TWI663425B

TWI663425B - 光學鏡頭

Info

Publication number: TWI663425B
Application number: TW104144192A
Authority: TW
Inventors: 林盈秀; 王國權
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2019-06-21
Also published as: TW201723573A

Abstract

一種光學鏡頭，包括第一透鏡群以及第二透鏡群。第一透鏡群位於放大側與縮小側之間。第一透鏡群包括三片透鏡，第二透鏡朝向縮小側的表面是凸面非球面。第二透鏡群包括三片透鏡。第一透鏡群及第二透鏡群當中至少各有一非球面透鏡。

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，大致上需要具備廣視場角、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，具備廣視場角，且可提供良好光學品質。

本發明的一種光學鏡頭包括第一透鏡群以及第二透鏡群。第一透鏡群位於放大側與縮小側之間。第一透鏡群包括由放大側至該小側排列的第一透鏡以及第二透鏡。第二透鏡朝向縮小側的表面是凸面。第二透鏡群位於第一透鏡群與縮小側之間。第二透鏡群包括第三透鏡。光學鏡頭符合FOV≧160度、F＜2.0以及4＜L/H＜6之條件。FOV為光學鏡頭的視場角，L為第一透鏡朝向放大側的表面到縮小側成像平面的總長，H為縮小側成像平面的成像高度，F為光圈數。

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，因此具廣視場角，且可提供良好光學品質。

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OS與縮小側IS之間。光學鏡頭100包括第一透鏡群110以及第二透鏡群120。第一透鏡群110位於放大側OS與第二透鏡群120之間。第二透鏡群120位於第一透鏡群110與縮小側IS之間，光圈S配置於第一透鏡群110與第二透鏡群120之間，第一透鏡群110以及第二透鏡群120沿著光學鏡頭100的光軸A排列。

在本實施例中，第一透鏡群110包括從放大側OS至縮小側IS排列的第一透鏡(L1)112、第二透鏡(L2)114、第四透鏡(L4)116及第七透鏡(L7)118，其屈光度分別為負、負、負、正。第二透鏡群120包括從放大側OS至縮小側IS排列的第五透鏡(L5)122、第六透鏡(L6)124以及第三透鏡(L3)126，其屈光度依序為負、正、正。在一實施例中，在光學鏡頭100組裝完成後，第一透鏡112耦接一適於防水的橡膠墊圈(O-Ring)。

在本實施例中，第一透鏡112為玻璃透鏡。第二、第四及第三透鏡為非球面透鏡。換句話說，第一透鏡群110以及第二透鏡群120當中至少各有一非球面透鏡。在本實施例中，第五及第六透鏡形成一膠合透鏡。第二透鏡114朝向縮小側IS的表面S4是凸面非球面。

在本實施例中，光學鏡頭100符合以下條件(1)至(3)： FOV≧160度 (1) F＜2 (2) 4＜L/H＜6 (3) 其中，FOV為光學鏡頭100的視場角或在一維度的最大視場角，L為光學鏡頭100的總長，係光軸A上第一透鏡112的表面S1至縮小側成像平面140的距離，H為縮小側成像平面的成像高度，F為光圈數。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，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S14與S15。光學鏡頭100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為第二透鏡114之兩表面，表面S5、S6為第四透鏡116之兩表面，表面S7、S8為第七透鏡118之兩表面，表面S9為第五透鏡122之表面，表面S10為第五透鏡122與第六透鏡124相連的表面，表面S11為第六透鏡124面向縮小側IS的表面，表面S12、S13為第三透鏡126之兩表面。

在本實施例中，表面S3、S4、S5、S6、S12、S13為非球面，其可用下列公式(4)表示：(4)

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S3至S6以及S12至S13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。下表二列出表面S3至S6以及S12至S13的參數值。

（表二）

承上述，在本實施例的光學鏡頭100中，光圈值（F-Number, Fno）2.0，視場角（field of view, FOV）185度，鏡頭總長L（total track length, TTL）18毫米，鏡頭總長L與縮小側成像平面的成像高度H的比值L/H 5.9。

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與光學鏡頭100兩者之間主要的差異例如在於第二透鏡214具有正屈光度，第六透鏡224朝向縮小側IS的表面S11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。在本實施例中，表面S3、S4、S5、S6、S12、S13為非球面，其可用上述公式(4)來表示。下表四列出表面S3至S6以及S12至S13的參數值。在本實施例中，係數A₂ 、A₁₀ 、A₁₂ 、A₁₄ 、A₁₆ 為0。

（表四）

承上述，在本實施例的光學鏡頭200中，光圈值2.0，視場角164度，鏡頭總長20毫米，鏡頭總長L與縮小側成像平面的成像高度H的比值L/H 5.9。

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1A及圖3A，本實施例的光學鏡頭300與光學鏡頭100兩者之間主要的差異例如在於第四透鏡316是球面透鏡，第二透鏡314朝向放大側OS的表面S3為凸面，朝向縮小側IS的表面S4為凹面，第四透鏡316朝向放大側OS的表面S5為凸面，朝向縮小側IS的表面S6為凹面，第五透鏡322朝向放大側OS的表面S9為凹面。

