TWI664441B

TWI664441B - 廣角鏡頭

Info

Publication number: TWI664441B
Application number: TW104143122A
Authority: TW
Inventors: 廖陳成
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2019-07-01
Also published as: TW201723572A

Abstract

一種廣角鏡頭，其包括第一透鏡群與第二透鏡群。第一透鏡群位於放大側與縮小側之間，第二透鏡群位於第一透鏡群與縮小側之間，且第二透鏡群包括第一透鏡與第二透鏡。光圈位於第一透鏡群與第二透鏡群之間，其中廣角鏡頭滿足：0.7＜∣EFL/IH∣＜1.2，其中EFL為廣角鏡頭的有效焦距，且IH為廣角鏡頭在縮小側的成像平面的成像高度。另一種廣角鏡頭亦被提出。

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。

隨著現代視訊技術的進步，數位攝影機（digital video camera, DVC）及數位相機（digital camera, DC）等影像裝置已被普遍地使用，並被廣泛地應用於各領域中。這些影像裝置中的核心元件之一為鏡頭，其用以將影像清晰地成像於螢幕或是電荷耦合元件（Charge Coupled Device, CCD）上，且當影像裝置應用於某些特定領域中時，其會採用廣角鏡頭以增加視場角(field of view, FOV)。舉例來說，車用攝影機或者是安控攝影機就需採用廣角鏡頭。

隨著車用攝影機與安控攝影機的蓬勃發展，大角度的鏡頭需求越來越高，甚至到超大廣角或魚眼鏡頭。然而，隨著角度變大，各種不同的光學像差也快速的增加，增加了光學設計的困難度。一般來說，為了矯正各種像差，會在鏡頭中增加鏡片數量或者是對鏡片中的鏡面加入非球面。但是如此的方式會增加鏡頭整體的成本或者是提高加工的困難度。因此，如何在較低的成本下，達到超廣角鏡頭且又具有良好的光學成像品質，特別是在周邊視場的部分具有良好的光學成像品質，是目前本領域的技術人員亟待解決的問題之一。

本發明提供一種廣角鏡頭，其具有良好的成像品質。

本發明提供一種廣角鏡頭，其包括第一透鏡群與第二透鏡群。第一透鏡群位於放大側與縮小側之間，第二透鏡群位於第一透鏡群與縮小側之間，且第二透鏡群包括第一透鏡與第二透鏡。光圈位於第一透鏡群與第二透鏡群之間，其中廣角鏡頭滿足：0.7＜∣EFL/IH∣＜1.2，其中EFL為廣角鏡頭的有效焦距，且IH為廣角鏡頭在縮小側的成像平面的成像高度。第一透鏡與第二透鏡滿足：45＜V5，V6＜28，V5為第一透鏡的阿貝數，且V6為第二透鏡的阿貝數。

由於本發明之實施例之廣角鏡頭藉由符合關係式，即0.7＜∣EFL/IH∣＜1.2，當∣EFL/IH∣的比例在0.7至1.2之間時，可以避免離軸像差不平衡以及光學成像的畸變過大的情形。此外，45＜V5與V6＜28，當V5大於45以及V6小於28時，可以避免色差難以矯正的情形。因此，本發明之實施例之廣角鏡頭除了具有較大的視場角（FOV≥130度），更可以具有良好的光學成像品質，特別是在周邊視場的部分也具有良好的光學成像品質。此外，也避免了習知技術使用較多的透鏡鏡片數或在鏡頭中加入較多的非球面表面。因此，本發明之實施例之廣角鏡頭能夠進一步地降低鏡頭整體的成本以及製程的複雜度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，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1A是依照本發明的一實施例的一種廣角鏡頭的示意圖。請參照圖1A，本實施例的廣角鏡頭100位於放大側OS與縮小側IS之間，廣角鏡頭100包括第一透鏡群110以及第二透鏡群120，其中第一透鏡群110位於放大側OS與第二透鏡群120之間，而第二透鏡群120位於第一透鏡群110與縮小側IS之間，光圈S配置於第一透鏡群110與第二透鏡群120之間，第一透鏡群110以及第二透鏡群120沿著廣角鏡頭100的光軸A排列。

