TWI418873B - 廣角鏡頭 - Google Patents

Description

廣角鏡頭

本發明是有關於一種鏡頭，且特別是有關於一種廣角鏡頭。

一般來說，投影機若要投影到較大的螢幕尺寸，則必須有較長的投影距離。相對地，若要在較短之投影距離投影大尺寸畫面，此時通常會搭配使用特殊廣角鏡頭。目前，特殊廣角鏡頭的成像原理可分為兩種方式：一種為曲面鏡形式，其主要利用曲面反射鏡反射來達成廣角的需求；另一種則為穿透式形式，其主要是利用鏡片折射達成廣角的需求。

美國專利公告號第7184219號揭露一種廣角投影鏡頭，其包含一具有負屈光度的第一鏡群以及具有正屈光度的第二鏡群。第一鏡群具有三枚透鏡，且這些透鏡之屈光度依序為負、負、負，其中第一枚透鏡為塑膠材質的非球面透鏡。另外，第二透鏡群具有十一枚透鏡，且這些透鏡之屈光度依序為正、負、負、正、負、正、負、正、負、正、正，其中第四枚透鏡與第五枚透鏡為一雙膠合透鏡，第六枚透鏡與第七枚透鏡為一雙膠合透鏡，第九枚透鏡、第十枚透鏡及第十一枚透鏡為一三膠合透鏡，第十二枚透鏡及第十三枚透鏡為一雙膠合透鏡。

美國專利公告號第6937401號揭露一種投影鏡頭，其包含第一鏡群以及第二鏡群，其中第一鏡群具有負屈光度的第一透鏡組及正屈光度的第二透鏡組。第一透鏡組包含第一透鏡及第二透鏡，第一透鏡與第二透鏡之屈光度依序為負、負。第二透鏡組包含單一透鏡，其屈光度為正。第二鏡群具有第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡與第九透鏡，其中這些透鏡之屈光度依序為負、負、負、正、正、正，且第六透鏡以及第七透鏡為一膠合透鏡。另外，第一透鏡組以及第二透鏡組之間設有一反射鏡，且第二鏡組及第二鏡群之間設置有一光圈。

美國專利公告號第6999247號揭露一種廣角投影鏡頭，其包含具有負屈光度的第一鏡群以及具有正屈光度的第二鏡群。第一鏡群具有四枚透鏡，且這些透鏡屈光度依序為負、負、負、正；第二透鏡群具有六枚透鏡，且這些透鏡之屈光度依序為正、正、負、正、正、正，其中第六枚透鏡、第七枚透鏡及第八透鏡為一膠合透鏡。

此外，由於一般的廣角鏡頭之設計過程中，像差(如：畸變、場曲、色差、球差等等)通常是設計者所面對的一項難題。因此，在超廣角鏡頭中，由於光線入射或出射於廣角鏡頭之角度會更大，因此像差之畸變的控制將更加的困難。

本發明提出一種廣角鏡頭，其具有較佳的成像品質、小體積、製作容易與低成本之優點。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提供一種廣角鏡頭，適於配置於一放大側與一縮小側之間。廣角鏡頭包括一第一透鏡群與一第二透鏡群。第一透鏡群具有一負屈光度，且第一透鏡群包括從一放大側至一縮小側依序排列的一第一透鏡、一第二透鏡以及一第三透鏡。第二透鏡群具有一正屈光度並位於第一透鏡群與縮小側之間。本實施例之第一透鏡符合2.1<D1/H1<3.0、第二透鏡符合2.6<D2/H2<3.5以及第三透鏡符合2.8<D3/H3<4.0，其中D1為第一透鏡之外徑、D2為第二透鏡之外徑以及D3為第三透鏡之外徑，而H1為第一透鏡之中心高度、H2為第二透鏡之中心高度以及H3為第三透鏡之中心高度。

在本發明一實施例中，第一透鏡群的有效焦距為fl，廣角鏡頭的有效焦距為f，且上述的廣角鏡頭符合18<f1/f<33。

在本發明一實施例中，上述的廣角鏡頭符合D1/H1<D2/H2<D3/H3。

在本發明一實施例中，第一透鏡群包括從放大側至縮小側依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡以及一第七透鏡。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡以及第七透鏡之屈光度分別為負、負、負、負、正、負、正。

在本發明一實施例中，第二透鏡群包括從第一透鏡群至縮小側依序排列的一第八透鏡、一第九透鏡、一第十透鏡、一第十一透鏡、一第十二透鏡、一第十三透鏡以及一第十四透鏡。第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡、第十二透鏡、第十三透鏡以及第十四透鏡之屈光度分別為正、負、正、負、正、負、正。

