CN112630921A - 取像镜头与遮光元件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种取像镜头，包括从放大侧往缩小侧沿光轴排列的光圈与具有屈光度的透镜。光圈包括基材与遮光层。基材包括第一中间区域与包围第一中间区域的第一外缘区域。第一外缘区域允许可见光及红外光实质通过。遮光层包括第二中间区域与包围第二中间区域的第二外缘区域。第二外缘区域允许红外光实质通过并实质阻挡可见光。光圈沿光轴方向的厚度介于0.01mm～0.3mm之间。另，一种取像镜头与遮光元件的制作方法亦被提出。
Description
技术领域
本发明涉及一种镜头与遮光元件的制作方法，尤其涉及一种取像镜头与 应用于取像镜头的遮光元件的制作方法。
背景技术
在一般取像镜头中，环境光线进入到取像镜头后，会通过其内的透镜组 及光圈，最后传递至影像传感器上成像。随着使用者的需求多样化，为了达 成不同的拍照效果，可变光圈已广为应用于电子产品中。
为了要实现可变光圈，一种可能的做法是：在取像镜头内采用动件以调 整光圈大小。然而，这样的方式却造成取像镜头的体积过大，而不符合电子 产品微型化的趋势。
发明内容
本发明的一示例中，提供了一种在取像镜头中以无动件方式实现可变光 圈的设计及遮光元件的制造方法。
本发明的一实施例的取像镜头包括光圈与具屈光度的镜片。
于一实例中，光圈(或称孔径光阑)包括基材与遮光件，且为双元件形式 的光圈。基材材料选用为可使红外光、可见光实质通过的材料，而遮光件材 料选用为可使红外光实质通过并实质阻挡可见光的材料。并且，基材与遮光 件的形状设计上为具有中间区域与包围中间区域的外缘区域。
另一实例中，光圈为单一元件形式(one piece formed)，即其非由多元件 连接而成。光圈的材料可为：由上述基材材料与遮光件材料混合后所形成的 一混合材料。混合材料亦具有红外光实质通过并实质阻挡可见光的能力。再 一实例中，光圈可仅由遮光件的材料制成，而不混入上述基材材料。上述光 圈亦具有中间区域与包围中间区域的外缘区域的设计。
由于上述的光圈的至少一部分包括具有遮光能力的材料，而可被视为一 种遮光元件。由另一观点观之，本实例的取像镜头以允许红外光实质通过并 实质阻挡可见光的遮光元件作为光圈(孔径光阑)。
本发明的一实施例提出了制造上述遮光元件的制作方法。
针对双元件式的遮光元件，可先在基材上以喷涂或印刷的方式提供遮光 层，以使其附着于基材上。接着，再用裁切的方式对基材及遮光层裁切出中 间与外环区域，至此，双元件式的遮光元件已制造完成。
针对单元件式的遮光元件，一种方式是可先把基材与遮光层的材料混合 后，形成一材料层。或者是，另一方式是：可仅将遮光层的材料形成一材料 层。接着，再用裁切或打印的方式对上述材料层进行外观处理，以形成一体 成型的中空圆环状遮光元件。至此，单一元件式的遮光元件已制造完成。
值得一提的是，上述光圈(遮光元件)在光轴方向上的厚度落于0.01～0.3 毫米(mm)的范围内，可避免取像镜头焦距偏移量过大的问题，而使其具有良 好的成像质量。
基于上述，在本发明实施例的取像镜头中，由于其内的光圈(或遮光元件) 针对不同波长范围的成像光线具有不同穿透能力，而可以无动件方式控制进 光量。取像镜头在不同波长范围下可具有不同的光圈值，并维持较小的体积。 并且，光圈在光轴方向上的厚度设计为0.01～0.3毫米，于此范围内取像镜头 可避免焦距偏移量过大的问题，而具有良好的光学质量。此外，本发明实施 例提供一种遮光元件制造方法，其所制造的遮光元件可应用于上述的光圈， 其制造方法简易，且设计自由度高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技 术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他 目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细 说明如下。
附图说明
图1为本发明的一实施例的取像镜头的外观示意图。
图2为图1的取像镜头内部示意图。
图3为图1、2中的光圈的上视示意图与剖面示意图。
图4A与图4B分别为取像镜头内的光圈在不同波长范围的成像光线的 视角下的等效光学示意图。
图5为本发明另一实施例的光圈的上视示意图与剖面示意图。
图6A与图6B分别为取像镜头使用不同厚度的光圈的光学模拟图。
具体实施方式
