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TWI537589B - 光學取像系統、取像裝置及電子裝置 - Google Patents

光學取像系統、取像裝置及電子裝置 Download PDF

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Publication number
TWI537589B
TWI537589B TW104100438A TW104100438A TWI537589B TW I537589 B TWI537589 B TW I537589B TW 104100438 A TW104100438 A TW 104100438A TW 104100438 A TW104100438 A TW 104100438A TW I537589 B TWI537589 B TW I537589B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
lens
imaging system
optical axis
optical imaging
image side
Prior art date
Application number
TW104100438A
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TW201626035A (zh
Inventor
薛鈞哲
陳俊諺
陳緯彧
Original Assignee
大立光電股份有限公司
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Publication date
Application filed by 大立光電股份有限公司 filed Critical 大立光電股份有限公司
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Priority to US14/625,043 priority patent/US9341815B1/en
Application granted granted Critical
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Publication of TW201626035A publication Critical patent/TW201626035A/zh

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
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    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
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Description

光學取像系統、取像裝置及電子裝置
本發明係關於一種光學取像系統、取像裝置及電子裝置，特別是一種適用於電子裝置的光學取像系統及取像裝置。
近年來，隨著小型化攝影鏡頭的蓬勃發展，微型取像模組的需求日漸提高，而一般攝影鏡頭的感光元件不外乎是感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor，CMOS Sensor)兩種，且隨著半導體製程技術的精進，使得感光元件的畫素尺寸縮小，再加上現今電子產品以功能佳且輕薄短小的外型為發展趨勢，因此，具備良好成像品質的小型化攝影鏡頭儼然成為目前市場上的主流。
傳統搭載於電子裝置上的高畫素小型化攝影鏡頭，多採用二片式透鏡結構為主，但由於高階智慧型手機(Smart Phone)、穿戴式裝置(Wearable Device)、平板電腦(Tablet Personal Computer)與紅外線攝影鏡頭等高規格行動裝置的盛行，帶動小型化攝像鏡頭在畫素與成像品質上的要求提升，習知的二片式鏡頭組將無法滿足更高階的需求。
目前雖然有發展一般傳統三片式光學系統，但習知光學系統中的屈折力配置不均，容易使光學系統的後焦距過長，不利於光學系統的小型化。進一步地，可能造成屈折力過度集中於單一透鏡，而有礙於修正光學系統的像 差以及降低光學系統的敏感度。
本發明提供一種光學取像系統、取像裝置以及電子裝置，其中光學取像系統包含具正屈折力的第一透鏡、具正屈折力的第二透鏡和具負屈折力的第三透鏡，且第三透鏡的屈折力較第一透鏡和第二透鏡強。藉此，可有效縮短光學取像系統的總長與後焦距。此外，當滿足特定條件，有助於使光學取像系統中透鏡的屈折力配置較為平衡，以修正光學取像系統的像差，並且降低光學取像系統的敏感度。再者，第一透鏡物側表面和像側表面皆為凸面，可有效平衡第一透鏡的曲率分佈，有助於避免第一透鏡單一表面曲率過強，以減少光學取像系統像差的產生，並且降低成型困難度。
本發明提供一種光學取像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡。第一透鏡具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凸面，其像側表面於近光軸處為凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且第一透鏡為塑膠材質。第二透鏡具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凹面，其像側表面於近光軸處為凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且第二透鏡為塑膠材質。第三透鏡具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面，其像側表面離軸處具有至少一凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且第三透鏡為塑膠材質。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片。光學取像系統更包含一光圈，且光圈設置於第一透鏡像側表面和第二透鏡物側表面之間。第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，光圈至第三透鏡像側表面於光軸上的距離為SD，第一透鏡物側表面至第三透鏡像側表面於光軸上的距離為 TD，其滿足下列條件：|f3|<f2<f1；1.55<CT1/CT3；以及0.55<SD/TD<0.80。
