TWM472853U - 五片式廣角鏡頭 - Google Patents

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Sze-Ying Chen
Yi-Fang Chen
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Description

五片式廣角鏡頭
本創作係關於一種攝像系統，特別係關於一種五片式廣角鏡頭。
以往汽車駕駛人在倒車時，通常會仰賴位於車身兩側及駕駛室前方的後照鏡來觀察後方路況，惟車身正後方的區域仍會成為駕駛人的盲區；為了使駕駛人可觀察盲區的路況，許多車輛安裝倒車攝像系統，以輔助駕駛人觀察車後路況。
在許多氣候變化較為顯著的地區，冬季氣溫可能接近攝氏零下20度或更低，而夏季時，溫度則可能高達攝氏60度或更高；因此，如果倒車攝像系統在高溫或低溫時無法提供良好的成像品質，其輔助觀察的功能將會大打折扣。
有鑑於此，本創作之主要目的之一係提供一種在高溫及低溫時皆能提供良好影像品質之攝像系統。
本創作之另一主要目的係提供一種具備廣角之攝像系統。
為了達成前述及其他目的，本創作提供一種五片式廣角鏡頭，其由物側至像側依序包括一第一鏡片、一第二鏡片、一第三鏡片、一光圈、一第四鏡片及一第五鏡片；該第一鏡片具有負屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面；該第二鏡片具有負屈光力，其物側面及像側面皆為凹面；該第三鏡片具有正屈光力；該第四鏡片具有正屈光力，其物側面及像側面皆為凸面；該第五鏡片具有負屈光力；此外，第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片及第五鏡片皆具有至少一面為非球面，且該五片式廣角鏡頭係滿足下列關係式：-0.6<f2/f3<-0.3，且-0.25<f4/f5<-0.15；其中f2為第二鏡 片的焦距，f3為第三鏡片的焦距，f4為第四鏡片的焦距，f5為第五鏡片的焦距。
當第二、第三鏡片的焦距比值及第四、第五鏡片的焦距比值滿足前述條件時，此五片式廣角鏡頭具有良好的屈光力配置，故可有效地修正廣角系統的像差問題，並且讓五片式廣角鏡頭在溫度變化較大(例如：攝氏零下50度至攝氏100度)的使用環境下，依然具備良好的成像品質。
100‧‧‧五片式廣角鏡頭
110‧‧‧第一鏡片
120‧‧‧第二鏡片
130‧‧‧第三鏡片
140‧‧‧光圈
150‧‧‧第四鏡片
160‧‧‧第五鏡片
170‧‧‧平板鏡片
200‧‧‧五片式廣角鏡頭
210‧‧‧第一鏡片
220‧‧‧第二鏡片
230‧‧‧第三鏡片
240‧‧‧光圈
250‧‧‧第四鏡片
260‧‧‧第五鏡片
A‧‧‧物側
B‧‧‧像側
第1圖係本創作第一實施例之鏡片組成圖。
第2圖係本創作第一實施例於攝氏25度時之像差圖。
第3圖係本創作第一實施例於攝氏零下50度時之像差圖。
第4圖係本創作第一實施例於攝氏100度時之像差圖。
第5圖係本創作第一實施例之場曲與畸變圖。
第6圖係本創作第一實施例之橫向色差圖。
第7圖係本創作第二實施例之鏡片組成圖。
第8圖係本創作第二實施例於攝氏25度時之像差圖。
第9圖係本創作第二實施例於攝氏零下50度時之像差圖。
第10圖係本創作第二實施例於攝氏100度時之像差圖。
第11圖係本創作第二實施例之場曲與畸變圖。
第12圖係本創作第二實施例之橫向色差圖。
請參考第1圖。在本創作的第一實施例中，一種五片式廣角鏡頭100由物側A至像側B依序包括一第一鏡片110、一第二鏡片120、一第三鏡片130、一光圈140、一第四鏡片150及一第五鏡片160，於像側B處係設有CCD、CMOS或其他感光元件(未繪示)，於感光元件與第五鏡片160之間則可另外設有濾光片及/或保護玻璃等平板鏡片170，平板鏡片170之數量可依需求增減或不設置。
在前述五片式廣角鏡頭100中，第一鏡片110具有負屈光力，且其物側面為凸面且像側面為凹面，藉以提供廣角特性。
此外，第二鏡片120同樣具有負屈光力，其可分擔第一鏡片110之屈光力，進而避免系統像差過大，且第二鏡片120之物側面及像側面皆為凹面，此等設計有助於修正邊緣光線產生之像差。
第三鏡片130提供正屈光力，因此可平衡第一鏡片110及第二鏡片120的負屈光力，達到修正像差的目的，且其物側面為凸面而像側面為凹面。
