TW550397B - Composite lens system - Google Patents

Description

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本發明係提供一種複合透鏡 本發明係運用三個具折射六、成（二）：具體而言， ^ %鏡所槿# 設置繞射面與非球面，藉，士，丄 w战’並在預設透鏡上 限制下達到最佳的成像性能者 j以在較低廉的成本 按’由於現代的科技水準日 對於產品性能要求-再提昇，而：匕-般消費者不但 分重視，例如一般所見的透鏡便八二f品的價位更是十 在較低廉的成本限制下達到，如何開發出-種 M mm制， 佳成像性能的透鏡系統，已 成為研發者與製造商最想克服的幾個問題，而上述内容中 所呈現的問題也是本案發明人研發本案的動機。 g 果使用 夠降低 璃球面 凸正透 ，由於 透鏡表 以充分 空間； 曰，誠 前，在習 者不但希 成本，一 透鏡組合 鏡的順序 目前玻璃 面為球面 消除像差 是故，針 為一極待 望具有 般來說 ’並依 組合， 透鏡的 ’當光 ’從而 對以上 努力追 影像讀取用途的光學系統之中，如 良好影像、較大的視角，又希望能 ’隶#見的構成方式是使用三枚玻 照新月形正透鏡、雙凹負透鏡、雙 亦即習稱C 〇 〇 k - T r i p 1 e t系統；但是 製造成本仍然十分高，且一般玻璃 學系統光圈及視角加大時，往往難 限制了習用光學系統解像力的提昇 缺陷，在求理想、實用與進步之今 求改善之目標。 550397 五、發明說明（2) 有鑑於斯，本案發明人乃經詳思細索，並積多年從 各種光學系統與相關光學透鏡透鏡的研究與開發之辦 終而得以間發出一種可以在較低的成本之下獲得較^用更 佳的良好成像性能的複合透鏡系統（二）。 "i?明f首f目的’在於提供一種成本較低的複合透 ，，兄ί、、充（一），本發明在塑膠透鏡上設置繞射面與非球面 拉猎此，本發明的光學系統可以使用塑膠透鏡，而塑膠 出成編，在大量生產時成本較低廉：且 材料成本也更低者。 =明之次要目的，在於提供—種具有良 鏡系統（二），本發明在塑勝透鏡上可設置非； 面=%射面，不但可以提供光學設計者較多 ，猎以對抗像差，並且能夠提昇本發明的解像力者。文數 及j： fί案!"月為達成上述目的、所採用之技術，手段 ，ί目c太茔义纽列舉各可實施例並配合圖式詳細說明如後 、，果發：之目的、特徵及其他優點，當可由之得ΐ /木入而具體之瞭解： 7 重：^ : Ϊ :::、二圖及附件一所示’為本發明的第 係由三片例圖示，本發明之光學系（1 0 0 一片透鏡所構成’依序分別是S-透鏡（1 0 )、

第5頁 五 三焦C面為S4質後 第統鏡凸，C材其 及系透為鏡面璃， }響一 }透表玻 ο影第S1負後為 2不該C為其係 {有，面} 而 ， 鏡設中表ο ， 鏡 奶透側其前2面透 f 二二·， ，C 凹正 第組}成鏡為為 明 該不彳球1提 於}鏡非彳夠 }透由ο透的系能 S5二，5 一 }學且 C 、 面C第ο光並 面 \ 射}在3該， 表第繞ο制C供差 鏡ο製透} }前在是4控 提 透5質二S30中且或C能鏡以像。 之C材第C33並面件性透可抗者 列、膠該面C ο，鏡元像三但對力 排}塑；表鏡3面面板成第不以能 在ο為面前透C凸球平的及，藉像 並4 ，凹其三鏡為非的明}面，解 ，C鏡為，第透為有後發ο射數的 }件透}成該三則設、本2繞變} ο元正S2製；第}製前故C及制ο 3板為C質面在S6l}，鏡面控ο C + }面材凸，c}o距透球可1 鏡的ο表膠為成面oo焦二非的C 透距1後塑3製表21統第而多系 C系、，較學 系響面光 學影ο鏡ο該 面一—^光會1 面ο昇 ^ ( 為鏡 ο 『本發明的祚球面鏡面，可以運用下列公式表示： X(Y) = (Y’2/R)/(1+Sqrt(i—(1+K)*(Y/R)~2)) + Α4*Υ] + Α6*Υ~6 +......』 X :鏡面上一點之截面高度。 γ :鏡面上一點距光軸之垂直距離。 κ :二次曲線係數。

第6頁 550397 五、發明說明（4) A 4，A 6，A 8 ···:非球面四階，六階，八階...修正係數。 R :非球面頂點曲率半徑。 『本發明繞射面相角變化，以下列公式表示：

