TWI630414B - 光學成像系統（二） - Google Patents

光學成像系統（二） 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（二）
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。
此外，在特定光學成像應用領域，有需要同時針對可見光以及紅外光波長的光源進行成像，例如IP影像監控攝影機。IP影像監控攝影機所具備之「日夜功能(Day & Night)」，主要是因人類的可見光在光譜上位於400-700nm，但感測器的成像，包含了人類不可見紅外光，因此為了要確保感測器最後僅保留了人眼可見光，可視情況在鏡頭前設置卸除式紅外線阻絕濾光片(IR Cut filter Removable，ICR)以增加影像的「真實度」，其可在白天的時候杜絕紅外光、避免色偏；夜晚的時候則讓紅外光進來提昇亮度。然而，ICR元件本身占據相當體積且價格昂貴，不利未來微型監控攝影機的設計與製造。
本發明實施例之態樣同時針對一種光學成像系統及光學影像擷取鏡頭，能夠利用四個透鏡的屈光力、凸面與凹面的組合以及材質的選用，令光學成像系統對於可見光的成像焦距以及紅外光的成像焦距間的差距縮減，亦即達到接近「共焦」的效果，因此無需使用ICR元件。
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：與光學成像系統及光學影像擷取鏡頭之放大率有關之透鏡參數
本發明之光學成像系統及光學影像擷取鏡頭同時可設計應用於生物特徵辨識，例如使用於臉孔辨識。本發明之實施例若作為臉孔辨識之影像擷取，可選用以紅外光做為工作波長，同時對於距離約25至30公分左右且寬度約15公分的臉孔，可於感光元件(像素尺寸為1.4微米(μm))於水平方向上至少成像出30個水平像素。紅外光成像面之線放大率為LM，其滿足下列條件：LM=(30個水平像素)乘以(像素尺寸1.4微米)除以被攝物體寬度15公分；LM≧0.0003。同時，以可見光做為工作波長，同時對於距離約25至30公分左右且寬度約15公分的臉孔，可於感光元件(像素尺寸為1.4微米(μm))於水平方向上至少成像出50個水平像素。
與長度或高度有關之透鏡參數
本發明於可見光頻譜可選用波長555nm作為主要參考波長以及衡量焦點偏移的基準，於紅外光頻譜(700nm至1300nm)可選用波長850nm作 為主要參考波長以及衡量焦點偏移的基準。
光學成像系統具有一第一成像面以及一第二成像面，第一成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；以及第二成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值。光學成像系統另具有一第一平均成像面以及一第二平均成像面，第一平均成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置；以及第二平均成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置。
前述第一空間頻率設定為本發明所使用之感光元件(感測器)的半數空間頻率(半頻)，例如畫素大小(Pixel Size)為含1.12微米以下之感光元件，其調制轉換函數特性圖之四分之一空間頻率、半數空間頻率(半頻)以及完全空間頻率(全頻)分別至少為110cycles/mm、220cycles/mm以及440cycles/mm。任一視場的光線均可進一步分為弧矢面光線(sagittal ray)以及子午面光線(tangential ray)。
本發明光學成像系統之可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VSFS0、VSFS3、VSFS7表示(度量單位：mm)；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值分別以VSMTF0、VSMTF3、VSMTF7表示；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VTFS0、VTFS3、VTFS7表示(度量單位：mm)；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值分別以VTMTF0、VTMTF3、VTMTF7表示。前述可見光弧矢面三視場以及可見光子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AVFS表示(度量單位：mm)，其滿足絕對值｜(VSFS0+VSFS3+VSFS7+VTFS0+VTFS3+VTFS7)/6｜。
本發明光學成像系統之紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ISFS0、ISFS3、ISFS7表示，前述弧矢面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AISFS表示(度量單 位：mm)；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值分別以ISMTF0、ISMTF3、ISMTF7表示；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ITFS0、ITFS3、ITFS7表示(度量單位：mm)，前述子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AITFS表示(度量單位：mm)；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值分別以ITMTF0、ITMTF3、ITMTF7表示。前述紅外光弧矢面三視場以及紅外光子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AIFS表示(度量單位：mm)，其滿足絕對值｜(ISFS0+ISFS3+ISFS7+ITFS0+ITFS3+ITFS7)/6｜。
整個光學成像系統之可見光中心視場聚焦點與紅外光中心視場聚焦點(RGB/IR)之間的焦點偏移量以FS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位：mm)，其滿足絕對值｜(VSFS0+VTFS0)/2-(ISFS0+ITFS0)/2｜；整個光學成像系統之可見光三視場平均焦點偏移量與紅外光三視場平均焦點偏移量(RGB/IR)之間的差值(焦點偏移量)以AFS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位：mm)，其滿足絕對值｜AIFS-AVFS｜。
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。
光學成像系統之調制轉換函數特性圖(Modulation Transfer Function；MTF)，用來測試與評估系統成像之反差對比度及銳利度。調制轉換函數特性圖之垂直座標軸表示對比轉移率(數值從0到1)，水平座標軸則表示空間頻率(cycles/mm；lp/mm；line pairs per mm)。完美的成像系統理論上能100%呈現被攝物體的線條對比，然而實際的成像系統，其垂直軸的對比轉移率數值小於1。此外，一般而言成像之邊緣區域會比中心區域較難得到精細的還原度。可見光頻譜在成像面上，光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率55cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTFE0、MTFE3以及MTFE7表示，光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率110cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTFQ0、MTFQ3以及MTFQ7表示，光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率220cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTFH0、MTFH3 以及MTFH7表示，光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率440cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTF0、MTF3以及MTF7表示，前述此三個視場對於鏡頭的中心、內視場以及外視場具有代表性，因此可用以評價特定光學成像系統之性能是否優異。若光學成像系統的設計係對應畫素大小(Pixel Size)為含1.12微米以下之感光元件，因此調制轉換函數特性圖之四分之一空間頻率、半數空間頻率(半頻)以及完全空間頻率(全頻)分別至少為110cycles/mm、220cycles/mm以及440cycles/mm。
