TWI735013B - 定焦取像鏡頭 - Google Patents

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TWI735013B TW108126514A TW108126514A TWI735013B TW I735013 B TWI735013 B TW I735013B TW 108126514 A TW108126514 A TW 108126514A TW 108126514 A TW108126514 A TW 108126514A TW I735013 B TWI735013 B TW I735013B
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Abstract

一種定焦取像鏡頭，包括兩個透鏡組與一孔徑光欄。兩個透鏡組的其中一組設於一放大側與孔徑光欄之間，而兩個透鏡組的另一組設於孔徑光欄與一縮小側之間。設於放大側與孔徑光欄之間的透鏡組包括由放大側往縮小側依序排列的一非球面透鏡及一複合透鏡，其中此非球面透鏡設於此透鏡組中最接近放大側處，且此複合透鏡包括複數個相互結合的透鏡。設於孔徑光欄與縮小側之間的透鏡組包括由放大側往縮小側依序排列的一複合透鏡及一非球面透鏡，其中此複合透鏡包括複數個相互結合的透鏡，且此非球面透鏡設於此透鏡組中最接近縮小側處。

Description

定焦取像鏡頭
本發明是有關於一種光學鏡頭，且特別是有關於一種定焦取像鏡頭。
取像鏡頭在高規格與高解析度的要求下，為了滿足規格，相對應的鏡頭架構往往較為複雜。如此一來，額外衍生出來的問題為製程公差要求等級高，而導致不易生產，且易因公差的高要求導致良率不佳的問題，導致產品售價居高不下，產品缺乏競爭力。
本發明提供一種定焦取像鏡頭，其具有相對簡單的架構，且對組裝與製造誤差的敏感度較低，使得鏡頭易於生產，連帶降低了生產成本。
本發明的一實施例提出一種定焦取像鏡頭，包括兩個透鏡組與一孔徑光欄。兩個透鏡組的其中一組設於一放大側與孔徑光欄之間，而兩個透鏡組的另一組設於孔徑光欄與一縮小側之間。設於放大側與孔徑光欄之間的透鏡組包括由放大側往縮小側依序排列的一非球面透鏡及一複合透鏡，其中此非球面透鏡設於此透鏡組中最接近放大側處，且此複合透鏡包括複數個相互結合的透鏡。設於孔徑光欄與縮小側之間的透鏡組包括由放大側往縮小側依序排列的一複合透鏡及一非球面透鏡，其中此複合透鏡包括複數個相互結合的透鏡，且此非球面透鏡設於此透鏡組中最接近縮小側處。此外，定焦取像鏡頭中具有屈光度的透鏡數量為6至8個，定焦取像鏡頭中的非球面透鏡數量為2或3個。另外，定焦取像鏡頭中各相鄰的兩片透鏡的距離，在對焦時，為固定的。
本發明的一實施例提出一種定焦取像鏡頭，包括由一放大側往一縮小側依序排列的一非球面透鏡、兩個複合透鏡及另一非球面透鏡。此外，定焦取像鏡頭還包括一孔徑光欄，設於此兩個複合透鏡之間。上述透鏡中，靠近放大側的非球面透鏡設於定焦取像鏡頭中最接近放大側處。兩個複合透鏡的每一者皆包括複數個相互結合的透鏡。靠近縮小側的非球面透鏡設於定焦取像鏡頭中最接近縮小側處。此外，定焦取像鏡頭中具有屈光度的透鏡數量為6至8個，定焦取像鏡頭中的非球面透鏡數量為2或3個。另外，定焦取像鏡頭中各相鄰的兩片透鏡的距離，在對焦時，為固定的。
在本發明的實施例的定焦取像鏡頭中，由於是採用了兩個複合透鏡、2或3個非球面透鏡及一個孔徑光欄的架構，因此定焦取像鏡頭具有相對簡單的架構，且對組裝與製造誤差的敏感度較低，使得鏡頭生產上相對容易，鏡頭組裝良率高連帶降低其成本。
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。
圖1為本發明的一實施例的定焦取像鏡頭的剖面示意圖。請參照圖1，在本實施例中，定焦取像鏡頭100包括透鏡組110、透鏡組120及孔徑光欄130。
