TW201818111A - 光學成像系統（一） - Google Patents

光學成像系統（一） Download PDF

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Abstract

一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡。第一透鏡具有正屈折力，其物側面可為凸面。第二透鏡至第三透鏡具有屈折力，前述各透鏡之兩表面可皆為非球面。第三透鏡可具有正屈折力，其像側面可為凹面，其兩表面皆為非球面，其中第三透鏡的至少一表面具有反曲點。光學成像系統中具屈折力的透鏡為第一透鏡至第三透鏡。當滿足特定條件時，可具備更大的收光以及更佳的光路調節能力，以提升成像品質。

Description

光學成像系統（一）
本發明是有關於一種光學成像系統組，且特別是有關於一種應用於電子產品上的小型化光學成像系統組。
近年來，隨著具有攝影功能的可攜式電子產品的興起，光學系統的需求日漸提高。一般光學系統的感光元件不外乎是感光耦合元件(Charge Coupled Device; CCD)或互補性氧化金屬半導體元(Complementary Metal-Oxide SemiconduTPor Sensor；CMOS Sensor)兩種，且隨著半導體製程技術的精進，使得感光元件的畫素尺寸縮小，光學系統逐漸往高畫素領域發展，因此對成像品質的要求也日益增加。
傳統搭載於可攜式裝置上的光學系統，多採用二片式透鏡結構為主，然而由於可攜式裝置不斷朝提昇畫素並且終端消費者對大光圈的需求例如微光與夜拍功能或是對廣視角的需求例如前置鏡頭的自拍功能。惟設計大光圈的光學系統常面臨產生更多像差致使周邊成像品質隨之劣化以及製造難易度的處境，而設計廣視角的光學系統則會面臨成像之畸變率 (distortion)提高，習知的光學成像系統已無法滿足更高階的攝影要求。
因此，如何有效增加光學成像鏡頭的進光量與增加光學成像鏡頭的視角，除進一步提高成像的總畫素與品質外同時能兼顧微型化光學成像鏡頭之衡平設計，便成為一個相當重要的議題。
本發明實施例之態樣係針對一種光學成像系統及光學影像擷取鏡頭，能夠利用三個透鏡的屈光力、凸面與凹面的組合 (本發明所述凸面或凹面原則上係指各透鏡之物側面或像側面於光軸上的幾何形狀描述)，進而有效提高光學成像系統之進光量與增加光學成像鏡頭的視角，同時提高成像的總畫素與品質，以應用於小型的電子產品上。
本發明實施例相關之透鏡參數的用語與其代號詳列如下，作為後續描述的參考：
與長度或高度有關之透鏡參數 光學成像系統之成像高度以HOI表示；光學成像系統之高度以HOS表示；光學成像系統之第一透鏡物側面至第三透鏡像側面間的距離以InTL表示；光學成像系統之第三透鏡像側面至成像面間的距離以InB表示；InTL + InB = HOS；光學成像系統之固定光欄 (光圈)至成像面間的距離以InS表示；光學成像系統之第一透鏡與第二透鏡間的距離以IN12表示(例示)；光學成像系統之第一透鏡於光軸上的厚度以TP1表示(例示)。
與材料有關之透鏡參數 光學成像系統之第一透鏡的色散係數以NA1表示(例示)；第一透鏡的折射律以Nd1表示(例示)。
與視角有關之透鏡參數 視角以AF表示；視角的一半以HAF表示；主光線角度以MRA表示。
與出入瞳有關之透鏡參數 光學成像系統之入射瞳直徑以HEP表示；單一透鏡之任一表面的最大有效半徑係指系統最大視角入射光通過入射瞳最邊緣的光線於該透鏡表面交會點(Effective Half Diameter；EHD)，該交會點與光軸之間的垂直高度。例如第一透鏡物側面的最大有效半徑以EHD11表示，第一透鏡像側面的最大有效半徑以EHD12表示。第二透鏡物側面的最大有效半徑以EHD21表示，第二透鏡像側面的最大有效半徑以EHD22表示。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的最大有效半徑表示方式以此類推。
與透鏡面形弧長及表面輪廓有關之參數 單一透鏡之任一表面的最大有效半徑之輪廓曲線長度，係指該透鏡之表面與所屬光學成像系統之光軸的交點為起始點，自該起始點沿著該透鏡之表面輪廓直至其最大有效半徑之終點為止，前述兩點間的曲線弧長為最大有效半徑之輪廓曲線長度，並以ARS表示。例如第一透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS11表示，第一透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS12表示。第二透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS21表示，第二透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS22表示。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的最大有效半徑之輪廓曲線長度表示方式以此類推。
單一透鏡之任一表面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度，係指該透鏡之表面與所屬光學成像系統之光軸的交點為起始點，自該起始點沿著該透鏡之表面輪廓直至該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑的垂直高度之座標點為止，前述兩點間的曲線弧長為1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度，並以ARE表示。例如第一透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE11表示，第一透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE12表示。第二透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE21表示，第二透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE22表示。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度表示方式以此類推。
與透鏡面形深度有關之參數 第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離以InRS31表示(例示)；第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離以InRS32表示(例示)。
與透鏡面型有關之參數 臨界點C係指特定透鏡表面上，除與光軸的交點外，一與光軸相垂直之切面相切的點。承上，例如第二透鏡物側面的臨界點C21與光軸的垂直距離為HVT21(例示)，第二透鏡像側面的臨界點C22與光軸的垂直距離為HVT22(例示)，第三透鏡物側面的臨界點C31與光軸的垂直距離為HVT31(例示)，第三透鏡像側面的臨界點C32與光軸的垂直距離為HVT32(例示)。其他透鏡之物側面或像側面上的臨界點及其與光軸的垂直距離的表示方式比照前述。
第三透鏡物側面上最接近光軸的反曲點為IF311，該點沉陷量SGI311(例示)，SGI311亦即第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF311該點與光軸間的垂直距離為HIF311(例示)。第三透鏡像側面上最接近光軸的反曲點為IF321，該點沉陷量SGI321(例示)，SGI311亦即第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF321該點與光軸間的垂直距離為HIF321(例示)。
第三透鏡物側面上第二接近光軸的反曲點為IF312，該點沉陷量SGI312(例示)，SGI312亦即第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF312該點與光軸間的垂直距離為 HIF312(例示)。第三透鏡像側面上第二接近光軸的反曲點為IF322，該點沉陷量SGI322(例示)，SGI322亦即第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF322該點與光軸間的垂直距離為HIF322(例示)。
第三透鏡物側面上第三接近光軸的反曲點為IF313，該點沉陷量SGI313(例示)，SGI313亦即第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面第三接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF3132該點與光軸間的垂直距離為 HIF313(例示)。第三透鏡像側面上第三接近光軸的反曲點為IF323，該點沉陷量SGI323(例示)，SGI323亦即第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面第三接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF323該點與光軸間的垂直距離為HIF323(例示)。
第三透鏡物側面上第四接近光軸的反曲點為IF314，該點沉陷量SGI314(例示)，SGI314亦即第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面第四接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF314該點與光軸間的垂直距離為 HIF314(例示)。第三透鏡像側面上第四接近光軸的反曲點為IF324，該點沉陷量SGI324(例示)，SGI324亦即第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面第四接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離，IF324該點與光軸間的垂直距離為HIF324(例示)。
