CN108957708A - 望远镜头 - Google Patents

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Abstract

一种望远镜头沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜。第一透镜具有正屈光力且包括凸面朝向物侧。第二透镜具有负屈光力。第三透镜具有正屈光力。第四透镜具有正屈光力。第五透镜具有负屈光力。望远镜头满足以下条件：DFOV≤40度；其中，DFOV为望远镜头对角线视场。

Description

望远镜头
技术领域
本发明有关于一种望远镜头，适用于手机、游戏机、摄影机(含车用)、投影机、穿戴式显影装置等镜头。
背景技术
已知的五片透镜组成的望远镜头通常具有较长的镜头长度，难以满足小型化的需求。又，其后焦距(Back Focal Length)较短，使得组装相机模块的难度增加。所以需要有另一种新架构的望远镜头，才能同时满足小型化及较长后焦距的特性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的望远镜头不能同时满足小型化及较长后焦距的缺陷，提供一种望远镜头，其具备小型化、较长后焦距及高分辨率的特性，但是仍具有良好的光学性能。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种望远镜头沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜。第一透镜具有正屈光力且包括凸面朝向物侧。第二透镜具有负屈光力。第三透镜具有正屈光力。第四透镜具有正屈光力。第五透镜具有负屈光力。望远镜头满足以下条件：DFOV≤40度；其中，DFOV为望远镜头对角线视场。
其中望远镜头满足以下条件：0.9＜|f/TTL|；其中，f为望远镜头的有效焦距，TTL为第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的间距。
其中第二透镜包括凸面朝向物侧及凹面朝向像侧，望远镜头满足以下条件：0.21＜|f2/f|＜1.53；其中，f2为第二透镜的有效焦距，f为望远镜头的有效焦距。
其中第三透镜包括凸面朝向物侧及凹面朝向像侧，望远镜头满足以下条件：0.65＜|f3/f|＜2.01；其中，f3为第三透镜的有效焦距，f为望远镜头的有效焦距。
其中望远镜头满足以下条件：0.10＜|f5/f|＜1.25；其中，f5为第五透镜的有效焦距，f为望远镜头的有效焦距。
其中望远镜头满足以下条件：0.4＜|BFL/TTL|＜1；其中，BFL为第五透镜的像侧面至成像面于光轴上的间距，TTL为第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的间距。
其中望远镜头满足以下条件：0.32＜|BFL/TTL|＜1；其中，BFL为第五透镜的像侧面至成像面于光轴上的间距，TTL为第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的间距。
本发明的望远镜头可更包括光圈，设置于第一透镜与第二透镜之间。
其中第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜由塑料材质制成，第四透镜包括凹面朝向物侧及凸面朝向像侧，第五透镜包括凹面朝向像侧。
其中第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜的每一透镜中，有一个面为非球面表面。
实施本发明的望远镜头，具有以下有益效果：其具备小型化、较长后焦距及高分辨率的特性，但是仍具有良好的光学性能。
附图说明
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。
图1是依据本发明的望远镜头的第一实施例的透镜配置示意图。
图2A是图1的望远镜头的纵向像差图。
图2B是图1的望远镜头的场曲图。
图2C是图1的望远镜头的畸变图。
图2D是图1的望远镜头的横向色差图。
图2E是图1的望远镜头的相对照度图。
图2F是图1的望远镜头的调变转换函数图。
图2G是图1的望远镜头的离焦调变转换函数图。
图3A是依据本发明的望远镜头的第二实施例的纵向像差图。
图3B是依据本发明的望远镜头的第二实施例的场曲图。
图3C是依据本发明的望远镜头的第二实施例的畸变图。
图3D是依据本发明的望远镜头的第二实施例的横向色差图。
图3E是依据本发明的望远镜头的第二实施例的相对照度图。
图3F是依据本发明的望远镜头的第二实施例的调变转换函数图。
图3G是依据本发明的望远镜头的第二实施例的离焦调变转换函数图。
