TWI475246B - 具濾光元件之光學取像鏡頭 - Google Patents

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Description

具濾光元件之光學取像鏡頭
本發明係關於一種具濾光元件之光學取像鏡頭；特別是關於一種可將被攝物體之光線先濾除紅外線波段後，再由配置適當之光學透鏡組形成影像，以應用於電子產品上。
伴隨光學技術的進步，影像接收裝置(Image Reception Devices)愈來愈普遍，數位相機、行動電話、智慧手機、筆記電腦、平板電腦等均大量設有影像接收裝置。使用者對於影像接收裝置的需求日益提高，需求高品質與高解析度的影像接收裝置。
在影像接收裝置中，常使用CCD、CMOS等影像感測器以擷取被攝物的彩色影像，因CCD、CMOS是採用非連續性取像方式，對顏色的反應與人眼不同。其主要原因為紅外線的穿透率高於可見光的穿透率，所以必須將影像感測器所能偵測的而人眼無法偵測的紅外線部份除去，同時調整可見光範圍內對顏色的反應，使影像呈現的色彩符合人眼的感覺。因此，在影像接收裝置中，主要影響光學取像鏡頭的品質之一為如何有效的濾除紅外線，且不會影響成像的色差與像差。為避免CCD、CMOS等影像感測器，因接收紅外線後，而形成色偏的問題，習知技術上常使用低通濾光元件 (Low Pass Light Filter，LPLF)以吸收或反射紅外線波段的光線。如美國專利公開號US2009/0009888、美國專利號US7,513,704揭露將低通濾光元件設置於透鏡組與影像感測器之間，如使用紅外線隔離濾波元件；美國專利號US6,754,009、美國專利公開號US2008/0266670揭露將紅外線隔離濾波元件，設置於透鏡組之間。
低通濾光元件通常使用藍玻璃或在平板玻璃上鍍有一層鍍膜所製成。其中，藍玻璃為玻璃材料，製造中加入氧化鈉、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈷及少量的稀土氧化物等材料，可吸收400nm~700nm以外波長的光線，或依據所添加的氧化金屬材料之不同調整不同波段的光線，進一步可改善UV與紅外線波長段的吸收效果。平板玻璃鍍膜為玻璃底材上形成紅外線反射或吸收的鍍層，如美國專利號US7,166,359。
目前，低通濾光元件技術已應用於太陽眼鏡、隱形眼鏡(Contact Glasses)或量測儀器(Measurement Instrument)，如美國專利號US5,149,182或美國專利公開號US2008/0137030。在光學取像鏡頭的應用上，如美國專利號US7,064,909或美國專利公開號US2009/0097103揭露一種二透鏡式或多透鏡式的光學取像鏡頭，為濾除紅外線等有影響的光線及易於製造，提出直接使用藍玻璃製成透鏡，此方法雖可達到濾除紅外線的目的，但因藍玻璃材質直接改變透鏡之色散係數，不利於色差與像差修正。
近年來，現在的電子產品發展的趨勢主要為朝向小型化，例如數位相機(Digital Still Camera)、網路相機(Web Camera)、行動電話鏡頭(Mobile Phone Camera)等，使用者需求較小型且低成 本的影像接收裝置外，對影像接收裝置之品質與解析度要求愈來愈嚴苛，同時也希望能達到具有良好的像差修正能力，具高解析度、高成像品質的光學取像鏡頭。習知在光學取像鏡頭所設置之紅外線隔離濾波元件，不論設置於透鏡組之間或影像感測器之前，僅為濾除紅外線之目的，在光學取像鏡頭之光學設計上仍以全光譜為設計，其成像、像差與色偏之修正仍有待改進。當濾除紅外線而成像於影像感測器上，對於高品質與高解析度之光學取像鏡頭之光學設計仍為不足。
為此，本發明提出更實用性的設計，可利用前置式的可濾除紅外線之濾光元件，使其可調整適當後焦，進而具有縮短整體光學系統之功能，並可採用吸收式的濾光元件，如藍玻璃、具鍍膜層之藍玻璃，因其具有良好之紅外線波段吸收功能，對於減少色偏有良好效果，再配合對應適當之光學取像鏡頭設計，以達到縮短光學取像鏡頭長度且具有高解析度、高品質的像差與色偏修正能力，以應用於電子產品上。
本發明主要目的為提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，沿著光軸排列由物側至像側依序包含：濾光元件及透鏡組；其中，濾光元件用以濾除入射光之紅外線波段，以形成影像光線；其中，透鏡組對應影像光線設置於濾光元件之像側，用以將被攝物成像；透鏡組包含至少三枚具屈折力之透鏡，且其中至少二枚為塑膠材質所製成，其物側與像側之光學面中至少一光學面為非球面。
另一方面，本發明提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，如前所述，另可包含設置於成像面上之影像感測元件，用以將被攝物成 像；其中，濾光元件為一種藍玻璃，其係為吸收之方式濾除紅外線波段之入射光，其中波長750nm~1000nm的入射光穿透率小於20%；其中，透鏡組可為四枚具屈折力之透鏡，沿著光軸排列由物側至像側依序包含：第一透鏡具有正屈折力，其物側光學面為凸面、其像側光學面為凸面；第二透鏡具有負屈折力，其物側光學面及像側光學面皆為凹面；第三透鏡具有正屈折力，其物側光學面為凹面、其像側光學面凸面；第四透鏡具有負屈折力，其像側光學面為凹面，且其物側光學面與像側光學面中，至少有一光學面設有至少一反曲點；並可滿足下列關係式之一或其組合：TTL/ImgH<2.10(1)
0.2<f3/f<0.7 (2)
-0.7<f4/f<-0.2 (3)其中，TTL為光軸上第一透鏡之物側光學面至成像面的距離，ImgH為影像感測元件有效感測區域對角線長的一半，f為具濾光元件之光學取像鏡頭之焦距，f3為第三透鏡之焦距，f4為第四透鏡之焦距。
