TW201316026A

TW201316026A - 鏡頭系統

Info

Publication number: TW201316026A
Application number: TW100137215A
Authority: TW
Inventors: Chun-Cheng Ko
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-04-16
Also published as: US20130094098A1; TWI561844B; US8456759B2

Abstract

一種鏡頭系統，包括從物側到像側依次設置的正光焦度的第一透鏡、負光焦度的第二透鏡、正光焦度的第三透鏡、正光焦度的第四透鏡、負光焦度的第五透鏡以及成像面，鏡頭系統滿足D/TTL>1.05、Z/Y>0、G3R1/F3>G1R1/F1>0、G1R2/F1<G3R2/F3<0以及G5R1/F5<G5R2/F5<0，D為最大成像圓直徑，TTL為第一透鏡靠近物側表面到成像面的距離，Z為第四透鏡靠近像側表面的端點到靠近物側表面中心沿光軸方向的距離，Y為第四透鏡的邊緣距離光軸的距離，G1R1、G3R1、G5R1為第一、第三、第五透鏡靠近物側表面的曲率半徑，F1、F3、F5為第一、第三、第五透鏡的焦距，G1R2、G3R2、G5R2為第一、第三、第五透鏡靠近像側表面的曲率半徑。

Description

鏡頭系統

本發明關於一種鏡頭系統。

隨著智慧型手機的日亦普及，消費者開始渴望手機除了功能性齊全以外，並需能具備輕薄短小的特點，以便能方便攜帶，因此，手機的輕薄短小限制了放置照相機模組的空間，進而需要較“低長度”的成像鏡頭。另外，也因為手機的普及，消費者開始傾向於使用具有照相機模組的手機，而不需另外攜帶較為厚重的數位相機，因此，人們對於手機的照相品質也朝向數位相機的品質邁進，而用於照相機模組上的成像鏡頭品質也就相形重要。

目前用於手機上之八百萬畫素以上的照相機模組之成像鏡頭，大多會使用自動對焦馬達（Auto Focus Actuator）來帶動成像鏡頭移動，讓拍攝的照片從遠景端（Infinity）到近景端（100mm）的都能夠清楚，這是因為消費者希望手機能拍攝到好的風景照（遠景端），且又能拍攝到好的人物照和大頭照（中景端），甚至能做名片辨識用（近景端，通常名片辨識的距離約為100mm），因此，就需要“遠近景成像品質兼顧”的成像鏡頭。

然而，消費者並不會因此而滿足，還會希望手機能將拍攝到的景物能愈多愈好，所以，就需要“廣角”的成像鏡頭。對夜間或燈光不足的時候，也希望手機能將景物拍攝清楚，故除了閃光燈和高感光的影像感測器外，就需要“大光圈”的成像鏡頭。

有鑒於此，有必要提供一種低長度、大光圈和遠近景成像品質兼顧之鏡頭系統。

一種鏡頭系統，包括沿光軸從物側到像側依次設置的一個具有正光焦度的第一透鏡、一個具有負光焦度的第二透鏡、一個具有正光焦度的第三透鏡、一個具有正光焦度的第四透鏡以及一個具有負光焦度的第五透鏡，所述鏡頭系統滿足D/TTL>1.05、Z/Y>0、G3R1/F3>G1R1/F1>0、G1R2/F1<G3R2/F3<0以及G5R1/F5<G5R2/F5<0，D為最大成像圓直徑，TTL為所述第一透鏡靠近物側的表面到所述成像面的距離，Z為所述第四透鏡的靠近像側的表面的端點到所述第四透鏡靠近物側表面的中心沿光軸方向上的距離，Y為所述第四透鏡的邊緣距離光軸的距離，G3R1為所述第三透鏡靠近物側的表面的曲率半徑，F3為所述第三透鏡的焦距，G1R1為所述第一透鏡靠近物側表面的曲率半徑，F1為所述第一透鏡的焦距，G1R2為所述第一透鏡靠近所述像側的表面的曲率半徑，G3R2為所述第三透鏡靠近像側的表面的曲率半徑，G5R1為所述第五透鏡靠近物側的表面曲率半徑，G5R2為所述第五透鏡靠近像側的表面曲率半徑，F5為所述第五透鏡的焦距。

本實施例之鏡頭系統在滿足上述D/TTL>1.05、Z/Y>0、G3R1/F3>G1R1/F1>0、G1R2/F1<G3R2/F3<0以及G5R1/F5<G5R2/F5<0的情況下，鏡頭系統具有低長度、大光圈和遠近景成像品質兼顧之性能。

下面將結合附圖對本發明實施例作進一步詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施例提供的鏡頭系統10沿光軸從物側到像側方向依次設置的具有正光焦度的第一透鏡11、光闌18、具有負光焦度的第二透鏡12、具有正光焦度的第三透鏡13、具有正光焦度的第四透鏡14、具有負光焦度的第五透鏡15、紅外濾光片16和成像面17。

