CN108802962B - 广角成像镜片组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种广角成像镜片组，其从物侧至像侧沿光轴依序包括第一透镜、光圈、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜。第一透镜至第五透镜各自包括朝向物侧的物侧面及朝向像侧的像侧面。广角成像镜片组满足1.25≦f/f2≦2.1以及(R5+R6)/(R5‑R6)>0.25，其中f为广角成像镜片组的有效焦距，f2为第二透镜的焦距，R5为第三透镜的物侧面的曲率半径，且R6为第三透镜的像侧面的曲率半径。

Description

广角成像镜片组
技术领域
本发明是有关于一种光学镜片组，且特别是有关于一种广角成像镜片组。
背景技术
近年来，可携式电子产品的普及使得影像模块相关技术蓬勃发展。影像模块主要包括光学镜片组与光感测器等元件。随着可携式电子产品的薄型化趋势，光学镜片组与光感测器等元件的小型化需求也愈来愈高。然而，为了避免取像效果与品质下降，在缩减系统体积以及长度时仍然要兼顾良好的光学性能。目前具有广角功能的光学镜片组具有体积大以及长度长等缺点。因此，如何能在缩短系统体积以及长度的同时，使具有广角功能的光学镜片组仍能保有良好的光学性能，便成为此领域研发人员亟欲解决的问题之一。
发明内容
本发明提供一种广角成像镜片组，其在缩短系统体积以及长度的同时，仍能保有良好的光学性能。
本发明的一种广角成像镜片组，其从物侧至像侧沿光轴依序包括第一透镜、光圈、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜。第一透镜至第五透镜各自包括朝向物侧且使成像光线通过的物侧面及朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。广角成像镜片组满足1.25≦f/f2≦2.1以及(R5+R6)/(R5-R6)>0.25，其中f为广角成像镜片组的有效焦距，f2为第二透镜的焦距，R5为第三透镜的物侧面的曲率半径，且R6为第三透镜的像侧面的曲率半径。
在本发明的一实施例中，第一透镜至第五透镜的屈光力(refractive power)依序为负、正、负、正、负。
在本发明的一实施例中，第一透镜的像侧面为凹面，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凸面，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凹面，且第五透镜的物侧面以及像侧面皆具有反曲点(inflection point)。
在本发明的一实施例中，广角成像镜片组还满足：0.6≦│f/f1│≦1.0，其中f1为第一透镜的焦距。
在本发明的一实施例中，广角成像镜片组还满足：1.2≦tan(HFOV)≦2.15，其中HFOV为广角成像镜片组的半视角。
在本发明的一实施例中，广角成像镜片组还满足：1.6≦TTL/ImgH≦2.5，其中TTL为第一透镜至一成像面在光轴上的距离，且ImgH为成像高度。
在本发明的一实施例中，广角成像镜片组还满足：0.6≦f3/f4≦2.0，其中f3为第三透镜的焦距，且f4为第四透镜的焦距。
在本发明的一实施例中，广角成像镜片组还满足：│V1-V2│<10，其中V1为第一透镜的色散系数，且V2为第二透镜的色散系数。
基于上述，本发明的实施例的广角成像镜片组的有益效果在于：藉由上述透镜的物侧面或像侧面的凹凸形状设计与排列，使广角成像镜片组在缩短系统体积以及长度的同时，仍能保有良好的光学性能，并提供良好的成像品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的第一实施例的一种广角成像镜片组的示意图。
图2A至图2C分别是第一实施例的广角成像镜片组的纵向球差(longitudinalspherical aberration)图、像散像差(astigmatism aberration)图及畸变像差(distortion aberration)图。
图3是依照本发明的第二实施例的一种广角成像镜片组的示意图。
图4A至图4C分别是第二实施例的广角成像镜片组的纵向球差图、像散像差图及畸变像差图。
图5是依照本发明的第三实施例的一种广角成像镜片组的示意图。
图6A至图6C分别是第三实施例的广角成像镜片组的纵向球差图、像散像差图及畸变像差图。
图7是依照本发明的第四实施例的一种广角成像镜片组的示意图。
图8A至图8C分别是第四实施例的广角成像镜片组的纵向球差图、像散像差图及畸变像差图。
其中，附图标记：
1：第一透镜
2：第二透镜
3：第三透镜