光學成像系統若同時須滿足針對紅外線頻譜的成像，例如用於低光源的夜視需求，所使用的工作波長可為850nm或800nm，由於主要功能在辨識黑白明暗所形成之物體輪廓，無須高解析度，因此可僅需選用小於110cycles/mm之空間頻率評價特定光學成像系統在紅外線頻譜頻譜的性能是否優異。前述工作波長850nm當聚焦在成像面上，影像於光軸、0.3視場以及0.7視場三處於空間頻率55cycles/mm之對比轉移率(MTF數值)分別以MTFI0、MTFI3以及MTFI7表示。然而，也因為紅外線工作波長850nm或800nm與一般可見光波長差距很遠，若光學成像系統需同時能對可見光與紅外線(雙模)對焦並分別達到一定性能，在設計上有相當難度。
本發明提供一種光學成像系統，可同時對可見光與紅外線(雙模)對焦並分別達到一定性能，並且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，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、第一成像面以及第二成像面。第一成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；第二成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值。第一透鏡至第三透鏡均具有屈折力。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第一成像面於光軸上具有一距離HOS，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第一成像面上垂直於光軸具有一最大 成像高度HOI，該第一成像面與該第二成像面間於光軸上的距離為FS，該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度分別為ETP1、ETP2以及ETP3，前述ETP1至ETP3的總和為SETP，該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡於光軸之厚度分別為TP1、TP2以及TP3，前述TP1至TP3的總和為STP，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦45.8483deg；0.5≦HOS/f≦20；｜FS｜≦30μm以及0.5≦SETP/STP<1。
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、第一成像面以及第二成像面。第一成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；第二成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值。第一透鏡具有屈折力。第二透鏡具有屈折力且其像側面於光軸上為凸面；第三透鏡具有屈折力。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第一成像面於光軸上具有一距離HOS，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第一成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一成像面與該第二成像面間於光軸上的距離為FS，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦45.8483deg；0.5≦HOS/f≦20；｜FS｜≦30μm以及0.2≦EIN/ETL<1。
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、第一平均成像面以及第二平均成像面。第一平均成像面係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置；第二平均成像面係為一特定垂直於光軸的紅外光像 平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置。第一透鏡具有正屈折力且其像側面於光軸上為凸面。第二透鏡具有屈折力且其像側面於光軸上為凸面；第三透鏡具有正屈折力。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第一平均成像面於光軸上具有一距離HOS，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第一平均成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦45.8483deg；｜AFS｜≦30μm；0.2≦EIN/ETL<1。
其中該紅外光的波長介於700nm至1300nm以及該第一空間頻率以SP1表示，其滿足下列條件：SP1≦440cycles/mm。
其中該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，該光學成像系統滿足下列公式：VHAF≧10deg。
其中該光學成像系統滿足下列條件：HOS/HOI≧1.2。
其中該第一透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP1，該第二透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP2，該第三透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP3，前述ETP1至ETP3的總和為SETP，其滿足下列公式：0.3≦SETP/EIN<1。
其中該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第一成像面間平行於光軸之水平距離為EBL，該第三透鏡像側面上與光軸之交點至該成像面平行於光軸之水平距離為BL，其滿足下列公式：0.1≦EBL/BL≦1.5。
其中更包括一光圈，並且於該光圈至該第一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。
其中可見光在該第一成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率110cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFQ0、MTFQ3以及MTFQ7表示，其滿足下列條件：MTFQ0≧0.2；MTFQ3≧0.01；以及MTFQ7≧0.01。
其中該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，該光學成像系統滿足下列公式：VHAF≧20deg。
其中該光學成像系統滿足下列條件：HOS/HOI≧1.4。
其中該第二透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第三透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為ED23，該第二透鏡與該第三透鏡之間於光軸上的距離為IN23，其滿足下列條件：0<ED23/IN23≦50。
其中該第一透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第二透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為ED12，該第一透鏡與該第二透鏡之間於光軸上的距離為IN12，其滿足下列條件：0<ED12/IN12≦35。
其中該第一透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP1，該第一透鏡於光軸上的厚度為TP1，其滿足下列條件：0.1≦ETP1/TP1≦5。
其中該第二透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP2，該第二透鏡於光軸上的厚度為TP2，其滿足下列條件：0.1≦ETP2/TP2≦5。
