TWI648555B - 光學鏡頭 - Google Patents
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Abstract
一種光學鏡頭包括具有負屈光度的第一透鏡群、光圈、及具有正屈光度的第二透鏡群,且第一透鏡群包含一第一非球面透鏡及一第二非球面透鏡。光學鏡頭符合如下條件:3.5>RT1>2.5;3.5>RT2>2.6,其中RT1與RT2分別為第一非球面透鏡及第二非球面透鏡的厚薄比,且厚薄比定義為非球面透鏡在一有效孔徑的範圍內,最大軸向厚度與最小軸向厚度的比值。
Description
本發明關於一種具廣視角及低畸變像差表現的光學鏡頭。
一般取像鏡頭為了要有廣視角的效果,光學畸變量會很大,如此畫面邊緣的景物容易被壓縮,導致使用者觀看到變形的物體。因此,為了避免邊緣物體嚴重變形的問題產生,通常會採用視角較窄的鏡頭設計。因此,目前亟需一種能兼顧廣視角及低壓縮變形,且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的取像鏡頭設計。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的,本發明之一實施例提出一種光學鏡頭,包括一第一透鏡群,位於一放大側與一縮小側之間,第一透鏡群具有負屈光度且包括一第一非球面透鏡和一第二非球面透鏡;一第二透鏡群,位於第一透鏡群與縮小側之間且具有正屈光度;以及一光圈,位於第一透鏡群與第二透鏡群之間,其中光學鏡頭符合下列條件:3.5>RT1>2.5;3.5>RT2>2.6;及0.77>f/H>0.6,其中RT1與RT2分別為第一非球面透鏡
及第二非球面透鏡的厚薄比,厚薄比定義為非球面透鏡在一有效孔徑的範圍內,最大軸向厚度與最小軸向厚度的比值,f為光學鏡頭的有效焦距且H為光學鏡頭於縮小側成像的最大像高。
藉由本發明實施例的設計,可提供一種能兼顧廣視角及低壓縮變形(低畸變像差),且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的取像鏡頭設計。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例並配合所附圖式,作詳細說明如下。
10a-10d‧‧‧光學鏡頭
12‧‧‧光軸
14‧‧‧光圈
16‧‧‧玻璃蓋
18‧‧‧成像平面
20‧‧‧第一透鏡群
30‧‧‧第二透鏡群
L1-L6‧‧‧透鏡
S1-S14‧‧‧表面
CA‧‧‧有效孔徑
f‧‧‧有效焦距
H‧‧‧最大像高
P‧‧‧不連續點
RT‧‧‧厚薄比
SL1、SL2‧‧‧長度範圍
Tmax‧‧‧最大軸向厚度
Tmin‧‧‧最小軸向厚度
TTL‧‧‧距離
x‧‧‧最大半視角
圖1為依本發明一實施例之光學鏡頭的示意圖,圖2為說明本發明實施例之光學參數的示意圖。
圖3-5為圖1的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖,其中圖3為影像之橫向光線扇形圖,圖4為場曲及圖5為畸變曲線表現圖。
圖6為依本發明另一實施例之光學鏡頭的示意圖。
圖7-9為圖6的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖,其中圖7為影像之橫向光線扇形圖,圖8為場曲及圖9為畸變曲線表現圖。
圖10為依本發明另一實施例之光學鏡頭的示意圖。
圖11-13為圖10的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖,其中圖11為影像之橫向光線扇形圖,圖12為場曲及圖13為畸變曲線表現圖。
圖14為依本發明另一實施例之光學鏡頭的示意圖。
圖15-17為圖14的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖,其中圖15為影像之橫向光線扇形圖,圖16為場曲及圖17為畸變曲線表現圖。
