CN107450155B - 光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学镜头，包括一第一透镜群、一第二透镜群与设于第一透镜群与第二透镜群之间的光圈。第一透镜群具有负屈光度且包含具屈光度的透镜数目小于3。第二透镜群具有正屈光度且包含具屈光度的透镜数目小于5和具绕射面的非球面透镜；以及光学镜头符合下列条件：

其中

为绕射面屈光度，

为具绕射面的透镜的折射屈光度，V为具绕射面的透镜的阿贝数。通过本发明实施例的设计，可提供一种能兼顾轻量化及日夜共焦，且能提供较低的制造成本及较佳的成像品质的光学镜头设计。

Description

光学镜头

技术领域

本发明关于一种具绕射元件及日夜共焦表现的光学镜头。

背景技术

近年来智能家庭监视用摄影机有越来越蓬勃发展的趋势，人们对于薄型化及光学性能的要求也越来越高。要满足这样需求的镜头，大致上需要具低成本、大光圈、广视角、轻量化和日夜共焦等特点。尤其是日夜共焦部分，传统的方法必须使用低色散材质(萤石)，但萤石材质的重量较重(约为一般玻璃的1.5倍)，且成本较高(约为一般玻璃的18倍)，如此就与低成本和轻型化的趋势相抵触了。因此，目前亟需一种能兼顾轻量化及日夜共焦，且能提供较低的制造成本及较佳的成像品质的取像镜头设计。

发明内容

本发明的其他目的和优点可以从本发明实施例所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

本发明的一实施例提出一种光学镜头，包括由一方向依序设置的第一透镜群与第二透镜群，设于第一透镜群与第二透镜群之间的光圈。第一透镜群具有负屈光度且包含具屈光度的透镜数目小于3。第二透镜群具有正屈光度且包含具屈光度的透镜数目小于5和具绕射面的非球面透镜；以及光学镜头符合下列条件：

其中

为绕射面屈光度，

为具绕射面的透镜的折射屈光度，V为具绕射面的透镜的阿贝数。

通过本发明实施例的设计，可提供一种能兼顾轻量化及日夜共焦，且能提供较低的制造成本及较佳的成像品质的光学镜头设计。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为依本发明一实施例的光学镜头10a的示意图。

图2至图5为图1的光学镜头的成像光学模拟数据图，其中图2-图3分别为可见光和850纳米红外光的光线扇形图，图4-图5分别为587纳米绿光和850纳米红外光的绕射光学传递函数曲线图。

图6为依本发明另一实施例的光学镜头10b的示意图。

图7至图10为图6的光学镜头的成像光学模拟数据图，其中图7-图8分别为可见光和850纳米红外光的光线扇形图，图9-图10分别为587纳米绿光和850纳米红外光的绕射光学传递函数曲线图。

图11为依本发明另一实施例的光学镜头10c的示意图。

图12至图15为图11的光学镜头的成像光学模拟数据图，其中图12-图13分别为可见光和850纳米红外光的光线扇形图，图14-图15分别为587纳米绿光和850纳米红外光的绕射光学传递函数曲线图。

图16为依本发明另一实施例的光学镜头10d的示意图。

图17至图20为图16的光学镜头的成像光学模拟数据图，其中图17-图18分别为可见光和850纳米红外光的光线扇形图，图19-图20分别为587纳米绿光和850纳米红外光的绕射光学传递函数曲线图。