4：第四透镜
5：第五透镜
9：滤光片
10：广角成像镜片组
11、21、31、41、51、91：物侧面
12、22、32、42、52、92：像侧面
100：成像面
A：光圈
I：光轴
具体实施方式
在本说明书中，“透镜具有正屈光力(或负屈光力)”是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的光轴上的屈光力为正(或为负)。在广角成像镜片组中，每一透镜以光轴为对称轴径向地相互对称。每一透镜具有物侧面及相对于物侧面的像侧面。物侧面及像侧面定义为成像光线通过的范围，其中成像光线包括了主光线(chief ray)及边缘光线(marginalray)。物侧面(或像侧面)具有光轴附近区域以及连接且环绕光轴附近区域的边缘区域。光轴附近区域为成像光线通过光轴上的区域。边缘区域为被边缘光线通过的区域。
“透镜的一表面(物侧面或像侧面)为凸面或凹面”是以所述表面在光轴附近区域的R值(指近轴的曲率半径)的正负来判断。以物侧面来说，当R值为正时，判定物侧面为凸面，亦即物侧面在光轴附近区域具有凸面部(convexportion)；当R值为负时，判定物侧面为凹面，亦即物侧面在光轴附近区域具有凹面部(concave portion)。以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面，亦即像侧面在光轴附近区域具有凹面部；当R值为负时，判定像侧面为凸面，亦即像侧面在光轴附近区域具有凸面部。
透镜的一表面(物侧面或像侧面)可具有一个以上的凸面部、一个以上的凹面部或上述两者的组合。当所述表面具有凸面部以及凹面部时，所述表面具有反曲点。反曲点即凸面部与凹面部之间的转换点。也就是说，所述表面在反曲点由凸转凹，或由凹转凸。另一方面，当所述表面仅具有凸面部或仅具有凹面部时，所述表面不具有反曲点。
图1是依照本发明的第一实施例的一种广角成像镜片组的示意图。请参照图1，本发明的第一实施例的广角成像镜片组10从物侧至像侧沿光轴I依序包括第一透镜1、光圈A、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5以及滤光片9。物侧是朝向待拍摄物的一侧，而像侧是朝向成像面(image plane)100的一侧。由待拍摄物所发出的光线进入广角成像镜片组10之后，会依序通过第一透镜1、光圈A、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5以及滤光片9，然后在成像面100形成影像。滤光片9例如为红外线截止片(IRcut filter)，用于防止光线中的部分波段的红外线透射至成像面100而影响成像品质，但不以此为限。
第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5各自包括朝向物侧且使成像光线通过的物侧面11、21、31、41、51及朝向像侧且使成像光线通过的像侧面12、22、32、42、52。
为了满足轻量化的需求，第一透镜1至第五透镜5可皆由塑胶材质所制成，但不以此为限。
第一透镜1具有负屈光力。第一透镜1的物侧面11为凸面，且第一透镜1的像侧面12为凹面。第二透镜2具有正屈光力。第二透镜2的物侧面21为凸面，且第二透镜2的像侧面22为凸面。第三透镜3具有负屈光力。第三透镜3的物侧面31为凹面，且第三透镜3的像侧面32为凹面。第四透镜4具有正屈光力。第四透镜4的物侧面41为凹面，且第四透镜4的像侧面42为凸面。第五透镜5具有负屈光力。第五透镜5的物侧面51为凸面，且第五透镜5的像侧面52为凹面。此外，第五透镜5的物侧面51以及像侧面52皆具有反曲点。
第一透镜1适于提供收光功能，其负屈光力能够将大角度的成像光线收进光圈A。第二透镜2适于将通过光圈A的成像光线聚焦成像，且第二透镜2搭配第三透镜3以及第四透镜4适于修正色差。第五透镜5的反曲点设计适于缩短系统的长度以及修正成像光线入射成像面100的角度。
在第一实施例中，只有上述透镜具有屈光力，也就是说，在广角成像镜片组10中，具有屈光力的透镜只有五片。
第一实施例的其他详细光学数据如表一所示。在表一中，第一透镜1的物侧面11所对应的距离(mm)为0.288代表第一透镜1的物侧面11到像侧面12在光轴I上的距离(即为第一透镜1在光轴I上的厚度)为0.288mm。同理，第一透镜1的像侧面12所对应的距离(mm)为0.425代表第一透镜1的像侧面12到光圈A在光轴I上的距离为0.425mm。同理，光圈A所对应的距离(mm)为0.001代表光圈A到第二透镜2的物侧面21在光轴I上的距离为0.001mm。当光圈A所对应的距离(mm)为负值时，代表第二透镜2的物侧面21比光圈A更靠近物侧。距离(mm)的其它栏位可依此类推，下文便不再重述。
