透镜配置示意图。成像镜头3沿着光轴OA3从物侧至像侧依序包括第一透镜L31、光圈ST3、第二透镜L32、第三透镜L33、第四透镜L34、第五透镜L35及滤光片OF3。成像时,来自物侧的光线最后成像于成像面IMA3上。
第一透镜L31为弯月型透镜具有负屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S31为凸面,像侧面S32为凹面,物侧面S31与像侧面S32皆为球面表面。
第二透镜L32为双凸透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S34为凸面,像侧面S35为凸面,物侧面S34与像侧面S35皆为球面表面。
第三透镜L33为弯月型透镜具有负屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S36为凹面,像侧面S37为凸面,物侧面S36与像侧面S37皆为球面表面。
第四透镜L34为弯月型透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S38为凹面,像侧面S39为凸面,物侧面S38与像侧面S39皆为非球面表面且不具有反曲点。
第五透镜L35为弯月型透镜具有正屈光力由玻璃材质制成,其物侧面S310为凸面,像侧面S311为凹面,物侧面S310与像侧面S311皆为球面表面。
滤光片OF3其物侧面S312与像侧面S313皆为平面。
另外,第三实施例中的成像镜头3满足底下六条件中任一条件:
1.7<f34/f3<6 (13)
-3<f31+f32<-1 (14)
4<(f34-f33)/f3<10 (15)
-2.9<R321/R331<-1.9 (16)
-4<(R331+R332)/(R331-R332)<-2 (17)
0<(R331+R332)/(R341+R342)<1 (18)
1.8<(Nd31+Nd34)/2<1.9 (19)
上述f31、f32、f33、f34、f3、R321、R331、R332、R341及R342的定义与第一实施例中f11、f12、f13、f14、f1、R121、R131、R132、R141及R142的定义相同,在此皆不加以赘述。Nd31为该第一透镜的折射率,Nd34为该第四透镜的折射率。
利用上述透镜、光圈ST3及至少满足条件(13)至条件(19)其中一条件的设计,使得成像镜头3能有效的缩小光圈值、提升视角、提升分辨率、有效的修正像差。
表七为图5中成像镜头3的各透镜的相关参数表,表七数据显示,第三实施例的成像镜头3的有效焦距等于5.412mm、光圈值等于1.05、镜头总长度等于29.953mm、视角等于80度。
表七
Figure BDA0001589331920000101
Figure BDA0001589331920000111
表七中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到:
z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
其中:
c:曲率;
h:透镜表面任一点至光轴的垂直距离;
k:圆锥系数;
A~D:非球面系数。
表八为表七中各个透镜的非球面表面的相关参数表,其中k为圆锥系数(ConicConstant)、A~D为非球面系数。
表八
Figure BDA0001589331920000112
表九为条件(13)至条件(19)中各参数值及条件(13)至条件(19)的计算值,由表九可知,第三实施例的成像镜头3皆能满足条件(13)至条件(19)的要求。
表九
Figure BDA0001589331920000113
另外,第三实施例的成像镜头3的光学性能也可达到要求,这可从图6A至图6E看出。图6A所示的,是第三实施例的成像镜头3的纵向像差(Longitudinal Aberration)图。图6B所示的,是第三实施例的成像镜头3的场曲(Field Curvature)图。图6C所示的,是第三实施例的成像镜头3的畸变(Distortion)图。图6D所示的,是第三实施例的成像镜头3的横向色差(Lateral Color)图。图6E所示的,是第三实施例的成像镜头3的调变转换函数(Modulation Transfer Function)图。
由图6A可看出,第三实施例的成像镜头3对波长为0.845μm、0.860μm、0.875μm的光线所产生的纵向像差值介于-0.09㎜至0.03㎜之间。
由图6B可看出,第三实施例的成像镜头3对波长为0.845μm、0.860μm、0.875μm的光线,于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向的场曲介于-0.04㎜至0.07㎜之间。
由图6C(图中的三条线几乎重合,以致于看起来只有一条线)可看出,第三实施例的成像镜头3对波长为0.845μm、0.860μm、0.875μm的光线所产生的畸变介于-13%至0%之间。
由图6D可看出,第三实施例的成像镜头3对波长为0.845μm、0.860μm、0.875μm的光线,于最大视场角度等于40.0000度,所产生的横向色差值介于-4μm至4μm之间。
