TW201939094A

TW201939094A - 鏡頭及其製造方法

Info

Publication number: TW201939094A
Application number: TW107108010A
Authority: TW
Inventors: 林盈秀; 張景昇; 李丞烝; 王國權
Original assignee: 光芒光學股份有限公司
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2019-10-01
Also published as: US20190278055A1; US10845571B2; TWI781987B

Abstract

一種鏡頭，包含自第一側至第二側，依序設置具有負屈光度的第一透鏡群、光圈及具有正屈光度的第二透鏡群。其中鏡頭包含具屈光度的透鏡總數目大於5且小於10，且符合下列條件：視場角(FOV)介於160和180度之間，入光瞳直徑(phi)大於2mm，以及LT/IMH小於4.7，其中IMH為鏡頭在成像面的影像高度，LT為第一透鏡群最靠近第一側的透鏡面向第一側的表面，至第二透鏡群最靠近第二側的透鏡面向第二側的表面在一光軸上的長度。

Description

鏡頭及其製造方法

本發明關於一種鏡頭及其製造方法。

近年來隨科技的進展，鏡頭的種類日漸多元，廣角鏡頭是一種常見的鏡頭。目前對於薄型化及光學性能的要求也越來越高，要滿足這樣需求的廣角鏡頭，大致上需要具低成本、大光圈、廣視角和輕量化等特點。因此，目前亟需一種能兼顧輕量化，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的取像鏡頭設計。

「先前技術」段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在「先前技術」段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在「先前技術」段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明的其他目的和優點可以從本發明實施例所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

根據本發明的一個觀點，提供一種鏡頭，包含沿第一側至第二側依序設置的第一透鏡群和第二透鏡群，以及光圈，設於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間。其中鏡頭包含具屈光度的透鏡總數目大於5且小於10，且鏡頭符合下列條件：鏡頭的視場角(FOV)介於160 和180度之間，鏡頭的入光瞳直徑(phi)大於2mm，以及LT/IMH小於4.7，其中IMH為鏡頭在成像面的影像高度，影像高度係指在成像面的影像對角線(image circle)長度的1/2，LT為第一透鏡群最靠近第一側的透鏡面向第一側的表面，至第二透鏡群最靠近第二側的透鏡面向第二側的表面在光軸上的長度。

根據本發明的另一個觀點，一種鏡頭包含由影像放大側至影像縮小側依序設置的第一透鏡群、光圈和第二透鏡群，第一透鏡群具有負屈光度，第二透鏡群具有正屈光度，鏡頭包含屈光度的透鏡總數目小於10且大於5，且鏡頭符合下列條件：1.9<LD1/LD3<2.6且LD1/LDL<1.55，其中LD1為第一透鏡群最靠近影像放大側的透鏡面向影像放大側的表面直徑，LD3為第一透鏡群最靠近光圈的透鏡面向影像縮小側的表面直徑，LDL為第二透鏡群最靠近影像縮小側的透鏡面向影像縮小側的表面直徑，其中，鏡頭還滿足下列條件之一：(1)從影像放大側起算的第二透鏡面向影像縮小側為凹面，(2)第二透鏡群設有一非球面透鏡，(3)第二透鏡群設有一個三合透鏡。

根據本發明的上述觀點，可提供一種能兼顧輕量化，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的鏡頭設計。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、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。

10a-10e‧‧‧鏡頭

12‧‧‧光軸

14‧‧‧光圈

16‧‧‧玻璃蓋

18‧‧‧成像面

20‧‧‧第一透鏡群

30‧‧‧第二透鏡群

L1-L7‧‧‧透鏡

S1-S15‧‧‧表面

P、Q‧‧‧轉折點

D1‧‧‧直徑

OS‧‧‧影像放大側

IS‧‧‧影像縮小側

圖1為依本發明一實施例之鏡頭10a的示意圖。

圖2為依本發明一實施例之鏡頭10b的示意圖。

圖3為依本發明一實施例之鏡頭10c的示意圖。

圖4為依本發明一實施例之鏡頭10d的示意圖。

圖5為依本發明一實施例之鏡頭10e的示意圖。

圖6~圖10分別為鏡頭10a~10e的可見光之光線扇形圖。

圖11~圖15分別為鏡頭10a~10e的可見光之焦平面偏移量值。

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、左、右、前或後等，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並非用來限制本發明。

