TWI665467B - 轉折式望遠定焦鏡頭及攝像裝置 - Google Patents

轉折式望遠定焦鏡頭及攝像裝置 Download PDF

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一種轉折式望遠定焦鏡頭，其從物側至像側依次包括反射鏡、透鏡群組、濾光片及成像面，該反射鏡用於將來自物側的光束反射至透鏡群組，從物側至像側，該透鏡群組依次包括具有正屈光度的第一透鏡、具有負屈光度的第二透鏡、具有正屈光度的第三透鏡、具有負屈光度的第四透鏡及具有負屈光度的第五透鏡，該反射鏡具有一反射面，該反射面用於將來自物側的光束反射至透鏡群組，該轉折式望遠定焦鏡頭具有第一光軸及第二光軸，第一光軸穿過反射鏡，第二光軸穿過第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡的光心及反射鏡，第一光軸與第二光軸垂直相交，且垂直相交的交點在反射面上。另，本發明還提供一種應用上述轉折式望遠定焦鏡頭的攝像裝置。

Description

轉折式望遠定焦鏡頭及攝像裝置
本發明涉及一種轉折式望遠定焦鏡頭及應用該轉折式望遠定焦鏡頭的攝像裝置。
隨著電子產品的輕薄短小化趨勢，電子產品中的光學鏡頭也需要滿足輕薄短小的要求。轉折式望遠定焦鏡頭通常包括多個透鏡組成，由於長焦段鏡頭在設計上其鏡頭高度比廣角鏡頭高出許多，因此不能滿足光學鏡頭輕薄短小的要求。
有鑑於此，有必要提供一種新的轉折式望遠定焦鏡頭，以解決上述問題。
另，還有必要提供一種應用上述轉折式望遠定焦鏡頭的攝像裝置。
一種轉折式望遠定焦鏡頭，其從物側至像側依次包括反射鏡、透鏡群組、濾光片及成像面，該反射鏡用於將來自物側的光束反射至透鏡群組，從物側至像側，所述透鏡群組依次包括具有正屈光度的第一透鏡、具有負屈光度的第二透鏡、具有正屈光度的第三透鏡、具有負屈光度的第四透鏡及具有負屈光度的第五透鏡，所述反射鏡具有一反射面，該反射面用於將來自物側的光束反射至透鏡群組，所述轉折式望遠定焦鏡頭具有一第一光軸及一第二光軸，該第一光軸穿過所述反射鏡，該第二光軸穿過所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡的光心及所述反射鏡，該第一光軸與所述第二光軸垂直相交，且垂直相交的交點在所述反射面上。
一種應用上述轉折式望遠定焦鏡頭的攝像裝置。
所述轉折式望遠定焦鏡頭藉由反射鏡的設置，可以將來自物側的光束的傳播路徑由沿第一光軸所在的方向傳播改變為沿第二光軸所在的方向傳播，如此，可以大大減小轉折式望遠定焦鏡頭在第一光軸方向上的高度，使該轉折式望遠定焦鏡頭更好的適用於薄型化電子產品中。
圖1為本發明較佳實施方式的轉折式望遠定焦鏡頭的結構示意圖。
圖2為本發明實施例1的轉折式望遠定焦鏡頭的場曲特性曲線圖。
圖3為本發明實施例1的轉折式望遠定焦鏡頭的畸變特性曲線圖。
圖4為本發明實施例2的轉折式望遠定焦鏡頭的場曲特性曲線圖。
圖5為本發明實施例2的轉折式望遠定焦鏡頭的畸變特性曲線圖。
圖6為本發明實施例3的轉折式望遠定焦鏡頭的場曲特性曲線圖。
圖7為本發明實施例3的轉折式望遠定焦鏡頭的畸變特性曲線圖。
請參閱圖1，本發明較佳實施方式提供一種轉折式望遠定焦鏡頭100，其用於相機、手機等具有攝像功能的攝像裝置（圖未示）上。從物側至像側，該轉折式望遠定焦鏡頭100依次包括一反射鏡10、透鏡群組20、濾光片30及成像面40。該反射鏡10用於將來自物側的光束反射至透鏡群組20。
所述反射鏡10可以為具有全反射能力的平面鏡或者棱鏡。該反射鏡10具有一鄰近所述透鏡群組20的一反射面11。該反射面11用於將來自物側的光束反射至透鏡群組20。
從物側至像側，所述透鏡群組20依次包括具有正屈光度的第一透鏡21、具有負屈光度的第二透鏡22、具有正屈光度的第三透鏡23、具有負屈光度的第四透鏡24及具有負屈光度的第五透鏡25。
為確保所述第一透鏡21具有較強的收光能力，該第一透鏡21滿足以下條件：0.3<f1 /f<0.5。其中，f1 為第一透鏡21的焦距，f為轉折式望遠定焦鏡頭100的焦距。
為確保所述第二透鏡22的光焦度在轉折式望遠定焦鏡頭100的光學系統中的比例，以降低球面像差與彗星像差等像差，所述第二透鏡22滿足以下條件：-0.6<f2 /f<-0.2。其中，f2 為第二透鏡22的焦距。
