光学镜头的制作方法

本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种光学镜头。
背景技术：
：随着光电技术的进步，投影机、数字摄影机、光学头戴式显示器、以及数码相机等影像装置已被广泛地应用于日常生活中。这些影像装置的核心元件之一是光学镜头。成像质量与光学镜头的光学质量息息相关。在竞争激烈的市场中，各厂商莫不致力于改良光学镜头的光学质量，并降低其重量、体积以及制作成本，以提升上述影像装置的竞争优势。因此，如何制造一小型化及高性能，具备低像差、大光圈、便宜及高解像力等特点的光学镜头，是目前本领域的技术人员的重要课题之一。技术实现要素：本发明的其他目的和优点可以从本发明实施例所揭露的技术特征中得到进一步的了解。依据本发明的一观点，提出一种光学镜头自一方向依序包括光圈及透镜群。一光圈，设于光学镜头最外侧；透镜群包括四片透镜，且透镜群中包括一非球面透镜，且透镜群屈光度为正，透镜群中各片透镜的通光孔径均分别小于14mm。据本发明的另一观点，提出一种光学镜头，包括一光圈与一包括四片透镜的透镜群。所述四片透镜的圆型透光区域分别小于14mm，且所述透镜群包括一非球面透镜。所述光学镜头的屈光度为正。在上述观点中，镜群中各片透镜的通光孔径，较佳是分别小于13.5mm，更佳则是均小于13mm。据本发明的再一观点，提出一种光学镜头，包括一光圈与一包括四片透镜的透镜群。其中，光圈设于所述镜头所有透镜的最外侧。透镜群仅包括一非球面透镜，且所述透镜群的屈光度为正。据本发明又一观点，提出一种光学镜头，自一方向依序包括：一光圈，一非球面透镜、一第一棱镜；以及一第一透镜群。且所述透镜群至少包括四片透镜，且四片透镜均是球面透镜。据此，本发明上述各实施例，可在有限的空间中提供一种具有较良好消像差能力、易于小型化、能提供较佳成像质量的光学镜头设计。下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1a及图1b分别是本发明第一实施例的光学镜头及效果示意图。图2a及图2b分别是本发明第二实施例的光学镜头及效果示意图图3a及图3b分别是本发明第三实施例的光学镜头及效果示意图。图4a及图4b分别是本发明第四实施例的光学镜头及效果示意图。图5a及图5b分别是本发明第五实施例的光学镜头及效果示意图。图6a及图6b分别是本发明第六实施例的光学镜头及效果示意图。图7a及图7b分别是本发明第七实施例的光学镜头及效果示意图。图8a及图8b分别是本发明第八实施例的光学镜头及效果示意图。图9a及图9b分别是本发明第九实施例的光学镜头及效果示意图。图10a及图10b分别是本发明第十实施例的光学镜头及效果示意图。图11a及图11b分别是本发明第十一实施例的光学镜头及效果示意图。图12a及图12b分别是本发明第十二实施例的光学镜头及效果示意图。图13a及图13b分别是本发明第十三实施例的光学镜头及效果示意图。主要元件符号说明具体实施方式有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而不是用来限制本发明。另外，下列实施例中所使用的用语“第一”、“第二”是为了辨识相同或相似的元件而使用，幷非用以限定所述元件。本发明所谓的光学元件，是指元件具有部分或全部可反射或穿透的材质所构成，通常包括玻璃或塑料所组成。例如是透镜、棱镜或是光圈。本发明的一例中，光学镜头应用在投影系统时，放大侧是指沿光路上较靠近投影方向(例如是使用者眼部)的一侧；缩小侧是指光学镜头沿光路上较靠近光阀的一侧。而当光学镜头应用在取像系统中时，放大侧是指在光路上靠近被拍摄物所处的一侧，缩小侧则是指在光路上较靠近感光元件的一侧。本发明的一例中，所谓的镜头第一侧具有无焦(afocal)特性，可指光线通过所述镜头甲侧时，光束是实质上没有收敛或发散的。本发明的一例中，所谓的镜头第二侧具有远心(telecentric)特性，可指进入镜头乙侧的主光线实质平行于其光轴。本发明的一实施例提出一种光学镜头。图1a及图1b分别是本发明一实施例的光学镜头的架构示意图及光学效果示意图。请参照图1a及图1b，在本实施例中，光学镜头1有一镜筒(图未示)，镜筒里由放大侧往缩小侧排列包括了光圈s、棱镜10、透镜群20及棱镜30。而在镜筒的缩小端处设置有一光阀lv。光圈s是设置于光学镜头1中靠近放大侧的最外面处。在应用时，光圈s与成像面之间可以不必设有其他具有屈光度的透镜或是光学元件。而在本例中，镜头的放大侧os是对应一使用者眼睛方向，具有无焦特性。而镜头的缩小侧is则对应光阀lv方向，具有远心特性。本发明各具体实施例的放大侧os均分别设于各图的左侧，而缩小侧均设于各图的右侧，将不再重复标示。本发明所指光圈s是指一孔径光阑(aperturestop)，光圈s可以是一独立元件或是整合于其他光学元件上。在本实施例中，光圈是利用机构件挡去周边光线并保留中间部分透光的方式来达到类似的效果，而前述所谓的机构件可以是可调整的。所谓可调整，是指机构件的位置、形状或是透明度的调整。或是，光圈s也可以在透镜表面涂布不透明的吸光材料，并使其保留中央部分透光以达限制光路的效果。光圈s的直径可指其中央的圆形通光部分之直径。再请参酌图1a，本发明所谓的棱镜10、30，按其位置的不同，分别称之为第一棱镜10及第二棱镜30。第一棱镜10及第二棱镜30可以分别是由一枚或是多枚棱镜所组成的棱镜组，在应用时，第一棱镜10可按设计需求予以省略。在本实施例中，第二棱镜30是主要由两枚相邻设置并具有微小空隙的三角柱状棱镜所组成的全反射棱镜(tirprism)，第一棱镜10则是单一枚棱镜所组成的反向全反射棱镜(rtirprism)。