CN110320637A - 镜头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种镜头，包含自第一侧至第二侧，依序设置具有负屈光度的第一透镜群、光圈及具有正屈光度的第二透镜群。其中镜头包含具屈光度的透镜总数目大于5且小于10，且符合下列条件：视场角(FOV)介于160和180度之间，入光瞳直径(phi)大于2mm，以及LT/IMH小于4.7，其中IMH为镜头在成像面的影像高度，LT为第一透镜群最靠近第一侧的透镜面向第一侧的表面，至第二透镜群最靠近第二侧的透镜面向第二侧的表面在一光轴上的长度。本发明另外提出一种镜头制造方法。

Description

镜头及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种镜头及其制造方法。
背景技术
近年来随科技的进展，镜头的种类日渐多元，广角镜头是一种常见的镜头。目前对于薄型化及光学性能的要求也越来越高，要满足这样需求的广角镜头，大致上需要具低成本、大光圈、广视角和轻量化等特点。因此，目前亟需一种能兼顾轻量化，且能提供较低的制造成本及较佳的成像品质的取像镜头设计。
「先前技术」段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在「先前技术」段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中具有通常知识者所知道的习知技术。在「先前技术」段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中具有通常知识者所知晓或认知。
发明内容
本发明的其他目的和优点可以从本发明实施例所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
根据本发明的一个观点，提供一种镜头，包含沿第一侧至第二侧依序设置的第一透镜群和第二透镜群，以及光圈，设于第一透镜群与第二透镜群之间。其中镜头包含具屈光度的透镜总数目大于5且小于10，且镜头符合下列条件：镜头的视场角(FOV)介于160和180度之间，镜头的入光瞳直径(phi)大于2mm，以及LT/IMH小于4.7，其中IMH为镜头在成像面的影像高度，影像高度系指在成像面的影像对角线(image circle)长度的1/2，LT为第一透镜群最靠近第一侧的透镜面向第一侧的表面，至第二透镜群最靠近第二侧的透镜面向第二侧的表面在光轴上的长度。
根据本发明的另一个观点，一种镜头包含由影像放大侧至影像缩小侧依序设置的第一透镜群、光圈和第二透镜群，第一透镜群具有负屈光度，第二透镜群具有正屈光度，镜头包含屈光度的透镜总数目小于10且大于5，且镜头符合下列条件：1.9<LD1/LD3<2.6且LD1/LDL<1.55，其中LD1为第一透镜群最靠近影像放大侧的透镜面向影像放大侧的表面直径，LD3为第一透镜群最靠近光圈的透镜面向影像缩小侧的表面直径，LDL为第二透镜群最靠近影像缩小侧的透镜面向影像缩小侧的表面直径，其中，镜头还满足下列条件之一:(1)从影像放大侧起算的第二透镜面向影像缩小侧为凹面，(2)第二透镜群设有一非球面透镜，(3)第二透镜群设有一个三合透镜。
根据本发明的上述观点，可提供一种能兼顾轻量化，且能提供较低的制造成本及较佳的成像品质的镜头设计。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为依本发明一实施例之镜头10a的示意图。
图2为依本发明一实施例之镜头10b的示意图。
图3为依本发明一实施例之镜头10c的示意图。
图4为依本发明一实施例之镜头10d的示意图。
图5为依本发明一实施例之镜头10e的示意图。
图6～图10分别为镜头10a～10e的可见光之光线扇形图。
图11～图15分别为镜头10a～10e的可见光之焦平面偏移量值。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
另外，下列实施例中所使用的用语“第一”、“第二”是为了辨识相同或相似的元件而使用，幷非用以限定该元件。
本发明所谓的光学元件，是指元件具有部份或全部可反射或穿透的材质所构成，通常包含玻璃或塑胶所组成。例如是透镜、棱镜或是光圈。
当镜头应用在取像系统中时，影像放大侧是指在光路上靠近被拍摄物所处的一侧，影像缩小侧则是指在光路上较靠近感光元件的一侧。
一透镜的物侧面(或像侧面)具有位于某区域的凸面部(或凹面部)，是指所述区域相较于径向上紧邻所述区域的外侧区域，朝平行于光轴的方向更为「向外凸起」(或「向内凹陷」)而言。