其他透鏡物側面或像側面上的反曲點及其與光軸的垂直距離或其沉陷量的表示方式比照前述。
與像差有關之變數 光學成像系統之光學畸變 (Optical Distortion) 以ODT表示；其TV畸變 (TV Distortion)以TDT表示，並且可以進一步限定描述在成像50%至100%視野間像差偏移的程度；球面像差偏移量以DFS表示；慧星像差偏移量以DFC表示。
光圈邊緣橫向像差以STA (STOP Transverse Aberration)表示，評價特定光學成像系統之性能，可利用子午面光扇(tangential fan)或弧矢面光扇(sagittal fan)上計算任一視場的光線橫向像差，特別是分別計算最長工作波長(例如波長為650 NM)以及最短工作波長(例如波長為470 NM)通過光圈邊緣之橫向像差大小作為性能優異的標準。前述子午面光扇之座標方向，可進一步區分成正向(上光線)與負向(下光線)。最長工作波長通過光圈邊緣之橫向像差，其定義為最長工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上特定視場之成像位置，其與參考波長主光線(例如波長為555 NM)在成像面上該視場之成像位置兩位置間之距離差，最短工作波長通過光圈邊緣之橫向像差，其定義為最短工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上特定視場之成像位置，其與參考波長主光線在成像面上該視場之成像位置兩位置間之距離差，評價特定光學成像系統之性能為優異，可利用最短以及最長工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上0.7視場(即0.7成像高度HOI)之橫向像差均小於100微米(μm)作為檢核方式，甚至可進一步以最短以及最長工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上0.7視場之橫向像差均小於80微米(μm)作為檢核方式。
光學成像系統於成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，光學成像系統的正向子午面光扇之可見光最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以PLTA表示，其正向子午面光扇之可見光最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以PSTA表示，負向子午面光扇之可見光最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以NLTA表示，負向子午面光扇之可見光最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以NSTA表示，弧矢面光扇之可見光最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以SLTA表示，弧矢面光扇之可見光最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以SSTA表示。
本發明提供一種光學成像系統，其第三透鏡的物側面或像側面設置有反曲點，可有效調整各視場入射於第三透鏡的角度，並針對光學畸變與TV畸變進行補正。另外，第三透鏡的表面可具備更佳的光路調節能力，以提升成像品質。
依據本發明提供一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及一成像面。第一透鏡具有屈折力。該第一透鏡至該第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第三透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0 deg＜HAF≦50 deg以及0.9≦2(ARE /HEP)≦2.0。
依據本發明另提供一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及一成像面。該光學成像系統具有屈折力的透鏡為三枚且該第一透鏡至該第三透鏡中至少一透鏡其個別之至少一表面具有至少一反曲點，該第二透鏡至該第三透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第三透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0 deg＜HAF≦50 deg以及0.9≦2(ARE /HEP)≦2.0。
依據本發明再提供一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡以及一成像面。其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為三枚且該第一透鏡至該第三透鏡中其個別透鏡之至少一表面具有至少一反曲點，該第一透鏡至該第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第三透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；10 deg≦HAF≦50 deg以及0.9≦2(ARE /HEP)≦2.0。
單一透鏡之任一表面在最大有效半徑範圍內之輪廓曲線長度影響該表面修正像差以及各視場光線間光程差的能力，輪廓曲線長度越長則修正像差的能力提升，然而同時亦會增加生產製造上的困難度，因此必須控制單一透鏡之任一表面在最大有效半徑範圍內之輪廓曲線長度，特別是控制該表面之最大有效半徑範圍內之輪廓曲線長度(ARS)與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ARS / TP)。例如第一透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS11表示，第一透鏡於光軸上之厚度為TP1，兩者間的比值為ARS11 / TP1，第一透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS12表示，其與TP1間的比值為ARS12 / TP1。第二透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS21表示，第二透鏡於光軸上之厚度為TP2，兩者間的比值為ARS21 / TP2，第二透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS22表示，其與TP2間的比值為ARS22 / TP2。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的最大有效半徑之輪廓曲線長度與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係，其表示方式以此類推。
單一透鏡之任一表面在1/2入射瞳直徑(HEP)高度範圍內之輪廓曲線長度特別影響該表面上在各光線視場共用區域之修正像差以及各視場光線間光程差的能力，輪廓曲線長度越長則修正像差的能力提升，然而同時亦會增加生產製造上的困難度，因此必須控制單一透鏡之任一表面在1/2入射瞳直徑(HEP)高度範圍內之輪廓曲線長度，特別是控制該表面之1/2入射瞳直徑(HEP)高度範圍內之輪廓曲線長度(ARE)與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ARE / TP)。例如第一透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度以ARE11表示，第一透鏡於光軸上之厚度為TP1，兩者間的比值為ARE11 / TP1，第一透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度以ARE12表示，其與TP1間的比值為ARE12 / TP1。第二透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度以ARE21表示，第二透鏡於光軸上之厚度為TP2，兩者間的比值為ARE21 / TP2，第二透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度以ARE22表示，其與TP2間的比值為ARE22 / TP2。光學成像系統中其餘透鏡之任一表面的1/2入射瞳直徑(HEP)高度之輪廓曲線長度與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係，其表示方式以此類推。
前述光學成像系統可用以搭配成像在對角線長度為1/1.2英吋大小以下的影像感測元件，該影像感測元件之像素尺寸小於1.4微米(μm)，較佳者其像素尺寸小於1.12微米(μm)，最佳者其像素尺寸小於0.9微米(μm)。此外，該光學成像系統可適用於長寬比為16:9的影像感測元件。
前述光學成像系統可適用於百萬像素以上的攝錄影要求並擁有良好的成像品質。
當│f1│＞f3時，光學成像系統的系統總高度(HOS; Height of Optic System)可以適當縮短以達到微型化之目的。
當│f2│＞∣f1│時，藉由第二透鏡具有弱的正屈折力或弱的負屈折力。當本發明第二透鏡具有弱的正屈折力，其可有效分擔第一透鏡之正屈折力而避免不必要的像差過早出現，反之若第二透鏡具有弱的負屈折力，則可以微調補正系統的像差。
