TWI588531B - Wide angle imaging lens group - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種透鏡組合,特別是指一種廣視角成像鏡頭組。
可攜式電子產品的規格日新月異,其關鍵零組件成像鏡頭也更加多樣化發展,應用不只僅限於拍攝影像與錄影,還加上環境監視、行車紀錄攝影等,且隨著影像感測技術之進步,消費者對於成像品質等的要求也更加提高。因此成像鏡頭的設計不僅需求好的成像品質、較小的鏡頭空間,對於因應動態與光線不足的環境,視場角與光圈大小的提升也是須考量之課題。
成像鏡頭設計並非單純將成像品質佳的鏡頭等比例縮小就能製作出兼具成像品質與微型化的成像鏡頭,設計過程牽涉到材料特性,還必須考量到製作、組裝良率等生產面的實際問題。
所以微型化鏡頭的技術難度明顯高出傳統鏡頭,因此如何製作出較廣視場角的微型化成像鏡頭,並持續提升其成像品質,一直是業界持續精進的目標。
因此,本發明之目的,即在提供一種能有效校正系統像差,且同時達到廣視場角的廣視角成像鏡頭組。
於是,本發明廣視角成像鏡頭組,從物側至像側沿一光軸依序包含一具負屈折力的第一透鏡、一孔徑光欄、一具正屈折力的第二透鏡、一具正屈折力的第三透鏡,及一具負屈折力的第四透鏡,該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡各別包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面及一朝向像側且使成像光線通過的像側面。
該第一透鏡的該像側面為凹向像側的凹面。該第二透鏡的該像側面為凸向像側的凸面。該第三透鏡的該像側面為凸向像側的凸面,該第三透鏡的該物側面及該像側面其中至少一者為非球面。該第四透鏡的該物側面為凹向物側的非球面凹面,該第四透鏡的該像側面為凸向像側的凸面,該第四透鏡的該物側面及該像側面皆為非球面。
其中,該廣視角成像鏡頭組滿足0.84<|f1|/f<2.28、0.52<f2/f<1.26、0.49<f3/f<1.12、0.32<|f4|/f<0.70 、FOV>100˚及TTL/ImagH<2.80,f1為該第一透鏡的焦距,f2為該第二透鏡的焦距,f3為該第三透鏡的焦距,f4為該第四透鏡的焦距,f為該廣視角成像鏡頭組的系統總焦距,FOV為該廣視角成像鏡頭組的系統總視場角,TTL為該廣視角成像鏡頭組的系統長度,ImagH為該廣視角成像鏡頭組的最大像高。
本發明之功效在於:透過該第一透鏡具負屈折力及其像側面為凹面、位於該第一透鏡及該第二透鏡間的該孔徑光欄、該第二透鏡具正屈折力及其像側面為凸面、該第三透鏡具有正屈折力及其像側面為凸面、該第三透鏡的該物側面及該像側面其中至少一者為非球面、該第四透鏡的具有負屈折力及其像側面為凸面,以及該第四透鏡的該物側面及該像側面皆為非球面的透鏡屈折力及元件結構配置,且該廣視角成像鏡頭組的各項光學參數間的關係式滿足上述條件式時,本發明廣視角成像鏡頭組能有效校正系統像差,同時達到具有較廣系統總視場角的目的。
在本發明被詳細描述之前,應當注意在以下的說明內容中,類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1與圖2,本發明廣視角成像鏡頭組之一第一實施例,從物側至像側沿一光軸I依序包含一第一透鏡1、一孔徑光欄10、一第二透鏡2、一第三透鏡3、一第四透鏡4,及一濾光片5。當由一位於物側的物體所發出或反射的光線進入該廣視角成像鏡頭組,並經由該第一透鏡1、該孔徑光欄10、該第二透鏡2、該第三透鏡3、該第四透鏡4,及該濾光片5之後,會在一位於像側的成像面100(Image Plane)形成一影像。此外,為了滿足產品輕量化的需求,該第一透鏡1、該第二透鏡2、該第三透鏡3及該第四透鏡4皆為塑膠材質所製成,但該第一透鏡1、該第二透鏡2、該第三透鏡3及該第四透鏡4的材質仍不以此為限制。