附图标号

10a-10d 光学镜头

12 光轴

14 光圈

16 玻璃盖

18 成像平面

20 第一透镜群

30 第二透镜群

L1-L7 透镜

S1-S15 表面

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为显示依本发明一实施例的光学镜头10a的示意图。光学镜头10a设置于一放大侧(图1的左侧；例如为物侧)与一缩小侧(图1的右侧；例如为像侧)之间。如图1所示，光学镜头10a包含具有负屈光度且位于放大侧与缩小侧之间的第一透镜群(例如为前群)20、具有正屈光度且位于第一透镜群20与缩小侧之间的第二透镜群(例如为后群)30以及位于第二透镜群30内的一光圈14。再者，缩小侧可设置玻璃盖16以及图像感测器，其成像平面标示为18，且玻璃盖16位于第二透镜群30与成像平面18之间。第一透镜群20可包含沿光学镜头10a的光轴12从放大侧至缩小侧依序排列的一第一透镜L1及一第二透镜L2，且第二透镜群30可包含沿光学镜头10a的光轴12从放大侧至缩小侧依序排列的一第三透镜L3、一第四透镜L4、一第五透镜L5及一第六透镜L6，第一透镜L1至第六透镜L6的屈光度分别为负、负、正、正、负、正。于本实施例中，第六透镜L6可为包含一绕射面的非球面透镜，第一透镜L1、第二透镜L2及第五透镜L5为新月形透镜，且第三透镜L3及第四透镜L4为双凸透镜。另外，第四透镜L4及第五透镜L5形成具正屈光度的胶合透镜。值得注意的是，第四透镜L4及第五透镜L5相邻的两面有相同的曲率半径，而且胶合透镜的相邻两面可利用不同的方式贴合，例如以光学胶涂布在相邻两面间胶合、以机构件将相邻两面压合等方式。光学镜头10a的透镜设计参数、外形、非球面系数及绕射面分别如表一、表二及表三所示，于本发明如下的各个设计实例中，非球面多项式可用下列公式表示：

上述的公式(1)中，Z为光轴方向的偏移量(sag)，c是密切球面(osculatingsphere)的半径的倒数，也就是接近光轴处的曲率半径的倒数，k是二次曲面系数(conic)，r是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度。表二的A-D分别代表非球面多项式的4阶项、6阶项、8阶项、10阶项系数值。

于本发明如下的各个设计实例中，绕射面多项式可用下列公式表示：

φ(r)＝(2π/λ₀)∑C_nr²ⁿ (2)

上述的公式(2)中，φ(r)为绕射元件(diffractice optical element)的相位函数(phase)，r是与光学镜头光轴的径向距离(radial distance)，λ₀是参考波长(referencewavelength)，也就是说绕射面(diffractice optical surface)为透镜表面加上相位函数(phase)。表三的C1-C4分别代表绕射面多项式的2阶项、4阶项、6阶项、8阶项系数值。

表一

S1的间距为表面S1到S2在光轴12的距离，S2的间距为表面S2到S3在光轴12的距离，S13间距和下一个间距的和为玻璃盖S13表面到成像平面18在光轴12的距离。

可见光有效焦距(EFL of visible light)＝3.976mm；

红外光有效焦距(EFL of NIR 850nm light)＝3.984mm；

光圈值(F-Number)＝1.8；

最大视场角(Max.field of view，FOV)＝163.8度；

成像平面的最大成像高度(Max.Image Height)＝8.914mm；

镜头总长(total track length，TTL，S1到成像平面的距离)＝28.83mm。

表二

	S11
		K	-1.63
A	2.445E-06
		B	-5.290E-08
C	0
		D	0

表三

图2-图3分别为可见光和850纳米红外光的光线扇形图(ray fan plot)，其中X轴为光线通过入瞳的位置，Y轴为主光线投射至像平面(例如成像平面18)的位置的相对数值。图4至图5为本实施例光学镜头10a的成像光学模拟数据图，其中图4-图5分别为587纳米绿光和850纳米红外光的绕射光学传递函数曲线图(modulation transfer function，MTF)，两者的焦平面偏移量为约1微米。要注意的是，也可以使用555纳米的绿光取代587纳米的绿光来画出成像光学模拟数据图。若以555纳米或587纳米绿光通过光学镜头10a的一焦平面为量测基准，光学镜头10a满足850纳米红外光在该焦平面位移量，离该量测基准小于5微米。图2-图5模拟数据图所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的光学镜头10a确实能够兼具良好的光学成像品质及日夜共焦的特性。

本实施例的光学镜头可包含两透镜群且光圈值可为1.8，光学镜头可包含具一绕射面的一片非球面透镜以修正像差及色差。再者，可满足下列条件：

20<V<60 (4)

