CN107479175B - 光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种光学镜头，光学镜头包括五个透镜群，各个透镜群均具有屈光度，第二透镜群及第四透镜群由广角端切换为一望远端的过程中可动，第一透镜群、第三透镜群以及第五透镜群分别相互固定，而第二透镜群包括一非球面透镜；其中，第二透镜群与第三透镜群之间具有一光圈(aperture stop)且于前述的切换过程中不可动。本发明提供的光学镜头可在效果及光学品质之间取得平衡。

Description

光学镜头
技术领域
本发明是有关于一种光学镜头，且特别是有关于一种有可动群的光学镜头。
背景技术
近年来随科技的进展，光学镜头的种类日渐多元，安控监视用的镜头即是其中之一者。例如是美国第2015/024167号专利(下称167案)申请案或是美国第4,844,599(下称599案)号专利，即为其例。
以前述的167案为例，当高倍率变焦镜头进行对焦及变焦时，其多个透镜群需相互连动。然而，此方式不但让光学***的设计困难度提高，而且其制造过程中对公差及精度的要求亦直接地增加其制作成本。
另外，如599案为例，镜头在进行对焦及变焦时，其光圈会随之而移动以增加光学设计时的自由度，然而，在实际应用时往往会因为其机构件设计的复杂度而影响成品率，进而影响其制作成本。
发明内容
根据本发明的一个观点，其关系于一种光学镜头，光学镜头包括五个透镜群，而每个透镜群至少包括一枚具有屈光度的透镜。另外，光圈设置或是固定于，由放大侧往缩小侧起算，第二个透镜群以及第三个透镜群之间的位置。另外，依前述的排序，第一个透镜群及第五个透镜群之间的距离在变焦或是对焦时均固定，而第二个透镜群及第四个透镜群在变焦或是对焦时，其相对于第五个透镜群的距离则分别地被变更。藉此，在效果及光学品质之间取得平衡。
为让本发明更明显易懂，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绘示本发明的第一实施例的光学***的示意图。
图2绘示本发明的第二实施例的光学***的示意图。
图3绘示本发明的第三实施例的光学***的示意图。
图4绘示本发明的第四实施例的光学***的示意图。
图5绘示本发明的第五实施例的光学***的示意图。
附图标号
A：光学***
1：光学镜头
2：感光器件
11：第一透镜群
12：第二透镜群
13：第三透镜群
14：第四透镜群
15：第五透镜群
S：光圈
OS：放大侧
IS：缩小侧
CG：玻璃盖
具体实施方式
以下实施例中所提到的方向用语，例如“前”、“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，而非用来限制本发明。
本发明关于一种光学***及其所使用的光学镜头。请参阅图1，图1绘示了本发明的第一实施例的光学***的示意图。于本例中，光学***A包括有一光学镜头1以及一感光器件2。光学镜头1能于一成像表面/成像平面成像，而成像表面于本例中，与感光器件B的感光表面成共平面且其形状与感光器件B的感光表面大致相同。
感光器件2指一例如是CCD、CMOS或是化学式感光底片，并得以将图像光束转化成图像。感光器件2的感光表面为一矩型；而其尺寸规格例如为1/2.5寸(长5.76mm、宽4.29mm)，惟其不以此为限。而感光表面具有一对角线长度L，对角线长度L指感光表面上的任意两个最远点的直线距离。而感光表面亦设定有一像圆或是像高Ic，其长度为前述对角线长度L的一半。举例而言，L介于5mm～43mm之间，而1/2.5寸规格的感光器件2的L即约为7.182mm。
于本例中，光学镜头1设于放大侧OS以及缩小侧IS之间。而当本例的光学镜头1被应用为取像镜头时，其放大侧指被拍摄物的一端，反之，缩小侧则指感光器件2的一端且感光器件2被设于光学镜头1的缩小侧。如图1所绘述，光学镜头1包括，依放大侧OS往缩小侧IS沿光轴排列的，第一透镜群11、第二透镜群12、一光圈S(STOP)、第三透镜群13、第四透镜群14、第五透镜群15以及玻璃盖(Cover glass)CG等光学器件。在设计时，在将光程差等参数纳入计算后，可进一步的选择性地，视需求于放大侧及缩小侧之间设置有屈光度为零的滤色器件或是玻璃盖(Cover glass)CG等光学器件。再者，光圈S视设计的需要而独立设置感是整合于透镜的表面，本发明不对其多加限制。
