TWI576605B - 廣角鏡頭 - Google Patents

Description

廣角鏡頭

本發明係有關於一種鏡頭，特別是有關於一種廣角鏡頭。

目前習知技術的廣角鏡頭，大多採用全玻璃透鏡或全塑膠透鏡。採用全玻璃透鏡者，其優點為成像品質較高，缺點為成本較高、重量較重。採用全塑膠透鏡者，其優點為成本較低、重量較輕、可製作較大口徑鏡頭，缺點為成像品質較差。上述的習知廣角鏡頭已無法滿足現今的需求，需要有另一種新架構的鏡頭，才能同時滿足良好的成像品質、低成本及重量輕的需求。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種廣角鏡頭具備大視角、長景深、高透光率、高抗濕度、重量輕及穩定性高等優點，但是仍具有良好的光學性能。

本發明之廣角鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡。第一透鏡具有負屈光力且包括一凸面，此凸面朝向物側。第二透鏡為雙凹透鏡。第三透鏡包括一凸面，此凸面朝向物側。第四透鏡為雙凸透鏡。

其中第一透鏡滿足以下條件：-10<f₁<-3.5；其中，f₁為第一透鏡之有效焦距。

其中廣角鏡頭及第一透鏡滿足以下條件：0.5<f<2、 1.5<|f₁/f|<10；其中，f為廣角鏡頭之有效焦距，f₁為第一透鏡之有效焦距。

其中第二透鏡滿足以下條件：0.5<|f₂/f|<3；其中，f₂為第二透鏡之有效焦距，f為廣角鏡頭之有效焦距。

其中第三透鏡滿足以下條件：0.5<|f₃/f|<3；其中，f₃為第三透鏡之有效焦距，f為廣角鏡頭之有效焦距。

其中第四透鏡滿足以下條件：0.5<f₄/f<5；其中，f₄為第四透鏡之有效焦距，f為廣角鏡頭之有效焦距。

其中第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡之每一透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。

其中第一透鏡係由玻璃材質製成。

其中第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡係由塑膠材質製成。

本發明之廣角鏡頭可更包括一光圈，設置於第三透鏡與第四透鏡之間。

其中廣角鏡頭滿足以下條件：20度<FOV155度；其中，FOV為廣角鏡頭之最大視場。

其中廣角鏡頭滿足以下條件：89度<FOV<102度；其中，FOV為廣角鏡頭之最大視場。

為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

1‧‧‧廣角鏡頭

L1‧‧‧第一透鏡

L2‧‧‧第二透鏡

L3‧‧‧第三透鏡

L4‧‧‧第四透鏡

ST‧‧‧光圈

OF‧‧‧濾光片

OA‧‧‧光軸

IMA‧‧‧成像面

S1、S2、S3、S4、S5、S6‧‧‧面

S7、S8、S9、S10、S11‧‧‧面

第1圖係依據本發明之廣角鏡頭之一實施例的透鏡配置示意圖。

第2A圖係第1圖之廣角鏡頭之縱向像差圖。

第2B圖係第1圖之廣角鏡頭之場曲圖。

第2C圖係第1圖之廣角鏡頭之畸變圖。

第2D圖係第1圖之廣角鏡頭之橫向色差圖。

第2E圖係第1圖之廣角鏡頭之調變轉換函數圖。

第2F圖係第1圖之廣角鏡頭之調變轉換函數圖。

請參閱第1圖，第1圖係依據本發明之廣角鏡頭之一實施例的透鏡配置示意圖。廣角鏡頭1沿著光軸OA從物側至像側依序包括一第一透鏡L1、一第二透鏡L2、一第三透鏡L3、一光圈ST、一第四透鏡L4、及一濾光片OF。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA上。第一透鏡L1係由玻璃材質製成具有負屈光力，其物側面S1為凸面像側面S2為凹面，物側面S1與像側面S2皆為球面表面。第二透鏡L2係由塑膠材質製成具有負屈光力，其物側面S3為凹面像側面S4為凹面，物側面S3與像側面S4皆為非球面表面。第三透鏡L3係由塑膠材質製成具有正屈光力，其物側面S5為凸面像側面S6為凸面，物側面S5與像側面S6皆為非球面表面。第四透鏡L4係由塑膠材質製成具有正屈光力，其物側面S8為凸面像側面S9為凸面，物側面S8與像側面S9皆為非球面表面。濾光片OF之物側面S10與像側面S11皆為平面。

另外，為使本發明之廣角鏡頭能保持良好的光學性能，實施例中的廣角鏡頭1需滿足底下六條件：-10<f₁<-3.5 (1)

0.5<f<2且1.5<|f₁/f|<10 (2)

0.5<|f₂/f|<3 (3)

0.5<|f₃/f|<3 (4)

0.5<f₄/f<5 (5)

20度<FOV155度或89度<FOV<102度 (6)

其中，f為廣角鏡頭1之有效焦距，f₁為第一透鏡L1之有效焦距，f₂為第二透鏡L2之有效焦距，f₃為第三透鏡L3之有效焦距，f₄為第四透鏡L4之有效焦距，FOV為廣角鏡頭1之最大視場。

利用上述透鏡與光圈ST之設計，使得廣角鏡頭1具有大視角、長景深、高透光率、高抗溼度、重量輕及穩定性高等優點，且能有效的修正像差具有良好的光學性能。

表一為第1圖中廣角鏡頭1之各透鏡之相關參數表，表一資料顯示本實施例之廣角鏡頭1之有效焦距等於1.37mm、光圈值等於2.8、最大視場等於155度。

表一中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：z=ch²/{1+[1-(k+1)c²h²]^1/2}+Ah⁴+Bh⁶+Ch⁸+Dh¹⁰+Eh¹²

