TWI666482B - 鏡頭 - Google Patents

Abstract

鏡頭包含鏡筒、第一光學元件及第二光學元件。鏡筒的內緣設有多個實質上沿鏡筒的軸線方向延伸且沿內緣呈環狀排列的凸出結構。凸出結構處的鏡筒內徑小於或等於30毫米。第一光學元件及第二光學元件分別設置於鏡筒的第一承靠面上及第二承靠面上。第一承靠面與第二承靠面之間垂直於軸線方向的最小距離為D1。第一承靠面與第二承靠面之間沿軸線方向的最小距離為D2，其中D2/D1大於等於2。

Description

鏡頭

本發明是有關於一種鏡頭，且特別是有關於一種其鏡筒內緣設有多個呈環狀排列的凸出結構之鏡頭。

近年來，以數位相機為代表的攝像裝置得到了迅速發展並廣泛應用於各種領域，其所拍攝影像之品質亦得到了較大提高。在習知攝像裝置中存在著「鬼影」的問題。例如，部分入射光線並非直接通過透鏡折射後進入影像感測器，反而是在套筒表面經過反射後入射至影像感測器而形成雜訊，通常將此雜訊稱之為「鬼影」。然而，「鬼影」會降低攝像品質。因此，提出一種能改善鬼影問題的技術是本領域業者努力方向之一。

本發明一實施例中提出了一種鏡頭。鏡頭包括鏡筒及數個例如是透鏡的光學元件。鏡筒中的內緣可以設置複數個用於分散雜散光密度的凸出結構。前述的各個凸出結構是實質上沿鏡筒的軸線方向延伸的，同時沿內緣呈環狀排列。而凸出結構所設置之處的鏡筒內徑小於等於30毫米(mm)。而由於鏡筒中的內緣上若有過長的表面時，會助長雜散光的產生，而若將凸出結構 設於前述的長表面時，則可有效的減緩雜散光的問題。前述的長表面舉例來說，當二光學元件分別承靠於鏡筒的二承靠面上時，二承靠面之間垂直於軸線方向的最小距離除以二承靠面之間沿軸線方向的最小距離大於等於2時，則可視為前述助長雜散光的長型表面。如此，藉由在長型表面設置凸出結構，可有效擴大鬼影分佈，以降低鬼影的能量密度，進而讓鬼影變得不明顯。

本發明的另一實施例中提出了一種鏡頭。鏡頭包括鏡筒及數個例如是透鏡的光學元件。鏡筒中的內緣可以設置複數個用於分散雜散光密度的凸出結構。前述的各個凸出結構實質上呈環狀排列。其中一透鏡經一接觸點設於鏡筒中，而另一透鏡的直徑小於等於30mm，且經另一接觸點設於鏡筒中並鄰設於前述透鏡。鏡筒於二透鏡之間的區域為中間區域，凸出結構設於中間區域。中間區域內由二接觸點構成的一直角三角形的斜率絕對值小於等於1/2。如此，藉由在中間區域內設置凸出結構，可有效擴大鬼影分佈，以降低鬼影的能量密度，進而讓鬼影變得不明顯。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

