TWI514023B - 光學系統 - Google Patents

Description

光學系統

本發明係主張關於2011年08月31日申請之韓國專利案號No.10--2011-0088194之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。

本發明係關於一種光學系統。

近來，行動電話或移動式通訊終端配置了應用固態光影像感應器，例如：電荷耦合元件(CCD)或互補式金氧電晶體(CMOS)的影像感應器。如此之影像感應器的尺寸已呈比例縮小，因此用於影像感應器之光學系統需為小尺寸及具有高性能。

另外，根據習知技術的一光學系統包含一第一至一第四透鏡、一濾光片、以及一光接收裝置。於此，第一到第四透鏡係由物體側依序向上排列。另外，第一及第三透鏡具有正屈光率，而第二和第四透鏡具有負屈折率。另外，第二透鏡可被設計成為其屈光率為大於其它透鏡的屈光率。

具有凸面表面的第一透鏡面向物體側，而具有凹面表面的第二透鏡面向成像側。濾光片可包含一紅外線濾光片，以及光接收裝置可包含CCD影像感應器或CMOS影像感應器。

上述小型光學系統係揭示於韓國專利申請案No. 10-2007-0041825。

本發明係提供一種光學系統，其表現改善的性能及小尺寸。

根據實施例，提供了一光學系統，其包含第一到第五透鏡，該些透鏡係由一物體側到成像側依序排列，其中該光學系統滿足以下數學式1，數學式1 1.5<n2<1.55 50<v2<70 20<v3<30

其中n2表示第二透鏡之折射率(refractive index)，v2表示一第二透鏡之阿貝數(abbe number)，以及v3表示一第三透鏡之阿貝數。

根據實施例，光學系統滿足以下數學式3，數學式3 0.8<f1/F<1.2

其中f1表示該第一透鏡之有效焦距。

根據實施例，光學系統滿足以下數學式4，數學式4 φ 4>φ 1>φ 2

其中φ 1、φ 2、以及φ 4分別表示第一透鏡之屈光率、第二透鏡之屈光率、以及第四透鏡之屈光率。

根據實施例，光學系統可進一步包含一光圈係插設於第一及第二透鏡之間。

根據實施例，第一、第二、以及第四透鏡具有正屈光率，而該第三及第五透鏡具有負屈光率。

根據實施例，第一到第五透鏡面向物體側之一側以及第一到第五透鏡面向成像側之一側可為非球形表面。

如上所述，當實施例之光學系統具有以上所述之設計時，光學系統可滿足以下數學式2。

數學式2 1<ttl/F<1.3

於數學式2中，ttl表示從第一透鏡10面向物體的一側R1至一側R14的距離，而F表示總有效焦距。

如上所述，由第一透鏡10面向物體側者之一側到第一透鏡10面向成像側之一側R14之距離，亦即，根據實施例之光學系統之總長度為非常小數值。

因此，根據實施例之光學系統代表改善的性能及小尺寸。

為了讓本發明之上述光感應器更明顯易懂，下文將配合所附圖式，詳細舉例說明本發明較佳實施例如下。

圖1為根據本實施例之小型光學系統之內部結構的側剖視圖。

參照圖1，根據本實施例之小型光學系統包含一第一透鏡10、一光圈15、一第二透鏡20、一第三透鏡30、一第四透鏡40、一第五透鏡50、一濾光片60、以及一光接收裝置70，其係從一物體側到一成像側依序排列。

為獲得一物體之成像，在光穿越一第一透鏡10、一光圈15、一第二透鏡20、一第三透鏡30、一第四透鏡40、一第五透鏡50、以及一濾光片60之後，對應成像資訊的該光線係入射到光接收裝置70。

第一及第二透鏡10、20具有一正屈光率、第三透鏡30具有一負屈光率、以及第四透鏡40具有一正屈光率。第五透鏡 50具有一負屈光率。

於此，第一透鏡10、第二透鏡20、以及第四透鏡40可滿足以下數學式4。

數學式4 φ 4>φ 1>φ 2

於數學式4，φ 1、φ 2、以及φ 4分別表示第一透鏡10之屈光率、第二透鏡20之屈光率、以及第四透鏡40之屈光率。

另外，第一透鏡10到第五透鏡50之材質可包含玻璃及塑膠。

第一透鏡10面向一物體側的一側R1具有凸面形狀，而第一透鏡10面向成像側的一側R2具有凹面形狀。第一透鏡10面向物體側之該側R1及第一透鏡10面向成像側之該側R2具有一非球形表面。另外，第一透鏡10具有彎月形(meniscus shape)。

