TWI518357B - 成像鏡頭 - Google Patents

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TWI518357B
TWI518357B TW103106432A TW103106432A TWI518357B TW I518357 B TWI518357 B TW I518357B TW 103106432 A TW103106432 A TW 103106432A TW 103106432 A TW103106432 A TW 103106432A TW I518357 B TWI518357 B TW I518357B
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Description

成像鏡頭
本發明係有關於一種成像鏡頭。
目前習知的鏡頭為了解決熱效應(Thermal Performance)問題，大都採用全玻璃透鏡之設計。全部採用玻璃透鏡之鏡頭雖然可以解決熱效應問題，但是卻無法降低生產成本，也不容易組裝生產。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種成像鏡頭，其中所使用的透鏡材質之組合為大部份的塑膠透鏡加上少部份的玻璃透鏡，不僅可解決熱效應問題，也能降低生產成本、方便組裝生產，但是仍具有良好的光學性能，影像解析度也能滿足要求。
本發明之成像鏡頭沿著光軸從物側至像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡。第二透鏡為雙凹透鏡，第三透鏡為雙凸透鏡由玻璃材質製成，第四透鏡包括一凹面，此凹面朝向物側。
其中第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡之每一透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
本發明之成像鏡頭可更包括一光圈，設置於物側與第一透鏡之間。
本發明之成像鏡頭可更包括一第五透鏡，設置於物側與第 一透鏡之間。
其中第五透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
本發明之成像鏡頭可更包括一光圈，設置於第五透鏡與第二透鏡之間。
本發明之成像鏡頭可更包括一第六透鏡，設置於第五透鏡與第一透鏡之間。
其中第五透鏡及第六透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
其中第一透鏡、第二透鏡、第四透鏡、第五透鏡及第六透鏡至少一透鏡係由塑膠材質製成。
本發明之成像鏡頭可更包括一光圈，設置於第六透鏡與第二透鏡之間。
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
L25、L35‧‧‧第五透鏡
L36‧‧‧第六透鏡
ST1、ST2、ST3‧‧‧光圈
OF1、OF2、OF3‧‧‧濾光片
IMA1、IMA2、IMA3‧‧‧成像面
OA1、OA2、OA3‧‧‧光軸
S11、S12、S13、S14、S15、S16‧‧‧面
S17、S18、S19、S110、S111‧‧‧面
S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27‧‧‧面
S28、S29、S210、S211、S212、S213‧‧‧面
S31、S32、S33、S34、S35、S36、S37‧‧‧面
S38、S39、S310、S311、S312、S313‧‧‧面
S314、S315‧‧‧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圖。
第2B圖係第1圖之成像鏡頭之畸變圖。
第2C圖係第1圖之成像鏡頭之調變轉換函數圖。
第2D圖係第1圖之成像鏡頭在溫度等於20℃時之離焦調變轉換函數圖。
第2E圖係第1圖之成像鏡頭在溫度等於50℃時之離焦調變轉換函數圖。
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圖。
第4B圖係第3圖之成像鏡頭之畸變圖。
第4C圖係第3圖之成像鏡頭之調變轉換函數圖。
第4D圖係第3圖之成像鏡頭在溫度等於20℃時之離焦調變轉換函數圖。
第4E圖係第3圖之成像鏡頭在溫度等於50℃時之離焦調變轉換函數圖。
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與光路示意圖。
第6A圖係第5圖之成像鏡頭之場曲圖。
第6B圖係第5圖之成像鏡頭之畸變圖。
第6C圖係第5圖之成像鏡頭之調變轉換函數圖。
第6D圖係第5圖之成像鏡頭在溫度等於20℃時之離焦調變轉換函數圖。
第6E圖係第5圖之成像鏡頭在溫度等於50℃時之離焦調變轉換函數圖。
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沿著光軸OA1從物側至像側依序包括一光圈ST1、一第一透鏡L11、一第二透鏡L12、一第三透鏡L13、 一第四透鏡L14及一濾光片OF1。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA1上。第一透鏡L11為雙凸透鏡由塑膠材質製成，其物側面S12與像側面S13皆為非球面表面。第二透鏡L12為雙凹透鏡由塑膠材質製成，其物側面S14與像側面S15皆為非球面表面。第三透鏡L13為雙凸透鏡由玻璃材質製成，其物側面S16與像側面S17皆為非球面表面。第四透鏡L14由塑膠材質製成，其物側面S18為凹面，像側面S19為凹面，物側面S18與像側面S19皆為非球面表面。濾光片OF1其物側面S110與像側面S111皆為平面。
