CN111522186B - 镜头 - Google Patents

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Abstract

一种镜头，包括沿一第一方向依序设置的一滤光片、一孔径光栏以及一透镜组，其中滤光片包括一中央区域以及一***区域。中央区域对可见光波长范围具有一第一透光波段，并对红外光波长范围具有一第二透光波段。***区域围绕中央区域。***区域对红外光波长范围具有一第三透光波段，并对可见光为实质不透明，其中中央区域被***区域所围绕的部分的面积往第一方向渐缩。

Description

镜头
技术领域
本发明是有关于一种镜头，且特别是有关于一种对不同波长光线有不同光圈值的镜头。
背景技术
现有的取像镜头设计中，镜头在夜间低照度拍照时，大多追求小光圈值(F-number)范围介于1.0至1.8之间，而在日间时则追求高解析度而适合较大的光圈值范围介于2.2至3.0之间。因此，在两者需求拉扯下，大多数的镜头取其两者平衡做为产品规格，终究难以两全。若需满足可变光圈之需求，大多加入可依照度调整通光尺寸的自动光圈。但由于存在动件，将使得镜头的成本与体积均难以缩减至理想值。再者，取像镜头在取像时，会有杂散光的现象，杂散光会直接影响光学的成像品质。此外，现有技术由于光圈位置与数值固定，因此在光学设计上，可见光与红外光延光轴的最佳对焦点仅能仰赖特殊的玻璃材料修正来达成，较不易达成日夜完全共焦。要达到日夜共焦的效果，必须要有切换滤光片装置，或是增加镜头中透镜的数量，以达到日夜共焦。然而，不论是哪一种方式，都会增加制作成本。因此，如何制作一个具备上述特点并且可提供良好光学品质且可减少杂散光的镜头，是目前本领域的技术人员的重要课题之一。
发明内容
本发明提供一种镜头，藉由一特别设计的滤光片结构，除了对不同波长的光线有不同的光圈外，尚可减少杂散光以提高光学品质。
本发明的一实施例提供一种镜头，包括沿一第一方向依序设置的一滤光片、一孔径光栏以及一透镜组，其中滤光片包括一中央区域以及一***区域。中央区域对可见光波长范围具有一第一透光波段，并对红外光波长范围具有一第二透光波段。***区域围绕中央区域。***区域对红外光波长范围具有一第三透光波段，并对可见光为实质不透明，其中中央区域被***区域所围绕的部分的面积往第一方向渐缩。
本发明的另一实施例提供一种取像镜头，包括沿一第一方向依序排列的一滤光片、一遮光材料层以及一透镜组，其中滤光片包括一第一材料层以及一第二材料层。第一材料层实质上由折射率为N1且对可见光及红外光均为实质透明的材料所组成。第二材料层包围第一材料层的至少一部分，且实质上由折射率为N2且对红外光为实质透明以及对可见光为实质不透明的材料所组成，其中N1/N2小于或等于1.05。第一材料层经由沿第一方向往外渐缩的一环状介面来与第二材料层连接。
基于上述，本发明的一例中，提出一种镜头，其中的滤光片具有可让可见光及红外光通过的中央区域及可让红外光通过且可反射可见光的***区域。因此该例的设计可在进行光学成像时，可分别对可见光及红外光产生不同的光圈值，在一例中无需额外动作切换红外滤光片即可达到日夜共焦且具有良好的日间及夜间的光学成像品质。此外，由于中央区域被***区域所围绕的部分的面积往第一方向渐缩，因此将使得可见光束不会因交界处反射至镜头的缩小侧，可减少杂散光以提高光学成像品质。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的镜头的示意图。
图2为图1中部分的镜头的示意图。
图3为图1的镜头在一条件下的调制转换函数曲线图。
图4为图1的镜头在另一条件下的调制转换函数曲线图。
图5为本发明另一实施例的部分镜头的示意图。
具体实施方式
图1为本发明一实施例的镜头的示意图。请参考图1。本实施例提供一种镜头100，沿一第一方向D1依序设置有一滤光片110、一孔径光栏120以及一透镜组130。具体而言，还可包括另一透镜组140位于滤光片10之前，且包括一玻璃盖150以及一成像面160。本实施例的镜头100可应用于例如是照相机或摄影机等影像撷取装置中作为取像镜头，以将沿第一方向D1传递的光线撷取并成像于成像面160。或者是，在其他实施例中，镜头100可应用于例如是投影机等影像投放装置中作为投影镜头，以将影像光束沿相反于第一方向D1的方向上传递并成像于外部的投影目标(未绘示)，例如是投影萤幕或一面墙，本发明并不限于此。
图2为图1中部分的镜头的示意图。请参考图2。滤光片110为可让特定波长范围的光线通过，而反射/吸收特定波长范围之外的光线的光学元件。在本实施例中，滤光片110具有一中央区域C以及一***区域P，***区域P围绕中央区域C，且构成***区域P的材料可例如为塑胶、油墨或是其兩者之混合。中央区域C对可见光波长范围具有一第一透光波段，并对红外光波长范围具有一第二透光波段。***区域则对红外光波长范围具有一第三透光波段，并对可见光为实质不透明。换句话说，本实施例的滤光片110由至少两不同的材料所制作而成，且至少两不同的材料对不同波长范围光线的透射度不同。
