TWI589933B

TWI589933B - 陣列透鏡系統

Info

Publication number: TWI589933B
Application number: TW104137422A
Authority: TW
Inventors: 林瀚青; 郭漢檥
Original assignee: 奇景光電股份有限公司
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-07-01
Also published as: TW201716804A

Description

陣列透鏡系統

本發明係有關一種陣列透鏡(array lens)系統，特別是關於一種具直角稜鏡的陣列透鏡系統。

晶圓級光學(WLO)技術係使用晶圓層級的半導體技術以製造微型光學裝置，例如透鏡模組或相機模組。晶圓級光學技術可適用於行動或可攜式裝置，而照相已成為這些裝置的必備功能。

隨著影像感測器(例如電荷耦合元件(CCD)或互補金屬氧化半導體影像感測器(CIS))的尺寸愈來愈小，使得所搭配的成像透鏡亦需縮小尺寸。

成像透鏡的設計過程極為嚴謹，如此才能符合體積小、重量輕、成本低但解析度高的要求。因此，亟需設計一種新穎的成像光學裝置，特別是晶圓級微型光學裝置，其影像品質高且體積小。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種陣列透鏡系統，其具有高影像品質、體積小且重量輕。

根據本發明實施例，陣列透鏡系統包含複數陣列透鏡，每一陣列透鏡包含具第一反射鏡面的第一光學裝置、正屈折率第一透鏡群、正屈折率第二透鏡群、負屈折率第三透鏡群、具第二反射鏡面的第二光學裝置及負屈折率第四透鏡群，從物側至像側依序排列。

