CN104280862A - 超广角五片式成像镜头组 - Google Patents

超广角五片式成像镜头组 Download PDF

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CN104280862A
CN104280862A CN201310339613.3A CN201310339613A CN104280862A CN 104280862 A CN104280862 A CN 104280862A CN 201310339613 A CN201310339613 A CN 201310339613A CN 104280862 A CN104280862 A CN 104280862A
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Abstract

本发明是一种超广角五片式成像镜头组，包含一固定光栏和一光学组，光学组包含第一、第二、第三、第四及第五镜片，其排列方式从物侧至像侧的顺序为：具有负屈光力且朝向物侧为凸面的第一镜片；具有正屈光力且朝向物侧为凸面的第二镜片；固定光栏；具有正屈光力且朝向像侧为凸面的镜片的第三镜片；具有正屈光力且朝向像侧为凸面的镜片的第四镜片；具有朝向像侧为波浪状面型且在靠近光轴附近为凹面的第五镜片；第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片及第五镜片至少有一面为非球面，经由前述镜片间相互对应且调适的曲率半径、厚度/间隔、折射率以及阿贝数，使本发明的超广角五片式成像镜头组可得到大光圈且超广角、较短的高度以及较佳的光学像差。

Description

超广角五片式成像镜头组
技术领域
本发明涉及一种超广角五片式成像镜头组，尤其涉及借由各透镜之间的曲率、间距及光学参数所达成的具有大光圈且较短的高度以及高解像力的透镜结构。
背景技术
现有技术的透镜结构是使用于智能型手机、平板计算机、行动电话、笔记型计算机以及摄像头(webcam)等电子产品中的摄像镜头组。随着此类电子产品不断地发展为更轻、薄、短、小且同时又必须具有更高的效能，前述摄像镜头组中的影像传感器，如CCD是电荷耦合组件或是CMOS互补金属氧化物导体等，不断朝向高画素，这类透镜结构也因而不断地朝紧密化且更高解像力的方向发展。
因此本发明是依据这类摄像镜头组的发展需要，针对超广角多片式透镜结构，尤其是至少包括五片透镜的透镜结构的成像镜头结构进行创作。
发明内容
本发明有鉴于超广角多片式透镜结构体积大及效能不足的问题，乃完成本发明的超广角五片式成像镜头组。
为解决上述问题，本发明提供一种超广角五片式成像镜头组，其包含一固定光栏和一光学组，光学组包含第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片及第五镜片，其排列方式从物侧至像侧的顺序为：第一镜片，具有负屈光力且朝向物侧为凸面，其至少有一面为非球面；第二镜片，具有正屈光力且朝向物侧为凸面，其至少有一面为非球面；固定光栏；第三镜片，具有正屈光力且朝向像侧为凸面的镜片，其至少有一面为非球面；第四镜片，具有正屈光力且朝向像侧为凸面的镜片，其至少有一面为非球面；第五镜片具有朝向像侧为波浪状面型且在靠近光轴附近为凹面，其至少有一面为非球面。
作为优选，所述的超广角五片式成像镜头组，满足以下条件：2.5<TL/f<3.5，其中TL为第一镜片物侧顶点到成像面之间距离，f为整个成像镜头组的焦距值。
作为优选，所述的超广角五片式成像镜片组，其中所述非球面的面型满足下列公式：
z = ch 2 1 + [ 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 ] 0.5 + Ah 4 + Bh 6 Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Gh 14 + . . . . . . . . . .