另外，下列實施例中所使用的用語“第一”、“第二”是為了辨識相同或相似的元件而使用，幷非用以限定該元件。

本發明所謂的光學元件，係指元件具有部份或全部可反射或穿透的材質所構成，通常包含玻璃或塑膠所組成。例如是透鏡、稜鏡或是光圈。

當鏡頭應用在取像系統中時，影像放大側係指在光路上靠近被拍攝物所處的一側，影像縮小側則係指在光路上較靠近感光元件的一側。

一透鏡的物側面(或像側面)具有位於某區域的凸面部(或凹面部)，是指該區域相較於徑向上緊鄰該區域的外側區域，朝平行於光軸的方向更為「向外凸起」(或「向內凹陷」)而言。

圖1是本發明第一實施例的鏡頭架構示意圖。請參照圖1，在本實施例中，鏡頭10a有一鏡筒(未繪示)，鏡筒裡由第一側(影像放大側OS)往第二側(影像縮小側IS)排列包含了第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、光圈14、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡 L6及第七透鏡L7。第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3可構成具有負屈光度的第一透鏡群(例如為前群)20，且第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡L7可構成具有正屈光度的第二透鏡群(例如為後群)30。再者，影像縮小側IS可設置玻璃蓋16以及影像感測器(圖中未顯示)，鏡頭10a的可見光有效焦距上成像面標示為18，玻璃蓋16位於第二透鏡群30與可見光有效焦距上成像面18之間。於本實施例中，第一透鏡L1至第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、正、負、正，且全部透鏡均為球面透鏡。在一實施例中，其中兩透鏡相鄰的兩面有大致或完全相同的曲率半徑且形成雙合透鏡(doublet)或三合透鏡(triplet)，例如本實施例的第五透鏡L5及第六透鏡L6可構成雙合透鏡，但本發明實施例並不以此為限制。本發明各具體實施例之影像放大側OS均分別設於各圖之左側，而影像縮小側IS均設於各圖之右側，將不予重覆說明之。

本發明所指光圈14是指一孔徑光欄(Aperture Stop)，光圈為一獨立元件或是整合於其他光學元件上。於本實施例中，光圈是利用機構件擋去周邊光線並保留中間部份透光的方式來達到類似的效果，而前述所謂的機構件可以是可調整的。所謂可調整，是指機構件的位置、形狀或是透明度的調整。或是，光圈也可以在透鏡表面塗佈不透明的吸光材料，並使其保留中央部份透光以達限制光路的效果。

各透鏡係定義有一表面的直徑。舉例而言，如圖1所示，表面的直徑是指該於光軸12兩端的鏡面轉折點P、Q於垂直光軸12方向上的距離(例如表面的直徑D1)。再者，於本實施例中，表面S1的直徑為6.16mm，表面S6的直徑為2.94mm，表面S14的直徑為4.2mm。

鏡頭10a的透鏡及其周邊元件的設計參數如表一所示。然而，下文中所列舉的資料並非用以限定本發明，任何所屬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作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。

在表1中，間距指得是在兩相鄰的表面之間沿著鏡頭10a之光軸12的直線距離。例如表面S1的間距是位於表面S1與表面S2之間且沿著光軸12的直線距離。註解欄中各透鏡相應的間距、折射率及阿貝數需參照同一列中對應的間距、折射率及阿貝數的數值。此外，在表1中，表面S1與表面S2為第一透鏡L1的兩個表面。表面S3與表面S4為第二透鏡L2的兩個表面...等依此類推。表面S7為光圈14。表面S15是鏡頭10a的成像面18。

