TWI421532B

TWI421532B - 單焦點廣角鏡片組

Info

Publication number: TWI421532B
Application number: TW098140548A
Authority: TW
Inventors: Fei Hsin Tsai
Original assignee: Newmax Technology Co Ltd
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2014-01-01
Also published as: TW201118412A; US20110128615A1; US8031413B2

Description

單焦點廣角鏡片組

本發明係涉及光學鏡頭領域，尤指一種以接收紅外線波長，並可聚焦為訴求之小體積四片式單焦點廣角鏡片組。

現今數位影像技術不斷創新、變化，特別是在數位相機與行動電話等的數位載體皆朝小型化發展，而使感光元件如CCD或CMOS亦被要求更小型化，在紅外線聚焦鏡片應用，除了運用於攝影領域中，近年來亦大量轉用於紅外線接收、偵測領域，亦皆朝小型化及大偵測角度發展。是以，有必要藉助一廣角鏡片組以更進一步提升其偵測角。

再者，習知廣角鏡片組之主光線角度(CHIEF RAY ANGLE)往往過大，實無法滿足使用於主光線角度接近零度的感測器之產品安裝需求。

有鑑於此，如何提供一種兼具良好偵測角及其他光學性能，同時有主光線角度接近零度之單焦點廣角鏡片組，實為業界亟思改良之方向。

本發明之主要目的係提供一種紅外線感應器之單焦點廣角鏡片組，令該紅外線感應器具有較佳之聚焦、聚熱功能。

本發明之另一主要目的係提供一種具有較大偵測角及較佳光學性能之四片式單焦點廣角鏡片組。

本發明之又一主要目的係提供一種主光線角度接近零度之單焦點廣角鏡片組。

為了達成上述目的，本發明提供了一種單焦點廣角鏡片組，該單焦點廣角鏡片組包含有一固定光欄及一光學組，該光學組包含一第一鏡片、一第二鏡片、一第三鏡片及一第四鏡片，其排列方式從物側至像側之順序為：第一鏡片、光欄、第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片。

其中，該第一鏡片朝向像側為凹面，且其至少有一面為非球面。該第二鏡片為具有正屈光力之透鏡且朝向物側為凹面，且其至少有一面為非球面。再者，該第三鏡片為具有負屈光力之彎月形透鏡且朝向物側為凹面，且其至少有一面為非球面。此外，該第四鏡片為具有正屈光力之透鏡且朝向物側為凸面，且其至少有一面為非球面。

藉此，期能有效增加該單焦點廣角鏡片組之偵測角度，同時亦可望使整組鏡片組之主光線角度(CHIEF RAY ANGLE)接近零度，並滿足主光線角度接近零度的感測器之產品安裝需求。

本發明採用有關合適的實施例並以圖式作為說明，其中，本發明各實施例的數值變化皆屬設計所得，即使其他具有相同結構的產品運用不同數值，仍應屬於本發明的保護範疇，在此先行述明。

請參考圖1及圖2兩實施例所示之四片式單焦點廣角鏡片組，本發明係一種用以裝置於紅外線感應器前方之單焦點廣角鏡片組。於實施例中，該單焦點廣角鏡片組包含有一固定光欄1和一光學組，且該光學組包含第一、第二、第三、第四鏡片L1、L2、L3、L4，該鏡片組沿著光軸，從物側A至像側B之排列順序為：第一鏡片L1、光欄1、第二鏡片L2、第三鏡片L3及第四鏡片L4。

其中，該第一鏡片L1朝向像側B為凹面，且其具有一面為非球面。該第二鏡片L2為具有正屈光力之透鏡且朝向物側A為凹面，且其至少有一面為非球面。再者，該第三鏡片L3為具有負屈光力之彎月形透鏡且其朝向物側A為凹面。此外，該第四鏡片L4為具有正屈光力之透鏡且朝向物側A為凸面，且其至少一面為非球面。

前述本發明即是由四枚鏡片構成之光學組，而位於第四鏡片L4後方之第一平面平板玻璃2，具有令紅外線穿透之功效。另於像側B前亦再設一第二平面平板玻璃3，該第二平面平板玻璃3具有保護感應器之作用，該第一、第二平面平板玻璃2、3依配適不同封裝結構之紅外線感應器可增、減，達到更佳偵測效果。另於像側B處則配置有一紅外線感應器。

此外，本發明之鏡片組可依需求而採用塑膠或玻璃材質，特別是第一至第四鏡片皆可為非球面塑膠鏡片，由於使用塑膠材料可使鏡片容易導以非球面結構呈現，而利用透鏡為非球面鏡片，則可達成解像力較高並進而減少成像所需之鏡片片數而能達到良好品質的單焦點廣角鏡片組。