圖18為說明本發明實施例之光學參數的示意圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效,在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中,將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語,例如:上、下、左、右、前或後等,僅是參考附加圖式的方向。因此,使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1為顯示依本發明一實施例之光學鏡頭10a的示意圖。光學鏡頭10a設置於一放大側(圖1的左側;物側)與一縮小側(圖1的右側;像側)之間。如圖1所示,光學鏡頭10a包含具有負屈光度且位於放大側與縮小側之間的第一透鏡群20、具有正屈光度且位於第一透鏡群20與縮小側之間的第二透鏡群30以及位於第一透鏡群20與第二透鏡群30之間的一光圈。再者,縮小側可設置玻璃蓋16以及影像感測器,其成像平面標示為18,且玻璃蓋16位於第二透鏡群30與成像平面18之間。第一透鏡群20可包含從放大側至縮小側依序排列的一第一透鏡L1、一第二透鏡L2及一第三透鏡L3,且第二透鏡群30可包含從放大側至縮小側依序排列的一第四透鏡L4、一第五透鏡L5及一第六透鏡L6,第一透鏡L1至第六透鏡L6的屈光度分別為負、負、正、負、正、正。於本實施例中,第一透鏡L1、第二透鏡L2及第六透鏡L6可為非球面透鏡,第二透鏡L2為新月形透鏡,且第四透鏡L4
為雙凹透鏡。光學鏡頭10a的透鏡設計參數、外形及非球面係數如表一、表二所示,於本發明如下的各個設計實例中,非球面多項式可用下列公式表示:
上述的公式中,Z為光軸12方向之偏移量(sag),c是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數,也就是接近光軸12處的曲率半徑的倒數,k是二次曲面係數(conic),r是非球面高度,即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度,於本發明如下的各個設計實例中,二次曲面係數k均為0。表二的A-D分別代表非球面多項式的4階項、6階項、8階項、10階項係數值。
再者,如圖2所示,參數x代表光學鏡頭的最大半視角,f代表光學鏡頭的有效焦距,H代表光學鏡頭於縮小側成像的最大像高,另外TTL代表第一透鏡L1的放大側鏡面S1到成像平面18的距離,因此可由計算H/(f*tan(x))-1之值獲得光學鏡頭10a的畸變表現的參考值,光學鏡頭10a對應圖2所示之參數及代表畸變表現的H/(f*tan(x))-1之數值如表三所示(表三中圖2未示之參數CA將於後述參考圖18進行說明):<表三>
圖3-5為光學鏡頭10a的成像光學模擬數據圖,其中圖3為影像之橫向光線扇形圖(transverse ray fan plot),圖4為場曲(field curvature)及圖5為畸變(distortion)曲線表現圖,其中最大畸變值為-11.7%。該些模擬數據圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內,由此可驗證本實施例之定焦鏡頭10a確實能夠兼具良好的光學成像品質及較廣的視場角。
如圖6所示,於另一實施例中,光學鏡頭10b與光學鏡頭10a不同處在於第二透鏡L2為雙凹透鏡,且第四透鏡L4為新月形透鏡。再者,如圖6所示,第一透鏡L1面向放大側的鏡面可包含一鄰近光軸12的中心區域及遠離光軸12的周緣區域,且中心區域朝縮小側凹入使中心區域與周緣區域鄰接處形成至少一反曲點。光學鏡頭10b的透鏡設計參數、外形及非球面係數如表四、表五所示,其中表五的A-F分別代表非球面多項式的4階項、6階項、8階項、10階項、12階項、14階項係數值。
再者,光學鏡頭10b對應圖2所示之參數及代表畸變表現的H/(f*tan(x))-1之數值如表六所示(表六中圖2未示之參數CA將於後述參考圖18進行說明):<表六>
圖7-9為光學鏡頭10b的成像光學模擬數據圖,其中圖7為影像之橫向光線扇形圖,圖8為場曲及圖9為畸變曲線表現圖,其中最大畸變值為-11.9%。該些模擬數據圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內,由此可驗證本實施例之定焦鏡頭10b確實能夠兼具良好的光學成像品質及較廣的視場角。
