TWI408407B - 超廣角鏡頭 - Google Patents

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Hai Jo Huang
Sheng An Wang
Xiao-Na Liu
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超廣角鏡頭
本發明涉及一種鏡頭，尤其涉及一種超廣角鏡頭。
先前之車用超廣角鏡頭之視角要求約在90度以上，而採用超廣角鏡頭所擷取到之影像在螢幕上通常會有嚴重之成像畸變。因此，如何設計出視角廣且不會造成成像嚴重畸變之超廣角鏡頭，已成為本技術領域工程技術人員研究之方向。為了降低成像畸變，一般在超廣角鏡頭設計過程中會採用非球面透鏡取代球面透鏡，但是，非球面透鏡之生產成本較高，不利於節約生產成本。
有鑑於此，有必要提供一種投影品質高、成本低之超廣角鏡頭。
一種超廣角鏡頭，其包括：
一具有負光焦度之第一透鏡組，其由自物側至像側依次排列之一第一球面透鏡、一第二球面透鏡及一第三球面透鏡，且該第一球面透鏡至第三球面透鏡依次為負光焦度、負光焦度及正光焦度；
一具有正光焦度之第二透鏡組，其由自物側至像側依次排列之一第四球面透鏡及一第五球面透鏡，且該第四球面透鏡和第五球面透鏡依次為正光焦度和負光焦度；
所述超廣角鏡頭滿足以下條件式﹕
0.01 < D/|FG1| < 1，
2 < D/FG2 < 4；
其中，D為第一球面透鏡之物側表面至超廣角鏡頭之成像面沿光軸方向上之距離，FG1為第一透鏡組之有效焦距，FG2為第二透鏡組之有效焦距。
與先前技術相比，本發明所述超廣角鏡頭在其尺寸較小之情況下仍保證超廣角鏡頭總長與球差之間之平衡，從而獲得較好之投影品質。
下面將結合附圖與實施例對本技術方案作進一步詳細說明。
請參閱圖1，其為本發明實施方式所提供之一超廣角鏡頭100用於將位於物側之一物體成像於像側之成像面，其中在所述超廣角鏡頭100之像側設置一影像感測元件200以擷取成像於像側之成像面之影像。所述像側之成像面為影像感測元件200之感測面。
所述超廣角鏡頭100從物側至像側依次包括一具有負光焦度之第一透鏡組10及一具有正光焦度之第二透鏡組20。所述第一透鏡組10從物側至像側依次包括一第一球面透鏡11、一第二球面透鏡12及一第三球面透鏡13，且該第一球面透鏡11至第三球面透鏡13依次為負光焦度、負光焦度及正光焦度。所述第二透鏡組20從物側至像側依次包括一第四球面透鏡21及一第五球面透鏡22，且該第四球面透鏡21和第五球面透鏡22依次為正光焦度和負光焦度。所述第三球面透鏡13與第四球面透鏡21之間具有一光圈30。
該超廣角鏡頭100滿足以下條件式：
(1) 0.01 < D/|FG1| < 1；及(2) 2 < D/FG2 < 4。
其中，D為第一球面透鏡11之物側表面至超廣角鏡頭100之成像面沿光軸方向上之距離，FG1為第一透鏡組10之有效焦距，FG2為第二透鏡組20之有效焦距。
條件式(1)使得超廣角鏡頭100擁有較大之視角，同時保證了超廣角鏡頭100之小型化。再者，第一球面透鏡11至第三球面透鏡13依次為負光焦度、負光焦度及正光焦度之設計能有效減小球差及畸變之程度，以提升超廣角鏡頭100之光學特性。
條件式(2)有效修正了超廣角鏡頭100之球差。
優選地，超廣角鏡頭100還滿足以下條件：
(3) 0.25 < 1/FG1 + 1/FG2 < 0.45；
其中，1/FG1為所述第一透鏡組10之屈光度，1/FG2為所述第二透鏡組20之屈光度。條件式(3)使得第一透鏡組10和第二透鏡組20之屈光度較小，可使各鏡片製造敏感度較低，降低生產成本，並易於修改橫向色差以及像面彎曲。
優選地，超廣角鏡頭100還滿足以下條件：
(4) 0.1 < t4/D < 0.3，
(5) 0.2 < t4/Ds < 0.6，
(6) 0.3 < 1/FL4< 0.5；
其中，t4為所述第四球面透鏡21在光軸方向上之肉厚，Ds為光圈30至成像面之距離，1/FL4為所述第四球面透鏡21之屈光度。條件式(4)~(6)保證超廣角鏡頭100之總長，有利於其小型化。
優選地，超廣角鏡頭100還滿足以下條件：
(7) n5 > 1.92；
其中，n5為所述第五球面透鏡22折射率之d線折射率。所述第五球面透鏡22之面型為凹凸新月型，在條件式(7)之保證下，使第五球面透鏡22屈光度較大，並且可以達到較高之像高，以及較小之畸變特徵。
優選地，超廣角鏡頭100還滿足以下條件：
(8) -4 < FL1/F0 < -2，
(9) 370< |FG1|/F0 < 380，
(10) 2 < FG2/F0 < 4；
其中，FL1為所述第一球面透鏡11之有效焦距，F0為整個超廣角鏡頭100之有效焦距。條件式(8)保證了超廣角鏡頭100之超廣角要求，可確保大角度之光線可有效會聚，同時保證小型化之要求。條件式(9)~(10)使得超廣角鏡頭100之球差和畸變易於修正。
優選地，超廣角鏡頭100還滿足以下條件：
(11) n1>1.75，
(12) ν2> 65，
(13) n3>1.84，
(14) ν3<25，
(15) n5>1.92，
(16) ν5<20；
其中，n1、n3、n5分別為所述第一、第三、第五球面透鏡11、13、22折射率之d線折射率，ν2、ν3、ν5為第二、第三、第五球面透鏡12、13、22之阿貝數。條件式(11)~(16)保證了大角度之光線可有效會聚。
本實施方式中，超廣角鏡頭100之各光學元件滿足表1之條件，其中，D=12.50mm；FG1=-563mm；FG2=3.30mm；t4=1.959mm；Ds=5.085mm；FL4=2.350mm；FL1=-4.30mm；F0=1.48mm。
表1中，R為對應表面之曲率半徑，D為對應表面到後一個表面之軸上距離(兩個表面截得光軸之長度)，Nd為對應透鏡組對d光(波長為587納米，下同)之折射率(下同)，Vd為d光在對應透鏡組之阿貝數(abbe number，下同)。
表 1
本實施方式中，超廣角鏡頭100之各光學元件滿足表2之條件，表2中，2ω為超廣角鏡頭100之視場角；FNo為超廣角鏡頭100之光圈數。
表2
本實施方式之超廣角鏡頭100中，其球差、場曲畸變及畸變分別如圖2到圖4所示。圖2中，分別為針對波長為546nm而觀察到之球差值曲線。總體而言，本實施方式之超廣角鏡頭100對可見光(波長範圍在400nm- 700nm之間)產生之球差值控制在(-0.06mm,0.06mm)範圍內。圖3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(下同)，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(0,0.06mm)範圍內。圖4中，曲線為畸變特性曲線，畸變量被控制在(-50%,0)範圍內。由此可見，超廣角鏡頭100之球差、場曲、畸變都能被控制(修正)在較小之範圍內。
所述超廣角鏡頭100在其尺寸較小之情況下仍保證超廣角鏡頭100總長與球差之間之平衡，從而獲得較好之投影品質。
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。
100‧‧‧超廣角鏡頭
10‧‧‧第一透鏡組
11‧‧‧第一球面透鏡
12‧‧‧第二球面透鏡
13‧‧‧第三球面透鏡
20‧‧‧第二透鏡組
21‧‧‧第四球面透鏡
22‧‧‧第五球面透鏡
30‧‧‧光圈
200‧‧‧影像感測元件
S1-S11‧‧‧表面
圖1為本發明實施方式提供之超廣角鏡頭之結構示意圖。
圖2為圖1中之超廣角鏡頭之球差圖。
圖3為圖1中之超廣角鏡頭之場曲圖。
圖4為圖1中之超廣角鏡頭之畸變圖。
100‧‧‧超廣角鏡頭
10‧‧‧第一透鏡組
11‧‧‧第一球面透鏡
12‧‧‧第二球面透鏡
13‧‧‧第三球面透鏡
20‧‧‧第二透鏡組
21‧‧‧第四球面透鏡
22‧‧‧第五球面透鏡
30‧‧‧光圈
200‧‧‧影像感測元件
S1-S11‧‧‧表面

