CN102478702A - 薄型光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄型光学系统，其沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含：具有正屈光力双凸的第一透镜，其物侧光学面及像侧光学面皆为非球面；具有负屈光力的第二透镜，其物侧光学面为凹面、像侧面为凸面，且物侧光学面及像侧光学面皆为非球面，其中，物侧光学面或像侧光学面可设有至少一个反曲点；另可设置光圈与设置于成像面处的影像感测组件，以供被摄物成像；该薄型光学系统满足特定的条件。据此，本发明可有效缩短光学系统的长度及降低光学系统的敏感度，达到薄型化的功能，以应用于小型相机、手机等更为薄型化的使用需求。

Description

薄型光学系统

技术领域

本发明涉及一种薄型光学系统，特别是关于一种应用于电子产品上的小型化薄型光学系统。

背景技术

由于科技的进步，现在的电子产品发展的趋势主要为朝向小型化，例如小型或薄型的数码相机Digital Still Camera、网络相机Web camera、移动电话镜头mobile phone camera等，高分辨率且高成像质量虽为用户的需求，但小型且薄型化更是使用者的迫切需求。

在小型电子产品的光学系统，现有二镜片式、三镜片式、四镜片式及五镜片式以上的不同设计，然而以成本考虑，二镜片式使用的透镜较少，其成本较具优势。在小型数码相机、网络相机、移动电话镜头等产品，其光学系统要求小型化、焦距短、像差调整良好；以正屈光力的第一透镜、正屈光力的第二透镜或其他组合的设计，最可能达到小型化的需求，如美国专利US7,110,190、US7,088,528、US2004/0160680；欧洲专利EP1793252；日本专利公开号JP2007-156031、JP2006-154517；台湾专利TWM320680、TWM350713、TWI232325；中国专利CN101046544等。然而，这些专利所公开的光学系统，其镜头总长仍应进一步再缩小；对于用户需求之小型光学系统设计，如美国专利US2006/0221467、日本专利JP2005121685、JP2006154517日本专利JP20040281830、台湾专利公开TW201015137使用正-负或负-正屈光力的组合，使镜头长度降低。但这些现有的技术中，采用直接缩短后焦距，虽可有效缩短镜头总长，但需付出调焦困难、像差修正不良或成像畸变难以降低的缺点。

发明内容

为此，本发明提出更实用性的设计，在缩短光学系统同时，利用二个透镜的屈光力、凸面与凹面的组合，除有效缩短光学系统的总长度外，进一步可提高成像质量，以应用于小型电子产品上。

本发明主要目的在于提供一种薄型光学系统，沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含：第一透镜与第二透镜；其中，第一透镜为双凸透镜，为具有正屈光力，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面所构成；其中，第二透镜为具有负屈光力，第二透镜物侧光学面为凹面、第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；该薄型光学系统满足下列关系式之一或其组合：

v₂＜25                (1)

N₂＜1.75              (2)

-2.0＜f/f₂＜-0.5      (3)

1.2＜R₂/R₃＜2.5       (4)

其中，该第二透镜之色散系数为v₂，该第二透镜之折射率为N₂，该薄型光学系统之焦距为f，该第二透镜之焦距为f₂；该第一透镜像侧光学面的曲率半径为R₂，该第二透镜物侧光学面之曲率半径为R₃。

另一方面，本发明提供一种薄型光学系统，沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含：第一透镜、第二透镜，另包含光圈及影像感测组件；其中，该第一透镜与第二透镜的材质为塑料；其中，第一透镜为双凸透镜，为具有正屈光力，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面所构成；其中，第二透镜为具有负屈光力，第二透镜物侧光学面为凹面、第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面，且该第二透镜物侧面及像侧光学面其中设置有至少一个反曲点；该影像感测组件设置于该第一透镜与该第二透镜组合后的成像面的位置上，即将影像感测组件的成像面设置于该成像面上；对于不同的应用，可分别满足下列关系式：

0.9＜SL/TTL＜1.2              (5)

0.0＜(f/f₁)+(f/f₂)＜1.2       (6)

31＜v₁-v₂＜42                 (7)

-7.0＜R₁/R₂＜-3.5             (8)

-3.5＜(R3+R4)/(R3-R4)＜-2.0   (9)

0.5＜T₁₂/CT₂＜1.25            (10)

0.1＜SAG₂₂/Y₂₂＜0.2           (11)

1.5＜R₂/R₃＜1.9      (12)

TTL/ImgH＜2.5        (13)

其中，如上关系式(6)对于不同应用时，优选为：

0.5＜(f/f₁)+(f/f₂)＜0.9  (15)

其中，SL为光圈至该成像面于光轴上的距离；TTL为光轴上第一透镜的物侧光学面至该成像面的距离；f为薄型光学系统的焦距；f₁为第一透镜的焦距；f₂为第二透镜的焦距；v₁为第一透镜的色散系数；v₂为第二透镜的色散系数；R₁为第一透镜物侧光学面的曲率半径；R₂为第一透镜像侧光学面的曲率半径；R₃为第二透镜物侧光学面的曲率半径；R₄为第二镜的像侧光学面的曲率半径；T₁₂为在光轴上，第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面的厚度(thickness)，该厚度即为第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面在光轴上的空气间距；CT₂为在光轴上，第二透镜厚度；Y₂₂为第二透镜的像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离；SAG₂₂为第二透镜的像侧光学面上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于第二透镜光轴顶点上的切面的距离；ImgH为影像感测组件有效感测区域对角线长的一半。

