CN104280859A - 成像光学装置 - Google Patents

Abstract

一种成像光学装置，包含第一透镜群，其包含实体连接且由物至像依序排列的第一透镜次群及第二透镜次群，两者之间不存在有中间物质且不存在有空气。第一透镜次群具正折射率，且第二透镜次群具负折射率。

Description

成像光学装置

技术领域

本发明系有关一种成像光学装置，特别是关于一种包含二透镜群的成像光学装置。

背景技术

晶圆级光学技术系使用晶圆层级的半导体技术以制造微型光学装置，例如透镜模组或相机模组。晶圆级光学技术可适用于行动或可携式装置，而照相已成为这些装置的必备功能。

随着影像感测器（例如电荷耦合元件（CCD）或互补金属氧化半导体影像感测器（CIS））的尺寸愈来愈小，使得所搭配的成像透镜亦需缩小尺寸。

成像透镜的设计过程极为严谨，如此才能符合体积小、重量轻、成本低但解析度高的要求。独立或结合于可携式装置（例如行动电话）的一般用途照相机通常使用二群成像透镜以达到高解析度的需求。每一群含有二或三个透镜，其整体地达到所要求的光学特性，且这二群也需互相配合以达到高效能。

为了增加入射光，一般会使用较多群（例如四群）透镜。然而，由于光的反射或吸收，较多的透镜群反而会降低入射光，因此，必须使用较大光圈的成像透镜。但是，较大光圈的成像透镜会增加制造的困难度及成本。

因此，亟需提供设计者一种新颖的成像光学装置，特别是晶圆级微型光学装置，其影像品质高且体积小。

发明内容

鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种具较高解析度及较多入射光的成像光学装置。

根据本发明实施例，成像光学装置包含第一透镜群，其包含实体连接且由物至像依序排列的第一透镜次群及第二透镜次群。第一透镜次群具正折射率，且第二透镜次群具负折射率。成像光学装置还可包含第二透镜群，具负折射率，其中第一透镜群与第二透镜群由物到像依序排列。第一透镜次群至少包含第一透镜、第二透镜及第三透镜，由物到像依序排列；且第二透镜次群至少包含第四透镜、第五透镜及第六透镜，由物到像依序排列。第三透镜之向像的镜面与第四透镜之向物的镜面为实体接触，两者之间不存在有中间物质且不存在有空气。

附图说明

图1显示本发明实施例的成像光学装置的透镜配置。

图2A及图2B显示第一实施例之成像光学装置的一些效能。

图3A及图3B显示第二实施例之成像光学装置的一些效能。

具体实施方式

图1显示本发明实施例的成像光学装置100的透镜配置。本实施例之成像光学装置100可为晶圆层级半导体技术所制造的晶圆级光学透镜。根据目前技术的水平，晶圆级光学透镜的尺寸可小于一微米。在其他实施例中，成像光学装置100可为其他技术所制造的微型光学透镜。

如图1所示，成像光学装置100的左侧面对物件（简称“物”），而其右侧则面对影像（简称“像”）或像平面（image plane）。在本实施例中，成像光学装置100包含二透镜群，由物到像依序为：第一透镜群1及第二透镜群2。第一透镜群1包含实体连接的二透镜次群，由物到像依序为：第一透镜次群1A及第二透镜次群1B。第一透镜次群1A作为正透镜，其具有正折射率；第二透镜次群1B作为负透镜，其具有负折射率；第二透镜群2作为负透镜，其具有负折射率。

在本实施例中，第一透镜次群1A包含至少三透镜，由物到像依序为：第一透镜11、第二透镜12及第三透镜13。第二透镜次群1B包含至少三透镜，由物到像依序为：第四透镜14、第五透镜15及第六透镜16。第二透镜群2包含至少三透镜，由物到像依序为：第七透镜17、第八透镜18及第九透镜19。

