CN105223675A - 微型广角镜头 - Google Patents

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CN105223675A CN201410440787.3A CN201410440787A CN105223675A CN 105223675 A CN105223675 A CN 105223675A CN 201410440787 A CN201410440787 A CN 201410440787A CN 105223675 A CN105223675 A CN 105223675A
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Abstract

本发明提供一种微型广角镜头，由物端至像端依次包括具有负屈折力的第一透镜、具有正屈折力的第二透镜、光圈、具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜以及具有负屈折力的第五透镜，且微型广角镜头满足以下条件中的至少一者：(1)0<V1-V2<20；(2)1.78<I5<2.2，且16<V5<35；(3)0.75<I3/I1<0.95，1.05<I5/I1<1.25，15<V3-V1<40，且20<V1-V5<45；及(4)1.65<I2<2.2，35<V2<70，V4-V5>20，且I5-I4<0.4；其中，V1为第一透镜的阿贝数(ABBE)，V2为第二透镜的阿贝数，V3为第三透镜的阿贝数，V4为第四透镜的阿贝数，V5为第五透镜的阿贝数，I1为第一透镜的折射率，I2为第二透镜的折射率，I3为第三透镜的折射率，I4为第四透镜的折射率，I5为第五透镜的折射率。本发明具有小体积、广视场角、高成像质量以及低制造成本的优点。

Description

微型广角镜头
技术领域
本发明关于一种广角镜头，尤其关于一种微型化的广角镜头。
背景技术
近年来，电子设备均有朝向轻、薄、短小的设计趋势发展来符合人性的需求，因此镜头模块也必需随着小型化才能应用于如移动装置、车用装置、运动装置及安全监控装置等领域的产品上；而于镜头模块小型化的过程中，人们还希望镜头兼具较高的视场角(FieldofView，FOV)，才能够撷取较宽广的视野范围。
然而，当镜头的视场角大于90度时，容易导致成像畸变与失真，为了克服畸变或失真等像差，镜头就必须采用较多的透镜来加以补偿，如此却增加了镜头的厚度，与小型化的需求相违背。是以，如何能够兼顾小型化及视场角的需求，甚至是同时拥有较高的成像质量已成为目前该领域人士所极力研究的议题。相关研究如中国台湾发明专利第I416197公开号所示，但其仅揭露镜头中的多个透镜的多个焦距之间的关系规范，并无对该多个透镜的材质及与材质相关的多个光学参数，如阿贝数(ABBEnumber)、折射率等，有所著墨与研究。
此外，现有的小型化镜头因其后焦(镜头的最后一个透镜至焦平面的距离)过短，导致镜头模块必须采用COB(ChipOnBoard)封装的方式进行组装，但藉由COB封装的方式会增加制造成本；又，过去小型化的镜头因其内部的透镜大都是由塑料材料所制成，故光度损耗很多，造成所获得的影像偏暗。
根据以上的说明，现有的小型化镜头具有改善的空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种微型化的广角镜头，其藉由设定各透镜的焦距间的相互关系以及各透镜的材料光学参数间的相互关系而使镜头兼具小体积、广视场角、高成像质量以及低制造成本的优势。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种微型广角镜头，其沿其光轴方向从物端至像端依次包括具有负屈折力的第一透镜、具有正屈折力的第二透镜、具有正屈折力的第三透镜、具有正屈折力的第四透镜以及具有负屈折力的第五透镜，该微型广角镜头满足以下材料条件(1)～(4)中的至少一者：
(1)0<V1-V2<20；
