TW201407186A - 光學系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種光學系統，其係包括：第一至第四透鏡，自一物件側至一呈像面依序排列，且滿足第一方程式：1.5＜n2＜1.55；20＜v1＜30；以及20＜v3＜30；其中，n2代表第二透鏡之折射率；v1代表第一透鏡之阿貝數；而v3代表第三透鏡之阿貝數。

Description

光學系統

本發明主張關於2012年8月8日所申請的韓國專利案號10-2012-0086890的優先權，並在此以引用的方式併入本文中，以作為參考。

本發明實施例係關於一種光學系統。

近來，手機或可攜式通訊終端(mobile communication terminal)係裝設有一小型數位相機或一小型數位影像照相機(digital video camera)，其係應用一固態影像感測器(solid state image sensor)如一電荷耦合元件(charge coupled device，CCD)或一互補金氧半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)影像感測器。如此之影像感測器之尺寸比例逐漸縮小，故應用於其中的光學系統需要具有小尺寸和高效能。

另外，根據習知技藝之一光學系統係包括：第一至第四透鏡；一濾光器；以及一光接收裝置。於此，該第一至第四透鏡係自一物件側(object side)至一影成像側(image side)依序排列。再者，第一及第三透鏡可具有正屈光力(positive refractive power)，而第二及第四透鏡可具有負屈光力(negative refractive power)。此外，第二透鏡之折射率可設計為大於其它透鏡之折射率。

第一透鏡可具有一表面，朝物件側突起；而第二透鏡可具有一表面，朝成像側凹陷。濾光器可包括一紅外線濾光器(infrared filter)，而光接收裝置可包括一CCD影像感測器或一CMOS影像感測器。

上述小型光學系統係由韓國專利案號No.10-2007-0041825所揭露。

本發明實施例係提供一種具有更佳效能之小尺寸光學系統。

為達上述目的，本發明係提供一種光學系統，其係包括：第一至第四透鏡，自一物件側至一成像側依序排列，且滿足第一方程式：1.5<n2<1.55；20<v1<30；且20<v3<30；其中，n2代表該第二透鏡之折射率；v1代表該第一透鏡之阿貝數(abbe number)；而v3代表該第三透鏡之阿貝數。

根據本發明實施例，該光學系統可滿足下述第三方程式：0.8<f1/F<1.2；其中，f1係代表該第一透鏡之一有效焦距(effective focal distance)。

根據本發明實施例，該光學系統可滿足下述第四方程式：φ2<φ1<φ3<φ4；其中，φ1、φ2、φ3、及φ4分別代表該第一透鏡之屈光力、該第二透鏡之屈光力、該第三透鏡之屈光力、以及該第四透鏡之屈光力。

根據本發明實施例，該光學系統可進一步包括於該第一透鏡及該第二透鏡間之一孔徑光闌(aperture)。

根據本發明實施例，該第一至該第三透鏡可具有正屈光力，而該第四透鏡可具有負屈光力。

根據本發明實施例，該第一至該第四透鏡面對物件側之表面以及該第一至第四透鏡面對成像側之表面可為非球面(aspheric surfaces)。

根據本發明實施例，該第一透鏡面對物件側及面對成像側之表面其中至少一表面可包括一繞射圖案(diffractive pattern)。

根據本發明實施例，可以自成像側至物件側之一方向，提供一濾光片於第五透鏡旁。

根據本發明實施例，該第一及該第四透鏡可包括塑膠。

綜上所述，當本發明實施例之光學系統係如上所說明之設計時，可滿足下述第二方程式：1<tt1/F<1.3在第二方程式中，tt1係代表自該第一透鏡面對物件側之一側至成像側面之一距離；而F係代表總有效焦距。

如上所述，自該第一透鏡面對物件側之一側至面對成像側之一側之一距離(亦即根據本發明實施例之光學系統之總長度)可為一極小的值。

據此，根據本發明實施例之光學系統可具有更佳效能及一小尺寸。

10‧‧‧第一透鏡

15‧‧‧孔徑光闌

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

50‧‧‧濾光片

60‧‧‧光接收裝置

R1、R2、R3、R4、R5、R6‧‧‧表面

R7、R8、R9、R10、R11、R12‧‧‧表面

圖1係根據本發明實施例，繪示有一種小型光學系統之內部結構之側視示意圖。

《最佳模式》

以下將配合所附圖式，詳細說明根據本發明示例性實施例之一光學系統。

圖1係根據本發明實施例，繪示有一種小型光學系統之內部結構之側視示意圖。

請參閱圖1，根據本發明實施例之小型光學系統包括：一第一透鏡10；一孔徑光闌15；一第二透鏡20；一第三透鏡30；一第四透鏡40；一濾光片50；以及一光接收裝置60，自一物件側至一成像側依序排列。

