CN104459946B - 五片式广角镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种五片式广角镜头，其由物侧至像侧依序包括一第一镜片、一第二镜片、一第三镜片、一光圈、一第四镜片及一第五镜片；所述第一镜片具有负屈光力，其物侧面为凸面且像侧面为凹面；所述第二镜片具有负屈光力，其物侧面及像侧面均为凹面；所述第三镜片具有正屈光力；所述第四镜片具有正屈光力，其物侧面及像侧面均为凸面；所述第五镜片具有负屈光力；该五片式广角镜头满足下列关系式：‑0.6＜f2/f3＜‑0.3，且‑0.25＜f4/f5＜‑0.15，由此提供良好的影像质量；其中，f2为第二镜片的焦距，f3为第三镜片的焦距，f4为第四镜片的焦距，f5为第五镜片的焦距。

Description

五片式广角镜头
技术领域
本发明涉及一种摄像系统，特别是指一种五片式广角镜头。
背景技术
以往汽车驾驶人在倒车时，通常会依赖位于车身两侧及驾驶室前方的后视镜来观察后方路况，但车身正后方的区域仍会成为驾驶人的盲区。为了使驾驶人可观察盲区的路况，许多车辆安装倒车摄像系统，以辅助驾驶人观察车后路况。
在许多气候变化较为显著的地区，冬季气温可能接近摄氏零下20度或更低，而夏季时，温度则可能高达摄氏60度或更高，因此，如果倒车摄像系统在高温或低温时无法提供良好的成像质量，其辅助观察的功能将会大打折扣。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的之一在于提供一种在高温及低温时均能提供良好影像质量的摄像系统。
本发明的另一主要目的在于提供一种具备广角的摄像系统。
为达到上述目的，本发明提供一种五片式广角镜头，其特征在于由物侧至像侧依序包括：一第一镜片，具有负屈光力，其物侧面为凸面且像侧面为凹面；一第二镜片，具有负屈光力，其物侧面及像侧面均为凹面；一第三镜片，具有正屈光力；一光圈；一第四镜片，具有正屈光力，其物侧面及像侧面均为凸面；一第五镜片，具有负屈光力；其中，第二镜片、第三镜片、第四镜片及第五镜片均具有至少一面为非球面；其中，该五片式广角镜头满足下列关系式：-0.6＜f2/f3＜-0.3，且-0.25＜f4/f5＜-0.15；其中f2为第二镜片的焦距，f3为第三镜片的焦距，f4为第四镜片的焦距，f5为第五镜片的焦距。
上述本发明的技术方案还满足下列关系式：
Vd4-Vd5＞25；
其中Vd4为第四镜片的色散系数，Vd5为第五镜片的色散系数。
还满足下列关系式：
1.6＜f1/f2＜2.9；
其中f1为第一镜片的焦距。
还满足下列关系式：
8＜(r2-r3)/(r2+r3)＜22；
其中r2为第一镜片像侧面的曲率半径，r3为第二镜片物侧面的曲率半径。
还满足下列关系式：
2＜(r8-r9)/(r8+r9)＜4.2；
其中r8为第四镜片物侧面的曲率半径，r9为第四镜片像侧面的曲率半径。
所述第一镜片为玻璃镜片，而第二镜片、第三镜片、第四镜片及第五镜片均为塑料镜片。
所述非球面的面型满足下列公式：
其中c=1/r，r为表面曲率半径，h为光线在此表面的高度，k为锥面系数，A为第四阶系数，B为第六阶系数，C为第八阶系数，D为第十阶系数，E为第十二阶系数，F为第十四阶系数，G为第十六阶系数。
采用上述技术方案，当本发明第二、第三镜片的焦距比值及第四、第五镜片的焦距比值满足前述条件时，此五片式广角镜头具有良好的屈光力配置，故可有效地修正广角系统的像差问题，并且让五片式广角镜头在温度变化较大（例如：摄氏零下50度至摄氏100度）的使用环境下，依然具备良好的成像质量。
附图说明
图1是本发明第一实施例的镜片组成图；
图2是本发明第一实施例在摄氏25度时的像差图；
图3是本发明第一实施例在摄氏零下50度时的像差图；
图4是本发明第一实施例在摄氏100度时的像差图；
图5是本发明第一实施例的场曲与畸变图；
图6是本发明第一实施例的横向色差图；
图7是本发明第二实施例的镜片组成图；
图8是本发明第二实施例在摄氏25度时的像差图；
图9是本发明第二实施例在摄氏零下50度时的像差图；
图10是本发明第二实施例在摄氏100度时的像差图；
图11是本发明第二实施例的场曲与畸变图；