在本發明一實施例中，第一透鏡群包括從放大側至縮小側依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及一第四透鏡。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡與第四透鏡之屈光度分別為負、負、負、負。

在本發明一實施例中，第二透鏡群包括從第一透鏡群至縮小側依序排列的一第五透鏡、一第六透鏡、一第七透鏡、一第八透鏡、一第九透鏡、一第十透鏡、一第十一透鏡、一第十二透鏡、一第十三透鏡以及一第十四透鏡。第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡、第十二透鏡、第十三透鏡以及第十四透鏡之屈光度分別為正、負、正、正、負、正、負、正、負、正。在本發明一實施例中，第一透鏡群更包括一第十五透鏡，配置於第四透鏡與第五透鏡之間。

在本發明一實施例中，上述的第一透鏡與第二透鏡各為一非球面透鏡。

在本發明一實施例中，上述的第一透鏡與第二透鏡的非球面透鏡材質為塑膠。

在本發明一實施例中，上述的第五透鏡與第六透鏡為一雙膠合透鏡。

在本發明一實施例中，上述的第十四透鏡為一非球面透鏡。

在本發明一實施例中，上述的第十四透鏡的非球面透鏡材質為玻璃。

在本發明一實施例中，上述的第九透鏡、第十透鏡與第十一透鏡為一三膠合透鏡。

在本發明一實施例中，上述的第十三透鏡與第十四透鏡為一雙膠合透鏡。

在本發明一實施例中，上述的廣角鏡頭更包括一孔徑光闌，配置於第十一透鏡與第十二透鏡之間。

基於上述，本發明之實施例可達到下列優點或功效之至少其一。當廣角鏡頭的第一透鏡之外徑D1與高度H1之比符合2.1<D1/H1<3.0、第二透鏡之外徑D2與高度H2之比符合2.6<D2/H2<3.5以及第三透鏡之外徑D3與高度H3之比符合2.8<D3/H3<4.0，如此可使廣角鏡頭之視場角2ω大於一般廣角鏡頭的視場角(2ω>90°)，甚至在大於130°(2ω>130°)時仍可呈現良好的成像品質。另外，適當地選擇第一透鏡群的有效焦距為fl與廣角鏡頭的有效焦距為f，以使廣角鏡頭100符合18<f1/f<33，如此亦可在視場角2ω>130°下仍可呈現較佳的光學品質。此外，由於第一透鏡群具有雙膠合透鏡以及第二透鏡群具有雙膠合與三膠合透鏡，因此將可有效地降低廣角鏡頭進行成像時所產生之球差和色差，從而呈現較佳的光學成像品質。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之多個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。

圖1為本發明一實施例之廣角鏡頭的示意圖。請參考圖1，本實施例之廣角鏡頭100，配置於一放大側與一縮小側之間。廣角鏡頭100包括一第一透鏡群110與一第二透鏡群120。第一透鏡群110具有一負屈光度。在本實施例中，第一透鏡群110包括從放大側至縮小側依序排列的一第一透鏡111、一第二透鏡112、一第三透鏡113、一第四透鏡114、一第五透鏡115、一第六透鏡116以及一第七透鏡117，其中第一透鏡111、第二透鏡112、第三透鏡113、第四透鏡114、第五透鏡115、第六透鏡116以及第七透鏡117之屈光度分別為負、負、負、負、正、負、正。具體而言，第一透鏡111、第二透鏡112與第三透鏡113皆可為凸面朝向放大側的凸凹透鏡、第四透鏡114可為一雙凹透鏡、第五透鏡115可為雙凸透鏡、第六透鏡116可為凸面朝向縮小側的凸凹透鏡以及第七透鏡117可為一雙凸透鏡。在本實施例中，第五透鏡115與第六透鏡116可為一雙膠合透鏡，如此，將可有效地降低廣角鏡頭100進行成像時的球差(spherical aberration)和色差(color aberration)。

