TW201719221A - 光學鏡頭 - Google Patents

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Abstract

一種光學鏡頭，包括第一透鏡群及第二透鏡群。第一透鏡群位於放大側與縮小側之間。第一透鏡群具有負屈光度，包括第一透鏡。第一透鏡為塑膠非球面、新月型透鏡，具有負屈光度和朝向放大側的凸面。第二透鏡群位於第一透鏡群與縮小側之間。第二透鏡群具有正屈光度，包括第二透鏡、具有負屈光度的第三透鏡以及第四透鏡。第二、第三以及第四透鏡兩兩彼此之間具有空氣間隔。光學鏡頭當中至少三個透鏡的阿貝數大於20，至少一個透鏡的材質為玻璃，至少一個透鏡為球面透鏡。

Description

光學鏡頭
本發明是有關於一種光學元件，且特別是有關於一種光學鏡頭。
隨著現代視訊技術的進步，數位攝影機（digital video camera, DVC）及數位相機（digital camera, DC）等影像裝置已被普遍地使用，並被廣泛地應用於各領域中。這些影像裝置中的核心元件之一為鏡頭，其用以將影像清晰地成像於螢幕或是電荷耦合元件（Charge Coupled Device, CCD）上。此外，近年來智慧家庭監視用攝影機有越來越蓬勃發展的趨勢，人們對於薄型化及光學性能的要求也越來越高。要滿足這樣需求的鏡頭，大致上需要具備便宜、小型化、薄型化、高解像力、大光圈、低畸變、日夜共焦等特點。
因此，如何在較低的成本下製作一個具備上述特點並且可提供良好光學品質的鏡頭，是目前本領域的技術人員的重要課題之一。
本發明提供一種光學鏡頭，其製作成本低廉，且可提供良好光學品質。
本發明的光學鏡頭包括第一透鏡群、第二透鏡群以及光圈。第一透鏡群位於放大側與縮小側之間。第一透鏡群具有負屈光度，包括第一透鏡。第一透鏡為塑膠非球面、新月型透鏡，具有負屈光度和朝向放大側的凸面。第二透鏡群位於第一透鏡群與縮小側之間。第二透鏡群具有正屈光度，包括第二透鏡、具有負屈光度的第三透鏡以及第四透鏡。第二、第三以及第四透鏡兩兩彼此之間具有空氣間隔。光圈位於第一與第二透鏡群之間。光學鏡頭符合2＜L/D＜4之條件，其中L為光學鏡頭的總長，D為影像感測器的對角線的長度。光學鏡頭當中至少三個透鏡的阿貝數大於20，至少一個透鏡的材質為玻璃，至少一個透鏡為球面透鏡。
基於上述，在本發明的範例實施例中，光學鏡頭之設計符合預設的條件標準，亦即成本低廉、小型化、薄型化、高解像力、大光圈、低畸變及日夜共焦的情況下，提供良好光學品質。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之多個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。
圖1A是本發明的一實施例的光學鏡頭的概要示意圖。請參照圖1A，本實施例的光學鏡頭100位於放大側(物側)OS與縮小側(像側)IS之間。光學鏡頭100包括具有負屈光度的第一透鏡群110、具有正屈光度的第二透鏡群120以及光圈S(Stop)。第一透鏡群110位於放大側OS與光圈S之間。第二透鏡群120位於光圈S與縮小側IS之間。在本實施例中，第一透鏡群110包括從放大側OS至縮小側IS第一透鏡(L1)112、第五透鏡(L5)114，其屈光度依序為負、正。第二透鏡群包括從放大側OS至縮小側IS第二透鏡(L2)122、第三透鏡(L3)124以及第四透鏡(L4)126，其屈光度依序為正、負、正。
在本實施例中，第一透鏡112朝向放大側OS的鏡面S1為凸面。第二透鏡122朝向放大側OS的鏡面S5為平面。第五透鏡114為雙凸透鏡。在本實施例中，第一、第五、第三以及第四透鏡是非球面透鏡。第一、第五、第三以及第四透鏡當中至少三個透鏡是塑膠透鏡。例如，第一、第五、第三以及第四透鏡是塑膠透鏡，第二透鏡122是玻璃透鏡。第一、第五、第二、第三以及第四透鏡當中至少三個透鏡的阿貝數(Abbe Number)大於20。
在本實施例中，光學鏡頭100符合以下條件(1)至(4)： 2＜L/D＜4                       (1) F＜2.5                        (2) L＜20毫米                     (3) 0毫米≦t＜0.02毫米                  (4)