图1是本发明第一实施例的镜头架构示意图。请参照图1，在本实施例中，镜头10a有一镜筒(未绘示)，镜筒里由第一侧(影像放大侧OS)往第二侧(影像缩小侧IS)排列包含了第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光圈14、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7。第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3可构成具有负屈光度的第一透镜群(例如为前群)20，且第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6及第七透镜L7可构成具有正屈光度的第二透镜群(例如为后群)30。再者，影像缩小侧IS可设置玻璃盖16以及影像感测器(图中未显示)，镜头10a的可见光有效焦距上成像面标示为18，玻璃盖16位于第二透镜群30与可见光有效焦距上成像面18之间。于本实施例中，第一透镜L1至第七透镜L7的屈光度分别为负、负、正、正、正、负、正，且全部透镜均为球面透镜。在一实施例中，其中两透镜相邻的两面有大致或完全相同的曲率半径且形成双合透镜(doublet)或三合透镜(triplet)，例如本实施例的第五透镜L5及第六透镜L6可构成双合透镜，但本发明实施例并不以此为限制。本发明各具体实施例之影像放大侧OS均分别设于各图之左侧，而影像缩小侧IS均设于各图之右侧，将不予重复说明之。
本发明所指光圈14是指一孔径光栏(Aperture Stop)，光圈为一独立元件或是整合于其他光学元件上。于本实施例中，光圈是利用机构件挡去周边光线并保留中间部份透光的方式来达到类似的效果，而前述所谓的机构件可以是可调整的。所谓可调整，是指机构件的位置、形状或是透明度的调整。或是，光圈也可以在透镜表面涂布不透明的吸光材料，并使其保留中央部份透光以达限制光路的效果。
各透镜系定义有一表面的直径。举例而言，如图1所示，表面的直径是指所述于光轴12两端的镜面转折点P、Q于垂直光轴12方向上的距离(例如表面的直径D1)。再者，于本实施例中，表面S1的直径为6.16mm，表面S6的直径为2.94mm，表面S14的直径为4.2mm。
镜头10a的透镜及其周边元件的设计参数如表一所示。然而，下文中所列举的资料并非用以限定本发明，任何所属领域中具有通常知识者在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本发明的范畴内。
表一
在表1中，间距指得是在两相邻的表面之间沿着镜头10a之光轴12的直线距离。例如表面S1的间距是位于表面S1与表面S2之间且沿着光轴12的直线距离。注解栏中各透镜相应的间距、折射率及阿贝数需参照同一列中对应的间距、折射率及阿贝数的数值。此外，在表1中，表面S1与表面S2为第一透镜L1的两个表面。表面S3与表面S4为第二透镜L2的两个表面…等依此类推。表面S7为光圈14。表面S15是镜头10a的成像面18。
表中表面有出现的＊是指所述表面为非球面表面，而若未标示即为球面之意。
曲率半径是指曲率的倒数。曲率半径为正时，透镜表面的球心在透镜的影像缩小侧方向。曲率半径为负时，透镜表面的球心在透镜的影像放大侧方向。而各透镜之凸凹可见上表。
本发明的光圈值是以F/#来代表，如上表所标示者。本发明镜头应用在投影系统时，成像面是光阀表面。而当镜头应用在取像系统中时，成像面则是指感光元件表面。
当镜头应用在取像系统中时，影像高度IMH是指在成像面的影像对角线(imagecircle)长度的1/2，如上表所标示者。
本发明中，镜头的总长是以LT来表示，如上表所标示者。更明确的说，本发明的总长是指镜头10a最接近影像放大侧的光学表面S1与最接近影像缩小侧的光学表面S14之间，沿光轴12量测的距离，如上表所标示者。
于本实施例中，视场角FOV是指最接近影像放大端的光学表面S1的收光角度，亦即以对角线量测所得之视野(field of view)，如上表所标示者。
图6及图11为本实施例镜头10a的成像光学模拟数据图。图6为可见光之光线扇形图(ray fan plot)，其中X轴为光线通过入瞳的位置，Y轴为主光线投射至像平面(例如成像面S15)的位置的相对数值。图11显示可见光的焦平面偏移量值，可看出不同波长的焦平面偏移量值相当小，由此可验证本实施例之变焦镜头具有良好的光学品质特性。图6及图11模拟数据图所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例之镜头10a确实能够兼具良好的光学成像品质的特性。
本发明一实施例之镜头可包含两透镜群，前群例如可使用两个具负屈光度的透镜(例如第一透镜L1、第二透镜L2)以提高收光能力且达到视场角(FOV)介于约160和约180度之间，但其并不限定。镜头的光圈值小于等于1.9。后群可包含一双合透镜以修正像差，使后群中的两个透镜间沿一光轴的最小距离小于0.05mm。双合透镜例如可为三合透镜取代而不限定。镜头具屈光度的透镜总片数为6～9片，该镜头的入光瞳直径(phi)大于2mm，且镜头可具有至少一阿贝数大于60的透镜。