利用上述透鏡與光圈ST1之設計，使得成像鏡頭1能有效的解決熱效應問題、修正像差，保持良好的光學性能，影像解析度也能滿足要求。
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4.1mm、光圈值等於1.3、視角等於120°。
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+Eh12+Fh14+Gh16
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~G：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~G為非球面係數。
另外，第一實施例之成像鏡頭1的光學性能與熱效應也可達到要求，這可從第2A至第2E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。第2D圖所示的，是第一實施例之成像鏡頭1在溫度等於20℃時之離焦調變轉換函數(Through Focus Modulation Transfer Function)圖。第2E圖所示的，是第一實施例之成像鏡頭1在溫度等於50℃時之離焦調變轉換函數(Through Focus 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0.850μm之光線所產生的子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向場曲介於-0.045mm至0.050mm之間。由第2B圖可看出，第一實施例之成像鏡頭1對波長為0.850μm之光線所產生的畸變介於0.0%至2.5%之間。由第2C圖可看出，第一實施例之成像鏡頭1對波長為0.850μm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、0.6300mm、2.5200mm、3.1500mm，空間頻率介於0 lp/mm至45 lp/mm之調變轉換函數值介於0.60至1.0之間。由第2D圖可看出，第一實施例之成像鏡頭1，於溫度等於20℃時，對波長為0.850μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向、視場高度等於0.0000mm、空間頻率等於45 lp/mm時，於焦點偏移等於0mm時之調變轉換函數值最大。由第2E圖可看出，第一實施例之成像鏡頭1，於溫度等於50℃時，對波長為0.850μm之光線， 分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向、視場高度等於0.0000mm、空間頻率等於45 lp/mm時，於焦點偏移大約等於0.0033mm時之調變轉換函數值最大。由第2D圖與第2E圖可得到，當溫度由20℃升溫至50℃時第一實施例之成像鏡頭1之焦點偏移量大約為0.11μm/℃。顯見本實施例之成像鏡頭1之場曲、畸變都能被有效修正，影像解析度、熱效應也都能滿足要求，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沿著光軸OA2從物側至像側依序包括一第五透鏡L25、一光圈ST2、一第一透鏡L21、一第二透鏡L22、一第三透鏡L23、一第四透鏡L24及一濾光片OF2。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA2上。第五透鏡L25為凸凹透鏡由塑膠材質製成，其物側面S21為凸面像側面S22為凹面，物側面S21與像側面S22皆為非球面表面。第一透鏡L21為雙凸透鏡由塑膠材質製成，其物側面S24與像側面S25皆為非球面表面。第二透鏡L22為雙凹透鏡由塑膠材質製成，其物側面S26與像側面S27皆為非球面表面。第三透鏡L23為雙凸透鏡由玻璃材質製成，其物側面S28與像側面S29皆為非球面表面。第四透鏡L24由塑膠材質製成，其物側面S210為凹面，像側面S211為凹面，物側面S210與像側面S211皆為非球面表面。濾光片OF2其物側面S212與像側面S213皆為平面。
利用上述透鏡與光圈ST2之設計，使得成像鏡頭2能有效的解決熱效應問題、修正像差，保持良好的光學性能，影像解析度也能滿足要求。
表三為第3圖中成像鏡頭2之各透鏡之相關參數表，表三資料顯示第二實施例之成像鏡頭2之有效焦距等於1.34mm、光圈值等於 1.6、視角等於144°。
表三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+Eh12+Fh14+Gh16
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~G：非球面係數。
表四為表三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~G為非球面係數。
