专利名称：薄型光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种薄型光学系统，特别是关于一种应用于电子产品上的小型化薄型光学系统。
背景技术：
由于科技的进步，现在的电子产品发展的趋势主要为朝向小型化，例如小型或薄型的数码相机Digital Still Camera、网络相机Web camera、移动电话镜头mobile phone camera等，高分辨率且高成像质量虽为用户的需求，但小型且薄型化更是使用者的迫切需求。在小型电子产品的光学系统，现有二镜片式、三镜片式、四镜片式及五镜片式以上的不同设计，然而以成本考虑，二镜片式使用的透镜较少，其成本较具优势。在小型数码相机、网络相机、移动电话镜头等产品，其光学系统要求小型化、焦距短、像差调整良好；以正屈光力的第一透镜、正屈光力的第二透镜或其他组合的设计，最可能达到小型化的需求，如美国专利 US7, 110，190、US7, 088，528、US2004/0160680 ；欧洲专利 EP1793252 ；日本专利公开号 JP2007-156031、JP2006-154517 ；台湾专利 TWM320680、TWM;350713、TWI232325 ；中国专利CN101046544等。然而，这些专利所公开的光学系统，其镜头总长仍应进一步再缩小；对于用户需求之小型光学系统设计，如美国专利US2006/0221467、日本专利JP2005121685、 JP2006154517日本专利JP20040281830、台湾专利公开TW201015137使用正-负或负-正屈光力的组合，使镜头长度降低。但这些现有的技术中，采用直接缩短后焦距，虽可有效缩短镜头总长，但需付出调焦困难、像差修正不良或成像畸变难以降低的缺点。
发明内容
为此，本发明提出更实用性的设计，在缩短光学系统同时，利用二个透镜的屈光力、凸面与凹面的组合，除有效缩短光学系统的总长度外，进一步可提高成像质量，以应用于小型电子产品上。本发明主要目的在于提供一种薄型光学系统，沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜与第二透镜；其中，第一透镜为双凸透镜，为具有正屈光力，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面所构成；其中，第二透镜为具有负屈光力，第二透镜物侧光学面为凹面、第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；该薄型光学系统满足下列关系式之一或其组合V2 < 25(1)N2 < 1. 75(2)-2. 0 < f/f2 < -0. 5(3)1. 2 < R2/R3 < 2. 5(4)其中，该第二透镜之色散系数为V2，该第二透镜之折射率为N2，该薄型光学系统之焦距为f，该第二透镜之焦距为f2 ；该第一透镜像侧光学面的曲率半径为&，该第二透镜物侧光学面之曲率半径为r3。另一方面，本发明提供一种薄型光学系统，沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含 第一透镜、第二透镜，另包含光圈及影像感测组件；其中，该第一透镜与第二透镜的材质为塑料；其中，第一透镜为双凸透镜，为具有正屈光力，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面所构成；其中，第二透镜为具有负屈光力，第二透镜物侧光学面为凹面、第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面，且该第二透镜物侧面及像侧光学面其中设置有至少一个反曲点；该影像感测组件设置于该第一透镜与该第二透镜组合后的成像面的位置上，即将影像感测组件的成像面设置于该成像面上；对于不同的应用，可分别满足下列关系式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，如上关系式(6)对于不同应用时，优选为0. 5 < (f/f!) + (f/f2) < 0. 9 (15)其中，SL为光圈至该成像面于光轴上的距离；TTL为光轴上第一透镜的物侧光学面至该成像面的距离；f为薄型光学系统的焦距；f\为第一透镜的焦距；f2为第二透镜的焦距；Vl为第一透镜的色散系数；v2为第二透镜的色散系数氓为第一透镜物侧光学面的曲率半径出2为第一透镜像侧光学面的曲率半径；民为第二透镜物侧光学面的曲率半径；R4为第二镜的像侧光学面的曲率半径；T12为在光轴上，第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面的厚度(thickness)，该厚度即为第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面在光轴上的空气间距；CT2为在光轴上，第二透镜厚度；Y22为第二透镜的像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离；SAG22为第二透镜的像侧光学面上距离光轴为\2的位置与相切于第二透镜光轴顶点上的切面的距离JmgH为影像感测组件有效感测区域对角线长的一半。