其中該第三透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP3，該第三透鏡於光軸上的厚度為TP3，其滿足下列條件：0.1≦ETP3/TP3≦5。
單一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度，特別影響該1/2入射瞳直徑(HEP)範圍內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，厚度越大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在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度，特別是控制該透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度(ETP)與該表面所屬之該透鏡於 光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ETP/TP)。例如第一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP1表示。第二透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP2表示。光學成像系統中其餘透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度，其表示方式以此類推。前述ETP1至ETP3的總和為SETP，本發明之實施例可滿足下列公式：0.3≦SETP/EIN≦0.9。
為同時權衡提升修正像差的能力以及降低生產製造上的困難度，特別需控制該透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度(ETP)與該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ETP/TP)。例如第一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度以ETP1表示，第一透鏡於光軸上之厚度為TP1，兩者間的比值為ETP1/TP1。第二透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度以ETP2表示，第二透鏡於光軸上之厚度為TP2，兩者間的比值為ETP2/TP2。光學成像系統中其餘透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之厚度與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。本發明之實施例可滿足下列公式：0.5≦ETP/TP≦5。
相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離以ED表示，前述水平距離(ED)係平行於光學成像系統之光軸，並且特別影響該1/2入射瞳直徑(HEP)位置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，水平距離越大則修正像差之能力的可能性將提升，然而同時亦會增加生產製造上的困難度以及限制光學成像系統之長度”微縮”的程度，因此必須控制特定相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離(ED)。
為同時權衡提升修正像差的能力以及降低光學成像系統之長度”微縮”的困難度，特別需控制該相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的水平距離(ED)與該相鄰兩透鏡於光軸上之水平距離(IN)間的比例關係(ED/IN)。例如第一透鏡與第二透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離以ED12表示，第一透鏡與第二透鏡於光軸上之水平距離為IN12，兩者間的比值為ED12/IN12。第二透鏡與第三透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離以ED23表示，第二透鏡與第三透鏡於光軸上之水平距離為IN23，兩者間的比值為ED23/IN23。光學成像系統中其餘相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離與該相鄰兩透鏡於光軸上之水平距離兩者間的比例關係，其表示方式以此類推。
該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為EBL，該第三透鏡像側面上與光軸之交點至該成像面平 行於光軸之水平距離為BL，本發明之實施例為同時權衡提升修正像差的能力以及預留其他光學元件之容納空間，可滿足下列公式：0.2≦EBL/BL≦1.1。光學成像系統可更包括一濾光元件，該濾光元件位於該第三透鏡以及該成像面之間，該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該濾光元件間平行於光軸之距離為EIR，該第三透鏡像側面上與光軸之交點至該濾光元件間平行於光軸之距離為PIR，本發明之實施例可滿足下列公式：0.2≦EIR/PIR≦0.8。
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。
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值
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
Σ TP‧‧‧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)
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可見光頻譜調制轉換特徵圖； 第1D圖係繪示本發明第一實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖(Through Focus MTF)；第1E圖係繪示本發明第一實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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可見光頻譜調制轉換特徵圖；第2D圖係繪示本發明第二實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第2E圖係繪示本發明第二實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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可見光頻譜調制轉換特徵圖；第3D圖係繪示本發明第三實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第3E圖係繪示本發明第三實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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可見光頻譜調制轉換特徵圖；第4D圖係繪示本發明第四實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第4E圖係繪示本發明第四實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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可見光頻譜調制轉換特徵圖；第5D圖係繪示本發明第五實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第5E圖係繪示本發明第五實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；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可見光頻譜調制轉換特徵圖；第6D圖係繪示本發明第六實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第6E圖係繪示本發明第六實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7 視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。
