TWI783592B - 光學成像系統 - Google Patents

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TWI783592B
TWI783592B TW110127363A TW110127363A TWI783592B TW I783592 B TWI783592 B TW I783592B TW 110127363 A TW110127363 A TW 110127363A TW 110127363 A TW110127363 A TW 110127363A TW I783592 B TWI783592 B TW I783592B
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蔡奎玟
李恩寵
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南韓商三星電機股份有限公司
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Abstract

一種光學成像系統包括自物體側依序設置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡。所述光學成像系統滿足|Pnu| [10 -6℃ -1mm -1] ≦30，其中Pnu是∑Pnui，其中i = 1, 2, …, 7，Pnui是1/(vti•fi)，vti是[DTni/(ni-1) - CTEi] -1，fi是第i透鏡的有效焦距，ni是第i透鏡的折射率，DTni是第i透鏡的折射率根據溫度的變化的速率（dni/dT），且CTEi是第i透鏡的熱膨脹係數。

Description

光學成像系統
以下說明是有關於一種光學成像系統，且更具體而言，是有關於一種應用於安裝於車輛上的照相機的光學成像系統。
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2021年3月26日在韓國智慧財產局中提出申請的韓國專利申請案第10-2021-0039790號的優先權權益，所述韓國專利申請案的全部揭露內容出於全部目的併入本案供參考。
隨著配備有影像處理功能(例如車道保持或自動駕駛)的車輛的數目增加，對可支援此種功能的監控及感測照相機的需求亦在增加。隨著所需照相機數目的增加，對可為精確影像處理提供更高解析度的照相機的需求亦在增加，因此出現對開發適合用於大量生產的高清晰精度透鏡的需要。
在安裝於車輛上的照相機透鏡的情形中，由於即使在相當大的溫度範圍內亦應維持解析度，因此主要使用由玻璃形成的透鏡。玻璃透鏡相對昂貴，且因此在大量生產及經濟方面是不利的。塑膠透鏡的使用有利於大量生產，且透鏡的成本可有效降低。
然而，相較於玻璃而言，由於塑膠具有根據溫度變化的折射率或體積變化相對大的特性，因此難以在各種環境中提供適宜水準的解析度。舉例而言，根據溫度變化，塑膠具有較玻璃的折射率變化高約100倍的折射率變化及較玻璃的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion，CTE)高約10倍的熱膨脹係數，且因此，由溫度變化引起的散焦量大，且難以在相對寬的溫度範圍中保持聚焦。
提供此發明內容是為了以簡化形式介紹下文在實施方式中進一步闡述的一系列概念。此發明內容不旨在辨識所主張標的物的關鍵特徵或本質特徵，亦不旨在用於幫助確定所主張標的物的範圍。
實例提供一種即使在相對寬的溫度範圍中亦具有高品質解析度的光學成像系統。具體而言，實例提供一種其中即使在寬的溫度範圍中後焦距(back focal length，BFL)變化亦顯著低且因此焦距可維持在預定水準的光學成像系統。
在一個一般態樣中，一種光學成像系統包括：第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡，自物體側依序設置。所述光學成像系統滿足｜Pnu｜≦30，其中Pnu是ΣPnui，其中i=1,2,...,7，Pnui是1/(vti‧fi)，vti是[DTni/(ni-1)-CTEi]-1，fi是第i透鏡的有效焦距，ni是所述第i 透鏡的折射率，DTni是所述第i透鏡的所述折射率根據溫度的變化的速率(dni/dT)，且CTEi是所述第i透鏡的熱膨脹係數。
所述光學成像系統可滿足0.4≦f/f3，其中f是所述光學成像系統的有效焦距，且f3是所述第三透鏡的有效焦距。
所述光學成像系統可包括設置於所述第二透鏡與所述第三透鏡之間的孔徑光闌。
所述光學成像系統可滿足｜Pnu3/Pnu｜<0.2。
所述第三透鏡可由玻璃構成，且所述第二透鏡、所述第四透鏡、所述第五透鏡、所述第六透鏡及所述第七透鏡可由塑膠構成。
所述光學成像系統可滿足-2.0<Σ 1/(DTni．fi)[104℃ mm-1]<20.0，其中i=1,2,...,7。
所述光學成像系統可滿足0.2<DTnF/DTnR<0.6，其中DTnF是所述第一透鏡與所述第二透鏡的DTn值之和，即ΣDTni(i=1,2)，且DTnR是所述第三透鏡至所述第七透鏡的DTn值之和，即ΣDTni(i=3,4,...,7)。
所述光學成像系統可滿足-620<DTnT[10-6 ℃-1]<-450，其中DTnT是所述第一透鏡至所述第七透鏡的DTn值之和，即ΣDTni(i=1,2,...,7)。
所述光學成像系統可滿足-220<DTnF[10-6 ℃-1]<-100，其中DTnF是所述第一透鏡與所述第二透鏡的DTn值之和，即ΣDTni(i=1,2)。
所述光學成像系統可滿足-400<DTnR[10-6 ℃-1]<-300，其中DTnR是所述第三透鏡至所述第七透鏡的DTn值之和，即ΣDTni(i=3,4,...,7)。
所述第七透鏡的物體側表面可為凸的，且所述第七透鏡的影像側表面可為凹的。
所述第一透鏡可具有負的折射力，所述第三透鏡可具有正的折射力，所述第四透鏡可具有正的折射力，所述第五透鏡可具有負的折射力，且所述第六透鏡可具有正的折射力。
