专利名称：广角镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镜头，具体涉及一种广角镜头。
背景技术：
以往广角镜头在设计上最大的难题，就是物体的成像在经镜头的光学作用后，会有影像歪曲的困扰，而由于过去仅有球面玻璃，为了补正成像负的歪曲收差(或称桶状变形，即是成像中越接近边缘，影像会有扩张且直线弯曲成弧线的现象)，需要配置多片负弯月形透镜及正弯月形透镜在镜头的前端，而在镜头视角80°时，需要8至10片的镜片，在镜头视角100°以上时，需要10至12片，这会造成镜头全长太长且重量太重的问题。
因此，随着光学塑胶材料的进步及非球面镜片的制造技术普及化，便有许多小型且轻量化的镜头出现，尤其使用非球面镜片后，镜头视角80°时，只要3至4片镜片，镜头视角100°时，只要4至5片镜片，镜头视角120°以上时，只要5至6片镜片，可知镜头的确已朝向小型且轻量化迈进。
此外，如已公开的专利案日本专利特开2003-307674的超广角镜头，日本专利特开2005-227426的广角镜头，日本专利特开2006-146016的广角镜头、日本专利特开2006-292988的广角镜头及取像装置、日本专利特开2007-025499的光学装置，其所使用的镜片数量的确已降低至4至5片，所以小型及轻量化是确定的。
不过这些广角镜头，其影像歪曲的问题仍然存在，一般的镜头，通常是以y′＝f·tanω的射影方式为基础来补正成像的歪曲，y′为像素的像高，f为焦距，ω为半视角，其他射影方式还有立体射影方式y′＝2f·tan(ω/2)、等距离射影方式y′＝f·ω、等立体角射影方式y′＝2f·sin(ω/2)及正射影方式y′＝2f·sinω，不过由这些公式，都可推得在固定焦距f下，随着视角与半视角ω的增加，像素的像高y′也会随之增加，当y′的值太大时，便无法在画面内形成完整的成像，必须压缩其周边的影像才可将成像完整呈现在画面内，但这便造成成像周边的影像是难以辨别的，若用在监视器上，可能因周边影像模糊而无法看清犯人的脸孔，若用在汽车的倒车监视系统上，可能因周边影像模糊使驾驶人忽略而撞上物品或孩童。
虽然说目前影像处理的技术相当进步，镜头存在的歪曲收差可用影像处理的技术来补正，但在经处理过后的影像难免会失真，若能够直接避免周边影像压缩模糊的缺陷，广角镜头的发展还是一片坦途。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种广角镜头，该广角镜头可避免极端的影像歪曲，且成像具有高鲜锐度。
为解决上述技术问题，本发明广角镜头的技术解决方案为 包括四个镜片及光圈，由物侧至像侧依次排列为第一镜片、第二镜片、第三镜片、光圈及第四镜片，第一镜片及第二镜片是凸面向着物侧的负半弯月形镜片，第三镜片及第四镜片是两面皆为凸面的镜片，另外第一镜片、第二镜片及第三镜片的镜面中，至少有四镜面为非球面，且第四镜片的两面镜面皆为非球面，这样配置镜片，便能够用最少的镜片数达到补正收差的效果。
且该广角镜头在视角140°时，入射的光线会受第一镜片及第二镜片的负屈折力作用，而以较缓和的角度射入第三镜片，但由第二镜片射出的光线具有负歪曲收差、非点收差及倍率色收差，其可由第三镜片及第四镜片的正屈折力来补正，故可知即使在视角140°的超广角条件下，本发明的广角镜头也能以最低数量的四片镜片，来避免成像周围极端的影像歪曲，且成像可具有高鲜锐度。
此外，当第一镜片到第三镜片的合成焦距为f123，而该广角镜头整体焦距为f时，要满足下列关系式 -15.0＜f123/f＜-8.0 因为当f123/f＞-8.0时，第一镜片及第二镜片的负屈折力会太大，使成像周边的影像压缩过大，就必须使用影像处理的技术来补正；当f123/f＜-15.0时，为导入视角140°的光线，第一镜片的外径就必须相对的增加，这样便会提升镜头小型化的难度。
当第四镜片焦距为f4时，要满足下列关系式 -6.5＜f123/f4＜-3.0 因为当f123/f4＞-3.0时，第四镜片的正屈折力会降低，便无法完全补正负歪曲收差，必须使用影像处理补正；当f123/f4＜-6.5时，第四镜片的正屈折力会变得太高，必须要增加一片镜片才能够成像。
