TWI700514B - 光學鏡頭 - Google Patents

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TWI700514B
TWI700514B TW105134922A TW105134922A TWI700514B TW I700514 B TWI700514 B TW I700514B TW 105134922 A TW105134922 A TW 105134922A TW 105134922 A TW105134922 A TW 105134922A TW I700514 B TWI700514 B TW I700514B
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蘇元宏
王國權
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Abstract

本發明一實施例提出一種光學鏡頭，包括具有負屈光度的第一透鏡群及具有正屈光度的第二透鏡群，與設置在第一透鏡群與第二透鏡群之間的光圈，其中第一透鏡群和第二透鏡群包含具屈光度的透鏡數目小於9。第一透鏡群包含具屈光度的透鏡數目大於2及至少一片非球面透鏡，第二透鏡群包含具屈光度的透鏡數目大於2及至少一片非球面透鏡。第一透鏡群還包含阿貝數小於20的具有正屈光度透鏡。

Description

光學鏡頭
本發明是有關於一種光學鏡頭，且特別是有關於一種全景光學鏡頭。
近年來隨科技的進展，光學鏡頭的種類日漸多元，廣角鏡頭是一種常見的光學鏡頭。例如是我國第I418873號專利，即為其例。而當鏡頭的視場角(FOV，field of view)大於180度，一般可稱為魚眼鏡頭或全景鏡頭。要滿足應用在行車輔助上需求的全景鏡頭，大致上需要具低成本、大光圈、廣視角、輕量化、廣工作溫度範圍和大成像圓(image circle)等特點。因此，目前亟需一種能兼顧廣工作溫度範圍和大成像圓，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的全景鏡頭設計。
本發明的其他目的和優點可以從本發明實施例所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
本發明一實施例提出一種光學鏡頭，包括具有負屈光度 的第一透鏡群及具有正屈光度的第二透鏡群，與設置在第一透鏡群與第二透鏡群之間的光圈，其中第一透鏡群和第二透鏡群包含具屈光度的透鏡數目小於9。第一透鏡群包含具屈光度的透鏡數目大於2及至少一片非球面透鏡，第二透鏡群包含具屈光度的透鏡數目大於2及至少一片非球面透鏡。第一透鏡群還包含阿貝數小於20的具有正屈光度透鏡。
藉由本發明實施例的設計，可提供一種能兼顧廣工作溫度範圍和大成像圓，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的全景鏡頭設計。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、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。
10a-10c:光學鏡頭
12:光軸
14:光圈
16:玻璃蓋
17:紅外線濾光片
18:成像平面
20:第一透鏡群
30:第二透鏡群
L1-L7:透鏡
S1-S18:表面
圖1為依本發明一實施例之光學鏡頭10a的示意圖。
圖2至圖4為圖1的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖，其中圖2-4分別為可見光在-40℃、20℃、105℃之繞射光學傳遞函數曲線圖(modulation transfer function,MTF)。
圖5為依本發明另一實施例之光學鏡頭10b的示意圖。
圖6至圖8為圖5的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖，其中圖6-8分別為可見光在-40℃、20℃、105℃之繞射光學傳遞函數曲線圖(modulation transfer function,MTF)。
圖9為依本發明另一實施例之光學鏡頭10c的示意圖。
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、左、右、前或後等，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並非用來限制本發明。
