TWI624681B - 廣角變焦鏡頭 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種廣角變焦鏡頭，沿其光軸方向從物側到像側方向依次包括第一至第五透鏡及成像面。該第一、第四透鏡具有負屈光度。該第二、第三及第五透鏡具有正屈光度。該第一透鏡包括第一物側表面及第一像側表面。該第二透鏡包括第二物側表面及第二像側表面。該第三透鏡包括第三物側表面及第三像側表面。該第四透鏡包括第四物側表面及第四像側表面。該第五透鏡包括第五物側表面及第五像側表面。該廣角變焦鏡頭滿足下列條件式：R1F=無窮，R1R>0，R2F>0，R2R<0，R3F>0，R3R<0，R4F<0，R4R>0，R5F>0，R5R<0。R1F至R5F依次為該第一物側表面至該第五像側表面之曲率半徑。

Description

廣角變焦鏡頭

本發明涉及攝影領域，尤其涉及一種廣角變焦鏡頭。

目前，攝影技術的觸角已經不止於傳統的相機拍照，而係延伸到人們生活的方方面面，例如，行車安全拍攝、監控拍攝、航拍、特殊取像等等。 為了拍攝較大視角的畫面，傳統的方法係架設多架攝影機，不僅元件多，複雜複雜，還難以作後期控制。為了避免這種問題，可採用廣角鏡頭便可一次拍攝整體畫面，採用此種方法不僅希望廣角鏡頭具有高畫素，同時也希望廣角鏡頭輕薄化，滿足低高度的要求。所謂低高度係指從廣角鏡頭的第一面到成像面的距離(即成像系統的總長)要短。惟，現在的廣角鏡頭不能同時滿足上述兩種要求。

有鑑於此，有必要提供一種同時滿足高畫素及低高度之廣角變焦鏡頭。

一種廣角變焦鏡頭，沿其光軸方向從物側到像側方向依次包括具有負屈光度之第一透鏡、具有正屈光度之第二透鏡、具有正屈光度之第三透鏡、具有負屈光度之第四透鏡、具有正屈光度之第五透鏡以及成像面。該第一透鏡包括相背之第一物側表面及第一像側表面。該第二透鏡包括相背之第二物側表 面及第二像側表面。該第三透鏡包括相背之第三物側表面及第三像側表面。該第四透鏡包括相背之第四物側表面及第四像側表面。該第五透鏡包括相背之第五物側表面及第五像側表面。該廣角變焦鏡頭滿足下列條件式：R1F=無窮，R1R>0，R2F>0，R2R<0，R3F>0，R3R<0，R4F<0，R4R>0，R5F>0，R5R<0。 其中，R1F為該第一物側表面之曲率半徑，R1R為該第一像側表面之曲率半徑，R2F為該第二物側表面之曲率半徑，R2R為該第二像側表面之曲率半徑，R3F為該第三物側表面之曲率半徑，R3R為該第三像側表面之曲率半徑，R4F為該第四物側表面之曲率半徑，R4R為該第四像側表面之曲率半徑，R5F為該第五物側表面之曲率半徑，R5R為該第五像側表面之曲率半徑。

相較於先前技術，本發明的廣角變焦鏡頭，藉由上述公式的限制，使得所述廣角變焦鏡頭具有高畫素、及低高度等特點，從而提高該廣角變焦鏡頭的成像品質。

100‧‧‧廣角變焦鏡頭

10‧‧‧第一透鏡

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

50‧‧‧第五透鏡

60‧‧‧濾光片

70‧‧‧成像面

101‧‧‧光圈

S2‧‧‧第一物側表面

S3‧‧‧第一像側表面

S4‧‧‧第二物側表面

S5‧‧‧第二像側表面

S6‧‧‧第三物側表面

S7‧‧‧第三像側表面

S9‧‧‧第四物側表面

S10‧‧‧第四像側表面

S11‧‧‧第五物側表面

S12‧‧‧第五像側表面

S13‧‧‧濾光片物側表面

S14‧‧‧濾光片像側表面

圖1係本發明較佳實施方式的廣角變焦鏡頭的結構示意圖。

圖2係圖1中的廣角變焦鏡頭的色差圖。

圖3係圖1中的廣角變焦鏡頭的调制傳遞函數特性曲線圖。

下面結合附圖將對本發明實施方式作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，為本發明較佳實施方式提供的廣角變焦鏡頭100。沿光軸方向從物側到像側方向，該廣角變焦鏡頭100依次包括一個具有負屈光度之第一透鏡10、一個具有正屈光度之第二透鏡20、一個具有正屈光度之第三透鏡30、一個光圈101、一個具有負屈光度之第四透鏡40、一個具有正屈光度之第五 透鏡50、一個濾光片60以及一個成像面70。成像時，光線依次經過該第一透鏡10、該第二透鏡20、該第三透鏡30、該光圈101、該第四透鏡40、該第五透鏡50、該濾光片60後成像於該成像面70上。