其中，L為光學鏡頭100的總長，係光軸A上第一透鏡112的鏡面S1至影像感測器之成像平面140的距離，D為影像感測器之成像平面140的對角線的長度，F為光圈數，t為光學鏡頭100相對於可見光以及近紅外光的焦距偏移量。光學鏡頭100相對於可見光有一焦距，光學鏡頭100相對於近紅外光有另一焦距，兩者的距離即光學鏡頭100相對於可見光以及近紅外光的焦距偏移量。如此一來，符合上述條件的光學鏡頭100，可確保其光學成像品質，並具有良好的光學特性。在本實施例中，光學鏡頭100相對於可見光以及近紅外光的焦距偏移量小，可稱之為日夜共焦。
此外，在本實施例中，縮小側IS可設置玻璃蓋130以及影像感測器，其成像平面標示為140。玻璃蓋130位於第二透鏡群120與成像平面140之間。玻璃蓋130具有兩表面S11與S12，光學鏡頭100則形成影像於成像平面140上。
以下內容將舉出圖1A所繪示的光學鏡頭100中關於各個透鏡具體的數據資料。                      （表一）
在表一中，間距是指兩相鄰表面間於光軸A上之直線距離。舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2間於光軸A上之直線距離。表一中記載的是各透鏡所對應之厚度、折射率與阿貝數，備註欄記載的是對應的各透鏡。此外，在表一中，表面S1、S2為第一透鏡112的兩表面，表面S3、S4為第五透鏡114之兩表面，表面S5、S6為第二透鏡122之兩表面，表面S7、S8為第三透鏡124之兩表面，表面S9、S10為第四透鏡126之兩表面。
在本實施例中，S1、S2、S3、S4、S7、S8、S9、S10為非球面，其可用下列公式(1)表示：(1)
上述的公式中，Z為光軸A方向之偏移量（sag），c是密切球面（osculating sphere）的半徑之倒數，也就是接近光軸A處的曲率半徑（如表一內S1至S4以及S7至S10的曲率半徑）的倒數。k是二次曲面係數（conic），r是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，而A2 、A4 、A6 、A8 、A10 、A12 、A14 、A16 ...為非球面係數(aspheric coefficient)，在本實施例中係數A2 為0。下表二列出的是光學鏡頭100中表面S1至S4以及S7至S10的參數值。 （表二）
承上述，在本實施例的光學鏡頭100中，相對可見光的有效焦距（EFL）=2.345毫米，相對850奈米的近紅外光的有效焦距（EFL）=2.35毫米，光圈值（F-Number, Fno）=2.1，視場角（field of view, FOV）=90.5度，成像高度IH = 2.264毫米，鏡頭總長（total track length, TTL）= 15.86毫米。
圖1B至圖1D為圖1A之光學鏡頭100的成像光學模擬數據圖。請參照圖1B至圖1D，其中圖1B為光學鏡頭100相對不同光波長的焦距偏移量。圖1C及圖1D分別繪示場曲（field curvature）與畸變（distortion）的圖形，且是以波長為555nm的光所模擬出來的。
下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2A是本發明的另一實施例的光學鏡頭的概要示意圖。請參照圖1A及圖2A，本實施例的光學鏡頭200類似於圖1A實施例的光學鏡頭100惟兩者之間主要的差異例如在於第二透鏡222朝向放大側OS的鏡面S5為凸面，第五透鏡214為凸凹透鏡，以及朝向縮小側IS的鏡面S4為凹面。
以下內容將舉出圖2A所繪示的光學鏡頭200中關於各個透鏡具體的數據資料。                      （表三）
表三中各光學參數及數據資料的解讀方式可參照表一說明，在此不在贅述。在本實施例中，S1、S2、S3、S4、S7、S8、S9、S10為非球面，其可用上述公式(1)來表示。下表四列出的是光學鏡頭200中表面S1至S4以及S7至S10的參數值。 （表四）
承上述，在本實施例的光學鏡頭200中，相對可見光的有效焦距2.353毫米，相對850奈米的近紅外光的有效焦距2.364毫米，光圈值2.0，視場角90度，成像高度2.264毫米，鏡頭總長15.9毫米。
圖2B至圖2D為圖2A之光學鏡頭200的成像光學模擬數據圖。請參照圖2B至圖2D，其中圖2B為光學鏡頭200相對不同光波長的焦距偏移量。圖2C及圖2D分別繪示場曲與畸變的圖形，且是以波長為555奈米的光所模擬出來的。。