該光圈140係設計位於第三鏡片130及第四鏡片150之間，此等配置有助於系統屈光力的平衡，並可有效降低系統敏感度。
第四鏡片150具有正屈光力，其物側面及像側面皆為凸面。
第五鏡片160則具有負屈光力，其物側面為凹面且像側面為凸面。
本實施例五片式廣角鏡頭100之設計參數如下表一所示：
其中，第二鏡片120、第三鏡片130、第四鏡片150及第五鏡片160之物側面及像側面皆為非球面，且其面型滿足下列公式：
其中c=1/r，r為表面曲率半徑，h為光線在此表面的高度，k 為錐面係數，A為第四階係數，B為第六階係數，C為第八階係數，D為第十階係數，E為第十二階係數，F為第十四階係數，G為第十六階係數。
本實施例之第二鏡片120至第五鏡片160中，各非球面之參數如下表二所示：
基於前述設計，本實施例之系統焦距f為1.22mm，系統長度TTL為24.8mm，視角達166度，第一鏡片110焦距為-8.6mm，第二鏡片120焦距為-3.9mm，第三鏡片130焦距為10.67mm，第四鏡片150焦距為2.3mm，且第五鏡片160焦距為-14.06mm。
此時，第二鏡片120與第三鏡片130之焦距比值(f2/f3)為-0.37，第四鏡片150與第五鏡片160之焦距比值(f4/f5)則為-0.16，滿足-0.6<f2/f3<-0.3，且-0.25<f4/f5<-0.15之關係式，如此一來，系統具有良好的屈光力配置，可以有效地修正廣角系統的像差問題，且讓五片式廣角鏡頭100在溫度變化較大的環境下，依然具有良好的影像品質，其測試結果如第2至5圖所示。
除此之外，第一鏡片110及第二鏡片120的焦距值也需互相搭配，較佳者係滿足下列關係式：1.6<f1/f2<2.9，其中f1為第一鏡片的焦距；本實施例中，f1/f2為2.2，滿足前揭關係式，故第二鏡片120可以協助分擔第一鏡片110的負屈光力，而可避免系統像差過大。
由於第一鏡片110的像側面為凹面，而第二鏡片120的物側面亦為凹面，兩者曲率半徑需互相搭配，較佳者係滿足下列關係式：8<(r2-r3)/(r2+r3)<22，其中r2為第一鏡片110像側面的曲率半徑，r3為第二鏡片120物側面的曲率半徑；本實施例中，(r2-r3)/(r2+r3)為9，滿足前揭關係式，因此系統像差可得修正。
又，由於第四鏡片150的物側面及像側面皆為凸面，兩者的曲率半徑也需互相搭配，較佳者係滿足下列關係式：2<(r8-r9)/(r8+r9)<4.2其中r8為第四鏡片150物側面的曲率半徑，r9為第四鏡片150像側面的曲率半徑；本實施例中，(r8-r9)/(r8+r9)為3.6，滿足前揭關係式，因此光線經由光圈140入射至第四鏡片150的入射角較小，有助於降低系統敏感度。
為了修正廣角系統易產生色差的問題，第四鏡片150與第五鏡片160之色散係數需互相搭配，較佳者係滿足下列關係式：Vd4-Vd5>25，其中Vd4為第四鏡片的色散係數，Vd5為第五鏡片的色散係數；在本實施例中，Vd4-Vd5為32.6，滿足前揭關係式，故本系統的色差可以得到修正，其測試結果如第6圖所示。
接著，請參考第7圖。本創作的第二實施例繪示一五片式廣角鏡頭200，其結構配置大抵與第一實施例相似，其設計參數如下表三所示：
同樣地，第二鏡片220、第三鏡片230、第四鏡片250及第五鏡片260之物側面及像側面皆為非球面並滿足前揭非球面面型公式，其中各非球面之參數如下表四所示：
基於前述設計，本實施例之系統焦距f為1.39mm，系統長度TTL為25.5mm，視角達166度，第一鏡片210焦距為-10.45mm，第二鏡片220焦距為-3.82mm，第三鏡片230焦距為7.20mm，第四鏡片250焦距為2.47mm，且第五鏡片260焦距為-11.95mm。
此時，第二鏡片220與第三鏡片230之焦距比值(f2/f3)為-0.53，第四鏡片250與第五鏡片260之焦距比值(f4/f5)則為-0.21，滿足-0.6<f2/f3<-0.3，且-0.25<f4/f5<-0.15之關係式，如此一來，系統具有良好的屈光力配置，可以有效地修正廣角系統的像差問題，且讓五片式廣角鏡頭200在溫度變化較大的環境下，依然具有良好的影像品質，其測試結果如第8至11圖所示。