為確保所述第三透鏡23的光焦度在轉折式望遠定焦鏡頭100的光學系統中的比例，以降低球面像差與彗星像差等像差，所述第三透鏡23滿足以下條件：0.5<f3 /f<1。其中，f3 為第三透鏡23的焦距。
所述轉折式望遠定焦鏡頭100具有一第一光軸OA及一第二光軸OB。其中，該第一光軸OA穿過所述反射鏡10，該第二光軸OB穿過所述第一透鏡21、第二透鏡22、第三透鏡23、第四透鏡24及第五透鏡25的光心，該第二光軸OB還穿過所述反射鏡10。所述第一光軸OA與所述第二光軸OB垂直相交，且垂直相交的交點即為所述反射鏡10的反射面11的中心。來自物側的光束首先沿第一光軸OA所在的方向進入轉折式望遠定焦鏡頭100內，照射在反射鏡10的反射面11上，經該反射面11反射後改變光線傳播路徑而依次穿過第二光軸OB上的透鏡群組20及濾光片30，最後照射到成像面40上。所述反射鏡10的設置可以將來自物側的光束的傳播路徑由沿第一光軸OA所在的方向傳播改變為沿第二光軸OB所在的方向傳播，如此，可以大大減小轉折式望遠定焦鏡頭100在第一光軸OA方向上的高度，使該轉折式望遠定焦鏡頭100更好的適用於薄型化電子產品中。
所述轉折式望遠定焦鏡頭100的軌道總長度（TTL）小於18mm。該軌道總長度TTL=TTL1 +TTL2 。其中，TTL1 為自反射鏡10的物側至所述第一光軸OA與第二光軸OB交點的距離，TTL2 為第一光軸OA與第二光軸OB的交點至成像面40的距離。
為確保所述轉折式望遠定焦鏡頭100的總長度較小，所述轉折式望遠定焦鏡頭100滿足以下條件：1.3<TTL/f<1.6。
為確保所述轉折式望遠定焦鏡頭100在第一光軸OA所在方向的薄型化，所述轉折式望遠定焦鏡頭100還滿足以下條件：H<5.7mm；D<5mm。其中，H為所述反射鏡10在所述第一光軸OA上的投影的高度；D為所述透鏡群組20中直徑最大的透鏡的有效直徑大小。在至少一實施例中H=2×TTL1 ，此時，所述反射鏡11與第一光軸OA及第二光軸OB的夾角均為45度。
所述濾光片30位於所述透鏡群組20與所述成像面40之間。該濾光片30用於在光束在成像面40成像之前濾除不可見光。該濾光片30可以為紅外濾光片。
所述成像面40上設置有具有光電轉換功能的影像擷取單元，該影像擷取單元用於接收穿過所述濾光片30的光束。該具有光電轉換功能的影像擷取單元可以為光感測器。
所述第一透鏡21、第二透鏡22、第三透鏡23、第四透鏡24及第五透鏡25中每一透鏡的材質可以為塑膠或玻璃。優選的，所述第一透鏡21、第二透鏡22、第三透鏡23、第四透鏡24及第五透鏡25的材質均為塑膠，如此，可以較小轉折式望遠定焦鏡頭100的重量。其中，第二透鏡22及第三透鏡23的色散係數（阿貝數Vd）小於30。
所述第一透鏡21、第二透鏡22、第三透鏡23、第四透鏡24及第五透鏡25中每一透鏡的面向反射鏡10的表面及面向像側的表面均為非球面表面，即該第一透鏡21、第二透鏡22、第三透鏡23、第四透鏡24及第五透鏡25均為非球面透鏡。該5個非球面透鏡可以使所述轉折式望遠定焦鏡頭100實現低視角取像，低像差高影像解析度，從而大幅度提升轉折式望遠定焦鏡頭100的成像品質。
所述非球面表面可滿足以下數學式：
。
其中，Z是在第二光軸OB方向的座標值且以光傳輸方向為正方向；c=1/R，R是基準球面的曲率半徑；h是正交於第二光軸OB方向的座標值且以上方為正方向，k為二次曲面常數，E4 、E6 、E8 、E10 、E12 、E14 、E16 為非球面係數。每一非球面透鏡的兩個非球面數學式的各項參數值或系數值可分別設定，以決定該非球面透鏡的焦距。
所述第一透鏡21具有面向反射鏡10的第一表面S11及面向像側的第二表面S12。所述第二透鏡22具有面向反射鏡10的第三表面S13及面向像側的第四表面S14。所述第三透鏡23具有面向反射鏡10的第五表面S15及面向像側的第六表面S16。所述第四透鏡24具有面向反射鏡10的第七表面S17及面向像側的第八表面S18。所述第五透鏡25具有面向反射鏡10的第九表面S19及面向像側的第十表面S20。所述濾光片30具有面向反射鏡10的第十一表面S21及面向像側的第十二表面S22。
