TWI663419B - 成像鏡頭（十三） - Google Patents

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TWI663419B TW105115028A TW105115028A TWI663419B TW I663419 B TWI663419 B TW I663419B TW 105115028 A TW105115028 A TW 105115028A TW 105115028 A TW105115028 A TW 105115028A TW I663419 B TWI663419 B TW I663419B
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大陸商信泰光學（深圳）有限公司
亞洲光學股份有限公司
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Abstract

一種成像鏡頭沿著一光軸從一物側至一像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡。第一透鏡包括一凸面朝向像側。第二透鏡包括一凹面朝向物側。第三透鏡為雙凸透鏡具有正屈光力。第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面朝向物側。第五透鏡具有正屈光力且包括一凸面朝向像側。第一透鏡滿足以下條件：-20f1/f2；其中，f1為第一透鏡之有效焦距，f為成像鏡頭之有效焦距。

Description

成像鏡頭(十三)
本發明係有關於一種成像鏡頭。
數位相機與手幾不斷的往高畫素與輕量化發展，使得小型化與具有高解析度的成像鏡頭需求大增。習知的成像鏡頭體積較大，已經無法滿足現今的需求，需要有另一種新架構的成像鏡頭，才能同時滿足小型化與高解析度需求。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種成像鏡頭，其鏡頭總長度短小，但是仍具有良好的光學性能，鏡頭解析度也能滿足要求。
本發明之成像鏡頭沿著一光軸從一物側至一像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡。第一透鏡包括一凸面朝向像側。第二透鏡包括一凹面朝向物側。第三透鏡為雙凸透鏡具有正屈光力。第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面朝向物側。第五透鏡具有正屈光力且包括一凸面朝向像側。第一透鏡滿足以下條件：-20f1/f2；其中，f1為第一透鏡之有效焦距，f為成像鏡頭之有效焦距。
其中成像鏡頭滿足以下條件：0.4BFL/TTL0.9；其中，BFL為第五透鏡之像側面至一成像面於光軸上之距 離，TTL為第一透鏡之物側面至成像面於光軸上之距離。
其中第三透鏡滿足以下條件：2(R31-R32)/(R31+R32)10；其中，R31為第三透鏡之物側面之曲率半徑，R32為第三透鏡之像側面之曲率半徑。
本發明之成像鏡頭可更包括一稜鏡，此稜鏡包括一入射面面向第五透鏡之像側面。
其中可更包括一濾光片，設置於第五透鏡與稜鏡之間。
本發明之成像鏡頭沿著一光軸從一物側至一像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡、一濾光片及一稜鏡。第一透鏡包括一凸面朝向像側。第二透鏡包括一凹面朝向物側。第三透鏡為雙凸透鏡具有正屈光力。第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面朝向物側。第五透鏡具有正屈光力且包括一凸面朝向像側。稜鏡包括一入射面面向濾光片之像側面。成像鏡頭滿足以下條件：2(R31-R32)/(R31+R32)10，0.4BFL/TTL0.9，-20f1/f2；其中，R31為第三透鏡之物側面之曲率半徑，R32為第三透鏡之像側面之曲率半徑，BFL為第五透鏡之像側面至一成像面於光軸上之距離，TTL為第一透鏡之物側面至成像面於光軸上之距離，f1為第一透鏡之有效焦距，f為成像鏡頭之有效焦距。
其中第一透鏡與第二透鏡中至少有一片透鏡具有負屈光力。
其中第一透鏡之屈光力與第二透鏡之屈光力相反。
其中第一透鏡具有負屈光力，第二透鏡具有負屈光力。
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。
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
L15、L25、L35‧‧‧第五透鏡
ST1、ST2、ST3‧‧‧光圈
OF1、OF2、OF3‧‧‧濾光片
P1、P2、P3‧‧‧稜鏡
IMA1、IMA2、IMA3‧‧‧成像面
OA1、OA2、OA3‧‧‧光軸
S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17‧‧‧面
S18、S19、S110、S111、S112、S113‧‧‧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
S114、S214、S314‧‧‧入射面
S115、S215、S315‧‧‧反射面
S116、S216、S316‧‧‧出射面
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圖之成像鏡頭之縱向球差圖。
第2B圖係第1圖之成像鏡頭之像散場曲圖。
第2C圖係第1圖之成像鏡頭之畸變圖。
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圖之成像鏡頭之縱向球差圖。
第4B圖係第3圖之成像鏡頭之像散場曲圖。
第4C圖係第3圖之成像鏡頭之畸變圖。
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圖之成像鏡頭之縱向球差圖。
第6B圖係第5圖之成像鏡頭之像散場曲圖。
第6C圖係第5圖之成像鏡頭之畸變圖。
