CN101178472A

CN101178472A - 摄影光学系统

Info

Publication number: CN101178472A
Application number: CNA2006101378785A
Authority: CN
Inventors: 陈俊杉; 汤相岐
Original assignee: Largan Precision Co Ltd
Current assignee: Largan Precision Co Ltd
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: CN100547446C

Abstract

一种摄影光学系统，由三枚具屈折力的透镜所构成，由物侧至像侧依序为：一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面设置有非球面；一具负屈折力的塑料第二透镜，其前表面为凹面、后表面为凸面，且其前表面、后表面都设置有非球面；一具正屈折力的塑料第三透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面、后表面都设置有非球面；其中，该摄影光学系统的光圈设置于该第一透镜与该第二透镜之间；该摄影光学系统中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，整体摄影光学系统的焦距为f，满足以下关系式：f/f1＞0.95；|f/f2|＞0.34；藉此透镜结构及排列方式可以有效缩小镜组体积、降低光学系统的敏感度，更能同时获得较高的解像力。

Description

摄影光学系统

技术领域

本发明涉及一种光学系统，特别是一种应用于照相手机的小型化摄影光学系统。

背景技术

最近几年来，随着手机相机的兴起，小型化摄影镜头的需求日渐提高，而一般摄影镜头的感光组件不外乎是CMOS或CCD两种，由于半导体制程技术的进步，使得感光组件的画素面积缩小，小型化摄影镜头逐渐往高画素领域发展，因此，对成像质量的要求也日益增加。

常见的手机镜头，多采用三枚式镜片结构，其从物侧至像侧依序为一具正屈折力的第一透镜，一具负屈折力的第二透镜及一具正屈折力的第三透镜，构成所谓的Triplet型式。而为了修正像差，一般会采用前置光圈的形式，但前置光圈的配置会使得杂散光增多，同时光学系统的敏感度也较大。

发明内容

为了获得良好的影像质量并有效降低光学系统的敏感度，本发明提供一种由三枚透镜构成的全新的光学系统，其要旨如下：

一摄影光学系统，由三枚具屈折力的透镜所构成，由物侧至像侧依序为：

一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面设置有非球面；

一具负屈折力的塑料第二透镜，其前表面为凹面、后表面为凸面，且其前表面、后表面都设置有非球面；

一具正屈折力的塑料第三透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面、后表面都设置有非球面；

其中，该摄影光学系统的光圈设置于该第一透镜与该第二透镜之间，用于控制光学系统的亮度；

在本发明摄影光学系统中，系统的屈折力主要由具正屈折力第一透镜提供，具负屈折力的第二透镜的功用主要为修正色差，而第三透镜作用如补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各项像差。

在本发明摄影光学系统中，具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，具负屈折力的第二透镜，其前表面为凹面，后表面为凸面，而具正屈折力的第三透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面，藉由以上的配置，可以有效提高成像质量。

藉由第一透镜提供强大的正屈折力，并将光圈置于接近光学系统的物体侧，将使得摄影光学系统的出射瞳(Exit Pupil)远离成像面，因此，光线将以接近垂直入射的方式入射在感光组件上，此即为像侧的Telecentric特性，此特性对于时下固态感光组件的感光能力是极为重要的，将使得感光组件的感光敏感度提高，减少光学系统产生暗角的可能性。而在第三透镜上设置有反曲点，将更有效地压制离轴视场的光线入射于感光组件上的角度。此外，在广角光学系统中，特别需要对歪曲(Distortion)以及倍率色收差(Chromatic Aberration of Magnification)做修正，其方法为将光圈置于系统光屈折力的平衡处，而本发明的摄影光学系统将光圈置于第一透镜与第二透镜之间，其目的为欲在Telecentric及广视场角的特性中取得平衡。再者，前述的光圈设置位置将有效减低光线在各镜片上的折角，因此可以降低光学系统的敏感度。