图1为本发明的一实施例的取像镜头的外观示意图。图2为图1的取像 镜头内部示意图。图3为图1、2中的光圈的上视示意图与剖面示意图。图 4A与图4B分别为取像镜头内的光圈在不同波长范围的成像光线的视角下 的等效光学示意图。为求简要，图2省略示出镜筒，图4仅示出镜头内部的 光圈与镜筒。
请参照图1与图2，于本例中，取像镜头100具有光轴I，其包括镜筒 110、透镜L1～L7及光圈120。于以下段落中将分别对取像镜头100的各元 件进行说明。
在本例中，镜筒(Barrel)110指取像镜头100中用以装设镜片(或称透镜)、 光圈等光学元件的元件。
在本例中，透镜L指其入、出光表面的任一者非为平面，或者入、出光 表面的至少一者具有光线屈折能力(或称屈光度(Refractive Power)的光学元 件。于本例中，取像镜头100中的透镜L数量为7。于他例中，设取像镜头 100中的具有屈光度的透镜的数量为N，N在大于3且小于7、10、15时， 有最佳、较佳和佳的性价比，惟取像镜头100中透镜的数量不以此为限。而 取像镜头100中的非球面透镜的数量可选择性的为0或N，又或是大于0.2N、0.4N、0.6N、0.8N的正整数。
在本例中，光圈120(或称孔径光阑)指镜头中对光束起限制作用的元件， 用以控制镜头孔径大小或通光量。本发明中各实施例中提及的光圈120可设 于两片透镜之间，惟本发明不以此为限，需要时，光圈120可设于入光方向 的第一片具有屈光度的透镜的光学上游，亦可设于出光方向的最后一片具有 屈光度的透镜的光学下游，即最后一片透镜和感光元件之间之处。
请参照图3，在本例中，光圈120是由二材料相互结合而成的双元件形 式，其包括基材122以及遮光层124。基材122包括中间区域MR1(或称第 一中间区域)与包围中间区域MR1的外缘区域OER1(或称第一外缘区域)。 外缘区域OER1允许可见光及红外光实质通过。遮光层124设于基材122上， 且包括中间区域MR2(或称第二中间区域)与包围中间区域MR2的外缘区域 OER2(或称第二外缘区域)。外缘区域OER2允许具红外光实质通过并实质阻 挡可见光。中间区域MR1、MR2皆为通孔且不包括任何固态材料。并且， 基材122外缘区域ORE1的外轮廓OP1与内轮廓IP1分别与遮光层124外 缘区域ORE2的外轮廓OP2与内轮廓IP2实质上切齐。换言之，光圈120可 被视为中空圆环状的遮光元件。
承上述，可见光波长区间例如是在波长400纳米至波长800(不含)纳米 之间，红外光波长区间例如是波长大于800纳米至940纳米的波长区间。此 外，在缺乏其他说明时，可让某光线实质通过和实质阻挡某光线可指对某光 线而言透光率大于等于70％和小于等于30％。另外，红外光可理解为光线波 长为800～940纳米的光线，而可见光则可理解为光线波长为400～800(不含) 纳米的光线。
亦即，若称某元件的某区域允许实质阻挡可见光，则其可指某元件的某 区域对波长为400～800(不含)纳米中至少一波长值(例如530纳米)的光束的 透光率小于30％。若称某元件的某区域可让红外光实质通过，则其可指某元 件的某区域对波长为800～940纳米中至少一波长值(例如800纳米)的光束的 透光率大于70％。
此外，于本发明的实施例中，基材122的材料(或称第一材料)在0.3毫 米厚度时对波长为800纳米的光束及波长530纳米的可见光束的透光率均大 于70％。惟借由材料的调整，基材122的材料(或称第一材料)在0.3毫米厚 度时对波长为800纳米的光束及波长530纳米的光束的透光率均可分别选择 性地大于80％、85％及90％。
基材122的材料非为玻璃或其他的脆性材料，基材122的成份可实质由 聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide,PPS)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚甲基 丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)或聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PolyethyleneTerephthalate,PET)、透明树脂材料等基底材料或其他塑料基底 材料的任一者或其混合物所组成。于本例中，基材122为透明树脂材料。