图12是本发明第二实施例的横向色差图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的结构、特点及功效，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。
如图1所示，在本发明的第一实施例中，一种五片式广角镜头100由物侧A至像侧B依序包括一第一镜片110、一第二镜片120、一第三镜片130、一光圈140、一第四镜片150及一第五镜片160，在像侧B处设有CCD、CMOS或其他感光元件（图中未示），在感光元件与第五镜片160之间则可另外设有滤光片及/或保护玻璃等平板镜片170，平板镜片170的数量可依需求增减或不设置。
在前述五片式广角镜头100中，第一镜片110具有负屈光力，其物侧面为凸面且像侧面为凹面，以提供广角特性。
此外，第二镜片120同样具有负屈光力，其可分担第一镜片110的屈光力，进而避免系统像差过大，且第二镜片120的物侧面及像侧面均为凹面，此等设计有助于修正边缘光线产生的像差。
第三镜片130提供正屈光力，因此可平衡第一镜片110及第二镜片120的负屈光力，达到修正像差的目的，且其物侧面为凸面而像侧面为凹面。
光圈140设计位于第三镜片130及第四镜片150之间，此等配置有助于系统屈光力的平衡，并可有效降低系统敏感度。
第四镜片150具有正屈光力，其物侧面及像侧面均为凸面。
第五镜片160则具有负屈光力，其物侧面为凹面且像侧面为凸面。
本实施例五片式广角镜头100的设计参数如下表一所示：
表一
其中，第二镜片120、第三镜片130、第四镜片150及第五镜片160的物侧面及像侧面均为非球面，且其面型满足下列公式：
其中c=1/r，r为表面曲率半径，h为光线在此表面的高度，k为锥面系数，A为第四阶系数，B为第六阶系数，C为第八阶系数，D为第十阶系数，E为第十二阶系数，F为第十四阶系数，G为第十六阶系数。
本实施例的第二镜片120至第五镜片160中，各非球面的参数如下表二所示：
物侧面3 像侧面4 物侧面5 像侧面6 物侧面8 像侧面9 物侧面10 像侧面11
A 0.0010963265 0.022099817 0.012841651 0.040596125 0.041539684 0.0015924177 -0.019767887 -0.0692465
B -3.0299061e-005 -0.0022800517 -0.0014392631 0.017826591 0.014245223 0.032582198 0.035192349 0.026160088
C -4.4873152e-006 -3.4888069e-005 5.944269e-005 -0.0091502209 -0.019099719 -0.0087874901 -0.0031484984 -0.0042433034
D 2.5440967e-007 1.8727775e-005 5.22602e-006 0.00071855887 0.0076090621 0.00048587656 -0.0019634767 7.2802262e-006
E -3.5544596e-009 -1.1285088e-006 -5.1219614e-007 0.002294535 -0.0001419018 -8.2859808e-006 -4.076445e-005 3.6374827e-005
F 0 0 0 0 0 0 0 0
G 0 0 0 0 0 0 0 0
表二
基于前述设计，本实施例的系统焦距f为1.22mm，系统长度TTL为24.8mm，视角达166度，第一镜片110焦距为-8.6mm，第二镜片120焦距为-3.9mm，第三镜片130焦距为10.67mm，第四镜片150焦距为2.3mm，且第五镜片160焦距为-14.06mm。
此时，第二镜片120与第三镜片130的焦距比值（f2/f3）为-0.37，第四镜片150与第五镜片160的焦距比值（f4/f5）则为-0.16，满足-0.6＜f2/f3＜-0.3，且-0.25＜f4/f5＜-0.15的关系式，如此一来，系统具有良好的屈光力配置，可以有效地修正广角系统的像差问题，并让五片式广角镜头100在温度变化较大的环境下，依然具有良好的影像质量，其测试结果如图2至图5所示。