本发明根据上述的第一透镜与第二透镜，在光轴上以适当的间距组合配置，可有效缩短光学系统镜头的全长、增大光学系统的视场角，更能获得较高的分辨率。本发明薄型光学系统中，该第一透镜具正屈光力，提供系统所需的部分屈光力，有助于缩短该薄型光学系统的总长度；该第二透镜具负屈光力，可有效对具正屈光力的该第一透镜所产生的像差做补正、修正系统的佩兹伐和数(Petzval Sum)，使周边像面变得更平，且同时有利于修正系统的色差，以提高该薄型光学系统的分辨率；藉由第一透镜与第二透镜，可使该薄型光学系统后焦距减少，有利于缩短光学系统的光学总长度，以促进光学系统的小型化。本发明薄型光学系统中，该第一透镜为一双凸透镜，可有效加强该第一透镜的屈光力配置，进而使得该薄型光学系统的总长度变得更短；该第二透镜的物侧光学面为凹面， 可有效延伸光学系统的后焦距，以确保影像感测组件的有效感测区域均可接收到进入该薄型光学系统的光线。其中，影像感测组件可为tXD(Charge Coupled Device)感光组件、 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor)感光组件或感光胶卷等，且并不局限于此。本发明薄型光学系统中，该第一透镜与该第二透镜使用的材质可使用塑料或玻璃材料所制成，且并不局限于此，但在折射率与色散系数则须满足光学效果或影像成像的光学条件。本发明另一个主要目的在于提供一种薄型光学系统，沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜，另包含光圈及影像感测组件；其中，第一透镜为双凸透镜， 为具有正屈光力，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面所构成；其中， 第二透镜为具有负屈光力，第二透镜物侧光学面为凹面、第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；其中，影像感测组件设置于成像面处，可将被摄物拍摄成像；该薄型光学系统满足下列关系式之一或其组合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为第一透镜的色散系数；v2为第二透镜的色散系数氓为第一透镜物侧光学面的曲率半径出2为第一透镜像侧光学面的曲率半径；T12为在光轴上，第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面的厚度(thickness)，该厚度即为第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面在光轴上的空气间距；CT2为在光轴上，第二透镜厚度；f为薄型光学系统的焦距；为第一透镜的焦距；f2为第二透镜的焦距。另一方面，本发明对于不同的应用，其中，该第一透镜与第二透镜的材质为塑料； 且该第二透镜物侧面及像侧光学面其中设置有至少一个反曲点；可分别满足下列关系式之一或其组合-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为光圈至该成像面于光轴上的距离；TTL为光轴上第一透镜的物侧光学面至成像面的距离；f为薄型光学系统的焦距；为第一透镜的焦距；f2为第二透镜的焦距；Vl为第一透镜的色散系数；v2为第二透镜的色散系数氓为第一透镜物侧光学面的曲率半径出2为第一透镜像侧光学面的曲率半径；民为第二透镜物侧光学面的曲率半径；R4为第二镜的像侧光学面的曲率半径；T12为在光轴上，第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面的厚度(thickness)，该厚度即为第一透镜像侧光学面至第二透镜物侧光学面在光轴上的空气间距；CT2为在光轴上，第二透镜厚度；Y22为第二透镜的像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离；SAG22为第二透镜的像侧光学面上距离光轴为\2的位置与相切于第二透镜光轴顶点上的切面的距离。本发明根据上述的第一透镜与第二透镜的组合配置，可有效缩短光学系统镜头的全长、增大光学系统的视场角，更能获得较高的分辨率。
图IA为本发明第一实施例的光学系统示意图；图IB为本发明第一实施例的像差曲线图；图2A为本发明第二实施例的光学系统示意图；图2B为本发明第二实施例的像差曲线图；图3A为本发明第三实施例的光学系统示意图；图;3B为本发明第三实施例的像差曲线图；图4A为本发明第四实施例的光学系统示意图；图4B为本发明第四实施例的像差曲线图；图5A为本发明第五实施例的光学系统示意图；图5B为本发明第五实施例的像差曲线图；图6A为本发明第六实施例的光学系统示意图；图6B为本发明第六实施例的像差曲线图；图7系表一，为本发明第一实施例的光学数据；图8系表二，为本发明第一实施例的非球面数据；图9系表三，为本发明第二实施例的光学数据；图10系表四，为本发明第二实施例的非球面数据；图11系表五，为本发明第三实施例的光学数据；图12系表六，为本发明第三实施例的非球面数据；图13系表七，为本发明第四实施例的光学数据；图14系表八，为本发明第四实施例的非球面数据；图15系表九，为本发明第五实施例的光学数据；图16系表十，为本发明第五实施例的非球面数据；图17系表十一，为本发明第六实施例的光学数据；以及图18系表十二，为本发明第六实施例的非球面数据。