本发明根据上述的第一透镜与第二透镜，在光轴上以适当的间距组合配置，可有效缩短光学系统镜头的全长、增大光学系统的视场角，更能获得较高的分辨率。

本发明薄型光学系统中，该第一透镜具正屈光力，提供系统所需的部分屈光力，有助于缩短该薄型光学系统的总长度；该第二透镜具负屈光力，可有效对具正屈光力的该第一透镜所产生的像差做补正、修正系统的佩兹伐和数(Petzval Sum)，使周边像面变得更平，且同时有利于修正系统的色差，以提高该薄型光学系统的分辨率；藉由第一透镜与第二透镜，可使该薄型光学系统后焦距减少，有利于缩短光学系统的光学总长度，以促进光学系统的小型化。

本发明薄型光学系统中，该第一透镜为一双凸透镜，可有效加强该第一透镜的屈光力配置，进而使得该薄型光学系统的总长度变得更短；该第二透镜的物侧光学面为凹面，可有效延伸光学系统的后焦距，以确保影像感测组件的有效感测区域均可接收到进入该薄型光学系统的光线。其中，影像感测组件可为CCD(Charge Coupled Device)感光组件、CMOS(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor Sensor)感光组件或感光胶卷等，且并不局限于此。

本发明薄型光学系统中，该第一透镜与该第二透镜使用的材质可使用塑料或玻璃材料所制成，且并不局限于此，但在折射率与色散系数则须满足光学效果或影像成像的光学条件。

本发明另一个主要目的在于提供一种薄型光学系统，沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含：第一透镜、第二透镜，另包含光圈及影像感测组件；其中，第一透镜为双凸透镜，为具有正屈光力，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面所构成；其中，第二透镜为具有负屈光力，第二透镜物侧光学面为凹面、第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；其中，影像感测组件设置于成像面处，可将被摄物拍摄成像；该薄型光学系统满足下列关系式之一或其组合：

0.0＜(f/f₁)+(f/f₂)＜1.2    (6)

31＜v₁-v₂＜42              (7)

-7.0＜R₁/R₂＜-3.5          (8)

0.5＜T₁₂/CT₂＜1.25         (10)

其中，v₁为第一透镜的色散系数；v₂为第二透镜的色散系数；R₁为第一透镜物侧光学面的曲率半径；R₂为第一透镜像侧光学面的曲率半径；T₁₂为在光轴上，第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面的厚度(thickness)，该厚度即为第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面在光轴上的空气间距；CT₂为在光轴上，第二透镜厚度；f为薄型光学系统的焦距；f₁为第一透镜的焦距；f₂为第二透镜的焦距。

另一方面，本发明对于不同的应用，其中，该第一透镜与第二透镜的材质为塑料；且该第二透镜物侧面及像侧光学面其中设置有至少一个反曲点；可分别满足下列关系式之一或其组合：

-2.0＜f/f₂＜-0.5               (3)

0.9＜SL/TTL＜1.2               (5)

-3.5＜(R₃+R₄)/(R₃-R₄)＜-2.0    (9)

0.1＜SAG₂₂/Y₂₂＜0.2            (11)

1.5＜R₂/R₃＜1.9                (12)

0.5＜(f/f₁)+(f/f₂)＜0.9        (15)

其中，SL为光圈至该成像面于光轴上的距离；TTL为光轴上第一透镜的物侧光学面至成像面的距离；f为薄型光学系统的焦距；f₁为第一透镜的焦距；f₂为第二透镜的焦距；v₁为第一透镜的色散系数；v₂为第二透镜的色散系数；R₁为第一透镜物侧光学面的曲率半径；R₂为第一透镜像侧光学面的曲率半径；R₃为第二透镜物侧光学面的曲率半径；R₄为第二镜的像侧光学面的曲率半径；T₁₂为在光轴上，第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面的厚度(thickness)，该厚度即为第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面在光轴上的空气间距；CT₂为在光轴上，第二透镜厚度；Y₂₂为第二透镜的像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离；SAG₂₂为第二透镜的像侧光学面上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于第二透镜光轴顶点上的切面的距离。