表中表面有出現的＊係指該表面為非球面表面，而若未標示即為球面之意。

曲率半徑是指曲率的倒數。曲率半徑為正時，透鏡表面的球心在透鏡的影像縮小側方向。曲率半徑為負時，透鏡表面的球心在透鏡的影像放大側方向。而各透鏡之凸凹可見上表。

本發明的光圈值係以F/#來代表，如上表所標示者。本發明鏡頭應用在投影系統時，成像面是光閥表面。而當鏡頭應用在取像系統中時，成像面則係指感光元件表面。

當鏡頭應用在取像系統中時，影像高度IMH係指在成像面的影像對角線(image circle)長度的1/2，如上表所標示者。

本發明中，鏡頭的總長係以LT來表示，如上表所標示者。更明確的說，本發明的總長是指鏡頭10a最接近影像放大側的光學表面S1與最接近影像縮小側的光學表面S14之間，沿光軸12量測的距離，如上表所標示者。

於本實施例中，視場角FOV是指最接近影像放大端的光學表面S1的收光角度，亦即以對角線量測所得之視野(field of view)，如上表所標示者。

圖6及圖11為本實施例鏡頭10a的成像光學模擬數據圖。圖6為可見光之光線扇形圖(ray fan plot)，其中X軸為光線通過入瞳的位置，Y軸為主光線投射至像平面(例如成像面S15)的位置的相對數值。圖11顯示可見光的焦平面偏移量值，可看出不同波長的焦平面偏移量值相當小，由此可驗證本實施例之變焦鏡頭具有良好的光學品質特性。圖6及圖11模擬數據圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之鏡頭10a確實能夠兼具良好的光學成像品質的特性。

本發明一實施例之鏡頭可包含兩透鏡群，前群例如可使用兩個具負屈光度的透鏡(例如第一透鏡L1、第二透鏡L2)以提高收光能力且達到視場角(FOV)介於約160和約180度之間，但其並不限定。鏡頭的光圈值小於等於1.9。後群可包含一雙合透鏡以修正像差，使後群中的兩個透鏡間沿一光軸的最小距離小於0.05mm。雙合透鏡例如可為三合透鏡取代而不限定。鏡頭具屈光度的透鏡總片數為6~9片，該鏡頭的入光瞳直徑(phi)大於2mm，且鏡頭可具有至少一阿貝數大於60的透鏡。

於一實施例中，鏡頭的透鏡表面可符合1.9<LD1/LD3<2.6，於另一實施例可符合1.92<LD1/LD3<2.56，於又另一實施例可符合1.92<LD1/LD3<2.54，其中LD1為由第一透鏡L1面向影像放大側OS(第一側)的表面直徑，LD3為第三透鏡L3面向影像縮小側IS的表面直徑，藉以讓進入鏡頭的影像光快速收斂，以在有限空間中取得較佳的光學效果。

於一實施例中，鏡頭的透鏡表面可符合LD1/LDL<1.55，於另一實施例可符合LD1/LDL<1.54，於又另一實施例可符合LD1/LDL<1.53，其中LD1為由第一透鏡L1面向影像放大側OS(第一側)的表面直徑，LDL為最靠近成像面的透鏡面向影像縮小側IS(第二側)的表面直徑，藉以讓進入鏡頭的影像光收斂到接近影像感測器的大小，以在有限空間中取得較佳的光學效果。

於一實施例中，鏡頭可符合LT/IMH<4.7，於另一實施例可符合LT/IMH<4.69，於又另一實施例可符合LT/IMH<4.68，藉以提供影像感測器對應鏡頭總長的較佳設計範圍，其中IMH為鏡頭在一成像面的影像高度，影像高度係指在成像面的影像對角線(image circle)長度的1/2，LT為鏡頭的第一透鏡面對影像放大側OS的表面，至最後一片透鏡面對影像縮小側IS的表面在一光軸上的長度。