另外，在第一透鏡群110中，第一透鏡111、第二透鏡112以及第三透鏡113之外徑分別為D1、D2與D3，且第一透鏡111、第二透鏡112以及第三透鏡113之中心高度分別為H1、H2與H3，如圖1所示。特別的是，本實施例之廣角鏡頭100中第一透鏡之外徑D1與高度H1之比符合2.1<D1/H1<3.0、第二透鏡之外徑D2與高度H2之比符合2.6<D2/H2<3.5以及第三透鏡之外徑D3與高度H3之比符合2.8<D3/H3<4.0時，可使本實施例之廣角鏡頭100之視場角2ω將遠大於一般廣角鏡頭的視場角(2ω>90°)，甚至在大於130°(2ω>130°)時仍可呈現良好的成像品質，其中此處謂之廣角鏡頭100之視場角2ω，係指可入射或出射於第一透鏡111之光線與光軸A之二倍夾角，如圖1所示。在本實施例中，廣角鏡頭100可符合D1/H1<D2/H2<D3/H3。需要說明的是，本實施例之透鏡中心高度(例如H1、H2與H3)之定義方式為：透鏡朝向放大側之表面與廣角鏡頭的光軸相交的一點至透鏡之邊緣正投影至光軸上的一點之距離，也就是透鏡平面處(通常指的是與鏡框的承靠面)至透鏡中心的高度。

本發明之廣角鏡頭100主要是透過使第一透鏡111之外徑D1與高度H1、第二透鏡112之外徑D2與高度H2與第三透鏡113之外徑D3與高度H3滿足2.1<D1/H1<3.0、2.6<D2/H2<3.5以及2.8<D3/H3<4.0，如此，本實施例之廣角鏡頭100在進行超廣角(2ω>130°)之成像時，像差便可有效地被控制，而可呈現較佳的成像品質。也就是說，本實施例之廣角鏡頭100可藉由滿足2.1<D1/H1<3.0、2.6<D2/H2<3.5以及2.8<D3/H3<4.0之設計，而於視場角2ω>130°進行成像時，仍可呈現良好的成像品質。

在本發明之實施例中，第一透鏡111、第二透鏡112以及第三透鏡113之外徑D1、D2、D3與中心高度H1、H2、H3係以下表一所示之數值作為實施範例，但本發明不限於此，也就是說，外徑D1、D2、D3與中心高度H1、H2、H3之相關數值與比例主要是依據上述之關係式而定，表一僅為一實施舉例。

另外，本發明之廣角鏡頭100除了在滿足上述關係式而於開角2ω>130°進行成像時，可呈現良好的成像品質外，本實施例之廣角鏡頭亦可透過適當地選擇第一透鏡群110的有效焦距為f1與廣角鏡頭100的有效焦距為f，以使廣角鏡頭100符合18<f1/f<33之範圍，進而可呈現較佳的光學品質。若超出上限值33時，代表第一鏡群屈光度很小，將使得變焦行程變長而導致無法精簡；若是小於下限值18則會使其餘投影尺寸像差變大。

請繼續參考圖1，第二透鏡群120具有一正屈光度並位於第一透鏡群110與縮小側之間。在本實施例中，第二透鏡群120包括從第一透鏡群110至縮小側依序排列的一第八透鏡121、一第九透鏡122、一第十透鏡123、一第十一透鏡124、一第十二透鏡125、一第十三透鏡126以及一第十四透鏡127，其中第八透鏡121、第九透鏡122、第十透鏡123、第十一透鏡124、第十二透鏡125、第十三透鏡126以及第十四透鏡127之屈光度分別為正、負、正、負、正、負、正。具體而言，第八透鏡121、第十透鏡123、第十二透鏡125與第十四透鏡127皆可為雙凸透鏡、第九透鏡122與第十一透鏡124皆可為雙凹透鏡，以及第十三透鏡126可為凸面朝向放大側之凸凹透鏡。

在本發明之實施例中，第九透鏡122、第十透鏡123與第十一透鏡124可為一三膠合透鏡，而第十三透鏡126與第十四透鏡127為可為一雙膠合透鏡。詳細而言，由於第二透鏡群120具有雙膠合鏡片與三膠合鏡片，因此便可進一步地有效降低廣角鏡頭100進行成像時所產生之球差和色差，從而可呈現較佳的光學成像品質。另外，本實施例之第一透鏡111與第二透鏡112亦可各為一非球面透鏡且可採用塑膠材質，可降低廣角透鏡的成本，如此便可透過非球面的補償，而可有效地改善成像時所產生之畸變的問題。再者，第十四透鏡127可採用一模造玻璃凸透鏡，如此可有效地搜集成像方的光強度，且光線經過廣角鏡頭100投影放大至物方時亦可同時降低球差、場曲與慧差，其中第十四透鏡127可為一非球面透鏡。

一般而言，於縮小側可設置有一影像處理元件130(image processing device)。在本實施例中，影像處理元件130可以是光閥(light valve)或感光元件。另外，還可配置一玻璃蓋以保護影像處理元件130。在一實施例中，若放大側的物體移動時，則廣角鏡頭100可透過移動第一透鏡群110與第二透鏡群120之相對位置而進行對焦，以使物體可順利成像於縮小側。於另一實施例中，廣角鏡頭100亦可使位於縮小側的影像投影至放大側，以進行影像投影。