除此之外，第一镜片110及第二镜片120的焦距值也需互相搭配，较佳的搭配为满足下列关系式：1.6＜f1/f2＜2.9，其中f1为第一镜片的焦距。本实施例中，f1/f2为2.2，满足前述关系式，故第二镜片120可以协助分担第一镜片110的负屈光力，从而可避免系统像差过大。
由于第一镜片110的像侧面为凹面，而第二镜片120的物侧面也是凹面，两者的曲率半径需互相搭配，较佳的搭配为满足下列关系式：8＜(r2-r3)/(r2+r3)＜22，其中r2为第一镜片110像侧面的曲率半径，r3为第二镜片120物侧面的曲率半径；本实施例中，(r2-r3)/(r2+r3)为9，满足前述关系式，因此系统像差可得修正。
另外，由于第四镜片150的物侧面及像侧面均为凸面，两者的曲率半径也需互相搭配，较佳的搭配为满足下列关系式：2＜(r8-r9)/(r8+r9)＜4.2，其中r8为第四镜片150物侧面的曲率半径，r9为第四镜片150像侧面的曲率半径。本实施例中，(r8-r9)/(r8+r9)为3.6，满足前述关系式，因此光线经由光圈140入射至第四镜片150的入射角较小，有助于降低系统敏感度。
为了修正广角系统易产生色差的问题，第四镜片150与第五镜片160的色散系数需互相搭配，较佳的搭配为满足下列关系式：Vd4-Vd5＞25，其中Vd4为第四镜片的色散系数，Vd5为第五镜片的色散系数。在本实施例中，Vd4-Vd5为32.6，满足前述关系式，故本系统的色差可以得到修正，其测试结果如图6所示。
接着，如图7所示。本发明的第二实施例为一五片式广角镜头200，其结构配置大抵与第一实施例相似，其设计参数如下表三所示：
表三
同样地，第二镜片220、第三镜片230、第四镜片250及第五镜片260的物侧面及像侧面均为非球面并满足前述非球面面型公式，其中各非球面的参数如下表四所示：
物侧面3 像侧面4 物侧面5 像侧面6 物侧面8 像侧面9 物侧面10 像侧面11
A 0.00094198026 0.014897377 0.0087719657 0.054573334 0.010475574 0.028244503 0.015520676 -0.031109108
B -5.1966273e-005 -0.0013911648 -0.00042873058 0.0077799809 0.010495202 0.00083714195 0.012002875 0.0099240437
C 6.6589612e-007 9.8304251e-006 -2.4132455e-006 -0.003256489 -0.020090321 -0.00271942 -0.0032935255 -0.00091942668
D 9.1307441e-009 -2.3053745e-007 -6.9203833e-008 -0.00060016498 -0.0015571378 0.00017213507 -0.00033941001 -6.4505856e-005
E -2.2637996e-010 -3.8091874e-008 -5.7609957e-008 -0.0012027896 0.0075440299 -0.0016519109 -0.002205681 -0.00016946594
F 0 0 0 0 -0.0045331302 0.00053027025 0.00069011378 4.1576431e-005
G 0 0 0 0 0 0 0 0
表四
基于前述设计，本实施例的系统焦距f为1.39mm，系统长度TTL为25.5mm，视角达166度，第一镜片210焦距为-10.45mm，第二镜片220焦距为-3.82mm，第三镜片230焦距为7.20mm，第四镜片250焦距为2.47mm，且第五镜片260焦距为-11.95mm。
此时，第二镜片220与第三镜片230的焦距比值（f2/f3）为-0.53，第四镜片250与第五镜片260的焦距比值（f4/f5）则为-0.21，满足-0.6＜f2/f3＜-0.3，且-0.25＜f4/f5＜-0.15的关系式，如此一来，系统具有良好的屈光力配置，可以有效地修正广角系统的像差问题，并让五片式广角镜头200在温度变化较大的环境下，依然具有良好的影像质量，其测试结果如图8至图11所示。