再一方面，本發明提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，如前所述，更可包含一光圈；其中，透鏡組可為五枚具屈折力之透鏡，沿著光軸排列由物側至像側依序包含：第一透鏡具有正屈折力，其物側光學面為凸面；第二透鏡具有負屈折力；第三透鏡具有負屈折力；第四透鏡具有正屈折力，其物側光學面為凹面、其像側光學面為凸面；第五透鏡具有負屈折力，其像側光學面為凹面，且其物側光學面與像側光學面中，至少有一光學面設有至少一反 曲點；濾光元件由平板玻璃所構成；波長750nm~1000nm的入射光穿透率小於20%；或進一步地，波長450nm~600nm的入射光穿透率大於60%，而波長750nm~1000nm的入射光之穿透率小於10%。其中，具濾光元件之光學取像鏡頭可滿足下列關係式之一或其組合：30<v1-v2<40 (4)
0.05<FT<0.50 (5)
0<D1<0.60 (6)
| f/f3 |<0.7 (7)
0.7<SL/TTL<1.10 (8)其中，v1為第一透鏡之色散係數，v2為第二透鏡之色散係數，FT為濾光元件之中心厚度(單位：mm)，D1為在光軸上濾光元件至第一透鏡的最短距離(單位：mm)，f為具濾光元件之光學取像鏡頭之焦距，f3為第三透鏡之焦距，SL為光軸上之光圈至成像面的距離，TTL為光軸上第一透鏡之物側光學面至成像面的距離。
本發明另一個主要目的為提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，其包含透鏡組與濾光元件；其中，透鏡組包含有至少三枚具屈折力之透鏡，且其中至少二枚為塑膠材質所製成，其物側與像側之光學面中至少一光學面為非球面；其中，濾光元件為一種藍玻璃，係為吸收之方式濾除紅外線波段之入射光。
另一方面，本發明提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，如前所述，其中，濾光元件可設置於透鏡組之物側；另可包含設置於成像面上之影像感測元件，用以將被攝物成像；其中，波長 750nm~1000nm的入射光穿透率小於20%；或進一步地，波長450nm~600nm的入射光穿透率大於60%，而波長750nm~1000nm的入射光之穿透率小於10%；其中，透鏡組可為四枚具屈折力之透鏡，沿著光軸排列由物側至像側依序包含：第一透鏡具有正屈折力，其物側光學面為凸面；第二透鏡具有負屈折力；第三透鏡具有正屈折力，其物側光學面為凹面、其像側光學面為凸面；第四透鏡具有負屈折力，其像側光學面為凹面，且其物側光學面與像側光學面中，至少有一光學面設有至少一反曲點；並可滿足下列關係式之一或其組合：TTL/ImgH<2.10(1)
進一步地，TTL/ImgH<1.85(9)
0.05<FT<0.50 (5)
0<D1<0.60 (6)
30<v1-v2<40 (4)其中，TTL為光軸上第一透鏡之物側光學面至成像面的距離，ImgH為影像感測元件有效感測區域對角線長的一半，FT為濾光元件之中心厚度(單位：mm)，D1為在光軸上濾光元件至第一透鏡的最短距離(單位：mm)，v1為第一透鏡之色散係數，v2為第二透鏡之色散係數。
再一方面，本發明提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，如前所述，其中，該透鏡組可為五枚具屈折力之透鏡，沿著光軸排列由 物側至像側依序包含：第一透鏡具有正屈折力，其物側光學面為凸面；第二透鏡具有負屈折力；第三透鏡具有負屈折力；第四透鏡具有正屈折力，其物側光學面為凹面、其像側光學面凸面；第五透鏡具負屈折力，其像側光學面為凹面，且其物側光學面與像側光學面中，至少有一光學面設有至少一反曲點。
本發明藉由上述的濾光元件及配置適當之透鏡組，在光軸上以適當的間距組合配置，可在較大的場視角下，具有良好的像差修正與具有優勢的光學傳遞函數MTF(Modulation Transfer Function)。
本發明具濾光元件之光學取像鏡頭中，將濾光元件設置於被攝物與透鏡組之間，可有效縮短系統的後焦，以減少具濾光元件之光學取像鏡頭總長；進一步地，若濾光元件選擇使用藍玻璃，藉由其吸收之方式濾除紅外線波段之入射光，可有效減少反射；再者，使用藍玻璃之濾光元件，可減少二次反射，以有效減低耀光(Flare)現象。
透鏡組之第一透鏡具正屈折力，提供所需的部分屈折力，有助於縮短整體光學總長度。第二透鏡具負屈折力，可有效補正具正屈折力之透鏡所產生之像差。當第一透鏡之物側光學面為凸面時，有助於擴大系統的視場角，且可使入射光的折射較緩和，可避免像差過度增大，因此較有利於在擴大系統視場角與修正像差中取得適當的配置。
又本發明具濾光元件之光學取像鏡頭中，當第三透鏡具有正屈折力時，可有效配合第一透鏡之正屈折力，以降低系統對於誤差之 敏感度，以利於鏡片之製作；若再經由具負屈折力之第四透鏡，可提供具濾光元件之光學取像鏡頭部份負屈折力，有效修正系統的高階像差。此外當第三透鏡之像側光學面設為凸面時，有助於修正像散與高階像差。
若透鏡組為具有屈折力之五枚透鏡時，可經由具有負屈折力之第四透鏡與具有正屈折力之第五透鏡的組合，使具濾光元件之光學取像鏡頭具有望遠之效果，並可縮短後焦以減少總長。此外當第四透鏡之物側光學面設為凹面，其像側光學面設為凸面時，有助於修正像散與高階像差；且第四透鏡之像側光學面之周邊位置的曲率比中心位置的曲率大，可有利於壓制系統周邊光線入射於影像感測元件上的角度，有助於提升系統感光的靈敏性。
具濾光元件之光學取像鏡頭中，光圈之配置可使具濾光元件之光學取像鏡頭的出射瞳(exit pupil)與成像面產生較長的距離，影像可採直接入射的方式由影像感測元件所接收，除避免暗角發生外，而使其像側具有遠心(telecentric)效果；一般而言，遠心效果可提高成像面的亮度，可增加影像感測元件的CCD或CMOS接收影像的效率。
若在最靠近成像面之透鏡上設置有反曲點，可導引射出該透鏡邊緣的影像光線的角度，使離軸視場的影像光線的角度導引至影像感測元件，由影像感測元件所接收。當最靠近成像面的透鏡之像側光學面設為凹面時，可使具濾光元件之光學取像鏡頭的主點(Principal Point)遠離成像面，有利於縮短系統總長，以促進鏡頭的小型化。
