TWI578016B - 具有微機電系統影像聚焦致動器之光學系統 - Google Patents

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Description

具有微機電系統影像聚焦致動器之光學系統
本發明大體而言係關於成像光學器件，且更特定而言係關於一種緊湊光學透鏡系統，其具有用於聚焦該光學透鏡系統之微機電系統(MEMS)致動器。
本申請案主張於2011年10月24日提出申請且標題為「OPTICAL SYSTEM WITH MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM IMAGE FOCUS ACTUATOR」之美國臨時專利申請案序列號第61/550,789號之權益。以上提及之申請案全文以引用方式併入本文中。
結合光學製作技術之進步，對光學器件及光學器件之應用已變得為數眾多。光學技術之一項令人關注的進步係微透鏡以及在一毫米或微米尺度或更小尺度上之其他光學組件之製作。與通常在公分或更大尺度上之傳統光學元件相比，微光學器件已使得光學系統與小於傳統望遠鏡、顯微鏡、相機及諸如此類之器件相容。
促進微光學器件之製作之一項機制係晶圓級光學器件。晶圓級光學器件係一種使得能夠使用類似於半導體製造之技術來設計及製造光學組件之製作技術。該技術大體而言可以不同大小尺度(例如，毫米、微米等等)來比例縮放。此外，晶圓級光學器件可產生單元件以及多元件光學結構，從而產生透鏡元件之精確對準堆疊。晶圓級光學器件之最終結果提供有成本效益、小型化光學組件，其達成光 學系統之減小的外觀尺寸。此等光學系統可用於各種各樣的小器件或小型器件，包含用於行動電話之攝影機模組、監控(surveillance)設備、小型視訊攝影機及諸如此類。
儘管晶圓級光學器件係用於製作小的光學組件之一相對近期技術，但某些傳統製作技術亦已適用於小尺度光學製作。例如，可採用包含注入模製及其他之塑膠製作技術來製造小尺度光學組件。進一步地，玻璃製作技術已適合於小型化光學組件，為小尺度器件提供高品質光學表面。
除光學元件以外，數位成像感測器之小型化亦已促進影像擷取與記錄器件之不斷小型化。影像感測器之改良已利用微尺度實體動畫且以高信雜比及不斷降低之成本來提供高解析度影像偵測器。結合微光學器件，諸如晶圓級光學組件，小的、相對廉價之數位擷取與記錄器件可匹配或超過利用僅上一個十年之傳統光學器件之相對昂貴但極高品質之攝像機系統之能力。儘管現代微光學器件之品質極高，但一項持續性限制係小型光學系統之變焦能力。一項解決方案係引入數位變焦，其犧牲光學解析度以放大一影像。對於高解析度感測器而言，此通常為傳統光學變焦能力提供一適合替代。然而，光學變焦提供數位變焦不能達成之優點。
舉例而言，所揭示標的物之發明人建議，具有帶光學自動聚焦能力之一小型光學系統將係所期望的。另外，達成近聚焦之此一光學系統將係所期望的。
下文呈現對一或多項態樣之一簡化摘要，以便提供對此等態樣之一基本瞭解。此摘要並非對所有所涵蓋態樣之廣泛概述，且既不意欲識別所有態樣之關鍵或重要元件、亦不意欲劃定任何或所有態樣之範疇。其唯一目的係以一經簡化形式呈現一或多項態樣之某些概念來作為下文所呈現之更詳細說明之一前序。
本發明揭示內容之特定態樣提供一種小型化光學系統。在某些態樣中，該小型化光學系統可包括一經注入模製之光學系統。在進一步態樣中，該小型化光學系統可係包括五個光學組件之一自動聚焦光學系統。在又其他態樣中，該小型化光學系統可係一自動聚焦光學系統，其採用一微機電系統(MEMS)致動器以達成該光學系統之聚焦。
在本發明揭示內容之一或多個其他態樣中，提供一種採用一MEMS致動器以達成近聚焦之光學系統。在一項此態樣中，近聚焦可包括一實質上10cm物件距離。進一步地，根據其他態樣，該光學系統可經組態以藉由調整該光學系統之一子組光學組件之位置來達成近聚焦及無窮遠聚焦。在特定態樣中，該子組光學組件可包括光學系統之一單個光學組件。在至少一個此態樣中，該單個光學組件可係沿該光學系統之一光學軸最接近於正由該光學系統成像之一物件之一透鏡(稱為一物件側透鏡)。在此(等)態樣中，該MEMS致動器可經組態以：將該光學系統之物件側透鏡位移經組態以將在無窮遠處之一物件聚焦至與該光學系統相關聯之一影像感測器上之一第一距離，及將該物件 側透鏡位移經組態以將一近物件(例如，距該物件側透鏡實質上10cm之一物件)聚焦至該影像感測器上之一第二距離。
根據一或多項額外態樣，本文所揭示之一自動聚焦光學系統可經組態以包含一孔徑光闌。在一特定態樣中，該自動聚焦光學系統可包括經注入模製之塑膠透鏡，而在其他態樣中，該自動聚焦光學系統可包括晶圓級光學透鏡、玻璃透鏡或其一適合組合。在另一態樣中，該孔徑光闌可定位於該光學系統之物件側透鏡之一物件側上。在一項替代態樣中，一MEMS致動器可經組態以移動該光學系統之一子組光學組件以聚焦一物件，同時將該孔徑光闌維持於沿該光學系統之一光學軸之一固定位置中。在另一替代態樣中，該MEMS致動器可替代地經組態以相對於該光學軸移動該子組光學組件及該孔徑光闌兩者，以聚焦該物件。
根據又其他態樣，揭示一種包括複數個光學組件之自動聚焦光學系統。在某些此等態樣中，該複數個光學組件可包括將大量光學功率提供至該光學系統之一物件側透鏡。在至少一個此態樣中，該物件側透鏡可構成該光學系統之經組合焦距之實質上一半或大於一半。在另一態樣中，該物件側透鏡可構成該光學系統之該經組合焦距之實質上四分之三或更多。在一特定態樣中，一MEMS致動器連接至該物件側透鏡，且經組態以將該物件側透鏡位移經組態以聚焦在無窮遠處之一物件之一第一距離，及經組態以聚焦接近於該光學系統之一物件之一第二距離。根據一項特定 實施例，該光學系統之物件側透鏡之焦距與一經組合焦距之一比率可隨沿該光學系統之一光學軸之該第一距離及該第二距離之一量度差而變。
根據額外態樣，本發明揭示內容提供一種包括五個光學透鏡之微光學系統。在一項此態樣中，該五個光學透鏡之一物鏡可經組態以供應該五個光學透鏡之所有正折射能力。於此態樣中，其餘四個透鏡具有一組合的淨負折射能力。在至少一項特定態樣中，其餘四個透鏡可具有各別負折射能力，從而具有一組合的淨負折射能力。根據一替代或額外態樣，該五個光學透鏡中之一第三透鏡可具有一凸面物件側表面及一凹面影像側表面。作為又一替代或額外態樣，該五個光學透鏡中之一第四透鏡與該五個光學透鏡中之一第五透鏡之間的一間距可係光學系統之透鏡之間的一最大間距。在另一態樣中，該微光學系統可係一自動聚焦系統，其中該五個光學透鏡之一子組可沿一光學軸移動以改善該光學系統之一聚焦。在一項特定態樣中，該五個光學透鏡之該子組可包括該物鏡，且該子組可藉由一MEMS致動器而移動。
在本發明揭示內容之進一步態樣中，提供一種包括五個光學透鏡之微光學系統。該五個光學透鏡可配置成複數個透鏡群組，每一透鏡群組包括該五個光學透鏡之各別子組。每一群組包括等於或小於該複數個光學群組之間的一(或多個)距離之透鏡間距離。在又一態樣中，該複數個透鏡群組中之至少一者內之每一透鏡包括具有一凹面部分及 一凸面部分兩者之至少一個光學表面。在一特定態樣中，該微光學系統之一有效焦距回應於沿該五個光學透鏡之一第一透鏡之一光學軸之一位置改變而變化，且在一替代或額外態樣中，該微光學系統之一後焦距回應於沿該第一透鏡之光學軸之位置改變而保持實質上相同。
為達成上述及相關目的，該一個或多項態樣包括在下文中將全面闡述並在申請專利範圍中特別指出之特徵。下文說明及附圖詳細陳述該一或多項態樣中之某些說明性態樣。然而，該等態樣僅指示各種其中可採用各態樣之原理之各種方式中之幾種方式，且該等所闡述態樣意欲包含所有此等態樣及其等效態樣。
現在將參照圖式來闡述各種態樣，在所有圖式中，使用相同之元件符號來指代相同之元件。在下文說明中，出於闡釋目的，陳述諸多特定細節以便提供對一個或多項態樣之透徹理解。然而，顯而易見，可在無此等特定細節之情況下實踐此(等)態樣。在其他例項中，以方塊圖形式展示眾所周知之結構及器件，以便促進描述一或多項態樣。
另外，應顯而易見，本文之教示可體現為各種各樣之形式，且本文所揭示之特定結構或功能僅係代表性的。基於本文之教示，熟習此項技術者應瞭解，所揭示之態樣可獨立於其他態樣來實施，且可以各種方式組合此等態樣中之兩個或兩個以上態樣。舉例而言，可使用任一數目個本文所陳述態樣來實施一裝置及/或實踐一方法。另外，可使 用除本文所陳述態樣中之一或多項態樣以外或不同於本文所陳述態樣中之一或多項態樣之其他結構及/或功能來實施一裝置及/或實踐一方法。作為一實例，在經由緊湊固定位置之光學透鏡配置來提供高解析度光學成像之上下文中闡述本文所揭示之諸多裝置及透鏡系統。熟習此項技術者應瞭解，類似技術可應用於其他光學透鏡架構。舉例而言，本文所使用之透鏡配置可用於機械聚焦或自動聚焦系統中，藉以相對於影像平面自動位移或人工位移該光學配置。
在本發明揭示內容之至少一項態樣中，提供一種光學成像系統。該光學成像系統可包括一第一透鏡群組及一第二透鏡群組。該光學成像系統可藉由沿該光學成像系統之一光學軸相對於第二透鏡群組重新定位該第一透鏡群組來聚焦。在本發明揭示內容之至少一項態樣中，該第二透鏡群組包含該光學成像系統之一影像感測器。在本發明揭示內容之特定態樣中，該第一透鏡群組可包括一單個透鏡。例如，該單個透鏡可包含一物件側透鏡，其係最接近於光學成像系統之一物件側之一光學元件。