100‧‧‧陣列透鏡

200‧‧‧陣列透鏡系統

300‧‧‧陣列透鏡

1‧‧‧正屈折率第一透鏡群

2‧‧‧正屈折率第二透鏡群

3‧‧‧負屈折率第三透鏡群

4‧‧‧負屈折率第四透鏡群

11‧‧‧凸面第一透鏡

12‧‧‧平面第二透鏡

13‧‧‧凹面第三透鏡

14‧‧‧凸面第四透鏡

15‧‧‧平面第五透鏡

16‧‧‧凹面第六透鏡

17‧‧‧凹面第七透鏡

18‧‧‧平面第八透鏡

19‧‧‧凹面第九透鏡

20‧‧‧平面第十透鏡

21‧‧‧第一光學裝置

211‧‧‧第一反射鏡面

22‧‧‧第二光學裝置

221‧‧‧第一表面

222‧‧‧第二反射鏡面

223‧‧‧第三表面

23‧‧‧光圈

31‧‧‧平面第十一透鏡

32‧‧‧凹面第十二透鏡

33‧‧‧平面第十三透鏡

s1‧‧‧非球面凸面物側表面

s2‧‧‧平面像側表面/平面物側表面

s3‧‧‧平面像側表面/平面物側表面

s4‧‧‧凹面像側表面

s5‧‧‧非球面凸面物側表面

s6‧‧‧平面像側表面/平面物側表面

s7‧‧‧平面像側表面/平面物側表面

s8‧‧‧凹面像側表面

s9‧‧‧非球面凹面物側表面

s10‧‧‧平面像側表面/平面物側表面

s11‧‧‧平面像側表面

s12‧‧‧非球面凹面物側表面

s13‧‧‧平面像側表面/平面物側表面

s14‧‧‧平面像側表面

s15‧‧‧平面物側表面

s16‧‧‧平面像側表面/平面物側表面

s17‧‧‧非球面凹面像側表面

s18‧‧‧平面物側表面

s19‧‧‧平面像側表面

第一A圖顯示本發明實施例之陣列透鏡的透鏡排列。

第一B圖顯示多個陣列透鏡(第一A圖)所組成的陣列透鏡系統的俯視圖。

第二圖顯示第一A圖的陣列透鏡的透鏡路徑。

第三圖顯示本發明另一實施例的陣列透鏡的透鏡路徑。

第一A圖顯示本發明實施例之陣列透鏡100的透鏡排列。第一B圖顯示多個(例如四個)陣列透鏡100所組成的陣列透鏡系統200的俯視圖，其中符號(．)表示射入光線，而符號(x)表示射出光線。第二圖顯示第一A圖的陣列透鏡100的透鏡路徑。本實施例的陣列透鏡100可使用晶圓級光學技術來製造。本實施例的陣列透鏡100的材質可為透明材質，例如玻璃或塑膠。於圖式中，陣列透鏡100的左上角面向物件(object)，而陣列透鏡100的右上角面向像面(image plane)。

在本實施例中，陣列透鏡100從物側至像側依序包含(具第一反射鏡面211的)第一光學裝置21、正屈折率(refractive power)第一透鏡群1、正屈折率第二透鏡群2、負屈折率第三透鏡群3、(具第二反射鏡面222的)第二光學裝置22及負屈折率第四透鏡群4。

在第一A圖所示的實施例中，第一光學裝置21可包含反射鏡。在另一實施例中，第一光學裝置21可包含稜鏡。本實施例之第一光學裝置21為可調整，以調適射入光線所需的角度。第二光學裝置22可包含稜鏡。在另一實施例中，第二光學裝置22可包含反射鏡。

正屈折率第一透鏡群1從物側至像側依序包含凸面第一透鏡11、光圈23、平面第二透鏡12及凹面第三透鏡13。詳而言之，凸面第一透鏡11具非球面(aspherical)凸面物側表面s1及平面像側表面s2。平面第二透鏡12具平面物側表面s2及平面像側表面s3。凹面第三透鏡13具平面物側表面s3及凹面像側表面s4。在本實施例中，凸面第一透鏡11實質接觸於平面第二透鏡12，且平面第二透鏡12實質接觸於凹面第三透鏡13。

正屈折率第二透鏡群2從物側至像側依序包含凸面第四透鏡14、平面第五透鏡15及凹面第六透鏡16。詳而言之，凸面第四透鏡14具非球面凸面物側表面s5及平面像側表面s6。平面第五透鏡15具平面物側表面s6及平面像側表面s7。凹面第六透鏡16具平面物側表面s7及凹面像側表面s8。在本實施例中，凸面第四透鏡14實質接觸於平面第五透鏡15，且平面第五透鏡15實質接觸於凹面第六透鏡16。

負屈折率第三透鏡群3從物側至像側依序包含凹面第七透鏡17及平面第八透鏡18。詳而言之，凹面第七透鏡17具非球面凹面物側表面s9及平面像側表面s10。平面第八透鏡18具平面物側表面s10及平面像側表面s11。在本實施例中，凹面第七透鏡17實質接觸於平面第八透鏡18。

負屈折率第四透鏡群4從物側至像側依序包含凹面第九透鏡19及平面第十透鏡20。詳而言之，凹面第九透鏡19具非球面凹面物側表面s12及平面像側表面s13。平面第十透鏡20具平面物側表面s13及平面像側表面s14。在本實施例中，凹面第九透鏡19實質接觸於平面第十透鏡20。

如第一A圖所示，入射光線進入第二光學裝置22的第一表面221，經由第二反射鏡面222的反射，接著離開第二光學裝置22的第三表面223。在本實施例中，第一表面與第三表面223之間為直角，因而形成直角稜鏡。

在一實施例中，陣列透鏡100還可包含紅外線濾片(未顯示)，塗佈於平面第二透鏡12、平面第五透鏡15、平面第八透鏡18或平面第十透鏡20的至少一表面。

根據本實施例的特徵之一，凸面第一透鏡11、凸面第四透鏡14及凹面第六透鏡16的折射率介於1.512與1.52之間，阿貝數(Abbe number)介於48.7與56.5之間。在另一實施例中，凸面第一透鏡11的阿貝數V1與凹面第三透鏡13的阿貝數V2的差值介於17與25之間(亦即，17<V1-V2<25)。

