TWI537594B - 近紅外線鏡頭 - Google Patents

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TWI537594B
TWI537594B TW102146333A TW102146333A TWI537594B TW I537594 B TWI537594 B TW I537594B TW 102146333 A TW102146333 A TW 102146333A TW 102146333 A TW102146333 A TW 102146333A TW I537594 B TWI537594 B TW I537594B
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施柏源
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信泰光學（深圳）有限公司
亞洲光學股份有限公司
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Description

近紅外線鏡頭
本發明係有關於一種近紅外線鏡頭。
目前有些遊戲機或智慧型電視已經具備非接觸式感應操控之功能，使用者不需使用傳統的按鍵或遙控器，只需以肢體動作即可操控遊戲機或智慧型電視。此種具備非接觸式感應操控功能之設備通常設置有影像截取鏡頭，藉由擷取使用者之肢體動作影像以做為操控設備之依據。另一方面，隨著此類型產品的輕薄化需求，其中所使用的影像截取鏡頭也需輕薄化。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種近紅外線鏡頭，其具有鏡頭總長度短小之特性，使近紅外線鏡頭具備輕薄化，但是仍具有良好的光學性能與解析度。
本發明之近紅外線鏡頭沿著光軸從物側至像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡。第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面朝向物側。第二透鏡為凸凹透鏡，第二透鏡之凸面朝向物側凹面朝向像側。第三透鏡為凹凸透鏡，第三透鏡之凹面朝向物側凸面朝向像側。第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面朝向物側。
其中第一透鏡為凸凹透鏡，第一透鏡之凹面朝向像側。
其中第一透鏡為雙凸透鏡。
其中第二透鏡具有正屈光力。
其中第二透鏡具有負屈光力。
其中第三透鏡具有正屈光力。
其中第三透鏡具有負屈光力。
其中第四透鏡為凹凸透鏡，第四透鏡之凸面朝向像側。
其中第四透鏡為雙凹透鏡。
其中第一透鏡及第二透鏡之組合具有正屈光力，第三透鏡及第四透鏡之組合具有負屈光力，近紅外線鏡頭之有效焦距與近紅外線鏡頭之鏡頭總長度的比值接近1。
其中第一透鏡及第二透鏡滿足以下條件：0.6f12/f1；其中，f12為第一透鏡及第二透鏡之組合有效焦距，f為近紅外線鏡頭之有效焦距。
其中第三透鏡及第四透鏡滿足以下條件：-2f34/f-0.5；其中，f34為第三透鏡及第四透鏡之組合有效焦距，f為近紅外線鏡頭之有效焦距。
其中近紅外線鏡頭滿足以下條件：0.9f/TTL1；其中，f為近紅外線鏡頭之有效焦距，TTL為第一透鏡之物側表面至成像面於光軸上之距離。
其中第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡滿足以下條件：0.5f1/f3、-5f2/f2、-5f3/f5、-2f4/f-0.5；其中，f1為第一透鏡之有效焦距，f2為第二透鏡之有效焦距，f3為第三透鏡之有效焦距，f4為第四透鏡之有效焦距，f為近紅外線鏡頭之有效焦距。
其中第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡之每一透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
本發明之近紅外線鏡頭可更包括一光圈，設置於第二透鏡與第三透鏡之間。
為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。
1、2、3、4、5‧‧‧近紅外線鏡頭
L11、L21、L31、L41、L51‧‧‧第一透鏡
L12、L22、L32、L42、L52‧‧‧第二透鏡
L13、L23、L33、L43、L53‧‧‧第三透鏡
L14、L24、L34、L44、L54‧‧‧第四透鏡
ST1、ST2、ST3、ST4、ST5‧‧‧光圈
OA1、OA2、OA3、OA4、OA5‧‧‧光軸
OF1、OF2、OF3、OF4、OF5‧‧‧濾光片
IMA1、IMA2、IMA3、IMA4、IMA5‧‧‧成像面
S11、S12、S13、S14、S15、S16‧‧‧面
S17、S18、S19、S110、S111‧‧‧面
S21、S22、S23、S24、S25、S26‧‧‧面
S27、S28、S29、S210、S211‧‧‧面
S31、S32、S33、S34、S35、S36‧‧‧面
