複合透鏡系統的製作方法
2023-10-19 19:21:22
專利名稱：複合透鏡系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種複合透鏡系統；具體而言，本發明是運用三個具折射力透鏡所構成，並在預設透鏡上設置繞射面與非球面，以此，本發明可以在較低廉的成本限制下達到最佳的成像性能。
目前，在現有作為影像讀取用途的光學系統中，如果使用者不僅希望具有良好影像、較大的視角，又希望能夠降低成本，一般來說，最常見的構成方式是使用三個玻璃球面透鏡組合，並依照新月形正透鏡、雙凹負透鏡、雙凸正透鏡的順序組合，亦即常稱Cook-Triplet系統；但是，由於目前玻璃透鏡的製造成本仍然十分高，且一般玻璃透鏡表面為球面，當光學系統光圈及視角加大時，往往難以充分消除像差，從而限制了現有光學系統解像力的提升空間；所以，針對以上缺陷，在求理想、實用與進步的今日，誠為一極待努力追求改善的目標。
本發明的次要目的在於提供一種具有良好成像性能的複合透鏡系統，本發明在塑料透鏡上可設置非球面及繞射面，不但可以提供光學設計者較多的可控制變量，以對抗像差，並且能夠提升本發明的解像力。
為了達到上述目的，本發明提供了一種複合透鏡系統，是以三個具折射力透鏡所構成，由物側起，包括有具正折射力的第一透鏡，其材質為塑料，該第一透鏡前表面為凸面、後表面為凹面，而其前後表面曲率半徑分別是R1及R2，且滿足|R1|＜|R2|的關係；具負折射力的第二透鏡，其材質為塑料，該第二透鏡前表面為凸面，而其形狀係數X2大於0.9；該形狀係數若為XX＝(R1+R2)/(R2-R1)；前表面為凸面時，R1＞0，前表面為凹面時，R1＜0，後表面為凹面時，R2＞0，後表面為凸面時，R2＜0＝；具正折射力的第三透鏡，其材質為玻璃；在上述光學系統中的塑料透鏡上設置有繞射面；在上述光學系統中的塑料透鏡上可以設置有非球面。
本發明還提供一種複合透鏡系統，其是由三個具折射力的透鏡構成，由物側起，依序為具正折射力的第一透鏡，其材質為玻璃；具負折射力的第二透鏡，其材質為塑料，且其後表面為凹面，而該第二透鏡的形狀係數X2小於-0.9；具正折射力的第三透鏡，其材質為塑料，該第三透鏡的前表面為凹面，後表面為凸面，且其形狀係數X3介於-1.0至-20間；在上述光學系統中的塑料透鏡上設置有繞射面；在上述光學系統中的塑料透鏡上可以設置有非球面。
圖8是本發明第四實施例的球面像差曲線、像散曲線與畸曲曲線；圖9是本發明第五實施例的示意圖；
圖10是本發明第五實施例的球面像差曲線、像散曲線與畸曲曲線；圖11是本發明第六實施例的示意圖；圖12是本發明第六實施例的球面像差曲線、像散曲線與畸曲曲線；圖13是本發明第七實施例的示意圖；圖14是本發明第七實施例的球面像差曲線、像散曲線與畸曲曲線；圖15是本發明第八實施例的示意圖；圖16是本發明第八實施例的球面像差曲線、像散曲線與畸曲曲線；圖17是本發明第九實施例的示意圖；圖18是本發明第九實施例的球面像差曲線、像散曲線與畸曲曲線；圖19是本發明第十實施例的示意圖；圖20是本發明第十實施例的球面像差曲線、像曲線與畸曲曲線。
圖中符號說明100 光學系10第一鏡片S1前表面S2後表面20第二鏡片S3前表面S4後表面30第三鏡片S5前表面S6後表面40平板元件50平板元件101 光學系11第一鏡片21第二鏡片31第三鏡片41平板元件51平板元件具體實施方式
首先請參閱圖1、2及表一所示，為本發明的第一重排列模式的第一實施例圖標，本發明的光學系100是由三片透鏡所構成，依序分別是第一透鏡10、第二透鏡20及第三透鏡30，並在排列的透鏡組二側設有不影響系統焦距的平板元件40、50；其中，該第一透鏡10為正透鏡，為塑料材質製成，前表面S1為凸面，後表面S2為凹面；該第二透鏡20為負透鏡，為塑料材質製成，其前表面S3為凹面，而其後表面S4為凸面；該第三透鏡30為正透鏡，為玻璃材質製成，在第三透鏡30中前表面S5為凹面，其後表面S6則為凸面，並且在第一、二透鏡10、20上制設有非球面鏡面或是繞射面，由於該光學系100前、後的平板元件40、50不會影響系統焦距，故本發明的成像性能控制在第一透鏡10、第二透鏡20及第三透鏡30的非球面鏡面，而非球面及繞射面，不但可以提供該光學系100較多的可控制變量，以對抗像差，並且能夠提升該光學系100的解像能力。