現在參照圖式，圖1繪示根據本發明揭示內容之態樣之一實例性光學系統100之一方塊圖。系統100包括橫向於一光學軸104定位之光學元件102之一配置。如本文所利用，一光學元件係指對至少部分地在可見光譜內之電磁輻射(例如，包含大致400奈米[nm]至700奈米之波長)至少部分地透明之一單片折射或反射材料。適合材料之實例包含： 經研磨且經拋光玻璃、經模製玻璃或根據一複製模製製程形成之玻璃、晶圓級光學器件(WLO)、經注入模製之塑膠、在一光學基板上形成之經蝕刻微光學器件或諸如此類。另外，一光學元件將具有至少一個折射或反射表面。本文中所利用之一光學元件之一項實例係一光學透鏡。一光學透鏡係包括以下各項之一光學元件：兩個相對之折射表面，及該等相對表面之間的界定該透鏡之一外徑(針對一圓形透鏡)或周長之一邊緣，及該透鏡之一邊緣厚度。光學透鏡之一典型配置包含至少大體橫向於一軸(光學軸104)之一系列透鏡102。然而，應瞭解，可存在與本發明揭示內容相一致之其他可能配置。在本文中將一「透鏡組件」定義為：(A)一單個透鏡元件，其與任一毗鄰透鏡元件間隔開以使得在計算各別透鏡元件之影像形成性質時不能忽略該間距，或(B)兩個或兩個以上透鏡元件，其毗鄰透鏡表面完全整體接觸或如此緊密以使得毗鄰透鏡表面之間的任何間距小到在計算該兩個或兩個以上透鏡元件之影像形成性質時可忽略該(等)間距。因此，某些透鏡元件亦可係透鏡組件，且術語「透鏡元件」及「透鏡組件」並非相互排斥之術語。另外，應瞭解，術語「光學組件」在本文中用於指代具有關於成像光學系統之顯著性質之一超集合之物項，且包含諸如透鏡元件及透鏡組件之光學元件以及包含但不限於孔徑光闌之各種光學光闌，但亦可包含各種其他物項，諸如一薄膜、一帶通濾波器、一低通或高通濾波器、一偏光濾波器、一鏡子等等。
入射光學元件102之左側或物件側之光可與各別元件(102)順序地相互作用且出射元件102之右側或影像側，朝向一光學感測器106。應瞭解，與光學元件102之左側相互作用之光並非皆將被透射至感測器106；某些光可被各別元件(102)反射掉，某些光可被散射離開光學軸104且被吸收(例如，由一光學光闌-未繪示)，及諸如此類。然而，大體而言，光學元件102將在該等元件之一側(例如，左側)上接收來自一物件之光，且在該等元件之一相反側(例如，在右側上)形成該物件之一實像。該實像將沿光學軸104距光學元件102某一距離(稱為一像距(ID))形成。應注意，ID主要取決於一對應物件距離(OD-物件與光學元件102之間沿光學軸104的距離)及經組合光學元件102之一折射能力或光學功率。
感測器106可係包括電-光感測器或像素之一多維陣列(例如，一個二維陣列)之一數位器件。此一器件之實例可包含：一電荷耦合器件(CCD)陣列、或一互補金屬氧化物半導體(CMOS)陣列或光學感測器之某一其他適合陣列。此陣列之每一電-光感測器或像素經組態以當用光照射時輸出一電信號。此外，該電信號之一電流量與照射該像素之光之能量密度直接相關。相應地，藉由收集來自該陣列之每一像素之輸出電流位準，感測器106可以數位方式重現照射感測器106之光之一個二維輻射能量圖案。另外，在將感測器106之像素表面或感測器平面放置於上文提及之ID處之情形中，所產生之二維輻射能量圖案係由光學元 件102產生之一光學實像之圖案。相應地，感測器106可用於以數位方式重現彼影像。由感測器106產生之一數位影像之解析度取決於感測器106之一主動陣列內之像素數目。另外，光學系統100可包括光學元件102與影像感測器106之間的一蓋板，如圖1所繪示。
如對光學系統100之繪示，光學元件102可包括五個光學透鏡，自光學元件102之物件側至光學元件102之一影像側包含透鏡L1、透鏡L2、透鏡L3、透鏡L4及透鏡L5。如所繪示，透鏡L1係具有正光學功率之一雙凸透鏡，分別具有凸面物件側R1及凸面影像側表面R2。另外，透鏡L1可相對於透鏡L2、L3、L4及L5具有一相對強的正光學功率。在至少一項態樣中，透鏡L1可相對於透鏡L2、L3、L4及L5之一組合具有一相對強的正光學功率。在一特定態樣中，透鏡L1可提供光學元件102之經組合焦距之至少約一半或更多。在一替代態樣中，透鏡L1可提供光學元件102之經組合焦距之實質上約四分之三或更多。在相關態樣中，物件側透鏡之光學功率(L1power)可係光學元件102之經組合光學功率之約1.25倍(例如，L1power 1.25*(L1power+L2power+L3power+L4power+L5power)。在一特定態樣中，一孔徑光闌A1可定位於透鏡L1之一物件側處或前面。在下文更詳細地闡述孔徑光闌A1。
透鏡L2可具有一總的負光學功率。進一步地，在一項態樣中，透鏡L2可具有一微凹面物件側表面R3。在一替代態樣中，物件側表面R3可係平坦的，無任何光學功率。作為 又一替代態樣，物件側表面R3可係微凸面。透鏡L2之一影像側表面R4可具有凹面曲率。此外，透鏡L2可經組態以便為光學系統100提供色差校正。在至少一項態樣中，透鏡L2可為光學系統100提供大部分色差校正。
透鏡L3包括一物件側表面R5及一影像側表面R6。在特定態樣中，物件側表面R5可係微凹面。此外，影像側表面R6可係凸面。在一特定態樣中，透鏡L3可具有一正光學功率。
透鏡L4包括一物件側表面R7及一影像側表面R8。物件側表面R7可在接近光學軸104處具有凸面曲率。此外，在本發明揭示內容之至少一項態樣中，物件側表面R7可在較遠離光學軸104處轉變至凹面。此外，影像側表面R8可係實質上平坦的，在接近光學軸104處具有極少或完全不具有光學功率，且在遠離光學軸104處轉變至凸面曲率。在一替代態樣中，影像側表面R8可在接近光學軸104處為凸面，針對低或中等視場角具有顯著的光學功率，以及在遠離光學軸104處為凹面。在一特定態樣中，透鏡L4可針對低視場角(例如，0度與約12度至15度之間的視場角)具有正功率。在另一態樣中，透鏡L4可針對中等視場角(例如，約12度至15度與約22度至25度之間的視場角)具有小的正光學功率、小的負光學功率或實質上零光學功率。在又一態樣中，透鏡L4可針對高視場角(例如，約22度至25度與約33度或33度以上(最高為光學系統100之一最大接受視場角)之間的視場角)具有小的正光學功率、小的負光學功率 或實質上零光學功率。
透鏡L5包括一物件側表面R9及一影像側表面R10。物件側表面R9可針對低及中等視場角具有凹面曲率。在至少一項態樣中，物件側表面R9可針對高視場角轉變至微凹面曲率或無曲率。影像側表面R10可在接近光學軸104處係凹面。此外，如所繪示，影像側表面R10可針對中等及高視場角自凹面轉變至凸面。
如所繪示，光學元件102可在各別透鏡L1、L2、L3、L4及L5之間具有各別間隔(例如，空氣間距)。在至少一項所揭示實施例中，與透鏡L3與透鏡L4之間的一第三正軸距離相比，透鏡L1與透鏡L2之間的一第一正軸距離可係實質上小的。在另一實施例中，與透鏡L2與透鏡L3之間的一第二正軸距離、及透鏡L4與透鏡L5之間的一第四正軸距離以及第三正軸距離相比，第一正軸距離可係實質上小的。在至少一項實施例中，至少與第一正軸距離相比較，第二、第三及第四正軸距離可在量值上實質上類似。在其他實施例中，無需存在第一、第二、第三及第四正軸距離之間的此等關係。例如，可替代地存在第一、第二、第三及第四正軸距離之間的其他關係。
在本發明揭示內容之至少一項態樣中，一MEMS致動器可至少連接至透鏡L1。該MEMS致動器可經組態以沿光學軸104重新定位透鏡L1以便以不同物件距離來聚焦物件。作為一項實例，MEMS致動器可改變透鏡L1與透鏡L2之間的第一距離以便以不同物件距離來聚焦物件。在至少一項 態樣中，該MEMS致動器可在距透鏡L2一距離D10cm 110處定位透鏡L1，以將距光學軸104上之孔徑光闌A1之一位置實質上10公分(cm)之一物件之一影像聚焦至感測器106上。
根據進一步態樣，孔徑光闌A1可相對於光學軸104固定。在另一態樣中，孔徑光闌A1可相對於透鏡L1之一位置固定。在後一態樣中，當聚焦一物件之一影像時，可藉由一MEMS致動器使孔徑光闌A1結合透鏡L1一起移動。根據又其他態樣，該MEMS致動器可經組態以沿著光學軸104單獨地或結合孔徑光闌A1一起移動透鏡L1一總距離。在一特定態樣中，該總距離可在其一端處聚焦在無窮遠處之一物件之一影像，且在其一相對端處聚焦距孔徑光闌A1實質上為10cm之一物件之一影像。如本文所利用，在無窮遠處之一物件包含滿足在光學成像科學領域習知之平軸近似之一物件距離。廣義而言，平軸近似係指一物件處於使得包在一第一光學光線(其與光學軸104平行)與一第二光學光線(其源於該物件上最遠離該光學軸之一點處且在孔徑光闌A1處通過光學軸104)之間的一角度實質上為零度之一距離處。在又一態樣中，透鏡L1可具有至少部分地隨總距離之一量值而變之一焦距。在又其他態樣中，透鏡L1之焦距與光學元件102之一經組合焦距之一比率可至少部分地隨總距離之量值而變。
由於感測器106之像素陣列產生一實像之一電子重現，因此由感測器106產生之呈電信號形式之資料(及本文所揭 示之其他感測器)可保存至記憶體、投影至一顯示器(例如，數位顯示螢幕)以供觀看、在軟體中進行編輯及諸如此類。因此，光學系統100之至少一項應用係結合包括一數位顯示器之一數位相機或視訊攝影機。此外，光學系統100及包含於本發明揭示內容中之其他光學系統可結合一電子器件之一相機模組來實施。此一電子器件可包含大量消費型、商貿型或工業型器件。實例包含：消費型電子器件，包含：一蜂巢式電話、智慧電話、膝上型電腦、小筆電、PDA、電腦監視器、電視、平板電視及諸如此類；監控或監視設備，包含商貿型設備(例如，ATM攝影機、銀行櫃員機窗口攝影機、便利商店攝影機、倉庫攝影機及諸如此類)、個人監控設備(例如，筆式攝影機、鏡片式攝影機、紐扣式攝影機等等)或工業型監控設備(例如，機場攝影機、貨物車場攝影機、鐵路貨場攝影機及諸如此類)。例如，在消費型電子器件中，由於光學系統100可包括具有約為數毫米或更小之實體尺寸之光學組件，且由於光學元件102中之至少某些光學元件可具有一固定位置，因此系統100及其他所揭示系統非常適合於各種類型之迷你或微攝影機模組。然而，應瞭解，所揭示系統不限於此特定應用；相反，熟習此項技術者已知或藉助於本文所提供之上下文已知之其他應用皆包含於本發明揭示內容之範疇內。
