TWI475245B - 攝像用光學透鏡組及其攝像裝置 - Google Patents

攝像用光學透鏡組及其攝像裝置 Download PDF

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Description

攝像用光學透鏡組及其攝像裝置
本發明是有關於一種攝像用光學透鏡組及其攝像裝置，特別是關於一種由一稜鏡及四群透鏡構成的攝像用光學透鏡組及其攝像裝置，以應用於薄型攝像系統上。
在數位相機(Digital Still Camera)、行動電話鏡頭(mobile phone camera)、網路相機(web camera)等小型電子設備上常裝設有潛望式之攝像用光學透鏡組，且其大多為可變焦式，以用對被攝物進行攝像，而攝像用光學透鏡組之發展，主要趨勢為朝向薄型化及低成本，但同時亦期許能達到具有良好的像差修正能力、具高解析度、高成像品質的攝像用光學透鏡組。
在習知的攝像用光學透鏡組中，最常採用在用以反射之稜鏡前，額外設置一片像側為凹面之透鏡或物側為凸面之新月型透鏡，以期提供最多的聚光能力，但也因此一額外設置之透鏡的厚度關係，造成了整體的體積不易變薄，且額外設置一透鏡，亦即為產品增加了一成本項目，故也產生成本增加之缺點。再者，為提供更多的聚光能力於凹面之光學面處之曲率可能變化過大，因此也使得製造較不易，進而更進一步的增加了成本。為克服習知技術的 缺點，應有更佳的設計以對像差進行良好的補償，且可限制取攝像用光學透鏡組的全長，以應用於薄型攝像裝置使用。為此，本發明提出更實用性的設計，利用四個群組之透鏡的光焦度、凸面與凹面的組合，除在高品質的成像能力下，且可降低成本，以應用於薄型攝像裝置上。
綜觀前述問題，本發明之發明人思索並設計一種攝像用光學透鏡組及其攝像裝置，以針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種攝像用光學透鏡組及其攝像裝置，以解決習知技術之成本提高或薄型化不易之問題。
根據本發明之目的，提出一種攝像用光學透鏡組，其沿著光軸排列依序包含：一稜鏡、一第一鏡群、一第二鏡群、一第三鏡群及一第四鏡群。稜鏡為全反射式之稜鏡。第一鏡群具有負光焦度，其包含至少一負光焦度之透鏡。第二鏡群具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡，第二鏡群具有一第二透鏡。第三鏡群具有正光焦度，其包含至少一正光焦度之透鏡及至少一負光焦度之透鏡。第四鏡群具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡。其中第二鏡群僅由單一透鏡構成，且其焦距為f2，第三鏡群之焦距為f3，攝像用光學透鏡組滿足下列關係式：0.4<f3/f2<0.7。
較佳地，稜鏡可為最靠近被攝物之鏡片，且其具有一入射光學面 、一反射面及一出射光學面，且該反射面可經由全反射鍍膜之方式設置為一鏡面。
較佳地，沿著光軸排列第一鏡群具有一第一透鏡，第三鏡群具有一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡，第四鏡群具有一第六透鏡。
較佳地，第一透鏡為負光焦度；第三透鏡為正光焦度。
較佳地，第二透鏡之第一光學面及第二光學面為非球面；第三透鏡之第一光學面為非球面。
根據本發明之目的，再提出一種攝像裝置，其沿著光軸排列依序包含：一稜鏡、一第一鏡群、一第二鏡群、一第三鏡群、一第四鏡群及影像感測元件。稜鏡為全反射式之稜鏡。第一鏡群具有負光焦度，其包含至少一負光焦度之透鏡。第二鏡群具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡，第二鏡群具有一第二透鏡。第三鏡群具有正光焦度，其包含至少一正光焦度之透鏡及至少一負光焦度之透鏡。第四鏡群具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡。影像感測元件設置於攝像裝置之一成像面上，以將被攝物成像。其中第二鏡群僅由單一透鏡構成，且其焦距為f2，第三鏡群之焦距為f3，攝像用光學透鏡組滿足下列關係式：0.4<f3/f2<0.7。
較佳地，稜鏡可為最靠近被攝物之鏡片，且其具有一入射光學面、一反射面及一出射光學面，且反射面可經由全反射鍍膜之方式設置為一鏡面。
較佳地，沿著光軸排列第一鏡群具有一第一透鏡，第三鏡群具有一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡，第四鏡群具有一第六透鏡。