随着照相手机镜头小型化的趋势，以及系统需涵盖广泛的视角，使得光学系统的焦距变得很短，在这种情况下，镜片的曲率半径以及镜片的大小都变得很小，以传统玻璃研磨的方法将难以制造出上述的镜片，因此，在镜片上采用塑料材质，藉由射出成型的方式制作镜片，可以用较低廉的成本生产高精密度的镜片；并于镜面上设置非球面，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变量，用以消减像差，进而缩减镜片使用的数目，因此可以有效降低光学系统的总长度。

在本发明的摄影光学系统中，第二透镜的色散系数(Abbe number)为V2，其满足以下关系：

V2＜40

V2满足此关系可以有效修正系统产生的色差，提高摄影光学系统的解像力。

进一步来说，使第二透镜的色散系数(Abbe number)V2满足以下关系则较为理想：

V2＜28

更进一步来说，使第二透镜的色散系数(Abbe number)V2满足以下关系则更为理想：

V2＜25。

在本发明的摄影光学系统中，第一透镜的色散系数(Abbe number)为V1，第三透镜的色散系数(Abbe number)为V3，其满足以下关系：

V1＞50

V3＞50；

V1、V3满足此关系可以有效修正系统产生的色差。进一步来说，使第一透镜的色散系数(Abbe number)V1满足以下关系则较为理想：

V1＞58。

在本发明摄影光学系统中，第二透镜的折射率为N2，满足以下关系：

N2＜1.65

若第二透镜的折射率高于上述的上限值，则不容易找到适合的光学塑料材质与光学系统匹配。

在本发明的摄影光学系统中，第一透镜的焦距为f1，整体摄影光学系统的焦距为f，两者满足以下关系式：

f/f1＞0.95。

藉由上述的关系可以提供光学系统足够的屈折力，并且可以缩短光学系统的总长度。进一步来说，使f/f1满足以下关系则更为理想：

f/f1＞1.2

更进一步来说，使f/f1满足以下关系则更为理想：

f/f1＞1.25。

在本发明摄影光学系统中，第二透镜的焦距为f2，整体摄影光学系统的焦距为f，两者满足以下关系式：

|f/f2|＞0.34

|f/f2|＜0.9；

若|f/f2|小于上述的下限值，则摄影光学系统的色差将难以修正，而若|f/f2|大于上述的上限值，则摄影光学系统的总长度将过长，此与摄影光学系统小型化的目标相违背。

在本发明摄影光学系统中，第三透镜的焦距为f3，整体摄影光学系统的焦距为f，两者满足以下关系式：

f/f3＜0.25

第三透镜作用如补正透镜，其功能为平衡及修正系统所产生的各项像差，若f/f3大于上述的上限值，则摄影光学系统的后焦距(Back Focal Length)将过短。

在本发明摄影光学系统中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，两者满足以下关系：

0＜R1/R2＜0.5

当R1/R2低于上述的下限值，摄影光学系统产生的像散(Astigmatism)将难以修正，另一方面，当R1/R2高于上述的上限值，对于摄影光学系统中的球差(Sphericalaberration)的修正较为困难。若使R1/R2满足以下关系，则较为理想：

0.1＜R1/R2＜0.2。

在本发明摄影光学系统中，第三透镜后表面有效径位置的镜面角度为ANG32，满足以下关系式：

ANG32＜-30[deg]

其镜面角度的方向定义为：“当周边有效径位置的镜面角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径位置的镜面角度向物侧倾斜则定义为负”。

在本发明摄影光学系统中，第三透镜后表面有效径位置的镜面高度为SAG32，满足以下关系式：

SAG32＜-0.2[mm]

镜面高度的方向定义为：“当周边有效径高度朝向像侧则定义为正；有效径高度朝向物侧则定义为负”。镜面高度满足上述关系可以有效缩小光线入射感光组件的角度并且增强系统修正轴外像差的能力。

在本发明摄影光学系统中，第二透镜的中心厚度为CT2，第一透镜的周边厚度为ET1，满足以下关系：

CT2＜0.4[mm]