第三透鏡可具有正屈折力，其像側面可為凹面。藉此，有利於縮短其後焦距以維持小型化。另外，第三透鏡的至少一表面可具有至少一反曲點，可有效地壓制離軸視場光線入射的角度，進一步可修正離軸視場的像差。
一種光學成像系統組，由物側至像側依序包含具屈折力 的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡。光學成像系統更可包含一影像感測元件，其設置於成像面。
光學成像系統使用五個工作波長進行設計，分別為470 nm、510 nm、555 nm、610 nm、650 nm，其中555 nm為主要參考波長並作為主要提取技術特徵之參考波長。關於最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣之橫向像差數值之提取，最長工作波長係使用650 NM，參考波長主光線波長係使用555 NM，最短工作波長係使用470 NM。
光學成像系統的焦距f與每一片具有正屈折力之透鏡的焦距fp之比值PPR，光學成像系統的焦距f與每一片具有負屈折力之透鏡的焦距fn之比值NPR，所有正屈折力之透鏡的PPR總和為ΣPPR，所有負屈折力之透鏡的NPR總和為ΣNPR，當滿足下列條件時有助於控制光學成像系統的總屈折力以及總長度：0.5≦ΣPPR/│ΣNPR│≦4.5，較佳地，可滿足下列條件：1≦ΣPPR/│ΣNPR│≦3.8。
光學成像系統的系統高度為HOS，當HOS/f比值趨近於1時，將有利於製作微型化且可成像超高畫素的光學成像系統。
光學成像系統的每一片具有正屈折力之透鏡的焦距fp之總和為ΣPP，每一片具有負屈折力之透鏡的焦距總和為ΣNP，本發明的光學成像系統之一種實施方式，其滿足下列條件：0＜ΣPP≦200；以及f1/ΣPP≦0.85。較佳地，可滿足下列條件：0＜ΣPP≦150；以及0.01≦f1/ΣPP≦0.6。藉此，有助於控制光學成像系統的聚焦能力，並且適當分配系統的正屈折力以抑制顯著之像差過早產生。第一透鏡可具有正屈折力，其物側面可為凸面。藉此，可適當調整第一透鏡的正屈折力強度，有助於縮短光學成像系統的總長度。
第二透鏡可具有負屈折力。藉此，可補正第一透鏡產生的像差。
第三透鏡可具有正屈折力，其像側面可為凹面。藉此，除可分擔第一透鏡的正屈折力並且有利於縮短其後焦距以維持小型化。另外，第三透鏡的至少一表面可具有至少一反曲點，可有效地壓制離軸視場光線入射的角度，進一步可修正離軸視場的像差。較佳地，其物側面以及像側面均具有至少一反曲點。
光學成像系統可更包含一影像感測元件，其設置於成像面。影像感測元件有效感測區域對角線長的一半(即為光學成像系統之成像高度或稱最大像高) 為HOI，第一透鏡物側面至成像面於光軸上的距離為HOS，其滿足下列條件：HOS/HOI≦3；以及0.5≦HOS/f≦3.0。較佳地，可滿足下列條件：1≦HOS/HOI≦2.5；以及1≦HOS/f≦2。藉此，可維持光學成像系統的小型化，以搭載於輕薄可攜式的電子產品上。
另外，本發明的光學成像系統中，依需求可設置至少一光圈，以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明的光學成像系統中，光圈配置可為前置光圈或中置光圈，其中前置光圈意即光圈設置於被攝物與第一透鏡間，中置光圈則表示光圈設置於第一透鏡與成像面間。若光圈為前置光圈，可使光學成像系統的出瞳與成像面產生較長的距離而容置更多光學元件，並可增加影像感測元件接收影像的效率；若為中置光圈，係有助於擴大系統的視場角，使光學成像系統具有廣角鏡頭的優勢。前述光圈至成像面間的距離為InS，其滿足下列條件：0.5≦InS/HOS≦1.1。較佳地，可滿足下列條件：0.6≦InS/HOS≦1藉此，可同時兼顧維持光學成像系統的小型化以及具備廣角的特性。
本發明的光學成像系統中，第一透鏡物側面至第三透鏡像側面間的距離為InTL，於光軸上所有具屈折力之透鏡的厚度總和ΣTP， 其滿足下列條件：0.45≦ΣTP/InTL≦0.95。藉此，當可同時兼顧系統成像的對比度以及透鏡製造的良率並提供適當的後焦距以容置其他元件。
第一透鏡物側面的曲率半徑為R1，第一透鏡像側面的曲率半徑為R2，其滿足下列條件：0.1≦│R1/R2│≦3.0。藉此，第一透鏡的具備適當正屈折力強度，避免球差增加過速。較佳地，可滿足下列條件：0.1≦│R1/R2│≦2.0。
第三透鏡物側面的曲率半徑為R9，第三透鏡像側面的曲率半徑為R10，其滿足下列條件：-200 ＜(R5-R6)/(R5+R6)＜30。藉此，有利於修正光學成像系統所產生的像散。
第一透鏡與第二透鏡於光軸上的間隔距離為IN12，其滿足下列條件：0 ＜ IN12 / f ≦ 0.30。較佳地，可滿足下列條件：0.01 ≦ IN12 / f ≦ 0.25。藉此，有助於改善透鏡的色差以提升其性能。
第二透鏡與第三透鏡於光軸上的間隔距離為IN23，其滿足下列條件：IN23 / f ≦0.25。藉此有助於改善透鏡的色差以提升其性能。
第一透鏡與第二透鏡於光軸上的厚度分別為TP1以及TP2，其滿足下列條件：2≦(TP1+IN12) / TP2≦10。藉此，有助於控制光學成像系統製造的敏感度並提升其性能。
第三透鏡於光軸上的厚度為TP3，其與第二透鏡間於光軸上的間隔距離為IN23，其滿足下列條件：1.0≦(TP3+IN23) / TP2≦10。藉此，有助於控制光學成像系統製造的敏感度並降低系統總高度。
本發明的光學成像系統中，其滿足下列條件：0.1≦TP1/TP2≦0.6；0.1≦TP2/TP3≦0.6。藉此，有助層層微幅修正入射光行進過程所產生的像差並降低系統總高度。
本發明的光學成像系統中，第三透鏡物側面132於光軸上的交點至第三透鏡物側面132的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離為InRS31(若水平位移朝向像側，InRS31為正值；若水平位移朝向物側，InRS31為負值)，第三透鏡像側面134於光軸上的交點至第三透鏡像側面134的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離為InRS32，第三透鏡130於光軸上的厚度為TP3，其滿足下列條件：-1 mm≦InRS31≦1 mm；-1 mm≦InRS32≦1 mm；1 mm≦│InRS31∣+│InRS32∣≦2 mm；0.01≦│InRS31∣/ TP3≦10；0.01≦│InRS32∣/ TP3≦10。藉此，可控制第三透鏡兩面間最大有效半徑位置，而有助於光學成像系統之週邊視場的像差修正以及有效維持其小型化。
本發明的光學成像系統中，第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI311表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI321表示，其滿足下列條件：0 ＜ SGI311 /( SGI311+TP3)≦0.9；0 ＜ SGI321 /( SGI321+TP3)≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.01＜ SGI311 /( SGI311+TP3)≦0.7；0.01＜SGI321 /( SGI321+TP3) ≦0.7。
第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI312表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI322表示，其滿足下列條件：0 ＜ SGI312/ (SGI312+TP3)≦0.9；0 ＜ SGI322 /( SGI322+TP3)≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.1≦SGI312 /( SGI312+TP3)≦0.8；0.1≦SGI322 /( SGI322+TP3)≦0.8。
第三透鏡物側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF311表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF321表示，其滿足下列條件：0.01≦HIF311 / HOI≦0.9；0.01≦HIF321 / HOI≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.09≦HIF311 / HOI≦0.5；0.09≦HIF321 / HOI ≦0.5。
第三透鏡物側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF312表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF322表示，其滿足下列條件：0.01≦HIF312 / HOI≦0.9；0.01≦HIF322 / HOI≦0.9。較佳地，可滿足下列條件：0.09≦HIF312 / HOI≦0.8；0.09≦HIF322 / HOI ≦0.8。
第三透鏡物側面第三接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF313表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面第三接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF323表示，其滿足下列條件：0.001 mm≦│HIF313∣≦5 mm；0.001 mm≦│HIF323∣≦5 mm。較佳地，可滿足下列條件：0.1 mm≦│HIF323∣≦3.5 mm；0.1 mm≦│HIF313∣≦3.5 mm。