101、201、301、401、501、601、701、801‧‧‧濾光元件
102、202、302、402、502、602、702、802‧‧‧光圈
10、20、30、40、50、60、70、80‧‧‧透鏡組
110、210、310、410、510、610、710、810‧‧‧第一透鏡
111、211、311、411、511、611、711、811‧‧‧第一透鏡之物側光學面
112、212、312、412、512、612、712、812‧‧‧第一透鏡之像側光學面
120、220、320、420、520、620、720、820‧‧‧第二透鏡
121、221、321、421、521、621、721、821‧‧‧第二透鏡之物側光學面
122、222、322、422、522、622、722、822‧‧‧第二透鏡之像側光學面
130、230、330、430、530、630、730、830‧‧‧第三透鏡
131、231、331、431、531、631、731、831‧‧‧第三透鏡之物側光學面
132、232、332、432、532、632、732、832‧‧‧第三透鏡之像側光學面
140、240、340、440、540、640‧‧‧第四透鏡
141、241、341、441、541、641‧‧‧第四透鏡之物側光學面
142、242、342、442、542、642‧‧‧第四透鏡之像側光學面
450、550、650‧‧‧第五透鏡
451、551、651‧‧‧第五透鏡之物側光學面
452、552、652‧‧‧第五透鏡之像側光學面
170、270、370、470、570、670、770、870‧‧‧成像面
180、280、380、480、580、680、780、880‧‧‧影像感測元件
f‧‧‧具濾光元件之光學取像鏡頭之焦距
f3‧‧‧第三透鏡之焦距
f4‧‧‧第四透鏡之焦距
FT‧‧‧濾光元件之中心厚度
D1‧‧‧在光軸上濾光元件至第一透鏡的最短距離
v1‧‧‧第一透鏡之色散係數
v2‧‧‧第二透鏡之色散係數
SL‧‧‧在光軸上光圈至成像面的距離
TTL‧‧‧光軸上第一透鏡之物側光學面至成像面的距離
ImgH‧‧‧影像感測元件有效感測區域對角線長的一半
Fno‧‧‧光圈值
HFOV‧‧‧最大場視角的一半
第1A圖係本發明第一實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖；第1B圖係本發明第一實施例之像差曲線圖；第2A圖係本發明第二實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖；第2B圖係本發明第二實施例之像差曲線圖；第3A圖係本發明第三實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖；第3B圖係本發明第三實施例之像差曲線圖；第4A圖係本發明第四實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖；第4B圖係本發明第四實施例之像差曲線圖；第5A圖係本發明第五實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖；第5B圖係本發明第五實施例之像差曲線圖；第6A圖係本發明第六實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖；第6B圖係本發明第六實施例之像差曲線圖；第7A圖係本發明第七實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖； 第7B圖係本發明第七實施例之像差曲線圖，第8A圖係本發明第八實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖；第8B圖係本發明第八實施例之像差曲線圖；以及第9圖係本發明濾光元件穿透率參考曲線圖。
本發明提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，請參閱第1A圖，具濾光元件之光學取像鏡頭沿著光軸排列由物側至像側依序包含：濾光元件101及透鏡組10；其中，濾光元件101為平板玻璃所製成，用以濾除入射光之紅外線波段；其中，透鏡組10沿著光軸排列由物側至像側依序包含：第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130及第四透鏡140；其中，第一透鏡110具有正屈折力，其物側光學面111為凸面、其像側光學面112為凸面；第二透鏡120為具負屈折力，其物側光學面121為凹面、其像側光學面122為凹面；第三透鏡130為具正屈折力，其物側光學面131為凹面、其像側光學面132為凸面；第四透鏡140具負屈折力，其像側光學面142為凹面，且其物側光學面141與像側光學面142中，至少有一光學面設有至少一反曲點；具濾光元件之光學取像鏡頭另包含一光圈102，係設置於第一透鏡110與第二透鏡120之間為中置光圈；具濾光元件之光學取像鏡頭並可包含一影像感測元件180，設置於成像面170上，可將被攝物成像。
本發明另提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，請參閱第4A圖，具濾光元件之光學取像鏡頭沿著光軸排列由物側至像側依序包含 ：濾光元件401及透鏡組40；其中，濾光元件401為平板玻璃所製成，用以濾除入射光之紅外線波段；其中，透鏡組40沿著光軸排列由物側至像側依序包含：第一透鏡410、第二透鏡420、第三透鏡430、第四透鏡440及第五透鏡450；其中，第一透鏡410具有正屈折力，其物側光學面411為凸面；第二透鏡420為具負屈折力；第三透鏡430為具負屈折力；第四透鏡440具正屈折力，其物側光學面441為凹面、其像側光學面442為凸面；第五透鏡450具有負屈折力，其像側光學面452為凹面，且其物側光學面451與像側光學面中452，至少有一光學面設有至少一反曲點；具濾光元件之光學取像鏡頭另包含一光圈402，係設置於第一透鏡410與第二透鏡420之間為中置光圈；具濾光元件之光學取像鏡頭並可包含一影像感測元件480，設置於成像面470上，可將被攝物成像。
