TWI683148B

TWI683148B - 望遠鏡頭

Info

Publication number: TWI683148B
Application number: TW106116623A
Authority: TW
Inventors: 陳柏瑜
Original assignee: 大陸商信泰光學（深圳）有限公司; 亞洲光學股份有限公司
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2020-01-21
Also published as: TW201901219A

Abstract

一種望遠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。該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面朝向物側。該第二透鏡具有負屈光力。該第三透鏡具有正屈光力。該第四透鏡具有正屈光力。該第五透鏡具有負屈光力。望遠鏡頭滿足以下條件：DFOV

Description

望遠鏡頭

本發明係有關於一種望遠鏡頭，適用於手機、遊戲機、攝影機(含車用)、投影機、穿戴式顯影裝置等鏡頭。

習知的五片透鏡組成的望遠鏡頭通常具有較長的鏡頭長度，難以滿足小型化的需求。又，其後焦距(Back Focal Length)較短，使得組裝相機模組的難度增加。所以需要有另一種新架構的望遠鏡頭，才能同時滿足小型化及較長後焦距的特性。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種望遠鏡頭，其具備小型化、較長後焦距及高解析度的特性，但是仍具有良好的光學性能。

本發明之望遠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。第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面朝向物側。第二透鏡具有負屈光力。第三透鏡具有正屈光力。第四透鏡具有正屈光力。第五透鏡具有負屈光力。望遠鏡頭滿足以下條件：DFOV

40度；其中，DFOV為望遠鏡頭之一對角線視場。

其中望遠鏡頭滿足以下條件：0.9<|f/TTL|；其中，f為望遠鏡頭之一有效焦距，TTL為第一透鏡之一物側面至一成像面於光軸上之一間距。

其中第二透鏡包括一凸面朝向物側及一凹面朝向像側，望遠鏡頭滿足以下條件：0.21<|f₂/f|<1.53；其中，f₂為第二透鏡之一有效焦距，f為望遠鏡頭之一有效焦距。

其中第三透鏡包括一凸面朝向物側及一凹面朝向像側，望遠鏡頭滿足以下條件：0.65<|f₃/f|<2.01；其中，f₃為第三透鏡之一有效焦距，f為望遠鏡頭之一有效焦距。

其中望遠鏡頭滿足以下條件：0.10<|f₅/f|<1.25；其中，f₅為第五透鏡之一有效焦距，f為望遠鏡頭之一有效焦距。

其中望遠鏡頭滿足以下條件：0.32<|BFL/TTL|<1；其中，BFL為第五透鏡之一像側面至一成像面於光軸上之一間距，TTL為第一透鏡之一物側面至成像面於光軸上之一間距。

其中望遠鏡頭滿足以下條件：0.4<|BFL/TTL|<1；其中，BFL為第五透鏡之一像側面至一成像面於光軸上之一間距，TTL為第一透鏡之一物側面至成像面於光軸上之一間距。

本發明之望遠鏡頭可更包括一光圈，設置於第一透鏡與第二透鏡之間。

其中第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡係由塑膠材質製成，第四透鏡包括一凹面朝向物側及一凸面朝向像側，第五透鏡包括一凹面朝向像側。

