TWI614521B - 小型化廣角鏡頭 - Google Patents

Abstract

一種小型化廣角鏡頭，由物側至像側依序包括一第一鏡片、一第二鏡片、一光圈、一第三鏡片、一第四鏡片及一第五鏡片，第一鏡片具有負屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面，第二鏡片具有正屈光力，其物側面及像側面均為凸面，第三鏡片具有正屈光力，其物側面及像側面均為凸面，第四鏡片具有負屈光力，其物側面為凹面且像側面為凸面，第五鏡片具有正屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面。藉此，實現小型化及廣角的目的。

Description

小型化廣角鏡頭

本發明是關於一種光學系統，特別是關於一種具有小型化特性的五片式廣角鏡頭。

廣角鏡頭是指焦距較短、視角較大的鏡頭，其特點是具有較長的景深，可容納景物的範圍較廣，並且可以增加畫面的空間縱深感。

但是，一般廣角鏡頭容易產生系統長度較長的問題。為了改善前述問題，申請人嘗試對廣角鏡頭進行改良，使其兼具有小型化的特性。

本發明之主要目的在於提供一種具有小型化及廣角特性的五片式鏡頭。

為了達成上述及其他目的，本發明提供一種小型化廣角鏡頭，由物側至像側依序包括一第一鏡片、一第二鏡片、一光圈、一第三鏡片、一第四鏡片及一第五鏡片，第一鏡片具有負屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面，第二鏡片具有正屈光力，其物側面及像側面均為凸面，第三鏡片具有正屈光力，其物側面及像側面均為凸面，第四鏡片具有負屈光力，其物側面為凹面且像側面為凸面，第五鏡片具有正屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面。

為了達成上述及其他目的，本發明還提供一種小型化廣角鏡頭，由物側至像側依序包括一第一鏡片、一第二鏡片、一光圈、一第三鏡片、一第四鏡片及一第五鏡片，第一鏡片具有負屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為正值，第二鏡片具有正屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為負值，第三鏡片具有正屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為負值，第四鏡片具有負屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為正值，第五鏡片具有正屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為正值。

為了達成上述及其他目的，本發明還提供一種小型化廣角鏡頭，由物側至像側依序包括一第一鏡片、一第二鏡片、一光圈、一第三鏡片、一第四鏡片及一第五鏡片，第一鏡片具有負屈光力，其物側面曲率半徑為正值且大於其像側面曲率半徑，第二鏡片具有正屈光力，其物側面曲率半徑為正值且大於其像側面曲率半徑，第三鏡片具有正屈光力，其物側面曲率半徑為正值且大於其像側面曲率半徑，第四鏡片具有負屈光力，其物側面曲率半徑為負值且大於其像側面曲率半徑，第五鏡片具有正屈光力，其物側面曲率半徑及像側面曲率半徑均為正值。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：vd3-vd4＞25；其中vd3為第三鏡片的色散係數，vd4為第四鏡片的色散係數，藉此改善橫向色差。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：100＜FOV＜160；其中FOV為該小型化廣角鏡頭的視角，藉此擷取較大範圍的影像。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式： TTL/F＜2.4；其中TTL為該小型化廣角鏡頭的系統全長，F為該小型化廣角鏡頭的系統焦距值，且更佳者是滿足下列關係式：1.6＜TTL/F＜2.4，藉此有助於縮短系統長度，並提升可攜性，俾利應用於消費性產品上。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：FNO＜2.8；其中FNO為該小型化廣角鏡頭的光圈值，且更佳者是滿足下列關係式：1.8＜FNO＜2.8，藉此有助於增加系統的聚光能力，改善低光環境下的影像品質。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：∣R2/R3∣＜0.4；其中R2為第一鏡片像側面的曲率半徑，R3為第二鏡片物側面的曲率半徑，藉此有助於提高整體亮度。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：0.1＜D34；其中D34為該第三、第四鏡片在一光軸上的間距，藉此可降低光斑生成的機率。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：0.6＜F3/F＜0.9；其中F3為第三鏡片的焦距值，F為該小型化廣角鏡頭的焦距值，藉此縮短系統全長。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：|F1/F| ＞ 1；其中F1為第一鏡片的焦距值，F為該小型化廣角鏡頭的焦距值，藉此使系統較易具有廣角特性。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：D12/IMGH＞0.1；其中D12為第一、第二鏡片在一光軸上的間距，IMGH為該小型化廣角鏡頭的最大像高，藉此有助於改善場曲現象。