第一透鏡群110包括第三透鏡(L3)112、第四透鏡(L4)114、第五透鏡(L5)116以及第七透鏡(L7)118，其屈光度為負、負、負、正。值得一提的是，第三透鏡112可將大角度光線收入廣角鏡頭100，達到較廣的視場角（field of view, FOV）的效果。第二透鏡群120包括第一透鏡(L1)122、第二透鏡(L2)124以及第六透鏡(L6)126，其屈光度為正、負、正。縮小側IS可設置具有紅外線截止濾鏡（IR Cut Filter）的玻璃蓋130以及成像平面140，玻璃蓋130位於第二透鏡群120與成像平面140之間，其中玻璃蓋130具有兩表面S14與S15。廣角鏡頭100則形成影像於成像平面140上。

接著，在本實施例中，廣角鏡頭100滿足以下條件： 0.7＜∣EFL/IH∣＜1.2 其中EFL（effective focal length）為廣角鏡頭100的有效焦距，∣EFL/IH∣代表EFL/IH的絕對值，且IH為廣角鏡頭100在縮小側IS成像平面140的成像高度。當∣EFL/IH∣低於下限值0.7時，會使得離軸像差不平衡，難以達到良好解析度，而當∣EFL/IH∣高於上限值1.2時，光學成像的畸變（distortion）則會過大。因此，由於本實施例中的廣角鏡頭100的∣EFL/IH∣在0.7至1.2之間，可以提升廣角鏡頭100的光學成像品質。

本實施例的第三透鏡112與第四透鏡114朝向放大側OS的表面S1、S3為凸面，其朝向縮小側IS的表面S2、S4為凹面，換言之，第三透鏡112與第四透鏡114為凸凹透鏡（negative meniscus lens），其具有類似新月形的形狀。第五透鏡116朝向放大側OS的表面S5為凸面，其朝向縮小側IS的表面S6為凹面，第五透鏡116為凸凹透鏡（negative meniscus lens），其中第五透鏡116的表面S5與表面S6兩者至少其中之一為非球面。接著，第七透鏡118朝向放大側OS的表面S7為凸面，其朝向縮小側IS的表面S8為凸面，第七透鏡118為雙凸透鏡（double convex lens）。本實施例的第一透鏡122朝向放大側OS的表面S9為平面，其朝向縮小側IS的表面為凸面，第一透鏡122為平凸透鏡（plane-convex lens）。第二透鏡124朝向放大側OS的表面S10為凹面，朝向縮小側IS的表面S11為凸面，第二透鏡124為凸凹透鏡（negative meniscus lens），其中表面S10為第一透鏡122與第二透鏡124相連的表面。換言之，第一透鏡122與第二透鏡124為膠合透鏡。第六透鏡126朝向放大側OS的表面S12與朝向縮小側IS的表面S13為凸面，第六透鏡126為雙凸透鏡（double convex lens），其中第六透鏡126的表面S13與表面S14兩者至少其中之一為非球面。

值得一提的是，由於第一透鏡122與第二透鏡124為膠合透鏡，此配置可以平衡廣角鏡頭100的色差（chromatic aberration），其中色差包括軸上色差（axial color aberration）以及橫向色差（lateral color aberration），進而提供較佳的光學成像品質。進一步來說，當第一透鏡122的阿貝數（abbe number）V5大於45時或第二透鏡124的阿貝數V6小於28時，色差難以矯正，難以達到良好解析度，無法達到良好的光學成像品質。在其他的實施例中，第一透鏡122的阿貝數V5與第二透鏡124的阿貝數V6滿足以下關係式： 45＜V5，V6＜28 當滿足上述的關係式後，可以矯正色差以進一步提升廣角鏡頭100的光學成像品質。

本實施例的所有透鏡均可以利用玻璃研磨及玻璃模造組成，以使各透鏡對於溫度的變化較不敏感。因此，在各種環境溫度下，本實施例的廣角鏡頭仍具有一定的光學成像品質。此外，第四與第七透鏡也可以使用塑膠成型的方式製作，進一步地降低整體廣角鏡頭的成本。

