專利名稱：薄型光學系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種薄型光學系統，特別是關于一種應用于電子產品上的小型化薄型光學系統。
背景技術：
由于科技的進步，現在的電子產品發展的趨勢主要為朝向小型化，例如小型或薄型的數碼相機Digital Still Camera、網絡相機Web camera、移動電話鏡頭mobile phone camera等，高分辨率且高成像質量雖為用戶的需求，但小型且薄型化更是使用者的迫切需求。在小型電子產品的光學系統，現有二鏡片式、三鏡片式、四鏡片式及五鏡片式以上的不同設計，然而以成本考慮，二鏡片式使用的透鏡較少，其成本較具優勢。在小型數碼相機、網絡相機、移動電話鏡頭等產品，其光學系統要求小型化、焦距短、像差調整良好；以正屈光力的第一透鏡、正屈光力的第二透鏡或其他組合的設計，最可能達到小型化的需求，如美國專利 US7, 110，190、US7, 088，528、US2004/0160680 ；歐洲專利 EP1793252 ；日本專利公開號 JP2007-156031、JP2006-154517 ；臺灣專利 TWM320680、TWM;350713、TWI232325 ；中國專利CN101046544等。然而，這些專利所公開的光學系統，其鏡頭總長仍應進一步再縮小；對于用戶需求之小型光學系統設計，如美國專利US2006/0221467、日本專利JP2005121685、 JP2006154517日本專利JP20040281830、臺灣專利公開TW201015137使用正-負或負-正屈光力的組合，使鏡頭長度降低。但這些現有的技術中，采用直接縮短后焦距，雖可有效縮短鏡頭總長，但需付出調焦困難、像差修正不良或成像畸變難以降低的缺點。

發明內容
為此，本發明提出更實用性的設計，在縮短光學系統同時，利用二個透鏡的屈光力、凸面與凹面的組合，除有效縮短光學系統的總長度外，進一步可提高成像質量，以應用于小型電子產品上。本發明主要目的在于提供一種薄型光學系統，沿著光軸排列由物側至像側依序包含第一透鏡與第二透鏡；其中，第一透鏡為雙凸透鏡，為具有正屈光力，其第一透鏡物側光學面及第一透鏡像側光學面皆為非球面所構成；其中，第二透鏡為具有負屈光力，第二透鏡物側光學面為凹面、第二透鏡像側光學面為凸面，其第二透鏡物側光學面及第二透鏡像側光學面皆為非球面；該薄型光學系統滿足下列關系式之一或其組合V2 < 25(1)N2 < 1. 75(2)-2. 0 < f/f2 < -0. 5(3)1. 2 < R2/R3 < 2. 5(4)其中，該第二透鏡之色散系數為V2，該第二透鏡之折射率為N2，該薄型光學系統之焦距為f，該第二透鏡之焦距為f2 ；該第一透鏡像側光學面的曲率半徑為&，該第二透鏡物側光學面之曲率半徑為r3。另一方面，本發明提供一種薄型光學系統，沿著光軸排列由物側至像側依序包含 第一透鏡、第二透鏡，另包含光圈及影像感測組件；其中，該第一透鏡與第二透鏡的材質為塑料；其中，第一透鏡為雙凸透鏡，為具有正屈光力，其第一透鏡物側光學面及第一透鏡像側光學面皆為非球面所構成；其中，第二透鏡為具有負屈光力，第二透鏡物側光學面為凹面、第二透鏡像側光學面為凸面，其第二透鏡物側光學面及第二透鏡像側光學面皆為非球面，且該第二透鏡物側面及像側光學面其中設置有至少一個反曲點；該影像感測組件設置于該第一透鏡與該第二透鏡組合后的成像面的位置上，即將影像感測組件的成像面設置于該成像面上；對于不同的應用，可分別滿足下列關系式0. 9 < SL/TTL <1.2(5)0. 0 < (f/f!) + (f/f2) < 1. 2(6)31 < V1-V2 < 42(7)-7. 0 < R1ZR2 < -3. 5(8)-3. 5 < (R3+R4) / (R3-R4) < -2. 0 (9)0. 