S37、S38、S39、S310、S311‧‧‧面
S41、S42、S43、S44、S45、S46‧‧‧面
S47、S48、S49、S410、S411‧‧‧面
S51、S52、S53、S54、S55、S56‧‧‧面
S57、S58、S59、S510、S511‧‧‧面
第1圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第一實施例的透鏡配置與光路示意圖。
第2A圖係第1圖之近紅外線鏡頭之縱向球差圖。
第2B圖係第1圖之近紅外線鏡頭之像散場曲圖。
第2C圖係第1圖之近紅外線鏡頭之畸變圖。
第3圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第二實施例的透鏡配置與光路示意圖。
第4A圖係第3圖之近紅外線鏡頭之縱向球差圖。
第4B圖係第3圖之近紅外線鏡頭之像散場曲圖。
第4C圖係第3圖之近紅外線鏡頭之畸變圖。
第5圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第三實施例的透鏡配置與光路示意圖。
第6A圖係第5圖之近紅外線鏡頭之縱向球差圖。
第6B圖係第5圖之近紅外線鏡頭之像散場曲圖。
第6C圖係第5圖之近紅外線鏡頭之畸變圖。
第7圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第四實施例的透鏡配置與光路示意圖。
第8A圖係第7圖之近紅外線鏡頭之縱向球差圖。
第8B圖係第7圖之近紅外線鏡頭之像散場曲圖。
第8C圖係第7圖之近紅外線鏡頭之畸變圖。
第9圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第五實施例的透鏡配置與光路示意圖。
第10A圖係第9圖之近紅外線鏡頭之縱向球差圖。
第10B圖係第9圖之近紅外線鏡頭之像散場曲圖。
第10C圖係第9圖之近紅外線鏡頭之畸變圖。
請參閱第1圖，第1圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第一實施例的透鏡配置與光路示意圖。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA1上。近紅外線鏡頭1沿著光軸OA1從物側至像側依序包括一第一透鏡L11、一第二透鏡L12、一光圈ST1、一第三透鏡L13、一第四透鏡L14及一濾光片OF1。第一透 鏡L11具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S11為凸面像側面S12為凹面，物側面S11與像側面S12皆為非球面表面。第二透鏡L12具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S13為凸面像側面S14為凹面，物側面S13與像側面S14皆為非球面表面。第三透鏡L13具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S16為凹面像側面S17為凸面，物側面S16與像側面S17皆為非球面表面。第四透鏡L14具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S18為凹面像側面S19為凸面，物側面S18與像側面S19皆為非球面表面。濾光片OF1其物側面S110與像側面S111皆為平面。
另外，為使本發明之近紅外線鏡頭能保持良好的光學性能，第一實施例中的近紅外線鏡頭1需滿足底下七條件：
其中，f112為第一透鏡L11及第二透鏡L12之組合有效焦距，f134為第三透鏡L13及第四透鏡L14之組合有效焦距，f1為近紅外線鏡頭1之有效焦距，TTL1為第一透鏡L11之物側面S11至成像面IMA1於光軸OA1上之距離，f11為第一透鏡L11之有效 焦距，f12為第二透鏡L12之有效焦距，f13為第三透鏡L13之有效焦距，f14為第四透鏡L14之有效焦距。
利用上述透鏡與光圈ST1之設計，使得近紅外線鏡 頭1能有效的縮短鏡頭總長度、提升鏡頭解析度、有效的修正像差。
表一為第1圖中近紅外線鏡頭1之各透鏡之相關參 數表，表一資料顯示本實施例之近紅外線鏡頭1之有效焦距等於5.093mm、光圈值等於2.2、視角等於94°、鏡頭總長度等於5.400mm。
表一中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12
其中：c：曲率；h：透鏡表面任一點至光軸之垂直距離；k：圓錐係數；A~E：非球面係數。
表二為表一中各個透鏡之非球面表面之相關參數表，其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~E為非球面係數。