第一透鏡10之焦距可滿足以下數學式3。

數學式3 0.8<f1/F<1.2

於數學式3中，f1表示第一透鏡10之有效焦距，而F表 示根據實施例之小型光學系統之總焦距(whole focal distance)。

進一步，第一透鏡10之焦距可滿足以下數學式5。

數學式5 0.9<f1/F<1.1

第二透鏡20具有彎月形。第二透鏡20面向物體側之一側R4可具有一凹面形狀，而第二透鏡20面向成像側之一側R5可具有一凸面形狀。此外，第二透鏡20面向物體側之該側R4及第二透鏡20面向成像側之該側R5可具有一非球形表面。

第二透鏡20之折射率n2可在約1.5到約1.55之間的範圍內。詳細而言，以一直線d為基準，第二透鏡20之折射率n2可在約1.5到約1.55之間的範圍內。更詳細而言，第二透鏡20之折射率n2可在約1.54到約1.55之間的範圍內。

另外，第二透鏡20之阿貝數可大於約50。詳細而言，第二透鏡20之阿貝數v2可在約50到約70之間的範圍內。更詳細而言，第二透鏡20之阿貝數可落在約55到約65之間的範圍內。

第三透鏡30之兩側可具有一凹面形狀。第三透鏡30面向 物體側之一側R6可具有一凹面形狀，而第三透鏡30面向成像側之一側R7可具有一凹面形狀。此外，第三透鏡30面向物體側之該側R6及第三透鏡307面向成像側之該側R7可具有一非球形表面。

第三透鏡30之阿貝數v3可在約20到約30之間的範圍內。更詳細而言，第三透鏡30之阿貝數v3可在約23到約27之間的範圍內。

第四透鏡40可具有一彎月形。第四透鏡40面向物體側的一側R8可具有一凹面形狀，而第四透鏡40面向成像側的一側R9可具有一凸面形狀。第四透鏡40面向物體側的該側R8及第四透鏡40面向成像側之該側R9可具有一非球形表面。

第五透鏡50具有至少一非球形反曲點(aspheric inflection point)。

於此，至少一非球形反曲點可形成於第五透鏡50面向物體側之一側R10。此外，至少一非球形反曲點可形成於第五透鏡50面向成像側之一側R50。係形成於第五透鏡50的非球形反曲點可調整入射到光接收裝置70之主要光線入射角的最大值。

當作為一成像表面R14的光接收裝置70為電荷耦合元件(CCD)或互補式金氧電晶體(CMOS)時，存在有一確保光線入射 到每一畫素之入射量的角度。當使用不同的角度於畫素時，光線入射量不能確保，遮蔽現象發生，則成像外圍部份變暗。

因此，根據實施例，藉由在第五透鏡50面向成像側的一側R11形成非球形反曲點來調整主射線之入射角的最大值，因而防止像螢幕(image screen)之外圍部份變暗。

光圈15係插設於第一透鏡10及第二透鏡20之間以選擇性匯聚入射光線以調整焦距。

濾光片60可包含一紅外線截止濾光片(IR cut filter))60。IR截止濾光片60防止輻射熱，其中該輻射熱由外來光線釋出，該輻射熱源被傳送到光接收裝置70。換言之，紅外線截止濾光片60可透射可見光，以及反射紅外線，使紅外線被釋出。

另外，於其中形成影像的光接收裝置70可包含一影像感應器以轉換一光學訊號，其係對應於一物體之影像，並將其轉換成一電子訊號，以及影像感應器可包含一CCD感應器或一CMOS感應器。

根據實施例之小型光學系統滿足以下數學式1。

數學式1 1.5<n2<1.55

50<v2<70

20<v3<30

於數學式1中，n2表示第二透鏡20之折射率，v2表示第二透鏡20之阿貝數，而v3表示第三透鏡30之阿貝數。

除了數學式1，根據實施例之小型光學系統可滿足以下數學式3。

數學式3 0.8<f1/F<1.2

根據實施例之小型光學系統，於數學式3，f1表示第一透鏡10之有效焦距，而F表示總有效焦距。

除了數學式1及3，根據實施例之小型光學系統可滿足以下數學式4。

數學式4 φ 4>φ 1>φ 2

於數學式4中，φ 1表示第一透鏡10之屈光率，φ 2表示第二透鏡20之屈光率，而φ 4表示第四透鏡40之屈光率。

因此，根據實施例之小型光學系統可滿足以下數學式2。

數學式2 1<ttl/F<1.3

於數學式2中，ttl表示從第一透鏡10面向物體的一側R1至一側R14的距離，而F表示總有效焦距。

根據實施例，以總有效焦距而言，光學系統顯示較低的ttl數值。換言之，從第一透鏡10面向物體側之該側R1到第一透鏡10面向成像側的一側R14之距離，亦即，根據實施例之光學系統之總長度可出現一非常小數值。

