TWI390245B - 光學變焦鏡頭及成像模組 - Google Patents

Description

光學變焦鏡頭及成像模組

本發明涉及成像技術，特別涉及一種光學變焦鏡頭及成像模組。

近年來，隨著市場需求與特性的改變，如今的網路攝影機廣泛應用於軍事防禦、警力巡邏、居家安全等方面，其重要性與普遍性已逐漸提升。然而，目前市場上的日夜可用網路攝影機中的變焦鏡頭一般只有較低的光學變倍比。

另外，隨著半導體技術的發展，應用于先前網路攝影機成像系統的影像感測器，如電荷耦合器(Charge Coupled Device,CCD)或補充性半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)裝置，在提高圖元的同時，朝小型化方向發展，以此滿足消費者對成像系統的成像品質及便攜性的要求。因此，成像系統中的變焦鏡頭既需提高解析度又要縮小尺寸，以適應影像感測器高成像品質、小尺寸的需求。

有鑒於此，有必要提供一種小型化且成像品質高的光學變焦鏡頭及成像模組。

一種光學變焦鏡頭，其與一成像面對正設置。該光學變焦鏡頭從物側到像側依次包括：具有正光焦度的第一透鏡組、具有負光焦度的第二透鏡組、具有負光焦度的第三透鏡組、具有正光焦度的第四透鏡組、具有正光焦度 的第五透鏡組以及具有正光焦度的第六透鏡組。該光學變焦鏡頭滿足條件式：25<TT/fw<27；8.5mm<BFL<12.5mm；(v2+v5)-(v1+v6)>60。其中，TT為第一透鏡組的物側端至成像面的距離，fw為該光學變焦鏡頭的最短焦距，BFL為第六透鏡組的像側端到成像面的距離，v1、v2、v5、v6分別為第一、二、五、六透鏡組的阿貝數。

一種成像模組，其包括一光學變焦鏡頭以及一與所述光學變焦鏡頭對正設置的影像感測器。所述光學變焦鏡頭從物側到像側依次包括：具有正光焦度的第一透鏡組、具有負光焦度的第二透鏡組、具有負光焦度的第三透鏡組、具有正光焦度的第四透鏡組、具有正光焦度的第五透鏡組以及具有正光焦度的第六透鏡組。該成像模組滿足條件式：25<TT/fw<27；8.5mm<BFL<12.5mm；(v2+v5)-(v1+v6)>60；其中，TT為第一透鏡組的物側端至所述影像感測器的成像面的距離，fw為該光學變焦鏡頭的最短焦距，BFL為第六透鏡組的像側端到影像感測器的成像面的距離，v1、v2、v5、v6分別為第一、二、五、六透鏡組的阿貝數。

所述光學變焦鏡頭滿足條件式：25<TT/fw<27，可有效限制光焦度以縮短鏡頭長度；滿足條件式：8.5mm<BFL<12.5mm，可使用標準介面安裝在影像感測器上；滿足條件式：(v2+v5)-(v1+v6)>60，可修正色差，並使得白天和夜晚均可使用。

下面將結合附圖，對本發明實施方式作進一步的詳細說明。

請參閱圖1至圖3，本發明第一實施方式的成像模組包括一光學變焦鏡頭100以及一與所述光學變焦鏡頭100對正設置的影像感測器200。本實施方式中，所述成像模組應用於一網路攝像機中。

所述光學變焦鏡頭100從物側到像側依次包括具有正光焦度的第一透鏡組10、具有負光焦度的第二透鏡組20、具有負光焦度的第三透鏡組30、具有正光焦度的第四透鏡組40、具有正光焦度的第五透鏡組50以及具有正光焦度的第六透鏡組60。成像時，光線自物側入射光學變焦鏡頭100，依次經第一透鏡組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30、第四透鏡組40、第五透鏡組50及第六透鏡組60後彙聚(成像)於影像感測器200的一成像面99。所述光學變焦鏡頭100還可包括一保護玻璃97，其設置于所述成像面99的物側，用於保護影像感測器200的感測面不受損壞。