第一實施例之近紅外線鏡頭1其第一透鏡L11及第 二透鏡L12之組合有效焦距f112=4.0866215mm，第三透鏡L13及第四透鏡L14之組合有效焦距f134=-5.488787mm，近紅外線鏡頭1之有效焦距f1=5.093mm，第一透鏡L11之物側面S11至成像面IMA1於光軸OA1上之距離TTL1=5.400mm，第一透鏡L11之有效焦距f11=10.918827mm，第二透鏡L12之有效焦距f12=6.194119mm，第三透鏡L13之有效焦距f13=20.378295mm，第四透鏡L14之有效焦距f14=-4.573391mm，由上述資料可得到f112/f1=0.8024、f134/f1=-1.0777、f1/TTL1=0.9432、f11/f1=2.1439、f12/f1=1.2162、f13/f1=4.0012、f14/f1=-0.8980，皆能滿足上述條件(1)至條件(7)之要求。
另外，第一實施例之近紅外線鏡頭1的光學性能也 可達到要求，這可從第2A至第2C圖看出。第2A圖所示的，是第一實施例之近紅外線鏡頭1的縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)圖。第2B圖所示的，是第一實施例之近紅外線鏡頭1的像散場曲(Astigmatic Field Curves)圖。第2C圖所示的，是第一實 施例之近紅外線鏡頭1的畸變(Distortion)圖。
由第2A圖可看出，第一實施例之近紅外線鏡頭1 對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的縱向球差值介於-0.0125mm至0.0125mm之間。由第2B圖(圖中的弧矢方向之三條線幾乎重合，子午方向之三條線也幾乎重合，以致於看起來只有二條線)可看出，第一實施例之近紅外線鏡頭1對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之像散場曲介於-0.0125mm至0.0125mm之間。由第2C圖(圖中的三條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，第一實施例之近紅外線鏡頭1對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的畸變介於0%至2.0%之間。顯見第一實施例之近紅外線鏡頭1之縱向球差、像散場曲、畸變都能被有效修正，從而得到較佳的光學性能。
請參閱第3圖，第3圖係依據本發明之近紅外線鏡 頭之第二實施例的透鏡配置與光路示意圖。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA2上。近紅外線鏡頭2沿著光軸OA2從物側至像側依序包括一第一透鏡L21、一第二透鏡L22、一光圈ST2、一第三透鏡L23、一第四透鏡L24及一濾光片OF2。第一透鏡L21具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S21為凸面像側面S22為凹面，物側面S21與像側面S22皆為非球面表面。第二透鏡L22具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S23為凸面像側面S24為凹面，物側面S23與像側面S24皆為非球面表面。第 三透鏡L23具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S26為凹面像側面S27為凸面，物側面S26與像側面S27皆為非球面表面。第四透鏡L24具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S28為凹面像側面S29為凸面，物側面S28與像側面S29皆為非球面表面。濾光片OF2其物側面S210與像側面S211皆為平面。
另外，為使本發明之近紅外線鏡頭能保持良好的光學性能，第二實施例中的近紅外線鏡頭2需滿足底下七條件：
其中，f212為第一透鏡L21及第二透鏡L22之組合有效焦距，f234為第三透鏡L23及第四透鏡L24之組合有效焦距，f2為近紅外線鏡頭2之有效焦距，TTL2為第一透鏡L21之物側面S21至成像面IMA2於光軸OA2上之距離，f21為第一透鏡L21之有效焦距，f22為第二透鏡L22之有效焦距，f23為第三透鏡L23之有效焦距，f24為第四透鏡L24之有效焦距。
利用上述透鏡與光圈ST2之設計，使得近紅外線鏡頭2能有效的縮短鏡頭總長度、提升鏡頭解析度、有效的修正像 差。
表三為第3圖中近紅外線鏡頭2之各透鏡之相關參數表，表三資料顯示本實施例之近紅外線鏡頭2之有效焦距等於5.083mm、光圈值等於2.2、視角等於94°、鏡頭總長度等於5.400mm。
表三中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12
其中：c：曲率；h：透鏡表面任一點至光軸之垂直距離；k：圓錐係數；A~E：非球面係數。
表四為表三中各個透鏡之非球面表面之相關參數表，其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~E為非球面係數。