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470nm、510nm、555nm、610nm、650nm，其中555nm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650NM，參考波長主光線波長係使用555NM，最短工作波長係使用470NM。
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Σ PPR，所有負屈折力之透鏡的NPR總和為Σ NPR，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≦Σ PPR/｜Σ NPR｜≦4.5，較佳地，可滿足下列條件：1≦Σ PPR/｜Σ NPR｜≦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Σ PP，每一片具有負屈折力之透鏡的焦距總和為Σ NP，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<Σ PP≦200；以及f1/Σ PP≦0.85。較佳地，可滿足下列條件：0<Σ PP≦150；以及0.01≦f1/Σ PP≦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Σ TP，其滿足下列條件：0.45≦Σ TP/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：-1mm≦InRS31≦1mm；-1mm≦InRS32≦1mm；1mm≦｜InRS31｜+｜InRS32｜≦2mm；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：0.001mm≦｜HIF313｜≦5mm；0.001mm≦｜HIF323｜≦5mm。較佳地，可滿足下列條件：0.1mm≦｜HIF323｜≦3.5mm；0.1mm≦｜HIF313｜≦3.5mm。
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：0.001mm≦｜HIF314｜≦5mm；0.001mm≦｜HIF324｜≦5mm。較佳地，可滿足下列條件：0.1mm≦｜HIF324｜≦3.5mm；0.1mm≦｜HIF314｜≦3.5mm。
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)c2h2]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可見光調制轉換特徵圖。第1D圖係繪示本發明實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖(Through Focus MTF)；第1E圖係繪示本發明第一實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。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。第一透鏡於光軸上之厚度為TP1，第一透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP1表示。
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=-0.1526mm；｜SGI221｜/(｜SGI221｜+TP2)=0.2292。第二透鏡於光軸上之厚度為TP2，第二透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP2表示。
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=0.5606mm；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=0.0180mm；SGI321=0.0331mm；｜SGI311｜/(｜SGI311｜+TP3)=0.0339；｜SGI321｜/(｜SGI321｜+TP3)=0.0605。第三透鏡於光軸上之厚度為TP3，第三透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度以ETP3表示。
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=-0.0367mm；｜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=0.2298mm；HIF321=0.3393mm；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=0.8186mm；HIF312/HOI=0.4568。
第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之距離為ETL，第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：ETL=2.776mm；EIN=1.952mm；EIN/ETL=0.703。
本實施例滿足下列條件，ETP1=0.430mm；ETP2=0.370mm；ETP3=0.586mm。前述ETP1至ETP3的總和SETP=1.385mm。TP1=0.5132mm；TP2=0.3363mm；TP3=0.57mm；前述TP1至TP3的總和STP=1.4194mm；SETP/STP=0.97576。
本實施例為特別控制各該透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的厚度(ETP)與該表面所屬之該透鏡於光軸上之厚度(TP)間的比例關係(ETP/TP)，以在製造性以及修正像差能力間取得平衡，其滿足下列條件，ETP1/TP1=0.837；ETP2/TP2=1.100；ETP3/TP3=1.027。
本實施例為控制各相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之水平距離，以在光學成像系統之長度HOS”微縮”程度、製造性以及修正像差能力三者間取得平衡，特別是控制該相鄰兩透鏡在1/2入射瞳直徑(HEP)高度的水 平距離(ED)與該相鄰兩透鏡於光軸上之水平距離(IN)間的比例關係(ED/IN)，其滿足下列條件，第一透鏡與第二透鏡間在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之平行於光軸的水平距離為ED12=0.223mm；第二透鏡與第三透鏡間在1/2入射瞳直徑(HEP)高度之平行於光軸的水平距離為ED23=0.344mm。前述ED12至ED23的總和SED=0.567mm
第一透鏡與第二透鏡於光軸上之水平距離為IN12=0.407mm，兩者間的比值為ED12/IN12=0.547。第二透鏡與第三透鏡於光軸上之水平距離為IN23=0.214mm，兩者間的比值為ED23/IN23=1.612。
第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該成像面間平行於光軸之水平距離為EBL=0.823mm，第三透鏡像側面上與光軸之交點至該成像面之間平行於光軸的水平距離為BL=0.871mm，本發明之實施例可滿足下列公式：EBL/BL=0.9449。本實施例第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至紅外線濾光片之間平行於光軸的距離為EIR=0.063mm，第三透鏡像側面上與光軸之交點至紅外線濾光片之間平行於光軸的距離為PIR=0.114mm，並滿足下列公式：EIR/PIR=0.555。