Ph(Y) = 2*pi"WL)*(Cl*Y~2 + C2*Y~4 + …·）』 Y :鏡面上一點距光軸之垂直距離。 pi :圓周率。 WL :參考波長。 C 1，C 2，· · ·：非球面相角差二階，四階，..·修正係數。 複，新 種置質 一 配材 之鏡璃 供透玻 提正的 所-見 負 例,習 施正由 實用鏡 一使透 第，一 如係第 式要將 模主， 列其置 排，配 重的 一二G 第C - 明統P 發系 I 本鏡P 透成 合形 習新 由的 鏡前 二面 第凹 鏡質 透材 正膠 形塑 月為 新改 質 ， 材鏡 膠透 塑負 為凹 改雙 ， 質 鏡材 透璃 正玻 形的 月見 鏡ο 透ο 正1 凸C 雙系 質學 材光 璃該 玻於 之並 見， 習鏡 由透 則正 鏡形 透月 三新 第的 ，前 鏡朝 透面 負凹 形為 月改 ， 透 上二 鏡第 透、 膠鏡 塑透 於一 第 面令 並 繞，： {上式 面鏡係 鏡透關 面一列 球第下 非於足 面面滿 一射距 少繞焦 至置統 置配系 配也及 ，時、 中同鏡 R 合 符 \)/ ο I—Η /I' 鏡 透 一 第 亥 士-口

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五、發明說明（5) 前表面（S1)曲率半徑為R1 。 後表面（S2)曲率半徑為R2 。 該第二透鏡（2 〇 )的形狀係數X大於〇 · 9。 形狀係數 X = ( R 1 + R 2 ) / ( R 2 ~ R 1 ) 前表面（S3)曲率半徑為ri 。 後表面（S4)曲率半徑為R2。 该第三透鏡（30) :R1為負、R2為負。 前表面（S5)的曲率半徑為ri 。 後表面（S6)的曲率半徑為R2 。 運用上述關係式的搭配後，該第一透鏡（1 〇 )設為 低色散塑膠材質，可使用PMMA或C0C ;該第二透鏡（2〇 )设為鬲色散塑膠材質，可使用PS、PC或E ;該第三透鏡 (3 0 )設為低色散玻璃材質；本發明將光圈設置於兩塑 膠透鏡之間’令兩塑膠透鏡形成新月形狀，且使用凹面相 對，以幫助取得較大視角，另又設置非球面於塑膠透鏡上 ，藉此克服球面像差，另可設置繞射光栅（繞射面）於塑 膠透鏡’藉此克服色差，故本發明確實可以獲得較習用更曝 佳的良好成像性能者。 值得一提的是’由於塑膠材質的透鏡折射率較低，故 令第一透鏡的形狀係數X 1滿足下列關係式，以增加單鏡面

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之屈光力： 1 · XI > 2· 0。 (形狀係數的定義為：x = (r1+R2)/(R2_R1))。 •透鏡前表面為凸面時，曲率半徑R1>0，透鏡後表 面為凸面時，曲率半徑R2 < 〇。 •控制第一透鏡屈光力？1 ，第二透鏡屈光力P2，第 —、二透鏡合成屈光力p12，第三透鏡屈光力p3， 繞射光閘屈光力P d ’及系統總屈光力p，令其滿足 下列限制條件：

『（P1/P2) > -1· 〇 〇〉（P12/P1) > —〇· 8 〇· 2 > (Pd/P12) > —〇· 4 0.05 > (P12/P3) > -0.55 ;;;;;整Ϊ:本發明確實能夠“較佳成像品 本各月之弟一貫施例，舉例說明；請泉 一 及附件一所示。‘ /阅弟一、一 令

XI X 2 P 1 / P 2 P 1 2 / P P 1 2 / P P 1 2 / P 7 7 7 2

-0 -0 -0 -0

4 2 2 6 .4 B

550397 五、發明說明（7)

Pd/P12=—0.11 本發明之第 及附件二所示。 令 實施例，舉例說明；請參閱第 四圖 X 1 = 2 •9 1 X 2 1 4 P 1 / P 2 =— - 0 4 8 P 1 2 / P 1 = - -0 4 3 P 1 2 / P 3 = - -0 2 8 P d / P 1 2 二- - 0 1 1 P 1 2 / P =一 - 0 5 3 P d / P 1 2 =- - 0 〇 7

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第11頁 550397 五、發明說明（9) Pd/P12 = -0 · 13

第12頁 550397 五、發明說明（ίο)