5 < T12/CT2 < 1. 25(10)0. 1 < SAG22A22 < 0. 2(11)1. 5 < R2/R3 <1.9(12)TTL/ImgH < 2. 5(13)其中，如上關系式(6)對于不同應用時，優選為0. 5 < (f/f!) + (f/f2) < 0. 9 (15)其中，SL為光圈至該成像面于光軸上的距離；TTL為光軸上第一透鏡的物側光學面至該成像面的距離；f為薄型光學系統的焦距；f\為第一透鏡的焦距；f2為第二透鏡的焦距；Vl為第一透鏡的色散系數；v2為第二透鏡的色散系數氓為第一透鏡物側光學面的曲率半徑出2為第一透鏡像側光學面的曲率半徑；民為第二透鏡物側光學面的曲率半徑；R4為第二鏡的像側光學面的曲率半徑；T12為在光軸上，第一透鏡像側光學面至第二透鏡物側光學面的厚度(thickness)，該厚度即為第一透鏡像側光學面至第二透鏡物側光學面在光軸上的空氣間距；CT2為在光軸上，第二透鏡厚度；Y22為第二透鏡的像側光學面上光線通過的最大范圍位置與光軸的垂直距離；SAG22為第二透鏡的像側光學面上距離光軸為\2的位置與相切于第二透鏡光軸頂點上的切面的距離JmgH為影像感測組件有效感測區域對角線長的一半。本發明根據上述的第一透鏡與第二透鏡，在光軸上以適當的間距組合配置，可有效縮短光學系統鏡頭的全長、增大光學系統的視場角，更能獲得較高的分辨率。本發明薄型光學系統中，該第一透鏡具正屈光力，提供系統所需的部分屈光力，有助于縮短該薄型光學系統的總長度；該第二透鏡具負屈光力，可有效對具正屈光力的該第一透鏡所產生的像差做補正、修正系統的佩茲伐和數(Petzval Sum)，使周邊像面變得更平，且同時有利于修正系統的色差，以提高該薄型光學系統的分辨率；藉由第一透鏡與第二透鏡，可使該薄型光學系統后焦距減少，有利于縮短光學系統的光學總長度，以促進光學系統的小型化。本發明薄型光學系統中，該第一透鏡為一雙凸透鏡，可有效加強該第一透鏡的屈光力配置，進而使得該薄型光學系統的總長度變得更短；該第二透鏡的物側光學面為凹面， 可有效延伸光學系統的后焦距，以確保影像感測組件的有效感測區域均可接收到進入該薄型光學系統的光線。其中，影像感測組件可為tXD(Charge Coupled Device)感光組件、 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor)感光組件或感光膠卷等，且并不局限于此。本發明薄型光學系統中，該第一透鏡與該第二透鏡使用的材質可使用塑料或玻璃材料所制成，且并不局限于此，但在折射率與色散系數則須滿足光學效果或影像成像的光學條件。本發明另一個主要目的在于提供一種薄型光學系統，沿著光軸排列由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡，另包含光圈及影像感測組件；其中，第一透鏡為雙凸透鏡， 為具有正屈光力，其第一透鏡物側光學面及第一透鏡像側光學面皆為非球面所構成；其中， 第二透鏡為具有負屈光力，第二透鏡物側光學面為凹面、第二透鏡像側光學面為凸面，其第二透鏡物側光學面及第二透鏡像側光學面皆為非球面；其中，影像感測組件設置于成像面處，可將被攝物拍攝成像；該薄型光學系統滿足下列關系式之一或其組合0. 0 < (f/f!) + (f/f2) < 1. 2 (6)31 < V1-V2 < 42(7)-7. 0 < R1ZR2 < -3. 5(8)0. 5 < T12/CT2 < 1. 25(10)其中，V1為第一透鏡的色散系數；v2為第二透鏡的色散系數氓為第一透鏡物側光學面的曲率半徑出2為第一透鏡像側光學面的曲率半徑；T12為在光軸上，第一透鏡像側光學面至第二透鏡物側光學面的厚度(thickness)，該厚度即為第一透鏡像側光學面至第二透鏡物側光學面在光軸上的空氣間距；CT2為在光軸上，第二透鏡厚度；f為薄型光學系統的焦距；為第一透鏡的焦距；f2為第二透鏡的焦距。