TWI559027B - 微型廣角鏡頭 - Google Patents

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TWI559027B TW103121411A TW103121411A TWI559027B TW I559027 B TWI559027 B TW I559027B TW 103121411 A TW103121411 A TW 103121411A TW 103121411 A TW103121411 A TW 103121411A TW I559027 B TWI559027 B TW I559027B
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Description

微型廣角鏡頭
本發明係關於一種廣角鏡頭，尤其關於一種微型化的廣角鏡頭。
近年來，電子設備均有朝向輕、薄、短小的設計趨勢發展來符合人性的需求，因此鏡頭模組也必需隨著小型化才能應用於如行動裝置、車用裝置、運動裝置及安全監控裝置等領域的產品上；而於鏡頭模組小型化的過程中，人們還希望鏡頭兼具較高的視場角(Field of View,FOV)，才能夠擷取較寬廣的視野範圍。
然而，當鏡頭的視場角大於90度時，容易導致成像畸變與失真，為了克服畸變或失真等像差，鏡頭就必須採用較多的透鏡來加以補償，如此卻增加了鏡頭的厚度，與小型化的需求相違背。是以，如何能夠兼顧小型化及視場角的需求，甚至是同時擁有較高的成像品質已成為目前該領域人士所極力研究的議題。相關研究如台灣發明專利第I416197公開號所示，但其僅揭露鏡頭中之複數個透鏡的多個焦距之間的關係規範，並無對該多個透鏡的材質及與材質相關的多個光學參數，如阿貝數(ABBE number)、折射率等，有所著墨與研究。
此外，習知的小型化鏡頭因其後焦(鏡頭的最後一個 透鏡至焦平面的距離)過短，導致鏡頭模組必須採用COB(Chip On Board)封裝的方式進行組裝，但藉由COB封裝的方式會增加製造成本；又，過去小型化的鏡頭因其內部的透鏡大都是由塑膠材質所製成，故光度損耗很多，造成所獲得的影像偏暗。
根據以上的說明，習知的小型化鏡頭具有改善的空間。
本發明之目的在提供一種微型化的廣角鏡頭，其藉由規範各透鏡之焦距間的相互關係以及各透鏡之材料光學參數間的相互關係而使鏡頭兼具小體積、廣視場角、高成像品質以及低製造成本的優勢。
於一較佳實施例中，本發明提供一種微型廣角鏡頭，沿其光軸方向從物端至像端依次包括：一第一透鏡，具有負屈折力；一第二透鏡，具有正屈折力；一第三透鏡，具有正屈折力；一第四透鏡，具有正屈折力；以及一第五透鏡，具有負屈折力，該微型廣角鏡頭係滿足以下材料條件(1)~(4)中之至少一者：(1)0<V1-V2<20；(2)1.78<I5<2.2，16<V5<35，且該第五透鏡之物側表面以及像側表面分別為凹面以及凸面；(3)0.75<I3/I1<0.95，1.05<I5/I1<1.25，15<V3-V1<40，且20<V1-V5<45；及(4)1.65<I2<2.2，35<V2<70，V4-V5>20，且I5-I4<0.4；其中，V1為該第一透鏡之阿貝數(ABBE)，V2為該第二透鏡 之阿貝數，V3為該第三透鏡之阿貝數，V4為該第四透鏡之阿貝數，V5為該第二透鏡之阿貝數，I1為該第一透鏡之折射率，I2為該第二透鏡之折射率，I3為該第三透鏡之折射率，I4為該第四透鏡之折射率，I5為該第五透鏡之折射率。
於一較佳實施例中，微型廣角鏡頭更滿足下述條件式：-3.2<f/f1<-0.78；其中，f為整體微型廣角鏡頭之焦距，f1為該第一透鏡之焦距。
於一較佳實施例中，該微型廣角鏡頭更滿足下述條件式：1<f/f4<2；其中，f為整體微型廣角鏡頭之焦距，f4為該第四透鏡之焦距。
於一較佳實施例中，該微型廣角鏡頭更滿足下述條件式：f1/f2<0；其中，f1為該第一透鏡之焦距，f2為該第二透鏡之焦距。
於一較佳實施例中，該微型廣角鏡頭更包括一電子感光元件，用以供一被攝物成像於其上，且該微型廣角鏡頭更滿足下述條件式：1<ImgH/f<2；其中，ImgH為該電子感光元件之有效畫素區域之對角線長的一半，f為整體微型廣角鏡頭之焦距。
於一較佳實施例中，微型廣角鏡頭更包括一電子感光元件，用以供一被攝物成像於其上，且該微型廣角鏡頭更滿足下列條件式：TTL/Imgh<3；其中，TTL為該第一透鏡之物側表面至該電子感光元件於光軸上的距離，ImgH為該電子感光元件之有效畫素區域之對角線長的一半。
