CN109683293A - 广角成像镜片组 - Google Patents

Abstract

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、第三透镜以及第四透镜。第一透镜至第四透镜的屈光度依序为负、正、正、负。第一透镜的物侧面的光轴中央区域具有凸面部，其像侧面的光轴中央区域具有凹面部。第三透镜的像侧面的光轴中央区域具有凸面部。第四透镜的物侧面的光轴中央区域具有凹面部，其像侧面的光轴中央区域以及圆周附近区域分别具有凹面部与凸面部。广角成像镜片组满足：0.25≤|f4/EFL|≤0.5，其中f4为第四透镜的焦距，EFL为广角成像镜片组的有效焦距，|f4/EFL|为f4以及EFL两者比例的绝对值。

Description

广角成像镜片组

技术领域

本发明涉及一种光学镜片组，且特别涉及一种广角成像镜片组。

背景技术

近年来，除了可携式电子产品的普及使得影像模块相关技术蓬勃发展之外，一些行车纪录器、手机或者是游戏机等也会搭配影像模块来提供摄像功能。

由于现行的电子装置逐渐微型化，故装载于影像模块上的光学镜片组也需要符合体积小或重量轻等限制。然而，为了避免成像效果与品质下降，在缩减系统体积以及长度时仍要兼顾良好的光学性能。而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

本发明的目的在于提供一种广角成像镜片组，其具有体积小、广视角以及良好的光学品质。

本发明的实施例提出一种广角成像镜片组，其从物侧至像侧沿一光轴依序包括第一透镜、光圈、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。第一透镜至第四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。第一透镜具有负屈光度。第一透镜的物侧面的光轴中央区域具有凸面部，且第一透镜的像侧面的光轴中央区域具有凹面部。第二透镜具有正屈光度。第三透镜具有正屈光度。第三透镜的像侧面的光轴中央区域具有凸面部。第四透镜具有负屈光度。第四透镜的物侧面的光轴中央区域具有凹面部。第四透镜的像侧面的光轴中央区域具有凹面部。第四透镜的像侧面的圆周附近区域具有凸面部。广角成像镜片组满足以下的条件：0.25≤|f4/EFL|≤0.5，其中f4为第四透镜的焦距，EFL为广角成像镜片组的有效焦距，|f4/EFL|第四透镜的焦距与广角成像镜片组的有效焦距比例的绝对值。

在本发明的一实施例中，上述的广角成像镜片组更满足以下的条件：0.4≤f3/f≤0.8，其中f3为第三透镜的焦距。

在本发明的一实施例中，上述的广角成像镜片组更满足以下的条件：17≤V4≤30，其中V4为第四透镜的色散系数。

在本发明的一实施例中，上述的第一透镜至第四透镜的材料为塑胶。

在本发明的一实施例中，上述的第一透镜至第四透镜中的这些物侧面与这些像侧面为非球面。

在本发明的一实施例中，上述的第一透镜的物侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部，且第一透镜的像侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，上述的第二透镜的物侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，第二透镜的物侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部，第二透镜的像侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，且第二透镜的像侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，上述的第四透镜的物侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部与一位于圆周附近区域的凹面部，且第四透镜的像侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部与一位于圆周附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，上述的广角成像镜片组更包括滤光片。滤光片位于第四透镜与广角成像镜片组的成像面之间。

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以及上述透镜的屈光度组合，可使广角成像镜片组在缩短系统体积以及长度的同时，且能够达到广视角的效果，仍能保有良好的光学性能，并提供良好的成像品质。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A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1B是图1A中的广角成像镜片组的横向光线扇形图；