除此之外，廣角鏡頭100更包括一孔徑光闌140，其中孔徑光闌140配置於第十一透鏡124與第十二透鏡125之間，如圖1所示。

補充說明一點，於設計廣角鏡頭100時，不限定廣角鏡頭100需同時滿足上述所列之條件，而是視光學成像品質的需求，選擇性地滿足上述所列之條件。

以下內容將舉出廣角鏡頭100之一實施例。需注意的是，下述之表二中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可應用本發明的原則對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。

在表二中，間距是指兩相鄰表面間於廣角鏡頭100之光軸A上之直線距離，舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2間於光軸A上之直線距離。備註欄中各透鏡所對應之厚度、折射率與阿貝數請參照同列中各間距、折射率與阿貝數對應之數值。此外，在表二中，表面S1、S2為第一透鏡111的兩表面，表面S3、S4為第二透鏡112之兩表面，表面S5、S6為第三透鏡113之兩表面，表面S7、S8為第四透鏡114的兩表面，表面S9為第五透鏡115朝向放大側之一表面，表面S10為第五透鏡115與第六透鏡116相連的表面，表面S11為第六透鏡116朝向縮小側的一表面，表面S12、S13為第七透鏡117的兩表面。表面S14、S15為第八透鏡121的兩表面，表面S16為第九透鏡122朝向放大側的表面，表面S17為第九透鏡122與第十透鏡123相連的表面，表面S18為第十透鏡123與第十一透鏡124相連的表面，且表面S19為第十一透鏡124之朝向縮小側的表面。表面S20、S21為第十二透鏡125之兩表面，表面S22為第十三透鏡126朝向放大側之一表面，S23為第十三透鏡126與第十四透鏡127相連的表面，且表面S24為第十四透鏡127之朝向縮小側的表面。有關於各表面之曲率半徑、間距等參數值，請參照表二，在此不再重述。表三為廣角鏡頭100的第一鏡群110的有效焦距fl以及廣角鏡頭100的有效焦距f。

另外，上述表面S1、S2、S3、S4、S24為偶次項非球面，而其可用下列公式表示：

式中，Z為光軸A方向之偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸A處的曲率半徑(如表二中S1、S2的曲率半徑)的倒數。k是二次曲面係數(conic)，γ是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，而A₂ 、A₄ 、A₆ 、A₈ 、A₁₀ 、A₁₂ 、A₁₄ ...為非球面係數(aspheric coefficient)，在本實施例中係數A₂ 為0。下列表四所列出的是表面S1、S2、S3、S4、S24的非球面各次項係數的參數值。

圖2A至圖2C與圖3A至圖3D為圖1之廣角鏡頭的成像光學模擬數據圖。請先參照圖2A至圖2C，圖2A至圖2C依序在不同場(0 field,0.7 field,1 field)下之影像的橫向光線扇形圖(transverse ray fan plot)，其是以波長為460 nm、550 nm及650 nm的光所作出的模擬數據圖，其中橫軸為光線通過孔徑光闌的不同位置，而縱軸為光線打到像平面的位置。圖3A為橫向色差(Lateral Color)，其橫軸為與波長550nm相差的距離，縱軸則為0到最大的場。圖3B為場曲(Field Curvature)，其橫軸為與焦面相差的距離，而縱軸為從0到最大的場。圖3C為畸變(Distortion)，其橫軸為多少百分比的畸變，而縱軸為從0到最大的場。圖3D為縱向色差(Axial Color)，其橫軸為與無色差焦面相差的距離，而縱軸為0到最大的場。其中圖3A至圖3D皆以波長為460 nm、550 nm及650 nm的光所作出的模擬數據圖。由於圖2A至圖2C與圖3A至圖3D所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之廣角鏡頭100確實能夠具有良好的光學成像品質。