圖2圖解說明根據本發明揭示內容之額外態樣之一實例性光學成像系統200之一圖式。光學成像系統200可包括橫 向於一光學軸204配置之一組光學元件202。此外，光學元件202可經組態以將一影像聚焦至位於距光學成像系統200之一孔徑光闌A1實質上無窮遠處之一物件之一影像平面206上。在至少一項態樣中，光學元件202可實質上類似於上文圖1之光學元件102，但透鏡L1與透鏡L2之間的第一距離除外。特定而言，光學成像系統200中之此第一距離可係經組態以聚焦上文所論述之定位於實質上無窮遠處之物件之一距離DINFINITY 210。此外，如上文在圖1處所闡述，在一項態樣中，孔徑光闌A1可相對於光學軸204固定於適當位置。在一替代態樣中，孔徑光闌A1可相對於透鏡L1固定於適當位置，且沿著光學軸204與透鏡L2一起移動。
應瞭解，光學元件102及202之透鏡L1至L5之表面R1至R10(以及貫穿本發明揭示內容闡述之其他光學表面)可係為不同形狀。在一項態樣中，該等表面中之一或多者可係球形表面。在其他態樣中，該等表面中之一或多者可係錐形表面。在又其他態樣中，該等表面中之一或多者可係根據一適合的非球面方程式之非球面表面，諸如下列平滑非球面方程式： ，其中z係自該非球面 透鏡表面上在一徑向距離處之一點繪製之一線之下垂高度(以mm為單位)，Y自光學軸至非球面表面頂點之切向平面，C係光學軸上之非球面透鏡表面之曲率，Y係距光學 軸之徑向距離(以mm為單位)，K係錐形常數，且Ai係第i個非球面係數，其中在偶數數字i上求和。然而，此等態樣並不視為限定本發明揭示內容之範疇。相反，各種表面可係奇次非球面，或具有包括偶次係數及奇次係數之一非球面方程式。
除上文以外，亦應瞭解，光學元件102及202之透鏡(及貫穿本發明揭示內容提供之各種其他光學系統之光學透鏡)可由各種適合類型之透明材料製成，且根據用於產生一光學品質表面之各種適合製程來形成。在一項態樣中，透鏡L1至L5可係經研磨及拋光之玻璃，其中該玻璃經選擇以具有導致經組合透鏡L1至L5之一所期望有效焦距之一折射率。在另一態樣中，該透鏡可係一光學品質經注入模製之塑膠(或藉由另一適合方法形成之光學品質之塑膠)，其中該塑膠具有適合於提供所期望之有效焦距之一折射率。在至少一項其他態樣中，透鏡L1至透鏡L5可藉助類似於用於蝕刻半導體晶片(例如，固態記憶體晶片、資料處理晶片)之光微影蝕刻製程之一光微影蝕刻製程而自一透明玻璃、晶體或其他適合結構(例如，二氧化矽-SiO2晶圓)蝕刻。在一特定態樣中，光學元件102及光學元件202可根據下文表1至表9之光學規定來闡述。
表1提供用於光學成像系統100及200之一實施例之一般光學資訊。表2針對八個不同光學場提供在影像感測器106 或影像感測器206處量測之沿y軸之影像高度，且提供各別場之權數。表3包含表2中所指示之八個場之漸暈資料。表4繪示在圖1及圖2處繪示之在光學成像系統100及200中追蹤之各別光線之波長。表5提供針對光學元件102及光學元件202之透鏡之一般光學表面特性之一摘要，包含表面類型、曲率半徑、厚度、材料(來自標準玻璃及塑膠目錄)、直徑、錐形常數及關於漸暈之註解。表6闡述針對表5之表面之平滑非球面係數，而表7提供針對彼等表面之邊緣厚度資訊。表8提供針對在表2處識別之光學場之多個波長之折射率資料。表9及表9A提供針對彼等相同波長及光學場之焦距比數資料。
圖3圖解說明根據本發明揭示內容之進一步態樣之一實例性經注入模製之塑膠光學系統300(亦稱為系統300)之一圖式。系統300可由多個經注入模製之塑膠組件形成。在一項實施例中，透鏡L1、L2、L3、L4及L5中之兩個或兩個以上透鏡可由一單個模製件形成。在其他實施例中，各別透鏡可由單獨模製件形成且如所繪示在模製之後裝配起來。在其他態樣中，透鏡L1、L2、L3、L4及L5之形成可由另一光學製作技術所致，諸如晶圓級光學器件製作。在至少一項所揭示態樣中，系統300可實質上類似於光學成像系統100。在另一態樣中，系統300可實質上類似於光學成像系統200。根據又其他態樣，系統300可包括經組態以沿光學軸302位移透鏡L1以達成在系統300之一影像平面304處聚焦之MEMS硬體。在一特定實施例中，系統300可 包括透鏡L1之透鏡表面R1及R2、透鏡L2之表面R3及R4、透鏡L3之表面R5及R6、透鏡L4之表面R7及R8及透鏡L5之表面R9及R10，其皆實質上類似於上文在圖1處所闡述之表面R1至R10。
圖4圖解說明針對如本文所闡述之一光學成像系統之場曲率及F-Tan(θ)失真(在下文稱為失真)之一圖式。特定而言，圖4圖解說明針對可與上文圖1之光學成像系統100對應之一物件距離為10cm之場曲率及失真。該等場曲率及失真圖表利用分別具有波長為0.470、0.510、0.555、0.610及0.650μm之五個波長，且具有一最大視場角為33.391度。左側圖表繪示在一光學成像系統之一影像平面處沿一y軸之以毫米為單位之場曲率。場曲率資料係針對徑向光線(在圖4上描繪為「S」)及切向光線(在圖4上描繪為「T」)來繪示。如自圖表顯而易見，場曲率在大部分影像平面上針對徑向光線最小，且場曲率對於大部分影像平面而言針對切向光線在幾微米內，及在影像平面之外部邊緣處(高y值)為數微米。
在右手側上之失真圖表亦包含針對以上五個波長之曲線。將該失真資料在光學軸處歸一至0%。貫穿整個影像平面，失真小於約1.5%且針對低視場角小於1%。
圖5繪示針對聚焦在無窮遠處之一物件之一光學成像系統之場曲率及失真之一圖式。因此，圖5之圖表可與上文圖2之光學成像系統200對應。圖5之場曲率及失真採用針對與圖4相同之波長、針對一最大視場角為34.897度之圖 表。場曲率包含針對所指示波長之徑向光線(S)以及針對彼等相同波長之切向光線(T)之線。如所繪示，針對在10cm處之一對焦物件之場曲率係在約+/- 50微米內。
在無窮遠處之失真變化與針對圖4之10cm圖表相比稍微大一些。同樣將失真在光學軸上歸一至0%。該失真介於自中等視場角之約0.5%至約影像平面邊緣處之約負1.5%之間的範圍內。針對所有視場角之總失真係約2%。
圖6圖解說明針對如本文所闡述之一光學成像系統之主要橫向色差(lateral color)之一圖表。特定而言，圖6之主要橫向色差圖表係針對在10cm物件距離處之一對焦物件，且因此可與上文圖1之光學成像系統100對應。主要橫向色差圖表之最大場係2.9560mm，且波長介於0.4700μm與0.6500μm之間的範圍內。如所繪示，橫向色差變化針對小視場角完全在0.5微米內，針對中等視場角變化至恰好大於負1微米，且針對較高視場角變得大到約負1.5微米。總失真對於影像平面而言保持低於2微米。
圖7圖解說明針對在無窮遠處之一對焦物件之基本橫向色差之一圖表。相應地，圖7可與上文圖2之光學成像系統200對應。類似於圖6，針對0.4700μm與0.6500μm之間的波長，最大場為2.9560mm。針對低及中等視場角，主要橫向色差保持在約0.5微米處或低於約二分之一微米。主要橫向色差僅在較大視場角處超過二分之一微米，在影像平面之一邊緣處達到恰好大於約二微米之一峰值。
圖8圖解說明在本文所闡述之一光學成像系統之一影像 平面處之數個橫向光線扇形圖。特定而言，圖8之橫向光線扇形圖與在10cm物件距離處之一對焦物件對應，且因此可對應於上文圖1之光學成像系統100。該等橫向光線扇形圖針對各種影像高度繪示沿一垂直軸之橫向光線誤差(ey)及沿水平軸之光瞳直徑(Py)。較平坦之繪圖指示最佳效能及最小誤差，而沿垂直軸之較大偏差指示較大的橫向光線誤差。如圖8所繪示，橫向光線誤差在接近光學軸處(小影像高度)最小，且隨影像高度而大體增加。比例分別沿x軸及y軸介於正25微米至負25微米之間的範圍內。橫向光線扇形圖包含0.470與0.650μm之間的波長。
圖9繪示針對在無窮遠處之一對焦物件之數個橫向光線扇形圖，且因此可對應於上文圖2之光學成像系統200。類似於圖8，該等繪圖展現在接近光學軸處之最小誤差，及在所有視場角處針對小光瞳直徑之大體小誤差。在較高視場角及特定而言較高光瞳直徑處，橫向光線誤差增加。大體而言，針對在無窮遠處之物件之橫向光線誤差小於針對在10cm處之物件。
現在參照圖式，圖10繪示針對在10cm處之一物件之一光學系統1000之一剖視圖，其包括相對於一光學軸1004以一相似方式定位之光學元件1002之一配置。入射光學元件1002之左側或物件側之光可與各別元件1002順序地相互作用且出射元件1002之右側或影像側，朝向一影像感測器1006。實像將沿光學軸1004距光學元件1002某一距離(稱為一像距(ID))形成。應注意，ID主要取決於一對應物件距 離(OD-物件與光學元件1002之間沿光學軸1004的距離)及經組合光學元件102之一折射能力或光學功率。