具体而言，在本实施例中，滤光片110包括一第一材料层112以及一第二材料层114。第一材料层112实质上由折射率为N1且对可见光及红外光均为实质透明的材料，例如是Arton F3500材料或具有类似性质的材料所组成。前述提及的可见光，在量测时，可用波长为550纳米的光线代表，而红外光则可以850纳米的光线代表。而透明是指透光率大于70％，不透明是指透光率小于等于30％。第二材料层114包围第一材料层112的至少一部分，以使第一材料层112作为滤光片110的中央区域C且第二材料层114作为滤光片110的***区域P。第二材料层114实质上由折射率为N2且对红外光为实质透明以及对可见光为实质不透明的材料，例如是FBX80A材料或具有类似性质的材料，例如是塑胶、油墨或其混合物所组成。换句话说，滤光片110可包括由至少两不同材料，而本实施例以两不同材料所组成为例，但本发明并不限于此。在本实施例中，上述第一材料层112及第二材料层114的折射率实质相等的。于另一例中，前述二材料层112、114的折射率的比值N1/N2小于或等于1.05。第一材料层112与第二材料层114的厚度皆介于0.1～5毫米(mm)之间。在较佳的实施例中，第一材料层112与第二材料层114的厚度皆介于0.2～1毫米之间。在最佳的实施例中，第一材料层112与第二材料层114的厚度总和约介于0.3至0.5毫米之间。
孔径光栏120为广泛应用之词，将不多加赘述，于本例中，孔径光栏120配置于镜头100中具有最小光束通过面积的位置上。在本实施例中，孔径光栏120例如为光圈等遮光元件，配置于滤光片110朝第一方向D1的一侧，位于滤光片110与成像面160之间。于本例中，孔径光栏120形成在滤光片110的表面上的。而于另一例中，孔径光栏120和滤光片110兩者可相互隔开并为独立元件，且其兩者之间可存在空隙的。但在其他实施例中，孔径光栏120可以是形成于镜头100中其他光学元件的具有非透光性的光学镀膜，本发明并不限于此。
请继续参考图1。透镜组130、140分别由具有屈光度的至少一透镜所组成，适于让光线通过并成像于成像面160，且透镜组130、140分别配置于滤光片110以及孔径光栏120的两侧。举例而言，在本实施例中，透镜组130配置于滤光片110以及孔径光栏120之后，包括一第一透镜132、一第二透镜134以及一第三透镜136。第一透镜132至第三透镜136的屈光度依序分别为负、正、正。透镜组140配置于滤光片110以及孔径光栏120之前，包括一第四透镜142、一第五透镜144以及一第六透镜146。第四透镜142至第六透镜146的屈光度分别为负、负、正。在本实施例中，可依据应用的领域不同而适度调整上述透镜的曲面形态、曲率半径、屈光度、材质、阿贝数，以及各透镜之间的间距等光学条件，本发明并不限于此。
玻璃盖150设置在透镜组130与位在影像缩小侧的成像面160之间。玻璃盖150例如是一平板玻璃，成像面160例如是感光元件(未绘示)的收光面。进入镜头100的光束适于通过玻璃盖150以在成像面160上形成影像。
请继续参考图1及图2。在本实施例中，作为滤光片110中央区域C的第一材料层112经由沿第一方向D1(即与镜头光轴平行且由放大侧往缩小侧之方向)往外渐缩的一环状介面S来与作为滤光片110***区域P的第二材料层114连接，如图2所绘示。换句话说，中央区域C被***区域P所围绕的部分的面积往第一方向渐缩。而由于第一材料层112对可见光及红外光均为实质透明，且第二材料层114对红外光为实质透明以及对可见光为实质不透明，故在接收光束时，可见光束L1可传递通过第一材料层112而传递至第二材料层114产生反射，红外光束L2则可传递通过第一材料层112以及第二材料层114。如此一来，可藉由在出光侧中第二材料层114围绕在第一材料层112所形成的面积大小作为实质上对可见光束L1的光圈值大小。惟在需要时，滤光片110还可反过来使用，以使滤光片110的环状介面S往第一方向D1的反方向渐缩亦可。
图3为图1的镜头在一条件下的调制转换函数曲线图。图4为图1的镜头在另一条件下的调制转换函数曲线图。请同时参考图1至图4。图3及图4分别为镜头100在对可见光在光圈值为2.4及1.8的光学条件下，对波长为850納米(nm)的红外光的调制转换函数(Modulation Transfer Function，MTF)曲线图，其横轴为焦点位移(Focus Shift)，纵轴为调制转换函数的模数(Modulus of the Modulate Transfer Function)。由图3及图4的曲线可看出，波长为850納米的红外光在对可见光在光圈值为2.4的光学条件下的焦点位移为0.004毫米，而波长为850納米的红外光在对可见光在光圈值为1.8的光学条件下的焦点位移为-0.001毫米，故两不同光学条件下的焦点位移相差为0.005毫米。故在本实施例中，镜头100无需额外动作切换红外滤光片即可达到日夜共焦且具有良好的日间及夜间的光学成像品质。