除此之外，第一镜片210的焦距值f1及第二镜片220的焦距值f2的比值为2.74，满足1.6＜f1/f2＜2.9的关系式，此时第二镜片220可以协助分担第一镜片210的负屈光力，而可避免系统像差过大。
本实施例中，第一镜片210像侧面的曲率半径r2与第二镜片220物侧面的曲率半径r3也相互搭配，其中(r2-r3)/(r2+r3)为20.7，满足8＜(r2-r3)/(r2+r3)＜22的关系式，因此系统像差可得修正。
本实施例中，第四镜片250物侧面的曲率半径r8与第四镜片250像侧面的曲率半径r9同样相互搭配，其中(r8-r9)/(r8+r9)为2.35，满足2＜(r8-r9)/(r8+r9)＜4.2的关系式，因此光线经由光圈240入射至第四镜片250的入射角较小，有助于降低系统敏感度。
此外，第四镜片250与第五镜片260的色散系数差值Vd4-Vd5为32.6，满足Vd4-Vd5＞25的关系式，故本系统的色差可以得到修正，其测试结果如图12所示。
通过前述设计，本发明的五片式广角镜头不但视角可达166度，且影像质量得到大幅提升，在高温（摄氏100度）及低温（摄氏零下50度）的环境下，都仍保有良好的影像质量，因此本发明确可符合实用上的需求。
需说明的是，前述实施例中，第二镜片至第五镜片的物侧面及像侧面均为非球面，但实际上第二镜片至第五镜片只要至少一面设计为非球面即可。又，由于第二镜片至第五镜片都具有至少一面为非球面，因此宜采用塑料镜片以降低生产成本并提高合格率。第一镜片则宜使用具有较佳的耐刮、耐磨性能的玻璃镜片。需要说明的是，各镜片的材质选用并不以此为限。此外，本发明的五片式广角镜头除可应用于车用镜头之外，还可应用于监视镜头等其他场合。
最后，必须再次说明的是，本发明在前述实施例中所揭示的构成元件仅为举例说明，并非用来限制本案的专利保护范围，其他等效元件的替代或变化，也应被本案的专利保护范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种五片式广角镜头，其特征在于由物侧至像侧依序包括：
一第一镜片，具有负屈光力，其物侧面为凸面且像侧面为凹面；
一第二镜片，具有负屈光力，其物侧面及像侧面均为凹面；
一第三镜片，具有正屈光力；
一光圈；
一第四镜片，具有正屈光力，其物侧面及像侧面均为凸面；
一第五镜片，具有负屈光力；
其中，所述第二镜片、第三镜片、第四镜片及第五镜片均具有至少一面为非球面；
其中，该五片式广角镜头满足下列关系式：
-0.6＜f2/f3＜-0.3，且-0.25＜f4/f5＜-0.15及2＜(r8-r9)/(r8+r9)＜4.2；
其中f2为第二镜片的焦距，f3为第三镜片的焦距，f4为第四镜片的焦距，f5为第五镜片的焦距，r8为第四镜片物侧面的曲率半径，r9为第四镜片像侧面的曲率半径。
2.如权利要求1所述的五片式广角镜头，其特征在于还满足下列关系式：
Vd4-Vd5＞25；
其中Vd4为第四镜片的色散系数，Vd5为第五镜片的色散系数。
3.如权利要求1所述的五片式广角镜头，其特征在于还满足下列关系式：
1.6＜f1/f2＜2.9；
其中f1为第一镜片的焦距。
4.如权利要求1所述的五片式广角镜头，其特征在于还满足下列关系式：
8＜(r2-r3)/(r2+r3)＜22；
其中r2为第一镜片像侧面的曲率半径，r3为第二镜片物侧面的曲率半径。
5.如权利要求1所述的五片式广角镜头，其特征在于：所述第一镜片为玻璃镜片，而第二镜片、第三镜片、第四镜片及第五镜片均为塑料镜片。
6.如权利要求1所述的五片式广角镜头，其特征在于：所述非球面的面型满足下列公式：
其中c＝1/r，r为表面曲率半径，h为光线在此表面的高度，k为锥面系数，A为第四阶系数，B为第六阶系数，C为第八阶系数，D为第十阶系数，E为第十二阶系数， F为第十四阶系数，G为第十六阶系数。
7.如权利要求1所述的五片式广角镜头，其特征在于：所述第三镜片的像侧面为凹面。
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