TWI691742B - 鏡頭 - Google Patents

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Abstract

一種鏡頭，包括沿一第一方向依序設置的一濾光片、一孔徑光欄以及一透鏡組，其中濾光片包括一中央區域以及一外圍區域。中央區域對可見光波長範圍具有一第一透光波段，並對紅外光波長範圍具有一第二透光波段。外圍區域圍繞中央區域。外圍區域對紅外光波長範圍具有一第三透光波段，並對可見光為實質不透明，其中中央區域被外圍區域所圍繞的部份的面積往第一方向漸縮。

Description

鏡頭
本發明是有關於一種鏡頭，且特別是有關於一種對不同波長光線有不同光圈值的鏡頭。
現有的取像鏡頭設計中，鏡頭在夜間低照度拍照時，大多追求小光圈值範圍介於1.0至1.8之間，而在日間時則追求高解析度而適合較大的光圈值範圍介於2.2至3.0之間。因此，在兩者需求拉扯下，大多數的鏡頭取其兩者平衡做為產品規格，終究難以兩全。若需滿足可變光圈之需求，大多加入可依照度調整通光尺寸的自動光圈。但由於存在動件，將使得鏡頭的成本與體積均難以縮減至理想值。再者，取像鏡頭在取像時，會有雜散光的現象，雜散光會直接影響光學的成像品質。此外，現有技術由於光圈位置與數值固定，因此在光學設計上，可見光與紅外光延光軸的最佳對焦點僅能仰賴特殊的玻璃材料修正來達成，較不易達成日夜完全共焦。要達到日夜共焦的效果，必須要有切換濾光片裝置，或是增加鏡頭中透鏡的數量，以達到日夜共焦。然而，不論是哪一種方式，都會增加製作成本。因此，如何製作一個具備上 述特點並且可提供良好光學品質且可減少雜散光的鏡頭，是目前本領域的技術人員的重要課題之一。
本發明提供一種鏡頭，藉由一特別設計的濾光片結構，除了對不同波長的光線有不同的光圈外，尚可減少雜散光以提高光學品質。
本發明的一實施例提供一種鏡頭，包括沿一第一方向依序設置的一濾光片、一孔徑光欄以及一透鏡組，其中濾光片包括一中央區域以及一外圍區域。中央區域對可見光波長範圍具有一第一透光波段，並對紅外光波長範圍具有一第二透光波段。外圍區域圍繞中央區域。外圍區域對紅外光波長範圍具有一第三透光波段，並對可見光為實質不透明，其中中央區域被外圍區域所圍繞的部份的面積往第一方向漸縮。
本發明的另一實施例提供一種取像鏡頭，包括沿一第一方向依序排列的一濾光片、一遮光材料層以及一透鏡組，其中濾光片包括一第一材料層以及一第二材料層。第一材料層實質上由折射率為N1且對可見光及紅外光均為實質透明的材料所組成。第二材料層包圍第一材料層的至少一部份，且實質上由折射率為N2且對紅外光為實質透明以及對可見光為實質不透明的材料所組成，其中N1/N2小於或等於1.05。第一材料層係經由沿第一方向往外漸縮的一環狀介面來與第二材料層連接。
基於上述，本發明的一例中，提出一種鏡頭，其中的濾光片具有可讓可見光及紅外光通過的中央區域及可讓紅外光通過且可反射可見光的外圍區域。因此該例的設計可在進行光學成像時，可分別對可見光及紅外光產生不同的光圈值，在一例中無需額外動作切換紅外濾光片即可達到日夜共焦且具有良好的日間及夜間的光學成像品質。此外，由於中央區域被外圍區域所圍繞的部份的面積往第一方向漸縮，因此將使得可見光束不會因交界處反射至鏡頭的縮小側，可減少雜散光以提高光學成像品質。
為讓本發明的上述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。
100:鏡頭
110、110A:濾光片
110_1:第一層
110_2:第二層
112:第一材料層
114:第二材料層
116:第三材料層
120、120A:孔徑光欄
130、140:透鏡組
132:第一透鏡
134:第二透鏡
136:第三透鏡
142:第四透鏡
144:第五透鏡
146:第六透鏡
150:玻璃蓋
160:成像面
C:中央區域
P:外圍區域
S:環狀介面
D1:第一方向
L1:可見光束