遮 光层124的材料(或称第二材料)可以采用厚度为0.3mm时可以对波长为800 纳米的光束的透光率大于70％且对波长为530纳米的光束的透光率小于30％ 的材料，符合上开条件的材料，例如是IR穿透专用油墨，可从市场上取得。 举例来说，遮光层124的材料例如是彩铭实业股份有限公司贩卖的IR-725/P 号黑色油墨、启士达科技股份有限公司所贩卖的50513型、41204型或6212 型黑色油墨。于本例中，基材122与遮光层124的材料分别为一透明树脂材 料及彩铭实业股份有限公司贩卖的IR-725/P号黑色油墨，即为其例。惟借由 材料的调整，遮光层124在0.3毫米厚度时对波长为800纳米的光束透光率 可选择性地大于70％、80％、85％及90％；同时，遮光层124在0.3毫米厚 度时对波长为530纳米的光束透光率可选择性地小于30％、20％及10％。
于以下的段落中会搭配上述图式以详细说明上述元件之间的配置关系 与取像镜头100的光学效果。
请参照图2，取像镜头100从放大侧MS至缩小侧RS沿光轴I依序设 置透镜L1～L3、光圈120、透镜L4～L7。透镜L1～L7与光圈120承载于镜筒 110内。当由一待拍摄物(未示出)所发出的成像光线进入光学成像镜头10后， 其依序经由透镜L1～L3、光圈120、透镜L4～L7及玻璃盖F之后，并在一成 像面IP(Image Plane)形成一影像，其中成像光线中的主光线(chief ray)、边缘 光线(marginal ray)分别以实粗黑线与虚线表示，成像面IP上可设置例如是影 像传感器(未示出)的感测面。应注意的是，于图2中所示出的各镜片数量、 面形、间距或厚度皆为示意，本发明不以此为限。
请参照图2、图3与图4A，由于在光圈120中，基材122的中间部分为 不设有材料的穿孔，光线可自由通过。而围绕中间部分的外缘区域OER1允 许可见光及红外光实质通过，并且，遮光层124的外缘区域OER2允许红外 光实质通过并实质阻挡可见光。当成像光线的波长落在可见光的波长区间时， 成像光线会被遮光层124的外缘区域OER2实质阻挡。因此，对于可见光来 说，光圈120遮光面积较红外光大，遮光能力较强，能通过光圈120的可见 光较少。由另一观点来看，如图4A所示，对于可见光来说，光圈120形成 的等效光学孔径较小。
请参照图2、图3与图4B，当成像光线的波长落在红外光的波长区间 时，成像光线可依序实质通过基材122的外缘区域OER1与遮光层124的外 缘区域OER2，对于红外光来说，光圈120的遮光面积相对可见光小，实质 能够遮光的能力较可见光弱，可通过较多的红外光。由另一观点来看，如图 4B所示，对于红外光来说，光圈120形成的等效光学孔径较大。
在本例的取像镜头100的光圈120中，由于遮光层124的外缘区域OER2 允许红外光实质通过并实质阻挡可见光，即可在可见光、红外光波长范围下 有不同穿透能力。藉此，光圈120在不同的波长范围下可以控制进入其光路 下游镜组的入光量，而使取像镜头100具有不同光圈值。因此，取像镜头100 以无动件方式实现可变光圈，其体积较小并符合微型化趋势。
于以下的段落中会详细说明制造光圈120的制造方法，分为以下步骤 A～D。
步骤A：提供基材122。
步骤B：准备遮光层124的材料。遮光层122与基材124的材料于上述 段落已提过，于此不再赘述。
步骤C：将遮光层124以喷涂、涂布、印刷、沉积等方式形成于基材上， 并固化遮光层124。
步骤D：最后，对基材122与遮光层124以裁切方式移除不必要的部分， 以依序基材122与遮光层124的中间区域以及基材122与遮光层124的外缘 区域，其中裁切方式可例如是利用剪刀(scissors)、裁刀(cutter)等刀具、高压 水柱(水刀)或高能辐射(如激光)等方式进行裁切亦可，但不以此为限。至此， 光圈120(遮光元件)大致上已制作完成。
由上述可知，本实例的光圈120(遮光元件)的制造方法简单，且可以简单 裁切的方式设计出不同的形状，其设计自由度高。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的部分内容，省略了相 同技术内容的说明，关于相同的元件名称可以参考前述实施例的部分内容， 下述实施例不再重复赘述。
图5为本发明另一实施例的光圈的上视示意图与剖面示意图。
