TW201939088A - 成像鏡頭(二十四) - Google Patents

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曾明煌
張錫齡
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Abstract

一種成像鏡頭包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡。第一透鏡具有負屈光力。第二透鏡具有正屈光力。第三透鏡具有負屈光力且包括一凸面朝向一像側。第四透鏡具有正屈光力。第五透鏡具有正屈光力且包括一凹面朝向像側。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡沿著一光軸從一物側至像側依序排列。

Description

成像鏡頭(二十四)
本發明係有關於一種成像鏡頭。
現今的成像鏡頭之發展趨勢,除了不斷朝向大視角發展外,隨著不同的應用需求,還需同時具備大光圈及高解析度的能力,習知的成像鏡頭已經無法滿足現今的需求,需要有另一種新架構的成像鏡頭,才能同時滿足大視角、大光圈及高解析度的特性。
有鑑於此,本發明之主要目的在於提供一種成像鏡頭,其具備大視角、大光圈及高解析度的特性,但是仍具有良好的光學性能。
本發明之成像鏡頭包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡。第一透鏡具有負屈光力。第二透鏡具有正屈光力。第三透鏡具有負屈光力且包括一凸面朝向一像側。第四透鏡具有正屈光力。第五透鏡具有正屈光力且包括一凹面朝向像側。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡沿著一光軸從一物側至像側依序排列。
其中第三透鏡可更包括一凹面朝向物側,第四透鏡包括一凹面朝向物側及一凸面朝向像側。
其中第四透鏡為非球面透鏡且不包括一反曲點。
其中成像鏡頭滿足以下條件:-3<f1+f2<-1;-2.9<R21/R31<-1.9;其中,f1為第一透鏡之一有效焦距,f2為第二透鏡之一有效焦距,R21為第二透鏡之一物側面之一曲率半徑,R31為第三透鏡之一物側面之一曲率半徑。
其中成像鏡頭滿足以下條件:4<(f4-f3)/f<10;其中,f3為第三透鏡之一有效焦距,f4為第四透鏡之一有效焦距,f為成像鏡頭之一有效焦距。
其中成像鏡頭滿足以下條件:-4<(R31+R32)/(R31-R32)<-2;其中,R31為第三透鏡之一物側面之一曲率半徑,R32為第三透鏡之一像側面之一曲率半徑。
其中成像鏡頭滿足以下條件:0<(R31+R32)/(R41+R42)<1;其中,R31為第三透鏡之一物側面之一曲率半徑,R32為第三透鏡之一像側面之一曲率半徑,R41為第四透鏡之一物側面之一曲率半徑,R42為第四透鏡之一像側面之一曲率半徑。
其中可更包括一光圈,設置於第一透鏡與第二透鏡之間,第一透鏡包括一凸面朝向物側及一凹面朝向像側,第二透鏡為雙凸透鏡,第五透鏡可更包括一凸面朝向物側。
其中成像鏡頭滿足以下條件:1.8<(Nd1+Nd4)/2<1.9;其中,Nd1為第一透鏡之一折射率,Nd4為第四透鏡之一折射率。
其中成像鏡頭滿足以下條件:1.7<f4/f<6;其中,f4為第四透鏡之一有效焦距,f為成像鏡頭之一有效焦距。
為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂,下 文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。
1、2、3‧‧‧成像鏡頭
L11、L21、L31‧‧‧第一透鏡
L12、L22、L32‧‧‧第二透鏡
L13、L23、L33‧‧‧第三透鏡
L14、L24、L34‧‧‧第四透鏡
L15、L25、L35‧‧‧第五透鏡
ST1、ST2、ST3‧‧‧光圈
OF1、OF2、OF3‧‧‧濾光片
OA1、OA2、OA3‧‧‧光軸
IMA1、IMA2、IMA3‧‧‧成像面
S11、S12、S13、S14、S15‧‧‧面
S16、S17、S18、S19、S110‧‧‧面
S111、S112、S113‧‧‧面
S21、S22、S23、S24、S25‧‧‧面
S26、S27、S28、S29、S210‧‧‧面
S211、S212、S213‧‧‧面
S31、S32、S33、S34、S35‧‧‧面
S36、S37、S38、S39、S310‧‧‧面
S311、S312、S313‧‧‧面
第1圖係依據本發明之成像鏡頭之第一實施例的透鏡配置與光路示意圖。
第2A圖係第1圖之成像鏡頭之場曲(Field Curvature)圖。
第2B圖係第1圖之成像鏡頭之畸變(Distortion)圖。
第2C圖係第1圖之成像鏡頭之調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。
第3圖係依據本發明之成像鏡頭之第二實施例的透鏡配置與光路示意圖。
第4A圖係第3圖之成像鏡頭之場曲(Field Curvature)圖。
第4B圖係第3圖之成像鏡頭之畸變(Distortion)圖。