第三透鏡物側面第四接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF314表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面第四接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF324表示，其滿足下列條件：0.001 mm≦│HIF314∣≦5 mm；0.001 mm≦│HIF324∣≦5 mm。較佳地，可滿足下列條件：0.1 mm≦│HIF324∣≦3.5 mm；0.1 mm≦│HIF314∣≦3.5 mm。
本發明的光學成像系統之一種實施方式，可藉由具有高色散係數與低色散係數之透鏡交錯排列，而助於光學成像系統色差的修正。
上述非球面之方程式係為： z=ch2 /[1+[1(k+1)c2 h2 ]0.5 ]+A4h4 +A6h6 +A8h8 +A10h10 +A12h12 +A14h14 +A16h16 +A18h18 +A20h20 +… (1) 其中，z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值，k為錐面係數，c為曲率半徑的倒數，且A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16 、A18以及A20為高階非球面係數。
本發明提供的光學成像系統中，透鏡的材質可為塑膠或玻璃。當透鏡材質為塑膠，可以有效降低生產成本與重量。另當透鏡的材質為玻璃，則可以控制熱效應並且增加光學成像系統屈折力配置的設計空間。此外，光學成像系統中第一透鏡至第三透鏡的物側面及像側面可為非球面，其可獲得較多的控制變數，除用以消減像差外，相較於傳統玻璃透鏡的使用甚至可縮減透鏡使用的數目，因此能有效降低本發明光學成像系統的總高度。
再者，本發明提供的光學成像系統中，若透鏡表面係為凸面，原則上表示透鏡表面於近光軸處為凸面；若透鏡表面係為凹面，原則上表示透鏡表面於近光軸處為凹面。
另外，本發明的光學成像系統中，依需求可設置至少一光欄，以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明的光學成像系統中，光圈配置可為前置光圈或中置光圈，其中前置光圈意即光圈設置於被攝物與第一透鏡間，中置光圈則表示光圈設置於第一透鏡與成像面間。若光圈為前置光圈，可使光學成像系統的出瞳與成像面產生較長的距離而容置更多光學元件，並可增加影像感測元件接收影像的效率；若為中置光圈，係有助於擴大系統的視場角，使光學成像系統具有廣角鏡頭的優勢。
本發明的光學成像系統更可視需求應用於移動對焦的光學系統中，並兼具優良像差修正與良好成像品質的特色，從而擴大應用層面。
本發明的光學成像系統更可視需求包括一驅動模組，該驅動模組可與該些透鏡相耦合並使該些透鏡產生位移。前述驅動模組可以是音圈馬達(VCM)用於帶動鏡頭進行對焦，或者為光學防手振元件(OIS)用於降低拍攝過程因鏡頭振動所導致失焦的發生頻率。
本發明的光學成像系統更可視需求令第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡中至少一透鏡為波長小於500nm之光線濾除元件，其可藉由該特定具濾除功能之透鏡的至少一表面上鍍膜或該透鏡本身即由具可濾除短波長之材質所製作而達成。
本發明的光學成像系統之成像面更可視需求選擇為一平面或一曲面。當成像面為一曲面 (例如具有一曲率半徑的球面)，有助於降低聚焦光線於成像面所需之入射角，除有助於達成微縮光學成像系統之長度(TTL)外，對於提升相對照度同時有所助益。
根據上述實施方式，以下提出具體實施例並配合圖式予以詳細說明。
第一實施例 請參照第1A圖及第1B圖，其中第1A圖繪示依照本發明第一實施例的一種光學成像系統的示意圖，第1B圖由左至右依序為第一實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第1C圖為第一實施例的光學成像系統之子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖。由第1A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含第一透鏡110、光圈100、第二透鏡120、第三透鏡130、紅外線濾光片170、成像面180以及影像感測元件190。
第一透鏡110具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面112為凸面，其像側面114為凹面，並皆為非球面。第一透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS11表示，第一透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS12表示。第一透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE11表示，第一透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE12表示。第一透鏡於光軸上之厚度為TP1。
第二透鏡120具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面122為凹面，其像側面124為凸面，並皆為非球面，且其像側面124具有一反曲點。第二透鏡像側面於光軸上的交點至第二透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI221表示，其滿足下列條件： SGI221= -0.1526 mm；∣SGI221∣/(∣SGI221∣+TP2)= 0.2292。第二透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS21表示，第二透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS22表示。第二透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE21表示，第二透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE22表示。第二透鏡於光軸上之厚度為TP2。
第二透鏡像側面於光軸上的交點至第二透鏡像側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF221表示，其滿足下列條件：HIF221= 0.5606 mm；HIF221/ HOI=0.3128。
第三透鏡130具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面132為凸面，其像側面134為凹面，並皆為非球面，且其物側面132具有二反曲點以及像側面134具有一反曲點。第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI311表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面最近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI321表示，其滿足下列條件：SGI311= 0.0180 mm；SGI321= 0.0331 mm；∣SGI311∣/(∣SGI311∣+TP3)= 0.0339；∣SGI321∣/(∣SGI321∣+TP3)= 0.0605。第三透鏡物側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS31表示，第三透鏡像側面的最大有效半徑之輪廓曲線長度以ARS32表示。第三透鏡物側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE31表示，第三透鏡像側面的1/2入射瞳直徑(HEP)之輪廓曲線長度以ARE32表示。第三透鏡於光軸上之厚度為TP3。
第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面第二接近光軸的反曲點之間與光軸平行的水平位移距離以SGI312表示，其滿足下列條件：SGI312= -0.0367 mm；∣SGI312∣/(∣SGI312∣+ TP3)= 0.0668。
第三透鏡物側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF311表示，第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面最近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF321表示，其滿足下列條件：HIF311= 0.2298 mm；HIF321= 0.3393 mm；HIF311/ HOI=0.1282；HIF321/ HOI=0.1893。
第三透鏡物側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離以HIF312表示，其滿足下列條件：HIF312= 0.8186 mm；HIF312/ HOI=0.4568。
紅外線濾光片170為玻璃材質，其設置於第三透鏡130及成像面180間且不影響光學成像系統的焦距。
