TW201502635A - 超廣角五片式成像鏡頭組 - Google Patents

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Abstract

    一種超廣角五片式成像鏡頭組，其係包含有一固定光欄和一光學組，光學組包含第一、第二、第三、第四及第五鏡片，其排列方式從物側至像側之順序為：具有負屈光力且朝向物側為凸面之第一鏡片；具有正屈光力且朝向物側為凸面之第二鏡片；固定光欄；具有正屈光力且朝向像側為凸面的鏡片之第三鏡片；具有正屈光力且朝向像側為凸面的鏡片之第四鏡片；具有朝向像側為波浪狀面型且在靠近光軸附近為凹面之第五鏡片；而第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片及第五鏡片其至少有一面為非球面，經由前述鏡片間相互對應且調適的曲率半徑、厚度/間隔、折射率以及阿貝數，使得本創作之成像鏡頭結構可得到大光圈且超廣角，較短的高度以及較佳的光學像差。

Description

超廣角五片式成像鏡頭組
    本發明涉及一種超廣角五片式成像鏡頭組，特別係藉由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數所達成具有大光圈且較短的高度以及高解像力的透鏡結構。
    習知透鏡結構係使用於智慧型手機、平板電腦、行動電話、筆記型電腦以及攝像頭(webcam)等電子產品中的攝像鏡頭組。隨著此類電子產品不斷地發展為更輕、薄、短、小且同時又必須具有更高的效能，前述攝像鏡頭組中的影像感測器，如CCD是電荷耦合元件或是CMOS互補金屬氧化物導體等，不斷朝向高畫素，這類透鏡結構也因而不斷地朝緊密化且更高解像力的方向發展。
    因此本創作係依據這類攝像鏡頭組的發展需要，針對超廣角多片式透鏡結構，尤其是至少包括五片透鏡之透鏡結構的成像鏡頭結構進行創作。
    本創作有鑑於超廣角多片式透鏡結構體積大及效能不足之問題，乃完成本創作之超廣角五片式成像鏡頭組。
    本創作之主要目的在於提供一種超廣角五片式成像鏡頭組，其係包含一固定光欄和一光學組，光學組包含第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片及第五鏡片，其排列方式從物側至像側之順序為：第一鏡片，具有負屈光力且朝向物側為凸面，其至少有一面為非球面；第二鏡片，具有正屈光力且朝向物側為凸面，其至少有一面為非球面；固定光欄；第三鏡片，具有正屈光力且朝向像側為凸面的鏡片，其至少有一面為非球面；第四鏡片，具有正屈光力且朝向像側為凸面的鏡片，其至少有一面為非球面；第五鏡片具有朝向像側為波浪狀面型且在靠近光軸附近為凹面，其至少有一面為非球面。
    所述之成像鏡片組，係滿足以下條件：2.5< TL/ f <3.5，其中TL為第一鏡片物側頂點到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值。
    所述之成像鏡片組，其中所述非球面的面型滿足下列公式：
    其中 z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、G、……為高階非球面係數。
    本創作之優點在於：經由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數，使成像鏡頭組達成具大光圈且超廣角，較短的高度以及高解像力的透鏡結構。
10‧‧‧第一鏡片
11‧‧‧第一面
12‧‧‧第二面
20‧‧‧第二鏡片
21‧‧‧第三面
22‧‧‧第四面
30‧‧‧固定光欄
40‧‧‧第三鏡片
41‧‧‧第五面
42‧‧‧第六面
50‧‧‧第四鏡片
51‧‧‧第七面
52‧‧‧第八面
60‧‧‧第五鏡片
61‧‧‧第九面
62‧‧‧第十面
70‧‧‧過濾元件
71‧‧‧第十一面
72‧‧‧第十二面
80‧‧‧圖像傳感器
[第1圖]係本創作之第一實施例光學結構圖。
[第2圖]係本創作之第一實施例球面像差示意圖。
[第3圖]係本創作之第一實施例非點像差示意圖。
[第4圖]係本創作之第一實施例歪曲像差示意圖。
[第5圖]係本創作之第二實施例光學結構圖。
[第6圖]係本創作之第二實施例球面像差示意圖。
[第7圖]係本創作之第二實施例非點像差示意圖。
[第8圖]係本創作之第二實施例歪曲像差示意圖。
[第9圖]係本創作之第三實施例光學結構圖。
[第10圖]係本創作之第三實施例球面像差示意圖。
[第11圖]係本創作之第三實施例非點像差示意圖。
[第12圖]係本創作之第三實施例歪曲像差示意圖。
[第13圖]係本創作之第四實施例光學結構圖。
[第14圖]係本創作之第四實施例球面像差示意圖。
[第15圖]係本創作之第四實施例非點像差示意圖。
[第16圖]係本創作之第四實施例歪曲像差示意圖。
    茲有關本創作之詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本創作實施之限制。
    本創作的構成具體而言，係提供一種超廣角五片式成像鏡頭組，特別係藉由各透鏡之間的曲率、間距及光學參數，並將固定光欄30設置於第二鏡片20與第三鏡片40之間，其所達成之成像鏡頭結構具有大光圈且超廣角，較短的高度以及高解像力的透鏡結構。