(2)1.78<I5<2.2，16<V5<35，且该第五透镜的物侧表面以及像侧表面分别为凹面以及凸面；
(3)0.75<I3/I1<0.95，1.05<I5/I1<1.25，15<V3-V1<40，且20<V1-V5<45；及
(4)1.65<I2<2.2，35<V2<70，V4-V5>20，且I5-I4<0.4；
其中，V1为该第一透镜的阿贝数(ABBE)，V2为该第二透镜的阿贝数，V3为该第三透镜的阿贝数，V4为该第四透镜的阿贝数，V5为该第五透镜的阿贝数，I1为该第一透镜的折射率，I2为该第二透镜的折射率，I3为该第三透镜的折射率，I4为该第四透镜的折射率，I5为该第五透镜的折射率。
较佳地，所述微型广角镜头还满足下述条件式：-3.2<f/f1<-0.78；其中，f为整体微型广角镜头的焦距，f1为该第一透镜的焦距。
较佳地，所述微型广角镜头还满足下述条件式：1<f/f4<2；其中，f为整体微型广角镜头的焦距，f4为该第四透镜的焦距。
较佳地，所述微型广角镜头还满足下述条件式：f1/f2<0；其中，f1为该第一透镜的焦距，f2为该第二透镜的焦距。
较佳地，所述微型广角镜头还包括电子感光元件，用以供一被摄物成像于其上，且该微型广角镜头还满足下述条件式：1<ImgH/f<2；其中，ImgH为该电子感光元件的有效像素区域的对角线长的一半，f为整体微型广角镜头的焦距。
较佳地，所述微型广角镜头还包括电子感光元件，用以供一被摄物成像于其上，且该微型广角镜头还满足下述条件式：TTL/Imgh<3；其中，TTL为该第一透镜的物侧表面至该电子感光元件于光轴上的距离，ImgH为该电子感光元件的有效像素区域的对角线长的一半。
较佳地，所述微型广角镜头还包括光圈，该光圈设置于该第二透镜与该第三透镜之间。
较佳地，所述微型广角镜头还包括红外线滤光片，且该红外线滤光片设置于该第五透镜与一成像面之间，用以过滤复数噪声光。
较佳地，该微型广角镜头是透过LCC(LeadlessChipCarrier)封装方式被组装。
较佳地，该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜以及该第五透镜皆是由玻璃材料所制成。
本发明微型广角镜头藉由设定各透镜的焦距间的相互关系以及各透镜的材料光学参数间的相互关系而使镜头兼具小体积、广视场角、高成像质量以及低制造成本的优点。
附图说明
图1：为本发明微型广角镜头于一较佳实施例的结构示意图。
图2：为本发明微型广角镜头1于一较佳实施例中的光学数据表。
图3：为依据图2所示光学数据表所获得的调制转换函数(MTF)曲线图。
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明微型广角镜头于一较佳实施例的结构示意图。微型广角镜头1沿其光轴19方向从物端(被摄物端)到像端(成像端)依次包括第一透镜11、第二透镜12、光圈16、第三透镜13、第四透镜14以及第五透镜15。当微型广角镜头1对一被摄物(图中未标示)取像时，光线经过第一透镜11、第二透镜12、光圈16、第三透镜13、第四透镜14以及第五透镜15后投射于一成像面10上。于本较佳实施例中，微型广角镜头1还包括一电子感光元件18以及一红外线滤光片17，电子感光元件18设置在成像面10处，用以供该被摄物成像于其上，而红外线滤光片17则设置于第五透镜15与成像面10之间，用以滤掉不必要的噪声光，进而提升光学效能。
再者，第一透镜11具有负屈折力，其为物侧表面S1为凸面且像侧表面S2为凹面的新月型透镜，用以增加微型广角镜头1的视场角；又，第二透镜12具有正屈折力，其为物侧表面S3为凹面且像侧表面S4为凸面的透镜，以校正穿经第一透镜11的光线所产生的像差，并将光线汇聚传送到光圈16，光圈16再进而调整所接收光线的像差的对称及平衡；又，第三透镜13具有正屈折力，其为物侧表面S5为平面且像侧表面S6为凸面的透镜，用以使穿经光圈16的光线汇聚并传送到第四透镜14；又，第四透镜14具有正屈折力，其为物侧表面S7及像侧表面S8皆为凸面的透镜，以将穿经第三透镜13的光线汇聚并传送到第五透镜15；又，第五透镜15具有负屈折力，其为物侧表面S9为凹面且像侧表面S10为凸面的反新月型透镜，以将校正穿经第四透镜14的光线所产生的像差，并将光线调整往电子感光元件18传送。
