TW201305651A - 光學影像擷取系統 - Google Patents

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TW201305651A TW100125538A TW100125538A TW201305651A TW 201305651 A TW201305651 A TW 201305651A TW 100125538 A TW100125538 A TW 100125538A TW 100125538 A TW100125538 A TW 100125538A TW 201305651 A TW201305651 A TW 201305651A
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Abstract

一種光學影像擷取系統，其沿著光軸由物側至像側依序包含：一具正屈折力的第一透鏡，其像側光學面為凸面；一具屈折力的第二透鏡，其像側光學面為凹面；一具屈折力的第三透鏡；一具屈折力的第四透鏡，其兩側光學面皆為非球面；以及一具負屈折力的第五透鏡，其像側光學面為凹面，其兩側光學面皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點；該光學影像擷取系統滿足特定之條件。藉此，本發明除具有良好的像差修正，並可減小光學影像擷取系統總長，以應用於相機、手機相機等良好攝像目的的使用需求。

Description

光學影像擷取系統
本發明係關於一種光學影像擷取系統，特別是關於一種由五枚透鏡所構成的全長短且成像品質良好的光學影像擷取系統，以應用於電子產品上。
在數位相機(Digital Still Camera)、行動電話鏡頭(Mobile Phone Camera)等小型電子設備上常裝設有光學影像擷取系統，用以對物體進行攝像，而光學影像擷取系統發展的主要趨勢為朝向小型化、低成本，但同時也希望能達到具有良好的像差修正能力，具高解析度、高成像品質的光學影像擷取系統。
在小型電子產品的光學影像擷取系統，習知上有二鏡片式、三鏡片式、四鏡片式及五鏡片式以上之不同設計，然而以成像品質考量，四鏡片式及五鏡片式光學影像擷取系統在像差修正、光學傳遞函數MTF(Modulation Transfer Function)性能上較具優勢；其中，又以五鏡片式相較四鏡片式的解析度更高，適用於高品質、高畫素(pixel)要求的電子產品。
在各種小型化的五鏡片式固定焦距的光學影像擷取系統設計中，習知技術係以不同的正或負屈光度組合；如美國專利US7,480,105使用負屈折力的第一透鏡與正屈折力的第二透鏡相互搭配，由於兩片黏合之玻璃透鏡，於成本製造上較為昂貴，且於大量生產時非常不利於成本控制，另外，玻璃透鏡的厚度通常比塑膠透鏡厚，且玻璃透鏡不易製成非球面鏡，對於光學系統總長之縮短不易，若使用負透鏡之第一透鏡則更難減少系統總長。
在小型數位相機、網路相機、行動電話鏡頭等產品，其光學影像擷取系統要求小型化、焦距短、像差調整良好；如美國專利US7,502,181採用負屈折力的第四透鏡與負屈折力的第五透鏡配置，會增加光學影像擷取系統的後焦距與全長，其易造成光學系統的全長較難縮短。在五鏡片式的各種不同設計的固定焦距光學影像擷取系統中，其中以第一鏡片像側面為凸面的透鏡，較有利於在擴大系統視場角與修正像差中取得良好平衡；又或者使用屈折力相異的第四鏡片與第五鏡片，且具有反曲點的第四鏡片或第五鏡片，較能符合像差修正良好且全長不致於過長的設計需求；為此，本發明提出更實用性的設計，在縮短光學影像擷取系統同時，利用五個透鏡的屈折力、凸面與凹面的組合，其中，第四透鏡與第五透鏡分別具有正屈折力與負屈折力，如此互補之組合具有望遠效果，有利於縮短後焦，更可有效縮短光學影像擷取系統的總長度外，進一步可提高成像品質，以應用於小型的電子產品上。
本發明主要目的為提供一種光學影像擷取系統，其沿著光軸由物側至像側依序包含：第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡；其中，第一透鏡具有正屈折力，其像側光學面為凸面；第二透鏡具有屈折力，其像側光學面為凹面；第三透鏡具有屈折力；第四透鏡具有屈折力，其物側光學面與像側光學面皆為非球面；第五透鏡具有負屈折力，其像側光學面為凹面，其物側光學面與像側光學面皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點，並滿足下列關係式：
　　 │R1│/R2< -1.0　 　　　(1)
　　 0.5 < f1/f < 1.4　 　　　(2)
　　 -1.5 < f5/f < -0.3　 　　　　(3)
其中，R1為第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑，R2為第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，f為光學影像擷取系統之焦距，f1為第一透鏡之焦距，f5為第五透鏡之焦距。
另一方面，本發明提供一種光學影像擷取系統，如前所述，另可包含一影像感測元件；其中，第二透鏡可具有負屈折力；第四透鏡之像側光學面可為凸面；除滿足式(1)、式(2)及式(3)外並進一步滿足下列關係式之一或其組合：
　　 0.70 < SD/TD< 1.15　 　　(4)
　　 │f2/f3│ < 1.5　　　　　(5)
　　 0.6 < ImgH/f < 1.0　 　　　(6)
　　 -2.0 < R2/R4< -0.3　 　　　　(7)
其中，SD為在光軸上光圈至第五透鏡之像側光學面的距離，TD為在光軸上第一透鏡之物側光學面至第五透鏡之像側光學面的距離，f為光學影像擷取系統之焦距，f2為第二透鏡之焦距，f3為第三透鏡之焦距，R2為第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，R4為第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，ImgH為影像感測元件有效感測區域對角線長的一半。
再一方面，本發明提供一種光學影像擷取系統，如前所述，其中，第一透鏡之物側光學面可為凸面；第二透鏡可具有負屈折力；第四透鏡之物側光學面可為凹面且其像側光學面可為凸面；第四透鏡與第五透鏡可為塑膠材質所製成；除滿足式(1)、式(2)、式(3)及式(4)外並進一步滿足下列關係式之一或其組合：
　　 0.3 < f4/f < 0.9　 　　　(8)
進一步地，
　　 │R1│/R2< -2.0　 　　(9)
　　 │f2/f3│ < 0.5　 　　　(10)
　　 3.0 < │f/f4│+│f/f5│ < 5.0　 (11)
其中，f為光學影像擷取系統之焦距，f2為第二透鏡之焦距，f3為第三透鏡之焦距，f4為第四透鏡之焦距，f5為第五透鏡之焦距，R1為第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑，R2為第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑。
又一方面，本發明提供一種光學影像擷取系統，如前所述，其中，光學影像擷取系統另可包含一影像感測元件設置於一成像面處，以供被攝物成像；第二透鏡可具有負屈折力；除滿足式(1)、式(2)、式(3)及式(4)外並進一步滿足下列關係式：
　　 TTL/ImgH < 2.1　 　　　　(12)
其中，TTL為在光軸上第一透鏡之物側光學面至成像面的距離，ImgH為影像感測元件有效感測區域對角線長的一半。
本發明另一個主要目的為提供一種光學影像擷取系統，其沿著光軸由物側至像側依序包含：第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡；其中，第一透鏡具有正屈折力，其像側光學面為凸面；第二透鏡具有屈折力，其像側光學面為凹面；第三透鏡具有屈折力；第四透鏡具有正屈折力，其像側光學面為凸面，其物側光學面與像側光學面皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點；第五透鏡具有負屈折力，其像側光學面為凹面，其物側光學面與像側光學面皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點，並滿足下列關係式：