主要符号说明:100、200、300、400、500、600为光圈；110、210、310、410、510、610 为第一透镜；111、211、311、411、511、611 为第一透镜物侧光学面；112、212、312、412、512、612 为第一透镜像侧光学面；120、220、320、420、520、620 为第二透镜；121、221、321、421、521、 621为第二透镜物侧光学面；122、222、322、422、522、622为第二透镜像侧光学面；150、250、 350、450、550、650 为红外线滤除滤光片;160、260、360、460、560、660 为成像面；170,270, 370、470、570、670为影像感测组件；f为薄型光学系统的整体的焦距…为第一透镜的色散系数^为第一透镜的折射率氓为第一透镜物侧光学面的曲率半径；R2为第一透镜像侧光学面的曲率半径；为第一透镜的焦距；v2为第二透镜为色散系数A2为第二透镜为折射率；R3为第二透镜物侧光学面为曲率半径；R4为第二镜像侧光学面的曲率半径；f2为第二透镜的焦距；SL为光圈至该成像面于光轴上的距离；TTL为光轴上第一透镜的物侧光学面至成像面的距离Pno为光圈值；T12为在光轴上第一透镜的像侧光学面至第二透镜的物侧光学面的厚度；CT2为在光轴上第二透镜厚度；Y22为第二透镜的像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离；SAG22为第二透镜的像侧光学面上距离光轴为\2的位置与相切于第二透镜光轴顶点上的切面的距离；以及^iigH为影像感测组件有效感测区域对角线长的一半。
具体实施例方式本发明的一种薄型光学系统，请参照图1A，薄型光学系统沿着光轴排列，由物侧至像侧依序为光圈100、具有正屈光力的第一透镜110、具有负屈光力的第二透镜120、红外线滤除滤光片150及影像感测组件170。第一透镜110为双凸透镜，其第一透镜物侧光学面111及第一透镜像侧光学面112 皆为非球面。第二透镜120的第二透镜物侧光学面121为凹面及第二透镜像侧光学面122 为凸面，其第二透镜物侧光学面121及第二透镜像侧光学面122皆为非球面。第一透镜110 与第二透镜120的非球面光学面，其非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)为式 (14)
权利要求
1. 一种薄型光学系统，其特征在于沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含具有屈光力的透镜为两片具有正屈光力的第一透镜，为双凸透镜，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面；具有负屈光力的第二透镜，其第二透镜物侧光学面为凹面及第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；其中，所述第二透镜的色散系数为V2，所述第二透镜的折射率为N2，所述薄型光学系统的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f2 ；所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为&，所述第二透镜物侧光学面的曲率半径为R3，并满足下列关系式V2 < 25N2 < 1. 75-2. 0 < f/f2 < -0. 51.2 < R2/R3 < 2. 5。
2.如权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜由塑料材质制成，所述第二透镜由塑料材质制成。
3.如权利要求2所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜设置有至少一个反曲点ο
4.如权利要求3所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统另设置光圈，该光圈至所述成像面于光轴上的距离为SL，所述第一透镜物侧光学面至所述成像面于光轴上的距离为TTL，并满足下列关系式0. 9 < SL/TTL < 1. 2。
5.如权利要求4所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统的焦距为f，所述第一透镜的焦距为，所述第二透镜的焦距为f2，并满足下列关系式0. 0 < (f/D + (f/f2) < 1· 2。
6.如权利要求5所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜的色散系数为V1，所述第二透镜的色散系数为V2，并满足下列关系式31 < V1-V2 < 42。
7.如权利要求5所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜物侧光学面的曲率半径为R1，所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为&，并满足下列关系式-7. 0 < R1A2 < -3. 5。
