TW201415073A - 光學系統 - Google Patents

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Jin-Hwa Jung
Young-Suk Kang
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Abstract

本發明關於一種光學系統，包括：一第一鏡片，其具有一正屈光力和凸向物側的一物側表面；一第二鏡片，其具有一負屈光力與凹向一像側的一像側表面；一第三鏡片，其具有一負屈光力；一第四鏡片，其具有一正屈光力；一第五鏡片，其具有一正屈光力和凸向像側的一像側表面；以及一第六鏡片，具有一負屈光力和凹向像側的一像側表面。

Description

光學系統
本發明是有關於一種光學系統，且特別是有關於一種具有六片鏡片之光學系統。
一般而言，行動通訊裝置諸如行動通訊終端、個人數位助理器、智慧型手機，除了具有基本通訊功能並且增加利用通訊科技提供的多樣化服務，更具備了多種額外功能。
尤其是在行動通訊裝置中裝置的攝影模組，除了使用單一焦點單純地用作照相之外，其用作多種聚焦裝置如高清視訊拍攝裝置、自動焦點調整裝置及QR碼辨識裝置的需求不斷地增加。
此外，隨著廠商逐漸推出更小的攝影模組，行動通訊裝置在降價之同時，攝影模組要有更高的解析度，攝影模組的製造成本亦要逐漸的減少。
為了減少攝影模組的單價，較佳的做法就是降低嵌入在攝影模組中構成光學系統的鏡片組的製造成本。但是，為了滿足上述改善解析度的條件，應使用具高度光學效能的玻璃鏡片以組成光學系統，但要將多片昂貴的玻璃鏡片所組成的攝影模組 的製造成本降低卻是一件不能達到的事情。
再者，在使用多片玻璃鏡片以克服解析度的問題 時，要減少光學系統的重量這件事是不容易辦到的。
另外，茲舉韓國專利申請案公開號：2009-106242 為相關先前技術文件。
有鑑於此，本發明係為了克服前述行動攝影光學系 統所導致的缺點及問題而提出。因此，本案之一個目為提供一種光學系統，此系統透過裝設使用六片非球面塑膠鏡片的光學系統而實現高解析度。
依據為達成此目的本發明的一個方面，提出一種光 學系統，此光學系統包括：一第一鏡片，其具有一正屈光力(a positive refractive power)和凸向一物側的一物側表面；一第二鏡片，其具有一負屈光力(a negative refractive power)和凹向一像側的一像側表面；一第三鏡片，其具有一負屈光力；一第四鏡片，其具有一正屈光力；一第五鏡片，其具有一正屈光力和凸向像側的一像側表面；以及一第六鏡片，具有一負屈光力和凹向像側的一像側表面。
此外，此光學系統滿足關於像差校正和小巧設計的條件的以下條件式：0.5<F1/F<1.2 (條件式)
當中，F為光學系統整體的焦距，而F1是第一鏡片 的焦距。
此外，此光學系統滿足關於色像差的條件的以下條件式：V1-V2>25 (條件式)
當中，V1是第一鏡片的阿貝數(Abbe number)，V2是第二鏡片的阿貝數。
再者，第一鏡片至第六鏡片例如是塑膠鏡片，而第一鏡片至第六鏡片的鏡片兩面例如是非球面。
再者，更可包括一光學濾片，設置於第六鏡片與一影像平面之間，而光學濾片係由鍍上紅外線濾光片的蓋玻璃所形成，用以將外部引入的光線中過多的紅外線阻隔。
為了對此廣義發明概念之上述或(及)其他方面和功效有更佳的瞭解，下文舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
1-14‧‧‧鏡片的表面
15‧‧‧影像平面
L1-L6‧‧‧第一鏡片至第六鏡片
OF‧‧‧光學濾片
第1圖為依照本發明第一實施例的一種光學系統的鏡片排列的配置圖。
第2圖為第1圖所示之光學系統的調制轉換函數(MTF)圖。
第3圖為表1和第1圖所示的光學系統的像差圖。