藉由閱讀以下詳細說明、圖式及申請專利範圍，其他特徵及態樣將顯而易見。
100、200、300、400、500、600、700:光學成像系統
110、210、310、410、510、610、710:第一透鏡
120、220、320、420、520、620、720:第二透鏡
130、230、330、430、530、630、730:第三透鏡
140、240、340、440、540、640、740:第四透鏡
150、250、350、450、550、650、750:第五透鏡
160、260、360、460、560、660、760:第六透鏡
170、270、370、470、570、670、770:第七透鏡
AS:孔徑光闌
F、IRCF:濾波器
IP:影像平面
圖1是示出根據第一實例的光學成像系統的圖。
圖2是示出根據第一實例的光學成像系統的像差的曲線圖。
圖3是示出根據第一實例的光學成像系統的根據場(field)而變化的解析力(resolving power)的曲線圖。
圖4是示出根據第一實例的光學成像系統中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
圖5是示出根據第二實例的光學成像系統的圖。
圖6是示出根據第二實例的光學成像系統的像差的曲線圖。
圖7是示出根據第二實例的光學成像系統的根據場而變化的 解析力的曲線圖。
圖8是示出根據第二實例的光學成像系統中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
圖9是示出根據第三實例的光學成像系統的圖。
圖10是示出根據第三實例的光學成像系統的像差的曲線圖。
圖11是示出根據第三實例的光學成像系統的根據場而變化的解析力的曲線圖。
圖12是示出根據第三實例的光學成像系統中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
圖13是示出根據第四實例的光學成像系統的圖。
圖14是示出根據第四實例的光學成像系統的像差的曲線圖。
圖15是示出根據第四實例的光學成像系統的根據場而變化的解析力的曲線圖。
圖16是示出根據第四實例的光學成像系統中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
圖17是示出根據第五實例的光學成像系統的圖。
圖18是示出根據第五實例的光學成像系統的像差的曲線圖。
圖19是示出根據第五實例的光學成像系統的根據場而變化的解析力的曲線圖。
圖20是示出根據第五實例的光學成像系統中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
圖21是示出根據第六實例的光學成像系統的圖。
圖22是示出根據第六實例的光學成像系統的像差的曲線圖。
圖23是示出根據第六實例的光學成像系統的根據場而變化的解析力的曲線圖。
圖24是示出根據第六實例的光學成像系統中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
圖25是示出根據第七實例的光學成像系統的圖。
圖26是示出根據第七實例的光學成像系統的像差的曲線圖。
圖27是示出根據第七實例的光學成像系統的根據場而變化的解析力的曲線圖。
圖28是示出根據第七實例的光學成像系統中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
在所有圖式及詳細說明通篇中，相同的參考編號指代相同的元件。圖式可不按比例繪製，且為清晰、例示及方便起見，可誇大圖式中的元件的相對大小、比例及繪示。
提供以下詳細說明是為幫助讀者獲得對本文中所述方 法、設備及/或系統的全面理解。然而，對於此項技術中具有通常知識者而言，本文中所述方法、設備及/或系統的各種變化、潤飾及等效形式將顯而易見。本文中所述的操作順序僅為實例，且不限於本文中所述操作順序，而是如對於此項技術中具有通常知識者而言將顯而易見，除必定以特定次序發生的操作以外，均可有所改變。此外，為提高清晰性及簡潔性，可省略對於此項技術中具有通常知識者而言將眾所習知的功能及構造的說明。
本文中所述特徵可以不同形式實施，且不被理解為受限於本文中所述實例。確切而言，提供本文中所述實例是為了使此揭露將透徹及完整，並將向此項技術中具有通常知識者充分傳達本揭露的範圍。
在本文中，應注意，關於實施例或實例(例如關於實施例或實例可包括或實施什麼)使用用語「可(may)」意味著存在至少一個其中包括或實施此種特徵的實施例或實例，而所有實施例及實例不限於此。
在說明書通篇中，當例如層、區域或基板等元件被闡述為「位於」另一元件「上(on)」、「連接至(connected to)」或「耦合至(coupled to)」另一元件時，所述元件可直接「位於」所述另一元件「上」、直接「連接至」或直接「耦合至」所述另一元件，或者可存在介於其間的一或多個其他元件。反之，當元件被闡述為「直接位於」另一元件「上(directly on)」、「直接連接至(directly connected to)」或「直接耦合至(directly coupled to)」另一元件 時，則可不存在介於其間的其他元件。
本文中所使用的用語「及/或(and/or)」包括相關聯列出項中的任一項或者任意二或更多項的任意組合。
儘管本文中可能使用例如「第一(first)」、「第二(second)」及「第三(third)」等用語來闡述各種構件、組件、區域、層或區段，然而該些構件、組件、區域、層或區段不受該些用語限制。確切而言，該些用語僅用於區分各個構件、組件、區域、層或區段。因此，在不背離實例的教示內容的條件下，在本文中所述實例中提及的第一構件、組件、區域、層或區段亦可被稱為第二構件、組件、區域、層或區段。