再者，微型广角镜头1满足下述焦距条件：-3.2<f/f1<-0.78，其中，f为整体微型广角镜头1的焦距，f1为第一透镜11的焦距，而依据经验，如此设计可增加微型广角镜头1的视场角，并使第一透镜11容易被制造；又，微型广角镜头1还满足下述焦距条件：1<f/f4<2，其中，f4为第四透镜14的焦距，而依据经验，如此设计可平衡微型广角镜头1的总像差，并使第四透镜14容易被制造；又，微型广角镜头1还满足下述焦距条件：1<ImgH/f<1.5，其中，ImgH为电子感光元件18的有效像素区域的对角线长的一半，而依据软件仿真的结果，如此设计可增加微型广角镜头1的视场角；又，微型广角镜头1还满足下述焦距条件：TTL/Imgh<3，其中，TTL为第一透镜11的物侧表面S1至电子感光元件18于光轴19上的距离，而依据软件仿真的结果，如此设计可缩小微型广角镜头1的体积；又，微型广角镜头1还满足下述焦距条件：f1/f2<0，其中，f2为第二透镜12的焦距，而如此设计的目的在于使第一透镜11的焦距与第二片透镜的焦距正负相反，依据软件仿真的结果，藉此可缩小微型广角镜头1的总像差。
再者，微型广角镜头1满足下述材料条件：0<V1-V2<20，其中，V1为第一透镜11的阿贝数(ABBE)，V2为第二透镜12的阿贝数，而依据软件仿真的结果，如此设计可缩小微型广角镜头1的总色像差；又，微型广角镜头1还满足下述材料条件：1.78<I5<2.2，其中，I5为第五透镜15的折射率，而依据软件仿真的结果，如此设计可于微型广角镜头1的体积很微小的情况下，还能够缩小微型广角镜头1的总像差，并使微型广角镜头1保有好的聚焦能力；又，微型广角镜头1还满足下述材料条件：16<V5<35，其中，V5为第五透镜15的阿贝数，而依据软件仿真的结果，如此设计可于微型广角镜头1的体积很微小的情况下，还能够缩小微型广角镜头1的总色像差。
再者，微型广角镜头1还满足下述材料条件：0.75<I3/I1<0.95，其中，I1为第一透镜11的折射率，I3为第三透镜13的折射率，而依据软件仿真的结果，如此设计可缩小微型广角镜头1的总像差，且使微型广角镜头1中各透镜的像差互补；又，微型广角镜头1还满足下述材料条件：1.05<I5/I1<1.25，而依据软件仿真的结果，如此设计可缩小微型广角镜头1的总像差，且使微型广角镜头1中各透镜的像差互补；又，微型广角镜头1还满足下述材料条件：15<V3-V1<40，其中，V1为第一透镜11的阿贝数，V3为第三透镜13的阿贝数，而依据软件仿真的结果，如此设计可缩小微型广角镜头1的总色像差，且使微型广角镜头1中各透镜的色像差互补；又，微型广角镜头1还满足下述材料条件：20<V1-V5<45。
再者，微型广角镜头1还满足下述材料条件：1.65<I2<2.2，其中，I2为第二透镜12的折射率，而依据软件仿真的结果，如此设计可于微型广角镜头1的体积很微小的情况下，还能够缩小微型广角镜头1的总像差，并使微型广角镜头1保有好的聚焦能力；又，微型广角镜头1还满足下述材料条件：35<V2<70，其中，V2为第二透镜12的阿贝数，而依据软件仿真的结果，如此设计可于微型广角镜头1的体积很微小的情况下，还能够缩小微型广角镜头1的总色像差；又，微型广角镜头1还满足下述材料条件：V4-V5>20；其中，V4为第四透镜14的阿贝数，V5为第五透镜15的阿贝数，而依据软件仿真的结果，如此设计可缩小微型广角镜头1的总色像差，且使微型广角镜头1中各透镜的色像差互补；又，微型广角镜头1还满足下述材料条件：I5-I4<0.4，其中，I4为第四透镜14的折射率，I5为第五透镜15的折射率，而依据软件仿真的结果，如此设计的可缩小微型广角镜头1的总像差，且使微型广角镜头1中各透镜的像差互补。
