TWI797968B

TWI797968B - 光學鏡頭

Info

Publication number: TWI797968B
Application number: TW111102670A
Authority: TW
Inventors: 江昇達; 吳昇澈
Original assignee: 上暘光學股份有限公司
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-04-01
Also published as: TW202331333A

Abstract

一種光學鏡頭，具有一放大側與一縮小側，其間依序設有一第一群鏡組、一光欄、與一第二群鏡組，其中，該光欄係用以區隔該第一群鏡組與該第二群鏡組者；該第一群鏡組包含複數枚透鏡，且其中第二枚為非球面透鏡；該第二群鏡組包含至少四枚透鏡，其中至少有一枚為非球面透鏡，一枚正屈光度透鏡為非球面透鏡；且該第一群鏡組與該第二群鏡組中包含有二組膠合透鏡組；而該光學鏡頭符合0.10<IHmax/TTL<0.24，與0.024mm/°<IHmax/half-HOV<0.032mm/°的條件，其中，IHmax為最大成像高度，TTL為鏡頭總長，half-HOV為鏡頭的半視場角度。

Description

光學鏡頭

本發明係有關一種光學鏡頭，尤指應用非球面透鏡提高解析度品質，以及使用二組膠合透鏡組以達到良好色差與像差改善效果之光學鏡頭。

按，廣角鏡頭因為焦距短(少於35毫米)，拍攝範圍可以很廣，也因為範圍很大，可以提供豐富的場面調度創作機會，廣角鏡頭大多用於遠景，或需要廣闊焦點範圍的場合，也可用來放大狹小的空間，呈現扭曲視野。超廣角又叫魚眼鏡頭(Fisheye lenses)，可產生更大幅度的變形。通常，魚眼鏡頭係指視角接近或等於180°的一種特殊鏡頭，其特點是能夠捕捉比廣角鏡頭更加廣泛的範圍。

次按，現代化座車基於安全考量，各角度影像擷取的需求愈來愈大，故而具有寬視場(FOV)的魚眼鏡頭便成為車載鏡頭和安控攝影機的首選；再者，隨著視場的擴大，必須增加透鏡數量或加入非球面透鏡，以矯正大視角所產生的光學像差，如此鏡頭長度就會加大，且鏡頭成本也隨之增加；一般而言，魚眼鏡頭的體積加大，其色差與像差的表現將形惡化，但若要縮小魚眼鏡頭的尺寸，且要兼顧良好色差與像差的表現著實非常困難。再按，色差(Chromatic aberration)是指光學上透鏡無法將各種波長的色光都聚焦在同一點上的現象；而像差(Optical aberration)是實際成像與單透鏡理想成像的偏離，這些偏離是折射作用所造成的。因此，如何產製具有寬視場、高解析度、大光圈、可縮減鏡頭總長(Total Track Length，TTL)、又能達到良好色差與像差改善效果的光學鏡頭，乃為本發明人所要積極發展的課題。

緣是，本發明之主要目的，係在提供具有寬視場、高解析度、大光圈、又能縮減鏡頭總長的一種可達良好色差與像差改善效果之光學鏡頭。

為達上述目的，本發明所採取的技術手段，包含：一第一群鏡組、一光欄、與一第二群鏡組，係依序設於一放大側與一縮小側之間，其中，該光欄係用以區隔該第一群鏡組與該第二群鏡組；該第一群鏡組包含複數枚透鏡，且其中第二枚為非球面透鏡；該第二群鏡組包含至少四枚透鏡，其中至少有一枚為非球面透鏡，一枚正屈光度透鏡則為非球面透鏡；且該第一群鏡組與該第二群鏡組中包含有二組膠合透鏡組；而該光學鏡頭符合0.10<IHmax/TTL<0.24，與0.024mm/°<IHmax/half-HOV<0.032mm/°的條件，其中，IHmax為最大成像高度，TTL為鏡頭總長，half-HOV為鏡頭的半視場角度。

