TWI491912B - 高解析度光學系統 - Google Patents

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Description

高解析度光學系統
本發明是有關於一種光學系統，且特別是有關於一種使用六片透鏡來實現高解析度之光學系統。
一般來說，行動通訊裝置(例如行動通訊終端機、PDA、智慧型手機)除了基本的通訊功能之外，伴隨著其增加的使用性以及透過通訊技術所提供之服務之多樣性，行動通訊裝置還具有各種額外的功能。
舉例來說，配置於行動通訊裝置中的照相模組，其需求量愈趨成長，除了使用單一焦點作簡易攝相外，並作為用於高畫質影像攝錄、自動焦距調整、及QR碼辨識之整合性裝置(convergence devices)。
再者，隨著照相模組的尺寸愈來愈小，高解析度是被需要的。隨著影像感測器的畫素量愈來愈多，高解析度光學系統是被需要的。
再者，近來隨著行動通訊裝置的價格走貶，照相模 組的製造成本也逐漸減少。
為了降低照相模組的單位成本，首先，最好的作法是降低嵌入在照相模組中之構成光學系統的透鏡組(lens group)的製造成本。然而，為了滿足上述之提高解析度之條件，光學系統須由具有高光學性能的玻璃透鏡來組成。然而，由於使用多片昂貴的玻璃透鏡，要降低照相模組的製造成本是不可能的。
更者，當使用多個玻璃透鏡來克服解析度的問題時，也不可能降低光學系統的重量。
[相關技藝文獻] [專利文件]
專利文件1：韓國專利公開號碼第2011-24872號
因此，本發明係被發明以克服上述傳統行動照相光學系統之缺點及問題。因此，本發明之一目的係為提供一種光學系統，可透過配置使用六個非球(aspherical)面塑膠透鏡之光學系統來實現高解析度與降低製造成本。
再者，本發明之另一目的為能提供高解析度光學系統，適當配置六個塑膠透鏡之光學倍率(Optical power)，可達成具有高解析度之小型光學系統。
根據本發明達此目的之一方面，提出一種高解析度光學系統，從一物側依序包括：一第一透鏡，具有正屈光度 (refractive power)且具有凸向該物側(convex toward an object side)之一物側面(object-side surface)；一第二透鏡，具有負屈光度且其上表面係向上凹陷；一第三透鏡，具有正屈光度；一第四透鏡，具有負屈光度；一第五透鏡，具有正屈光度且其上表面係向上凸起；以及一第六透鏡，具有負屈光度且其上表面係向上凹陷。
在此，孔徑光欄(aperture stop)可設置在第一透鏡之前，或設置在第一透鏡與第二透鏡之間，以阻隔不必要的入射或穿過光學系統的光線。
再者，關於光學倍率的條件，光學系統滿足下列條件式：[條件式]|f4/f|>2.5
其中，f4代表第四透鏡的焦距(focal length)，而f代表整個光學系統的焦距。
再者，關於色差之校正的條件，光學系統滿足下列條件式：[條件式]V1-V4<40
其中，V1代表第一透鏡的阿貝數(Abbe Numbe)，而V4代表第四透鏡的阿貝數。
再者，關於第四透鏡之形狀的條件，光學系統滿足下列條件式：[條件式]0.5<OAL/f<2.0
其中，OAL代表從一光軸之頂點至第一透鏡之一上 表面的距離，而f代表整個光學系統的焦距。
再者，關於色差的條件，光學系統滿足下列條件式：[條件式]V2<30
其中，V2代表第二透鏡的阿貝數。
再者，第一至第六透鏡可由塑膠透鏡所製成，而第一至第六透鏡之至少一表面或二表面係非球面。較佳地，第一至第六透鏡的二表面可作成非球面。
再者，一光學濾鏡，可由一保護玻璃(cover glass)所組成，保護玻璃塗有紅外線濾光層(infrared cut filter)，用以阻隔外界光線中過量的紅外線，此光學濾鏡可設置於第六鏡片與一成像面之間。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
L1‧‧‧第一透鏡
L2‧‧‧第二透鏡
L3‧‧‧第三透鏡
L4‧‧‧第四透鏡
L5‧‧‧第五透鏡
L6‧‧‧第六透鏡
15‧‧‧成像面
OF‧‧‧光學濾鏡
第1圖繪示依照本發明第一實施例之光學系統之透鏡排列的配置圖。
第2圖繪示第1圖及表1之光學系統之像差圖。