由图6E可看出,第三实施例的成像镜头3,对波长范围介于0.845μm至0.875μm的光线,分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向,视场角度分别为0.00度、16.00度、20.00度、24.00度、28.00度、32.00度、36.00度、40.00度,空间频率介于0lp/mm至29lp/mm,其调变转换函数值介于0.41至1.0之间。
显见第三实施例的成像镜头3的纵向像差、场曲、畸变、横向色差都能被有效修正,镜头分辨率也都能满足要求,从而得到较佳的光学性能。
上述实施例中的第四透镜L14、L24、L34其物侧面S18、S38与像侧面S19、S29、S39皆为非球面表面且不具有反曲点,非球面的复杂表面可以减少或者消除球差或者其他像差,非球面的曲率半径随着中心轴而变化,具有更佳的曲率半径,可以维持良好的像差修正,非球面还可以减少透镜***中所需的透镜数量,使得成像镜头能有效的缩小光圈值、提升视角、提升分辨率、有效的修正像差。
上述实施例中成像镜头的透镜的折射率Nd范围介于1.665740至1.903700之间,阿贝系数Vd介于31.005320至55.070000之间,各实施例的第一透镜以及第四透镜的折射率Nd值总平均(Nd1+Nd4)/2范围介于1.8至1.9之间,其中(Nd1+Nd4)/2较佳范围为介于1.82135至1.8229485之间,各实施例的阿贝系数Vd值总平均(Vd1+Vd4)/2范围介于40至41之间,其中(Vd1+Vd4)/2较佳范围为介于40.150449至40.175之间,成像镜头中的透镜藉由此折射率Nd及阿贝系数Vd的配置范围,以获得较佳的成像效果。
上述实施例中全部透镜皆由玻璃材质制成,然而可以了解到,若全部透镜皆改由塑料材质制成或部分透镜改由塑料材质制成,亦应属本发明的范畴。

Claims (10)

1.一种成像镜头,其特征在于,由以下透镜组成:
第一透镜具有负屈光力;
光圈,设置于该第一透镜与第二透镜之间;
该第二透镜具有正屈光力;第三透镜具有负屈光力,该第三透镜包括凸面朝向像侧;
第四透镜具有正屈光力;以及
第五透镜具有正屈光力,该第五透镜包括凹面朝向该像侧;
其中该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜以及该第五透镜沿着光轴从物侧至该像侧依序排列;
该成像镜头满足以下条件:
-2.9<R21/R31<-1.9;
1.7<f4/f<6;
其中,R21为该第二透镜的物侧面的曲率半径,R31为该第三透镜的物侧面的曲率半径,f4为该第四透镜的有效焦距,f为该成像镜头的有效焦距。
2.如权利要求1所述的成像镜头,其特征在于:
该第三透镜更包括凹面朝向该物侧;以及
该第四透镜包括凹面朝向该物侧以及凸面朝向该像侧。
3.如权利要求2所述的成像镜头,其特征在于:该成像镜头满足以下条件:
-4<(R31+R32)/(R31-R32)<-2;
其中,R31为该第三透镜的物侧面的曲率半径,R32为该第三透镜的像侧面的曲率半径。
4.如权利要求3所述的成像镜头,其特征在于:该成像镜头满足以下条件:
0<(R31+R32)/(R41+R42)<1;
其中,R31为该第三透镜的物侧面的曲率半径,R32为该第三透镜的像侧面的曲率半径,R41为该第四透镜的物侧面的曲率半径,R42为该第四透镜的像侧面的曲率半径。
5.如权利要求1至4任一项所述的成像镜头,其特征在于:
该第一透镜包括凸面朝向该物侧以及凹面朝向该像侧;
该第二透镜为双凸透镜;以及
该第五透镜更包括凸面朝向该物侧。
6.如权利要求5所述的成像镜头,其特征在于:该成像镜头满足以下条件:
1.8<(Nd1+Nd4)/2<1.9;
其中,Nd1为该第一透镜的折射率,Nd4为该第四透镜的折射率。
7.如权利要求2至4任一项所述的成像镜头,其特征在于:该第四透镜为非球面透镜且不包括反曲点。
8.如权利要求1所述的成像镜头,其特征在于:该成像镜头满足以下条件:
-3<f1+f2<-1;
其中,f1为该第一透镜的有效焦距,f2为该第二透镜的有效焦距。
9.如权利要求1所述的成像镜头,其特征在于,
该成像镜头满足以下条件:
4<(f4-f3)/f<10;
其中,f3为该第三透镜的有效焦距,f4为该第四透镜的有效焦距,f为该成像镜头的有效焦距。
10.一种成像镜头,其特征在于,由以下透镜组成:
第一透镜具有负屈光力;
第二透镜具有正屈光力;
第三透镜具有负屈光力,该第三透镜包括凸面朝向像侧;
第四透镜具有正屈光力;以及
第五透镜具有正屈光力,该第五透镜包括凹面朝向该像侧;
其中该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜以及该第五透镜沿着光轴从物侧至该像侧依序排列;
该成像镜头满足以下条件:
-3<f1+f2<-1;
-2.9<R21/R31<-1.9;
其中,f1为该第一透镜的有效焦距,f2为该第二透镜的有效焦距,R21为该第二透镜的物侧面的曲率半径,R31为该第三透镜的物侧面的曲率半径。
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