其中：c：曲率；h：透鏡表面任一點至光軸之垂直距離；k：圓錐係數；A~E：非球面係數。

表二為表一中各個透鏡之非球面表面之相關參數表，其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~E為非球面係數。

本實施例之廣角鏡頭1的光學性能也可達到要求，這可從第2A至第2F圖看出。第2A圖所示的，是本實施例之廣角鏡頭1的縱向像 差(Longitudinal Aberration)圖。第2B圖所示的，是本實施例之廣角鏡頭1的場曲(Field Curvature)圖。第2C圖所示的，是本實施例之廣角鏡頭1的畸變(Distortion)圖。第2D圖所示的，是本實施例之廣角鏡頭1的橫向色差(Lateral Color)圖。第2E圖所示的，是本實施例之廣角鏡頭1的調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。第2F圖所示的，是本實施例之廣角鏡頭1於不同Y視場(Y Field)時之調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。

由第2A圖可看出，本實施例之廣角鏡頭1對波長為0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm、0.656μm之光線所產生的縱向像差值介於-0.2mm至0.08mm之間。由第2B圖可看出，本實施例之廣角鏡頭1對波長為0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm、0.656μm之光線所產生的子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向場曲介於-0.20mm至0.14mm之間。由第2C圖(圖中的五條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，本實施例之廣角鏡頭1對波長為0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm、0.656μm之光線所產生的畸變介於-100%至0%之間。由第2D圖可看出，本實施例之廣角鏡頭1，以波長0.546μm為參考波長，對波長為0.436μm、0.486μm、0.587μm、0.656μm之光線於不同視場角度所產生的橫向色差值介於-7.0μm至7.0μm之間。由第2E圖可看出，本實施例之廣角鏡頭1，對波長範圍介於0.436μm至0.656μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向，視場角度分別為0度、20度、70度、102度，空間頻率介於0lp/mm至84lp/mm，其調變轉換函數值介於0.24至1.0之間。由第2F圖可看出，本實施例之廣角鏡頭1，對波長範圍介於0.436μm至0.656μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向、Y視場(Y Field)角度介於0度至102度，當空間頻率等於21lp/mm時之調變轉換函數值介於0.73至0.79之間，當空間頻率等於28lp/mm 時之調變轉換函數值介於0.64至0.71之間，當空間頻率等於42lp/mm時之調變轉換函數值介於0.47至0.59之間，當空間頻率等於84lp/mm時之調變轉換函數值介於0.24至0.41之間。顯見本實施例之廣角鏡頭1之縱向像差、場曲、畸變、橫向色差都能被有效修正，影像解析度也能滿足要求，從而得到較佳的光學性能。

在上述實施例中，第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4中每一透鏡之兩個面皆為非球面表面，然而可以了解到，若第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4中每一透鏡之兩個面改為至少有一面為非球面表面，亦應屬本發明之範疇。

在上述實施例中，廣角鏡頭1之最大視場等於155度滿足條件式：20度<FOV155度，其中，FOV為廣角鏡頭之最大視場，然而可以了解到，若廣角鏡頭1之最大視場進一步滿足條件式：89度<FOV<102度，其中，FOV為廣角鏡頭之最大視場，可得到更佳的光學性能，亦應屬本發明之範疇。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何於其所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧廣角鏡頭

L1‧‧‧第一透鏡

L2‧‧‧第二透鏡

L3‧‧‧第三透鏡

L4‧‧‧第四透鏡

ST‧‧‧光圈

OF‧‧‧濾光片

OA‧‧‧光軸

IMA‧‧‧成像面

S1、S2、S3、S4、S5、S6‧‧‧面

S7、S8、S9、S10、S11‧‧‧面

Claims (11)

1. 一種廣角鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有負屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為雙凹透鏡；一第三透鏡，該第三透鏡包括一凸面，該凸面朝向該物側；以及一第四透鏡，該第四透鏡為雙凸透鏡；該廣角鏡頭滿足以下條件：20度<FOV<102度0.5<|f₂/f|<3.0其中，FOV為該廣角鏡頭之最大視場，f₂為該第二透鏡之有效焦距，f為該廣角鏡頭之有效焦距。
2. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中該第二透鏡滿足以下條件：-1.4<f₂/f<-0.5其中，f₂為該第二透鏡之有效焦距，f為該廣角鏡頭之有效焦距。
3. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡滿足以下條件：-10mm<f₁<-3.5mm其中，f₁為該第一透鏡之有效焦距。
4. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其中該廣角鏡頭以及該第一透鏡滿足以下條件：0.5mm<f<2mm 1.5<|f₁/f|<10 其中，f為該廣角鏡頭之有效焦距，f₁為該第一透鏡之有效焦距。
5. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其中該第三透鏡滿足以下條件：0.5<|f₃/f|<3其中，f₃為該第三透鏡之有效焦距，f為該廣角鏡頭之有效焦距。
6. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其中該第四透鏡滿足以下條件：0.5<f₄/f<5其中，f₄為該第四透鏡之有效焦距，f為該廣角鏡頭之有效焦距。
7. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其中該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡之每一透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
8. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡係由玻璃材質製成。
9. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其中該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡係由塑膠材質製成。
10. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其更包括一光圈，設置於該第三透鏡與該第四透鏡之間。
11. 如申請專利範圍第2項所述之廣角鏡頭，其中該廣角鏡頭滿足以下條件：89度<FOV<102度其中，FOV為該廣角鏡頭之最大視場。