攝影光學系統的製作方法

2023-06-10 13:20:26 1

專利名稱：：攝影光學系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種光學系統，特別是一種應用於照相手機的小型化攝影光學系統。
背景技術：
：最近幾年來，隨著手機相機的興起，小型化攝影鏡頭的需求日漸提高，而一般攝影鏡頭的感光組件不外乎是CMOS或CCD兩種，由於半導體製程技術的進步，使得感光組件的畫素麵積縮小，小型化攝影鏡頭逐漸往高畫素領域發展，因此，對成像質量的要求也日益增加。常見的手機鏡頭，多採用三枚式鏡片結構，其從物側至像側依序為一具正屈折力的第一透鏡，一具負屈折力的第二透鏡及一具正屈折力的第三透鏡，構成所謂的Triplet型式。而為了修正像差，一般會採用前置光圈的形式，但前置光圈的配置會使得雜散光增多，同時光學系統的敏感度也較大。
發明內容為了獲得良好的影像質量並有效降低光學系統的敏感度，本發明提供一種由三枚透鏡構成的全新的光學系統，其要旨如下一攝影光學系統，由三枚具屈折力的透鏡所構成，由物側至像側依序為一具正屈折力的第一透鏡，其前表面為凸面、後表面為凹面，且其前表面設置有非球面；一具負屈折力的塑料第二透鏡，其前表面為凹面、後表面為凸面，且其前表面、後表面都設置有非球面；一具正屈折力的塑料第三透鏡，其前表面為凸面、後表面為凹面，且其前表面、後表面都設置有非球面；其中，該攝影光學系統的光圈設置於該第一透鏡與該第二透鏡之間，用於控制光學系統的亮度；在本發明攝影光學系統中，系統的屈折力主要由具正屈折力第一透鏡提供，具負屈折力的第二透鏡的功用主要為修正色差，而第三透鏡作用如補正透鏡，其功能為平衡及修正系統所產生的各項像差。在本發明攝影光學系統中，具正屈折力的第一透鏡，其前表面為凸面，後表面為凹面，具負屈折力的第二透鏡，其前表面為凹面，後表面為凸面，而具正屈折力的第三透鏡，其前表面為凸面，後表面為凹面，藉由以上的配置，可以有效提高成像質量。藉由第一透鏡提供強大的正屈折力，並將光圈置於接近光學系統的物體側，將使得攝影光學系統的出射瞳(ExitPupil)遠離成像面，因此，光線將以接近垂直入射的方式入射在感光組件上，此即為像側的Telecentric特性，此特性對於時下固態感光組件的感光能力是極為重要的，將使得感光組件的感光敏感度提高，減少光學系統產生暗角的可能性。而在第三透鏡上設置有反曲點，將更有效地壓制離軸視場的光線入射於感光組件上的角度。此外，在廣角光學系統中，特別需要對歪曲(Distortion)以及倍率色收差(ChromaticAberrationofMagnification)做修正，其方法為將光圈置於系統光屈折力的平衡處，而本發明的攝影光學系統將光圈置於第一透鏡與第二透鏡之間，其目的為欲在Telecentric及廣視場角的特性中取得平衡。再者，前述的光圈設置位置將有效減低光線在各鏡片上的折角，因此可以降低光學系統的敏感度。隨著照相手機鏡頭小型化的趨勢，以及系統需涵蓋廣泛的視角，使得光學系統的焦距變得很短，在這種情況下，鏡片的曲率半徑以及鏡片的大小都變得很小，以傳統玻璃研磨的方法將難以製造出上述的鏡片，因此，在鏡片上採用塑料材質，藉由射出成型的方式製作鏡片，可以用較低廉的成本生產高精密度的鏡片；並於鏡面上設置非球面，非球面可以容易製作成球面以外的形狀，獲得較多的控制變量，用以消減像差，進而縮減鏡片使用的數目，因此可以有效降低光學系統的總長度。在本發明的攝影光學系統中，第二透鏡的色散係數(Abbenumber)為V2，其滿足以下關係V2〈40V2滿足此關係可以有效修正系統產生的色差，提高攝影光學系統的解像力。進一步來說，使第二透鏡的色散係數(Abbenumber)V2滿足以下關係則較為理相V2〈28更進一步來說，使第二透鏡的色散係數(Abbenumber)V2滿足以下關係則更為理想V2〈25。在本發明的攝影光學系統中，第一透鏡的色散係數(Abbenumber)為Vl,第三透鏡的色散係數(Abbenumber)為V3，其滿足以下關係VI>50V3〉50;VI、V3滿足此關係可以有效修正系統產生的色差。進一步來說，使第一透鏡的色散係數(Abbenumber)VI滿足以下關係則較為理想VI〉58。在本發明攝影光學系統中，第二透鏡的折射率為N2，滿足以下關係N21.2更進一步來說，使f/fl滿足以下關係則更為理想f/fl〉1.25。在本發明攝影光學系統中，第二透鏡的焦距為f2,整體攝影光學系統的焦距為f，兩者滿足以下關係式|f/f2|>0.34|f/f2|〈0.9;若lf/f2i小於上述的下限值，則攝影光學系統的色差將難以修正，而若lf/f2！大於上述的上限值，則攝影光學系統的總長度將過長，此與攝影光學系統小型化的目標相違背。