其中

为绕射面屈光度，其为表三中的C1/(-0.5)，

为非球面透镜的折射屈光度，V为非球面透镜的阿贝数。具体而言，假设光学镜头被设计为符合

此时可见光和红外光两者色差矫正过度，红外光的焦平面变短。另一方面，假设光学镜头被设计为符合

此时可见光和红外光两者色差矫正不足，红外光的焦平面变长。因此，本实施例的光学镜头设计为符合

的条件，可使光学镜头兼具良好的光学成像品质及日夜共焦的特性。

图6为显示依本发明另一实施例的光学镜头10b的示意图。光学镜头10b设置于一放大侧(图6的左侧；例如为物侧)与一缩小侧(图6的右侧；例如为像侧)之间。如图6所示，光学镜头10b包含具有负屈光度且位于放大侧与缩小侧之间的第一透镜群(例如为前群)20、具有正屈光度且位于第一透镜群20与缩小侧之间的第二透镜群(例如为后群)30以及位于第二透镜群30内的一光圈14。再者，缩小侧可设置玻璃盖16以及图像感测器，其成像平面标示为18，且玻璃盖16位于第二透镜群30与成像平面18之间。第一透镜群20可包含沿光学镜头10b的光轴12从放大侧至缩小侧依序排列的一第一透镜L1及一第二透镜L2，且第二透镜群30可包含沿光学镜头10b的光轴12从放大侧至缩小侧依序排列的一第三透镜L3、一第四透镜L4、一第五透镜L5及一第六透镜L6，第一透镜L1至第六透镜L6的屈光度分别为负、负、正、正、正、负。于本实施例中，第四透镜L4可为包含一绕射面的非球面透镜，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第六透镜L6为新月形透镜，且第五透镜L5双凸透镜。另外，第五透镜L5及第六透镜L6形成具正屈光度的胶合透镜。值得注意的是，第五透镜L5及第六透镜L6相邻的两面有相同的曲率半径，而且胶合透镜的相邻两面可利用不同的方式贴合，例如以光学胶涂布在相邻两面间胶合、以机构件将相邻两面压合等方式。光学镜头10b的透镜设计参数、外形、非球面系数及绕射面分别如表四、表五及表六所示，其中表五的A-D分别代表非球面多项式(如公式1所示)的4阶项、6阶项、8阶项、10阶项系数值。表六的C1-C4分别代表绕射面多项式(如公式2所示)的2阶项、4阶项、6阶项、8阶项系数值。

表四

S1的间距为表面S1到S2在光轴12的距离，S2的间距为表面S2到S3在光轴12的距离，S13间距和下一个间距的和为玻璃盖S13表面到成像平面18在光轴12的距离。

可见光有效焦距(EFL of visible light)＝4.04mm；

红外光有效焦距(EFL of NIR 850nm light)＝4.054mm；

光圈值(F-Number)＝1.8；

最大视场角(Max.field of view，FOV)＝138.5度；

成像平面的最大成像高度(Max.Image Height)＝8.914mm；

镜头总长(total track length，TTL，S1到成像平面的距离)＝30mm。

表五

	S8
		K	0
A	-7.738E-04
		B	2.689E-05
C	-3.242E-06
		D	2.228E-07

表六

图7-图8分别为可见光和850纳米红外光的光线扇形图(ray fan plot)，其中X轴为光线通过入瞳的位置，Y轴为主光线投射至像平面(例如成像平面18)的位置的相对数值。图9至图10为本实施例光学镜头10b的成像光学模拟数据图，其中图9-图10分别为587纳米绿光和850纳米红外光的绕射光学传递函数曲线图(modulation transfer function，MTF)，两者的焦平面偏移量为约4微米。要注意的是，也可以使用555纳米的绿光取代587纳米的绿光来画出成像光学模拟数据图。若以555纳米或587纳米绿光通过光学镜头10b的一焦平面为量测基准，光学镜头10b满足850纳米红外光在该焦平面位移量，离该量测基准小于5微米。图7-图10模拟数据图所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的光学镜头10b确实能够兼具良好的光学成像品质及日夜共焦的特性。

本实施例的光学镜头可包含两透镜群且光圈值可为1.8，光学镜头可包含具一绕射面的一片非球面透镜以修正像差及色差。再者，可满足下列条件：

20<V<60 (4)