圖3A是本發明的另一實施例的光學鏡頭的概要示意圖。請參照圖2A及圖3A，本實施例的光學鏡頭300類似於圖2A實施例的光學鏡頭200。
以下內容將舉出圖3A所繪示的光學鏡頭300中關於各個透鏡具體的數據資料。                      （表五）
表五中各光學參數及數據資料的解讀方式可參照表一說明，在此不在贅述。在本實施例中，S1、S2、S3、S4、S7、S8、S9、S10為非球面，其可用上述公式(1)來表示。下表六列出的是光學鏡頭300中表面S1至S4以及S7至S10的參數值。 （表六）
承上述，在本實施例的光學鏡頭300中，相對可見光的有效焦距2.375毫米，相對850奈米的近紅外光的有效焦距2.385毫米，光圈值2.0，視場角90度，成像高度2.264毫米，鏡頭總長15.9毫米。
圖3B至圖3D為圖3A之光學鏡頭300的成像光學模擬數據圖。請參照圖3B至圖3D，其中圖3B為光學鏡頭300相對不同光波長的焦距偏移量。圖3C及圖3D分別繪示場曲與畸變的圖形，且是以波長為555奈米的光所模擬出來的。
圖4A是本發明的另一實施例的光學鏡頭的概要示意圖。請參照圖3A及圖4A，本實施例的光學鏡頭400類似於圖3A實施例的光學鏡頭300惟兩者之間主要的差異例如在於第一透鏡412朝向放大側OS的鏡面S1為凹面。
以下內容將舉出圖4A所繪示的光學鏡頭400中關於各個透鏡具體的數據資料。需注意的是，表一至表八所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定做適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。                      （表七）
表七中各光學參數及數據資料的解讀方式可參照表一說明，在此不在贅述。在本實施例中，S1、S2、S3、S4、S7、S8、S9、S10為非球面，其可用上述公式(1)來表示。下表八列出的是光學鏡頭400中表面S1至S4以及S7至S10的參數值。 （表八）
承上述，在本實施例的光學鏡頭400中，相對可見光的有效焦距2.33毫米，相對850奈米的近紅外光的有效焦距2.342毫米，光圈值2.0，視場角90度，成像高度2.264毫米，鏡頭總長15.88毫米。
圖4B至圖4D為圖4A之光學鏡頭400的成像光學模擬數據圖。請參照圖4B至圖4D，其中圖4B為光學鏡頭400相對不同光波長的焦距偏移量。圖4C及圖4D分別繪示場曲與畸變的圖形，且是以波長為555奈米的光所模擬出來的。由於本發明四個實施例的圖1B至圖1D、圖2B至圖2D、圖3B至圖3D和圖4B至圖4D所顯示出的圖形均在標準的範圍內，因此本發明範例實施例之光學鏡頭100、200、300、400都可在成本低廉、小型化、薄型化、高解像力、大光圈、低畸變及日夜共焦的情況下，提供良好的成像品質。
綜上所述，在本發明的範例實施例中，光學鏡頭之設計符合預設的條件標準，因此本發明的範例實施例之光學鏡頭可在成本低廉、小型化、薄型化、高解像力、大光圈、低畸變及日夜共焦的情況下，提供良好的成像品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400‧‧‧光學鏡頭
110、210、310、410‧‧‧第一透鏡群
112、212、312、412‧‧‧第一透鏡
114、214、314、414‧‧‧第五透鏡
120、220、320、420‧‧‧第二透鏡群
122、222、322、422‧‧‧第二透鏡
124、224、324、424‧‧‧第三透鏡
126、226、326、426‧‧‧第四透鏡
130、230、330、430‧‧‧玻璃蓋
140、240、340、440‧‧‧成像平面
A‧‧‧光軸
OS、IS‧‧‧放大側、縮小側
S‧‧‧光圈
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12‧‧‧透鏡表面
圖1A是本發明的一實施例的光學鏡頭的概要示意圖。 圖1B、圖1C及圖1D為圖1A之光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。 圖2A是本發明的另一實施例的光學鏡頭的概要示意圖。 圖2B、圖2C及圖2D為圖2A之光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。 圖3A是本發明的另一實施例的光學鏡頭的概要示意圖。 圖3B、圖3C及圖3D為圖3A之光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。 圖4A是本發明的另一實施例的光學鏡頭的概要示意圖。 圖4B、圖4C及圖4D為圖4A之光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。
