逆焦式鏡頭系統的製作方法

2023-05-06 21:45:16

專利名稱：逆焦式鏡頭系統的製作方法
技術領域：
本發明是有關一種逆焦式鏡頭系統，尤其指一種適合低成本且高效能的高階(三百萬圖像以上)數字相機鏡頭組合。
公知技術中如美國專利第5,796,528號案和第6,057,971號案中所公開的，已知以逆焦方式的鏡頭系統，來保持相機的有效焦距，並增大後焦距。逆焦式鏡頭系統基本上由兩鏡片群所組成，其中近物端的前鏡片群具負屈光度且遠物端(近像端)的後鏡片群具正屈光度特性，而光圈(stop)則置於該第一鏡片群和第二鏡片群間。當然，此類型鏡頭系統的後焦距可延伸至相當的距離，甚至超越有效焦距值。
再者，光圈孔徑(aperture)需要夠大，以提供所需的解析度，如美國專利第5,513,046號案中所公開的。
然而，已知數字相機的逆焦式鏡頭系統，在解析度逐步提升趨勢的市場需求下，一般皆需包含相當數量的鏡片，因此增加了鏡頭系統的空間複雜度以及製造成本與良率困難度。再者，非對稱式逆焦鏡頭系統還因不同波長的光線進入鏡頭時的獨特光路而易導致如像場彎曲(fieldcurvature)、像散(astigmatism)及橫向色差(1ateral color)等像差問題，故如何有效減輕該等像差現象，為電子數字相機鏡頭設計的一重要課題。
本發明的次一目的在於提供一種低成本、高良率的高階數字相機用的逆焦式鏡頭系統。
本發明的又一目的在於提供一種以三組鏡片單元架構成的鏡頭系統，減少高階數字相機的像差。
為實現上述目的，本發明提供的一種逆焦式鏡頭系統，自近物端起包含至少第一組鏡片單元、光圈、第二組鏡片單元及第三組鏡片單元，其中第一組鏡片單元為負屈光度透鏡組，而第二組鏡片單元及第三組鏡片單元為正屈光度透鏡組，並符合下列條件-2.7＜f1/f＜-1.61＜f2/f＜22.6＜f3/f＜17其中f是逆焦式鏡頭系統的有效焦距；f1是第一組鏡片單元的焦距；f2是第二組鏡片單元的焦距；以及f3是第三組鏡片單元的焦距。
其中該第一組鏡片單元具有凹向物體端的彎月形透鏡。
其中該第一組鏡片單元的近像端彎月形透鏡為負透鏡。
其中該第三組鏡片單元的近像端鏡片為負凹透鏡。
其中該第三組鏡片單元的近像端透鏡的焦度價趨近於0。
其中第一組鏡片單元中的近物端透鏡的色散率高於近像端透鏡的色散率。
其中第二組和第三組鏡片單元中的近物端透鏡的色散率低於近像端透鏡的色散率。
本發明提供的一種逆焦式鏡頭系統，自近物端起包含至少第一組鏡片單元、光圈、第二組鏡片單元及第三組鏡片單元，其中第一組鏡片單元為凹向物體端的彎月形負屈光度透鏡，而第二組鏡片單元及第三組鏡片單元為正屈光度透鏡組，並符合下列條件-2.7＜f1/f＜-1.61＜f2/f＜22.6＜f3/f＜17其中f是逆焦式鏡頭系統的有效焦距；f1是第一組鏡片單元的焦距；f2是第二組鏡片單元的焦距；以及f3是第三組鏡片單元的焦距。
其中該第一組鏡片單元的近像端彎月形透鏡為負透鏡。
其中該第三組鏡片單元的近像端透鏡的焦度價趨近於0。
根據本發明逆焦式鏡頭系統的設計，該鏡頭系統需符合下列條件-2.7＜f1/f＜-1.61＜f2/f＜2
2.6＜f3/f＜17其中f是逆焦式鏡頭系統的有效焦距；f1是第一組鏡片單元1的焦距；f2是第二組鏡片單元3的焦距；以及f3是第三組鏡片單元4的焦距。
根據本發明的較佳實施例，該三組鏡片單元1，3，4得分別以火石玻璃(flint glass)和冠冕玻璃(crown glass)構成，其中第一透鏡11、第四透鏡32和第六透鏡42等為高色散率(dispersive power)材質的火石玻璃，而第二透鏡12、第三透鏡31和第五透鏡41等為低色散率材質的冠冕玻璃。再者，該第二透鏡12和第六透鏡42俱為負透鏡，而第三透鏡31和第五透鏡41則為正透鏡。
為能讓熟習本技術專業人士能更清楚了解本發明的技術內容，特舉本發明數字相機逆焦式鏡頭系統的較佳具體實施例說明如下。
實施例1請參閱圖2，本發明的第一較佳具體實施例如表1所示，其中S代表自近物端算起的各透鏡鏡面號數，R代表鏡頭系統中各相對應鏡面號數的透鏡面的曲率半徑，Nd代表各透鏡的折射率(refractive index)，vd代表各透鏡的阿貝數(Abbe No.)。
表1