『本發明的非球面鏡面，可以運用下列公式表示X(Y)＝(Y^2/R)/(1+sqrt(1-(1+K)*(Y/R)^2))+A4*Y^4+A6*Y^6+……』X鏡面上一點的截面高度。
Y鏡面上一點距光軸的垂直距離。
K二次曲線係數。
A4，A6，A8…非球面四階，六階，八階…修正係數。
R非球面頂點曲率半徑。
『本發明繞射面相角變化，以下列公式表示Ph(Y)＝2*pi/(WL)*(C1*Y^2+C2*Y^4+….)』Y鏡面上一點距光軸的垂直距離。
pi圓周率。
WL參考波長。
C1，C2，…非球面相角差二階，四階，…修正係數。
本發明第一重排列模式如第一實施例所提供的一種複合透鏡系統，其主要是，使用正-負-正透鏡配置，形成P-P-G的配置，將第一透鏡由常見的玻璃材質新月形正透鏡，改為塑料材質新月形正透鏡，第二透鏡由常見的玻璃材質雙凹負透鏡，改為塑料材質，凹面朝前的新月形負透鏡，第三透鏡則由常見的玻璃材質雙凸正透鏡，改為凹面朝前的新月形正透鏡，並於該光學系100中，配置至少一面非球面鏡面繞射面於塑料透鏡上，同時也配置繞射面於第一透鏡上，並令第一透鏡、第二透鏡、及系統焦距滿足下列關係式該第一透鏡10符合|R1|＜|R2|前表面S1曲率半徑為R1。
後表面S2曲率半徑為R2。
該第二透鏡20的形狀係數X大於0.9。
形狀係數X＝(R1+R2)/(R2-R1)前表面S3曲率半徑為R1。
後表面S4曲率半徑為R2。
該第三透鏡30R1為負、R2為負。
前表面S5的曲率半徑為R1。
後表面S6的曲率半徑為R2。
運用上述關係式的搭配後，該第一透鏡10設為低色散塑料材質，可使用PMMA或COC；該第二透鏡20設為高色散塑料材質，可使用PS、PC或MS；該第三透鏡30設為低色散玻璃材質；本發明將光圈設置於兩塑料透鏡之間，令兩塑料透鏡形成新月形狀，且使用凹面相對，以幫助取得較大視角，另又設置非球面於塑料透鏡上，以此克服球面像差，另可設置繞射光柵繞射面於塑料透鏡，以此克服色差，故本發明確實可以獲得較現有更佳的良好成像性能。
值得一提的是，由於塑料材質的透鏡折射率較低，故令第一透鏡的形狀係數X1滿足下列關係式，以增加單鏡面的屈光力1.X1＞2.0。
形狀係數的定義為X＝(R1+R2)/(R2-R1)。
2.透鏡前表面為凸面時，曲率半徑R1＞0，透鏡後表面為凸面時，曲率半徑R2＜0。
3.控制第一透鏡屈光力P1，第二透鏡屈光力P2，第一、二透鏡合成屈光力P12，第三透鏡屈光力P3，繞射光閘屈光力Pd，及系統總屈光力P，令其滿足下列限制條件『(P1/P2)＞-1.00＞(P12/P1)＞-0.80.2＞(Pd/P12)＞-0.4
0.05＞(P12/P3)＞-0.550.2＞(P12/P)＞-1.0』經過上述調整後，本發明確實能夠得到較佳成像品質本發明的第一實施例，舉例說明；請參閱圖1、2及表一所示。
令X1＝3.77X2＝1.72P1/P2 ＝-0.52P12/P1＝-0.42P12/P3＝-0.26P12/P ＝-0.45Pd/P12＝-0.11本發明的第二實施例，舉例說明；請參閱圖3、4及表二所示。
令X1＝2.91X2＝1.4P1/P2 ＝-0.48P12/P1＝-0.43P12/P3＝-0.28Pd/P12＝-0.11P12/P ＝-0.53Pd/P12＝-0.07本發明的第實施例三，舉例說明；請參閱圖5、6及表三所示。