第二實施例之近紅外線鏡頭2其第一透鏡L21及第二 透鏡L22之組合有效焦距f212=4.289673mm，第三透鏡L23及第四透鏡L24之組合有效焦距f234=-6.257359mm，近紅外線鏡頭2之有效焦距f2=5.083mm，第一透鏡L21之物側面S21至成像面IMA2於光軸OA2上之距離TTL2=5.400mm，第一透鏡L21之有效焦距f21=11.155635mm，第二透鏡L22之有效焦距f22=6.576252mm，第三透鏡L23之有效焦距f23=13.111489mm，第四透鏡L24之有效焦距f24=-4.204105mm，由上述資料可得到f212/f2=0.8439、f234/f2=-1.2311、f2/TTL2=0.9414、f21/f2=2.1947、f22/f2=1.2938、f23/f2=2.5795、f24/f2=-0.8271，皆能滿足上述條件(8)至條件(14)之要求。
另外，第二實施例之近紅外線鏡頭2的光學性能也可達到 要求，這可從第4A至第4C圖看出。第4A圖所示的，是第二實施例之近紅外線鏡頭2的縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)圖。第4B圖所示的，是第二實施例之近紅外線鏡頭2的像散場曲(Astigmatic Field Curves)圖。第4C圖所示的，是第二實施例之近紅外線鏡頭2的畸變(Distortion)圖。
由第4A圖可看出，第二實施例之近紅外線鏡頭2對波長為 800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的縱向球差值介於-0.0125mm至0.0125mm之間。由第4B圖(圖中的弧矢方向之三條線幾乎重合，子午方向之三條線也幾乎重合，以致於看起來只有二條線)可看出，第二實施例之近紅外線鏡頭2對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之像散場曲介於-0.025 mm至0.0125mm之間。由第4C圖(圖中的三條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，第二實施例之近紅外線鏡頭2對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的畸變介於0%至2.0%之間。顯見第二實施例之近紅外線鏡頭2之縱向球差、像散場曲、畸變都能被有效修正，從而得到較佳的光學性能。
請參閱第5圖，第5圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第三實施例的透鏡配置與光路示意圖。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA3上。近紅外線鏡頭3沿著光軸OA3從物側至像側依序包括一第一透鏡L31、一第二透鏡L32、一光圈ST3、一第三透鏡L33、一第四透鏡L34及一濾光片OF3。第一透鏡L31具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S31為凸面像側面S32為凸面，物側面S31與像側面S32皆為非球面表面。第二透鏡L32具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S33為凸面像側面S34為凹面，物側面S33與像側面S34皆為非球面表面。第三透鏡L33具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S36為凹面像側面S37為凸面，物側面S36與像側面S37皆為非球面表面。第四透鏡L34具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S38為凹面像側面S39為凸面，物側面S38與像側面S39皆為非球面表面。濾光片OF3其物側面S310與像側面S311皆為平面。
另外，為使本發明之近紅外線鏡頭能保持良好的光學性能，第三實施例中的近紅外線鏡頭3需滿足底下七條件：
其中，f312為第一透鏡L31及第二透鏡L32之組合有 效焦距，f334為第三透鏡L33及第四透鏡L34之組合有效焦距，f3為近紅外線鏡頭3之有效焦距，TTL3為第一透鏡L31之物側面S31至成像面IMA3於光軸OA3上之距離，f31為第一透鏡L31之有效焦距，f32為第二透鏡L32之有效焦距，f33為第三透鏡L33之有效焦距，f34為第四透鏡L34之有效焦距。
利用上述透鏡與光圈ST3之設計，使得近紅外線鏡 頭3能有效的縮短鏡頭總長度、提升鏡頭解析度、有效的修正像差。
表五為第5圖中近紅外線鏡頭3之各透鏡之相關參 數表，表五資料顯示本實施例之近紅外線鏡頭3之有效焦距等於5.150mm、光圈值等於2.2、視角等於92°、鏡頭總長度等於5.400mm。
表五中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12
其中：c：曲率；h：透鏡表面任一點至光軸之垂直距離；k：圓錐係數；A~E：非球面係數。
表六為表五中各個透鏡之非球面表面之相關參數表，其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~E為非球面係數。
