TW201011336A - Fixed-focus lens - Google Patents

Description

9173twf.doc/n 201011336 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種鏡頭，且特別是有關於一種定焦 鏡頭（fixed-focus lens)。 、、、 【先前技術】 定焦鏡頭是光學系統中的一個常用的光學元件，其鹿 用層面相當廣’包括應用於監簡影機、車用攝影機1 ❹ $影電視、手機鏡頭·.·等。隨著光電技術的進步^近年來 高品質的監視攝影機有逐漸增加的情形。這些高品質的龄 視攝影機除了可在白天或光線充足時監視周遭環境貝亦= 有紅外線夜視功能以在光線較為不足時監視周遭環境。^ 此外，這些高品質監視攝影機除了具有廣視角=監視 較大的範圍之外’最好還能具有短小的外觀，以避免影響 環境之美觀，進而提升使用者的購買意願。然而，一般^ 知用於監視攝影機並由五片透鏡所構成的定焦鏡頭普遍具 • ^過=的光圈值（f-mmiber)，以至於無法在光線微弱的 夜間環境下發揮效用，而這類的定焦鏡頭之孔徑光闌 (aperture stop) —般是配置於由物侧數過來之第二與第三 ^鏡之間。此外，由五片透鏡所構成的定焦鏡頭一般都會 採用至少一片非球面透鏡iens)以校正像差。然 而’非球面透鏡較難製造且成本較高，這些都會使定焦鏡 頭的成本難以降低。 【發明内容】 本發明提供一種定焦鏡頭，其兼具較低成本與較佳的 5 」yl73twf.doc/n 201011336 光學特性。 本發明之一實施例提出一種定焦鏡頭，其包括一第一 透鏡、一第二透鏡、一膠合透鏡（double cemented lens )、 一孔徑光闌及一第五透鏡。第一透鏡配置於一物侧與一像 侧之間，並具有負屈光度（negative refractive power)。第 二透鏡配置於第一透鏡與像侧之間，並具有正屈光度。膠 合透鏡配置於第二透鏡與像侧之間。膠合透鏡是由從物侧 ❹ 至像侧依序排列的一第三透鏡與一第四透鏡所組成，其中 第三透鏡與第四透鏡之其一具有正屈光度，而第三透鏡與 第四透鏡之另一具有負屈光度。孔徑光闌配置於第四透鏡 與像侧之間。第五透鏡配置於孔徑光闌與像侧之間，並具 有正屈光度。第一、第二、第三、第四及第五透鏡皆為球 面透鏡（spherical lens)。定焦鏡頭的有效焦距（effective focal lengtii，EFL)為f，由第一透鏡之朝向物侧的一表面 至第三透鏡之朝向物侧的一表面之轴向距離為d，而 φ 2.1<d/f<2.9。 在本發明之一實施例中，定焦鏡頭的光圈值大於或等 於2.06。定焦鏡頭的視角（2ω)可落在大於或等於52度 的範圍内。在本發明之一實施例中，第一透鏡為一凹面朝 向像側的平凹透鏡（plane-concave lens)，第二透鏡為一 雙凸透鏡（biconvex lens)，第三透鏡為一雙凹透鏡 (biconcave lens)，第四透鏡為一雙凸透鏡，而第五透鏡 為一凸面朝向物侧的平凸透鏡（plane_convex lens )。在本 6 29173twf.doc/n 201011336 發明之一實施例中，第一透鏡為一凸面朝向物侧的凸凹透 鏡（convex-concave lens)，第二透鏡為一凸面朝向像側的 平凸透鏡，第三透鏡為一雙凸透鏡，第四透鏡為一雙凹透 鏡，而第五透鏡為一雙凸透鏡。 由於本發明之實施例的定焦鏡頭完全採用球面透 鏡，因此具有較低的成本。此外，在本發明之實施例的定 焦鏡頭中’孔徑光闌是配置於第四透鏡與第五透鏡之間， _ 再搭配第一至第五透鏡之屈光度設計後，可使定焦鏡頭耳 有較小的光圈值。如此一來，定焦鏡頭便能夠適用於夜間 環境。 為讓本發明之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。 【實施方式】 下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本 發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用 ❿ 語’例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」 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，而非用來限制本發明。 圖1為本發明之一實施例之定焦鏡頭的結構示意圖。 請參照圖1，本實施例之定焦鏡頭100包括一第一透鏡 110、一第二透鏡120、一膠合透鏡13〇、一孔徑光闌140 及一第五透鏡150。第一透鏡110配置於一物侧與一像側 之間’並具有負屈光度。在本實施例中，第一透鏡U〇例 如為一凹面朝向像側的平凹透鏡。第二透鏡12〇配置於第 7 29173twf.doc/n 201011336 二透鏡110與像側之間，並具有正屈光度。在本實施例中， 第二透鏡120例如為一雙凸透鏡。膠合透鏡13〇配置於第 二魏120與像侧之間。膠合透鏡13〇是由從物側至像侧 依序排列的一第三透鏡132與一第四透鏡134所組成，其 中第三透鏡132與第四透鏡134之其一具有正屈光度，^ 第三透鏡132與第四透鏡134之另一具有負屈光度。在本 實施例中，第三透鏡132具有負屈光度，而第四透鏡134 • 具有正屈光度。具體而言，第三透鏡132例如為一雙凹透. 鏡’而第四透鏡134例如為一雙凸透鏡。 孔佐光闌140配置於第四透鏡134與像侧之間。第五 透鏡150配置於孔徑光闌14〇與像側之間，並具有正屈光 度。在本實施例中，第五透鏡150例如為一凸面朝向物侧 的平凸透鏡。此外，第一、第二、第三、第四及第五透鏡 110、120、132、134、150 皆為球面透鏡。 一般而言，像側可設置有一光彳貞測器50，而定焦鏡頭 參 1〇〇可將位於物側的物體成像於光偵測器5〇上，其中光偵 測器50例如為電荷搞合元件（charge coupled device，CCD ) 或互補式金氧半導體感測元件（complementary metal-oxide-semiconductor sensor，CMOS sensor )。此外， 定焦鏡頭100的有效焦距為f，且由第一透鏡110之朝向 物側的一第一表面S1至第三透鏡132之朝向物側的一第 五表面S5之轴向距離（即在定焦鏡頭1〇〇之光軸a上的 距離）為d，而定焦鏡頭100符合2.1<d/f<2.9之條件。 8 29173twf.doc/n 201011336 在+本實施例中，經由上述方式設計之定焦鏡頭100的 視角可落在大於或等於52度的範圍内。換言之，定焦鏡頭 1〇〇具有較大的視角，因此當其應用於監視攝影機中時， 能使監視攝影機監視較大的範圍。此外，由於本實施例之 疋焦鏡頭100僅採用五片透鏡，因此其具有較小的體積。 另外，在本實施例中，經由上述設計方式，其中孔徑光闌 140是配置於第四透鏡與第五透鏡丨％之間’定焦鏡 ❿ 頭1〇〇的光圈值能夠大於或等於2.06，亦即其光圈值最小 可以達到2.06 ’因此本實施例之定焦鏡頭1〇()之進光量較 大，因而適用於具有夜視功能的監視攝影機或相機中。 再者，由於本實施例之定焦鏡頭10〇均採用球面透 鏡’而沒有使用非球面透鏡，因此定焦鏡頭100的成本較 低。除此之外，本實施例之定焦鏡頭1〇〇的第一至第五透 鏡110、120、132、134、150的屈光度依序為負、正、負、 正、正。在此架構下，為了使各透鏡的設計容限較大（即 φ 設計公差較鬆），可進一步將各透鏡之屈光度所造成的屈 光效果平均分配給各透鏡來實行。 以下内容將舉出定焦鏡頭100之一實施例。需注意的 是’下述之表一中所列的數據資料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參照本發明之後， 當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明 之範内。 9 iyl73twf.doc/n 201011336