較佳地，第一透鏡為負光焦度；第三透鏡為正光焦度。
較佳地，第二透鏡之第一光學面及第二光學面為非球面；第三透鏡之第一光學面為非球面。
承上所述，依本發明之攝像用光學透鏡組及其攝像裝置，其可具有一或多個下述優點：
(1)此攝像用光學透鏡組及其攝像裝置可藉由使用全反射式之稜鏡以對被攝物之影像光線進行反射，藉此可有效地達成攝像用光學透鏡組及其攝像裝置之小型化。
(2)此攝像用光學透鏡組及其攝像裝置可藉由稜鏡、第一鏡群、第二鏡群、第三鏡群及第四鏡群，在光軸上以適當的間距配置，藉此可具有良好的像差修正與具有優勢的光學傳遞函數MTF(modulation transfer function)，並可有效的縮短攝像用光學透鏡組或攝像裝置之鏡頭的全長。
1‧‧‧攝像用光學透鏡組
10‧‧‧稜鏡
101‧‧‧入射面
102‧‧‧反射面
103‧‧‧出射面
20‧‧‧第一鏡群
201‧‧‧第一透鏡
2011‧‧‧第一透鏡之第一光學面
2012‧‧‧第一透鏡之第二光學面
30‧‧‧第二鏡群
301‧‧‧第二透鏡
3011‧‧‧第二透鏡之第一光學面
3012‧‧‧第二透鏡之第二光學面
40‧‧‧第三鏡群
401‧‧‧第三透鏡
4011‧‧‧第三透鏡之第一光學面
4012‧‧‧第三透鏡之第二光學面
402‧‧‧第四透鏡
4021‧‧‧第四透鏡之第一光學面
4022‧‧‧第四透鏡之第二光學面
403‧‧‧第五透鏡
4031‧‧‧第五透鏡之第一光學面
4032‧‧‧第五透鏡之第二光學面
50‧‧‧第四鏡群
501‧‧‧第六透鏡
5011‧‧‧第六透鏡之第一光學面
5012‧‧‧第六透鏡之第二光學面
60‧‧‧光圈
70‧‧‧濾光片
71‧‧‧第一濾光片
72‧‧‧第二濾光片
80‧‧‧成像面
9‧‧‧攝像裝置
91‧‧‧影像感測元件
92‧‧‧變焦鈕
f‧‧‧焦距值
f2‧‧‧第二鏡群之焦距
f3‧‧‧第三鏡群之焦距
Fno‧‧‧光圈值
第1圖 係為本發明之攝像用光學透鏡組之示意圖。
第2圖 係為本發明之攝像裝置之第一示意圖。
第3圖 係為本發明之攝像裝置之第二示意圖。
第4圖 係為本發明之攝像裝置之第三示意圖。
第5圖 係為本發明之攝像裝置之第四示意圖。
第6圖 係為本發明之攝像用光學透鏡組之像散曲線圖。
第7圖 係為本發明之攝像用光學透鏡組之歪曲曲線圖。
第8圖 係為本發明之攝像用光學透鏡組之縱向色差曲線圖。
第9圖 係為本發明之攝像用光學透鏡組之橫向色差曲線圖。
為利貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖，其係為本發明之攝像用光學透鏡組之示意圖。如圖所示，本發明提供一種攝像用光學透鏡組1，其適用於數位相機之變焦攝像鏡頭，特別是可適用於一種潛望式之變焦攝像鏡頭。攝像用光學透鏡組1沿著光軸列依序包含了一稜鏡10、一第一鏡群20、一第二鏡群30、一第三鏡群40及第四鏡群50。第一鏡群20具有負光焦度，其包含至少一負光焦度之透鏡。第二鏡群30具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡。第三鏡群40具有正光焦度，其包含至少一正光焦度之透鏡及至少一負光焦度之透鏡。第四鏡群50具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡。當第二鏡群30與第三鏡群40於光軸上進行軸向位移時，可使攝像用光學透鏡組1產生變焦。
攝像用光學透鏡組1滿足關係式：0.4<f3/f2<0.7。其中f2為第二 鏡群30之焦距，於本實施例中f2為13.25，但不以此為限；f3為第三鏡群40之焦距，於本實施例中f3為5.87，但不以此為限。當第二鏡群30之焦距f2與第三鏡群40之焦距f3滿足關係式時，可使第二鏡群30與第三鏡群40在設計上，可於特定的條件範圍內取得平衡，有助於適當地調配第二鏡群30與第三鏡群40的光焦度配置，並可提供整體攝像用光學透鏡組1所需之合適的光焦度，以進一步地修正像差。
其中稜鏡10具有一入射面101、一反射面102及一出射面103，而反射面102為鏡面，其係可利用全反射鍍膜之製程方式，以使反射面102設置為鏡面。當被攝物之影像光線經由入射面101進入攝像用光學透鏡組1時，可被反射面102全反射地轉向往出射面103出射，並依序經由第一鏡群20、第二鏡群30、第三鏡群40、第四鏡群50、光圈60及濾光片70，而於成像面80上成像。其中稜鏡10可為一直角三角形狀之稜鏡，而反射面102可設置於其斜邊上。
