TWI845838B - 光學成像系統、取像模組及電子裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種光學成像系統、取像模組及電子裝置。所述光學成像系統由物側到像側依次包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡，所述光學成像系統滿足以下條件式：95°/mm<FOV/TL5<105/mm,1mm-1<FNO/TL4<1.5mm-1；其中，FOV為光學成像系統的最大視場角，TL5為第五透鏡的物側面至成像面在光軸方向的距離，FNO為光學成像系統的光圈數，TL4為第四透鏡的物側面至成像面在光軸方向的距離。上述的光學成像系統實現了輕薄化及較短的總長，降低了雜散光的形成，具有較好的成像品質。
Description
本申請涉及光學成像技術領域，具體涉及一種光學成像系統、取像模組及電子裝置。
近年來，隨著具有攝影功能的可攜式電子產品的興起，光學成像系統的需求日漸提高。一般光學成像系統的感光元件為感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor,CMOSSensor)，隨著半導體制程技術的精進，感光元件的圖元尺寸得以縮小，光學成像系統逐漸往高圖元領域發展，對成像品質的要求也日益增加。
傳統搭載於可攜式電子產品上的光學成像系統，採用四片式透鏡結構為主，隨著智慧手機(Smart Phone)與PDA(Personal Digital Assistant)等電子裝置的盛行，光學成像系統在圖元與成像品質上也獲得了迅速攀升，但已知的四片式的光學成像系統無法滿足更高階的攝影系統，例如具有廣角或長焦的功能。目前的五片式光學成像系統，在成像品質良好的基礎上，可具有廣角或長焦的單一功能，但光學成像系統的總長度不易縮短，有礙於小型化電子產品的應用。
鑒於上述狀況，有必要提供一種光學成像系統、取像模組及電子裝置，以解決上述問題。
本申請的實施例提供了一種光學成像系統，由物側到像側依次包括：第一透鏡，所述第一透鏡的像側面在近光軸處為凹面；第二透鏡，具有正屈折力；第三透鏡，具有負屈折力，所述第三透鏡的像側面在近光軸處為凹面；第四透鏡，具有正屈折力；及第五透鏡，具有正屈折力；所述光學成像系統滿足以下條件式：95°/mm<FOV/TL5<105/mm,1mm-1<FNO/TL4<1.5mm-1；其中，FOV為所述光學成像系統的最大視場角，TL5為所述第五透鏡的物側面至成像面在光軸方向的距離，FNO為所述光學成像系統的光圈數，TL4為所述第四透鏡的物側面至所述成像面在光軸方向的距離。
上述的光學成像系統藉由紧凑的空间排布與合理的屈折力分配，實現了輕薄化及較短的總長，有利於小型化電子產品的應用；在滿足上述條件時，可使入射光線在進入光學成像系統時其折射角度變化較為平緩，可有效避免光學成像系統像差的過度增生，並可降低雜散光的形成，成像品質較好，且具有較大焦距，可用於清楚拍攝遠景，又具有大視場角，可清楚拍攝近景。
本申請的實施例還提出了一種取像模組，包括：上述的光學成像系統；及感光元件，所述感光元件設置在所述光學成像系統的像側。
本申請的實施例還提出了一種電子裝置，包括：殼體；及如上述的取像模組，所述取像模組安裝在所述殼體上。
L0:虛擬面
L1:第一透鏡
L2:第二透鏡
L3:第三透鏡
L4:第四透鏡
L5:第五透鏡
L6:濾光片
STO:光闌
IMA:成像面
S1、S3、S6、S8、S10、S12、S14:物側面
S2、S4、S7、S9、S11、S13、S15:像側面
10:光學成像系統
20:感光元件
100:取像模組
200:電子裝置
210:殼體
圖1為本申請第一實施例的光學成像系統的結構圖。
圖2為本申請第一實施例的光學成像系統的場曲及畸變曲線圖。
圖3為本申請第二實施例的光學成像系統的結構圖。
圖4為本申請第二實施例的光學成像系統的場曲及畸變曲線圖。
圖5為本申請第三實施例的光學成像系統的結構圖。
圖6為本申請第三實施例的光學成像系統的場曲及畸變曲線圖。
圖7為本申請第四實施例的光學成像系統的結構圖。
圖8為本申請第四實施例的光學成像系統的場曲及畸變曲線圖。
圖9為本申請實施例的取像模組的結構示意圖。
