结像系统组的制作方法
【专利摘要】一种结像系统组，由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。第一透镜具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面。第二透镜具有负屈折力，其像侧表面近光轴处为凹面且至周边处转为凸面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面。第三透镜具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面，其像侧表面近光轴处为凸面。第四透镜具有负屈折力，其像侧表面近光轴处为凹面且至周边处转为凸面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面。结像系统组具有屈折力的透镜为四枚。当满足特定条件时，可适当分配各透镜的屈折力，以利其制造性的调控。
【专利说明】结像系统组
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种结像系统组，且特别是有关于一种应用于电子产品上的小型 化结像系统组。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着具有摄影功能的可携式电子产品的兴起，光学系统的需求日渐提高。 一般光学系统的感光元件不外乎是感光稱合元件（Charge Coupled Device, CCD)或互补性 氧化金属半导体兀件（Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor, CMOS Sensor) 两种，且随着半导体制程技术的精进，使得感光元件的像素尺寸缩小，光学系统逐渐往高像 素领域发展，因此对成像品质的要求也日益增加。
[0003] 传统搭载于可携式电子产品上的小型化光学系统，多采用三片式光学系统为主， 如美国专利第8, 081，393号所示。但由于制程技术的进步与电子产品往轻薄化发展的趋势 下，影像感测元件像素尺寸不断地缩小，使得光学系统对成像品质的要求更加提高，而已知 的三片式透镜组已无法满足更高阶的光学系统。
[0004] 目前虽然有进一步发展四片式光学系统，如美国专利第8, 169, 528号所示，其第 三透镜与第四透镜的屈折力分布，无法有效平衡第一透镜与第二透镜的屈折力配置，使得 中前端透镜（尤其是第一透镜）产生敏感度较高的问题，且其第三透镜的面形配置无助于 降低敏感度，最终使得制造过程易产生合格率偏低的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种结像系统组，其利用第三透镜及第四透镜分配结像系统组所需 的屈折力，以减缓第一透镜及第二透镜屈折力的负担，有助于降低结像系统组中前端透镜 (尤其是第一透镜）敏感度较高的问题，且通过明显的第三透镜面形设计，其有利于制造性 的调控以显着地提升制造合格率。
[0006] 依据本发明提供一种结像系统组，由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜、第 三透镜以及第四透镜。第一透镜具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面。第二透镜具 有负屈折力，其像侧表面近光轴处为凹面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面，且其像侧表 面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化。第三透镜具有正屈折力，其物侧表面近光 轴处为凸面，其像侧表面近光轴处为凸面。第四透镜具有负屈折力，其像侧表面近光轴处为 凹面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面，且其像侧表面由近光轴处至周边处存在凹面转 凸面的变化。结像系统组具有屈折力的透镜为四枚。第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔 距离为T12,第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,第三透镜与第四透镜于光轴 上的间隔距离为T34,第二透镜的物侧表面的曲率半径为R3,第二透镜的像侧表面的曲率 半径为R4,结像系统组的焦距为f，第三透镜的焦距为f3,第四透镜的焦距为f4,其满足下 列条件：
[0007] 0〈（T23+T34) /Τ12〈2· 0 ;
[0008] 0〈R4/ I R3 I〈0· 9 ;以及
[0009] 4. 0<f/f3+|f/f4|<9. 0〇
[0010] 当（T23+T34)/T12满足上述条件时，有利于透镜的组装，以提高制作合格率。
[0011] 当R4/|R3|满足上述条件时，有助于像散的修正。
[0012] 当f/f3+|f/f4|满足上述条件时，利用第三透镜及第四透镜分配结像系统组所需 的屈折力，以减缓第一透镜及第二透镜屈折力的负担，有助于降低结像系统组中前端透镜 敏感度较高的问题，以提高制作合格率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1绘示依照本发明第一实施例的一种结像系统组的示意图；
[0014] 图2由左至右依序为第一实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图；