于本例中，第一透镜群11、第三透镜群13及第五透镜群15分别为一固定群，亦即在镜头1进行变焦(Zooming)或是对焦(Focusing)时，其静置且各个固定群之间的相互距离为相同。再者，固定群亦可理解为镜头1在变焦或是对焦时，其与感光器件2的距离为固定。另外，光圈的特性与固定群相同，亦即在前述的变焦或是对焦时相对于其他固定群静置且不会移动。
反之，第二透镜群12及第四透镜群14为可动群，亦即镜头1在变焦或是对焦时，其相对于第五透镜群15、第一透镜群11或是感光器件2等属固定群或为固定的器件移动并改变其间的距离。
另外，请参阅图1，由图1可见，本例中的第二透镜群12及第四透镜群14下方设有一方向示意线，其分别表示了各第二透镜群12及第四透镜群14在镜头1从广角端经由中间端切换至望远端时的移动方式。更明确的说，本例中的第二透镜群12在镜头1从广角端经由中间端切换至望远端时，第二透镜群12的移动方向仅为单向地往第五透镜群15移动；而第四透镜群14在镜头1从广角端切换至中间端时，第四透镜群14往第五透镜群15或是感光器件2方向移动，而由中间端切换至望远端时，第四透镜群14则往第一透镜群11或是往远离感光器件2的方向移动。而当由望远端切换至广角端时，各可动镜群的移动方向为相反。
于本例中，第一透镜群11至第五透镜群15的屈光度分别为正、负、正、负、正；而各群合共包括16片具有屈光度的透镜。而本例的光学***A中各器件的细部参数，可参阅下列表一至表三。
表一
Figure BDA0001315360820000041
Figure BDA0001315360820000051
表一记载了光学***A中各透镜的光学参数的值，所述的表面编号中的*号是代表该表面为非球面；反之，则为球面。而表面编号则是指光学***A中由放大侧往缩小侧排列的光学器件的表面的排列顺序。
另外，表一中的半径及厚度/距离的单位为毫米(mm)。由前述表格可得悉，第二透镜群12中的第四片透镜的两个表面均为非球面表面。同时，第三透镜群13的第一片透镜的两个表面均为非球面表面。同时，第一透镜群11、第二透镜群12、第三透镜群13以及第四透镜群14分别包含一枚胶合镜片，而除第三透镜群13的胶合镜片由三枚透镜组合而成外，其余均由两片透镜所组成。而第四透镜群14则包含一片负屈光度的透镜。通过将非球面透镜设置于第二透镜群12、第三透镜群13或是第四透镜群14，各焦段的解析度(Resolution)得以被提升；而于各透镜群设置胶合透镜以及于第四透镜群14设置一负屈光度透镜的用意在于改善镜头1整体的色差表现。
而就各非球面表面的设计参数，可见表二如下：
表二
表面编号 S13* S14* S16* S17* S21*
4<sup>th</sup> 7.71E-05 -3.4E-05 -5.1E-05 4.44E-05 9.13E-05
6<sup>th</sup> -1E-05 -9.3E-06 -2.1E-07 -3.7E-07 -1.4E-07
8<sup>th</sup> 2.5E-07 2.69E-07 -2.6E-09 -4.6E-10 1.97E-08
10<sup>th</sup> -6.3E-10 -1.5E-09 -1.2E-11 8.52E-12 -1.8E-09
而其相对应的运算公式为公式1，如下：
Figure BDA0001315360820000052