Figure BDA0001286433570000051
表一
在本实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4以及第五透镜5的物侧面11、21、31、41、51及像侧面12、22、32、42、52共计十个面均是非球面，而这些非球面是依公式(1)定义：
Figure BDA0001286433570000061
在公式(1)中，Y为非球面曲线上的点与光轴I的距离。Z为非球面的深度。R为透镜表面近光轴I处的曲率半径。K为锥面系数(conic constant)。Ai为第i阶非球面系数。
第一透镜1的物侧面11到第五透镜5的像侧面52在公式(1)中的各项非球面系数如表二所示。其中，表二中栏位编号11表示其为第一透镜1的物侧面11的非球面系数，其它栏位可依此类推。由于该十个面的第2阶非球面系数A2与A16皆为0，故省略示出。
Figure BDA0001286433570000062
Figure BDA0001286433570000071
表二
有鉴于光学系统设计的不可预测性，在本发明的架构之下，符合下述条件式的其中至少一者能较佳地使系统的长度缩短、成像品质提升，或制造良率提升而改善先前技术的缺点。
藉由满足1.25≦f/f2≦2.1可有效改善色差，其中f为广角成像镜片组10的有效焦距(Effective Focal Length,EFL)，且f2为第二透镜2的焦距。当f/f2超出上述条件式的上、下限时，会导致第二透镜2和第四透镜4的屈折力差异变大，使得像差集中在其中一个镜片，因此光学系统的公差会变敏感。此外，当靠近下限时，第四透镜4的屈折力会变大，造成离轴色差变差。
藉由满足(R5+R6)/(R5-R6)>0.25，可控制第三透镜3的形状，使第三透镜3朝向像侧弯曲。R5为第三透镜3的物侧面31的曲率半径。R6为第三透镜3的像侧面32的曲率半径。
藉由满足0.6≦│f/f1│≦1.0可在控制系统长度的同时控制收光角度，其中f1为第一透镜1的焦距。当│f/f1│超出上限时，第一透镜1的负屈折力大，大角度的成像光线被转成较小的角度进入光圈A，但系统的长度(TTL)会变长。当│f/f1│超出下限时，系统的长度(TTL)可以变短，但第二透镜2的收光角度太大会使得光学系统变敏感。
此外，广角成像镜片组10满足1.2≦tan(HFOV)≦2.15，其中HFOV为广角成像镜片组10的半视角(Half Field Of View,HFOV)。具体地，广角成像镜片组10的视角(即HFOV的两倍)落在100度至130度的范围内。相较于现有的广角成像镜片组(视角约落在70度至80度的范围内)，本实施例的广角成像镜片组10可具有较大的收光角度。
藉由满足1.6≦TTL/ImgH≦2.5，可兼顾制造良率以及系统的长度及体积。TTL为第一透镜1至成像面100在光轴I上的距离(即系统的长度)。ImgH为成像高度。当TTL/ImgH超出上限时，系统的长度(TTL)过长，导致系统的体积过大。当TTL/ImgH超出下限时，系统的长度(TTL)过短，使得光学系统的公差变敏感，而导致制造良率低。
藉由满足0.6≦f3/f4≦2.0以及│V1-V2│<10的其中至少一者，可有效修正色差，其中f3为第三透镜3的焦距，f4为第四透镜4的焦距，V1为第一透镜的色散系数，且V2为第二透镜的色散系数。色散系数亦称作阿贝系数(Abbe number)。
第一实施例的广角成像镜片组10中各重要参数间的关系如表三所示。
f 1.30
HFOV 60.0
Fno 2.46
f/f2 1.26
│f/f1│ 0.62
(R5+R6)/(R5-R6) 0.50
TTL/ImgH 1.98
f3/f4 1.65
表三
图2A至图2C分别是第一实施例的广角成像镜片组的纵向球差图、像散像差图及畸变像差图。在图2A中，每一种波长所成的曲线皆很靠近并向中间靠近，说明不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近。由每一波长的曲线的偏斜幅度可看出，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.02mm范围内，故本实施例确实明显改善纵向球差。此外，五种代表波长彼此间的距离相当接近，代表不同波长光线的成像位置已相当集中，因而使色差也获得明显改善。图2B说明第一实施例在成像面100上有关弧矢(sagittal)方向的像散像差及子午(tangential)方向的像散像差。在图2B中，波长为555nm的光线在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.03mm内，说明第一实施例的广角成像镜片组10能有效消除像差。图2C的图式说明第一实施例在成像面100上的畸变像差。在图2C中，波长为555nm的光线的畸变像差维持在±25％的范围内，说明第一实施例的畸变像差已符合光学系统的成像品质要求。