另外，在本例中，棱镜的各个光学接口均分别是曲率为零或曲率半径为无限的平面且不具有屈光度。而在另一具体实施例中，棱镜的一个或多个光学接口是曲面或是具有屈光度的。而在本例中。透镜群20包括了沿光轴排列的四枚透镜，其屈光度(refractivepower)由放大侧(图式左侧)往缩小侧(图式右侧)依序分别是正、正、负及正。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成，但也可以塑料制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。前述透镜群20中各透镜是定义有一通光孔径(clearaperture,ca)，通光孔径一词已广泛应用于业界。本发明中所指通光孔径，是指透镜上光线可穿透的最大区域或者是各透镜中的圆型透光区域之直徑。在本发明中所谓的光阀lv，是一种已被广泛应用的元件，是空间光调变器的一种。光阀lv可将照明光转为影像光，例如dmd、lcd、lcos等，即光阀lv的例子。而在本例中，光阀lv是一dmd。光学镜头1的透镜及其周边元件的设计参数如表一所示。然而，下文中所列举的资料并非用以限定本发明，任何所属领域中具有通常知识者在参照本发明之后，可对其参数或设定作适当的更动，但是其仍应属于本发明的范畴内。表一表中表面所示的＊是指所述表面是非球面表面，而若未标示即为球面之意。曲率(curvature)是指曲率半径的倒数。曲率为正时，透镜表面的圆心在透镜的缩小侧方向。曲率为负时，透镜表面的圆心在透镜的放大侧方向。而各透镜的凸凹可见上表及其对应的附图。在本例中，各透镜g1、g2、g3及g4的屈光度依序是正、正、负及正。半直径是指各光学表面对应的通光孔径(clearaperture,ca)之一半。而本发明的光圈值是以f/#来代表，如上表所标示者。而本发明的光圈s的直径是以ds来代表，是光圈的半直径的两倍，如上表所标示者。而本发明中，镜头整体的有效焦距(effectivefocallength,efl)是以efl来表示，如上表所标示者。本发明中，镜头的光程总长(totaltracklength,ttl)是以ttl来表示，如上表所标示者。更明确的说，本发明的光程总长是指光学镜头1最接近放大端的光学表面与透镜群20中最接近缩小端的透镜表面之间，沿光轴量测的距离。又或者是光圈与透镜群20中离光圈s最远的光学表面沿光轴量测的距离。在本例中，光程总长是指镜头中，自放大侧os的第一个光学表面(光圈s)的第一个表面s1起算，沿镜头光轴，往缩小侧is方向，量测到透镜群20中最接近缩小侧的最后一枚具有屈光度的透镜g4面对缩小侧的表面s11的距离，如上表所标示者。在本实施例中，光学表面可以是光圈、透镜或是棱镜的表面。在本例中，发明的fov在应用于投影系统时，是以对角线量测所得的视野(fieldofview)，如上表所标示者。在本发明如下的各个设计实例中，非球面多项式用下列公式表示：上述的公式已被广泛应用。举例来说，x是光轴a方向的偏移量(sag)，c’是密切球面(osculatingsphere)的半径的倒数，也就是接近光轴a处的曲率的倒数，k是圆锥系数(conicconstant)，y是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度。a-g分别代表非球面多项式的各阶非球面系数。表二列出本发明的第一具体实施例中，镜头中各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表二kabcds40-6.22e-043.33e-05-1.21e-06-3.32e-07s50-8.34e-064.39e-06-2.95e-08-4.70e-09s1003.82e-04-1.82e-052.59e-07-2.35e-09s1104.52e-04-1.92e-052.89e-07-2.83e-09另外，在本例中，光学镜头1的光程总长(ttl)除以所述光圈s的直径(ds)的值(简称为ttl/ds)是8.91，而本发明的ttl/ds在介于2和12之间时，其己有基本节省空间的效果。而当ttl/ds的值介于2和5之间或是7和11之间时，其效果较佳。而当ttl/ds值介于3和5之间或8到10之间时，其效果最佳。而光学镜头1的ttl和光圈s直径比例介于前述各值时，其特性让前述的光学镜头1在被应用于携带式电子装置时能够在有限空间中取得较佳的光学效果。在另一实施例中，镜头内的第一棱镜30及第二棱镜30可以分别地被选择性的被移除或以其他，例如是反射镜、双色分光片(dichroicmirror)、极性分光片等光学元件来取代。除了前述的各透镜外，也可选择性的将例如是表面s12到s16所示的各元件个别或是全部整合于镜筒内部成为镜头的一部分也可以。以下将说明本发明的光学镜头的第二具体实施例的设计。在本例中，光学镜头中的透镜及其周边元件的设计参数如表三所示。表三表四列出本发明的第二实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表四由表三及表四可见，在本例中，各透镜g1、g2、g3、g4及g5的屈光度依序是负、正、正、负及正。另外，第二实施例与第一实施例的一个主要差别在于光学镜头1较第一实施例多一枚透镜，另外，透镜g3、g4结合而成为一双胶合透镜。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头1的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第三具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表五所示。