L2:紅外光束
圖1為本發明一實施例的鏡頭的示意圖。
圖2為圖1中部份的鏡頭的示意圖。
圖3為圖1的鏡頭在一條件下的調製轉換函數曲線圖。
圖4為圖1的鏡頭在另一條件下的調製轉換函數曲線圖。
圖5為本發明另一實施例的部分鏡頭的示意圖。
圖1為本發明一實施例的鏡頭的示意圖。請參考圖1。本實施例提供一種鏡頭100，沿一第一方向D1依序設置有一濾光片 110、一孔徑光欄120以及一透鏡組130。具體而言，還可包括另一透鏡組140位於濾光片10之前，且包括一玻璃蓋150以及一成像面160。本實施例的鏡頭100可應用於例如是照相機或攝影機等影像擷取裝置中作為取像鏡頭，以將沿第一方向D1傳遞的光線擷取並成像於成像面160。或者是，在其他實施例中，鏡頭100可應用於例如是投影機等影像投放裝置中作為投影鏡頭，以將影像光束沿相反於第一方向D1的方向上傳遞並成像於外部的投影目標(未繪示)，例如是投影螢幕或一面牆，本發明並不限於此。
圖2為圖1中部份的鏡頭的示意圖。請參考圖2。濾光片110為可讓特定波長範圍的光線通過，而反射/吸收特定波長範圍之外的光線的光學元件。在本實施例中，濾光片110具有一中央區域C以及一外圍區域P，外圍區域P圍繞中央區域C，且構成外圍區域P的材料可例如為塑膠、油墨或是其二者之混合。中央區域C對可見光波長範圍具有一第一透光波段，並對紅外光波長範圍具有一第二透光波段。外圍區域則對紅外光波長範圍具有一第三透光波段，並對可見光為實質不透明。換句話說，本實施例的濾光片110由至少兩不同的材料所製作而成，且至少兩不同的材料對不同波長範圍光線的透射度不同。
具體而言，在本實施例中，濾光片110包括一第一材料層112以及一第二材料層114。第一材料層112實質上由折射率為N1且對可見光及紅外光均為實質透明的材料，例如是Arton F3500材料或具有類似性質的材料所組成。第二材料層114包圍第一材 料層112的至少一部份，以使第一材料層112作為濾光片110的中央區域C且第二材料層114作為濾光片110的外圍區域P。第二材料層114實質上由折射率為N2且對紅外光為實質透明以及對可見光為實質不透明的材料，例如是FBX80A材料或具有類似性質的材料，例如是塑膠、油墨或其混合物所組成。換句話說，濾光片110可包括由至少兩不同材料，而本實施例以兩不同材料所組成為例，但本發明並不限於此。在本實施例中，上述第一材料層112及第二材料層114的折射率係實質相等的。於另一例中，前述二材料層112、114的折射率的比值N1/N2小於或等於1.05。第一材料層112與第二材料層114的厚度皆介於0.1~5毫米之間。在較佳的實施例中，第一材料層112與第二材料層114的厚度皆介於0.2~1毫米之間。在最佳的實施例中，第一材料層112與第二材料層114的厚度總和約介於0.3至0.5毫米之間。
孔徑光欄120為廣泛應用之詞，將不多加贅述，於本例中，孔徑光欄120配置於鏡頭100中具有最小光束通過面積的位置上。在本實施例中，孔徑光欄120例如為光圈等遮光元件，配置於濾光片110朝第一方向D1的一側，位於濾光片110與成像面160之間。於本例中，孔徑光欄120係形成在濾光片110的表面上的。而於另一例中，孔徑光欄120和濾光片110二者可相互隔開並為獨立元件，且其二者之間可存在空隙的。但在其他實施例中，孔徑光欄120可以是形成於鏡頭100中其他光學元件的具有非透光性的光學鍍膜，本發明並不限於此。
請繼續參考圖1。透鏡組130、140分別由具有屈光度的至少一透鏡所組成，適於讓光線通過並成像於成像面160，且透鏡組130、140分別配置於濾光片110以及孔徑光欄120的兩側。舉例而言，在本實施例中，透鏡組130配置於濾光片110以及孔徑光欄120之後，包括一第一透鏡132、一第二透鏡134以及一第三透鏡136。第一透鏡132至第三透鏡136的屈光度依序分別為負、正、正。透鏡組140配置於濾光片110以及孔徑光欄120之前，包括一第四透鏡142、一第五透鏡144以及一第六透鏡146。第四透鏡142至第六透鏡146的屈光度分別為負、負、正。在本實施例中，可依據應用的領域不同而適度調整上述透鏡的曲面形態、曲率半徑、屈光度、材質、阿貝數，以及各透鏡之間的間距等光學條件，本發明並不限於此。