在本發明攝影光學系統中，第三透鏡的焦距為f3，整體攝影光學系統的焦距為f，兩者滿足以下關係式f/f3<0.25第三透鏡作用如補正透鏡，其功能為平衡及修正系統所產生的各項像差，若f/f3大於上述的上限值，則攝影光學系統的後焦距(BackFocalLength)將過短。在本發明攝影光學系統中，第一透鏡的前表面曲率半徑為Rl，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，兩者滿足以下關係0〈Rl/R2<0.5當Rl/R2低於上述的下限值，攝影光學系統產生的像散(Astigmatism)將難以修正，另一方面，當R1/R2高於上述的上限值，對於攝影光學系統中的球差(Sphericalaberration)的修正較為困難。若使Rl/R2滿足以下關係，則較為理想0.1<Rl/R2〈0.2。在本發明攝影光學系統中，第三透鏡後表面有效徑位置的鏡面角度為ANG32，滿足以下關係式ANG32<-30[deg]其鏡面角度的方向定義為"當周邊有效徑位置的鏡面角度向像側傾斜則定義為正、當周邊有效徑位置的鏡面角度向物側傾斜則定義為負"。在本發明攝影光學系統中，第三透鏡後表面有效徑位置的鏡面高度為SAG32，滿足以下關係式SAG32<-0.2[■]鏡面高度的方向定義為"當周邊有效徑高度朝向像側則定義為正；有效徑高度朝向物側則定義為負"。鏡面高度滿足上述關係可以有效縮小光線入射感光組件的角度並且增強系統修正軸外像差的能力。在本發明攝影光學系統中，第二透鏡的中心厚度為CT2，第一透鏡的周邊厚度為ET1，滿足以下關係CT2<0.4[咖]ET10.38[咖]在本發明攝影光學系統中，於第一透鏡的後表面設置有反曲點，如此可以有效提升影像質量。在本發明攝影光學系統中，該攝影光學系統的被攝物成像於電子感光組件，且攝影光學系統的總長為TL，攝影光學系統的成像高度為ImgH,滿足以卞關係TL/ImgH<2.05上述關係可以維持攝影光學系統小型化的特性。本發明的有益效果是本發明為一攝影光學系統，藉此透鏡結構及排列方式可以有效縮小鏡組體積，降低光學系統的敏感度，更能同時獲得較高的解像力。1234實施例一的光學系統示意圖<實施例一的像差曲線圖。實施例二的光學系統示意圖.實施例二的像差曲線圖。一透鏡10，前表面11，後表面12,第二透鏡20，前表面21，後表面22,第三透鏡30，前表面31，後表面32，攝影光學系統的光圈40,紅外線濾除濾光片(IRFilter)50，感光組件保護玻璃(SensorCoverGlass)60，成像面70。第一透鏡的色散係數(Abbenumber)VI第二透鏡的色散係數(Abbenumber)V2第三透鏡的色散係數(Abbenumber)V3第二透鏡的折射率N2第一透鏡的焦距f1第二透鏡的焦距f2第三透鏡的焦距f3整體攝影光學系統焦距f第一透鏡的前表面曲率半徑Rl第一透鏡的後表面曲率半徑R2第三透鏡後表面有效徑位置的鏡面角度ANG32第三透鏡後表面有效徑位置的高度SAG32說圖第第二透鏡與第三透鏡之間的鏡間距T23第二透鏡的中心厚度CT2第一透鏡的周邊厚度ET1攝影光學系統的總長TL攝影光學系統的成像高度ImgH具體實施例方式實施例1本發明實施例1請參閱圖1，實施例1的像差曲線請參閱圖2。實施例1的攝影光學系統主要構造由三枚具屈折力的鏡片所構成，由物側至像側依序為一具正屈折力的第一透10，其前表面11為凸面，後表面12為凹面，其材質為塑料，其前表面l1、後表面l2都為非球面，且其後表面l2設置有反曲點；一具負屈折力的第二透鏡20，其前表面21為凹面，後表面22為凸面，其材質為塑料，且其前表面21、後表面22都為非球面；再者為一具正屈折力的第三透鏡30，其前表面31為凸面，後表面32為凹面，其材質為塑料，其前表面31、後表面32都為非球面，且第三透鏡30設置有反曲點；一光學系統的光圈40,位於第一透鏡l0與第二透鏡2O之間，用於控制光學系統的亮度；另包含有一紅外線濾除濾光片50(IRFilter),置於第三透鏡30之後，其不影響系統的焦距；另包含有一感光組件保護玻璃6G(SensorCoverGlass)，置於紅外線濾除濾光片5Q之後，其不影響系統的焦距；一成像面70，置於感光組件保護玻璃60之後。所述的非球面曲線的方程式表示如下X(Y)=(Y2/R)/(1+sqrt(l-(l+k)*(Y/R)2))+A4*Y4+A6*Y6+-其中X:鏡片的截面距離Y:非球面曲線上的點距離光軸的高度k:錐面係數A4、As、……4階、6階、……的非球面係數。實施例1的攝影光學系統中，第一透鏡的色散係數(AbbeNumber)為V1，第二透鏡的色散係數為V2，第三透鏡的色散係數為V3，其關係為Vl=60.3、V2=26.6、V3=55.8。實施例l的攝影光學系統中，第二透鏡的折射率為N2，其關係為N2=1.606。