CN106980173B - 广角成像镜片组 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种广角成像镜片组，由物侧至像侧依序包含：一光圈；一第一透镜，具有正屈折力；一第二透镜，具有负屈折力；一第三透镜，具有正屈折力；其中该第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：0.3<f12/f3<0.9。藉以达到提升画角、具高解析能力、短镜头长度、小歪曲的三片式广角成像镜片组。
Description
技术领域
本发明系与广角成像镜片组有关，特别是指一种应用于电子产品上的小型化三片式广角成像镜片组。
背景技术
随着具有摄影功能的电子产品的兴起，光学系统的需求日渐提高。拍摄中，为获得较宽的拍摄范围，需要镜头的视角满足一定要求，因而对于镜头拍摄角度与画质的要求也越来越严格。通常镜头的画角(视场角FOV)设计为50度到60度，如果超过以上设计的角度，不仅像差较大，镜头的设计也较为复杂。已知US 8335043、US 8576497使用2镜片群，5至6片来达到大角度目的，然其歪曲(distortion)太大，而如US 8593737、US 8576497、US8395853，其虽然可达到大角度目的，但其镜头组的总长度(TL)却太长。
所以，如何开发出一种小型化的广角成像镜片组，其除了可配置在数字相机使用的镜头、网络相机使用的镜头或移动电话镜头等电子产品之外，更具有较大画角、降低像差的功效，以降低镜头设计的复杂性，即是本发明研发的动机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种广角成像镜片组，尤指一种提升画角、具高解析能力、短镜头长度、小歪曲的三片式广角成像镜片组。
因此，为了达成前述目的，依据本发明所提供的一种广角成像镜片组，由物侧至像侧依序包含：一光圈；一第一透镜，具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面，其像侧表面近光轴处为凸面，其物侧表面与像侧表面至少一表面为非球面；一第二透镜，具有负屈折力，其物侧表面近光轴处为凹面，其像侧表面近光轴处为凸面，其物侧表面与像侧表面至少一表面为非球面；一第三透镜，具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面，其像侧表面近光轴处为凹面，其物侧表面与像侧表面至少一表面为非球面，其物侧表面及像侧表面至少一表面具有至少一反曲点；
其中该第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：0.3<f12/f3<0.9。
当f12/f3满足上述条件时，则可令该广角成像镜片组在获得广泛的画角(视场角)的同时，其解像能力显著提升。
较佳地，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，并满足下列条件：-0.7<f1/f2<-0.35。藉此，使该第一透镜与该第二透镜的屈折力配置较为合适，可有利于获得广泛的画角(视场角)且减少系统像差的过度增大。
较佳地，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：-0.85<f2/f3<-0.35。藉此，使该第二透镜与该第三透镜的屈折力配置较为平衡，有助于像差的修正与敏感度的降低。
较佳地，该第一透镜的焦距为f1，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：0.1<f1/f3<0.45。藉此，有效分配第一透镜的正屈折力，降低广角成像镜片组的敏感度。
较佳地，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜与第三透镜的合成焦距为f23，并满足下列条件：-0.45<f1/f23<-0.05。藉此，则可令该广角成像镜片组在获得广泛的画角(视场角)的同时，其解像能力显著提升。
较佳地，该第二透镜与第三透镜的合成焦距为f23，该广角成像镜片组的整体焦距为f，并满足下列条件：-8<f23/f<-1.7。藉此，当f23/f满足前述关系式，则可令该广角成像镜片组在具备大画角、大光圈、高画数和低镜头高度，同时解像能力显著提升，反之，若超出上述光学式的数据值范围，则会导致广角成像镜片组的性能、解像力低，以及良率不足等问题。
较佳地，该广角成像镜片组的整体焦距为f，该第一透镜的物侧表面至成像面于光轴上的距离为TL，并满足下列条件：0.5<f/TL<0.8。藉此，可有利于获得广泛的画角(视场角)及有利于维持该广角成像镜片组的小型化，以搭载于轻薄的电子产品上。
较佳地，该广角成像镜片组的最大视场角为FOV，并满足下列条件：75度<FOV<95度。藉此，使该广角成像镜片组可具有适当的较大视场角。
较佳地，该第一透镜于光轴上的厚度为CT1，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，并满足下列条件：1.5<CT1/CT2<2.5。藉此，使第一透镜与第二透镜有适当的厚度，使射出成型较容易。
较佳地，该第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，并满足下列条件：0.5<T12/CT2<0.95。藉此，可以进一步增大该广角成像镜片组的最大视场角。