前述之「光欄」構件，係指光學系統中能對光束起限制作用的長方形或圓形通光孔；一般用來控制光的強度、減少像差及增加聚焦的深度；光欄越小，像差越小，景深越大，像越清晰，但是明亮度則減弱。又，「膠合透鏡」組件，是指複數片折射率和色散都不同的單片透鏡使用膠黏劑予以結合在一起的透鏡；膠合透鏡的主要作用在減少色差及其他光學系統上的像差。

依據前揭特徵，本發明中該光欄後方設有一膠合透鏡組，其自該放大側至該縮小側之間，依序由一正屈光度透鏡與一負屈光度透鏡所組成；且最靠近縮小側具有屈光度者為一膠合透鏡組，其自該放大側至該縮小側之間，依序由一正屈光度透鏡與一負屈光度透鏡所組成。

依據前揭特徵，本發明中該光欄後方設有一膠合透鏡組，且自該放大側至該縮小側之間，依序設有一正屈光度透鏡、一負屈光度透鏡、與一正屈光度透鏡。

依據前揭特徵，本發明中該第一群鏡組所包含之第一枚透鏡的折射率大於1.8。

依據前揭特徵，本發明中該光欄前方設有一正屈光度透鏡或一正屈光度膠合透鏡。

依據前揭特徵，本發明中該光欄前一枚與後一枚之透鏡為一球面透鏡。

由於本發明之光學鏡頭係在第一群鏡組與第二群鏡組中，應用非球面透鏡以提高鏡頭解析度品質，且應用二組膠合透鏡組，使可見光與紅外光達到共焦性能，進而獲得良好色差與像差的改善效果；同時本發明之光學鏡頭其鏡頭總長(TTL)將小於17mm，且視角(FOV)可大於180度；因此，本發明可以滿足小尺寸、以及容易生產的特性。

10:第一群鏡組

20:光欄

30:第二群鏡組

40:紅外光濾片

50:玻璃蓋

100:第一實施例之光學鏡頭

200:第二實施例之光學鏡頭

C1:第一膠合透鏡組

C2:第二膠合透鏡組

L1:第一透鏡

L2:第二透鏡

L3:第三透鏡

L4:第四透鏡

L5:第五透鏡

L6:第六透鏡

L7:第七透鏡

L8:第八透鏡

L1R1、L2R1、L3R1、L4R1、L5R1、L6R1、L7R1、L8R1:物側表面

L1R2、L2R2、L3R2、L4R2、L5R2、L6R2、L7R2、L8R2:像側表面

IHmax:最大成像高度

IM:成像面

IS:縮小側

LA:光軸

OS:放大側

TTL:鏡頭總長

λ1:可見光波長

λ2:紅外光波長

圖1 係本發明第一實施例之透鏡結構圖。

圖2 係本發明第一實施例達到共焦性能之波形圖。

圖3 係本發明第二實施例之透鏡結構圖。

圖4 係本發明第二實施例達到共焦性能之波形圖。

首先請參見圖1與圖3所示，為本發明第一實施例光學鏡頭100，與第二實施例光學鏡頭200其透鏡之結構，分別包含：一第一群鏡組10、一光欄20、一第二群鏡組30、一紅外光濾片40、與一玻璃蓋50，係依序設於一放大側(物側)OS與一縮小側(像側)IS之間，其中，該光欄20係用以區隔該第一群鏡組10與該第二群鏡組30，且該第一群鏡組10與該第二群鏡組30係沿著一光軸LA排列；本發明中，該放大側OS至該縮小側IS之鏡頭總長TTL約為17mm，又，玻璃蓋50係設置在縮小側(像側)IS處，且排列在該第二群鏡組30與成像面IM之間；而紅外光濾片40則設置於該第二群鏡組30與該玻璃蓋50之間，進而使該光學鏡頭100/200在該成像面IM產生影像。