本發明另提供一種光學取像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡。第一透鏡具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凸面，其像側表面於近光軸處為凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且第一透鏡為塑膠材質。第二透鏡具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凹面，其像側表面於近光軸處為凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且第二透鏡為塑膠材質。第三透鏡具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面，其像側表面離軸處具有至少一凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且第三透鏡為塑膠材質。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片。光學取像系統更包含一濾光元件。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和濾光元件中至少其中一個為吸收可見光材質所製成。第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，其滿足下列條件：|f3|<f2<f1；以及1.25<CT1/CT3。
本發明另提供一種取像裝置，其包含前述的光學取像系統以及電子感光元件，其中電子感光元件設置於光學取像系統的成像面上。
本發明另提供一種電子裝置，其包含前述的取像裝置。
當|f3|<f2<f1滿足上述條件時，有助於使光學取像系統中透鏡 的屈折力配置較為平衡，以修正光學取像系統的像差，並且降低光學取像系統的敏感度。
當CT1/CT3滿足上述條件時，第一透鏡和第三透鏡的厚度較為合適，有助於透鏡在製作時的均質性與成型性。
當SD/TD滿足上述條件時，可使光學取像系統的光學系統設計在遠心(Telecentric)與廣角特性中取得良好平衡。
10‧‧‧取像裝置
100、200、300、400、500、600、700、800‧‧‧光圈
110、210、310、410、510、610、710、810‧‧‧第一透鏡
111、211、311、411、511、611、711、811‧‧‧物側表面
112、212、312、412、512、612、712、812‧‧‧像側表面
120、220、320、420、520、620、720、820‧‧‧第二透鏡
121、221、321、421、521、621、721、821‧‧‧物側表面
122、222、322、422、522、622、722、822‧‧‧像側表面
130、230、330、430、530、630、730、830‧‧‧第三透鏡
131、231、331、431、531、631、731、831‧‧‧物側表面
132、232、332、432、532、632、732、832‧‧‧像側表面
140、240、340、440、540、640、740、840‧‧‧濾光元件
150、250、350、450、550、650、750、850‧‧‧成像面
160、260、360、460、560、660、760、860‧‧‧電子感光元件
CT1‧‧‧第一透鏡於光軸上的厚度
CT3‧‧‧第三透鏡於光軸上的厚度
EPD‧‧‧光學取像系統的入瞳孔徑
f‧‧‧光學取像系統的焦距
f1‧‧‧第一透鏡的焦距
f2‧‧‧第二透鏡的焦距
f3‧‧‧第三透鏡的焦距
Fno‧‧‧光學取像系統的光圈值
HFOV‧‧‧光學取像系統中最大視角的一半
N2‧‧‧第二透鏡的折射率
N3‧‧‧第三透鏡的折射率
R2‧‧‧第一透鏡像側表面的曲率半徑
SD‧‧‧光圈至第三透鏡像側表面於光軸上的距離
T12‧‧‧第一透鏡與第二透鏡於光軸上的間隔距離
T23‧‧‧第二透鏡與第三透鏡於光軸上的間隔距離
TD‧‧‧第一透鏡物側表面至第三透鏡像側表面於光軸上的距離
TL‧‧‧第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離
V2‧‧‧第二透鏡的色散係數
V3‧‧‧第三透鏡的色散係數
ΣCT‧‧‧第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡於光軸上透鏡厚度之總和
第1圖繪示依照本發明第一實施例的取像裝置示意圖。
第2圖由左至右依序為第一實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第3圖繪示依照本發明第二實施例的取像裝置示意圖。
第4圖由左至右依序為第二實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第5圖為第二實施例的第三透鏡的穿透率光譜。
第6圖為第二實施例的的第一透鏡、第二透鏡和濾光元件的穿透率光譜。
第7圖為第二實施例的光學取像系統的穿透率光譜。
第8圖繪示依照本發明第三實施例的取像裝置示意圖。
第9圖由左至右依序為第三實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第10圖繪示依照本發明第四實施例的取像裝置示意圖。
第11圖由左至右依序為第四實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第12圖繪示依照本發明第五實施例的取像裝置示意圖。
第13圖由左至右依序為第五實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第14圖繪示依照本發明第六實施例的取像裝置示意圖。
第15圖由左至右依序為第六實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第16圖繪示依照本發明第七實施例的取像裝置示意圖。