根據本實施例的另一特徵，平面第二透鏡12、平面第五透鏡15、平面第八透鏡18及平面第十透鏡20的折射率介於1.5與1.6之間，阿貝數介於40與60之間。在另一實施例中，正屈折率第二透鏡群2的焦距(focal length)EF34與正屈折率第一透鏡群1的焦距EF12的比值介於0.01與0.28之間(亦即，0.01<EF34/EF12<0.28)。

第三圖顯示本發明另一實施例的陣列透鏡300的透鏡路徑。在本實施例中，負屈折率第四透鏡群4從物側至像側依序包含平面第十一透鏡 31、凹面第十二透鏡32及平面第十三透鏡33。詳而言之，平面第十一透鏡31具平面物側表面s15及平面像側表面s16。凹面第十二透鏡32具平面物側表面s16及非球面凹面像側表面s17。平面第十三透鏡33具平面物側表面s18及平面像側表面s19。在本實施例中，平面第十一透鏡31實質接觸於凹面第十二透鏡32。

本實施例的折射率與阿貝數類似於前一實施例。此外，平面第十一透鏡31及平面第十三透鏡33的折射率介於1.5與1.6之間，阿貝數介於40與60之間。

非球面(例如s1、s4、s5、s8、s9、s12或s17)可由以下方程式定義：其中，z為光軸方向上自鏡頭頂點的距離，r為垂直於光軸方向的距離，c為透鏡頂點之曲率半徑的倒數，k為二次曲線常數(conic constant)，α₁至α₈為非球面係數(aspheric coefficient)。值得注意的是，對於陣列透鏡系統200(第一B圖)的各個陣列透鏡100，上述方程式的參數可互為相同，也可互為相異。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100 陣列透鏡 1 正屈折率第一透鏡群 2 正屈折率第二透鏡群 3 負屈折率第三透鏡群 4 負屈折率第四透鏡群 11 凸面第一透鏡 12 平面第二透鏡 13 凹面第三透鏡 14 凸面第四透鏡 15 平面第五透鏡 16 凹面第六透鏡 17 凹面第七透鏡 18 平面第八透鏡 19 凹面第九透鏡 20 平面第十透鏡 21 第一光學裝置 211 第一反射鏡面 22 第二光學裝置 221 第一表面 222 第二反射鏡面 223 第三表面 23 光圈 s1 非球面凸面物側表面 s2 平面像側表面/平面物側表面 s3 平面像側表面/平面物側表面 s4 凹面像側表面 s5 非球面凸面物側表面 s6 平面像側表面/平面物側表面 s7 平面像側表面/平面物側表面 s8 凹面像側表面 s9 非球面凹面物側表面 s10 平面像側表面/平面物側表面 s11 平面像側表面 s12 非球面凹面物側表面 s13 平面像側表面/平面物側表面 s14 平面像側表面