较佳地，该第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，该第三透镜于光轴上的厚度为CT3，并满足下列条件：0.05<T23/CT3<0.7。藉此，可以进一步增大该广角成像镜片组的最大视场角。
较佳地，该第三透镜于光轴上的厚度为CT3，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，并满足下列条件：0.9<CT3/CT2<1.9。藉此，可进一步缩短镜头的长度，并使第二透镜及第三透镜较易成型，降低成本。
较佳地，该第一透镜的像侧表面曲率半径为R2，该第二透镜的物侧表面曲率半径为R3，并满足下列条件：2.4<R2/R3<3.7。藉此，有效降低该广角成像镜片组的球差与像散。
较佳地，该第二透镜的像侧表面曲率半径为R4，该第三透镜的物侧表面曲率半径为R5，并满足下列条件：-1.55<R4/R5<-0.5。藉此，有效降低该广角成像镜片组的球差与像散。
较佳地，该第一透镜的色散系数为V1，该第二透镜的色散系数为V2，并满足下列条件：30<V1-V2<42。藉此，有效降低广角成像镜片组的色差。
有关本发明为达成上述目的，所采用的技术、手段及其他的功效，兹举四较佳可行实施例并配合图式详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A是本发明第一实施例的广角成像镜片组的示意图。
图1B由左至右依序为第一实施例的广角成像镜片组的球差、像散及歪曲曲线图。
图2A是本发明第二实施例的广角成像镜片组的示意图。
图2B由左至右依序为第二实施例的广角成像镜片组的球差、像散及歪曲曲线图。
图3A是本发明第三实施例的广角成像镜片组的示意图。
图3B由左至右依序为第三实施例的广角成像镜片组的球差、像散及歪曲曲线图。
图4A是本发明第四实施例的广角成像镜片组的示意图。
图4B由左至右依序为第四实施例的广角成像镜片组的球差、像散及歪曲曲线图。
附图标记说明
100、200、300、400：光圈
110、210、310、410：第一透镜
111、211、311、411：物侧表面
112、212、312、412：像侧表面
120、220、320、420：第二透镜
121、221、321、421：物侧表面
122、222、322、422：像侧表面
130、230、330、430：第三透镜
131、231、331、431：物侧表面
132、232、332、432：像侧表面
170、270、370、470：红外线滤除滤光组件
180、280、380、480：成像面
190、290、390、490：光轴
f：广角成像镜片组的焦距 Fno：广角成像镜片组的光圈值
FOV：广角成像镜片组中最大视场角 f1：第一透镜的焦距
f2：第二透镜的焦距 f12：第一透镜与第二透镜的合成焦距
f23：第二透镜与第三透镜的合成焦距 R2：第一透镜的像侧表面曲率半径
R3：第二透镜的物侧表面曲率半径 R4：第二透镜的像侧表面曲率半径
R5：第三透镜的物侧表面曲率半径 V1：第一透镜的色散系数
V2：第二透镜的色散系数 CT1：第一透镜于光轴上的厚度
CT2：第二透镜于光轴上的厚度 CT3：第三透镜于光轴上的厚度
T12：第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离
T23：第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离
TL：第一透镜的物侧表面至成像面于光轴上的距离
具体实施方式
<第一实施例>
请参照图1A及图1B，其中图1A绘示依照本发明第一实施例的广角成像镜片组的示意图，图1B由左至右依序为第一实施例的广角成像镜片组的球差、像散及歪曲曲线图。由图1A可知，广角成像镜片组是包含有一光圈100和一光学组，该光学组由物侧至像侧依序包含第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、红外线滤除滤光组件170、以及成像面180，其中该广角成像镜片组中具屈折力的透镜为三片。该光圈100设置在该第一透镜110的像侧表面112与被摄物之间。
该第一透镜110具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧表面111近光轴190处为凸面，其像侧表面112近光轴190处为凸面，且该物侧表面111及像侧表面112皆为非球面。
该第二透镜120具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧表面121近光轴190处为凹面，其像侧表面122近光轴190处为凸面，且该物侧表面121及像侧表面122皆为非球面。
该第三透镜130具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧表面131近光轴190处为凸面，其像侧表面132近光轴190处为凹面，且该物侧表面131及像侧表面132皆为非球面，且该物侧表面131及该像侧表面132至少一表面具有至少一反曲点。
该红外线滤除滤光组件170为玻璃材质，其设置于该第三透镜130及成像面180间且不影响该广角成像镜片组的焦距。
上述各透镜的非球面的曲线方程式表示如下：
其中z为沿光轴190方向在高度为h的位置以表面顶点作参考的位置值；c是透镜表面靠近光轴190的曲率，并为曲率半径(R)的倒数(c＝1/R)，R为透镜表面靠近光轴190的曲率半径，h是透镜表面距离光轴190的垂直距离，k为圆锥系数(conicconstant)，而A、B、C、D、E、G、……为高阶非球面系数。
