TWI506296B - 鏡頭系統 - Google Patents

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TWI506296B TW100137214A TW100137214A TWI506296B TW I506296 B TWI506296 B TW I506296B TW 100137214 A TW100137214 A TW 100137214A TW 100137214 A TW100137214 A TW 100137214A TW I506296 B TWI506296 B TW I506296B
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Description

鏡頭系統
本發明關於一種鏡頭系統。
隨著觸控式面板廣泛應用於各式消費性電子產品中，各種不同觸控面板的技術也因應而生，例如電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式等。
其中，紅外線式的光學多點觸控面板，具有結構及製程簡單的特點，且成本具競爭優勢，故在部分消費性電子產品中被廣泛使用。紅外線式的光學多點觸控面板，主要是利用紅外線照相機模組來拍攝觸控面板區域的畫面，來判讀輸入裝置(例如手或筆)的移動軌跡，因需判讀準確且反應速度快，故所需的取像鏡頭就需具備大光圈、廣視角、高解析度和高相對照度之特性。
有鑒於此，有必要提供一種大光圈、高解析度和高相對照度之鏡頭系統。
一種鏡頭系統，沿光軸從物側到像側方向依次包括一個負光焦度的第一透鏡、一個正光焦度的第二透鏡、一個正光焦度的第三透鏡以及成像面，所述第一透鏡包括靠近像側之表面，所述表面包括光學面，光線通過所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡在投射到所述成像面上，所述鏡頭系統滿足下列條件：Y/Z<1.10， G1R1/F1<-3.10和G2R2/F2>1.49，G3R1/F3>1.14,G3R2/F3<-0.68，其中，Y為所述第一透鏡的光學面的端點與光學面的中心之間沿垂直光軸方向的距離，Z為所述第一透鏡的光學面的端點與光學面的中心之間沿光軸方向的距離，G1R1為所述第一透鏡靠近物側的表面的曲率半徑，F1為所述第一透鏡的焦距，G2R2為所述第二透鏡靠近像側的表面的曲率半徑，F2為所述第二透鏡的焦距，G3R1為所述第三透鏡靠近物側的表面的曲率半徑，G3R2為所述第三透鏡靠近像側的表面的曲率半徑，F3為第三透鏡13的焦距。
本實施例之鏡頭系統在滿足上述Y/Z<1.10，G1R1/F1<-3.10，G2R2/F2>1.49的情況下，鏡頭系統具有大光源、高解析度和高相對照度之性能。
10‧‧‧鏡頭系統
11‧‧‧第一透鏡
12‧‧‧第二透鏡
13‧‧‧第三透鏡
14‧‧‧紅外帶通濾光片
15‧‧‧玻璃板
16‧‧‧成像面
17‧‧‧光闌
111‧‧‧第一表面
112‧‧‧第二表面
121‧‧‧第三表面
122‧‧‧第四表面
131‧‧‧第五表面
132‧‧‧第六表面
141‧‧‧第七表面
142‧‧‧第八表面
151‧‧‧第九表面
152‧‧‧第十表面
圖1是本發明實施例鏡頭系統的結構示意圖。
圖2是本發明實施例第一實施例之鏡頭系統之球差圖。
圖3是本發明實施例第一實施例之鏡頭系統之場曲圖。
圖4是本發明實施例第一實施例之鏡頭系統之畸變圖。
圖5是本發明實施例第一實施例之鏡頭系統之相對照度曲線。
圖6是本發明實施例第一實施例之鏡頭系統調製傳遞函數(modulation transfer function,MTF)特性曲線圖。
圖7是本發明實施例第二實施例之鏡頭系統之球差圖。
圖8是本發明實施例第二實施例之鏡頭系統之場曲圖。
圖9是本發明實施例第二實施例之鏡頭系統之畸變圖。
圖10是本發明實施例第二實施例之鏡頭系統之相對照度曲線。
圖11是本發明實施例第二實施例之鏡頭系統鏡頭系統調製傳遞函數特性曲線圖。
下面將結合附圖對本發明實施例作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明實施例提供的鏡頭系統10沿光軸從物側到像側方向依次設置的具有負光焦度的第一透鏡11、具有正光焦度的第二透鏡12、光闌17、具有正光焦度的第三透鏡13、紅外帶通濾光片14、玻璃板15和成像面16。
第一透鏡11、第二透鏡12和第三透鏡13的材料可選自塑膠、聚合物以及玻璃中的任一種，優選地，為節約成本，第一透鏡11、第二透鏡12和第三透鏡13均采用塑膠製成。
第一透鏡11、第二透鏡12和第三透鏡13均為非球面透鏡，以透鏡表面中心為原點，光軸為x軸，第一透鏡11、第二透鏡12和第三透鏡13各個表面的非球面面形運算式為：，其中，c為鏡面表面中心的曲率，為從光軸到透鏡表面的高度，k係二次曲面係數，A i為第i階的非球面面形係數。