    請參閱第1圖所示為本創作廣角五片式成像鏡頭組的光學結構圖，該成像鏡頭結構係包含有一固定光欄30和一光學組，光學組包含第一鏡片10、第二鏡片20、第三鏡片40、第四鏡片50及第五鏡片60，其排列方式從物側至像側之順序為：具有負屈光力且朝向物側為凸面並至少有一面為非球面之第一鏡片10；具有正屈光力且朝向物側為凸面並至少有一面為非球面之第二鏡片20；固定光欄30；具有正屈光力且朝向像側為凸面的鏡片並至少有一面為非球面之第三鏡片40；具有正屈光力且朝向像側為凸面的鏡片並至少有一面為非球面之第四鏡片50；具有朝向像側為波浪狀面型且在靠近光軸附近為凹面並至少有一面為非球面之第五鏡片60；過濾特定波長之光線的一過濾元件70，該過濾元件70可以是一紅外線截止過濾元件，用於可見光成像，傳換成為數位信號之一圖像傳感器80(成像面)。
    所述之成像鏡片組，係滿足以下條件：2.5< TL/ f <3.5，其中TL為第一鏡片物側頂點到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值。
    該第一鏡片10包含有面對被攝物體的第一面11及面對成像面的第二面12，所述第一面11係相對於被攝物體呈凸面構形之凸面，第二面12係相對於成像面呈凹陷構形之凹面。該第二鏡片20包含有面對被攝物體的第三面21及面對成像面的第四面22，所述第三面21係相對於被攝物體呈凸面構形之凸面，第四面22係相對於成像面呈凹陷構形之凹面。該第三鏡片40包含有面對被攝物體的第五面41及面對成像面的第六面42，所述第五面41係相對於被攝物體呈凸面構形之凸面，第六面42係相對於成像面呈凸面構形之凸面。該第四鏡片50包含有面對被攝物體的第七面51及面對成像面的第八面52，所述第七面51係相對於被攝物體呈凸面構形之凸面，第八面52係相對於成像面呈凸面構形之凸面。該第五鏡片60包含有面對被攝物體的第九面61及面對成像面的第十面62，所述第九面61係相對於被攝物體呈凹陷構形之凹面，第十面62係相對於成像面呈凹陷構形之凹面。且前述第一、二、三、四及五鏡片10、20、40、50、60至少有一面為非球面，藉此全面矯正球差及像差，並具有低公差敏感度之特性。
    所述之成像鏡片組，其中所述非球面的面型滿足下列公式：
    其中 z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、G、……為高階非球面係數。
    實施上，本創作之微型超廣角光學取像裝置中，該固定光欄30設於物方到第三鏡片40間取得所要的入射光束，且第一鏡片10為負屈光力鏡片，而第二鏡片20、第三鏡片40及第四鏡片50為正屈光力鏡片，其第一鏡片10為凸向被攝物體的第一面11用以超廣角匯聚外在的入射光束，從而使光束在第一鏡片10之第二面12上，藉此可充分發揮非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度，也使的本裝置具有超廣角度，取像角度可達100°以上。再由第二鏡片30上相對於被攝物體呈凸面構形之凸面的第三面21進行闊束，該第四面22係相對於成像面呈凹陷構形之凹面的正屈光力鏡片，而第四鏡片50經過凹向成像面的第七面51發散，從而使光束在第五鏡片60的第十面62上可分佈較大的面積。也就是說，入射光束經過第三面21的闊束，從而使光束在第十面62上可分佈較大的面積，充分發揮非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度。
    採用非球面設計除了可矯正球差及像差外，還有將固定光欄30設置於第二片鏡片20與第三片鏡片40之間，有助於縮短鏡頭光學系統的總長，且第一、二、三、四及五鏡片10、20、40、50、60均可採用塑膠材質，有利於消除像差及減輕鏡頭重量，整個光學系統係以五個塑膠透鏡構成，適合大量生產，且其公差敏感度低符合大規模量産之要求。而用以過濾紅外線不可見光，只通過可見光的過濾元件70，形成一種可對人眼觀看的景物進行取像的微型超廣角光學取像裝置。
    上述透鏡之鏡面係具有相互對應且調適的曲率半徑、厚度/間隔、折射率以及阿貝數，使得本創作之成像鏡頭結構可得到大光圈且超廣角，較短的高度以及較佳的光學像差。
第一實施例：
基於前述本創作之技術內容，可依據下列數值實施例具體實施：
    其中，過濾元件70的厚度為0.3mm，係一紅外光截止過濾元件，通過的光線之波長為450~650nm。
    前述非球面的面型滿足下列公式：
　　其中ｚ為沿光軸方向在高度為ｈ的位置以表面頂點作參考的位置值；
ｋ為錐常度量；ｃ為曲率半徑的倒數；Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇ為高階非
球面係數。
第一實施例非球面二次曲面係數的具體數值如下所列：
第一面11(k= -99)：
A: 0.120860
B: -0.043532
C: 0.024980
D: -0.008249
E: 0.001732
F: 0.000000
G: 0.000000
