TWI784986B

TWI784986B - 鏡頭及其製造方法

Info

Publication number: TWI784986B
Application number: TW106139260A
Authority: TW
Inventors: 江秉儒; 陳信德; 王國權; 江昇達
Original assignee: 光芒光學股份有限公司
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2022-12-01
Also published as: TW201918740A

Abstract

一種鏡頭，包括第一透鏡群以及第二透鏡群。第一透鏡群設置在影像放大側與影像縮小側之間。第二透鏡群設置在第一透鏡群與影像縮小側之間。其中，鏡頭包括六個以下的透鏡，六個以下的透鏡中的至少四者為非球面透鏡。鏡頭的視場角介於100度和165度之間，且第二透鏡群具有至少一球面透鏡。

Description

鏡頭及其製造方法

本發明是有關於一種光學元件及其製造方法，且特別是有關於一種鏡頭及其製造方法。

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。

但是在一般的鏡頭中，要達到日夜共焦必須要有切換濾光片裝置，或是增加鏡頭中透鏡的數量，以達到日夜共焦。然而，不論是哪一種方式，都會增加製作成本。此外，在一般的鏡頭中，會採用多個塑膠透鏡以降低成本，但是採用多個塑膠透鏡會有較大的熱飄移（thermal drift）現象，導致光學品質下降。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。

本發明實施例係關於一種具有日夜共焦及良好的熱飄移表現的鏡頭及其製造方法。

本發明的一實施例提供一種鏡頭，包括第一透鏡群以及第二透鏡群。第一透鏡群設置在影像放大側與影像縮小側之間。第二透鏡群設置在第一透鏡群與影像縮小側之間。其中，鏡頭包括六個以下的透鏡，此六個以下的透鏡中的至少四者為非球面透鏡。鏡頭的視場角介於100度和165度之間，且第二透鏡群具有至少一球面透鏡。

基於上述，在本發明的實施例中，鏡頭之設計符合預設的條件標準，因此本發明的實施例之鏡頭可達到廣視場角、小型化、日夜共焦以及低熱飄移，並且提供良好的光學成像品質。

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。

圖1是本發明的一實施例的鏡頭的概要示意圖。請參照圖1，本實施例的鏡頭100包括第一透鏡群110以及第二透鏡群120。第一透鏡群110位於影像放大側OS與影像縮小側IS之間。第二透鏡群120位於第一透鏡群110與影像縮小側IS之間。第一透鏡群110以及第二透鏡群120沿著鏡頭100的光軸A排列。

鏡頭100包括六個以下的透鏡，此六個以下的透鏡的至少四者為非球面透鏡。在本實施例中，鏡頭100包括六個透鏡，且其中五個為非球面透鏡。如此一來，可減少球差(spherical aberration)、彗差(coma aberration)、像散(astigmatism)、場曲(curvature of field)與畸變(distortion)等現象，且達到高解像之功效。在本實施例中，第一透鏡群110具有負屈光度，且第二透鏡群120具有正屈光度。此外，在本實施例中，鏡頭100包括至少四個塑膠透鏡，且不具有膠合透鏡，而第二透鏡群120具有至少一球面透鏡。

在本實施例中，第一透鏡群110包括從影像放大側OS往影像縮小側IS依序排列的第一透鏡112、第二透鏡114以及第三透鏡116，且第二透鏡群120包括從影像放大側OS往影像縮小側IS依序排列的第四透鏡122、第五透鏡124以及第六透鏡126。其中，第一透鏡112、第二透鏡114、第三透鏡116、第四透鏡122以及第五透鏡124為非球面透鏡。在本實施例中，第一透鏡112至第六透鏡126的屈光度依序分別為負、負、正、正、負、正。