通過將下文的表1、表2、表3的資料代入上述運算式，可獲得本發明第一實施例的鏡頭系統10中各透鏡表面的非球面形狀，另外，通過將表4、表5、表6的資料代入上述運算式，可獲知本發明 第二實施例的鏡頭系統10中各透鏡表面的非球面形狀。
當鏡頭系統10用於成像時，來自被攝物的光線從物側方向入射鏡頭系統10並依次經過第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、以及紅外帶通濾光片14，最終通過玻璃板15匯聚到成像面16上，通過將CCD或CMOS等固體成像器件設置在成像面16處，即可獲取被攝物的影像。
第一透鏡11具有靠近物側的第一表面111和靠近像側的第二表面112，第一表面111的曲率半徑記作G1R1，第二表面112的曲率半徑記作G1R2。第二表面112包括光學面1121和非光學面1122，非光學面1222圍繞光學面1121。
第二透鏡12具有靠近物側的第三表面121和靠近像側的第四表面122，第三表面121的曲率半徑記作G2R1，第四表面122的曲率半徑記作G2R2。
第三透鏡13具有靠近物側的第五表面131和靠近像側的第六表面132，第五表面131的曲率半徑記作G3R1，第六表面132的曲率半徑記作G3R2。
紅外帶通濾光片14具有靠近物側的第七表面141和靠近像側的第八表面142。
玻璃板15具有靠近物側的第九表面151和靠近像側的第十表面152。
為了實現鏡頭系統10的大光圈、高解析度和高相對照度，鏡頭系統10滿足條件式： (1)、Y/Z<1.10；(2)、G1R1/F1<-3.10；以及(3)、G2R2/F2>1.49。
其中，Y為第一透鏡11的光學面1121的端點與光學部1121的中心之間沿垂直光軸L方向的距離，Z為第一透鏡11的光學面1121的端點與光學部1121的中心之間沿光軸L方向的距離，F1為第一透鏡11的焦距，F2為第二透鏡12的焦距。
條件(1)使鏡頭系統10在大光圈和廣視角的條件下，還能具有高相對照度，如圖5中1.0視場的像高為1.43mm時保持大於0.73以及圖10中1.0視場時像高為1.43mm時保持大於0.77。
條件(2)使第一透鏡11的動力變小，進而讓鏡頭系統10的敏感度變小。
條件(3)使鏡頭系統10的動力分配適當，具有良好的收差補正效果，並保證鏡頭系統10具有高解析度的成像品質。
在滿足條件式(1)、(2)及(3)的情況下，鏡頭系統10具有大光圈、高解析度和高相對照度。
為進一步保證在上述限制條件下鏡頭系統10的成像品質，第一透鏡11和第三透鏡13還需要滿足下列條件：G1R2/F1>-0.60,G1R2/F1>G1R1/F1，G3R1/F3>1.14,G3R2/F3<-0.68，F3為第三透鏡13的焦距。
進一步，為了能更好地消除鏡頭系統10的色差，以便能和紅外帶通濾光片14和玻璃板15做補償，第一透鏡11、第二透鏡12和第三 透鏡13還需要滿足下列條件：Vd1=Vd2=Vd3<33，Vd1為第一透鏡11的阿貝數，Vd2為第二透鏡12的阿貝數，Vd3為第三透鏡13之阿貝數。
下面結合具體的參數介紹鏡頭系統10的性能。
第一實施方式(圖2-圖6)
鏡頭系統10的第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、紅外帶通濾光片14和玻璃板15滿足表1、表2和表3的條件，從而使得鏡頭系統10的焦距為1.02mm、可視角(Field Of View，FOV)為124.01度、光圈為2.06，曲率半徑和厚度的單位為mm。
由圖2可以看出，鏡頭系統10在波長為840奈米、850奈米以及860奈米(曲線a、b、c所示)時，像面球差均控制在(-0.05mm，0.05mm)範圍內。由圖3看出，場曲的子午場曲值和弧矢場曲值均控制在(-0.1mm，0.1mm)範圍內。由圖4得知，畸變控制在(-20%，20%)範圍內。由此可見，鏡頭系統10的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。
由圖6可知，在168lp/mm(線對/毫米)的奈奎斯特頻率( Nyquist Frequency)條件下，中心視場的MTF(Modulation Transfer Function，調製傳遞函數)>0.6(包括S-Sagittal的弧矢方向和T-Tangential的子午方向)(曲線A所示)，角落0.8視場的MTF>0.48(包括S和T方向)(曲線C、E所示)，介於中心視場與角落0.8視場之間的0.48<MTF<0.6(曲線B、D所示)，1.0視場的MTF>0.43(曲線F、G所示)。