其中z为沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考的位置值；k为锥度常量；c为曲率半径的倒数；A、B、C、D、E、G、……为高阶非球面系数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：经由各透镜之间的曲率、间距及光学参数，使成像镜头组达成具有大光圈且超广角、较短的高度以及高解像力的透镜结构。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的超广角五片式成像镜头组的光学结构图。
图2是本发明的第一实施例的超广角五片式成像镜头组的球面像差示意图。
图3是本发明的第一实施例的超广角五片式成像镜头组的非点像差示意图。
图4是本发明的第一实施例的超广角五片式成像镜头组歪曲像差示意图。
图5是本发明的第二实施例的超广角五片式成像镜头组的光学结构图。
图6是本发明的第二实施例的超广角五片式成像镜头组的球面像差示意图。
图7是本发明的第二实施例的超广角五片式成像镜头组的非点像差示意图。
图8是本发明的第二实施例的超广角五片式成像镜头组的歪曲像差示意图。
图9是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的光学结构图。
图10是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的球面像差示意图。
图11是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的非点像差示意图。
图12是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的歪曲像差示意图。
图13是本发明的第四实施例的超广角五片式成像镜头组的光学结构图。
图14是本发明的第四实施例的超广角五片式成像镜头组的球面像差示意图。
图15是本发明的第四实施例的超广角五片式成像镜头组的非点像差示意图。
图16是本发明的第四实施例的超广角五片式成像镜头组的歪曲像差示意图。
附图标记
10    第一镜片
11    第一面
12    第二面
20    第二镜片
21    第三面
22    第四面
30    固定光栏
40    第三镜片
41    第五面
42    第六面
50    第四镜片
51    第七面
52    第八面
60    第五镜片
61    第九面
62    第十面
70    过滤元件
71    第十一面
72    第十二面
90    图像传感器
具体实施方式
现在将参照附图对示例性实施例进行详细的描述。为了简化参照这些附图的说明，相同或等同的部件将具有相同的附图标记，并且将不再重复对其的说明。
有关本发明的详细内容及技术说明，现以实施例来作进一步说明，但应了解的是，该等实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为对本发明实施的限制。
本发明的构成具体而言，是提供一种超广角五片式成像镜头组，特别是借由各透镜之间的曲率、间距及光学参数，并将固定光栏30设置于第二镜片20与第三镜片40之间，其所达成的成像镜头结构具有大光圈且超广角、较短的高度以及高解像力的透镜结构。
请参阅图1所示的本发明的超广角五片式成像镜头组的光学结构图，所述超广角五片式成像镜头组包含有固定光栏30和一光学组，光学组包含第一镜片10、第二镜片20、第三镜片40、第四镜片50及第五镜片60，其排列方式从物侧至像侧的顺序为：具有负屈光力且朝向物侧为凸面并至少有一面为非球面的第一镜片10；具有正屈光力且朝向物侧为凸面并至少有一面为非球面的第二镜片20；固定光栏30；具有正屈光力且朝向像侧为凸面的镜片并至少有一面为非球面的第三镜片40；具有正屈光力且朝向像侧为凸面的镜片并至少有一面为非球面的第四镜片50；具有朝向像侧为波浪状面型且在靠近光轴附近为凹面并至少有一面为非球面的第五镜片60；过滤特定波长的光线的一过滤组件70，过滤组件70可以是一红外线截止过滤组件，用于可见光成像，传换成为数字信号的一图像传感器80(成像面)。
所述的超广角五片式成像镜头组，满足以下条件：2.5<TL/f<3.5，其中TL为第一镜片物侧顶点到成像面之间距离，f为整个成像镜头组的焦距值。
该第一镜片10包含有面对被摄物体的第一面11及面对成像面的第二面12，所述第一面11是相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第二面12是相对于成像面呈凹陷构形的凹面。第二镜片20包含有面对被摄物体的第三面21及面对成像面的第四面22，所述第三面21是相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第四面22是相对于成像面呈凹陷构形的凹面。第三镜片40包含有面对被摄物体的第五面41及面对成像面的第六面42，第五面41是相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第六面42是相对于成像面呈凸面构形的凸面。该第四镜片50包含有面对被摄物体的第七面51及面对成像面的第八面52，所述第七面51是相对于被摄物体呈凸面构形的凸面，第八面52是相对于成像面呈凸面构形的凸面。该第五镜片60包含有面对被摄物体的第九面61及面对成像面的第十面62，所述第九面61是相对于被摄物体呈凹陷构形的凹面，第十面62是相对于成像面呈凹陷构形的凹面。且前述第一、二、三、四及五镜片10、20、40、50、60至少有一面为非球面，借此全面矫正球差及像差，并具有低公差敏感度的特性。
所述的超广角五片式成像镜头组，其中所述非球面的面型满足下列公式：
z = ch 2 1 + [ 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 ] 0.5 + Ah 4 + Bh 6 Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Gh 14 + . . . . . . . . . .