該第一透鏡1具有負屈折力且包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面11及一朝向像側且使成像光線通過的像側面12。該第一透鏡1的該物側面11為凸向物側的凸面,該第一透鏡1的該像側面12為凹向像側的凹面。該第一透鏡1的焦距為-3.1560mm,該第一透鏡1的阿貝數(Abbe number)為30.5。
該第二透鏡2具有正屈折力且包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面21及一朝向像側且使成像光線通過的像側面22。該第二透鏡2的該物側面21為凸向物側的凸面,該第二透鏡2的該像側面22為凸向像側的凸面。該第二透鏡2的焦距為2.0790mm,該第二透鏡2的阿貝數為56。
該第三透鏡3具有正屈折力且包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面31及一朝向像側且使成像光線通過的像側面32。該第三透鏡3的該物側面31為凸向物側的凸面,該第三透鏡3的該像側面32為凸向像側的凸面。該第三透鏡3的焦距為2.0590mm,該第三透鏡3的阿貝數為56。
該第四透鏡4具有負屈折力且包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面41及一朝向像側且使成像光線通過的像側面42。該第四透鏡4的該物側面41為凹向物側的凹面,該第四透鏡4的該像側面42為凸向像側的凸面。該第四透鏡4的焦距為-1.4330mm,該第四透鏡4的阿貝數為21。
該濾光片5不具有屈折力且包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面51及一朝向像側且使成像光線通過的像側面52。該濾光片5為紅外線濾光片(IR Cut Filter),用於防止影像光線中的紅外線透射至該成像面100而影響成像品質,但不以此為限。
在本實施例中,只有上述透鏡具有屈折力。該第一實施例的其他詳細光學數據如圖3所示,且該第一實施例的該廣視角成像鏡頭組的系統總焦距(effective focal length,簡稱EFL)為2.6626mm,系統總視場角(field of view,簡稱FOV)為140∘,系統長度為4.97mm,該廣視角成像鏡頭組的成像最大像高為2.5mm,該孔徑光欄10的光圈值(Fno)為2.8。其中,該廣視角成像鏡頭組的系統長度是指由該第一透鏡1的該物側面11到該成像面100在光軸I上之間的距離。
該第一透鏡1、該第二透鏡2、該第三透鏡3,及該第四鏡4的物側面11、21、31、41及像側面12、22、32、42,共計八個面均是非球面,而非球面是依下列公式定義:
-----------(1)
其中:
Y:非球面曲線上的點與光軸I的距離;
Z:非球面之深度(非球面上距離光軸I為Y的點,與相切於非球面光軸I上頂點之切面,兩者間的垂直距離);
R:透鏡表面的曲率半徑;
K:錐面係數(conic constant);
:第2i階非球面係數。
該第一透鏡1、該第二透鏡2、該第三透鏡3,及該第四鏡4的物側面11、21、31、41及像側面12、22、32、42在公式(1)中的錐面係數及各項非球面係數如圖4所示。
參閱圖2,(a)的圖式說明該第一實施例的縱向球差(longitudinal spherical aberration),(b)與(c)的圖式則分別說明該第一實施例在該成像面100上有關弧矢(sagittal)方向的像散像差(astigmatism aberration),及子午(tangential)方向的像散像差,(d)的圖式則說明該第一實施例在該成像面100上的畸變像差(distortion aberration)。本第一實施例的縱向球差圖式圖2(a)中,每一種波長所成的曲線皆很靠近並向中間靠近,說明每一種波長不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近,由每一波長的曲線的偏斜幅度可看出,不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在-0.040mm至0mm範圍內,故本實施例確實明顯改善相同波長的球差,此外,三種代表波長彼此間的距離也相當接近,代表不同波長光線的成像位置已相當集中,因而使色像差也獲得明顯改善。