第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14和第五透鏡15的材料可分別選自塑膠、聚合物、以及玻璃中任意一者。優選地，為節約成本，本發明的第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14和第五透鏡15均採用塑膠製成。

第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14和第五透鏡15均為非球面透鏡，以透鏡表面中心為原點，光軸為x軸，透鏡表面的非球面面形運算式為：，其中，c為鏡面表面中心的曲率，為從光軸到透鏡表面的高度，k係二次曲面係數，為第i階的非球面面形係數。

當鏡頭系統10用於成像時，來自被攝物的光線從物側方向入射鏡頭系統10並依次經過第一透鏡11、光闌18、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14、第五透鏡15以及紅外濾光片16，最終匯聚到成像面17上，通過將CCD或CMOS等固體成像器件設置在成像面17處，即可獲取被攝物的影像。

第一透鏡11、光闌18、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14、第五透鏡15和紅外濾光片16位於一鏡筒內，而鏡筒通過螺紋螺接在一鏡座內。

第一透鏡11具有靠近物側的第一表面111和靠近像側的第二表面112，第一表面111的曲率半徑記作G1R1，第二表面112的曲率半徑記作G1R2。

第二透鏡12具有靠近物側的第三表面121和靠近像側的第四表面122，第三表面121的曲率半徑記作G2R1，第四表面122的曲率半徑記作G2R2。

第三透鏡13具有靠近物側的第五表面131和靠近像側的第六表面132，第五表面131的曲率半徑記作G3R1，第六表面132的曲率半徑記作G3R2。

第四透鏡14具有近物側的第七表面141和靠近像側的第八表面142，第七表面141的曲率半徑記作G4R1，第八表面142的曲率半徑記作G4R2。

第五透鏡15具有近物側的第九表面151和靠近像側的第十表面152，第九表面151的曲率半徑記作G5R1，第十表面152的曲率半徑記作G5R2。

紅外濾光片16具有靠近物側的第十一表面161和靠近像側的第十二表面162。

為了實現鏡頭系統10的低長度、大光圈和遠近景成像品質兼顧之性能，鏡頭系統10滿足條件式：

（1）、D/TTL>1.05；

（2）、Z/Y>0；

（3）、G3R1/F3>G1R1/F1>0；

（4）、G1R2/F1<G3R2/F3<0；

（5）、G5R1/F5<G5R2/F5<0。

其中，D為最大成像圓直徑，TTL為第一透鏡11的第一表面111到成像面17沿光軸方向上的距離，Z為第四透鏡14的第八表面142的端點到第七表面141的中心沿光軸方向上的距離，Y為第四透鏡14的外緣距離光軸的距離，G3R1為第三透鏡13的第五表面131的曲率半徑，F3為第三透鏡13的焦距，G3R2為第三透鏡13的第六表面132的曲率半徑，G1R1為第一透鏡11的第一表面111的曲率半徑，F1為第一透鏡11的焦距，G1R2為第一透鏡11的第二表面112的曲率半徑，G5R1為第五透鏡15的第九表面151的曲率半徑，G5R2為第五透鏡15的第十表面152的曲率半徑，F5為第五透鏡15的焦距。

條件（1）限制了鏡頭系統10的總長。

條件（2）使第一透鏡11、第二透鏡12和第三透鏡13的動力變小，進而讓鏡頭系統10的敏感度變小。

條件（3）和（4）使鏡頭系統10的動力分配適當，具有良好的收差補正效果，並保證鏡頭系統10具有高解析度的成像品質。

條件（5）保證第五透鏡15可以來分擔第四透鏡14的動力，使第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13和第四透鏡14的動力變小，進而讓鏡頭系統10的敏感度變小。

在滿足條件式（1）、（2）、（3）、（4）及（5）的情況下，鏡頭系統10具有低長度、大光圈和遠近景成像品質兼顧之性能。

為進一步保證在上述限制條件下鏡頭系統10的成像品質，第一透鏡11還需滿足G1R1/F1>0.53以及G1R2/F1<-2.27，第三透鏡13還需滿足G3R1/F3>0.62以及G3R2/F3<-1.56，第五透鏡15還需滿足G5R1/F5<-10.04以及G5R2/F5<-0.40。

為了能更好的消除鏡頭系統10的色差，第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14和第五透鏡15還需滿足Vd1=Vd3=Vd4=Vd5>53和Vd2<33，其中，Vd1為第一透鏡11的阿貝數，Vd2為第二透鏡12的阿貝數，Vd3為第三透鏡13之阿貝數，Vd4為第四透鏡14的阿貝數，Vd5為第五透鏡15之阿貝數。