圖1為顯示依本發明一實施例之光學鏡頭10a的示意圖。光學鏡頭10a設置於一放大側(圖1的左側；例如為物側)與一縮小側(圖1的右側；例如為像側)之間。如圖1所示，光學鏡頭10a包含具有負屈光度且位於放大側與縮小側之間的第一透鏡群(例如為前群)20、具有正屈光度且位於第一透鏡群20與縮小側之間的第二透鏡群(例如為後群)30以及位於第一透鏡群20與第二透鏡群30之間的一光圈14。再者，縮小側可設置玻璃蓋16以及影像感測器，光學鏡頭10a的可見光有效焦距上成像平面標示為18，且玻璃 蓋16位於第二透鏡群30與可見光有效焦距上成像平面18之間。第一透鏡群20可包含沿光學鏡頭10a的光軸12從放大側至縮小側依序排列的第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3，且第二透鏡群30可包含沿光學鏡頭10a的光軸12從放大側至縮小側依序排列的第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡L7，第一透鏡L1至第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、負、正、正。於本實施例中，第二透鏡L2及第七透鏡L7為非球面透鏡，非球面透鏡的折射率隨溫度的變化值小於-80x10-6K-1，也就是非球面透鏡的(dn/dt)<-80x10-6K-1，但本發明實施例並不以此為限制。在一實施例中，非球面透鏡也可以使用玻璃模造的方式製成。第一透鏡L1、第三透鏡L3、第五透鏡L5及第六透鏡L6為新月形透鏡，且第四透鏡L4為雙凸透鏡。另外，第五透鏡L5及第六透鏡L6形成具正屈光度的膠合透鏡。值得注意的是，第五透鏡L5及第六透鏡L6相鄰的兩面有相同的曲率半徑，而且膠合透鏡的相鄰兩面可利用不同的方式貼合，例如以光學膠塗佈在相鄰兩面間膠合、以機構件將相鄰兩面壓合等方式，但本發明實施例並不以此為限制。在一實施例中，其中第五透鏡L5及第六透鏡L6相鄰的兩面有相同的曲率半徑但在光軸12上相距一微小距離。光學鏡頭10a的透鏡設計參數、外形及非球面係數分別如表 一及表二所示，於本發明如下的各個設計實例中，非球面多項式可用下列公式表示：
Figure 105134922-A0305-02-0007-1
 上述的公式(1)中，Z為光軸方向之偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸處的曲率半徑的倒數，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。表二的A-F分別代表非球面多項式的4、6、8、10、12、14階項係數值。由於本實施例之光學鏡頭為定焦鏡頭，所以對不同物距聚焦時，光學鏡頭的透鏡兩兩之間的距離不變。
Figure 105134922-A0305-02-0007-2
Figure 105134922-A0305-02-0008-3
 S1的間距為表面S1到S2在光軸12的距離，S2的間距為表面S2到S3在光軸12的距離，S16間距為玻璃蓋S16表面到可見光有效焦距上成像平面18在光軸12的距離可見光有效焦距(EFL of visible light)=1.42mm光圈值(F-Number)=2.0最大半視場角(Max.half field of view,HFOV)=104度可見光有效焦距上成像平面的最大成像圓(Max.Image Circle,IMA)=5.26mm鏡頭總長(total track length,TTL,S1到可見光有效焦距上成像平面的距離)=20.0mm
Figure 105134922-A0305-02-0009-4
圖2-4分別為可見光在-40℃、20℃、105℃之繞射光學傳遞函數曲線圖(modulation transfer function,MTF)，在鏡頭解析度80 lp/mm的條件下，所有圖形的中心MTF均大於78%。另外，以20℃的後焦長(BFL)為基準，-40℃與105℃兩者與20℃後焦長的偏移量小於3微米。圖2-4模擬數據圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之光學鏡頭10a在-40℃到105℃之間確實能夠具良好的光學成像品質特性。
本發明一實施例之光學鏡頭可包含兩透鏡群且光圈值可為2.0，光學鏡頭前後群各包含至少3片具屈光度的透鏡，並且前後群各包含至少一片非球面透鏡以修正像差及色差，光學鏡頭具屈光度的透鏡總片數最多8片。再者，前群至少有一片正屈光度透鏡，其可滿足下列條件：Vd<20---(2)其中Vd為前群最靠近光圈透鏡的阿貝數。具體而言，當本實施例之光學鏡頭前群最靠近光圈的透鏡被設計為符合Vd<20，此時因為 透鏡的高折射率，使得像差變小，光學鏡頭整體效能變佳。