圖10為本申請實施例的電子裝置的結構示意圖。
請參見圖1，本申請的實施例提出了一種光學成像系統10，從物側至像側依次包括具有屈折力的第一透鏡L1、具有負屈折力的第二透鏡L2、具有正屈折力的第三透鏡L3、具有負屈折力的第四透鏡L4及具有正屈折力的第五透鏡L5。
第一透鏡L1具有物側面S3及像側面S4；第二透鏡L2具有物側面S6及像側面S7；第三透鏡L3具有物側面S8及像側面S9；第四透鏡L4具有物側面S10及像側面S11；第四透鏡L5具有物側面S12及像側面S13。在圖1中，為了設計需要，還需要設置一虛擬面L0，虛擬面L0具有物側面S1與像側面S2。
其中，虛擬面L0的像側面S2與第一透鏡L1的物側面S3相接。第一透鏡L1的像側面S4在近光軸處為凹面；第三透鏡L3的像側面S9在近光軸處為凹面；第四透鏡L4的物側面S10在近光軸處為凸面，第四透鏡L4的像側面S11在近光軸處為凸面；第五透鏡L5的像側面S13在近光軸處為凹面，第五透鏡L5的像側面S13在近邊緣處為凸面，第五透鏡L5的物側面S12與像側面S13中的至少一者為非球面。
在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下條件式：95°/mm<FOV/TL5<105/mm,1mm-1<FNO/TL4<1.5mm-1；其中，FOV為光學成像系統10的最大視場角，TL5為第五透鏡L5的物側面S12至成像面IMA在光軸方向的距離，FNO為光學成像系統10的光圈數，TL4為第四透鏡L4的物側面S10至成像面IMA在光軸方向的距離。在滿足上述條件時，可使入射光線在進入光學成像系統10時其折射角度變化較為與緩，可有效避免光學成像系統10像差的過度增生，並可降低雜散光的形成，成像品質較好，且具有較大焦距，可用於清楚拍攝遠景，又具有大視場角，可清楚拍攝近景。
在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下關係式：1.5<Imgh/f<2.0；其中，Imgh為光學成像系統10的最大視場角所對應的像高的一半，f為光學成像系統10的焦距。如此，有助於提升光學成像系統10的望遠特性。
在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下關係式：
0.75<(V2+V3+V5)/(V1+V4)<1；其中，V1為第一透鏡L1的色散係數，V2為第二透鏡L2的色散係數，V3為第三透鏡L3的色散係數，V4為第四透鏡L4的色散係數，V5為第五透鏡L5的色散係數。如此，可在色差修正與像散修正之間取得良好平衡。
在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下關係式：3<TL1/f<3.5；其中，TL1為第一透鏡L1的物側面S3至成像面IMA在光軸方向的距離，f為光學成像系統10的焦距。如此，可縮短光學成像系統10的總長度，同時令光學成像系統10具有望遠特性。
在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下條件式：f/EPD<2.5；其中，f為光學成像系統10的焦距，EPD為光學成像系統10的入瞳直徑。如此，f與EPD的比值能夠得到合理配置，以控制光學成像系統10的進光量與光圈數，使光學成像系統10具有大光圈的效果以及較遠的景深範圍，進而使光學成像系統10對無限遠物體能夠清晰成像的同時，對近處的物體也能夠有優良的解像力，提高光學成像系統10的成像品質。
在一些實施例中，光學成像系統10滿足以下條件式：2.4<V4/V5<3.0；其中，V4為第四透鏡L4的色散係數，V5為第五透鏡L5的色散係數。如此，有助於修正色差。
在一些實施例中，光學成像系統10還包括光闌STO。光闌STO可以設置在任意一個透鏡的表面上，或設置在第一透鏡L1之前，或設置在任意兩個透鏡之間，或設置在第四透鏡L4的像側面S9。例如，在圖1中，光闌STO設置在第二透鏡L2的物側面S6上，該光闌的種類可為耀光光闌(Glare Stop)或視場光闌(Field Stop)等，用以減少雜散光，有助於提升影像品質。