第一實施例的光學成像系統中，光學成像系統的焦距為f，光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，光學成像系統中最大視角的一半為HAF，其數值如下：f= 2.42952 mm；f/HEP=2.02；以及HAF= 35.87度與tan(HAF)=0.7231。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡110的焦距為f1，第三透鏡140的焦距為f3，其滿足下列條件：f1= 2.27233 mm；∣f/f1│ = 1.0692；f3= 7.0647 mm；│f1│＜ f3；以及∣f1/f3│= 0.3216。
第一實施例的光學成像系統中，第二透鏡120至第三透鏡130的焦距分別為f2、f3，其滿足下列條件：f2=-5.2251 mm；以及│f2│＞∣f1│。
光學成像系統的焦距f與每一片具有正屈折力之透鏡的焦距fp之比值PPR，光學成像系統的焦距f與每一片具有負屈折力之透鏡的焦距fn之比值NPR，第一實施例的光學成像系統中，所有正屈折力之透鏡的PPR總和為ΣPPR=f/f1+f/f3= 1.4131，所有負屈折力之透鏡的NPR總和為ΣNPR= f/f2 = 0.4650，ΣPPR/│ΣNPR│=3.0391。同時亦滿足下列條件：∣f/f3│=0.3439；∣f1/f2│=0.4349；∣f2/f3│=0.7396。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡物側面112至第三透鏡像側面134間的距離為InTL，第一透鏡物側面112至成像面180間的距離為HOS，光圈100至成像面180間的距離為InS，影像感測元件190有效感測區域對角線長的一半為HOI，第三透鏡像側面134至成像面180間的距離為InB，其滿足下列條件：InTL+InB=HOS；HOS= 2.9110 mm；HOI= 1.792 mm；HOS/HOI= 1.6244；HOS/f=1.1982；InTL/HOS= 0.7008；InS=2.25447 mm；以及InS/HOS= 0.7745。
第一實施例的光學成像系統中，於光軸上所有具屈折力之透鏡的厚度總和為ΣTP，其滿足下列條件：ΣTP= 1.4198 mm；以及ΣTP/InTL= 0.6959。藉此，當可同時兼顧系統成像的對比度以及透鏡製造的良率並提供適當的後焦距以容置其他元件。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡物側面112的曲率半徑為R1，第一透鏡像側面114的曲率半徑為R2，其滿足下列條件：│R1/R2│= 0.3849。藉此，第一透鏡的具備適當正屈折力強度，避免球差增加過速。
第一實施例的光學成像系統中，第三透鏡物側面132的曲率半徑為R5，第三透鏡像側面144的曲率半徑為R6，其滿足下列條件：(R5-R6)/(R5+R6)= -0.0899。藉此，有利於修正光學成像系統所產生的像散。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡110與第三透鏡130之個別焦距分別為f1、f3，所有具正屈折力的透鏡之焦距總和為ΣPP，其滿足下列條件：ΣPP=f1+f3= 9.3370 mm；以及f1/ (f1+f3)= 0.2434。藉此，有助於適當分配第一透鏡110之正屈折力至其他正透鏡，以抑制入射光線行進過程顯著像差的產生。
第一實施例的光學成像系統中，第二透鏡120之個別焦距為f2，所有具負屈折力的透鏡之焦距總和為ΣNP，其滿足下列條件：ΣNP= f2 =-5.2251 mm。藉此，有助於抑制入射光行進過程顯著像差的產生。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡110與第二透鏡120於光軸上的間隔距離為IN12，其滿足下列條件：IN12=0.4068 mm；IN12 / f = 0.1674。藉此，有助於改善透鏡的色差以提升其性能。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡110與第二透鏡120於光軸上的厚度分別為TP1以及TP2，其滿足下列條件：TP1= 0.5132 mm；TP2= 0.3363 mm；以及(TP1+IN12) / TP2=2.7359。藉此，有助於控制光學成像系統製造的敏感度並提升其性能。
第一實施例的光學成像系統中，第二透鏡120與第三透鏡130兩透鏡於光軸上的間隔距離為IN23，其滿足下列條件：(TP3+IN23) / TP2= 2.3308。藉此，有助於控制光學成像系統製造的敏感度並降低系統總高度。
本實施例的光學成像系統中，其滿足下列條件：TP2 / (IN12+TP2+IN23)= 0.35154；TP1 / TP2= 1.52615；TP2 / TP3= 0.58966。藉此，有助於層層微幅修正入射光行進過程所產生的像差並降低系統總高度。
第一實施例的光學成像系統中，第一透鏡110至第三透鏡140於光軸上的厚度總和為ΣTP，其滿足下列條件：TP2/ΣTP= 0.2369。藉此有助修正入射光行進過程所產生的像差並降低系統總高度。
第一實施例的光學成像系統中，第三透鏡物側面132於光軸上的交點至第三透鏡物側面132的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離為InRS31，第三透鏡像側面134於光軸上的交點至第三透鏡像側面134的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離為InRS32，第三透鏡130於光軸上的厚度為TP3，其滿足下列條件：InRS31= -0.1097 mm；InRS32= -0.3195 mm；│InRS31∣+│InRS32∣= 0.42922 mm；│InRS31∣/ TP3=0.1923；以及│InRS32∣/ TP3=0.5603。藉此，有利於鏡片的製作與成型，並有效維持其小型化。
本實施例的光學成像系統中，第三透鏡物側面132的臨界點C31與光軸的垂直距離為 HVT31，第三透鏡像側面134的臨界點C32與光軸的垂直距離為HVT32，其滿足下列條件： HVT31=0.4455 mm；HVT32= 0.6479 mm；HVT31/HVT32=0.6876。藉此，可有效修正離軸視場的像差。
本實施例的光學成像系統其滿足下列條件：HVT32/ HOI=0.3616。藉此，有助於光學成像系統之週邊視場的像差修正。
本實施例的光學成像系統其滿足下列條件：HVT32/ HOS=0.2226。藉此，有助於光學成像系統之週邊視場的像差修正。
第一實施例的光學成像系統中，第二透鏡120以及第三透鏡150具有負屈折力，第一透鏡的色散係數為NA1，第二透鏡的色散係數為NA2，第三透鏡的色散係數為NA3，其滿足下列條件：∣NA1-NA2│=33.5951；NA3/NA2=2.4969。藉此，有助於光學成像系統色差的修正。
第一實施例的光學成像系統中，光學成像系統於結像時之 TV畸變為TDT，結像時之光學畸變為ODT，其滿足下列條件：│TDT│= 1.2939 %；│ODT│=1.4381 %。
第三透鏡本實施例的光學成像系統中，正向子午面光扇圖之最長工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上0.7視場之橫向像差以PLTA表示，其為0.0028 mm (像素大小Pixel Size為1.12μm)，正向子午面光扇圖之最短工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上0.7視場之橫向像差以PSTA表示，其為0.0163 mm (像素大小Pixel Size為1.12μm)，負向子午面光扇圖之最長工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上0.7視場之橫向像差以NLTA表示，其為 0.0118 mm (像素大小Pixel Size為1.12μm)，負向子午面光扇圖之最短工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上0.7視場之橫向像差以NSTA表示，其為 -0.0019 mm (像素大小Pixel Size為1.12μm)。弧矢面光扇圖之最長工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上0.7視場之橫向像差以SLTA表示，其為 -0.0103 mm (像素大小Pixel Size為1.12μm)，弧矢面光扇圖之最短工作波長通過光圈邊緣入射在成像面上0.7視場之橫向像差以SSTA表示，其為0.0055 mm(像素大小Pixel Size為1.12μm)。
再配合參照下列表一以及表二。 表一、第一實施例透鏡數據 表二、第一實施例之非球面係數
依據表一及表二可得到輪廓曲線長度相關之數値：
表一為第1圖第一實施例詳細的結構數據，其中曲率半徑、厚度、距離及焦距的單位為mm，且表面0-10依序表示由物側至像側的表面。表二為第一實施例中的非球面數據，其中，k表非球面曲線方程式中的錐面係數，A1-A20則表示各表面第1-20階非球面係數。此外，以下各實施例表格乃對應各實施例的示意圖與像差曲線圖，表格中數據的定義皆與第一實施例的表一及表二的定義相同，在此不加贅述。
第二實施例 請參照第2A圖及第2B圖，其中第2A圖繪示依照本發明第二實施例的一種光學成像系統的示意圖，第2B圖由左至右依序為第二實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第2C圖為第二實施例的光學成像系統於0.7視場處之橫向像差圖。由第2A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含光圈200、第一透鏡210、第二透鏡220、第三透鏡230、紅外線濾光片270、成像面280以及影像感測元件290。