Claims (8)

  1. 一種超廣角鏡頭，其包括：
    一具有負光焦度之第一透鏡組，其由自物側至像側依次排列之一第一球面透鏡、一第二球面透鏡及一第三球面透鏡，且該第一球面透鏡至第三球面透鏡依次為負光焦度、負光焦度及正光焦度；
    一具有正光焦度之第二透鏡組，其由自物側至像側依次排列之一第四球面透鏡及一第五球面透鏡，且該第四球面透鏡和第五球面透鏡依次為正光焦度和負光焦度；
    其改進在於，所述超廣角鏡頭滿足以下條件式﹕
    0.01 < D/|FG1| < 1，
    2 < D/FG2 < 4；
    其中，D為第一球面透鏡之物側表面至超廣角鏡頭之成像面沿光軸方向上之距離，FG1為第一透鏡組之有效焦距，FG2為第二透鏡組之有效焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之超廣角鏡頭，其中，該超廣角鏡頭還滿足以下條件式﹕
    0.25 < 1/FG1 + 1/FG2 < 0.45；
    其中，1/FG1為所述第一透鏡組之屈光度，1/FG2為所述第二透鏡組之屈光度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之超廣角鏡頭，其中，該超廣角鏡頭還包含一光圈，該光圈位於第三球面透鏡與第四球面透鏡之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之超廣角鏡頭，其中，該超廣角鏡頭還滿足以下條件式﹕
    0.1 < t4/D < 0.3，
    0.2 < t4/Ds < 0.6，
    0.3 < 1/FL4< 0.5；
    其中，t4為所述第四球面透鏡在光軸方向上之肉厚，Ds為光圈至成像面之距離，1/FL4為所述第四球面透鏡之屈光度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之超廣角鏡頭，其中，該超廣角鏡頭還滿足以下條件式﹕
    n5 > 1.92；
    其中，n5為所述第五球面透鏡折射率之d線折射率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之超廣角鏡頭，其中，所述第五球面透鏡之面型為凹凸新月型。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之超廣角鏡頭，其中，該超廣角鏡頭還滿足以下條件式﹕
    -4 < FL1/F0 < -2，
    370< |FG1|/F0 < 380，
    2 < FG2/F0 < 4；
    其中，FL1為所述第一球面透鏡之有效焦距，F0為整個超廣角鏡頭之有效焦距。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之超廣角鏡頭，其中，該超廣角鏡頭還滿足以下條件式﹕
    n1>1.75，
    ν2> 65，
    n3>1.84，
    ν3<25，
    n5>1.92，
    ν5<20；
    其中，n1、n3、n5分別為所述第一、第三、第五球面透鏡折射率之d線折射率，ν2、ν3、ν5為第二、第三、第五球面透鏡之阿貝數。
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