再者，本實施例中，第一鏡群20採用負光焦度可增大場視角，而第一鏡群20與正光焦度之第二鏡群30組合後，可增大成像的放大倍率，以提高其解像力；第三鏡群40及第四鏡群50採用正光焦度，可有效地對第一鏡群20與第二鏡群30所產生的像差進行補償，使其像差與歪曲能符合解析度的要求。
順帶一提的是，攝像用光學透鏡組1另可包含一光圈60與至少一濾光片70。光圈60可設置於第二鏡群30與第三鏡群40之間；濾光片70可將特定波長之光線濾除，其較佳地可為紅外線濾除濾光片，其可設置於第四鏡群50與成像面80之間，通常為平板光學材料製成，而不影響攝像用光學透鏡組1之焦距。
請一併參閱第2至5圖，於本實施例中，其類似之部分於此不再贅述。如圖所示，攝像裝置9包含一由攝像用光學透鏡組1所組成之攝像鏡頭及一影像感測元件91。攝像用光學透鏡組1主要由稜鏡10、第一鏡群20、第二鏡群30、第三鏡群40、第四鏡群50、光圈60、濾光片70所構成。稜鏡10設置於光軸上最靠近物側。第一鏡群20具有一第一透鏡201，其為負光焦度之透鏡，且第一透鏡201之第一光學面2011及第二光學面2012為凹面。第二鏡群30具有一第二透鏡301，其為正光焦度。第二透鏡301之第一光學面3011為凸面，其第二光學面3012為凹面，且第一光學面3011及第二光學面3012皆為非球面。第三鏡群40在光軸上其依序具有一第三透鏡401、一第四透鏡402及一第五透鏡403。其中第三透鏡401為一具正光焦度之透鏡，其第一光學面4011為非球面式之凸面，其第二光學面4012為凸面。第四透鏡402為一具正光焦度之透鏡，其第一光學面4021為凸面，其第二光學面4022為凹面。第五透鏡403為一具負光焦度之透鏡，其第一光學面4031為凸面，其第二光學面4032為凹面。第四鏡群50具有一第六透鏡501，其為正光焦度。第六透鏡501之第一光學面5011為凹面，其第二光學面5012為凸面。於本實施例中，濾光片70可包含一第一濾光片71及一第二濾光片72，其為玻璃材質製成之平板玻璃，用以調整成像的光線波長區段。其中影像感測元件91可設置於攝像用光學透鏡組1之一成像面80上，以使得被攝物之影像光線經由該四群鏡群、光圈60、濾光片70之組合，而成像於影像感測元件91上。
請進一步一併參閱下表一，其係為本實施例的光學數據。當使用者壓按變焦鈕92(如廣角或遠望)後，變焦驅動模組被驅動，以 移動第二鏡群30與第三鏡群40，進而改變第二鏡群30與第三鏡群40之相對距離或二者與第一鏡群20或第四鏡群50間之相對距離，以達成變焦目的。於本實施例中，係以二次變焦為例。當焦距值為f=4.1(初始焦段)時，第二鏡群30與第一鏡群20在光軸上之距離為2.857，而第三鏡群40分別與第二鏡群30及第四鏡群40在光軸上之距離為5.832、3.306；此時，可構成的整體光圈值(f-number)Fno=3.7。又當焦距值為f=7.06(第一次變焦)時，第二鏡群30與第一鏡群20在光軸上之距離為1.259，而第三鏡群40分別與第二鏡群30及第四鏡群40在光軸上之距離為4.686、6.058；此時，可構成的整體光圈值Fno=5.4。再當焦距值為f=11.8(第二次變焦)時，第二鏡群30與第一鏡群20在光軸上之距離為1.459，而第三鏡群40分別與第二鏡群30及第四鏡群40在光軸上之距離為1.431、9.237；此時，可構成的整體光圈值Fno=7.3。
其中，非球面之光學面可使用之非球面方程式(Aspherical Surface Formula)所構成，其非球面係數如下表二所示，而關於非球面方程式係為本技術領域所屬技術人員所熟知，於此便不在贅述。
由表一之光學數據及由第6至9圖之曲線圖可知，藉由本發明在像散(field curving)、歪曲(distortion)、縱向色差(longitudinal spherical aberration)與橫向色差(lateral color)有良好的補償效果。
順帶一提的是，攝像用光學透鏡組1之各透鏡的可材質可設置為玻璃或塑膠；若透鏡材質為塑膠，則可以有效的降低生產成本；若透鏡材質為玻璃，則可增加攝像用光學透鏡組1之光焦度配置的自由度。此外，可於透鏡之光學面上設置非球面，其可以容易製作成球面以外的形狀，以獲得較多的控制變數，用以消減像差，進而縮減透鏡的使用數目，而有效的降低本發明攝像用光學透鏡組1的總長度。本發明攝像用光學透鏡組1中，更可設置有至少一孔徑光欄，如耀光光欄(Glare Stop)或視場光欄(Field Stop)等，以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明攝像用光學透鏡組1及其攝像裝置中，若透鏡表面係為凸面，則表示該透鏡表面於近軸處為凸面；若透鏡表面係為凹面，則表示該透鏡表面於近軸處為凹面。