　　 │R1│/R2< -1.0　 　　　(1)
　　 0.5 < f1/f < 1.4　 　　　(2)
　　 -1.5 < f5/f < -0.3　 　　　　　(3)
其中，R1為第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑，R2為第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，f為光學影像擷取系統之焦距，f1為第一透鏡之焦距，f5為第五透鏡之焦距。
另一方面，本發明提供一種光學影像擷取系統，如前所述，其中，第一透鏡之物側光學面可為凸面；第二透鏡可具負屈折力；第四透鏡與第五透鏡可為塑膠材質所製成；除滿足式(1)、式(2)及式(3)外並進一步滿足下列關係式之一或其組合：
　　 -2.0 < R2/R4< -0.3　 　　　(7)
進一步地，
　　 │R1│/R2< -2.0　 　　　(9)
　　 3.0 < │f/f4│+│f/f5│ < 5.0　 (11)
其中，R1為第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑，R2為第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，R4為第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，f為光學影像擷取系統之焦距，f4為第四透鏡之焦距，f5為第五透鏡之焦距。
本發明又一個主要目的為提供一種光學影像擷取系統，其沿著光軸由物側至像側依序包含：第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡；其中，第一透鏡具有正屈折力，其像側光學面為凸面；第二透鏡具有負屈折力；第三透鏡具有屈折力；第四透鏡具有正屈折力，其物側光學面與像側光學面皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點；第五透鏡具有負屈折力，其像側光學面為凹面，其物側光學面與像側光學面皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點，並滿足下列關係式：
　　 │R1│/R2< -1.0　 　　　(1)
　　 0.5 < f1/f < 1.4　 　　　(2)
　　 -1.5 < f5/f < -0.3　 　　　　(3)
　　 0.35 < f4/f < 0.67　　　　(13)
其中，R1為第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑，R2為第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，f為光學影像擷取系統之焦距，f1為第一透鏡之焦距，f4為第四透鏡之焦距，f5為第五透鏡之焦距。
另一方面，本發明提供一種光學影像擷取系統，如前所述，其中，第四透鏡之物側光學面可為凹面且其像側光學面可為凸面；除滿足式(1)、式(2)、式(3)及式(13)外並進一步滿足下列關係式之一或其組合：
　　 0.70 < SD/TD< 1.15　 　　(4)
　　 │f2/f3│ < 0.5　 　　　(10)
　　 -2.0 < R2/R4< -0.3　 　　　(7)
　　 0.6 < ImgH/f < 1.0　 　　　(6)
其中，SD為在光軸上光圈至第五透鏡之像側光學面的距離，TD為在光軸上第一透鏡之物側光學面至第五透鏡之像側光學面的距離，f為光學影像擷取系統之焦距，f2為第二透鏡之焦距，f3為第三透鏡之焦距，R2為第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，R4為第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑，ImgH為影像感測元件有效感測區域對角線長的一半。
本發明藉由上述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡與第五透鏡，在光軸上以適當的間距組合配置，可在較大的場視角下，具有良好的像差修正與具有優勢的光學傳遞函數MTF(Modulation Transfer Function)。
本發明光學影像擷取系統中，由第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡與第五透鏡所組成；第一透鏡具正屈折力，提供系統所需的屈折力，第二透鏡具負屈折力，可有效對具正屈折力之透鏡所產生的像差做補正、修正系統的佩茲伐和數(Petzval Sum)，使周邊像面變得更平。當第二透鏡之像側光學面為凹面時，可依面型適當調整第二透鏡之負屈折力強度，對於修正系統像差有良好功效。再由第三透鏡調合光學傳遞函數以修正第一透鏡與第二透鏡組合後的像差，以提高光學影像擷取系統的解像力，使整體光學影像擷取系統的像差與畸變能符合高解析度的要求；藉由第四透鏡的正屈折力與具負屈折力的第五透鏡互補配置，可產生望遠效果，亦有利於縮短後焦以減少總長。此外，若第四透鏡之像側光學面為凸面時，有助於修正光學影像擷取系統的像散與高階像差。當第五透鏡之像側光學面為凹面時，可使光學影像擷取系統的主點(Principal Point)遠離成像面，有利於縮短光學影像擷取系統之總長度，以促進系統的小型化。
又本發明光學影像擷取系統中，光圈之配置可使光學影像擷取系統的出射瞳(exit pupil)與成像面產生較長的距離，影像可採直接入射的方式由影像感測元件所接收，除避免暗角發生外，可使像側具有遠心(telecentric)效果；通常遠心效果可提高成像面的亮度，可增加影像感測元件的CCD或CMOS接收影像的效率。
本發明之光學影像擷取系統中，正屈折力的第一透鏡、負屈折力的第二透鏡與正或負屈折力的第三透鏡之組合，且正或負屈折力的第四透鏡與負屈折力的第五透鏡的互相補償，可有效減少光學影像擷取系統的全長，使在相同的全長下影像感測元件可獲得更大的有效畫素範圍；換言之，在相同的影像感測元件有效畫素的範圍，可設計出較短的光學影像擷取系統。
若在第五透鏡設置有反曲點，可導引射出第五透鏡邊緣的影像光線的角度，使離軸視場的影像光線的角度導引至影像感測元件，由影像感測元件所接收。再者，藉由第四透鏡與第五透鏡可由塑膠材料所製成，有利於製造及降低成本。
本發明提供一種光學影像擷取系統，請參閱第1A圖，其沿著光軸由物側至像側依序包含：第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡140及第五透鏡150；其中，第一透鏡110具有正屈折力，其像側光學面112為凸面；第二透鏡120具有屈折力，其像側光學面122為凹面；第三透鏡130具有屈折力；第四透鏡140具有屈折力，其物側光學面141與像側光學面142皆為非球面；第五透鏡150具有負屈折力，其像側光學面152為凹面，其物側光學面151與像側光學面152皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點。光學影像擷取系統另包含一光圈100與一紅外線濾除濾光片160，光圈100設置於被攝物與第一透鏡110之間為前置光圈。紅外線濾除濾光片160設置於第五透鏡150與成像面170之間，通常為平板光學材料製成，不影響本發明光學影像擷取系統的焦距。光學影像擷取系統並可包含一影像感測元件180，設置於一成像面170上，可將被攝物成像。第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡140及第五透鏡150之非球面光學面，其非球面之方程式（Aspherical Surface Formula）為式(14)所構成，