本發明另提供一種具濾光元件之光學取像鏡頭，請參閱第7A圖，具濾光元件之光學取像鏡頭沿著光軸排列由物側至像側依序包含：濾光元件701及透鏡組70；其中，濾光元件701為平板玻璃所製成，用以濾除入射光之紅外線波段；其中，透鏡組70沿著光軸排列由物側至像側依序包含：第一透鏡710、第二透鏡720及第三透鏡730；其中，第一透鏡710具有正屈折力；第二透鏡720為具負屈折力；第三透鏡730為具屈折力；具濾光元件之光學取像鏡頭另包含一光圈702，係設置於於被攝物與第一透鏡710之間為前置光圈；具濾光元件之光學取像鏡頭並可包含一影像感測元件780，設置於成像面770上，可將被攝物成像。
承接上述，本發明具濾光元件之光學取像鏡頭中，若透鏡表面係為凸面，表示透鏡表面於近軸處為凸面；若透鏡表面係為凹面， 表示透鏡表面於近軸處為凹面。
同時，上述之第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡140及第五透鏡150之非球面光學面，其非球面之方程式(Aspherical Surface Formula)為式(10)所構成， X：非球面上距離光軸為Y的點，其與相切於非球面光軸上頂點之切面的相對高度；Y：非球面曲線上的點與光軸的距離；R：曲率半徑，K：錐面係數；以及Ai：第i階非球面係數。
在本發明具濾光元件之光學取像鏡頭中，第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡140、第五透鏡(150)的光學面可設置為球面或非球面，若使用非球面的光學面，可藉由光學面的曲率半徑改變其屈折力，用以消減像差，進而縮減具濾光元件之光學取像鏡頭透鏡使用的數目，可以有效降低具濾光元件之光學取像鏡頭的總長度。
本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭藉由濾光元件101之配置，可使波長750nm~1000nm的入射光穿透濾光元件101時，其穿透率 小於20%；或進一步地，當波長450nm~600nm的入射光穿透濾光元件101時，其穿透率大於60%，而波長750nm~1000nm的入射光其穿透率小於10%，以有效減少色偏。
當滿足式(1)時，可有效減少具濾光元件之光學取像鏡頭的全長TTL，使在相同的全長TTL下可獲得更大的影像感測元件有效畫素的範圍；當滿足式(2)、式(3)時，即在具濾光元件之光學取像鏡頭之焦距f、第三透鏡130之焦距f3、第四透鏡140之焦距f4間適當調配屈折力，以控制降低具濾光元件之光學取像鏡頭的敏感度，並且可以進一步修正高階像差。
又本發明具濾光元件之光學取像鏡頭中，當滿足式(4)時，使第一透鏡110的色散係數(Abbe number)v1與第二透鏡120的色散係數(Abbe number)v2的差值於適當範圍，可以有效修正第一透鏡110與第二透鏡120產生的色差，並可增加第二透鏡120的色差補償能力。當限制濾光元件101中心厚度FT(式5)時，可適當調配吸收入射光之紅外線波段的效果，且濾光元件101使用適當的厚度，有助於縮短具濾光元件之光學取像鏡頭之總長。
當光軸上濾光元件101至第一透鏡110的最短距離D1(式6)受限制時，可有效調整具濾光元件之光學取像鏡頭於適當總長；當限制式(8)時，可在具濾光元件之光學取像鏡頭於遠心特性與較廣的視場角中取得良好的平衡，並可有效縮短具濾光元件之光學取像鏡頭的總長。
本發明具濾光元件之光學取像鏡頭將藉由以下具體實施例配合圖式予以詳細說明。
<第一實施例>
本發明第一實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖請參閱第1A圖，第一實施例之像差曲線請參閱第1B圖。第一實施例之具濾光元件之光學取像鏡頭主要由四片透鏡、光圈102及濾光元件101所構成的具濾光元件之光學取像鏡頭；在光軸上，由物側至像側依序包含：一濾光元件101，其為平板藍玻璃所製成，用以吸收濾除紅外線波段之入射光；一具有正屈折力之第一透鏡110，為塑膠材質所製成，其物側光學面111為凸面、其像側光學面112為凸面，其物側光學面111及像側光學面112皆為非球面；一光圈102；一具負屈折力的第二透鏡120，為塑膠材質所製成，其物側光學面121為凹面、其像側光學面122為凹面，其物側光學面121及像側光學面122皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡130，為塑膠材質所製成，其物側光學面131為凹面、其像側光學面132為凸面，其物側光學面131與像側光學面132皆為非球面；一具負屈折力的第四透鏡140，為塑膠材質所製成，其物側光學面141為凹面、其像側光學面142為凹面，其物側光學面141與像側光學面142皆為非球面，且至少有一光學面設有至少一反曲點；以及一影像感測元件180設置於成像面170上；經由四片透鏡所組成之透鏡組10、光圈102及濾光元件101之組合，可將被攝物在影像感測元件180上成像。
表一、本實施例的光學數據
本實施例的光學數據如上表一所示，其中，第一透鏡110至第四透鏡140之物側光學面與像側光學面均使用式(10)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表二所示。
表二、本實施例的非球面係數
參見表一及第1B圖，本實施例具濾光元件之光學取像鏡頭中，具濾光元件之光學取像鏡頭的焦距f=3.21(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.60，最大場視角的一半HFOV=35.0°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表三，相關符號如前所述，此不再贅述：表三、本實施例滿足相關關係式之數據