在圖2(b)與2(c)的二個像散像差圖式中,顯示弧矢方向的像散像差在整個視場範圍內的焦距變化量落在-0.040mm至0mm範圍內,及子午方向的像散像差在整個視場範圍內的焦距變化量落在-0.025mm至-0mm範圍內,說明本第一實施例的光學系統能有效校正像差。而圖2(d)的畸變像差圖式則顯示本第一實施例的畸變像差維持在-60%至0%的範圍內,說明本第一實施例的畸變像差已符合光學系統的成像品質要求,故本第一實施例能在擴大系統總視場角之條件下,維持良好光學性能。
參閱圖5,為本發明廣視角成像鏡頭組的一第二實施例,其與該第一實施例大致相似,僅各光學數據、錐面係數、各項非球面係數及元件間的間距參數或多或少有些不同。
該第一透鏡1的焦距為-3.6110mm,該第一透鏡1的阿貝數為30.5,該第二透鏡2的焦距為2.1230mm,該第二透鏡2的阿貝數為56,該第三透鏡3的焦距為2.0490mm,該第三透鏡3的阿貝數為56,該第四透鏡4的焦距為-1.2640mm,該第四透鏡4的阿貝數為22.4。
該第二實施例的其他詳細光學及元件間的間距參數數據如圖7所示,且該第二實施例的該廣視角成像鏡頭組的系統總焦距為2.5256mm,系統總視場角為130∘,系統長度為5.0mm,該廣視角成像鏡頭組的成像最大像高為2.3mm,該孔徑光欄10的光圈值(Fno)為2.8。
該第二實施例的該第一透鏡1、該第二透鏡2、該第三透鏡3,及該第四透鏡4的物側面11、21、31、41及像側面12、22、32、42在公式(1)中的錐面係數及各項非球面係數如圖8所示。
參閱圖6,由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差,以及(d)的畸變像差圖式可看出本第二實施例也能維持良好光學性能。
參閱圖9,為本發明該廣視角成像鏡頭組的一第三實施例,其與該第一實施例大致相似,僅各光學數據、錐面係數、各項非球面係數及元件間的間距參數或多或少有些不同。
該第一透鏡1的焦距為-4.0530mm,該第一透鏡1的阿貝數為30.5,該第二透鏡2的焦距為1.9680mm,該第二透鏡2的阿貝數為56,該第三透鏡3的焦距為2.2760mm,該第三透鏡3的阿貝數為56,該第四透鏡4的焦距為-1.4220mm,該第四透鏡4的阿貝數為23。
該第三實施例的其他詳細光學及元件間的間距參數數據如圖11所示,且該第三實施例的該廣視角成像鏡頭組的系統總焦距為2.6411mm,系統總視場角為120∘,系統長度為4.67mm,該廣視角成像鏡頭組的成像最大像高為2.3mm,該孔徑光欄10的光圈值(Fno)為2.8。
該第三實施例的該第一透鏡1、該第二透鏡2、該第三透鏡3,及該第四透鏡4的物側面11、21、31、41及像側面12、22、32、42在公式(1)中的錐面係數及各項非球面係數如圖12所示。
參閱圖10,由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差,以及(d)的畸變像差圖式可看出本第三實施例也能維持良好光學性能。
參閱圖13,為本發明廣視角成像鏡頭組的一第四實施例,其與該第一實施例大致相似,僅各光學數據、錐面係數、各項非球面係數及元件間的間距參數或多或少有些不同。