(14)
其中，
X：非球面上距離光軸為Y的點，其與相切於非球面光軸上頂點之切面的相對高度；
Y：非球面曲線上的點與光軸的距離；
R：曲率半徑；
K：錐面係數；以及
Ai：第i階非球面係數。
在本發明光學影像擷取系統中，第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130的光學面可設置為球面或非球面，若使用非球面的光學面，則可藉由光學面的曲率半徑改變其屈折力，用以消減像差，進而縮減光學影像擷取系統透鏡總長度。由此，本發明之光學影像擷取系統藉由前述之第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡140及第五透鏡150配置，滿足關係式：式(1)、式(2)及式(3)。
本發明之光學影像擷取系統中，主要的正屈折力係由第一透鏡110所提供，當限制第一透鏡110之物側光學面111之曲率半徑R1與像側光學面112之曲率半徑R2（式(1)）時，可限制第一透鏡110之物側光學面111與像側光學面112的面型變化有助於適當調整第一透鏡110的正屈折力。當滿足式(2)及式(3)時，使第一透鏡110之焦距f1與第五透鏡150之焦距f5在設計上，可於特定的條件範圍內取得平衡，有助於適當調配第一透鏡110與第五透鏡150的屈折力配置，並可提供光學影像擷取系統所需之合適屈折力，以修正系統產生之像差，進一步可調配適當後焦與總長。
當滿足式(4)時，可藉由調配適當光圈位置與第一透鏡110至第五透鏡150的距離，以縮短光學影像擷取系統的長度；同樣地，當滿足式(6)或(12)時，可有效減少光學影像擷取系統的全長，使在相同的全長或特定焦距長之下，該影像感測元件180可獲得更大的有效畫素範圍，並有利於將光學影像擷取系統的有效場視角調整在適當範圍。
當滿足式(5)、式(8)或式(11)時，使第二透鏡120之焦距f2、第三透鏡130之焦距f3、第四透鏡140之焦距f4與第五透鏡150之焦距f5可在有限制的條件下取得平衡，可以適當分配光學影像擷取系統所需的屈折力，有利於降低光學影像擷取系統的敏感度與像差的產生。
本發明之光學影像擷取系統中，第一透鏡110之像側光學面112為凸面，且第二透鏡120之像側光學面122為凹面，當限制第一透鏡110之像側光學面112與第二透鏡120之像側光學面122之曲率半徑的比值(式(7))時，有利於調配第二透鏡120的屈折力，可與第一透鏡110之正屈折力互補，並依適當面形曲率調整透鏡之屈折力配置，有助於系統像差的修正。
本發明光學影像擷取系統將藉由以下具體實施例配合圖式予以詳細說明。
<第一實施例>
本發明第一實施例的光學影像擷取系統示意圖請參閱第1A圖，第一實施例之像差曲線請參閱第1B圖。第一實施例之光學影像擷取系統主要由五片透鏡、光圈100及紅外線濾除濾光片160所構成的光學影像擷取系統。在光軸上由物側至像側依序包含：一光圈100；一具正屈折力的第一透鏡110，為塑膠材質所製成，其物側光學面111為凸面且其像側光學面112為凸面，其物側光學面111及像側光學面112皆為非球面；一具負屈折力的第二透鏡120，為塑膠材質所製成，其物側光學面121為凹面且其像側光學面122為凹面，其物側光學面121及像側光學面122皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡130，為塑膠材質所製成，其物側光學面131為凸面且其像側光學面132為凹面，其物側光學面131與像側光學面132皆為非球面；一具正屈折力的第四透鏡140，為塑膠材質所製成，其物側光學面141為凹面且其像側光學面142為凸面，其物側光學面141與像側光學面142皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡150，為塑膠材質所製成，其物側光學面151為凸面且其像側光學面152為凹面，其物側光學面151與像側光學面152皆為非球面，且物側光學面151與像側光學面152皆設有至少一反曲點；一平板玻璃材質製成之紅外線濾除濾光片(IR
表一、第一實施例的光學數據