於本例中，透鏡組110（可稱為第一透鏡組）包括透鏡L1（其為非球面透鏡，且可稱為第一非球面透鏡）及複合透鏡112（可稱為第一複合透鏡）。透鏡組120（可稱為第二透鏡組）包括複合透鏡122（可稱為第二複合透鏡）及透鏡L6（其為非球面透鏡，且可稱為第二非球面透鏡）。
於本例中，透鏡L1為玻璃模造透鏡。複合透鏡112由透鏡L2及透鏡L3所形成。複合透鏡122由透鏡L4與透鏡L5所形成。透鏡L6為玻璃模造透鏡。定焦取像鏡頭100中具有屈光度的透鏡數量為6至8個。於本例中，定焦取像鏡頭100具有屈光度的透鏡數量為6個。而在其他定焦取像鏡頭具有屈光度的透鏡數量為7個或8個的例子中，可將定焦取像鏡頭100中的各透鏡，例如是透鏡L6以等效的二片或三片透鏡來達成。此外，透鏡L2、L3、L4及L5的材質為玻璃。也就是說，定焦取像鏡頭100中的所有透鏡的材質均為玻璃。
複合透鏡112與複合透鏡122可分別為膠合透鏡，但本發明不以此為限。複合透鏡112中的透鏡L2與透鏡L3以及複合透鏡122中的透鏡L4與透鏡L5也可經由其他方式固定（例如是一固定框或以其他機構方式疊合），而沿著定焦取像鏡頭100的光軸A相連結。
在本實施例中，透鏡組110具有負屈光度，也就是說，透鏡L1與複合透鏡112整體具有負屈光度。透鏡組120具有正屈光度，也就是說，複合透鏡122與透鏡L6整體具有正屈光度。複合透鏡112具有正屈光度，而複合透鏡122具有負屈光度。此外，透鏡L1、透鏡L2、透鏡L3、透鏡L4、透鏡L5及透鏡L6的屈光度依序為負、負、正、負、正及正。
於本例中，透鏡組110設於放大側170與孔徑光欄130之間，放大側170可以是定焦取像鏡頭100的光線輸入側。透鏡組120設於孔徑光欄130與縮小側180之間，而縮小側180可以是定焦取像鏡頭100的成像側，而影像感測器150可設置於此側。此外，透鏡L1、透鏡L2、透鏡L3、透鏡L4、透鏡L5及透鏡L6從放大側170往縮小側180沿著光軸A依序排列。
此外，定焦取像鏡頭100為整群對焦，亦即定焦取像鏡頭100中各相鄰的兩片透鏡的距離，在對焦時，為固定的。換言之，當對焦時，定焦取像鏡頭100的透鏡組110、孔徑光欄130與透鏡組120是整體一起相對於成像面或是其所在的影像感測器150移動，而透鏡組110、孔徑光欄130與透鏡組120彼此之間卻不會相對移動。
在本實施例中，在定焦取像鏡頭100中，最接近放大側170的透鏡（例如透鏡L1）的直徑小於最接近縮小側180的透鏡（例如透鏡L6）的直徑。如此一來，也就是說，定焦取像鏡頭100的最大主光線角（maximum chief ray angle）可以較小，而符合影像感測器150的規格。此外，在一實施例中，透鏡L6沿光軸A方向的最大厚度較佳為透鏡L1沿光軸A方向最小厚度的1.5倍或以上，，如此可達到大的屈光度，以節省透鏡的使用片數。而當透鏡L6沿光軸A方向的最大厚度為透鏡L1沿光軸A方向最小厚度的2倍或以上時，則有較佳的節省透鏡的使用片數之效果。而在本例中，透鏡L6沿光軸A方向的最大厚度為透鏡L1沿光軸A方向最小厚度的三倍或以上（在本例中即為透鏡L6在光軸A上的厚度為透鏡L1在光軸A上的厚度的三倍或以上）。或者在本實施例的定焦取像鏡頭100中，由於是採用了兩個複合透鏡、2或3個非球面透鏡及一個孔徑光欄130的架構，因此定焦取像鏡頭100具有相對簡單的架構，且對組裝與製造誤差的敏感度較低，使得鏡頭生產上相對容易，鏡頭組裝良率高連帶降低其成本。此外，由於定焦取像鏡頭100對組裝與製造誤差的敏感度較低，也就是可以允許較大公差的組裝，因此可以配合公差值較大的鏡筒160，於本例中，容置透鏡L1～L6的鏡筒160的材質是金屬，而鏡筒160可以利用車床加工來製作。