第4圖為依照本發明第二實施例的一種光學系統的鏡片排列的配置圖。
第5圖為第4圖所示之光學系統的調制轉換函數圖。
第6圖為表3和第4圖所示的光學系統的像差圖。
第7圖為依照本發明第三實施例的一種光學系統的鏡片排列的配置圖。
第8圖為第7圖所示之光學系統的調制轉換函數圖。
第9圖為表5和第7圖所示的光學系統的像差圖。
透過以下詳細說明並參照所附的較佳實施例的圖 式，將使關於運作效果之事得以清楚的瞭解，此運作效果包括用以達成依據本發明之光學系統之一目的之技術配置。
可是，在以下各個實施例的鏡片配置圖中，鏡片的 厚度、大小和形狀都可能為了詳細說明而有擴大之處。尤其是在鏡片配置圖中所示的球面或非球面形狀，都僅作為舉例而已，並非用以限制其實施方式。
首先，第1圖為依照本發明第一實施例的一種光學系統的鏡 片排列的配置圖。如圖所示，本實施例的光學系統包括具有一正屈光力的一第一鏡片L1、具有一負屈光力的一第二鏡片L2、具有一負屈光力的一第三鏡片L3、具有一正屈光力的一第四鏡片L4、具有一正屈光力的一第五鏡片L5和具有一負屈光力的一第六鏡片L6。
在此，第一鏡片L1可具有一種形狀，其係具有凸向一物側的一物側表面；第二鏡片L2可具有一種形狀，其係具有凹向一像側 的一像側表面。
此外，第三鏡片可具有一彎月形，其係具有一物側表面，此 物側表面是凹面；第五鏡片L5亦可具有一種形狀，其係具有凸向像側的一像側表面；又第六鏡片L6亦可具有一種形狀，其具有凹向像側的一像側表面。
此外，更可設置一光學濾片(Optical filter)OF於第六鏡片L6 與一影像平面15之間，而光學濾片OF係由鍍上紅外線濾光片的蓋玻璃所形成，用以將外部引入的光線中過多的紅外線阻隔。
再者，在本發明的光學系統中，第一鏡片L1至第六鏡片L6 皆可為塑膠鏡片，又第一鏡片L1至第六鏡片L6的各鏡片的一面或兩面可以是非球面。
依據本發明的光學系統的組成鏡片的至少一面為非球面，而 要將其做成非球面的原因是為了對用以促進像差校正和減輕製造公差在設計上的自由度作出改善，其中像差校正包括色像差校正。此外，以塑膠鏡片形成第一鏡片L1至第六鏡片L6的原因是為了配置出一種能使用於行動裝置的光學系統，使其重量較輕；而且，相較於玻璃鏡片，此光學系統具有非球面製造上的便利性和主要設置於行動裝置的特性。
同時，如上所述，本發明的光學系統依以下條件式1和2 利用複數片鏡片而能進行像差校正和達成小型化。而條件式和運作效果將描述如下。
條件式1：0.5<F1/F<1.2
當中，F1是第一鏡片L1的焦距，而F為光學系統 整體的焦距。
條件式1是關於像差校正和微小化設計的條件，而 且是關於第一鏡片L1的焦距與光學系統整體的焦距的比值的條件式。
若其偏離了條件式1的一下限，則因為第一鏡片L1 的屈光力(refractive power)增加而難以校正球面像差。若其偏離了條件式1的一上限，則縱使對包括球面像差之像差校正而言是有利的，但亦難以滿足光學系統的微小化要求。
條件式2：V1-V2>25
當中，V1是第一鏡片L1的阿貝數，V2是第二鏡片 L2的阿貝數。
條件式2是關於色像差校正的條件，而且透過增加 第一鏡片L1的阿貝數和第二鏡片L2的阿貝數係可促進色像差校正的實現。在此，當其偏離條件式2的一下限時，則難以滿足於本發明中所要求的光學特性；也就是說，由於此差值的變異的減少而令色像差增加，而難以滿足色像差校正之特性。
條件式3：F2/F<-0.50
當中，F2是第二鏡片L2的焦距，而F為光學系統 整體的焦距。
條件式3是關於光學系統的像差校正和最小化的條 件，又條件式3是關於第二鏡片L2的焦距與光學系統整體的焦距的比值的條件式。
當其偏離條件式3的一上限時，由於第二鏡片L2 的負屈光力係過度地增加或降低，故難以實現像差校正。
條件式4：-50<F3/F<-3
當中，F3是第三鏡片L3的焦距，而F為光學系統 整體的焦距。