在本實施例中，第一透鏡112為一雙凹透鏡，第二透鏡114為具有一朝向影像放大側OS之凹面的一負彎月形透鏡（negative meniscus lens），第三透鏡116為具有一朝向影像放大側OS之凸面的一正彎月形透鏡（positive meniscus lens），第四透鏡122為一雙凸透鏡（biconvex lens），第五透鏡124為一雙凹透鏡（biconcave lens），第六透鏡126為一雙凸透鏡。

此外，在本實施例中，鏡頭100還包括孔徑光闌（aperture stop）S、濾光元件130以及玻璃蓋140。孔徑光闌S設置於第一透鏡群110的第三透鏡116與第二透鏡群120的第四透鏡122之間。濾光元件130設置在第二透鏡群120的第六透鏡126與影像縮小側IS之間。玻璃蓋140設置在濾光元件130與位在影像縮小側IS的成像面150之間。

在本實施例中，鏡頭100符合100度≦FOV≦165度的條件，其中FOV為鏡頭100的視場角（field of view, FOV），例如是在成像面150的對角線方向上的視場角。如此一來，符合上述條件的鏡頭100，可確保其光學成像品質，並具有良好的光學特性。

以下表1內容將舉出圖1所繪示的鏡頭100中關於各個透鏡具體的數據資料。（表1）

在表1中，間距指得是在兩相鄰的表面之間沿著鏡頭100之光軸A的直線距離。例如表面S1的間距是位於表面S1與表面S2之間且沿著光軸A的直線距離。註解欄中各透鏡相應的厚度、折射率及阿貝數需參照同一列中對應的間距、折射率及阿貝數的數值。此外，在表1中，表面S1與表面S2為第一透鏡112的兩個表面。表面S3與表面S4為第二透鏡114的兩個表面…等依此類推。表面S7為孔徑光欄S。表面S14與表面S15為濾光元件130的兩個表面。表面S16與表面S17為玻璃蓋140的兩個表面。表面S18是成像面150。

在本實施例中，鏡頭100的表面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S8、S9、S10以及S11為非球面表面，且能藉由以下方程式(1)來表述：

(1)

在方程式中，Z為光軸A方向的偏移量（sag），且c為一密切球面（osculating sphere）之半徑的倒數，即接近光軸A之曲率半徑（例如是表1中表面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S8、S9、S10以及S11的曲率半徑）的倒數。K為一圓錐係數（conic），r為一非球面高度，且A₂ 到 A₁₆ 為非球面係數（aspheric coefficient）。在本實施例中，係數K與A₂ 皆為零。以下表2將列出表面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S8、S9、S10以及S11的非球面參數值。（表2）

在本實施例的鏡頭100中，鏡頭總長（total track length, TTL,S1到S18在光軸上的距離）= 15.9毫米。有效焦距（EFL）= 2.00毫米。光圈值（F-Number, Fno）= 2.0。視場角FOV= 140度。

圖2至圖6為圖1的鏡頭的成像光學模擬數據圖。請參照圖2至圖6，其中，圖2為鏡頭100在日間時的光學傳遞函數曲線圖（modulation transfer function, MTF），其橫軸為每週期/毫米（mm）之空間頻率（spatial frequency in cycles per millimeter），縱軸為光學轉移函數的模數（modulus of the optical transfer function）。在本實施例中，鏡頭100在日間下所顯示出的光學轉移函數曲線在標準範圍內，如圖2所顯示。

圖3為鏡頭100在夜間時對像高為3.088毫米內的光學傳遞函數曲線圖，其橫軸為空間頻率，而縱軸為光學轉移函數的模數。在本實施例中，鏡頭100在夜間下所顯示出的光學轉移函數曲線在標準範圍內，如圖3所顯示。由此可驗證，在本實施例中，鏡頭100可使用較少的鏡片且無需額外動作切換紅外濾光片，也無需使用玻璃膠合光學元件即可達到日夜共焦且具有良好的日間及夜間的光學成像品質。