其中z为沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考的位置值；k为锥度常量；c为曲率半径的倒数；A、B、C、D、E、G、……为高阶非球面系数。
实施上，本发明的超广角五片式成像镜头组中，固定光栏30设于物方到第三镜片40间取得所要的入射光束，且第一镜片10为负屈光力镜片，而第二镜片20、第三镜片40及第四镜片50为正屈光力镜片，其第一镜片10为凸向被摄物体的第一面11用以超广角汇聚外在的入射光束，从而使光束在第一镜片10的第二面12上，借此可充分发挥非球面的功能，矫正像差及减低公差敏感度，也使得本装置具有超广角度，取像角度可达100°以上。再由第二镜片30上相对于被摄物体呈凸面构形的凸面的第三面21进行阔束，第四面22是相对于成像面呈凹陷构形的凹面的正屈光力镜片，而第四镜片50经过凹向成像面的第七面51发散，从而使光束在第五镜片60的第十面62上可分布较大的面积。也就是说，入射光束经过第三面21的阔束，从而使光束在第十面62上可分布较大的面积，充分发挥非球面的功能，矫正像差及减低公差敏感度。
采用非球面设计除了可矫正球差及像差外，还有将固定光栏30设置于第二片镜片20与第三片镜片40之间，有助于缩短镜头光学系统的总长，且第一、二、三、四及五镜片10、20、40、50、60均可采用塑料材质，有利于消除像差及减轻镜头重量，整个光学系统是以五个塑料透镜构成，适合大量生产，且其公差敏感度低符合大规模量产的要求。而用以过滤红外线不可见光，只通过可见光的过滤组件70，形成一种可对人眼观看的景物进行取像的超广角五片式成像镜头组。
上述透镜的镜面是具有相互对应且调适的曲率半径、厚度/间隔、折射率以及阿贝数，使得本发明的超广角五片式成像镜头组可得到大光圈且超广角、较短的高度以及较佳的光学像差。
第一实施例：
基于前述本发明的技术内容，可依据下列数值实施例具体实施：
其中，过滤组件70的厚度为0.3mm，为红外光截止过滤组件，通过的光线的波长为450～650nm。
前述非球面的面型满足下列公式：
z = ch 2 1 + [ 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 ] 0.5 + Ah 4 + Bh 6 Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Gh 14 + . . . . . . . . . .
其中ｚ为沿光轴方向在高度为ｈ的位置以表面顶点作参考的位置值；
ｋ为锥度常量；ｃ为曲率半径的倒数；Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇ为高阶非球面系数。
第一实施例的非球面二次曲面系数的具体数值如下所列：
第一面11(k=-99)：
A:0.120860
B:-0.043532
C:0.024980
D:-0.008249
E:0.001732
F:0.000000
G:0.000000
第二面12(k=-1.12)：
A:-0.270255
B:0.366500
C:-0.243760
D:0.054755
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第三面21(k=-0.86)：
A:-0.256389
B:-0.002088
C:0.646003
D:-0.790538
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第四面22(k=3.63)：
A:0.003768
B:0.776136
C:-1.322913
D:26.150389
E:-0.000185
F:0.000000
G:0.000000
第五面41(k=-71.92)：
A:0.253812
B:1.588127
C:-19.307721
D:76.868704
E:2.378378e-013
F:0.000000
G:0.000000
第六面42(k=-104.03)：
A:-2.222512
B:4.950060
C:-14.441919
D:18.218801
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第七面51(k=0.00)：
A:-0.623089
B:-0.269938
C:-0.310977
D:-2.024637
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第八面52(k=-5.26)：
A:0.642975
B:-2.022728
C:1.131730
D:-0.181891
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第九面61(k=-29.61)：
A:0.351190
B:-3.811852
C:4.918355
D:-2.252320
E:-0.502655
F:0.832491
G:0.000000
第十面62(k=0.00)：
A:-0.731992
B:0.178817
C:0.004144
D:0.032295
E:-0.056005
F:0.015918
G:0.000000
依上述数值实施的超广角五片式成像镜头组的相关性能指数为：f=1.296mm；TL=3.76mm；TL/f=2.90。
请再参阅附图，图2是本发明的第一实施例的超广角五片式成像镜头组的非点像差示意图。图3是本发明的第一实施例的超广角五片式成像镜头组的歪曲像差示意图。图4是本发明的第一实施例的超广角五片式成像镜头组的球面像差示意图。由上列示意图可看出所测得的非点像差、歪曲像差及球面像差均在标准范围且具有良好的光学性能，具有良好的成像质量。
第二实施例：
基于前述本发明的技术内容，可依据下列数值实施例具体实施：
其中，过滤组件70的厚度为0.3mm，为一红外光截止过滤组件，通过的光线的波长为450～650nm。
第二实施例的非球面二次曲面系数的具体数值如下所列：
第一面11(k=-8.09)：
A:-0.076364
B:0.052546