其中

为绕射面屈光度，其为表六中的C1/(-0.5)，

为非球面透镜的折射屈光度，V为非球面透镜的阿贝数。具体而言，假设光学镜头被设计为符合

此时可见光和红外光两者色差矫正过度，红外光的焦平面变短。另一方面，假设光学镜头被设计为符合

此时可见光和红外光两者色差矫正不足，红外光的焦平面变长。因此，本实施例的光学镜头设计为符合

的条件，可使光学镜头兼具良好的光学成像品质及日夜共焦的特性。

图11为显示依本发明一实施例的光学镜头10c的示意图。光学镜头10c设置于一放大侧(图11的左侧；例如为物侧)与一缩小侧(图11的右侧；例如为像侧)之间。如图11所示，光学镜头10c包含位于放大侧与缩小侧之间的第一透镜群20、具有正屈光度且位于第一透镜群20与缩小侧之间的第二透镜群30以及位于第一透镜群20与第二透镜群30之间的一光圈14。再者，缩小侧可设置玻璃盖16以及图像感测器，其成像平面标示为18，且玻璃盖位于第二透镜群30与成像平面18之间。第一透镜群20可包含沿光学镜头10c的光轴12从放大侧至缩小侧依序排列的一第一透镜L1、一第二透镜L2及一第三透镜L3，且第二透镜群30可包含沿光学镜头10c的光轴12从放大侧至缩小侧依序排列的一第四透镜L4、一第五透镜L5及一第六透镜L6，第一透镜L1至第六透镜L6的屈光度分别为负、负、正、正、负、正。于本实施例中，第六透镜L6可为包含一绕射面的非球面透镜，第一透镜L1、第二透镜L2及第五透镜L5为新月形透镜，且第三透镜L3及第四透镜L4为双凸透镜。另外，第四透镜L4与第五透镜L5形成具正屈光度的胶合透镜。值得注意的是，第四透镜L4与第五透镜L5相邻的两面有相同的曲率半径，而且胶合透镜的相邻两面可利用不同的方式贴合，例如以光学胶涂布在相邻两面间胶合、以机构件将相邻两面压合等方式。光学镜头10c的透镜设计参数、外形、非球面系数及绕射面分别如表七、表八及表九所示，其中表八的A-D分别代表非球面多项式(如公式1所示)的4阶项、6阶项、8阶项、10阶项系数值。表九的C1-C4分别代表绕射面多项式(如公式2所示)的2阶项、4阶项、6阶项、8阶项系数值。

表七

S1的间距为表面S1到S2在光轴12的距离，S2的间距为表面S2到S3在光轴12的距离，S13间距和下一个间距的和为玻璃盖S13表面到成像平面18在光轴12的距离。

可见光有效焦距(EFL of visible light)＝3.964mm；

红外光有效焦距(EFL of NIR 850nm light)＝3.959mm；

光圈值(F-Number)＝1.8；

最大视场角(Max.field of view，FOV)＝154.8度；

成像平面的最大成像高度(Max.Image Height)＝8.914mm；

镜头总长(total track length，TTL，S1到成像平面的距离)＝29.6mm；

表八

表九

图12-图13分别为可见光和850纳米红外光的光线扇形图(ray fan plot)，其中X轴为光线通过入瞳的位置，Y轴为主光线投射至像平面(例如成像平面18)的位置的相对数值。图14至图15为本实施例光学镜头10c的成像光学模拟数据图，其中图14-图15分别为587纳米绿光和850纳米红外光的绕射光学传递函数曲线图(modulation transfer function，MTF)，两者的焦平面偏移量为约4微米。要注意的是，也可以使用555纳米的绿光取代587纳米的绿光来画出成像光学模拟数据图。若以555纳米或587纳米绿光通过光学镜头10c的一焦平面为量测基准，光学镜头10c满足850纳米红外光在该焦平面位移量，离该量测基准小于5微米。图12-图15模拟数据图所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的光学镜头10c确实能够兼具良好的光学成像品质及日夜共焦的特性。

本实施例的光学镜头可包含两透镜群且光圈值可为1.8，光学镜头可包含具一绕射面的一片非球面透镜以修正像差及色差。再者，可满足下列条件：

20<V<60 (4)

