TW201626038A - 成像鏡頭 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括具有的正光焦度的第一鏡片、光圈、具有負光焦度的第二鏡片、具有正光焦度或者負光焦度的第三鏡片、具有正光焦度的第四鏡片、具有負光焦度的第五鏡片及影像感測器；該成像鏡頭滿足以下條件式：0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5 ，其中，D為該光圈之直徑，p為該影像感測器的畫素尺寸。

Description

成像鏡頭
本發明涉及成像技術，特別涉及一種成像鏡頭。
隨著數字顯示的逐漸普及，即時視頻裝置對成像鏡頭提出了更高的要求。譬如，高變焦倍率、小型化及高成像品質是目前變焦成像鏡頭發展的主要趨勢。因此，在較低的照度下仍然保證高成像品質是目前變焦成像鏡頭設計的主要課題。
有鑑於此，有必要提供一種較低的照度下仍然保證高成像品質的成像鏡頭。
一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括具有的正光焦度的第一鏡片、光圈、具有負光焦度的第二鏡片、具有正光焦度或者負光焦度的第三鏡片、具有正光焦度的第四鏡片、具有負光焦度的第五鏡片及影像感測器；該成像鏡頭滿足以下條件式：該成像鏡頭滿足以下條件式：0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5 ，其中，D為該光圈之直徑，p為該影像感測器的畫素尺寸。
一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括光圈、具有正光焦度的第一鏡片、具有負光焦度的第二鏡片、具有正光焦度或者負光焦度的第三鏡片、具有正光焦度的第四鏡片、具有負光焦度的第五鏡片及影像感測器；該成像鏡頭滿足以下條件式：0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5 ，其中，D為該光圈之直徑，p為該影像感測器的畫素尺寸。
與先前技術相比較，條件式0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5是通過優化光圈尺寸的直徑與影像感測器的畫素尺寸之間的關係，調整進入光圈的光線與可使被攝物在低照度(Low Luminosity)的情況下，該成像鏡頭仍然能滿足成像品質。
圖1為本發明第一實施方式的成像鏡頭的示意圖。
圖2為圖1的成像鏡頭的球差特性曲線圖。
圖3為圖1的成像鏡頭的場曲特性曲線圖。
圖4為圖1的成像鏡頭的畸變(distortion)特性曲線圖。
圖5為本發明第二實施方式的成像鏡頭的示意圖。
圖6為圖5的成像鏡頭的球差特性曲線圖。
圖7為圖5的成像鏡頭的場曲特性曲線圖。
圖8為圖5的成像鏡頭的畸變特性曲線圖。
圖9為本發明第三實施方式的成像鏡頭的示意圖。
圖10為圖9的成像鏡頭的球差特性曲線圖。
圖11為圖9的成像鏡頭的場曲特性曲線圖。
圖12為圖9的成像鏡頭的畸變(distortion)特性曲線圖。
下面將結合附圖及實施例對本技術方案提供的電路板結構及其製作方法作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，圖1為本發明第一實施方式提供的成像鏡頭100。該成像鏡頭100從物側到像側依次包括、一個具有正光焦度的第一鏡片10、一個光圈20、一個具有負光焦度的第二鏡片30、一個具有正光焦度或者負光焦度的第三鏡片40、一個具有正光焦度的第四鏡片50、一個具有負光焦度的第五鏡片60、濾光片70及影像感測器80。
該第一鏡片10包括面向物側的第一表面S1與面向像側的第二表面S2，該光圈20設置於第三表面S3位置處，該光圈20用於控制通過第二鏡片30的光通量。該濾光片70用於濾除經過第五鏡片60的光線中的紅外光線，避免在正常拍攝時紅外線入射至影像感測器80，造成干擾從而產生噪點，同時可用以保護影像感測器80的影像感測面。
該第二鏡片30包括面向物側的第三表面S3及面向像側的第四表面S4；該第三鏡片40包括面向物側的第五表面S5及面向像側的第六表面S6；該第四鏡片50包括面向物側的第七表面S7及面向像側的第八表面S8；該第五鏡片60包括面向物側的第九表面S9及面向像側的第十表面S10。
第一表面S1向物側凸出，第二表面S2向物側凸出。第三表面S3向物側凸出，第七表面S7向物側凸出凸出。第九表面S9向像側凹陷。