第三實施例之近紅外線鏡頭3其第一透鏡L31及第 二透鏡L32之組合有效焦距f312=4.1234634mm，第三透鏡L33及第四透鏡L34之組合有效焦距f334=-5.347574mm，近紅外線鏡頭3之有效焦距f3=5.150mm，第一透鏡L31之物側面S31至成像面IMA3於光軸OA3上之距離TTL3=5.400mm，第一透鏡L31之有效焦距f31=3.573882mm，第二透鏡L32之有效焦距f32=-19.08027mm，第三透鏡L33之有效焦距f33=18.975071mm，第四透鏡L34 之有效焦距f34=-4.393825mm，由上述資料可得到f312/f3=0.8007、f334/f3=-1.0385、f3/TTL3=0.9536、f31/f3=0.6940、f32/f3=-3.7052、f33/f3=3.6848、f34/f3=-0.8532，皆能滿足上述條件(15)至條件(21)之要求。
另外，第三實施例之近紅外線鏡頭3的光學性能也 可達到要求，這可從第6A至第6C圖看出。第6A圖所示的，是第三實施例之近紅外線鏡頭3的縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)圖。第6B圖所示的，是第三實施例之近紅外線鏡頭3的像散場曲(Astigmatic Field Curves)圖。第6C圖所示的，是第三實施例之近紅外線鏡頭3的畸變(Distortion)圖。
由第6A圖可看出，第三實施例之近紅外線鏡頭3 對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的縱向球差值介於-0.0125mm至0.0125mm之間。由第3B圖(圖中的弧矢方向之三條線幾乎重合，子午方向之三條線也幾乎重合，以致於看起來只有二條線)可看出，第三實施例之近紅外線鏡頭3對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之像散場曲介於-0.025mm至0.0125mm之間。由第6C圖(圖中的三條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，第三實施例之近紅外線鏡頭3對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的畸變介於0%至2.0%之間。顯見第三實施例之近紅外線鏡頭3之縱向球差、像散場曲、畸變都能被有效修正，從而得到較佳的光學性能。
請參閱第7圖，第7圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第四實施例的透鏡配置與光路示意圖。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA4上。近紅外線鏡頭4沿著光軸OA4從物側至像側依序包括一第一透鏡L41、一第二透鏡L42、一光圈ST4、一第三透鏡L43、一第四透鏡L44及一濾光片OF4。第一透鏡L41具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S41為凸面像側面S42為凸面，物側面S41與像側面S42皆為非球面表面。第二透鏡L42具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S43為凸面像側面S44為凹面，物側面S43與像側面S44皆為非球面表面。第三透鏡L43具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S46為凹面像側面S47為凸面，物側面S46與像側面S47皆為非球面表面。第四透鏡L44具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S48為凹面像側面S49為凸面，物側面S48與像側面S49皆為非球面表面。濾光片OF4其物側面S410與像側面S411皆為平面。
另外，為使本發明之近紅外線鏡頭能保持良好的光學性能，第四實施例中的近紅外線鏡頭4需滿足底下七條件：
其中，f412為第一透鏡L41及第二透鏡L42之組合有效焦距，f434為第三透鏡L43及第四透鏡L44之組合有效焦距，f4為近紅外線鏡頭4之有效焦距，TTL4為第一透鏡L41之物側面S41至成像面IMA4於光軸OA4上之距離，f41為第一透鏡L41之有效焦距，f42為第二透鏡L42之有效焦距，f43為第三透鏡L43之有效焦距，f44為第四透鏡L44之有效焦距。
利用上述透鏡與光圈ST4之設計，使得近紅外線鏡頭4能有效的縮短鏡頭總長度、提升鏡頭解析度、有效的修正像差。
表七為第7圖中近紅外線鏡頭4之各透鏡之相關參數表，表七資料顯示本實施例之近紅外線鏡頭4之有效焦距等於5.130mm、光圈值等於2.2、視角等於92°、鏡頭總長度等於5.400mm。
表七中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12
其中：c：曲率；h：透鏡表面任一點至光軸之垂直距離；k：圓錐係數；A~E：非球面係數。
表八為表七中各個透鏡之非球面表面之相關參數表，其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~E為非球面係數。