實施例1的攝影光學系統中，第一透鏡的焦距為fl，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，整體攝影光學系統的焦距為f，其關係為f/fl=1.26、|f/f2|=0.36、f/f3=0.15。實施例1的攝影光學系統中，第一透鏡的前表面曲率半徑為Rl，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，其關係為Rl/R2=0.13。實施例1的攝影光學系統中，第三透鏡後表面的有效徑位置的鏡面角度為ANG32，其關係為ANG32=-34.1[deg.]。鏡面角度的方向定義為"當周邊有效徑角度向像側傾斜則定義為正、當周邊有效徑角度向物側傾斜則定義為負"。實施例l的攝影光學系統中，第三透鏡後表面有效徑高度為SAG32,其關係為SAG32=-0.25[mm]。有效徑高度的方向定義為"當周邊有效徑高度朝向像側，則定義為正；有效徑高度朝向物側，則定義為負"。實施例1的攝影光學系統中，第一透鏡的周邊厚度為ET1，第二透鏡的中心厚度為CT2,第二透鏡與第三透鏡之間的鏡間距為T23，其關係為ET1=0.400[mm]、CT2=0.400[mm]、T23=0.403[mm]。周邊厚度定義為"鏡片前表面及後表面有效徑位置間的距離投影於光軸上的長度"。實施例l攝影光學系統中，攝影光學系統的總長為TL，攝影光學系統的成像高度為ImgH，其關係為TL/ImgH=1.94。實施例1詳細的結構數據如表1所示，其非球面數據如表2所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，HFOV定義為最大視角的一半。實施例2本發明實施例2請參閱圖3，實施例2的像差曲線請參閱圖4。實施例2的攝影光學系統主要構造由三枚具屈折力的鏡片所構成，由物側至像側依序為一具正屈折力的第一透鏡l0，其前表面ll為凸面，後表面l2為凹面，其材質為塑料，且其前表面l1、後表面l2都為非球面；一具負屈折力的第二透鏡20,其前表面21為凹面，後表面22為凸面，其材質為塑料，且其前表面21、後表面22都為非球面；再者為一具正屈折力的第三透鏡30，其前表面31為凸面，後表面32為凹面，其材質為塑料，其前表面31、後表面32都為非球面，且第三透鏡30設置,一光學系統的光圈40，位於第一透鏡l0與第二透鏡2O之間，用於控制光學系統的亮度；另包含有一紅外線濾除濾光片50(IRFilter),置於第三透鏡30之後，其不影響系統的焦距；另包含有一感光組件保護玻璃60(SensorCoverGlass),置於紅外線濾除濾光片50之後，其不影響系統的焦距；一成像面70，置於感光組件保護玻璃6Q之後。實施例2非球面曲線的方程式與同實施例1相同。實施例2攝影光學系統中，第一透鏡的色散係數(AbbeNumber)為VI，第二透鏡的色散係數為V2，第三透鏡的色散係數為V3，其關係為Vl=60.3、V2=23.4、V3=55.8。實施例2攝影光學系統中，第二透鏡的折射率為N2，其關係為N2=1.632。實施例2攝影光學系統中，第一透鏡的焦距為fl，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，整體攝影光學系統的焦距為f，其關係為f/f1=1.22、if/f21=0.44、f/f3=0.24。實施例2攝影光學系統中，第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，其關係為Rl/R2=0.27。實施例2攝影光學系統中，第三透鏡後表面的有效徑位置的鏡面角度為ANG32，其關係為ANG32=_39.6[deg.]。鏡面角度ANG32的方向定義與實施例1相同。實施例2攝影光學系統中，第三透鏡後表面有效徑高度為SAG32，其關係為SAG32=-0.14[mm]。有效徑高度SAG32的方向定義與實施例1相同。實施例2攝影光學系統中，第一透鏡的周邊厚度為ET1，第二透鏡的中心厚度為CT2，第二透鏡與第三透鏡之間的鏡間距為T23，其關係為ET1^0.359[mm]、CT2=0.350[誦]、T23=0.070[,]。周邊厚度的定義與實施例1相同。實施例2攝影光學系統中，攝影光學系統的總長為TL，攝影光學系統的成像高度為ImgH，其關係為TL/ImgH=2.03。實施例2詳細的結構數據如同表3所示，其非球面數據如同表4所示，其中，曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，HFOV定義為最大視角的一半。在此先行述明，表1至表4所示為攝影光學系統實施例的不同數值變化表，然本發明各個實施例的數值變化都屬實驗所得，即使使用不同數值，相同結構的產品仍應屬於本發明的保護範疇。