玻璃蓋150設置在透鏡組130與位在影像縮小側的成像面160之間。玻璃蓋150例如是一平板玻璃，成像面160例如是感光元件(未繪示)的收光面。進入鏡頭100的光束適於通過玻璃蓋150以在成像面160上形成影像。
請繼續參考圖1及圖2。在本實施例中，作為濾光片110中央區域C的第一材料層112係經由沿第一方向D1(即與鏡頭光軸平行且由放大側往縮小側之方向)往外漸縮的一環狀介面S來與作為濾光片110外圍區域P的第二材料層114連接，如圖2所繪示。換句話說，中央區域C被外圍區域P所圍繞的部份的面積往第一方向漸縮。而由於第一材料層112對可見光及紅外光均為 實質透明，且第二材料層114對紅外光為實質透明以及對可見光為實質不透明，故在接收光束時，可見光束L1可傳遞通過第一材料層112而傳遞至第二材料層114產生反射，紅外光束L2則可傳遞通過第一材料層112以及第二材料層114。如此一來，可藉由在出光側中第二材料層114圍繞在第一材料層112所形成的面積大小作為實質上對可見光束L1的光圈值大小。惟在需要時，濾光片110述可反過來使用，以使濾光片110的環狀介面S往第一方向D1的反方向漸縮亦可。
圖3為圖1的鏡頭在一條件下的調製轉換函數曲線圖。圖4為圖1的鏡頭在另一條件下的調製轉換函數曲線圖。請同時參考圖1至圖4。圖3及圖4分別為鏡頭100在對可見光在光圈值為2.4及1.8的光學條件下，對波長為850奈米的紅外光的調製轉換函數(Modulation Transfer Function，MTF)曲線圖，其橫軸為焦點位移(Focus Shift)，縱軸為調製轉換函數的模數(Modulus of the Modulate Transfer Function)。由圖3及圖4的曲線可看出，波長為850奈米的紅外光在對可見光在光圈值為2.4的光學條件下的焦點位移為0.004毫米，而波長為850奈米的紅外光在對可見光在光圈值為1.8的光學條件下的焦點位移為-0.001毫米，故兩不同光學條件下的焦點位移相差為0.005毫米。故在本實施例中，鏡頭100無需額外動作切換紅外濾光片即可達到日夜共焦且具有良好的日間及夜間的光學成像品質。
值得一提的是，在本實施例中，由於中央區域C被外圍 區域P所圍繞的部份的面積往第一方向漸縮，作為中央區域C的第一材料層112與作為外圍區域P的第二材料層114連接的環狀介面S為朝第一方向D1漸縮的杯狀面。因此，當可見光束L1射入濾光片110的第二材料層114時，較鄰近於中央光軸的可見光束L1將藉由環狀介面S反射朝相反於第一方向D1傳遞，如圖2所繪示。如此一來，將使得可見光束L1不會因第一材料層112與第二材料層114的交界處反射至鏡頭100的縮小側(即取像鏡頭中的成像側)，可減少雜散光以提高光學成像品質。
圖5為本發明另一實施例的部分鏡頭的示意圖。請參考圖1及圖5。本實施例的濾光片110A以及孔徑光欄120A至少可應用於圖1的鏡頭100中以替代圖2所繪示的濾光片110以及孔徑光欄120，且濾光片110A以及孔徑光欄120A類似於圖2所繪示的濾光片110以及孔徑光欄120。兩者不同之處在於，在本實施例中，孔徑光欄120A為設置於濾光片110A的遮光材料層，例如是具有非透光性的光學鍍膜或是遮光機構件，且此遮光材料層接觸於濾光片110A中的外圍區域P。
另一方面，在本實施例中，濾光片110A包括一第一層110_1以及一第二層110_2，其中第一層110_1對可見光及紅外光為實質透明，第二層110_2包含上述說明中的中央區域C以及外圍區域P，且第一層110_1配置於第二層110_2上相對孔徑光欄120A的一側。具體而言，第一層110_1包括有第三材料層116，且第三材料層116實質上由對可見光及紅外光均為實質透明的材 料，例如是Arton F3500材料所組成。在本實施例中，第三材料層116可與第一材料層112共同形成以作為濾光片110A的中央區域C。如此一來，可進一步應用於不同的光學裝置中而具有相同良好的光學效果。