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=2.42952mm；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=2.27233mm；｜f/f1｜=1.0692；f3=7.0647mm；｜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=-5.2251mm；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Σ PPR=f/f1+f/f3=1.4131，所有負屈折力之透鏡的NPR總和為Σ NPR=f/f2=0.4650，Σ PPR/｜Σ NPR｜=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=2.9110mm；HOI=1.792mm；HOS/HOI=1.6244；HOS/f=1.1982；InTL/HOS=0.7008；InS=2.25447mm；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Σ TP，其滿足下列條件：Σ TP=1.4198mm；以及Σ TP/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Σ PP，其滿足下列條件：Σ PP=f1+f3=9.3370mm；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Σ NP，其滿足下列條件：Σ NP=f2=-5.2251mm。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=0.4068mm；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=0.5132mm；TP2= 0.3363mm；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Σ TP，其滿足下列條件：TP2/Σ TP=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=-0.1097mm；InRS32=-0.3195mm；｜InRS31｜+｜InRS32｜=0.42922mm；｜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=0.4455mm；HVT32=0.6479mm；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%。
本發明實施例任一視場的光線均可進一步分為弧矢面光線(sagittal ray)以及子午面光線(tangential ray)，並且焦點偏移量及MTF數值之評價基礎為空間頻率220cycles/mm。可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VSFS0、VSFS3、VSFS7表示(度量單位：mm)，其數值分別為0.005mm、-0.005mm、0.005mm；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值分別以VSMTF0、VSMTF3、VSMTF7表示，其數值分別為0.441、0.402、0.309；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VTFS0、VTFS3、VTFS7表示(度量單位：mm)，其數值分別為0.005mm、-0.005mm、-0.000mm；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值分別以VTMTF0、VTMTF3、VTMTF7表示，其數值分別為0.441、0.369、0.239。前述可見光弧矢面三視場以及可見光子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AVFS表示(度量單位：mm)，其滿足絕對值｜(VSFS0+VSFS3+VSFS7+VTFS0+VTFS3+VTFS7)/6｜=｜0.001mm｜。
本實施例之紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ISFS0、ISFS3、ISFS7表示(度量單位：mm)，其數值分別為0.04mm、0.03mm、0.04mm，前述弧矢面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AISFS表示；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線之離焦MTF最大值分別以ISMTF0、ISMTF3、ISMTF7表示，其數值分別為0.485、0.441、0.388；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ITFS0、ITFS3、ITFS7表示(度量單位：mm)，其數值分別為0.04、0.045、0.04，前述子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AITFS表示(度量單位：mm)；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線之離焦MTF最大值分別以ITMTF0、ITMTF3、ITMTF7表示，其數值分別為0.485、0.396、0.273。前述紅外光弧矢面三視場以及紅外光子午面三視場之焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AIFS表示(度量單位：mm)，其滿足絕對值｜(ISFS0+ISFS3+ISFS7+ITFS0+ITFS3+ITFS7)/6｜=｜0.039 mm｜。
本實施例整個光學成像系統之可見光中心視場聚焦點與紅外光中心視場聚焦點(RGB/IR)之間的焦點偏移量以FS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位：mm)，其滿足絕對值｜(VSFS0+VTFS0)/2-(ISFS0+ITFS0)/2｜=｜0.035mm｜；整個光學成像系統之可見光三視場平均焦點偏移量與紅外光三視場平均焦點偏移量(RGB/IR)之間的差值(焦點偏移量)以AFS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位：mm)，其滿足絕對值｜AIFS-AVFS｜=｜0.038mm｜。
本實施例的光學成像系統中，可見光在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率55cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFE0、MTFE3以及MTFE7表示，其滿足下列條件：MTFE0約為0.86；MTFE3約為0.84；以及MTFE7約為0.77。可見光在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率110cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFQ0、MTFQ3以及MTFQ7表示，其滿足下列條件：MTFQ0約為0.63；MTFQ3約為0.6；以及MTFQ7約為0.48。在該成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於半頻之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFH0、MTFH3以及MTFH7表示，其滿足下列條件：MTFH0約為0.36；MTFH3約為0.35；以及MTFH7約為0.175。
再配合參照下列表一以及表二。
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圖為第一實施例的光學成像系統之可見光頻譜調制轉換特徵圖。第2D圖係繪示本發明實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖(Through Focus MTF)；第1E圖係繪示本發明第一實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。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為凸面，並皆為非球面，其物側面212具有一反曲點以及像側面214具有二反曲點。
第二透鏡220具有負屈折力，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具有二反曲點以及像側面224具有一反曲點。
第三透鏡230具有正屈折力，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。