当第三镜片接近物侧的镜面曲率半径为r5，像侧的镜面曲率半径为r6时，要满足下列关系式 0.6＜(r6+r5)/(r6-r5)＜1.0 因为(r6+r5)/(r6-r5)＞1.0时，物侧的曲率半径会变小，虽在补正歪曲收差上有助益，但在非点收差及慧星像差收差的补正效果却反而降低，使成像的影像鲜锐度降低；当(r6+r5)/(r6-r5)＜0.6时，便无法达成需要补正的歪曲收差。
当第四镜片接近物侧的镜面曲率半径为r8，像侧的镜面曲率半径为r9时，要满足下列关系式 -0.55＜(r9+r8)/(r9-r8)＜-0.45 因为(r9+r8)/(r9-r8)＞-0.45时，球面收差的补正会不足；当(r9+r8)/(r9-r8)＜-0.55时，球面收差的补正会过多，画面中央成像的影像鲜锐度会变得很低。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明 图1A是本发明第一实施例的结构示意图； 图1B是本发明第一实施例球面、非点及歪曲收差的示意图； 图2A是本发明第二实施例的结构示意图； 图2B是本发明第二实施例球面、非点及歪曲收差的示意图； 图3A是本发明第三实施例的结构示意图； 图3B是本发明第三实施例球面、非点及歪曲收差的示意图； 图4A是本发明第四实施例的结构示意图； 图4B是本发明第四实施例球面、非点及歪曲收差的示意图； 图5A是本发明第五实施例的结构示意图； 图5B是本发明第五实施例球面、非点及歪曲收差的示意图； 图6A是本发明第六实施例的结构示意图； 图6B是本发明第六实施例球面、非点及歪曲收差的示意图； 图7A是本发明第七实施例的结构示意图； 图7B是本发明第七实施例球面、非点及歪曲收差的示意图； 图中，1第一镜片，2第二镜片，3第三镜片，4第四镜片，5光圈，6滤片，7玻璃罩，8成像面。
具体实施例方式 本发明广角镜头的实施例如图1至图7所示，其特别用于视角约140°的镜头，可应用于监视器或汽车上。该广角镜头由物侧至像侧依次排列为第一镜片1、第二镜片2、第三镜片3、光圈5、第四镜片4、滤片6、玻璃罩7及成像面8，其中第一镜片1为凸面朝向物侧的负半弯月形镜片，第二镜片2为凸面朝向物侧的负半弯月形镜片，第三镜片3为两面皆为凸面的镜片，第四镜片4为两面皆为凸面的镜片，四个镜片1、2、3、4皆为塑胶材料以节省材料成本，另外第一镜片1、第二镜片2及第三镜片3的镜面中，至少有四个镜面为非球面的镜面，而第四镜片的两镜面皆为非球面的镜面，滤片6及玻璃罩7皆由平面玻璃构成，滤片6用以阻隔红外线，玻璃罩7设置于成像面8以保护CCD或CMOS等构件； 而在实施例中，分别以L1(入射角0°)、L2(入射角21°)、L3(入射角35°)、L4(入射角42°)、L5(入射角49°)、L6(入射角56°)、L7(入射角63°)、L8(入射角70°)等八种光线入射角度射入该广角镜头，并成像于成像面8上，而由图可知，成像的周边影像并没有极端压缩，而能够成型较完整且正确地成像，且成像更具高鲜锐度。
而图1B至图7B为相应于图1A至图7A的收差图，其中(a)为球面收差的曲线图，其中C线、d线、e线、F线及g线分别代表不同波长光的球面收差，单位为mm，(b)为非点收差的曲线图，表示不同波长光的非点收差大小，单位为mm，且S代表水平的收差，T代表垂直的收差，(c)为歪曲收差的曲线图，表示不同波长光的歪曲收差大小，单位为％，由图可知，该广角镜头已将各种收差补正到足以实用的程度。
在下列各实施例中，该广角镜头整体的焦距为f，光圈值为F NO.，视角为2ω，并由物侧开始，将该广角镜头的各个镜面依次编号，第一镜片1的镜面为S1、S2，第二镜片2的镜面为S3、S4，第三镜片3的镜面为S5、S6，光圈5的镜面为S7，第四镜片4的镜面为S8、S9，滤片6的镜面为S10、S11，玻璃罩7的镜面为S12、S13，且非球面镜面的公式为 X＝(1/R)H2/{1+[1-(1+K)(H/R)2]1/2}+AH4+BH6+CH8+DH10 A、B、C、D为非球面系数，H为光轴开始的高度，X为光轴方向的变位，且X为面顶点的基础，R为近轴曲率半径，K为圆锥系数，而系数中E代表科学记号，如E-03表示10-3。
在图1A的实施例中，f为0.868mm，F NO.为2.8，2ω为140°，且各镜面的曲率半径r(单位mm)、面间隔d(单位mm)、屈折率nd及逆分散率vd如下表1A如示 表1A 表1B所示为各镜面的非球面系数，且除了第一镜片1的镜面S1为球面镜面，第一镜片1的镜面S2及其它镜片2、3、4的镜面S3、S4、S5、S6、S8、S9皆为非球面镜面，而K、A、B、C、D的数值如下列表1B所示