承上，本發明中第一實施例之光學鏡頭100如圖1所示，該第一群鏡組10包含複數枚透鏡(即自該放大側OS至該縮小側IS，依序包括第一透鏡L1、第二透鏡L2、及第三透鏡L3)，且其中之第二枚(即該第二透鏡L2)為非球面透鏡，而該第一透鏡L1、第三透鏡L3則為球面透鏡；次者，本發明中第二群鏡組包含至少四枚透鏡(即自該放大側OS至該縮小側IS，依序包括第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7、及第八透鏡L8)，其中，第四透鏡L4、第五透鏡L5、第七透鏡L7、第八透鏡L8為球面透鏡，而至少有一枚為非球面透鏡(即該第六透鏡L6)，且一枚正屈光度透鏡為非球面透鏡者(亦為該第六透鏡L6)；又者，本發明中第一群鏡組10與第二群鏡組30中包含二組膠合透鏡組(即第四、第五透鏡L4/L5膠合而成一第一膠合透鏡組C1，第七、第八透鏡L7/L8膠合而成一第二膠合透鏡組C2)；以及該光欄20後方設有一膠合透鏡組(即該第一膠合透鏡組C1)，且依序設有一正屈光度透鏡(即第四透鏡L4)與一負屈光度透鏡(即第五透鏡L5)所組成；且最靠近縮小側具有屈光度者為一膠合透鏡組(即該第二膠合透鏡組C2)，其自該放大側至該縮小側之間，依序由一正屈光度透鏡(即第七透鏡L7)與一負屈光度透鏡(即第八透鏡L8)所組成；再者，本發明中該第一群鏡組10所包含之第一枚透鏡(即第一透鏡L1)的折射率大於1.8；且本發明中該光欄20前一枚之透鏡(第三透鏡L3)與後一枚之透鏡(第四透鏡L4)為一球面透鏡。

本發明第一實施例中，該第一透鏡L1、該第二透鏡L2、該第三透鏡L3、該第四透鏡L4、該第五透鏡L5、該第六透鏡L6、該第七透鏡L7、該第八透鏡L8各鏡面之類型(Type)、曲率半徑(Radius)、厚度(Thickness)、折射率(Index)、阿貝數(Abbe)等參數值記載於表1欄位內。

進一步，該L1R1、L1R2係分別為該第一透鏡L1之物側表面、像側表面；該L2R1、L2R2係分別為該第二透鏡L2之物側表面、像側表面；該L3R1、L3R2係分別為該第三透鏡L31之物側表面、像側表面；該L4R1、L4R2係分別為該第四透鏡L4之物側表面、像側表面；該L5R1、L5R2係分別為該第五透鏡L5之物側表面、像側表面；該L6R1、L6R2係分別為該第六透鏡L6之物側表面、像側表面；該L7R1、L7R2係分別為該第七透鏡L7之物側表面、像側表面；該L8R1、L8R2係分別為該第八透鏡L8之物側表面、像側表面；其中，L1R1、L1R2、L3R1、L3R2、L4R1、L4R2、L5R1、L5R2、L7R1、L7R2、L8R1、L8R2為球面，L2R1、L2R2、L6R1、L6R2為非球面。本實施例中各透鏡依表1所載參數值，據以製作之光學鏡頭100，其IHmax/TTL=0.164，以及IHmax/half-HOV=0.0277mm/°，而所述IHmax為最大成像高度，TTL為鏡頭長度，half-HOV為鏡頭的半視場角度。

配合表2，其非球面透鏡(ASPH)中列出該L2R1、L2R2、L6R1、L6R2係分別為非球面透鏡之物側表面與像側表面，並列出該非球面透鏡之圓錐係數(K)以及4TH、6TH、8TH、10TH、12TH、14TH之非球面係數。

本發明第一實施例之光學鏡頭100，通過400-700nm之可見光波長λ1與通過940nm之紅外光波長λ2，兩者焦距偏移量<0.015mm，且兩者其正弦波的圖像對比度與物體對比度之間的複數比(Modulus of the OTF)在空間頻率83lp/mm時<0.1，如圖2所示；由於第一實施例之光學鏡頭100能驅使可見光與紅外光達到共焦性能；因此，本實施例可達到良好色差及像差的改善效果。