在至少一實施方式中，所述第一表面S11為面向反射鏡10的凸面，所述第二表面S12為面向像側的凸面，所述第三表面S13為面向反射鏡10的凹面，所述第四表面S14為面向像側的凹面，所述第五表面S15為面向反射鏡10的凸面，所述第六表面S16為面向像側的凸面，所述第七表面S17為面向反射鏡10的凹面，所述第八表面S18為面向像側的凸面，所述第九表面S19為面向反射鏡10的凹面，所述第十表面S20為面向像側的凸面。
所述轉折式望遠定焦鏡頭100還包括光圈50，該光圈50具有一通孔（圖未示）。該光圈50的中心在所述第二光軸OB上，該光圈50套設在所述第一透鏡21上，且第一透鏡21的呈凸面的第一表面S11穿過該光圈50的通孔而相對光圈50凸出。該光圈50用於限製藉由反射鏡10反射的光束進入透鏡群組20的光通量，並使穿過光圈50後的光束更加對稱。
為確保第三透鏡23在轉折式望遠定焦鏡頭100中的對稱特性，以更有效的補償像差，所述第三透鏡23為雙凸透鏡，即所述第三透鏡23的第五表面S15及第六表面S16均為凸面，即所述第三透鏡23為雙凸透鏡，且該第三透鏡23滿足以下條件：-2<（R1 /R2 ）/f<-0.5。其中，R1 為第三透鏡23的第五表面S15的曲率半徑，R2 為第三透鏡23的第六表面S16的曲率半徑。
下面藉由具體實施例對本發明做進一步說明。
以下實施例中，所述第一透鏡21、第二透鏡22、第三透鏡23、第四透鏡24及第五透鏡25的材質均為塑膠。所述濾光片30的材質為玻璃。所述第一表面S11、第二表面S12、第三表面S13、第四表面S14、第五表面S15、第六表面S16、第七表面S17、第八表面S18、第九表面S19、第十表面S20均為非球面表面。
實施例1
本實施例中，自反射鏡10的物側至所述第一光軸OA與第二光軸OB交點的長度TTL1 為2.5mm，反射鏡10在所述第一光軸OA上的投影的高度H為5mm，透鏡群組20中直徑最大的透鏡的有效直徑D為4.08mm。光圈50的厚度為0.62mm，其中，該厚度是指光圈50的中心至第一透鏡21的第一表面S11與第二光軸OB的交點的距離。該轉折式望遠定焦鏡頭100的焦距f為10.9mm，相對孔徑（FNO）為2.8，視角（FOV）為29.6度，軌道總長度為15.9mm。
本實施例中，各透鏡及濾光片30的表面的曲率半徑R、厚度、折射率、阿貝數及焦距參見表一。各非球面表面的二次曲面常數k及非球面係數E4 、E6 、E8 、E10 、E12 、E14 、E16 參見表二。
表一：
其中，面S1、S2、S3請參閱圖1，S1為物平面，S2、S3為虛擬表面。
表二：
本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的波長分別為0.650μm、0.610μm、0.555μm、0.510μm及0.470μm的光的場曲特性曲線圖請參見圖2，畸變特性曲線圖請參見圖3。其中，A表示波長為0.650μm 的光，B表示波長為0.610μm 的光，C表示波長為0.555μm 的光，D表示波長為0.510μm 的光，E表示波長為0.470μm 的光，T表示轉折式望遠定焦鏡頭100對於正切光束（tangential rays）的像差，S表示轉折式望遠定焦鏡頭100對於弧矢光束（sagittal rays）的像差。
由圖2可知，本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的最大場曲均控制在（-0.01mm,0.025mm）範圍內。由圖3可知，本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的最大畸變量不超過1.8%，且五種波長的光的畸變曲線基本重疊。
實施例2
本實施例中，自反射鏡10的物側至所述第一光軸OA與第二光軸OB交點的長度TTL1 為2.7mm，反射鏡10在所述第一光軸OA上的投影的高度H為5.4mm，透鏡群組20中直徑最大的透鏡的有效直徑D為4.36mm。光圈50的厚度為0.53mm，其中，該厚度是指光圈50的中心至第一透鏡21的第一表面S11與第二光軸OB的交點的距離。該轉折式望遠定焦鏡頭100的焦距f為11.8mm，相對孔徑（FNO）為2.8，視角（FOV）為27.6度，軌道總長度為17.9mm。