值得一提的是，在本实施例中，由于中央区域C被***区域P所围绕的部分的面积往第一方向渐缩，作为中央区域C的第一材料层112与作为***区域P的第二材料层114连接的环状介面S为朝第一方向D1渐缩的杯状面。因此，当可见光束L1射入滤光片110的第二材料层114时，较邻近于中央光轴的可见光束L1将藉由环状介面S反射朝相反于第一方向D1传递，如图2所绘示。如此一来，将使得可见光束L1不会因第一材料层112与第二材料层114的交界处反射至镜头100的缩小侧(即取像镜头中的成像侧)，可减少杂散光以提高光学成像品质。
图5为本发明另一实施例的部分镜头的示意图。请参考图1及图5。本实施例的滤光片110A以及孔径光栏120A至少可应用于图1的镜头100中以替代图2所绘示的滤光片110以及孔径光栏120，且滤光片110A以及孔径光栏120A类似于图2所绘示的滤光片110以及孔径光栏120。两者不同之处在于，在本实施例中，孔径光栏120A为设置于滤光片110A的遮光材料层，例如是具有非透光性的光学镀膜或是遮光机构件，且此遮光材料层接触于滤光片110A中的***区域P，而不是前例中的設有間隙的設計。
另一方面，在本实施例中，滤光片110A包括一第一层110_1以及一第二层110_2，其中第一层110_1对可见光及红外光为实质透明，第二层110_2包含上述说明中的中央区域C以及***区域P，且第一层110_1配置于第二层110_2上相对孔径光栏120A的一侧。具体而言，第一层110_1包括有第三材料层116，且第三材料层116实质上由对可见光及红外光均为实质透明的材料，例如是Arton F3500材料所组成。在本实施例中，第三材料层116可与第一材料层112共同形成以作为滤光片110A的中央区域C。如此一来，可进一步应用于不同的光学装置中而具有相同良好的光学效果。
综上所述，本发明提出一种镜头，其中的滤光片具有可让可见光及红外光通过的中央区域及可让红外光通过且可反射可见光的***区域。因此可在进行光学成像时，可分别对可见光及红外光产生不同的光圈值，进而无需额外动作切换红外滤光片即可达到日夜共焦且具有良好的日间及夜间的光学成像品质。此外，由于中央区域被***区域所围绕的部分的面积往第一方向渐缩，因此将使得可见光束不会因交界处反射至镜头的缩小侧，可减少杂散光以提高光学成像品质。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种镜头，其特征在于，包括：
沿一第一方向依序设置的一滤光片、一孔径光栏以及一透镜组，其中，所述滤光片具有：
一中央区域，所述中央区域对可见光波长范围具有一第一透光波段，并对红外光波长范围具有一第二透光波段；以及
一***区域，所述***区域围绕所述中央区域，所述***区域对红外光波长范围具有一第三透光波段，并对可见光为不透明，其中所述中央区域被所述***区域所围绕的部分的面积往所述第一方向渐缩。
2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述中央区域的材料的折射率及所述***区域的材料的折射率的比值小于或等于1.05。
3.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述滤光片包括一第一层以及一第二层，所述第一层对可见光及红外光为透明，所述第二层包含所述中央区域以及所述***区域，且所述第二层配置于所述第一层以及所述孔径光栏之间，所述的透明是指透光率高于等于70％。
4.如权利要求3所述的镜头，其特征在于，所述第一层与所述第二层的厚度皆介于0.1mm至5mm之间。
5.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述孔径光栏接触于所述滤光片的所述***区域，所述可见光的波长为550纳米，所述的红外光的波长为850纳米，所述的不透明是指透光率低于等于30％。
6.一种镜头，其特征在于，包括：
沿一第一方向依序排列的一滤光片、一遮光材料层以及一透镜组，其中，所述滤光片包括：
一第一材料层，由折射率为N1且对可见光及红外光均为透明的材料所组成；以及
一第二材料层，包围所述第一材料层的至少一部分，由折射率为N2且对红外光为透明以及对可见光为不透明的材料所组成，其中N1/N2小于或等于1.05，所述第一材料层经由沿所述第一方向往外渐缩的一环状介面来与所述第二材料层连接。
7.如权利要求6所述的镜头，其特征在于，所述第一材料层与所述第二材料层的厚度皆介于0.1mm至5mm之间。
8.如权利要求6所述的镜头，其特征在于，所述第一材料层与所述第二材料层的厚度总和介于0.2mm至10mm之间，所述的透明是指透光率高于70％，所述的不透明是指透光率低于等于70％，所述的可见光是指波长为550纳米的光线，所述的红外光为波长为850纳米的光线。
9.如权利要求6所述的镜头，其特征在于，构成所述第二材料层的材料为塑胶、油墨或其兩者之组合。
10.如权利要求6所述的镜头，其特征在于，所述一遮光材料层形成一孔径光栏，所述滤光片与所述孔径光栏接触。
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