圖4為本發明另一實施例之廣角鏡頭的示意圖。請同時參考圖1與圖4，本實施例之廣角鏡頭200與前述的廣角鏡頭100採用相似的概念與結構，二者不同處在於：分群之方式不同。具體而言，廣角鏡頭200同樣地是採用14片透鏡211～214、215～227。詳細來說，廣角鏡頭200將14片透鏡211～214、215～227分成兩群，其中第一透鏡群210包括從放大側至縮小側依序排列的一第一透鏡211、一第二透鏡212、一第三透鏡213以及一第四透鏡214，而第二透鏡群220則是包括從放大側至縮小側依序排列的一第五透鏡215、一第六透鏡216、一第七透鏡217、一第八透鏡221、一第九透鏡222、一第十透鏡223、一第十一透鏡224、一第十二透鏡225、一第十三透鏡226以及一第十四透鏡227。換言之，本實施例之廣角鏡頭200主要是將第一至第四透鏡作為第一透鏡群210，而第五透鏡至第十四透鏡作為第二透鏡群220，也就是第一透鏡群210具有四片透鏡，而第二透鏡群220則是具有十片透鏡。

需要說明的是，由於分群方式不同，f1焦距會隨之改變，除了關係式-1.2<f1/f<-0.8外，廣角鏡頭200在符合前述所提及其餘的關係式下，廣角鏡頭200同樣地會具有前述廣角鏡頭100所提及之優點，在此便不再贅言。

在本實施例中，第一透鏡211、第二透鏡212以及第三透鏡213之外徑D1、D2、D3與中心高度H1、H2、H3係以下表五所示之數值作為實施範例，但本發明不限於此，也就是說，外徑D1、D2、D3與中心高度H1、H2、H3之相關數值與比例主要是依據上述之關係式而定，表五僅為一實施舉例。

以下內容將舉出廣角鏡頭200之一實施例。需注意的是，下述之表六中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可應用本發明的原則對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。

在表六中，間距是指兩相鄰表面間於廣角鏡頭200之光軸A上之直線距離，舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2間於光軸A上之直線距離。備註欄中各透鏡所對應之厚度、折射率與阿貝數請參照同列中各間距、折射率與阿貝數對應之數值。此外，在表六中，表面S1、S2為第一透鏡211的兩表面，表面S3、S4為第二透鏡212之兩表面，表面S5、S6為第三透鏡213之兩表面，表面S7、S8為第四透鏡214的兩表面，表面S9為第五透鏡215朝向放大側之一表面，表面S10為第五透鏡215與第六透鏡216相連的表面，表面S11為第六透鏡216朝向縮小側的一表面，表面S12、S13為第七透鏡217的兩表面。表面S14、S15為第八透鏡221的兩表面，表面S16為第九透鏡222朝向放大側的表面，表面S17為第九透鏡222與第十透鏡223相連的表面，表面S18為第十透鏡223與第十一透鏡224相連的表面，且表面S19為第十一透鏡224之朝向縮小側的表面。表面S20、S21為第十二透鏡225之兩表面，表面S22為第十三透鏡226朝向放大側之一表面，S23為第十三透鏡226與第十四透鏡227相連的表面，且表面S24為第十四透鏡227之朝向縮小側的表面。有關於各表面之曲率半徑、間距等參數值，請參照表六，在此不再重述。表七為廣角鏡頭200的第一鏡群210的有效焦距f1以及鏡頭的有效焦距f。

另外，上述表面S1、S2、S3、S4、S24為偶次項非球面，而其可用下列公式表示：

式中，Z為光軸A方向之偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸A處的曲率半徑(如表六中S1、S2的曲率半徑)的倒數。k是二次曲面係數(conic)，γ是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，而A₂ 、A₄ 、A₆ 、A₈ 、A₁₀ 、A₁₂ 、A₁₄ ...為非球面係數(aspheric coefficient)，在本實施例中係數A₂ 為0。下列表八所列出的是表面S1、S2、S3、S4、S24的非球面各次項係數的參數值。

圖5A至圖5C與圖6A至圖6D為圖4之廣角鏡頭的成像光學模擬數據圖。請先參照圖5A至圖5C，圖5A至圖5C依序在不同場(0 field,0.7 field,1 field)下之影像的橫向光線扇形圖，其是以波長為460 nm、550 nm及650 nm的光所作出的模擬數據圖，其中橫軸為光線通過孔徑光闌的不同位置，而縱軸為光線打到像平面的位置。圖6A為橫向色差，其橫軸為與波長550nm相差的距離，縱軸則為0到最大的場。圖6B為場曲，其橫軸為與焦面相差的距離，而縱軸為從0到最大的場。圖6C為畸變，其橫軸為多少百分比的畸變，而縱軸為從0到最大的場。圖6D為縱向色差，其橫軸為與無色差焦面相差的距離，而縱軸為0到最大的場。其中圖6A至圖6D皆以波長為460 nm、550 nm及650 nm的光所作出的模擬數據圖。由於圖5A至圖5C與圖6A至圖6D所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之廣角鏡頭200確實能夠具有良好的光學成像品質。