第3圖繪示依照本發明第二實施例之光學系統之透鏡排列的配置圖。
第4圖繪示第3圖及表3之光學系統之像差圖。
第5圖繪示依照本發明第三實施例之光學系統之透鏡排列的配置圖。
第6圖繪示第5圖及表5之光學系統之像差圖。
針對依照本發明之光學系統之目標，關於包含達此目標之技術架構之運作效果的內容，將參照說明本發明之較佳實施例所伴隨之圖式，藉由以下之詳細說明來被清楚理解。
然而，於以下之各實施例之透鏡配置圖中，透鏡的厚度、尺寸、形狀係為詳細說明本發明而被某程度地誇大。具體上，透鏡配置圖中之球面或非球面的形狀係作為一例子來顯示，並不限於此。
首先，第1圖繪示依照本發明一實施例之光學系統之透鏡配置圖。如圖所示，本實施例之高解析度光學系統可包含具有正屈光度(positive refractive power)之第一透鏡L1、具有負屈光度(negative refractive power)之第二透鏡L2、具有正屈光度之第三透鏡L3、具有負屈光度之第四透鏡L4、具有正屈光度之第五透鏡L5、及具有負屈光度之第六透鏡L6。
於此，有關構成光學系統之透鏡的形狀，第一透鏡L1的形狀可為第一透鏡L1之一物側面(object-side surface)係凸向一物側(convex toward an object side)，第二透鏡L2具有一凹陷像側表面，第五透鏡L5的形狀可為第五透鏡L5的上表面係向上 凸起(convex upward)，第六透鏡的形狀可為第六透鏡L6的上表面係向上凹陷(concave upward)。
再者，一光學濾鏡OF可提供於第六鏡片L6與一成像面(image surface)15之間。光學濾鏡OF由一紅外線濾光層(infrared cut filter)或一保護玻璃(cover glass)所組成。紅外線濾光層用以阻隔包含於通過光學系統之光線中之過量的紅外線。保護玻璃塗佈有紅外線濾光層(infrared cut filter)。
再者，於本發明之光學系統中，第一透鏡L1至第六透鏡L6皆可由塑膠透鏡製成，而第一透鏡L1至第六透鏡L6的一面或二面可以是非球面。
本發明實施例之光學系統之此些透鏡中，將第一透鏡L1及第二透鏡L2之二表面的至少一者作成非球面的理由，是為求增加設計的自由度以改善像差(aberrations)(包括色差(chromatic aberration))，並減輕製造容差(manufacturing tolerance)。再者，將第一透鏡L1至第六透鏡L6以塑膠透鏡製成的理由在於，光學系統即使使用了多個透鏡，仍因重量輕而可用於行動裝置，且相較於玻璃透鏡，此光學系統的特性於製造非球面上較為容易，而大多地係使用在行動裝置上。
同時，如上所述，本發明實施例之光學系統可執行像差校正並實現微型化(miniaturization)，並藉由依循下列條件式1至4來使用多個透鏡。下文將描述此些條件式的操作效果。
[條件式1]|f4/f|>2.5
其中，f4代表第四透鏡的焦距(focal length)，而f代表整個光學系統的焦距。
條件式1係有關於第四透鏡及整個光學系統的光學倍率(Optical power)的條件。依照條件式1來調整第四透鏡的屈光度(Refractive Power)，可令整個光學系統小型化(compact)。此時，當脫離了條件式1的下限時，因為第四透鏡負屈光度的增加，將難以確保透鏡外圍(peripheral)部分的解析度表現，可增加整個光學系統的焦距以補償上述的影響。
[條件式2]V1-V4<40
其中，V1代表第一透鏡的阿貝數(Abbe Numbe)，而V4代表第四透鏡的阿貝數。
條件式2係有關於光學系統之色差之校正的條件。當脫離了條件式2的上限時，因色差校正的困難性，將使光學系統無法實現高解析度。
[條件式3]0.5<OAL/f<2.0
其中，OAL代表從一光軸之頂點至第一透鏡之一上表面的距離，而f代表整個光學系統的焦距。
條件式3係有關於光學系統之透鏡的形狀的條件。當脫離了條件式3的下限時，因為無法確保光學系統能有適當的視場(field of view)，故會降低視場。當超過了上限時，因為整個光學系統的焦距增加，而無法作成小型的光學系統。
[條件式4]V2<30
其中，V2代表第二透鏡的阿貝數。
條件式4係有關於光學系統之色差的條件。當脫離了條件式4的上限時，會因色差校正之困難而無法實現光學系統的高解析度。