表5為各個實施例對應本發明相關方程式的數值資料。綜上所述，本發明為一攝影光學系統，藉此透鏡結構及排列方式可以有效縮小鏡組體積，降低光學系統的敏感度，更能同時獲得較高的解像力。所以本發明在申請日之前並未曾見於諸刊物，也未曾被公開使用，因此本發明應具有新穎性、創造性。complextableseeoriginaldocumentpage11表1tableseeoriginaldocumentpage12(實施例2)f(焦距)=2.89mm.Fno=2.8,HFOV(半視角)-31.7de2.Surface#表面CurvatureRadius曲率半徑Thickness厚度Material材質IndexAbbe#折射率阿比係數Focallength焦距0Object物休Piano平面Infinity無限'Lens11.01836(ASP)0.602Plastic塑料1.54360.32.3623.82400(ASP)0.053Ape.Stop光哮lInfinity無限0.5284Lens2-0.62407(ASP)0.350Plastic塑料1.63223.4-6.565-0.89356(ASP)0.0706Lens32.02762(ASP)0.697Plastic塑料1.5355.812.1672.59896(ASP)0.15081R-filter紅外線濾除濾光片Piano平面0.300Glass玻璃1.51764.1-9Piano平面0.05010CoverGlassPhnof面0.550Glass玻璃1.51764.111Plrnio平面0.30112Image成像[M影像Piano平面表3s-3z-nz.0,11S-W886寸「z,,s+36￡s￡「9--=nv￡0-39380.9S-WS8160"-10+31U6r9,--=OIVs-g￡8s「z-S-309SS.Z.-s-3寸86寸9二10+3S86Z-.100+3寸ns.110-w寸91E二，=8Vs-s-n80.910-3S6K.110-3I6Z.88.S00+3Z.6616"-I0-3SI600.9-s-3ls08r6=9V10-386089.1-一0-396￡寸"1-s-3寸0寸s.8,s-3SI9e.1,S-300IZ「SS-30Z.9S9T=寸v00+3S906.9-10+SSS6T-S-3S一18二，00+3sz.3I.l-一0+390￡1￡.￡-10-35￡28寸.寸-=2一a彬翁膝.召貨#1U3P一JJ303。！，sqdsvMSI/II城Jt浮每S.8Z-8Z-SI0I900S實施例1實施例2f4.052.89Fno2.82.8HFOV33.031.7VI60.360.3V226.623.4V355.855.8N21.6061.632f/fl1.261.22|體|0.360.44f/f30.150.24Rl/R20.130.27ANG32-34.1-39.6SAG32-0.25-0.14CT20.4000.350ET10.4000.359T230.4030.070Tl71mgH1.942.03表權利要求1.一種攝影光學系統，由三枚具屈折力的透鏡所構成，其特徵在於，所述的攝影光學系統由物側至像側依序為a)一具正屈折力的第一透鏡，其前表面為凸面、後表面為凹面，且其前表面設置有非球面；b)一具負屈折力的塑料第二透鏡，其前表面為凹面、後表面為凸面，且其前表面、後表面都設置有非球面；c)一具正屈折力的塑料第三透鏡，其前表面為凸面、後表面為凹面，且其前表面、後表面都設置有非球面；以及d)另設有一光圈，設置於該第一透鏡與該第二透鏡之間，用於控制光學系統的亮度；在所述攝影光學系統中，第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，整體攝影光學系統的焦距為f，滿足以下關係式f/f1＞0.95|f/f2|＞0.34。2.根據權利要求1所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第一透鏡的材質為塑料，且其後表面為非球面，另該第三透鏡上設置有反曲點。3.根據權利要求2所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第二透鏡的色散係數為V2，滿足以下關係式V2<40。4.根據權利要求3所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第二透鏡的色散係數為V2，滿足以下關係式V2〈28。5.根據權利要求4所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第二透鏡的色散係數為V2，滿足以下關係式V2<25。6.