且本实施例中，四个镜片1、2、3、4皆由塑胶制成，滤片6及玻璃罩7为无色光学玻璃(BSC7)制成。
在图2A的实施例中，f为0.881mm，F NO.为2.8，2ω为140°，各镜面的曲率半径r(单位mm)、面间隔d(单位mm)、屈折率nd及逆分散率vd如下列表2A所示 表2A 下列表2B为各镜面的非球面系数，此实施例中除了第一镜片1的镜面S1为球面镜面，其镜面S2及其它镜片2、3、4的镜面S3、S4、S5、S6、S8、S9皆为非球面镜面，且此实施例中，四个镜片1、2、3、4皆由塑胶制成，滤片6及玻璃罩7为无色光学玻璃(BSC7)制成。
在图3A的实施例中，f为0.885mm，F NO.为2.8，2ω为140°，各镜面的曲率半径r(单位mm)、面间隔d(单位mm)、屈折率nd及逆分散率vd如下列表3A所示 表3A 下列表3B所示为各镜面的非球面系数，此实施例中该三镜片2、3、4的镜面S3、S4、S5、S6、S8、S9皆为非球面镜面 表3B 且此实施例中，该三个镜片2、3、4皆由塑胶制成，第一镜片1、滤片6及玻璃罩7为无色光学玻璃(BSC7)制成。
在图4A的实施例中，f为0.996mm，F NO.为2.8，2ω为140°，各镜面的曲率半径r(单位mm)、面间隔d(单位mm)、屈折率nd及逆分散率vd如下表4A所示 表4A 下列表4B为各镜面的非球面系数，此实施例中除了第一镜片1的镜面S1为球面镜面，其镜面S2及其它镜片2、3、4的镜面S3、S4、S5、S6、S8、S9皆为非球面镜面。
且此实施例中，四个镜片1、2、3、4皆由塑胶制成，滤片6及玻璃罩7为无色光学玻璃(BSC7)制成。
在图5A的实施例中，f为0.987mm，F NO.为2.8，2ω为140，各镜面的曲率半径r(单位mm)、面间隔d(单位mm)、屈折率nd及逆分散率vd如下列表5A所示。
表5A 下列表5B为各镜面的非球面系数，此实施例中除了第一镜片1的镜面S1为球面镜面，其镜面S2及其它镜片2、3、4的镜面S3、S4、S5、S6、S8、S9皆为非球面镜面，且此实施例中，四个镜片1、2、3、4皆由塑胶制成，滤片6及玻璃罩7为无色光学玻璃(BSC7)制成。
在图6A的实施例中，f为1.003mm，F NO.为2.8，2ω为140°，各镜面的曲率半径r(单位mm)、面间隔d(单位mm)、屈折率nd及逆分散率vd如下列表6A所示 表6A 下列表6B为各镜面的非球面系数，此实施例中除了第一镜片1的镜面S1为球面镜面，其镜面S2及其它镜片2、3、4的镜面S3、S4、S5、S6、S8、S9皆为非球面镜面。
且此实施例中，四个镜片1、2、3、4皆由塑胶制成，滤片6及玻璃罩7为无色光学玻璃(BSC7)制成。
在图7A的实施例中，f为0.819mm，F NO.为2.8，2ω为140°，各镜面的曲率半径r(单位mm)、面间隔d(单位mm)、屈折率nd及逆分散率vd如下列表7A所示。
表7A 下列表7B所示为各镜面的非球面系数，此实施例中三个镜片2、3、4的镜面S3、S4、S5、S6、S8、S9皆为非球面镜面 表7B 且此实施例中，三个镜片2、3、4皆由塑胶制成，第一镜片1、滤片6及玻璃罩7为无色光学玻璃(BSC7)制成。
由前述可知，该广角镜头是由四个镜片1、2、3、4组成，且射入的光线先经由第一镜片1及第二镜片2依次调整光线的入射角度，使其更为缓和，然后光线才入射至第三镜片3，不过通过第二镜片2的光线仍有很大的负歪曲收差、非点收差及倍率色收差，因此在第一镜片到第三镜片的合成焦距为f123，而该广角镜头整体焦距为f时，必须满足下列关系式 关系式1-15.0＜f123/f＜-8.0 因为当f123/f＞-8.0时，第一镜片及第二镜片的负屈折力太大，使成像周边的影像压缩过大，就必须使用影像处理的技术来补正；当f123/f＜-15.0时，为导入视角140°的光线，第一镜片的外径就必须相对增加，如此便会提升镜头小型化的难度。
当第四镜片焦距为f4时，要满足下列关系式 关系式2-6.5＜f123/f4＜-3.0 因为当f123/f4＞-3.0时，第四镜片的正屈折力会降低，便无法完全补正负歪曲收差，必须使影像处理补正；当f123/f4＜-6.5时，第四镜片的正屈折力会变得太高，必须增加一片镜片才能够成像，不过以关系式1为基础决定第三镜片3的正屈折力，便能够解决前述问题。