為易於說明，本文中可能使用例如「上方(above)」、「上部(upper)」、「下方(below)」及「下部(lower)」等空間相對性用語來闡述如圖中所示的一個元件與另一元件的關係。此種空間相對性用語旨在囊括除圖中所繪示的定向以外，裝置在使用或操作中的不同定向。舉例而言，若翻轉圖中的裝置，則闡述為相對於另一元件位於「上方」或「上部」的元件此時將相對於所述另一元件位於「下方」或「下部」。因此，用語「上方」端視裝置的空間定向而同時囊括上方及下方兩種定向。所述裝置亦可以其他方式定向(例如，旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對性用語要相應地進行解釋。
本文中所使用的術語僅是為闡述各種實例，而並不用於限制本揭露。除非上下文另外清楚指示，否則冠詞「一(a、an)」 及「所述(the)」旨在亦包括複數形式。用語「包括(comprises)」、「包含(includes)」及「具有(has)」指明所陳述特徵、數目、操作、構件、元件及/或其組合的存在，但不排除一或多個其他特徵、數目、操作、構件、元件及/或其組合的存在或添加。
由於製造技術及/或容差，圖式中所示形狀可能出現變型。因此，本文中所述實例不限於圖式中所示的具體形狀，而是包括在製造期間發生的形狀變化。
如在獲得對本申請案的揭露內容的理解之後將顯而易見，本文中所述實例的特徵可以各種方式組合。此外，儘管本文中所述實例具有各種配置，然而如在獲得對本申請案的揭露內容的理解之後將顯而易見，可存在其他配置。
圖式可不按比例繪製，且為清晰、例示及方便起見，可誇大圖式中的元件的相對大小、比例及繪示。
在以下透鏡配置圖中，為闡釋起見，透鏡的厚度、大小及形狀可被略微誇大，且具體而言，透鏡配置圖中所建議的球面表面或非球面表面的形狀是作為實例而呈現，但不限於此。
在本揭露中，第一透鏡指代最靠近物體的透鏡，且最末透鏡指代最靠近影像感測器IS(或影像平面(image plane，IP))的透鏡。
另外，在每一透鏡中，第一表面指代靠近物體的表面(或物體側表面)，且第二表面指代靠近影像平面的表面(或影像側表面)。另外，在本說明書中，透鏡的曲率半徑、厚度、距離及焦距 的數值皆以毫米為單位，且視場(field of view，FOV)的單位是度。
另外，在對相應透鏡的形狀的說明中，除非另外陳述，否則一個表面上的凸的形狀的含義意指所述表面的近軸區域部分是凸的，且一個表面上的凹的形狀的含義意指所述表面的近軸區域部分是凹的。一個表面是平的此一表述意指所述表面的近軸區域部分是平的。近軸區域指代光軸附近非常窄的區。
因此，即使當闡述透鏡的一個表面是凸的時，透鏡的邊緣部分亦可為凹的。相似地，即使當透鏡的一個表面被闡述為具有凹的形狀時，透鏡的邊緣部分亦可為凸的。此外，即使當透鏡的一個表面被闡述為平的時，透鏡的邊緣部分亦可為凸的或凹的。
根據實例的光學成像系統包括至少7個透鏡。
舉例而言，根據實例的所述光學成像系統包括自物體側依次設置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡。在實例中，第一透鏡至第七透鏡沿光軸彼此間隔開預定距離。在另一實例中，第一透鏡至第七透鏡中的相鄰透鏡可以結合狀態提供。
根據實例的所述光學成像系統可更包括用於將對象的入射影像轉換成電訊號的影像感測器IS。另外，所述光學成像系統可更包括用於阻擋紅外射線的紅外截止濾波器(infrared cut-off filter，IRCF)(IRCF，在下文中稱為「濾波器」)。濾波器IRCF設 置於最末透鏡與影像感測器IS之間。
所述光學成像系統可更包括影像平面(IP)。影像平面IP指代由第一透鏡至第七透鏡折射的光在其上成像的平面。舉例而言，影像平面IP可指示影像感測器IS中的其上設置有光學元件(例如，光二極體)的表面。
在實例中，所述光學成像系統可更包括用於調節入射光量的孔徑光闌AS。孔徑光闌AS可設置於構成光學成像系統的透鏡之間。在實例中，孔徑光闌AS可設置於構成光學成像系統的透鏡中具有最高折射率的透鏡的物體側上。舉例而言，孔徑光闌AS可設置於第二透鏡與第三透鏡之間。
構成根據實例的所述光學成像系統的透鏡可具有非球面表面。舉例而言，第二透鏡及第四透鏡至第七透鏡的物體側表面及影像側表面可具有非球面表面。在另一實例中，第一透鏡、第二透鏡及第四透鏡至第七透鏡的物體側表面及影像側表面可具有非球面表面。透鏡的非球面表面由方程式1表達。
Figure 110127363-A0305-02-0013-2
在方程式1中，c是透鏡的曲率(曲率半徑的倒數)，K是圓錐常數，且Y是自透鏡的非球面表面上的任意點至光軸的距離。另外，常數A至D指代非球面係數。Z表示自透鏡的非球面表面上的任意點至非球面表面的頂點的距離。
包括第一透鏡至第七透鏡的所述光學成像系統可自物體側依次具有負/負/正/正/負/正/負的折射力。作為另一選擇，所述光學成像系統可具有負/正/正/正/負/正/正的折射力。作為另一選擇，所述光學成像系統可具有負/負/正/正/負/正/正的折射力。
第一透鏡可具有負的折射力，第一透鏡的物體側表面可具有凸的形狀，且第一透鏡的影像側表面可具有凹的形狀。
在實例中，第二透鏡可具有負的折射力，第二透鏡的物體側表面可具有凹的形狀，且第二透鏡的影像側表面可具有凸的形狀。
在另一實例中，第二透鏡可具有正的折射力，第二透鏡的物體側表面可具有凸的形狀，且第二透鏡的影像側表面可具有凹的形狀。
第三透鏡可具有正的折射力，第三透鏡的物體側表面可具有凸的形狀，且第三透鏡的影像側表面可具有凸的形狀。
第四透鏡可具有正的折射力，且第四透鏡的影像側表面可具有凸的形狀。
在實例中，第五透鏡可具有負的折射力，第五透鏡的物體側表面可具有凹的形狀，且第五透鏡的影像側表面可具有凹的形狀。
在實例中，第六透鏡可具有正的折射力，第六透鏡的物體側表面可具有凸的形狀，且第六透鏡的影像側表面可具有凸的形狀。第六透鏡可在物體側表面及影像側表面中的至少一者上具 有至少一個拐點。舉例而言，第六透鏡的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第六透鏡的影像側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。