第17圖由左至右依序為第七實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第18圖繪示依照本發明第八實施例的取像裝置示意圖。
第19圖由左至右依序為第八實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第20圖繪示依照本發明的一種電子裝置的示意圖。
第21圖繪示依照本發明的另一種電子裝置的示意圖。
第22圖繪示依照本發明的再另一種電子裝置的示意圖。
第23圖繪示依照本發明的再另一種電子裝置的示意圖。
光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡。其中，光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片。
第一透鏡具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凸面，其像側表面於近光軸處為凸面。藉此，可提供光學取像系統所需的正屈折力，並有助於適當調整光學取像系統的總長度。此外，由於第一透鏡物側表面和像側表面皆為凸面，可有效平衡第一透鏡的曲率分佈，有助於避免第一透鏡單一表面曲率過強，以減少光學取像系統像差的產生，並且降低成型困難度。
第二透鏡具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凹面，其像側表面於近光軸處為凸面。藉此，第一透鏡和第二透鏡皆具正屈折力，有助於均勻分布光學取像系統的屈折力，以降低光學取像系統的敏感度。此外，可有效降低光學取像系統的後焦距，使光學取像系統維持小型化。
第三透鏡具有負屈折力，其物側表面於近光軸處可為凹面，其像 側表面於近光軸處為凹面，其像側表面於離軸處具有至少一凸面。藉此，光學取像系統的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡形成正-正-負結構，且第三透鏡的屈折力較第一透鏡和第二透鏡強，可有效縮短光學取像系統的總長與後焦距。此外，可壓制離軸視場的光線入射於電子感光元件上的角度，以增加電子感光元件的接收效率，進一步修正離軸視場的像差。
第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，其滿足下列條件：|f3|<f2<f1。藉此，有助於使光學取像系統中透鏡的屈折力配置較為平衡，以修正光學取像系統的像差，並且降低光學取像系統的敏感度。
第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，其滿足下列條件：1.25<CT1/CT3。藉此，第一透鏡和第三透鏡的厚度較為合適，有助於透鏡在製作時的均質性與成型性。較佳地，其滿足下列條件：1.55<CT1/CT3。更佳地，其滿足下列條件：1.80<CT1/CT3<4.50。又更佳地，其滿足下列條件：2.40<CT1/CT3<3.50。
光學取像系統更包含一光圈。光圈至第三透鏡像側表面於光軸上的距離為SD，第一透鏡物側表面至第三透鏡像側表面於光軸上的距離為TD，其滿足下列條件：0.55<SD/TD<0.80。藉此，可使光學取像系統的光學系統設計在遠心(Telecentric)與廣角特性中取得良好平衡。
第一透鏡與第二透鏡於光軸上的間隔距離為T12，第二透鏡與第三透鏡於光軸上的間隔距離為T23，其滿足下列條件：2.5<T12/T23。藉此，可適當調整各透鏡間的間距，有助於縮短光學取像系統的總長度，以維持其小型化。
第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡於光軸上透鏡厚度之總和為ΣCT(即為第一透鏡於光軸上的厚度、第二透鏡於光軸上的厚度和第三透鏡於光軸上的厚度之總和)，第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：1.40<ΣCT/CT1<2.60。藉此，可避免透鏡過薄或過厚，有利於維持光學取像系統的小型化，同時提升製作良率。
第二透鏡的色散係數為V2，第三透鏡的色散係數為V3，其滿足下列條件：0.80<V2/V3<1.33。藉此，可使光學取像系統中塑膠透鏡材質的選用較為匹配，以利於提升光學取像系統的成像品質。
第一透鏡物側表面至第三透鏡像側表面於光軸上的距離為TD，其滿足下列條件：TD<2.25mm(公釐)。藉此，有利於光學取像系統的小型化，以避免光學取像系統體積過大，使光學取像系統更適合應用於電子裝置。
第二透鏡的色散係數為V2，第三透鏡的色散係數為V3，其滿足下列條件：V2+V3<70。藉此，可使光學取像系統中塑膠透鏡材質的選用較為匹配，以利於提升光學取像系統的成像品質。
第二透鏡的折射率為N2，第三透鏡的折射率為N3，其滿足下列條件：3.00<N2+N3<3.40。藉此，第二透鏡和第三透鏡的折射率較為合適，有利於修正光學取像系統的像差，同時維持良好的成像品質。
第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離為TL，光學取像系統的入瞳孔徑為EPD，其滿足下列條件：1.0<TL/EPD<3.4。藉此，可增加光學取像系統的進光量，有利於提升低光源環境下的取像感光能力。
第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，其滿足下列條件：1.25<(|f3|/f2)+(f2/f1)<1.85。藉此，可平衡光學取像系 統的屈折力配置，以避免像差過度產生，同時可有效降低光學取像系統的敏感度。
第一透鏡的焦距為f1，第一透鏡像側表面的曲率半徑為R2，其滿足下列條件：-1.5<f1/R2<0。藉此，第一透鏡像側表面的曲率較合適，有助於縮短光學取像系統的總長度。
本發明的光學取像系統可使用於波長750奈米(nm)至1050奈米的波段中。藉此，可有效擷取紅外線波長範圍光線，以適用於動態體感偵測、低光源拍攝或虹膜辨識裝置等各式紅外線攝影應用。
光學取像系統更包含一濾光元件。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和濾光元件中至少其中一個可為吸收可見光材質所製成。吸收可見光材質例如為染黑塑料。藉此，光學取像系統可選擇性地將透鏡或濾光片以吸收可見光材質製作，使透鏡或濾光片可有效降低可見光波段光源的穿透率，以減少可見光波段對成像品質的影響。