本實施例的光學數據如上表一所示，其中，第一透鏡110至第五透鏡150之物側光學面與像側光學面均使用式(14)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表二所示：
表二、第一實施例的非球面係數


參見表一及第1B圖，本實施例光學影像擷取系統中，光學影像擷取系統之焦距f=3.24(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.60，最大場視角的一半HFOV=34.2°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表三，相關符號如前所述，此不再贅述：
表三、第一實施例滿足相關關係式之數據


由表一之光學數據及由第1B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之光學影像擷取系統之本實施例，在球差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatic field curving)與歪曲(distortion)有良好的補償效果。
<第二實施例>
本發明第二實施例的光學影像擷取系統示意圖請參閱第2A圖，第二實施例之像差曲線請參閱第2B圖。第二實施例之光學影像擷取系統主要由五片透鏡、光圈200及紅外線濾除濾光片260所構成的光學影像擷取系統。在光軸上由物側至像側依序包含：一光圈200；一具正屈折力的第一透鏡210，為塑膠材質所製成，其物側光學面211為凸面且其像側光學面212為凸面，其物側光學面211及像側光學面212皆為非球面；一具負屈折力的第二透鏡220，為塑膠材質所製成，其物側光學面221為凹面且其像側光學面222為凹面，其物側光學面221及像側光學面222皆為非球面；一具負屈折力的第三透鏡230，為塑膠材質所製成，其物側光學面231為凹面且其像側光學面232為凸面，其物側光學面231與像側光學面232皆為非球面；一具正屈折力的第四透鏡240，為塑膠材質所製成，其物側光學面241為凹面且其像側光學面242為凸面，其物側光學面241與像側光學面242皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡250，為塑膠材質所製成，其物側光學面251為凹面且其像側光學面252為凹面，其物側光學面251與像側光學面252皆為非球面，且像側光學面252設有至少一反曲點；一平板玻璃材質製成之紅外線濾除濾光片(IR-filter)260，其用以調整成像的光線之可通過波長區段；以及設置於一成像面270上之一影像感測元件280；經由五片透鏡、光圈200及紅外線濾除濾光片260之組合，可將被攝物在影像感測元件280上成像。
表四、第二實施例的光學數據


本實施例的光學數據如上表四所示，其中，第一透鏡210至第五透鏡250之物側光學面與像側光學面均使用式(14)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表五所示：
表五、第二實施例的非球面係數


參見表四及第2B圖，本實施例光學影像擷取系統中，光學影像擷取系統之焦距f=3.29(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.40，最大場視角的一半HFOV=34.1°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表六，相關符號如前所述，此不再贅述：
表六、第二實施例滿足相關關係式之數據


由表四之光學數據及由第2B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之光學影像擷取系統之本實施例，在球差、像散與歪曲有良好的補償效果。
<第三實施例>
本發明第三實施例的光學影像擷取系統示意圖請參閱第3A圖，第三實施例之像差曲線請參閱第3B圖。第三實施例之光學影像擷取系統主要由五片透鏡、光圈300及紅外線濾除濾光片360所構成的光學影像擷取系統。在光軸上由物側至像側依序包含：一具正屈折力的第一透鏡310，為塑膠材質所製成，其物側光學面311為凸面且其像側光學面312為凸面，其物側光學面311及像側光學面312皆為非球面；一光圈300；一具負屈折力的第二透鏡320，為塑膠材質所製成，其物側光學面321為凸面且其像側光學面322為凹面，其物側光學面321及像側光學面322皆為非球面；一具負屈折力的第三透鏡330，為塑膠材質所製成，其物側光學面331為凹面且其像側光學面332為凸面，其物側光學面331與像側光學面332皆為非球面；一具正屈折力的第四透鏡340，為塑膠材質所製成，其物側光學面341為凹面且其像側光學面342為凸面，其物側光學面341與像側光學面342皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡350，為塑膠材質所製成，其物側光學面351為凸面且其像側光學面352為凹面，其物側光學面351與像側光學面352皆為非球面，且物側光學面351與像側光學面352皆設有至少一反曲點；一平板玻璃材質製成之紅外線濾除濾光片(IR-filter)360，其用以調整成像的光線之可通過波長區段；以及設置於一成像面370上之一影像感測元件380；經由五片透鏡、光圈300及紅外線濾除濾光片360之組合，可將被攝物在影像感測元件380上成像。
表七、第三實施例的光學數據