第二實施方式(圖7-圖11)
鏡頭系統10的第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡13、紅外帶通濾光片14和玻璃板15滿足表4、表5和表6的條件，從而使得鏡頭系統10的焦距為1.04mm、可視角為123.96度、光圈為2.07，曲率半徑和厚度的單位為mm。
由圖7可以看出，鏡頭系統10在波長為840奈米、850奈米以及860奈米(曲線a、b、c所示)時，像面球差均控制在(-0.05mm，0.05mm)範圍內。由圖8可以得知，場曲的子午場曲值和弧矢場曲 值均控制在(-0.1mm，0.1mm)範圍內。由圖9看出，畸變控制在(-20%，20%)範圍內。由此可見，鏡頭系統10的像差、場曲、畸變都能被很好的校正。
由圖11可知。在168lp/mm的奈奎斯特頻率條件下，中心視場的MTF>0.6(曲線A所示)，角落0.8視場的MTF>0.48(曲線C、E所示)，介於中心視場與角落0.8視場之間的0.48<MTF<0.6(曲線B、D所示)，1.0視場的MTF>0.34(曲線F、G所示)。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧鏡頭系統
11‧‧‧第一透鏡
12‧‧‧第二透鏡
13‧‧‧第三透鏡
14‧‧‧紅外帶通濾光片
15‧‧‧玻璃板
16‧‧‧成像面
17‧‧‧光闌
111‧‧‧第一表面
112‧‧‧第二表面
121‧‧‧第三表面
122‧‧‧第四表面
131‧‧‧第五表面
132‧‧‧第六表面
141‧‧‧第七表面
142‧‧‧第八表面
151‧‧‧第九表面
152‧‧‧第十表面

Claims (8)

  1. 一種鏡頭系統，沿光軸從物側到像側方向依次包括一個負光焦度的第一透鏡、一個正光焦度的第二透鏡、一個正光焦度的第三透鏡以及成像面，所述第一透鏡包括靠近像側之表面，所述表面包括光學面，光線通過所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡在投射到所述成像面上，其改良在於，所述鏡頭系統滿足下列條件：Y/Z<1.10，G1R1/F1<-3.10，G2R2/F2>1.49，G3R1/F3>1.14,G3R2/F3<-0.68，其中，Y為所述第一透鏡的光學面的端點與光學面的中心之間之垂直光軸方向上的距離，Z為所述第一透鏡的光學面的端點與光學面的中心之間之沿光軸方向上的距離，G1R1為所述第一透鏡靠近物側的表面的曲率半徑，F1為所述第一透鏡的焦距，G2R2為所述第二透鏡靠近像側的表面的曲率半徑，F2為所述第二透鏡的焦距，G3R1為所述第三透鏡靠近物側的表面的曲率半徑，G3R2為所述第三透鏡靠近像側的表面的曲率半徑，F3為第三透鏡13的焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭系統，其中，所述第一透鏡滿足條件式G1R2/F1>-0.60,G1R2/F1>G1R1/F1，G1R2為所述第一透鏡靠近像側的表面的曲率半徑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭系統，其中，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡滿足Vd1=Vd2=Vd3<33，Vd1為所述第一透鏡的阿貝數，Vd2為所述第二透鏡的阿貝數，Vd3為所述第三透鏡之阿貝數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭系統，其中，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡均為非球面透鏡。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭系統，其中，所述鏡頭系統進一步包括 一位於所述第三透鏡和成像面之間之紅外帶通濾光片。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之鏡頭系統，其中，所述紅外帶通濾光片與成像面之間設置有一玻璃片以保護所述成像面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭系統，其中，Y為1.41mm，Z為1.42mm，F1為-1.65mm，F2為4.00mm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭系統，其中，Y為1.34mm，Z為1.38mm，F1為-1.69mm，F2為3.97mm。
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