以下將說明本發明的鏡頭的第二實施例的設計。圖2是本發明第二實施例的鏡頭10b架構示意圖。於本實施例中，鏡頭10b的第一透鏡L1至第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、負、正、負、正，全部透鏡均為球面透鏡，且第四透鏡L4、第五透鏡L5及第六透鏡L6構成三合透鏡(triplet)。再者，於本實施例中，表面S1的直徑為5.83mm，表面S6的直徑為3mm，表面S13的直徑為4.3mm。鏡頭10b中的透鏡及其周邊元件的設計參數如表二所示。

以下將說明本發明的鏡頭的第三實施例的設計。圖3是本發明第三實施例的鏡頭10c架構示意圖。於本實施例中，鏡頭10c的第一透鏡L1至第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、正、負、正，第四透鏡L4為非球面透鏡，且第五透鏡L5及第六透鏡L6構成雙合透鏡(doublet)。再者，於本實施例中，表面S1的直徑為6.11mm，表面S6的直徑為2.41mm，表面S14的直徑為4.15mm。於本實施例中，非球面透鏡可由玻璃模造所製成，於其他實施例中，亦可以塑膠製成。鏡頭10c中的透鏡及其周邊元件的設計參數如表三所示。

表三

於本發明如下的各個設計實例中，非球面多項式用下列公式表示：上述的公式已被廣泛應用。舉例來說，Z為光軸方向之偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸12處的曲率半徑倒數，k是圓錐係數(conic constant)，r是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度。α_i分別代表非球面多項式的各階非球面係數。表四列出本實施例中，鏡頭10c中非球面透鏡表面的各階非球面係數及圓錐係數值。

以下將說明本發明的鏡頭的第四實施例的設計。圖4是本發明第四實施例的鏡頭10d架構示意圖。於本實施例中，鏡頭10d的第一透鏡L1至第六透鏡L6的屈光度分別為負、負、正、正、負、正，第四透鏡L4為非球面透鏡，且第五透鏡L5及第六透鏡L6構成雙合透鏡(doublet)。再者，於本實施例中，表面S1的直徑為6.04mm，表面S6的直徑為3.14mm，表面S12的直徑為3.97mm。鏡頭10d中的透鏡及其周邊元件的設計參數如表五所示。

表六列出本發明的第四實施例中，鏡頭的非球面透鏡表面的各階非球面係數及二次曲面係數值。

以下將說明本發明的鏡頭的第五實施例的設計。圖5是本發明第五實施例的鏡頭10e架構示意圖。於本實施例中，鏡頭10e的第一透鏡L1至第六透鏡L6的屈光度分別為負、負、正、正、負、正，第二透鏡L2及第三透鏡L3構成一雙合透鏡(doublet)，第四透鏡L4及第五透鏡L5構成另一雙合透鏡(doublet)，且第六透鏡L6為非球面透鏡。再者，於本實施例中，表面S1的直徑為6.10mm，表面S5的直徑為2.63mm，表面S11的直徑為4.6mm。鏡頭10e中的透鏡及其周邊元件的設計參數如表九所示。

表八列出本發明的第五實施例中，鏡頭的非球面透鏡表面的各階非球面係數及二次曲面係數值。

圖7~圖10及圖12~圖15分別為本實施例鏡頭10b、10c、10d、10e的成像光學模擬數據圖。圖7~圖10為可見光之光線扇形圖(ray fan plot)，其中X軸為光線通過入瞳的位置，Y軸為主光線投射至像平面的位置的相對數值。圖12~圖15顯示可見光的焦平面偏移量值，可看出不同波長的焦平面偏移量值相當小，由此可驗證本實施例之變焦鏡頭具有良好的光學品質特性。前述模擬數據圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證實施例之鏡頭10b、10c、10d、10e確實能夠兼具良好的光學成像品質的特性。由以上可知，本發明實施例可在有限的空間中提供一種能兼顧輕量化，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的鏡頭設計。

以上各具體實施例中所列出的表格中的參數僅為例示之用，而非限制本發明。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