φ Φ 距離在t:二兑間3指:相鄰表面間於光軸Α上之制 之問於她/表1之間距’即表面S1與表面S： s ;軸人上之直線距離。備註攔中各透鏡所對應之月 ΐ對貝數請參照同列中各間距、折射率與阿貝 數對應之數值。此外’在表-中，表面SI、S2為第一透 鏡的兩表面，而表面S3、S4為第二透鏡12〇之兩表 面，面S5為第三透鏡132之面向物侧的表面，表面S6 為第三透鏡132與第四透鏡134相連的表面，而表面S7 為第四透鏡134之面向像側的表面。表面S8為孔徑光闌 mo之表面。表面S9、sl〇為第五透鏡15〇之兩表^，表 201011336 丄丄 11 29173twf.doc/n 面Sll、S12為一濾波片160之兩表面，而表面S13、S14 為一玻璃蓋170的兩表面，其中玻璃蓋170是用以保護光 偵測器50。表面S14那列（row)中所填的間距為表面si4 到光偵測器50的間距。 有關於各表面之曲率半控、間距等參數值，請參照表 一，在此不再重述。 再者，在本實施例中，定焦鏡頭100的有效焦距為 5.148毫米，光圈值為2.06 ’而最大視角為56.2度，由此 ® 可驗證定焦鏡頭100之進光量確實可以較大，而視角確實 可以較廣。 圖2A至圖2C為圖1之定焦鏡頭的成像光學模擬數據 圖。請參照圖2A至圖2C，其中圖2A為光學傳遞函數曲 線圖（modulation transfer function，MTF )，其橫軸為每週 期 /毫米（mm )之空間頻率（spatial frequency in cycles per millimeter)，縱軸為光學轉移函數的模數（modulus of the optical transfer function)。在圖 2A 中是以波長從 770 nm 至875 nm的光所作的模擬數據圖。此外，圖2B中由左至 右依序為場曲（field curvature)與畸變（distortion)的圖 形，且是以波長為850 nm的光所作的模擬數據圖。圖2C 為影像之橫向光線扇形圖（transverse ray fan plot )，且是 以波長為850 nm的光所作的模擬數據圖。由於圖2A至圖 2C所顯示出的圖形均在標準的範圍内，因此本實施例之定 焦鏡頭能夠在完全使用球面透鏡的情況下，仍維持良 好的成像品質。 圖3為本發明之另一實施例之定焦鏡頭的結構示意 11 201011336 I u1 29]73twf.doc/n 圖。請參照圖3 ’本實施例之定焦鏡頭i〇〇a與上述定焦鏡 頭100 (如圖1所繪示）之設計概念類似，而兩者的差異 如下所述。在本實施例之定焦鏡頭100a中，第三透鏡132a j屈^度為正，而第四透鏡134a的屈光度為負。具體而 σ第透鏡110a例如為一凸面朝向物侧的凸凹透鏡，第 一透鏡120a例如為一凸面朝向像側的平凸