為取得一物體之影像，對應影像資訊(image information)之光在通過第一透鏡10、孔徑光闌15、第二透鏡20、第三透鏡30、第四透鏡40、以及濾光片50以後，入射於光接收裝置60。

第一至第三透鏡10、20、30可具有正屈光力，而第四透鏡40可具有負屈光力。

另外，一繞射圖案可形成於該第一至第三透鏡10、20、30其中至少一之一表面上。據此，光學系統之整體效能表現可隨該繞射圖案而改善。

在本例中，第一至第四透鏡10、20、30、40可滿足以下第四方程式。

第四方程式：φ2<φ1<φ3<φ4。

在第四方程式中，φ1、φ2、φ3、及φ4分別代表第一至第四透鏡10、20、30、40之屈光力。

此外，第一至第四透鏡10、20、30、40可包括玻璃或塑膠。較佳地，第一至第四透鏡10、20、30、40可包括塑膠。

第一透鏡10面對一物件側之一表面R1可具有一突起形狀，而第一透鏡10面對一成像側之一表面R2可具有一凹陷形狀。第一透鏡10面對物件側之表面R1及第一透鏡10面對成像側之表面R2可具有一非球面形狀。此外，第一透鏡10可具有一凹凸透鏡(meniscus)形狀。

第一透鏡10之焦距可滿足下述第三方程式。

第三方程式：0.8<f1/F<1.2。

在第三方程式中，f1係代表第一透鏡10之一有效焦距；而F係代表根據本發明實施例之一小型光學系統之一總有效焦距。

另外，第一透鏡10之一阿貝數v1可大於約20。進一步，第一透鏡10之阿貝數v1可落在約20至約30之範圍內。

第二透鏡20可具有一凹凸透鏡形狀。第二透鏡20面對物件側之一表面R4可具有一凹陷形狀，而第二透鏡20面對成像側之一表面R5 可具有一突起形狀。第二透鏡20面對物件側之表面R4及第二透鏡20面對成像側之表面R5可具有一非球面形狀。

第二透鏡20之一折射率n2可落在約1.5至約1.55間之一範 圍內。進一步，第二透鏡20之折射率n2於一直線D(d line)上可為約1.5至約1.55間之一範圍內。

第三透鏡30可具有一凹凸透鏡形狀。第三透鏡30面對物件 側之一表面R6可具有一凹陷形狀，而第三透鏡30面對成像側之一表面R7可具有一突起形狀。第三透鏡30面對物件側之表面R6及第三透鏡30面對成像側之表面R7可具有一非球面形狀。

另外，第三透鏡30之一阿貝數v3可大於約20。進一步， 第三透鏡30之阿貝數v3可落在約20至約30之範圍內。

第四透鏡40可具有一凹凸透鏡形狀。第四透鏡40面對物件 側之一側R8可具有一凹陷形狀，而第四透鏡40面對成像側之一側R9可具有一突起形狀。第四透鏡40面對物件側之側R8及第四透鏡40面對成像側之側R9可具有一非球面形狀。

孔徑光闌15係介於第一透鏡10與物件側之間，或者第一透 鏡10及第二透鏡20之間，以選擇性地匯聚入射光，進而調整焦距。

當孔徑光闌15係介於第一及第二透鏡10、20之間時，孔徑 光闌15可面對第一及第二透鏡10、20，且一繞射圖案可形成於第一及第二透鏡10、20其中一之一表面上(較靠近孔徑光闌15)。此外，當孔徑光闌15介於第一透鏡10與物件側之間時，該繞射圖案可形成於第一透鏡10面對孔徑光闌15之一表面上。據此，因繞射圖案的緣故，可提升光學系統整體效能表現。

濾光片50可包括一紅外線阻隔濾光片50(infrared cut filter； IR cut filter)。此紅外線阻隔濾光片50係用以防止外界光線所產生之輻射熱被傳導至光接收裝置60。

此外，一影像形成於其上之光接收裝置60可包括一影像感 測器以將對應一物體影像之一光學訊號轉換為一電子訊號；該影像感測器可包括一CCD感測器或一CMOS感測器。

根據本發明實施例之小型光學系統係滿足下列第一方程式。

第一方程式：1.5<n2<1.55；20<v1<30；以及20<v3<30。

在第一方程式中，n2代表第二透鏡20之折射率；v1代表第一透鏡10之阿貝數；而v3代表第三透鏡30之阿貝數。

除第一方程式以外，根據本發明實施例之小型光學系統仍可滿足下列第三方程式。

第三方程式：0.8<f1/F<1.2。

在第三方程式中，f1係代表第一透鏡10之一有效焦距；而F係代表根據本發明實施例之小型光學系統之總有效焦距。

除第一方程式、第三方程式以外，根據本發明實施例之小型光學系統尚可滿足下列第四方程式。

第四方程式：φ2<φ1<φ3<φ4。

在第四方程式中，φ1代表第一透鏡10之屈光力、φ2代表第二透鏡20之屈光力、φ3代表第三透鏡30之屈光力、且φ4代表第四透鏡40之屈光力。

因此，根據本發明實施例之小型光學系統可滿足下列第二方程式。

第二方程式：1<tt1/F<1.3。

在第二方程式中，係代表自第一透鏡10面對物件側之表面R1至一成像側面R12之一距離；而F係代表總有效焦距。

根據本發明實施例之小型光學系統依據整體總有效焦距，表現出較小的tt1。也就是說，自第一透鏡10面對物件側之表面R1至一成像側面R12之距離(亦即根據本發明實施例之光學系統之總長度)可為一極 小的值。

