TWI491916B

TWI491916B - 成像鏡頭

Info

Publication number: TWI491916B
Application number: TW099138419A
Authority: TW
Inventors: Chun Cheng Ko
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2015-07-11
Also published as: TW201219822A; US20120113529A1; US8320061B2

Description

成像鏡頭

本發明涉及成像技術，特別涉及一種成像鏡頭。

隨著數位顯示的逐漸普及，即時視頻裝置對成像鏡頭提出了更高的要求。具體的，數位顯示所採用的螢幕比例普遍從原來的窄畫幅的4：3提升為寬畫幅的16：9。如此，為滿足寬畫幅的顯示，成像鏡頭需具有大於74度的視場角(窄畫幅顯示僅需大於64度)。另一方面，數位顯示的螢幕解析度也由原先的低於解析度640*480(約30萬圖元)提升為1280*720(接近100萬圖元)。因此，成像鏡頭也需具有對應的高解析度。再有，出於小型化的需求，成像鏡頭尺寸越來越小，為避免成像亮度不足，也需要成像鏡頭具有較大的光圈(1.9~2.1)。然而，成像鏡頭的設計總存在以下的矛盾：視場角與光圈大，將產生較大的像差，特別是場曲(field curvature)，導致成像鏡頭解析度降低。

有鑒於此，有必要提供一種高解析度的成像鏡頭。

一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括一個光圈、一個具有正光焦度的第一鏡片、一個具有負光焦度的第二鏡片、一個具有正光焦度的第三鏡片及一個具有負光焦度的第四鏡片。所述成像鏡頭滿足以下條件式：G2R2<G2R1<0及0<D1/D2<9.95。其中，G2R1 為所述第二鏡片的物側表面的曲率半徑，G2R2為所述第二鏡片的像側表面的曲率半徑，D1為所述光圈的直徑，D2為所述光圈的中心到所述第一鏡片的物側表面的中心的距離。

條件式G2R2<G2R1<0可使所述成像鏡頭具有較大光圈及視場角，條件式0<D1/D2<9.95用於保證所述成像鏡頭具有較高的解析度，從而使得所述成像鏡頭具有較大光圈及視場角的同時具有較高的解析度。

100‧‧‧成像鏡頭

10‧‧‧光圈

20‧‧‧第一鏡片

30‧‧‧第二鏡片

40‧‧‧第三鏡片

50‧‧‧第四鏡片

60‧‧‧成像面

70‧‧‧紅外濾光片

S1,S3,S5,S7,S9‧‧‧物側表面

S2,S4,S6,S8,S10‧‧‧像側表面

圖1為本發明第一實施方式的成像鏡頭的示意圖。

圖2為圖1的成像鏡頭的球差特性曲線圖。

圖3為圖1的成像鏡頭的場曲特性曲線圖。

圖4為圖1的成像鏡頭的畸變(distortion)特性曲線圖。

圖5為圖1的成像鏡頭的調製傳遞函數(modulation transfer function,MTF)特性曲線圖。

圖6為本發明第二實施方式的成像鏡頭的示意圖。

圖7為圖6的成像鏡頭的球差特性曲線圖。

圖8為圖6的成像鏡頭的場曲特性曲線圖。

圖9為圖6的成像鏡頭的畸變特性曲線圖。

圖10為圖6的成像鏡頭的MTF特性曲線圖。

請參閱圖1(示意圖，具體參數表1-3)，本發明第一實施方式的成像鏡頭100從物側到像側依次包括一個光圈10、一個具有正光焦度的第一鏡片20、一個具有負光焦度的第二鏡片30、一個具有正光焦度的第三鏡片40及一個具有負光焦度的第四鏡片50。

成像鏡頭100成像時，光線自物側入射成像鏡頭100，依次經光圈10、第一鏡片20、第二鏡片30、第三鏡片40及第四鏡片50後彙聚(成像)於成像面60。如此，將一個影像感測器(圖未示)設置於成像面60便可與成像鏡頭100組成一個完整成像系統。當然，實際使用時影像感測器前一般設置有紅外濾光片70。

為在得到較大的光圈及視場角的同時具有較高的解析度，成像鏡頭100需滿足條件式：G2R2<G2R1<0；及0<D1/D2<9.95。

其中，G2R1為第二鏡片30的物側表面S3的曲率半徑，G2R2為第二鏡片30的像側表面S4的曲率半徑，D1為光圈10的直徑，D2為光圈10的中心到第一鏡片20的物側表面S1的中心的距離。