ET1＜0.4[mm]：

周边厚度定义为：“镜片前表面及后表面有效径位置间的距离投影于光轴上的长度”。周边厚度满足上述关系可以降低整体光学系统的高度，并且可以有效提升影像质量。

在本发明摄影光学系统中，第二透镜与第三透镜之间的镜间距为T23，满足以下关系：

T23＞0.2[mm]

前述关系可以有效修正光学系统的轴外像差。进一步来说，使T23满足以下关系则更为理想：

T23＞0.38[mm]

在本发明摄影光学系统中，于第一透镜的后表面设置有反曲点，如此可以有效提升影像质量。

在本发明摄影光学系统中，该摄影光学系统的被摄物成像于电子感光组件，且摄影光学系统的总长为TL，摄影光学系统的成像高度为ImgH，满足以下关系：

TL/ImgH＜2.05

上述关系可以维持摄影光学系统小型化的特性。

本发明的有益效果是：本发明为一摄影光学系统，藉此透镜结构及排列方式可以有效缩小镜组体积，降低光学系统的敏感度，更能同时获得较高的解像力。

附图说明

图1实施例一的光学系统示意图。

图2实施例一的像差曲线图。

图3实施例二的光学系统示意图。

图4实施例二的像差曲线图。

第一透镜10，前表面11，后表面12，第二透镜20，前表面21，后表面22，第三透镜30，前表面31，后表面32，摄影光学系统的光圈40，红外线滤除滤光片(IR Filter)50，感光组件保护玻璃(Sensor Cover Glass)60，成像面70。

第一透镜的色散系数(Abbe number)V1

第二透镜的色散系数(Abbe number)V2

第三透镜的色散系数(Abbe number)V3

第二透镜的折射率N2

第一透镜的焦距f1

第二透镜的焦距f2

第三透镜的焦距f3

整体摄影光学系统焦距f

第一透镜的前表面曲率半径R1

第一透镜的后表面曲率半径R2

第三透镜后表面有效径位置的镜面角度ANG32

第三透镜后表面有效径位置的高度SAG32

第二透镜与第三透镜之间的镜间距T23

第二透镜的中心厚度CT2

第一透镜的周边厚度ET1

摄影光学系统的总长TL

摄影光学系统的成像高度ImgH

具体实施方式

实施例1

本发明实施例1请参阅图1，实施例1的像差曲线请参阅图2。实施例1的摄影光学系统主要构造由三枚具屈折力的镜片所构成，由物侧至像侧依序为：

一具正屈折力的第一透10，其前表面11为凸面，后表面12为凹面，其材质为塑料，其前表面11、后表面12都为非球面，且其后表面12设置有反曲点；

一具负屈折力的第二透镜20，其前表面21为凹面，后表面22为凸面，其材质为塑料，且其前表面21、后表面22都为非球面；

再者为一具正屈折力的第三透镜30，其前表面31为凸面，后表面32为凹面，其材质为塑料，其前表面31、后表面32都为非球面，且第三透镜30设置有反曲点；

一光学系统的光圈40，位于第一透镜10与第二透镜20之间，用于控制光学系统的亮度；

另包含有一红外线滤除滤光片50(IR Filter)，置于第三透镜30之后，其不影响系统的焦距；

另包含有一感光组件保护玻璃60(Sensor Cover Glass)，置于红外线滤除滤光片50之后，其不影响系统的焦距；

一成像面70，置于感光组件保护玻璃60之后。

所述的非球面曲线的方程式表示如下：

X(Y)＝(Y²/R)/(1+sqrt(1-(1+k)*(Y/R)²))+A₄*Y⁴+A₆*Y⁶+…

其中：

X：镜片的截面距离

Y：非球面曲线上的点距离光轴的高度

k：锥面系数

A₄、A₆、……：4阶、6阶、……的非球面系数。

实施例1的摄影光学系统中，第一透镜的色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜的色散系数为V2，第三透镜的色散系数为V3，其关系为：V1＝60.3、V2＝26.6、V3＝55.8。