本發明一實施例之光學鏡頭可包含兩透鏡群且光圈值可為2.0，光學鏡頭前後群各包含至少一片非球面透鏡以修正像差及色差。再者，前群至少有一片正屈光度透鏡，其可滿足下列條件：nd>1.66且Vd<45---(3)
R<5.7且R*TTL<140---(4)其中nd、Vd分別為前群最靠近光圈透鏡的折射率和阿貝數，R為最靠近物側透鏡面向成像表面18的表面的曲率半徑，TTL為鏡頭總長(表面S1到可見光有效焦距上成像平面18的距離)。具體而言，當本實施例之光學鏡頭前群最靠近光圈的透鏡被設計為符合nd>1.66且Vd<45，此時因為透鏡的高折射率，使得像差變小，光學鏡頭整體效能變佳。再者，若本實施例之光學鏡頭被設計為符合R<5.7且R*TTL<140，則光學鏡頭體積可縮小，有利於光學鏡頭的微型化與輕量化。因此，本實施例之光學鏡頭設計為符合公式(3)和(4)的條件，可使光學鏡頭兼具良好的光學成像品質、微型化與輕量化的特性。
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5為顯示依本發明另一實施例之光學鏡頭10b的示意圖。光學鏡頭10b設置於一放大側(圖5的左側；例如為物側)與一縮小側(圖5的右側；例如為像側)之間。如圖5所示，光學鏡頭10b包含具有負屈光度且位於放大側與縮小側之間的第一透鏡群(例如為前群)20、具有正屈光度且位於第一透鏡群20與縮小側之間的第二透鏡群(例如為後群)30以及位於第一透鏡群20與第二透鏡群30之間的一光圈14。再者，縮小側可設置紅外線濾光片17、玻璃蓋16以及影像感測器，光學鏡頭10b的可見光有效焦距上成像平面標示為18，且紅外線濾光片17和玻璃蓋16位於第二透鏡群30與可見光有效焦距上成像平面18之間。第一透鏡群20可包含沿光學鏡頭10b的光軸12從放大側至縮小側依序排列的第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3，且第二透鏡群30可包含沿光學鏡頭10b的光軸12從放大側至縮小側依序排列的第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡L7，第一透鏡L1至第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、負、正、正。於本實施例中，第二透鏡L2、第四透鏡L4及第七透鏡L7為非球面透鏡，非球面透鏡的折射率隨溫度的變化值小於-80x10-6K-1，也就是非球面透鏡的(dn/dt)<-80x10-6K-1，但本發明實施例並不以此為限制。在一實施例中，非球面透鏡也可以使用玻璃模造的方式製 成。第一透鏡L1及第五透鏡L5為新月形透鏡，第三透鏡L3為平凸透鏡且第六透鏡L6為雙凸透鏡。另外，第五透鏡L5及第六透鏡L6形成具正屈光度的膠合透鏡。值得注意的是，第五透鏡L5及第六透鏡L6相鄰的兩面有相同的曲率半徑，而且膠合透鏡的相鄰兩面可利用不同的方式貼合，例如以光學膠塗佈在相鄰兩面間膠合、以機構件將相鄰兩面壓合等方式，本發明實施例並不以此為限制。在一實施例中，其中第五透鏡L5及第六透鏡L6相鄰的兩面有相同的曲率半徑但在光軸12上相距一微小距離。光學鏡頭10b的透鏡設計參數、外形及非球面係數分別如表三及表四所示，其中表四的A-F分別代表非球面多項式(如公式1所示)的4、6、8、10、12及14階項係數值。由於本實施例之光學鏡頭為定焦鏡頭，所以對不同物距聚焦時，光學鏡頭的透鏡兩兩之間的距離不變。
Figure 105134922-A0305-02-0012-5
Figure 105134922-A0305-02-0013-6
 S1的間距為表面S1到S2在光軸12的距離，S2的間距為表面S2到S3在光軸12的距離，S18間距為玻璃蓋S18表面到成像平面18在光軸12的距離可見光有效焦距(EFL of visible light)=1.34mm光圈值(F-Number)=2.0最大半視場角(Max.half field of view,HFOV)=108度可見光有效焦距上成像平面的最大成像圓(Max.Image circle,IMA)=5.26mm鏡頭總長(total track length,TTL,S1到可見光有效焦距上成像平面 的距離)=19.59mm
Figure 105134922-A0305-02-0014-8