第二面12(k= -1.12)：
A: -0.270255
B: 0.366500
C: -0.243760
D: 0.054755
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第三面21(k= -0.86)：
A: -0.256389
B: -0.002088
C: 0.646003
D: -0.790538
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第四面22(k= 3.63)：
A: 0.003768
B: 0.776136
C: -1.322913
D: 26.150389
E: -0.000185
F: 0.000000
G: 0.000000
第五面41(k= -71.92)：
A: 0.253812
B: 1.588127
C: -19.307721
D: 76.868704
E: 2.378378e-013
F: 0.000000
G: 0.000000
第六面42(k= -104.03)：
A: -2.222512
B: 4.950060
C: -14.441919
D: 18.218801
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第七面51(k= 0.00)：
A: -0.623089
B: -0.269938
C: -0.310977
D: -2.024637
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第八面52(k= -5.26)：
A: 0.642975
B: -2.022728
C: 1.131730
D: -0.181891
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第九面61(k= -29.61)：
A: 0.351190
B: -3.811852
C: 4.918355
D: -2.252320
E: -0.502655
F: 0.832491
G: 0.000000
第十面62(k= 0.00)：
A: -0.731992
B: 0.178817
C: 0.004144
D: 0.032295
E: -0.056005
F: 0.015918
G: 0.000000
    依上開數值實施之微型取像鏡頭的相關性能指數為：f = 1.296mm；TL= 3.76mm；TL/f= 2.90。
    請再參閱圖式，第2圖係本創作之第一實施非點像差示意圖。第3圖係本創作之第一實施歪曲像差示意圖。第4圖係本創作之第一實施例球面像差示意圖。由上列示意圖可看出所測得的非點像差、歪曲像差及球面像差均在標準範圍且具有良好的光學性能，具有良好的成像品質。
第二實施例：
基於前述本創作之技術內容，可依據下列數值實施例具體實施：
其中，過濾元件70的厚度為0.3 mm，係一紅外光截止過濾元件，通過的光線之波長為450~650nm。
第二實施例非球面二次曲面係數的具體數值如下所列：
第一面11(k= -8.09)：
A: -0.076364
B: 0.052546
C: 0.020178
D: -0.024610
E: 0.007741
F: 0.000000
G: 0.000000
第二面12(k= -0.17)：
A: -0.114338
B: -0.482088
C: -0.006313
D: 0.098751
E: -0.243835
F: 0.000000
G: 0.000000
第三面21(k= -0.36)：
A: 0.486100
B: -0.150616
C: 0.378690
D: 0.979435
E: -1.427587
F: 0.000000
G: 0.000000
第四面22(k= 0.87)：
A: 1.591932
B: -1.186978
C: 39.642648
D: -66.463202
E: -3.229075e-005
F: 0.000000
G: 0.000000
第五面41(k= -98.81)：
A: 0.032717
B: 0.777552
C: -23.946204
D: 4.880313
E: -6.788012e-011
F: 0.000000
G: 0.000000
第六面42(k= 0.62)：
A: 0.654822
B: 0.046021
C: -6.859322
D: 17.213693
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第七面51(k= 0.00)：
A: 2.266994
B: -4.190758
C: 8.167473
D: -5.982716
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第八面52(k= -2.68)：
A: 0.030632
B: -1.016005
C: 3.782609
D: -2.510238
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第九面61(k= -3.77)：