圖4、圖5以及圖6分別為鏡頭100在溫度為攝氏20度、-20度以及80度的情況下，對不同像高的光學傳遞函數曲線圖，其橫軸為空間頻率，而縱軸為光學轉移函數的模數，T代表在子午方向的曲線，S代表在弧矢方向的曲線，而「TS」後面的數值代表像高，其中像高在0.0000 mm時的子午方向的曲線與弧矢方像的曲線重合。在本實施例中，鏡頭100在溫度為20度時且在空間頻率為63 lp/mm時及像高為3.088 mm內的光學轉移函數的模數大於 60%，在溫度為-20度時且在空間頻率為63 lp/mm時及像高為3.088 mm內的光學轉移函數的模數大於 60%，以及在溫度為-20度時且在空間頻率為63 lp/mm時及像高為3.088 mm內的光學轉移函數的模數大於60%，如圖4至圖6所顯示。在空間頻率為63 lp/mm下-20度到80度有良好的光學效能，換句話說，本實施例的鏡頭100在溫度從攝氏-20度至80度變化時具有低熱飄移及良好的光學成像品質。

圖7為本發明另一實施例的鏡頭的概要示意圖。請參照圖7，本實施例的鏡頭200類似於圖1中的鏡頭100，兩者的不同之處在於，在本實施例中，鏡頭200中的第二透鏡群220包括一阿貝數大於70的透鏡。具體而言，第二透鏡群220中最靠近第一透鏡群210的透鏡（即第四透鏡122）的阿貝數大於70。如此一來，可有效降低可見光到紅外光波長之光線的色差並具有良好的光學特性，且鏡頭200可達成紅外光的焦點位置與可見光的焦點位置同時實質相同的功效。

具體而言，與圖1中的鏡頭100不同之處在於，在本實施例中，第一透鏡212為具有一朝向影像放大側OS之凸面的一負彎月形透鏡，第二透鏡214為一雙凹透鏡，第三透鏡216為一雙凸透鏡。其中，第一透鏡212、第二透鏡214、第三透鏡216、第五透鏡124以及第六透鏡126為非球面透鏡。

以下表3內容將舉出圖7所繪示的鏡頭200中關於各個透鏡具體的數據資料。（表3）

表3的註解欄中所記載的表面S1至表面S18的含意，以及所記載的間距、折射率及阿貝數與同一列中對應的間距、折射率及阿貝數的數值的參照方式相同於表1的參照方式，於此不再贅述。

在本實施例中，鏡頭200的表面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S10、S11、S12以及S13為非球面表面，且能藉由上述方程式(1)來表述。其中，在本實施例中，係數A₂ 與A₁₂ 為零。以下表4將列出表面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S10、S11、S12以及S13的非球面參數值。（表4）

在本實施例的鏡頭200中，鏡頭總長16.1毫米。有效焦距1.85毫米。光圈值2.0。視場角140度。

圖8為本發明另一實施例的鏡頭的概要示意圖。請參照圖8，本實施例的鏡頭300類似於圖7的鏡頭200，兩者之間的差異在於，鏡頭300的第一透鏡群310中透鏡的數量為兩個，第二透鏡群320中透鏡的數量為三個。具體而言，在本實施例中，鏡頭300包括五個透鏡。

具體而言，與圖2中的鏡頭200不同之處在於，在本實施例中，第一透鏡群310包括從影像放大側OS往影像縮小側IS依序排列的第一透鏡212以及第二透鏡314，且第二透鏡群320包括從影像放大側OS往影像縮小側IS依序排列的第三透鏡322、第四透鏡324以及第五透鏡326。

詳細而言，在本實施例中，第二透鏡314為具有一朝向影像放大側OS之凹面的一正彎月形透鏡，第三透鏡322為一雙凸透鏡，第四透鏡324為具有一朝向影像放大側OS之凸面的一負彎月形透鏡，第五透鏡326為一雙凸透鏡。其中，第一透鏡212、第二透鏡314、第四透鏡324以及第五透鏡326為非球面透鏡。在本實施例中，第一透鏡212至第五透鏡326的屈光度依序分別為負、正、正、負、正。

