TWI564609B - 光學成像鏡頭以及取像裝置 - Google Patents

Description

光學成像鏡頭以及取像裝置

本發明揭露一種光學成像鏡頭以及取像裝置，特別是一種包含可任意拆卸之紅外線濾光件和遮光件的光學成像鏡頭，以及應用此光學成像鏡頭的取像裝置。

一般而言，攝影裝置的感光元件多是感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor，CMOS Sensor)。攝影裝置對紅外光的靈敏度非常高。舉例來說，在白天使用攝影裝置進行拍攝時，由於太陽光中包括較多的紅外光，故必須將紅外光濾除才能夠提高影像清晰度。在夜間進行拍攝時，由於光線強度不足，而必須收集紅外線波段的光線以維持成像品質。

傳統攝影裝置多設有紅外線濾光件，其位於攝影裝置的光學鏡頭與成像面之間。為了滿足攝影裝置同時使用於白天和夜間環境之需求，部分業者在攝影裝置和成像面之間另裝設切換裝置，以便切換紅外線濾光件的位置。然而，由於攝影裝置的光學鏡頭和成像面之間需要保留額外空間以供安裝切換裝置，而 不利於縮短攝影裝置之光學鏡頭的後焦距，使得攝影裝置尺寸容易過大，同時也增加了攝影裝置的設計難度，從而增加製造成本。

此外，傳統攝影裝置的光圈規格難以同時滿足白天 和夜間環境之需求。舉例來說，當攝影裝置搭載適合用於白天環境的光圈時，此攝影裝置於夜間使用時即會因光線進光量不足而產生影像清晰度不足的問題。另一方面，當攝影裝置搭載適合用於夜間環境的光圈時，則此攝影裝置於白天使用時即會因收集過多雜散光而產生雜訊過多的問題。

鑒於以上的問題，本發明提供一種光學成像鏡頭以及取像裝置，有助於解決攝影鏡頭需另裝設切換裝置的問題，以及光圈規格難以滿足白天和夜間使用需求的問題。

本發明所揭露的光學成像鏡頭包含透鏡組、紅外線濾光件、光圈以及遮光件。透鏡組具有相對的像側及物側。紅外線濾光件可拆卸地設置於透鏡組的物側。光圈設置於透鏡組的物側，且光圈具有孔狀光柵。遮光件可拆卸地設置於透鏡組的物側，且遮光件具有穿孔。當遮光件設置於透鏡組的物側時，穿孔和孔狀光柵皆位於一光軸上。

本發明所揭露的取像裝置包含前述之光學成像鏡頭和一電子感光元件，且電子感光元件設置於光學成像鏡頭的一成像面上。

根據本發明所揭露的光學成像鏡頭以及取像裝置， 紅外線濾光件和遮光件皆可拆卸地設置於透鏡組的物側而顯露於外。當要安裝或拆卸紅外線濾光件時，使用者可直接安裝或移除紅外線濾光件和遮光件。藉此，取像裝置不需在透鏡組和電子感光元件之間額外增設切換裝置，可有效縮短光學成像鏡頭的後焦距以維持其小型化，並且有助於減少製造成本。此外，遮光件的穿孔搭配光圈的孔狀光柵有助於適當配置光學成像鏡頭之光圈值，而令光學成像鏡頭於不同環境下能維持適當的進光量，進一步提升成像品質。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

E‧‧‧監視攝影器

M‧‧‧取像裝置

L‧‧‧光軸

1‧‧‧光學成像鏡頭

2‧‧‧電子感光元件

10‧‧‧透鏡組

100a‧‧‧物側

100b‧‧‧像側

110‧‧‧第一透鏡

111‧‧‧物側表面

112‧‧‧像側表面

120‧‧‧第二透鏡

121‧‧‧物側表面

122‧‧‧像側表面

130‧‧‧第三透鏡

131‧‧‧物側表面

132‧‧‧像側表面

140‧‧‧第四透鏡

141‧‧‧物側表面

142‧‧‧像側表面

150‧‧‧第五透鏡

151‧‧‧物側表面

152‧‧‧像側表面

160‧‧‧透光元件

20‧‧‧紅外線濾光件

30‧‧‧光圈

310‧‧‧孔狀光柵

40‧‧‧遮光件

410‧‧‧穿孔

50‧‧‧成像面

第1圖為根據本發明一實施例之取像裝置使用於白天的側視示意圖。

第2圖為根據本發明一實施例之取像裝置使用於夜間的側視示意圖。

第3圖為根據本發明一實施例之搭載取像裝置之電子裝置使用於夜間的立體示意圖。

第4圖為根據本發明一實施例之搭載取像裝置之電子裝置使用於白天的立體示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請同時參照第1圖和第2圖。第1圖為根據本發明一實施例之取像裝置使用於白天的側視示意圖。第2圖為根據本發明一實施例之取像裝置使用於夜間的側視示意圖。