接著，將以多個實施例詳細說明本發明之小型廣角光學系統。
如上所述，以下第一至第三實施例皆可包含：第一透鏡L1，具有正屈光度，且具有凸向一物側(convex toward an object side)之一物側面(object-side surface)；第二透鏡L2，具有負屈光度且其上表面係向上凹陷；第三透鏡L3，具有正屈光度；第四透鏡L4，具有負屈光度；第五透鏡L5，具有正屈光度且其上表面係向上凸起；第六透鏡L6，具有負屈光度且其上表面係向上凹陷；以及一光學濾鏡OF，由一紅外線濾光層或一保護玻璃所組成，保護玻璃塗有紅外線濾光層，光學濾鏡可設置於第六鏡片L6與一成像面15之間。
再者，一孔徑光欄(aperture stop)可設置在第一透鏡L1之前，或設置在第一透鏡L1及第二透鏡L2之間，以阻隔不必要的光線入射至光學系統。
再者，第一透鏡L1至第六透鏡L6可由塑膠透鏡所製成，而第一透鏡L1至第六透鏡L6之二表面之一可為非球面。
同時，以下各實施例所使用的非球面係取自習知等式1，而使用於圓錐常數(conic constant)K與非球面係數A、B、 C、D、E、F之E與E後面所接續的數字，代表10的次方。例如，E+02代表102 ，E-02代表10-2 。
其中，Z：沿光軸方向與透鏡之頂點的距離
Y：垂直於光軸方向之距離
c：透鏡之頂點上曲率半徑(r)的倒數
K：圓錐常數
A、B、C、D、E、F：非球面係數
[第一實施例1
以下之表1顯示依本發明第一實施例之數值化範例。
再者，第1圖繪示依照本發明第一實施例之光學系統之透鏡排列的配置圖，第2圖繪示顯示於第1圖及表1之光學系統之像差圖。
第一實施例中，整個光學系統的有效焦距(effective focal length)(F)為4.3mm，從光軸之頂點至第一透鏡之一上表面的距離(OAL)為5.449mm，視場(FOV)為67.7°。
再者，第一透鏡L1的焦距為3.185mm，第二透鏡L2的焦距為-5.089mm，第三透鏡L3的焦距為19.79mm，第四透鏡的焦距L4為-23.459mm，第五透鏡的焦距L5為2.067mm，第 六透鏡的焦距L6為-2.054mm。
於此，第一透鏡L1至第六透鏡L6可由塑膠透鏡所製成。
表1中，表面號碼前面的*號代表非球面。在第一實 施例中，第一透鏡L1至第六透鏡L6之一表面或二表面係非球面。
再者，第一實施例依照等式1之非球面係數的數值如表2所示。
[第二實施例]
以下之表3顯示依本發明第二實施例之數值化範例。
再者，第3圖繪示依照本發明第二實施例之光學系 統之透鏡排列的配置圖，第4圖繪示第3圖及表3之光學系統之像差圖。
第二實施例中，整個光學系統的有效焦距(F)為4.5mm，從光軸之頂點至第一透鏡之一上表面的距離(OAL)為5.592mm，視場(FOV)為65.3°。
再者，第一透鏡L1的焦距為3.144mm，第二透鏡L2的焦距為-4.836mm，第三透鏡L3的焦距為20.064mm，第四透鏡的焦距L4為-48.537mm，第五透鏡的焦距L5為2.328mm，第六透鏡的焦距L6為-2.157mm。
於此，第一透鏡L1至第六透鏡L6可由塑膠透鏡所製成。
表3中，表面號碼前面的*號代表非球面。在第二實施例中，第一透鏡L1至第六透鏡L6之一表面或二表面係非球面。
再者，第二實施例依照等式1之非球面係數的數值如以下表4所示。
[第三實施例]
以下表5顯示依本發明第三實施例之數值化範例。
再者，第5圖繪示依照本發明第三實施例之光學系統之透鏡排列的配置圖，第6圖繪示第5圖及表5之光學系統之像差圖。
第三實施例中，整個光學系統的有效焦距(F)為4.37mm，從光軸之頂點至第一透鏡之一上表面的距離(OAL)為5.684mm，視場(FOV)為67.4°。
再者，第一透鏡L1的焦距為3.089mm，第二透鏡L2的焦距為-4.363mm，第三透鏡L3的焦距為9.937mm，第四透鏡的焦距L4為-14.406mm，第五透鏡的焦距L5為2.136mm，第六透鏡的焦距L6為-2.141mm。
於此，第一透鏡L1至第六透鏡L6可由塑膠透鏡所製成。
表5中，表面號碼前面的*號代表非球面。在第三實施例中，第一透鏡L1至第六透鏡L6之一表面或二表面係非球面。