以下表5內容將舉出圖8所繪示的鏡頭300中關於各個透鏡具體的數據資料。（表5）

在表5中，表面S5為孔徑光欄S。而其在表5中註解欄中所記載的表面S1至表面S16的含意，以及所記載的間距、折射率及阿貝數與同一列中對應的間距、折射率及阿貝數的數值的參照方式相同於表1的參照方式，於此不再贅述。

在本實施例中，鏡頭300的表面S1、S2、S3、S4、S8、S9、S10以及S11為非球面表面，且能藉由上述方程式(1)來表述。其中，在本實施例中，係數A₂ 為零。以下表6將列出表面S1、S2、S3、S4、S8、S9、S10以及S11的非球面參數值。（表6）

在本實施例的鏡頭300中，鏡頭總長 16.1毫米。有效焦距1.92毫米。光圈值2.0。視場角140度。鏡頭200、300均類似於圖1中的鏡頭100，可使用較少的鏡片且無需額外動作切換紅外濾光片，也無需使用玻璃膠合光學元件即可達到良好的日間及夜間的光學成像品質，意即，鏡頭200、300均可達到日夜共焦。此外，鏡頭200、300也具有低熱飄移及良好的光學成像品質。

圖9為本發明一實施例的鏡頭的製造方法的流程圖。請參考圖9，在本實施例中，所述鏡頭的製造方法至少可以應用於圖1的鏡頭100、圖7的鏡頭200或圖8的鏡頭300。以下說明將以應用於圖1的鏡頭100為例，但本發明並不以此為限。在本實施例的鏡頭的製造方法中，在步驟S900中，提供一鏡筒。在步驟S910中，將第一透鏡群110置入並固定於鏡筒內。在步驟S920中，將第二透鏡群120置入並固定於鏡筒內，以完成鏡頭100的製造。

綜上所述，在本發明的範例實施例中，鏡頭之設計符合預設的條件標準，因此本發明的實施例之鏡頭可達到廣視場角、小型化、日夜共焦以及低熱飄移，並且提供良好的光學成像品質。

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‧‧‧鏡頭110、210、310‧‧‧第一透鏡群112、212‧‧‧第一透鏡114、214、314‧‧‧第二透鏡116、216、322‧‧‧第三透鏡120、220、320‧‧‧第二透鏡群122、324‧‧‧第四透鏡124、326‧‧‧第五透鏡126‧‧‧第六透鏡130‧‧‧濾光元件140‧‧‧玻璃蓋150‧‧‧成像面A‧‧‧光軸OS‧‧‧影像放大側IS‧‧‧影像縮小側S‧‧‧孔徑光闌S1~S18‧‧‧表面

圖1為本發明一實施例的鏡頭的概要示意圖。圖2至圖6為圖1的鏡頭的成像光學模擬數據圖。圖7為本發明另一實施例的鏡頭的概要示意圖。圖8為本發明另一實施例的鏡頭的概要示意圖。圖9為本發明一實施例的鏡頭的製造方法的流程圖。