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沿著一光軸OA1從一物側至一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、一第五透鏡L15、一濾光片OF1及一稜鏡P1。成像時，來自物側之光線最後成像於一成像面IMA1上。第一透鏡L11為雙凸透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S12為凸面，像側面S13為凸面，物側面S12與像側面S13皆為非球面表面。第二透鏡L12為雙凹透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S14為凹面，像側面S15為凹面，物側面S14與像側面S15皆為非球面表面。第三透鏡L13為雙凸透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S16為凸面，像側面S17為凸面，物側面S16與像側面S17皆為非球面表面。第四透鏡L14為雙凹透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，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。第五透鏡L15為雙凸透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S110為凸面，像側面S111為凸面，物側面S110與像側面S111皆為非球面表面。濾光片OF1其物側面S112與像側面S113皆為平面。稜鏡P1其入射面S114、反射面S115及出射面S116皆為平面，來自物側之光線由入射面S114進入稜鏡P1，再經反射面S115反射改變光線行進方向，由出射面S116離開稜鏡P1，最後成像於成像面IMA1上，稜鏡P1之主要功能在於改變入射光線的行進方向，以達到縮短鏡頭總長度之目的。
另外，為使本發明之成像鏡頭能保持良好的光學性能，第 一實施例中的成像鏡頭1需滿足底下三條件：
其中，R131為第三透鏡L13之物側面S16之曲率半徑，R132為第三透鏡L13之像側面S17之曲率半徑，BFL1為第五透鏡L15之像側面S111至成像面IMA1於光軸OA1上之距離，TTL1為第一透鏡L11之物側面S12至成像面IMA1於光軸OA1上之距離，f11為第一透鏡L11之有效焦距，f1為成像鏡頭1之有效焦距。
利用上述透鏡、光圈ST1及稜鏡P1之設計，使得成像鏡頭1能有效的縮短鏡頭總長度、有效的修正像差、鏡頭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4.4132mm、光圈值等於2.2、鏡頭總長度等於8.842mm。
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
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~E：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~E為非球面係數。
第一實施例之成像鏡頭1，其第三透鏡L13之物側面S16之曲率半徑R131=2.435mm，第三透鏡L13之像側面S17之曲率半徑R132=-1.729mm，第五透鏡L15之像側面S111至成像面IMA1於光軸OA1上之距離BFL1=4.503mm，第一透鏡L11之物側面S12至成像面IMA1於光軸OA1上之距離TTL1=8.842mm，第一透鏡L11之有效焦距f11=4.31710mm，成像鏡頭1之有效焦距f1=4.4132mm，由上述資料可得到(R131-R132)/(R131+R132)=5.898、BFL1/TTL1=0.509、f11/f1=0.978，皆能滿足上述條件(1)至條件(3)之要求。
另外，第一實施例之成像鏡頭1的光學性能也可達到要求，這可從第2A至第2C圖看出。第2A圖所示的，是第一實施例之成像鏡頭1的縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)圖。第2B圖所示的，是第一實施例之成像鏡頭1的像散場曲(Astigmatic Field Curves)圖。第2C圖所示的，是第一實施例之成像鏡頭1的畸變(Distortion)圖。
由第2A圖可看出，第一實施例之成像鏡頭1對波長為760.0000nm、820.0000nm、860.0000nm之光線所產生的縱向球差值介於-0.025mm至0.030mm之間。由第2B圖可看出，第一實施例之成像鏡頭1對波長為820.0000nm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之像散場曲介於-0.050mm至0.050mm之間。由第2C圖可看出，第一實施例之成像鏡頭1對波長為820.0000nm之光線所產生的畸變介於0%至1.1%之間。顯見第一實施例之成像鏡頭1之縱向球差、像散場曲、畸變都能 被有效修正，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沿著一光軸OA2從一物側至一像側依序包括一光圈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、一第五透鏡L25、一濾光片OF2及一稜鏡P2。成像時，來自物側之光線最後成像於一成像面IMA2上。第一透鏡L21為彎月型透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S22為凹面，像側面S23為凸面，物側面S22與像側面S23皆為非球面表面。第二透鏡L22為雙凹透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S24為凹面，像側面S25為凹面，物側面S24與像側面S25皆為非球面表面。第三透鏡L23為雙凸透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S26為凸面，像側面S27為凸面，物側面S26與像側面S27皆為非球面表面。第四透鏡L24為雙凹透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S28為凹面，像側面S29為凹面，物側面S28與像側面S29皆為非球面表面。第五透鏡L25為雙凸透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S210為凸面，像側面S211為凸面，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。稜鏡P2其入射面S214、反射面S215及出射面S216皆為平面，來自物側之光線由入射面S214進入稜鏡P2，再經反射面S215反射改變光線行進方向，由出射面S216離開稜鏡P2，最後成像於成像面IMA2上，稜鏡P2之主要功能在於改變入射光線的行進方向，以達到縮短鏡頭總長度之目的。