如圖10所示,於另一實施例中,光學鏡頭10c與光學鏡頭10a不同處在於第二透鏡L2為雙凹透鏡,且第四透鏡L4為新月形透鏡。光學鏡頭10c的透鏡設計參數、外形及非球面係數如表七、表八所示,其中表八的A-F分別代表非球面多項式的4階項、6階項、8階項、10階項、12階項、14階項係數值。
再者,光學鏡頭10c對應圖2所示之參數及代表畸變表現的H/(f*tan(x))-1之數值如表九所示(表九中圖2未示之參數CA將於後述參考圖18進行說明):
圖11-13為光學鏡頭10c的成像光學模擬數據圖,其中圖11為影像之橫向光線扇形圖,圖12為場曲及圖13為畸變曲線表現圖,其中最大畸變值為-13.2%。該些模擬數據圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內,由此可驗證本實施例之定焦鏡頭10c確實能夠兼具良好的光學成像品質及較廣的視場角。
如圖14所示,於另一實施例中,光學鏡頭10d與光學鏡頭10a不同處在於第二透鏡L2為雙凹透鏡,且第四透鏡L4為新月透鏡。光學鏡頭10d的透鏡設計參數、外形及非球面係數如表十、表十一所示,其中表十一的A-F分別代表非球面多項式的4階項、6階項、8階項、10階項、12階項、14階項係數值。
再者,光學鏡頭10d對應圖2所示之參數及代表畸變表現的H/(f*tan(x))-1之數值如表十二所示(表十二中圖2未示之參數CA將於後述參考圖18進行說明):
圖15-17為光學鏡頭10d的成像光學模擬數據圖,其中圖15為影像之橫向光線扇形圖,圖16為場曲及圖17為畸變曲線表現圖,其中最大畸變值為-12.4%。該些模擬數據圖所顯示出的圖形均在標準的範圍內,由此可驗證本實施例之定焦鏡頭10d確實能夠兼
具良好的光學成像品質及較廣的視場角。
基於上述各個實施例,本發明之光學鏡頭可包含兩透鏡群且光圈值可大於1.8,且光學鏡頭可包含至少一片非球面透鏡以修正像差。再者,本發明一實施例之光學鏡頭可滿足下列條件:
0.77>f/H>0.6,其中f為光學鏡頭的有效焦距且H為光學鏡頭於縮小側成像的最大像高。具體而言,假設光學鏡頭被設計為符合f/H>0.77,此時雖然仍能夠維持較佳的光學成像品質,但是會得到較小的視場角(field of view)。另一方面,假設光學鏡頭被設計為符合f/H<0.6,此時雖然能夠得到較廣的視場角但像差亦會變大。因此,本實施例之光學鏡頭設計為符合0.77>f/H>0.6的條件,可使光學鏡頭兼具較大的視場角與較佳的成像品質。
如下以圖18說明本發明實施例界定之光學參數,如圖18所示,一非球面透鏡具有左側鏡面與右側鏡面,於左側鏡面中光軸12上下方的光學面(平面或曲面)的上下兩個不連續點P(轉折處)之間具有一長度範圍SL1,於右側鏡面中光軸12上下方的光學面(平面或曲面)的上下兩個不連續點P(轉折處)之間具有另一長度範圍SL2,且長度範圍SL1及長度範圍SL2兩者的較大值定義為非球面透鏡的有效孔徑(Clear Aperture)CA。再者,另一參數厚薄比RT定義為光學鏡頭的非球面透鏡在有效孔徑CA的範圍內,最大軸向厚度Tmax與最小軸向厚度(Tmin)的比值。
因此,於一實施例中,光學鏡頭的第一透鏡群可包含一第一非球面透鏡和一第二非球面透鏡,第一非球面透鏡可滿足3.5>RT1>2.5的條件,且第二非球面透鏡可滿足3.5>RT2>2.6的條件,其中RT1與RT2分別為第一非球面透鏡及第二非球面透鏡的厚薄比,且該厚薄比定義為非球面透鏡在有效孔徑CA的
長度範圍內,最大軸向厚度與最小軸向厚度的比值。上述關於非球面透鏡的厚薄比範圍設定,可修正畸變像差同時不會大幅增加非球面透鏡的製造難度。
再者,於另一實施例中,光學鏡頭可滿足下列條件:8>CA/f>5,其中CA為第一非球面透鏡的有效孔徑,且f為光學鏡頭的有效焦距。
於另一實施例中,光學鏡頭可滿足下列條件:|H/(f*tan(x))-1|<0.15,於該範圍內光學鏡頭可具有較低的畸變像差。