另外，表一中所标示的变数的数值记载于表三当中。表三中的各数值分别代表了镜头1在广角端、中间端以及望远端时各镜片表面与下一表面之间的距离或是厚度的不同数值。而于本例中，广角端、中间端及望远端是分别指镜头1的有效焦距(EFL)于5mm、61mm及200mm时的状态，而远端、中间端及望远端相对应于有效焦距的数值视镜头设计的不同会有相对应的调整。另外，镜头1处于广角端时及望远端时，其放大倍率通常分别处于最小及最大的状态，以本例而言，放大倍率分别为1倍以及40倍。相对应地，镜头1在广角端及望远端时的光圈(F/#)值大多为相异，以本例而言，镜头1的光圈值介于广角端的1.7至望远端的5.1之间。当有效光圈(effective aperture)增大时，光圈值(F/#)会随之减小。例如，当光圈大于2时，其光圈值可能为1.7。
表三
EFL＝5mm EFL＝61mm EFL＝200mm
表面编号 广角端 中间端 望远端
S7 0.20 28.70 33.57
S14 34.7 6.2 1.33
S21 1.82 9.95 1.72
S24 10.58 2.44 10.68
另外，于本例中，镜头总长(TTL)约为92.78mm。而本发明的镜头总长(Total Track Length,TTL)是指光程总长，亦即由镜头1于放大侧起算第一片具有屈光度的透镜面向放大侧的表面与光轴上的交点，与成像面和光轴上的交点之间，两个交点的距离。而于本例中，成像面位于感光器件的表面上。而镜头1的长度的另一种计算方式为机构总长，亦即镜头1中于光轴上相距最远的两枚具有屈光度的透镜与光轴的交点，亦即当镜头1自放大侧起算的第一个透镜群及最后一个透镜群为固定时，则镜头的机构总长将不因镜头的焦段而受影响且应为定值。
有鉴以下各表格的格式与表一至表三为相同，故以下对表格各项代表的意思将不予赘述以维持说明书的简洁。同样地，说明以下各具体实施例时，将选择性地对其与第一实施例相异之处进行说明，就未提及的部分，可参酌第一实施例的内容，于下将不予赘述。
请参阅图2，图2绘述了本发明的第二实施例的光学***概要示意图。而本例的光学***A中各器件的细部参数，可参阅下列表四至表六。
表四
Figure BDA0001315360820000061
Figure BDA0001315360820000071
表五
表面编号 S13* S14* S16* S17* S22* S23*
4<sup>th</sup> 1.45E-05 -7.52E-05 -5.78E-05 9.42E-05 8.55E-05 -4.32E-05
6<sup>th</sup> -2.65E-06 -2.19E-06 8.44E-08 -1.53E-07 -8.28E-07 2.35E-06
8<sup>th</sup> 8.1E-08 7.56E-08 -2.24E-09 -3.11E-09 -1.19E-07 -5.14E-07
10<sup>th</sup> -3.99E-11 -1.7E-10 -8.17E-12 1.65E-11 4.67E-09 1.55E-08
表六
Figure BDA0001315360820000072
Figure BDA0001315360820000081
由表可见，于本例中，各群合共包括15片具有屈光度的透镜，而第四透镜群14由单一透镜所组成。第一透镜群11至第五透镜群15的各群的屈光度分别为正、负、正、负、正。本例中，第二透镜群12的最后一枚透镜、第三透镜群13的第一枚透镜、第四透镜群14的第一枚透镜均分别包括至少一非球面。而第一透镜群11、第二透镜群12及第三透镜群13则分别包括有至少一胶合透镜，且依序分别由两枚、两枚及三枚透镜所胶合而成。另外，于本例中，镜头1的镜头总长(TTL)约为92.78mm；而光圈(F/#)值则由广角端的1.6至望远端的4.8。同时，本例镜头1的最大放大倍率约为40倍。而各透镜群在对焦或变焦时的作动方式与第一具体实施例大致相同，故不予赘述。
请参阅图3，图3绘述了本发明的第三实施例的光学***概要示意图。而本例的光学***A中各器件的细部参数，可参阅下列表七至表九。
表七
Figure BDA0001315360820000082
Figure BDA0001315360820000091
表八
表面编号 S8* S9* S16* S17* S23*