在一些實施例中，光學成像系統10還包括紅外濾光片L6，紅外濾光片L6具有物側面S14及像側面S15。紅外濾光片L6設置在第五透鏡L5的像側，以濾除例如可見光等其他波段的光線，而僅讓紅外光藉由，以使光學成像系統10能夠在昏暗的環境及其他特殊的應用場景下也能成像。
上述的光學成像系統10藉由緊湊的空間排布與合理的屈折力分配，實現了輕薄化及較短的總長，有利於小型化電子產品的應用；在滿足上述條件時，可使入射光線在進入光學成像系統10時其折射角度變化較為平緩，可有效避免光學成像系統像差10的過度增生，並可降低雜散光的形成，成像品質較好，且具有較大焦距，可用於清楚拍攝遠景，又具有大視場角，可清楚拍攝近景。
第一實施例
請參見圖1，本實施例中的光學成像系統10中，從物側至像側包括具有屈折力的第一透鏡L1、光闌STO、具有正屈折力的第二透鏡L2、具有負屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4、具有正屈折力的第五透鏡L5及紅外濾光片L6。
第一透鏡L1的物側面S3在近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S4在近光軸處為凹面。第二透鏡L2的物側面S6在近光軸處為凸面，第二透鏡L2的像側面S7在近光軸處為凸面。第三透鏡L3的物側面S8在近光軸處為凹面，第三透鏡L3的像側面S9在近光軸處為凹面。第四透鏡L4的物側面S10在近光軸處為凸面，第四透鏡L4的像側面S11在近光軸處為凸面。第五透鏡L5的物側面S12在近光軸處為凸面，第五透鏡L5的像側面S13在近光軸處為凹面。
當光學成像系統10用於成像時，被攝物發出或反射的光線從物側方向進入光學成像系統10，並依次穿過第一透鏡L1、光闌STO、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5及紅外濾光片L6，最終彙聚到成像面IMA上。
表格1示出了本實施例的光學成像系統的特性，焦距、折射率及阿貝數的參考波長為558nm，Y半徑、厚度與焦距的單位均為毫米(mm)。
需要說明的為，光學成像系統10的透鏡的表面可能為非球面，對於這些非球面的表面，非球面表面的非球面方程式為：
其中，Z表示透鏡面中與Z軸平行的高度，r表示從頂點起的徑向距離，c表示頂點處表面的曲率，k表示圓錐常數，A4、A6、A8、A10、A12分別表示4階、6階、8階、10階、12階對應階次的非球面係數。在本申請實施例中，第一透鏡至第五透鏡的物側面與像側面均為非球面，各非球面的表面對應的圓錐常數k與非球面係數如表格2所示。
圖2示出了本申請實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線圖，場曲與畸變的參考波長為455nm，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧失場曲與子午場曲的最大值均小於0.3mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於20%，畸變也得到了較好的校正。
第二實施例
請參見圖3，本實施例中的光學成像系統10中，從物側至像側包括具有屈折力的第一透鏡L1、光闌STO、具有正屈折力的第二透鏡L2、具有負屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4、具有正屈折力的第五透鏡L5及紅外濾光片L6。
第一透鏡L1的物側面S3在近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S4在近光軸處為凹面。第二透鏡L2的物側面S6在近光軸處為凸面，第二透鏡L2的像側面S7在近光軸處為凸面。第三透鏡L3的物側面S8在近光軸處為凹面，第三透鏡L3的像側面S9在近光軸處為凹面。第四透鏡L4的物側面S10在近光軸處為凸面，第四透鏡L4的像側面S11在近光軸處為凸面。第五透鏡L5的物側面S12在近光軸處為凸面，第五透鏡L5的像側面S13在近光軸處為凹面。
當光學成像系統10用於成像時，被攝物發出或反射的光線從物側方向進入光學成像系統10，並依次穿過第一透鏡L1、光闌STO、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5及紅外濾光片L6，最終彙聚到成像面IMA上。