於一較佳實施例中，微型廣角鏡頭更包括一光圈，設置於該第二透鏡以及該第三透鏡之間。
於一較佳實施例中，微型廣角鏡頭更包括一紅外線濾光片，且設置於該第五透鏡以及一成像面之間，用以過濾複數雜訊光。
於一較佳實施例中，微型廣角鏡頭係透過一PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)封裝方式被組裝。
於一較佳實施例中，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皆係由玻璃材質所製成。
1‧‧‧微型廣角鏡頭
10‧‧‧成像面
11‧‧‧第一透鏡
12‧‧‧第二透鏡
13‧‧‧第三透鏡
14‧‧‧第四透鏡
15‧‧‧第五透鏡
16‧‧‧光圈
17‧‧‧紅外線濾光片
18‧‧‧電子感光元件
19‧‧‧光軸
S1‧‧‧第一透鏡的物側表面
S2‧‧‧第一透鏡的像側表面
S3‧‧‧第二透鏡的物側表面
S4‧‧‧第二透鏡的像側表面
S5‧‧‧第三透鏡的物側表面
S6‧‧‧第三透鏡的像側表面
S7‧‧‧第四透鏡的物側表面
S8‧‧‧第四透鏡的像側表面
S9‧‧‧第五透鏡的物側表面
S10‧‧‧第五透鏡的像側表面
S11‧‧‧紅外線濾光片的表面
S12‧‧‧紅外線濾光片的表面
f‧‧‧整體微型廣角鏡頭的焦距
f1‧‧‧第一透鏡的焦距
f2‧‧‧第二透鏡的焦距
f4‧‧‧第四透鏡的焦距
I1‧‧‧第一透鏡的折射率
I2‧‧‧第二透鏡的折射率
I3‧‧‧第三透鏡的折射率
I4‧‧‧第四透鏡的折射率
I5‧‧‧第五透鏡的折射率
V1‧‧‧第一透鏡的阿貝數
V2‧‧‧第二透鏡的阿貝數
V3‧‧‧第三透鏡的阿貝數
V4‧‧‧第四透鏡的阿貝數
V5‧‧‧第五透鏡的阿貝數
T‧‧‧切向分量
S‧‧‧徑向分量
ImgH‧‧‧電子感光元件之有效畫素區域之對角線長的一半
TTL‧‧‧第一透鏡的物側表面至電子感光元件於光軸上的距離
圖1：係為本發明微型廣角鏡頭於一較佳實施例的結構示意圖。
圖2：係為本發明微型廣角鏡頭1於一較佳實施之光學數據表。
圖3：係為依據圖2所示光學數據表所獲得的調制轉換函數(MTF)曲線圖。
請參閱圖1，其為本發明微型廣角鏡頭於一較佳實施例的結構示意圖。微型廣角鏡頭1沿其光軸19方向從物端(被攝物端)到像端(成像端)依次包括第一透鏡11、第二透鏡12、光圈16、第三透鏡13、第四透鏡14以及第五透鏡15。當微型廣角鏡頭1對一被攝物(圖中未標示)取像時，光線經過第一透鏡11、第二透鏡12、光圈16、第三透鏡13、第四透鏡14以及第五透鏡15後投射於一成像面10上。於本較佳實施例中，微型廣角鏡頭1還包括一電子感光元件18以及一紅外線濾光片17，電子感光元件18係設置在成像面10處，用以供該被攝物成像於其上，而紅外線濾光片17則設置於第五透鏡15以及成像面10之間，用以濾掉不必要的雜訊光，進而提升光學效能。
再者，第一透鏡11具有負屈折力，其為物側表面S1為凸面且像側表面S2為凹面的新月型透鏡，用以增加微型廣角鏡頭1的視場角；又，第二透鏡12具有正屈折力，其為物側表面S3為凹面且像側表面S4為凸面的透鏡，以校正穿經過的第一透鏡11 之光線所產生的像差，並將光線匯聚傳送到光圈16，光圈16再進而調整所接收光線之像差的對稱及平衡；又，第三透鏡13具有正屈折力，其為物側表面S5為平面且像側表面S6為凸面的透鏡，用以使穿經過光圈16的光線匯聚並傳送到第四透鏡14；又，第四透鏡14具有正屈折力，其為物側表面S7及像側表面S8皆為凸面的透鏡，以將穿經過第三透鏡13的光線匯聚並傳送到第五透鏡15；又，第五透鏡15具有負屈折力，其為物側表面S9為凹面且像側表面S10為凸面的反新月型透鏡，以將校正穿經過第四透鏡14之光線所產生的像差，並將光線調整往電子感光元件18傳送。