本发明根据上述的第一透镜与第二透镜的组合配置，可有效缩短光学系统镜头的全长、增大光学系统的视场角，更能获得较高的分辨率。

附图说明

图1A为本发明第一实施例的光学系统示意图；

图1B为本发明第一实施例的像差曲线图；

图2A为本发明第二实施例的光学系统示意图；

图2B为本发明第二实施例的像差曲线图；

图3A为本发明第三实施例的光学系统示意图；

图3B为本发明第三实施例的像差曲线图；

图4A为本发明第四实施例的光学系统示意图；

图4B为本发明第四实施例的像差曲线图；

图5A为本发明第五实施例的光学系统示意图；

图5B为本发明第五实施例的像差曲线图；

图6A为本发明第六实施例的光学系统示意图；

图6B为本发明第六实施例的像差曲线图；

图7系表一，为本发明第一实施例的光学数据；

图8系表二，为本发明第一实施例的非球面数据；

图9系表三，为本发明第二实施例的光学数据；

图10系表四，为本发明第二实施例的非球面数据；

图11系表五，为本发明第三实施例的光学数据；

图12系表六，为本发明第三实施例的非球面数据；

图13系表七，为本发明第四实施例的光学数据；

图14系表八，为本发明第四实施例的非球面数据；

图15系表九，为本发明第五实施例的光学数据；

图16系表十，为本发明第五实施例的非球面数据；

图17系表十一，为本发明第六实施例的光学数据；以及

图18系表十二，为本发明第六实施例的非球面数据。

主要符号说明：100、200、300、400、500、600为光圈；110、210、310、410、510、610为第一透镜；111、211、311、411、511、611为第一透镜物侧光学面；112、212、312、412、512、612为第一透镜像侧光学面；120、220、320、420、520、620为第二透镜；121、221、321、421、521、621为第二透镜物侧光学面；122、222、322、422、522、622为第二透镜像侧光学面；150、250、350、450、550、650为红外线滤除滤光片；160、260、360、460、560、660为成像面；170、270、370、470、570、670为影像感测组件；f为薄型光学系统的整体的焦距；v₁为第一透镜的色散系数；N₁为第一透镜的折射率；R₁为第一透镜物侧光学面的曲率半径；R₂为第一透镜像侧光学面的曲率半径；f₁为第一透镜的焦距；v₂为第二透镜为色散系数；N₂为第二透镜为折射率；R₃为第二透镜物侧光学面为曲率半径；R₄为第二镜像侧光学面的曲率半径；f₂为第二透镜的焦距；SL为光圈至该成像面于光轴上的距离；TTL为光轴上第一透镜的物侧光学面至成像面的距离；Fno为光圈值；T₁₂为在光轴上第一透镜的像侧光学面至第二透镜的物侧光学面的厚度；CT₂为在光轴上第二透镜厚度；Y₂₂为第二透镜的像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离；SAG₂₂为第二透镜的像侧光学面上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于第二透镜光轴顶点上的切面的距离；以及ImgH为影像感测组件有效感测区域对角线长的一半。

具体实施方式

本发明的一种薄型光学系统，请参照图1A，薄型光学系统沿着光轴排列，由物侧至像侧依序为光圈100、具有正屈光力的第一透镜110、具有负屈光力的第二透镜120、红外线滤除滤光片150及影像感测组件170。

第一透镜110为双凸透镜，其第一透镜物侧光学面111及第一透镜像侧光学面112皆为非球面。第二透镜120的第二透镜物侧光学面121为凹面及第二透镜像侧光学面122为凸面，其第二透镜物侧光学面121及第二透镜像侧光学面122皆为非球面。第一透镜110与第二透镜120的非球面光学面，其非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)为式(14)

$X\left(Y\right)=\frac{(Y^2/R)}{1+\sqrt{(1-(1+K){(Y/R)}^2}}+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\left(\mathrm{Ai}\right)*\left(Y^i\right)---\left(14\right)$

其中：

X为非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上顶点的切面的相对高度；Y为非球面曲线上的点与光轴的距离；k为锥面系数；Ai为第i阶非球面系数。

本发明的薄型光学系统另设置光圈100及影像感测组件170供被摄物成像，该光圈100设置于被摄物与该第一透镜110之间，该影像感测组件170设置于成像面160处，并满足式(1)、式(2)、式(3)及式(4)。

本发明的薄型光学系统，其中，当第二透镜120的第二透镜物侧光学面121与第二透镜像侧光学面122中，至少其中之一可具有反曲点，据此可有效压制离轴视场的光线入射角度，更可进一步修正离轴视场的像差；又第一透镜110与第二透镜120可由塑料材质所制成，据此可降低制造成本。

本发明的薄型光学系统，当满足式(3)时，可使第二透镜120的屈光力较合适，有助于修正系统的像差；当满足式(5)时，可使该光圈100的位置，在远心特性中取得良好的效益；若满足式(6)时，可使第一透镜110与第二透镜120的屈光力配置较为平衡，有利于降低系统的敏感度与像差的产生。若满足下列条件(式(15))时，可限缩像差的产生。

本发明的薄型光学系统，当满足式(8)时，可使第一透镜110的面型得以限制，有利于制造；当满足式(1)与式(2)时，可使第二透镜120选用的材质不必选用高价格的材料，有利于降低制造成本。

本发明的薄型光学系统，当满足式(7)时，可有利于该薄型光学系统中色差的修正；或当满足式(4)时，可对于球差(Spherical Aberration)做补正；或第二透镜120的曲率当满足式(9)时，有助于修正系统的像散与高阶像差；或当满足式(10)时，可使第二透镜120的厚度与镜间距较为合适，可在缩小整体系统体积与成像质量的修正，达到最佳的平衡点。

对于第二透镜120的面型，本发明的薄型光学系统，当满足式(11)时，可使第二透镜120的形状不会太过弯曲，除有利于透镜的制作与成型外，更有助于降低光学系统中各透镜与镜片间组装配置所需的空间，使得光学系统的配置可更为紧密。更进一步，当满足式(13)时，可有利于缩短光学系统总长度，以维持光学系统的小型化。

本发明再提供一种薄型光学系统，沿着光轴排列，由物侧至像侧依序为光圈100、具有正屈光力的第一透镜110、具有负屈光力的第二透镜120、红外线滤除滤光片150及影像感测组件170。如同前述，第一透镜110为双凸透镜，第一透镜物侧光学面111及第一透镜像侧光学面112皆为非球面；第二透镜120的第二透镜物侧光学面121为凹面及第二透镜像侧光学面122为凸面，其第二透镜物侧光学面122及第二透镜像侧光学面121皆为非球面；光圈100及影像感测组件170可将被摄物拍摄成像，该光圈100设置于被摄物与该第一透镜110之间，该影像感测组件170设置于成像面160处；并满足式(6)、式(7)、式(8)及式(10)。并为达不同使用的目的，可分别满足式(3)、式(5)、式(9)、式(11)、式(12)及式(15)。

本发明薄型光学系统将通过以下具体实施例配合图式予以详细说明。

<第一实施例>

本发明第一实施例的光学系统示意图请参照图1A，第一实施例的像差曲线请参照图1B。第一实施例的薄型光学系统主要由二片透镜构成，由物侧至像侧依序包含：具正屈光力的第一透镜110，第一透镜110为双凸型，其第一透镜物侧光学面111为凸面及第一透镜像侧光学面112为凸面，其材质为塑料，该第一透镜110的第一透镜物侧光学面111及第一透镜像侧光学面112皆为非球面；具负屈光力的第二透镜120，其第二透镜物侧光学面121为凹面及第二透镜像侧光学面122为凸面，其材质为塑料，该第二透镜120的第二透镜物侧光学面121及第二透镜像侧光学面122皆为非球面；第二透镜像侧光学面122设置有至少一个反曲点(inflection point)。第一透镜物侧光学面111、第一透镜像侧光学面112、第二透镜物侧光学面121及第二透镜像侧光学面122均使用式(14)的非球面方程式所构成，其非球面系数如图8(即表二)所示。