且当第三镜片接近物侧的镜面曲率半径为r5，像侧的镜面曲率半径为r6时，要满足下列关系式 关系式30.6＜(r6+r5)/(r6-r5)＜1.0 因为(r6+r5)/(r6-r5)＞1.0时，物侧的曲率半径会变小，虽在补正歪曲收差上有助益，但在非点收差及慧星像差收差的补正效果却反而降低，使成像的影像鲜锐度降低；当(r6+r5)/(r6-r5)＜0.6时，便无法达成需要补正的歪曲收差。
由于光线在经第一镜片1、第二镜片2及第三镜片3折射后会入射至第四镜片4成像，可知第四镜片4为该广角镜头成像的主要镜片，故下列关系式可决定第四镜片4的形状，当第四镜片接近物侧的镜面曲率半径为r8，像侧的镜面曲率半径为r9时，要满足下列关系式 关系式4-0.55＜(r9+r8)/(r9-r8)＜-0.45 因为(r9+r8)/(r9-r8)＞-0.45时，球面收差的补正会不足；当(r9+r8)/(r9-r8)＜-0.55时，球面收差的补正会过多，画面中央成像的影像鲜锐度会变得很低； 故符合关系式4的第四镜片4，随着其两镜面皆为非球面的特性，可保持成像中间及周边的影像清晰完整。
而符合前述各关系式的数值实施例如下列表8 表8 可知，该广角镜头即使视角高达140°，只使用四个镜片便可避免成像周边的部分极端歪曲，且可使成像具有高鲜锐度，故相当适用于监视器及车用镜头。
权利要求
1、一种广角镜头，包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和光圈，其特征在于
由物侧开始，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、光圈及第四镜片依次排列设置，所述第一镜片及第二镜片皆为凸面向着物侧的负半弯月形镜片，所述第三镜片及第四镜片都是两面皆为凸面的镜片；
所述第一镜片、第二镜片及第三镜片的镜面中，至少有四镜面为非球面，所述第四镜片的两面镜面皆为非球面。
2、如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第一镜片到第三镜片的合成焦距为f123，该广角镜头整体焦距为f，且-15.0＜f123/f＜-8.0。
3、如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第一镜片到第三镜片的合成焦距为f123，所述第四镜片焦距为f4，且-6.5＜f123/f4＜-3.0。
4、如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第一镜片到第三镜片的合成焦距为f123，所述第四镜片焦距为f4，该广角镜头整体焦距为f，且-15.0＜f123/f＜-8.0，-6.5＜f123/f4＜-3.0。
5、如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第三镜片接近物侧的镜面曲率半径为r5，另一侧的镜面曲率半径为r6，且0.6＜(r6+r5)/(r6-r5)＜1.0。
6、如权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，所述第四镜片接近物侧的镜面曲率半径为r8，另一侧的镜面曲率半径为r9，且-0.55＜(r9+r8)/(r9-r8)＜-0.45。
全文摘要
本发明公开了一种广角镜头，包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和光圈，其中由物侧开始，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、光圈及第四镜片依次排列设置，所述第一镜片及第二镜片皆为凸面向着物侧的负半弯月形镜片，所述第三镜片及第四镜片都是两面皆为凸面的镜片；所述第一镜片、第二镜片及第三镜片的镜面中，至少有四镜面为非球面，所述第四镜片的两面镜面皆为非球面。使用本发明，即使视角高达140°，该广角镜头依旧可避免成像周边的部分极端歪曲，且可使成像具有高鲜锐度，相当适用于监视器及车用镜头。
文档编号G02B13/06GK101339289SQ20071013700
公开日2009年1月7日 申请日期2007年7月2日 优先权日2007年7月2日
发明者野田小百合 申请人:大立光电股份有限公司