另一方面，本發明對于不同的應用，其中，該第一透鏡與第二透鏡的材質為塑料； 且該第二透鏡物側面及像側光學面其中設置有至少一個反曲點；可分別滿足下列關系式之一或其組合-2. 0 < f/f2 < -0. 5(3)0. 9 < SL/TTL <1.2(5)-3. 5 < (R3+R4) / (R3-R4) < -2. 0 (9)0. 1 < SAG22A22 < 0. 2(11)1. 5 < R2/R3 <1.9(12)0. 5 < (f/f!) + (f/f2) < 0. 9(15)其中，SL為光圈至該成像面于光軸上的距離；TTL為光軸上第一透鏡的物側光學面至成像面的距離；f為薄型光學系統的焦距；為第一透鏡的焦距；f2為第二透鏡的焦距；Vl為第一透鏡的色散系數；v2為第二透鏡的色散系數氓為第一透鏡物側光學面的曲率半徑出2為第一透鏡像側光學面的曲率半徑；民為第二透鏡物側光學面的曲率半徑；R4為第二鏡的像側光學面的曲率半徑；T12為在光軸上，第一透鏡像側光學面至第二透鏡物側光學面的厚度(thickness)，該厚度即為第一透鏡像側光學面至第二透鏡物側光學面在光軸上的空氣間距；CT2為在光軸上，第二透鏡厚度；Y22為第二透鏡的像側光學面上光線通過的最大范圍位置與光軸的垂直距離；SAG22為第二透鏡的像側光學面上距離光軸為\2的位置與相切于第二透鏡光軸頂點上的切面的距離。本發明根據上述的第一透鏡與第二透鏡的組合配置，可有效縮短光學系統鏡頭的全長、增大光學系統的視場角，更能獲得較高的分辨率。


圖IA為本發明第一實施例的光學系統示意圖；圖IB為本發明第一實施例的像差曲線圖；圖2A為本發明第二實施例的光學系統示意圖；圖2B為本發明第二實施例的像差曲線圖；圖3A為本發明第三實施例的光學系統示意圖；圖;3B為本發明第三實施例的像差曲線圖；圖4A為本發明第四實施例的光學系統示意圖；圖4B為本發明第四實施例的像差曲線圖；圖5A為本發明第五實施例的光學系統示意圖；圖5B為本發明第五實施例的像差曲線圖；圖6A為本發明第六實施例的光學系統示意圖；圖6B為本發明第六實施例的像差曲線圖；圖7系表一，為本發明第一實施例的光學數據；圖8系表二，為本發明第一實施例的非球面數據；圖9系表三，為本發明第二實施例的光學數據；圖10系表四，為本發明第二實施例的非球面數據；圖11系表五，為本發明第三實施例的光學數據；圖12系表六，為本發明第三實施例的非球面數據；圖13系表七，為本發明第四實施例的光學數據；圖14系表八，為本發明第四實施例的非球面數據；圖15系表九，為本發明第五實施例的光學數據；圖16系表十，為本發明第五實施例的非球面數據；圖17系表十一，為本發明第六實施例的光學數據；以及圖18系表十二，為本發明第六實施例的非球面數據。主要符號說明:100、200、300、400、500、600為光圈；110、210、310、410、510、610 為第一透鏡；111、211、311、411、511、611 為第一透鏡物側光學面；112、212、312、412、512、612 為第一透鏡像側光學面；120、220、320、420、520、620 為第二透鏡；121、221、321、421、521、 621為第二透鏡物側光學面；122、222、322、422、522、622為第二透鏡像側光學面；150、250、 350、450、550、650 為紅外線濾除濾光片;160、260、360、460、560、660 為成像面；170,270, 370、470、570、670為影像感測組件；f為薄型光學系統的整體的焦距…為第一透鏡的色散系數^為第一透鏡的折射率氓為第一透鏡物側光學面的曲率半徑；R2為第一透鏡像側光學面的曲率半徑；為第一透鏡的焦距；v2為第二透鏡為色散系數A2為第二透鏡為折射率；R3為第二透鏡物側光學面為曲率半徑；R4為第二鏡像側光學面的曲率半徑；f2為第二透鏡的焦距；SL為光圈至該成像面于光軸上的距離；TTL為光軸上第一透鏡的物側光學面至成像面的距離Pno為光圈值；T12為在光軸上第一透鏡的像側光學面至第二透鏡的物側光學面的厚度；CT2為在光軸上第二透鏡厚度；Y22為第二透鏡的像側光學面上光線通過的最大范圍位置與光軸的垂直距離；SAG22為第二透鏡的像側光學面上距離光軸為\2的位置與相切于第二透鏡光軸頂點上的切面的距離；以及^iigH為影像感測組件有效感測區域對角線長的一半。