第一透镜11具有向物的非球状（aspheric）凸镜面s1。第一透镜11具有向像的镜面s2，其贴合于第二透镜12的向物镜面s2。本实施例的镜面s2镀有一光圈层（STOP）10，其可使用半导体微影蚀刻技术所形成。第二透镜12具有向像的镜面s3，其贴合于第三透镜13的向物镜面s3。第三透镜13具有向像的非球状凸镜面s4，其贴合于第四透镜14的向物的非球状凹镜面s4。在本实施例中，第三透镜13向像的非球状凸镜面s4与第四透镜14向物的非球状凹镜面s4系实体接触，两者之间不存在有中间物质且不存在有空气。此可使用压印（impress）制程来达到，当形成第三透镜13与第四透镜14时同时予以压合，因此不需使用胶以进行结合。第四透镜14具有向像的镜面s5，其贴合于第五透镜15的向物镜面s5。第五透镜15具有向像的镜面s6，其贴合于第六透镜16的向物镜面s6。第六透镜16具有向像的非球状凸镜面s7。在本实施例中，镜面s2、s3、s5及s6可以是，但不限定为，平面。

此外，第七透镜17具有向物的非球状凸镜面s8。第七透镜17具有向像的镜面s9，其贴合于第八透镜18的向物镜面s9。第八透镜18具有向像的镜面s10，其贴合于第九透镜19的向物镜面s10。第九透镜19具有向像的非球状凸镜面s11。在本实施例中，镜面s9及s10可以是，但不限定为，平面。

根据本实施例的特征之一，第三透镜13的折射率异于（例如小于）第四透镜14的折射率。在一实施例中，第三透镜13的折射率介于1.55与1.5之间；且第四透镜14的折射率介于1.55与1.63之间。

根据本实施例的另一特征，第三透镜13的色散系数（dispersion index或称Abbe值）异于（例如大于）第四透镜14的色散系数。在一实施例中，第三透镜13的色散系数介于55与40之间；且第四透镜14的色散系数介于35与25之间。

根据本实施例的又一特征，第二透镜12、第五透镜15及第八透镜18的折射率介于1.63与1.5之间；且第二透镜12、第五透镜15及第八透镜18的色散系数介于60与40之间。

根据本实施例的再一特征，第一透镜次群1A与第二透镜次群1B的有效焦距之比值介于-0.6与-0.9之间。

在一实施例中，可于第二透镜12与第五透镜15（例如玻璃板）的至少一个镜面镀有远红外光（IR）滤波片。

表1显示第一实施例的一些镜面资料，其中，厚度及曲率半径可以为无单位，或者具单位，例如毫米（mm）。成像光学装置100的焦距为2.11毫米，F数字（焦比）为2.8，且视域（DFOV）的一半为29.6。

表1

非球状镜面（例如s1、s4、s7、s8或s11）可由以下方程式定义：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_1{r}^2+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{12}+{\mathrm{\α}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\α}}_8{r}^{16}+{\mathrm{\α}}_9{r}^{18}$

其中，对于所有镜面α1=0，z为光轴方向上自镜头顶点的距离，r为垂直于光轴方向的距离，c为透镜顶点之曲率半径的倒数，k为二次曲线常数（conic constant），α1至α9为非球状系数（aspheric coefficient）。表2例示该方程式的常数及系数。

表2

图2A及图2B显示第一实施例之成像光学装置100的一些效能。其中，图2A显示像场曲度（field curvature），而图2B显示失真度（distortion）。

表3显示第二实施例的一些镜面资料，其中，厚度及曲率半径可以为无单位，或者具单位，例如毫米（mm）。成像光学装置100的焦距为2.208毫米，F数字（焦比）为2.8，且视域（DFOV）的一半为28.5。

表3

表4例示第二实施例之方程式的常数及系数。

表4

图3A及图3B显示第二实施例之成像光学装置100的一些效能。其中，图3A显示像场曲度（field curvature），而图3B显示失真度（distortion）。

根据上述实施例，包含二透镜群的成像光学装置100所能获得的入射光及解析度可相当于传统具三（或更多）透镜群的成像光学装置，因而得以大量降低整体体积并能简化制程。

以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其它未脱离发明所揭示之精神下所完成之等效改变或修饰，均应包含在下述之申请专利范围内。