在本實施例中，一取像裝置M包含一光學成像鏡頭1和一電子感光元件2。光學成像鏡頭1包含一透鏡組10、一紅外線濾光件20、一光圈30和一遮光件40。電子感光元件2設置於光學成像鏡頭1的一成像面50上。成像面50例如為底片、螢幕或是貼附於電子感光元件2的一收光器之表面。取像裝置M可進一步包含鏡筒(Barrel Member)、支持裝置(Holder Member)或其組合。

透鏡組10具有相對的一物側100a和一像側100b，且光學成像鏡頭10由物側100a至像側100b依序包含具屈折力的一第一透鏡110、一第二透鏡120、一第三透鏡130、一第四透鏡140和一第五透鏡150。物側100a意指當光學成像鏡頭1用於拍攝一被攝物(未繪示)時，透鏡組10朝向被攝物的一側。像側100b則意指當光學成像鏡頭1用於拍攝被攝物時，透鏡組10朝向成像 面50的一側。

第一透鏡110具有正屈折力，且為玻璃材質。第一透鏡110具有面向物側100a的一物側表面111和面向像側100b的一像側表面112。物側表面111於近光軸L處為凸面，且像側表面112於近光軸L處為平面。物側表面111為球面(Spherical，SPH)。

第二透鏡120具有正屈折力，且為玻璃材質。第二透鏡120具有面向物側100a的一物側表面121和面向像側100b的一像側表面122。物側表面121於近光軸L處為凸面，且像側表面122於近光軸L處為凹面。物側表面121和像側表面122皆為球面。

第三透鏡130具有負屈折力，且為玻璃材質。第三透鏡130具有面向物側100a的一物側表面131和面向像側100b的一像側表面132。物側表面131於近光軸L處為平面，且像側表面132於近光軸L處為凹面。像側表面132為球面。

第四透鏡140具有正屈折力，且為玻璃材質。第四透鏡140具有面向物側100a的一物側表面141和面向像側100b的一像側表面142。物側表面141於近光軸L處為凸面，且像側表面142於近光軸L處為凸面。物側表面141和像側表面142皆為球面。

第五透鏡150具有負屈折力，且為玻璃材質。第五透鏡150具有面向物側100a的一物側表面151和面向像側100b的 一像側表面152。物側表面151於近光軸L處為凹面，且像側表面152於近光軸L處為凸面。物側表面151和像側表面152皆為球面。

此外，在本實施例中，透鏡組10更包含一透光元件160。透光元件160例如為玻璃保護片，設置於透鏡組10的像側100b。在本實施例中，透光元件160設置於第五透鏡150和成像面50之間。透光元件160不具屈折力，意即透光元件160並不影響光學成像鏡頭1的成像品質。

紅外線濾光件20可拆卸地設置於透鏡組10的物側100a。換句話說，當光學成像鏡頭1用於拍攝被攝物時，紅外線濾光件20介於被攝物和透鏡組10之間。

光圈30設置於透鏡組10的物側100a，並且光圈30和紅外線濾光件20兩者之位置可以相互重疊或不相互重疊。進一步來說，在本實施例中，當紅外線濾光件20和光圈30皆設置於物側100a時，光圈30介於紅外線濾光件20和透鏡組10之間。而在其他實施例中，紅外線濾光件20介於光圈30和透鏡組10之間。藉此，光圈30得為前置光圈，使光學成像鏡頭1的出射瞳(Exit Pupil)與成像面50產生較長的距離，以提升遠心(Telecentric)效果，並可增加電子感光元件2的影像接收效率。光圈30具有一孔狀光柵310，用於控制光線自物側100a入射至像側100b的通光量。

遮光件40例如為經過染黑處理的一塑膠蓋，其具有 連接遮光件40相對二側的一穿孔410，並且穿孔410之孔徑小於光圈30的孔狀光柵310之孔徑。遮光件40可拆卸地設置於透鏡組10的物側100a。當遮光件40設置於物側100a時，穿孔410和光圈30的孔狀光柵310皆位於光軸L上。進一步來說，在本實施例中，紅外線濾光件20組裝於遮光件40，而令紅外線濾光件20和遮光件40可一併設置於透鏡組10的物側100a，並且可一併從物側100a被拆卸下來，其詳細情況將於後續進一步描述。