光學取像系統中光圈之配置可為中置光圈。中置光圈表示光圈設置於第一透鏡與成像面間，係有助於提供光學取像系統足夠的視場角。
本發明揭露的光學取像系統中，透鏡的材質可為塑膠或玻璃。當透鏡的材質為玻璃，可以增加屈折力配置的自由度。另當透鏡材質為塑膠，則可以有效降低生產成本。此外，可於透鏡表面上設置非球面(ASP)，非球面可以容易製作成球面以外的形狀，獲得較多的控制變數，用以消減像差，進而縮減所需使用透鏡的數目，因此可以有效降低光學總長度。
本發明揭露的光學取像系統中，若透鏡表面係為凸面且未界定該凸面位置時，則表示該透鏡表面於近光軸處為凸面；若透鏡表面係為凹面且未 界定該凹面位置時，則表示該透鏡表面於近光軸處為凹面。若透鏡之屈折力或焦距未界定其區域位置時，則表示該透鏡之屈折力或焦距為透鏡於近光軸處之屈折力或焦距。
本發明揭露的光學取像系統中，光學取像系統之成像面(Image Surface)依其對應的電子感光元件之不同，可為一平面或有任一曲率之曲面，特別是指凹面朝往物側方向之曲面。
本發明揭露的光學取像系統中，可設置有至少一光闌，其位置可設置於第一透鏡之前、各透鏡之間或最後一透鏡之後均可，該光闌的種類如耀光光闌(Glare Stop)或視場光闌(Field Stop)等，用以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明更提供一種取像裝置，其包含前述光學取像系統以及電子感光元件，其中電子感光元件設置於光學取像系統的成像面上。較佳地，該取像裝置可進一步包含鏡筒(Barrel Member)、支持裝置(Holder Member)或其組合。
請參照第20、21、22圖與23圖，取像裝置10可多方面應用於智慧型手機(如第20圖所示)、平板電腦(如第21圖所示)、穿戴式裝置(如第22圖所示)與紅外線攝影裝置(如第23圖所示)等。較佳地，電子裝置可進一步包含控制單元(Control Units)、顯示單元(Display Units)、儲存單元(Storage Units)、暫儲存單元(RAM)或其組合。
本發明的光學取像系統更可視需求應用於移動對焦的光學系統中，並兼具優良像差修正與良好成像品質的特色。本發明亦可多方面應用於三維(3D)影像擷取、數位相機、行動裝置、數位平板、智慧型電視、網路監控設備、行車記錄器、倒車顯影裝置、體感遊戲機與穿戴式裝置等電子裝置中。本發明 的光學取像系統也可應用於需搭載紅外線鏡頭的電子裝置，如動態體感偵測、低光源拍攝或虹膜辨識裝置等需要避免紅外線干擾之電子裝置等。進一步來說，本發明的光學取像系統可使用於波長750奈米至1050奈米的波段中，但此波段範圍並非用以限制本發明。前揭電子裝置僅是示範性地說明本發明的實際運用例子，並非限制本發明之取像裝置的運用範圍。
根據上述實施方式，以下提出具體實施例並配合圖式予以詳細說明。
<第一實施例>
請參照第1圖及第2圖，其中第1圖繪示依照本發明第一實施例的取像裝置示意圖，第2圖由左至右依序為第一實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第1圖可知，取像裝置包含光學取像系統(未另標號)與電子感光元件160。光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡110、光圈100、第二透鏡120、第三透鏡130、濾光元件(Filter)140與成像面150。其中，電子感光元件160設置於成像面150上。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片(110-130)。
第一透鏡110具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面111於近光軸處為凸面，其像側表面112於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡120具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面121於近光軸處為凹面，其像側表面122於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡130具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面131於近光軸處為凹面，其像側表面132於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其像側表面132於離軸處具有至少一凸面。
濾光元件140的材質為玻璃，其設置於第三透鏡130及成像面 150之間，並不影響光學取像系統的焦距。
上述各透鏡的非球面的曲線方程式表示如下： ；其中：X：非球面上距離光軸為Y的點，其與相切於非球面光軸上交點的切面的相對距離；Y：非球面曲線上的點與光軸的垂直距離；R：曲率半徑；k：錐面係數；以及Ai：第i階非球面係數。
第一實施例的光學取像系統中，光學取像系統的焦距為f，光學取像系統的光圈值(F-number)為Fno，光學取像系統中最大視角的一半為HFOV，其數值如下：f=2.12mm(公釐)，Fno=2.85，HFOV=31.3度(deg.)。
第二透鏡120的折射率為N2，第三透鏡130的折射率為N3，其滿足下列條件：N2+N3=3.222。
第二透鏡120的色散係數為V2，第三透鏡130的色散係數為V3，其滿足下列條件：V2+V3=53.70。
第二透鏡120的色散係數為V2，第三透鏡130的色散係數為V3，其滿足下列條件：V2/V3=1.29。
第一透鏡110於光軸上的厚度為CT1，第三透鏡130於光軸上的厚度為CT3，其滿足下列條件：CT1/CT3=2.02。
第一透鏡110、第二透鏡120與第三透鏡130分別於光軸上透鏡厚度之總和為ΣCT，第一透鏡110於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：ΣCT/CT1=2.66。
第一透鏡110與第二透鏡120於光軸上的間隔距離為T12，第二透鏡120與第三透鏡130於光軸上的間隔距離為T23，其滿足下列條件：T12/T23=4.83。
第一透鏡110的焦距為f1，第一透鏡像側表面112的曲率半徑為R2，其滿足下列條件：f1/R2=-0.34。