令X1＝12.2X2＝1.46P1/P2 ＝-0.51P12/P1＝-0.51P12/P3＝-0.26P12/P ＝-0.45Pd/P12＝-0.1
本發明的第實施例四，舉例說明；請參閱圖7、8及表四所示。
令X1＝3.22X2＝0.9P1/P2 ＝-0.62P12/P1＝-0.21P12/P3＝-0.18P12/P ＝-0.28Pd/P12＝-0.52本發明的第實施例五，舉例說明；請參閱圖9、10及表五所示。
令X1＝4.07X2＝1.66P1/P2 ＝-0.51P12/P1＝-0.41P12/P3＝-0.25P12/P ＝-0.48Pd/P12＝-0.13本發明的第實施例六，舉例說明；請參閱圖11、12及表六所示。
令X1＝4.55X2＝1.83P1/P2 ＝-0.53P12/P1＝-0.42P12/P3＝-0.25P12/P ＝-0.44Pd/P12＝-0.14本發明的第實施例七，舉例說明；請參閱圖13、14及表七所示。
令X1＝4.31X2＝1.61
P1/P2 ＝-0.51P12/P1＝-0.43P12/P3＝-0.26P12/P ＝-0.49Pd/P12＝-0.07本發明的第實施例八，舉例說明；請參閱圖15、16及表八所示。
令X1＝6.37X2＝1.73P1/P2 ＝-0.51P12/P1＝-0.56P12/P3＝-0.31P12/P ＝-0.55Pd/P12＝-0.07本發明的第二重排列模式第九實施例，請參閱圖17、18及表九所示，本發明亦可採用結構前後倒轉的光學系200，形成G-P-P的配置，各透鏡的形狀亦隨之顛倒；倒轉後的光學系統101分別具有第一透鏡11、第二透鏡21及第三透鏡31，其光學系101前、後同樣設有不會影響系統焦距的平板元件41、51，而本發明塑料透鏡的形狀係數範圍，及屈光力分配的關係式，範圍略有改變如下『X2＜-0.9-1.0＞X3＞-20(P3/P2)＞-1.00.3＞(P23/P3)＞-0.34.0＞(Pd/P23)＞-1.0』X2第二透鏡的形狀係數。
X3第三透鏡的形狀係數。
P3第三透鏡屈光力。
P2第二透鏡屈光力。
P23第一、二透鏡合成屈光力。
Pd繞射光閘屈光力。
本發明的第實施例九，舉例說明；請參閱圖17、18及表九所示。
令X2＝-1.86X3＝-2.23P3/P2 ＝-0.73P23/P3＝0.1P23/P1＝0.126P23/P ＝0.169P23/Pd＝-0.263本發明的第十實施例，舉例說明；請參閱圖19、20及表十所示。
令X2＝-1.41X3＝-2.5P3/P2 ＝-0.86P23/P3＝0.117P23/P1＝0.167P23/P ＝0.189P23/Pd＝0.828綜上所述，本發明運用塑料正透鏡、塑料負透鏡及玻璃正透鏡構成一複合光學透鏡系統，且將該塑料透鏡設置成為新月形狀，並設置繞射面及非球面於塑料透鏡之上，使本發明複合透鏡系統在較低的成本之下獲得較現有更佳的良好成像性能；所以本發明的實用性應已毋庸置疑，此外，本案發明實施例所公開的構造，在申請之前並未曾見於諸刊物，亦未曾被公開使用，不但具有如上功效增進的事實，更具有低成本、高成像性能等不可輕忽的功效，所以，本發明的新穎性以及創造性都均已符合專利法規定，特依法提出發明專利申請。
表一是本發明第一實施例的數據參考表；表二是本發明第二實施例的數據參考表；表三是本發明第三實施例的數據參考表；表四是本發明第四實施例的數據參考表；表五是本發明第五實施例的數據參考表；
表六是本發明第六實施例的數據參考表；表七是本發明第七實施例的數據參考表；表八是本發明第八實施例的數據參考表；表九是本發明第九實施例的數據參考表；表十是本發明第十實施例的數據參考表。表1A第一實施例的系統規劃
表1B第一實施例的非球面係數及繞射係數
表2A第二實施例的系統規劃
表2B第二實施例的非球面係數及繞射係數
表3A第三實施例的系統規劃
表3B第三實施例的非球面係數及繞射係數
表4A第四實施例的系統規劃
表4B第四實施例的非球面係數及繞射係數