[0015] 图3绘示依照本发明第二实施例的一种结像系统组的示意图；
[0016] 图4由左至右依序为第二实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图；
[0017] 图5绘示依照本发明第三实施例的一种结像系统组的示意图；
[0018] 图6由左至右依序为第三实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图；
[0019] 图7绘示依照本发明第四实施例的一种结像系统组的示意图；
[0020] 图8由左至右依序为第四实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图；
[0021] 图9绘示依照本发明第五实施例的一种结像系统组的示意图；
[0022] 图10由左至右依序为第五实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图；
[0023] 图11绘示依照本发明第六实施例的一种结像系统组的示意图；
[0024] 图12由左至右依序为第六实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图；
[0025] 图13绘示依照本发明第七实施例的一种结像系统组的示意图；
[0026] 图14由左至右依序为第七实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图；
[0027] 图15绘示依照本发明第八实施例的一种结像系统组的示意图；
[0028] 图16由左至右依序为第八实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图；以及
[0029] 图17绘示依照图1结像系统组第二透镜参数Sag22的示意图。
【具体实施方式】
[0030] -种结像系统组，由物侧至像侧依序包含四枚具屈折力的透镜，为第一透镜、第二 透镜、第三透镜以及第四透镜。
[0031] 第一透镜具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面，其像侧表面近光轴处可为 凹面，且其像侧表面由近光轴处至周边处可存在凹面转凸面的变化。借此，可适当调整第一 透镜的正屈折力强度，有助于缩短结像系统组的总长度，同时可减少像散的产生并修正离 轴视场的像差。
[0032] 第二透镜具有负屈折力，其像侧表面近光轴处为凹面，且其像侧表面由近光轴处 至周边处存在凹面转凸面的变化。借此，可补正第一透镜产生的像差，并有效压制离轴视场 光线入射于影像感测元件的角度，以增加影像感光元件的接收效率。
[0033] 第三透镜具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面，其像侧表面近光轴处为凸 面，且其像侧表面由近光轴处至周边处可存在凸面转凹面的变化。借此，可有效降低敏感 度，避免屈折力过度集中而使球差过度增大，进一步可有效修正离轴视场的像差。
[0034] 第四透镜具有负屈折力，其物侧表面近光轴处可为凹面，其像侧表面近光轴处为 凹面，且其像侧表面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化。借此，有助于使主点有效 远离成像面，以加强缩短其后焦距，进而可减少总长度，以达到小型化的目标，并同时可有 效修正像散与压制离轴视场光线入射于影像感测元件的角度，以增加影像感光元件的接收 效率。
[0035] 第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，第二透镜与第三透镜于光轴 上的间隔距离为T23，第三透镜与第四透镜于光轴上的间隔距离为T34，其满足下列条件： 0〈(T23+T34)/T12〈2. 0。借此，有利于透镜的组装，以提高制作合格率。较佳地，可满足下列 条件：0. 5〈（Τ23+Τ34)/Τ12〈1· 3。
[0036] 第二透镜的物侧表面的曲率半径为R3，第二透镜的像侧表面的曲率半径为R4， 其满足下列条件：0〈1?4/|1?3|〈0.9。借此，有助于像散的修正。较佳地，可满足下列条件： 0<R4/|R3|<0. 6。
[0037] 结像系统组的焦距为f，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，其满足下 列条件：4. 0〈f/f3+|f/f4|〈9. 0。借此，利用第三透镜及第四透镜分配结像系统组所需的屈 折力，以减缓第一透镜及第二透镜屈折力的负担，有助于降低结像系统组中前端透镜（尤 其是第一透镜）敏感度较高的问题，以提高制作合格率。较佳地，可满足下列条件：4. 5〈f/ f3+|f/f4|<8. 5。更佳地，可满足下列条件：5. 0<f/f3+|f/f4|<8. 0。
[0038] 第三透镜的物侧表面的曲率半径为R5，第三透镜的像侧表面的曲率半径为R6，其 满足下列条件：0. 5〈(R5+R6)/(R5-R6) ( 1.0。借此，有助于减少球差的产生与降低结像系 统组的敏感度。
[0039] 第四透镜的物侧表面的曲率半径为R7，第四透镜的像侧表面的曲率半径为R8，其 满足下列条件：0 ( R8/|R7|〈0. 6。借此，有助于缩短结像系统组的后焦距，以维持其小型 化。