第一透鏡210具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面212為凸面，其像側面214為凹面，並皆為非球面，其物側面212以及像側面214均具有一反曲點。
第二透鏡220具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面222為凹面，其像側面224為凸面，並皆為非球面，其物側面222以及像側面224均具有一反曲點。
第三透鏡230具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面232為凸面，其像側面234為凹面，並皆為非球面，其物側面232以及像側面234均具有一反曲點。
紅外線濾光片270為玻璃材質，其設置於第三透鏡230及成像面280間且不影響光學成像系統的焦距。
請配合參照下列表三以及表四。 表四、第二實施例之非球面係數
第二實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表三及表四可得到下列條件式數値：
依據表三及表四可得到下列條件式數値：
依據表三及表四可得到輪廓曲線長度相關之數値：
第三實施例 請參照第3A圖及第3B圖，其中第3A圖繪示依照本發明第三實施例的一種光學成像系統的示意圖，第3B圖由左至右依序為第三實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第3C圖為第三實施例的光學成像系統於0.7視場處之橫向像差圖。由第3A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含光圈300、第一透鏡310、第二透鏡320、第三透鏡330、紅外線濾光片370、成像面380以及影像感測元件390。
第一透鏡310具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面312為凸面，其像側面314為凹面，並皆為非球面，其物側面312以及像側面314均具有一反曲點。
第二透鏡320具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面322為凸面，其像側面324為凹面，並皆為非球面。
第三透鏡330具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面332為凹面，其像側面334為凹面，並皆為非球面，其像側面334具有一反曲點。
紅外線濾光片370為玻璃材質，其設置於第三透鏡330及成像面380間且不影響光學成像系統的焦距。
請配合參照下列表五以及表六。 表六、第三實施例之非球面係數
第三實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表五及表六可得到下列條件式數値：
依據表五及表六可得到下列條件式數値：
依據表五及表六可得到輪廓曲線長度相關之數値：
第四實施例 請參照第4A圖及第4B圖，其中第4A圖繪示依照本發明第四實施例的一種光學成像系統的示意圖，第4B圖由左至右依序為第四實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第4C圖為第四實施例的光學成像系統於0.7視場處之橫向像差圖。由第4A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含光圈400、第一透鏡410、第二透鏡420、第三透鏡430、紅外線濾光片470、成像面480以及影像感測元件490。
第一透鏡410具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面412為凸面，其像側面414為凹面，並皆為非球面，其物側面412以及像側面414均具有一反曲點。
第二透鏡420具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面422為凹面，其像側面424為凸面，並皆為非球面，其物側面422以及像側面424均具有一反曲點。
第三透鏡430具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面432為凸面，其像側面434為凹面，並皆為非球面，其物側面432以及像側面434均具有一反曲點。
紅外線濾光片470為玻璃材質，其設置於第三透鏡430及成像面480間且不影響光學成像系統的焦距。
請配合參照下列表七以及表八。 表八、第四實施例之非球面係數
第四實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表七及表八可得到下列條件式數値：
依據表七及表八可得到下列條件式數値：
依據表七及表八可得到輪廓曲線長度相關之數値：
第五實施例 請參照第5A圖及第5B圖，其中第5A圖繪示依照本發明第五實施例的一種光學成像系統的示意圖，第5B圖由左至右依序為第五實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第5C圖為第五實施例的光學成像系統的TV畸變曲線圖。由第5A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含光圈500、第一透鏡510、第二透鏡520、第三透鏡530、紅外線濾光片570、成像面580以及影像感測元件590。
第一透鏡510具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面512為凸面，其像側面514為凹面，並皆為非球面，且其物側面512以及像側面514均具有一反曲點。
第二透鏡520具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面522為凹面，其像側面524為凸面，並皆為非球面，且其物側面512以及像側面514均具有一反曲點。
第三透鏡530具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面532為凸面，其像側面534為凹面，並皆為非球面，且其物側面532具有二反曲點以及像側面534具有一反曲點。
紅外線濾光片570為玻璃材質，其設置於第三透鏡530及成像面580間且不影響光學成像系統的焦距。
請配合參照下列表九以及表十。 表十、第五實施例之非球面係數
第五實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表九及表十可得到下列條件式數値：
依據表九及表十可得到下列條件式數値：
依據表九及表十可得到輪廓曲線長度相關之數値：
第六實施例 請參照第6A圖及第6B圖，其中第6A圖繪示依照本發明第六實施例的一種光學成像系統的示意圖，第6B圖由左至右依序為第六實施例的光學成像系統的球差、像散及光學畸變曲線圖。第6C圖為第六實施例的光學成像系統於0.7視場處之橫向像差圖。由第6A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含光圈600、第一透鏡610、第二透鏡620、第三透鏡630、紅外線濾光片670、成像面680以及影像感測元件690。
第一透鏡610具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面612為凸面，其像側面614為凹面，並皆為非球面，其物側面612以及像側面614均具有一反曲點。
第二透鏡620具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面622為凹面，其像側面624為凹面，並皆為非球面，其物側面622以及像側面624均具有二反曲點。
第三透鏡630具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面632為凸面，其像側面634為凹面，並皆為非球面，其物側面632以及像側面634均具有一反曲點。
紅外線濾光片670為玻璃材質，其設置於第三透鏡630及成像面680間且不影響光學成像系統的焦距。
請配合參照下列表十一以及表十二。 表十二、第六實施例之非球面係數
第六實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表參數的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
依據表十一及表十二可得到下列條件式數値：
依據表十一及表十二可得到下列條件式數値：
依據表十一及表十二可得到輪廓曲線長度相關之數値：
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
雖然本發明已參照其例示性實施例而特別地顯示及描述，將為所屬技術領域具通常知識者所理解的是，於不脫離以下申請專利範圍及其等效物所定義之本發明之精神與範疇下可對其進行形式與細節上之各種變更。
10、20、30、40、50、60‧‧‧光學成像系統
100、200、300、400、500、600‧‧‧光圈
110、210、310、410、510、610‧‧‧第一透鏡
112、212、312、412、512、612‧‧‧物側面
114、214、314、414、514、614‧‧‧像側面
120、220、320、420、520、620‧‧‧第二透鏡
122、222、322、422、522、622‧‧‧物側面
124、224、324、424、524、624‧‧‧像側面
130、230、330、430、530、630‧‧‧第三透鏡
132、232、332、432、532、632‧‧‧物側面
134、234、334、434、534、634‧‧‧像側面
170、270、370、470、570、670‧‧‧紅外線濾光片