為—雙凸透鏡，第四透鏡ma例如為-Ϊ凹透 ^ ’而第五透鏡i 5Ga例如.雙凸 3=二述定_頭朦（如圖1所纷示) 1有類似 的優點與功效，在此不再重述。 以下内容將舉出定焦鏡 一^ 明並不以此為限。 （實知例，但本發 表面 田平午徑 (mm) 間距 (mm) 折射率 ~Τδ3~ 1 Q1 阿貝數 ~3λΐ6~ ^^7—-- 備註 S1 23.85 ~~T2〇- ~ΎβΓ~ ~~Ζ50^~ S2 4.50 第一透鏡 S3 無限大 S4 -8.65 χ.οΐ 25.43 ^- 第二透鏡 S5 5.98 ~~—— 1.59 ---- S6 -5.98 ~Τ2〇^ l61.14 ----- Ms__*4fe 第二透鏡 —S7 — 5.08 1.85 23.78 -- 第四透鏡 S8 無限大 1.35 S9 18.34 ~~Χ〇〇^ 1.81 孔徑光闌 S10 ^.41 ~~3^87^ 40.93 ^--- 第五透鏡 S11 無限大 ~Ζ5〇~^ 1.52 64.17 S12 無限大 慮波片 S13 無限大 ~ΎβΓ~ 1.52 — 64.17 -- S14 無限大 ~~〇λΓ~ 玻璃蓋 J----^ 12 201011336 yi73twfd〇c/n 表二中，表面S8及SI 1〜S14與表一中的相同。此外， 在表—中，表面SI、S2為第一透鏡n〇a的兩表面，而表 面S3、S4為第二透鏡120a之兩表面。表面S5為第三透 鏡l32a之面向物侧的表面’表面S6為第三透鏡132a與第 四透鏡134a相連的表面’表面S7為第四透鏡134a之面向 像側的表面。表面S9、S10為第五透鏡15〇a之兩表面。 再者，在本實施例中，定焦鏡頭1〇〇a的有效焦距為 ❿ 5.2毫米，光圈值為2·1，而最大視角為53.34度，由此可 驗證疋焦鏡頭1〇〇3之進光量確實可以較大，而視角確實可 以較廣。 圖4Α至圖4C為圖3之定焦鏡頭的成像光學模擬數據 圖。請參照圖4Α至圖4C，其中圖4Α為光學傳遞函數曲 線圖，其橫轴為每週期/毫米之空間頻率，縱軸為光學轉移 函數的模數。在圖4Α中是以波長從770 nm至875 nm的 光所作的模擬數據圖。此外，圖4B中由左至右依序為場 曲與畸變的圖形，且是以波長為85〇 nm的光所作的模擬 Φ 數據圖。圖4C為影像之橫向光線扇形圖，且是以波長為 850 nm的光所作的模擬數據圖。由於圖4A至圖4c所顯 示出的圖形均在標準的範圍内，因此本實施例之定焦鏡頭 l〇〇a能夠在完全使用球面透鏡的情況下，仍維持良好 像品質。 一綜上所述，在本發明之實施例的定焦鏡頭中，由於孔 徑光闌是配置於第四透鏡與第五透鏡之間，如此搭配第一 至第五透鏡之屈光度設計後，定焦鏡頭可具有較小的光圈 13 ^173twf.d〇c/n 201011336 值。如此-來，定焦鏡頭的進光量便可以較大， 此外，由於本發明之實施例之定焦鏡頭僅採用 =片透鏡，因此其具妹小雜積。再者，由於本發明之 實施例之定錄頭均_球面透鏡，而沒有使用非球面透 鏡，因此具有較低的成本。 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 本發明之精神和範_，#可作些許之更動與_，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 冬月所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和 ‘題僅疋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。 χ 【圖式簡單說明】 圖 圖1為本發明之—實施例之定焦鏡頭的結構示意圖。 圖2Α至圖2C為圖1之定焦鏡頭的成像光學模擬數據 圖 圖 圖3為本發明之另一實施例之定焦鏡頭的結構示意 圖4Α至圖4C為圖3之定焦鏡頭的成像光學模擬數據 【主要元件符號說明】 50 :光偵測器 100、100a :定焦鏡頭 14 29173twf.doc/n 201011336 110、110a :第一透鏡 120、120a :第二透鏡 130 :膠合透鏡 132、132a :第三透鏡 134、134a :第四透鏡 140 :孔徑光闌 150、150a :第五透鏡