再者，微型廣角鏡頭1係滿足下述焦距條件：-3.2<f/f1<-0.78，其中，f為整體微型廣角鏡頭1的焦距，f1為第一透鏡11的焦距，而依據經驗，如此設計可增加微型廣角鏡頭1的視場角，並使第一透鏡11容易被製造；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述焦距條件：1<f/f4<2，其中，f4為第四透鏡14的焦距，而依據經驗，如此設計可平衡微型廣角鏡頭1的總像差，並使第四透鏡14容易被製造；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述焦距條件：1<ImgH/f<1.5，其中，ImgH為電子感光元件18之有效畫素區域之對角線長的一半，而依據軟體模擬的結果，如此設計可增加微型廣角鏡頭1的視場角；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述焦距條件：TTL/Imgh<3，其中，TTL為第一透鏡11的物側表面S1至電子感光元件18於光軸19上的距離，而依據軟體模擬的結果，如此設計可縮小微型廣角鏡頭1的體積；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述焦距條件：f1/f2<0，其中，f2為第二透鏡12的焦距，而如此設計的目的在於使第一透鏡11的焦距與第二片透鏡的焦距正負相反，依據軟體模擬的結果，藉此可縮小微型廣角鏡頭1的總像差。
再者，微型廣角鏡頭1係滿足下述材料條件：0<V1-V2<20，其中，V1為第一透鏡11的阿貝數(ABBE)，V2為第二透鏡12的阿貝數，而依據軟體模擬的結果，如此設計可縮 小微型廣角鏡頭1的總色像差；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：1.78<I5<2.2，其中，I5為第五透鏡15的折射率，而依據軟體模擬的結果，如此設計可於微型廣角鏡頭1的體積很微小的情況下，還能夠縮小微型廣角鏡頭1的總像差，並使微型廣角鏡頭1保有好的聚焦能力；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：16<V5<35，其中，V5為第五透鏡15的阿貝數，而依據軟體模擬的結果，如此設計可於微型廣角鏡頭1的體積很微小的情況下，還能夠縮小微型廣角鏡頭1的總色像差。
再者，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：0.75<I3/I1<0.95，其中，I1為第一透鏡11的折射率，I3為第三透鏡13的折射率，而依據軟體模擬的結果，如此設計可縮小微型廣角鏡頭1的總像差，且使微型廣角鏡頭1中各透鏡的像差互補；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：1.05<I5/I1<1.25，而依據軟體模擬的結果，如此設計可縮小微型廣角鏡頭1的總像差，且使微型廣角鏡頭1中各透鏡的像差互補；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：15<V3-V1<40，其中，V1為第一透鏡11的阿貝數，V3為第三透鏡13的阿貝數，而依據軟體模擬的結果，如此設計可縮小微型廣角鏡頭1的總色像差，且使微型廣角鏡頭1中各透鏡的色像差互補；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：20<V1-V5<45。
再者，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：1.65<I2<2.2，其中，I2為第二透鏡12的折射率，而依據軟體模擬的結果，如此設計可於微型廣角鏡頭1的體積很微小的情況下，還能夠縮小微型廣角鏡頭1的總像差，並使微型廣角鏡頭1保有好的聚焦能力；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：35<V2<70，其中，V2為第二透鏡12的阿貝數，而依據軟體模擬的結果，如此設計可於微型廣角鏡頭1的體積很微小的情況下，還能夠縮小微型廣角鏡頭1的總色像差；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：V4-V5>20；其中，V4為第四透鏡14的阿 貝數，V5為第五透鏡15的阿貝數，而依據軟體模擬的結果，如此設計可縮小微型廣角鏡頭1的總色像差，且使微型廣角鏡頭1中各透鏡的色像差互補；又，微型廣角鏡頭1還滿足下述材料條件：I5-I4<0.4，其中，I4為第四透鏡14的折射率，I5為第五透鏡15的折射率，而依據軟體模擬的結果，如此設計的可縮小微型廣角鏡頭1的總像差，且使微型廣角鏡頭1中各透鏡的像差互補。