所述光學變焦鏡頭100變焦時，所述第一、四、六透鏡組10、40、60固定不動，所述第二、三、五透鏡組20、30、50沿光軸移動。如此，可通過改變各透鏡組之間的位置，來改變光學變焦鏡頭100的有效焦距，實現變焦功能。由於變焦時第一透鏡組10固定不動，可將所述光學變焦鏡頭100設計在機身內進行變焦，使得其更容易實現小型化，且便於所述光學變焦鏡頭100防塵防水和減少損傷。

所述第一透鏡組10從物側到像側依次包括具有負光焦度的第一鏡片11，具有正光焦度的第二鏡片12及具有正光焦度的第三鏡片13。具體地，第二鏡片12膠合於第一鏡片11，所述第一鏡片11、第二鏡片12及第三鏡片13從物側到像側依次包括S1、S2、S3、S4、S5表面，其中，第一鏡片11像側表面與第二鏡片12物側表面重合為S2表面。

所述第二透鏡組20從物側到像側依次包括具有負光焦度的第四鏡片21，具有負光焦度的第五鏡片22，及具有正光焦度的第六鏡片23。具體地，第六鏡片23膠合於第五鏡片22，所述第四鏡片21、第五鏡片22及第六鏡片23從物側到像側依次包括S6、S7、S8、S9、S10表面，其中，第五鏡片22像側表面與及第六鏡片23物側表面重合為S9表面。

所述第三透鏡組30從物側到像側依次包括具有負光焦度的第七鏡片31及具有正光焦度的第八鏡片32。具體地，第八鏡片32膠合於第七鏡片31。所述第七鏡片31、第八鏡片32從物側到像側依次包括S11、S12、S13表面，其中，第七鏡片31像側表面與及第八鏡片32物側表面重合為S12表面。

所述第四透鏡組40包括一正光焦度的第九鏡片41。所述第九鏡片41具有一像側表面S14以及一物側表面S15。所述第四透鏡組40的物側端固定設置有一光圈95，由於光圈95作動容易影響解析品質，因此固定光圈95於第四透鏡組41，可使得製造上變數變少，並有效提升良率。

所述第五透鏡組50從物側到像側依序包括具有正光焦度的第十鏡片51，具有負光焦度的第十一鏡片52，具有負光焦度的第十二鏡片53以及具有正光焦度的第十三鏡片54。具體的，第十一鏡片52膠合於第十鏡片51。所述第十鏡片51、第十一鏡片52、第十二鏡片53、第十三鏡片54從物側到像側依次包括S16、S17、S18、S19、S20、S21、S22表面，其中，第十鏡片51像側表面與第十一鏡片52物側表面重合為S20表面。

所述第六透鏡組60從物側到像側依序包括具有負光焦度的第十四鏡片61，具有正光焦度的第十五鏡片62，具有正光焦度的第十六鏡片63。所述第十四鏡片61、第十五鏡片62、第十六鏡片63從物側到像側依次包括S23、S24、S25、S26、S27、S28表面。

為得到高變焦倍率、小型化的光學變焦鏡頭100，該光學變焦鏡頭100滿足條件式：25<TT/fw<27；(1)

8.5mm<BFL<12.5mm；(2)

(v2+v5)-(v1+v6)>60；(3)

其中，TT為第一透鏡組10的物側端至成像面的距離，在本實施方式中，由於第一鏡片11最靠近第一透鏡組10的物側端設置，因此，TT為第一鏡片11物側面至所述成像面99的距離，fw為該光學變焦鏡頭100的最短焦距，BFL為第六透鏡組60的像側端到成像面的距離，本實施方式中，由於第十六鏡片63最靠近第六透鏡組60的像側端設 置，因此，BFL為第十六鏡片63的像側面到成像面99的距離，v1、v2、v5、v6分別為第一、二、五、六透鏡組10、20、50、60的阿貝數。

條件式(1)給出光學變焦鏡頭100的總長TT與最短有效焦距fw的關係，以此條件應用在光焦度為正-負-負-正-正-正排布的遠攝(telephoto)成像結構中，可有效限制光焦度以縮短鏡頭長度，從而達到小型化目的。具體地，1/fw為光學變焦鏡頭100的光焦度，如TT/fw>27，則光學變焦鏡頭100具有較大光焦度，使得光學變焦鏡頭100需使用更多透鏡組成，無法得到小型化。如TT/fw<25，則光學變焦鏡頭100的光焦度過小，無法有效平衡像差，影響解析品質。