1’‧‧‧攝像裝置

1‧‧‧鏡頭

2‧‧‧影像感測器

10‧‧‧鏡筒

10w‧‧‧內緣

10s1、10s2‧‧‧承靠面

11‧‧‧凸出結構

20、30‧‧‧光學元件

A‧‧‧高度

AX‧‧‧軸線方向

B‧‧‧最小鏡筒直徑

C1、C2‧‧‧曲線

D1、D2‧‧‧最小距離

D_I‧‧‧內徑

D_O‧‧‧直徑

N‧‧‧數量

M‧‧‧最大能量強度

O1‧‧‧物體

R1‧‧‧中間區域

T1、T2‧‧‧接觸點

第1圖繪示依照本發明一實施例之攝像裝置的示意圖。

第2圖繪示第1圖之鏡頭的局部剖視的示意圖。

第3圖繪示第2圖之鏡筒沿方向3-3’剖設的示意圖。

第4圖繪示第2圖之鏡頭的局部放大示意圖。

第5A圖繪示習知沒有凸出結構下影像感測器所感測到的能量分布曲線示意圖。

第5B圖繪示第1圖之鏡筒的影像感測器所感測到的能量分布曲線示意圖。

本發明實施例提供一種鏡頭，藉由在鏡頭內緣表面設置凸出結構，可將集中的光線鬼影擴散分佈，以降低鬼影的能量密度，進而讓鬼影變得不明顯。下列係以具體實施例進一步說明。

請參照第1~4圖，第1圖繪示依照本發明一實施例之攝像裝置1’的示意圖，第2圖繪示第1圖之鏡頭1的局部剖視圖，第3圖繪示第2圖之鏡筒10沿方向3-3’的剖視圖，而第4圖繪示第2圖之鏡頭1的局部放大示意圖。

如第1圖所示，攝像裝置1’至少包括鏡頭1及影像感測器2。攝像裝置1’例如是照相機或攝影機。影像感測器2例如是電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CDD)或是如互補性氧化金屬半導體(CMOS)等各式感光元件。在應用時，來自於物側之物體O1的光線穿透鏡頭1被調整後出射並通常成像於影像感測器2的表面。影像感測器2可將影像光線轉換成相對於物體O1的影像數位訊號。

如第2及3圖所示，鏡頭1包括鏡筒10、光學元件20(例如稱為第一光學元件)及光學元件30(例如稱為第二光學元件)。

鏡筒10的內緣10w設有數個實質上沿鏡筒10的軸線方向AX延伸且沿內緣10w呈環狀排列的凸出結構11。由於成型機所能製作的結構的大小是有限制的，當鏡筒10的內徑D_I小於等於在小於一限值時，例如是30毫米(mm)，受限於結構的最小尺寸，鏡筒10內部無法在鏡筒內部形成多層漸小或漸大，用於緩解雜散光的階梯結構。而為緩解雜散光的問題，若將本例中的凸出結構11形成於30毫米以下內徑的鏡頭中，可在鏡筒內部空間有限的前提下，提供散射雜散光的功效。此外，由本案圖式可知，軸線方向AX為鏡筒10的長度方向。

再者，由於凸出結構11的幾何型態使凸出結構11易於製造(如脫模性佳)，因此即使是小尺寸的鏡筒10(如內徑D_I小於30mm的鏡筒10)，也能易於形成凸出結構11。更明確的說，鏡筒10無需整支均小於30mm，而僅需於形成凸出結構11的部份的內緣表面小於30mm時，己可收到效果。而前述的內徑，是不包括凸出結構11的高度在內的，亦即指各凸出結構11之間，穿過鏡筒的軸線所量測而得的距離。

以製造方法來說，凸出結構11與鏡筒10可以是一體型結構。例如，凸出結構11與鏡筒10可採用塑膠射出成型技術一 體形成；惟不以此為限，需要時凸出結構11可外加或以加工機以移除材料的方式形成於鏡筒10的內緣表面上。

如第2圖所示，本發明實施例之鏡筒10的內緣10w的延伸方向係以大致平行於軸線方向AX為例說明。在另一實施例中，鏡筒10的內緣10w的延伸方向與軸線方向AX可以非平行，例如鏡筒10的內緣10w相對軸線方向AX係略為傾斜的。而當凸出結構11是形成在傾斜表面時，只要凸出結構11所覆蓋的任一內徑D_I值小於30mm，即可應用之。

如第2及3圖所示，各凸出結構11的形狀實質上相同。例如，各凸出結構11的形狀為三角柱狀凸出，然於另一實施例中，亦可為圓柱狀凸出、矩形狀突出或扇形狀凸出取代之。此外，如第3圖所示，各凸出結構11的高度為A，此些凸出結構11所處的最小鏡筒直徑為B，其中高度A與最小鏡筒直徑B的比值(即A/B)介於0.002至0.1時，已有效果；在介於0.005至0.05時，其效果較佳。於本例中，高度A約為0.2mm，直徑B約為8.6mm，A/B的比值約為0.023。如前所述，最小鏡筒直徑B，例如是前述凸出結構11處的內徑D_I值。