在本實施例中，定焦取像鏡頭100符合TL>20毫米，其中TL為定焦取像鏡頭100中最接近放大側170的透鏡之朝向放大側170的表面（即表面S1）至最接近縮小側180的透鏡之朝向縮小側180的表面（即表面S11）於定焦取像鏡頭100的光軸A上的距離。此外，在本實施例中，定焦取像鏡頭100符合1≦|TL/EFL|≦10。在一實施例中，定焦取像鏡頭100可進一步符合2≦|TL/EFL|≦5，例如|TL/EFL|=2.88。
而於本例中，前述的各元件的實際設計可見於下列表一。
表一
元件 表面 曲率半徑(mm) 間隔(mm) 折射率(Nd) 阿貝數(Vd)
透鏡L1 S1 無窮大 0.53 1.67 54.78
  S2 3.00 1.75    
透鏡L2 S3 -15.00 0.50 1.50 81.61
透鏡L3 S4 4.60 1.42 2.00 29.13
  S5 -15.00 1.42    
孔徑光欄130 S6 無窮大 0.15    
透鏡L4 S7 10.00 0.50 1.99 16.48
透鏡L5 S8 3.00 0.95 1.88 40.77
  S9 8.66 1.55    
透鏡L6 S10 8.75 2.47 1.67 54.78
  S11 -5.22 5.01    
玻璃蓋140 S12 無窮大 0.75 1.52 64.17
  S13 無窮大 0.20    
影像感測器150 S14 無窮大      
請同時參照圖1、表一。具體來說，在本實施例的定焦取像鏡頭100中，透鏡L1由放大側170至縮小側180依序具有表面S1與表面S2，透鏡L2由放大側170至縮小側180依序具有表面S3與表面S4，依此類推，各元件所對應的表面則不再重複贅述。其中，孔徑光欄130與影像感側器150的成像面分別以表面S6與表面S14來表示，且其曲率半徑為無限大（即為垂直光軸A的平面）；而透鏡L2與透鏡L3、透鏡L4與透鏡L5分別具有共同的表面S4、表面S8，意思是，透鏡L2與透鏡L3、透鏡L4與透鏡L5分別為沿著光軸A上相連結的兩個透鏡，或者分別是兩個雙膠合透鏡。玻璃蓋（cover glass）140具有表面S12與表面S13，玻璃蓋140配置於透鏡L6與影像感測器150之間，用以保護影像感測器150。
此外，表一中的間隔為該表面由放大側170至縮小側180的下一個表面之間的間隔，例如是，透鏡L1的厚度為0.53毫米，透鏡L1和透鏡L2的距離1.75毫米，透鏡L2的厚度為0.50毫米，以此類推而不再重複贅述。
其中，透鏡L1的表面S1的曲率半徑為無窮大，且透鏡L1的表面S2的曲率半徑為正，因此，透鏡L1為平凹透鏡，其中，曲率半徑為正是代表表面的中央朝向放大側170偏移，如表面S2那樣。透鏡L2的表面S3的曲率半徑為負，透鏡L2的表面S4的曲率半徑為正，因此，透鏡L2為雙凹透鏡，其中，曲率半徑為負是代表表面的中央朝向縮小側180偏移，如表面S4那樣。依此類推，透鏡L3為雙凸透鏡。透鏡L4的表面S7的曲率半徑為正，透鏡L4的表面S8的曲率半徑為正，且表面S7的曲率半徑的絕對值大於表面S8的曲率半徑的絕對值，因此，透鏡L4為凸面朝向放大側170的負彎月形透鏡。依此類推，透鏡L5為凸面朝向放大側170的正彎月形透鏡；透鏡L6為雙凸透鏡。
在本實施例中，定焦取像鏡頭100的EFL為3.893毫米，光圈值（f-number, F#）為3，TTL為17.197毫米，其中TTL為透鏡L1的表面S1至影像感測器150的表面S14在光軸A上的距離。此外，定焦取像鏡頭100的最大主光線角為10.8634度。另外，在本實施例中，透鏡L6的外徑為8毫米，其於光軸A上的厚度為2.47毫米，而其邊緣的厚度為0.869毫米。邊緣厚度是指透鏡整體最外側處沿光軸方向量測的厚度。
下方表二列出透鏡L1的表面S1與表面S2以及透鏡L6的表面S10與表面S11的二次曲面係數值K與各階非球面係數。非球面多項式可用下列公式表示：
Figure 02_image002