由上述，第一实施例相较于现有光学镜头，在缩短系统体积以及长度的同时，仍能保有良好的光学性能，并提供良好的成像品质。
图3是依照本发明的第二实施例的一种广角成像镜片组的示意图。请参照图3，本发明的广角成像镜片组10的一第二实施例，其与第一实施例大致相似。主要差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜(第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4以及第五透镜5)间的参数或多或少有些不同。此外，第四透镜4的物侧面41为凸面。
第二实施例的广角成像镜片组10详细的光学数据如表四所示。第二实施例的第一透镜1的物侧面11到第五透镜5的像侧面52在公式(1)中的各项非球面系数如表五所示。第二实施例的广角成像镜片组10中各重要参数间的关系如表六所示。
Figure BDA0001286433570000091
表四
Figure BDA0001286433570000092
Figure BDA0001286433570000101
表五
f 1.31
HFOV 60.0
Fno 2.42
f/f2 1.25
│f/f1│ 0.72
(R5+R6)/(R5-R6) 0.69
TTL/ImgH 2.50
f3/f4 1.42
表六
图4A至图4C分别是第二实施例的广角成像镜片组的纵向球差图、像散像差图及畸变像差图。在图4A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.02mm范围内。在图4B中，波长为555nm的光线在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.03mm内。在图4C中，畸变像差维持在±26％的范围内。据此说明第二实施例相较于现有光学镜头，在缩短系统体积以及长度的同时，仍能保有良好的光学性能，并提供良好的成像品质。
图5是依照本发明的第三实施例的一种广角成像镜片组的示意图。请参照图5，本发明的广角成像镜片组10的一第三实施例，其与第一实施例大致相似。主要差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜(第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4以及第五透镜5)间的参数或多或少有些不同。
第三实施例的广角成像镜片组10详细的光学数据如表七所示。第三实施例的第一透镜1的物侧面11到第五透镜5的像侧面52在公式(1)中的各项非球面系数如表八所示。第三实施例的广角成像镜片组10中各重要参数间的关系如表九所示。
Figure BDA0001286433570000111
Figure BDA0001286433570000121
表七
Figure BDA0001286433570000122
表八
Figure BDA0001286433570000123
Figure BDA0001286433570000131
表九
图6A至图6C分别是第三实施例的广角成像镜片组的纵向球差图、像散像差图及畸变像差图。在图6A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.03mm范围内。在图6B中，波长为555nm的光线在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.04mm内。在图6C中，畸变像差维持在±25％的范围内。据此说明第三实施例相较于现有光学镜头，在缩短系统体积以及长度的同时，仍能保有良好的光学性能，并提供良好的成像品质。
图7是依照本发明的第四实施例的一种广角成像镜片组的示意图。请参照图7，本发明的广角成像镜片组10的一第四实施例，其与第一实施例大致相似。主要差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜(第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4以及第五透镜5)间的参数或多或少有些不同。
第四实施例的广角成像镜片组10详细的光学数据如表十所示。第四实施例的第一透镜1的物侧面11到第五透镜5的像侧面52在公式(1)中的各项非球面系数如表十一所示。第四实施例的广角成像镜片组10中各重要参数间的关系如表十二所示。