于一实施例中，镜头的透镜表面可符合1.9<LD1/LD3<2.6，于另一实施例可符合1.92<LD1/LD3<2.56，于又另一实施例可符合1.92<LD1/LD3<2.54，其中LD1为由第一透镜L1面向影像放大侧OS(第一侧)的表面直径，LD3为第三透镜L3面向影像缩小侧IS的表面直径，藉以让进入镜头的影像光快速收敛，以在有限空间中取得较佳的光学效果。
于一实施例中，镜头的透镜表面可符合LD1/LDL<1.55，于另一实施例可符合LD1/LDL<1.54，于又另一实施例可符合LD1/LDL<1.53，其中LD1为由第一透镜L1面向影像放大侧OS(第一侧)的表面直径，LDL为最靠近成像面的透镜面向影像缩小侧IS(第二侧)的表面直径，藉以让进入镜头的影像光收敛到接近影像感测器的大小，以在有限空间中取得较佳的光学效果。
于一实施例中，镜头可符合LT/IMH<4.7，于另一实施例可符合LT/IMH<4.69，于又另一实施例可符合LT/IMH<4.68，藉以提供影像感测器对应镜头总长的较佳设计范围，其中IMH为镜头在一成像面的影像高度，影像高度系指在成像面的影像对角线(image circle)长度的1/2，LT为镜头的第一透镜面对影像放大侧OS的表面，至最后一片透镜面对影像缩小侧IS的表面在一光轴上的长度。
以下将说明本发明的镜头的第二实施例的设计。图2是本发明第二实施例的镜头10b架构示意图。于本实施例中，镜头10b的第一透镜L1至第七透镜L7的屈光度分别为负、负、正、负、正、负、正，全部透镜均为球面透镜，且第四透镜L4、第五透镜L5及第六透镜L6构成三合透镜(triplet)。再者，于本实施例中，表面S1的直径为5.83mm，表面S6的直径为3mm，表面S13的直径为4.3mm。镜头10b中的透镜及其周边元件的设计参数如表二所示。
表二
以下将说明本发明的镜头的第三实施例的设计。图3是本发明第三实施例的镜头10c架构示意图。于本实施例中，镜头10c的第一透镜L1至第七透镜L7的屈光度分别为负、负、正、正、正、负、正，第四透镜L4为非球面透镜，且第五透镜L5及第六透镜L6构成双合透镜(doublet)。再者，于本实施例中，表面S1的直径为6.11mm，表面S6的直径为2.41mm，表面S14的直径为4.15mm。于本实施例中，非球面透镜可由玻璃模造所制成，于其他实施例中，亦可以塑胶制成。镜头10c中的透镜及其周边元件的设计参数如表三所示。
表三
于本发明如下的各个设计实例中，非球面多项式用下列公式表示：
上述的公式已被广泛应用。举例来说，Z为光轴方向之偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半径之倒数，也就是接近光轴12处的曲率半径倒数，k是圆锥系数(conic constant)，r是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度。αi分别代表非球面多项式的各阶非球面系数。表四列出本实施例中，镜头10c中非球面透镜表面的各阶非球面系数及圆锥系数值。
表四
表面 K α4 α6 α8
S8＊ 0 -2.79E-03 -4.05E-05 -9.92E-06
S9＊ 0 -1.72E-04 1.54E-06 -2.14E-06
以下将说明本发明的镜头的第四实施例的设计。图4是本发明第四实施例的镜头10d架构示意图。于本实施例中，镜头10d的第一透镜L1至第六透镜L6的屈光度分别为负、负、正、正、负、正，第四透镜L4为非球面透镜，且第五透镜L5及第六透镜L6构成双合透镜(doublet)。再者，于本实施例中，表面S1的直径为6.04mm，表面S6的直径为3.14mm，表面S12的直径为3.97mm。镜头10d中的透镜及其周边元件的设计参数如表五所示。
表五
表六列出本发明的第四实施例中，镜头的非球面透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。
表六
以下将说明本发明的镜头的第五实施例的设计。图5是本发明第五实施例的镜头10e架构示意图。于本实施例中，镜头10e的第一透镜L1至第六透镜L6的屈光度分别为负、负、正、正、负、正，第二透镜L2及第三透镜L3构成一双合透镜(doublet)，第四透镜L4及第五透镜L5构成另一双合透镜(doublet)，且第六透镜L6为非球面透镜。再者，于本实施例中，表面S1的直径为6.10mm，表面S5的直径为2.63mm，表面S11的直径为4.6mm。镜头10e中的透镜及其周边元件的设计参数如表七所示。
表七
表八列出本发明的第五实施例中，镜头的非球面透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。
表八
表面 K α4 α6 α8
S10＊ 0 -1.20E-03 -5.48E-07 -1.42E-06
S11＊ 0 -4.36E-04 -1.09E-05 -7.18E-07