具体实施方式
请参阅图1，图1是依据本发明的望远镜头的第一实施例的透镜配置示意图。望远镜头1沿着光轴OA1从物侧至像侧依序包括第一透镜L11、光圈ST1、第二透镜L12、第三透镜L13、第四透镜L14、第五透镜L15及滤光片OF1。成像时，来自物侧的光线最后成像于成像面IMA1上。
第一透镜L11为弯月形透镜具正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S11为凸面，像侧面S12为凹面，物侧面S11与像侧面S12皆为非球面表面。
第二透镜L12为弯月形透镜具有负屈光力由塑料材质制成，其物侧面S14为凸面，像侧面S15为凹面，物侧面S14与像侧面S15皆为非球面表面。
第三透镜L13为弯月形透镜具有正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S16为凸面，像侧面S17为凹面，物侧面S16与像侧面S17皆为非球面表面。
第四透镜L14为弯月形透镜具有正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S18为凹面，像侧面S19为凸面，物侧面S18与像侧面S19皆为非球面表面。
第五透镜L15为双凹透镜具有负屈光力由塑料材质制成，其物侧面S110为凹面，像侧面S111为凹面，物侧面S110与像侧面S111皆为非球面表面
滤光片OF1其物侧面S112与像侧面S113皆为平面。
另外，第一实施例中的望远镜头1至少满足底下其中一条件：
0.9＜|f1/TTL1|＜1.3 (1)
0.21＜|f12/f1|＜1.53 (2)
0.65＜|f13/f1|＜2.01 (3)
0.10＜|f15/f1|＜1.25 (4)
0.4＜|BFL1/TTL1|＜1 (5)
15度≤DFOV1≤40度 (6)
0.32＜|BFL1/TTL1|＜1 (7)
其中，f1为望远镜头1的有效焦距，TTL1为第一透镜L11的物侧面S11至成像面IMA1于光轴OA1上的间距，f12为第二透镜L12的有效焦距，f13为第三透镜L13的有效焦距，f15为第五透镜L15的有效焦距，BFL1为第五透镜L15的像侧面S111至成像面IMA1于光轴OA1上的间距，DFOV1为望远镜头1对角线视场。
利用上述透镜、光圈及至少满足条件(1)至条件(7)其中一条件的设计，使得望远镜头1能有效的缩短镜头总长度、有效的增长后焦距、提升分辨率、有效的修正像差。
表一为图1中望远镜头1的各透镜的相关参数表，表一数据显示，第一实施例的望远镜头1的有效焦距等于9.989mm、光圈值等于2.8、镜头总长度等于9.000mm、对角线视场等于28.85度。
表一
表一中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：
z＝ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16
其中：
c：曲率；
h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；
k：圆锥系数；
A～G：非球面系数。
表二为表一中各个透镜的非球面表面之相关参数表，其中k为圆锥系数(ConicConstant)、A～G为非球面系数。
表二
第一实施例的望远镜头1，其有效焦距f1＝9.989mm，第一透镜L11的物侧面S11至成像面IMA1于光轴OA1上的间距TTL1＝9.000mm，第二透镜L12的有效焦距f12＝-8.998mm，第三透镜L13的有效焦距f13＝13.096mm，第五透镜L15的有效焦距f15＝-6.043mm，第五透镜L15的像侧面S111至成像面IMA1于光轴OA1上的间距BFL1＝3.682mm，对角线视场DFOV1＝28.85度。由上述数据可得到|f1/TTL1|＝1.110、|f12/f1|＝0.901、|f13/f1|＝1.311、|f15/f1|＝0.605、|BFL1/TTL1|＝0.409、DFOV1＝28.85度，皆能满足上述条件(1)至条件(7)的要求。
另外，第一实施例的望远镜头1的光学性能也可达到要求，这可从图2A至图2G看出。图2A所示的，是第一实施例的望远镜头1的纵向像差(Longitudinal Aberration)图。图2B所示的，是第一实施例的望远镜头1的场曲(Field Curvature)图。图2C所示的，是第一实施例的望远镜头1的畸变(Distortion)图。图2D所示的，是第一实施例的望远镜头1的横向色差(Lateral Color)图。图2E所示的，是第一实施例的望远镜头1的相对照度(RelativeIllumination)图。图2F所示的，是第一实施例的望远镜头1的调变转换函数(ModulationTransfer Function)图。图2G所示的，是第一实施例的望远镜头1的离焦调变转换函数(Through Focus Modulation Transfer Function)图。