图5的光圈120a大致上与图3光圈120相同，其主要差异在于：图3 的光圈120为双元件形式，而图5的光圈120a为单一元件形式。详言之， 光圈120a包括中间区域MRa与包围中间区域MRa的外缘区域OERa。于本 例中，外缘区域OERa的材料例如是包括上述基材122与遮光层124的材 料。换言之，外缘区域OERa的材料可以选择性的由基材122与遮光层124 的材料混合而成。
值得一提的是，于他例中，上述单一元件形式的光圈亦可仅由遮光层124 的材料形成。换言之，光圈可不包括基材122的材料。
于以下的段落中会详细说明制造光圈120a(遮光元件)的制造方法，分为 以下步骤E～F。
步骤E：准备第一材料，其在0.3毫米厚度时对波长为800纳米光束的 透光率大于70％且对波长530纳米的光束的透光率亦大于70％，其材料可参 照上述段落中所提到的基材120的材料。
步骤F：准备第二材料，其在0.3毫米厚度时对波长为800纳米光束的 透光率大于70％且对波长为530纳米光束的透光率小于30％，其材料可参照 上述段落中所提到的遮光层124的材料。
步骤G：混合第一、第二材料以为一第三材料。
步骤F：将第三材料形成一厚度介于0.01毫米至0.3毫米的范围内的材 料层后，可由前述各种方式以切裁、打印等方式形成中空圆环状且为一体成 型的遮光元件。
另一种方式为：可借由将第三材料打印的方式来形成遮光元件，其中打 印的过程例如是分为以下步骤H-1～H-3。
步骤F-1：准备二半径不同的圆环件。
步骤F-2：在二圆环件中取半径较大的圆环件，以对第三材料进行裁切， 而形成外缘区域OERa的外轮廓OPa。
步骤F-3：在二圆环件中取半径较小的圆环件，以对第三材料进行裁切， 而形成外缘区域OERa的内轮廓IPa。至此，光圈120a大致上已制作完成。
应注意的是，上述的步骤F-2、F-3可调换或同时进行，本发明不以此为 限。同时，上开所述的圆环件仅为示例，需要时亦可以激光切割或其他已知 的切裁方式进行，本发明不对其多加限制。
另外，若要制作不含有基材材料(第一材料)的光圈，则可省略上述的步 骤E、G，而直接将第二材料形成一厚度介于0.01毫米至0.3毫米的范围内 的材料层后，再借由上述裁切或打印的方式形成中空圆环状且为一体成型的 遮光元件，于此不再赘述。
图6A与图6B分别为取像镜头使用不同厚度的光圈的光学模拟示意图。
值得一提的是，在本发明实施例的光圈120、120a中，在光轴I方向上 的厚度设计为在0.01毫米至0.3毫米的范围内，若取像镜头采用此厚度范围 设计的光圈，其焦距偏移量不致偏移过多，而具有良好的光学质量的同时具 有足够的机械强度。图6A、6B分别为取像镜头使用光圈在光轴I方向上的 厚度为0.03毫米、0.1毫米的光学模拟图，其中横轴为焦距偏移量，单位为 毫米(mm)，纵轴为调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)的函数 值，实线代表的是主光线的函数曲线，虚线代表的是边缘光线的函数曲线。 由图6A可见，主光线在纵轴上的峰值约相对的焦距位移量约位于0.02mm； 而图6B主光线在纵轴上的峰值(解析对最佳处)相对的焦距位移量约位于0.035mm。意即，图6A的0.03毫米厚度的设计中，焦距位移量表现较佳。 一般来说，取像镜头的焦距偏移量越小越好，可看出在上述厚度设计下，取 像镜头的焦距偏移量不会太大，而具有较良好的光学质量。请回头参照图3、5，于上述的实施例中，光圈120、120a的厚度t、ta为0.22毫米。
应注意的是，于本发明上述的实施例中，可选择性但非必要地借由设于 光圈的外沿，框架(未示出,frame)可用于将光圈120或120a框设于其中，再 经由框架与镜筒连接。惟于本例中，光圈120、120a均直接固设于镜筒内部 而不包括框架。
综上所述，在本发明实施例的取像镜头中，由于光圈遮光层(或遮光元件) 的外缘区域可允许红外光实质通过并实质阻挡可见光，因此，当成像光线为 红外光时，光圈可允许较多的红外光通过，即对于红外光来说光圈所形成的 等效光学孔径较大。当成像光线为可见光时，光圈会阻绝部分的可见光进入 其光路下游，即对于可见光来说光圈所形成的等效光学孔径较小。取像镜头 可以以无动件方式在不同波长范围下具有不同光圈表现，且体积较小并符合 微型化趋势。