補充說明的是，上述軟體模擬的方式係為熟知本技藝人士所知悉，舉例來說，微型廣角鏡頭的總像差可藉由採用主光線以及邊緣光線於各種特定參數下(如位置、角度、曲面值或折射率)所整合計算產生的模擬結果而獲得，故在此即不再予以贅述。
請參閱圖2，其為本發明微型廣角鏡頭1於一較佳實施之光學數據表。於本較佳實施例中，整體微型廣角鏡頭1的焦距f=2.07mm，且第一透鏡11的焦距f1=-2.47mm，故二者的關係式為：f/f1=-0.84。又，第四透鏡14的焦距f4=1.59mm，故整體微型廣角鏡頭1的焦距f以及第四透鏡14的焦距f4的關係式為：f/f4=1.3。
再者，於本較佳實施例中，電子感光元件18之有效畫素區域之對角線長的一半ImgH=2.84mm，故整體微型廣角鏡頭1的焦距f以及電子感光元件18之有效畫素區域之對角線長的一半ImgH的關係式為：ImgH/f=1.37；又，第一透鏡11的物側表面S1至電子感光元件18於光軸19上的距離TTL=7.49mm，故第一透鏡11的物側表面S1至電子感光元件18於光軸19上的距離TTL與電子感光元件18之有效畫素區域之對角線長的一半ImgH的關係式為：TTL/Imgh=2.64；又，第二透鏡12的焦距f2=11.5mm，第一透鏡11的焦距f1與第二透鏡12的焦距f2的關係式為：f1/f2=-0.21。
再者，於本較佳實施例中，第一透鏡11的阿貝數V1=54.7，第二透鏡12的阿貝數V2=40.8，故二者的關係式為： V1-V2=13.9。
再者，於本較佳實施例中，第一透鏡11的折射率I1=1.73，第三透鏡13的折射率I3=1.49，故二者的關係式為：I3/I1=0.86；又，第五透鏡15的折射率I5=1.85，故第五透鏡15的折射率I5與第一透鏡11的折射率I1的關係式為：I5/I1=1.07；又，第三透鏡13的阿貝數V3=70.2，故第三透鏡13的阿貝數V3與第一透鏡11的阿貝數V1的關係式為：V3-V1=15.5；又，第五透鏡15的阿貝數V5=23.7，故第一透鏡11的阿貝數V1與第五透鏡15的阿貝數V5的關係式為：V1-V5=31。
再者，於本較佳實施例中，第二透鏡12的折射率I2=1.88，第二透鏡12的阿貝數V2=40.8；又，第四透鏡14的阿貝數V4=54.7，第五透鏡15的阿貝數V5=23.7，故第四透鏡14的阿貝數V4與第五透鏡15的阿貝數V5的關係式為：V4-V5=31；又，第四透鏡14的折射率I4=1.73，故第五透鏡15的折射率I5與第四透鏡14的折射率I4的關係式為：I5-I4=0.12。
請參閱圖3，其為依據圖2所示光學數據表所獲得的調制轉換函數(MTF)曲線圖。圖3的縱軸座標代表調制轉換函數值，其為對微型廣角鏡頭解像力的一個描述，也就是微型廣角鏡頭如實地再現被攝物質感的能力，在業界上是成像品質的一個重要指標；而圖3的橫軸座標代表空間頻率，亦即單位長度內所包含的黑白線對數目；又，圖示中的切向分量T(tangential)代表微型廣角鏡頭對切向線條(即線條的方向是和電子感光元件中心同心圓相切的方向)的解像力，而圖示中的徑向分量S(sagittal)代表微型廣角鏡頭對徑向線條(即線條的方向是沿著由電子感光元件中心向外的方向)的解像力；其中，圖3示意了角度分別為0度(degree)、24度(degree)、40度(degree)、56度(degree)、72度(degree)以及80度(degree)時的切向分量T與徑向分量S於不同空間頻率下的調制轉換函數值。
由圖示中可以看出，本發明微型廣角鏡頭除了兼顧 小型化及大視場角的優點外，還具有極佳的成像品質，而至於如何判讀調制轉換函數曲線圖，則為本領域技藝人士所知悉，在此即不再予以贅述。
此外，本案微型廣角鏡頭1中，第一透鏡11~第五透鏡15中之任一透鏡係可由玻璃材質所製成，亦可由塑膠材質所製成；較佳者，但不以此為限，第一透鏡11~第五透鏡15皆是由玻璃材質所製成，如此一來，可降低微型廣角鏡頭1的光度損耗，因此所能夠獲得的影像明亮，且解析度可提高至13M~18M。
特別說明的是，由於本案微型廣角鏡頭1的後焦(即第五透鏡15至成像面10的距離)夠長，故僅需採用LCC(Leadless Chip Carrier)封裝的方式進行組裝，如CLCC(Ceramic Leadless Chip Carrier)封裝、PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier)封裝等，進而可減少鏡頭的製造成本。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