第4C圖係第3圖之成像鏡頭之調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。
第5圖係依據本發明之成像鏡頭之第三實施例的透鏡配置示意圖。
第6A圖係第5圖之成像鏡頭之縱向像差(Longitudinal Aberration)圖。
第6B圖係第5圖之成像鏡頭之場曲(Field Curvature)圖。
第6C圖係第5圖之成像鏡頭之畸變(Distortion)圖。
第6D圖係第5圖之成像鏡頭之橫向色差(Lateral Color)圖。
第6E圖係第5圖之成像鏡頭之調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。
請參閱第1圖,第1圖係依據本發明之成像鏡頭之第一實施例的透鏡配置與光路示意圖。成像鏡頭1沿著一光軸OA1從一物側至一像側依序包括一第一透鏡L11、一光圈ST1、一第二透鏡L12、一第三透鏡L13、一第四透鏡L14、一第五透鏡L15及一濾光片OF1。成像時,來自物側之光線最後成像於一成像面IMA1上。
第一透鏡L11為彎月型透鏡具有負屈光力由玻璃材質製成,其物側面S11為凸面,像側面S12為凹面,物側面S11與像側面S12皆為球面表面。
第二透鏡L12為雙凸透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S14為凸面,像側面S15為凸面,物側面S14與像側面S15皆為球面表面。
第三透鏡L13為彎月型透鏡具有負屈光力由玻璃材質製成,其物側面S16為凹面,像側面S17為凸面,物側面S16與像側面S17皆為球面表面。
第四透鏡L14為彎月型透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S18為凹面,像側面S19為凸面,物側面S18與像側面S19皆為非球面表面且不具有反曲點。
第五透鏡L15為彎月型透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S110為凸面,像側面S111為凹面,物側面S110與像側面S111皆為球面表面。
濾光片OF1其物側面S112與像側面S113皆為平面。
另外,第一實施例中的成像鏡頭1滿足底下六條件中任一條件:1.7<f14/f1<6 (1)
-3<f11+f12<-1 (2)
4<(f14-f13)/f1<10 (3)
-2.9<R121/R131<-1.9 (4)
-4<(R131+R132)/(R131-R132)<-2 (5)
0<(R131+R132)/(R141+R142)<1 (6)
其中,f11為第一透鏡L11之一有效焦距,f12為第二透鏡L12之一有效焦距,f13為第三透鏡L13之一有效焦距,f14為第四透鏡L14之一有效焦距,f1為成像鏡頭1之一有效焦距一,R121為第二透鏡L12之物側面S14之一曲率半徑,R131為第三透鏡L13之物側面S16之一曲率半徑,R132為第三透鏡L13之像側面S17之一曲率半徑,R141為第四透鏡L14之物側面S18之一曲率半徑,R142為第四透鏡L14之像側面S19之一曲率半徑。
利用上述透鏡、光圈ST1及至少滿足條件(1)至條件(6)其中一條件之設計,使得成像鏡頭1能有效的縮小光圈值、提升視角、提升解析度、有效的修正像差。
表一為第1圖中成像鏡頭1之各透鏡之相關參數表,表一資料顯示,第一實施例之成像鏡頭1之有效焦距等於5.454mm、光圈值等於1.01、鏡頭總長度等於30.01124mm、視角等於84度。
表一中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到:z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
其中:c:曲率; h:透鏡表面任一點至光軸之垂直距離;k:圓錐係數;A~D:非球面係數。
表二為表一中各個透鏡之非球面表面之相關參數表,其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~D為非球面係數。
表三為條件(1)至條件(6)中各參數值及條件(1)至條件(6)之計算值,由表三可知,第一實施例之成像鏡頭1皆能滿足條件(1)至條件(6)之要求。
另外,第一實施例之成像鏡頭1的光學性能也可達到要求,這可從第2A至第2C圖看出。第2A圖所示的,是第一實施例之成像鏡頭1的場曲(Field Curvature)圖。第2B圖所示的,是第一實施例之成像鏡頭1的畸變(Distortion)圖。第2C圖所示的,是第一實施例之成像鏡頭1的調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。
由第2A圖可看出,第一實施例之成像鏡頭1對波長為0.845μm、0.860μm、0.875μm之光線,於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之場曲介於-0.03mm至0.13mm之間。
由第2B圖(圖中的三條線幾乎重合,以致於看起來只有一條線)可看出,第一實施例之成像鏡頭1對波長為0.845μm、0.860μm、0.875μm之光線所產生的畸變介於-15%至0%之間。