以下內容將舉出圖1A所繪示的廣角鏡頭100中關於各個透鏡具體的數據資料。

（表一）在表一中，間距是指兩相鄰表面於光軸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於光軸A上之直線距離。表一中所記載的是各透鏡所對應之厚度、折射率與阿貝數。

本實施例的表面S5、S6、S7、S8、S12、S13為非球面，其可用下列公式表示：上述的公式中，Z為光軸的偏移量（sag），r是密切球面（osculating sphere）的半徑，也就是接近光軸A處的曲率半徑（如表一內S3至S6以及S12至S13的曲率半徑）。k是二次曲面係數（conic），h是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，而C₂ 、C₄ 、C₆ 、C₈ 以及C₁₀ 為非球面係數（aspheric coefficient），其中係數C₂ 為零。而下方表二所列出的則是圖1A所繪示的廣角鏡頭100中表面S5、S6、S7、S8、S12以及S13的參數值。（表二）

承上述，在本實施例的廣角鏡頭100中，有效焦距2.68毫米，光圈值（F-Number, Fno）2.0，視場角140度，成像高度IH 3.814毫米，鏡頭總長（total track length, TTL）35.94毫米，EFL/ IH =0.703。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2A為本發明另一實施例的廣角鏡頭100’，請參照圖2A，本實施例的廣角鏡頭100’與前述實施例的廣角鏡頭100主要的差異在於：第四透鏡114的表面S3、S4為非球面。接著，第五透鏡116朝向放大側OS的表面S5是凹面，換言之，第五透鏡是雙凹透鏡（biconcave lens），此配置可以進一步提升廣角鏡頭100’設計上的彈性。此外，第二透鏡122朝向放大側OS的表面S9為凸面，其朝向縮小側IS的表面為凸面，換言之，第二透鏡122為雙凸透鏡（double convex lens）。

下述表三與表四所列的數據資料是廣角鏡頭100’的對應參數設定，需注意的是，表一至表四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，當可對其參數或設定做適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。

（表三）

圖2所繪示的廣角鏡頭100’的表面S3、S4、S5、S6、S7、S8以及S12、S13為非球面。關於非球面透鏡的公式可以參照上述的段落，在此不再贅述。下方表四所列出的則是表面S3、S4、S5、S6、S7、S8、S12以及S13的參數值。（表四）

承上述，在本實施例的廣角鏡頭100’中，有效焦距2.72 毫米，光圈值2.2，視場角132度，成像高度IH 2.83 毫米，鏡頭總長33.94 毫米，EFL/ IH =0.961。

圖1B至圖1E與圖2B至圖2E分別為廣角鏡頭100、100’的成像光學模擬數據圖。在此分別以波長為650奈米的紅光、波長555奈米的綠光以及波長470奈米的藍光作為參考波段進行模擬。圖1B和2B是橫向光線扇形圖（transverse ray fan plot）， X軸為光線通過光圈S的位置，Y軸為光線投射至像平面（例如成像平面140）的位置。圖1C和2C為光學傳遞函數曲線圖（modulation transfer function, MTF），其橫軸為每週期/毫米之空間頻率（spatial frequency in cycles per millimeter），縱軸是光學轉移函數的模數（modulus of the OTF），在圖1C和2C中是以波長介於470奈米與650奈米之間的光所做的模擬數據圖。圖1D和2D是利用波長為650奈米的紅光、波長555奈米的綠光以及波長470奈米的藍光所模擬出的點列圖（spot diagram），此點列圖為不同的點投射於成像平面140之不同視場的光斑大小。圖1E和2E是以波長650奈米的紅光、波長555奈米的綠光以及波長470奈米的藍光作模擬的橫向色差的光學模擬數據圖，其中圖1E和2E的光瞳半徑（pupil radius）分別為0.6705和0.6186毫米。由上述圖形的結果可知，其所顯示出的圖形均在標準的範圍內。因此，本發明實施例之廣角鏡頭100、100’具有較佳的光學成像品質。