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值：
依據表三及表四可得到下列條件式數值：
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圖為第二實施例的光學成像系統之可見光頻譜調制轉換特徵圖。第2D圖係繪示本發明第二實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第2E圖係繪示本發明第二實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。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為凸面，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具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側面322為凹面，其像側面324為凸面，並皆為非球面，其物側面322以及像側面324均具有一反曲點。
第三透鏡330具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側面332為凸面，其像側面334為凹面，並皆為非球面，其物側面332以及像側面334均具有一反曲點。
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。
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值：
依據表五及表六可得到下列條件式數值：
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之可見光頻譜調制轉換特徵圖。第4D圖係繪示本發明第四實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第4E圖係繪示本發明第四實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。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為凸面，並皆為非球面，且其物側面412具有二反曲點以及像側面414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，且其物側面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，且其物側面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。
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值：
依據表七及表八可得到下列條件式數值：
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之可見光頻譜調制轉換特徵圖。第5D圖係繪示本發明第五實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第5E圖係繪示本發明第五實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。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為凸面，並皆為非球面，且其物側面512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522具有二反曲點以及像側面524具有一反曲點。
第三透鏡530具有正屈折力，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以及像側面534均具有一反曲點。
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。
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值：
依據表九及表十可得到下列條件式數值：
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之可見光頻譜調制轉換特徵圖。第6D圖係繪示本發明第六實施例之可見光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖；第6E圖係繪示本發明第六實施例之紅外光頻譜的中心視場、0.3視場、0.7視場之離焦調制轉換對比轉移率圖。由第6A圖可知，光學成像系統由物側至像側依序包含第一透鏡610、光圈600、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。
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為凸面，並皆為非球面，其像側面624具有一反曲點。
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為凸面，並皆為非球面，且其物側面632具有二反曲點以及像側面634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。
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值：
依據表十一及表十二可得到下列條件式數值：
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。

Claims (23)

  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；一第一成像面；其係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；以及一第二成像面；其係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值，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第一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第一成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一成像面與該第二成像面間於光軸上的距離為FS；該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度分別為ETP1、ETP2以及ETP3，前述ETP1至ETP3的總和為SETP，該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡於光軸之厚度分別為TP1、TP2以及TP3，前述TP1至TP3的總和為STP，該紅外光的波長介於700nm至1300nm，該第一空間頻率以SP1表示，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦45.8483deg；0.5≦SETP/STP<1以及｜FS｜≦30μm；SP1≦440cycles/mm。
  2. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第一成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：0.2≦EIN/ETL<1。
  3. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第一透鏡像側面以及該第二透鏡像側面於光軸上均為凸面。
  4. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，該光學成像系統滿足下列公式：VHAF≧10deg。
  5. 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條件：HOS/HOI≧1.2。
  6. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第一透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP1，該第二透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP2，該第三透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP3，前述ETP1至ETP3的總和為SETP，其滿足下列公式：0.3≦SETP/EIN<1。