圖7為本發明又一實施例之廣角鏡頭的示意圖。請同時參考圖4與圖7，本實施例之廣角鏡頭300與前述廣角鏡頭100採用相似的概念與結構，二者不同處在於：第一透鏡群310更包括一第十五透鏡318，配置於第四透鏡314與第五透鏡315之間。在廣角鏡頭300中，第一透鏡群310包括從放大側至縮小側依序排列的一第一透鏡311、一第二透鏡312、一第三透鏡313、一第四透鏡314以及第十五透鏡318，而第二透鏡群320則是包括從放大側至縮小側依序排列的一第五透鏡315、一第六透鏡316、一第七透鏡317、一第八透鏡321、一第九透鏡322、一第十透鏡323、一第十一透鏡324、一第十二透鏡325、一第十三透鏡326以及一第十四透鏡327。換言之，本實施例之廣角鏡頭300主要是將第一至第四透鏡與第十五透鏡作為第一透鏡群310，而第五透鏡至第十四透鏡作為第二透鏡群320，也就是第一透鏡群310具有五片透鏡，而第二透鏡群320則是具有十片透鏡。

在本實施例中，第十透鏡323、第十一透鏡324與第十二透鏡325可為一三膠合透鏡，而第十三透鏡326與第十四透鏡327為可為一雙膠合透鏡。詳細而言，由於第二透鏡群320靠近縮小側的方向上有雙膠合鏡片與三膠合鏡片，因此便可進一步地有效降低廣角鏡頭300進行成像時所產生之球差和色差，從而可呈現較佳的光學成像品質。

類似地，廣角鏡頭300在符合前述所提及的關係式下，廣角鏡頭300同樣地會具有前述廣角鏡頭100、200所提及之優點，在此便不再贅言。

在本實施例中，第一透鏡311、第二透鏡312以及第三透鏡313之外徑D1、D2、D3與中心高度H1、H2、H3係以下表九所示之數值作為實施範例，但本發明不限於此，也就是說，外徑D1、D2、D3與中心高度H1、H2、H3之相關數值與比例主要是依據上述之關係式而定，表九僅為一實施舉例。

以下內容將舉出廣角鏡頭300之一實施例。需注意的是，下述之表十中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可應用本發明的原則對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。

在表十中，間距是指兩相鄰表面間於廣角鏡頭300之光軸A上之直線距離，舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2間於光軸A上之直線距離。備註欄中各透鏡所對應之厚度、折射率與阿貝數請參照同列中各間距、折射率與阿貝數對應之數值。此外，在表十中，表面S1、S2為第一透鏡311的兩表面，表面S3、S4為第二透鏡312之兩表面，表面S5、S6為第三透鏡313之兩表面，表面S7、S8為第四透鏡314的兩表面，表面S9、S10為第十五透鏡318的兩表面、表面S11為第五透鏡315朝向放大側之一表面，表面S12為第五透鏡315與第六透鏡316相連的表面，表面S13為第六透鏡316朝向縮小側的一表面，表面S14、S15為第七透鏡317的兩表面。表面S16、S17為第八透鏡321的兩表面，表面S18、S19為第九透鏡322的兩表面、表面S20為第十透鏡朝向放大側之一表面，S21為第十透鏡323與第十一透鏡324相連的表面，表面S22為第十一透鏡324與第十二透鏡325相連的表面，且表面S23為第十二透鏡325之朝向縮小側的表面。表面S24為第十三透鏡朝向放大側之一表面，表面S25為第十三透鏡326與第十四透鏡327相連的表面，且表面S26為第十四透鏡327之朝向縮小側的表面。有關於各表面之曲率半徑、間距等參數值，請參照表十，在此不再重述。表十一為廣角鏡頭300的第一鏡群310的有效焦距f1以及廣角鏡頭300的有效焦距f。

另外，上述表面S1、S2、S3、S4、S26為偶次項非球面，而其可用下列公式表示：

式中，Z為光軸A方向之偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸A處的曲率半徑(如表十中S1、S2的曲率半徑)的倒數。k是二次曲面係數(conic)，γ是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，而A₂ 、A₄ 、A₆ 、A₈ 、A₁₀ 、A₁₂ 、A₁₄ ...為非球面係數(aspheric coefficient)，在本實施例中係數A₂ 為0。下列表十二所列出的是表面S1、S2、S3、S4、S26的非球面各次項係數的參數值。