本發明中第二實施例之光學鏡頭200如圖3所示，該第一群鏡組10包含複數枚透鏡(即自該放大側OS至該縮小側IS，依序包括第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、及第四透鏡L4)，且其中之第二枚(即該第二透鏡L2)為非球面透鏡，而該第一透鏡L1、第三透鏡L3、第四透鏡L4則為球面透鏡；次者，本發明中第二群鏡組包含至少四枚透鏡(即自該放大側OS至該縮小側IS，依序包括第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7、及第八透鏡L8)，其中，第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7為球面透鏡，而至少有一枚為非球面透鏡(即該第八透鏡L8)，且一枚正屈光度透鏡為非球面透鏡者(亦為該第八透鏡L8)；又者，本發明中第一群鏡組10與第二群鏡組30中包含二組膠合透鏡組(即第三、第四透鏡L3/L4膠合而成一第一膠合透鏡組C1，第五、第六、第七透鏡L5/L6/L7膠合而成一第二膠合透鏡組C2)；以及該光欄20後方設有一膠合透鏡組(即該第二膠合透鏡組C2)，且自該放大側至該縮小側之間依序設有一正屈光度透鏡(第五透鏡L5)、一負屈光度透鏡(第六透鏡L6)、與一正屈光度透鏡(第七透鏡L7)；再者，本發明中該第一群鏡組10所包含之第一枚透鏡(即第一透鏡L1)的折射率大於1.8；又本發明中該光欄20前方設有一正屈光度透鏡(第三透鏡L3)或一正屈光度膠合透鏡(第一膠合透鏡組C1)；且本發明中該光欄20前一枚之透鏡(第四透鏡L4)與後一枚之透鏡(第五透鏡L5)為一球面透鏡。

本發明第二實施例中，該第一透鏡L1、該第二透鏡L2、該第三透鏡L3、該第四透鏡L4、該第五透鏡L5、該第六透鏡L6、該第七透鏡L7、該第八透鏡L8各鏡面之類型(Type)、曲率半徑(Radius)、厚度(Thickness)、折射率(Index)、阿貝數(Abbe)等參數值記載於表3欄位內。

進一步，該L1R1、L1R2係分別為該第一透鏡L1之物側表面、像側表面；該L2R1、L2R2係分別為該第二透鏡L2之物側表面、像側表面；該L3R1、L3R2係分別為該第三透鏡L31之物側表面、像側表面；該L4R1、L4R2係分別為該第四透鏡L4之物側表面、像側表面；該L5R1、L5R2係分別為該第五透鏡L5之物側表面、像側表面；該L6R1、L6R2係分別為該第六透鏡L6之物側表面、像側表面；該L7R1、L7R2係分別為該第七透鏡L7之物側表面、像側表面；該L8R1、L8R2係分別為該第八透鏡L8之物側表面、像側表面；其中，L1R1、L1R2、L3R1、L3R2、L4R1、L4R2、L5R1、L5R2、L6R1、L6R2、L7R1、L7R2為球面，L2R1、L2R2、L8R1、L8R2為非球面。本實施例中各透鏡依表3所載參數值，據以製作之光學鏡頭200，其IHmax/TTL=0.185，以及IHmax/half-HOV=0.0285mm/°，而所述IHmax為最大成像高度，TTL為鏡頭長度，half-HOV為鏡頭的半視場角度。

配合表4，其非球面透鏡(ASPH)中列出該L2R1、L2R2、L8R1、L8R2係分別為非球面透鏡之物側表面與像側表面，並列出該非球面透鏡之圓錐係數(K)以及4TH、6TH、8TH、10TH、12TH、14TH之非球面係數。

本發明第二實施例之光學鏡頭200，通過400-700nm之可見光波長λ1與通過940nm之紅外光波長λ2，兩者焦距偏移量<0.015mm，且兩者其正弦波的圖像對比度與物體對比度之間的複數比(Modulus of the OTF)在空間頻率83lp/mm時<0.1，如圖4所示；由於第二實施例之光學鏡頭200能驅使可見光與紅外光達到共焦性能；因此，本實施例可達到良好色差及像差的改善效果。

綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」、「環保性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。