实施例1的摄影光学系统中，第二透镜的折射率为N2，其关系为：N2＝1.606。

实施例1的摄影光学系统中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，整体摄影光学系统的焦距为f，其关系为：f/f1＝1.26、|f/f2|＝0.36、f/f3＝0.15。

实施例1的摄影光学系统中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，其关系为：R1/R2＝0.13。

实施例1的摄影光学系统中，第三透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG32，其关系为：ANG32＝-34.1[deg.]。

镜面角度的方向定义为：“当周边有效径角度向像侧倾斜则定义为正、当周边有效径角度向物侧倾斜则定义为负”。

实施例1的摄影光学系统中，第三透镜后表面有效径高度为SAG32，其关系为：SAG32＝-0.25[mm]。

有效径高度的方向定义为：“当周边有效径高度朝向像侧，则定义为正；有效径高度朝向物侧，则定义为负”。

实施例1的摄影光学系统中，第一透镜的周边厚度为ET1，第二透镜的中心厚度为CT2，第二透镜与第三透镜之间的镜间距为T23，其关系为：ET1＝0.400[mm]、CT2＝0.400[mm]、T23＝0.403[mm]。

周边厚度定义为：“镜片前表面及后表面有效径位置间的距离投影于光轴上的长度”。

实施例1摄影光学系统中，摄影光学系统的总长为TL，摄影光学系统的成像高度为ImgH，其关系为：TL/ImgH＝1.94。

实施例1详细的结构数据如表1所示，其非球面数据如表2所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。

实施例2

本发明实施例2请参阅图3，实施例2的像差曲线请参阅图4。实施例2的摄影光学系统主要构造由三枚具屈折力的镜片所构成，由物侧至像侧依序为：

一具正屈折力的第一透镜10，其前表面11为凸面，后表面12为凹面，其材质为塑料，且其前表面11、后表面12都为非球面；

一成像面70，置于感光组件保护玻璃60之后。

实施例2非球面曲线的方程式与同实施例1相同。

实施例2摄影光学系统中，第一透镜的色散系数(Abbe Number)为V1，第二透镜的色散系数为V2，第三透镜的色散系数为V3，其关系为：V1＝60.3、V2＝23.4、V3＝55.8。

实施例2摄影光学系统中，第二透镜的折射率为N2，其关系为：N2＝1.632。

实施例2摄影光学系统中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，整体摄影光学系统的焦距为f，其关系为：f/f1＝1.22、|f/f2|＝0.44、f/f3＝0.24。

实施例2摄影光学系统中，第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，其关系为：R1/R2＝0.27。

实施例2摄影光学系统中，第三透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG32，其关系为：ANG32＝-39.6[deg.]。

镜面角度ANG32的方向定义与实施例1相同。

实施例2摄影光学系统中，第三透镜后表面有效径高度为SAG32，其关系为：SAG32＝-0.14[mm]。

有效径高度SAG32的方向定义与实施例1相同。

实施例2摄影光学系统中，第一透镜的周边厚度为ET1，第二透镜的中心厚度为CT2，第二透镜与第三透镜之间的镜间距为T23，其关系为：ET1＝0.359[mm]、CT2＝0.350[mm]、T23＝0.070[mm]。

周边厚度的定义与实施例1相同。

实施例2摄影光学系统中，摄影光学系统的总长为TL，摄影光学系统的成像高度为ImgH，其关系为：TL/ImgH＝2.03。

实施例2详细的结构数据如同表3所示，其非球面数据如同表4所示，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，HFOV定义为最大视角的一半。在此先行述明，表1至表4所示为摄影光学系统实施例的不同数值变化表，然本发明各个实施例的数值变化都属实验所得，即使使用不同数值，相同结构的产品仍应属于本发明的保护范畴。表5为各个实施例对应本发明相关方程式的数值资料。