在實例中，第七透鏡的物體側表面可具有凸的形狀，且第七透鏡的影像側表面可具有凹的形狀。第七透鏡可在物體側表面及影像側表面中的至少一者上具有至少一個拐點。舉例而言，第七透鏡的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第七透鏡的影像側表面可在近軸區域中為凹的，且在除近軸區域以外的區域中為凸的。
構成根據實例的所述光學成像系統的透鏡可由塑膠或玻璃材料形成。舉例而言，第一透鏡及第三透鏡可由玻璃形成，且其他透鏡可由塑膠形成。在另一實例中，第三透鏡可由玻璃形成，且其他透鏡可由塑膠形成。
塑膠透鏡所具有的優點是在使用模具大量製造的同時具有相對高的精度。然而，塑膠透鏡所具有的缺點在於根據溫度的折射率變化或熱膨脹程度大於玻璃透鏡的根據溫度的折射率變化或熱膨脹程度。舉例而言，塑膠透鏡的折射率相依於溫度的變化較玻璃透鏡的折射率相依於溫度的變化大50倍至100倍，且線性膨脹係數高約10倍。由於該些弊端，在將塑膠透鏡應用於應確保為-40攝氏度(℃)至+80攝氏度(℃)的操作溫度的車輛照相機時存在限制。
根據本揭露的實例，在由多個透鏡構成的光學成像系統中，可慮及相應透鏡的折射力對焦距的影響來適宜地設置玻璃透鏡及塑膠透鏡。因此，即使在其中透鏡周圍的溫度變化的情形中，亦可維持所述光學成像系統的焦點(focus)。
本揭露提供一種光學成像系統，其中在為-40(℃)至80(℃)的溫度範圍中後焦距(在下文中稱為「BFL」)的變化在10微米內。在此種情形中，BFL指代最靠近影像平面的透鏡的影像側表面與影像平面之間的距離。
在實例中，可在具有大的光學折射力的部分中使用玻璃透鏡，且可在其餘部分中設置塑膠透鏡。舉例而言，設置於孔徑光闌AS附近且具有相對強的折射力的第三透鏡可由玻璃形成，且其餘透鏡可由塑膠形成。在另一實例中，暴露於外部的第一透鏡及第三透鏡可由玻璃形成，且其他透鏡可由塑膠形成。
根據實例的所述光學成像系統可藉由恰當地對塑膠透鏡與玻璃透鏡進行組合來配置，且因此，在為-40攝氏度(℃)至80攝氏度(℃)的寬的操作溫度範圍中的BFL變化量可被限制為在10微米內。
在實例中，所述光學成像系統可包括具有為約6毫米的對角線長度的影像平面IP(或影像感測器IS)。在實例中，所述光學成像系統可被配置成具有為15毫米或小於15毫米的總長度。
在實例中，所述光學成像系統的特徵可在於：可使用可產生解析力為80線對/毫米(line-pair/mm，lp/mm)或大於80線 對/毫米的影像的透鏡，進而使得整個所述光學成像系統的長度縮短至15毫米或小於15毫米。因此，所述光學成像系統可容易地裝設於行動裝置或類似物中。當對應於為80線對/毫米的空間頻率的圖案被恰當地成像於影像平面上時，可看出確保了為6毫米的感測器對角線長度的為1/960的解析度。因此，當照相機系統配置有為120度的總視場時，可確保為0.125度的角解析度(angular resolution)，藉此確保能夠在為10米的距離處以約20公分的間隔區分物體的解析力。
根據實例的所述光學成像系統包括由塑膠透鏡及玻璃透鏡構成的總共7個透鏡，且可藉由抑制BFL變化而在為-40攝氏度(℃)至+80攝氏度(℃)的寬的操作溫度下獲得所需的足夠水準的解析力。
所述光學成像系統可滿足以下條件表達式中的一或多者。
在實例中，提供一種其中將玻璃透鏡與塑膠透鏡一起使用且以最佳化每一透鏡的折射力以滿足條件表達式(1)的方式來控制根據溫度的BFL變化的混合光學成像系統。
｜Pnu｜[10-6 ℃-1 mm-1]≦30 (1)
Pnu是表示整個所述光學成像系統的根據溫度的折射力變化的指數，且被定義為構成所述光學成像系統的透鏡的Pnu值之和(即，Pnu=ΣPnui，i=1,2,...,7)。自物體側起第i透鏡的Pnu值(即，Pnui)被定義為1/(vti‧fi)。舉例而言，整個所述光學 成像系統的Pnu值被計算為Σ1/(vti．fi)(i=1,2,...,7)。
vti是[DTni/(ni-1)-CTEi]-1(℃)，fi是第i透鏡的有效焦距，ni是第i透鏡的折射率，且DTni是第i透鏡的折射率根據溫度的變化的速率(dni/dT)，且CTEi是第i透鏡的熱膨脹係數。
在實例中，最靠近孔徑光闌AS的第三透鏡由玻璃形成，且所述光學成像系統可滿足條件表達式(2)。舉例而言，第三透鏡的有效焦距可為整個所述光學成像系統的有效焦距的0.4倍或大於0.4倍。
f/f3≧0.4 (2)
在以上條件表達式中，f是整個所述光學成像系統的有效焦距，且fc可為第三透鏡的DTn值。
在實例中，所述光學成像系統可滿足條件表達式(3)。 在實例中，所述光學成像系統被配置成使得第三透鏡的根據溫度的折射力變化(Pnu3)充分小於整個所述光學成像系統的根據溫度的折射力變化(Pnu)。因此，在相對寬的溫度範圍中的BFL變化可被抑制至10微米或小於10微米。
｜Pnu3/Pnu｜<0.2 (3)
在實例中，所述光學成像系統可另外滿足以下條件表達式(4)至(8)中的一或多者。
-2.0<Σ1/(DTni．fi)[104℃ mm-1]<20.0(i=1,2,...,7) (4)
0.2<DTnF/DTnR<0.6 (5)
-620<DTnT[10-6 ℃-1]<-450 (6)
-220<DTnF[10-6 ℃-1]<-100 (7)
-400<DTnR[10-6 ℃-1]<-300 (8)
DTnT是第一透鏡至第七透鏡的DTn值之和(即，ΣDTni(i=1,2,...,7))，DTnF是第一透鏡與第二透鏡的DTn值之和(即，ΣDTni(i=1,2))，DTnR是第三透鏡至第七透鏡的DTn值之和(即，ΣDTni(i=3,4,...,7))，且IMGHT是影像平面IP的對角線長度的一半。
在下文中，將參照附圖詳細闡述實例。
圖1示出根據第一實例的光學成像系統100。圖2是示出光學成像系統100的像差的曲線圖。圖3是示出光學成像系統100的根據場而變化的解析力的曲線圖。圖4是示出光學成像系統100中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