f＝6.00 F/NO.＝2.62w＝52度 f1/f＝1.98f2/f＝1.50f3/f＝16.73如表1所示，滿足前述本發明各組鏡片單元的三項焦距要件的電子數字相機的逆焦式鏡頭系統的較佳實施例中，其總長度僅為28.58毫米，最大光圈級數F/NO.為2.6，因此可良好控制影像的曝光量，且具備52度的廣角效果。
當光線經物體8，並通過本發明逆焦式鏡頭系統，再經由濾光片5及影像感測器6之後，聚焦於成像平面7上，因為作為本發明逆焦式鏡頭系統的前鏡片群GF的第一組鏡片單元1，可有效對鏡頭系統的橫向色差進行校正，而第三組鏡片單元4可有效校正像散現象，還以第六透鏡42對像場彎曲提供校正。圖2-1顯示錶1所示逆焦式鏡頭系統實施例對光三原色的切線面和徑向面的像場彎曲、像差及橫向色差圖，其中在橫向色差方面，以綠光為參考值，並顯示藍光和紅光俱在艾瑞盤(AiryDisk)所示的繞射極限圈內。此外，當擇取表1所示逆焦式鏡頭系統實施例於光軸心9、距光軸心9七分位置及邊緣位置等處的成像點71，72，73為參考點時，根據各該相關位置處所測得的光扇(Ray Fan)圖，即如圖2-2所顯示。
請參閱圖3，本發明的第二較佳具體實施例如表2所示，其中S代表自近物端算起的各透鏡鏡面號數，R代表鏡頭系統中各相對應鏡面號數的透鏡面的曲率半徑，Nd代表各透鏡的折射率(refractive index)，vd代表各透鏡的阿貝數(Abbe No.)。
表2

f＝6.00F/NO.＝2.22w＝52度 f1/f＝-2.48f2/f＝1.39 f3/f＝6.71如表2所示，滿足前述本發明各組鏡片單元的三項焦距要件的電子數字相機的逆焦式鏡頭系統的較佳實施例中，其總長度僅為18.21毫米，最大光圈級數F/NO.達2.2，可良好控制影像的曝光量，且具備52度的廣角效果。
如第一實施例的說明，當光線經物體8，並通過本發明逆焦式鏡頭系統，再經由濾光片5及影像感測器6之後，聚焦於成像平面7上，逆焦式鏡頭系統的橫向色差可有效校正，且關於像場彎曲也以類似方式校正。圖3-1顯示錶2所示逆焦式鏡頭系統實施例對光三原色的像場彎曲、像差及橫向色差圖。此外，當擇取表2所示逆焦式鏡頭系統實施例於光軸心9、距光軸心9七分位置及邊緣位置等處的成像點71，72，73為參考點時，根據各該相關位置處所測得的光扇圖，即如3-2所顯示。
請參閱圖4，本發明的第三較佳具體實施例如表3所示，其中S代表自近物端算起的各透鏡鏡面號數，R代表鏡頭系統中各相對應鏡面號數的透鏡面的曲率半徑，Nd代表各透鏡的折射率(refractive index)，vd代表各透鏡的阿貝數(Abbe No.)。
表3