該第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3、第四表面S4、第五表面S5、第六表面S6、第七表面S7、第八表面S8、第九表面S9及第十表面S10為球面或非球面，在本實施方式中，該第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3、第四表面S4、第五表面S5、第六表面S6、第七表面S7、第八表面S8、第九表面S9及第十表面S10為球面，並滿足非球面的面型公式：
（a）。
其中，z是沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考距光軸的位移值，c是曲率半徑，h為透鏡高度，K為圓錐定數（Coin Constant），Ai為i次的非球面係數(i-th order Aspherical Coefficient）。表示對Ai hi 累加，i為自然數。通過將表1、表2、（請參閱下文）的資料代入上述運算式，可獲得本發明第一實施方式的成像鏡頭100中各透鏡表面的非球面形狀。表1中，L1 、L2 、L3、 L4、 L5分別代表第一鏡片10、第二鏡片30、第三鏡片40、第四鏡片50與第五鏡片60；與L1同一行的厚度數值指的第一鏡片10的厚度，與L2同一行的厚度數值指的第二鏡片30的厚度，與L3同一行的厚度數值指的第三鏡片40的厚度，與L4同一行的厚度數值指的第四鏡片50的厚度，與L5同一行的厚度數值指的第五鏡片60的厚度；與空氣間隔同一行的厚度值代表的是相鄰兩光學元件（鏡片與光圈20之間、鏡片與鏡片之間或者濾光片與影像感測器之間）的間隔距離。例如表1中厚度0.77mm指的是第二表面的中心點與光圈之間的中心點之間的距離，厚度-0.36mm指的是光圈的中心距離第三表面的中心之間的距離，則第一鏡片10與第二鏡片30之間的空氣間隔的厚度為0.77+（-0.36）=0.41mm；表1中0.13mm指的是第四表面與第五表面之間的空氣間隔的厚度；0.85mm指的是第六表面與第七表面之間的空氣間隔的厚度，依次類推。（第二實施例的表3，第三實施例的表5的資料也可參表1解釋）。
表1
表2
該成像鏡頭100成像時，光線自物側入射成像鏡頭100，依次經第一鏡片10、光圈20、第二鏡片30、第三鏡片40、第四鏡片50、第五鏡片60與濾光片70後彙聚(成像)於影像感測器80。
為在低照度時仍有較佳成像品質的需求，本發明通過優化該影像感測器80的畫素尺寸（pixel size）與該光圈20直徑之間的關係，使成像鏡頭100滿足條件式：
（1）0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5；
其中，D為該光圈20之直徑，p為該影像感測器80的畫素尺寸，畫素尺寸p指的是影像感測器80上每個感光單元的大小，畫素尺寸p決定了影像感測器80能夠接收到的光子數量。在通常情況下，光圈20的直徑D越大，單位時間（一個快門的時間）內通過光圈20的光線越多，進到影像感測器器80的光線就越多，成像鏡頭100拍攝出的圖片品質就越好。而低照度的環境代表單位時間影像感測器80能接收到的光能量較低，當光能量不足時，畫素尺寸不合適時，成像鏡頭100拍攝出的影像的品質就會較差。因此，在此，通過優化影像感測器的畫素尺寸p與光圈20的直徑D之間的關係，使成像鏡頭100在低照度時，仍然能保證成像品質。
在本實施方式中，該成像鏡頭100還滿足：
（2）0.02 < (t2 /f ) < 0.3；
其中，t2 為第二鏡片30之中心厚度，f為此成像鏡頭100之焦距(effective focal length)；式（2）通過優化第二鏡片30的厚度與成像系統100的焦距f之間的關係，可以有效降低成像鏡頭的整體厚度。
（3）0.8 < Vd1 /Vd2 < 3；
其中，Vd1 為第一鏡片10之阿貝數(Abbe Number)，Vd2 為第二鏡片30之阿貝數，式（3）用於消除成像鏡頭100的色球差。
（4）0.2 < R1/f< 0.9；
其中，R1為第一表面S1之曲率半徑，f為成像鏡頭100之焦距。式（4）優化了第一表面S1之曲率半徑與成像鏡頭100的焦距之間的關係，從而用於修正成像鏡頭100的球差、慧差。
（5）1.5 < f3 /f < 5；f3鏡片為第三鏡片40之焦距。
式（5）確保了第三鏡片40之光焦度於光學系統中之比例，可降低成像鏡頭100的球差。
請參閱圖2-4，圖2-4所示分別為第一實施方式的成像鏡頭100的球差特性曲線、場曲特性曲線、與畸變圖線。