光學成像系統100包括第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡140、第五透鏡150、第六透鏡160及第七透鏡170，且可更包括孔徑光闌AS、濾波器IRCF及影像平面IP。影像平面IP上可另外設置有單獨的濾波器F。濾波器(F)可用於保護影像平面IP。在實例中，孔徑光闌AS位於第二透鏡120與第三透鏡130之間。
在實例中，第一透鏡110及第三透鏡130由玻璃形成，且其他透鏡由塑膠形成。
表1示出相應透鏡的特性(曲率半徑、透鏡的厚度或透鏡之間的距離、折射率、阿貝數及焦距)。表1進一步示出每一透 鏡的根據溫度的折射率變化速率(dn/dT)、熱膨脹係數(CTE)及vt值。
Figure 110127363-A0305-02-0020-3
第一透鏡110具有負的折射力，第一透鏡110的物體側表面是凸的，且第一透鏡110的影像側表面是凹的。
第二透鏡120具有負的折射力，第二透鏡120的物體側表面是凹的，且第二透鏡120的影像側表面是凸的。
第三透鏡130具有正的折射力，第三透鏡130的物體側表面是凸的，且第三透鏡130的影像側表面是凸的。
第四透鏡140具有正的折射力，第四透鏡140的物體側表面是凸的，且第四透鏡140的影像側表面是凸的。
第五透鏡150具有負的折射力，第五透鏡150的物體側表面是凹的，且第五透鏡150的影像側表面是凹的。
第六透鏡160具有正的折射力，第六透鏡160的物體側表面是凸的，且第六透鏡160的影像側表面是凸的。
第七透鏡170具有負的折射力，第七透鏡170的物體側表面是凸的，且第七透鏡170的影像側表面是凹的。第七透鏡170可在物體側表面及影像側表面中的至少一者上具有至少一個拐點。舉例而言，第七透鏡170的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第七透鏡170的影像側表面可在近軸區域中為凹的，且在除近軸區域以外的區域中為凸的。
第二透鏡120及第四透鏡140至第七透鏡170的相應表面具有如表2中所示的非球面係數。
Figure 110127363-A0305-02-0021-4
Figure 110127363-A0305-02-0022-5
參照圖4，在光學成像系統100中，在為-40攝氏度(℃)至80攝氏度(℃)的溫度範圍中，BFL變化量維持在為9微米的水準。
圖5示出根據第二實例的光學成像系統200。圖6是示出光學成像系統200的像差的曲線圖。圖7是示出光學成像系統200的根據場而變化的解析力的曲線圖。圖8是示出光學成像系統200中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
光學成像系統200包括第一透鏡210、第二透鏡220、第三透鏡230、第四透鏡240、第五透鏡250、第六透鏡260及第七透鏡270，且可更包括孔徑光闌AS、濾波器IRCF及影像平面IP。影像平面IP上可另外設置有單獨的濾波器F。濾波器(F)可用於保護影像平面IP。在實例中，孔徑光闌AS位於第二透鏡220與第三透鏡230之間。
在實例中，第一透鏡210及第三透鏡230由玻璃形成，且其他透鏡由塑膠形成。
表3示出相應透鏡的特性(曲率半徑、透鏡的厚度或透鏡之間的距離、折射率、阿貝數及焦距)。表3進一步示出每一透鏡的根據溫度的折射率變化速率(dn/dT)、熱膨脹係數(CTE)及vt值。
Figure 110127363-A0305-02-0022-6
Figure 110127363-A0305-02-0023-7
第一透鏡210具有負的折射力，第一透鏡210的物體側表面是凸的，且第一透鏡210的影像側表面是凹的。
第二透鏡220具有正的折射力，第二透鏡220的物體側表面是凹的，且第二透鏡220的影像側表面是凸的。
第三透鏡230具有正的折射力，第三透鏡230的物體側表面是凸的，且第三透鏡230的影像側表面是凸的。
第四透鏡240具有正的折射力，第四透鏡240的物體側表面是凹的，且第四透鏡240的影像側表面是凸的。
第五透鏡250具有負的折射力，第五透鏡250的物體側表面是凹的，且第五透鏡250的影像側表面是凹的。
第六透鏡260具有正的折射力，第六透鏡260的物體側表面是凸的，且第六透鏡260的影像側表面是凸的。第六透鏡260可在物體側表面上具有至少一個拐點。舉例而言，第六透鏡260的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第六透鏡260的影像側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。
第七透鏡270具有正的折射力，第七透鏡270的物體側表面是凸的，且第七透鏡270的影像側表面是凹的。第七透鏡270可在物體側表面及影像側表面中的至少一者上具有至少一個拐點。舉例而言，第七透鏡270的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第七透鏡270的影像側表面可在近軸區域中為凹的，且在除近軸區域以外的區域中為凸的。
第二透鏡220及第四透鏡240至第七透鏡270的相應表面具有如表4中所示的非球面係數。
Figure 110127363-A0305-02-0024-8
Figure 110127363-A0305-02-0025-9
參照圖8，在光學成像系統200中，在為-40攝氏度(℃)至80攝氏度(℃)的溫度範圍中，BFL變化量維持在為2微米的水準。
圖9示出根據第三實例的光學成像系統300。圖10是示出光學成像系統300的像差的曲線圖。圖11是示出光學成像系統300的根據場而變化的解析力的曲線圖。圖12是示出光學成像系統300中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