图1C是图1A中的广角成像镜片组在弧矢方向以及子午方向上的场曲像差；

图1D是图1A中的广角成像镜片组在波长550纳米时在成像面上的畸变像差；

图1E为图1A中的广角成像镜片组的光学转移函数曲线图；

图2A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2B是图2A中的广角成像镜片组的横向光线扇形图；

图2C是图2A中的广角成像镜片组在弧矢方向以及子午方向上的场曲像差；

图2D是图2A中的广角成像镜片组在波长550纳米时在成像面上的畸变像差；

图2E为图2A中的广角成像镜片组的光学转移函数曲线图；

图3A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3B是图3A中的广角成像镜片组的横向光线扇形图；

图3C是图3A中的广角成像镜片组在弧矢方向以及子午方向上的场曲像差；

图3D是图3A中的广角成像镜片组在波长550纳米时在成像面上的畸变像差；

图3E为图3A中的广角成像镜片组的光学转移函数曲线图。

其中，附图标记

2：光圈

3：第一透镜

4：第二透镜

5：第三透镜

6：第四透镜

9；滤光片

31、41、51、61、91：物侧面

32、42、52、62、92：像侧面

311、313、411、421、423、511、513、521、523、623：凸面部

322、324、514、612、614、622：凹面部

10：广角成像镜片组

100：成像面

I：光轴

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

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之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圆周附近区域。光轴附近区域为成像光线通过光轴上的区域。圆周附近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(convex portion)。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1A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1B是图1A中的广角成像镜片组的横向光线扇形图(Transverse Ray Fan Plot)。图1C是图1A中的广角成像镜片组在弧矢(Sagittal)方向以及子午(Tangential)方向上的场曲(FieldCurvature)像差。图1D是图1A中的广角成像镜片组在波长550纳米时在成像面上的畸变像差(Distortion Aberration)。图1E为图1A中的广角成像镜片组的光学转移函数曲线图(Modulation transfer function,MTF)。

请参照图1A，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3、光圈2、第二透镜4、第三透镜5以及第四透镜6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3、光圈2、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6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(IR cutfilter)，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，但本发明并不以此为限。

第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6以及滤光片9各自包括朝向物侧且使成像光线通过的物侧面31、41、51、61、91及朝向像侧且使成像光线通过的像侧面32、42、52、62、92。

第一透镜3具有负屈光度。第一透镜3的物侧面31为凸面，且具有一位于光轴附近区域的凸面部311与一位于圆周附近区域的凸面部313。第一透镜3的像侧面32为凹面，且具有一位于光轴附近区域的凹面部322以及一位于圆周附近区域的凹面部324。

光圈2设置于第一透镜3与第二透镜4之间。

第二透镜4具有正屈光度。第二透镜4的物侧面41具有一位于光轴附近区域的凸面部411与一位于圆周附近区域的凸面部。第二透镜4的像侧面42为凸面，且具有一位于光轴附近区域的凸面部421与一位于圆周附近区域的凸面部423。

第三透镜5具有正屈光度。第三透镜5的物侧面51具有一位于光轴附近区域的凸面部511与一位于圆周附近区域的凹面部514。第三透镜5的像侧面52具有一位于光轴附近区域的凸面部521以及一位于圆周附近区域的凸面部523。

第四透镜6具有负屈光度。第四透镜6的物侧面61具有一位于光轴附近区域的凹面部612与一位于圆周附近区域的凹面部614。第四透镜6的像侧面62具有一位于光轴附近区域的凹面部622与一位于圆周附近区域的凸面部623。

为了进一步降低广角成像镜片组10的整体重量，第一透镜1至第四透镜6的材料例如皆是塑胶。于一实施例中，第一透镜1至第四透镜6的材料也可以是一部分为玻璃而另一部分为塑胶，可以更进一步提升整体广角成像镜片组10热稳定的效果。于又一实施例中，第一透镜3至第四透镜6的材料可以是玻璃。

第一实施例的其他详细光学数据如下方表一所示。于表一中，第一透镜3的物侧面31所对应的距离(毫米，mm)为0.300代表第一透镜3的物侧面31到下一个面(即像侧面32)在光轴I上的距离，即第一透镜3在光轴I上的厚度。同理，第一透镜3的像侧面32所对应的距离(mm)为0.231代表第一透镜3的像侧面32到第二透镜4的物侧面41在光轴I上的距离为0.700mm。距离(mm)的其它栏位可依此类推，下文便不再重述。

表一

在本实施例中，第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5以及第四透镜6的物侧面31、41、51、61及像侧面32、42、52、62共计八个面均是非球面，而这些非球面是依公式(1)定义：

在公式(1)中，Y为非球面曲线上的点与光轴I的距离。Z为非球面之深度。R为透镜表面近光轴I处的曲率半径。K为锥面系数(Conic Constant)。A_i为第i阶非球面系数。

第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62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31表示其为第一透镜3的物侧面31的非球面系数，其它栏位可依此类推。

表二

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。

表三

第一实施例的广角成像镜片组10的整体系统焦距(Focal Length)为2.56毫米，F值(F number/或称光圈值)为2.8，系统总长(TTL)代表的是第一透镜3的物侧面31沿着光轴I至成像面100的距离，且第一实施例的广角成像镜片组10的系统总长4.47毫米。视场角(FOV)为120度。