表一及表二所示為本發明之攝像鏡片組及其攝像裝置實施例的不同數值變化表，然本發明的數值變化皆屬具體實驗所得，即使使用不同數值，相同結構的產品仍應屬於本發明的保護範疇，故以上的說明所描述及圖式中所說明僅做為例示性，非用以限制本發明的申請專利範圍。
1‧‧‧攝像鏡片組
10‧‧‧稜鏡
101‧‧‧入射面
102‧‧‧反射面
103‧‧‧出射面
20‧‧‧第一鏡群
30‧‧‧第二鏡群
40‧‧‧第三鏡群
50‧‧‧第四鏡群
60‧‧‧光圈
70‧‧‧濾光片
80‧‧‧成像面

Claims (10)

  1. 一種攝像用光學透鏡組，其沿著光軸排列依序包含：一稜鏡，其係為全反射式之稜鏡；一第一鏡群，其具有負光焦度，其包含至少一負光焦度之透鏡；一第二鏡群，其具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡，該第二透鏡具有一第二透鏡；一第三鏡群，其具有正光焦度，其包含至少一正光焦度之透鏡及至少一負光焦度之透鏡；以及一第四鏡群，其具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡；其中該第二鏡群僅由單一透鏡構成，且其焦距為f2，該第三鏡群之焦距為f3，該攝像用光學透鏡組滿足下列關係式：0.4<f3/f2<0.7。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之攝像用光學透鏡組，其中該稜鏡係為靠近被攝物之鏡片，且其具有一入射光學面、一反射面及一出射光學面，且該反射面係經由全反射鍍膜之方式設置為一鏡面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之攝像用光學透鏡組，其中沿著光軸排列該第一鏡群具有一第一透鏡，該第三鏡群具有一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡，該第四鏡群具有一第六透鏡。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之攝像用光學透鏡組，其中該第一透鏡為負光焦度，該第三透鏡為正光焦度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之攝像用光學透鏡組，其中該第二透鏡之第一光學面及第二光學面為非球面，該第三透鏡之第一光學 面為非球面。
  6. 一種攝像裝置，其沿著光軸排列依序包含：一稜鏡，其係為全反射式之稜鏡；一第一鏡群，其具有負光焦度，其包含至少一負光焦度之透鏡；一第二鏡群，其具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡，該第二鏡群具有一第二透鏡；一第三鏡群，其具有正光焦度，其包含至少一正光焦度之透鏡及至少一負光焦度之透鏡；一第四鏡群，其具有正光焦度，其包含至少一光學面為非球面之透鏡；以及一影像感測元件，係設置於該攝像裝置之一成像面上，以將被攝物成像；其中該第二鏡群僅由單一透鏡構成，且其焦距為f2，該第三鏡群之焦距為f3，該攝像用光學透鏡組滿足下列關係式：0.4<f3/f2<0.7。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之攝像裝置，其中該稜鏡係為最靠近被攝物之鏡片，且其具有一入射光學面、一反射面及一出射光學面，且該反射面係經由全反射鍍膜之方式設置為一鏡面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之攝像裝置，其中沿著光軸排列該第一鏡群具有一第一透鏡，該第三鏡群具有一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡，該第四鏡群具有一第六透鏡。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之攝像裝置，其中該第一透鏡為負光焦度，該第三透鏡為正光焦度。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之攝像裝置，其中該第二透鏡之第一光學面及第二光學面為非球面，該第三透鏡之第一光學面為非球面。
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