該第一透鏡10為塑膠材料製成，包括一個第一物側表面S2及與該第一物側表面S2相背之第一像側表面S3。該第一物側表面S2為平面，在靠近光軸處，該第一像側表面S3為向物側凹陷之凹面。本實施方式中，該第一像側表面S3為非球面。

該第二透鏡20為塑膠材料製成，包括一個第二物側表面S4及與該第二物側表面S4相背之第二像側表面S5。該第二物側表面S4為向物側突出的凸面，該第二像側表面S5為向像側突出的凸面。本實施方式中，該第二物側表面S4及該第二像側表面S5均為非球面。

該第三透鏡30為塑膠材料製成，包括一個第三物側表面S6及與該第三物側表面S6相背之第三像側表面S7。該第三物側表面S6為向物側突出的凸面，該第三像側表面S7為向像側突出的凸面。本實施方式中，該第三物側表面S6及該第三像側表面S7均為非球面。

該第四透鏡40包括一個第四物側表面S9及與該第四物側表面S9相背之第四像側表面S10。該第四物側表面S9為向像側凹陷的凹面，該第四像側表面S10為向物側凹陷的凹面。本實施方式中，該第四物側表面S9及該第四像側表面S10均為球面。該光圈101位於該第三透鏡30與該第四透鏡40之間，並靠近該第三透鏡30。

該第五透鏡50為塑膠材料製成，包括一個第五物側表面S11及與該第五物側表面S11相背之第五像側表面S12。該第五物側表面S11為向物側突出的凸面，該第五像側表面S12為向像側突出的凸面。本實施方式中，該第五物側表面S11及該第五像側表面S12均為非球面。

該濾光片60為紅外線濾光片，其包括一個濾光片物側表面S13及與該濾光片物側表面S13相背之濾光片像側表面S14。該濾光片物側表面S13及該濾光片像側表面S14均為平面。該濾光片60用於濾除經過該第五透鏡50的光線中之紅外線。

本實施方式中，光線自物側入射至該第一透鏡10後，依次經過該第二透鏡20、該第三透鏡30、該光圈101、該第四透鏡40、該第五透鏡50、該濾光片60後成像於該成像面70上。可以理解，可通過設置設置影像傳感器(圖未示)，圖電荷耦合組件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)，於該成像面70處組成一成像系統。

該廣角變焦鏡頭100滿足下列條件式：(1)R1F=無窮，R1R>0；(2)R2F>0，R2R<0；(3)R3F>0，R3R<0；(4)R4F<0，R4R>0；(5)R5F>0，R5R<0；其中，R1F為該第一物側表面S2之曲率半徑，R1R為該第一像側表面S3之曲率半徑；R2F為該第二物側表面S4之曲率半徑，R2R為該第二像側表面S5之曲率半徑；R3F為該第三物側表面S6之曲率半徑，R3R為該第三像側表面S7之曲率半徑；R4F為該第四物側表面S9之曲率半徑，R4R為該第四像側表面S10之曲率半徑；R5F為該第五物側表面S11之曲率半徑，R5R為該第五像側表面S12之曲率半徑。

條件式(1)係為了使該第一透鏡10之該第一物側表面S2不外凸，而不會有因碰撞而損壞之風險，且使得該第一透鏡10為負屈光力，可以有效達到廣角的功能；條件式(2)可使該第二透鏡20達到正屈光力以平衡該第一透鏡10所 產生之色像差、球差、慧差；條件式(3)可使得該第三透鏡30達到正屈光力，幫助該第二透鏡20分攤該廣角變焦鏡頭100所需的正屈光力；條件式(4)及(5)可使該第四透鏡40與第五透鏡50搭配，修正該廣角變焦鏡頭100產生的色差、像差。

進一步，該廣角變焦鏡頭100還滿足以下條件式：(6)0.68<R1R/F<0.78；其中，F為該廣角變焦鏡頭100的有效焦距。條件式(6)可以使該廣角變焦鏡頭100滿足廣角的要求。

進一步，該廣角變焦鏡頭100還滿足以下條件式：(7)0.28<Vd4/Vd5<0.36；其中，Vd4為第四透鏡的阿貝數，Vd5為第五透鏡的阿貝數。條件式(7)藉由第四透鏡40與第五透鏡50的阿貝數搭配可有效控制色像差之條件，尤其為有效控制倍率色差。