光學成像系統300包括第一透鏡310、第二透鏡320、第三透鏡330、第四透鏡340、第五透鏡350、第六透鏡360及第七透鏡370，且可更包括孔徑光闌AS、濾波器IRCF及影像平面IP。影像平面IP上可另外設置有單獨的濾波器F。濾波器(F)可用於保護影像平面IP。在實例中，孔徑光闌AS位於第二透鏡320與第三透鏡330之間。
在實例中，第一透鏡310及第三透鏡330由玻璃形成，且其他透鏡由塑膠形成。
表5示出每一透鏡的特性(曲率半徑、透鏡的厚度或透鏡之間的距離、折射率、阿貝數及焦距)。表5進一步示出每一透鏡的根據溫度的折射率變化速率(dn/dT)、熱膨脹係數(CTE)及vt值。
Figure 110127363-A0305-02-0025-10
Figure 110127363-A0305-02-0026-11
第一透鏡310具有負的折射力，第一透鏡310的物體側表面是凸的，且第一透鏡310的影像側表面是凹的。
第二透鏡320具有負的折射力，第二透鏡320的物體側表面是凹的，且第二透鏡320的影像側表面是凸的。
第三透鏡330具有正的折射力，第三透鏡330的物體側表面是凸的，且第三透鏡330的影像側表面是凸的。
第四透鏡340具有正的折射力，第四透鏡340的物體側表面是凸的，且第四透鏡340的影像側表面是凸的。
第五透鏡350具有負的折射力，第五透鏡350的物體側表面是凹的，且第五透鏡350的影像側表面是凹的。
第六透鏡360具有正的折射力，第六透鏡360的物體側表面是凸的，且第六透鏡360的影像側表面是凸的。
第七透鏡370具有正的折射力，第七透鏡370的物體側表面是凸的，且第七透鏡370的影像側表面是凹的。第七透鏡370可在影像側表面上具有至少一個拐點。
第二透鏡320及第四透鏡340至第七透鏡370的相應表面具有如表6中所示的非球面係數。
Figure 110127363-A0305-02-0027-12
在一個表面上呈現凹的形狀與凸的形狀二者的透鏡形狀在使整個光學成像系統300變小及校正影像側場曲率方面可為有利的，但所具有的缺點在於其難以製造。在第三實例中，第七透鏡370具有相對簡單的形狀，此可有利於確保大量生產。
參照圖12，在光學成像系統300中，在為-40攝氏度(℃)至80攝氏度(℃)的溫度範圍中，BFL變化量維持在為6微米的水準。
圖13是示出根據第四實例的光學成像系統400的圖。圖14是示出光學成像系統400的像差的曲線圖。圖15是示出光學成像系統400的根據場而變化的解析力的曲線圖。圖16是示出光學成像系統400中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
光學成像系統400包括第一透鏡410、第二透鏡420、第三透鏡430、第四透鏡440、第五透鏡450、第六透鏡460及第七透鏡470，且可更包括孔徑光闌AS、濾波器IRCF及影像平面IP。影像平面IP上可另外設置有單獨的濾波器F。濾波器(F)可用於保護影像平面IP。在實例中，孔徑光闌AS位於第二透鏡420與第三透鏡430之間。
在實例中，第一透鏡410及第三透鏡430由玻璃形成，且其他透鏡由塑膠形成。
表7示出每一透鏡的特性(曲率半徑、透鏡的厚度或透鏡之間的距離、折射率、阿貝數及焦距)。表7進一步示出每一透鏡的根據溫度的折射率變化速率(dn/dT)、熱膨脹係數(CTE)及vt值。
Figure 110127363-A0305-02-0028-13
Figure 110127363-A0305-02-0029-14
第一透鏡410具有負的折射力，第一透鏡410的物體側表面是凸的，且第一透鏡410的影像側表面是凹的。
第二透鏡420具有正的折射力，第二透鏡420的物體側表面是凸的，且第二透鏡420的影像側表面是凹的。
第三透鏡430具有正的折射力，第三透鏡430的物體側表面是凸的，且第三透鏡430的影像側表面是凸的。
第四透鏡440具有正的折射力，第四透鏡440的物體側表面是凹的，且第四透鏡440的影像側表面是凸的。
第五透鏡450具有負的折射力，第五透鏡450的物體側表面是凹的，且第五透鏡450的影像側表面是凹的。
第六透鏡460具有正的折射力，第六透鏡460的物體側表面是凸的，且第六透鏡460的影像側表面是凸的。第六透鏡460可在影像側表面上具有至少一個拐點。
第七透鏡470具有正的折射力，第七透鏡470的物體側表面是凸的，且第七透鏡470的影像側表面是凹的。第七透鏡470可在影像側表面上具有至少一個拐點。
第二透鏡420及第四透鏡440至第七透鏡470的相應表面具有如表8中所示的非球面係數。
Figure 110127363-A0305-02-0030-15
在第四實例中，第二透鏡420的物體側表面具有凸的彎月面形狀。若第二透鏡420的物體側表面是凹的，則可能存在缺點，即具有大視場的場的較低射線的入射角增大，使得整個光學成像系統400變得敏感。在第四實例中，可補償以上缺點。
參照圖16，在光學成像系統400中，在為-40攝氏度(℃)至80攝氏度(℃)的溫度範圍中，BFL變化量維持在為5微米的水準。
圖17示出根據第五實例的光學成像系統500。圖18是示出光學成像系統500的像差的曲線圖。圖19是示出光學成像系統500的根據場而變化的解析力的曲線圖。圖20是示出光學成像系統500中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
光學成像系統500包括第一透鏡510、第二透鏡520、第三透鏡530、第四透鏡540、第五透鏡550、第六透鏡560及第七透鏡570，且可更包括孔徑光闌AS、濾波器IRCF及影像平面IP。影像平面IP上可另外設置有單獨的濾波器F。濾波器(F)可用於保護影像平面IP。在實例中，孔徑光闌AS位於第二透鏡520與第三透鏡530之間。
在實例中，第三透鏡530由玻璃形成，且其他透鏡由塑膠形成。相較於以上論述的其他實例而言，在第五實例中，第一透鏡510由塑膠形成。在不暴露於外部的室內照相機的情形中，即使當第一透鏡510由塑膠形成時，所述光學成像系統亦可承受外部衝擊。由於第一透鏡510由塑膠形成，因此可降低所述光學 成像系統的製造成本及重量。