请参照图1B，其中横轴为光线通过光圈2的位置，纵轴为光线投射至像平面100的位置。请参照图1C，可看出在弧矢(以S标记)方向上以及子午(以T标记)方向上的场曲在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.04毫米内，说明本第一实施例的广角成像镜片组能够有效消除像差。请参照图1D，由图1D的畸变像差图式则显示本第一实施例的畸变像差维持在±50％的范围内，说明本第一实施例的畸变像差已符合光学系统的成像品质要求。请参照图1E，其横轴为每周期/毫米之空间频率(Spatial Frequency in Cycles PerMillimeter)，纵轴是光学转移函数的模数(modulus of the OTF)，且在图1E中是以波长介于470纳米与650纳米之间的光所做的模拟数据图。由上述的图形结果可知，其所显示的图形均在标准的范围内，并且根据表三可知，本第一实施例的广角成像镜片组10相较于现有光学镜头，在系统长度缩短至4.47毫米左右的条件下，仍然具有良好的光学成像品质。此外，本第一实施例的广角成像镜片组10的视场角可以达到120度，具有广视角的效果。

图2A为本发明的第二实施例的广角成像镜片组的示意图。图2B是图2A中的广角成像镜片组的横向光线扇形图。图2C是图2A中的广角成像镜片组在弧矢方向以及子午方向上的场曲像差。图2D是图2A中的广角成像镜片组在波长550纳米时在成像面上的畸变像差。图2E为图2A中的广角成像镜片组的光学转移函数曲线图。

请先参照图2A，本发明广角成像镜片组10的一第二实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述，各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5及6间的参数或多或少有些不同。此外，在本实施例中，第三透镜5的物侧面51为凸面，且具有一位于光轴附近区域的凸面部511以及圆周附近区域的凸面部513。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图2中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

第二实施例的其他详细光学数据如下方表四所示。第二实施例的第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数如表五所示。

表四

表五

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。

焦距(Focal Length)	2.09(毫米/mm)
		F值(F number)	2.7
系统总长(TTL)	3.84(毫米/mm)
		视场角(FOV)	120(度)

表六

第二实施例的广角成像镜片组10的整体系统焦距(Focal Length)为2.09毫米，F值(F number/或称光圈值)为2.7，系统总长(TTL)3.84毫米。视场角(FOV)为120度。

请参照图2C，可看出在弧矢(以S标记)方向上以及子午(以T标记)方向上的场曲在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.04毫米内，说明本第二实施例的广角成像镜片组能够有效消除像差。请参照图2D，由图2D的畸变像差图式则显示本第二实施例的畸变像差维持在±50％的范围内，说明本第二实施例的畸变像差已符合光学系统的成像品质要求。由图2A至图2E的图形结果可知，其所显示的图形均在标准的范围内，并且根据表六可知，本第二实施例的广角成像镜片组10相较于现有光学镜头，在系统长度缩短至3.84毫米左右的条件下，仍然具有良好的光学成像品质。此外，本第二实施例的广角成像镜片组10的视场角可以达到120度，具有广视角的效果。

图3A为本发明的第三实施例的广角成像镜片组的示意图。图3B是图3A中的广角成像镜片组的横向光线扇形图。图3C是图3A中的广角成像镜片组在弧矢方向以及子午方向上的场曲像差。图3D是图3A中的广角成像镜片组在波长550纳米时在成像面上的畸变像差。图3E为图3A中的广角成像镜片组的光学转移函数曲线图。

请先参照图3A，本发明广角成像镜片组10的一第三实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述，各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4、5及6间的参数或多或少有些不同。此外，在本第三实施例中，第三透镜5的物侧面51为凸面，且具有一位于光轴附近区域的凸面部511以及圆周附近区域的凸面部513。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图3中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

第三实施例的其他详细光学数据如下方表七所示。第三实施例的第一透镜3的物侧面31到第四透镜6的像侧面62在公式(1)中的各项非球面系数如表八所示。

表六

表七

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八所示。

焦距(Focal Length)	2.09(毫米/mm)
		F值(F number)	2.7
系统总长(TTL)	4(毫米/mm)
		视场角(FOV)	120(度)

表八

第三实施例的广角成像镜片组10的整体系统焦距(Focal Length)为2.09毫米，F值(F number/或称光圈值)为2.7，系统总长(TTL)4毫米。视场角(FOV)为120度。

请参照图3C，可看出在弧矢(以S标记)方向上以及子午(以T标记)方向上的场曲在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.04毫米内，说明本第三实施例的广角成像镜片组能够有效消除像差。请参照图3D，由图3D的畸变像差图式则显示本第三实施例的畸变像差维持在±43％的范围内，说明本第三实施例的畸变像差已符合光学系统的成像品质要求。由图3A至图3E的图形结果可知，其所显示的图形均在标准的范围内，并且根据表八可知，本第三实施例的广角成像镜片组10相较于现有光学镜头，在系统长度缩短至4毫米左右的条件下，仍然具有良好的光学成像品质。此外，本第三实施例的广角成像镜片组10的视场角可以达到120度，具有广视角的效果。