其中第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡之每一透鏡中，有一個面為非球面表面。

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‧‧‧望遠鏡頭

L11‧‧‧第一透鏡

L12‧‧‧第二透鏡

L13‧‧‧第三透鏡

L14‧‧‧第四透鏡

L15‧‧‧第五透鏡

ST1‧‧‧光圈

OF1‧‧‧濾光片

OA1‧‧‧光軸

IMA1‧‧‧成像面

S11、S12、S13、S14、S15‧‧‧面

S16、S17、S18、S19、S110‧‧‧面

S111、S112、S113‧‧‧面

第1圖係依據本發明之望遠鏡頭之第一實施例的透鏡配置示意圖。

第2A圖係第1圖之望遠鏡頭之縱向像差圖。

第2B圖係第1圖之望遠鏡頭之場曲圖。

第2C圖係第1圖之望遠鏡頭之畸變圖。

第2D圖係第1圖之望遠鏡頭之橫向色差圖。

第2E圖係第1圖之望遠鏡頭之相對照度圖。

第2F圖係第1圖之望遠鏡頭之調變轉換函數圖。

第2G圖係第1圖之望遠鏡頭之離焦調變轉換函數圖。

第3A圖係依據本發明之望遠鏡頭之第二實施例的縱向像差圖。

第3B圖係依據本發明之望遠鏡頭之第二實施例的場曲圖。

第3C圖係依據本發明之望遠鏡頭之第二實施例的畸變圖。

第3D圖係依據本發明之望遠鏡頭之第二實施例的橫向色差圖。

第3E圖係依據本發明之望遠鏡頭之第二實施例的相對照度圖。

第3F圖係依據本發明之望遠鏡頭之第二實施例的調變轉換函數圖。

第3G圖係依據本發明之望遠鏡頭之第二實施例的離焦調變轉換函數圖。

請參閱第1圖，第1圖係依據本發明之望遠鏡頭之第一實施例的透鏡配置示意圖。望遠鏡頭1沿著一光軸OA1從一物側至一像側依序包括一第一透鏡L11、一光圈ST1、一第二透鏡L12、一第三透鏡L13、一第四透鏡L14、一第五透鏡L15及一濾光片OF1。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為彎月形透鏡具正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S11為凸面，像側面S12為凹面，物側面S11與像側面S12皆為非球面表面。

第二透鏡L12為彎月形透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S14為凸面，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為彎月形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為凹面，物側面S16與像側面S17皆為非球面表面。

第四透鏡L14為彎月形透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S18為凹面，像側面S19為凸面，物側面S18與像側面S19皆為非球面表面。

第五透鏡L15為雙凹透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S110為凹面，像側面S111為凹面，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。

另外，第一實施例中的望遠鏡頭1至少滿足底下其中一條件： 0.9<|f1/TTL1|<1.3 (1)

0.21<|f1₂/f1|<1.53 (2)

0.65<|f1₃/f1|<2.01 (3)

0.10<|f1₅/f1|<1.25 (4)

0.4<|BFL1/TTL1|<1 (5)

15度

DFOV1

40度 (6)

0.32<|BFL1/TTL1|<1 (7)

其中，f1為望遠鏡頭1之一有效焦距，TTL1為第一透鏡L11之物側面S11至成像面IMA1於光軸OA1上之一間距，f1₂為第二透鏡L12之一有效焦距，f1₃為第三透鏡L13之一有效焦距，f1₅為第五透鏡L15之一有效焦距，BFL1為第五透鏡L15之像側面S111至成像面IMA1於光軸OA1上之一間距，DFOV1為望遠鏡頭1之一對角線視場。

利用上述透鏡、光圈及至少滿足條件(1)至條件(7)其中一條件之設計，使得望遠鏡頭1能有效的縮短鏡頭總長度、有效的增長後焦距、提升解析度、有效的修正像差。

表一為第1圖中望遠鏡頭1之各透鏡之相關參數表，表一資料顯示，第一實施例之望遠鏡頭1之有效焦距等於9.989mm、光圈值等於2.8、鏡頭總長度等於9.000mm、對角線視場等於28.85度。

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+Fh¹⁴+Gh¹⁶

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~G：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~G為非球面係數。

第一實施例之望遠鏡頭1，其有效焦距f1=9.989mm，第一透鏡L11之物側面S11至成像面IMA1於光軸OA1上之間距TTL1=9.000mm，第二透鏡L12之有效焦距f1₂=-8.998mm，第三透鏡L13之有效焦距f1₃=13.096mm，第五透鏡L15之有效焦距f1₅=-6.043mm，第五透鏡L15之像側面S111至成像面IMA1於光軸OA1上之間距BFL1=3.682mm，對角線視場DFOV1=28.85度。由上述資料可得到|f1/TTL1|=1.110、|f1₂/f1|=0.901、|f1₃/f1|=1.311、|f1₅/f1|=0.605、|BFL1/TTL1|=0.409、DFOV1=28.85度，皆能滿足上述條件(1)至條件(7)之要求。

另外，第一實施例之望遠鏡頭1的光學性能也可達到要求，這可從第2A至第2G圖看出。第2A圖所示的，是第一實施例之望遠鏡頭1的縱向像差(Longitudinal Aberration)圖。第2B圖所示的，是第一實施例之望遠鏡頭1的場曲(Field Curvature)圖。第2C圖所示的，是第一實施例之望遠鏡頭1的畸變(Distortion)圖。第2D圖所示的，是第一實施例之望遠鏡頭1的橫向色差(Lateral Color)圖。第2E圖所示的，是第一實施例之望遠鏡頭1的相對照度(Relative Illumination)圖。第2F圖所示的，是第一實施例之望遠鏡頭1的調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。第2G圖所示的，是第一實施例之望遠鏡頭1的離焦調變轉換函數(Through Focus Modulation Transfer Function)圖。