表格3示出了本實施例的光學成像系統的特性，焦距、折射率及阿貝數的參考波長為558nm，Y半徑、厚度與焦距的單位均為毫米(mm)。
圖4示出了本申請實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線圖，場曲與畸變的參考波長為455nm，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧失場曲與子午場曲的最大值均小於0.3mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於20%，畸變也得到了較好的校正。
第三實施例
請參閱圖5，本實施例中的光學成像系統10中，從物側至像側包括具有屈折力的第一透鏡L1、光闌STO、具有正屈折力的第二透鏡L2、具有負屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4、具有正屈折力的第五透鏡L5及紅外濾光片L6。
第一透鏡L1的物側面S3在近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S4在近光軸處為凹面。第二透鏡L2的物側面S6在近光軸處為凸面，第二透鏡
L2的像側面S7在近光軸處為凸面。第三透鏡L3的物側面S8在近光軸處為凹面，第三透鏡L3的像側面S9在近光軸處為凹面。第四透鏡L4的物側面S10在近光軸處為凸面，第四透鏡L4的像側面S11在近光軸處為凸面。第五透鏡L5的物側面S12在近光軸處為凸面，第五透鏡L5的像側面S13在近光軸處為凹面。
當光學成像系統10用於成像時，被攝物發出或反射的光線從物側方向進入光學成像系統10，並依次穿過第一透鏡L1、光闌STO、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5及紅外濾光片L6，最終彙聚到成像面IMA上。
表格5示出了本實施例的光學成像系統的特性，焦距、折射率及阿貝數的參考波長為558nm，Y半徑、厚度與焦距的單位均為毫米(mm)。
圖6示出了本申請實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線圖，場曲與畸變的參考波長為455nm，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧失場曲與子午場曲的最大值均小於0.3mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於20%，畸變也得到了較好的校正。
第四實施例
請參閱圖7，本實施例中的光學成像系統10中，從物側至像側包括具有屈折力的第一透鏡L1、光闌STO、具有正屈折力的第二透鏡L2、具有負屈折力的第三透鏡L3、具有正屈折力的第四透鏡L4、具有正屈折力的第五透鏡L5及紅外濾光片L6。
第一透鏡L1的物側面S3在近光軸處為凸面，第一透鏡L1的像側面S4在近光軸處為凹面。第二透鏡L2的物側面S6在近光軸處為凸面，第二透鏡L2的像側面S7在近光軸處為凸面。第三透鏡L3的物側面S8在近光軸處為凹面，第三透鏡L3的像側面S9在近光軸處為凹面。第四透鏡L4的物側面S10在近光軸處為凸面，第四透鏡L4的像側面S11在近光軸處為凸面。第五透鏡L5的物側面S12在近光軸處為凸面，第五透鏡L5的像側面S13在近光軸處為凹面。
當光學成像系統10用於成像時，被攝物發出或反射的光線從物側方向進入光學成像系統10，並依次穿過第一透鏡L1、光闌STO、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5及紅外濾光片L6，最終彙聚到成像面IMA上。
表格7示出了本實施例的光學成像系統的特性，焦距、折射率及阿貝數的參考波長為558nm，Y半徑、厚度與焦距的單位均為毫米(mm)。
圖8示出了本申請實施例的光學成像系統10的場曲與畸變曲線圖，場曲與畸變的參考波長為455nm，場曲曲線表示子午像面彎曲與弧矢像面彎曲，其中弧失場曲與子午場曲的最大值均小於0.3mm，得到了較好的補償；畸變曲線表示不同視場角對應的畸變大小值，其中最大畸變小於20%，畸變也得到了較好的校正。