由表一之光學數據及由第1B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
<第二實施例>
本發明第二實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖請參閱第2A圖，第二實施例之像差曲線請參閱第2B圖。第二實施例之具濾光元件之光學取像鏡頭主要由四片透鏡、光圈202及濾光元件201所構成的具濾光元件之光學取像鏡頭；在光軸上，由物側至像側依序包含：一濾光元件201，其為平板藍玻璃所製成，用以吸收濾除紅外線波段之入射光；一具有正屈折力之第一透鏡210，為塑膠材質所製成，其物側光學面211為凸面、其像側光學面212為凸面，其物側光學面211及像側光學面212皆為非球面；一光圈202；一具負屈折力的第二透鏡220，為塑膠材質所製成，其物側光學面221為凹面、其像側光學面222為凹面，其物側光學面221及像側光學面222皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡230，為塑膠材質所製成，其物側光學面231為凹面、其像側光學面232為凸面，其物側光學面231與像側光學面232皆為非球面；一具負屈 折力的第四透鏡240，為塑膠材質所製成，其物側光學面241為凸面、其像側光學面242為凹面，其物側光學面241與像側光學面242皆為非球面，且至少有一光學面設有至少一反曲點；以及一影像感測元件280設置於成像面270上；經由四片透鏡所組成之透鏡組20、光圈202及濾光元件201之組合，可將被攝物在影像感測元件280上成像。
本實施例的光學數據如上表四所示，其中，第一透鏡210至第四透鏡240之物側光學面與像側光學面均使用式(10)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表五所示。
表五、本實施例的非球面係數
參見表四及第2B圖，本實施例具濾光元件之光學取像鏡頭中，具濾光元件之光學取像鏡頭的焦距f=3.85(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fro=2.82，最大場視角的一半HFOV=30.1°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表六，相關符號如前所述，此不再贅述：表六、本實施例滿足相關關係式之數據
由表四之光學數據及由第2B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
<第三實施例>
本發明第三實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖請參閱第3A圖，第三實施例之像差曲線請參閱第3B圖。第三實施例之具濾光元件之光學取像鏡頭主要由四片透鏡、光圈302及濾光元件301所構成的具濾光元件之光學取像鏡頭；在光軸上，由物側至像側依序包含：一濾光元件301，其為平板藍玻璃所製成，用以吸收濾除紅外線波段之入射光；一光圈302；一具有正屈折力之第一透鏡310，為塑膠材質所製成，其物側光學面311為凸面、其像側光學面312為凹面，其物側光學面311及像側光學面312皆為非球面；一具負屈折力的第二透鏡320，為塑膠材質所製成，其物側光學面321為凹面、其像側光學面322為凹面，其物側光學面321及像側光學面322皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡330，為塑膠材質所製成，其物側光學面331為凹面、其像側光學面332為凸面，其物側光學面331與像側光學面332皆為非球面；一具負屈 折力的第四透鏡340，為塑膠材質所製成，其物側光學面341為凸面、其像側光學面342為凹面，其物側光學面341與像側光學面342皆為非球面，且至少有一光學面設有至少一反曲點；以及一影像感測元件380設置於成像面370上；經由四片透鏡所組成之透鏡組30、光圈302及濾光元件301之組合，可將被攝物在影像感測元件380上成像。
本實施例的光學數據如上表七所示，其中，第一透鏡310至第四透鏡340之物側光學面與像側光學面均使用式(10)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表八所示。
表八、本實施例的非球面係數
參見表七及第3B圖，本實施例具濾光元件之光學取像鏡頭中，具濾光元件之光學取像鏡頭的焦距f=3.31(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.82，最大場視角的一半HFOV=34.2°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表九，相關符號如前所述，此不再贅述：表九、本實施例滿足相關關係式之數據
由表七之光學數據及由第3B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
<第四實施例>