(1)
其中，x為光軸I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，y是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度。A-G分別代表非球面多項式的各階非球面係數。
表二
非球面係數
  表面S1 表面S2 表面S10 表面S11
K 0 0 0 0
A 1.4932E-02 1.8624E-02 -1.6853E-03 1.2462E-03
B -4.1771E-03 -3.9721E-03 1.9612E-04 4.6028E-05
C 8.0631E-04 5.6710E-04 -1.9044E-05 4.0734E-07
D -1.0805E-04 -4.0620E-05 1.1480E-06 -6.6048E-08
E 9.3356E-06 -1.6740E-07 -2.7479E-08 6.4305E-09
F -4.6353E-07      
G 9.9923E-09      
以下將說明本發明的另一實施例的定焦鏡頭，其各元件的實際設計可見於下列表三。
表三
元件 表面 曲率半徑(mm) 間隔(mm) 折射率(Nd) 阿貝數(Vd)
透鏡L1 S1 200.00 0.99 1.67 54.78
  S2 3.83 1.27    
透鏡L2 S3 -20.17 0.50 1.50 81.61
透鏡L3 S4 4.39 2.26 2.00 19.32
  S5 -39.90 0.19    
孔徑光欄130 S6 無窮大 0.31    
透鏡L4 S7 -5.13 0.45 1.99 16.48
透鏡L5 S8 6.73 1.07 1.88 40.77
  S9 -6.73 1.18    
透鏡L6 S10 10.00 2.56 1.67 54.78
  S11 -4.83 5.88    
玻璃蓋140 S12 無窮大 0.75 1.52 64.17
  S13 無窮大 0.20    
影像感測器150 S14 無窮大      
圖2為本發明的另一實施例的定焦取像鏡頭的剖面示意圖。請同時參照圖2與表三，於本例的定焦取像鏡頭100a中，透鏡L1為凸面朝向放大側170的負彎月形透鏡；透鏡L2為雙凹透鏡；透鏡L3為雙凸透鏡；透鏡L4為雙凹透鏡；透鏡L5為雙凸透鏡；透鏡L6為雙凸透鏡。透鏡L1與透鏡L6為非球面透鏡。
於表三的實施例中，定焦取像鏡頭100a的EFL為3.934毫米，光圈值F#為2.95，TTL為17.597毫米，最大主光線角為9.934度。透鏡L1～L6的材質均為玻璃。透鏡L1與透鏡L6為玻璃模造透鏡。透鏡L6的外徑為8.15毫米，透鏡L6在光軸A上的厚度為2.562毫米，透鏡L6的邊緣厚度為0.912毫米。邊緣厚度是指透鏡整體最外側處沿光軸方向量測的厚度。
下方表四列出透鏡L1的表面S1與表面S2以及透鏡L6的表面S10與表面S11的二次曲面係數值K與各階非球面係數，其中非球面方程式可參照上述公式(1)。
表四
非球面係數
  表面S1 表面S2 表面S10 表面S11
K 0 -1.5878E+00 0 0
A 1.2337E-02 2.2931E-02 -8.7124E-04 1.9133E-03
B -2.0154E-03 -2.1819E-03 7.3615E-05 3.5636E-05
C 2.8528E-04 6.2991E-04 -5.5620E-06 1.5653E-06
D -3.0528E-05 -1.6734E-04 2.2250E-07 8.3618E-08
E 2.1826E-06 3.4071E-05   -2.1493E-08
F -9.0205E-08 -2.7991E-06   1.1924E-09
G 1.5862E-09      