綜上所述，本發明提出一種鏡頭，其中的濾光片具有可讓可見光及紅外光通過的中央區域及可讓紅外光通過且可反射可見光的外圍區域。因此可在進行光學成像時，可分別對可見光及紅外光產生不同的光圈值，進而無需額外動作切換紅外濾光片即可達到日夜共焦且具有良好的日間及夜間的光學成像品質。此外，由於中央區域被外圍區域所圍繞的部份的面積往第一方向漸縮，因此將使得可見光束不會因交界處反射至鏡頭的縮小側，可減少雜散光以提高光學成像品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
110:濾光片
112:第一材料層
114:第二材料層
120:孔徑光欄
C:中央區域
P:外圍區域
S:環狀介面
L1:可見光束
L2:紅外光束

Claims (10)

  1. 一種鏡頭，包括：沿一第一方向依序設置的一濾光片、一孔徑光欄以及一透鏡組，其中，該濾光片具有：一中央區域，該中央區域對可見光波長範圍具有一第一透光波段，並對紅外光波長範圍具有一第二透光波段；以及一外圍區域，該外圍區域圍繞該中央區域，該外圍區域對紅外光波長範圍具有一第三透光波段，並對可見光為實質不透明，其中該中央區域被該外圍區域所圍繞的部份的面積往該第一方向漸縮。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的鏡頭，其中該中央區域的材料的折射率及該外圍區域的材料的折射率的比值小於或等於1.05。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的鏡頭，其中該濾光片包括一第一層以及一第二層，該第一層對可見光及紅外光為實質透明，該第二層包含該中央區域以及該外圍區域，且該第二層配置於該第一層以及該孔徑光欄之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的鏡頭，其中該第一層與該第二層的厚度皆介於0.1mm至5mm之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的鏡頭，其中該孔徑光欄接觸於該濾光片的該外圍區域。
  6. 一種鏡頭，包括： 沿一第一方向依序排列的一濾光片、一遮光材料層以及一透鏡組，其中，該濾光片包括：一第一材料層，實質上由折射率為N1且對可見光及紅外光均為實質透明的材料所組成；以及一第二材料層，包圍該第一材料層的至少一部份，實質上由折射率為N2且對紅外光為實質透明以及對可見光為實質不透明的材料所組成，其中N1/N2小於或等於1.05，該第一材料層係經由沿該第一方向往外漸縮的一環狀介面來與該第二材料層連接。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的鏡頭，其中該第一材料層與該第二材料層的厚度皆介於0.1mm至5mm之間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的鏡頭，其中該第一材料層與該第二材料層的厚度總和介於0.2mm至10mm之間。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的鏡頭，其中構成該第二材料層的材料為塑膠、油墨或其二者之組合。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的鏡頭，其中該一遮光材料層形成一孔徑光欄，該濾光片與該孔徑光欄接觸。
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