其中，该薄型光学系统另设置有一光圈100置于该第一透镜110与被摄物之间、影像感测组件170设置于成像面160处；另包含有红外线滤除滤光片(IR-filter)150置于该第二透镜120与成像面160之间；该红外线滤除滤光片150的材质为玻璃且其不影响本发明薄型光学系统的焦距。本实施例的光学数据如图7(即表一)所示。

本第一实施例薄型光学系统中，整体薄型光学系统的焦距为f＝1.43(毫米)，构成的整体薄型光学系统的光圈值(f-number)Fno＝2.85、最大视角的一半为HFOV＝31.5(度)。

在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜110的色散系数为v₁，第二透镜120的色散系数为v₂＝23.8，其关系式为：v₁-v₂＝32.1第二透镜120的折射率N₂＝1.634。

参见表一，在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜110的第一透镜物侧光学面111的曲率半径R₁、第一透镜像侧光学面112的曲率半径R₂，第二透镜120的第二透镜物侧光学面121的曲率半径R₃、第二透镜像侧光学面122的曲率半径R₄，其间的各关系式如下：R₁/R₂＝-5.68、R₂/R₃＝1.71与(R₃+R₄)/(R₃-R₄)＝-2.58。

在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜110的焦距f1＝0.68，第二透镜120的焦距f₂＝-1.07其关系式为：f/f₂＝-1.34与(f/f₁)+(f/f₂)＝0.77。

在本实施例中，第二透镜120的第二透镜像侧光学面122为设有反曲点；光圈100至成像面160于光轴上的距离为SL，该第一透镜物侧光学面111至成像面160于光轴上的距离为TTL；其关系式为SL/TTL＝1.06。

在本实施例中，第一透镜像侧光学面112至第二透镜物侧光学面121于光轴上的厚度为T₁₂，该第二透镜120于光轴上的厚度为CT₂；其关系式为T₁₂/CT₂＝0.92。

在本实施例中，第二透镜像侧光学面122上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为Y₂₂，该第二透镜像侧光学面122上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于该第二透镜120光轴顶点上的切面的距离为SAG₂₂；其关系式为：SAG₂₂/Y₂₂＝0.16。

在本实施例中，第一透镜物侧光学面111至成像面160于光轴上的距离为TTL，使用的该影像感测组件170有效感测区域对角线长的一半为ImgH；关系式为：TTL/ImgH＝2.33。

由图7(即表一)的光学数据及由图1B的像差曲线图可知，根据本发明的薄型光学系统的本实施例，在球差(longitudinal spherical abbreation)、像散(astigmatic field curving)与歪曲(distortion)有良好的补偿效果，并在光学系统上已有良好的缩短全长的功效。

<第二实施例>

本发明第二实施例的光学系统示意图请参照图2A，第二实施例的像差曲线请参照图2B。第二实施例的薄型光学系统主要由二片透镜构成，由物侧至像侧依序包含：具有正屈光力的第一透镜210，第一透镜210为双凸型，其第一透镜物侧光学面211为凸面及第一透镜像侧光学面212为凸面，其材质为塑料，该第一透镜210的第一透镜物侧光学面211及第一透镜像侧光学面212皆为非球面；具有负屈光力的第二透镜220，其第二透镜物侧光学面221为凹面及第二透镜像侧光学面222为凸面，其材质为塑料，该第二透镜220的第二透镜物侧光学面221及第二透镜像侧光学面222皆为非球面；第二透镜像侧光学面222设置有反曲点。第一透镜物侧光学面211、第一透镜像侧光学面212、第二透镜物侧光学面221及第二透镜像侧光学面222均使用式(14)的非球面方程式所构成，其非球面系数如图10(即表四)所示。

其中，该薄型光学系统另设置有光圈200置于该第一透镜210与被摄物之间、影像感测组件270设置于成像面260处；另包含有红外线滤除滤光片250置于该第二透镜220与成像面260之间；该红外线滤除滤光片250的材质为玻璃且其不影响本发明薄型光学系统的焦距。本实施例的光学数据如图9(即表三)所示。

本第二实施例薄型光学系统中，整体薄型光学系统的焦距为f＝1.13(毫米)，构成的整体薄型光学系统的光圈值Fno＝2.83、最大视角的一半为HFOV＝35.1(度)。

在本实施例中，薄型光学系统之第一透镜210的色散系数为v₁，第二透镜220的色散系数为v₂＝23.8，其关系式为：v₁-v₂＝32.1；第二透镜220的折射率N₂＝1.634；本实施例之第一透镜210、第二透镜220可与第一实施例之第一透镜210、第二透镜220，使用相同材质的塑料材料，但也可以使用相异的塑料材料，并不局限于此；本实施例在实施上为与第一实施例为不同使用用途，但为塑料材料准备方便，使用相同材质的塑料材料。

参见表三，在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜210的第一透镜物侧光学面211的曲率半径R₁、第一透镜像侧光学面212的曲率半径R₂，第二透镜220的第二透镜物侧光学面221的曲率半径R₃、第二透镜像侧光学面222的曲率半径R₄，其间的各关系式如下：R₁/R₂＝-4.24、R₂/R₃＝1.77与(R3+R4)/(R3-R4)＝-3.09。