以下將說明本發明的又一實施例的定焦鏡頭，其各元件的實際設計可見於下列表五。
表五
元件 表面 曲率半徑(mm) 間隔(mm) 折射率(Nd) 阿貝數(Vd)
透鏡L1 S1 23.74 0.50 1.67 54.78
  S2 3.00 2.12    
透鏡L2 S3 -6.89 0.50 1.50 81.08
透鏡L3 S4 4.10 2.08 2.00 29.13
  S5 -11.65 0.79    
孔徑光欄130 S6 無窮大 0.14    
透鏡L4 S7 10.38 0.47 1.99 16.48
透鏡L5 S8 2.76 0.89 1.88 40.77
  S9 9.55 1.84    
透鏡L6 S10 7.68 2.33 1.67 54.78
  S11 -6.59 4.60    
玻璃蓋140 S12 無窮大 0.75 1.52 64.17
  S13 無窮大 0.20    
影像感測器150 S14 無窮大      
圖3為本發明的又一實施例的定焦取像鏡頭的剖面示意圖。請同時參照圖3與表五，於本例的定焦取像鏡頭100b中，透鏡L1為凸面朝向放大側170的負彎月形透鏡；透鏡L2為雙凹透鏡；透鏡L3為雙凸透鏡；透鏡L4為凸面朝向放大側170的負彎月形透鏡；透鏡L5為凸面朝向放大側170的正彎月形透鏡；透鏡L6為雙凸透鏡。透鏡L1、透鏡L2及透鏡L6為非球面透鏡。
於表五的實施例中，定焦取像鏡頭100b的EFL為3.896毫米，光圈值F#為3，TTL為17.197毫米，最大主光線角為10.864度。透鏡L1～L6的材質均為玻璃。透鏡L1、透鏡L2與透鏡L6為玻璃模造透鏡。透鏡L6的外徑為8.15毫米，透鏡L6在光軸A上的厚度為2.329毫米，透鏡L6的邊緣厚度為0.812毫米。邊緣厚度是指透鏡整體最外側處沿光軸方向量測的厚度。
下方表六列出透鏡L1的表面S1與表面S2、透鏡L2的表面S3以及透鏡L6的表面S10與表面S11的二次曲面係數值K與各階非球面係數，其中非球面方程式可參照上述公式(1)。
表六
非球面係數
  表面S1 表面S2 表面S3 表面S10 表面S11
K 0 0 0 0 0
A 1.5012E-02 1.8143E-02 -2.6862E-03 -1.1700E-03 1.3840E-03
B -3.7113E-03 -2.4926E-03 -1.4048E-04 8.9161E-05 1.8147E-05
C 6.4420E-04 -1.6223E-04 2.9537E-05 -4.2858E-06 -1.4441E-07
D -7.3749E-05 1.6239E-04 -1.7376E-05 1.4718E-07 8.1050E-08
E 5.3582E-06 -1.8915E-05      
F -2.2934E-07        
G 4.5207E-09        
綜上所述，在本發明的實施例的定焦取像鏡頭中，由於是採用了兩個複合透鏡、2或3個非球面透鏡及一個孔徑光欄的架構，因此定焦取像鏡頭具有相對簡單的架構，且對組裝與製造誤差的敏感度較低，使得鏡頭生產上相對容易，鏡頭組裝良率高連帶降低其成本。
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、100a、100b:定焦取像鏡頭 110:透鏡組 112、122:複合透鏡 120:透鏡組 130:孔徑光欄 140:玻璃蓋 150:影像感測器 160:鏡筒 170:放大側 180:縮小側 A:光軸 L1、L2、L3、L4、L5、L6:透鏡 S1～S14:表面
圖1為本發明的一實施例的定焦取像鏡頭的剖面示意圖。 圖2為本發明的另一實施例的定焦取像鏡頭的剖面示意圖。 圖3為本發明的又一實施例的定焦取像鏡頭的剖面示意圖。
100:定焦取像鏡頭
110:透鏡組