條件式4是關於光學系統的像差校正的條件，又條 件式4是關於第三鏡片L3的焦距與光學系統整體的焦距的比值的條件式。
在此，當其偏離條件式3的一上限或一下限時，由 於難以使第三鏡片L3維持適當的屈光力，故難以實現像差校正。
條件式5：0.5<F4/F<10.0
當中，F4是第四鏡片L4的焦距，而F為光學系統 整體的焦距。
條件式5是關於光學系統的像差校正的條件，又條 件式5是關於第四鏡片L4的焦距與光學系統整體的焦距的比值的條件式。
在此，當其偏離條件式5的一上限或一下限時，由 於第四鏡片L4的正屈光力係過度地增加或降低，故難以實現像差校正。
條件式6：0.8<OAL/F<1.4
當中，OAL代表從第一鏡片L1的物側表面至影像平面15的距離，而F為光學系統整體的焦距。
條件式6是關於光學系統的微小化的條件，又條件式6是關於焦距與光學系統整體的總長度的比值的條件式。
在此，當其偏離條件式6的一上限時，則難以對整體光學系統實現微小化；當其偏離條件式6的一下限時，則不可能使光學系統得到有效的視角。
條件式7：R1/F>0.35
當中，R1是第一鏡片L1的物側表面的曲率半徑，而F為光學系統整體的焦距。
條件式7是關於此光學系統的形狀設計的條件，又條件式7是關於第一鏡片L1的物側表面的曲率半徑與光學系統整體的焦距的比值的條件式。
在此，當其偏離條件式7的一下限時，則因為第一鏡片L1的物側表面的曲率半徑減少，令設計和組裝第一鏡片L1時對公差較為敏感。
條件式8：R4/F>30
當中，R4是第二鏡片的上表面的曲率半徑，而F為光學系統整體的焦距。
條件式8是關於此光學系統的像差校正的條件，又條件式8是關於第二鏡片的上表面的曲率半徑與光學系統整體的焦距的比值的條件式。
在此，當其滿足條件式8的一下限時，則能透過適當地維持第二鏡片的負屈光力以促進像差校正的實現。
條件式9：F2/F3>0.01
當中，F2是第二鏡片L2的焦距，而F3是第三鏡片L3的焦距。
條件式9是關於光學系統的像差校正的條件，又條件式9是關於第二鏡片L2的焦距與第三鏡片L3的焦距條件式。
在此，當其偏離條件式9的一下限時，則由於第二鏡片L2的負屈光力係過度地增加和像差特性惡化，故難以實現像差校正。
條件式10：D1/F<0.03
當中，D1是第一鏡片L1和第二鏡片L2之間的空氣間隙，而F為光學系統整體的焦距。
條件式10是關於縱向像差校正的條件，又條件式10是關於第一鏡片L1和第二鏡片L2之間的距離與光學系統整體的焦距的條件式。
在此，當其偏離條件式10的一上限時，則光學系統整體的縱向像差特性會變差。
以下參照各實施例詳細描述依據本發明的一種小巧、廣角的光學系統。
如上所述，以下第一至第三實施例皆包括：一第一鏡片L1，其具有一正屈光力和凸向一物側之一物側表面；一第二鏡片L2，其具有一負屈光力和凹向一像側的一像側表面；一第三鏡片L3，其具有一負屈光力；一第四鏡片L4，其具有一正屈光 力；一第五鏡片L5，其具有一正屈光力和凸向像側之一像側表面；以及一第六鏡片L6，具有一負屈光力和凹向像側之一像側表面；以及一光學濾片OF，設置於第六鏡片L6與一影像平面15之間，而光學濾片OF係由鍍上紅外線濾光片的一蓋玻璃所形成。
再者，第一鏡片L1至第六鏡片L6皆由塑膠鏡片所形成，又鏡片的兩面皆是非球面。
此時，在以下各個實施例中所使用的非球面是依據已知公式1求得。而圓錐常數(conic constant)K和非球面係數A、B、C、D、E、F的數值係以E後接一數值來表示10的冪次，例如E+02代表102，E-02代表10-2。
當中，z表示沿光軸方向從鏡片的頂點的距離；Y表示垂直於光軸方向的距離；c是在鏡片的頂點的曲率半徑(r)的倒數；K是圓錐常數；而A、B、C、D、E、F是為非球面係數。
第一實施例
以下表1為依據本發明第一實施例的數值例子。