條件式(2)限制光學變焦鏡頭100的後焦距BFL在8.5mm至12.5mm之間，使得所述光學變焦鏡頭100符合一般影像感測器200的安裝規格，從而便於用戶安裝。

條件式(3)給出第二、五透鏡組20、50的阿貝數之和與第一、六透鏡組10、60的阿貝數之和的關係，以修正色差且使得該成像模組在白天及夜晚均可正常接收光線並成像。具體地，若此條件低於下限值60則會增大色差，降低成像品質。

另外，該光學變焦鏡頭100中至少包括兩片非球面鏡片，以有效縮小體積與提升解析。本實施方式中，第四鏡片21以及第九鏡片41為非球面鏡片。

以透鏡組表面中心為原點，光軸為x軸，所述非球面鏡表 面的非球面面型運算式為：其中，c為鏡面表面中心的曲率，k是二次曲面係數，為從光軸到透鏡組表面的高度，ΣA _i h ⁱ表示對Aihi累加，i為自然數，Ai為第i階的非球面面型係數。

約定F為光學變焦鏡頭100的有效焦距，FNo為光學變焦鏡頭100的光圈數，2ω為光學變焦鏡頭100的視場角。R為對應表面的曲率半徑，D為對應表面到後一個表面的軸上距離(兩個表面截得光軸的長度)，Nd為對應透鏡組對d光(波長為656.3納米，下同)的折射率(下同)，Vd為d光在對應透鏡組的阿貝數(abbe number，下同)。

以下結合圖4至圖15，以進一步說明光學變焦鏡頭100。

第一實施方式

本實施方式的光學變焦鏡頭100滿足表1、表2及表3所列的條件。

本實施方式的光學變焦鏡頭100在廣角位置(2ω=68.9°)、中角位置(2ω=8.59°)以及遠攝位置(2ω=4.28°)的場曲特性曲線及畸變特性曲線分別如圖4至圖9所示(圖4、圖5對應廣角位置的光學變焦鏡頭100，圖6、圖7對應中角位置的光學變焦鏡頭100，圖8、圖9對應遠攝位置的光學變焦鏡頭100)。圖4、圖6及圖8中，曲線t及s分別為子午場曲(tangential field curvature)特性曲線及弧矢場曲(sagittal field curvature)特性曲線(下同)。可見，子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.05mm~0.05mm之間。圖5、圖7及圖9中，曲線dis為畸變特性曲線(下同)。可見，畸變量被控制在-6%~6%間。綜前，第一實施方式的光學變焦鏡頭100在變焦時產生的場曲及畸變像差被控制(修正)在較小的範圍內。

第二實施方式

本實施方式中，所述光學變焦鏡頭100a與第一實施方式的光學變焦鏡頭100結構基本相同，其區別在於：第二實施方式的光學變焦鏡頭100a滿足表4、表5及表6所列的條件。

表5

本實施方式的光學變焦鏡頭100a在廣角位置(2ω=61.7°)、中角位置(2ω=7.62°)以及遠攝位置(2ω=3.83°)的場曲特性曲線與畸變的特性曲線分別如圖10-15所示(圖10、圖11對應廣角位置的光學變焦鏡頭100a，圖12、圖13對應中角位置的光學變焦鏡頭100a，圖14、圖15對應遠攝位置的光學變焦鏡頭100a)。可見，第二實施方式的光學變焦鏡頭100a產生的子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.05mm~0.05mm間；畸變量被控制在-2%~2%之間。綜前，第二實施方式的光學變焦鏡頭100a在變焦範圍內產生的場曲及畸變像差被控制(修正)在較小的範圍內。

綜上所述，所述光學變焦鏡頭從物側到像側依次包括：具有正光焦度的第一透鏡組10、具有負光焦度的第二透鏡組20、具有負光焦度的第三透鏡組30、具有正光焦度 的第四透鏡組40、具有正光焦度的第五透鏡組50以及具有正光焦度的第六透鏡組60。其滿足條件式：25<TT/fw<27，可有效限制光焦度以縮短鏡頭長度；滿足條件式：8.5mm<BFL<12.5mm，可使用標準介面安裝在影像感測器200上；滿足條件式：(v2+v5)-(v1+v6)>60，可修正色差，並使得白天和夜晚均可使用。