A: -0.312190
B: -0.883667
C: 1.030004
D: -0.418662
E: -0.845494
F: 1.058650
G: 0.000000
第十面62(k= 0.00)：
A: -0.468743
B: 0.245303
C: -0.261756
D: 0.117260
E: -0.008273
F: -0.008623
G: 0.000000
依上開數值實施之微型取像鏡頭的相關性能指數為：f = 1.259mm；TL= 3.75mm；TL/f= 2.98。
    請再參閱圖式，第6圖係本創作之第二實施非點像差示意圖。第7圖係本創作之第二實施歪曲像差示意圖。第8圖係本創作之第二實施例球面像差示意圖。由上列示意圖可看出所測得的非點像差、歪曲像差及球面像差均在標準範圍且具有良好的光學性能，具有良好的成像品質。
第三實施例：
基於前述本創作之技術內容，可依據下列數值實施例具體實施：
其中，過濾元件70的厚度為0.3mm，係一紅外光截止過濾元件，通過的光線之波長為450~650nm。
第三實施例非球面二次曲面係數的具體數值如下所列：
第一面11(k= -99.00)：
A: 0.130411
B: -0.048831
C: 0.029435
D: -0.009632
E: 0.001812
F: 0.000000
G: 0.000000
第二面12(k= -1.20)：
A: -0.263159
B: 0.388136
C: -0.248846
D: 0.055115
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第三面21(k= -0.98)：
A: -0.285573
B: 0.052920
C: 0.420778
D: -0.239140
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第四面22(k= 4.18)：
A: -0.112307
B: 0.704359
C: -2.495231
D: 25.597552
E: -0.000185
F: 0.000000
G: 0.000000
第五面41(k= -36.93)：
A: 0.118304
B: 0.840681
C: -10.241149
D: 36.590378
E: 2.695598e-013
F: 0.000000
G: 0.000000
第六面42(k= -13.70)：
A: -1.726404
B: 2.135053
C: -6.597376
D: 9.068656
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第七面51(k= 0.00)：
A: -0.848774
B: 0.389382
C: -2.197055
D: -0.133761
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第八面52(k= -6.49)：
A: 0.444448
B: -2.133344
C: 1.450184
D: -0.252467
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第九面61(k= -36.35)：
A: 0.145604
B: -3.714141
C: 4.606180
D: -1.813766
E: -0.502655
F: 0.832491
G: 0.000000
第十面62(k= 0.00)：
A: -0.819487
B: 0.253437
C: -0.037115
D: 0.021567
E: -0.045731
F: 0.016789
G: 0.000000
依上開數值實施之微型取像鏡頭的相關性能指數為：f = 1.30mm；TL= 3.76mm；TL/f= 2.89。
    請再參閱圖式，第10圖係本創作之第三實施非點像差示意圖。第11圖係本創作之第三實施歪曲像差示意圖。第12圖係本創作之第三實施例球面像差示意圖。由上列示意圖可看出所測得的非點像差、歪曲像差及球面像差均在標準範圍且具有良好的光學性能，具有良好的成像品質。
第四實施例：
基於前述本創作之技術內容，可依據下列數值實施例具體實施：
其中，過濾元件70的厚度為0.3 mm，係一紅外光截止過濾元件，通過的光線之波長為450~650nm。
第四實施例非球面二次曲面係數的具體數值如下所列：
第一面11(k= -99.00)：
A: 0.006972
B: -0.007745
C: 0.018949
D: -0.008813
E: 0.001611
F: 0.000000
G: 0.000000
第二面12(k= -0.56)：
A: -0.252410
B: -0.273865
C: -0.091714
D: 0.058115
E: 0.021166
F: 0.000000
G: 0.000000
第三面21(k= -0.51)：
A: 0.152876
B: 0.211828
C: -0.332151
D: 1.046094
E: -0.786177