第一透鏡110的焦距為f1，第二透鏡120的焦距為f2，第三透鏡130的焦距為f3，其滿足下列條件：(|f3|/f2)+(f2/f1)=1.41。
第一透鏡物側表面111至第三透鏡像側表面132於光軸上的距離為TD，其滿足下列條件：TD=2.05mm。
光圈100至第三透鏡像側表面132於光軸上的距離為SD，第一透鏡物側表面111至第三透鏡像側表面132於光軸上的距離為TD，其滿足下列條件：SD/TD=0.66。
第一透鏡物側表面111至成像面150於光軸上的距離為TL，光學取像系統的入瞳孔徑為EPD，其滿足下列條件：TL/EPD=3.87。
配合參照下列表一以及表二。
表一為第1圖第一實施例詳細的結構數據，其中曲率半徑、厚度及焦距的單位為公釐(mm)，且表面0到10依序表示由物側至像側的表面。表二為第一實施例中的非球面數據，其中，k為非球面曲線方程式中的錐面係數，A4到A16則表示各表面第4到16階非球面係數。此外，以下各實施例表格乃對應各實施例的示意圖與像差曲線圖，表格中數據的定義皆與第一實施例的表一及表二的定義相同，在此不加以贅述。
<第二實施例>
請參照第3圖及第4圖，其中第3圖繪示依照本發明第二實施例的取像裝置示意圖，第4圖由左至右依序為第二實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第3圖可知，取像裝置包含光學取像系統(未另標號)與電子感光元件260。光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡210、光圈200、第二透鏡220、第三透鏡230、濾光元件240與成像面250。其中，電子感光元件260設置於成像面250上。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片(210-230)。
第一透鏡210具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面211於近光軸處為凸面，其像側表面212於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡220具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面221於近光軸處為凹面，其像側表面222於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡230具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面231於近光軸處為凹面，其像側表面232於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其像側表面232於離軸處具有至少一凸面。
濾光元件240的材質為玻璃，其設置於第三透鏡230及成像面250之間，並不影響光學取像系統的焦距。
在第二實施例中，第三透鏡230為吸收可見光材質所製成，且第一透鏡210、第二透鏡220和濾光元件240為非吸收可見光材質所製成。藉此，第三透鏡230可有效降低可見光波段光源的穿透率。進一步而言，在第二實施例中，吸收可見光材質製成的第三透鏡230可吸收波長400nm~700nm的波段(即可見光波段)，而使可見光波段的穿透率低於50%。藉此，光學取像系統適用於波長約810nm的波段。請參照第5圖、第6圖和第7圖。第5圖為第二實施例的第三透鏡的穿透率光譜。第6圖為第二實施例的第一透鏡、第二透鏡和濾光 元件的穿透率光譜。第7圖為第二實施例的光學取像系統的穿透率光譜。
請配合參照下列表三以及表四。
第二實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。 此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第三實施例>
請參照第8圖及第9圖，其中第8圖繪示依照本發明第三實施例的取像裝置示意圖，第9圖由左至右依序為第三實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第8圖可知，取像裝置包含光學取像系統(未另標號)與電子感光元件360。光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡310、光圈300、第二透鏡320、第三透鏡330、濾光元件340與成像面350。其中，電子感光元件360設置於成像面350上。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片(310-330)。
第一透鏡310具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面311於近光軸處為凸面，其像側表面312於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡320具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面321於近光軸處為凹面，其像側表面322於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡330具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面331於近光軸處為凸面，其像側表面332於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其像側表面332於離軸處具有至少一凸面。
濾光元件340的材質為玻璃，其設置於第三透鏡330及成像面350之間，並不影響光學取像系統的焦距。
請配合參照下列表五以及表六。
第三實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第四實施例>
請參照第10圖及第11圖，其中第10圖繪示依照本發明第四實施例的取像裝置示意圖，第11圖由左至右依序為第四實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第10圖可知，取像裝置包含光學取像系統(未另標號)與電子感光元件460。光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡410、光圈400、第二透鏡420、第三透鏡430、濾光元件440與成像面450。其中，電子感光元件460設置於成像面450上。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片(410-430)。