另外，第二實施例之成像鏡頭2的光學性能與熱效應也可達到要求，這可從第4A至第4E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。第4D圖所示的，是第二實施例之成像鏡頭2在溫度等於20℃時之離焦調變轉換函數(Through Focus Modulation Transfer Function)圖。第4E圖所示的，是第二實施例之成像鏡頭2在溫度等於50℃時之離焦調變轉換函數(Through Focus 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0.400μm、0.555μm、0.750μm之光線所產生的子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向場曲介於-0.06mm至0.12mm之間。由第4B圖可看出，第二實施例之成像鏡頭2對波長為0.400μm、0.555μm、0.750μm之光線所產生的畸變介於-1.4%至0.0%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0.400μm至0.750μm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、0.1200mm、0.8400mm、1.2000mm，空間頻率介於0 lp/mm至160 lp/mm之調變轉換函數值介於0.28至1.0之間。由第4D圖可看出，第二實施例之成像鏡頭2，於溫度等於20℃時，對波長範圍介於0.400μm至0.750μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向、視場高度等於0.0000mm、空間頻率等於80 lp/mm時，於焦點偏移等於0mm時之調變轉換函數值最大。由第4E圖可看出，第二實施例之成像鏡頭2，於溫度等於50℃時，對波長範圍介於0.400μm至0.750μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向、視場高度等於0.0000mm、空間頻率等於80 lp/mm時，於焦點偏移大約等於0.003mm時之調變轉換函數值最大。由第4D圖與第4E圖可得到，當溫度由20℃升溫至50℃時第二實施例之成像鏡頭2之焦點偏移量大約為0.1μm/℃。顯見本實施例之成像鏡頭2之場曲、畸變都能被有效修正，影像解析度、熱效應也都能滿足要求，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與光路示意圖。成像鏡頭3沿著光軸OA3從物側至像側依 序包括一第五透鏡L35、一第六透鏡L36、一光圈ST3、一第一透鏡L31、一第二透鏡L32、一第三透鏡L33、一第四透鏡L34及一濾光片OF3。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA3上。第五透鏡L35為凸凹透鏡由塑膠材質製成，其物側面S31為凸面像側面S32為凹面，物側面S31與像側面S32皆為非球面表面。第六透鏡L36由塑膠材質製成，其物側面S33為凸面，像側面S34為凸面(看似平面)，物側面S33與像側面S34皆為非球面表面。第一透鏡L31為雙凸透鏡由塑膠材質製成，其物側面S36與像側面S37皆為非球面表面。第二透鏡L32為雙凹透鏡由塑膠材質製成，其物側面S38與像側面S39皆為非球面表面。第三透鏡L33為雙凸透鏡由玻璃材質製成，其物側面S310與像側面S311皆為球面表面。第四透鏡L34由塑膠材質製成，其物側面S312為凹面，像側面S313為凹面(看似平面)，物側面S312與像側面S313皆為非球面表面。濾光片OF3其物側面S314與像側面S315皆為平面。
利用上述透鏡與光圈ST3之設計，使得成像鏡頭3能有效的解決熱效應問題、修正像差，保持良好的光學性能，影像解析度也能滿足要求。
表五為第5圖中成像鏡頭3之各透鏡之相關參數表，表五資料顯示第三實施例之成像鏡頭3之有效焦距等於2.777mm、光圈值等於2.0、視角等於168°。
表五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+Eh12+Fh14+Gh16
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~G：非球面係數。
表六為表五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~G為非球面係數。
另外，第三實施例之成像鏡頭3的光學性能與熱效應也可達到要求，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的場曲(Field Curvature)圖。第6B圖所示的，是第三實施例之成像鏡頭3的畸變(Distortion)圖。第6C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。第6D圖所示的，是第三實施例之成像鏡頭3在溫度等於20℃時之離焦調變轉換函數(Through Focus Modulation Transfer Function)圖。第6E圖所示的，是第三實施例之成像鏡頭3在溫度等於50℃時之離焦調變轉換函數(Through Focus 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0.460 μm、0.540μm、0.605μm之光線所產生的子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向場曲介於-0.040mm至0.015mm之間。由第6B圖可看出，第三實施例之成像鏡頭3對波長為0.460μm、0.540μm、0.605μm之光線所產生的畸變介於-0.2%至1.4%之間。