由图2A可看出，第一实施例的望远镜头1对波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm的光线所产生的纵向像差值介于-0.03㎜至0.02㎜之间。
由图2B可看出，第一实施例的望远镜头1对波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm的光线，于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向之场曲介于-0.02㎜至0.08㎜之间。
由图2C可看出，第一实施例的望远镜头1对波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm的光线所产生的畸变介于0％至2.0％之间。
由图2D可看出，第一实施例的望远镜头1对波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm的光线，于最大视场高度等于2.6190mm，所产生的横向色差值介于-1.2μm至1.1μm之间。
由图2E可看出，第一实施例的望远镜头1对波长为0.555000μm的光线，于Y视场介于0mm至2.619mm之间其相对照度介于0.74至1.0之间。
由图2F可看出，第一实施例的望远镜头1，对波长范围介于0.4700μm至0.6500μm的光线，分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向，视场高度分别为0.0000mm、0.5238mm、1.0476mm、1.5714mm、2.0952mm、2.3571mm、2.6190mm，空间频率介于0lp/mm至125lp/mm，其调变转换函数值介于0.57至1.0之间。
由图2G可看出，第一实施例的望远镜头1，对波长范围介于0.4700μm至0.6500μm的光线，分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向，视场高度分别为0.0000mm、0.5238mm、1.0476mm、1.5714mm、2.0952mm、2.3571mm、2.6190mm，空间频率等于125lp/mm时，当焦点偏移介于-0.024mm至0.025mm之间其调变转换函数值皆大于0.2。
显见第一实施例的望远镜头1的纵向像差、场曲、畸变、横向色差都能被有效修正，相对照度、镜头分辨率、焦深也都能满足要求，从而得到较佳的光学性能。。
第二实施例的透镜配置示意图与第一实施例的透镜配置示意图近似，所以省略第二实施例的透镜配置示意图。
第二实施例的望远镜头沿着光轴OA2从物侧至像侧依序包括第一透镜L21、光圈ST2、第二透镜L22、第三透镜L23、第四透镜L24、第五透镜L25及滤光片OF2。成像时，来自物侧的光线最后成像于成像面IMA2上。
第一透镜L21为弯月形透镜具正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S21为凸面，像侧面S22为凹面，物侧面S21与像侧面S22皆为非球面表面。
第二透镜L22为弯月形透镜具有负屈光力由塑料材质制成，其物侧面S24为凸面，像侧面S25为凹面，物侧面S24与像侧面S25皆为非球面表面。
第三透镜L23为弯月形透镜具有正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S26为凸面，像侧面S27为凹面，物侧面S26与像侧面S27皆为非球面表面。
第四透镜L24为弯月形透镜具有正屈光力由塑料材质制成，其物侧面S28为凹面，像侧面S29为凸面，物侧面S28与像侧面S29皆为非球面表面。
第五透镜L25为双凹透镜具有负屈光力由塑料材质制成，其物侧面S210为凹面，像侧面S211为凹面，物侧面S210与像侧面S211皆为非球面表面
滤光片OF2其物侧面S212与像侧面S213皆为平面。
另外，第二实施例中的望远镜头2至少满足底下其中一条件：
0.9＜|f2/TTL2|＜1.3 (8)
0.21＜|f22/f2|＜1.53 (9)
0.65＜|f23/f2|＜2.01 (10)
0.10＜|f25/f2|＜1.25 (11)
0.4＜|BFL2/TTL2|＜1 (12)
15度≤DFOV2≤40度 (13)
0.32＜|BFL2/TTL2|＜1 (14)