[0040] 第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，其满足下列条件：0.75〈|f3/ f4|〈1.25。借此，可有效平衡系统的屈折力配置，有助于降低敏感度以提升制造合格率。
[0041] 第二透镜的像侧表面的曲率半径为R4，该第三透镜的物侧表面的曲率半径为R5， 其满足下列条件：0〈R4/R5。借此，有助于像差修正与减少球差产生。
[0042] 第一透镜的焦距为Π ，第二透镜的焦距为f2，其满足下列条件：0.5〈|Π/ f2|〈1.5。借此，可有效缩短总长度与减少像差产生。
[0043] 第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，第二透镜于光轴上的厚度为 CT2，其满足下列条件：0. 30〈T12/CT2〈0. 80。借此，有助于镜片的成型性与均质性，并使组装 合格率增加。
[0044] 第二透镜的像侧表面在光轴上的交点至第二透镜的像侧表面的最大有效径位置 于光轴的水平位移距离为Sag22，第二透镜与第三透镜于光轴上的间隔距离为T23，其满足 下列条件：-1. 0〈Sag22/T23〈0. 2。借此，有助于镜片的制作与成型，并有利于结像系统组的 组装，以提闻制造合格率。
[0045] 第三透镜的像侧表面的曲率半径为R6，第三透镜于光轴上的厚度为CT3，其满足 下列条件：-0. 85〈R6/CT3〈-0. 25。借此，有利于镜片的制作与成型，并有加强降低敏感度的 功效。
[0046] 第二透镜的色散系数为V2,第四透镜的色散系数为V4,其满足下列条件：1. 5〈V4/ V2〈3. 0。借此，有助于结像系统组色差的修正。
[0047] 第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为T12,第二透镜与第三透镜于光轴上 的间隔距离为T23,第三透镜与第四透镜于光轴上的间隔距离为T34,第一透镜的物侧表 面至第四透镜的像侧表面于光轴上的距离为Td，其满足下列条件：0. 10〈(T12+T23+T34)/ Td〈0. 22。借此，有利于透镜的组装，并有效维持结像系统组的小型化。
[0048] 本发明提供的结像系统组中，透镜的材质可为塑胶或玻璃，当透镜材质为塑胶，可 以有效降低生产成本，另当透镜的材质为玻璃，则可以增加结像系统组屈折力配置的自由 度。此外，结像系统组中透镜的物侧表面及像侧表面可为非球面，非球面可以容易制作成球 面以外的形状，获得较多的控制变数，用以消减像差，进而缩减透镜使用的数目，因此可以 有效降低本发明结像系统组的总长度。
[0049] 另外，本发明的结像系统组中，依需求可设置至少一光阑，以减少杂散光，有助于 提升影像品质。
[0050] 本发明的结像系统组中，光圈配置可为前置光圈或中置光圈，其中前置光圈意即 光圈设置于被摄物与第一透镜间，中置光圈则表示光圈设置于第一透镜与成像面间。若光 圈为前置光圈，可使结像系统组的出射瞳（Exit Pupil)与成像面产生较长的距离，使其具 有远心（Telecentric)效果，并可增加影像感测元件的C⑶或CMOS接收影像的效率；若为 中置光圈，有助于扩大系统的视场角，使结像系统组具有广角镜头的优势。
[0051] 本发明的结像系统组更可视需求应用于移动对焦的光学系统中，并兼具优良像差 修正与良好成像品质的特色，可多方面应用于3D (三维）影像撷取、数字相机、移动装置、数 字平板等电子影像系统中。
[0052] 根据上述实施方式，以下提出具体实施例并配合附图予以详细说明。
[0053] 〈第一实施例〉
[0054] 请参照图1及图2,其中图1绘示依照本发明第一实施例的一种结像系统组的示意 图，图2由左至右依序为第一实施例的结像系统组的球差、像散及歪曲曲线图。由图1可知， 结像系统组由物侧至像侧依序包含第一透镜110、光圈100、第二透镜120、第三透镜130、第 四透镜140、红外线滤除滤光片160以及成像面150。
[0055] 第一透镜110具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面111近光轴处为凸面，其 像侧表面112近光轴处为凹面，并皆为非球面，且其像侧表面112由近光轴处至周边处存在 凹面转凸面的变化。
[0056] 第二透镜120具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面121近光轴处为凹面，其 像侧表面122近光轴处为凹面，并皆为非球面，且其像侧表面122由近光轴处至周边处存在 凹面转凸面的变化。
[0057] 第三透镜130具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面131近光轴处为凸面，其 像侧表面132近光轴处为凸面，并皆为非球面，且其像侧表面132由近光轴处至周边处存在 凸面转凹面的变化。
[0058] 第四透镜140具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面141近光轴处为凹面，其 像侧表面142近光轴处为凹面，并皆为非球面，且其像侧表面142由近光轴处至周边处存在 凹面转凸面的变化。
[0059] 红外线滤除滤光片160为玻璃材质，其设置于第四透镜140及成像面150间且不 影响结像系统组的焦距。
[0060] 上述各透镜的非球面的曲线方程式表示如下：
[0061]
【权利要求】