在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜210的焦距f₁＝0.57，第二透镜220的焦距f₂＝-1.69其关系式为：f/f₂＝-0.67与(f/f₁)+(f/f₂)＝1.31。

在本实施例中，第二透镜220的第二透镜像侧光学面222为设有反曲点；光圈200物侧光学面至成像面260于光轴上的距离为SL，该第一透镜物侧光学面211至成像面260于光轴上的距离为TTL；其关系式为SL/TTL＝1.02。

在本实施例中，第一透镜像侧光学面212至第二透镜物侧光学面221于光轴上的厚度为T₁₂，该第二透镜220于光轴上的厚度为CT₂；其关系式为T₁₂/CT₂＝0.57。

在本实施例中，第二透镜像侧光学面222上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为Y₂₂，该第二透镜像侧光学面222上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于该第二透镜220光轴顶点上的切面的距离为SAG₂₂；其关系式为：SAG₂₂/Y₂₂＝0.39。

在本实施例中，第一透镜物侧光学面211至成像面260于光轴上的距离为TTL，使用的该影像感测组件270有效感测区域对角线长的一半为ImgH；关系式为：TTL/ImgH＝2.10。

由图9(即表三)的光学数据及由图2B的像差曲线图可知，根据本发明的薄型光学系统的本实施例，在球差、像散与歪曲有良好的补偿效果，并相较于第一实施例有更多的缩短光学系统全长的效果及减少体积的效果。

<第三实施例>

本发明第三实施例的光学系统示意图请参照图3A，第三实施例的像差曲线请参照图3B。第三实施例的薄型光学系统也是由二片透镜构成，由物侧至像侧依序包含：具正屈光力的第一透镜310，第一透镜310为双凸型，其第一透镜物侧光学面311为凸面及第一透镜像侧光学面312为凸面，其材质为塑料，该第一透镜310的第一透镜物侧光学面311及第一透镜像侧光学面312皆为非球面；具负屈光力的第二透镜320，其第二透镜物侧光学面321为凹面及第二透镜像侧光学面322为凸面，其材质为塑料，该第二透镜320的第二透镜物侧光学面321及第二透镜像侧光学面322皆为非球面；第二透镜像侧光学面322设置有反曲点。第一透镜物侧光学面311、第一透镜像侧光学面312、第二透镜物侧光学面321及第二透镜像侧光学面322均使用式(14)的非球面方程式所构成，其非球面系数如图12(即表六)所示。

其中，该薄型光学系统另设置有光圈300置于该第一透镜310与被摄物之间、影像感测组件370设置于成像面360处；另包含有红外线滤除滤光片350置于该第二透镜320与成像面360之间；该红外线滤除滤光片350的材质为玻璃且其不影响本发明薄型光学系统的焦距。本实施例的光学数据如图11(即表五)所示。

本第三实施例薄型光学系统中，整体薄型光学系统的焦距为f＝1.42(毫米)，构成的整体薄型光学系统的光圈值Fno＝2.85、最大视角的一半为HFOV＝31.6(度)。

在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜310的色散系数为v₁，第二透镜320的色散系数为v₂＝23.8，其关系式为：v₁-v₂＝32.1；第二透镜320的折射率N₂＝1.634。本实施例之第一透镜310与第二透镜320系使用与第一实施例及第二实施例相同材质的塑料材料。

参见表五，在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜310的第一透镜物侧光学面311的曲率半径R₁、第一透镜像侧光学面312的曲率半径R₂，第二透镜320的第二透镜物侧光学面321的曲率半径R₃、第二透镜像侧光学面322的曲率半径R₄，其间的各关系式如下：R₁/R₂＝-6.17、R₂/R₃＝1.72与(R3+R4)/(R3-R4)＝-2.66。

在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜310的焦距f1＝0.68，第二透镜320的焦距f2＝-1.12其关系式为：f/f2＝-1.27与(f/f₁)+(f/f₂)＝0.79。

在本实施例中，第二透镜320的第二透镜像侧光学面322为设有反曲点；光圈300物侧光学面至成像面360于光轴上的距离为SL，该第一透镜物侧光学面311至成像面360于光轴上的距离为TTL；其关系式为SL/TTL＝1.06。

在本实施例中，第一透镜像侧光学面312至第二透镜物侧光学面321于光轴上的厚度为T₁₂，该第二透镜320于光轴上的厚度为CT₂；其关系式为T₁₂/CT₂＝0.98。

在本实施例中，第二透镜像侧光学面322上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为Y₂₂，该第二透镜像侧光学面322上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于该第二透镜320光轴顶点上的切面的距离为SAG₂₂；其关系式为：SAG₂₂/Y₂₂＝0.16。

在本实施例中，第一透镜物侧光学面311至成像面360于光轴上的距离为TTL，使用的该影像感测组件370有效感测区域对角线长的一半为ImgH；关系式为：TTL/ImgH＝2.31。

由图11(即表五)之光学数据及由图3B的像差曲线图可知，根据本发明的薄型光学系统的本实施例，除在光学系统上已有良好的缩短全长的功效，且在球差、像散与歪曲有较佳的补偿效果。

<第四实施例>

本发明第四实施例的光学系统示意图请参照图4A，第四实施例的像差曲线请参阅图4B。第四实施例的薄型光学系统也是由二片透镜构成，由物侧至像侧依序包含：具正屈光力的第一透镜410，第一透镜410为双凸型，其第一透镜物侧光学面411为凸面及第一透镜像侧光学面412为凸面，其材质为塑料，该第一透镜410的第一透镜物侧光学面411及第一透镜像侧光学面412皆为非球面；具有负屈光力的第二透镜420，其第二透镜物侧光学面421为凹面及第二透镜像侧光学面422为凸面，其材质为塑料，该第二透镜420的第二透镜物侧光学面421及第二透镜像侧光学面422皆为非球面；第二透镜像侧光学面422设置有至少一个反曲点。第一透镜物侧光学面411、第一透镜像侧光学面412、第二透镜物侧光学面421及第二透镜像侧光学面422均使用式14的非球面方程式所构成，其非球面系数如图14(即表八)所示。本实施例的第一透镜410与第二透镜420使用的塑料材料与前三个实施例使用的材料不同。