第一实施例的广角成像镜片组中，广角成像镜片组的焦距为f，广角成像镜片组的光圈值(f-number)为Fno，广角成像镜片组中最大视场角(画角)为FOV，其数值如下：f＝1.261(公厘)；Fno＝2.0；以及FOV＝77(度)。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第一透镜110与第二透镜120的合成焦距为f12，该第三透镜130的焦距为f3，并满足下列条件：f12/f3＝0.3875。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第一透镜110的焦距为f1，该第二透镜120的焦距为f2，并满足下列条件：f1/f2＝-0.5152。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第二透镜120的焦距为f2，该第三透镜130的焦距为f3，并满足下列条件：f2/f3＝-0.3650。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第一透镜110的焦距为f1，该第三透镜130的焦距为f3，并满足下列条件：f1/f3＝0.1881。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第一透镜110的焦距为f1，该第二透镜120与第三透镜130的合成焦距为f23，并满足下列条件：f1/f23＝-0.3430。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第二透镜120与第三透镜130的合成焦距为f23，该广角成像镜片组的整体焦距为f，并满足下列条件：f23/f＝-2.0062。
第一实施例的广角成像镜片组中，该广角成像镜片组的整体焦距为f，该第一透镜110的物侧表面111至成像面180于光轴190上的距离为TL，并满足下列条件：f/TL＝0.6731。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第一透镜110于光轴180上的厚度为CT1，该第二透镜120于光轴180上的厚度为CT2，并满足下列条件：CT1/CT2＝2.3224。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第一透镜110与第二透镜120于光轴190上的间隔距离为T12，该第二透镜120于光轴190上的厚度为CT2，并满足下列条件：T12/CT2＝0.7941。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第二透镜120与第三透镜130于光轴190上的间隔距离为T23，该第三透镜130于光轴190上的厚度为CT3，并满足下列条件：T23/CT3＝0.0844。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第三透镜130于光轴190上的厚度为CT3，该第二透镜120于光轴180上的厚度为CT2，并满足下列条件：CT3/CT2＝1.7484。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第一透镜110的像侧表面112曲率半径为R2，该第二透镜120的物侧表面121曲率半径为R3，并满足下列条件：R2/R3＝2.6916。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第二透镜120的像侧表面122曲率半径为R4，该第三透镜130的物侧表面131曲率半径为R5，并满足下列条件：R4/R5＝-0.6278。
第一实施例的广角成像镜片组中，该第一透镜110的色散系数为V1，该第二透镜120的色散系数为V2，并满足下列条件：V1-V2＝34.5。
再配合参照下列表1及表2。
表1为图1A第一实施例详细的结构数据，其中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面0-11依序表示由物侧至像侧的表面。表2为第一实施例中的非球面数据，其中，k表非球面曲线方程式中的锥面系数，A、B、C、D、E、F、……为高阶非球面系数。此外，以下各实施例表格乃对应各实施例的示意图与像差曲线图，表格中数据的定义皆与第一实施例的表1、及表2的定义相同，在此不加赘述。
<第二实施例>
请参照图2A及图2B，其中图2A绘示依照本发明第二实施例的广角成像镜片组的示意图，图2B由左至右依序为第二实施例的广角成像镜片组的球差、像散及歪曲曲线图。由图2A可知，广角成像镜片组系包含有一光圈200和一光学组，该光学组由物侧至像侧依序包含第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230、红外线滤除滤光组件270、以及成像面280，其中该广角成像镜片组中具屈折力的透镜为三片。该光圈200设置在该第一透镜210的像侧表面212与被摄物之间。
该第一透镜210具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧表面211近光轴290处为凸面，其像侧表面212近光轴290处为凸面，且该物侧表面211及像侧表面212皆为非球面。
该第二透镜220具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧表面221近光轴290处为凹面，其像侧表面222近光轴290处为凸面，且该物侧表面221及像侧表面222皆为非球面。