由圖2所示，曲線g, F，e, d及C分別為g光(波長為435.8納米，下同)、F光(波長為486.1納米，下同)、e光(波長為546.1納米，下同)、d光（波長為588納米）及C光(波長為656.3納米，下同)經成像鏡頭100產生的球差特性曲線(下同)。可見，第一實施方式的成像鏡頭100對可見光(400-700納米)產生的球差被控制在-0.08mm~0.08mm間。
圖3為場曲特性曲線圖。其中，曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature )特性曲線。由圖3可看出該成像鏡頭100的子午場曲值和弧矢場曲值被控制在-0.10mm~0.10mm範圍內。圖4示出的曲線為成像鏡頭100的畸變特性曲線，可見，畸變量被控制在-3%~3%間。
請參閱圖5，第二實施方式提供的成像鏡頭200與第一實施例提供的成像鏡頭100基本相同，其不同在於：該光圈201設置在第二表面S2處，且第八表面S8向像側凸出。通過將表3、表4的資料代入上述運算式(a)，可獲知本發明第二實施方式的成像鏡頭200中各透鏡表面的非球面形狀。
表3
表4
成像鏡頭200也滿足下述公式（1）-（5）：
（1）0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5；
（2）0.02 < (t2 /f ) < 0.3；
（3）0.8 < Vd1 /Vd2 < 3；
（4）0.2 < R1 /f< 0.9；
（5）1.5 < f3 /f < 5。
其中，D為該光圈20之直徑，p為該影像感測器70的畫素尺寸；其中t2 為第二鏡片30之中心厚度，f為此成像鏡頭100之焦距；其中Vd1 為第一鏡片10之阿貝數，Vd2 為第二鏡片30之阿貝數；其中R1為第一表面S1之曲率半徑，f為成像鏡頭100之焦距，f3鏡片為第三鏡片40之焦距。
圖6-8所示分別為第二實施方式的成像鏡頭200的球差特性曲線、場曲特性曲線、與畸變圖線。
由圖6所示，從圖中可以看出第二實施例的成像鏡頭200對可見光(波長範圍在400 nm-700 nm之間)產生的球差值控制在-0.05mm~0.05mm範圍內。
曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature )特性曲線。由圖7可看出該成像鏡頭200的子午場曲值和弧矢場曲值被控制在-0.10mm~0.10mm範圍內。圖7中，曲線g, F，e, d及C分別為g光(波長為435.8納米，下同)、F光(波長為486.1納米，下同)、e光(波長為546.1納米，下同)、d光（波長為588納米）及C光(波長為656.3納米，下同)經成像鏡頭200產生的球差特性曲線(下同)。可見，第二實施方式的成像鏡頭200對可見光(400-700納米)產生的球差被控制在-0.06mm~0.06mm間。
進一步地，圖8示出的曲線為成像鏡頭200的畸變（Distortion）特性曲線，可見，上述5種光線的畸變量被控制在-3%~3%間。
請參閱圖9，第三實施方式提供的成像鏡頭300從物側到像側依次包括光圈301、具有的正光焦度的第一鏡片10、具有負光焦度的第二鏡片30、具有正光焦度或者負光焦度的第三鏡片40、具有正光焦度的第四鏡片50、具有負光焦度的第五鏡片60、及影像感測器70。
通過將表5、表6的資料資料代入上述運算式(a)，可獲知本發明第三實施方式的成像鏡頭300中各透鏡表面的非球面形狀。成像鏡頭300也滿足：
（1）0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5；
（2）0.02 < (t2 /f ) < 0.3；
（3）0.8 < Vd1 /Vd2 < 3；
（4）0.2 < R1 /f< 0.9；
（5）1.5 < f3 /f < 5。
其中，D為該光圈20之直徑，p為該影像感測器70的畫素尺寸；其中t2 為第二鏡片30之中心厚度，f為此成像鏡頭100之焦距；其中Vd1 為第一鏡片10之阿貝數，Vd2 為第二鏡片30之阿貝數；其中R1為第一表面S1之曲率半徑，f為成像鏡頭100之焦距，f3鏡片為第三鏡片40之焦距。
表5
表6
圖10-12所示分別為第三實施方式的成像鏡頭300的球差特性曲線、場曲特性曲線、與畸變圖線。
由圖10所示，從圖中可以看出第三實施例的成像鏡頭300對可見光(波長範圍在400 nm-700 nm之間)產生的球差值控制在-0.05mm~0.05mm範圍內。