4<sup>th</sup> 7.6651E-05 2.332E-05 -6.1E-05 8.86E-05 4.14E-05
6<sup>th</sup> 4.9749E-07 2.957E-06 -6.8E-08 -3.4E-07 7.72E-07
8<sup>th</sup> 3.0951E-10 -8.91E-08 -8.3E-10 1.62E-10 -5.41E-08
10<sup>th</sup> -2.185E-11 4.908E-09 -1.7E-11 -3.2E-12 1.84E-09
表九
EFL＝4.7mm EFL＝56.8mm EFL＝187mm
表面编号 广角端 中间端 望远端
S7 0.20 28.34 33.51
S14 33.41 5.26 0.10
S22 0.33 9.76 2.32
S25 10.60 1.17 8.61
由表可见，于本例中，各群合共包括16片具有屈光度的透镜。第一透镜群至第五透镜群11～15的屈光度分别为正、负、正、负、正。第二透镜群11、第三透镜群12及第四透镜群14的第一枚透镜均分别包括至少一非球面。第一透镜群11、第二透镜群12、第三透镜群13及第四透镜群分别包含一组胶合镜片，而各胶合镜片均分别由两片透镜组合而成。另外，本例中，镜头1的镜头总长(TTL)约为92.78mm；而光圈(F/#)值则由广角端的1.6至望远端的4.8。同时，本例镜头1的最大放大倍率约为40倍。而各透镜群在对焦或变焦时的作动方式与第一具体实施例大致相同，故不予赘述。
请参阅图4，图4绘述了本发明的第四实施例的光学***概要示意图。而本例的光学***A中各器件的细部参数，可参阅下列表十至表十二。
表十
Figure BDA0001315360820000101
表十一
表面编号 S8* S17* S18* S23* S24*
4<sup>th</sup> 5.79E-05 -5.09E-05 2.043E-05 0.000288 0.000663
6<sup>th</sup> -5.3E-07 -2.81E-07 3.091E-08 4.53E-06 6.77E-06
8<sup>th</sup> 2.55E-09 1.192E-09 4.642E-09 4.99E-09 2.37E-08
10<sup>th</sup> -1.4E-11 -1.07E-11 -6.012E-12 2.66E-09 3.48E-09
表十二
EFL＝4.8mm EFL＝63mm EFL＝138mm
表面编号 广角端 中间端 望远端
S7 0.10 27.15 31.29
S15 31.29 4.24 0.10
S22 6.45 0.07 13.53
S28 7.18 13.56 0.10
由表可见，于本例中，各群合共包括16片具有屈光度的透镜。第一透镜群11至第五透镜群15的屈光度分别为正、负、正、正、正。而其第三透镜群13及第四透镜群14分别包括三枚透镜。第二透镜群11、第三透镜群12及第四透镜群14的第一枚透镜均分别包括至少一非球面。第一透镜群11则包含一组胶合镜片，而胶合镜片由两片透镜组合而成。另外，本例中，镜头1的镜头总长(TTL)约为91.31mm；而光圈(F/#)值则由广角端的1.6至望远端的3.3。同时，本例镜头1的最大放大倍率约为28.75倍。而就各群作动方式部分，在镜头1从广角端往中间端切换时，第四透镜群14往第一透镜群11的方向；或是往第五透镜群15及感光器件2的反方向移动；而由中间端切换为望远端时，第四透镜群14则往第一透镜群11的反方向；或是往第五透镜群15及感光器件2的方向移动。而除第四透镜群14以外的其他透镜群的作动方式与第一实施例中所述者类似，故将不予赘述。
请参阅图5，图5绘述了本发明的第五实施例的光学***概要示意图。而本例的光学***A中各器件的细部参数，可参阅下列表十三至表十五。
表十三
Figure BDA0001315360820000111
Figure BDA0001315360820000121
表十四