該第一透鏡1的焦距為-3.2130mm,該第一透鏡1的阿貝數為30.5,該第二透鏡2的焦距為2.0920mm,該第二透鏡2的阿貝數為56,該第三透鏡3的焦距為2.0340mm,該第三透鏡3的阿貝數為56,該第四透鏡4的焦距為-1.4370,該第四透鏡4的阿貝數為23。
該第四實施例的其他詳細光學及元件間的間距參數數據如圖15所示,且該第四實施例的該廣視角成像鏡頭組的系統總焦距為2.6656mm,系統總視場角為140∘,系統長度為4.97mm,該廣視角成像鏡頭組的成像最大像高為2.5mm,該孔徑光欄10的光圈值(Fno)為2.8。
該第四實施例的該第一透鏡1、該第二透鏡2、該第三透鏡3,及該第四透鏡4的物側面11、21、31、41及像側面12、22、32、42在公式(1)中的錐面係數及各項非球面係數如圖16所示。
參閱圖14,由(a)的縱向球差、(b)、(c)的像散像差,以及(d)的畸變像差圖式可看出本第四實施例也能維持良好光學性能。
參閱圖17,為上述四個實施例的各項光學參數的表格圖,本發明廣視角成像鏡頭組透過該第一透鏡1具負屈折力及其像側面12為凹面、位於該第一透鏡1及該第二透鏡2間的該孔徑光欄10、該第二透鏡2具正屈折力及其像側面22為凸面、該第三透鏡3具有正屈折力及其像側面32為凸面、該第三透鏡3的該物側面31及該像側面32其中至少一者為非球面、該第四透鏡4的具有負屈折力及其像側面42為凸面,以及該第四透鏡4的該物側面41及該像側面42皆為非球面的透鏡屈折力及元件結構配置,且該廣視角成像鏡頭組的各項光學參數間的關係式滿足下列條件式時,本發明廣視角成像鏡頭組能有效校正系統像差,同時達到具有較廣系統總視場角的目的:0.84<|f1|/f <2.28、0.52<f2/f<1.26、0.49<f3/f<1.12、0.32<|f4|/f <0.7及TTL/ImagH<2.80,其中,f1為該第一透鏡1的焦距,f2為該第二透鏡2的焦距,f3為該第三透鏡3的焦距,f為該廣視角成像鏡頭組的系統總焦距,TTL為該廣視角成像鏡頭組的系統長度,ImagH為該廣視角成像鏡頭組的最大像高。
當|f1|/f 小於上述端點值時,該廣視角成像鏡頭組的像差越大,特別是場曲與像散越嚴重。當|f1|/f大於上述端點值時,曲折光線角度越小,系統總視場角FOV不容易做大。 當f2/f小於上述端點值時,該廣視角成像鏡頭組的像差越大,特別是場曲與像散越嚴重。當f2/f大於上述端點值時,該廣視角成像鏡頭組的系統長度TTL則越長。當 f3/f小於上述端點值時,該廣視角成像鏡頭組的像差越大,特別是場曲與像散越嚴重。當f3/f大於上述端點值時,該廣視角成像鏡頭組的系統長度TTL則越長。當|f4|/f小於上述端點值時,該廣視角成像鏡頭組的像差越大,特別是橫向色差越嚴重。當|f4|/f大於上述端點值時,該廣視角成像鏡頭組的像差越大,特別是畸變越嚴重。
此外,透過該第一透鏡1及該第四透鏡4皆具負屈折力及皆具有高色散(低阿貝數),也就是該第一透鏡1及該四透鏡4兩者的阿貝數滿足下列條件式時,本發明廣視角成像鏡頭組能有效校正系統色差: V1<40及V4<40,其中,V1為該第一透鏡1的阿貝數,V4為該第四透鏡4的阿貝數,當V1或V4大於上述端點值時,該廣視角成像鏡頭組的系統色差會校正不足。
經由上述說明可知,本發明廣視角成像鏡頭組確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者,僅為本發明之實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
10‧‧‧孔徑光欄
100‧‧‧成像面
1‧‧‧第一透鏡
11‧‧‧物側面
12‧‧‧像側面
2‧‧‧第二透鏡
21‧‧‧物側面
22‧‧‧像側面
3‧‧‧第三透鏡
31‧‧‧物側面
32‧‧‧像側面
4‧‧‧第四透鏡
41‧‧‧物側面
42‧‧‧像側面
5‧‧‧濾光片
51‧‧‧物側面
52‧‧‧像側面
I‧‧‧光軸
100‧‧‧成像面
1‧‧‧第一透鏡
11‧‧‧物側面
12‧‧‧像側面