感測器1006可係包括電-光感測器或像素之一多維陣列(例如，一個二維陣列)之一數位器件，該多維陣列可包含一CCD陣列或一CMOS陣列等等。由感測器1006產生之一數位影像之解析度取決於感測器平面陣列1008內之像素數目，該像素數目又取決於像素面積及總陣列面積。因此，舉例而言，對於每側大致1.4微米(1.96平方微米)之相對方形像素而言，一0.4cm2之感測器陣列可包括多達8.1百萬像素(Mp)。換言之，此一感測器將具有約8Mp之解析度。由於該像素陣列產生一實像之一電子重現，因此可將感測器1006以電信號形式產生之資料保存至記憶體、投影至一顯示器以供觀看(例如，數位顯示螢幕)、在軟體中編輯及諸如此類。
應瞭解，圖10中繪示之光學成像配置1000(及本文所揭示之其他光學成像系統)並非按比例繪製。例如，透鏡厚度、位置及高度無需與實際大小成正確比例繪示。相反，配置1002意欲提供一成像系統之一視覺上下文以輔助本文所揭示之其他態樣之概念理解。
光學系統1000包括一第一透鏡L1、一第二透鏡L2、一第三透鏡L3、一第四透鏡L4及一第五透鏡L5，其中心皆在一光學軸104上。該等透鏡係自物件側開始至影像側編號。因此，透鏡L1最接近於物件，且透鏡L5最接近於影像。孔隙A1可嵌入至透鏡L1中，或可實體固定至L1。相 應地，於此實施例中，孔隙A1並不相對於透鏡L1移動。在該揭示內容之某些態樣中，孔隙A1可具有一50μm深度。
透鏡L1至L5各自具有兩個相對之折射表面。各別表面之一曲率半徑由字母「R」後跟一表面編號來標識，以透鏡L1之物件側表面開始。因此，自物件側至影像側之該等表面依次為：透鏡L1之物件側表面R1及影像側表面R2、透鏡L2之物件側表面R3及影像側表面R4、透鏡L3之物件側表面R5及影像側表面R6、透鏡L4之物件側表面R7及影像側表面R8以及透鏡L5之物件側表面R9及影像側表面R10。該等各別表面識別符(R1、R2、R3、...、R10)亦用於表示各別表面之曲率半徑。另外，折射率ni標識與第i個表面相關聯之透鏡介質之折射率，且v_di係與該第i個表面相關聯之透鏡媒體之阿貝數(Abbe number)。
透鏡L1可具有一大的正折射能力，其中光學表面R1及R2兩者皆為凸面。如本文中所使用，術語大折射能力或小折射能力(無論正或負)皆意指相對於一特定光學系統之其他透鏡。因此，例如，提及透鏡L1具有大的正折射能力暗示：與光學系統1000之其他正能力透鏡相比，透鏡L1具有大於平均正折射能力之折射能力。相反地，針對光學系統1000具有小的正折射能力之一透鏡將具有小於平均正折射能力之折射能力。
在一實施例中，L1可相對於透鏡L2至L5及感測器平面1008移動。可使用MEMS或其他適當致動器達成移動。於 此實施例中，L2至L5保持相對於影像感測器平面1008及影像感測器1006固定。在該揭示內容之某些態樣中，L1之移動範圍係100μm左右。L1之移動允許光學系統1000維持對在各種距離處之物件之聚焦。在圖10中，光學系統1000對距該光學系統10cm之一距離處之一物件聚焦。在圖2中，光學系統1100對在光學無窮遠處之一物件聚焦。
在某些實施例中，在L1之折射能力與對在各種距離處之物件聚焦所要求之運動範圍之間存在一相反關係。具有一較高能力之一L1要求一較短移動範圍以對在各種距離處之物件聚焦，且反之亦然。根據該揭示內容之某些態樣，在光學軸處之透鏡L1與L2之間的軸向間隙或距離係125μm左右，其中在通光孔隙處一間隙約為170μm。
L2可具有一彎月形狀(在接近光學軸處比遠離光學軸處具有較小厚度)，其中光學表面R3為凸面，且光學表面R4為凹面。在該揭示內容之某些態樣中，透鏡L2提供光學系統1000之大部分色度校正且具有負折射能力。透鏡L3可在接近光學軸1004處為雙凸面，乃因光學表面R5在接近光學軸1004處為凸面且在遠離光學軸1004處為凹面，且影像側光學表面R6為凸面。根據該揭示內容之某些態樣，透鏡L3可具有一正折射能力。在某些實施例中，L2可安裝至L3上，以使得L2固定至L2，且L2不接觸沿光學軸1004配置光學系統1000之透鏡L1至L5之一光學鏡筒。
透鏡L4具有一凹面物件側光學表面R7，及一凸面形影像側光學表面R8。透鏡L5可係彎月形，具有在接近光學軸 1004處之一凸面光學表面R9及在接近光學軸104處為凹面之光學表面R10。
應瞭解，表面R1至R10(以及貫穿本發明揭示內容闡述之其他光學表面，包含用於系統200之光學表面)可係為不同形狀。在一項態樣中，該等表面中之一或多者可係球面表面。在其他態樣中，該等表面中之一或多者可係錐形表面。在又其他態樣中，該等表面中之一或多者可係根據一適合的非球面方程式之非球面表面，諸如下列平滑非球面方程式： ，其中z係自該非球面 透鏡表面上在一徑向距離處之一點繪製之一線之下垂高度(以mm為單位)，Y自光學軸至非球面表面頂點之切向平面，C係光學軸上之非球面透鏡表面之曲率，Y係距光學軸之徑向距離(以mm為單位)，K係錐形常數，且Ai係第i個非球面係數，其中在偶數數字i上求和。然而，此等態樣並不視為限定本發明揭示內容之範疇。相反，各種表面可係不規則非球面，或具有包括平滑係數及不規則係數之一非球面方程式。
除上文以外，亦應瞭解，光學系統1000之透鏡L1至L5(及光學系統1100之光學透鏡)可由各種適合類型之透明材料製成，根據用於產生一光學品質表面之各種適合製程形成。在一項態樣中，透鏡L1至L5可係經研磨及拋光之玻璃，其中玻璃經選擇以具有導致經組合透鏡L1至L5之一所 期望有效焦距之一折射率。在另一態樣中，該透鏡可係一光學品質經注入模製之塑膠(或藉由另一適合方法形成之光學品質之塑膠)，其中該塑膠具有適合於提供所期望之有效焦距之一折射率。在至少一項其他態樣中，透鏡L1至透鏡L5可藉助類似於用於蝕刻半導體晶片(例如，固態記憶體晶片、資料處理晶片)之光微影蝕刻製程之一光微影蝕刻製程而自一透明玻璃、晶體或其他適合結構(例如，二氧化矽-SiO2晶圓)蝕刻。
根據各種態樣，透鏡L1、L2、L3、L4及L5可由塑膠製成(例如，APL5014、OKP4HT或ZE-330R或具有類似折射率及阿貝數之另一適合塑膠，或其一適合組合)。在一項特定態樣中，透鏡L1、L3及L5由一種塑膠(例如，APL5014)製成，而透鏡L2及L4由不同塑膠(例如，分別為OKP4HT及ZE-330R)製成。然而，應瞭解，在其他態樣中，該等透鏡可係為替代地具有類似阿貝數或折射率之其他材料。
現在轉至圖11，展示根據本發明揭示內容之態樣在無窮遠處聚焦之一樣本光學系統之一剖面。圖11之光學系統1100類似於光學系統100，但與在10cm處不同，光學系統1100對在無窮遠處之一物件聚焦。光學系統1100與光學系統1000之間的一差異係：L1相對於透鏡L2至L5定位於距感測器1106一不同距離處。
根據本發明揭示內容之一項特定態樣，在以下表10至表13中提供各別透鏡L1、L2、L3、L4及L5之一規定。表10 列出各別透鏡之一般透鏡資料，且表11列出包含以下各項之表面資料：接近光學軸之曲率半徑(R)(以mm為單位)、表面之間的距離、各別透鏡之直徑及各別透鏡之材料。此外，表12針對表11之非球面表面提供用於以上方程式(1)之i=2、4、6、8、10、12、14、16之非球面常數Ai，其中索引「i」由「r」標識(例如，如在自ZEMAX Development Corporation可獲得之光學設計軟體程式ZEMAX中所產生)。表13提供第i個透鏡針對一組波長之折射率ni。表14提供一定範圍之場對影像高度，表15提供光學系統1000及1100之漸暈資訊，表16提供用於圖10及圖11之光線追蹤之波長及權數，表17提供光學系統1000及1100之表面資料，包含半徑、厚度、材料、直徑及錐形常數。另外，表18提供光學系統1000及1100之邊緣厚度資訊。
(在光學設計軟體Zemax中定義之光學性質)
圖12圖解說明針對光學組態1002之場曲率及失真之一圖表。進一步地，該等場曲率及失真值係針對介於自0.470μm至0.650μm之範圍內之數個波長來顯示。場曲率針對低視場角針對此等波長而在約10微米內，且甚至在影像平面之周邊處小於100微米。此外，失真完全在2%與負2%之範圍內。如熟習此項技術者將顯而易見，像差由本發明光學配置1002完全補償。
圖13圖解說明針對光學組態1102之場曲率及失真之一圖 表。進一步地，該等場曲率及失真值係針對介於自0.470μm至0.650μm之範圍內之數個波長來顯示。場曲率完全在+/-100微米之範圍內，且失真完全在2%與負2%之範圍內。如熟習此項技術者將顯而易見，像差由本發明光學配置1102完全補償。
圖14繪示光學配置1002之橫向色差之一圖表。該圖表之一最大場係2.8560mm。另外，橫向色差曲線在自0.470μm至0.650μm之一波長範圍上。在10cm處之一對焦物件之主要橫向色差係約-3.5μm，如該圖表所繪示。
圖15繪示針對在無窮遠處之一對焦物件之光學配置1102之橫向色差之一圖表。該圖表之一最大場為2.8560mm。另外，橫向色差曲線在自0.470μm至0.650μm之一波長範圍上。在無窮遠處之對焦物件之主要橫向色差係約+0.8微米。
圖16及圖17分別繪示光學配置1002及1102之橫向光線扇形圖。該等橫向光線扇形圖繪示針對光瞳直徑Py及Px沿y軸及x軸之橫向像差(ey及ex)。該等橫向光線扇形圖係在影像高度0.000mm(1600與1700)、0.5710mm(1602與1702)、1.1420mm(1604與1704)、1.7140mm(1606與1706)、2.2850mm(1608與1708)、2.5700mm(1610與1710)及2.8560mm(1612與1712)處做出。該等繪圖大體在光學成像之可接受範圍內，且相應地，光學配置1002及1102具有好的成像品質。