條件式G2R2<G2R1<0可使成像鏡頭100具有較大光圈及視場角，條件式0<D1/D2<9.95用於保證成像鏡頭100具有較高的解析度，從而使得成像鏡頭100具有具有較大光圈及視場角的同時具有較高的解析度。

為進一步提高解析度，成像鏡頭100還需滿足條件式：G2R2/G3R1>1.26；G3R2/G2R1>1.05； 0.42<G2R1/F2<0.45；1.52<G2R2/F2<1.73；G4R1>G4R2>0；及0.53<G4R1/F<0.56。

其中，G3R1為第三鏡片40的物側表面S5的曲率半徑，G3R2為第三鏡片40的像側表面S6的曲率半徑，G4R1為第四鏡片50的物側表面S7的曲率半徑，G4R2為第四鏡片50的像側表面S8的曲率半徑，F2為第二鏡片30的焦距，F為成像鏡頭100的焦距。

為了能更好的消除色差，成像鏡頭100還可滿足以下條件式：Vd1>53；及Vd2<33。其中，Vd1為第一鏡片20的阿貝數(Abbe number)，Vd2為第二鏡片30的阿貝數。

具體地，第一鏡片20的物側表面S1向物側凸出，第一鏡片20的像側表面S2向像側凸出。第二鏡片30的物側表面S3向像側凹陷，第二鏡片30的像側表面S4向像側凸出。第三鏡片40的物側表面S5向像側凹陷，第三鏡片40的像側表面S6朝向像側凸出。第四鏡片50的物側表面S7向物側凸出，第四鏡片50的像側表面S8向物側凹陷。第一鏡片20、第二鏡片30、第三鏡片40及第四鏡片50均採用非球面鏡片，即物側表面及像側表面S1~S8均為非球面。

以鏡片表面中心為原點，光軸為x軸，鏡片表面的非球面面型運算式為：

其中，c為鏡面表面中心的曲率，k是二次曲面係數，為從光軸到鏡片表面的高度，ΣA _i h ⁱ表示對Aihi累加，i為自然數，Ai為第i階的非球面面型係數。

另外，約定F/No為成像鏡頭100的光圈數，2ω為成像鏡頭100的視場角，R為對應鏡片(或光路上的其他光學元件，下同)的表面的曲率半徑，D為對應鏡片的表面到後一個表面的軸上距離(即兩個表面截得的光軸的長度)，Nd為對應鏡片對d光(波長為587.6納米)的折射率，Vd為d光在對應鏡片的阿貝數。

光圈10為等效光圈，其厚度可以忽略不計，因此可採用一個表面表示。紅外濾光片70的物側表面為S9，像側表面為S10。

第一實施方式的成像鏡頭100滿足表1-3所列的條件。

表1

表3

第一實施方式的成像鏡頭100的球差特性曲線、場曲特性曲線、畸變及MTF的特性曲線分別如圖2-5所示。圖2中，曲線g,F，e,d及C分別為g光(波長為435.8納米，下同)、F光(波長為486.1納米，下同)、e光(波長為546.1納米，下同)、d光及C光(波長為656.3納米，下同)經成像鏡頭100產生的球差特性曲線(下同)。可見，第一實施方式的成像鏡頭100對可見光(400-700納米)產生的球差被控制在-0.025mm~0.025mm間。圖3中，曲線t及s為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線(下同)。可見，子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.1mm~0.1mm間。圖4中，曲線為畸變特性曲線(下同)。可見，畸變量被控制在-2%~2%間。圖5中，本實施方式的成像鏡頭100的全頻為2281p/mm，中心視場的MTF>50%(如曲線mc所示)，0.8視場的角落的MTF>35%(如曲線mp所示)。綜前，可得到高成像品質的成像鏡頭100(2ω>74.85°)。

第二實施方式

請參閱圖6(示意圖，具體參數表4-6)，第二實施方式的的成像鏡頭100與第一實施方式基本相同，但滿足表4-6的條件。

表4

第二實施方式的成像鏡頭100的球差特性曲線、場曲特性曲線、畸變及MTF的特性曲線分別如圖7-10所示。圖7中，可見光產生的球差被控制在-0.025mm~0.025mm間。圖8中，子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.1mm~0.1mm間。圖9中，畸變量被控制在-2%~2%間。圖10中，全頻為2281p/mm，中心視場的MTF>50%，0.8視場的角落的MTF>35%。綜前，可得到高成像品質的成像鏡頭100(2ω>75.01°)。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，例如該散射部可包括由複數第一條形凹槽圍成且分佈規律的格子圖案及沿該鏡片光軸向外呈放射螺旋狀的複數第二條形凹槽組成的螺旋圖案等，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。