由第2C圖可看出,第一實施例之成像鏡頭1對波長範圍介於0.845μm至0.875μm之光線,分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向,視場角度分別為0.00度、16.00度、28.00度、32.00度、36.00度、40.00度,空間頻率介於0lp/mm至29lp/mm,其調變轉換函數值介於0.39至1.0之間。
顯見第一實施例之成像鏡頭1之場曲、畸變都能被有效修正,鏡頭解析度也能滿足要求,從而得到較佳的光學性能。
請參閱第3圖,第3圖係依據本發明之成像鏡頭之第二實施例的透鏡配置與光路示意圖。成像鏡頭2沿著一光軸OA2從一物側至一像側依序包括一第一透鏡L21、一光圈ST2、一第二透鏡L22、一第三透鏡L23、一第四透鏡L24、一第五透鏡L25及一濾光片OF2。成像時,來自物側之光線最後成像於一成像面IMA2上。
第一透鏡L21為彎月型透鏡具有負屈光力由玻璃材質製成,其物側面S21為凸面,像側面S22為凹面,物側面S21與像側面S22皆為球面表面。
第二透鏡L22為雙凸透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S24為凸面,像側面S25為凸面,物側面S24與像側面S25皆為球面表面。
第三透鏡L23為彎月型透鏡具有負屈光力由玻璃材質製成,其物側面S26為凹面,像側面S27為凸面,物側面S26與像側面S27皆為球面表面。
第四透鏡L24為彎月型透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S28為凹面,像側面S29為凸面,物側面S28為球面表面,像側面S29為非球面表面且不具有反曲點。
第五透鏡L25為彎月型透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S210為凸面,像側面S211為凹面,物側面S210與像側面S211皆為球面表面。
濾光片OF2其物側面S212與像側面S213皆為平面。
另外,第二實施例中的成像鏡頭2滿足底下六條件中任一條件:1.7<f24/f2<6 (7)
-3<f21+f22<-1 (8)
4<(f24-f23)/f2<10 (9)
-2.9<R221/R231<-1.9 (10)
-4<(R231+R232)/(R231-R232)<-2 (11)
0<(R231+R232)/(R241+R242)<1 (12)
上述f21、f22、f23、f24、f2、R221、R231、R232、R241及R242之定義與第一實施例中f11、f12、f13、f14、f1、R121、R131、R132、R141及R142之定義相同,在此皆不加以贅述。
利用上述透鏡、光圈ST2及至少滿足條件(7)至條件(12)其中一條件之設計,使得成像鏡頭2能有效的縮小光圈值、提升視角、提升解析度、有效的修正像差。
表四為第3圖中成像鏡頭2之各透鏡之相關參數表,表四資料顯示,第二實施例之成像鏡頭2之有效焦距等於5.454mm、光圈值等於1.1、鏡頭總長度等於26.797mm、視角等於80度。
表四中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到:z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
其中:c:曲率;h:透鏡表面任一點至光軸之垂直距離;k:圓錐係數; A~D:非球面係數。
表五為表四中各個透鏡之非球面表面之相關參數表,其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~D為非球面係數。
表六為條件(7)至條件(12)中各參數值及條件(7)至條件(12)之計算值,由表六可知,第二實施例之成像鏡頭2皆能滿足條件(7)至條件(12)之要求。
另外,第二實施例之成像鏡頭2的光學性能也可達到要求,這可從第4A至第4C圖看出。第4A圖所示的,是第二實施例之成像鏡頭2的場曲(Field Curvature)圖。第4B圖所示的,是第二實施例之成像鏡頭2的畸變(Distortion)圖。第4C圖所示的,是第二實施例之成像鏡頭2的調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。
由第4A圖可看出,第二實施例之成像鏡頭2對波長為0.845μm、0.860μm、0.875μm之光線,於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之場曲介於-0.10mm至0.05mm之間。
由第4B圖(圖中的三條線幾乎重合,以致於看起來只有一條線)可看出,第二實施例之成像鏡頭2對波長為0.845μm、0.860μm、0.875μm之光線所產生的畸變介於-11%至0%之間。
由第4C圖可看出,第二實施例之成像鏡頭2對波長範圍介於0.845μm至0.875μm之光線,分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向,視場高度分別為0.0000mm、0.7600mm、1.5200mm、2.2800mm、3.0400mm、3.8000mm、3.9800mm,空間頻率介於0lp/mm至29lp/mm,其調變轉換函數值介於0.35至1.0之間。