如第3圖所示，雖然本發明實施例之此些凸出結構11呈完整的環狀排列，然在另一實施例中，此些凸出結構11並不以完整的構成一環狀為限，其可為多段式設計。再者，凸出結構11在完整環狀時，效果較佳，惟其不以完整環狀為限，凸出結構11得僅涵蓋部份範圍。本發明實施例不限定此些凸出結構11的排列 形狀，只要是可以改善鬼影現象的排列方式，皆可應用為本發明實施例之凸出結構的排列。如第3圖所示，此些凸出結構11排列成週期性結構，一個凸出結構11為一個週期。在另一實施例中，可以數個凸出結構11成為一個週期，而每個週期的數個凸出結構11可為連續或不連續，而其形狀及/或尺寸(如凸出結構11的高度A及/或寬度)可為相同或相異。

綜上，本發明實施例不限定凸出結構11的剖面形狀、尺寸、延伸方向、數量、位置及/或差異度，只要是能夠改善習知鬼影問題的幾何形態，皆可應用為本發明實施例之凸出結構。

如第4圖所示，光學元件20及光學元件30例如是各種透鏡(LENS)、光圈(STOP)、遮光片(SOMA)、濾光片(FILTER)、隔距件(Spacer)、分光片(以極性或波長分)、擴散片或其它的可影響光線性質或行進方的光學元件，均得為本例中的光學元件。

如第4圖所示，光學元件20與光學元件30配置在鏡筒10上且為直接相鄰配置的二元件。在本實施例中，光學元件20與光學元件30之間可選擇性地不配置有任何前段提及的各種光學元件。

如第4圖所示，凸出結構11位於光學元件20與光學元件30之間。光學元件20承靠於鏡筒10的承靠面10s1(例如稱為第一承靠面)上，而光學元件30承靠於鏡筒10的承靠面10s2(例如稱為第二承靠面)上。承靠面10s1與承靠面10s2之間垂直於軸線方 向AX的最小距離為D1。承靠面10s1與承靠面10s2之間沿軸線方向AX的最小距離為D2，其中最小距離D2與最小距離D1的比值(即D2/D1)大於或等於2。詳言之，當鏡筒內二元件之間存在深長的(即D2/D1的值等於或大於2)平滑內側壁，則容易發生鬼影現象。故此，如本實施例中提及的凸出結構11設於光學元件20與光學元件30之間，D2/D1比值大於2的側壁上時，其鬼影的改善效果即較明顯。於本例中，光學元件20與鏡筒10的承靠面10s1之間設有黏膠以固定其二者，亦即，承靠並不以直接接觸為限。

詳言之，由於本發明實施例之凸出結構11的設計，即使光學元件20與30之間的距離相當深長，如D2/D1的比值大於100，仍不影響其改善鬼影的效能。

如第4圖所示，光學元件20經接觸點T1(例如稱為第一接觸點)設於鏡筒10中。光學元件30經接觸點T2(例如稱為第二接觸點)設於鏡筒10中，且鄰設於光學元件20。如圖所示，接觸點T2比凸出結構11靠近軸線方向AX，因此可挑選直徑D_O(直徑D_O繪示於第2圖)小於或等於30mm的光學元件20。此外，如圖所示，當光學元件20以面接觸方式接觸承靠面10s1時，接觸點T1為接觸面中最靠近軸線方向AX的接觸點。相似地，當光學元件30以面接觸方式接觸承靠面10s2時，接觸點T2為接觸面中最靠近軸線方向AX的接觸點。

如第4圖所示，鏡筒10於光學元件20與光學元件30之間的區域為中間區域R1，此中間區域R1的平均斜率的絕對值小 於等於1/2，凸出結構11設於此中間區域R1內。此平均斜率係依據中間區域R1的極值端點計算而得。例如，以接觸點T1與接觸點T2的連線構成一直角三角形(以粗線繪製)的斜邊，此直角三角形的斜邊相對底邊(平行於軸線方向AX)的斜率定義成本發明實施例的平均斜率。而於本例中，接觸點T1及T2之延伸線可與光軸大致重疊或平行。此外，如第4圖所示，本發明實施例的斜率係以二個接觸點T1及T2決定，由於只構成一個直角三角形，因此在中間區域R1內只有一個斜率值。