第一透鏡410具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面411於近光軸處為凸面，其像側表面412於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡420具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面421於近光軸處為凹面，其像側表面422於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡430具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面431於近光軸處為凹面，其像側表面432於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其像側表面432於離軸處具有至少一凸面。
濾光元件440的材質為玻璃，其設置於第三透鏡430及成像面450之間，並不影響光學取像系統的焦距。
請配合參照下列表七以及表八。
第四實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第五實施例>
請參照第12圖及第13圖，其中第12圖繪示依照本發明第五實施例的取像裝置示意圖，第13圖由左至右依序為第五實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第12圖可知，取像裝置包含光學取像系統(未另標號)與電子感光元件560。光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡510、光圈500、第二透鏡520、第三透鏡530、濾光元件540與成像面550。其中，電子感光元件560設置於成像面550上。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片(510-530)。
第一透鏡510具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面511於近光軸處為凸面，其像側表面512於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡520具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面521於近光軸處為凹面，其像側表面522於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡530具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面531於近光軸處為凸面，其像側表面532於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其像側表面532於離軸處具有至少一凸面。
濾光元件540的材質為玻璃，其設置於第三透鏡530及成像面550之間，並不影響光學取像系統的焦距。
在第五實施例中，第一透鏡510為吸收可見光材質所製成，且第二透鏡520、第三透鏡530和濾光元件540為非吸收可見光材質所製成。藉此， 第一透鏡510可吸收波長400nm~700nm的波段(即可見光波段)，而令光學取像系統適用於波長約810nm的波段。
請配合參照下列表九以及表十。
第五實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第六實施例>
請參照第14圖及第15圖，其中第14圖繪示依照本發明第六實施例的取像裝置示意圖，第15圖由左至右依序為第六實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第14圖可知，取像裝置包含光學取像系統(未另標號)與電子感光元件660。光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡610、光圈600、第二透鏡620、第三透鏡630、濾光元件640與成像面650。其中，電子感光元件660設置於成像面650上。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片(610-630)。
第一透鏡610具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面611於近光軸處為凸面，其像側表面612於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡620具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面621於近光軸處為凹面，其像側表面622於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡630具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面631於近光軸處為凸面，其像側表面632於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面其像側表面632於離軸處具有至少一凸面。
濾光元件640的材質為玻璃，其設置於第三透鏡630及成像面 650之間，並不影響光學取像系統的焦距。
在第六實施例中，第一透鏡610為吸收可見光材質所製成，且第二透鏡620、第三透鏡630和濾光元件640為非吸收可見光材質所製成。藉此，第一透鏡610可吸收波長400nm~700nm的波段(即可見光波段)，而令光學取像系統適用於波長約810nm的波段。
請配合參照下列表十一以及表十二。
第六實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第七實施例>