由第2A圖可看出，第一實施例之望遠鏡頭1對波長為0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm之光線所產生的縱向像差值介於-0.03mm至0.02mm之間。

由第2B圖可看出，第一實施例之望遠鏡頭1對波長為0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之場曲介於-0.02mm至0.08mm之間。

由第2C圖可看出，第一實施例之望遠鏡頭1對波長為0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm之光線所產生的畸變介於0%至2.0%之間。

由第2D圖可看出，第一實施例之望遠鏡頭1對波長為0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm之光線，於最大視場高度等於2.6190mm，所產生的橫向色差值介於-1.2μm至1.1μm之間。

由第2E圖可看出，第一實施例之望遠鏡頭1對波長為0.555000μm之光線，於Y視場介於0mm至2.619mm之間其相對照度介於0.74至1.0之間。

由第2F圖可看出，第一實施例之望遠鏡頭1，對波長範圍介於0.4700μm至0.6500μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向，視場高度分別為0.0000mm、0.5238mm、1.0476mm、1.5714mm、2.0952mm、2.3571mm、2.6190mm，空間頻率介於0lp/mm至125lp/mm，其調變轉換函數值介於0.57至1.0之間。

由第2G圖可看出，第一實施例之望遠鏡頭1，對波長範圍介於0.4700μm至0.6500μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向，視場高度分別為0.0000mm、0.5238mm、1.0476mm、1.5714mm、2.0952mm、2.3571mm、2.6190mm，空間頻率等於125lp/mm時，當焦點偏移介於-0.024mm至0.025mm之間其調變轉換函數值皆大於0.2。

顯見第一實施例之望遠鏡頭1之縱向像差、場曲、畸變、橫向色差都能被有效修正，相對照度、鏡頭解析度、焦深也都能滿足要求，從而得到較佳的光學性能。

第二實施例的透鏡配置示意圖與第一實施例的透鏡配置示意圖近似，所以省略第二實施例的透鏡配置示意圖。

第二實施例的望遠鏡頭2沿著一光軸OA2從一物側至一像側依序包括一第一透鏡L21、一光圈ST2、一第二透鏡L22、一第三透鏡L23、一第四透鏡L24、一第五透鏡L25及一濾光片OF2。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為彎月形透鏡具正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S21為凸面，像側面S22為凹面，物側面S21與像側面S22皆為非球面表面。

第二透鏡L22為彎月形透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S24為凸面，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為彎月形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為凹面，物側面S26與像側面S27皆為非球面表面。

第四透鏡L24為彎月形透鏡具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S28為凹面，像側面S29為凸面，物側面S28與像側面S29皆為非球面表面。

第五透鏡L25為雙凹透鏡具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S210為凹面，像側面S211為凹面，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。

另外，第二實施例中的望遠鏡頭2至少滿足底下其中一條件：0.9<|f2/TTL2|<1.3 (8)

0.21<|f2₂/f2|<1.53 (9)

0.65<|f2₃/f2|<2.01 (10)

0.10<|f2₅/f2|<1.25 (11)

0.4<|BFL2/TTL2|<1 (12)

15度

DFOV2

40度 (13)

0.32<|BFL2/TTL2|<1 (14)

其中，f2為望遠鏡頭2之一有效焦距，TTL2為第一透鏡L21之物側面S21至成像面IMA2於光軸OA2上之一間距，f2₂為第二透鏡L22之一有效焦距，f2₃為第三透鏡L23之一有效焦距，f2₅為第五透鏡L25之一有效焦距，BFL2為第五透鏡L25之像側面S211至成像面IMA2於光軸OA2上之一間距，DFOV2為望遠鏡頭2之一對角線視場。

利用上述透鏡、光圈及至少滿足條件(8)至條件(14)其中一條件之設計，使得第二實施例的望遠鏡頭2能有效的縮短鏡頭總長度、有效的增長後焦距、提升解析度、有效的修正像差。

表三為第二實施例的望遠鏡頭2之各透鏡之相關參數表，表三資料顯示，第二實施例的望遠鏡頭2之有效焦距等於9.994mm、光圈值等於2.8、鏡頭總長度等於8.991mm、對角線視場等於28.84度。

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+Fh¹⁴+Gh¹⁶

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~G：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~G為非球面係數。