表9示出每一透鏡的特性(曲率半徑、透鏡的厚度或透鏡之間的距離、折射率、阿貝數及焦距)。表9進一步示出每一透鏡的根據溫度的折射率變化速率(dn/dT)、熱膨脹係數(CTE)及vt值。
Figure 110127363-A0305-02-0032-16
第一透鏡510具有負的折射力，第一透鏡510的物體側表面是凸的，且第一透鏡510的影像側表面是凹的。
第二透鏡520具有負的折射力，第二透鏡520的物體側 表面是凹的，且第二透鏡520的影像側表面是凸的。
第三透鏡530具有正的折射力，第三透鏡530的物體側表面是凸的，且第三透鏡530的影像側表面是凸的。
第四透鏡540具有正的折射力，第四透鏡540的物體側表面是凸的，且第四透鏡540的影像側表面是凸的。
第五透鏡550具有負的折射力，第五透鏡550的物體側表面是凹的，且第五透鏡550的影像側表面是凹的。
第六透鏡560具有正的折射力，第六透鏡560的物體側表面是凸的，且第六透鏡560的影像側表面是凸的。第六透鏡560可在影像側表面上具有至少一個拐點。舉例而言，第六透鏡560的影像側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。
第七透鏡570具有負的折射力，第七透鏡570的物體側表面是凸的，且第七透鏡570的影像側表面是凹的。第七透鏡570可在物體側表面及影像側表面中的至少一者上具有至少一個拐點。舉例而言，第七透鏡570的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第七透鏡570的影像側表面可在近軸區域中為凹的，且在除近軸區域以外的區域中為凸的。
第一透鏡510、第二透鏡520及第四透鏡540至第七透鏡570的相應表面具有如表10中所示的非球面係數。
[表10]
Figure 110127363-A0305-02-0034-17
參照圖20，在光學成像系統500中，BFL變化量維持在為5微米的水準。
圖21示出根據第六實例的光學成像系統600。圖22是示出光學成像系統600的像差的曲線圖。圖23是示出光學成像系統600的根據場而變化的解析力的曲線圖。圖24是示出光學成像系統600中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
光學成像系統600包括第一透鏡610、第二透鏡620、第三透鏡630、第四透鏡640、第五透鏡650、第六透鏡660及第七透鏡670，且可更包括孔徑光闌AS、濾波器IRCF及影像平面IP。影像平面IP上可另外設置有單獨的濾波器F。濾波器(F)可用於保護影像平面IP。在實例中，孔徑光闌AS位於第二透鏡620與第三透鏡630之間。
在實例中，第一透鏡610及第三透鏡630由玻璃形成，且其他透鏡由塑膠形成。
表11示出每一透鏡的特性(曲率半徑、透鏡的厚度或透鏡之間的距離、折射率、阿貝數及焦距)。表11進一步示出每一透鏡的根據溫度的折射率變化速率(dn/dT)、熱膨脹係數(CTE)及vt值。
Figure 110127363-A0305-02-0035-18
第一透鏡610具有負的折射力，第一透鏡610的物體側表面是凸的，且第一透鏡610的影像側表面是凹的。
第二透鏡620具有負的折射力，第二透鏡620的物體側表面是凹的，且第二透鏡620的影像側表面是凸的。
第三透鏡630具有正的折射力，第三透鏡630的物體側表面是凸的，且第三透鏡630的影像側表面是凸的。
第四透鏡640具有正的折射力，第四透鏡640的物體側表面是凸的，且第四透鏡640的影像側表面是凸的。
第五透鏡650具有負的折射力，第五透鏡650的物體側表面是凹的，且第五透鏡650的影像側表面是凹的。
第六透鏡660具有正的折射力，第六透鏡660的物體側表面是凸的，且第六透鏡660的影像側表面是凸的。第六透鏡660可在影像側表面上具有至少一個拐點。舉例而言，第六透鏡660的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第六透鏡660的影像側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。
第七透鏡670具有負的折射力，第七透鏡670的物體側表面是凸的，且第七透鏡670的影像側表面是凹的。第七透鏡670可在物體側表面及影像側表面中的至少一者上具有至少一個拐點。舉例而言，第七透鏡670的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第七透鏡670的影像側表面可在近軸區域中為凹的，且在除近軸區域以外的區域中為凸的。
第二透鏡620及第四透鏡640至第七透鏡670的相應表面具有如表12中所示的非球面係數。
[表12]
Figure 110127363-A0305-02-0037-19
參照圖24，在光學成像系統600中，BFL變化量維持在為3微米的水準。
圖25示出根據第七實例的光學成像系統700。圖26是示出光學成像系統700的像差的曲線圖。圖27是示出光學成像系統700的根據場而變化的解析力的曲線圖。圖28是示出光學成像系統700中根據溫度的BFL變化的曲線圖。
光學成像系統700包括第一透鏡710、第二透鏡720、第三透鏡730、第四透鏡740、第五透鏡750、第六透鏡760及第七透鏡770，且可更包括孔徑光闌AS、濾波器IRCF及影像平面IP。影像平面IP上可另外設置有單獨的濾波器F。濾波器(F)可用於保護影像平面IP。在實例中，孔徑光闌AS位於第二透鏡720與第三透鏡730之間。
在實例中，第一透鏡710及第三透鏡730由玻璃形成，且其他透鏡由塑膠形成。
表13示出每一透鏡的特性(曲率半徑、透鏡的厚度或透鏡之間的距離、折射率、阿貝數及焦距)。表13進一步示出每一透鏡的根據溫度的折射率變化速率(dn/dT)、熱膨脹係數(CTE)及vt值。
Figure 110127363-A0305-02-0038-20