第四實施例之近紅外線鏡頭4其第一透鏡L41及第二透鏡L42之組合有效焦距f412=4.1588711mm，第三透鏡L43及第四透鏡L44之組合有效焦距f434=-5.511109mm，近紅外線鏡頭4之有效焦距f4=5.130mm，第一透鏡L41之物側面S41至成像面IMA4於光軸OA4上之距離TTL4=5.400mm，第一透鏡L41之有效焦距f41=3.684161mm，第二透鏡L42之有效焦距f42=-22.45904mm，第三透鏡L43之有效焦距f43=25.003466mm，第四透鏡L44之有效焦距f44=-4.709051mm，由上述資料可得到f412/f4=0.8106、f434/f4=-1.0742、f4/TTL4=0.9501、f41/f4=0.7181、f42/f4=-4.3776、f43/f4=4.8736、f44/f4=-0.9179，皆能滿足上述條件(22)至條件(28)之要求。
另外，第四實施例之近紅外線鏡頭4的光學性能也可達到要求，這可從第8A至第8C圖看出。第8A圖所示的，是第四實施例之近紅外線鏡頭4的縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)圖。第8B圖所示的，是第四實施例之近紅外線鏡頭4的像散場曲(Astigmatic Field Curves)圖。第8C圖所示的，是第四實施例之近紅外線鏡頭4的畸變(Distortion)圖。
由第8A圖可看出，第四實施例之近紅外線鏡頭4對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的縱向球差值介於-0.025mm至0.025mm之間。由第8B圖(圖中的弧矢方向之三條線幾乎重合，子午方向之三條線也幾乎重合，以致於看起來只有二條線)可看出，第四實施例之近紅外線鏡頭4對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之像散場曲介於-0.025mm至0.0125mm之間。由第8C圖(圖中的三條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，第四實施例之近紅外線鏡頭4對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的畸變介於0%至2.0%之間。顯見第四實施例之近紅外線鏡頭4之縱向球差、像散場曲、畸變都能被有效修正，從而得到較佳的光學性能。
請參閱第9圖，第9圖係依據本發明之近紅外線鏡頭之第五實施例的透鏡配置與光路示意圖。成像時，來自物側之光線最後成像於成像面IMA5上。近紅外線鏡頭5沿著光軸OA5從物側至像側依序包括一第一透鏡L51、一第二透鏡L52、一光圈 ST5、一第三透鏡L53、一第四透鏡L54及一濾光片OF5。第一透鏡L51具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S51為凸面像側面S52為凹面，物側面S51與像側面S52皆為非球面表面。第二透鏡L52具有正屈光力由塑膠材質製成，其物側面S53為凸面像側面S54為凹面，物側面S53與像側面S54皆為非球面表面。第三透鏡L53具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S56為凹面像側面S57為凸面，物側面S56與像側面S57皆為非球面表面。第四透鏡L54具有負屈光力由塑膠材質製成，其物側面S58為凹面像側面S59為凹面，物側面S58與像側面S59皆為非球面表面。濾光片OF5其物側面S510與像側面S511皆為平面。
另外，為使本發明之近紅外線鏡頭能保持良好的光學性能，第五實施例中的近紅外線鏡頭5需滿足底下七條件：
其中，f512為第一透鏡L51及第二透鏡L52之組合有效焦距，f534為第三透鏡L53及第四透鏡L54之組合有效焦距，f5為近紅外線鏡頭5之有效焦距，TTL5為第一透鏡L51之物側面S51 至成像面IMA5於光軸OA5上之距離，f51為第一透鏡L51之有效焦距，f52為第二透鏡L52之有效焦距，f53為第三透鏡L53之有效焦距，f54為第四透鏡L54之有效焦距。
利用上述透鏡與光圈ST5之設計，使得近紅外線鏡頭5能有效的縮短鏡頭總長度、提升鏡頭解析度、有效的修正像差。
表九為第9圖中近紅外線鏡頭5之各透鏡之相關參數表，表九資料顯示本實施例之近紅外線鏡頭5之有效焦距等於5.098mm、光圈值等於2.2、視角等於94°、鏡頭總長度等於5.400mm。
表九中各個透鏡之非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：z=ch2/{1+[1-(k+1)c2h2]1/2}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12
其中：c：曲率；h：透鏡表面任一點至光軸之垂直距離；k：圓錐係數；A~E：非球面係數。
表十為表九中各個透鏡之非球面表面之相關參數表，其中k為圓錐係數(Conic Constant)、A~E為非球面係數。