Figure BDA0001315360820000122
表十五
EFL＝4.5mm EFL＝71mm EFL＝136mm
表面编号 广角端 中间端 望远端
S7 0.23 31.32 34.83
S17 34.80 3.71 0.20
S23 8.73 0.60 9.63
S25 1.38 9.51 0.48
由表可见，于本例中，各群合共包括16片具有屈光度的透镜。第一透镜群至第五透镜群11～15的屈光度分别为正、负、正、正、正。第二透镜群11的第一枚及最后一枚透镜的二表面均分别为非球面；而第五透镜群15的第一枚透镜的两个表面均分别为一非球面。另外，第一透镜群11包含一组胶合镜片，而胶合镜片由两片透镜组合而成。另外，本例中，镜头1的镜头总长(TTL)约为93mm；而光圈(F/#)值则由广角端的1.6至望远端的3.6。同时，本例镜头1的最大放大倍率约为30倍。而各透镜群在对焦或变焦时的作动方式与第四具体实施例大致相同，故不予赘述。
而通过上开各实施例的设计，于本发明的一观点中，光学***A或其中的光学镜头1的焦距在广角端、中间端及望远端时分别介于3mm～7mm、40～90mm以及100～250mm之间；而较佳者，分别为4.5～4.8mm、56～71mm以及136mm至200mm之间。
综合而言，本发明于一观点中，镜头1于广角端时的最小放大倍率得介于1至3倍之间；而其于1倍时，其效果较佳。而镜头1于望远端时的最大放大倍率得介于10～45倍之间，而最大放大倍率在28.75～40倍时，其效果较佳。另外，镜头1的光圈F/#得约介于1.2(广角)至6(望远)之间，其范围又分别以1.2～2以及4～5时较佳。
另外，在广角端时，镜头总长(TTL)得于120mm以下，其范围又以在91.39～93mm之间时，效果较佳。
另外，光学***A有D/L的指标，D为镜头总长，与镜头总长TTL为相同；L为感光器件2中感光表面的对角线的距离。当光学***A的D/L大于等于8时，其光学效果得被改善；而当D/L大于等于10时其效果更佳，而当D/L大于12时，其效果更佳。另外，当***的D/L小于40时，其性能价格比相对较高。以第一具体实施例为说明，其D约为92.78mm，而L约为7.182mm，则其D/L约为12.9，即为一例。
另外，当光学***A的IC/TTLw值小于约0.07时，其光学品质得以被提升，其中又以0.03～0.05或0.03～0.045时，效果更佳，又以介于0.035～0.04时为最佳。IC得指感光器件2的感光表面的对角线L除二的距离，或称像圆或是像高。以第一具体实施例为说明，其Ic约为3.6mm，而TTL约为92.8，则其IC/TTLw约为0.04，即为其例。
再者，本发明的一观点中的光学镜头1的相对照度(Ri，Relative Illumination)介于30％至90％之间；而其在大于33％时，其暗角现象已大致被改善，而其大于50％时其效果更佳。藉此，其较不会出现中间亮、周边暗的暗角(Shading)现象。
依据上述说明可知，本发明实施例可克服上述问题，达到发明目的。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可修改或变更，例如改变各群镜片的片数、调整各镜片的光学参数(如屈光度,POWER)或***不影响光学性质的镜片等，本发明的保护范围仍以申请专利范围为准。

Claims (9)

1.一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头由放大侧至缩小侧，依序包括：
一第一透镜群，具有屈光度，包括一透镜；
一第二透镜群，具有屈光度，包括一非球面透镜；
一第三透镜群，具有屈光度，包括四个具屈光度的透镜，且所述第三透镜群具有一个三胶合透镜，所述三胶合透镜包括由所述放大侧至所述缩小侧的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜和所述第三透镜的折射率均小于所述第二透镜的折射率，且所述第一透镜和所述第三透镜的阿贝数均大于所述第二透镜的阿贝数；