圖18圖解說明根據本發明揭示內容之替代態樣針對一光 學系統1800之一實例性光線圖之一圖式。系統1800包括光學元件1802之一配置。光學光線繪示為在光學系統1800之一視場內與光學元件1802相互作用。正軸光線聚焦至光學軸上在與光學元件1802相關聯之一影像平面或焦平面處，且源於較大視場角之光線繪示為在距光學軸較遠距離處會聚於影像平面處。
光學元件1802之一最左側係光學系統1800之一物件側，且光學元件1802之一最右側係光學系統1800之一影像側。當光學元件1802正確地對焦時，該物件之一實像形成於光學元件1802之影像平面處。在本發明揭示內容之至少一項態樣中，光學系統1800可包括一可變焦距光學系統，其中一子組光學元件1802可沿光學軸移動以將一物件之一影像對焦於影像平面處。在特定態樣中，該子組光學元件1802之一組位置可與使各別影像在影像平面處對焦之一組物件距離對應。換言之，當該子組光學元件1802定位於該組位置中之一者處時，在該組物件距離中之一對應者處之一物件將在影像平面處對焦。如下文圖18及圖19所繪示之光學元件1802之一部分圖解說明一實例性配置，其中系統1800之光學元件係在將位於無窮遠處之一物件聚焦至影像平面上之一位置中。如下文圖23及圖24所繪示之光學元件1802之一位置圖解說明一實例性配置，其中光學元件係在將一近場物件聚焦至影像平面上之一位置中。
圖19繪示包括根據本發明揭示內容之額外態樣之光學元件及光學表面之一實例性光學系統1900之一圖式。光學系 統1900可實質上類似於光學系統1800。如所繪示，光學系統1900經組態以聚焦位於遠場中(例如，在無窮遠處)之一物件之一影像。
光學系統1900可包括沿一光學軸1904定中心之一組光學元件1902。光學元件1902可經組態以聚焦可由一感測器1908擷取之一影像。感測器1908可包括位於感測器1908之一影像平面處之光敏像素之一多維陣列。該等光敏像素可回應於由光學元件1902在感測器1908上聚焦之電-磁能量(例如，光)而輸出電信號。此外，該等電信號可具有與該電-磁能量之光學特性相關之特性。此等電信號可用於重現由光學元件1902聚焦且由感測器1908擷取之影像，如本文所闡述或此項技術中已知。光學系統1900亦可包括用於感測器1908之一蓋板1906。蓋板可保護感測器1908之光敏像素免受灰塵或原本可能吸收或散射光學元件1902所聚焦之電-磁能量藉此使影像失真之其他顆粒。
光學元件1902可包括五個光學透鏡，包含透鏡L1、透鏡L2、透鏡L3、透鏡L4及透鏡L5(統稱為透鏡L1至L5)。該等光學透鏡係自左(光學系統1900之物件側)至右(光學系統1900之影像側)編號。因此，最左側透鏡L1在本文中亦稱為物件側透鏡。另一選擇係，透鏡L1可稱為光學系統1900之一物鏡。
如所繪示，透鏡L1係具有正光學功率之一雙凸面透鏡，且具有一凸面物件側表面R1及凸面影像側表面R2。此外，相對於光學元件1902之透鏡L2、L3、L4及L5，透鏡 L1可具有一強的光學功率。在特定態樣中，與透鏡L2、L3、L4或L5中之任一者相比，透鏡L1可具有較大的正光學功率。在又一態樣中，與透鏡L2、L3、L4及L5之任一子組相比，L1可具有較大的正光學功率。在至少一項替代或額外態樣中，與透鏡L2、L3、L4及L5之組合相比，透鏡L1可具有較大的正光學功率。如所繪示，一孔徑光闌A1可位於透鏡L1之物件側表面R1周圍。
透鏡2可係具有一負光學功率之一透鏡。透鏡L2可具有一物件側表面R3及一影像側表面R4。在本發明揭示內容之某些態樣中，表面R3可係微凸面。在其他態樣中，表面R3可係實質上平坦的，無任何顯著光學功率。在本發明揭示內容之又其他態樣中，表面R3可具有一複合曲率，其針對表面R3之一子組光瞳半徑(例如，距光學軸1904之一定範圍之距離)為凸面，且針對表面R3之一不同子組光瞳半徑為凹面。作為一實例，表面R3可自光學軸1904至一第一光瞳半徑具有一凹面曲率，且可自該第一光瞳半徑至一第二光瞳半徑具有一凸面曲率，其中該第二光瞳半徑大於該第一光瞳半徑。一影像側表面R4可具有一凹面曲率，提供透鏡L2之大部分負光學功率。
透鏡L3可係一彎月形透鏡，具有朝向透鏡L3之物件側之一凸面曲率。如所繪示，透鏡L3包括一物件側表面R5及影像側表面R6。物件側表面R5可具有凸面曲率。在特定態樣中，物件側表面R5之凸度在接近光學軸1904處可比在接近透鏡L3之一周邊處強。換言之，物件側表面R5之一曲率 半徑可隨物件側表面R5之光瞳半徑增加而增加，且在至少一項態樣中，在接近透鏡L3之周邊處變得無窮大。影像側表面R6可具有凹面曲率。在至少一項態樣中，影像側表面R6之一半徑可隨透鏡L3之光瞳半徑增加而增加。在一替代或另外態樣中，影像側表面R6可在接近透鏡L3之周邊處為凸面。
透鏡L4包括一物件側表面R7及一影像側表面R8。透鏡L4可係朝向光學元件1902之影像側之一彎月形透鏡。另外，透鏡L4可具有弱的正光學功率。在一項替代或另外態樣中，與透鏡L4之一周邊相比，在接近光學軸1904處透鏡L4之正功率可較大，而在其他態樣中，該正功率可在影像側表面R8之表面上實質上恆定。
透鏡L5包括一物件側表面R9及一影像側表面R10。物件側表面R9可針對低及中等視場角具有凹面曲率，且在較高視場角處具有減小的曲率。影像側表面R10可在接近光學軸1904處為凹面，進一步地，影像側表面R10可針對中等及高視場角而自凹面轉變至凸面。
光學元件1902可在各別透鏡L1、L2、L3、L4與L5之間具有各別間距(空氣間隙)。在一特定態樣中，透鏡L4與透鏡L5之間的一正軸空氣距離可係透鏡L1至L5當中的一組空氣距離中之一最大者。在一替代或另外態樣中，透鏡L3與透鏡L4之間的一空氣距離可係透鏡L1至L5當中的該組空氣距離中之一第二大者。
在本發明揭示內容之又一態樣中，一致動器可連接至一子組光學元件1902。在一項實例中，該致動器可係一 MEMS致動器，而在其他態樣中，該致動器可係此項技術中已知的另一類型之致動器。該致動器可經組態以沿光學軸1904重新定位該子組光學透鏡。重新定位該子組光學透鏡可致使在不同物件距離處之物件之影像對焦於光學系統1900之感測器1908處。在特定態樣中，光學透鏡1902可經組態以將位於遠場(例如，無窮遠、...)中之一物件之一影像聚焦至感測器1908上。根據另一態樣，重新定位該子組光學元件1902以將位於近場中之一物件對焦於感測器1908處。在一特定態樣中，該子組光學元件可包含透鏡L1，且透鏡L1可如圖19所繪示由MEMS致動器定位以使位於無窮遠處之一物件對焦於感測器1908處，且可如圖23所繪示由MEMS致動器定位以使在實質上12.8公分(cm)之一物件距離處之一物件對焦於感測器1908處。
在又一態樣中，孔徑光闌A1可相對於光學軸1904固定。在另一態樣中，孔徑光闌A1可相對於透鏡L1之一位置固定。在後一態樣中，當將一物件之一影像聚焦至感測器1908上時，可藉由一MEMS致動器使孔徑光闌A1與透鏡L1一起移動。根據又其他態樣，該MEMS致動器可經組態以沿光學軸1904單獨地或結合孔徑光闌A1一起移動透鏡L1一總距離。該總距離可在其一端處將在無窮遠處之一物件之一影像聚焦於感測器1908上，且在其另一端處將在實質上12.8cm之一物件距離處之一物件之一影像聚焦於感測器1908處。
透鏡L1至L5可係為各種適合類型之適合光學透明材料，且根據用於產生一光學品質表面之一(或多個)適合方法形 成。在一項態樣中，透鏡L1至L5可係經研磨或拋光之玻璃，其中該玻璃經選擇以具有導致經組合透鏡L1至L5之一所期望有效焦距之一折射率。在另一態樣中，該透鏡可係一光學品質經注入模製之塑膠(或藉由另一適合製作方法形成之光學品質之塑膠)，其中該塑膠具有適合於提供所期望焦距之一折射率。在另一(或多個)態樣中，透鏡L1至L5可藉助類似於用於蝕刻半導體晶片之光微影蝕刻製程之一光微影蝕刻製程而自一透明玻璃、晶體或其他適合結構蝕刻。在一(或多個)特定態樣中，透鏡L1至L5可係為不同的玻璃、塑膠或適合的光學透明介質，藉由以上或類似之適合製作技術中之一或多者(注意，蓋板1908係一虛構材料)。在又一態樣中，光學元件1902可根據表19至表27A之光學規定來闡述。
表19提供分別針對圖18及圖19之光學系統1800、1900之一實施例之大體光學資訊。表20提供針對一組光學場在影像感測器1906處量測之沿y軸之影像高度以及各別場之各別權數。表21包含針對表20之該組光學場之漸暈資料。表22繪示在圖18處繪示之光學成像系統1800中追蹤之各別光線之波長。表23提供針對光學元件1902之透鏡之一般光學表面特性之一摘要，包含表面類型、曲率半徑、厚度、材料(來自標準玻璃及塑膠目錄；注意，為覆蓋玻璃1908使用一虛擬材料)、直徑、錐形常數及可用註解。表24描述針對表23之表面之非球面係數，而表25提供針對彼等表面之邊緣厚度資訊。表26提供針對表20處所識別之光學場之多個波長之折射率資料。表27及表27A提供彼等相同波長及光學場之焦距比數資料。
圖20繪示針對以上圖18及圖19之光學系統1800、1900之場曲率及失真之一圖式。特定而言，圖20中繪示之場曲率及失真與經組態以將在無窮遠處之一物件之一影像聚焦至感測器1906上之光學元件1902對應。該等場曲率及失真圖表利用五個波長，分別包含0.436μm、0.486μm、0.546 μm、0.588μm及0.656μm。此外，藉助一最大場為35.543度來追蹤該等光線。左手圖表繪示在一光學成像系統之一影像平面處沿一y軸以毫米為單位之場曲率。場曲率係針對徑向光線(由一「S」描繪)及切向光線(由一「T」描繪)。在所利用波長上之場曲率之範圍對於徑向及切向光線而言皆在幾微米內。在圖20之右手側上之失真圖表亦包含針對以上五個波長之曲線。將該失真資料在光學軸處歸一至0%。貫穿該影像平面，失真小於約-1%，且針對中等至低視場角低於約+/-0.5%。