再者，第三實施例依照等式1之非球面係數的數值如表6所示。
於此，以下之表7中顯示第一實施例至第三實施例之條件式的數值。
如上所述，本發明實施例之光學系統可透過塑膠透鏡製成的六片透鏡來減輕重量並降低製造成本。
再者，本發明實施例可透過改善包括色差之像差的 校正效率，並降低色差，以達成高解析度。
再者，本發明實施例透過將光學系統之六片透鏡的二表面作成非球面，藉以增加設計的自由度，並透過將六片透鏡全以塑膠透鏡製成，來體現高解析度之光學系統並降低像差值。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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圍內，當可作各種之更動與潤飾。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。
L1‧‧‧第一透鏡
L2‧‧‧第二透鏡
L3‧‧‧第三透鏡
L4‧‧‧第四透鏡
L5‧‧‧第五透鏡
L6‧‧‧第六透鏡

Claims (9)

  1. 一種高解析度光學系統，從一物側依序包括：一第一透鏡(lens)，具有正屈光度(positive refractive power)，且具有凸向該物側(convex toward an object side)之一物側面(object-side surface)；一第二透鏡，具有負屈光度(negative refractive power)及一凹陷像側表面；一第三透鏡，具有正屈光度；一第四透鏡，具有負屈光度；一第五透鏡，具有正屈光度及一凸陷像側表面；以及一第六透鏡，具有負屈光度及一凹陷像側表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高解析度光學系統，其中一孔徑光欄(aperture stop)係設置在該第一透鏡之前，或設置在該第一透鏡及該第二透鏡之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高解析度光學系統，其中關於光學倍率(optical power)的條件，該光學系統滿足下列條件式：[條件式]|f4/f|>2.5其中，f4代表該第四透鏡的焦距(focal length)，而f代表該整個光學系統的焦距。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高解析度光學系統，其中關於色差之校正的條件，該光學系統滿足下列條件式：[條件式]V1-V4<40 其中，V1代表該第一透鏡的阿貝數(Abbe Numbe)，而V4代表該第四透鏡的阿貝數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之高解析度光學系統，其中關於第四透鏡之的形狀的條件，該光學系統滿足下列條件式：[條件式]0.5<OAL/f<2.0其中，OAL代表從該第一透鏡之一物側表面至一成像面的距離，而f代表該整個光學系統的焦距。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之高解析度光學系統，其中關於色差的條件，該光學系統滿足下列條件式：[條件式]V2<30其中，V2代表該第二透鏡的阿貝數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之高解析度光學系統，其中該第一至該第六透鏡係由塑膠透鏡所製成。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之高解析度光學系統，其中該第一至該第六透鏡之每一者的至少一表面或二表面係非球(aspherical)面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之高解析度光學系統，更包括：一光學濾鏡，由一保護玻璃(cover glass)所組成，該保護玻璃塗有紅外線濾光層(infrared cut filter)，用以阻隔外界光線中過量的紅外線，該光學濾鏡設置於該第六鏡片與一成像面之間。
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