如前所述，該第一像側表面S3、該第二物側表面S4、該第二像側表面S5、該第三物側表面S6、該第三像側表面S7、該第五物側表面S11及該第五像側表面S12均為非球面，均滿足非球面之面型公式：

其中，z係沿光軸方向在高度為h之位置以表面頂點作參考距光軸之位移值，c係曲率半徑，h為鏡片高度，K為圓錐定數(Coin Constant)，Ai為i次之非球面係數(i-th order Aspherical Coefficient)。

通過將表1-2(請參閱下文)中之資料代入上述表達式，可獲得本發明實施方式中之廣角變焦鏡頭100中各透鏡表面的非球面形狀。

下列各表中分別列有由物側到像側依序排列的光學表面，其中，R為各透鏡的光學表面的曲率半徑；D為為對應的光學表面到後一個光學表面的軸 上距離(兩個光學表面截得光軸的長度)；Nd為對應透鏡之折射率，Vd為對應透鏡的阿貝數(Abbe number)。

本發明實施方式所提供的廣角變焦鏡頭100的各光學元件滿足表1-2的條件。

本實施方式的廣角變焦鏡頭100的色差及MTF如圖2-3所示。具體地，圖2所示之五條曲線分別為針對f線(波長為471納米(nm))，g線(波長為510nm)，h線(波長為550nm)，j線(波長為610nm)，k線(波長為650nm)而觀察到的色差值曲線。總體而言，本實施方式的廣角變焦鏡頭100對可見光(波長範圍在400nm-700nm之間)產生的色差值控制在(-0.4um，1.2um)範圍內。如圖3所 示，在1/2頻(Nyquist frequency)條件下(本實施方式的1/2頻(半頻)為72.5lp/mm)，中心視場的MTF>55%。

本發明的廣角變焦鏡頭100，藉由上述公式的限制，使得所述廣角變焦鏡頭100具有高畫素、及低高度等特點，從而提高該廣角變焦鏡頭100的成像品質。

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爰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。

Claims (6)

1. 一種廣角變焦鏡頭，沿其光軸方向從物側到像側方向依次包括：具有負屈光度之第一透鏡，該第一透鏡包括相背之第一物側表面及第一像側表面；具有正屈光度之第二透鏡，該第二透鏡包括相背之第二物側表面及第二像側表面；具有正屈光度之第三透鏡，該第三透鏡包括相背之第三物側表面及第三像側表面；具有負屈光度之第四透鏡，該第四透鏡包括相背之第四物側表面及第四像側表面；具有正屈光度之第五透鏡，該第五透鏡包括相背之第五物側表面及第五像側表面；以及成像面；該廣角變焦鏡頭滿足下列條件式：R1F=無窮，R1R>0，R2F>0，R2R<0，R3F>0，R3R<0，R4F<0，R4R>0，R5F>0，R5R<0，其中，R1F為該第一物側表面之曲率半徑，R1R為該第一像側表面之曲率半徑，R2F為該第二物側表面之曲率半徑，R2R為該第二像側表面之曲率半徑，R3F為該第三物側表面之曲率半徑，R3R為該第三像側表面之曲率半徑，R4F為該第四物側表面之曲率半徑，R4R為該第四像側表面之曲率半徑，R5F為該第五物側表面之曲率半徑，R5R為該第五像側表面之曲率半徑；該廣角變焦鏡頭還滿足下列條件式：0.68<R1R/F<0.78，其中，F為該廣角變焦鏡頭的有效焦距。
2. 如請求項1所述之廣角變焦鏡頭，其中，該廣角變焦鏡頭還滿足下列條件式：0.28<Vd4/Vd5<0.36，其中，Vd4為第四透鏡的阿貝數，Vd5為第五透鏡的阿貝數。
3. 如請求項1所述之廣角變焦鏡頭，其中，該廣角變焦鏡頭還包括光圈，該光圈位於該第三透鏡與該第四透鏡之間。
4. 如請求項1所述之廣角變焦鏡頭，其中，該廣角變焦鏡頭還包括濾光片，該濾光片位於該第五透鏡與該成像面之間。
5. 如請求項1所述之廣角變焦鏡頭，其中，該第一像側表面、該第二物側表面、該第二像側表面、該第三物側表面、該第三像側表面、該第五物側表面及該第五像側表面均為非球面，該第四物側表面及該第四像側表面均為球面。
6. 如請求項1所述之廣角變焦鏡頭，其中，該第一物側面為平面，該第二物側表面、該第二像側表面、該第三物側表面、該第三像側表面、該第五物側表面及該第五像側表面均為凸面，該第四物側表面及該第四像側表面均為凹面，在靠近光軸處，該第一像側表面為凹面。