圖6-8分別為可見光在-40℃、20℃、105℃之繞射光學傳遞函數曲線圖(modulation transfer function,MTF)，在鏡頭解析度80 lp/mm的條件下，所有圖形的中心MTF均大於75%。另外，以20℃的後焦長(BFL)為基準，-40℃與105℃兩者與20℃後焦長的偏移量小於9微米。圖6-8模擬數據圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之光學鏡頭10b在-40℃到105℃之間確實能夠具良好的光學成像品質特性。
本實施例之光學鏡頭可包含兩透鏡群且光圈值可為2.0，光學鏡頭前後群各包含至少3片具屈光度的透鏡，並且前後群各包含至少一片非球面透鏡以修正像差及色差，光學鏡頭具屈光度的透 鏡總片數最多8片。再者，前群至少有一片正屈光度透鏡，其可滿足下列條件：Vd<20---(2)
其中Vd為前群最靠近光圈透鏡的阿貝數。具體而言，當本實施例之光學鏡頭前群最靠近光圈的透鏡被設計為符合Vd<20，此時因為透鏡的高折射率，使得像差變小，光學鏡頭整體效能變佳。
本實施例之光學鏡頭可包含兩透鏡群且光圈值可為2.0，光學鏡頭前後群各包含至少一片非球面透鏡以修正像差及色差。再者，前群至少有一片正屈光度透鏡，其可滿足下列條件：nd>1.66且Vd<45---(3)
R<5.7且R*TTL<140---(4)其中nd、Vd分別為前群最靠近光圈透鏡的折射率和阿貝數，R為前群最靠近物側透鏡面向成像表面18的表面的曲率半徑，TTL為鏡頭總長(表面S1到可見光有效焦距上成像平面18的距離)。具體而言，當本實施例之光學鏡頭前群最靠近光圈的透鏡被設計為符合nd>1.66且Vd<45，此時因為透鏡的高折射率，使得像差變小，光學鏡頭整體效能變佳。再者，若本實施例之光學鏡頭被設計為符合R<5.7且R*TTL<140，則光學鏡頭體積可縮小，有利於光學鏡頭的微型化與輕量化。因此，本實施例之光學鏡頭設計為符合公式(3)和 (4)的條件，可使光學鏡頭兼具良好的光學成像品質、微型化與輕量化的特性。
圖9為顯示依本發明一實施例之光學鏡頭10c的示意圖。光學鏡頭10c設置於一放大側(圖9的左側；例如為物側)與一縮小側(圖9的右側；例如為像側)之間。如圖9所示，光學鏡頭10c包含具有負屈光度且位於放大側與縮小側之間的第一透鏡群(例如為前群)20、具有正屈光度且位於第一透鏡群20與縮小側之間的第二透鏡群(例如為後群)30以及位於第一透鏡群20與第二透鏡群30之間的一光圈14。再者，縮小側可設置玻璃蓋16以及影像感測器，光學鏡頭10c的可見光有效焦距上成像平面標示為18，且玻璃蓋16位於第二透鏡群30與可見光有效焦距上成像平面18之間。第一透鏡群20可包含沿光學鏡頭10c的光軸12從放大側至縮小側依序排列的第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3，且第二透鏡群30可包含沿光學鏡頭10c的光軸12從放大側至縮小側依序排列的第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡L7，第一透鏡L1至第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、正、正、負。於本實施例中，第二透鏡L2及第五透鏡L5為非球面透鏡，非球面透鏡的折射率隨溫度的變化值小於-80x10-6K-1，也就是非球面透鏡的(dn/dt)<-80x10-6K-1，但本發明實施例並不 以此為限制。在一實施例中，非球面透鏡也可以使用玻璃模造的方式製成。第一透鏡L1為新月形透鏡，第三透鏡L3、第四透鏡L4及第六透鏡L6為雙凸透鏡且第七透鏡L7為雙凹透鏡。另外，第六透鏡L6及第七透鏡L7形成具正屈光度的膠合透鏡。值得注意的是，第六透鏡L6及第七透鏡L7相鄰的兩面有相同的曲率半徑，而且膠合透鏡的相鄰兩面可利用不同的方式貼合，例如以光學膠塗佈在相鄰兩面間膠合、以機構件將相鄰兩面壓合等方式，本發明實施例並不以此為限制。在一實施例中，其中第六透鏡L6及第七透鏡L7相鄰的兩面有相同的曲率半徑但在光軸12上相距一微小距離。光學鏡頭10c的透鏡設計參數、外形及非球面係數分別如表五及表六所示，其中表六的A-F分別代表非球面多項式(如公式1所示)的4、6、8、10、12及14階項係數值。由於本實施例之光學鏡頭為定焦鏡頭，所以對不同物距聚焦時，光學鏡頭的透鏡兩兩之間的距離不變。
Figure 105134922-A0305-02-0017-9
Figure 105134922-A0305-02-0018-10