本實施例中，各透鏡及濾光片30的表面的曲率半徑R、厚度、折射率、阿貝數及焦距參見表三。各非球面表面的二次曲面常數k及非球面係數E4 、E6 、E8 、E10 、E12 、E14 、E16 參見表四。
表三：
其中，面S1、S2、S3請參閱圖1，S1為物平面，S2、S3為虛擬表面。
表四：
本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的波長分別為0.650μm、0.610μm、0.555μm、0.510μm及0.470μm的光的場曲特性曲線圖請參見圖4，畸變特性曲線圖請參見圖5。其中，A表示波長為0.650μm 的光，B表示波長為0.610μm 的光，C表示波長為0.555μm 的光，D表示波長為0.510μm 的光，E表示波長為0.470μm 的光，T表示轉折式望遠定焦鏡頭100對於正切光束的像差，S表示轉折式望遠定焦鏡頭100對於弧矢光束的像差。
由圖4可知，本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的最大場曲均控制在（-0.01mm,0.06mm）範圍內。由圖5可知，本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的最大畸變量不超過1.5%，且五種波長的光的畸變曲線基本重疊。
實施例3
本實施例中，自反射鏡10的物側至所述第一光軸OA與第二光軸OB交點的長度TTL1 為2.55mm，反射鏡10在所述第一光軸OA上的投影的高度H為5.1mm，透鏡群組20中直徑最大的透鏡的有效直徑D為4mm。光圈50的厚度為0.53mm，其中，該厚度是指光圈50的中心至第一透鏡21的第一表面S11與第二光軸OB的交點的距離。該轉折式望遠定焦鏡頭100的焦距f為11mm，相對孔徑（FNO）為2.8，視角（FOV）為29.4度，軌道總長度為17.1mm。
本實施例中，各透鏡及濾光片30的表面的曲率半徑R、厚度、折射率、阿貝數及焦距參見表一。各非球面表面的二次曲面常數k及非球面係數E4 、E6 、E8 、E10 、E12 、E14 、E16 參見表二。
表五：
其中，面S1、S2、S3請參閱圖1，S1為物平面，S2、S3為虛擬表面。
表六：
本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的波長分別為0.650μm、0.610μm、0.555μm、0.510μm及0.470μm的光的場曲特性曲線圖請參見圖6，畸變特性曲線圖請參見圖7。其中，A表示波長為0.650μm 的光，B表示波長為0.610μm 的光，C表示波長為0.555μm 的光，D表示波長為0.510μm 的光，E表示波長為0.470μm 的光，T表示轉折式望遠定焦鏡頭100對於正切光束的像差，S表示轉折式望遠定焦鏡頭100對於弧矢光束的像差。
由圖6可知，本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的最大場曲均控制在（-0.02mm,0.04mm）範圍內。由圖7可知，本實施例的轉折式望遠定焦鏡頭100的最大畸變量不超過0.9%，且五種波長的光的畸變曲線基本重疊。
本發明的轉折式望遠定焦鏡頭100藉由反射鏡10的設置，可以將來自物側的光束的傳播路徑由沿第一光軸OA所在的方向傳播改變為沿第二光軸OB所在的方向傳播，如此，可以大大減小轉折式望遠定焦鏡頭100在第一光軸OA方向上的高度，使該轉折式望遠定焦鏡頭100更好的適用於薄型化電子產品中。本發明轉折式望遠定焦鏡頭100的透鏡群組20中的透鏡的材質均為塑膠，如此可以減輕轉折式望遠定焦鏡頭100的重量，並降低成本。此外，本發明的轉折式望遠定焦鏡頭100中的透鏡群組20中的所有透鏡均為非球面透鏡，可以使所述轉折式望遠定焦鏡頭100實現低視角取像，低像差高影像解析度，從而大幅度提升轉折式望遠定焦鏡頭100的成像品質。
另外，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其它各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明申請專利範圍的保護範圍。