圖21圖解說明針對一組波長之縱向像差之一圖式。圖21之縱向像差與經組態以將位於無窮遠處之一物件成像至感測器1906上之光學元件1902相關。所列舉波長包含0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm及0.656μm。該圖表繪出針對一光瞳半徑0.9mm針對增加之視場角以毫米為單位之縱向像差。在低視場角處，縱向像差大體為正且小於約0.02毫米。在高視場角處，縱向像差更多地為負且大體小於約0.03毫米。圖21之縱向像差圖表指示：光學元件1902針對所識別波長提供相當良好之像差校正。
圖22繪示針對以上圖19之光學元件1902之橫向色差之一圖表。相應地，該橫向色差圖表與經組態以將位於無窮遠處之一物件之一影像聚焦至感測器1906上之光學元件1902相關。該橫向色差圖表之最大場為3.3920毫米，且該橫向色差圖表之波長介於0.4358μm至0.6563μm之間的範圍內。另外，資料以0.546100μm為參考。對於多數視場角 而言，橫向色差皆在約+/-0.5微米內。在高視場角處，較低波長展現約-1微米或更大之橫向色差，且較高波長展現約1微米之橫向色差。
圖23圖解說明根據本發明揭示內容之又其他態樣之一實例性光學系統2300之一圖式。光學系統2300可包括一組光學元件2302，如所繪示。在本發明揭示內容之至少一項態樣中，光學元件2302可包括實質上類似於以上圖18及圖19之光學元件1802及1902但具有一不同聚焦位置之一組透鏡。具體而言，一子組光學元件2302可以適合於將一近場物件之一影像聚焦於光學元件2302之一影像平面處之一方式定位。如所繪示，針對光學元件2302之近場物件位置為12.8cm。藉由將該子組光學元件2302重新定位於由圖23繪示之位置與圖19之光學元件1902之位置之間，光學系統2300可聚焦該近場物件與在無窮遠處之一物件之間的不同物件距離。
光學系統2300圖解說明表示以離散視場角入射至光學元件2302上之光之一組光線扇形。藉由會聚於光學系統2300之一光學軸處在光學元件2302之一影像平面處之光線來繪示一視場角0。以增加之距光學軸之距離會聚於影像平面上之點處之光表示以對應較大視場角交會光學元件2302之光線。
圖24繪示根據本發明揭示內容之又其他態樣之一實例性光學系統2400之一圖式。光學系統2400描繪圖23之光學系統2300之光學透鏡及相關聯光學表面。進一步地，在至少 一項態樣中，光學系統2300之光學透鏡及相關聯光學表面可實質上類似於上文圖18及圖19之光學系統1800及1900之光學透鏡及光學表面。光學系統2400可與光學系統1800及1900之不同之處在於：光學元件2402可經組態以將位於實質上12.8cm處之一物件之一影像聚焦於一感測器2408處。光學系統2400及光學元件2402之其他態樣包含透鏡L1之光學表面R1及R2、透鏡L2之光學表面R3及R4、透鏡L3之光學表面R5及R6、透鏡L4之光學表面R7及R8以及透鏡L5之光學表面R9及R10。進一步地，感測器2408及覆蓋玻璃2406可實質上類似於光學系統1900之感測器1906及覆蓋玻璃1908。
根據本發明揭示內容之一特定態樣，光學元件2402包括一物鏡-透鏡L1，其連接至一致動器(例如，MEMS致動器、...)以促進光學系統2400之自動聚焦。在圖24所繪示之光學元件2402之配置中，且特定而言在透鏡L1與透鏡L2之間的一空氣距離distancenear，光學元件2402經組態以將在一物件距離12.8cm處之一物件之一實像聚焦至感測器2408上。藉由將透鏡L1移動至藉由圖19之光學元件1902繪示之一位置中(其中透鏡L1與透鏡L2之間的空氣距離係一distancefar)，則光學系統2400可經組態以替代地聚焦在無窮遠處之一物件之一影像。在本發明揭示內容之至少一項替代或額外態樣中，透鏡L1可經重新定位以改變distancenear與distancefar之間的空氣距離，藉此將位於12.8cm與無窮遠之間的點處之一物件之一影像聚焦於感測器 2408處。光學元件2402可具有藉由表28至表31A之光學特性闡述之影像特性。
表28至表31A包括不同於光學系統1900之光學系統2400之光學特性及影像特性。表28提供光學系統2400之實施例之一般光學資訊。表29包含針對表20之該組光學場之漸暈資料。表30提供針對光學元件2402之透鏡之一般光學特性 之一摘要，包含表面類型、曲率半徑、厚度、材料(來自標準玻璃及塑膠目錄，包含用於覆蓋玻璃2408之一虛擬材料)、直徑、錐形常數及可用註解。表31及表31A提供針對所識別波長及光學場之焦距比數資料。
圖25圖解說明針對以上圖24之光學系統2400之場曲率及失真之一圖式。針對該等場曲率及失真圖表採用之波長包含0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm及0.656μm。經追蹤以產生此等圖表之光線以視場角為單位，其中一最大場為34.188度。針對切向光線及徑向光線兩者之場曲率大體為正且針對所有視場角小於約0.05mm。失真針對中等至低視場角小於約1%，且在高視場角處增加至約1.6%。
圖26圖解說明針對光學系統2400之縱向像差之一圖式。該縱向像差圖表係針對五個波長提供，包含0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm及0.656μm。該圖表繪出針對光瞳半徑0.9mm針對增加之視場角以毫米為單位之縱向像差。在低視場角處，縱向像差大體為正且小於約0.04毫米。在較高視場角處，縱向像差針對不同視場角而介於正與負之間的範圍內，且大體在正0.03毫米與約負0.035毫米之間。
圖27繪示針對以上圖24之光學元件2402之橫向色差之一圖式。該橫向色差圖表與經組態以將位於約12.8cm處之一物件之一影像聚焦至感測器2406上之光學元件2402相關。橫向色差圖表之最大場為3.3920毫米，且針對該圖表 採用之波長介於自0.4358μm至0.6563μm之間的範圍內。另外，資料以0.546100μm為參考。針對所有視場角，橫向色差小於約+3微米且大於約-1微米。在低及中等視場角處，橫向色差介於約+1微米與約-0.25微米之間的範圍內。
圖28A至圖28D圖解說明根據本發明揭示內容之一或多項額外態樣之一實例性光學系統。在圖28A處將該光學系統繪示為在左上部，呈將在無窮遠處之一物件之一影像聚焦至該光學系統之一感測器上之一組態。圖29A至圖29D圖解說明呈將一近場物件之一影像聚焦至該光學系統之感測器上之一組態之實例性光學系統。後一組態可(例如)藉由增加最接近於光學系統之物件側之第一最左側透鏡與較接近於該光學系統之物件側上之第二透鏡之間的一空氣距離而達成。
大體而言，該光學系統自一物件側至影像側包括五個透鏡，包含：透鏡L1(亦稱為一物鏡)、透鏡L2、透鏡L3、透鏡L4及透鏡L5(統稱為透鏡L1至L5)。此外，圖28A至圖28D之光學系統可包括兩個或兩個以上透鏡群組，至少部分地定義於該兩個或兩個以上透鏡群組之各別透鏡之間的一正軸透鏡間空氣距離上。作為一實例，該光學系統之五個透鏡可配置成兩個透鏡群組，該等透鏡群組中之一第一者自該光學系統之物件側起包括一第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡，且其中該等透鏡群組中之第二者自該光學系統之物件側起包括一第四透鏡及第五透鏡。該等透鏡群組可經約束以在透鏡之間具有小於第一透鏡群組與第二透鏡群 組之間的一正軸空氣距離之正軸空氣距離。
圖28B至圖28D圖解說明針對圖28A之光學系統之影像特性，該光學系統經組態以將在無窮遠處之一物件之一影像聚焦於該光學系統之一感測器上(遠場聚焦組態)。圖29B至圖29D圖解說明針對圖29A之光學系統之影像特性，該光學系統經組態以將一近場物件聚焦於該感測器上(近場聚焦組態)。圖28B繪示針對該遠場聚焦組態、針對約0.47微米與約0.65微米之間的波長、藉助大於約32度之一最大場之場曲率及失真之一圖表。圖28C圖解說明針對遠場組態、以上述波長且針對約0.991mm之一光瞳半徑之縱向像差之一圖表，且圖28D繪示針對此組態、具有約2.956毫米之一最大場、具有以波長約0.555微米為參考之資料之橫向色差之一圖表。
圖29B圖解說明針對在圖29A處繪示之光學系統之近場組態之場曲率及失真。該場曲率及失真針對約0.470微米與約0.650微米之間的波長具有約34.51度之一最大場。圖29C繪示針對該近場組態藉助約0.991毫米之光瞳半徑以及約0.470微米、0.510微米、0.555微米、0.610微米及0.650微米之波長之縱向像差。圖29D圖解說明針對近場組態藉助約2.9560毫米之一最大場且藉助以波長0.555微米為參考之資料之橫向色差之一圖表。圖28A及圖29A之光學系統係藉由下文表32至表A0A所提供之光學特性及影像特性來闡述。