因此，根據實施例，光學系統代表示在非常小尺寸中改善的性能。

實驗樣品

根據實驗樣品之小型光學系統之光學特性係呈現於表1。

於表1中的厚度表示由每一透鏡表面到下一個透鏡表面之距離。

根據實施例，表2顯示非球形透鏡之非球形表面係數。

表2

表2實驗樣品之非球形透鏡之非球形表面係數乃根據以下數學式6獲得。

Z：從在光軸方向之透鏡頂點的距離

C：透鏡基本曲率

Y：在垂直光軸方向的距離

K：二次曲線常數(conic constant)

A1、A2、A3、A4、A5：非球形係數

根據實驗樣品，每一透鏡之非球形形狀如上所述。

另外，根據實驗樣品，每一透鏡之設計呈現於表3。

如上所述，如果根據實驗樣品之小型光學系統滿足數學式1及數學式3到5，於是小型光學系統滿足數學式2，則可獲得ttl及F數值。

因此，根據本實施例設計之小型光學系統呈現於數學式1及數學式3到5，小型光學系統呈現改善的性能及小尺寸。

雖然本發明所揭露之實施方式如上，惟所述之內容並非用以直接限定本發明之專利保護範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之運用原則和範圍的前提下，可以在實施的元件的變更或整體透鏡組之排列或透鏡組之組成細節上作些許之更動。本發明之專利保護範圍，仍須以所附之申請專利範圍所界定者為準。另外，元件的變更及/或整體透鏡組之排列，對任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，亦將因此而更加容易運用。

10‧‧‧第一透鏡

15‧‧‧光圈

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

50‧‧‧第五透鏡

60‧‧‧濾光片

70‧‧‧光接收裝置

R1~R14‧‧‧側

圖1為根據本實施例之小型光學系統之內部結構的側剖視圖。

10‧‧‧第一透鏡

15‧‧‧光圈

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

50‧‧‧第五透鏡

60‧‧‧濾光片

70‧‧‧光接收裝置

R1~R14‧‧‧側

Claims (8)

1. 一種光學系統，包含：一第一到一第五透鏡，從一物體側到一成像側依序排列該些透鏡，一光圈插設於該第一透鏡及該第二透鏡之間，其中該光學系統滿足以下數學式1，數學式1 1.5<n2<1.55 50<v2<70 20<v3<30其中n2表示該第二透鏡之折射率，v2表示該第二透鏡之阿貝數，而v3表示該第三透鏡之阿貝數，其中該光學系統滿足以下數學式4，數學式4 φ 4>φ 1>φ 2其中φ 1、φ 2、以及φ 4分別表示該第一透鏡之屈光率、該第二透鏡之屈光率、以及第四透鏡之屈光率。
2. 根據申請專利範圍第1項之光學系統，其中該光學系統滿足以下數學式2，數學式2 1<ttl/F<1.3其中ttl表示從該第一透鏡面向該物體側之一側(R1)到一側(R14)之距離，而F表示一總有效焦距。
3. 根據申請專利範圍第2項之光學系統，其中該光學系統滿足以下數學式3，數學式3 0.8<f1/F<1.2其中f1表示該第一透鏡之一有效焦距。
4. 根據申請專利範圍第1項之光學系統，其中該第一透鏡、該第二透鏡、以及該第四透鏡具有正屈光率，而該第三透鏡及該第五透鏡具有負屈光率。
5. 根據申請專利範圍第4項之光學系統，其中該第一透鏡到該第五透鏡面向該物體側之一側以及該第一透鏡到該第五透鏡面向該成像側之一側係為非球形表面。
6. 根據申請專利範圍第1項之光學系統，其中該第四透鏡具有一彎月形。
7. 根據申請專利範圍第1項之光學系統，其中該第五透鏡包含至少一非球形反曲點。
8. 根據申請專利範圍第1項之光學系統，其進一步包含一濾光片及一光接收裝置，其中該濾光片及該光接收裝置係 設置於該物體側到該成像側，並與該第五透鏡相鄰。