此外，第1圖為依照本發明第一實施例的用於攝影機的一種光學系統的鏡片排列的配置圖。第2圖為第1圖所示之光學系統的調制轉換函數(Modulation transfer function，MTF)圖。第3圖為表1和第1圖所示的光學系統的像差圖。
在第一實施例中，光學系統整體的有效焦距F是4.306mm。此外，第一鏡片L1至第六鏡片L6是非球面鏡片。
此外，在第一實施例中，第一鏡片L1的焦距F1為3.105mm，第二鏡片L2的焦距F2為-4.708mm，第三鏡片L3的焦距F3是-137.521mm，且第四鏡片L4的焦距F4為37.815mm。
再者，在第一實施例中，從第一鏡片L1的物側表面至影像平面15的距離OAL為5.549mm，而第一鏡片L1和第二鏡片L2之間的空氣間隙D1是0.105mm。
在表1中，在表面的編號之前的符號*代表其為非球面。在第一實施例中，第一鏡片L1至第六鏡片L6的鏡片兩面皆是非球面。
此外，表2列舉依據公式1的第一實施例的非球面係數的數值。
第二實施例
以下表3列舉依據本發明第二實施例的數值例子。
此外，第4圖為依照本發明第二實施例的一種光學系統的鏡片排列的配置圖。第5圖為第4圖所示之光學系統的調制轉換函數圖。第6圖為表3和第4圖所示的光學系統的像差圖。
在第二實施例中，光學系統整體的有效焦距F是4.250mm。此外，第一鏡片L1至第六鏡片L6是非球面鏡片。
此外，在第二實施例中，第一鏡片L1的焦距F1為3.600mm，第二鏡片L2的焦距F2為-5.182mm，第三鏡片L3的焦距F3是-46.921mm，且第四鏡片L4的焦距F4為6.869mm。
再者，在第二實施例中，從第一鏡片L1的物側表面至影像平面15的距離OAL為5.609mm，而第一鏡片L1和第二鏡片L2之間的空氣間隙D1是0.109mm。
在表3中，在表面的編號之前的符號*代表其為非球面。在第二實施例中，第一鏡片L1至第六鏡片L6的鏡片兩面皆是非球面。
再者，依據公式1的第二實施例的非球面係數的數值如同表4所示如下。
第三實施例
以下表5列舉依據本發明第三實施例的數值例子。
此外，第7圖為依照本發明第三實施例的一種光學系統的鏡片排列的配置圖。第8圖為第7圖所示之光學系統的調制轉換函數圖。第9圖為表5和第7圖所示的光學系統的像差圖。
在第三實施例中，光學系統整體的有效焦距F是4.325mm。此外，第一鏡片L1至第六鏡片L6是非球面塑膠鏡片。
此外，在第三實施例中，第一鏡片L1的焦距F1為3.117mm，第二鏡片L2的焦距F2為-4.626mm，第三鏡片L3的焦距F3是-42.559mm，且第四鏡片L4的焦距F4為19.868mm。
再者，在第三實施例中，從第一鏡片L1的物側表面至影像平面15的距離OAL為5.557mm，而第一鏡片L1和第二鏡片L2之間的空氣間隙D1是0.105mm。
在表5中，在表面的編號之前的符號*代表其為非球面。在第三實施例中，第一鏡片L1至第六鏡片L6的鏡片兩面皆是非球面。
此外，表6列舉依據公式1的第三實施例的非球面係數的數值。
同時，表7列舉第一至第三實施例的條件式的數值。
如上所述，依據本發明的光學系統，利用非球面的塑膠鏡片所形成的六片鏡片能改善像差校正的效率並且能降低製造成本，又能藉由對色像差進行最小化而實現高解析度的要求。
此外，本發明亦能藉由將組成此光學系統的六片鏡片中的第一及第四鏡片配置為各具有一正屈折力以製造出一種高解析度的光學系統，從而降低一像差值。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1-14‧‧‧鏡片的表面
15‧‧‧影像平面
L1-L6‧‧‧第一鏡片至第六鏡片
OF‧‧‧光學濾片

Claims (14)