第五實施例之近紅外線鏡頭5其第一透鏡L51及第二透鏡L52之組合有效焦距f512=3.8906446mm，第三透鏡L53及第四透鏡L54之組合有效焦距f534=-4.141311mm，近紅外線鏡頭5之有效焦距f5=5.098mm，第一透鏡L51之物側面S51至成像面IMA5於光軸OA5上之距離TTL5=5.400mm，第一透鏡L51之有效焦距f51=10.986343mm，第二透鏡L52之有效焦距f52=5.641353mm，第三透鏡L53之有效焦距f53=-19.99995mm，第四透鏡L54之有效焦距f54=-5.667977mm，由上述資料可得到f512/f5=0.7631、f534/f5=-0.8123、f5/TTL5=0.9441、f51/f5=2.1549、f52/f5=1.1065、f53/f5=-3.9228、f54/f5=-1.1117，皆能滿足上述條件(29)至條件(35)之要求。
另外，第五實施例之近紅外線鏡頭5的光學性能也可達到要求，這可從第10A至第10C圖看出。第10A圖所示的，是第五實施例之近紅外線鏡頭5的縱向球差(Longitudinal Spherical Aberration)圖。第10B圖所示的，是第五實施例之近紅外線鏡頭5 的像散場曲(Astigmatic Field Curves)圖。第10C圖所示的，是第五實施例之近紅外線鏡頭5的畸變(Distortion)圖。
由第10A圖可看出，第五實施例之近紅外線鏡頭5對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的縱向球差值介於-0.0125mm至0.025mm之間。由第10B圖(圖中的弧矢方向之三條線幾乎重合，子午方向之三條線也幾乎重合，以致於看起來只有二條線)可看出，第五實施例之近紅外線鏡頭5對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線，於子午(Tangential)方向與弧矢(Sagittal)方向之像散場曲介於-0.0125mm至0.0125mm之間。由第10C圖(圖中的三條線幾乎重合，以致於看起來只有一條線)可看出，第五實施例之近紅外線鏡頭5對波長為800.0000nm、850.0000nm、900.0000nm之光線所產生的畸變介於0%至2.3%之間。顯見第五實施例之近紅外線鏡頭5之縱向球差、像散場曲、畸變都能被有效修正，從而得到較佳的光學性能。
上述實施例中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡之物側面與像側面皆為非球面表面，然而可以了解到，若第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡之每一透鏡改為至少一面為非球面表面，亦應屬本發明之範疇。
上述實施例中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡皆由塑膠材質製成，然而可以了解到，若第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡部份改為由玻璃材質製成或全部由玻璃材質製成，亦應屬本發明之範疇。
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，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，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。
1‧‧‧紅外線鏡頭
L11‧‧‧第一透鏡
L12‧‧‧第二透鏡
L13‧‧‧第三透鏡
L14‧‧‧第四透鏡
ST1‧‧‧光圈
OA1‧‧‧光軸
OF1‧‧‧濾光片
IMA1‧‧‧成像面
S11、S12、S13、S14、S15、S16‧‧‧面
S17、S18、S19、S110、S111‧‧‧面

Claims (15)

  1. 一種近紅外線鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為凸凹透鏡，該第二透鏡之凸面朝向該物側凹面朝向該像側；一第三透鏡，該第三透鏡為凹凸透鏡，該第三透鏡之凹面朝向該物側凸面朝向該像側；以及一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；其中該第一透鏡以及該第二透鏡之組合具有正屈光力，該第三透鏡以及該第四透鏡之組合具有負屈光力，該近紅外線鏡頭之有效焦距與該近紅外線鏡頭之鏡頭總長度的比值接近1。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之近紅外線鏡頭，其中該第一透鏡為凸凹透鏡，該第一透鏡之凹面朝向該像側。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之近紅外線鏡頭，其中該第二透鏡具有負屈光力。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之近紅外線鏡頭，其中該第三透鏡具有正屈光力。