本發明第四實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖請參閱第4A圖，第四實施例之像差曲線請參閱第4B圖。第四實施例之具濾光元件之光學取像鏡頭主要由五片透鏡、光圈402及濾光元件401所構成的具濾光元件之光學取像鏡頭；在光軸上，由物側至像側依序包含：一濾光元件401，其為平板藍玻璃所製成，用以吸收濾除紅外線波段之入射光；一具有正屈折力之第一透鏡410，為塑膠材質所製成，其物側光學面411為凸面、其像側光學面412為凸面，其物側光學面411及像側光學面412皆為非球面；一光圈402；一具負屈折力的第二透鏡420，為塑膠材質所製成，其物側光學面421為凹面、其像側光學面422為凹面，其物側光學面421及像側光學面422皆為非球面；一具負屈折力的第三透鏡430，為塑膠材質所製成，其物側光學面431為凸面、其像側光學面432為凹面，其物側光學面431與像側光學面432皆為非球面；一具正屈 折力的第四透鏡440，為塑膠材質所製成，其物側光學面441為凹面、其像側光學面442為凸面，其物側光學面441與像側光學面442皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡450，為塑膠材質所製成，其物側光學面451為凸面、其像側光學面452為凹面，其物側光學面451與像側光學面452皆為非球面，且至少有一光學面設有至少一反曲點；以及一影像感測元件480設置於成像面470上；經由五片透鏡所組成之透鏡組40、光圈402及濾光元件401之組合，可將被攝物在影像感測元件480上成像。
本實施例的光學數據如上表十所示，其中，第一透鏡410至第五透鏡450之物側光學面與像側光學面均使用式(10)之非球面方程 式所構成，其非球面係數如下表十一所示。
參見表十及第4B圖，本實施例具濾光元件之光學取像鏡頭中，具濾光元件之光學取像鏡頭的焦距f=3.61(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.40，最大場視角的一半HFOV=37.5°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表十二，相關符號如前所述，此不再贅述：表十二、本實施例滿足相關關係式之數據
由表十之光學數據及由第4B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
<第五實施例>
本發明第五實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖請參閱第5A圖，第五實施例之像差曲線請參閱第5B圖。第五實施例之具濾光元件之光學取像鏡頭主要由五片透鏡、光圈502及濾光元件501所構成的具濾光元件之光學取像鏡頭；在光軸上，由物側至像側依序包含：一濾光元件501，其為平板藍玻璃所製成，用以吸收濾除入射光之紅外線波段；一光圈502；一具有正屈折力之第一透鏡510，為塑膠材質所製成，其物側光學面511為凸面、其像側光學面512為凸面，其物側光學面511及像側光學面512皆為非球面；一具負屈折力的第二透鏡520，為塑膠材質所製成，其物側光學面521為凹面、其像側光學面522為凹面，其物側光學面521及像側光學面522皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡530，為塑膠材質所製成，其物側光學面531為凸面、其像側光學面532為凹面，其物側光學面531與像側光學面532皆為非球面；一具正屈 折力的第四透鏡540，為塑膠材質所製成，其物側光學面541為凹面、其像側光學面542為凸面，其物側光學面541與像側光學面542皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡550，為塑膠材質所製成，其物側光學面551為凹面、其像側光學面552為凹面，其物側光學面551與像側光學面552皆為非球面，且至少有一光學面設有至少一反曲點；以及一影像感測元件580設置於成像面570上；經由五片透鏡所組成之透鏡組50、光圈502及濾光元件501之組合，可將被攝物在影像感測元件580上成像。
本實施例的光學數據如上表十三所示，其中，第一透鏡510至第五透鏡550之物側光學面與像側光學面均使用式(10)之非球面方 程式所構成，其非球面係數如下表十四所示。
參見表十三及第5B圖，本實施例具濾光元件之光學取像鏡頭中，具濾光元件之光學取像鏡頭的焦距f=4.39(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.52，最大場視角的一半HFOV=33.1°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表十五，相關符號如前所述，此不再贅述：表十五、本實施例滿足相關關係式之數據
由表十三之光學數據及由第5B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
<第六實施例>
本發明第六實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖請參閱第6A圖，第六實施例之像差曲線請參閱第6B圖。第六實施例之具濾光元件之光學取像鏡頭主要由五片透鏡、光圈602及濾光元件601所構成的具濾光元件之光學取像鏡頭；在光軸上，由物側至像側依序包含：一濾光元件601，其為平板藍玻璃所製成，用以吸收濾除入射光之紅外線波段；一光圈602；一具有正屈折力之第一透鏡610，為塑膠材質所製成，其物側光學面611為凸面、其像側光學面612為凸面，其物側光學面611及像側光學面612皆為非球面；一具負屈折力的第二透鏡620，為塑膠材質所製成，其物側光學面621為凸面、其像側光學面622為凹面，其物側光學面621及像側光學面622皆為非球面；一具負屈折力的第三透鏡630，為塑膠材質所製成，其物側光學面631為凹面、其像側光學面632為凸面，其物側光學面631與像側光學面632皆為非球面；一具正屈 折力的第四透鏡640，為塑膠材質所製成，其物側光學面641為凹面、其像側光學面642為凸面，其物側光學面641與像側光學面642皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡650，為塑膠材質所製成，其物側光學面651為凹面、其像側光學面652為凹面，其物側光學面651與像側光學面652皆為非球面，且至少有一光學面設有至少一反曲點；以及一影像感測元件680設置於成像面670上；經由五片透鏡所組成之透鏡組60、光圈602及濾光元件601之組合，可將被攝物在影像感測元件680上成像。