  1. 一種光學系統包括：一第一鏡片，其具有一正屈光力和一物側表面，該物側表面係凸向一物側；一第二鏡片，其具有一負屈光力和一像側表面，該像側表面係凹向一像側；一第三鏡片，其具有一負屈光力；一第四鏡片，其具有一正屈光力；一第五鏡片，其具有一正屈光力和一像側表面，該像側表面係凸向該像側；以及一第六鏡片，具有一負屈光力和一像側表面，該第六鏡片之該像側表面係凹向該像側。
  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關於像差校正和微小化設計的條件的以下條件式：0.5<F1/F<1.2，其中F1是該第一鏡片的焦距，而F為該光學系統整體的焦距。
  3. 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關於色像差的條件的以下條件式：V1-V2>25，其中V1是該第一鏡片的阿貝數，而V2是該第二鏡片的阿貝數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，其中該光學系統 滿足關於像差校正和最小化的條件的以下條件式：F2/F<-0.50，其中F2是該第二鏡片的焦距，F為該光學系統整體的焦距。
  5. 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關於像差校正的條件的以下條件式：-50<F3/F<-3，其中F3是該第三鏡片的焦距，F為該光學系統整體的焦距。
  6. 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關於像差校正的條件的以下條件式：0.5<F4/F<10.0，其中F4是該第四鏡片的焦距，F為該光學系統整體的焦距。
  7. 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關於微小化的條件的以下條件式：0.8<OAL/F<1.4，其中OAL代表從該第一鏡片的該物側表面至一影像平面的距離，而F為該光學系統整體的焦距。
  8. 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關於形狀設計的條件的以下條件式：R1/F>0.35，其中R1是該第一鏡片的該物側表面的曲率半徑，而F為該光學系統整體的焦距。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，其中該光學系統 滿足關於像差校正的條件的以下條件式：R4/F>30，其中R4是該第二鏡片的上表面的曲率半徑，而F為該光學系統整體的焦距。
  10. 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關於像差校正的條件的以下條件式：F2/F3>0.01，其中F2是該第二鏡片的焦距，而F3是該第三鏡片的焦距。
  11. 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關於縱向像差校正的條件的以下條件式：D1/F<0.03，其中D1是該第一鏡片和該第二鏡片之間的一空氣間隙，而F為該光學系統整體的焦距。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，其中該第一鏡片至該第六鏡片是塑膠鏡片。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，其中而該第一鏡片的兩面至該第六鏡片的兩面皆是非球面。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，更可包括：一光學濾片，設置於該第六鏡片與該影像平面之間，而該光學濾片係由鍍上一紅外線濾光片的一蓋玻璃所形成，用以將外部引入的光線中過多的紅外線阻隔。
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