2‧‧‧第二透鏡
21‧‧‧物側面
22‧‧‧像側面
3‧‧‧第三透鏡
31‧‧‧物側面
32‧‧‧像側面
4‧‧‧第四透鏡
41‧‧‧物側面
42‧‧‧像側面
5‧‧‧濾光片
51‧‧‧物側面
52‧‧‧像側面
I‧‧‧光軸
本發明之其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中: 圖1是本發明廣視角成像鏡頭組的一第一實施例的透鏡配置示意圖; 圖2是該第一實施例的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖; 圖3是一表格圖,說明該第一實施例的各透鏡的光學數據; 圖4是一表格圖,說明該第一實施例的各透鏡的錐面係數及非球面係數; 圖5是本發明廣視角成像鏡頭組的一第二實施例的透鏡配置示意圖; 圖6是該第二實施例的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖; 圖7是一表格圖,說明該第二實施例的各透鏡的光學數據; 圖8是一表格圖,說明該第二實施例的各透鏡的錐面係數及非球面係數; 圖9是本發明廣視角成像鏡頭組的一第三實施例的透鏡配置示意圖; 圖10是該第三實施例的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖; 圖11是一表格圖,說明該第三實施例的各透鏡的光學數據; 圖12是一表格圖,說明該第三實施例的各透鏡的錐面係數及非球面係數; 圖13是本發明廣視角成像鏡頭組的一第四實施例的透鏡配置示意圖; 圖14是該第四實施例的縱向球差、像散場曲曲線及畸變像差圖; 圖15是一表格圖,說明該第四實施例的各透鏡的光學數據; 圖16是一表格圖,說明該第四實施例的各透鏡的錐面係數及非球面係數;及 圖17是一表格圖,說明本發明廣視角成像鏡頭組的該第一實施例至該第四實施例的光學參數。
10‧‧‧孔徑光欄
100‧‧‧成像面
1‧‧‧第一透鏡
11‧‧‧物側面
12‧‧‧像側面
2‧‧‧第二透鏡
31‧‧‧物側面
32‧‧‧像側面
4‧‧‧第四透鏡
41‧‧‧物側面
42‧‧‧像側面
5‧‧‧濾光片
21‧‧‧物側面
22‧‧‧像側面
3‧‧‧第三透鏡
51‧‧‧物側面
52‧‧‧像側面
I‧‧‧光軸
Claims (3)
- 一種廣視角成像鏡頭組,從物側至像側沿一光軸依序包含一具負屈折力的第一透鏡、一孔徑光欄、一具正屈折力的第二透鏡、一具正屈折力的第三透鏡,及一具負屈折力的第四透鏡,該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡各別包括一朝向物側且使成像光線通過的物側面及一朝向像側且使成像光線通過的像側面; 該第一透鏡的該像側面為凹向像側的凹面; 該第二透鏡的該像側面為凸向像側的凸面; 該第三透鏡的該像側面為凸向像側的凸面,該第三透鏡的該物側面及該像側面其中至少一者為非球面; 該第四透鏡的該像側面為凸向像側的凸面,該第四透鏡的該物側面及該像側面皆為非球面; 其中,該廣視角成像鏡頭組滿足0.84<|f1|/f<2.28、0.52<f2/f<1.26、0.49<f3/f<1.12、0.32<|f4|/f<0.70 、FOV>100˚及TTL/ImagH<2.80,f1為該第一透鏡的焦距,f2為該第二透鏡的焦距,f3為該第三透鏡的焦距,f4為該第四透鏡的焦距,f為該廣視角成像鏡頭組的系統總焦距,FOV為該廣視角成像鏡頭組的系統總視場角,TTL為該廣視角成像鏡頭組的系統長度,ImagH為該廣視角成像鏡頭組的最大像高。
- 如請求項1所述的廣視角成像鏡頭組,還滿足V1<40,其中,V1為該第一透鏡的阿貝數。
- 如請求項1所述的廣視角成像鏡頭組,還滿足V4<40,其中,V4為該第四透鏡的阿貝數。
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