第一透鏡710具有負的折射力，第一透鏡710的物體側表面是凸的，且第一透鏡710的影像側表面是凹的。
第二透鏡720具有負的折射力，第二透鏡720的物體側表面是凹的，且第二透鏡720的影像側表面是凸的。
第三透鏡730具有正的折射力，第三透鏡730的物體側表面是凸的，且第三透鏡730的影像側表面是凸的。
第四透鏡740具有正的折射力，第四透鏡740的物體側表面是凸的，且第四透鏡740的影像側表面是凸的。
第五透鏡750具有負的折射力，第五透鏡750的物體側表面是凹的，且第五透鏡750的影像側表面是凹的。
第六透鏡760具有正的折射力，第六透鏡760的物體側表面是凸的，且第六透鏡760的影像側表面是凸的。第六透鏡760可在影像側表面上具有至少一個拐點。舉例而言，第六透鏡760的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第六透鏡760的影像側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。
第七透鏡770具有負的折射力，第七透鏡770的物體側表面是凸的，且第七透鏡770的影像側表面是凹的。第七透鏡770可在物體側表面及影像側表面中的至少一者上具有至少一個拐點。舉例而言，第七透鏡770的物體側表面可在近軸區域中為凸的，且在除近軸區域以外的區域中為凹的。第七透鏡770的影像側表面可在近軸區域中為凹的，且在除近軸區域以外的區域中為凸的。
第一透鏡710、第二透鏡720及第四透鏡740至第七透鏡770的相應表面具有如表14中所示的非球面係數。
[表14]
Figure 110127363-A0305-02-0040-21
參照圖28，在光學成像系統700中，BFL變化量維持在為7微米的水準。
表15示出根據相應實例的所述光學成像系統的條件表達式的值。
Figure 110127363-A0305-02-0040-22
如上所述，根據各種實例的光學成像系統即使在寬的溫度範圍中亦可提供相對高品質的解析度。另外，所述光學成像系 統可被配置成使得即使在寬的溫度範圍中，BFL變化亦顯著小，且因此，焦距可維持在特定水準。
儘管本揭露包括具體實例，然而對於此項技術中具有通常知識者而言將顯而易見，在不背離申請專利範圍及其等效範圍的精神及範圍的條件下，可對該些實例作出形式及細節上的各種改變。本文中所述實例僅被視為是說明性的，而非用於限制目的。對每一實例中的特徵或態樣的說明要被視為可應用於其他實例中的相似特徵或態樣。若所闡述的技術被以不同的次序執行，及/或若所闡述的系統、架構、裝置或電路中的組件以不同的方式組合及/或被其他組件或其等效物替換或補充，則可達成適合的結果。因此，本揭露的範圍並非由詳細說明來界定，而是由申請專利範圍及其等效範圍來界定，且在申請專利範圍及其等效範圍的範圍內的所有變化要被解釋為包括於本揭露中。
100:光學成像系統 110:第一透鏡 120:第二透鏡 130:第三透鏡 140:第四透鏡 150:第五透鏡 160:第六透鏡 170:第七透鏡 AS:孔徑光闌 F、IRCF:濾波器 IP:影像平面

Claims (12)

  1. 一種光學成像系統，包括： 第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡，自物體側依序設置， 其中|Pnu| [10 -6℃ -1mm -1] ≦ 30，其中Pnu是∑Pnui，其中i = 1, 2, …, 7，Pnui是1/(vti•fi)，vti是[DTni/(ni-1) - CTEi] -1，fi是第i透鏡的有效焦距，ni是所述第i透鏡的折射率，DTni是所述第i透鏡的所述折射率根據溫度的變化的速率（dni/dT），且CTEi是所述第i透鏡的熱膨脹係數。
  2. 如請求項1所述的光學成像系統，其中 0.4 ≦ f/f3，其中f是所述光學成像系統的有效焦距，且f3是所述第三透鏡的有效焦距。
  3. 如請求項2所述的光學成像系統，更包括設置於所述第二透鏡與所述第三透鏡之間的孔徑光闌。
  4. 如請求項1所述的光學成像系統，其中|Pnu3/Pnu| ＜ 0.2。
  5. 如請求項1所述的光學成像系統，其中所述第三透鏡由玻璃構成，且所述第二透鏡、所述第四透鏡、所述第五透鏡、所述第六透鏡及所述第七透鏡由塑膠構成。
  6. 如請求項1所述的光學成像系統，其中-2.0 ＜ ∑ 1/(DTni·fi) [10 4℃ mm -1] ＜ 20.0，其中i = 1, 2, …, 7。
  7. 如請求項1所述的光學成像系統，其中0.2 ＜ DTnF/DTnR ＜ 0.6，其中DTnF是所述第一透鏡與所述第二透鏡的DTn值之和，即∑DTni（i = 1, 2），且DTnR是所述第三透鏡至所述第七透鏡的DTn值之和，即∑DTni（i = 3, 4, …, 7）。
  8. 如請求項1所述的光學成像系統，其中-620 ＜ DTnT [10 -6℃ -1] ＜ -450，其中DTnT是所述第一透鏡至所述第七透鏡的DTn值之和，即∑DTni（i = 1, 2, …, 7）。
  9. 如請求項1所述的光學成像系統，其中-220 ＜ DTnF [10 -6℃ -1] ＜ -100，其中DTnF是所述第一透鏡與所述第二透鏡的DTn值之和，即∑DTni（i = 1, 2）。
  10. 如請求項1所述的光學成像系統，其中-400 ＜ DTnR [10 -6℃ -1] ＜ -300，其中DTnR是所述第三透鏡至所述第七透鏡的DTn值之和，即∑DTni（i = 3, 4, …, 7）。
  11. 如請求項1所述的光學成像系統，其中所述第七透鏡的物體側表面是凸的，且所述第七透鏡的影像側表面是凹的。
  12. 如請求項1所述的光學成像系統，其中所述第一透鏡具有負的折射力，所述第三透鏡具有正的折射力，所述第四透鏡具有正的折射力，所述第五透鏡具有負的折射力，且所述第六透鏡具有正的折射力。
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