除此之外，第一鏡片210的焦距值f1及第二鏡片220的焦距值f2之比值為2.74，滿足1.6<f1/f2<2.9之關係式，此時第二鏡片220可以協助分擔第一鏡片210的負屈光力，而可避免系統像差過大。
本實施例中，第一鏡片210像側面的曲率半徑r2與第二鏡片220物側面的曲率半徑r3亦相互搭配，其中(r2-r3)/(r2+r3)為20.7，滿足8 <(r2-r3)/(r2+r3)<22之關係式，因此系統像差可得修正。
本實施例中，第四鏡片250物側面的曲率半徑r8與第四鏡片250像側面的曲率半徑r9同樣相互搭配，其中(r8-r9)/(r8+r9)為2.35，滿足2<(r8-r9)/(r8+r9)<4.2之關係式，因此光線經由光圈240入射至第四鏡片250的入射角較小，有助於降低系統敏感度。
此外，第四鏡片250與第五鏡片260之色散係數差值Vd4-Vd5為32.6，滿足Vd4-Vd5>25之關係式，故本系統的色差可以得到修正，其測試結果如第12圖所示。
藉由前揭設計，本創作的五片式廣角鏡頭不但視角可達166度，且影像品質得到大幅提升，在高溫(攝氏100度)及低溫(攝氏零下50度)的環境下，皆仍保有良好的影像品質，因此本創作確可符合實用上的需求。
需說明的是，前述實施例中，第二鏡片至第五鏡片的物側面及像側面皆為非球面，惟實際上第二鏡片至第五鏡片只要至少一面設計為非球面即可。又，由於第二鏡片至第五鏡片皆具有至少一面為非球面，因此宜採用塑膠鏡片以降低生產成本並提高良率；第一鏡片則宜使用具有較佳的耐刮、耐磨性能的玻璃鏡片；惟需說明的是，各鏡片之材質選用並不以此為限。此外，本創作之五片式廣角鏡頭除可應用於車用鏡頭之外，還可應用於監視鏡頭等其他場合。
最後，必須再次說明的是，本創作於前揭實施例中所揭露的構成元件僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。
100‧‧‧五片式廣角鏡頭
110‧‧‧第一鏡片
120‧‧‧第二鏡片
130‧‧‧第三鏡片
140‧‧‧光圈
150‧‧‧第四鏡片
160‧‧‧第五鏡片
170‧‧‧平板鏡片
A‧‧‧物側
B‧‧‧像側

Claims (7)

  1. 一種五片式廣角鏡頭，由物側至像側依序包括：一第一鏡片，具有負屈光力，其物側面為凸面且像側面為凹面；一第二鏡片，具有負屈光力，其物側面及像側面皆為凹面；一第三鏡片，具有正屈光力；一光圈；一第四鏡片，具有正屈光力，其物側面及像側面皆為凸面；以及一第五鏡片，具有負屈光力；其中，第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片及第五鏡片皆具有至少一面為非球面；其中，該五片式廣角鏡頭滿足下列關係式：-0.6<f2 /f3 <-0.3，且-0.25<f4 /f5 <-0.15；其中f2 為第二鏡片的焦距，f3 為第三鏡片的焦距，f4 為第四鏡片的焦距，f5 為第五鏡片的焦距。
  2. 如請求項1所述之五片式廣角鏡頭，更滿足下列關係式：Vd4 -Vd5 >25；其中Vd4 為第四鏡片的色散係數，Vd5 為第五鏡片的色散係數。
  3. 如請求項1所述之五片式廣角鏡頭，更滿足下列關係式：1.6<f1 /f2 <2.9；其中f1 為第一鏡片的焦距。
  4. 如請求項1所述之五片式廣角鏡頭，更滿足下列關係式：8<(r2 -r3 )/(r2 +r3 )<22；其中r2 為第一鏡片像側面的曲率半徑，r3 為第二鏡片物側面的曲率半徑。
  5. 如請求項1所述之五片式廣角鏡頭，更滿足下列關係式：2<(r8 -r9 )/(r8 +r9 )<4.2；其中r8 為第四鏡片物側面的曲率半徑，r9 為第四鏡片像側面的曲率半徑。
  6. 如請求項1所述之五片式廣角鏡頭，其中該第一鏡片為玻璃鏡片，而第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片及第五鏡片皆為塑膠鏡片。
  7. 如請求項1所述之五片式廣角鏡頭，其中該非球面之面型係滿足下列公式： 其中c=1/r，r為表面曲率半徑，h為光線在此表面的高度，k為錐面係數，A為第四階係數，B為第六階係數，C為第八階係數，D為第十階係數，E為第十二階係數，F為第十四階係數，G為第十六階係數。
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