本實施例的光學數據如上表七所示，其中，第一透鏡310至第五透鏡350之物側光學面與像側光學面均使用式(14)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表八所示：
表八、第三實施例的非球面係數


參見表七及第3B圖，本實施例光學影像擷取系統中，光學影像擷取系統之焦距f=2.93(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.45，最大場視角的一半HFOV=37.0°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表九，相關符號如前所述，此不再贅述：
表九、第三實施例滿足相關關係式之數據


由表七之光學數據及由第3B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之光學影像擷取系統之本實施例，在球差、像散與歪曲有良好的補償效果。
<第四實施例>
本發明第四實施例的光學影像擷取系統示意圖請參閱第4A圖，第四實施例之像差曲線請參閱第4B圖。第四實施例之光學影像擷取系統主要由五片透鏡、光圈400及紅外線濾除濾光片460所構成的光學影像擷取系統。在光軸上由物側至像側依序包含：一具正屈折力的第一透鏡410，為塑膠材質所製成，其物側光學面411為凸面且其像側光學面412為凸面，其物側光學面411及像側光學面412皆為非球面；一光圈400；一具負屈折力的第二透鏡420，為塑膠材質所製成，其物側光學面421為凸面且其像側光學面422為凹面，其物側光學面421及像側光學面422皆為非球面；一具負屈折力的第三透鏡430，為塑膠材質所製成，其物側光學面431為凹面且其像側光學面432為凹面，其物側光學面431與像側光學面432皆為非球面；一具正屈折力的第四透鏡440，為塑膠材質所製成，其物側光學面441為凹面且其像側光學面442為凸面，其物側光學面441與像側光學面442皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡450，為塑膠材質所製成，其物側光學面451為凹面且其像側光學面452為凹面，其物側光學面451與像側光學面452皆為非球面，且像側光學面452設有至少一反曲點；一平板玻璃材質製成之紅外線濾除濾光片(IR-filter)460，其用以調整成像的光線之可通過波長區段；以及設置於一成像面470上之一影像感測元件480；經由五片透鏡、光圈400及紅外線濾除濾光片460之組合，可將被攝物在影像感測元件480上成像。
表十、第四實施例的光學數據


本實施例的光學數據如上表十所示，其中，第一透鏡410至第五透鏡450之物側光學面與像側光學面均使用式(14)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表十一所示：
表十一、第四實施例的非球面係數


參見表十及第4B圖，本實施例光學影像擷取系統中，光學影像擷取系統之焦距f=3.00(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.45，最大場視角的一半HFOV=36.3°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表十二，相關符號如前所述，此不再贅述：
表十二、第四實施例滿足相關關係式之數據


由表十之光學數據及由第4B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之光學影像擷取系統之本實施例，在球差、像散與歪曲有良好的補償效果。
<第五實施例>
本發明第五實施例的光學影像擷取系統示意圖請參閱第5A圖，第五實施例之像差曲線請參閱第5B圖。第五實施例之光學影像擷取系統主要由五片透鏡、光圈500及紅外線濾除濾光片560所構成的光學影像擷取系統。在光軸上由物側至像側依序包含：一光圈500；一具正屈折力的第一透鏡510，為塑膠材質所製成，其物側光學面511為凹面且其像側光學面512為凸面，其物側光學面511及像側光學面512皆為非球面；一具負屈折力的第二透鏡520，為塑膠材質所製成，其物側光學面521為凹面且其像側光學面522為凹面，其物側光學面521及像側光學面522皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡530，為塑膠材質所製成，其物側光學面531為凸面且其像側光學面532為凹面，其物側光學面531與像側光學面532皆為非球面；一具正屈折力的第四透鏡540，為塑膠材質所製成，其物側光學面541為凹面且其像側光學面542為凸面，其物側光學面541與像側光學面542皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡550，為塑膠材質所製成，其物側光學面551為凸面且其像側光學面552為凹面，其物側光學面551與像側光學面552皆為非球面，且物側光學面551與像側光學面552皆設有至少一反曲點；一平板玻璃材質製成之紅外線濾除濾光片(IR-filter)560，其用以調整成像的光線之可通過波長區段；以及設置於一成像面570上之一影像感測元件580；經由五片透鏡、光圈500及紅外線濾除濾光片560之組合，可將被攝物在影像感測元件580上成像。
表十三、第五實施例的光學數據


本實施例的光學數據如上表十三所示，其中，第一透鏡510至第五透鏡550之物側光學面與像側光學面均使用式(14)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表十四所示：
表十四、第五實施例的非球面係數


參見表十三及第5B圖，本實施例光學影像擷取系統中，光學影像擷取系統之焦距f=2.74(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.60，最大場視角的一半HFOV=38.8°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表十五，相關符號如前所述，此不再贅述：
表十五、第五實施例滿足相關關係式之數據