C:0.020178
D:-0.024610
E:0.007741
F:0.000000
G:0.000000
第二面12(k=-0.17)：
A:-0.114338
B:-0.482088
C:-0.006313
D:0.098751
E:-0.243835
F:0.000000
G:0.000000
第三面21(k=-0.36)：
A:0.486100
B:-0.150616
C:0.378690
D:0.979435
E:-1.427587
F:0.000000
G:0.000000
第四面22(k=0.87)：
A:1.591932
B:-1.186978
C:39.642648
D:-66.463202
E:-3.229075e-005
F:0.000000
G:0.000000
第五面41(k=-98.81)：
A:0.032717
B:0.777552
C:-23.946204
D:4.880313
E:-6.788012e-011
F:0.000000
G:0.000000
第六面42(k=0.62)：
A:0.654822
B:0.046021
C:-6.859322
D:17.213693
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第七面51(k=0.00)：
A:2.266994
B:-4.190758
C:8.167473
D:-5.982716
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第八面52(k=-2.68)：
A:0.030632
B:-1.016005
C:3.782609
D:-2.510238
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第九面61(k=-3.77)：
A:-0.312190
B:-0.883667
C:1.030004
D:-0.418662
E:-0.845494
F:1.058650
G:0.000000
第十面62(k=0.00)：
A:-0.468743
B:0.245303
C:-0.261756
D:0.117260
E:-0.008273
F:-0.008623
G:0.000000
依上述数值实施的超广角五片式成像镜头组的相关性能指数为：f=1.259mm；TL=3.75mm；TL/f=2.98。
请再参阅附图，图6是本发明的第二实施例的超广角五片式成像镜头组的非点像差示意图。图7是本发明的第二实施例的超广角五片式成像镜头组的歪曲像差示意图。图8是本发明的第二实施例例的超广角五片式成像镜头组的球面像差示意图。由上列示意图可看出所测得的非点像差、歪曲像差及球面像差均在标准范围且具有良好的光学性能，具有良好的成像质量。
第三实施例：
基于前述本发明的技术内容，可依据下列数值实施例具体实施：
其中，过滤组件70的厚度为0.3mm，为一红外光截止过滤组件，通过的光线的波长为450～650nm。
第三实施例的非球面二次曲面系数的具体数值如下所列：
第一面11(k=-99.00)：
A:0.130411
B:-0.048831
C:0.029435
D:-0.009632
E:0.001812
F:0.000000
G:0.000000
第二面12(k=-1.20)：
A:-0.263159
B:0.388136
C:-0.248846
D:0.055115
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第三面21(k=-0.98)：
A:-0.285573
B:0.052920
C:0.420778
D:-0.239140
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第四面22(k=4.18)：
A:-0.112307
B:0.704359
C:-2.495231
D:25.597552
E:-0.000185
F:0.000000
G:0.000000
第五面41(k=-36.93)：
A:0.118304
B:0.840681
C:-10.241149
D:36.590378
E:2.695598e-013
F:0.000000
G:0.000000
第六面42(k=-13.70)：
A:-1.726404
B:2.135053
C:-6.597376
D:9.068656
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第七面51(k=0.00)：
A:-0.848774
B:0.389382
C:-2.197055
D:-0.133761
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第八面52(k=-6.49)：
A:0.444448
B:-2.133344
C:1.450184
D:-0.252467
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第九面61(k=-36.35)：
A:0.145604
B:-3.714141
C:4.606180
D:-1.813766
E:-0.502655
F:0.832491
G:0.000000
第十面62(k=0.00)：
A:-0.819487
B:0.253437
C:-0.037115
D:0.021567
E:-0.045731
F:0.016789
G:0.000000
依上述数值实施的超广角五片式成像镜头组的相关性能指数为：f=1.30mm；TL=3.76mm；TL/f=2.89。
请再参阅附图，图10是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的非点像差示意图。图11是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的歪曲像差示意图。图12是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的球面像差示意图。由上列示意图可看出所测得的非点像差、歪曲像差及球面像差均在标准范围且具有良好的光学性能，具有良好的成像质量。