顯見第二實施例之成像鏡頭2之場曲、畸變都能被有效修正,鏡頭解析度也能滿足要求,從而得到較佳的光學性能。
請參閱第5圖,第5圖係依據本發明之成像鏡頭之第三實 施例的透鏡配置示意圖。成像鏡頭3沿著一光軸OA3從一物側至一像側依序包括一第一透鏡L31、一光圈ST3、一第二透鏡L32、一第三透鏡L33、一第四透鏡L34、一第五透鏡L35及一濾光片OF3。成像時,來自物側之光線最後成像於一成像面IMA3上。
第一透鏡L31為彎月型透鏡具有負屈光力由玻璃材質製成,其物側面S31為凸面,像側面S32為凹面,物側面S31與像側面S32皆為球面表面。
第二透鏡L32為雙凸透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S34為凸面,像側面S35為凸面,物側面S34與像側面S35皆為球面表面。
第三透鏡L33為彎月型透鏡具有負屈光力由玻璃材質製成,其物側面S36為凹面,像側面S37為凸面,物側面S36與像側面S37皆為球面表面。
第四透鏡L34為彎月型透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S38為凹面,像側面S39為凸面,物側面S38與像側面S39皆為非球面表面且不具有反曲點。
第五透鏡L35為彎月型透鏡具有正屈光力由玻璃材質製成,其物側面S310為凸面,像側面S311為凹面,物側面S310與像側面S311皆為球面表面。
濾光片OF3其物側面S312與像側面S313皆為平面。
另外,第三實施例中的成像鏡頭3滿足底下六條件中任一條件: 1.7<f34/f3<6 (13)
-3<f31+f32<-1 (14)
4<(f34-f33)/f3<10 (15)
-2.9<R321/R331<-1.9 (16)
-4<(R331+R332)/(R331-R332)<-2 (17)
0<(R331+R332)/(R341+R342)<1 (18)
1.8<(Nd31+Nd34)/2<1.9 (19)
上述f31、f32、f33、f34、f3、R321、R331、R332、R341及R342之定義與第一實施例中f11、f12、f13、f14、f1、R121、R131、R132、R141及R142之定義相同,在此皆不加以贅述。Nd31為第一透鏡L31之一折射率,Nd34為第四透鏡L34之一折射率。
利用上述透鏡、光圈ST3及至少滿足條件(13)至條件(19)其中一條件之設計,使得成像鏡頭3能有效的縮小光圈值、提升視角、提升解析度、有效的修正像差。
表七為第5圖中成像鏡頭3之各透鏡之相關參數表,表七資料顯示,第三實施例之成像鏡頭3之有效焦距等於5.412mm、光圈值等於1.05、鏡頭總長度等於29.953mm、視角等於80度。
表七中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到:z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
其中:c:曲率;h:透鏡表面任一點至光軸之垂直距離;k:圓錐係數; A~D:非球面係數。
表八為表七中各個透鏡之非球面表面之相關參數表,其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~D為非球面係數。
表九為條件(13)至條件(19)中各參數值及條件(13)至條件(19)之計算值,由表九可知,第三實施例之成像鏡頭3皆能滿足條件(13)至條件(19)之要求。
另外,第三實施例之成像鏡頭3的光學性能也可達到要求,這可從第6A至第6E圖看出。第6A圖所示的,是第三實施例之成像鏡頭3的縱向像差(Longitudinal Aberration)圖。第6B圖所示的,是第三實施例之成像鏡頭3的場曲(Field Curvature)圖。第6C圖所示的,是第三實施例之成像鏡頭3的畸變(Distortion)圖。第6D圖所示的,是第三實施例之成像鏡頭3的橫向色差(Lateral Color)圖。第6E圖所示的,是第三實施例之成像鏡頭3的調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。
由第6A圖可看出,第三實施例之成像鏡頭3對波長為0.845μm、0.860μm、0.875μm之光線所產生的縱向像差值介於-0.09mm至0.03mm之間。
由第6B圖可看出,第三實施例之成像鏡頭3對波長為0.845μm、0.860μm、0.875μm之光線,於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之場曲介於-0.04mm至0.07mm之間。
由第6C圖(圖中的三條線幾乎重合,以致於看起來只有一條線)可看出,第三實施例之成像鏡頭3對波長為0.845μm、0.860μm、0.875μm之光線所產生的畸變介於-13%至0%之間。
由第6D圖可看出,第三實施例之成像鏡頭3對波長為0.845μm、0.860μm、0.875μm之光線,於最大視場角度等於40.0000度,所產生的橫向色差值介於-4μm至4μm之間。