综上所述，本发明为一摄影光学系统，藉此透镜结构及排列方式可以有效缩小镜组体积，降低光学系统的敏感度，更能同时获得较高的解像力。所以本发明在申请日之前并未曾见于诸刊物，也未曾被公开使用，因此本发明应具有新颖性、创造性。

表1

表2

表3

表4

表5

Claims

1.一种摄影光学系统，由三枚具屈折力的透镜所构成，其特征在于，所述的摄影光学系统由物侧至像侧依序为：

a)一具正屈折力的第一透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面设置有非球面；

b)一具负屈折力的塑料第二透镜，其前表面为凹面、后表面为凸面，且其前表面、后表面都设置有非球面；

c)一具正屈折力的塑料第三透镜，其前表面为凸面、后表面为凹面，且其前表面、后表面都设置有非球面；以及

d)另设有一光圈，设置于该第一透镜与该第二透镜之间，用于控制光学系统的亮度；

在所述摄影光学系统中，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，整体摄影光学系统的焦距为f，满足以下关系式：

f/f1＞0.95

|f/f2|＞0.34。

2.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的材质为塑料，且其后表面为非球面，另该第三透镜上设置有反曲点。

3.根据权利要求2所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜的色散系数为V2，满足以下关系式：

V2＜40。

4.根据权利要求3所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜的色散系数为V2，满足以下关系式：

V2＜28。

5.根据权利要求4所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜的色散系数为V2，满足以下关系式：

V2＜25。

6.根据权利要求5所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜的折射率为N2，满足以下关系式：

N2＜1.65。

7.根据权利要求4所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，两者满足以下关系式：

0＜R1/R2＜0.5。

8.根据权利要求7所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的前表面曲率半径为R1，第一透镜的后表面曲率半径为R2，两者满足以下关系式：

0.1＜R1/R2＜0.2。

9.根据权利要求4所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第三透镜后表面的有效径位置的镜面角度为ANG32，满足以下关系式：

ANG32＜-30deg.。

10.根据权利要求9所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第三透镜后表面有效径高度为SAG32，满足以下关系式：

SAG32＜-0.2mm。

11.根据权利要求4所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜的中心厚度为CT2，满足以下关系式：

CT2＜0.4mm。

12.根据权利要求11所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的周边厚度为ET1，满足以下关系式：

ET1＜0.4mm。

13.根据权利要求12所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜与该第三透镜间的镜间距为T23，满足以下关系式：

T23＞0.2mm。

14.根据权利要求13所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜与该第三透镜间的镜间距为T23，满足以下关系式：

T23＞0.38mm。

15.根据权利要求2所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的焦距为f1，整体摄影光学系统的焦距为f，两者满足以下关系式：

f/f1＞1.2。

16.根据权利要求15所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的焦距为f1，整体摄影光学系统的焦距为f，两者满足以下关系式：

f/f1＞1.25。

17.根据权利要求16所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜的色散系数为V2，满足以下关系式：

V2＜28。

18.根据权利要求7所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第二透镜的焦距为f2，整体摄影光学系统的焦距为f，两者满足以下关系式：

|f/f2|＜0.9。

19.根据权利要求7所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第三透镜的焦距为f3，整体摄影光学系统焦距为f，两者满足以下关系式：

f/f3＜0.25。

20.根据权利要求7所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的色散系数为V1，该第三透镜的色散系数为V3，满足以下关系式：

V1＞50

V3＞50。

21.根据权利要求20所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的色散系数为V1，满足以下关系式：

V1＞58。

22.根据权利要求7所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的第一透镜的后表面设置有反曲点。

23.根据权利要求4所述的摄影光学系统，其特征在于，所述的光学系统的被摄物成像于电子感光组件，且摄影光学系统的总长为TL，摄影光学系统的成像高度为ImgH，两者满足以下关系式：

TL/ImgH＜2.05。