在本實施例中，光學成像鏡頭1適於使用於光線充足之環境(例如白天)和光線不足之環境(例如夜間)。如第1圖所示，當光學成像鏡頭1於白天使用時，係將紅外線濾光件20設置於透鏡組10的物側100a。此時，遮光件40的穿孔410和光圈30的孔狀光柵310皆位於光軸I上，使得光線得經由穿孔410和孔狀光柵310而自物側100a到達像側100b。藉此，遮光件40和光圈30有助於適當配置光學成像鏡頭1的光圈值(f-number，Fno)，以使光學成像鏡頭1於白天能收集足夠的可見光而達到成像清晰之目的(意即，此時穿孔410和孔狀光柵310共同控制光線自物側100a入射至像側100b的通光量)。較佳地，當光學成像鏡頭1於白天使用時，遮光件40和光圈30共同使光學成像鏡頭1的光圈值配置為5.0。

如第2圖所示，當光學成像鏡頭1於夜間使用時，係直接將紅外線濾光件20以及遮光件40自透鏡組10的物側100a拆卸移除。此時，由於光學成像鏡頭1於光軸L處無紅外線濾光 件20，故紅外線波段(750nm~1050nm)的光線得以通過光圈30和透鏡組10而至透鏡組10的像側100b。此外，當光學成像鏡頭1於夜間使用時，由於遮光件40自光軸L被移除，使得光線自物側100a到達像側100b的過程中不會受到遮光件40遮擋，故有助於配置光學成像鏡頭1的光圈值，以使光學成像鏡頭1於夜間能收集足夠的紅外光而達到成像清晰之目的(意即，此時光線入射至像側100b的通光量不受穿孔410影響，而是僅受孔狀光柵310影響)。較佳地，當光學成像鏡頭1於夜間使用時，光學成像鏡頭1的光圈值為1.2。

此外，第五透鏡150的像側表面152至成像面50於光軸上的一距離為BFL。第五透鏡150可沿光軸移動而調整距離BFL。如第1圖所示，當光學成像鏡頭1於白天使用時(即當紅外線濾光件20設置於透鏡組10的物側100a時)，距離BFL具有一第一數值。當光學成像鏡頭1於夜間使用時(即當紅外線濾光件20脫離透鏡組10時)，距離BFL具有一第二數值。第二數值大於第一數值。較佳地，第一數值為4.00公厘(mm)，且第二數值為4.12mm。藉此，有助於適當配置像側表面152至成像面50於光軸上的距離BFL，以修正光學成像鏡頭1的像差。

配合參照下列表一以及表二。表一為本實施例中取像裝置使用於白天時各元件的光學參數。表二為本實施例中取像裝置使用於夜間時各元件的光學參數。

在本實施例中，第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡140和第五透鏡150中任兩相鄰透鏡間於近光軸L處均具有一空氣間隔，亦即第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡140和第五透鏡150可為五片單一非接合(非黏合)且具屈折力的透鏡。由於接合透鏡的製程較非接合透鏡複雜，特別在兩透鏡的接合面需擁有高準度的曲面，以便達到兩透鏡接合時的高密合度，且在接合的過程中，更可能因偏位而造成移軸缺陷，影響整體光學成像品質。因此，將各透鏡設計為單一非接合具屈折力，進而有效改善接合透鏡所產生的問題。

在本實施例中，若透鏡之屈折力或焦距未界定其區域位置時，則表示該透鏡之屈折力或焦距為透鏡於近光軸處之屈折力或焦距。

在本實施例中，成像面50依其對應的電子感光元件2之形狀可為一平面或有一曲面，特別是指凹面朝往物側方向之曲面。

在本實施例中，透鏡組10可另設置有至少一光闌，其位置可設置於透鏡組10的第一透鏡110之前、兩相鄰透鏡之間或第五透鏡150之後均可，該光闌的種類例如為耀光光闌(Glare Stop)或視場光闌(Field Stop)，用以減少雜散光，有助於提昇影像品質。

請併參照第3圖和第4圖，第3圖為根據本發明一實施例之搭載取像裝置之電子裝置使用於夜間的立體示意圖。第4圖為根據本發明一實施例之搭載取像裝置之電子裝置使用於白天的立體示意圖。

在本實施例中，取像裝置M可裝載於一監視攝影器E等電子裝置。較佳地，電子裝置可進一步包含控制單元(Control Units)、顯示單元(Display Units)、儲存單元(Storage Units)、暫儲存單元(RAM)或其組合。

如第2圖和第3圖所示，當監視攝影器E於夜間使用時，使用者可掀開樞設於監視攝影器E外殼的遮光件40，而使遮光件40和組裝於遮光件40的紅外線濾光件20一併自透鏡組10的物側100a被移除。