本實施例的光學數據如上表十六所示，其中，第一透鏡610至第五透鏡650之物側光學面與像側光學面均使用式(10)之非球面方 程式所構成，其非球面係數如下表十七所示。
參見表十六及第6B圖，本實施例具濾光元件之光學取像鏡頭中，具濾光元件之光學取像鏡頭的焦距f=4.36(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.45，最大場視角的一半HFOV=33.1°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表十八，相關符號如前所述，此不再贅述：表十八、本實施例滿足相關關係式之數據
由表十六之光學數據及由第6B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
<第七實施例>
本發明第七實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖請參閱第7A圖，第七實施例之像差曲線請參閱第7B圖。第七實施例之具濾光元件之光學取像鏡頭主要由三片透鏡、光圈702及濾光元件701所構成的具濾光元件之光學取像鏡頭；在光軸上，由物側至像側依序包含：一濾光元件701，其為平板藍玻璃所製成，用以吸收濾除紅外線波段之入射光；一光圈702；一具有正屈折力之第一透鏡710，為塑膠材質所製成，其物側光學面711為凸面、其像側光學面712為凹面，其物側光學面711及像側光學面712皆為非球面；一具負屈折力的第二透鏡720，為塑膠材質所製成，其物側光學面721為凹面、其像側光學面722為凸面，其物側光學面721及像側光學面722皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡730，為塑膠材質所製成，其物側光學面731為凸面、其像側光學面732為凹面，其物側光學面731與像側光學面732皆為非球面；以及一影 像感測元件780設置於成像面770上；經由三片透鏡所組成之透鏡組70、光圈702及濾光元件701之組合，可將被攝物在影像感測元件780上成像。
本實施例的光學數據如上表十九所示，其中，第一透鏡710至第三透鏡730之物側光學面與像側光學面均使用式(10)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表二十所示。
表二十、本實施例的非球面係數
參見表十九及第7B圖，本實施例具濾光元件之光學取像鏡頭中，具濾光元件之光學取像鏡頭的焦距f=1.73(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.40，最大場視角的一半HFOV=36.2°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表二十一，相關符號如前所述，此不再贅述：表二十一、本實施例滿足相關關係式之數據
由表十九之光學數據及由第7B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
<第八實施例>
本發明第八實施例的具濾光元件之光學取像鏡頭示意圖請參閱第8A圖，第八實施例之像差曲線請參閱第8B圖。第八實施例之具濾光元件之光學取像鏡頭主要由三片透鏡、光圈802及濾光元件801所構成的具濾光元件之光學取像鏡頭；在光軸上，由物側至像側依序包含：一濾光元件801，其為平板藍玻璃所製成，用以吸收濾除入射光之紅外線波段；一具有正屈折力之第一透鏡810，為塑膠材質所製成，其物側光學面811為凸面、其像側光學面812為凸面，其物側光學面811及像側光學面812皆為非球面；一光圈802；一具負屈折力的第二透鏡820，為塑膠材質所製成，其物側光學面821為凹面、其像側光學面822為凸面，其物側光學面821及像側光學面822皆為非球面；一具負屈折力的第三透鏡830，為塑膠材質所製成，其物側光學面831為凸面、其像側光學面832為凹面，其物側光學面831與像側光學面832皆為非球面；以及一影 像感測元件880設置於成像面870上；經由三片透鏡所組成之透鏡組80、光圈802及濾光元件801之組合，可將被攝物在影像感測元件880上成像。
本實施例的光學數據如上表二十二所示，其中，第一透鏡810至第三透鏡830之物側光學面與像側光學面均使用式(10)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表二十三所示。
表二十三、本實施例的非球面係數
參見表二十二及第8B圖，本實施例具濾光元件之光學取像鏡頭中，具濾光元件之光學取像鏡頭的焦距f=2.94(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.70，最大場視角的一半HFOV=30.5°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表二十四，相關符號如前所述，此不再贅述：表二十四、本實施例滿足相關關係式之數據
由表二十二之光學數據及由第8B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之具濾光元件之光學取像鏡頭之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
上述實施例之濾光元件之材質可為平板藍玻璃、具有鍍膜層之平板玻璃或具有鍍膜層之藍玻璃，若濾光元件之材質為藍玻璃，可藉其吸收之方式濾除紅外線，以減少反射；若濾光元件之材質為具有鍍膜層之平板玻璃，可以有效降低生產成本。故以上的實施例中所濾光元件之材質僅為舉例，並非以此為限。