 S1的間距為表面S1到S2在光軸12的距離，S2的間距為表面S2到S3在光軸12的距離，S16間距為玻璃蓋S16表面到可見光有效焦距上成像平面18在光軸12的距離可見光有效焦距(EFL of visible light)=1.41mm光圈值(F-Number)=2.0最大半視場角(Max.half field of view,HFOV)=104度可見光有效焦距上成像平面的最大成像圓(Max.Image Circle,IMA)=5.26mm鏡頭總長(total track length,TTL,S1到可見光有效焦距上成像平面 的距離)=19.76mm
Figure 105134922-A0305-02-0019-11
藉由本發明實施例的設計，可提供一種能兼顧可使光學鏡頭兼具良好的光學成像品質、微型化與輕量化的特性，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的取像鏡頭設計。再者，本發明一實施例之半視場角至少大於105度，於一實施例中，半視場角可大於110度，於一實施例中，半視場角可大於115度。本發明一實施例之工作溫度範圍可從-40℃到105℃之間，可見光有效焦距上成像平面的最大成像圓可介於4到6mm之間，於一實施例中，最大成像圓可介於4.5到6mm之間，於一實施例中，最大成像圓可介於5到6mm之間。因此，本發明實施例的設計能夠提供具低成本、大光圈、廣視角、輕量化、廣工作溫度範圍和大成像圓(image circle)等特點，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的全景鏡頭設計。
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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
10a:光學鏡頭
12:光軸
14:光圈
16:玻璃蓋
18:成像平面
20:第一透鏡群
30:第二透鏡群
L1-L7:透鏡
S1-S16:表面

Claims (9)

  1. 一種光學鏡頭，包括：二透鏡群，該二透鏡群之一具有負屈光度且另一具有正屈光度，其中該二透鏡群包含具屈光度的透鏡總數目小於9，該二透鏡群分別包含一透鏡，且該透鏡的折射率隨溫度的變化值小於-80x10-6K-1；以及一光圈，設置於該二透鏡群之間，其中該二透鏡群各自分別包含具屈光度的透鏡數目大於2及至少一非球面透鏡，具有負屈光度之該透鏡群包含一具有正屈光度的透鏡，且具有正屈光度的該透鏡的阿貝數小於20。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學鏡頭，其中具有負屈光度之該透鏡群為第一透鏡群，具有正屈光度之該透鏡群為第二透鏡群。
  3. 一種光學鏡頭，包括：一具有負屈光度的第一透鏡群，包含至少一非球面透鏡及具正屈光度的一透鏡，且該第一透鏡群中的一透鏡的折射率隨溫度的變化值小於-80x10-6K-1；一具有正屈光度的第二透鏡群，包含至少一非球面透鏡，該第一透鏡群與該第二透鏡群係由一物側至一像側依序設置， 且該第二透鏡群中的一透鏡的折射率隨溫度的變化值小於-80x10-6K-1；一光圈，設置於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間；以及該光學鏡頭符合下列條件：nd>1.66且Vd<45 R<5.7且R*TTL<140其中，nd與Vd分別為具正屈光度的該透鏡的折射率和阿貝數，R為該第一透鏡群最靠近該物側的一透鏡的面向該像側的一表面的曲率半徑，TTL為該光學鏡頭的鏡頭總長。
  4. 如申請專利範圍第2-3項中任一項所述之光學鏡頭，其中該第二透鏡群包含一膠合透鏡。
  5. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之光學鏡頭，其中對不同物距聚焦時，該光學鏡頭的透鏡兩兩之間的距離不變。
  6. 如申請專利範圍第2-3項中任一項所述之光學鏡頭，其中該光學鏡頭滿足下列條件之一：(1)具正屈光度的該透鏡比該第一透鏡群的其他透鏡更靠近該光圈，(2)該第一透鏡群的至少該非球面透鏡比具正屈光度的該透鏡更遠離該光圈。
  7. 如申請專利範圍第2-3項中任一項所述之光學鏡頭，其中該第二透鏡群的至少該非球面透鏡比該第二透鏡群的其他單 獨透鏡更遠離該光圈。
  8. 如申請專利範圍第2-3項中任一項所述之光學鏡頭，其中該第二透鏡群包含兩個非球面透鏡。
  9. 如申請專利範圍第2-3項中任一項所述之光學鏡頭，其中該光學鏡頭符合下列條件：可見光有效焦距上成像平面的最大成像圓可介於4到6mm之間。
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