Pd/P12 = -0.07 本發明之第實施例八，舉例說明；請參閱第十五、十 六圖及附件八所示。 令 XI 6-37 X 2 二 1 · 7 3 P1/P2 =-0-51 Ρ12/Ρ1 = -0 · 56 P12/P3 = — 0 · 31 P 1 2 / P =-0-55 Pd/P12 = -0 · 07 本發明之第二重排列模式第九實施例，請參閱第十 七、十八圖及附件九所示，本發明亦可採用結構前後倒轉 的光學系（200)，形成G— P — P的配置，各透鏡的 形狀亦隨之顛倒；倒轉後之光學系統（1 0 1 )分別具有 第一透鏡（11)、第二透鏡（21)及第三透鏡（31 )，其光學系（1 0 1 )前、後同樣設有不會影響系統焦 距的平板元件（4 1 ) (51)，而本發明塑膠透鏡之形 狀係數範圍，及屈光力分配之關係式，範圍略有改變如下

550397 五、發明說明（11) 『 X2 < -0· -1. 0 > X3 > -20 (P3/P2) > -1. 0. 3 > (P23/P3) > -0. 4.0 > (Pd/P23) > -1 . X2 第 二透鏡的形狀係數。 X3 第 三透鏡的形狀係數。 P3 第 三透鏡屈光力。 P2 第 二透鏡屈光力。 P23:第一、二透鏡^ Pd :繞射光閘屈光力 成屈光力 本發明之第實施例九，舉例說明；請參閱第十七 八圖及附件九所示。 令 X 2 =-1-86 X 3 = - 2 P3/P2 =-0-7

P 2 3 / P 3 P 2 3 / P 1 P 2 3 / P 0 0 0 P23/Pd = -〇 2 3

第14頁 550397 五、發明說明（12) 本發明之第實施例 圖及附件十所示。 令 X 2 X 3 舉例說明；請參閱第十九 4 -1 -2 P 3 / P 2 = -0 • 8 6 P 2 3 / P 3 = 0 • 1 1 7 P 2 3 / P 1 = 0 • 1 6 7 P 2 3 / P = 0 • 1 8 9 P 2 3 / P d = 0 • 8 2 8 綜 玻璃正 置成為 ，使本 習用更 可利用 之構造 用，不 像性能 及『進 之申請 上所述 透鏡構 新月形 發明複 佳的良 性』應 ，在申 但具有 等不可 步性』 ，祈請 ，本發明係 成一複合光 狀，並設置 合透鏡系統 好成像性能 已毋庸置疑 請之前並未 如上功效增 輕忽的功效 都均已符合 惠予審查並 運用塑 學透鏡 繞射面 (二） 者；所 ，此外 曾見於 進之事 ，是故 專利法 早日賜 膠正透 系統， 及非球 在較低 以本發 ，本案 諸刊物 實，更 ，本發 規’爰 准專利 鏡、塑膠 且將該塑 面於塑膠 的成本之 明之『具 發明實施 ，亦未曾 具有低成 明之『新 依法提出 ’實感德 負透鏡及 膠透鏡設 透鏡之上 下獲得較 有產業之 例所揭露 被公開使 本、高成 穎性』以 發明專利 便0

第15頁 550397 圖式簡單說明 圖式部份 第一圖 係本發明第一實施例狀態示意圖。 第二圖 係本發明第一實施例之球面像差曲線、像散曲 線與畸曲曲線。 第三圖 係本發明第二實施狀態之示意圖。 第四圖 係本發明第二實施狀態之球面像差曲線、像散 曲線與畴曲曲線。 第五圖 係本發明第三實施狀態之示意圖。 第六圖 係本發明第三實施狀態之球面像差曲線、像散 曲線與畸曲曲線。 第七圖 係本發明第四實施狀態之示意圖。 第八圖 係本發明第四實施狀態之球面像差曲線、像散 曲線與畸曲曲線。 第九圖 係本發明第五實施狀態之示意圖。 第十圖 係本發明第五實施狀態之球面像差曲線、像散 曲線與畸曲曲線。 第十一圖 係本發明第六實施狀態之示意圖。 第十二圖 係本發明第六實施狀態之球面像差曲線、像 散曲線與畸曲曲線。 第十三圖 係本發明第七實施狀態之示意圖。 第十四圖 係本發明第七實施狀態之球面像差曲線、像 散曲線與畸曲曲線。 第十五圖 係本發明第八實施狀態之示意圖。