其中，该薄型光学系统另设置有光圈400置于该第一透镜410与被摄物之间、影像感测组件470设置于成像面460处；另包含有红外线滤除滤光片450置于该第二透镜420与成像面460之间；该红外线滤除滤光片450的材质为玻璃且其不影响本发明薄型光学系统的焦距。本实施例的光学数据如图13(即表七)所示。

本第四实施例薄型光学系统中，整体薄型光学系统的焦距为f＝1.47(毫米)，构成的整体薄型光学系统的光圈值Fno＝2.85、最大视角的一半为HFOV＝35.4(度)；相较于第一实施例及第三实施例的视角为大。

在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜410的色散系数为v₁，第二透镜420的色散系数为v₂＝21.4，其关系式为：v₁-v₂＝35.1；第二透镜420的折射率N₂＝1.650。

参见表七，在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜410的第一透镜物侧光学面411的曲率半径R₁、第一透镜像侧光学面412的曲率半径R₂，第二透镜420的第二透镜物侧光学面421的曲率半径R₃、第二透镜像侧光学面422的曲率半径R₄，其间的各关系式如下：R₁/R₂＝-6.50、R₂/R₃＝1.62与(R₃+R₄)/(R₃-R₄)＝-2.57。

在本实施例中，薄型光学系统之第一透镜410的焦距f₁＝0.74，第二透镜420的焦距f₂＝-1.12其关系式为：f/f₂＝-1.31与(f/f1)+(f/f2)＝0.67。

在本实施例中，第二透镜420的第二透镜像侧光学面422为设有反曲点；光圈400物侧光学面至成像面460于光轴上的距离为SL，该第一透镜物侧光学面411至该成像面460于光轴上的距离为TTL；其关系式为SL/TTL＝1.06。

在本实施例中，第一透镜像侧光学面412至第二透镜物侧光学面421于光轴上的厚度为T₁₂，该第二透镜420于光轴上的厚度为CT₂；其关系式为T₁₂/CT₂＝1.14。

在本实施例中，第二透镜像侧光学面422上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为Y₂₂，该第二透镜像侧光学面422上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于该第二透镜420光轴顶点上的切面的距离为SAG₂₂；其关系式为：SAG₂₂/Y₂₂＝0.14。

在本实施例中，第一透镜物侧光学面411至成像面460于光轴上的距离为TTL，使用的该影像感测组件470有效感测区域对角线长的一半为ImgH；关系式为：TTL/ImgH＜2.01。

由图13(即表七)的光学数据及由图4B图的像差曲线图可知，根据本发明的薄型光学系统的本实施例，在球差、像散与歪曲有良好的补偿效果，并在第二透镜420的厚度虽使用较厚的透镜，但藉由第一透镜410与第二透镜420的空气间隔，与第三实施例的光学系统的全长相接近。

<第五实施例>

本发明第五实施例的光学系统示意图请参照图5A，第五实施例的像差曲线请参照图5B。第五实施例的薄型光学系统主要由二片透镜构成，由物侧至像侧依序包含：具正屈光力的第一透镜510，第一透镜510为双凸型，其第一透镜物侧光学面511为凸面及第一透镜像侧光学面512为凸面，其材质为塑料，该第一透镜510的第一透镜物侧光学面511及第一透镜像侧光学面512皆为非球面；具有负屈光力的第二透镜520，其第二透镜物侧光学面521为凹面及第二透镜像侧光学面522为凸面，其材质为塑料，该第二透镜520的第二透镜物侧光学面521及第二透镜像侧光学面522皆为非球面；第二透镜像侧光学面522设置有反曲点。第一透镜物侧光学面511、第一透镜像侧光学面512、第二透镜物侧光学面521及第二透镜像侧光学面522均使用式(14)的非球面方程式所构成，其非球面系数如第16图(即表十)所示；在第二透镜像侧光学面522相较于前述的各实施例，使用曲率半径变化较小的光学面，将有利于制造。

其中，该薄型光学系统另设置有一光圈500置于该第一透镜510与被摄物之间、影像感测组件570设置于成像面560处；另包含有红外线滤除滤光片550置于该第二透镜520与成像面560之间；该红外线滤除滤光片550的材质为玻璃且其不影响本发明薄型光学系统的焦距。本实施例的光学数据如图15即表九所示。

本第五实施例薄型光学系统中，整体薄型光学系统的焦距为f＝1.74(毫米)，构成的整体薄型光学系统的光圈值Fno＝2.88、最大视角的一半为HFOV＝25.5(度)；相对于前四个实施例为较小的视角。

在本实施例中，薄型光学系统之第一透镜510的色散系数为v₁，第二透镜520的色散系数为v₂＝21.4，其关系式为：v₁-v₂＝8.8；第二透镜520的折射率N₂＝1.650。

参见表九，在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜510的第一透镜物侧光学面511的曲率半径R₁、第一透镜像侧光学面512的曲率半径R₂，第二透镜520的第二透镜物侧光学面521的曲率半径R₃、第二透镜像侧光学面522的曲率半径R₄，其间的各关系式如下：R₁/R₂＝-4.42、R₂/R₃＝1.25与(R₃+R₄)/(R₃-R₄)＝-1.58。