曲線T及S分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature )特性曲線。由圖11可看出該成像鏡頭100的子午場曲值和弧矢場曲值被控制在-0.10mm~0.10mm範圍內。圖11中，曲線g, F，e, d及C分別為g光(波長為435.8納米，下同)、F光(波長為486.1納米，下同)、e光(波長為546.1納米，下同)、d光（波長為588納米）及C光(波長為656.3納米，下同)經成像鏡頭300產生的球差特性曲線(下同)。可見，第三實施方式的成像鏡頭300對可見光(400-700納米)產生的球差被控制在-0.08mm~0.08mm間。
進一步地，圖12示出的曲線為成像鏡頭300的畸變（Distortion）特性曲線，可見，上述5種光線的畸變量被控制在-3%~3%間。
綜上該，條件式0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5是通過優化光圈尺寸的直徑與影像感測器的畫素尺寸之間的關係，調整進入光圈的光線與可使被攝物在低照度(Low Luminosity)的情況下，該成像鏡頭仍然能滿足成像品質。
綜上該，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上該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。
100，200，300‧‧‧成像鏡頭
20，201，301‧‧‧光圈
10‧‧‧第一鏡片
30‧‧‧第二鏡片
40‧‧‧第三鏡片
50‧‧‧第四鏡片
60‧‧‧第五鏡片
80‧‧‧影像感測器
70‧‧‧濾光片
S1,S3,S5,S7,S9S2,S4,S6,S8,S10‧‧‧表面
無
100‧‧‧成像鏡頭
20‧‧‧光圈
10‧‧‧第一鏡片
30‧‧‧第二鏡片
40‧‧‧第三鏡片
50‧‧‧第四鏡片
60‧‧‧第五鏡片
80‧‧‧影像感測器
70‧‧‧濾光片
S1,S3,S5,S7,S9 S2,S4,S6,S8,S10‧‧‧表面

Claims (10)

  1. 一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括具有的正光焦度的第一鏡片、光圈、具有負光焦度的第二鏡片、具有正光焦度或者負光焦度的第三鏡片、具有正光焦度的第四鏡片、具有負光焦度的第五鏡片及影像感測器；該成像鏡頭滿足以下條件式：
    0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5 ，
    其中，D為該光圈之直徑，p為該影像感測器的畫素尺寸。
  2. 如請求項1所述的成像鏡頭，其中，該第一鏡片包括面向物側的第一表面與面向像側的第二表面，該第一表面為凸面，該光圈設置在該第二表面。
  3. 如請求項1所述的成像鏡頭，其中，該第二鏡片包括面向物側的第三表面與面向像側的第四表面，該光圈設置在該第三表面。
  4. 如請求項2或者3所述的成像鏡頭，其中，該成像鏡頭還滿足條件式：
    0.02 < (t2 /f ) < 0.3，
    其中，t2 為第二鏡片之中心厚度，f為該成像鏡頭之焦距。
  5. 如請求項4所述的成像鏡頭，其中，
    該成像鏡頭還滿足：0.8 < Vd1/Vd2 < 3，
    其中，Vd1為該第一鏡片的阿貝數，Vd2為該第二鏡片的阿貝數。
  6. 如請求項5所述的成像鏡頭，其中，
    該成像鏡頭還滿足：0.2 < R1 /f< 0.9，其中，R1為第一表面之曲率半徑，f為該成像鏡頭之焦距。
  7. 如請求項6所述的成像鏡頭，其中，
    該成像鏡頭滿足：1.5 < f3 /f < 5，
    其中f3 為第三鏡片之焦距。
  8. 一種成像鏡頭，其從物側到像側依次包括光圈、具有正光焦度的第一鏡片、具有負光焦度的第二鏡片、具有正光焦度或者負光焦度的第三鏡片、具有正光焦度的第四鏡片、具有負光焦度的第五鏡片及影像感測器；該成像鏡頭滿足以下條件式：
    0.1 < ( 0.5 * p / D) < 1.5 ，
    其中，D為該光圈之直徑，p為該影像感測器的畫素尺寸。
  9. 如請求項8所述的成像鏡頭，其中，該成像鏡頭還滿足條件式：
    0.02 < (t2 /f ) < 0.3，
    0.8 < Vd1/Vd2 < 3，
    其中，其中，t2 為第二鏡片之中心厚度，f為該成像鏡頭之焦距；Vd1 為該第一鏡片的阿貝數，Vd2 為該第二鏡片的阿貝數。
  10. 如請求項9所述的成像鏡頭，其中，該成像鏡頭還滿足：
    0.2 < R1 /f< 0.9，與
    1.5 < f3/f < 5，
    其中，R1為第一表面之曲率半徑， f3 為第三鏡片之焦距。
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