由第6C圖可看出，第三實施例之成像鏡頭3對波長範圍介於0.460μm至0.605μm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、0.3046mm、1.8276mm、3.0460mm，空間頻率介於0 lp/mm至220 lp/mm之調變轉換函數值介於0.21至1.0之間。由第6D圖可看出，第三實施例之成像鏡頭3，於溫度等於20℃時，對波長範圍介於0.460μm至0.605μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向、視場高度等於0.0000mm、空間頻率等於75 lp/mm時，於焦點偏移等於0mm時之調變轉換函數值最大。由第6E圖可看出，第三實施例之成像鏡頭3，於溫度等於50℃時，對波長範圍介於0.460μm至0.605μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向、視場高度等於0.0000mm、空間頻率等於75 lp/mm時，於焦點偏移大約等於0.0033mm時之調變轉換函數值最大。由第6D圖與第6E圖可得到，當溫度由20℃升溫至50℃時第三實施例之成像鏡頭3之焦點偏移量大約為0.11μm/℃。顯見本實施例之成像鏡頭3之場曲、畸變都能被有效修正，影像解析度、熱效應也都能滿足要求，從而得到較佳的光學性能。
上述第一實施例中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡之物側面與像側面皆為非球面表面，然而可以了解到，若第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡中的部份透鏡或全部透鏡改為至少一面為非球面表面，亦應屬本發明之範疇。
上述第二實施例中，第五透鏡、第一透鏡、第二透鏡、第 三透鏡及第四透鏡之物側面與像側面皆為非球面表面，然而可以了解到，若第五透鏡、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡中的部份透鏡或全部透鏡改為至少一面為非球面表面，亦應屬本發明之範疇。
上述第二實施例中，光圈ST2設置於第五透鏡L25與第一透鏡L21之間，然而可以了解到，若光圈ST2設置於第一透鏡L21與第二透鏡L22之間，亦應屬本發明之範疇。
上述第三實施例中，第六透鏡、第五透鏡、第一透鏡、第二透鏡及第四透鏡之物側面與像側面皆為非球面表面，第三透鏡之物側面與像側面皆為球面表面，然而可以了解到，若第六透鏡、第五透鏡、第一透鏡、第二透鏡及第四透鏡中的部份透鏡或全部透鏡改為至少一面為非球面表面及/或第三透鏡之物側面與像側面改為至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面，亦應屬本發明之範疇。
上述第三實施例中，光圈ST3設置於第六透鏡L36與第一透鏡L31之間，然而可以了解到，若光圈ST3設置於第一透鏡L31與第二透鏡L32之間，亦應屬本發明之範疇。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何於其所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧成像鏡頭
L11‧‧‧第一透鏡
L12‧‧‧第二透鏡
L13‧‧‧第三透鏡
L14‧‧‧第四透鏡
ST1‧‧‧光圈
OF1‧‧‧濾光片
IMA1‧‧‧成像面
OA1‧‧‧光軸
S11、S12、S13、S14、S15、S16‧‧‧面
S17、S18、S19、S110、S111‧‧‧面

Claims (9)

  1. 一種成像鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第五透鏡；一第一透鏡；一第二透鏡，該第二透鏡為雙凹透鏡；一第三透鏡，該第三透鏡為雙凸透鏡由玻璃材質製成；以及一第四透鏡，該第四透鏡包括一凹面，該凹面朝向該物側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡之每一透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其更包括一光圈，設置於該物側與該第一透鏡之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中該第五透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其更包括一光圈，設置於該第五透鏡與該第二透鏡之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其更包括一第六透鏡，設置於該第五透鏡與該第一透鏡之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之成像鏡頭，其中該第五透鏡以及該第六透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之成像鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡以及該第六透鏡至少一透鏡係由塑膠材質製成。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之成像鏡頭，其更包括一光圈，設置於該第六透鏡與該第二透鏡之間。
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