F: 0.000000
G: 0.000000
第四面22(k= 4.67)：
A: 1.089271
B: 2.607324
C: -3.852920
D: 68.379090
E: -3.229066e-005
F: 0.000000
G: 0.000000
第五面41(k= -47.35)：
A: 0.028983
B: -1.366025
C: 1.640750
D: -103.018927
E: -1.878362e-012
F: 0.000000
G: 0.000000
第六面42(k= 0.56)：
A: 0.535304
B: 0.319529
C: -6.568534
D: 15.800973
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第七面51(k= 0.00)：
A: 2.271573
B: -3.829659
C: 6.576384
D: -3.872465
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第八面52(k= -1.02)：
A: 0.354082
B: -0.314642
C: 2.216538
D: -1.938111
E: 0.000000
F: 0.000000
G: 0.000000
第九面61(k= -13.37)：
A: -0.499153
B: -0.313673
C: 0.508271
D: -0.353739
E: -0.181652
F: 0.547204
G: 0.000000
第十面62(k= 0.00)：
A: -0.612448
B: 0.424141
C: -0.330009
D: 0.082335
E: 0.034274
F: -0.021202
G: 0.000000
依上開數值實施之微型取像鏡頭的相關性能指數為：f = 1.159mm；TL= 3.75mm；TL/f= 3.24。
    請再參閱圖式，第14圖係本創作之第三實施非點像差示意圖。第15圖係本創作之第三實施歪曲像差示意圖。第16圖係本創作之第三實施例球面像差示意圖。由上列示意圖可看出所測得的非點像差、歪曲像差及球面像差均在標準範圍且具有良好的光學性能，具有良好的成像品質。
    本創作微型光學取像裝置係採用五片式非球面鏡片設計，前四片屈光力依序為負、正、正、正與過濾紅外波長之光線只通過所需波長之可見光線的一過濾元件70，該過濾元件70可以是一紅外線截止過濾元件，用於可見光成像。
    藉由非球面的功能，矯正像差及減低公差敏感度，並將固定光欄30置於鏡片第二鏡片20與第三鏡片40之間，除了可矯正像差外還有助於縮短鏡頭光學系統的總長，也使的本裝置具有超廣角度，取像角度可達100°以上。而第一、二、三、四、五透鏡片均可採用塑膠材質，有利於消除像差及減輕鏡頭重量，整個光學系統係以五個塑膠透鏡，公差敏感度低，易於製造組立，適合大量生產，且具有良好的成像品質，並符合攜帶型攝像產品小型化之要求。
    惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及創作說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。
 
10‧‧‧第一鏡片
11‧‧‧第一面
12‧‧‧第二面
20‧‧‧第二鏡片
21‧‧‧第三面
22‧‧‧第四面
30‧‧‧固定光欄
40‧‧‧第三鏡片
41‧‧‧第五面
42‧‧‧第六面
50‧‧‧第四鏡片
51‧‧‧第七面
52‧‧‧第八面
60‧‧‧第五鏡片
61‧‧‧第九面
62‧‧‧第十面
70‧‧‧過濾元件
71‧‧‧第十一面
72‧‧‧第十二面
80‧‧‧影像感測器

Claims (2)

  1. 一種超廣角五片式成像鏡頭組，係包含有一固定光欄和一光學組，光學組包含第一、第二、第三、第四、第五鏡片，其排列方式從物側至像側之順序為：該第一鏡片，具有負屈光力且朝向物側為凸面；又；其至少有一面為非球面；該第二鏡片，具有正屈光力且朝向物側為凸面；又；其至少有一面為非球面；固定光欄；該第三鏡片，具有正屈光力且朝向像側為凸面的鏡片；又；其至少有一面為非球面；該第四鏡片，具有正屈光力且朝向像側為凸面的鏡片；又；其至少有一面為非球面；該第五鏡片具有朝向像側為波浪狀面型且在靠近光軸附近為凹面；又；其至少有一面為非球面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之超廣角五片式成像鏡頭組，係滿足以下條件：2.5< TL/ f <3.5，其中TL為第一鏡片物側頂點到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值。
    如申請專利範圍第1項所述之超廣角五片式成像鏡頭組，其中所述非球面的面型滿足下列公式：


    其中 z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、G、……為高階非球面係數。
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