1‧‧‧微型廣角鏡頭
10‧‧‧成像面
11‧‧‧第一透鏡
12‧‧‧第二透鏡
13‧‧‧第三透鏡
14‧‧‧第四透鏡
15‧‧‧第五透鏡
16‧‧‧光圈
17‧‧‧紅外線濾光片
18‧‧‧電子感光元件
19‧‧‧光軸
S1‧‧‧第一透鏡的物側表面
S2‧‧‧第一透鏡的像側表面
S3‧‧‧第二透鏡的物側表面
S4‧‧‧第二透鏡的像側表面
S5‧‧‧第三透鏡的物側表面
S6‧‧‧第三透鏡的像側表面
S7‧‧‧第四透鏡的物側表面
S8‧‧‧第四透鏡的像側表面
S9‧‧‧第五透鏡的物側表面
S10‧‧‧第五透鏡的像側表面
S11‧‧‧紅外線濾光片的表面
S12‧‧‧紅外線濾光片的表面

Claims (9)

  1. 一種微型廣角鏡頭，沿其光軸方向從物端至像端依次包括：一第一透鏡，具有負屈折力；一第二透鏡，具有正屈折力；一第三透鏡，具有正屈折力；一第四透鏡，具有正屈折力；以及一第五透鏡，具有負屈折力，該微型廣角鏡頭係滿足以下材料條件(1)~(4)中之至少一者：(1)0<V1-V2<20；(2)1.78<I5<2.2，16<V5<35，且該第五透鏡之物側表面以及像側表面分別為凹面以及凸面；(3)0.75<I3/I1<0.95，1.05<I5/I1<1.25，15<V3-V1<40，且20<V1-V5<45；及(4)1.65<I2<2.2，35<V2<70，V4-V5>20，且I5-I4<0.4；且滿足以下焦距條件：-3.2<f/f1<-0.78；其中，V1為該第一透鏡之阿貝數(ABBE)，V2為該第二透鏡之阿貝數，V3為該第三透鏡之阿貝數，V4為該第四透鏡之阿貝數，V5為該第五透鏡之阿貝數，I1為該第一透鏡之折射率，I2為該第二透鏡之折射率，I3為該第三透鏡之折射率，I4為該第四透鏡之折射率，I5為該第五透鏡之折射率，f為整體微型廣角鏡頭之焦距，f1為該第一透鏡之焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微型廣角鏡頭，更滿足下述條件式：1<f/f4<2；其中，f為整體微型廣角鏡頭之焦距，f4為該第四透鏡之焦距。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微型廣角鏡頭，更滿足下述條件 式：f1/f2<0；其中，f1為該第一透鏡之焦距，f2為該第二透鏡之焦距。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之微型廣角鏡頭，更包括一電子感光元件，用以供一被攝物成像於其上，且該微型廣角鏡頭更滿足下述條件式：1<ImgH/f<2；其中，ImgH為該電子感光元件之有效畫素區域之對角線長的一半，f為整體微型廣角鏡頭之焦距。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之微型廣角鏡頭，更包括一電子感光元件，用以供一被攝物成像於其上，且該微型廣角鏡頭更滿足下述條件式：TTL/Imgh<3；其中，TTL為該第一透鏡之物側表面至該電子感光元件於光軸上的距離，ImgH為該電子感光元件之有效畫素區域之對角線長的一半。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之微型廣角鏡頭，更包括一光圈，設置於該第二透鏡以及該第三透鏡之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之微型廣角鏡頭，更包括一紅外線濾光片，且設置於該第五透鏡以及一成像面之間，用以過濾複數雜訊光。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之微型廣角鏡頭，係透過一LCC(Leadless Chip Carrier)封裝方式被組裝。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之微型廣角鏡頭，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皆係由玻璃材質所製成。
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