在本实施例中，薄型光学系统之第一透镜510的焦距f₁＝0.75，第二透镜520的焦距f₂＝-0.78其关系式为：f/f₂＝-2.23与(f/f₁)+(f/f₂)＝0.09。

在本实施例中，第二透镜520的第二透镜像侧光学面522为设有反曲点；光圈500至成像面560于光轴上的距离为SL，该第一透镜物侧光学面511至该成像面560于光轴上的距离为TTL；其关系式为SL/TTL＝1.02。

在本实施例中，第一透镜像侧光学面512至第二透镜物侧光学面521于光轴上的厚度为T₁₂，该第二透镜520于光轴上的厚度为CT₂；其关系式为T₁₂/CT₂＝0.95。

在本实施例中，第二透镜像侧光学面522上光线通过之最大范围位置与光轴的垂直距离为Y₂₂，该第二透镜像侧光学面522上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于该第二透镜520光轴顶点上之切面的距离为SAG₂₂；其关系式为：SAG₂₂/Y₂₂＝0.03。

在本实施例中，第一透镜物侧光学面511至成像面560于光轴上的距离为TTL，使用的该影像感测组件570有效感测区域对角线长的一半为ImgH；关系式为：TTL/ImgH＝2.76。

由图16(即表十)的光学数据及由图5B图的像差曲线图可知，根据本发明的薄型光学系统的本实施例，在球差、像散与歪曲相对于前述的各实施例，在适当的应用范围内有较佳的补偿效果，并在光学系统上的全长也能维持不至于过高，而提升本发明的应用性。

<第六实施例>

本发明第六实施例的光学系统示意图请参照图6A，第六实施例的像差曲线请参照图6B。第六实施例的薄型光学系统主要由二片透镜构成，由物侧至像侧依序包含：具有正屈光力的第一透镜610，第一透镜610为双凸型，其第一透镜物侧光学面611为凸面及第一透镜像侧光学面612为凸面，其材质为塑料，该第一透镜610的第一透镜物侧光学面611及第一透镜像侧光学面612皆为非球面；具有负屈光力的第二透镜620，其第二透镜物侧光学面621为凹面及第二透镜像侧光学面622为凸面，其材质为塑料，该第二透镜620的第二透镜物侧光学面621及第二透镜像侧光学面622皆为非球面；第二透镜像侧光学面622设置有反曲点。本实施例的第一透镜610与第二透镜620使用相同于第五实施例的塑料材质。又第一透镜物侧光学面611、第一透镜像侧光学面612、第二透镜物侧光学面621及第二透镜像侧光学面622均使用式(14)的非球面方程式所构成，其非球面系数如图18(即表十二)所示。

其中，该薄型光学系统另设置有光圈600置于该第一透镜610与被摄物之间、影像感测组件670设置于成像面660处；另包含有红外线滤除滤光片650置于该第二透镜620与成像面660之间；该红外线滤除滤光片650的材质为玻璃且其不影响本发明薄型光学系统的焦距。本实施例的光学数据如图17(即表十一)所示。

本第六实施例薄型光学系统中，整体薄型光学系统的焦距为f＝1.57(毫米)，构成的整体薄型光学系统的光圈值Fno＝2.88、最大视角的一半为HFOV＝27.8(度)。

在本实施例中，薄型光学系统之第一透镜610的色散系数为v₁，第二透镜620的色散系数为v₂＝21.4，其关系式为：v₁-v₂＝8.8；第二透镜620的折射率N₂＝1.650。

参见表十一，在本实施例中，薄型光学系统的第一透镜610的第一透镜物侧光学面611的曲率半径R₁、第一透镜像侧光学面612的曲率半径R₂，第二透镜620的第二透镜物侧光学面621的曲率半径R₃、第二透镜像侧光学面622的曲率半径R₄，其间的各关系式如下：R₁/R₂＝-5.07、R₂/R₃＝1.22与(R₃+R₄)/(R₃-R₄)＝-2.12。

在本实施例中，薄型光学系统之第一透镜610的焦距f₁＝0.74，第二透镜620的焦距f₂＝-1.08其关系式为：f/f₂＝-1.45与(f/f₁)+(f/f₂)＝0.67。

在本实施例中，第二透镜620的第二透镜像侧光学面622为设有反曲点；光圈600至成像面660于光轴上的距离为SL，该第一透镜物侧光学面611至该成像面660于光轴上的距离为TTL；其关系式为SL/TTL＝1.02。

在本实施例中，第一透镜像侧光学面612至第二透镜物侧光学面621于光轴上的厚度为T₁₂，该第二透镜120于光轴上的厚度为CT₂；其关系式为T₁₂/CT₂＝0.93。

在本实施例中，第二透镜像侧光学面622上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为Y₂₂，该第二透镜像侧光学面622上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于该第二透镜620光轴顶点上的切面的距离为SAG₂₂；其关系式为：SAG₂₂/Y₂₂＝0.06。

在本实施例中，第一透镜物侧光学面611至成像面660于光轴上的距离为TTL，使用的该影像感测组件670有效感测区域对角线长的一半为ImgH；关系式为：TTL/ImgH＝2.46。

由图17(即表十一)之光学数据及由图6B的像差曲线图可知，根据本发明的薄型光学系统的本实施例，在球差、像散与歪曲有良好的补偿效果，并在光学系统上第一透镜610与第二透镜620可使用较小(有效光学直径)的透镜，进一步缩小光学系统的体积。

本发明薄型光学系统中，透镜的材质可为玻璃或塑料，若透镜的材质为玻璃，则可以增加该薄型光学系统屈光力配置的自由度，若透镜材质为塑料，则可以有效降低生产成本。此外，可在透镜光学面上设置非球面，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，进而缩减透镜使用的数目，因此可以有效降低本发明薄型光学系统的总长度。