表32至表40A提供針對圖28A之具有一遠場聚焦組態之 光學系統之光學特性及影像特性。表32提供針對此光學系統之一般光學資訊。表33針對一組光學場及針對該等各別光學場之各別權數提供在該光學系統之一影像感測器處量測之沿y軸之影像高度。表34包含針對表33之該組光學場之漸暈資料。表35繪示在圖28中之光學成像系統中追蹤之各別光學之波長。表36提供針對此光學系統之透鏡之一般光學表面特性之一摘要，包含表面類型、曲率半徑、厚度、材料(來自標準玻璃及塑膠目錄)、直徑、錐形常數及可用註解。表37闡述針對表35之表面之非球面係數，而表38提供針對彼等表面之邊緣厚度資訊。表39提供針對多個波長及所列舉光學場之折射率資料。表40及表40A提供針對彼等相同波長及光學場之焦距比數資料。
如本文中使用，措辭「實例性」意欲意指用作一實例、例項或圖解說明。在本文中闡述為「實例性」之任何態樣或設計未必應視為較其他態樣或設計為佳或有利。而是，使用措辭實施性意欲以一具體方式來呈現概念。如本申請案中所使用，術語「或」意欲意指一包容性「或」而非一排他性「或」。亦即，除非另有規定，或根據上下文顯而易見，否則「X採用A或B」意欲意指固有包容性排列中之任一者。亦即，若X採用A、X採用B、或X採用A及B兩者，則在上述例項中之任一例項下皆滿足「X採用A或B」。另外，本申請案及隨附專利申請範圍中所使用之冠詞「一」及「一個」應大體視為意指「一或多個」，除非另外指出或根據上下文顯而易見指代一單數形式。
此外，與本文所闡述之所揭示光學系統相關聯之電子系統之各部分可包含或由以下各項組成：基於人工智慧或知識或規則之組件、子組件、處理程序、構件、方法或機構(例如，支援向量機、神經網路、專家系統、貝葉斯信任網路、模糊邏輯、資料融合引擎、分類器...)。除其他以外且除本文中已闡述以外，此等組件亦可使藉以執行以使該等系統及方法之部分更具適應性以及更高效且更智慧之某些機構或處理程序自動化。例如，此等組件可使如上文所闡述之一光學系統(例如，見以上圖5之電子器件500)之影像品質之最佳化自動化。
以上所述者包含所請求標的物之態樣之實例。當然，不可能出於闡述所請求標的物之目的而闡述組件或方法之每一種可構想組合，但熟習此項技術者可認識到，所揭示標的物之諸多進一步組合及排列皆係可能的。相應地，所主張標的物旨在囊括屬於隨附申請專利範圍之精神及範疇內之所有此等變更、修改及變化。此外，就本詳細說明或申請專利範圍中所使用之術語「包含」、「具有」而言，此等術語意欲以類似於術語「包括(comprising)」當在一請求項中用作一過渡語時所解譯之方式來包容。
100‧‧‧光學系統/系統/光學成像系統
102‧‧‧光學元件/透鏡/元件
104‧‧‧光學軸/軸
106‧‧‧光學感測器/感測器/影像感測器
110‧‧‧距離
200‧‧‧光學成像系統/系統
202‧‧‧光學元件
204‧‧‧光學軸
206‧‧‧影像平面/影像感測器
210‧‧‧距離
300‧‧‧塑膠光學系統/系統
302‧‧‧光學軸
304‧‧‧影像平面
500‧‧‧電子器件
1800‧‧‧光學系統/系統/光學成像系統
1802‧‧‧光學元件
1900‧‧‧光學系統
1902‧‧‧光學元件/光學透鏡
1904‧‧‧光學軸
1906‧‧‧蓋板/影像感測器/感測器
1908‧‧‧感測器/蓋板/覆蓋玻璃
2300‧‧‧光學系統
2302‧‧‧光學元件
2400‧‧‧光學系統
2402‧‧‧光學元件
2406‧‧‧覆蓋玻璃/感測器
2408‧‧‧感測器/覆蓋玻璃
A1‧‧‧孔徑光闌/孔隙
ex‧‧‧沿x軸之橫向像差
ey‧‧‧沿一垂直軸之橫向光線誤差/沿y軸之橫向像差
L1‧‧‧透鏡/第一透鏡/最左側透鏡/物件側透鏡/物鏡
L2‧‧‧透鏡/第二透鏡
L3‧‧‧透鏡/第三透鏡
L4‧‧‧透鏡/第四透鏡
L5‧‧‧透鏡/第五透鏡
Py‧‧‧沿水平軸之光瞳直徑
R1‧‧‧凸面物件側表面/表面/透鏡表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R2‧‧‧凸面影像側表面/表面/透鏡表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
R3‧‧‧微凹面物件側表面/表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R4‧‧‧表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
R5‧‧‧表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R6‧‧‧表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
R7‧‧‧凹面物件側光學表面/表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R8‧‧‧凸面形影像側光學表面/表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
R9‧‧‧凸面光學表面/表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R10‧‧‧表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
圖1圖解說明根據本發明揭示內容之各種態樣之經組態以聚焦一相對近物件之一實例性光學成像系統之一圖式。
圖2圖解說明根據其他所揭示態樣之經組態以聚焦實質上在無窮遠處之一物件之一實例性光學成像系統之一圖 式。
圖3繪示包括複數個經注入模製之光學組件之一實例性光學成像系統之一圖式。
圖4圖解說明針對聚焦一相對近物件之一樣本光學成像系統之實例性場曲率及失真圖表之一圖式。
圖5圖解說明針對圖4之聚焦實質上在無窮遠處之一物件之樣本光學成像系統之實例性場曲率及失真之一圖式。
圖6繪示根據進一步態樣針對聚焦一相對近物件之一實例性光學成像系統之一樣本橫向色差圖表之一圖式。
圖7圖解說明根據其他態樣針對圖6之聚焦在實質上無窮遠處之一物件之實例性光學成像系統之一樣本橫向色差圖表之一圖式。
圖8繪示針對具有在10cm處聚焦之一物件之一所揭示光學成像系統之橫向光線扇形圖之一圖式。
圖9圖解說明針對圖8之具有在實質上無窮遠處聚焦之一物件之所揭示光學成像系統之橫向光線扇形圖之一圖式。
圖10圖解說明根據本發明揭示內容之態樣之用於聚焦在10cm處之一物件之一影像之一樣本光學系統之一剖面。
圖11圖解說明根據本發明揭示內容之用於聚焦在無窮遠處之一物件之一影像之一樣本光學系統之一剖面。
圖12圖解說明根據本發明揭示內容之態樣針對在10cm處之一物件之場曲率及失真之一實例性圖表。
圖13圖解說明在本發明揭示內容之其他態樣中針對在無窮遠處之一物件之場曲率及失真之一實例性圖表。
圖14圖解說明根據一(或多個)態樣針對在10cm處之一物件之主要橫向色差之一實例性圖表。
圖15圖解說明根據一或多個其他態樣針對在無窮遠處之一物件之主要橫向色差之一實例性圖表。
圖16圖解說明根據又其他態樣針對在10cm處之一物件之各種影像高度之一實例性橫向光線扇形圖。
圖17圖解說明根據至少一個其他態樣針對在無窮遠處之一物件之各種影像高度之一實例性橫向光線扇形圖。
圖18繪示根據額外所揭示態樣針對一實例性微光學系統之一定範圍之視場角之一橫向光線扇形圖。
圖19圖解說明圖18之包含透鏡及光學表面之微光學系統之一樣本圖式。
圖20繪示針對藉由圖18之微光學系統聚焦之一物件之場曲率及失真之一實例性圖表。
圖21圖解說明在一態樣中針對0.90毫米之一光瞳半徑之縱向像差之一樣本圖表。
圖22繪示根據進一步態樣針對一所揭示微光學系統之橫向色差之一實例性圖表。
圖23圖解說明根據所揭示態樣針對在近場中聚焦之一微光學系統之一定範圍之視場角之一橫向光線扇形圖。
圖24繪示圖23之包含透鏡及光學表面之微光學系統之一樣本圖式。
圖25圖解說明針對藉由圖23之微光學系統來聚焦之一近場物件之場曲率及失真之一實例性圖式。
圖26繪示在一態樣中針對一所揭示微光學系統針對0.90毫米之光瞳半徑之縱向像差之一樣本圖式。
圖27圖解說明根據又其他所揭示態樣針對一所揭示微光學系統之橫向色差之一實例性圖式。
圖28A、圖28B、圖28C及圖28D圖解說明根據進一步態樣之在無窮遠處聚焦之一實例性微光學系統之圖式及相關光學效能圖表。
圖29A、圖29B、圖29C及圖29D繪示圖28之在近場中聚焦之微光學系統及相關光學效能圖表。
100‧‧‧光學系統/系統/光學成像系統
102‧‧‧光學元件/透鏡/元件
104‧‧‧光學軸/軸
106‧‧‧光學感測器/感測器/影像感測器
110‧‧‧距離
A1‧‧‧孔徑光闌/孔隙
L1‧‧‧透鏡/第一透鏡/最左側透鏡/物件側透鏡/ 物鏡
L2‧‧‧透鏡/第二透鏡
L3‧‧‧透鏡/第三透鏡
L4‧‧‧透鏡/第四透鏡
L5‧‧‧透鏡/第五透鏡
R1‧‧‧凸面物件側表面/表面/透鏡表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R2‧‧‧凸面影像側表面/表面/透鏡表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
R3‧‧‧微凹面物件側表面/表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R4‧‧‧表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
R5‧‧‧表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R6‧‧‧表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