由上述的結果可知，本發明實施例的廣角鏡頭100、100’為超廣角鏡頭，也具有大光圈。此外，廣角鏡頭100、100’矯正各種像差以達到高解析度，特別是在周邊光束的部分也可以達到高解析度，因此本發明實施例的廣角鏡頭100、100’也具有良好的光學成像品質。

本發明實施例的廣角鏡頭藉由滿足0.7＜∣EFL/IH∣＜1.2或者45＜V5與V6＜28，可以在較大的視場角下，其光學成像具有高解析度。此外，本發明實施例的廣角鏡頭避免使用過多的透鏡鏡片數或者是在鏡頭中加入過多的非球面表面，相較於習知技術，在同樣的光學成像品質下，能夠進一步地降低鏡頭整體的成本以及製程的複雜度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、100’‧‧‧廣角鏡頭

110‧‧‧第一透鏡群

112‧‧‧第三透鏡

114‧‧‧第四透鏡

116‧‧‧第五透鏡

118‧‧‧第七透鏡

120‧‧‧第二透鏡群

122‧‧‧第一透鏡

124‧‧‧第二透鏡

126‧‧‧第六透鏡

130‧‧‧玻璃蓋

140‧‧‧成像平面

A‧‧‧光軸

OS‧‧‧放大側

IS‧‧‧縮小側

S‧‧‧光圈

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15‧‧‧表面

圖1A繪示為本發明一實施例的廣角鏡頭的示意圖。圖1B至圖1E為圖1A之廣角鏡頭的成像光學模擬數據圖。圖2A繪示為本發明另一實施例的廣角鏡頭的示意圖。圖2B至圖2E為圖2A之廣角鏡頭的成像光學模擬數據圖。

Claims

一種廣角鏡頭，包括：一第一透鏡群，位於一放大側與一縮小側之間；一第二透鏡群，位於該第一透鏡群與該縮小側之間，且該第二透鏡群包括一第一透鏡和一第二透鏡；以及一光圈，位於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間，其中該廣角鏡頭滿足：0.7<｜EFL/IH｜<1.2，其中EFL為該廣角鏡頭的有效焦距，且IH為該廣角鏡頭在該縮小側的一成像平面的成像高度。
一種廣角鏡頭，包括：一第一透鏡群，位於一放大側與一縮小側之間，其中該第一透鏡群包括兩個非球面透鏡；一第二透鏡群，位於該第一透鏡群與該縮小側之間，且該第二透鏡群包括一第一透鏡和一第二透鏡；以及一光圈，位於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間，其中該第一透鏡與該第二透鏡滿足：45<V5，V6<28，V5為該第一透鏡的阿貝數，且V6為該第二透鏡的阿貝數。
如申請專利範圍第1至2項中任一項所述的廣角鏡頭，其中該廣角鏡頭滿足下面條件之一：(1)視場角大於等於130度，(2)光圈值小於等於2.0。
如申請專利範圍第1至2項中任一項所述的廣角鏡頭，其中該第一透鏡與該第二透鏡形成一膠合透鏡。
如申請專利範圍第1至2項中任一項所述的廣角鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第三透鏡和一第四透鏡，兩者均為一凸面朝向該放大側的凸凹透鏡。
如申請專利範圍第5項所述的廣角鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第五透鏡，其至少有一面為非球面，且該第二透鏡群更包括一第六透鏡，其至少有一面為非球面。
如申請專利範圍第6項所述的廣角鏡頭，其中該第五透鏡朝向該放大側的一表面為凹面。
如申請專利範圍第7項所述的廣角鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第七透鏡，其中該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡、該第七透鏡、該第一透鏡、該第二透鏡以及該第六透鏡之屈光度分別為負、負、負、正、正、負、正。
如申請專利範圍第8項所述的廣角鏡頭，其中該第四透鏡與該第七透鏡的材質為塑膠。
如申請專利範圍第8項所述的廣角鏡頭，其中該第一透鏡至該第七透鏡係以玻璃研磨或玻璃模造製成。