一第四透镜群，具有屈光度，包括有一具有负屈光度的透镜；以及
一第五透镜群，具有屈光度，与所述第一透镜群及所述第三透镜群的距离为固定；
其中，所述第二透镜群与第三透镜群之间具有一光圈，所述第二透镜群及所述第四透镜群相对于所述第五透镜群的距离分别为可变。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第四透镜群中的所述具有负屈光度的透镜包含一非球面表面。
3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头由一广角端切换为一望远端的过程中，所述第二透镜群仅往所述第五透镜群方向移动。
4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头由一广角端切换为一望远端的过程中，所述第四透镜群需包括往所述第五透镜群方向及所述第一透镜群方向的作动，所述光学镜头由一广角端切换为一中间端的过程中，所述第四透镜群往所述第五透镜群方向移动，且所述光学镜头由所述中间端切换至一望远端的过程中，所述第四透镜群往所述第一透镜群方向移动。
5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述的光学镜头包括15片以上具有屈光度的透镜，所述的光学镜头包括至少一枚由两片或以上具有屈光度的透镜所组成的胶合透镜，所述第一透镜群、所述第二透镜群、所述第三透镜群及所述第五透镜群的屈光度分别为正、负、正、正，所述第一透镜群、所述第三透镜群及所述第五透镜群的距离为固定，所述第二透镜群及所述第四透镜群相对于所述第五透镜群的距离分别为可变，所述第四透镜群中的所述具有负屈光度的透镜包含一非球面表面，所述光学镜头由一广角端切换为一望远端的过程中，所述第二透镜群仅往所述第五透镜群方向移动，以及所述第四透镜群需包括往所述第五透镜群方向及所述第一透镜群方向的作动。
6.一种光学镜头，其特征在于，具有一成像表面，所述光学镜头自一放大侧起往一缩小侧，依序包括一第一透镜群、一第二透镜群、一第三透镜群、一第四透镜群以及一第五透镜群；所述光学镜头具有至少一包括非球面表面的透镜且符合以下条件：
D/L≧10；D为所述镜头的一镜头总长TTL；L为代表所述成像表面的对角线的长度，且所述光学镜头由一广角端切换为一望远端的过程中，所述第四透镜群需包括往所述第五透镜群方向及所述第一透镜群方向的作动，所述光学镜头由一广角端切换为一中间端的过程中，所述第四透镜群往所述第五透镜群方向移动，且所述光学镜头由所述中间端切换至一望远端的过程中，所述第四透镜群往所述第一透镜群方向移动。
7.根据权利要求6所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的最大光圈大于2，所述第三透镜群具有一个三胶合透镜，所述三胶合透镜包括由所述放大侧至所述缩小侧的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜和所述第三透镜的折射率均小于所述第二透镜的折射率，且所述第一透镜和所述第三透镜的阿贝数均大于所述第二透镜的阿贝数，所述第一透镜和所述第三透镜的折射率相同，且所述第一透镜和所述第三透镜的阿贝数相同。
8.根据权利要求6所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的光学放大倍率为26倍至40倍，且所述光学镜头符合以下条件：
IC/TTLw < 0.07；TTLw为所述光学镜头于广角端的一镜头总长；IC为所述光学镜头的像高。
9.根据权利要求6所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜群、所述第二透镜群、所述第三透镜群及所述第五透镜群的屈光度排列分别为正、负、正以及正。
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