160 :濾波片 170 :玻璃蓋 A :光軸 S1〜S14 :表面

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Claims (1)

1. ^9173twf.doc/n 201011336 十、申請專利範圍： 1· 一種定焦鏡頭，包括： 一第一透鏡，配置於一物侧與一像側之間，並具有負 屈光度； 一第二透鏡，配置於該第一透鏡與該像側之間，並具 有正屈光度； 一膠合透鏡，配置於該第二透鏡與該像侧之間，該膠 合透鏡是由從該物側至該像侧依序排列的一第三透鏡與一 第四透鏡所組成，其中該第三透鏡與該第四透鏡之其一具 有正屈光度’而該第三透鏡與該第四透鏡之另一具有負屈 光度； 一孔徑光闌，配置於該第四透鏡與該像侧之間；以及 —第五透鏡，配置於該孔徑光闌與該像侧之間，並具 有正屈光度，其中該第一、第二、第三、第四及第五透鏡 皆為球面透鏡，該定焦鏡頭的有效焦距為f，由該第一透 鏡之朝向該物側的一表面至該第三透鏡之朝向該物側的一 表面之軸向距離為4，而2.1<d/f<2.9。 〜2.如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡碩，其中該 疋焦鏡頭的光圈值大於或等於2.06。 〜3·如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該 定焦鏡頭的視角是落在大於或等於52度的範圍内。 #一4.如申請專利範圍第i項所述之定焦鏡頭，其中該 第一透鏡為一凹面朝向該像侧的平凹透鏡，該第二透鏡為 一雙凸透鏡’該第三透鏡為—雙凹透鏡，該第四透鏡為一 16 201011336 _)173twf.doc/n 雙凸透鏡，而該第五透鏡為一凸面朝向該物側的平凸透鏡。 5.如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該 第一透鏡為一凸面朝向該物側的凸凹透鏡，該第二透鏡為 一凸面朝向該像側的平凸透鏡，該第三透鏡為一雙凸透 鏡，該第四透鏡為一雙凹透鏡，而該第五透鏡為一雙凸透 鏡0

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