另外，為使本發明之成像鏡頭能保持良好的光學性能，第 二實施例中的成像鏡頭1需滿足底下三條件：
其中，R231為第三透鏡L23之物側面S26之曲率半徑，R232為第三透鏡L23之像側面S27之曲率半徑，BFL2為第五透鏡L25之像側面S211至成像面IMA2於光軸OA2上之距離，TTL2為第一透鏡L21之物側面S22至成像面IMA2於光軸OA2上之距離，f21為第一透鏡L21之有效焦距，f2為成像鏡頭2之有效焦距。
利用上述透鏡、光圈ST2及稜鏡P2之設計，使得成像鏡頭2能有效的縮短鏡頭總長度、有效的修正像差、鏡頭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4.5294mm、光圈值等於2.3、鏡頭總長度等於8.283mm。
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
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~E：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~E為非球面係數。
第二實施例之成像鏡頭2，其第三透鏡L23之物側面S26之曲率半徑R231=2.801mm，第三透鏡L23之像側面S27之曲率半徑R232=-1.719mm，第五透鏡L25之像側面S211至成像面IMA2於光軸OA2上之距離BFL2=5.711mm，第一透鏡L21之物側面S22至成像面IMA2於光軸OA2上之距離TTL2=8.283mm，第一透鏡L21之有效焦距f21=-30.69820mm，成像鏡頭2之有效焦距f2=4.5294mm，由上述資料可得到(R231-R232)/(R231+R232)=4.177、BFL2/TTL2=0.689、f21/f2=-6.778，皆能滿足上述條件(4)至條件(6)之要求。
另外，第二實施例之成像鏡頭2的光學性能也可達到要求，這可從第4A至第4C圖看出。第4A圖所示的，是第二實施例之成像鏡頭2的縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)圖。第4B圖所示的，是第二實施例之成像鏡頭2的像散場曲(Astigmatie Field Curves)圖。第4C圖所示的，是第二實施例之成像鏡頭2的畸變(Distortion)圖。
由第4A圖可看出，第二實施例之成像鏡頭2對波長為760.0000nm、820.0000nm、860.0000nm之光線所產生的縱向球差值介於-0.025mm至0.025mm之間。由第4B圖可看出，第二實施例之成像鏡頭2對波長為820.0000nm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之像散場曲介於-0.15mm至0.07mm之間。由第4C圖可看出，第二實施例之成像鏡頭2對波長為820.0000nm之光線所產生的畸變介於-2.3%至0%之間。顯見第二實施例之成像鏡頭2之縱向球差、像散場曲、畸變都能被 有效修正，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沿著一光軸OA3從一物側至一像側依序包括一光圈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、一第五透鏡L35、一濾光片OF3及一稜鏡P3。成像時，來自物側之光線最後成像於一成像面IMA3上。第一透鏡L31為彎月型透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S32為凹面，像側面S33為凸面，物側面S32與像側面S33皆為非球面表面。第二透鏡L32為彎月型透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S34為凹面，像側面S35為凸面，物側面S34與像側面S35皆為非球面表面。第三透鏡L33為雙凸透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S36為凸面，像側面S37為凸面，物側面S36與像側面S37皆為非球面表面。第四透鏡L34為彎月型透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S38為凹面，像側面S39為凸面，物側面S38與像側面S39皆為非球面表面。第五透鏡L35為彎月型透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S310為凹面，像側面S311為凸面，物側面S310與像側面S311皆為非球面表面。濾光片OF3其物側面S312與像側面S313皆為平面。稜鏡P3其入射面S314、反射面S315及出射面S316皆為平面，來自物側之光線由入射面S314進入稜鏡P3，再經反射面S315反射改變光線行進方向，由出射面S316離開稜鏡P3，最後成像於成像面IMA3上，稜鏡P3之主要功能在於改變入射光線的行進方向，以達到縮短鏡頭總長度之目的。
另外，為使本發明之成像鏡頭能保持良好的光學性能，第 三實施例中的成像鏡頭3需滿足底下三條件：
其中，R331為第三透鏡L33之物側面S36之曲率半徑，R332為第三透鏡L33之像側面S37之曲率半徑，BFL3為第五透鏡L35之像側面S311至成像面IMA3於光軸OA3上之距離，TTL3為第一透鏡L31之物側面S32至成像面IMA3於光軸OA3上之距離，f31為第一透鏡L31之有效焦距，f3為成像鏡頭3之有效焦距。
利用上述透鏡、光圈ST3及稜鏡P3之設計，使得成像鏡頭3能有效的縮短鏡頭總長度、有效的修正像差、鏡頭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4.5294mm、光圈值等於2.4、鏡頭總長度等於8.017mm。
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
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~E：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~E為非球面係數。