Figure BDA0001286433570000132
Figure BDA0001286433570000141
表十
Figure BDA0001286433570000142
Figure BDA0001286433570000151
表十一
f 1.31
HFOV 60.0
Fno 2.48
f/f2 1.70
│f/f1│ 0.86
(R5+R6)/(R5-R6) 0.63
TTL/ImgH 2.08
f3/f4 1.00
表十二
图8A至图8C分别是第四实施例的广角成像镜片组的纵向球差图、像散像差图及畸变像差图。在图8A中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.03mm范围内。在图8B中，波长为555nm的光线在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.03mm内。在图8C中，畸变像差维持在±26％的范围内。据此说明第四实施例相较于现有光学镜头，在缩短系统体积以及长度的同时，仍能保有良好的光学性能，并提供良好的成像品质。
综上所述，本发明的实施例的广角成像镜片组可获致下述的功效及优点：第一透镜适于提供收光功能，其负屈光力能够将大角度的成像光线收进光圈。第二透镜适于将通过光圈的成像光线聚焦成像，且第二透镜搭配第三透镜以及第四透镜适于修正色差。第五透镜的反曲点设计适于缩短系统的长度以及修正成像光线入射成像面的角度。当满足1.25≦f/f2≦2.1时，可有效改善色差。当满足(R5+R6)/(R5-R6)>0.25时，可控制第三透镜的形状，使第三透镜朝向像侧弯曲。当满足0.6≦│f/f1│≦1.0时，可在控制系统长度的同时控制收光角度。相较于现有的广角成像镜片组(视角约落在70度至80度的范围内)，本发明的实施例的广角成像镜片组可具有较大的收光角度。当满足1.6≦TTL/ImgH≦2.5时，可兼顾制造良率以及系统的长度及体积。当满足0.6≦f3/f4≦2.0以及│V1-V2│<10的其中至少一者时，可有效修正色差。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (6)

1.一种广角成像镜片组，其特征在于，从物侧至像侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一光圈、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜以及一第五透镜，其中该第一透镜至该第五透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面，该广角成像镜片组满足：
1.25≦f/f2≦2.1；以及
(R5+R6)/(R5-R6)>0.25；
其中f为该广角成像镜片组的有效焦距，f2为该第二透镜的焦距，R5为该第三透镜的该物侧面的曲率半径，且R6为该第三透镜的该像侧面的曲率半径；还满足：
1.2≦tan(HFOV)≦2.15；
其中HFOV为该广角成像镜片组的半视角；
该第一透镜至该第五透镜的屈光力依序为负、正、负、正、负。
2.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜的该像侧面为凹面，该第二透镜的该物侧面为凸面，该第二透镜的该像侧面为凸面，该第三透镜的该像侧面为凹面，该第四透镜的该像侧面为凸面，该第五透镜的该物侧面为凸面，该第五透镜的该像侧面为凹面，且该第五透镜的该物侧面以及该像侧面皆具有反曲点。
3.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，还满足：
0.6≦│f/f1│≦1.0；
其中f1为该第一透镜的焦距。
4.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，还满足：
1.6≦TTL/ImgH≦2.5；
其中TTL为该第一透镜至一成像面在该光轴上的距离，且ImgH为成像高度。
5.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，还满足：
0.6≦f3/f4≦2.0；
其中f3为该第三透镜的焦距，且f4为该第四透镜的焦距。
6.如权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，还满足：
│V1-V2│<10；
其中V1为该第一透镜的色散系数，且V2为该第二透镜的色散系数。
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