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成像品质提升而改善先前技术的缺点。

在上述的实施例中，广角成像镜片组10满足以下的条件：0.25≤|f4/EFL|≤0.5。f4为第四透镜5的焦距。EFL为广角成像镜片组10的有效焦距(Effective Focal Length,EFL)。|f4/EFL|第四透镜5的焦距与广角成像镜片组10的有效焦距EFL比例的绝对值。于上述的范围内，上述的实施例的广角成像镜片组10可以平衡光学系统中的场曲(FieldCurvature)与色差(Chromatic Aberration)，而具有良好的光学品质。倘若|f4/EFL|高于上限值0.5，则会使系统长度过长，容易造成场曲不足或色差无法矫正。倘若|f4/EFL|低于下限值0.25容易造成场曲过矫正或色差过矫正。

接着，在上述的实施例中，广角成像镜片组10满足以下的条件：0.4≤f3/EFL≤0.8。f3为第三透镜5的焦距。于上述的范围内，上述的实施例的广角成像镜片组10可以构成系统主焦距。倘若f3/EFL高于上限值0.8，则会使系统长度过长。倘若f3/EFL低于下限值0.4容易造成场曲严重。

另外，在上述的实施例中，广角成像镜片组10满足以下的条件：17<V4≤30。V4为第四透镜6的色散系数。于上述的范围内，上述的实施例的广角成像镜片组10可以适当地矫正色差。倘若V4高于上限值30，则光学系统的色差无法矫正。倘若V4低于下限值17则会使光学系统的色差过度矫正。

综上所述，本发明的实施例的广角成像镜片组至少可获致以下的功效以及优点：藉由上述透镜的物侧面或像侧面的凹凸形状设计与排列以及上述透镜的屈光度组合，可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，且能够达到广视角的效果，并提供良好的成像品质。进一步来说，当满足条件式：0.25≤|f4/EFL|≤0.5时，可有效平衡光学系统中的场曲与色差。当满足条件式：0.4≤f3/EFL≤0.8时，可以提供系统主焦距，并且可以使系统长度不会过长以及场曲的现象较不明显。当满足条件式：17<V4≤30时，可以适当地矫正色差。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种广角成像镜片组，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、一第三透镜以及一第四透镜，其中该第一透镜至该第四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；其特征在于，

该第一透镜，具有负屈光度，该第一透镜的该物侧面的光轴中央区域具有一凸面部，且该第一透镜的该像侧面的光轴中央区域具有一凹面部；

该第二透镜，具有正屈光度；

该第三透镜，具有正屈光度，该第三透镜的该像侧面的光轴中央区域具有一凸面部；以及

该第四透镜，具有负屈光度，该第四透镜的该物侧面的光轴中央区域具有一凹面部，该第四透镜的该像侧面的光轴中央区域具有一凹面部，该第四透镜的该像侧面的圆周附近区域具有一凸面部，

且该广角成像镜片组满足以下的条件：

0.25≤|f4/EFL|≤0.5，

其中，f4为该第四透镜的焦距，EFL为该广角成像镜片组的有效焦距，|f4/EFL|该第四透镜的焦距与该广角成像镜片组的有效焦距比例的绝对值。

2.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该广角成像镜片组更满足以下的条件：

0.4≤f3/f≤0.8，

其中，f3为该第三透镜的焦距。

3.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该该广角成像镜片组更满足以下的条件：

17≤V4≤30，

其中，V4为该第四透镜的色散系数。

4.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜至该第四透镜的材料为塑胶。

5.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜至该第四透镜中的该些物侧面与该些像侧面为非球面。

6.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第一透镜的该物侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部，且该第一透镜的该像侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。

7.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第二透镜的该物侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，该第二透镜的该物侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部，该第二透镜的该像侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，且该第二透镜的该像侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部。

8.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第三透镜的该物侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，且该第三透镜的该像侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部以及一位于圆周附近区域的凸面部。

9.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，该第四透镜的该物侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部与一位于圆周附近区域的凹面部，且该第四透镜的该像侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部与一位于圆周附近区域的凸面部。

10.根据权利要求1所述的广角成像镜片组，其特征在于，更包括一滤光片，位于该第四透镜与该广角成像镜片组的成像面之间。