如第1圖和第4圖所示，當監視攝影器E於白天使用時，使用者可旋轉遮光件40以將其蓋上，而使遮光件40和紅外線濾光件20一併設置於物側100a。此時，穿孔410和光圈30的孔狀光柵310皆位於光軸L上，並且紅外線濾光件20介於遮光件40的穿孔410和光圈30的孔狀光柵310之間。

在本實施例中，成像光學鏡頭1更可視需求應用於移動對焦的光學系統中，並兼具優良像差修正與良好成像品質的特色。取像裝置M亦可多方面應用於三維(3D)影像擷取、數位相機、平板電腦、智慧型電視、智慧型手機、網路監控設備、行車記錄器、倒車顯影裝置、體感遊戲機與穿戴式裝置等電子裝置中。前揭電子裝置僅是示範性地說明本發明的實際運用例子，並非限制本發明之取像裝置的運用範圍。

綜上所述，本發明所揭露的光學成像鏡頭以及取像裝置中，紅外線濾光件和遮光件皆可拆卸地設置於透鏡組的物側而顯露於外。當要安裝或拆卸紅外線濾光件時，使用者可直接安裝或移除紅外線濾光件和遮光件。藉此，取像裝置不需在透鏡組和電子感光元件之間額外增設切換裝置，可有效縮短光學成像鏡頭的後焦距以維持其小型化，並且有助於減少製造成本。此外，遮光件的穿孔搭配光圈的孔狀光柵有助於適當配置光學成像鏡頭之光圈值，而令光學成像鏡頭於不同環境下能維持適當的進光量，進一步提升成像品質。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

M‧‧‧取像裝置

1‧‧‧光學成像鏡頭

2‧‧‧電子感光元件

10‧‧‧透鏡組

100a‧‧‧物側

100b‧‧‧像側

110‧‧‧第一透鏡

111‧‧‧物側表面

112‧‧‧像側表面

120‧‧‧第二透鏡

121‧‧‧物側表面

122‧‧‧像側表面

130‧‧‧第三透鏡

131‧‧‧物側表面

132‧‧‧像側表面

140‧‧‧第四透鏡

141‧‧‧物側表面

142‧‧‧像側表面

150‧‧‧第五透鏡

151‧‧‧物側表面

152‧‧‧像側表面

160‧‧‧透光元件

20‧‧‧紅外線濾光件

30‧‧‧光圈

310‧‧‧孔狀光柵

40‧‧‧遮光件

410‧‧‧穿孔

50‧‧‧成像面

Claims (9)

1. 一種光學成像鏡頭，包含：一透鏡組，具有相對的一像側及一物側；一紅外線濾光件，可拆卸地設置於該透鏡組的該物側；一光圈，設置於該透鏡組的該物側，該光圈設置於該紅外線濾光件與該透鏡組之間，該光圈和該紅外線濾光件之間無具屈折力的透鏡，且該光圈具有一孔狀光柵；以及一遮光件，可拆卸地設置於該透鏡組的該物側，該遮光件具有連接該遮光件之相對二側的一穿孔，當該遮光件設置於該物側時，該穿孔和該孔狀光柵皆位於一光軸上。
2. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中該穿孔之孔徑小於該孔狀光柵之孔徑。
3. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中該紅外線濾光件可拆卸地設置於該光圈和該透鏡組之間。
4. 如請求項1所述之光學成像鏡頭，其中該透鏡組由該物側至該像側依序包含具屈折力的一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡和一第五透鏡，且該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡和該第五透鏡皆為玻璃材質。
5. 如請求項4所述之光學成像鏡頭，更包含一透光元件，設置於該透鏡組的該像側，且該透光元件不具屈折力。
6. 如請求項4所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡和該第五透鏡中任兩相鄰透鏡於 近光軸處均具有一空氣間隔，且於該些空氣間隔之中，該第三透鏡和該第四透鏡之間的該空氣間隔為最大值。
7. 如請求項4所述之光學成像鏡頭，其中該第一透鏡具有正屈折力，該第二透鏡具有正屈折力，該第三透鏡具有負屈折力，該第四透鏡具有正屈折力，且該第五透鏡具有負屈折力。
8. 如請求項4所述之光學成像鏡頭，其中該第五透鏡像側表面至一成像面於光軸上的一距離為BFL，該第五透鏡可沿該光軸移動而調整該距離BFL，當該紅外線濾光件設置於該透鏡組時，該距離BFL具有一第一數值，當該紅外線濾光件脫離該透鏡組時，該距離BFL具有一第二數值，且該第二數值大於該第一數值。
9. 一種取像裝置，包含：如請求項1所述之光學成像鏡頭；以及一電子感光元件，設置於該光學成像鏡頭的一成像面上。