550397 圖式簡單說明 第十六圖 係本發明第八實施狀態之球面像差曲線、像 散曲線與畸曲曲線。 第十七圖 係本發明第九實施狀態之示意圖。 第十八圖 係本發明第九實施狀態之球面像差曲線、像 散曲線與畸曲曲線。 第十九圖 係本發明第十實施狀態之示意圖。 第二十圖 係本發明第十實施狀態之球面像差曲線、像 曲線與畸曲曲線。 - 附件一係本發明第一實施狀態之數據參考表。 附件二 係本發明第二實施狀態之數據參考表。 附件三 係本發明第三實施狀態之數據參考表。 附件四 係本發明第四實施狀態之數據參考表。 附件五 係本發明第五實施狀態之數據參考表。 附件六 係本發明第六實施狀態之數據參考表。 附件七 係本發明第七實施狀態之數據參考表。 附件八 係本發明第八實施狀態之數據參考表。 附件九 係本發明第九實施狀態之數據參考表。 附件十 係本發明第十實施狀態之數據參考表。 附件十一係本發明實施狀態排列模式參考表。 附件十二 係本發明第一重排列模式實施狀態之數據參 考表。 附件十三 係本發明第一重排列模式實施狀態之數據參 考表。

第17頁 550397 圖式簡單說明 圖號部份 (1 0 0 )光學系 (1 0 )第一鏡片 (S 2 )後表面 S1 )前表面 (2 0 )第二鏡片 (S4 )後表面 (S 3 )前表面 3 0 )第三鏡片 S 6 )後表面 S 5 )前表面 4 0 )平板元件 5 0 )平板元件 (101)光學系 (1 1 )第一鏡片 (3 1 )第三鏡片 (5 1 )平板元件 (2 1 )第二鏡片 (4 1 )平板元件 «

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Claims (1)

1. 550397 六、申請專利範圍 1 · 一種複合透鏡系統（二），係以三個具折射力透鏡所 構成，由物側起，包括有： 具正折射力之第一透鏡，其材質為塑勝，該第一透鏡 前表面為凸面、後表面為凹面，而其前後表面曲率半徑分 別是R 1及R 2 ，且滿足I R 1 I < I R 2 I的關係者； 具負折射力之第二透鏡，其材質為塑膠，該第二透鏡 前表面為凸面，而其形狀係數X 2大於0 · 9 (該形狀係 數若為X : (R1+R2)/(R2- R1);前表面為凸 面時，R1>0 ，前表面為凹面時，Rl<〇 ，後表面為 凹面時，R2>0 ，後表面為凸面時，R2<0); 具正折射力之第三透鏡，其材質為玻璃； 於上述光學系統中的塑膠透鏡上設置有繞射面者； 於上述光學系統中的塑膠透鏡上可以設置有H球面者

   第19頁 550397 申凊專利範圍 該屈折力P1 (P1 > (P1 、P2 ， P2) / P1) P12 >-1.0 > -0· 8 可以是滿足上述關係者 5:如申請專利範圍第4項之複合透鏡系統（二 二，第一透鏡及第二透鏡的合成屈折力pl2以及繞 屈折力Pd，會產生下列關係： 先柵 (Pd / P12) 0. 2 > > 該屈折力PI 2 、 Pd可以是滿足上 一 0. 述關係者 其中 b •如申請 ，該第一透 屈折力P 3與 0 0 該屈折力 7 · 一種複 鏡構成，由 具正折 、 具負折 為凹面，而 具正折 的前表面為 其係由三個具折射力之透 ::之ϋ透鏡’其材質為塑膠’該第三透鏡 面，後表面為凸面，且其形狀係數χ 3介於

   第20頁 專利範圍第5項之複合透鏡系統（二 =第二透鏡之合成屈折力pi2 :透： :學糸統總體屈折力P，會產生下列關；透鏡 •05 > (P12/P3) > 〜〇 55 1糸· •2 > (P12/P) > —1· 〇 · P12 、 P3 、p可以是滿足上述關係者。 合透鏡系統（二） 物側起，依序為： f力之第-透鏡’其材質為玻璃者； K之=透鏡，其材質為塑膠，且其後表面 Μ弟二透鏡的形狀係數X 2小於_〇· 9者； 550397 六、申請專利範圍 -1. 0至-2 0間者 於上述光學系統中的塑膠透鏡上設置有繞射面者； 於上述光學系統中的塑膠透鏡上可以設置有非球面者 8 ·如申請專利範圍第7項之複合透鏡系統 ，該第二透鏡之前表面可以為凸面者。 其中 •如申請專利範圍第7項之複合透鏡系統（二），其中 該第二透鏡屈折力P2，第三透鏡屈折力P3，及第二及第 透鏡之合成屈折力P23，會產生下列關係： (P3 / P2 ) >-1.0 0.3 > ( P23 / P3 ) > 0· 該屈折力P2 P3及P23 可以是滿足上述關係者 1 0 ·如申請專利範圍第9項之複合透鏡系統（二），其 中，該第二透鏡及第三透鏡合成屈折力P23，及繞射光閘 之屈折力P d，會產生下列關係： 4. 0 > ( Pd / P23 > -1. 該屈折力P2 3 及Pd 可以是滿足上述關係者 Φ

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