前述小型化廣角鏡頭中，第一、第二、第四、第五鏡片可為塑膠鏡片且雙面均可為非球面，第三鏡片則可為塑膠材質或玻璃材質；若第三鏡片為塑膠材質，則其雙面均可為非球面，此時小型化廣角鏡頭之重量較輕且成本較低；若第三鏡片為玻璃材質，此時可有效改善溫度變化造成的離焦現象，且其雙面亦可為非球面。

前述小型化廣角鏡頭更可滿足下列關係式：0.4＜R1/F＜0.7、0.2＜R2/F＜0.35 、 0.9＜R3/F＜3.7 、 -1.4＜R4/F＜-1 、 0.6＜R5/F＜1.6、-0.8＜R6/F＜-0.6、 -0.2＜R7/F＜-0.3 、 -0.6＜R8/F＜-0.4 、 0.5＜R9/F＜0.8 、 0.5＜R10/F＜1.1 、-0.9＜F/F1＜-0.7、0.6＜F/F2＜1.1、1.2＜F/F3＜1.5、-1.2＜F/F4＜-0.8、 0.1＜F/F5＜0.4、 3.5＜ALT/Gaa＜4.9；其中R1為該第一鏡片物側面的曲率半徑，R2為該第一鏡片像側面的曲率半徑，R3為該第二鏡片物側面的曲率半徑，R4為該第二鏡片像側面的曲率半徑，R5為該第三鏡片物側面的曲率半徑，R6為該第三鏡片像側面的曲率半徑，R7為該第四鏡片物側面的曲率半徑，R8為該第四鏡片像側面的曲率半徑，R9為該第五鏡片物側面的曲率半徑，R10為該第五鏡片像側面的曲率半徑，F1為該第一鏡片的焦距值，F2為該第二鏡片的焦距值，F3為該第三鏡片的焦距值，F4為該第四鏡片的焦距值，F5為該第五鏡片的焦距值，ALT為該第一至第五鏡片在一光軸上的厚度總和，Gaa為該第一至第五鏡片在該光軸上的間隙長度總和。藉此使該小型化廣角鏡頭具有小型化及廣角的特性。

請參考第1圖，所繪示者為本發明的第一實施例，該小型化廣角鏡頭（下稱小型化鏡頭）在光軸L上由物側A至像側B依序包括一第一鏡片10、一第二鏡片20、一光圈ST、一第三鏡片30、一第四鏡片40及一第五鏡片50，於像側B處設有CCD、CMOS或其他感光元件（未繪示），於感光元件與第五鏡片50之間可設有濾光片及/或保護玻璃等平板鏡片60，平板鏡片60的數量可依需求增減或不設置。

本實施例中，第一鏡片10具有負屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面，且其物側面的曲率半徑大於像側面的曲率半徑，物側面曲率半徑與像側面曲率半徑的乘積為正值，塑膠製成的第一鏡片10的物側面及像側面均可為非球面，藉此使該小型化鏡頭具有廣角特性，並改善歪曲現象。本文中，當一曲面的曲面圓心較該曲面本身更靠近像側時，則該曲面之曲率半徑為正值；反之，當一曲面的曲面圓心較該曲面本身更靠近物側時，則該曲面之曲率半徑為負值。

第二鏡片20具有正屈光力，其物側面及像側面均為凸面，此時其物側面曲率半徑與像側面曲率半徑的乘積為負值，其物側面曲率半徑為正值且大於像側面曲率半徑，塑膠製成的第二鏡片20的物側面及像側面均可為非球面。藉此，第二鏡片20可用於改善第一鏡片10所產生的色差。

第三鏡片30具有正屈光力，其物側面及像側面均為凸面，亦即其物側面的曲率半徑為正值且大於像側面的曲率半徑，其物側面曲率半徑與像側面曲率半徑的乘積為負值，玻璃製成的第三鏡片30的物側面及像側面均可為非球面，藉此有效改善溫度變化所造成的離焦現象。

第四鏡片40具有負屈光力，其物側面為凹面且像側面為凸面，亦即其物側面的曲率半徑為負值且大於像側面的曲率半徑，且其物側面曲率半徑與像側面曲率半徑的乘積為正值，塑膠製成的第四鏡片40的物側面及像側面均可為非球面。第四鏡片40像側面為凸面的設計有助於縮短系統全長，且其像側面可具有反曲點而用以改善橫向色差。