表5A第五實施例的系統規劃
表5B第五實施例的非球面係數及繞射係數
表6A第六實施例的系統規劃
表6B第六實施例的非球面係數及繞射係數
表7A第七實施例的系統規劃
表7B第七實施例的非球面係數及繞射係數
表8A第八實施例的系統規劃
表8B第八實施例的非球面係數及繞射係數
表9A第九實施例的系統規劃
表9B第九實施例的非球面係數及繞射係數
表10A第十實施例的系統規劃
表10B第十實施例的非球面係數及繞射係數
權利要求
1.一種複合透鏡系統，其特徵在於是以三個具折射力透鏡所構成，由物側起，包括有具正折射力的第一透鏡，其材質為塑料，該第一透鏡前表面為凸面、後表面為凹面，而其前後表面曲率半徑分別是R1及R2，且滿足|R1|＜|R2|的關係；具負折射力的第二透鏡，其材質為塑料，該第二透鏡前表面為凸面，而其形狀係數X2大於0.9；該形狀係數若為XX＝(R1+R2)/(R2-R1)；前表面為凸面時，R1＞0，前表面為凹面時，R1＜0，後表面為凹面時，R2＞0，後表面為凸面時，R2＜0)；具正折射力的第三透鏡，其材質為玻璃；在上述光學系統中的塑料透鏡上設置有繞射面；在上述光學系統中的塑料透鏡上可以設置有非球面。
2.如權利要求1所述的複合透鏡系統，其特徵在於該第二透鏡的後表面也可以是凸面。
3.如權利要求2所述的複合透鏡系統，其特徵在於該第一透鏡的形狀係數X1可以大於2.0。
4.如權利要求1所述的複合透鏡系統，其特徵在於該第一透鏡屈折力P1，第二透鏡屈折力P2，第一及第二透鏡的合成屈折力P12，會產生下列關係(P1/P2)＞-1.00＞(P12/P1)＞-0.8該屈折力P1 P2、P12可以是滿足上述關係。
5.如權利要求4所述的複合透鏡系統，其特徵在於該第一透鏡及第二透鏡的合成屈折力P12以及繞射光柵屈折力Pd，會產生下列關係0.2＞(Pd/P12)＞-0.4該屈折力P12、Pd可以是滿足上述關係。
6.如權利要求5所述的複合透鏡系統，其特徵在於該第一透鏡及第二透鏡的合成屈折力P12，該第三透鏡屈折力P3與光學系統總體屈折力P，會產生下列關係0.05＞(P12/P3)＞-0.550.2＞(P12/P)＞-1.0該屈折力P12、P3、P可以是滿足上述關係。
7.一種複合透鏡系統，其特徵在於其是由三個具折射力的透鏡構成，由物側起，依序為具正折射力的第一透鏡，其材質為玻璃；具負折射力的第二透鏡，其材質為塑料，且其後表面為凹面，而該第二透鏡的形狀係數X2小於-0.9；具正折射力的第三透鏡，其材質為塑料，該第三透鏡的前表面為凹面，後表面為凸面，且其形狀係數X3介於-1.0至-20間；在上述光學系統中的塑料透鏡上設置有繞射面；在上述光學系統中的塑料透鏡上可以設置有非球面。
8.如權利要求7所述的複合透鏡系統，其特徵在於該第二透鏡的前表面可以為凸面。
9.如權利要求7所述的複合透鏡系統，其特徵在於該第二透鏡屈折力P2，第三透鏡屈折力P3，及第二及第三透鏡的合成屈折力P23，會產生下列關係(P3/P2)＞-1.00.3＞(P23/P3)＞-0.3該屈折力P2、P3及P23可以是滿足上述關係。
10.如權利要求9所述的複合透鏡系統，其特徵在於該第二透鏡及第三透鏡合成屈折力P23，及繞射光閘的屈折力Pd，會產生下列關係4.0＞(Pd/P23)＞-1.0該屈折力P23及Pd可以是滿足上述關係。
全文摘要
本發明提供一種複合透鏡系統，其是為消除現有成像效果與生產成本的搭配問題；本發明解決方法是運用塑料正透鏡、塑料負透鏡及玻璃正透鏡構成一複合光學透鏡系統，且將該塑料透鏡設置成為新月形狀，並設置繞射面及非球面於塑料透鏡之上，使本發明複合透鏡系統在較低的成本之下獲得較現有更佳的良好成像性能。
文檔編號G02B13/18GK1456916SQ0211914
公開日2003年11月19日 申請日期2002年5月9日 優先權日2002年5月9日
發明者黃有執 申請人:大立光電股份有限公司