因此，根據本發明實施例之光學系統可具有更佳效能及一小尺寸。

實驗實施例

根據本發明實施例之光學系統表現出之光學特性如表1所示。

(標示*者代表非球面表面)

表1中所列之厚度代表各透鏡表面與一相鄰透鏡表面之一距離。

下表2說明根據本發明實施例之非球面透鏡之非球面係數(aspheric surface coefficient)。

表2中，根據本發明實驗實施例之非球面透鏡之一非球面參數(aspheric constant)，可由以下第五方程式取得。

第五方程式：

Z：一光軸方向上自一透鏡頂點之一距離

C：一透鏡之一基礎曲率

Y：在與一光軸相垂直之一方向上之一距離

K：二次曲線常數(conic constant)

A1、A2、A3、A4、A5：非球面參數

根據本發明實驗實施例，各透鏡之非球面形狀係以上述內容決定。

此外，根據本發明實驗實施例，各透鏡之設計係如下列表3所示。

當根據本發明實驗實施例之小型光學系統如上述設計時，該小型光學系統所表現之效能如下列表4所示。

如上所述，若根據本發明實驗實施例之小型光學系統滿足第一方程式及第三、四式，可取得tt1和F之值以使該小型光學系統滿足第二方程式。

據此，根據本發明實施例之小型光學系統之設計如第一方程式及第三、四式所示，故此小型光學系統可具有更佳效能及一小尺寸。

雖然參考實施例之許多說明性實施例來說明實施例，顯而易見，熟習此項技藝者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其它修改及實施例。更特別地，在本發明之揭示內容、圖式及所附申請專利範圍之範疇內，所主張組合配置之零部件及/或配置的各種變化及修改是可能的。對於熟悉此項技術者而言，除了零部件及/或配置之變化及修改外，替代用途亦屬顯而易見。

10‧‧‧第一透鏡

15‧‧‧孔徑光闌

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

50‧‧‧濾光片

60‧‧‧光接收裝置

R1、R2、R3、R4、R5、R6‧‧‧表面

R7、R8、R9、R10、R11、R12‧‧‧表面

Claims (13)

1. 一種光學系統，包括：一第一透鏡至一第四透鏡，自一物件側(object side)至一成像側(image side)依序排列；其中一繞射圖案形成於該第一透鏡至該第三透鏡其中至少一者之一表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，其中該光學系統滿足第一方程式：1.5<n2<1.55；20<v1<30；且20<v3<30；其中，n2代表該第二透鏡之一折射率；v1代表該第一透鏡之一阿貝數；而v3代表該第三透鏡之一阿貝數。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學系統，其中該光學系統滿足第二方程式：1<tt1/F<1.3其中，tt1代表自該第一透鏡面對該物件側之一表面至一成像側面之一距離；而F代表一總有效焦距。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學系統，其中該光學系統滿足下述第三方程式：0.8<f1/F<1.2； 其中，f1代表該第一透鏡之一有效焦距。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學系統，其中該光學系統滿足下述第四方程式：φ2<φ1<φ3<φ4；其中，φ1、φ2、φ3、及φ4分別代表該第一透鏡之屈光力、該第二透鏡之屈光力、該第三透鏡之屈光力、以及該第四透鏡之屈光力。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學系統，更包括一孔徑光闌於該第一透鏡及該第二透鏡之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學系統，其中該繞射圖案係面對該孔徑光闌，且形成於較靠近該孔徑光闌之一透鏡之一表面上。
8. 如申請專利範圍第5項所述之光學系統，其中該第一透鏡至該第三透鏡具有正屈光力，而該第四透鏡具有負屈光力。
9. 如申請專利範圍第5項所述之光學系統，其中該第一透鏡至該第四透鏡面對該物件側之表面以及該第一透鏡至該第四透鏡面對該成像側之表面為非球面。
10. 如申請專利範圍第5項所述之光學系統，更包括一濾光片，設置在由該物件側往該成像側之方向上的該第五透鏡旁。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，其中該第一透鏡至該 第四透鏡包括塑膠。
12. 如申請專利範圍第5項所述之光學系統，更包括一孔徑光闌於物件側與該第一透鏡之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學系統，其中該繞射圖案形成於該第一透鏡面對該孔徑光闌之一表面上。