其中

为绕射面屈光度，其为表九中的C1/(-0.5)，

为非球面透镜的折射屈光度，V为非球面透镜的阿贝数。具体而言，假设光学镜头被设计为符合

此时可见光和红外光两者色差矫正过度，红外光的焦平面变短。另一方面，假设光学镜头被设计为符合

此时可见光和红外光两者色差矫正不足，红外光的焦平面变长。因此，本实施例的光学镜头设计为符合

的条件，可使光学镜头兼具良好的光学成像品质及日夜共焦的特性。

图16为显示依本发明一实施例的光学镜头10d的示意图。光学镜头10d设置于一放大侧(图16的左侧；例如为物侧)与一缩小侧(图16的右侧；例如为像侧)之间。如图16所示，光学镜头10d位于放大侧与缩小侧之间的第一透镜群20、具有正屈光度且位于第一透镜群20与缩小侧之间的第二透镜群30以及位于第一透镜群20与第二透镜群30之间的一光圈14。再者，缩小侧可设置玻璃盖16以及图像感测器，其成像平面标示为18，且玻璃盖位于第二透镜群30与成像平面18之间。第一透镜群20可包含沿光学镜头10d的光轴12从放大侧至缩小侧依序排列的一第一透镜L1、一第二透镜L2、一第三透镜L3及一第四透镜L4，且第二透镜群30可包含沿光学镜头10a的光轴12从放大侧至缩小侧依序排列的一第五透镜L5、一第六透镜L6及一第七透镜L7，第一透镜L1至第六透镜L7的屈光度分别为负、负、正、正、正、负、正。于本实施例中，第四透镜L4可为包含一绕射面的非球面透镜，第一透镜L1及第六透镜L6为新月形透镜，第二透镜L2为双凹透镜且第三透镜L3、第五透镜L5及第七透镜L7为双凸透镜。另外，第五透镜L5及第六透镜L6形成具正屈光度的胶合透镜。值得注意的是，第五透镜L5及第六透镜L6相邻的两面有相同的曲率半径，而且胶合透镜的相邻两面可利用不同的方式贴合，例如以光学胶涂布在相邻两面间胶合、以机构件将相邻两面压合等方式。光学镜头10d的透镜设计参数、外形、非球面系数及绕射面分别如表十、表十一及表十二所示，其中表十一的A-D分别代表非球面多项式(如公式1所示)的4阶项、6阶项、8阶项、10阶项系数值。表十二的C1-C4分别代表绕射面多项式(如公式2所示)的2阶项、4阶项、6阶项、8阶项系数值。

表十

S1的间距为表面S1到S2在光轴12的距离，S2的间距为表面S2到S3在光轴12的距离，S15间距和下一个间距的和为玻璃盖S15表面到成像平面18在光轴12的距离。

可见光有效焦距(EFL of visible light)＝4.02mm；

红外光有效焦距(EFL of NIR 850nm light)＝4.03mm；

光圈值(F-Number)＝1.8；

最大视场角(Max.field of view，FOV)＝163.6度；

成像平面的最大成像高度(Max.Image Height)＝8.914mm；

镜头总长(total track length，TTL，S1到成像平面的距离)＝29.1mm。

表十一

表十二

图17-图18分别为可见光和850纳米红外光的光线扇形图(ray fan plot)，其中X轴为光线通过入瞳的位置，Y轴为主光线投射至像平面(例如成像平面18)的位置的相对数值。图19至图20为本实施例光学镜头10d的成像光学模拟数据图，其中图19-图20分别为587纳米绿光和850纳米红外光的绕射光学传递函数曲线图(modulation transfer function，MTF)，两者的焦平面偏移量为约53微米。要注意的是，也可以使用555纳米的绿光取代587纳米的绿光来画出成像光学模拟数据图。

通过实施例10a、10b与10c的设计，可提供一种能兼顾轻量化及日夜共焦的特性，且能提供较低的制造成本及较佳的成像品质的取像镜头设计。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所提供的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种光学镜头，其特征在于，包括：

一第一透镜群与一第二透镜群，该第一透镜群与该第二透镜群由一方向依序设置；

一光圈，设于该第一透镜群与该第二透镜群之间，其中该第二透镜群具有正屈光度且包括具一绕射面的一透镜，且该光学镜头的绕射面总数为1；以及

该光学镜头符合下列条件：

其中

为该绕射面屈光度，

为该透镜的折射屈光度，V为该透镜的阿贝数。

2.一种光学镜头，其特征在于，包括：

一具有负屈光度的第一透镜群与一具有正屈光度的第二透镜群，其中该第一透镜群与该第二透镜群由一方向依序设置，并以该第一透镜群屈光度与该第二透镜群的屈光度区隔，该第二透镜群包括具一绕射面的一透镜，且该光学镜头的绕射面总数为1；以及

该光学镜头符合下列条件：

其中

为该绕射面屈光度，

为该透镜的折射屈光度，V为该透镜的阿贝数。

3.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第一透镜群包含具屈光度的透镜数目小于5。

4.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第二透镜群包含具屈光度的透镜数目小于5。

5.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，

该光学镜头符合下列条件：若以555纳米或587纳米绿光通过该光学镜头的一焦平面为量测基准，该光学镜头满足850纳米红外光在该焦平面位移量，离该量测基准小于5微米。

6.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，具该绕射面的该透镜符合下列条件：

20<V<60。

7.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第一透镜群包括一具负屈光度的第一透镜及一具负屈光度的第二透镜。

8.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该透镜为非球面透镜。

9.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该透镜的屈光度为正且第二透镜群进一步还包括一具正屈光度的胶合透镜和具正屈光度的另一透镜。

10.如权利要求9所述的光学镜头，其特征在于，该透镜比该另一透镜更远离该第一透镜群。

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