圖8A至圖8C與圖9A至圖9D為圖7之廣角鏡頭的成像光學模擬數據圖。請先參照圖8A至圖8C，圖8A至圖8C依序在不同場(0 field,0.7 field,1 field)下之影像的橫向光線扇形圖，其是以波長為460 nm、550 nm及650 nm的光所作出的模擬數據圖，其中橫軸為光線通過孔徑光闌的不同位置，而縱軸為光線打到像平面的位置。圖9A為橫向色差，其橫軸為與波長550nm相差的距離，縱軸則為0到最大的場。圖9B為場曲，其橫軸為與焦面相差的距離，而縱軸為從0到最大的場。圖9C為畸變，其橫軸為多少百分比的畸變，而縱軸為從0到最大的場。圖9D為縱向色差，其橫軸為與無色差焦面相差的距離，而縱軸為0到最大的場。其中圖9A至圖9D皆以波長為460 nm、550 nm及650 nm的光所作出的模擬數據圖。由於圖8A至圖8C與圖9A至圖9D所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之廣角鏡頭300確實能夠具有良好的光學成像品質。

綜上所述，本發明之廣角鏡頭至少具有以下優點。首先，藉由使廣角鏡頭符合2.1<D1/H1<3.0、2.6<D2/H2<3.5以及2.8<D3/H3<4.0，如此可使廣角鏡頭之視場角2ω在遠大於一般廣角鏡頭(2ω>90°)，甚至在大於130°(2ω>130°)時仍可呈現良好的成像品質。另外，廣角鏡頭可透過適當地選擇第一透鏡群的有效焦距為f1與廣角鏡頭的有效焦距為f，以使廣角鏡頭100符合18<f1/f<33，如此亦可在視場角2ω>130°下仍可呈現較佳的光學品質。另外，由於第一透鏡群具有雙膠合透鏡以及第二透鏡群具有雙膠合與三膠合透鏡，因此將可有效地降低廣角鏡頭進行成像時所產生之球差和色差，從而呈現較佳的光學成像品質。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。說明書中提及的第一透鏡、第二透鏡、....，以及第一透鏡群、第二透鏡群....，僅用以表示元件的名稱，並非用來限制元件數量上的上限或下限。

100、200、300．．．廣角鏡頭

110、210、310．．．第一透鏡群

120、220、320．．．第二透鏡群

111、211、311．．．第一透鏡

112、212、312．．．第二透鏡

113、213、313．．．第三透鏡

114、214、314．．．第四透鏡

115、215、315．．．第五透鏡

116、216、316．．．第六透鏡

117、217、317．．．第七透鏡

121、221、321．．．第八透鏡

122、222、322．．．第九透鏡

123、223、323．．．第十透鏡

124、224、324．．．第十一透鏡

125、225、325．．．第十二透鏡

126、226、326．．．第十三透鏡

127、227、327．．．第十四透鏡

130．．．影像處理元件

140．．．孔徑光闌

318．．．第十五透鏡

D1、D2、D3．．．外徑

H1、H2、H3．．．中心高度

2ω．．．視場角

S1～S26．．．透鏡表面

圖1為本發明一實施例之廣角鏡頭的示意圖。

圖2A至圖2C為圖1之廣角鏡頭在各視場的橫向光線扇形圖。

圖3A至圖3D分別為圗1之廣角鏡頭的橫向色差、場曲、畸變、縱向色差。

圖4為本發明另一實施例之廣角鏡頭的示意圖。

圖5A至圖5C為圗4之廣角鏡頭在各視場的橫向光線扇形圖。

與圖6A至圖6D分別為圖4之廣角鏡頭的橫向色差、場曲、畸變、縱向色差。

圖7為本發明一實施例之廣角鏡頭的示意圖。

圖8A至圖8C為圗7之廣角鏡頭在各視場的橫向光線扇形圖。

與圖9A至圖9D分別為圖7之廣角鏡頭的橫向色差、場曲、畸變、縱向色差。

100．．．廣角鏡頭

110．．．第一透鏡群

120．．．第二透鏡群

111．．．第一透鏡

112．．．第二透鏡

113．．．第三透鏡

114．．．第四透鏡

115．．．第五透鏡

116．．．第六透鏡

117．．．第七透鏡

121．．．第八透鏡

122．．．第九透鏡

123．．．第十透鏡

124．．．第十一透鏡

125．．．第十二透鏡

126．．．第十三透鏡

127．．．第十四透鏡

130．．．影像處理元件

140．．．孔徑光闌

D1、D2、D3．．．外徑

H1、H2、H3．．．中心高度

2ω．．．視場角

S1～S24．．．透鏡表面

Claims (23)