Claims

一種鏡頭，包含：沿一第一側至一第二側依序設置的一第一透鏡群和一第二透鏡群；以及一光圈，設於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間；其中該鏡頭包含具屈光度的透鏡總數目大於5且小於10，且該鏡頭符合下列條件：該鏡頭的視場角(FOV)介於160和180度之間，該鏡頭的入光瞳直徑(phi)大於2mm，以及LT/IMH小於4.7，其中IMH為該鏡頭在一成像面的影像高度，影像高度係指在該成像面的影像對角線(image circle)長度的1/2，LT為該第一透鏡群最靠近該第一側的透鏡面向該第一側的表面，至該第二透鏡群最靠近該第二側的透鏡面向該第二側的表面在一光軸上的長度。
一種鏡頭，包含：由一影像放大側至一影像縮小側依序設置的一第一透鏡群、一光圈和一第二透鏡群，該第一透鏡群具有負屈光度，該第二透鏡群具有正屈光度，該鏡頭包含屈光度的透鏡總數目小於10且大於5，且該鏡頭符合下列條件：1.9<LD1/LD3<2.6且LD1/LDL<1.55，其中LD1為該第一透鏡群最靠近該影像放大側的透鏡面向該影像放大側的表面直徑，LD3為該第一透鏡群最靠近該光圈的透鏡面向該影像縮小側的表面直徑，LDL為該第二透鏡群最靠近該影像縮小側的透鏡面向該影像縮小側的表面直徑，其中，該鏡頭還滿足下列條件之一：(1)從該影像放大側起算的第二透鏡面向該影像縮小側為凹面，(2)該第二透鏡群設有一非球面透鏡，(3)該第二透鏡群設有一個三合透鏡。
如申請專利範圍第1或2項所述之鏡頭，其中該第一透鏡群包含3個具屈光度的透鏡，該第二透鏡群包含屈光度的透鏡數目小於5且大於2。
如申請專利範圍第1或2項所述之鏡頭，其中該第二透鏡群包含至少一個雙合透鏡或三合透鏡。
如申請專利範圍第1或2項所述之鏡頭，其中該第二透鏡群中的兩個透鏡間沿該光軸的最小距離小於0.05mm。
如申請專利範圍第1或2項所述之鏡頭，其中該第二透鏡群設有至少一阿貝數大於60的透鏡。
如申請專利範圍第1或2項所述之鏡頭，其中該鏡頭的透鏡屈光度滿足下列條件之一：(1)依序為負、負、正、正、正、負、正，(2)依序為負、負、正、負、正、負、正，(3)依序為負、負、正、正、負、正。
如申請專利範圍第1或2項所述之鏡頭，其中該鏡頭的透鏡滿足下列條件之一：(1)依序為凸凹、雙凹、雙凸、凹凸、雙凸、凸凹、雙凸透鏡，(2)依序為凸凹、凸凹、雙凸、凸凹、雙凸、凸凹、凹凸透鏡，(3)依序為凸凹、雙凹、凹凸、非球面、平凸、凸凹、雙凸透鏡，(4)依序為凸凹、雙凹、雙凸、非球面、凸凹、雙凸，(5)依序為凸凹、雙凹、雙凸、雙凸、凸凹、非球面。
如申請專利範圍第1或2項所述之鏡頭，其中該鏡頭的光圈值小於等於1.9。
一種鏡頭製造方法，包含：提供一鏡筒；將第一和第二透鏡群置入並固定於該鏡筒內，其中該鏡頭包含屈光度的透鏡總數目小於10且大於5，且該鏡頭符合下列條件：1.9<LD1/LD3<2.6且LD1/LDL<1.55，其中LD1為該第一透鏡群最靠近一影像放大側的透鏡面向該影像放大側的表面直徑，LD3為該第一透鏡群最靠近一光圈的透鏡面向一影像縮小側的表面直徑，LDL為該第二透鏡群最靠近該影像縮小側的透鏡面向該影像縮小側的表面直徑，其中，該鏡頭還滿足下列條件之一：(1)從該影像放大側起算的第二透鏡面向該影像縮小側為凹面，(2)該第二透鏡群設有一非球面透鏡，(3)該第二透鏡群設有一個三合透鏡。