附图标记列表

100      成像光学装置

1        第一透镜群

10       光圈层

1A       第一透镜次群

11       第一透镜

12       第二透镜

13       第三透镜

1B       第二透镜次群

14       第四透镜

15       第五透镜

16       第六透镜

2        第二透镜群

17       第七透镜

18       第八透镜

19       第九透镜

s1～s11  镜面

Claims (18)

1.一种成像光学装置，包含：

一第一透镜群，包含实体连接且由物至像依序排列的第一透镜次群及第二透镜次群，该第一透镜次群具正折射率，且该第二透镜次群具负折射率；

其中该第一透镜次群至少包含第一透镜、第二透镜及第三透镜，由物到像依序排列；且该第二透镜次群至少包含第四透镜、第五透镜及第六透镜，由物到像依序排列；

其中该第三透镜之向像的镜面与该第四透镜之向物的镜面为实体接触，两者之间不存在有中间物质且不存在有空气。

2.根据权利要求1所述的成像光学装置，更包含：

一第二透镜群，具负折射率；

其中该第一透镜群与该第二透镜群由物到像依序排列。

3.根据权利要求1所述的成像光学装置，更包含一光圈层，镀于该第二透镜的向物镜面。

4.根据权利要求2所述的成像光学装置，其中该第二透镜群至少包含第七透镜、第八透镜及第九透镜，由物到像依序排列。

5.根据权利要求1所述的成像光学装置，其中该第一透镜具有向物的非球状凸镜面；该第一透镜具有向像的镜面，其贴合于该第二透镜的向物镜面；该第二透镜具有向像的镜面，其贴合于该第三透镜的向物镜面；该第三透镜具有向像的非球状凸镜面，其贴合于该第四透镜的向物的非球状凹镜面；该第四透镜具有向像的镜面，其贴合于该第五透镜的向物镜面；该第五透镜具有向像的镜面，其贴合于该第六透镜的向物镜面；且该第六透镜具有向像的非球状凸镜面。

6.根据权利要求5所述的成像光学装置，其中该第二透镜的向物镜面、该第二透镜的向像镜面、该第五透镜的向物镜面及该第五透镜的向像的镜面为平面。

7.根据权利要求4所述的成像光学装置，其中该第七透镜具有向物的非球状凸镜面；该第七透镜具有向像的镜面，其贴合于该第八透镜的向物镜面；该第八透镜具有向像的镜面，其贴合于该第九透镜的向物镜面；且该第九透镜具有向像的非球状凸镜面。

8.根据权利要求7所述的成像光学装置，其中该第八透镜的向物镜面及该第八透镜的向像镜面为平面。

9.根据权利要求1所述的成像光学装置，其中该第三透镜向像的非球状凸镜面与该第四透镜向物的非球状凹镜面系实体接触。

10.根据权利要求1所述的成像光学装置，其中该第三透镜的折射率异于该第四透镜的折射率。

11.根据权利要求10所述的成像光学装置，其中该第三透镜的折射率小于该第四透镜的折射率。

12.根据权利要求11所述的成像光学装置，其中该第三透镜的折射率介于1.55与1.5之间；且该第四透镜的折射率介于1.55与1.63之间。

13.根据权利要求1所述的成像光学装置，其中该第三透镜的色散系数异于该第四透镜的色散系数。

14.根据权利要求13所述的成像光学装置，其中该第三透镜的色散系数大于该第四透镜的色散系数。

15.根据权利要求14所述的成像光学装置，其中该第三透镜的色散系数介于55与40之间；且该第四透镜的色散系数介于35与25之间。

16.根据权利要求4所述的成像光学装置，其中该第二透镜、该第五透镜及该第八透镜的折射率介于1.63与1.5之间；且该第二透镜、该第五透镜及该第八透镜的色散系数介于60与40之间。

17.根据权利要求2所述的成像光学装置，其中该第一透镜次群与该第二透镜次群的有效焦距之比值介于-0.6与-0.9之间。

18.根据权利要求1所述的成像光学装置，更包含一远红外光（IR）滤波片，镀于该第二透镜与该第五透镜的至少一个镜面。