  7. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第一成像面間平行於光軸之水平距離為EBL，該第三透鏡像側面上與光軸之交點至該成像面平行於光軸之水平距離為BL，其滿足下列公式：0.1≦EBL/BL≦1.5。
  8. 如請求項1所述之光學成像系統，其中更包括一光圈，並且於該光圈至該第一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。
  9. 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，其像側面於光軸上為凸面；一第二透鏡，具有屈折力；一第三透鏡，具有屈折力；一第一成像面；其係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且其中心視場於第一空間頻率(220cycles/mm)之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；以及一第二成像面；其係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且其中心視場於第一空間頻率(220cycles/mm)之離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值，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第一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第一成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第一成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦45.8483deg；0.2≦EIN/ETL<1以及｜FS｜≦30μm。
  10. 如請求項9所述之光學成像系統，其中可見光在該第一成像面上之光軸、0.3HOI以及0.7HOI三處於空間頻率110cycles/mm之調制轉換對比轉移率(MTF數值)分別以MTFQ0、MTFQ3以及MTFQ7表示，其滿足下列條件：MTFQ0≧0.2；MTFQ3≧0.01；以及MTFQ7≧0.01。
  11. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，該光學成像系統滿足下列公式：VHAF≧20deg。
  12. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該光學成像系統滿足下列條件：HOS/HOI≧1.4。
  13. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第二透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第三透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為ED23，該第二透鏡與該第三透鏡之間於光軸上的距離為IN23，其滿足下列條件：0<ED23/IN23≦50。
  14. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第一透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第二透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為ED12，該第一透鏡與該第二透鏡之間於光軸上的距離為IN12，其滿足下列條件：0<ED12/IN12≦35。
  15. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第一透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP1，該第一透鏡於光軸上的厚度為TP1，其滿足下列條件：0.1≦ETP1/TP1≦5。
  16. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第二透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP2，該第二透鏡於光軸上的厚度為TP2，其滿足下列條件：0.1≦ETP2/TP2≦5。
  17. 如請求項9所述之光學成像系統，其中該第三透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP3，該第三透鏡於光軸上的厚度為TP3，其滿足下列條件：0.1≦ETP3/TP3≦5。
  18. 如請求項9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。
  19. 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，其像側面於光軸上為凸面；一第二透鏡，具有屈折力，其像側面於光軸上均為凸面；一第三透鏡，具有屈折力；一第一平均成像面；其係為一特定垂直於光軸的可見光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率(220cycles/mm)均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置；以及一第二平均成像面；其係為一特定垂直於光軸的紅外光像平面並且設置於該光學成像系統之中心視場、0.3視場及0.7視場個別於第一空間頻率(220cycles/mm)均具有各該視場最大MTF值之離焦位置的平均位置，其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為三枚，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第一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第一平均成像面上垂直於光軸具有一最大成像高度HOI，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第一成像面間平行於光軸之水平距離為ETL，該第一透鏡物側面上於1/2 HEP高度的座標點至該第三透鏡像側面上於1/2 HEP高度的座標點間平行於光軸之水平距離為EIN，其滿足下列條件：，該第一平均成像面與該第二平均成像面間的距離為AFS；該光學成像系統之最大垂直可視角度的一半為VHAF，其滿足下列條件：1≦f/HEP≦10；0deg<HAF≦45.8483deg；｜AFS｜≦30μm；VHAF≧20deg以及0.2≦EIN/ETL<1。
  20. 如請求項19所述之光學成像系統，其中該第一透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP1，該第二透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP2，該第三透鏡於1/2 HEP高度且平行於光軸之厚度為ETP3，前述ETP1至ETP3的總和為SETP，其滿足下列公式：0.3≦SETP/EIN<1。
  21. 如請求項19所述之光學成像系統，其中該光學成像系統滿足下列條件：HOS/HOI≧1.6。
  22. 如請求項19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，該影像感測元件設置於該第一平均成像面後並且至少設置10萬個像素，並且於該光圈至該第一平均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。
  23. 如請求項19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第一成像面後並且至少設置10萬個像素，並且於該光圈至該第一平均成像面於光軸上具有一距離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。
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