第五鏡片50具有正屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面，亦即其物側面的曲率半徑為正值且小於像側面的曲率半徑，其物側面曲率半徑與像側面曲率半徑的乘積為正值，塑膠製成的第五鏡片50的物側面及像側面均可為非球面，且第五鏡片50物側面及像側面中具有至少一反曲點，藉此改善主光線角度（chief ray angle），並有助於縮短系統全長。

本實施例的小型化鏡頭的設計參數如下表一所示：

表一

本實施例中，第一至第五鏡片10、20、30、40、50的物側面及像側面均為非球面，其面型滿足下列非球面公式

其中c=1/r，r為表面曲率半徑，h為光線在此表面的高度，k為錐面係數，A為第二階係數，B為第四階係數，C為第六階係數，D為第八階係數，E為第十階係數，F為第十二階係數，G為第十四階係數，H為第十六階係數。第一實施例各非球面之參數如下表二所示：

表二

基於前述設計，本實施例的系統焦距值F為2.8 mm，系統長度為6 mm，第一鏡片焦距值為-3.439 mm，第二鏡片焦距值為2.924 mm，第三鏡片焦距值為1.976 mm，第四鏡片焦距值為-2.395 mm，第五鏡片焦距值為8.522 mm，最大像高處的視場角達131度，光圈值為2.4。

此時，小型化鏡頭各項關係式的數值如下表三所示：

表三

如此一來，該鏡頭具有小型化及廣角的特性，其橫向色差圖如第1A圖所示，最大橫向色差不超過2.5 μm，其F-theta畸變圖如第1B圖所示，最大F-theta畸變不大於±5.2%。

請參考第2圖，所繪示者為本發明的第二實施例，其鏡片配置與第一實施例相似，惟第三鏡片改以塑膠材質製成，藉此降低製造成本並減輕重量。本實施例的小型化鏡頭的設計參數如下表四所示：

表四

本實施例中，第一至第五鏡片10、20、30、40、50的物側面及像側面均為非球面，其面型滿足上列非球面公式，且第二實施例各非球面之參數如下表五所示：

表五

基於前述設計，本實施例的系統焦距值F為2.7 mm，系統長度為6 mm，第一鏡片焦距值為-3.131 mm，第二鏡片焦距值為2.694 mm，第三鏡片焦距值為2.201 mm，第四鏡片焦距值為-2.738 mm，第五鏡片焦距值為11.807 mm，最大像高處的視場角達140度，光圈值為2.4。

此時，小型化鏡頭各項關係式的數值如下表六所示：

表六

如此一來，該鏡頭具有小型化及廣角的特性，其橫向色差圖如第2A圖所示，最大橫向色差不超過2.5 μm，其F-theta畸變圖如第2B圖所示，最大F-theta畸變不大於±8.5%。

請參考第3圖，所繪示者為本發明的第三實施例，其鏡片配置與第一實施例相似，惟第三鏡片改以塑膠材質製成，本實施例的小型化鏡頭的設計參數如下表七所示：

表七

本實施例中，第一至第五鏡片10、20、30、40、50的物側面及像側面均為非球面，其面型滿足上列非球面公式，且第三實施例各非球面之參數如下表八所示：

表八

基於前述設計，本實施例的系統焦距值F為2.9 mm，系統長度為6 mm，第一鏡片焦距值為-3.502 mm，第二鏡片焦距值為4.555 mm，第三鏡片焦距值為1.959 mm，第四鏡片焦距值為-3.245 mm，第五鏡片焦距值為15.403 mm，最大像高處的視場角達130度，光圈值為2.2。

此時，小型化鏡頭各項關係式的數值如下表九所示：

表九

如此一來，該鏡頭具有小型化及廣角的特性，其橫向色差圖如第3A圖所示，最大橫向色差不超過3.5 μm，其F-theta畸變圖如第3B圖所示，最大F-theta畸變不大於±7.5%。

請參考第4圖，所繪示者為本發明的第四實施例，其鏡片配置與第一實施例相似，本實施例的小型化鏡頭的設計參數如下表十所示：

表十

本實施例中，第一至第五鏡片10、20、30、40、50的物側面及像側面均為非球面，其面型滿足上列非球面公式，且第四實施例各非球面之參數如下表十一所示：

表十一

基於前述設計，本實施例的系統焦距值F為2.8 mm，系統長度為5.45 mm，第一鏡片焦距值為-3.737 mm，第二鏡片焦距值為2.955 mm，第三鏡片焦距值為1.965 mm，第四鏡片焦距值為-2.686 mm，第五鏡片焦距值為11.838 mm，最大像高處的視場角達131度，光圈值為2.4。