下面結合具體的參數介紹鏡頭系統10的性能。

第一實施方式（圖2-圖9）

鏡頭系統10的第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14、第五透鏡15和紅外濾光片16滿足表1、表2和表3的條件，從而使得鏡頭系統10的焦距為3.74毫米、可視角（Field Of View，FOV）為74.94度、光圈為2.28，曲率半徑和厚度的單位為mm。

表1

表2

表3

由圖2、圖3可以看出，鏡頭系統10在遠景端和近景端（100毫米情況下拍攝名片），在不同波長條件下，例如波長為470納米、510納米、555納米、610納米以及650納米（曲線a、b、c、d、e所示），像面球差均控制在(-0.1mm，0.1mm)範圍內。由圖4、圖5看出，遠景和近景情況下，場曲的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.1mm，0.1mm)範圍內。由圖6、圖7得知，遠景和近景情況下，畸變控制在(-2%，2%)範圍內。由此可見，鏡頭系統10的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。

由圖8、圖9所示，在1/2頻（Nyquist Frequency）奈奎斯特頻率的條件下（本實施例的1/2頻為180lp/mm（線對/毫米））的，在遠景端和近景端，中心視塲的MTF>60%（曲線A所示），角落0.8視塲的MTF>40%（曲線E、F所示），其餘介於中心視塲和角落0.8視塲之間視塲的MTF則介於60%~40%，如角落0.6視塲（曲線B、D所示）。

第二實施方式（圖10-圖17）

鏡頭系統10的第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、第四透鏡14、第五透鏡15和紅外濾光片16滿足表4、表5和表6的條件，從而使得鏡頭系統10的焦距為3.73毫米、可視角為75度、光圈為2.29，曲率半徑和厚度的單位為mm。

表3

表4

表6

由圖10、圖11可以看出，鏡頭系統10鏡頭系統10在遠景端和近景端，在不同波長條件下，例如波長為470納米、510納米、555納米、610納米以及650納米（曲線a、b、c、d、e所示），像面球差均控制在(-0.1mm，0.1mm)範圍內。由圖12及圖13可以得知，遠景和近景情況下場曲的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.1mm，0.1mm)範圍內。由圖14及圖15看出，遠景和近景情況下畸變控制在(-2%，2%)範圍內。由此可見，鏡頭系統10的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。

由圖16和圖17，在1/2頻奈奎斯特頻率的條件下（本實施例的1/2頻為180lp/mm（線對/毫米））的，在遠景端和近景端，中心視塲的MTF>60%（曲線A所示），角落0.8視塲的MTF>40%（曲線E、F所示），其餘介於中心視塲和角落0.8視塲之間視塲的MTF，則介於60%~40%，如角落0.6視塲（曲線B、D所示）。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10．．．鏡頭系統

11．．．第一透鏡

12．．．第二透鏡

13．．．第三透鏡

14．．．第四透鏡

15．．．第五透鏡

16．．．紅外濾光片

17．．．成像面

18．．．光闌

111．．．第一表面

112．．．第二表面

121．．．第三表面

122．．．第四表面

131．．．第五表面

132．．．第六表面

141．．．第七表面

142．．．第八表面

151．．．第九表面

152．．．第十表面

161．．．第十一表面

162．．．第十二表面

圖1是本發明實施例鏡頭系統的結構示意圖。

圖2是本發明第一實施方式之鏡頭系統在遠景處成像時的球差圖。

圖3是本發明第一實施方式之鏡頭系統在100mm處成像時的球差圖。

圖4是本發明本發明第一實施方式之鏡頭系統在遠景處成像時的場曲圖。

圖5是本發明第一實施方式之鏡頭系統在100mm處成像時的場曲圖。

圖6是本發明第一實施方式之鏡頭系統在遠景處成像時的畸變圖。

圖7是本發明第一實施方式之鏡頭系統在100mm處成像時的畸變圖。

圖8是本發明第一實施方式之鏡頭系統在遠景處成像時的調製傳遞函數(modulation transfer function, MTF)特性曲線圖。

圖9是本發明第一實施方式之鏡頭系統在100mm處成像時的調製傳遞函數特性曲線圖。

圖10是本發明第二實施方式之鏡頭系統在遠景處成像時的球差圖。

圖11是本發明第二實施方式之鏡頭系統在100mmm處成像時的球差圖。

圖12是本發明第二實施方式之鏡頭系統在遠景處成像時的場曲圖。

圖13是本發明第二實施方式之鏡頭系統在100mm處成像時的場曲圖。

圖14是本發明第二實施方式之鏡頭系統在遠景處成像時的畸變圖。

圖15是本發明第二實施方式之鏡頭系統在100mm成像時的畸變圖。

圖16是本發明第二實施方式之鏡頭系統在遠景處成像時的調製傳遞函數特性曲線圖。

圖17是本發明第二實施方式之鏡頭系統在100mm成像時的調製傳遞函數特性曲線圖。