第二實施例的望遠鏡頭2其有效焦距f2=9.994mm，第一透鏡L21之物側面S21至成像面IMA2於光軸OA2上之間距TTL2=8.991mm，第二透鏡L22之有效焦距f2₂=-8.982mm，第三透鏡L23之有效焦距f2₃=13.112mm，第五透鏡L25之有效焦距f2₅=-5.962mm，第五透鏡L25之像側面S211至成像面IMA2於光軸OA2上之間距BFL2=3.665mm，對角線視場DFOV2=28.84度。由上述資料可得到|f2/TTL2|=1.112、|f2₂/f2|=0.899、|f2₃/f2|=1.312、|f2₅/f2|=0.597、|BFL2/TTL2|=0.408、DFOV2=28.84度，皆能滿足上述條件(8)至條件(14)之要求。

另外，第二實施例之望遠鏡頭2的光學性能也可達到要求，這可從第3A至第3G圖看出。第3A圖所示的，是第二實施例之望遠鏡頭2的縱向像差(Longitudinal Aberration)圖。第3B圖所示的，是第二實施例之望遠鏡頭2的場曲(Field Curvature)圖。第3C圖所示的，是第二實施例之望遠鏡頭2的畸變(Distortion)圖。第3D圖所示的，是第二實施例之望遠鏡頭2的橫向色差(Lateral Color)圖。第3E圖所示的，是第二實施例之望遠鏡頭2的相對照度(Relative Illumination)圖。第3F圖所示的，是第二實施例之望遠鏡頭2的調變轉換函數(Modulation Transfer Function)圖。第3G圖所示的，是第二實施例之望遠鏡頭2的離焦調變轉換函數(Through Focus Modulation Transfer Function)圖。

由第3A圖可看出，第二實施例之望遠鏡頭2對波長為0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm之光線所產生的縱向像差值介於-0.035mm至0.045mm之間。

由第3B圖可看出，第二實施例之望遠鏡頭2對波長為0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之場曲介於-0.04mm至0.05mm之間。

由第3C圖可看出，第二實施例之望遠鏡頭2對波長為0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm之光線所產生的畸變介於0%至1.8%之間。

由第3D圖可看出，第二實施例之望遠鏡頭2對波長為0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm、0.650μm之光線，於最大視場高度等於2.6190mm，所產生的橫向色差值介於-1.5μm至1.6μm之間。

由第3E圖可看出，第二實施例之望遠鏡頭2對波長為0.555000μm之光線，於Y視場介於0mm至2.619mm之間其相對照度介於0.73至1.0之間。

由第3F圖可看出，第二實施例之望遠鏡頭2，對波長範圍介於0.4700μm至0.6500μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向，視場高度分別為0.0000mm、0.5238mm、1.0476mm、1.5714mm、2.0952mm、2.3571mm、2.6190mm，空間頻率介於0lp/mm至125lp/mm，其調變轉換函數值介於0.56至1.0之間。

由第3G圖可看出，第二實施例之望遠鏡頭2，對波長範圍介於0.4700μm至0.6500μm之光線，分別於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向，視場高度分別為0.0000mm、0.5238mm、1.0476mm、1.5714mm、2.0952mm、2.3571mm、2.6190mm，空間頻率等於125lp/mm時，當焦點偏移介於-0.026mm至0.024mm之間其調變轉換函數值皆大於0.2。

顯見第二實施例之望遠鏡頭2之縱向像差、場曲、畸變、橫向色差都能被有效修正，相對照度、鏡頭解析度、焦深也都能滿足要求，從而得到較佳的光學性能。

本發明符合的條件以DFOV

40度或0.9<|f/TTL|為中心，本發明實施例的數值也落入其餘條件的範圍內。本發明主要為望遠鏡頭，DFOV

40度，在手機應用上現在的雙鏡頭模組會搭配一顆廣角鏡頭，另一顆為望遠鏡頭，拍攝影像時則靠軟體控制達成大小倍率切換的功能，其最佳效果範圍為15度

DFOV

40度。條件0.9<|f/TTL|代表設計的長度較短但還是能維持一樣的焦距及FOV視場角，其最佳效果範圍為0.9<|f/TTL|<1.3。條件0.32<|BFL/TTL|<1數值愈高，表示鏡頭的後焦愈長，最後一枚鏡片到sensor面的空間更多，對模組封裝良率有提升作用。條件0.21<|f₂/f|<1.53、0.65<|f₃/f|<2.01、0.10<|f₅/f|<1.25分別決定第二透鏡、第三透鏡及第五透鏡對整體性能的重要度及影響程度。