本发明薄型光学系统中，若透镜表面系为凸面，则表示该透镜表面于近轴处为凸面；若透镜表面系为凹面，则表示该透镜表面于近轴处为凹面。

本发明薄型光学系统中，可至少设置孔径光阑(未于图上标示)以减少杂散光，有助于提升影像质量。

表一至表十二(分别对应第七图至第十八图)所示为本发明薄型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皆属具体实验所得，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，故以上的说明所描述及图式中所说明仅作为例示性，并非用以限制本发明的权利要求范围。

Claims (21)

1.一种薄型光学系统，其特征在于沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含具有屈光力的透镜为两片：

具有正屈光力的第一透镜，为双凸透镜，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面；

具有负屈光力的第二透镜，其第二透镜物侧光学面为凹面及第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；

其中，所述第二透镜的色散系数为v₂，所述第二透镜的折射率为N₂，所述薄型光学系统的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f₂；所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为R₂，所述第二透镜物侧光学面的曲率半径为R₃，并满足下列关系式：

V₂＜25

N₂＜1.75

-2.0＜f/f₂＜-0.5

1.2＜R₂/R₃＜2.5。

2.如权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜由塑料材质制成，所述第二透镜由塑料材质制成。

3.如权利要求2所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜设置有至少一个反曲点。

4.如权利要求3所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统另设置光圈，该光圈至所述成像面于光轴上的距离为SL，所述第一透镜物侧光学面至所述成像面于光轴上的距离为TTL，并满足下列关系式：

0.9＜SL/TTL＜1.2。

5.如权利要求4所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f₁，所述第二透镜的焦距为f₂，并满足下列关系式：

0.0＜(f/f₁)+(f/f₂)＜1.2。

6.如权利要求5所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜的色散系数为v₁，所述第二透镜的色散系数为v₂，并满足下列关系式：

31＜v₁-v₂＜42。

7.如权利要求5所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜物侧光学面的曲率半径为R₁，所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为R₂，并满足下列关系式：

-7.0＜R₁/R₂＜-3.5。

8.如权利要求5所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜物侧光学面的曲率半径为R₃，所述第二透镜像侧光学面的曲率半径为R₄，并满足下列关系式：

-3.5＜(R₃+R₄)/(R₃-R₄)＜-2.0。

9.如权利要求5所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜像侧光学面至所述第二透镜物侧光学面在光轴上的厚度为T₁₂，所述第二透镜在光轴上的厚度为CT₂，并满足下列关系式：

0.50＜T₁₂/CT₂＜1.25。

10.如权利要求4所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f₁，所述第二透镜的焦距为f₂，并满足下列关系式：

0.5＜(f/f₁)+(f/f₂)＜0.9。

11.如权利要求7所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为Y₂₂，所述第二透镜像侧光学面上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于所述第二透镜光轴顶点上的切面的距离为SAG₂₂，并满足下列关系式：

0.1＜SAG₂₂/Y₂₂＜0.2。

12.如权利要求7所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为R₂，所述第二透镜物侧光学面之曲率半径为R₃，并满足下列关系式：

1.5＜R₂/R₃＜1.9。

13.如权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统另设置影像感测组件于所述成像面处，供被摄物成像，所述第一透镜物侧光学面至所述成像面在光轴上的距离为TTL，所述影像感测组件有效感测区域对角线长的一半为ImgH，并满足下列关系式：

TTL/ImgH＜2.5。

14.一种薄型光学系统，其特征在于沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含具有屈光力的透镜为两片：

具有正屈光力的第一透镜，为双凸透镜，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面；

具有负屈光力的第二透镜，其第二透镜物侧光学面为凹面及第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；其中，所述第一透镜的色散系数为v₁，所述第二透镜的色散系数为v₂，所述第一透镜物侧光学面的曲率半径为R₁，所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为R₂，所述第一透镜像侧光学面至所述第二透镜物侧光学面于光轴上的厚度为T₁₂，所述第二透镜于光轴上的厚度为CT₂，所述第二透镜的折射率为N₂，所述薄型光学系统的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f₁，所述第二透镜的焦距为f₂，并满足下列关系式：

31＜v₁-v₂＜42

-7.0＜R₁/R₂＜-3.5

0.50＜T₁₂/CT₂＜1.25

0.0＜(f/f₁)+(f/f₂)＜1.2。

15.如权利要求14所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜由塑料材质制成，且所述第二透镜设置有至少一个反曲点。

16.如权利要求15所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统另设置光圈，所述第一透镜由塑料材质制成，所述光圈至所述成像面在光轴上的距离为SL，所述第一透镜的物侧光学面至所述成像面在光轴上的距离为TTL，并满足下列关系式：

0.9＜SL/TTL＜1.2。

17.如权利要求16所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f₂，并系满足下列关系式：

-2.0＜f/f₂＜-0.5。

18.如权利要求17所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为Y₂₂，所述第二透镜像侧光学面上距离光轴为Y₂₂的位置与相切于该第二透镜光轴顶点上的切面的距离为SAG₂₂，并满足下列关系式：

0.1＜SAG₂₂/Y₂₂＜0.2。

19.如权利要求17所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f₁，所述第二透镜的焦距为f₂；满足下列关系式：

0.5＜(f/f₁)+(f/f₂)＜0.9。

20.如权利要求17所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜物侧光学面的曲率半径为R₃，所述第二镜像侧光学面的曲率半径为R₄，并满足下列关系式：

-3.5＜(R₃+R₄)/(R₃-R₄)＜-2.0。

21.如权利要求17所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为R₂，所述第二透镜物侧光学面的曲率半径为R₃，并满足下列关系式：

1.5＜R₂/R₃＜1.9。

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