补充说明的是，上述软件仿真的方式为本技术领域普通技术人员所知悉，举例来说，微型广角镜头的总像差可藉由采用主光线以及边缘光线于各种特定参数下(如位置、角度、曲面值或折射率)所整合计算产生的模拟结果而获得，故在此即不再予以赘述。
请参阅图2，其为本发明微型广角镜头1于一较佳实施例中的光学数据表。于本较佳实施例中，整体微型广角镜头1的焦距f＝2.07mm，且第一透镜11的焦距f1＝-2.47mm，故二者的关系式为：f/f1＝-0.84。又，第四透镜14的焦距f4＝1.59mm，故整体微型广角镜头1的焦距f以及第四透镜14的焦距f4的关系式为：f/f4＝1.3。
再者，于本较佳实施例中，电子感光元件18的有效像素区域的对角线长的一半ImgH＝2.84mm，故整体微型广角镜头1的焦距f以及电子感光元件18的有效像素区域的对角线长的一半ImgH的关系式为：ImgH/f＝1.37；又，第一透镜11的物侧表面S1至电子感光元件18于光轴19上的距离TTL＝7.49mm，故第一透镜11的物侧表面S1至电子感光元件18于光轴19上的距离TTL与电子感光元件18的有效像素区域的对角线长的一半ImgH的关系式为：TTL/Imgh＝2.64；又，第二透镜12的焦距f2＝11.5mm，第一透镜11的焦距f1与第二透镜12的焦距f2的关系式为：f1/f2＝-0.21。
再者，于本较佳实施例中，第一透镜11的阿贝数V1＝54.7，第二透镜12的阿贝数V2＝40.8，故二者的关系式为：V1-V2＝13.9。
再者，于本较佳实施例中，第一透镜11的折射率I1＝1.73，第三透镜13的折射率I3＝1.49，故二者的关系式为：I3/I1＝0.86；又，第五透镜15的折射率I5＝1.85，故第五透镜15的折射率I5与第一透镜11的折射率I1的关系式为：I5/I1＝1.07；又，第三透镜13的阿贝数V3＝70.2，故第三透镜13的阿贝数V3与第一透镜11的阿贝数V1的关系式为：V3-V1＝15.5；又，第五透镜15的阿贝数V5＝23.7，故第一透镜11的阿贝数V1与第五透镜15的阿贝数V5的关系式为：V1-V5＝31。
再者，于本较佳实施例中，第二透镜12的折射率I2＝1.88，第二透镜12的阿贝数V2＝40.8；又，第四透镜14的阿贝数V4＝54.7，第五透镜15的阿贝数V5＝23.7，故第四透镜14的阿贝数V4与第五透镜15的阿贝数V5的关系式为：V4-V5＝31；又，第四透镜14的折射率I4＝1.73，故第五透镜15的折射率I5与第四透镜14的折射率I4的关系式为：I5-I4＝0.12。
请参阅图3，其为依据图2所示光学数据表所获得的调制转换函数(MTF)曲线图。图3的纵轴坐标代表调制转换函数值，其为对微型广角镜头解像力的一个描述，也就是微型广角镜头如实地再现被摄物质感的能力，在业界上是成像质量的一个重要指针；而图3的横轴坐标代表空间频率，亦即单位长度内所包含的黑白线对数目；又，图示中的切向分量T(tangential)代表微型广角镜头对切向线条(即线条的方向是和电子感光元件中心同心圆相切的方向)的解像力，而图示中的径向分量S(sagittal)代表微型广角镜头对径向线条(即线条的方向是沿着由电子感光元件中心向外的方向)的解像力；其中，图3示意了角度分别为0度(degree)、24度(degree)、40度(degree)、56度(degree)、72度(degree)以及80度(degree)时的切向分量T与径向分量S于不同空间频率下的调制转换函数值。
由图示中可以看出，本发明微型广角镜头除了兼顾小型化及大视场角的优点外，还具有极佳的成像质量，而至于如何判读调制转换函数曲线图，则为本技术领域普通技术人员所知悉，在此即不再予以赘述。
此外，本发明微型广角镜头1中，第一透镜11～第五透镜15中的任一透镜可由玻璃材料所制成，亦可由塑料材料所制成；较佳者，但不以此为限，第一透镜11～第五透镜15皆是由玻璃材料所制成，如此一来，可降低微型广角镜头1的光度损耗，因此所能够获得的影像明亮，且分辨率可提高至13M～18M。