100‧‧‧鏡頭

110‧‧‧第一透鏡群

112‧‧‧第一透鏡

114‧‧‧第二透鏡

116‧‧‧第三透鏡

120‧‧‧第二透鏡群

122‧‧‧第四透鏡

124‧‧‧第五透鏡

126‧‧‧第六透鏡

130‧‧‧濾光元件

140‧‧‧玻璃蓋

150‧‧‧成像面

A‧‧‧光軸

OS‧‧‧影像放大側

IS‧‧‧影像縮小側

S‧‧‧孔徑光闌

S1~S18‧‧‧表面

Claims

一種鏡頭，包括：一第一透鏡群，設置在一影像放大側與一影像縮小側之間；一第二透鏡群，設置在該第一透鏡群與該影像縮小側之間；以及一紅外濾光片，設置該第二透鏡群與該影像縮小側之間，其中，該鏡頭包括六個或六個以下的透鏡，該六個以下的透鏡中的至少四者為非球面透鏡，該鏡頭的視場角介於100度和165度之間，且該第二透鏡群具有至少一球面透鏡，最靠近該影像縮小側的透鏡的最靠近該影像縮小側的表面不具有反曲點，該紅外濾光片是不可切換的。
一種鏡頭，包括：一第一透鏡群，設置在一影像放大側與一影像縮小側之間；一第二透鏡群，設置在該第一透鏡群與該影像縮小側之間；以及一紅外濾光片，設置該第二透鏡群與該影像縮小側之間，其中，該鏡頭包括六個或六個以下的透鏡，該六個以下的透鏡中的至少四者為非球面透鏡，該鏡頭的視場角介於100度和165度之間，且該紅外濾光片是不可切換的。
如申請專利範圍第1至2項中任一項所述的鏡頭，其中該鏡頭還包括一孔徑光闌，設置在該第一透鏡群與該第二透鏡群之間。
如申請專利範圍第1至2項中任一項所述的鏡頭，其中該第一透鏡群具有負屈光度，且該第二透鏡群具有正屈光度。
如申請專利範圍第1至2項中任一項所述的鏡頭，其中該第一透鏡群包括從該影像放大側往該影像縮小側依序排列的一第一透鏡、一第二透鏡以及一第三透鏡，該第二透鏡群包括從該影像放大側往該影像縮小側依序排列的一第四透鏡、一第五透鏡以及一第六透鏡，且該第四透鏡以及該第五透鏡為非球面透鏡。
如申請專利範圍第5項所述的鏡頭，其中該鏡頭還滿足下列條件之一：(1)該第一透鏡至該第六透鏡的屈光度依序分別為負、負、正、正、負、正；(2)該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡為非球面透鏡。
如申請專利範圍第1至2項中任一項所述的鏡頭，其中該鏡頭還滿足下列條件之一：(1)包括至少四個塑膠透鏡，且該鏡頭中不具有膠合透鏡；(2)該第二透鏡群中最靠近該第一透鏡群的透鏡的阿貝數大於70。
如申請專利範圍第2項所述的鏡頭，其中該鏡頭中透鏡的數量為六個，其中由該影像放大側至該影像縮小側數過來的第四個透鏡為球面透鏡，且最靠近該影像縮小側的透鏡為非球面透鏡。
如申請專利範圍第2項所述的鏡頭，其中該第一透鏡群中透鏡的數量為兩個，該第二透鏡群中透鏡的數量為三個。
如申請專利範圍第9項所述的鏡頭，其中該第一透鏡群包括從該影像放大側往該影像縮小側依序排列的一第一透鏡以及一第二透鏡，該第二透鏡群包括從該影像放大側往該影像縮小側依序排列的一第三透鏡、一第四透鏡以及一第五透鏡，其中該第四透鏡以及該第五透鏡為非球面透鏡。
如申請專利範圍第10項所述的鏡頭，其中該鏡頭還滿足下列條件之一：(1)該第一透鏡至該第五透鏡的屈光度依序分別為負、正、正、負、正；(2)該第一透鏡以及該第二透鏡為非球面透鏡。
一種鏡頭的製造方法，包括：提供一鏡筒；將一第一透鏡群置入並固定於該鏡筒內；將一第二透鏡群置入並固定於該鏡筒內；以及將一紅外濾光片置入並固定於該鏡筒內，其中，該鏡頭包括六個或六個以下的透鏡，該六個以下的透鏡中的至少四者為非球面透鏡，該鏡頭的視場角介於100度和165度之間，且該第二透鏡群具有至少一球面透鏡，最靠近該影像縮小側的透鏡的最靠近該影像縮小側的表面不具有反曲點，該紅外濾光片是不可切換的。