表五表六列出本发明的第三实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表六由上述两表可见，第三实施例与第一实施例的主要差别在在本例中具有五枚透镜，而各透镜g1、g2、g3、g4及g5的屈光度依序是正、负、正、正及负。另外，第四枚透镜g4及第五枚透镜g5是胶合。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第四具体实施例的设计。光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表七所示。表七表八列出本发明的第四实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表八由上述两表可见，第四实施例与第一实施例的主要差别在于本例中具有五枚透镜，而各透镜g1、g2、g3、g4及g5的屈光度依序是负、正、正、负及正。而本例中，透镜g1、g2及透镜g3、g4分别组合为一双胶合透镜。另外，本实施例中，光学镜头1中，透镜g2及透镜g5分别是一非球面透镜。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第五具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表九所示。表九表十列出本发明的第五实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表十kabcds1201.67e-04-7.18e-061.23e-07-8.75e-10s1303.05e-04-1.23e-052.29e-07-1.73e-09由上述两表可见，第五实施例与第一实施例的主要差别在在本例中具有五枚透镜，而其中仅包括一枚非球面透镜g5。而各透镜g1、g2、g3、g4及g5的屈光度依序是负、正、正、负及正。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第六具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表十一所示。表十一表十二列出本发明的第六实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表十二kabcds130-2.07e-05-5.14e-06-5.47e-08-1.20e-09s1402.38e-04-6.39e-06-2.17e-072.06e-09由上述两表可见，第六实施例具有六枚透镜，而其中仅包括有单一枚非球面透镜g6。而各透镜g1、g2、g3、g4、g5及g6的屈光度依序是正、负、正、正、负及正。而g4及g5结合为一双胶合透镜。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第七具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表十三所示。表十三表十四列出本发明的第七实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表十四由上述两表可见，第七实施例与第一实施例的主要差别在于，本例中的第一棱镜10和光圈s之间设置有另一透镜群20。也即，包括透镜g1的透镜群20和包括透镜g2、g3、g4、g5及g6的透镜群20之间设置有第一棱镜10并以兹区隔。而本实施例中，光学镜头1中共计包括有六枚透镜，而其中仅包括有三枚非球面透镜g2、g3、g5。而各透镜g1、g2、g3、g4、g5及g6的屈光度依序是负、正、正、负、正及负。再者，本例中，光圈值是2.3。而ttl/ds比值也较小，大约是4.68。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第八具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表十五所示。表十五表十六列出本发明的第八实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表十六kabcdefs60-1.49e-043.79e-061.88e-07-1.09e-082.45e-10-1.78e-12s706.38e-041.28e-067.04e-083.98e-09-1.65e-102.48e-12s1201.80e-03-3.41e-059.84e-07-2.37e-083.67e-10-2.29e-12s1308.88e-04-3.27e-069.75e-08-6.17e-11-3.25e-119.11e-13由上述两表可见，第八实施例与第七实施例的主要差别在于本例包括有两枚非球面透镜g2、g5。而各透镜g1、g2、g3、g4、g5及g6的屈光度依序是负、正、正、负、正及负。另外，本例的ttl较长。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第九具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表十七所示。表十七表十八列出本发明的第九实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表十八kabcdes902.05e-041.48e-069.19e-08-1.41e-099.15e-12s100-3.48e-04-5.36e-064.71e-084.48e-09-5.34e-11s1401.71e-03-1.26e-053.81e-081.17e-10-4.10e-12s1508.92e-047.00e-07-5.07e-101.12e-09-1.58e-11由上述两表可见，第九实施例与第七实施例的主要差别在于本例中具有七枚透镜，而其中仅包括有三枚非球面透镜g3、g4及g6。