具體實施例方式本發明的一種薄型光學系統，請參照圖1A，薄型光學系統沿著光軸排列，由物側至像側依序為光圈100、具有正屈光力的第一透鏡110、具有負屈光力的第二透鏡120、紅外線濾除濾光片150及影像感測組件170。第一透鏡110為雙凸透鏡，其第一透鏡物側光學面111及第一透鏡像側光學面112 皆為非球面。第二透鏡120的第二透鏡物側光學面121為凹面及第二透鏡像側光學面122 為凸面，其第二透鏡物側光學面121及第二透鏡像側光學面122皆為非球面。第一透鏡110 與第二透鏡120的非球面光學面，其非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)為式 (14)
權利要求
1. 一種薄型光學系統，其特征在于沿著光軸排列由物側至像側依序包含具有屈光力的透鏡為兩片具有正屈光力的第一透鏡，為雙凸透鏡，其第一透鏡物側光學面及第一透鏡像側光學面皆為非球面；具有負屈光力的第二透鏡，其第二透鏡物側光學面為凹面及第二透鏡像側光學面為凸面，其第二透鏡物側光學面及第二透鏡像側光學面皆為非球面；其中，所述第二透鏡的色散系數為V2，所述第二透鏡的折射率為N2，所述薄型光學系統的焦距為f，所述第二透鏡的焦距為f2 ；所述第一透鏡像側光學面的曲率半徑為&，所述第二透鏡物側光學面的曲率半徑為R3，并滿足下列關系式V2 < 25N2 < 1. 75-2. 0 < f/f2 < -0. 51.2 < R2/R3 < 2. 5。
2.如權利要求1所述的薄型光學系統，其特征在于所述第一透鏡由塑料材質制成，所述第二透鏡由塑料材質制成。
3.如權利要求2所述的薄型光學系統，其特征在于所述第二透鏡設置有至少一個反曲點ο
4.如權利要求3所述的薄型光學系統，其特征在于所述薄型光學系統另設置光圈，該光圈至所述成像面于光軸上的距離為SL，所述第一透鏡物側光學面至所述成像面于光軸上的距離為TTL，并滿足下列關系式0. 9 < SL/TTL < 1. 2。
5.如權利要求4所述的薄型光學系統，其特征在于所述薄型光學系統的焦距為f，所述第一透鏡的焦距為，所述第二透鏡的焦距為f2，并滿足下列關系式0. 0 < (f/D + (f/f2) < 1· 2。
6.如權利要求5所述的薄型光學系統，其特征在于所述第一透鏡的色散系數為V1，所述第二透鏡的色散系數為V2，并滿足下列關系式31 < V1-V2 < 42。
7.如權利要求5所述的薄型光學系統，其特征在于所述第一透鏡物側光學面的曲率半徑為R1，所述第一透鏡像側光學面的曲率半徑為&，并滿足下列關系式-7. 0 < R1A2 < -3. 5。
8.如權利要求5所述的薄型光學系統，其特征在于所述第二透鏡物側光學面的曲率半徑為民，所述第二透鏡像側光學面的曲率半徑為R4，并滿足下列關系式-3. 5 < (R3+R4) / (R3-R4) < -2. 0。
9.如權利要求5所述的薄型光學系統，其特征在于所述第一透鏡像側光學面至所述第二透鏡物側光學面在光軸上的厚度為T12，所述第二透鏡在光軸上的厚度為CT2，并滿足下列關系式0. 50 < T12/CT2 < 1. 25。
10.如權利要求4所述的薄型光學系統，其特征在于所述薄型光學系統的焦距為f，所述第一透鏡的焦距為，所述第二透鏡的焦距為f2，并滿足下列關系式