该第三透镜230具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧表面231近光轴290处为凸面，其像侧表面232近光轴290处为凹面，且该物侧表面231及像侧表面232皆为非球面，且该物侧表面231及该像侧表面232至少一表面具有至少一反曲点。
该红外线滤除滤光组件270为玻璃材质，其设置于该第三透镜230及成像面280间且不影响该广角成像镜片组的焦距。
再配合参照下列表3、以及表4。
第二实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表参数的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。
配合表3、以及表4可推算出下列数据：
<第三实施例>
请参照图3A及图3B，其中图3A绘示依照本发明第三实施例的广角成像镜片组的示意图，图3B由左至右依序为第三实施例的广角成像镜片组的球差、像散及歪曲曲线图。由图3A可知，广角成像镜片组系包含有一光圈300和一光学组，该光学组由物侧至像侧依序包含第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330、红外线滤除滤光组件370、以及成像面380，其中该广角成像镜片组中具屈折力的透镜为三片。该光圈300设置在该第一透镜310的像侧表面312与被摄物之间。
该第一透镜310具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧表面311近光轴390处为凸面，其像侧表面312近光轴390处为凸面，且该物侧表面311及像侧表面312皆为非球面。
该第二透镜320具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧表面321近光轴390处为凹面，其像侧表面322近光轴390处为凸面，且该物侧表面321及像侧表面322皆为非球面。
该第三透镜330具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧表面331近光轴390处为凸面，其像侧表面332近光轴390处为凹面，且该物侧表面331及像侧表面332皆为非球面，且该物侧表面331及该像侧表面332至少一表面具有至少一反曲点。
该红外线滤除滤光组件370为玻璃材质，其设置于该第三透镜330及成像面380间且不影响该广角成像镜片组的焦距。
一保护玻璃(Cover Glass)340，其设于该红外线滤除滤光片370与该成像面390之间，令该保护玻璃340的材质为玻璃且不影响该广角成像镜片组的焦距，该保护玻璃340系用以保护感测组件(图上未示)。
再配合参照下列表5、以及表6。
第三实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表参数的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。
配合表5、以及表6可推算出下列数据：
<第四实施例>
请参照图4A及图4B，其中图4A绘示依照本发明第四实施例的广角成像镜片组的示意图，图4B由左至右依序为第四实施例的广角成像镜片组的球差、像散及歪曲曲线图。由图4A可知，广角成像镜片组系包含有一光圈400和一光学组，该光学组由物侧至像侧依序包含第一透镜410、第二透镜420、第三透镜430、红外线滤除滤光组件470、以及成像面480，其中该广角成像镜片组中具屈折力的透镜为三片。该光圈400设置在该第一透镜410的像侧表面412与被摄物之间。
该第一透镜410具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧表面411近光轴490处为凸面，其像侧表面412近光轴490处为凸面，且该物侧表面411及像侧表面412皆为非球面。
该第二透镜420具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧表面421近光轴490处为凹面，其像侧表面422近光轴490处为凸面，且该物侧表面421及像侧表面422皆为非球面。
该第三透镜430具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧表面431近光轴490处为凸面，其像侧表面432近光轴490处为凹面，且该物侧表面431及像侧表面432皆为非球面，且该物侧表面431及该像侧表面432至少一表面具有至少一反曲点。
该红外线滤除滤光组件470为玻璃材质，其设置于该第三透镜430及成像面480间且不影响该广角成像镜片组的焦距。
一保护玻璃(Cover Glass)440，其设于该红外线滤除滤光片470与该成像面490之间，令该保护玻璃440的材质为玻璃且不影响该广角成像镜片组的焦距，该保护玻璃440系用以保护感测组件(图上未示)。
再配合参照下列表7、以及表8。
第四实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表参数的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。
配合表7、以及表8可推算出下列数据：
本发明提供的广角成像镜片组，透镜的材质可为塑料或玻璃，当透镜材质为塑料，可以有效降低生产成本，另当透镜的材质为玻璃，则可以增加广角成像镜片组屈折力配置的自由度。此外，广角成像镜片组中透镜的物侧表面及像侧表面可为非球面，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变量，用以消减像差，进而缩减透镜使用的数目，因此可以有效降低本发明广角成像镜片组的总长度。