表格9示出了第一實施例至第四實施例的光學成像系統中FOV/TL5、FNO/TL4、Imgh/f、(V2+V3+V5)/(V1+V4)、TL1/f、f/EPD與V4/V5的值。
請參見圖9，本申請實施例的光學成像系統10可應用於本申請實施例的取像模組100。取像模組100包括感光元件20及上述任一實施例的光學成像系統10。感光元件20設置在光學成像系統10的像側。
感光元件20可以採用互補金屬氧化物半導體(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)影像感測器或者電荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)。
請參見圖10，本申請實施例的取像模組100可應用於本申請實施例的電子裝置200。電子裝置200包括殼體210及取像模組100，取像模組100安裝在殼體210上。
本申請實施例的電子裝置200包括但不限於為行車記錄儀、智慧手機、平板電腦、筆記型電腦、電子書籍閱讀器、便攜多媒體播放機(PMP)、便攜電話機、視頻電話機、數碼靜物相機、移動醫療裝置、可穿戴式設備等支援成像的電子裝置。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。
L0:虛擬面
L1:第一透鏡
L2:第二透鏡
L3:第三透鏡
L4:第四透鏡
L5:第五透鏡
L6:濾光片
STO:光闌
IMA:成像面
S1、S3、S6、S8、S10、S12、S14:物側面
S2、S4、S7、S9、S11、S13、S15:像側面
10:光學成像系統
Claims (10)
- 一種光學成像系統，其改良在於，由物側到像側依次包括：第一透鏡，所述第一透鏡的像側面在近光軸處為凹面；第二透鏡，具有正屈折力；第三透鏡，具有負屈折力，所述第三透鏡的像側面在近光軸處為凹面；第四透鏡，具有正屈折力；及第五透鏡，具有正屈折力；所述光學成像系統滿足以下條件式：95°/mm<FOV/TL5<105/mm,1mm-1<FNO/TL4<1.5mm-1；其中，FOV為所述光學成像系統的最大視場角，TL5為所述第五透鏡的物側面至成像面在光軸方向的距離，FNO為所述光學成像系統的光圈數，TL4為所述第四透鏡的物側面至所述成像面在光軸方向的距離。
- 如請求項1所述之光學成像系統，所述第四透鏡的物側面在近光軸處為凸面，所述第四透鏡的像側面在近光軸處為凸面。
- 如請求項1所述之光學成像系統，所述第五透鏡的像側面在近光軸處為凹面，所述第五透鏡的像側面在近邊緣處為凸面，所述第五透鏡的物側面與像側面中的至少一者為非球面。
- 如請求項1所述之光學成像系統，所述光學成像系統滿足以下關係式：1.5<Imgh/f<2.0；其中，Imgh為所述光學成像系統的最大視場角所對應的像高的一半，f為所述光學成像系統的有效焦距。
- 如請求項1所述之光學成像系統，所述光學成像系統滿足以下關係式：0.75<(V2+V3+V5)/(V1+V4)<1；其中，V1為所述第一透鏡的色散係數，V2為所述第二透鏡的色散係數，V3為所述第三透鏡的色散係數，V4為所述第四透鏡的色散係數，V5為所述第五透鏡的色散係數。
- 如請求項1所述之光學成像系統，所述光學成像系統滿足以下關係式：3<TL1/f<3.5；其中，TL1為所述第一透鏡的物側面至成像面在光軸方向的距離，f為所述光學成像系統的有效焦距。
- 如請求項1所述之光學成像系統，所述光學成像系統滿足以下條件式：f/EPD<2.5；其中，f為所述光學成像系統的有效焦距，EPD為所述光學成像系統的入瞳直徑。
- 如請求項1所述之光學成像系統，所述光學成像系統滿足以下條件式：2.4<V4/V5<3.0；其中，V4為所述第四透鏡的色散係數，V5為所述第五透鏡的色散係數。
- 一種取像模組，包括：如請求項1至8中任意一項所述的光學成像系統；及感光元件，所述感光元件設置在所述光學成像系統的像側。
- 一種電子裝置，包括：殼體；及如請求項9所述的取像模組，所述取像模組安裝在所述殼體上。
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