其中，f2为望远镜头的有效焦距，TTL2为第一透镜L21的物侧面S21至成像面IMA2于光轴OA2上的间距，f22为第二透镜L22的有效焦距，f23为第三透镜L23的有效焦距，f25为第五透镜L25的有效焦距，BFL2为第五透镜L25的像侧面S211至成像面IMA2于光轴OA2上的间距，DFOV2为望远镜头对角线视场。
利用上述透镜、光圈及至少满足条件(8)至条件(14)其中一条件的设计，使得第二实施例的望远镜头能有效的缩短镜头总长度、有效的增长后焦距、提升分辨率、有效的修正像差。
表三为第二实施例的望远镜头2的各透镜的相关参数表，表三数据显示，第二实施例的望远镜头的有效焦距等于9.994mm、光圈值等于2.8、镜头总长度等于8.991mm、对角线视场等于28.84度。
表三
表三中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：
z＝ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16
其中：
c：曲率；
h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；
k：圆锥系数；
A～G：非球面系数。
表四为表三中各个透镜的非球面表面之相关参数表，其中k为圆锥系数(ConicConstant)、A～G为非球面系数。
表四
第二实施例的望远镜头2其有效焦距f2＝9.994mm，第一透镜L21的物侧面S21至成像面IMA2于光轴OA2上的间距TTL2＝8.991mm，第二透镜L22的有效焦距f22＝-8.982mm，第三透镜L23的有效焦距f23＝13.112mm，第五透镜L25的有效焦距f25＝-5.962mm，第五透镜L25的像侧面S211至成像面IMA2于光轴OA2上的间距BFL2＝3.665mm，对角线视场DFOV2＝28.84度。由上述数据可得到|f2/TTL2|＝1.112、|f22/f2|＝0.899、|f23/f2|＝1.312、|f25/f2|＝0.597、|BFL2/TTL2|＝0.408、DFOV2＝28.84度，皆能满足上述条件(8)至条件(14)的要求。
另外，第二实施例的望远镜头2的光学性能也可达到要求，这可从图3A至图3G看出。图3A所示的，是第二实施例的望远镜头2的纵向像差(Longitudinal Aberration)图。图3B所示的，是第二实施例的望远镜头2的场曲(Field Curvature)图。图3C所示的，是第二实施例的望远镜头2的畸变(Distortion)图。图3D所示的，是第二实施例的望远镜头2的横向色差(Lateral Color)图。图3E所示的，是第二实施例的望远镜头2的相对照度(RelativeIllumination)图。图3F所示的，是第二实施例的望远镜头2的调变转换函数(ModulationTransfer Function)图。图3G所示的，是第二实施例的望远镜头2的离焦调变转换函数(Through Focus Modulation Transfer Function)图。
由图3A可看出，第二实施例的望远镜头2对波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm的光线所产生的纵向像差值介于-0.035㎜至0.045㎜之间。
由图3B可看出，第二实施例的望远镜头2对波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm的光线，于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向之场曲介于-0.04㎜至0.05㎜之间。
由图3C可看出，第二实施例的望远镜头2对波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm的光线所产生的畸变介于0％至1.8％之间。
由图3D可看出，第二实施例的望远镜头2对波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm的光线，于最大视场高度等于2.6190mm，所产生的横向色差值介于-1.5μm至1.6μm之间。
由图3E可看出，第二实施例的望远镜头2对波长为0.555000μm的光线，于Y视场介于0mm至2.619mm之间其相对照度介于0.73至1.0之间。
由图3F可看出，第二实施例的望远镜头2，对波长范围介于0.4700μm至0.6500μm的光线，分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向，视场高度分别为0.0000mm、0.5238mm、1.0476mm、1.5714mm、2.0952mm、2.3571mm、2.6190mm，空间频率介于0lp/mm至125lp/mm，其调变转换函数值介于0.56至1.0之间。