而各透镜g1、g2、g3、g4、g5及g6的屈光度依序是负、负、正、正、负、正及负。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第十具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表十九所示。表十九表二十列出本发明的第十实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表二十kabcdefs60-1.06e-043.58e-063.08e-07-1.38e-082.47e-10-1.82e-12s706.60e-041.06e-061.42e-072.06e-09-9.30e-119.16e-13s1402.10e-03-3.86e-051.13e-06-2.58e-083.64e-10-2.22e-12s1501.23e-03-1.85e-061.18e-073.36e-09-1.12e-102.00e-12由上述两表可见，第十实施例与第七实施例的主要差别在于本例中具有七枚透镜，而其中仅包括有两枚非球面透镜g2及g6。而各透镜g1、g2、g3、g4、g5、g6及g7的屈光度依序是负、正、负、正、负、正及负。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。以下将说明本发明的光学镜头1的第十一具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表二一所示。表二一表二二列出本发明的第九实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表二二由上述两表可见，第十一实施例具有七枚透镜，而其中仅包括有单一枚非球面透镜g1。非球面透镜是设置于第一棱镜10及光圈s之间，而另一透镜群20中的各透镜均是球面透镜。而各透镜g1、g2、g3、g4、g5、g6及g7的屈光度依序是负、负、正、正、正、负及正。在本例中，各透镜群20中的各透镜均由玻璃所制成。同时，光学镜头的总屈光度为正。另外，本案的dmax值较大，达到约8.63。以下将说明本发明的光学镜头1的第十二具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表二三所示。表二三表二四列出本发明的第十二实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表二四kabcds60-2.29e-041.42e-051.98e-09-3.98e-10s70-4.84e-042.15e-05-2.31e-075.38e-09s120-9.37e-041.00e-051.42e-07-2.88e-09s1602.78e-03-5.33e-059.03e-07-1.18e-08s1701.92e-03-8.37e-063.34e-08-6.93e-09由上述两表可见，第十二实施例与第七实施例的主要差别在于本例中具有七枚透镜，而其中包括有三枚非球面透镜g2、g5及g7。而各透镜g1、g2、g3、g4、g5、g6及g7的屈光度依序是负、正、正、正、正、负及正。以下将说明本发明的光学镜头1的第十三具体实施例的设计。在本例中，光学镜头1中各透镜及其周边元件的设计参数如表二五所示。表二五表二六列出本发明的第十三实施例中，镜头的各透镜表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。表二六kabcds60-1.12e-041.15e-05-5.78e-084.27e-10s702.23e-041.48e-05-1.02e-073.27e-09s120-3.54e-041.51e-05-1.87e-071.26e-09s1602.25e-03-4.71e-058.32e-07-8.42e-09s1701.89e-03-1.08e-051.96e-07-2.19e-10由上述两表可见，第十三实施例具有八枚透镜，而其中包括有三枚非球面透镜g2、g5、g7。而各透镜g1、g2、g3、g4、g5、g6、g7及g8的屈光度依序是负、正、负、正、正、负、正及负。而g3、g4及g5、g6均分别是双胶合透镜。再者，g2和第一棱镜10是贴合设置。再者，在本发明的另一实施例中，揭露了一种投影机，除了应用上述各实施例中的光学镜头1外，更包括有前述的光阀lv及照明光源等光学元件。运作时，光阀lv接受照明光源的照明光，并将照明光转换为影像光后经由光学镜头1输出一虚像。也即，光学镜头1的光圈s往放大侧方向可不另设具有屈光度的其他光学元件(如透镜)。而再者，前述的投影机可以应用于一头戴式显示器，通过类似一般眼镜的结构承载于便用者的头上，而投影镜头的出光方向是面对使用者的眼睛的。再者，在本发明的又一实施例中，揭露了一种例如是摄影机的取像装置，除了应用上述各实施例中的光学镜头1外，更包括有感光元件，可用于撷取一对象的影像光。由以上实施例可知，本发明，能在有限的空间中提供一种具有良好消像差能力、易于小型化、能提供较佳成像质量的光学镜头1设计。以上各具体实施例中所列出的表格中的参数仅仅是例示之用，而非限制本发明。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。当前第1页12