請參照第16圖及第17圖，其中第16圖繪示依照本發明第七實施例的取像裝置示意圖，第17圖由左至右依序為第七實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第16圖可知，取像裝置包含光學取像系統(未另標號)與電子感光元件760。光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡710、光圈700、第二透鏡720、第三透鏡730、濾光元件740與成像面750。其中，電子感光元件760設置於成像面750上。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片(710-730)。
第一透鏡710具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面711於近光軸處為凸面，其像側表面712於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡720具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面721於近光軸處為凹面，其像側表面722於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡730具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面731 於近光軸處為凸面，其像側表面732於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其像側表面732於離軸處具有至少一凸面。
濾光元件740的材質為玻璃，其設置於第三透鏡730及成像面750之間，並不影響光學取像系統的焦距。
在第七實施例中，第二透鏡720為吸收可見光材質所製成，且第一透鏡710、第三透鏡730和濾光元件740為非吸收可見光材質所製成。藉此，第二透鏡720可吸收波長400nm~700nm的波段(即可見光波段)，而令光學取像系統適用於波長約810nm的波段。
請配合參照下列表十三以及表十四。
第七實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第八實施例>
請參照第18圖及第19圖，其中第18圖繪示依照本發明第八實施例的取像裝置示意圖，第19圖由左至右依序為第八實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第18圖可知，取像裝置包含光學取像系統(未另標號)與電子感光元件860。光學取像系統由物側至像側依序包含第一透鏡810、光圈800、第二透鏡820、第三透鏡830、濾光元件840與成像面850。其中，電子感光元件860設置於成像面850上。光學取像系統中具屈折力的透鏡為三片(810-830)。
第一透鏡810具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面811於近光軸處為凸面，其像側表面812於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡820具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面821於近光軸處為凹面，其像側表面822於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡830具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面831於近光軸處為凸面，其像側表面832於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其像側表面832於離軸處具有至少一凸面。
濾光元件840的材質為塑膠，其設置於第三透鏡830及成像面850之間，並不影響光學取像系統的焦距。
在第八實施例中，濾光元件840為吸收可見光材質所製成，且第一透鏡810、第二透鏡820和第三透鏡830為非吸收可見光材質所製成。藉此，濾光元件840可吸收波長400nm~700nm的波段(即可見光波段)，而令光學取像系統適用於波長約810nm的波段。
請配合參照下列表十五以及表十六。
第八實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
上述取像裝置可搭載於電子裝置內。本發明使用三片具屈折力透鏡之光學取像系統，其中光學取像系統包含具正屈折力的第一透鏡、具正屈折力的第二透鏡和具負屈折力的第三透鏡，且第三透鏡的屈折力較第一透鏡和第二透鏡強。藉此，可有效縮短光學取像系統的總長與後焦距。此外，當滿足特定條件，有助於使光學取像系統中透鏡的屈折力配置較為平衡，以修正光學取像系統的像差，並且降低光學取像系統的敏感度。再者，第一透鏡物側表面和 像側表面皆為凸面，可有效平衡第一透鏡的曲率分佈，有助於避免第一透鏡單一表面曲率過強，以減少光學取像系統像差的產生，並且降低成型困難度。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光圈
110‧‧‧第一透鏡
111‧‧‧物側表面
112‧‧‧像側表面
120‧‧‧第二透鏡
121‧‧‧物側表面
122‧‧‧像側表面
130‧‧‧第三透鏡
131‧‧‧物側表面
132‧‧‧像側表面
140‧‧‧濾光元件
150‧‧‧成像面
160‧‧‧電子感光元件

Claims (23)

  1. 一種光學取像系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凸面，其像側表面於近光軸處為凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且該第一透鏡為塑膠材質；一第二透鏡，具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凹面，其像側表面於近光軸處為凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且該第二透鏡為塑膠材質；以及一第三透鏡，具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面，其像側表面離軸處具有至少一凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且該第三透鏡為塑膠材質；其中，該光學取像系統中具屈折力的透鏡僅為該第一透鏡、該第二透鏡和該第三透鏡，該光學取像系統更包含一光圈，且該光圈設置於該第一透鏡像側表面和該第二透鏡物側表面之間；其中，該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，該光圈至該第三透鏡像側表面於光軸上的距離為SD，該第一透鏡物側表面至該第三透鏡像側表面於光軸上的距離為TD，其滿足下列條件：|f3|<f2<f1；1.55<CT1/CT3；以及0.55<SD/TD<0.80。