另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做的變化，都應包括在本發明所要求保護的範圍之內。

100‧‧‧光學變焦鏡頭

41‧‧‧第九鏡片

200‧‧‧影像感測器

50‧‧‧第五透鏡組

10‧‧‧第一透鏡組

51‧‧‧第十鏡片

11‧‧‧第一鏡片

52‧‧‧第十一鏡片

12‧‧‧第二鏡片

53‧‧‧第十二鏡片

13‧‧‧第三鏡片

54‧‧‧第十三鏡片

20‧‧‧第二透鏡組

60‧‧‧第六透鏡組

21‧‧‧第四鏡片

61‧‧‧第十四鏡片

22‧‧‧第五鏡片

62‧‧‧第十五鏡片

23‧‧‧第六鏡片

63‧‧‧第十六鏡片

30‧‧‧第三透鏡組

95‧‧‧光圈

31‧‧‧第七鏡片

97‧‧‧保護玻璃

32‧‧‧第八鏡片

99‧‧‧成像面

40‧‧‧第四透鏡組

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19、S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28‧‧‧表面

圖1為本發明實施方式提供的成像模組在廣角位置的結構示意圖。

圖2為本發明實施方式提供的成像模組在中角位置的結構示意圖。

圖3為本發明實施方式提供的成像模組在遠攝位置的結構示意圖。

圖4為第一實施方式的成像模組在廣角位置的場曲像差圖。

圖5為第一實施方式的成像模組在廣角位置的畸變像差圖。

圖6為第一實施方式的成像模組在中角位置的場曲像差圖。

圖7為第一實施方式的成像模組在中角位置的畸變像差圖。

圖8為第一實施方式的成像模組在遠攝位置的場曲像差圖。

圖9為第一實施方式的成像模組在遠攝位置的畸變像差圖。

圖10為第二實施方式的成像模組在廣角位置的場曲像差圖。

圖11為第二實施方式的成像模組在廣角位置的畸變像差圖。

圖12為第二實施方式的成像模組在中角位置的場曲像差圖。

圖13為第二實施方式的成像模組在中角位置的畸變像差圖。

圖14為第二實施方式的成像模組在中角位置的場曲像差圖。

圖15為第二實施方式的成像模組在中角位置的畸變像差圖。

100‧‧‧光學變焦鏡頭

41‧‧‧第九鏡片

200‧‧‧影像感測器

50‧‧‧第五透鏡組

10‧‧‧第一透鏡組

51‧‧‧第十鏡片

11‧‧‧第一鏡片

52‧‧‧第十一鏡片

12‧‧‧第二鏡片

53‧‧‧第十二鏡片

13‧‧‧第三鏡片

54‧‧‧第十三鏡片

20‧‧‧第二透鏡組

60‧‧‧第六透鏡組

21‧‧‧第四鏡片

61‧‧‧第十四鏡片

22‧‧‧第五鏡片

62‧‧‧第十五鏡片

23‧‧‧第六鏡片

63‧‧‧第十六鏡片

30‧‧‧第三透鏡組

95‧‧‧光圈

31‧‧‧第七鏡片

97‧‧‧保護玻璃

32‧‧‧第八鏡片

99‧‧‧成像面

40‧‧‧第四透鏡組

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19、S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28‧‧‧表面

Claims (18)