請參照第5A及5B圖所示，第5A圖繪示習知沒有凸出結構11下影像感測器所感測到的能量分布曲線圖，而第5B圖繪示第1圖之鏡筒10的影像感測器2所感測到的能量分布曲線圖。第5B圖的曲線係以凸出結構11的數量為50個且各凸出結構11的形狀為三角柱狀的情況下的所得結果。圖示的橫軸表示影像感測器的位置，而圖示的縱軸表示影像感測器的能量強度，又稱能量密度分布，其中曲線C1表示通過影像感測器之中心點的垂直軸的能量強度分布，而曲線C2表示通過影像感測器之中心點的水平軸的能量強度分布。

比較第5A圖與第5B圖可知，習知無凸出結構11設計下的最大能量強度約為0.00045，而本發明實施例凸出結構11設計下的最大能量強度為降低至約0.00009，約降低了5倍，足見本發明實施例的凸出結構11確實能夠明顯改善鬼影現象。

此外，凸出結構11的數量N可等於或大於45。在此數量範圍內的數量，可改善鬼影現象。例如，以習知無凸出結構11設計下的最大能量強度為M為標準值。本例中，三角狀凸出結構11的高度固定為0.2mm，且數量為32、50、80、160個，時，其最高能量強度分別為2.22M、0.2M、0.22M、0.456M。由數值可見，在凸出結構數量少於一特定值時，是有反效果的。而效果的轉折臨界值約落於N為40~45之間，亦即，在凸出結構11數量在40至45以上時，其效果方較明顯。而N值理由上是無上限的，惟在500及300個以下時，其己有基本及較佳的效果。而於另一例中，在其他條件固定時，將凸出結構11的形狀變更為半徑值為0.2mm的半圓型時，數量在20個以上時，己有基本效果，N達32以上時，其效果更佳。

。綜合而言，藉由在內徑值小於一特定值的鏡筒內部中的長型表面上，設置前述各例中提及的凸出結構，可有效擴大鬼影分佈，降低鬼影的能量密度，進而達到讓鬼影變得不明顯的功效。

綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中設有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一鏡頭，包括：一鏡筒，該鏡筒的內緣設有N個實質上沿鏡筒的軸線方向延伸且沿該內緣呈環狀排列的凸出結構，該N個凸出結構處的鏡筒內徑小於等於30毫米(mm)；一第一光學元件，承靠於該鏡筒的一第一承靠面上；以及一第二光學元件，承靠於該鏡筒的一第二承靠面上；其中，該第一承靠面與該第二承靠面之間垂直於該軸線方向的最小距離為D1；該第一承靠面與該第二承靠面之間沿該軸線方向的最小距離為D2，D2/D1大於或等於2。
2. 一鏡頭，包括：一鏡筒，該鏡筒的內緣設有N個呈環狀排列的凸出結構；一第一透鏡，經一第一接觸點設於該鏡筒中，該第一透鏡的直徑小於或等於30mm；以及一第二透鏡，經一第二接觸點設於該鏡筒中，且鄰設於該第一透鏡；其中，該鏡筒於該第一透鏡及該第二透鏡之間的區域為一中間區域，該中間區域的平均斜率的絕對值小於等於1/2，該凸出結構設於該中間區域。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之鏡頭，其中各該N個凸出結構的形狀實質上相同。
4. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭，其中各該N個凸出結構為三角柱狀凸出。
5. 如申請專利範圍第4項所述之鏡頭，其中N大於或等於40。
6. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭，其中各該N個凸出結構的形狀為圓柱狀凸出。
7. 如申請專利範圍第6項所述之鏡頭，其中N大於或等於25。
8. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭，其中各該N個凸出結構的高度為A，該N個凸出結構所處的最小鏡筒直徑為B，其中A/B>=0.005。
9. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭，其中該鏡筒的內緣的該N個凸出結構呈環狀排列成一多邊形。
10. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭，其中該N個凸出結構與該鏡筒為一體成型結構。
11. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭，其中該N個凸出結構實質上沿該鏡筒的長度方向延伸。