本发明提供的广角成像镜片组中，就以具有屈折力的透镜而言，若透镜表面系为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面于近光轴处为凸面；若透镜表面系为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面于近光轴处为凹面。
本发明提供的广角成像镜片组更可视需求应用于移动对焦的光学系统中，并兼具优良像差修正与良好成像质量的特色，可多方面应用于3D(三维)影像撷取、数字相机、行动装置、数字绘图板或车用摄影等电子影像系统中。
综上所述，上述各实施例及图式仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以的限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (15)
1.一种广角成像镜片组，其特征在于，所述广角成像镜片组由三片透镜及一光圈所组成，由物侧至像侧依序为：
该光圈；
一第一透镜，具有正屈折力，该第一透镜的物侧表面近光轴处为凸面，该第一透镜的像侧表面近光轴处为凸面，该第一透镜的物侧表面与像侧表面至少一表面为非球面；
一第二透镜，具有负屈折力，该第二透镜的物侧表面近光轴处为凹面，该第二透镜的像侧表面近光轴处为凸面，该第二透镜的物侧表面与像侧表面至少一表面为非球面；
一第三透镜，具有正屈折力，该第三透镜的物侧表面近光轴处为凸面，该第三透镜的像侧表面近光轴处为凹面，该第三透镜的物侧表面与像侧表面至少一表面为非球面，该第三透镜的物侧表面及像侧表面至少一表面具有至少一反曲点；
其中，该第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：0.6371≦f12/f3≦0.8134。
2.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，并满足下列条件：-0.7<f1/f2<-0.35。
3.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：-0.85<f2/f3<-0.35。
4.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜的焦距为f1，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：0.1<f1/f3<0.45。
5.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜与第三透镜的合成焦距为f23，并满足下列条件：-0.45<f1/f23<-0.05。
6.如权利要求1所述的广角成像镜片组，该第二透镜与第三透镜的合成焦距为f23，该广角成像镜片组的整体焦距为f，并满足下列条件：-8<f23/f<-1.7。
7.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该广角成像镜片组的整体焦距为f，该第一透镜的物侧表面至成像面于光轴上的距离为TL，并满足下列条件：0.5<f/TL<0.8。
8.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该广角成像镜片组的最大视场角为FOV，并满足下列条件：75度<FOV<95度。
9.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜于光轴上的厚度为CT1，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，并满足下列条件：1.5<CT1/CT2<2.5。
10.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，并满足下列条件：0.5<T12/CT2<0.95。
11.如权利要求项1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，该第三透镜于光轴上的厚度为CT3，并满足下列条件：0.05<T23/CT3<0.7。
12.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第三透镜于光轴上的厚度为CT3，该第二透镜于光轴上的厚度为CT2，并满足下列条件：0.9<CT3/CT2<1.9。
13.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜的像侧表面曲率半径为R2，该第二透镜的物侧表面曲率半径为R3，并满足下列条件：2.4<R2/R3<3.7。
14.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第二透镜的像侧表面曲率半径为R4，该第三透镜的物侧表面曲率半径为R5，并满足下列条件：-1.55<R4/R5<-0.5。
15.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜的色散系数为V1，该第二透镜的色散系数为V2，并满足下列条件：30<V1-V2<42。
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