100‧‧‧轉折式望遠定焦鏡頭
10‧‧‧反射鏡
11‧‧‧反射面
20‧‧‧透鏡群組
21‧‧‧第一透鏡
22‧‧‧第二透鏡
23‧‧‧第三透鏡
24‧‧‧第四透鏡
25‧‧‧第五透鏡
30‧‧‧濾光片
40‧‧‧成像面
50‧‧‧光圈
S11‧‧‧第一表面
S12‧‧‧第二表面
S13‧‧‧第三表面
S14‧‧‧第四表面
S15‧‧‧第五表面
S16‧‧‧第六表面
S17‧‧‧第七表面
S18‧‧‧第八表面
S19‧‧‧第九表面
S20‧‧‧第十表面
S21‧‧‧第十一表面
S22‧‧‧第十二表面
無

Claims (10)

  1. 一種轉折式望遠定焦鏡頭，其改良在於，該轉折式望遠定焦鏡頭從物側至像側依次包括反射鏡、透鏡群組、濾光片及成像面，該反射鏡用於將來自物側的光反射至透鏡群組，從物側至像側，所述透鏡群組依次包括具有正屈光度的第一透鏡、具有負屈光度的第二透鏡、具有正屈光度的第三透鏡、具有負屈光度的第四透鏡及具有負屈光度的第五透鏡，所述反射鏡具有一反射面，該反射面用於將來自物側的光束反射至透鏡群組，所述轉折式望遠定焦鏡頭具有一第一光軸及一第二光軸，該第一光軸穿過所述反射鏡，該第二光軸穿過所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡的光心及所述反射鏡，該第一光軸與所述第二光軸垂直相交，且垂直相交的交點在所述反射面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的轉折式望遠定焦鏡頭，其中，所述第一透鏡滿足以下條件：0.3<f1/f<0.5，其中，f1為第一透鏡的焦距，f為轉折式望遠定焦鏡頭的焦距。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的轉折式望遠定焦鏡頭，其中，所述第二透鏡滿足以下條件：-0.6<f2/f<-0.2，其中，f2為第二透鏡的焦距，f為轉折式望遠定焦鏡頭的焦距。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的轉折式望遠定焦鏡頭，其中，所述第三透鏡滿足以下條件：0.5<f3/f<1，其中，f3為第三透鏡的焦距，f為轉折式望遠定焦鏡頭的焦距。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的轉折式望遠定焦鏡頭，其中，所述第三透鏡為雙凸透鏡，且該第三透鏡滿足以下條件：-2<（R1/R2）/f<-0.5，其中，R1為第三透鏡的面向反射鏡的表面的曲率半徑，R2為第三透鏡的面向像側的表面的曲率半徑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的轉折式望遠定焦鏡頭，其中，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡的面向反射鏡的表面及面向像側的表面均為非球面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的轉折式望遠定焦鏡頭，其中，所述轉折式望遠定焦鏡頭滿足以下條件：1.3<TTL/f<1.6；TTL=TTL1+TTL2，其中，TTL為轉折式望遠定焦鏡頭的軌道總長度小於， TTL1為自反射鏡的物側至所述第一光軸與第二光軸交點的距離，TTL2為第一光軸與第二光軸的交點至成像面的距離。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的轉折式望遠定焦鏡頭，其中，所述轉折式望遠定焦鏡頭的軌道總長度小於18mm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的轉折式望遠定焦鏡頭，其中，所述轉折式望遠定焦鏡頭還滿足以下條件：H<5.7mm；D<5mm，其中，H為所述反射鏡在所述第一光軸上的投影的高度，D為所述透鏡群組中直徑最大的透鏡的有效直徑大小。
  10. 一種攝像裝置，其改良在於，該攝像裝置應用申請專利範圍第1至9項中任意一項所述的轉折式望遠定焦鏡頭。
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