图7～图10及图12～图15分别为本实施例镜头10b、10c、10d、10e的成像光学模拟数据图。图7～图10为可见光之光线扇形图(ray fan plot)，其中X轴为光线通过入瞳的位置，Y轴为主光线投射至像平面的位置的相对数值。图12～图15显示可见光的焦平面偏移量值，可看出不同波长的焦平面偏移量值相当小，由此可验证本实施例的变焦镜头具有良好的光学品质特性。前述模拟数据图所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证实施例的镜头10b、10c、10d、10e确实能够兼具良好的光学成像品质的特性。由以上可知，本发明实施例可在有限的空间中提供一种能兼顾轻量化，且能提供较低的制造成本及较佳的成像品质的镜头设计。
以上各具体实施例中所列出的表格中的参数仅为例示之用，而非限制本发明。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (10)

1.一种镜头，其特征在于，包含：
沿一第一侧至一第二侧依序设置的一第一透镜群和一第二透镜群；以及
一光圈，设于所述第一透镜群与所述第二透镜群之间；
其中所述镜头包含具屈光度的透镜总数目大于5且小于10，且所述镜头符合下列条件：
所述镜头的视场角(FOV)介于160和180度之间，
所述镜头的入光瞳直径(phi)大于2mm，以及
LT/IMH小于4.7，其中IMH为所述镜头在一成像面的影像高度，影像高度是指在所述成像面的影像对角线(image circle)长度的1/2，LT为所述第一透镜群最靠近所述第一侧的透镜面向所述第一侧的表面，至所述第二透镜群最靠近所述第二侧的透镜面向所述第二侧的表面在一光轴上的长度。
2.一种镜头，其特征在于，包含：
由一影像放大侧至一影像缩小侧依序设置的一第一透镜群、一光圈和一第二透镜群，所述第一透镜群具有负屈光度，所述第二透镜群具有正屈光度，所述镜头包含屈光度的透镜总数目小于10且大于5，且所述镜头符合下列条件：
1.9<LD1/LD3<2.6且LD1/LDL<1.55，其中LD1为所述第一透镜群最靠近所述影像放大侧的透镜面向所述影像放大侧的表面直径，LD3为所述第一透镜群最靠近所述光圈的透镜面向所述影像缩小侧的表面直径，LDL为所述第二透镜群最靠近所述影像缩小侧的透镜面向所述影像缩小侧的表面直径，其中，所述镜头还满足下列条件之一:(1)从所述影像放大侧起算的第二透镜面向所述影像缩小侧为凹面，(2)所述第二透镜群设有一非球面透镜，(3)所述第二透镜群设有一个三合透镜。
3.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜群包含3个具屈光度的透镜，所述第二透镜群包含屈光度的透镜数目小于5且大于2。
4.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜群包含至少一个双合透镜或三合透镜。
5.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜群中的两个透镜间沿所述光轴的最小距离小于0.05mm。
6.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜群设有至少一阿贝数大于60的透镜。
7.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述镜头的透镜屈光度满足下列条件之一:(1)依序为负、负、正、正、正、负、正，(2)依序为负、负、正、负、正、负、正，(3)依序为负、负、正、正、负、正。
8.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述镜头的透镜满足下列条件之一:(1)依序为凸凹、双凹、双凸、凹凸、双凸、凸凹、双凸透镜，(2)依序为凸凹、凸凹、双凸、凸凹、双凸、凸凹、凹凸透镜，(3)依序为凸凹、双凹、凹凸、非球面、平凸、凸凹、双凸透镜，(4)依序为凸凹、双凹、双凸、非球面、凸凹、双凸，(5)依序为凸凹、双凹、双凸、双凸、凸凹、非球面。
9.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，其中所述镜头的光圈值小于等于1.9。
10.一种镜头制造方法，其特征在于，包含：
提供一镜筒；
将第一和第二透镜群置入并固定于所述镜筒内，其中所述镜头包含屈光度的透镜总数目小于10且大于5，且所述镜头符合下列条件：
1.9<LD1/LD3<2.6且LD1/LDL<1.55，其中LD1为所述第一透镜群最靠近一影像放大侧的透镜面向所述影像放大侧的表面直径，LD3为所述第一透镜群最靠近一光圈的透镜面向一影像缩小侧的表面直径，LDL为所述第二透镜群最靠近所述影像缩小侧的透镜面向所述影像缩小侧的表面直径，其中，所述镜头还满足下列条件之一:(1)从所述影像放大侧起算的第二透镜面向所述影像缩小侧为凹面，(2)所述第二透镜群设有一非球面透镜，(3)所述第二透镜群设有一个三合透镜。
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