根據權利要求5所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第二透鏡的折射率為N2，滿足以下關係式N2<1.65。7.根據權利要求4所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，兩者滿足以下關係式0<Rl/R2〈0.5。8.根據權利要求7所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第一透鏡的前表面曲率半徑為R1，第一透鏡的後表面曲率半徑為R2，兩者滿足以下關係式0.1<Rl/R2<0.2。9.根據權利要求4所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第三透鏡後表面的有效徑位置的鏡面角度為ANG32，滿足以下關係式ANG32<-30deg.。10.根據權利要求9所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第三透鏡後表面有效徑高度為SAG32，滿足以下關係式SAG32〈-0.2匿。11.根據權利要求4所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第二透鏡的中心厚度為CT2，滿足以下關係式CT2〈0.4mm。12.根據權利要求11所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第一透鏡的周邊厚度為ET1，滿足以下關係式-ET10.2,。14.根據權利要求13所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第二透鏡與該第三透鏡間的鏡間距為T23，滿足以下關係式T23>0.38mm。15.根據權利要求2所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第一透鏡的焦距為fl，整體攝影光學系統的焦距為f，兩者滿足以下關係式f/fl〉1.2。16.根據權利要求15所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第一透鏡的焦距為fl，整體攝影光學系統的焦距為f，兩者滿足以下關係式f/fl〉1.25。17.根據權利要求16所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第二透鏡的色散係數為V2，滿足以下關係式V2<28。18.根據權利要求7所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第二透鏡的焦距為f2，整體攝影光學系統的焦距為f，兩者滿足以下關係式|f/f2|<0.9。19.根據權利要求7所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第三透鏡的焦距為f3，整體攝影光學系統焦距為f,兩者滿足以下關係式f/f350。21.根據權利要求20所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第一透鏡的色散係數為V1，滿足以下關係式VI〉58。22.根據權利要求7所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的第一透鏡的後表面設置有反曲點。23.根據權利要求4所述的攝影光學系統，其特徵在於，所述的光學系統的被攝物成像於電子感光組件，且攝影光學系統的總長為TL，攝影光學系統的成像高度為ImgH，兩者滿足以下關係式-TL/ImgH<2.05。全文摘要一種攝影光學系統，由三枚具屈折力的透鏡所構成，由物側至像側依序為一具正屈折力的第一透鏡，其前表面為凸面、後表面為凹面，且其前表面設置有非球面；一具負屈折力的塑料第二透鏡，其前表面為凹面、後表面為凸面，且其前表面、後表面都設置有非球面；一具正屈折力的塑料第三透鏡，其前表面為凸面、後表面為凹面，且其前表面、後表面都設置有非球面；其中，該攝影光學系統的光圈設置於該第一透鏡與該第二透鏡之間；該攝影光學系統中，該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，整體攝影光學系統的焦距為f，滿足以下關係式f/f1＞0.95；|f/f2|＞0.34；藉此透鏡結構及排列方式可以有效縮小鏡組體積、降低光學系統的敏感度，更能同時獲得較高的解像力。文檔編號G02B9/12GK101178472SQ200610137878公開日2008年5月14日申請日期2006年11月8日優先權日2006年11月8日發明者湯相岐,陳俊杉申請人:大立光電股份有限公司