1. 一種光學變焦鏡頭，其與一成像面對正設置，該光學變焦鏡頭從物側到像側依次包括：具有正光焦度的第一透鏡組、具有負光焦度的第二透鏡組、具有負光焦度的第三透鏡組、具有正光焦度的第四透鏡組、具有正光焦度的第五透鏡組以及具有正光焦度的第六透鏡組；其改進在於，該光學變焦鏡頭滿足條件式：25<TT/fw<27；8.5 mm<BFL<12.5 mm；(v 2+v 5)-(v 1+v 6)>60；其中，TT為第一透鏡組的物側端至成像面的距離，fw為該光學變焦鏡頭的最短焦距，BFL為第六透鏡組的像側端到成像面的距離，v1、v2、v5、v6分別為第一、二、五、六透鏡組的阿貝數。
2. 如專利申請範圍第1項所述的光學變焦鏡頭，其中，該第一透鏡組從物側到像側依序包括具有負光焦度的第一鏡片、具有正光焦度的第二鏡片及具有正光焦度的第三鏡片，第二鏡片膠合於第一鏡片。
3. 如專利申請範圍第1項所述的光學變焦鏡頭，其中，第二透鏡組從物側到像側依序包括具有負光焦度的第四鏡片，具有負光焦度的第五鏡片，及具有正光焦度的第六鏡片，第六鏡片膠合於第五鏡片。
4. 如專利申請範圍第1項所述的光學變焦鏡頭，其中，第三透鏡組從物側到像側依序包括具有負光焦度的第七鏡片， 具有正光焦度的第八鏡片，該第八鏡片膠合於第七鏡片。
5. 如專利申請範圍第1項所述的光學變焦鏡頭，其中，第四透鏡組包括一正光焦度的第九鏡片。
6. 如專利申請範圍第1項所述的光學變焦鏡頭，其中，第五透鏡組從物側到像側依序包括具有正光焦度的第十鏡片，具有負光焦度的第十一鏡片，具有負光焦度的第十二鏡片以及具有正光焦度的第十三鏡片，第十一鏡片膠合於第十鏡片。
7. 如專利申請範圍第1項所述的光學變焦鏡頭，其中，第六透鏡組從物側到像側依序包括具有負光焦度的第十四鏡片，具有正光焦度的第十五鏡片以及具有正光焦度的第十六鏡片。
8. 如專利申請範圍第1項所述的光學變焦鏡頭，其中，該光學變焦鏡頭中至少包括兩片非球面鏡片。
9. 如專利申請範圍第1項所述的光學變焦鏡頭，其中，該第四透鏡組上固定有一光圈。
10. 一種成像模組，其包括一光學變焦鏡頭以及一與所述光學變焦鏡頭對正設置的影像感測器，所述光學變焦鏡頭從物側到像側依次包括：具有正光焦度的第一透鏡組、具有負光焦度的第二透鏡組、具有負光焦度的第三透鏡組、具有正光焦度的第四透鏡組、具有正光焦度的第五透鏡組以及具有正光焦度的第六透鏡組；其中，該光學變焦鏡頭滿足條件式：25<TT/fw<27；8.5 mm<BFL<12.5 mm； (v 2+v 5)-(v 1+v 6)>60；其中，TT為第一透鏡組的物側端至所述影像感測器的成像面的距離，fw為該光學變焦鏡頭的最短焦距，BFL為第六透鏡組的像側端到影像感測器的成像面的距離，v1、v2、v5、v6分別為第一、二、五、六透鏡組的阿貝數。
11. 如專利申請範圍第10項所述的成像模組，其中，該第一透鏡組從物側到像側依序包括具有負光焦度的第一鏡片、具有正光焦度的第二鏡片及具有正光焦度的第三鏡片，第二鏡片膠合於第一鏡片。
12. 如專利申請範圍第10項所述的成像模組，其中，第二透鏡組從物側到像側依序包括具有負光焦度的第四鏡片，具有負光焦度的第五鏡片，及具有正光焦度的第六鏡片，第六鏡片膠合於第五鏡片。
13. 如專利申請範圍第10項所述的成像模組，其中，第三透鏡組從物側到像側依序包括具有負光焦度的第七鏡片，具有正光焦度的第八鏡片，該第八鏡片膠合於第七鏡片。
14. 如專利申請範圍第10項所述的成像模組，其中，第四透鏡組包括一正光焦度的第九鏡片。
15. 如專利申請範圍第10項所述的成像模組，其中，第五透鏡組從物側到像側依序包括具有正光焦度的第十鏡片，具有負光焦度的第十一鏡片，具有負光焦度的第十二鏡片以及具有正光焦度的第十三鏡片，第十一鏡片膠合於第十鏡片。
16. 如專利申請範圍第10項所述的成像模組，其中，第六透鏡組從物側到像側依序包括具有負光焦度的第十四鏡片，具 有正光焦度的第十五鏡片以及具有正光焦度的第十六鏡片。
17. 如專利申請範圍第10項所述的成像模組，其中，該光學變焦鏡頭中至少包括兩片非球面鏡片。
18. 如專利申請範圍第10項所述的成像模組，其中，該第四透鏡組上固定有一光圈。