由图3G可看出，第二实施例的望远镜头2，对波长范围介于0.4700μm至0.6500μm的光线，分别于子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向，视场高度分别为0.0000mm、0.5238mm、1.0476mm、1.5714mm、2.0952mm、2.3571mm、2.6190mm，空间频率等于125lp/mm时，当焦点偏移介于-0.026mm至0.024mm之间其调变转换函数值皆大于0.2。
显见第二实施例的望远镜头2的纵向像差、场曲、畸变、横向色差都能被有效修正，相对照度、镜头分辨率、焦深也都能满足要求，从而得到较佳的光学性能。
本发明符合的条件以DFOV≤40度或0.9＜|f/TTL|为中心，本发明实施例的数值也落入其余条件的范围内。本发明主要为望远镜头，DFOV≤40度，在手机应用上现在的双镜头模块会搭配一颗广角镜头，另一颗为望远镜头，拍摄影像时则靠软件控制达成大小倍率切换的功能，其最佳效果范围为15度≤DFOV≤40度。条件0.9＜|f/TTL|代表设计的长度较短但还是能维持一样的焦距及FOV视场角，其最佳效果范围为0.9＜|f/TTL|＜1.3。条件0.32＜|BFL/TTL|＜1数值愈高，表示镜头的后焦愈长，最后一枚镜片到传感器面的空间更多，对模块封装良率有提升作用。条件0.21＜|f2/f|＜1.53、0.65＜|f3/f|＜2.01、0.10＜|f5/f|＜1.25分别决定第二透镜、第三透镜及第五透镜对整体性能的重要度及影响程度。

Claims (11)

1.一种望远镜头，其特征在于,沿着光轴从物侧至像侧依序包括：
第一透镜具有正屈光力，该第一透镜包括凸面朝向该物侧；
第二透镜具有负屈光力；
第三透镜具有正屈光力；
第四透镜具有正屈光力；以及
第五透镜具有负屈光力；
该望远镜头满足以下条件：
DFOV≤40度；
其中，DFOV为该望远镜头对角线视场。
2.如权利要求1所述的望远镜头，其特征在于，该望远镜头满足以下条件：
0.9＜|f/TTL|；
其中，f为该望远镜头的有效焦距，TTL为该第一透镜的物侧面至成像面于该光轴上的间距。
3.如权利要求1或2所述的望远镜头，其特征在于，该第二透镜包括凸面朝向该物侧以及凹面朝向该像侧，该望远镜头满足以下条件：
0.21＜|f2/f|＜1.53；
其中，f2为该第二透镜的有效焦距，f为该望远镜头的有效焦距。
4.如权利要求1或2所述的望远镜头，其特征在于，该第三透镜包括凸面朝向该物侧以及凹面朝向该像侧，该望远镜头满足以下条件：
0.65＜|f3/f|＜2.01；
其中，f3为该第三透镜的有效焦距，f为该望远镜头的有效焦距。
5.如权利要求1或2所述的望远镜头，其特征在于，该望远镜头满足以下条件：
0.10＜|f5/f|＜1.25；
其中，f5为该第五透镜的有效焦距，f为该望远镜头的有效焦距。
6.如权利要求1或2所述的望远镜头，其特征在于，该望远镜头满足以下条件：
0.32＜|BFL/TTL|＜1；
其中，BFL为该第五透镜的像侧面至成像面于该光轴上的间距，TTL为该第一透镜的物侧面至该成像面于该光轴上的间距。
7.如权利要求6所述的望远镜头，其特征在于，该望远镜头满足以下条件：
0.4＜|BFL/TTL|＜1；
其中，BFL为该第五透镜的像侧面至成像面于该光轴上的间距，TTL为该第一透镜的物侧面至该成像面于该光轴上的间距。
8.如权利要求1或2所述的望远镜头，其特征在于，更包括光圈，设置于该第一透镜与该第二透镜之间。
9.如权利要求1或2所述的望远镜头，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的每一透镜中，有一个面为非球面表面且由塑料材质制成，该第四透镜包括凹面朝向该物侧以及凸面朝向该像侧，该第五透镜包括凹面朝向该像侧。
10.如权利要求1或2所述的望远镜头，
其中该望远镜头满足以下条件：
15度≤DFOV≤40度；0.9＜|f/TTL|＜1.3；
其中，DFOV为该望远镜头的对角线视场，f为该望远镜头的有效焦距，TTL为该第一透镜的物侧面至成像面于该光轴上的间距。
11.一种望远镜头，其特征在于,沿着光轴从物侧至像侧依序包括：
第一透镜具有正屈光力，该第一透镜包括凸面朝向该物侧；
第二透镜具有负屈光力；
第三透镜具有正屈光力；
第四透镜具有正屈光力；以及
第五透镜具有负屈光力；
该望远镜头满足以下条件：
0.9＜|f/TTL|
其中，f为该望远镜头的有效焦距，TTL为该第一透镜的物侧面至成像面于该光轴上的间距。
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