此外，本发明实施例提供一种遮光元件制造方法，其所制造的遮光元件可应用于上述的光圈(或遮光元件)，其制造方法简易，且设计自由 度高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上 的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任 何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭 示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡 是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作 的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种取像镜头，其特征在于，包括：从一放大侧往一缩小侧沿一光轴依序排列的一光圈以及一具有屈光度的透镜，其中：
所述光圈包括一基材以及一遮光层，且：
所述基材包括一第一外缘区域及一第一中间区域，第一外缘区域包
围所述第一中间区域，所述第一外缘区域允许可见光及红外光通
过；以及
所述遮光层设于所述基材上，包括一第二外缘区域及一第二中间区
域，所述第二外缘区域包围所述第二中间区域，所述第二外缘区域
允许红外光通过并阻挡可见光；
其中，所述光圈沿一光轴方向的厚度介于0.01mm和0.3mm之间。
2.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于，所述基材对波长为800纳米及波长为530纳米的光线的穿透率大于70％，所述遮光层对波长为800纳米穿透率大于70％并对波长为530纳米的光线的穿透率小于30％。
3.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于，所述基材的所述第一外缘区域的外轮廓与内轮廓分别与所述遮光层的所述第二外缘区域的外轮廓与内轮廓切齐。
4.如权利要求1所述的取像镜头，其特征在于，所述第一中间区域与所述第二中间区域为通孔，且不包括任何固态材料。
5.一种取像镜头，包括：一镜筒、一透镜以及一遮光元件，其中：
所述透镜承载于所述镜筒内；以及
所述遮光元件包括一第一外缘区域以及一第一中间区域，且：
所述第一外缘区域对一红外光光束的透光率大于70％、且对可见光
束的透光率小于30％；及
所述第一中间区域，第一外缘区域包围所述第一中间区域，所述第
一中间区域为一通孔且不包括任何固态材料；
其中，
所述遮光元件的厚度落在0.01～0.3mm的范围内；
所述遮光元件为单一元件形式；
所述遮光元件为一孔径光阑。
6.如权利要求5所述的取像镜头，其特征在于，所述遮光元件直接承载于所述镜筒内。
7.如权利要求1或5所述的取像镜头，其特征在于，所述取像镜头在红外光波段下与在可见光波段下所具有的光圈值彼此不同。
8.如权利要求1或5所述的取像镜头，其特征在于，所述遮光元件对波长为800纳米的光线的穿透率大于70％，并对波长为530纳米的光线的穿透率小于30％。
9.如权利要求1或5所述的取像镜头，其特征在于，所述光圈或所述遮光元件为中空圆环状。
10.一种遮光元件的制造方法，包括：
准备一第一材料，所述第一材料在0.3mm厚度时对波长为800nm的光束的透光率大于70％；
准备一第二材料，所述第二材料在0.3mm厚度时对波长为800nm的光束的透光率大于70％且对波长为530nm的光束的透光率小于30％；
混合一第一材料及一第二材料以为一第三材料；以及
将所述第三材料形成为一厚度介于0.01～0.3mm的材料层后、切裁为中空圆环状且为一体成型的遮光元件。
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|---|---|---|---|---|
| JP2010175713A (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Kyocera Corp | 撮像光学系および撮像装置 |
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| CN107924045A (zh) * | 2015-10-20 | 2018-04-17 | 谷歌有限责任公司 | 具有基于光类型来提供不同有效入射光瞳尺寸的滤镜的相机组件 |
| KR20190012856A (ko) * | 2017-07-28 | 2019-02-11 | 에스케이텔레콤 주식회사 | 프로젝터 장치 |
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