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。在本實施例中，表面S3、S4、S12、S13為非球面，其可用上述公式(4)來表示。下表六列出表面S3至S4以及S12至S13的參數值。

（表六）

承上述，在本實施例的光學鏡頭300中，光圈值2.0，視場角190度，鏡頭總長18毫米，鏡頭總長L與縮小側成像平面的成像高度H的比值L/H5.9。

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1A及圖4A，本實施例的光學鏡頭400與光學鏡頭100兩者之間主要的差異例如在於光學鏡頭400的第一透鏡群410是包括三個透鏡，其屈光度分別為負、負、正，第二透鏡群420包括三個透鏡，其屈光度分別為正、負、正，第二透鏡414朝向縮小側IS的表面S4為凹面，第五透鏡422朝向縮小側IS的表面S8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。在本實施例中，表面S3、S4、S5、S6、S10、S11為非球面，其可用上述公式(4)來表示。下表八列出表面S3至S6以及S10至S11的參數值。

（表八）

承上述，在本實施例的光學鏡頭400中，光圈值2.3，視場角170度，鏡頭總長19.76毫米，鏡頭總長L與縮小側成像平面的成像高度H的比值L/H5.9。

圖1B-1D、圖2B-2D、圖3B-3D和圖4B-4D為圖1A、圖2A、圖3A和圖4A之光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。其中，圖1B、圖2B、圖3B和圖4B是橫向光線扇形圖（transverse ray fan plot），而圖中的X軸為光線通過光圈S的位置，Y軸為光線投射至像平面（例如成像平面440）的位置。在此分別以波長為855奈米的色光、波長為656奈米的紅光、波長588奈米的綠光以及波長486奈米的藍光作為參考波段進行模擬。圖1C、圖2C、圖3C和圖4C繪示場曲（field curvature）的圖形，圖1D、圖2D、圖3D和圖4D繪示畸變（distortion）的圖形且均是以波長為588nm的光所模擬出來的。在本發明的四個實施例中，光學鏡頭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。由於前述各圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內，因此本發明實施例之光學鏡頭可在廣視場角、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廣視場角、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‧‧‧第二透鏡

116、216、316、416‧‧‧第四透鏡

118、218、318‧‧‧第七透鏡

120、220、320、420‧‧‧第二透鏡群

122、222、322、422‧‧‧第五透鏡

124、224、324、424‧‧‧第六透鏡

126、226、326、426‧‧‧第三透鏡

130、330、430‧‧‧玻璃蓋

140、240、340、440‧‧‧成像平面

A‧‧‧光軸

OS‧‧‧放大側

IS‧‧‧縮小側

S‧‧‧光圈

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15‧‧‧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。

Claims

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，包括由該放大側至該縮小側排列的一第一透鏡以及一第二透鏡，該第二透鏡朝向該縮小側的表面是凸面；以及一第二透鏡群，位於該第一透鏡群與該縮小側之間，包括一第三透鏡，其中該光學鏡頭符合FOV≧160度、F<2.0以及4<L/H<6之條件，FOV為該光學鏡頭的視場角，L為該第一透鏡朝向該放大側的表面到一縮小側成像平面的總長，H為該縮小側成像平面的一成像高度，F為光圈數。
如申請專利範圍第1項所述的光學鏡頭，其中該第二透鏡與該第三透鏡是非球面透鏡。
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，包括由該放大側至該縮小側排列的一第一透鏡以及一第二透鏡，該第二透鏡為非球面；以及一第二透鏡群，位於該第一透鏡群與該縮小側之間，包括一第三透鏡，該第三透鏡為非球面，其中該光學鏡頭符合FOV≧160度、F<2.0以及4<L/H<6之條件，FOV為該光學鏡頭在一維度的最大視場角，L為該第一透鏡朝向該放大側的表面到一縮小側成像平面的總長，H為該縮小側成像平面的一成像高度，F為光圈數。
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，包括由該放大側至該縮小側排列的一第一透鏡以及一第二透鏡，該第二透鏡為非球面；以及一第二透鏡群，位於該第一透鏡群與該縮小側之間，包括一第三透鏡，該第三透鏡為非球面，其中該光學鏡頭符合FOV≧160度、F≦2.3、L<20毫米以及4<L/H<6之條件，FOV為該光學鏡頭在一維度的最大視場角，L為該第一透鏡朝向該放大側的表面到一縮小側成像平面的總長，H為該縮小側成像平面的一成像高度，F為光圈數。
如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡是玻璃透鏡。
如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡耦接一橡膠墊圈，其適於防水。
如申請專利範圍第2至4項中任一項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第四透鏡，其位於該第二透鏡與該第二透鏡群之間，且該第四透鏡為非球面透鏡以及該第三透鏡為最靠近該縮小側成像平面的透鏡。
如申請專利範圍第7項所述的光學鏡頭，其中該第二透鏡和該第四透鏡，其材質為塑膠。
如申請專利範圍第7項所述的光學鏡頭，其中該二透鏡群更包括一第五透鏡和一第六透鏡組成的一膠合透鏡。
如申請專利範圍第9項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡群更包括一第七透鏡，位於該第四透鏡與該第二透鏡群之間。