藉由上述各個實施例的設計,可提供一種能兼顧廣視角及低壓縮變形,且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的取像鏡頭設計。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,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,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外,本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外,摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用,並非用來限制本發明之權利範圍。
Claims (10)
- 一種光學鏡頭,包括:一第一透鏡群,位於一放大側與一縮小側之間,該第一透鏡群具有負屈光度且包括一第一非球面透鏡和一第二非球面透鏡;一第二透鏡群,位於該第一透鏡群與該縮小側之間且具有正屈光度;以及一光圈,位於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間,其中該光學鏡頭符合下列條件:3.5>RT1>2.5;3.5>RT2>2.6;及0.77>f/H>0.6,其中RT1與RT2分別為該第一非球面透鏡及該第二非球面透鏡的厚薄比,該厚薄比定義為非球面透鏡在一有效孔徑的範圍內,最大軸向厚度與最小軸向厚度的比值,f為該光學鏡頭的有效焦距且H為該光學鏡頭於該縮小側成像的最大像高。
- 一種光學鏡頭,包括:一第一透鏡群,位於一放大側與一縮小側之間,該第一透鏡群具有負屈光度且包括一第一非球面透鏡和一第二非球面透鏡;一第二透鏡群,位於該第一透鏡群與該縮小側之間且具有正屈光度;以及一光圈,位於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間,其中該光學鏡頭符合下列條件:|H/(f*tan(x))-1|<0.15,其中f為該光學鏡頭的有效焦距, H為該光學鏡頭於該縮小側成像的最大像高,且x為最大半視角。
- 一種光學鏡頭,包括:一第一透鏡群,位於一放大側與一縮小側之間,該第一透鏡群具有負屈光度且包括一第一非球面透鏡;一第二透鏡群,位於該第一透鏡群與該縮小側之間且具有正屈光度;以及一光圈,位於該第一透鏡群與該第二透鏡群之間,其中該光學鏡頭符合下列條件:3.5>RT1>2.5;及8>CA/f>5,其中CA為該第一非球面透鏡的有效孔徑,RT1為該第一非球面透鏡的厚薄比,該厚薄比定義為該第一非球面透鏡的該有效孔徑內的最大軸向厚度與最小軸向厚度的比值,且f為該光學鏡頭的有效焦距。
- 如申請專利範圍第3項中所述之光學鏡頭,其中該第一透鏡群還包括設於該第一非球面透鏡一側的一第二非球面透鏡。
- 如申請專利範圍第1、2、4項中任一項所述之光學鏡頭,其中該光學鏡頭包括從該放大側至該縮小側依序排列的該第一非球面透鏡、該第二非球面透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡及一第六透鏡,且該第一非球面透鏡至該第六透鏡的屈光度分別為負、負、正、負、正、正。
- 如申請專利範圍第5項所述之光學鏡頭,其中該第六透鏡為非球面透鏡。
- 如申請專利範圍第1、2、4項中任一項所述之光學 鏡頭,其中第二非球面透鏡為雙凹透鏡且該第四透鏡為新月形透鏡,或者該第二非球面透鏡為新月形透鏡且該第四透鏡為雙凹透鏡。
- 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之光學鏡頭,其中該光學鏡頭之該光圈值大於1.8。
- 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之光學鏡頭,其中該光學鏡頭的最大畸變像差值小於15%。
- 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之光學鏡頭,其中該第一非球面透鏡面向該放大側的鏡面包含一鄰近光軸的中央區域及遠離光軸的周緣區域,該中央區域朝該縮小側凹入使該中央區域與該周緣區域鄰接處形成至少一反曲點。
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