由表十三之光學數據及由第5B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之光學影像擷取系統之本實施例，在球差、像散與歪曲有良好的補償效果。
<第六實施例>
本發明第六實施例的光學影像擷取系統示意圖請參閱第6A圖，第六實施例之像差曲線請參閱第6B圖。第六實施例之光學影像擷取系統主要由五片透鏡、光圈600及紅外線濾除濾光片660所構成的光學影像擷取系統。在光軸上由物側至像側依序包含：一具正屈折力的第一透鏡610，為塑膠材質所製成，其物側光學面611為凹面且其像側光學面612為凸面，其物側光學面611及像側光學面612皆為非球面；一光圈600；一具負屈折力的第二透鏡620，為塑膠材質所製成，其物側光學面621為凹面且其像側光學面622為凹面，其物側光學面621及像側光學面622皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡630，為塑膠材質所製成，其物側光學面631為凸面且其像側光學面632為凹面，其物側光學面631與像側光學面632皆為非球面；一具正屈折力的第四透鏡640，為塑膠材質所製成，其物側光學面641為凹面且其像側光學面642為凸面，其物側光學面641與像側光學面642皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡650，為塑膠材質所製成，其物側光學面651為凸面且其像側光學面652為凹面，其物側光學面651與像側光學面652皆為非球面，且物側光學面651與像側光學面652皆設有至少一反曲點；一平板玻璃材質製成之紅外線濾除濾光片(IR-filter)660，其用以調整成像的光線之可通過波長區段；以及設置於一成像面670上之一影像感測元件680；經由五片透鏡、光圈600及紅外線濾除濾光片660之組合，可將被攝物在影像感測元件680上成像。
表十六、第六實施例的光學數據


本實施例的光學數據如上表十六所示，其中，第一透鏡610至第五透鏡650之物側光學面與像側光學面均使用式(14)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表十七所示：
表十七、第六實施例的非球面係數


參見表十六及第6B圖，本實施例光學影像擷取系統中，光學影像擷取系統之焦距f=2.72(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.80，最大場視角的一半HFOV=39.3°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表十八，相關符號如前所述，此不再贅述：
表十八、第六實施例滿足相關關係式之數據


由表十六之光學數據及由第6B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之光學影像擷取系統之本實施例，在球差、像散與歪曲有良好的補償效果。
<第七實施例>
本發明第七實施例的光學影像擷取系統示意圖請參閱第7A圖，第七實施例之像差曲線請參閱第7B圖。第七實施例之光學影像擷取系統主要由五片透鏡、光圈700及紅外線濾除濾光片760所構成的光學影像擷取系統。在光軸上由物側至像側依序包含：一具正屈折力的第一透鏡710，為塑膠材質所製成，其物側光學面711為凸面、其像側光學面712為凸面，其物側光學面711及像側光學面712皆為非球面；一光圈700；一具負屈折力的第二透鏡720，為塑膠材質所製成，其物側光學面721為凸面具其像側光學面722為凹面，其物側光學面721及像側光學面722皆為非球面；一具正屈折力的第三透鏡730，為塑膠材質所製成，其物側光學面731為凸面且其像側光學面732為凸面，其物側光學面731與像側光學面732皆為非球面；一具正屈折力的第四透鏡740，為塑膠材質所製成，其物側光學面741為凹面且其像側光學面742為凸面，其物側光學面741與像側光學面742皆為非球面；一具負屈折力的第五透鏡750，為塑膠材質所製成，其物側光學面751為凸面且其像側光學面752為凹面，其物側光學面751與像側光學面752皆為非球面，且物側光學面751與像側光學面752皆設有至少一反曲點；一平板玻璃材質製成之紅外線濾除濾光片(IR-filter)760，其用以調整成像的光線之可通過波長區段；以及設置於一成像面770上之一影像感測元件780；經由五片透鏡、光圈700及紅外線濾除濾光片760之組合，可將被攝物在影像感測元件780上成像。
表十九、第七實施例的光學數據


本實施例的光學數據如上表十九所示，其中，第一透鏡710至第五透鏡750之物側光學面與像側光學面均使用式(14)之非球面方程式所構成，其非球面係數如下表二十所示：
表二十、第七實施例的非球面係數


參見表十九及第7B圖，本實施例光學影像擷取系統中，光學影像擷取系統之焦距f=2.96(毫米)，構成整體的光圈值(f-number)Fno=2.80，最大場視角的一半HFOV=36.5°；本實施例各光學數據經計算推導後，可滿足相關關係式，如下表二十一，相關符號如前所述，此不再贅述：
表二十一、第七實施例滿足相關關係式之數據