  2. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該第一透鏡與該第二透鏡於光軸上的 間隔距離為T12，該第二透鏡與該第三透鏡於光軸上的間隔距離為T23，其滿足下列條件：2.5<T12/T23。
  3. 如請求項2所述之光學取像系統，其中該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，其滿足下列條件：1.80<CT1/CT3<4.50。
  4. 如請求項2所述之光學取像系統，其中該第一透鏡、該第二透鏡與該第三透鏡於光軸上透鏡厚度之總和為ΣCT，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：1.40<ΣCT/CT1<2.60。
  5. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，其滿足下列條件：2.40<CT1/CT3<3.50。
  6. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該第三透鏡物側表面於近光軸處為凹面。
  7. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該第二透鏡的色散係數為V2，該第三透鏡的色散係數為V3，其滿足下列條件：0.80<V2/V3<1.33。
  8. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該第一透鏡物側表面至該第三透鏡像側表面於光軸上的距離為TD，其滿足下列條件：TD<2.25mm(公釐)。
  9. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該第二透鏡的色散係數為V2，該第三 透鏡的色散係數為V3，其滿足下列條件：V2+V3<70。
  10. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該第二透鏡的折射率為N2，該第三透鏡的折射率為N3，其滿足下列條件：3.00<N2+N3<3.40。
  11. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，其滿足下列條件：1.25<(|f3|/f2)+(f2/f1)<1.85。
  12. 如請求項11所述之光學取像系統，其中該第一透鏡的焦距為f1，該第一透鏡像側表面的曲率半徑為R2，其滿足下列條件：-1.5<f1/R2<0。
  13. 如請求項1所述之光學取像系統，其中該光學取像系統使用於波長750奈米(nm)至1050奈米的波段中。
  14. 如請求項1所述之光學取像系統，更包含一濾光元件，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡和該濾光元件中至少其中一個為吸收可見光材質所製成。
  15. 一種取像裝置，包含：如請求項1所述之光學取像系統；以及一電子感光元件，其中該電子感光元件設置於該光學取像系統的一成像面上。
  16. 一種電子裝置，包含：如請求項15所述之取像裝置。
  17. 一種光學取像系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凸面，其像側表面於近光軸處為凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且該第一透鏡為塑膠材質；一第二透鏡，具有正屈折力，其物側表面於近光軸處為凹面，其像側表面於近光軸處為凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且該第二透鏡為塑膠材質；以及一第三透鏡，具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面，其像側表面離軸處具有至少一凸面，其物側表面與像側表面皆為非球面，且該第三透鏡為塑膠材質；其中，該光學取像系統中具屈折力的透鏡僅為該第一透鏡、該第二透鏡和該第三透鏡，該光學取像系統更包含一濾光元件，且該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡和該濾光元件中至少其中一個為吸收可見光材質所製成；其中，該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，其滿足下列條件：|f3|<f2<f1；以及1.25<CT1/CT3。
  18. 如請求項17所述之光學取像系統，其中該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，其滿足下列條件：1.55<CT1/CT3。
  19. 如請求項17所述之光學取像系統，其中該第一透鏡物側表面至該第三透鏡像 側表面於光軸上的距離為TD，其滿足下列條件：TD<2.25[公釐]。
  20. 如請求項17所述之光學取像系統，其中該第二透鏡的色散係數為V2，該第三透鏡的色散係數為V3，其滿足下列條件：V2+V3<70。
  21. 如請求項17所述之光學取像系統，其中該第一透鏡、該第二透鏡與該第三透鏡於光軸上透鏡厚度之總和為ΣCT，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：1.40<ΣCT/CT1<2.60。
  22. 一種取像裝置，包含：如請求項17所述之光學取像系統；以及一電子感光元件，其中該電子感光元件設置於該光學取像系統的一成像面上。
  23. 一種電子裝置，包含：如請求項22所述之取像裝置。
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