f＝5.59F/NO.＝2.22w＝52度 f1/f＝1.68f2/f＝1.67 f3/f＝2.66
如表3所示，滿足前述本發明各組鏡片單元的三項焦距要件的電子數字相機的逆焦式鏡頭系統的較佳實施例中，其總長度僅為18.10毫米，最大光孔F/NO.達2.2，也可良好控制影像的曝光量，且具備52度的廣角效果。
如第一及第二實施例的說明，本發明的第三實施例的逆焦式鏡頭系統對於橫向色差及像場彎曲等像差皆可有效校正。圖4-1顯示錶2所示逆焦式鏡頭系統實施例對光三原色的像場彎曲、像差及橫向色差圖。此外，當擇取表2所示逆焦式鏡頭系統實施例於光軸中心9、距光軸中心9七分位置及邊緣位置等處的成像點71，72，73為參考點時，根據各該相關位置處所得測的光扇圖，即如圖4-2所顯示。
應注意的是，上述諸實施例僅是為了便於說明的舉例而已，例如各組鏡片單元中的各透鏡可依實際需要相互膠合或是予以全部或部分分隔開，又例如基於製造成本的考量，得選用球面鏡片，但利用非球面鏡片也屬本發明設計的顯而易見修改，因此本發明所主張的權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於前述諸實施例。
權利要求
1.一種逆焦式鏡頭系統，自近物端起包含至少第一組鏡片單元、光圈、第二組鏡片單元及第三組鏡片單元，其中第一組鏡片單元為負屈光度透鏡組，而第二組鏡片單元及第三組鏡片單元為正屈光度透鏡組，並符合下列條件-2.7＜f1/f＜-1.61＜f2/f＜22.6＜f3/f＜17其中f是逆焦式鏡頭系統的有效焦距；f1是第一組鏡片單元的焦距；f2是第二組鏡片單元的焦距；以及f3是第三組鏡片單元的焦距。
2.如權利要求1所述的鏡頭系統，其特徵在於，其中該第一組鏡片單元具有凹向物體端的彎月形透鏡。
3.如權利要求2所述的鏡頭系統，其特徵在於，其中該第一組鏡片單元的近像端彎月形透鏡為負透鏡。
4.如權利要求1所述的鏡頭系統，其特徵在於，其中該第三組鏡片單元的近像端鏡片為負凹透鏡。
5.如權利要求4所述的鏡頭系統，其特徵在於，其中該第三組鏡片單元的近像端透鏡的焦度價趨近於0。
6.如權利要求1所述的鏡頭系統，其特徵在於，其中第一組鏡片單元中的近物端透鏡的色散率高於近像端透鏡的色散率。
7.如權利要求1所述的鏡頭系統，其特徵在於，其中第二組和第三組鏡片單元中的近物端透鏡的色散率低於近像端透鏡色散率。
8.一種逆焦式鏡頭系統，自近物端起包含至少第一組鏡片單元、光圈、第二組鏡片單元及第三組鏡片單元，其中第一組鏡片單元為凹向物體端的彎月形負屈光度透鏡，而第二組鏡片單元及第三組鏡片單元為正屈光度透鏡組，並符合下列條件-2.7＜f1/f＜-1.61＜f2/f＜22.6＜f3/f＜17其中f是逆焦式鏡頭系統的有效焦距；f1是第一組鏡片單元的焦距；f2是第二組鏡片單元的焦距；以及f3是第三組鏡片單元的焦距。
9.如權利要求8所述的鏡頭系統，其特徵在於，其中該第一組鏡片單元的近像端彎月形透鏡為負透鏡。
10.如權利要求8所述的鏡頭系統，其特徵在於，其中該第三組鏡片單元的近像端透鏡的焦度價趨近於0。
全文摘要
一種逆焦式鏡頭系統,包含三組鏡片單元,其中近物端的第一組鏡片單元為逆焦式鏡頭系統的前鏡片群,第二組及第三組鏡片單元並為逆焦式鏡頭系統的後鏡片群,該第一組鏡片單元的鏡片俱為凹向物體端的彎月形透鏡；在該包含第一組鏡片單元的前鏡片群和該包含第二組及第三組鏡片單元的後鏡片群之間設置光圈。該前鏡片群的第一組鏡片單元中的近像端鏡片為負透鏡,且第三組鏡片單元中的近像端鏡片為凹面負透鏡。
文檔編號G02B13/00GK1423146SQ01140459
公開日2003年6月11日 申請日期2001年12月7日 優先權日2001年12月7日
發明者張國文 申請人:矽峰光電科技股份有限公司