另外，本發明之收差圖以非點收差、歪曲收差和球面收差，如圖1A及圖2A所示，無論何種收差圖皆是關於d線的數據資料，而非點收差是關於S像面(SAGITTAL)的數據資料跟關於T像面(TANGENTIAL)數據資料，並將之做示意表現；且由收差圖可清楚獲知，本發明之收差補正都是完整模擬設計所得，在使用上已沒有任何問題。

再來，請參照以上之表一及表二，所示者分別為本發明第一及第二實施例之非球面數據資料。其中，最上方數據係本發明光學組各鏡片諸元之代號：F.No.：該F值於光學設計時，代表亮度參數，其中F值愈小表示光亮度愈高；畫角：2ω；焦點距離f：f為光學組之合成焦點距離(mm)。

而下方1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13是物體側起依序的透鏡面號數表示。面號數1、2為第一鏡片L1的二面，面號數4、5為第二鏡片L2的二面，面號數6、7為第三鏡片L3的二面，8、9為第四鏡片L4的二面，10、11、12、13分別為第一平面平板玻璃2及第二平面平板玻璃3的二面。

本發明為求能改善習知紅外線感應器之聚焦鏡片組之缺點，因此於第一鏡片L1朝向像側B為凹面，第二鏡片L2朝向物側A為凹面，且第三鏡片L3朝向物側A則為凹面，第四鏡片L4朝向物側A為凸面。此外，為求達到最佳品質，本發明必須滿足以下條件：首先，因第二鏡片L2朝向物側A為凹面，第三鏡片L3朝向物側A為凹面，因此必須先控制兩鏡片間之焦距比：0.2<|f2|/|f3|<1；其中f2為第二鏡片的焦距值，f3為第三鏡片的焦距值。

其次，第三鏡片L3朝向物側A為凹面，而第四鏡面L4朝向物側A為凸面，因此也必須控制兩鏡片間之焦距比，才能與第二鏡片L2及第三鏡片L3之焦距比相互配合：1.2<|f3|/|f4|<2.2；其中f3為第三鏡片的焦距值，f4為第四鏡片的焦距值。

再者，亦需控制第二、三、四鏡片L2、L3、L4之焦距值與整個鏡片組的焦距比：|f234|/|f|<2；其中f為整個鏡片組的焦距值，f234為第二鏡片、第三鏡片及第四鏡片合成的焦距值。

另外，為求達到高品質成像，而必須控制第一鏡片的第一面到成像面之間的距離：0.1<|f/TL|<0.7；TL為第一鏡片的第一面到成像面之間距離，f為整個鏡片組的焦距值。

滿足上述光學式，則可令單焦點廣角鏡片組之解像能力顯著提昇，反之，若小於或超出上述光學式之數據值範圍，則會導致單焦點廣角鏡片組之性能、解像力低，以及良率不足等問題。

此外，本發明光學組之第一至第四鏡片皆具有至少一面為非球面形狀，該非球面的面型須滿足下列公式：

其中z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；k為錐常度量；c為曲率半徑的倒數；A、B、C、D、E、G、......為高階非球面係數。

綜上所述，本發明之創新發明設計，係運用此光學鏡頭結構第一鏡片L1朝向像側靠近光軸附近為凹面及第二鏡片L2之朝向物側與第三鏡片L3之朝向物側靠近光軸附近處採凹面設計，加之該第三鏡片L4朝向物側為凸面設計，可使得四片式單焦點廣角鏡片組之畫角(即偵測角度)超越先前技藝之角度(本發明之畫角已可達70°以上)，同時亦能維持良好之解像能力。

此外，相較於廣角鏡片組之主光線角度(CHIEF RAY ANGLE)過大之問題，本發明可以使主光線角度有效縮小，滿足使用於主光線角度接近零度的感測器之產品安裝需求。再者，第一至第四鏡片皆可為非球面之塑膠鏡片，更可提升聚焦之成像解析度等功效，是以本發明乃屬一新穎並兼具實用、好用進步性之發明設計，遂向鈞局提出發明專利申請，祈請惠予審查並早日賜准專利，至感德便。

A‧‧‧物側

B‧‧‧像側

1‧‧‧光欄

2‧‧‧第一平面平板玻璃

3‧‧‧第二平面平板玻璃

L1‧‧‧第一鏡片

L2‧‧‧第二鏡片

L3‧‧‧第三鏡片

L4‧‧‧第四鏡片

圖1為本發明單焦點廣角鏡片組之第一實施例之鏡片組成圖。

圖1A為本發明單焦點廣角鏡片組之第一實施例之收差圖。

圖2為本發明單焦點廣角鏡片組之第二實施例之鏡片組成圖。

圖2A為本發明單焦點廣角鏡片組之第二實施例之收差圖。