此時，小型化鏡頭各項關係式的數值如下表十二所示：

表十二

如此一來，該鏡頭具有小型化及廣角的特性，其橫向色差圖如第4A圖所示，最大橫向色差不超過2 μm，其F-theta畸變圖如第4B圖所示，最大F-theta畸變不大於±4.9%。

第一鏡片10 第二鏡片20 第三鏡片30 第四鏡片40 第五鏡片50 平板鏡片60 物側A 像側B 光圈ST 光軸L

第1圖為本發明第一實施例的示意圖。

第1A圖為本發明第一實施例的橫向色差圖。

第1B圖為本發明第一實施例的F-theta畸變圖。

第2圖為本發明第二實施例的示意圖。

第2A圖為本發明第二實施例的橫向色差圖。

第2B圖為本發明第二實施例的F-theta畸變圖。

第3圖為本發明第三實施例的示意圖。

第3A圖為本發明第三實施例的橫向色差圖。

第3B圖為本發明第三實施例的F-theta畸變圖。

第4圖為本發明第四實施例的示意圖。

第4A圖為本發明第四實施例的橫向色差圖。

第4B圖為本發明第四實施例的F-theta畸變圖。

第一鏡片10 第二鏡片20 第三鏡片30 第四鏡片40 第五鏡片50 平板鏡片60 物側A 像側B 光圈ST 光軸L

Claims (15)

1. 一種小型化廣角鏡頭，由物側至像側依序包括：一第一鏡片，具有負屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面；一第二鏡片，具有正屈光力，其物側面及像側面均為凸面；一光圈；一第三鏡片，具有正屈光力，其物側面及像側面均為凸面；一第四鏡片，具有負屈光力，其物側面為凹面且像側面為凸面；以及一第五鏡片，具有正屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面。
2. 一種小型化廣角鏡頭，由物側至像側依序包括：一第一鏡片，具有負屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為正值；一第二鏡片，具有正屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為負值；一光圈；一第三鏡片，具有正屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為負值；一第四鏡片，具有負屈光力，其物側面及像側面的曲率半徑皆為負值，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為正值；以及一第五鏡片，具有正屈光力，其物側面曲率半徑與其像側面曲率半徑的乘積為正值。
3. 一種小型化廣角鏡頭，由物側至像側依序包括：一第一鏡片，具有負屈光力，其物側面曲率半徑為正值且大於其像側面曲率半徑； 一第二鏡片，具有正屈光力，其物側面曲率半徑為正值且大於其像側面曲率半徑； 一光圈； 一第三鏡片，具有正屈光力，其物側面曲率半徑為正值且大於其像側面曲率半徑； 一第四鏡片，具有負屈光力，其物側面曲率半徑為負值且大於其像側面曲率半徑；以及 一第五鏡片，具有正屈光力，其物側面曲率半徑及像側面曲率半徑均為正值。
4. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：vd3-vd4＞25；其中vd3為第三鏡片的色散係數，vd4為第四鏡片的色散係數。
5. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：100＜FOV＜160；其中FOV為該小型化廣角鏡頭的視角。
6. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：TTL/F＜2.4；其中TTL為該小型化廣角鏡頭的系統全長，F為該小型化廣角鏡頭的系統焦距值。
7. 如請求項6所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：1.6＜TTL/F＜2.4。
8. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：FNO＜2.8；其中FNO為該小型化廣角鏡頭的光圈值。
9. 如請求項8所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：1.8＜FNO＜2.8。
10. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：∣R2/R3∣＜0.4；其中R2為第一鏡片像側面的曲率半徑，R3為第二鏡片物側面的曲率半徑。
11. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：0.1＜D34；其中D34為該第三、第四鏡片在一光軸上的間距。
12. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：0.6＜F3/F＜0.9；其中F3為第三鏡片的焦距值，F為該小型化廣角鏡頭的焦距值。
13. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：|F1/F| ＞ 1；其中F1為第一鏡片的焦距值，F為該小型化廣角鏡頭的焦距值。
14. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，更滿足下列關係式：D12/IMGH＞0.1；其中D12為第一、第二鏡片在一光軸上的間距，IMGH為該小型化廣角鏡頭的最大像高。
15. 如請求項1至3中任一項所述的小型化廣角鏡頭，其中第五鏡片的像側面及物側面均具有反曲點。