180、280、380、480、580、680‧‧‧成像面
190、290、390、490、590、690‧‧‧影像感測元件
f‧‧‧光學成像系統之焦距
f1‧‧‧第一透鏡的焦距
f2‧‧‧第二透鏡的焦距
f3‧‧‧第三透鏡的焦距
f/HEP；Fno; F#‧‧‧光學成像系統之光圈値
HAF‧‧‧光學成像系統之最大視角的一半
NA1、NA2、NA3‧‧‧第一透鏡至第三透鏡的色散係數分別為
R1、R2‧‧‧第一透鏡物側面以及像側面的曲率半徑
R3、R4‧‧‧第二透鏡物側面以及像側面的曲率半徑
R5、R6‧‧‧第三透鏡物側面以及像側面的曲率半徑
TP1、TP2、TP3‧‧‧第一透鏡至第三透鏡於光軸上的厚度分別為
ΣTP‧‧‧所有具屈折力之透鏡的厚度總和
IN12‧‧‧第一透鏡與第二透鏡於光軸上的間隔距離
IN23‧‧‧第二透鏡與第三透鏡於光軸上的間隔距離
InRS31‧‧‧第三透鏡物側面於光軸上的交點至第三透鏡物側面的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離
InRS32‧‧‧第三透鏡像側面於光軸上的交點至第三透鏡像側面的最大有效半徑位置於光軸的水平位移距離
IF212‧‧‧第二透鏡物側面上第二接近光軸的反曲點
SGI212‧‧‧該點沉陷量
HIF212‧‧‧第二透鏡物側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF222‧‧‧第二透鏡像側面上第二接近光軸的反曲點
SGI222‧‧‧該點沉陷量
HIF222‧‧‧第二透鏡像側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF311‧‧‧第三透鏡物側面上最接近光軸的反曲點
SGI311‧‧‧該點沉陷量
HIF311‧‧‧第三透鏡物側面上最接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF321‧‧‧第三透鏡像側面上最接近光軸的反曲點
SGI321‧‧‧該點沉陷量
HIF321‧‧‧第三透鏡像側面上最接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF312‧‧‧第三透鏡物側面上第二接近光軸的反曲點
SGI312‧‧‧該點沉陷量
HIF312‧‧‧第三透鏡物側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF322‧‧‧第三透鏡像側面上第二接近光軸的反曲點
SGI322‧‧‧該點沉陷量
HIF322‧‧‧第三透鏡像側面第二接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF313‧‧‧第三透鏡物側面上第三接近光軸的反曲點
SGI313‧‧‧該點沉陷量
HIF313‧‧‧第三透鏡物側面第三接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
IF323‧‧‧第三透鏡像側面上第三接近光軸的反曲點
SGI323‧‧‧該點沉陷量
HIF323‧‧‧第三透鏡像側面第三接近光軸的反曲點與光軸間的垂直距離
C31‧‧‧第三透鏡物側面的臨界點
C32‧‧‧第三透鏡像側面的臨界點
SGC31‧‧‧第三透鏡物側面的臨界點與光軸的水平位移距離
SGC32‧‧‧第三透鏡像側面的臨界點與光軸的水平位移距離
HVT31‧‧‧第三透鏡物側面的臨界點與光軸的垂直距離
HVT32‧‧‧第三透鏡像側面的臨界點與光軸的垂直距離
HOS‧‧‧系統總高度 (第一透鏡物側面至成像面於光軸上的距離)
Dg‧‧‧影像感測元件的對角線長度
InS‧‧‧光圈至成像面的距離
InTL‧‧‧第一透鏡物側面至該第三透鏡像側面的距離
InB‧‧‧第三透鏡像側面至該成像面的距離
HOI‧‧‧影像感測元件有效感測區域對角線長的一半 (最大像高)
TDT‧‧‧光學成像系統於結像時之TV畸變 (TV Distortion)
ODT‧‧‧光學成像系統於結像時之光學畸變 (Optical Distortion)
本發明上述及其他特徵將藉由參照附圖詳細說明。 第1A圖係繪示本發明第一實施例之光學成像系統的示意圖； 第1B圖由左至右依序繪示本發明第一實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖； 第1C圖係繪示本發明第一實施例光學成像系統之子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖； 第2A圖係繪示本發明第二實施例之光學成像系統的示意圖； 第2B圖由左至右依序繪示本發明第二實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖； 第2C圖係繪示本發明第二實施例光學成像系統之子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖； 第3A圖係繪示本發明第三實施例之光學成像系統的示意圖； 第3B圖由左至右依序繪示本發明第三實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖； 第3C圖係繪示本發明第三實施例光學成像系統之子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖； 第4A圖係繪示本發明第四實施例之光學成像系統的示意圖； 第4B圖由左至右依序繪示本發明第四實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖； 第4C圖係繪示本發明第四實施例光學成像系統之子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖； 第5A圖係繪示本發明第五實施例之光學成像系統的示意圖； 第5B圖由左至右依序繪示本發明第五實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖； 第5C圖係繪示本發明第五實施例光學成像系統之子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖； 第6A圖係繪示本發明第六實施例之光學成像系統的示意圖； 第6B圖由左至右依序繪示本發明第六實施例之光學成像系統的球差、像散以及光學畸變之曲線圖； 第6C圖係繪示本發明第六實施例光學成像系統之子午面光扇以及弧矢面光扇，最長工作波長以及最短工作波長通過光圈邊緣於0.7視場處之橫向像差圖。

Claims (25)

  1. 一種光學成像系統，由物側至像側依序包含： 一第一透鏡，具有屈折力； 一第二透鏡，具有屈折力； 一第三透鏡，具有屈折力；以及 一成像面，其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為三枚，該第一透鏡至該第三透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第三透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0 deg＜HAF≦50 deg以及0.9≦2(ARE /HEP)≦2.0。
  2. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該光學成像系統於結像時之TV畸變為TDT，該光學成像系統於該成像面上垂直於光軸具有一成像高度HOI，該光學成像系統的正向子午面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以PLTA表示，其正向子午面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以PSTA表示，負向子午面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以NLTA表示，負向子午面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以NSTA表示，弧矢面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以SLTA表示，弧矢面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以SSTA表示，其滿足下列條件：PLTA≦100微米；PSTA≦100微米；NLTA≦100微米；NSTA≦100微米；SLTA≦100微米；以及SSTA≦100微米；│TDT│＜ 100 %。
  3. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該些透鏡中任一透鏡之任一表面的最大有效半徑以EHD表示，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面之最大有效半徑處為終點，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARS，其滿足下列公式：0.9≦ARS /EHD≦2.0。
  4. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該光學成像系統滿足下列公式：0 mm ＜HOS≦50 mm。
  5. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該成像面可選擇為一平面或一曲面。