另外，本發明具濾光元件之光學取像鏡頭中，透鏡的材質可為玻璃或塑膠，若透鏡的材質為玻璃，可以增加該具濾光元件之光學取像鏡頭屈折力配置的自由度，若透鏡材質為塑膠，可以有效降低生產成本。此外，透鏡光學面為非球面，可以容易製作成球面以外的形狀，獲得較多的控制變數，用以消減像差，進而縮減透鏡使用的數目，因此可以有效降低本發明具濾光元件之光學取像鏡頭的總長度。
本發明具濾光元件之光學取像鏡頭中，可設置有至少一孔徑光闌，如耀光光闌(Glare Stop)或視場光闌(Field Stop)等，以減少 雜散光，有助於提昇影像品質。
濾光元件之穿透率參考曲線請參閱第9圖，如圖所示，可見光範圍外之紅外線波段其穿透率極低，表示藍玻璃吸收紅外線入射光之效果良好，因此其具有良好之修正系統色偏功能。而表一至表二十四為本發明具濾光元件之光學取像鏡頭實施例的不同數值變化表，顯示各實施例具有適當改善球差、修正像散與減少歪曲之功能與特性。然本發明各個實施例的數值變化皆屬具體實驗所得，即使使用不同數值，相同結構的產品仍應屬於本發明的保護範疇，故以上的說明所描述及圖式中所說明僅做為例示性，非用以限制本發明的申請專利範圍。
101‧‧‧濾光元件
102‧‧‧光圈
10‧‧‧透鏡組
110‧‧‧第一透鏡
111‧‧‧第一透鏡物側光學面
112‧‧‧第一透鏡像側光學面
120‧‧‧第二透鏡
121‧‧‧第二透鏡物側光學面
122‧‧‧第二透鏡像側光學面
130‧‧‧第三透鏡
131‧‧‧第三透鏡物側光學面
132‧‧‧第三透鏡像側光學面
140‧‧‧第四透鏡
141‧‧‧第四透鏡物側光學面
142‧‧‧第四透鏡像側光學面
170‧‧‧成像面
180‧‧‧影像感測元件

Claims (14)

  1. 一種具濾光元件之光學取像鏡頭，其包含：一透鏡組，該透鏡組係包含至少三枚具屈折力之透鏡，且其中至少二枚透鏡，其物側與像側之光學面中至少一光學面為非球面，並為塑膠材質所製成；以及一濾光元件，其係設置於該透鏡組之物側，該濾光元件係為藍玻璃所製成，係為吸收之方式濾除紅外線波段之入射光；其中，在光軸上，該濾光元件至該第一透鏡之最短距離為D1，係滿足下列關係式：0.05mm≦D1<0.60mm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中波長750nm~1000nm之入射光穿透率小於20%。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中波長450nm~600nm之入射光穿透率大於60%，而波長750nm~1000nm之入射光穿透率小於10%。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該透鏡組最靠近物側之透鏡為一第一透鏡，該第一透鏡為具有正屈折力；該第一透鏡於像側面鄰接一第二透鏡，該第二透鏡為具有負屈折力。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，另包含設置於一成像面上之一影像感測元件，用以將被攝物成像；在光軸上該第一透鏡之物側光學面至該成像面的距離為TTL，該影 像感測元件有效感測區域對角線長的一半為ImgH，並滿足下列關係式：TTL/ImgH<2.10。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，在光軸上該第一透鏡之物側光學面至該成像面的距離為TTL，該影像感測元件有效感測區域對角線長的一半為ImgH，滿足下列關係式：TTL/ImgH<1.85。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該濾光元件之中心厚度為FT，滿足下列關係式：0.05mm<FT<0.50mm。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該透鏡組係包含四枚具屈折力之透鏡，由物側至像側依序沿著光軸排列，係為該第一透鏡、該第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡；該第一透鏡之物側光學面為凸面；該第三透鏡之物側光學面為凹面、其像側光學面為凸面；該第四透鏡之像側光學面為凹面，且其物側光學面與像側光學面中，至少有一光學面設有至少一反曲點。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該透鏡組係包含四枚具屈折力之透鏡，由物側至像側依序沿著光軸排列，其係為該第一透鏡、該第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡；該第三透鏡具有正屈折力；該第四透鏡具有負屈折力。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該第一透鏡之色散係數為v1，該第二透鏡之色散係數為v2，係滿足下列關係式： 30<v1-v2<40。
  11. 如申請專利範圍第4項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該透鏡組係包含五枚具屈折力之透鏡，由物側至像側依序沿著光軸排列，其係為該第一透鏡、該第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該第四透鏡具有正屈折力；該第五透鏡具有負屈折力。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該第一透鏡之物側光學面為凸面；該第四透鏡之物側光學面為凹面、其像側光學面為凸面；該第五透鏡之像側光學面為凹面，且其物側光學面與像側光學面中，至少有一光學面設有至少一反曲點。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之具濾光元件之光學取像鏡頭，其中，該第三透鏡具有負屈折力。
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