第四实施例：
基于前述本发明的技术内容，可依据下列数值实施例具体实施：
其中，过滤组件70的厚度为0.3mm，为一红外光截止过滤组件，通过的光线的波长为450～650nm。
第四实施例的非球面二次曲面系数的具体数值如下所列：
第一面11(k=-99.00)：
A:0.006972
B:-0.007745
C:0.018949
D:-0.008813
E:0.001611
F:0.000000
G:0.000000
第二面12(k=-0.56)：
A:-0.252410
B:-0.273865
C:-0.091714
D:0.058115
E:0.021166
F:0.000000
G:0.000000
第三面21(k=-0.51)：
A:0.152876
B:0.211828
C:-0.332151
D:1.046094
E:-0.786177
F:0.000000
G:0.000000
第四面22(k=4.67)：
A:1.089271
B:2.607324
C:-3.852920
D:68.379090
E:-3.229066e-005
F:0.000000
G:0.000000
第五面41(k=-47.35)：
A:0.028983
B:-1.366025
C:1.640750
D:-103.018927
E:-1.878362e-012
F:0.000000
G:0.000000
第六面42(k=0.56)：
A:0.535304
B:0.319529
C:-6.568534
D:15.800973
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第七面51(k=0.00)：
A:2.271573
B:-3.829659
C:6.576384
D:-3.872465
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第八面52(k=-1.02)：
A:0.354082
B:-0.314642
C:2.216538
D:-1.938111
E:0.000000
F:0.000000
G:0.000000
第九面61(k=-13.37)：
A:-0.499153
B:-0.313673
C:0.508271
D:-0.353739
E:-0.181652
F:0.547204
G:0.000000
第十面62(k=0.00)：
A:-0.612448
B:0.424141
C:-0.330009
D:0.082335
E:0.034274
F:-0.021202
G:0.000000
依上述数值实施的超广角五片式成像镜头组的相关性能指数为：f=1.159mm；TL=3.75mm；TL/f=3.24。
请再参阅附图，图14是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的非点像差示意图。图15是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的歪曲像差示意图。图16是本发明的第三实施例的超广角五片式成像镜头组的球面像差示意图。由上列示意图可看出所测得的非点像差、歪曲像差及球面像差均在标准范围且具有良好的光学性能，具有良好的成像质量。
本发明的超广角五片式成像镜头组是采用五片式非球面镜片设计，前四片屈光力依序为负、正、正、正与过滤红外波长的光线只通过所需波长的可见光线的一过滤组件70，过滤组件70可以是一红外线截止过滤组件，用于可见光成像。
借由非球面的功能，矫正像差及减低公差敏感度，并将固定光栏30置于镜片第二镜片20与第三镜片40之间，除了可矫正像差外还有助于缩短镜头光学系统的总长，也使得本装置具有超广角度，取像角度可达100°以上。而第一、二、三、四、五透镜片均可采用塑料材质，有利于消除像差及减轻镜头重量，整个光学系统是以五个塑料透镜构成，公差敏感度低，易于制造组装，适合大量生产，且具有良好的成像质量，并符合携带型摄像产品小型化的要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明的保护范围，即凡依据本发明的权利要求书及说明书的内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (3)

1.一种超广角五片式成像镜头组，包含有一固定光栏和一光学组，所述光学组包含第一、第二、第三、第四、第五镜片，其排列方式从物侧至像侧的顺序为：
该第一镜片，具有负屈光力且朝向物侧为凸面；又；其至少有一面为非球面；
该第二镜片，具有正屈光力且朝向物侧为凸面；又；其至少有一面为非球面；
固定光栏；
该第三镜片，具有正屈光力且朝向像侧为凸面的镜片；又；其至少有一面为非球面；
该第四镜片，具有正屈光力且朝向像侧为凸面的镜片；又；其至少有一面为非球面；
该第五镜片具有朝向像侧为波浪状面型且在靠近光轴附近为凹面；又；其至少有一面为非球面。
2.如权利要求1所述的超广角五片式成像镜头组，满足以下条件：2.5＜TL/f＜3.5，其中TL为第一镜片物侧顶点到成像面之间距离，f为整个成像镜头组的焦距值。
3.如权利要求1所述的超广角五片式成像镜头组，其中所述非球面的面型满足下列公式：
z = ch 2 1 + [ 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 ] 0.5 + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Gh 14 + . . . . . . . . .
其中z为沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考的位置值；k为锥度常量；c为曲率半径的倒数；A、B、C、D、E、G、……为高阶非球面系数。
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