1. 一种结像系统组，其特征在于，由物侧至像侧依序包含： 一第一透镜，具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面； 一第二透镜，具有负屈折力，其像侧表面近光轴处为凹面，其物侧表面及像侧表面皆为 非球面，且其像侧表面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化； 一第三透镜，具有正屈折力，其物侧表面近光轴处为凸面，其像侧表面近光轴处为凸 面；以及 一第四透镜，具有负屈折力，其像侧表面近光轴处为凹面，其物侧表面及像侧表面皆为 非球面，且其像侧表面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化； 其中该结像系统组具有屈折力的透镜为四枚，该第一透镜与该第二透镜于光轴上的间 隔距离为T12,该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,该第三透镜与该第四 透镜于光轴上的间隔距离为T34,该第二透镜的物侧表面的曲率半径为R3,该第二透镜的 像侧表面的曲率半径为R4,该结像系统组的焦距为f，该第三透镜的焦距为f3,该第四透镜 的焦距为f4,其满足下列条件： 0<(T23+T34)/T12<2. 0 ； 0〈R4/|R3|〈0. 9 ;以及 4.0<f/f3+|f/f4|<9. Ο〇
2. 根据权利要求1所述的结像系统组，其特征在于，该结像系统组的焦距为f，该第三 透镜的焦距为f3,该第四透镜的焦距为f4,其满足下列条件： 4.5<f/f3+|f/f4|<8. 5〇
3. 根据权利要求2所述的结像系统组，其特征在于，该结像系统组的焦距为f，该第三 透镜的焦距为f3,该第四透镜的焦距为f4,其满足下列条件： 5.0<f/f3+|f/f4|<8. 0〇
4. 根据权利要求2所述的结像系统组，其特征在于，该第三透镜的物侧表面的曲率半 径为R5,该第三透镜的像侧表面的曲率半径为R6,其满足下列条件： 0. 5<(R5+R6)/(R5-R6) ^ 1.0〇
5. 根据权利要求2所述的结像系统组，其特征在于，该第四透镜的物侧表面的曲率半 径为R7,该第四透镜的像侧表面的曲率半径为R8,其满足下列条件： 0< R8/|R7|〈0. 6。
6. 根据权利要求1所述的结像系统组，其特征在于，该第一透镜与该第二透镜于光轴 上的间隔距离为T12,该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,该第三透镜与 该第四透镜于光轴上的间隔距离为T34,其满足下列条件： 0. 5〈（T23+T34)/T12〈1. 3。
7. 根据权利要求6所述的结像系统组，其特征在于，该第二透镜的物侧表面的曲率半 径为R3,该第二透镜的像侧表面的曲率半径为R4,其满足下列条件： 0〈R4/|R3|〈0. 6。
8. 根据权利要求1所述的结像系统组，其特征在于，该第三透镜的焦距为f3,该第四透 镜的焦距为f4,其满足下列条件： 0.75〈|f3/f4|〈l. 25。
9. 根据权利要求8所述的结像系统组，其特征在于，该第三透镜的像侧表面由近光轴 处至周边处存在凸面转凹面的变化。
10. 根据权利要求8所述的结像系统组，其特征在于，该第二透镜的像侧表面的曲率半 径为R4,该第三透镜的物侧表面的曲率半径为R5,其满足下列条件： 0〈R4/R5。
11. 根据权利要求1所述的结像系统组，其特征在于，该第一透镜的焦距为Π，该第二 透镜的焦距为f2,其满足下列条件： 0· 5〈|n/f2|〈l. 5。
12. 根据权利要求11所述的结像系统组，其特征在于，该第一透镜与该第二透镜于光 轴上的间隔距离为T12,该第二透镜于光轴上的厚度为CT2,其满足下列条件： 0. 30<T12/CT2<0. 80〇
13. 根据权利要求11所述的结像系统组，其特征在于，该第二透镜的像侧表面在光轴 上的交点至该第二透镜的像侧表面的最大有效径位置于光轴的水平位移距离为Sag22,该 第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,其满足下列条件： -1. 0〈Sag22/T23〈0. 2。
14. 根据权利要求11所述的结像系统组，其特征在于，该第三透镜的像侧表面的曲率 半径为R6,该第三透镜于光轴上的厚度为CT3,其满足下列条件： -0.85〈R6/CT3〈-0. 25。
15. 根据权利要求1所述的结像系统组，其特征在于，该第二透镜的色散系数为V2,该 第四透镜的色散系数为V4,其满足下列条件： 1. 5<V4/V2<3. 0〇
16. 根据权利要求15所述的结像系统组，其特征在于，该第一透镜与该第二透镜于光 轴上的间隔距离为T12,该第二透镜与该第三透镜于光轴上的间隔距离为T23,该第三透镜 与该第四透镜于光轴上的间隔距离为T34,该第一透镜的物侧表面至该第四透镜的像侧表 面于光轴上的距离为Td，其满足下列条件： 0·10〈（T12+T23+T34)/Td〈0. 22。
17. 根据权利要求15所述的结像系统组，其特征在于，该第四透镜的物侧表面近光轴 处为凹面。
18. 根据权利要求1所述的结像系统组，其特征在于，该第一透镜的像侧表面近光轴处 为凹面，且其像侧表面由近光轴处至周边处存在凹面转凸面的变化。
【文档编号】G02B13/18GK104049341SQ201310111907
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年4月2日 优先权日:2013年3月11日
【发明者】廖凌峣, 陈纬彧 申请人:大立光电股份有限公司