100‧‧‧光學鏡頭
110、120‧‧‧第一、第二透鏡群
112、114‧‧‧第一、五透鏡
122、124、126‧‧‧第二、三、四透鏡
130‧‧‧玻璃蓋
140‧‧‧成像平面
A‧‧‧光軸
OS、IS‧‧‧放大側、縮小側
S‧‧‧光圈
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12‧‧‧透鏡表面

Claims (10)

  1. 一種光學鏡頭，包括： 一第一透鏡群，位於一放大側與一縮小側之間，具有負屈光度，包括一第一透鏡，以及該第一透鏡為塑膠非球面、新月型透鏡，具有負屈光度和朝向該放大側的一凸面； 一第二透鏡群，位於該第一透鏡群與該縮小側之間，具有正屈光度，包括一第二透鏡、具有負屈光度的一第三透鏡以及一第四透鏡，該第二、該第三以及該第四透鏡兩兩彼此之間具有空氣間隔；以及 一光圈，位於該第一與該第二透鏡群之間， 其中該光學鏡頭符合2＜L/D＜4之條件，其中L為該光學鏡頭的總長，D為一影像感測器的對角線的長度，以及該光學鏡頭當中至少三個透鏡的阿貝數大於20，至少一個透鏡的材質為玻璃，至少一個透鏡為球面透鏡。
  2. 一種光學鏡頭，包括： 一第一透鏡群，位於一放大側與一縮小側之間； 一第二透鏡群，位於該第一透鏡群與該縮小側之間；以及 一光圈，位於該第一與該第二透鏡群之間， 其中該光學鏡頭符合F＜2.5、L＜20毫米以及0毫米≦t＜0.02毫米之條件，其中L為該光學鏡頭的總長，F為光圈數，t為該光學鏡頭相對於可見光以及近紅外光的焦距偏移量，以及該第一與第二透鏡群各自包含至少具有一面為非球面的一透鏡。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡群具有負屈光度，包括一第一透鏡；以及該第二透鏡群具有正屈光度，包括一第二透鏡、一第三透鏡以及一第四透鏡，該第二、該第三以及該第四透鏡兩兩彼此之間具有空氣間隔。
  4. 如申請專利範圍第2至3項中任一項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡群的該第一透鏡包含朝向該放大側為一凹面。
  5. 一種光學鏡頭，包括： 一第一透鏡群，位於一放大側與一縮小側之間； 一第二透鏡群，位於該第一透鏡群與該縮小側之間；以及 一光圈，位於該第一與該第二透鏡群之間， 其中該光學鏡頭符合F＜2.5、L＜20毫米以及0毫米≦t＜0.02毫米之條件，其中L為該光學鏡頭的總長，F為光圈數，t為該光學鏡頭相對於可見光以及近紅外光的焦距偏移量，以及該第一與第二透鏡群各自包含至少材質為塑膠的一透鏡。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡群具有負屈光度，包括一第一透鏡；以及該第二透鏡群具有正屈光度，包括一第二透鏡、一第三透鏡以及一第四透鏡，該第二、該第三以及該第四透鏡兩兩彼此之間具有空氣間隔。
  7. 如申請專利範圍第1、3、6項中任一項所述的光學鏡頭，其中該第二透鏡朝向該放大側為一凸面或一平面。
  8. 如申請專利範圍第1、3、6項中任一項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡群還包含一第五透鏡，以及該第五透鏡為一雙凸透鏡或一凸凹透鏡。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的光學鏡頭，其中該第一、該第五、該第二、該第三以及該第四透鏡之屈光度依序分別為負、正、正、負、正。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的光學鏡頭，其中該光學鏡頭滿足下列條件之一：(1)該第一、該第五、該第二、該第三以及該第四透鏡當中至少三個透鏡是塑膠透鏡；以及(2)該第一、該第五、該第三以及該第四透鏡是非球面透鏡。
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