Claims

一種陣列透鏡系統，包含複數陣列透鏡，每一該陣列透鏡包含：一第一光學裝置，具第一反射鏡面；一正屈折率第一透鏡群；一正屈折率第二透鏡群；一負屈折率第三透鏡群；一第二光學裝置，具第二反射鏡面；及一負屈折率第四透鏡群；其中該第一光學裝置、該正屈折率第一透鏡群、該正屈折率第二透鏡群、該負屈折率第三透鏡群、該第二光學裝置及該負屈折率第四透鏡群從物側至像側依序排列。
根據申請專利範圍第1項所述之陣列透鏡系統，其中該第一光學裝置為可調整，以調適射入光線的角度。
根據申請專利範圍第1項所述之陣列透鏡系統，其中該第一光學裝置包含一反射鏡。
根據申請專利範圍第1項所述之陣列透鏡系統，其中該第二光學裝置包含一直角稜鏡。
根據申請專利範圍第1項所述之陣列透鏡系統，更包含一紅外線濾片，塗佈於該正屈折率第一透鏡群、該正屈折率第二透鏡群、該負屈折率第三透鏡群或該負屈折率第四透鏡群的平面透鏡的至少一表面。
根據申請專利範圍第1項所述之陣列透鏡系統，其中該正屈折率第一透鏡群從物側至像側依序包含一凸面第一透鏡、一光圈、一平面第二透鏡及一凹面第三透鏡。
根據申請專利範圍第6項所述之陣列透鏡系統，其中該凸面第一透鏡具非球面凸面物側表面及平面像側表面；該平面第二透鏡具平面物側表面及平面像側表面；且該凹面第三透鏡具平面物側表面及凹面像側表面。
根據申請專利範圍第6項所述之陣列透鏡系統，其中該正屈折率第二透鏡群從物側至像側依序包含一凸面第四透鏡、一平面第五透鏡及一凹面第六透鏡。
根據申請專利範圍第8項所述之陣列透鏡系統，其中該凸面第四透鏡具非球面凸面物側表面及平面像側表面；該平面第五透鏡具平面物側表面及平面像側表面；且該凹面第六透鏡具平面物側表面及凹面像側表面。
根據申請專利範圍第8項所述之陣列透鏡系統，其中該負屈折率第三透鏡群從物側至像側依序包含一凹面第七透鏡及一平面第八透鏡。
根據申請專利範圍第10項所述之陣列透鏡系統，其中該凹面第七透鏡具非球面凹面物側表面及平面像側表面；且該平面第八透鏡具平面物側表面及平面像側表面。
根據申請專利範圍第10項所述之陣列透鏡系統，其中該負屈折率第四透鏡群從物側至像側依序包含一凹面第九透鏡及一平面第十透鏡。
根據申請專利範圍第12項所述之陣列透鏡系統，其中該凹面第九透鏡具非球面凹面物側表面及平面像側表面；且該平面第十透鏡具平面物側表面及平面像側表面。
根據申請專利範圍第10項所述之陣列透鏡系統，其中該凸面第一透鏡、該凸面第四透鏡及該凹面第六透鏡的折射率介於1.512與1.52之間。
根據申請專利範圍第10項所述之陣列透鏡系統，其中該凸面第一透鏡、該凸面第四透鏡及該凹面第六透鏡的阿貝數介於48.7與56.5之間。
根據申請專利範圍第10項所述之陣列透鏡系統，其中該凸面第一透鏡的阿貝數與該凹面第三透鏡的阿貝數的差值介於17與25之間。
根據申請專利範圍第12項所述之陣列透鏡系統，其中該平面第二透鏡、該平面第五透鏡、該平面第八透鏡及該平面第十透鏡的折射率介於1.5與1.6之間。
根據申請專利範圍第12項所述之陣列透鏡系統，其中該平面第二透鏡、該平面第五透鏡、該平面第八透鏡及該平面第十透鏡的阿貝數介於40與60之間。
根據申請專利範圍第1項所述之陣列透鏡系統，其中該正屈折率第二透鏡群的焦距與該正屈折率第一透鏡群的焦距的比值介於0.01與0.28之間。
根據申請專利範圍第10項所述之陣列透鏡系統，其中該負屈折率第四透鏡群從物側至像側依序包含一平面第十一透鏡、一凹面第十二透鏡及一平面第十三透鏡。
根據申請專利範圍第20項所述之陣列透鏡系統，其中該平面第十一透鏡具平面物側表面及平面像側表面；該凹面第十二透鏡具平面物側表面及非球面凹面像側表面；且該平面第十三透鏡具平面物側表面及平面像側表面。
根據申請專利範圍第20項所述之陣列透鏡系統，其中該平面第二透鏡、該平面第五透鏡、該平面第八透鏡、該平面第十一透鏡及該平面第十三透鏡的折射率介於1.5與1.6之間。
根據申請專利範圍第20項所述之陣列透鏡系統，其中該平面第二透鏡、該平面第五透鏡、該平面第八透鏡、該平面第十一透鏡及該平面第十三透鏡的阿貝數介於40與60之間。