  6. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第三透鏡之物側面於光軸上的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE31，該第三透鏡之像側面於光軸上的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE32，第三透鏡於光軸上的厚度為TP3，其滿足下列條件：0.05≦ARE31/ TP3≦25；以及0.05≦ARE32/ TP3≦25。
  7. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第二透鏡之物側面於光軸上的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為為ARE21，該第二透鏡之像側面於光軸上的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE22，該第二透鏡於光軸上的厚度為TP2，其滿足下列條件：0.05≦ARE21/ TP2≦25；以及0.05≦ARE22/ TP2≦25。
  8. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第一透鏡物側面於光軸上為凸面，該第一透鏡像側面於光軸上為凹面。
  9. 如請求項1所述之光學成像系統，其中更包括一光圈，並且於該光圈至該成像面於光軸上具有一距離InS，其滿足下列公式：0.2≦InS/HOS≦1.1。
  10. 一種光學成像系統，由物側至像側依序包含： 一第一透鏡，具有正屈折力，其物側面於光軸上為凸面，其像側面於光軸上為凹面； 一第二透鏡，具有屈折力； 一第三透鏡，具有屈折力；以及 一成像面，其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為三枚且該第一透鏡至該第三透鏡中至少一透鏡其個別之至少一表面具有至少一反曲點，該第二透鏡至該第三透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第三透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0 deg＜HAF≦50 deg以及0.9≦2(ARE /HEP)≦2.0。
  11. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該些透鏡中任一透鏡之任一表面的最大有效半徑以EHD表示，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面之最大有效半徑處為終點，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARS，其滿足下列公式：0.9≦ARS /EHD≦2.0。
  12. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第一透鏡至該第三透鏡中至少二透鏡其個別之至少一表面具有至少一反曲點。
  13. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該光學成像系統於該成像面上垂直於光軸具有一成像高度HOI，該光學成像系統的正向子午面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以PLTA表示，其正向子午面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以PSTA表示，負向子午面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以NLTA表示，負向子午面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以NSTA表示，弧矢面光扇之最長工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以SLTA表示，弧矢面光扇之最短工作波長通過該入射瞳邊緣並入射在該成像面上0.7HOI處之橫向像差以SSTA表示，其滿足下列條件：PLTA≦50微米；PSTA≦50微米；NLTA≦50微米；NSTA≦50微米；SLTA≦50微米；以及SSTA≦50微米。
  14. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該光學成像系統於該成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，其滿足下列條件：1≦HOS/HOI≦5。
  15. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第一透鏡與該第二透鏡之間於光軸上的距離為IN12，且滿足下列公式：0＜ IN12/f≦60。
  16. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第二透鏡與該第三透鏡之間於光軸上的距離為IN23，且滿足下列公式：0＜ IN23/f≦5。
  17. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第二透鏡與該第三透鏡之間於光軸上的距離為IN23，該第二透鏡與第三透鏡於光軸上的厚度分別為TP2以及TP3，其滿足下列條件：1≦(TP3+IN23) / TP2≦10。
  18. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第一透鏡與該第二透鏡之間於光軸上的距離為IN12，該第一透鏡與第二透鏡於光軸上的厚度分別為TP1以及TP2，其滿足下列條件：1≦(TP1+IN12) / TP2≦10。
  19. 如請求項10所述之光學成像系統，其中該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡中至少一透鏡為波長小於500nm之光線濾除元件。
  20. 一種光學成像系統，由物側至像側依序包含： 一第一透鏡，具有正屈折力，其物側面於光軸上為凸面，其像側面於光軸上為凹面； 一第二透鏡，具有屈折力； 一第三透鏡，具有屈折力；以及 一成像面，其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為三枚且該第一透鏡至該第三透鏡中至少二透鏡之至少一表面具有至少一反曲點，該第一透鏡至該第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統之入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面於光軸上具有一距離HOS，該第一透鏡物側面至該第三透鏡像側面於光軸上具有一距離InTL，該光學成像系統之最大可視角度的一半為HAF，該光學成像系統於該成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；10 deg≦HAF≦50 deg；0.9≦2(ARE /HEP)≦2.0以及1≦HOS/HOI≦5。
  21. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該些透鏡中任一透鏡之任一表面的最大有效半徑以EHD表示，該些透鏡中任一透鏡之任一表面與光軸的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面之最大有效半徑處為終點，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARS，其滿足下列公式：0.9≦ARS /EHD≦2.0。
  22. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該光學成像系統滿足下列公式：0 mm＜HOS≦50 mm。
  23. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該第三透鏡之物側面於光軸上的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE31，該第三透鏡之像側面於光軸上的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE32，第三透鏡於光軸上的厚度為TP3，其滿足下列條件：0.05≦ARE31/ TP3≦25；以及0.05≦ARE32/ TP3≦25。
  24. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該第二透鏡之物側面於光軸上的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為為ARE21，該第二透鏡之像側面於光軸上的交點為起點，沿著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑之垂直高度處的座標點為止，前述兩點間之輪廓曲線長度為ARE22，該第二透鏡於光軸上的厚度為TP2，其滿足下列條件：0.05≦ARE21/ TP2≦25；以及0.05≦ARE22/ TP2≦25。
  25. 如請求項20所述之光學成像系統，其中該光學成像系統更包括一光圈、一影像感測元件以及一驅動模組，該影像感測元件設置於該成像面，並且於該光圈至該成像面具有一距離InS，該驅動模組可與該些透鏡相耦合並使該些透鏡產生位移，其滿足下列公式：0.2≦InS/HOS≦1.1。
TW105135717A 2016-11-03 2016-11-03 光學成像系統（一） TWI630418B (zh)

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