由表十九之光學數據及由第7B圖之像差曲線圖可知，藉由本發明之光學影像擷取系統之本實施例，在球差、像散與歪曲有良好的補償效果。
本發明光學影像擷取系統中，透鏡的材質可為玻璃或塑膠，若透鏡的材質為玻璃，可以增加光學影像擷取系統屈折力配置的自由度，若透鏡材質為塑膠，可以有效降低生產成本。
本發明光學影像擷取系統中，若透鏡表面為凸面，表示透鏡表面於近軸處為凸面；若透鏡表面為凹面，表示透鏡表面於近軸處為凹面。
本發明光學影像擷取系統中，可設置有至少一孔徑光欄，如耀光光欄(Glare Stop)或視場光欄(Field Stop)等，以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明光學影像擷取系統中，光圈配置可為前置或中置，光圈若為前置光圈，可使光學影像擷取系統的出射瞳(exit pupil)與成像面產生較長的距離，使之具有遠心(telecentric)效果，並可增加影像感測元件的CCD或CMOS接收影像的效率；若為中置光圈，係有助於擴大系統的視場角，使光學影像擷取系統具有廣角鏡頭之優勢。
表一至表二十一所示為本發明光學影像擷取系統實施例的不同數值變化表，然本發明各個實施例的數值變化皆屬具體實驗所得，即使使用不同數值，相同結構的產品仍應屬於本發明的保護範疇，故以上的說明所描述及圖式中所說明僅做為例示性，非用以限制本發明的申請專利範園。
100、200、300、400、500、600、700．．．光圈
110、210、310、410、510、610、710．．．第一透鏡
111、211、311、411、511、611、711．．．第一透鏡之物側光學面
112、212、312、412、512、612、712．．．第一透鏡之像側光學面
120、220、320、420、520、620、720．．．第二透鏡
121、221、321、421、521、621、721．．．第二透鏡之物側光學面
122、222、322、422、522、622、722．．．第二透鏡之像側光學面
130、230、330、430、530、630、730．．．第三透鏡
131、231、331、431、531、631、731．．．第三透鏡之物側光學面
132、232、332、432、532、632、732．．．第三透鏡之像側光學面
140、240、340、440、540、640、740．．．第四透鏡
141、241、341、441、541、641、741．．．第四透鏡之物側光學面
142、242、342、442、542、642、742．．．第四透鏡之像側光學面
150、250、350、450、550、650、750．．．第五透鏡
151、251、351、451、551、651、751．．．第五透鏡之物側光學面
152、252、352、452、552、652、752．．．第五透鏡之像側光學面
160、260、360、460、560、660、760．．．紅外線濾除濾光片
170、270、370、470、570、670、770．．．成像面
180、280、380、480、580、680、780．．．影像感測元件
f．．．光學影像擷取系統之焦距
f1．．．第一透鏡之焦距
f2．．．第二透鏡之焦距
f3．．．第三透鏡之焦距
f4．．．第四透鏡之焦距
f5．．．第五透鏡之焦距
R1．．．第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑
R2．．．第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑
R4．．．第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑
SD．．．在光軸上光圈至第五透鏡之像側光學面的距離
TD．．．在光軸上第一透鏡之物側光學面至第五透鏡之像側光學面的距離
TTL．．．光軸上第一透鏡之物側光學面至成像面的距離
ImgH．．．影像感測元件有效感測區域對角線長的一半
Fno．．．光圈值
HFOV．．．最大場視角的一半
第1A圖係本發明第一實施例的光學影像擷取系統示意圖；
第1B圖係本發明第一實施例之像差曲線圖；
第2A圖係本發明第二實施例的光學影像擷取系統示意圖；
第2B圖係本發明第二實施例之像差曲線圖；
第3A圖係本發明第三實施例的光學影像擷取系統示意圖；
第3B圖係本發明第三實施例之像差曲線圖；
第4A圖係本發明第四實施例的光學影像擷取系統示意圖；
第4B圖係本發明第四實施例之像差曲線圖；
第5A圖係本發明第五實施例的光學影像擷取系統示意圖；
第5B圖係本發明第五實施例之像差曲線圖；
第6A圖係本發明第六實施例的光學影像擷取系統示意圖；
第6B圖係本發明第六實施例之像差曲線圖；
第7A圖係本發明第七實施例的光學影像擷取系統示意圖；以及
第7B圖係本發明第七實施例之像差曲線圖。
100．．．光圈
110．．．第一透鏡
111．．．第一透鏡之物側光學面
112．．．第一透鏡之像側光學面
120．．．第二透鏡
121．．．第二透鏡之物側光學面
122．．．第二透鏡之像側光學面
130．．．第三透鏡
131．．．第三透鏡之物側光學面
132．．．第三透鏡之像側光學面
140．．．第四透鏡
141．．．第四透鏡之物側光學面
142．．．第四透鏡之像側光學面
150．．．第五透鏡
151．．．第五透鏡之物側光學面
152．．．第五透鏡之像側光學面
160．．．紅外線濾除濾光片
170．．．成像面
180．．．影像感測元件

Claims (22)