11.如權利要求7所述的薄型光學系統，其特征在于所述第二透鏡像側光學面上光線通過的最大范圍位置與光軸的垂直距離為I2，所述第二透鏡像側光學面上距離光軸為\2 的位置與相切于所述第二透鏡光軸頂點上的切面的距離為SAG22，并滿足下列關系式
12.如權利要求7所述的薄型光學系統，其特征在于所述第一透鏡像側光學面的曲率半徑為&，所述第二透鏡物側光學面之曲率半徑為民，并滿足下列關系式
13.如權利要求1所述的薄型光學系統，其特征在于所述薄型光學系統另設置影像感測組件于所述成像面處，供被攝物成像，所述第一透鏡物側光學面至所述成像面在光軸上的距離為TTL，所述影像感測組件有效感測區域對角線長的一半為LiigH，并滿足下列關系式
14.一種薄型光學系統，其特征在于沿著光軸排列由物側至像側依序包含具有屈光力的透鏡為兩片具有正屈光力的第一透鏡，為雙凸透鏡，其第一透鏡物側光學面及第一透鏡像側光學面皆為非球面；具有負屈光力的第二透鏡，其第二透鏡物側光學面為凹面及第二透鏡像側光學面為凸面，其第二透鏡物側光學面及第二透鏡像側光學面皆為非球面；其中，所述第一透鏡的色散系數為V1,所述第二透鏡的色散系數為V2，所述第一透鏡物側光學面的曲率半徑為R1，所述第一透鏡像側光學面的曲率半徑為&，所述第一透鏡像側光學面至所述第二透鏡物側光學面于光軸上的厚度為T12，所述第二透鏡于光軸上的厚度為CT2，所述第二透鏡的折射率為 N2,所述薄型光學系統的焦距為f，所述第一透鏡的焦距為f\，所述第二透鏡的焦距為f2，并滿足下列關系式
15.如權利要求14所述的薄型光學系統，其特征在于所述第二透鏡由塑料材質制成， 且所述第二透鏡設置有至少一個反曲點。
16.如權利要求15所述的薄型光學系統，其特征在于所述薄型光學系統另設置光圈， 所述第一透鏡由塑料材質制成，所述光圈至所述成像面在光軸上的距離為SL，所述第一透鏡的物側光學面至所述成像面在光軸上的距離為TTL，并滿足下列關系式
17.如權利要求16所述的薄型光學系統，其特征在于所述薄型光學系統的焦距為f，所述第二透鏡的焦距為f2，并系滿足下列關系式
18.如權利要求17所述的薄型光學系統，其特征在于所述第二透鏡像側光學面上光線通過的最大范圍位置與光軸的垂直距離為I2，所述第二透鏡像側光學面上距離光軸為\2的位置與相切于該第二透鏡光軸頂點上的切面的距離為SAG22，并滿足下列關系式 0. 1 < SAG22A22 < 0. 2。
19.如權利要求17所述的薄型光學系統，其特征在于所述薄型光學系統的焦距為f，所述第一透鏡的焦距為，所述第二透鏡的焦距為f2 ；滿足下列關系式
20.如權利要求17所述的薄型光學系統，其特征在于所述第二透鏡物側光學面的曲率半徑為民，所述第二鏡像側光學面的曲率半徑為R4，并滿足下列關系式
21.如權利要求17所述的薄型光學系統，其特征在于所述第一透鏡像側光學面的曲率半徑為&，所述第二透鏡物側光學面的曲率半徑為民，并滿足下列關系式
全文摘要
本發明涉及一種薄型光學系統，其沿著光軸排列由物側至像側依序包含具有正屈光力雙凸的第一透鏡，其物側光學面及像側光學面皆為非球面；具有負屈光力的第二透鏡，其物側光學面為凹面、像側面為凸面，且物側光學面及像側光學面皆為非球面，其中，物側光學面或像側光學面可設有至少一個反曲點；另可設置光圈與設置于成像面處的影像感測組件，以供被攝物成像；該薄型光學系統滿足特定的條件。據此，本發明可有效縮短光學系統的長度及降低光學系統的敏感度，達到薄型化的功能，以應用于小型相機、手機等更為薄型化的使用需求。
文檔編號G02B13/00GK102478702SQ20101058907
公開日2012年5月30日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年11月24日
發明者湯相岐, 陳俊杉, 黃歆璇 申請人:大立光電股份有限公司