特别说明的是，由于本发明微型广角镜头1的后焦(即第五透镜15至成像面10的距离)够长，故仅需采用LCC(LeadlessChipCarrier，无引线芯片载体)封装的方式进行组装，如CLCC(CeramicLeadlessChipCarrier，陶瓷无引线芯片载体)封装、PLCC(PlasticLeadlessChipCarrier，塑料无引线芯片载体)封装等，进而可减少镜头的制造成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种微型广角镜头，其特征在于，沿其光轴方向从物端至像端依次包括：
第一透镜，具有负屈折力；
第二透镜，具有正屈折力；
第三透镜，具有正屈折力；
第四透镜，具有正屈折力；以及
第五透镜，具有负屈折力，
该微型广角镜头满足以下材料条件(1)～(4)中的至少一者：
(1)0<V1-V2<20；
(2)1.78<I5<2.2，16<V5<35，且该第五透镜的物侧表面以及像侧表面分别为凹面以及凸面；
(3)0.75<I3/I1<0.95，1.05<I5/I1<1.25，15<V3-V1<40，且20<V1-V5<45；及
(4)1.65<I2<2.2，35<V2<70，V4-V5>20，且I5-I4<0.4；
其中，V1为该第一透镜的阿贝数，V2为该第二透镜的阿贝数，V3为该第三透镜的阿贝数，V4为该第四透镜的阿贝数，V5为该第五透镜的阿贝数，I1为该第一透镜的折射率，I2为该第二透镜的折射率，I3为该第三透镜的折射率，I4为该第四透镜的折射率，I5为该第五透镜的折射率。
2.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，还满足下述条件式：-3.2<f/f1<-0.78；其中，f为整体微型广角镜头的焦距，f1为该第一透镜的焦距。
3.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，还满足下述条件式：1<f/f4<2；其中，f为整体微型广角镜头的焦距，f4为该第四透镜的焦距。
4.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，还满足下述条件式：f1/f2<0；其中，f1为该第一透镜的焦距，f2为该第二透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，还包括电子感光元件，用以供一被摄物成像于其上，且该微型广角镜头还满足下述条件式：1<ImgH/f<2；其中，ImgH为该电子感光元件的有效像素区域的对角线长的一半，f为整体微型广角镜头的焦距。
6.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，还包括电子感光元件，用以供一被摄物成像于其上，且该微型广角镜头还满足下述条件式：TTL/Imgh<3；其中，TTL为该第一透镜的物侧表面至该电子感光元件于光轴上的距离，ImgH为该电子感光元件的有效像素区域的对角线长的一半。
7.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，还包括光圈，该光圈设置于该第二透镜与该第三透镜之间。
8.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，还包括红外线滤光片，且该红外线滤光片设置于该第五透镜与一成像面之间，用以过滤复数噪声光。
9.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，该微型广角镜头是透过LCC封装方式被组装。
10.如权利要求1所述的微型广角镜头，其特征在于，该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜以及该第五透镜皆是由玻璃材料所制成。
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