8.如权利要求5所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜物侧光学面的曲率半径为民，所述第二透镜像侧光学面的曲率半径为R4，并满足下列关系式-3. 5 < (R3+R4) / (R3-R4) < -2. 0。
9.如权利要求5所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜像侧光学面至所述第二透镜物侧光学面在光轴上的厚度为T12，所述第二透镜在光轴上的厚度为CT2，并满足下列关系式0. 50 < T12/CT2 < 1. 25。
10.如权利要求4所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统的焦距为f，所述第一透镜的焦距为，所述第二透镜的焦距为f2，并满足下列关系式
11.如权利要求7所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为I2，所述第二透镜像侧光学面上距离光轴为\2 的位置与相切于所述第二透镜光轴顶点上的切面的距离为SAG22，并满足下列关系式
12.如权利要求7所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为&，所述第二透镜物侧光学面之曲率半径为民，并满足下列关系式
13.如权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统另设置影像感测组件于所述成像面处，供被摄物成像，所述第一透镜物侧光学面至所述成像面在光轴上的距离为TTL，所述影像感测组件有效感测区域对角线长的一半为LiigH，并满足下列关系式
14.一种薄型光学系统，其特征在于沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含具有屈光力的透镜为两片具有正屈光力的第一透镜，为双凸透镜，其第一透镜物侧光学面及第一透镜像侧光学面皆为非球面；具有负屈光力的第二透镜，其第二透镜物侧光学面为凹面及第二透镜像侧光学面为凸面，其第二透镜物侧光学面及第二透镜像侧光学面皆为非球面；其中，所述第一透镜的色散系数为V1,所述第二透镜的色散系数为V2，所述第一透镜物侧光学面的曲率半径为R1，所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为&，所述第一透镜像侧光学面至所述第二透镜物侧光学面于光轴上的厚度为T12，所述第二透镜于光轴上的厚度为CT2，所述第二透镜的折射率为 N2,所述薄型光学系统的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f\，所述第二透镜的焦距为f2，并满足下列关系式
15.如权利要求14所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜由塑料材质制成， 且所述第二透镜设置有至少一个反曲点。
16.如权利要求15所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统另设置光圈， 所述第一透镜由塑料材质制成，所述光圈至所述成像面在光轴上的距离为SL，所述第一透镜的物侧光学面至所述成像面在光轴上的距离为TTL，并满足下列关系式
17.如权利要求16所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f2，并系满足下列关系式
18.如权利要求17所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜像侧光学面上光线通过的最大范围位置与光轴的垂直距离为I2，所述第二透镜像侧光学面上距离光轴为\2的位置与相切于该第二透镜光轴顶点上的切面的距离为SAG22，并满足下列关系式 0. 1 < SAG22A22 < 0. 2。
19.如权利要求17所述的薄型光学系统，其特征在于所述薄型光学系统的焦距为f，所述第一透镜的焦距为，所述第二透镜的焦距为f2 ；满足下列关系式
20.如权利要求17所述的薄型光学系统，其特征在于所述第二透镜物侧光学面的曲率半径为民，所述第二镜像侧光学面的曲率半径为R4，并满足下列关系式
21.如权利要求17所述的薄型光学系统，其特征在于所述第一透镜像侧光学面的曲率半径为&，所述第二透镜物侧光学面的曲率半径为民，并满足下列关系式
全文摘要
本发明涉及一种薄型光学系统，其沿着光轴排列由物侧至像侧依序包含具有正屈光力双凸的第一透镜，其物侧光学面及像侧光学面皆为非球面；具有负屈光力的第二透镜，其物侧光学面为凹面、像侧面为凸面，且物侧光学面及像侧光学面皆为非球面，其中，物侧光学面或像侧光学面可设有至少一个反曲点；另可设置光圈与设置于成像面处的影像感测组件，以供被摄物成像；该薄型光学系统满足特定的条件。据此，本发明可有效缩短光学系统的长度及降低光学系统的敏感度，达到薄型化的功能，以应用于小型相机、手机等更为薄型化的使用需求。
文档编号G02B13/00GK102478702SQ20101058907
公开日2012年5月30日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年11月24日
发明者汤相岐, 陈俊杉, 黄歆璇 申请人:大立光电股份有限公司