  1. 一種光學影像擷取系統，其沿著光軸由物側至像側依序包含：
    一具正屈折力的第一透鏡，其像側光學面為凸面；
    一具屈折力的第二透鏡，其像側光學面為凹面；
    一具屈折力的第三透鏡；
    一具屈折力的第四透鏡，其物側光學面與像側光學面皆為非球面；以及
    一具負屈折力的第五透鏡，其像側光學面為凹面，其物側光學面及像側光學面皆非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點；
    其中，該第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑為R1，該第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R2，該光學影像擷取系統之焦距為f，該第一透鏡之焦距為f1，該第五透鏡之焦距為f5，係滿足下列關係式：
    │R1│/R2< -1.0
    0.5 < f1/f < 1.4
    -1.5 < f5/f < -0.3。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像擷取系統，其中，該光學影像擷取系統另包含一光圈；在光軸上該光圈至該第五透鏡之像側光學面的距離為SD，在光軸上該第一透鏡之物側光學面至該第五透鏡之像側光學面的距離為TD，係滿足下列關係式：
    0.70 < SD/TD< 1.15。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學影像擷取系統，其中，該第二透鏡具負屈折力。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光學影像擷取系統，其中，該第四透鏡之像側光學面為凸面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學影像擷取系統，其中，該第二透鏡之焦距為f2，該第三透鏡之焦距為f3，係滿足下列關係式：
    │f2/f3│ < 1.5。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光學影像擷取系統，其中，該光學影像擷取系統另設置一影像感測元件；該影像感測元件有效感測區域對角線長的一半為ImgH，該光學影像擷取系統之焦距為f，係滿足下列關係式：
    0.6 < ImgH/f < 1.0。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光學影像擷取系統，其中，該第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R2，該第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R4，係滿足下列關係式：
    -2.0 < R2/R4< -0.3。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之光學影像擷取系統，其中，該第四透鏡之焦距為f4，該光學影像擷取系統之焦距為f，係滿足下列關係式：
    0.3 < f4/f < 0.9。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學影像擷取系統，其中，該第一透鏡之物側光學面為凸面；該第四透鏡之物側光學面為凹面且其像側光學面為凸面；該第四透鏡與該第五透鏡為塑膠材質所製成。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之光學影像擷取系統，其中，該第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑為R1，該第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R2，係進一步滿足下列關係式：
    │R1│/R2< -2.0。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之光學影像擷取系統，其中，該第二透鏡之焦距為f2，該第三透鏡之焦距為f3，係滿足下列關係式：
    │f2/f3│ < 0.5。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之光學影像擷取系統，其中，該光學影像擷取系統之焦距為f，該第四透鏡之焦距為f4，該第五透鏡之焦距為f5，係滿足下列關係式：
    3.0 < │f/f4│+│f/f5│ < 5.0。
  13. 如申請專利範圍第3項所述之光學影像擷取系統，其中，該光學影像擷取系統另設置一影像感測元件於一成像面處，供被攝物成像；在光軸上該第一透鏡之物側光學面至該成像面的距離為TTL，該影像感測元件有效感測區域對角線長的一半為ImgH，滿足下列關係式：
    TTL/ImgH < 2.1。
  14. 一種光學影像擷取系統，其沿著光軸由物側至像側依序包含：
    一具正屈折力的第一透鏡，其像側光學面為凸面；
    一具屈折力的第二透鏡，其像側光學面為凹面；
    一具屈折力的第三透鏡；
    一具正屈折力的第四透鏡，其像側光學面為凸面，其物側光學面與像側光學面皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點；以及
    一具負屈折力的第五透鏡，其像側光學面為凹面，其物側光學面及像側光學面皆非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點；
    其中，該第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑為R1，該第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R2，該光學影像擷取系統之焦距為f，該第一透鏡之焦距為f1，該第五透鏡之焦距為f5，係滿足下列關係式：
    │R1│/R2< -1.0
    0.5 < f1/f < 1.4
    -1.5 < f5/f < -0.3。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之光學影像擷取系統，其中，該第二透鏡具負屈折力；該第四透鏡與該第五透鏡為塑膠材質所製成。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之光學影像擷取系統，其中，該第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R2，該第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R4，係滿足下列關係式：
    -2.0 < R2/R4< -0.3。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之光學影像擷取系統，其中，該第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑為R1，該第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R2，係進一步滿足下列關係式：
    │R1│/R2< -2.0。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之光學影像擷取系統，其中，該第一透鏡之物側光學面為凸面；該光學影像擷取系統之焦距為f，該第四透鏡之焦距為f4，該第五透鏡之焦距為f5，係滿足下列關係式：
    3.0 < │f/f4│+│f/f5│ < 5.0。
  19. 一種光學影像擷取系統，其沿著光軸由物側至像側依序包含：
    一具正屈折力的第一透鏡，其像側光學面為凸面；
    一具負屈折力的第二透鏡；
    一具屈折力的第三透鏡；
    一具正屈折力的第四透鏡，其物側光學面與像側光學面皆為非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點；以及
    一具負屈折力的第五透鏡，其像側光學面為凹面，其物側光學面及像側光學面皆非球面，且至少一光學面設有至少一反曲點；
    其中，該第一透鏡之物側光學面在近軸上的曲率半徑為R1，該第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R2，該光學影像擷取系統之焦距為f，該第一透鏡之焦距為f1，該第四透鏡之焦距為f4，該第五透鏡之焦距為f5，係滿足下列關係式：
    │R1│/R2< -1.0
    0.5 < f1/f < 1.4
    0.35 < f4/f < 0.67
    -1.5 < f5/f < -0.3。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之光學影像擷取系統，其中，該光學影像擷取系統另包含一光圈；該第四透鏡之物側光學面為凹面且其像側光學面為凸面；在光軸上該光圈至該第五透鏡之像側光學面的距離為SD，在光軸上該第一透鏡之物側光學面至該第五透鏡之像側光學面的距離為TD，該第二透鏡之焦距為f2，該第三透鏡之焦距為f3，係滿足下列關係式：
    0.7 < SD/TD< 1.15
    │f2/f3│ < 0.5。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之光學影像擷取系統，其中，該第一透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R2，該第二透鏡之像側光學面在近軸上的曲率半徑為R4，係滿足下列關係式：
    -2.0 < R2/R4< -0.3。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之光學影像擷取系統，其中，該光學影像擷取系統另設置一影像感測元件；該影像感測元件有效感測區域對角線長的一半為ImgH，該光學影像擷取系統之焦距為f，係滿足下列關係式：
    0.6 < ImgH/f < 1.0。
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