第三實施例之成像鏡頭3，其第三透鏡L33之物側面S36之曲率半徑R331=4.622mm，第三透鏡L33之像側面S37之曲率半徑R332=-2.202mm，第五透鏡L35之像側面S311至成像面IMA3於光軸OA3上之距離BFL3=5.938mm，第一透鏡L31之物側面S32至成像面IMA3於光軸OA3上之距離TTL3=8.017mm，第一透鏡L31之有效焦距f31=-63.87000mm，成像鏡頭3之有效焦距f3=4.5294mm，由上述資料可得到(R331-R332)/(R331+R332)=2.820、BFL3/TTL3=0.741、f31/f3=-14.101，皆能滿足上述條件(7)至條件(9)之要求。
另外，第三實施例之成像鏡頭3的光學性能也可達到要求，這可從第6A至第6C圖看出。第6A圖所示的，是第三實施例之成像鏡頭3的縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)圖。第6B圖所示的，是第三實施例之成像鏡頭3的像散場曲(Astigmatic Field Curves)圖。第6C圖所示的，是第三實施例之成像鏡頭3的畸變(Distortion)圖。
由第6A圖可看出，第三實施例之成像鏡頭3對波長為760.0000nm、820.0000nm、860.0000nm之光線所產生的縱向球差值介於-0.025mm至0.025mm之間。由第6B圖可看出，第三實施例之成像鏡頭3對波長為820.0000nm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之像散場曲介於-0.15mm至0.10mm之間。由第6C圖可看出，第三實施例之成像鏡頭3對波長為820.0000nm之光線所產生的畸變介於-2.3%至0%之間。顯見第三實施例之成像鏡頭3之縱向球差、像散場曲、畸變都能被 有效修正，從而得到較佳的光學性能。

Claims (10)

  1. 一種成像鏡頭，沿著一光軸從一物側至一像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡包括一凸面，該凸面朝向該像側；一第二透鏡，該第二透鏡包括一凹面，該凹面朝向該物側；一第三透鏡，該第三透鏡為雙凸透鏡具有正屈光力；一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；以及一第五透鏡，該第五透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該像側；其中該第一透鏡滿足以下條件：-20
    Figure TWI663419B_C0001
    f1/f
    Figure TWI663419B_C0002
    2其中，f1為該第一透鏡之有效焦距，f為該成像鏡頭之有效焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中該成像鏡頭滿足以下條件：0.4
    Figure TWI663419B_C0003
    BFL/TTL
    Figure TWI663419B_C0004
    0.9其中，BFL為該第五透鏡之像側面至一成像面於該光軸上之距離，TTL為該第一透鏡之物側面至該成像面於該光軸上之距離。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其中該第三透鏡滿足以下條件：2
    Figure TWI663419B_C0005
    (R31-R32)/(R31+R32)
    Figure TWI663419B_C0006
    10其中，R31為該第三透鏡之物側面之曲率半徑，R32為該第三透鏡之像側面之曲率半徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之成像鏡頭，其更包括一稜鏡，該稜鏡包括一入射面面向該第五透鏡之像側面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之成像鏡頭，其更包括一濾光片，設置於該第五透鏡與該稜鏡之間。
  6. 一種成像鏡頭，沿著一光軸從一物側至一像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡包括一凸面，該凸面朝向該像側；一第二透鏡，該第二透鏡包括一凹面，該凹面朝向該物側；一第三透鏡，該第三透鏡為雙凸透鏡具有正屈光力；一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；一第五透鏡，該第五透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該像側；一濾光片；以及一稜鏡，該稜鏡包括一入射面面向該濾光片之像側面；其中該成像鏡頭滿足以下條件：2
    Figure TWI663419B_C0007
    (R31-R32)/(R31+R32)
    Figure TWI663419B_C0008
    100.4
    Figure TWI663419B_C0009
    BFL/TTL
    Figure TWI663419B_C0010
    0.9-20
    Figure TWI663419B_C0011
    f1/f
    Figure TWI663419B_C0012
    2其中，R31為該第三透鏡之物側面之曲率半徑，R32為該第三透鏡之像側面之曲率半徑，BFL為該第五透鏡之像側面至一成像面於該光軸上之距離，TTL為該第一透鏡之物側面至該成像面於該光軸上之距離，f1為該第一透鏡之有效焦距，f為該成像鏡頭之有效焦距。
  7. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之成像鏡頭，其中該第一透鏡與該第二透鏡中至少有一片透鏡具有負屈光力。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之成像鏡頭，其中該第一透鏡之屈光力與該第二透鏡之屈光力相反。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之成像鏡頭，其中該第一透鏡具有負屈光力，該第二透鏡具有負屈光力。
  10. 如申請專利範圍第1項或第6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。
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