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之近紅外線鏡頭，其中該第四透鏡為雙凹透鏡。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之近紅外線鏡頭，其中該近紅外線鏡頭滿足以下條件： 0.9f/TTL1其中，f為該近紅外線鏡頭之有效焦距，TTL為該第一透鏡之物側表面至成像面於該光軸上之距離。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之近紅外線鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡之每一透鏡至少一面為非球面表面或兩個面皆為非球面表面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之近紅外線鏡頭，其更包括一光圈，設置於該第二透鏡與該第三透鏡之間。
  9. 一種近紅外線鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為凸凹透鏡，該第二透鏡之凸面朝向該物側凹面朝向該像側；一第三透鏡，該第三透鏡為凹凸透鏡，該第三透鏡之凹面朝向該物側凸面朝向該像側；以及一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；其中該第一透鏡為雙凸透鏡。
  10. 一種近紅外線鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為凸凹透鏡，該第二透鏡之凸面朝向該物側凹面朝向該像側； 一第三透鏡，該第三透鏡為凹凸透鏡，該第三透鏡之凹面朝向該物側凸面朝向該像側；以及一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；其中該第二透鏡具有正屈光力。
  11. 一種近紅外線鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為凸凹透鏡，該第二透鏡之凸面朝向該物側凹面朝向該像側；一第三透鏡，該第三透鏡為凹凸透鏡，該第三透鏡之凹面朝向該物側凸面朝向該像側；以及一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；其中該第三透鏡具有負屈光力。
  12. 一種近紅外線鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為凸凹透鏡，該第二透鏡之凸面朝向該物側凹面朝向該像側；一第三透鏡，該第三透鏡為凹凸透鏡，該第三透鏡之凹面朝向該物側凸面朝向該像側；以及 一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；其中該第四透鏡為凹凸透鏡，該第四透鏡之凸面朝向該像側。
  13. 一種近紅外線鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為凸凹透鏡，該第二透鏡之凸面朝向該物側凹面朝向該像側；一第三透鏡，該第三透鏡為凹凸透鏡，該第三透鏡之凹面朝向該物側凸面朝向該像側；以及一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；其中該第一透鏡以及該第二透鏡滿足以下條件：0.6f12/f1其中，f12為該第一透鏡以及該第二透鏡之組合有效焦距，f為該近紅外線鏡頭之有效焦距。
  14. 一種近紅外線鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為凸凹透鏡，該第二透鏡之凸面朝向該物側凹面朝向該像側；一第三透鏡，該第三透鏡為凹凸透鏡，該第三透鏡之凹面朝向該物側凸面朝向該像側；以及 一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；其中該第三透鏡以及該第四透鏡滿足以下條件：-2f34/f-0.5其中，f34為該第三透鏡以及該第四透鏡之組合有效焦距，f為該近紅外線鏡頭之有效焦距。
  15. 一種近紅外線鏡頭，沿著光軸從物側至像側依序包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有正屈光力且包括一凸面，該凸面朝向該物側；一第二透鏡，該第二透鏡為凸凹透鏡，該第二透鏡之凸面朝向該物側凹面朝向該像側；一第三透鏡，該第三透鏡為凹凸透鏡，該第三透鏡之凹面朝向該物側凸面朝向該像側；以及一第四透鏡，該第四透鏡具有負屈光力且包括一凹面，該凹面朝向該物側；其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡滿足以下條件：0.5f1/f3 -5f2/f2 -5f3/f5 -2f4/f-0.5 其中，f1為該第一透鏡之有效焦距，f2為該第二透鏡之有效焦距，f3為該第三透鏡之有效焦距，f4為該第四透鏡之有效焦距，f為該近紅外線鏡頭之有效焦距。
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