R7‧‧‧凹面物件側光學表面/表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R8‧‧‧凸面形影像側光學表面/表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面
R9‧‧‧凸面光學表面/表面/物件側表面/曲率半徑/光學表面
R10‧‧‧表面/影像側表面/曲率半徑/光學表面

Claims (45)

  1. 一種沿一光學軸配置之光學成像系統，其包括：一組光學透鏡，其包含一第一透鏡群組及一第二透鏡群組，其中該第二透鏡群組沿該光學軸固定於適當位置；一微機電系統(MEMS)致動器，其以機械方式連接至該第一透鏡群組且經組態以沿該光學軸調整該第一透鏡群組之一位置，其中一第一經調整位置經組態以將遠離該光學成像系統定位之一物件之一影像聚焦至與該光學成像系統相關聯之一影像平面上，且其中一第二經調整位置經組態以將接近於該光學成像系統定位之一物件之一影像聚焦至該影像平面上；其中：該組光學透鏡包括五個透鏡；該MEMS致動器經組態以沿該光學軸調整該第一透鏡群組之一位置多達介於50微米與150微米之間；該第一光學透鏡群組包括一雙凸面物件側透鏡；且該雙凸面物件側透鏡之焦距對該五個透鏡之一經組合焦距之一比率大於二分之一。
  2. 如請求項1之光學成像系統，其進一步包括定位於該雙凸面物件側透鏡之一物件側處之一孔徑光闌。
  3. 如請求項2之光學成像系統，其中該孔徑光闌沿該光學軸固定於適當位置。
  4. 如請求項2之光學成像系統，其中該孔徑光闌相對於該 第一透鏡群組固定於適當位置。
  5. 如請求項4之光學成像系統，其中該MEMS致動器經組態以沿該光學軸重新定位該第一透鏡群組及該孔徑光闌，且使該孔徑光闌與該第一透鏡群組之間的該固定位置維持在至少該第一經調整位置處及該第二經調整位置處。
  6. 如請求項1之光學成像系統，該第二透鏡群組包括四個透鏡元件，包含一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡及一第五透鏡。
  7. 如請求項6之光學成像系統，該第二透鏡具有一凹面影像側表面，且在一物件側表面上具有一平坦或一弱凸面曲率。
  8. 如請求項7之光學成像系統，該第二透鏡具有一負光學功率，且由一OKP4HT塑膠形成。
  9. 如請求項6之光學成像系統，該第三透鏡具有一凹面物件側表面及一凸面影像側表面、一正光學功率，且由一APEL5514ML玻璃形成。
  10. 如請求項6之光學成像系統，該第四透鏡具有在接近該光學軸處為凸面且在遠離該光學軸處轉變至凹面之一物件側表面，及具有凸面曲率之一影像側表面。
  11. 如請求項10之光學成像系統，該第四透鏡在接近該光學軸處具有正光學功率，且在遠離該光學軸處具有小的負光學功率、小的正光學功率或無光學功率，且該第四透鏡由一APEL5514ML塑膠形成。
  12. 如請求項6之光學成像系統，該第五透鏡具有在接近該 光學軸處為凹面且在遠離該光學軸處轉變至凸面之一物件側表面，及在接近該光學軸處為凹面且在遠離該光學軸處轉變至凸面之一影像側表面。
  13. 如請求項12之光學成像系統，該第五透鏡在接近該光學軸處具有大的負光學功率，且在遠離該光學軸處具有正光學功率，且該第五透鏡由一APEL5514ML塑膠形成。
  14. 如請求項1之光學成像系統，該雙凸面物件側透鏡由一APEL5514ML塑膠形成。
  15. 如請求項1之光學成像系統，其中該雙凸面物件側透鏡之一光學功率至少部分地隨沿該光學軸在該第一經調整位置與該第二經調整位置之間的一距離而變。
  16. 如請求項1之光學成像系統，其中該雙凸面物件側透鏡之該焦距對該五個透鏡之一經組合焦距之該比率約為四分之三。
  17. 如請求項1之光學成像系統，其中該雙凸面物件側透鏡之該光學功率對該五個透鏡之一經組合光學功率之比率至少部分地隨沿該光學軸在該第一經調整位置與該第二經調整位置之間的一距離而變。
  18. 如請求項1之光學成像系統，其中遠離該光學系統定位之該物件定位於實質上無窮遠處，且其中接近於該光學系統定位之該物件定位於距該光學成像系統之一孔徑光闌實質上10cm處。
  19. 一種光學系統，其包括：複數個光學元件，其沿一共同光學軸配置以用於形成 一物件之一實像，該等光學元件包含：一第一透鏡群組，其包括：一第一透鏡，該第一透鏡具有一正折射能力，其中兩個表面皆具有凸面形狀，一個表面面向一物件側且另一表面面向一影像側；及一第二透鏡群組，其包括：一第二透鏡，該第二透鏡具有負折射能力及一彎月形形狀，其中面向該物件側之表面具有一凸面形狀且面向該影像側之表面具有一凹面形狀；一第三透鏡，其具有正折射能力，且在接近該光學軸處具有一雙凸面形狀，且面向該物件側之表面在遠離該光學軸處為凹面；一第四透鏡，其中面向該物件側之表面具有一凹面形狀，且面向該影像側之表面具有一凸面形狀；及一第五透鏡，其具有一彎月形形狀，其中面向該物件側之表面具有一凸面形狀，且面向該影像側之表面在接近該光學軸處具有一凹面形狀且在遠離該光學軸處具有一凸面形狀；及一致動器，其經組態以沿該光學軸移動該第一透鏡群組，且該第二透鏡群組之位置固定於該光學軸上。
  20. 如請求項19之光學系統，其中馬達係一微機電系統。
  21. 如請求項19之光學系統，其中該第二透鏡針對該光學系統執行色度校正之大部分。
  22. 如請求項19之光學系統，其進一步包括嵌入至該第一透鏡中且與該第一透鏡一起移動之一孔隙，其中該孔隙具 有為50μm之一深度。
  23. 如請求項19之光學系統，其中該光學系統之焦距比數為大致2.4。
  24. 如請求項19之光學系統，其中該等透鏡中之一或多者由塑膠製成。
  25. 如請求項19之光學系統，其中該等透鏡之該等表面為非球面的。
  26. 如請求項19之光學系統，其中該等透鏡之折射率係在約1.5至約1.66之一範圍內。
  27. 如請求項19之光學系統，其中該第一透鏡之移動範圍係在約0μm與約100μm之間。
  28. 如請求項19之光學系統，其中用以聚焦一物件之一影像之一移動量與該第一透鏡之該正折射能力成反比例。
  29. 如請求項19之光學系統，其中對在無窮遠處之一物件聚焦之該光學系統之一主要橫向色差範圍等於或小於大致1μm。
  30. 如請求項19之光學系統，其中對在10cm處之一物件聚焦之該光學系統之一主要橫向色差範圍等於或小於大致4μm。
  31. 一種沿一光學軸配置之光學成像系統，其包括：一組光學透鏡，其包含一第一透鏡群組及一第二透鏡群組，其中該第二透鏡群組沿該光學軸固定於適當位置且包括該組光學透鏡中之該等光學透鏡之大部分；及一致動器，其以機械方式連接至該第一透鏡群組且經 組態以沿該光學軸調整該第一透鏡群組之一位置，其中一第一經調整位置經組態以將遠離該光學成像系統定位之一物件之一影像聚焦至與該光學成像系統相關聯之一影像平面上，且其中一第二經調整位置經組態以將接近於該光學成像系統定位之一物件之一影像聚焦至該影像平面上；其中：該組光學透鏡包括五個透鏡；該致動器經組態以沿該光學軸調整該第一透鏡群組之一位置多達介於50微米與150微米之間；該第二光學透鏡群組包括該組光學透鏡中之一第三透鏡，該第三透鏡係自該組光學透鏡之一物件側起在順序上第三個透鏡，該第三透鏡具有朝向該組光學透鏡之該物件側為凸面之一彎月形形狀。
  32. 如請求項31之光學成像系統，其中該致動器包括一微機電系統(MEMS)致動器。
  33. 如請求項31之光學成像系統，該第一光學透鏡群組包括一雙凸面物鏡，該雙凸面物鏡提供該組光學透鏡之正光學功率之大部分。
  34. 如請求項33之光學成像系統，其中該雙凸面物鏡具有大於該組光學透鏡之一經組合折射能力之正折射能力。
  35. 如請求項31之光學成像系統，其中該組光學透鏡之一有效焦距在約4.5毫米與約5.0毫米之間。
  36. 如請求項31之光學成像系統，其中總軌道長度對該光學 系統之有效焦距之一比率係在約1.1與約1.2之間。
  37. 如請求項31之光學成像系統，其中該第一透鏡群組包括該組光學透鏡中之一單個透鏡。
  38. 如請求項37之光學成像系統，其中該單個透鏡係該光學系統之一物鏡。
  39. 如請求項37之光學成像系統，其中該第二經調整位置將在約12.8公分之一物件距離處之一物件之一影像聚焦至該影像平面上。
  40. 如請求項31之光學成像系統，其中該組光學透鏡中之自該組光學透鏡之一物件側起編號之一第三透鏡與一第四透鏡之間的一空氣距離係該組光學透鏡中之各別者之間的空氣距離中之一最大者。
  41. 如請求項31之光學成像系統，其中該組光學透鏡中之自該組光學透鏡之一物件側起編號之一第四透鏡與一第五透鏡之間的一空氣距離係該組光學透鏡中之各別者之間的空氣距離中之一最大者。
  42. 如請求項31之光學成像系統，其進一步包括在該組光學透鏡中之自該組光學透鏡之一物件側起編號之一第一透鏡之一物件側表面周圍之一孔徑光闌。
  43. 如請求項42之光學成像系統，其進一步包括在該組光學透鏡中之自該組光學透鏡之一物件側起編號之一第二透鏡與一第三透鏡之間的一光闌。
  44. 如請求項43之光學成像系統，其進一步包括在該組光學透鏡中之該第三透鏡與一第四透鏡之間的一第二光闌。
  45. 如請求項44之光學成像系統，其進一步包括在該組光學透鏡中之該第四透鏡與一第五透鏡之間的一第三光闌。
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