112、122:複合透鏡
120:透鏡組
130:孔徑光欄
140:玻璃蓋
150:影像感測器
160:鏡筒
170:放大側
180:縮小側
A:光軸
L1、L2、L3、L4、L5、L6:透鏡
S1~S14:表面

Claims (10)

  1. 一種定焦取像鏡頭，包括，由一放大側往一縮小側依序排列的： 一第一透鏡組，包括，由該放大側往該縮小側依序排列的： 一第一非球面透鏡，設於該第一透鏡組中最接近該放大側處；以及 一第一複合透鏡，包括複數個相互結合的透鏡； 一孔徑光欄；以及 一第二透鏡組，包括，由該放大側往該縮小側依序排列的： 一第二複合透鏡，包括複數個相互結合的透鏡；以及 一第二非球面透鏡，設於該第二透鏡組中最接近該縮小側處； 其中，該定焦取像鏡頭中，具有屈光度的透鏡數量為6至8個； 其中，該定焦取像鏡頭中的非球面透鏡數量為2或3個； 其中，該定焦取像鏡頭中各相鄰的兩片透鏡的距離，在對焦時，為固定的。
  2. 一種定焦取像鏡頭，包括，由一放大側往一縮小側依序排列的： 一第一非球面透鏡，設於該定焦取像鏡頭中最接近該放大側處；以及 一第一複合透鏡，包括複數個相互結合的透鏡； 一孔徑光欄； 一第二複合透鏡，包括複數個相互結合的透鏡；以及 一第二非球面透鏡，設於該定焦取像鏡頭中最接近該縮小側處； 其中，該定焦取像鏡頭中，具有屈光度的透鏡數量為6至8個； 其中，該定焦取像鏡頭中的非球面透鏡數量為2或3個； 其中，該定焦取像鏡頭中各相鄰的兩片透鏡的距離，在對焦時，為固定的。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的定焦取像鏡頭，其中在該定焦取像鏡頭中，最接近該放大側的透鏡的直徑小於最接近該縮小側的透鏡的直徑。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的定焦取像鏡頭，其中該第二非球面透鏡沿光軸方向的最大厚度為該第一非球面透鏡沿光軸方向最小厚度的三倍或以上。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的定焦取像鏡頭，更包括一鏡筒，容置該第一非球面透鏡、該第一複合透鏡、該孔徑光欄、該第二複合透鏡及該第二非球面透鏡，其中該鏡筒的材質為金屬。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的定焦取像鏡頭，其中在該定焦取像鏡頭中所有透鏡的材質均為玻璃。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的定焦取像鏡頭，其中該定焦取像鏡頭中最接近該放大側的透鏡之朝向該放大側的表面至最接近該縮小側的透鏡之朝向該縮小側的表面於該定焦取像鏡頭的光軸上的距離小於20毫米。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的定焦取像鏡頭，其中該定焦取像鏡頭符合1≦|TL/EFL|≦10，其中TL為該定焦取像鏡頭中最接近該放大側的透鏡之朝向該放大側的表面至最接近該縮小側的透鏡之朝向該縮小側的表面於該定焦取像鏡頭的光軸上的距離，且EFL為該定焦取像鏡頭的有效焦距。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的定焦取像鏡頭，其中該第一非球面透鏡與該第一複合透鏡整體具有負屈光度，且該第二複合透鏡與該第二非球面透鏡整體具有正屈光度。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的定焦取像鏡頭，其中該第一非球面透鏡、該第一複合透鏡、該第二複合透鏡及該第二非球面透鏡的屈光度依序為負、正、負及正。
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