由第6E圖可看出,第三實施例之成像鏡頭3,對波長範圍介於0.845μm至0.875μm之光線,分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向,視場角度分別為0.00度、16.00度、20.00度、24.00度、28.00度、32.00度、36.00度、40.00度,空間頻率介於0lp/mm至29lp/mm,其調變轉換函數值介於0.41至1.0之間。
顯見第三實施例之成像鏡頭3之縱向像差、場曲、畸變、橫向色差都能被有效修正,鏡頭解析度也都能滿足要求,從而得到較佳的光學性能。
上述實施例中之第四透鏡L14、L24、L34其物側面S18、S38與像側面S19、S29、S39皆為非球面表面且不具有反曲點,非球面的複雜表面可以減少球差或者其他像差,非球面的曲率半徑隨著中心軸而變化,具有更佳的曲率半徑,可以維持良好的像差修正,非球面還可以減少透鏡系統中所需的透鏡數量,使得成像鏡頭能有效的縮小光圈值、提升視角、提升解析度、有效的修正像差。
上述實施例中成像鏡頭之透鏡的折射率Nd範圍介於1.665740至1.903700之間;阿貝係數Vd介於31.005320至55.070000之間,各實施例之第一透鏡以及第四透鏡的折射率Nd值平均(Nd1+Nd4)/2範圍介於1.8至1.9之間,其中(Nd1+Nd4)/2較佳範圍為介於1.82135至1.8229485之間,各實施例之阿貝係數Vd值平均(Vd1+Vd4)/2範圍介於40至41之間,其中 (Vd1+Vd4)/2較佳範圍為介於40.150449至40.175之間,成像鏡頭中的透鏡藉由此折射率Nd及阿貝係數Vd的配置範圍,以獲得較佳的成像效果。
上述實施例中全部透鏡皆由玻璃材質製成,然而可以了解到,若全部透鏡皆改由塑膠材質製成或部分透鏡改由塑膠材質製成,亦應屬本發明之範疇。

Claims (10)

  1. 一種成像鏡頭,包括:一第一透鏡具有負屈光力;一第二透鏡具有正屈光力;一第三透鏡具有負屈光力,該第三透鏡包括一凸面朝向一像側;一第四透鏡具有正屈光力;以及一第五透鏡具有正屈光力,該第五透鏡包括一凹面朝向該像側;其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡以及該第五透鏡沿著一光軸從一物側至該像側依序排列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭,其中:該第三透鏡更包括一凹面朝向該物側;以及該第四透鏡包括一凹面朝向該物側以及一凸面朝向該像側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之成像鏡頭,其中該成像鏡頭滿足以下條件:-4<(R31+R32)/(R31-R32)<-2;其中,R31為該第三透鏡之一物側面之一曲率半徑,R32為該第三透鏡之一像側面之一曲率半徑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之成像鏡頭,其中該成像鏡頭滿足以下條件:0<(R31+R32)/(R41+R42)<1; 其中,R31為該第三透鏡之一物側面之一曲率半徑,R32為該第三透鏡之一像側面之一曲率半徑,R41為該第四透鏡之一物側面之一曲率半徑,R42為該第四透鏡之一像側面之一曲率半徑。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一請求項所述之成像鏡頭,其中:更包括一光圈,設置於該第一透鏡與該第二透鏡之間;該第一透鏡包括一凸面朝向該物側以及一凹面朝向該像側;該第二透鏡為雙凸透鏡;以及該第五透鏡更包括一凸面朝向該物側。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之成像鏡頭,其中該成像鏡頭滿足以下條件:1.8<(Nd1+Nd4)/2<1.9;其中,Nd1為該第一透鏡之一折射率,Nd4為該第四透鏡之一折射率。
  7. 如申請專利範圍第2至4項中任一請求項所述之成像鏡頭,其中該第四透鏡為非球面透鏡且不包括一反曲點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭,其中該成像鏡頭滿足以下條件:-3<f1+f2<-1;-2.9<R21/R31<-1.9;其中,f1為該第一透鏡之一有效焦距,f2為該第二透鏡之一有效焦距,R21為該第二透鏡之一物側面之一曲率半徑,R31為該第三透鏡之一物側面之一曲率半徑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭,其中該成像鏡頭滿足以下條件:4<(f4-f3)/f<10;其中,f3為該第三透鏡之一有效焦距,f4為該第四透鏡之一有效焦距,f為該成像鏡頭之一有效焦距。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭,其中該成像鏡頭滿足以下條件:1.7<f4/f<6;其中,f4為該第四透鏡之一有效焦距,f為該成像鏡頭之一有效焦距。
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