1. 一種廣角鏡頭，適於配置於一放大側與一縮小側之間，該廣角鏡頭包括：一第一透鏡群，具有一負屈光度並位於該放大側與該縮小側之間，且該第一透鏡群從該放大側至該縮小側依序排列至少包括一第一透鏡、一第二透鏡以及一第三透鏡；以及一第二透鏡群，具有一正屈光度並位於該第一透鏡群與該縮小側之間，其中該第一透鏡符合2.1<D1/H1<3.0、該第二透鏡符合2.6<D2/H2<3.5以及該第三透鏡符合2.8<D3/H3<4.0，D1為該第一透鏡之外徑、D2為該第二透鏡之外徑、D3為該第三透鏡之外徑，H1為該第一透鏡之中心高度、H2為該第二透鏡之中心高度、H3為該第三透鏡之中心高度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡群的有效焦距為f1，該廣角鏡頭的有效焦距為f，且該廣角鏡頭符合18<f1/f<33。
3. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中該廣角鏡頭符合D1/H1<D2/H2<D3/H3。
4. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡群包括從該放大側至該縮小側依序排列的該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡以及一第七透鏡，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡以及該第七透鏡之屈光度分別為負、負、負、負、正、負、正。
5. 如申請專利範圍第4項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡與該第二透鏡各為一非球面透鏡。
6. 如申請專利範圍第5項所述之廣角鏡頭，其中該非球面透鏡的材質為塑膠。
7. 如申請專利範圍第4項所述之廣角鏡頭，其中該第五透鏡與該第六透鏡為一雙膠合透鏡。
8. 如申請專利範圍第4項所述之廣角鏡頭，其中該第二透鏡群包括從該第一透鏡群至該縮小側依序排列的一第八透鏡、一第九透鏡、一第十透鏡、一第十一透鏡、一第十二透鏡、一第十三透鏡以及一第十四透鏡，該第八透鏡、該第九透鏡、該第十透鏡、該第十一透鏡、該第十二透鏡、該第十三透鏡以及該第十四透鏡之屈光度分別為正、負、正、負、正、負、正。
9. 如申請專利範圍第8項所述之廣角鏡頭，其中該第十四透鏡為一非球面透鏡。
10. 如申請專利範圍第9項所述之廣角鏡頭，其中該非球面透鏡的材質為玻璃。
11. 如申請專利範圍第8項所述之廣角鏡頭，其中該第九透鏡、該第十透鏡與該第十一透鏡為一三膠合透鏡。
12. 如申請專利範圍第8項所述之廣角鏡頭，其中該第十三透鏡與該第十四透鏡為一雙膠合透鏡。
13. 如申請專利範圍第8項所述之廣角鏡頭，更包括：一孔徑光闌，配置於該第十一透鏡與第十二透鏡之間。
14. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第四透鏡具有負折射率。
15. 如申請專利範圍第14項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡群的有效焦距為f1，該廣角鏡頭的有效焦距為f，且該廣角鏡頭符合-1.2<f1/f<-0.8。
16. 如申請專利範圍第14項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡與該第二透鏡各為一非球面透鏡。
17. 如申請專利範圍第14項所述之廣角鏡頭，其中該第二透鏡群包括從該第一透鏡群至該縮小側依序排列的一第五透鏡、一第六透鏡、一第七透鏡、一第八透鏡、一第九透鏡、一第十透鏡、一第十一透鏡、一第十二透鏡、一第十三透鏡以及一第十四透鏡，該第五透鏡、該第六透鏡、該第七透鏡、該第八透鏡、該第九透鏡、該第十透鏡、該第十一透鏡、該第十二透鏡、該第十三透鏡以及該第十四透鏡之屈光度分別為正、負、正、正、負、正、負、正、負、正。
18. 如申請專利範圍第17項所述之廣角鏡頭，其中該第五透鏡與該第六透鏡為一雙膠合透鏡。
19. 如申請專利範圍第17項所述之廣角鏡頭，其中該第十四透鏡為一非球面透鏡。
20. 如申請專利範圍第17項所述之廣角鏡頭，其中該第九透鏡、該第十透鏡與該第十一透鏡為一三膠合透鏡。
21. 如申請專利範圍第17項所述之廣角鏡頭，其中該第十三透鏡與該第十四透鏡為一雙膠合透鏡。
22. 如申請專利範圍第17項所述之廣角鏡頭，更包括：一孔徑光闌，配置於該第十一透鏡與第十二透鏡之間。
23. 如申請專利範圍第17項所述之廣角鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第十五透鏡，配置於該第四透鏡與該第五透鏡之間。