專利名稱：復(fù)合透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合透鏡系統(tǒng)；具體而言，本發(fā)明是運用三個具折射力透鏡所構(gòu)成，并在預(yù)設(shè)透鏡上設(shè)置繞射面與非球面，以此，本發(fā)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(xiàn)有作為影像讀取用途的光學系統(tǒng)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(gòu)成方式是使用三個玻璃球面透鏡組合，并依照新月形正透鏡、雙凹負透鏡、雙凸正透鏡的順序組合，亦即常稱Cook-Triplet系統(tǒng)；但是，由于目前玻璃透鏡的制造成本仍然十分高，且一般玻璃透鏡表面為球面，當光學系統(tǒng)光圈及視角加大時，往往難以充分消除像差，從而限制了現(xiàn)有光學系統(tǒng)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(fā)明的次要目的在于提供一種具有良好成像性能的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，本發(fā)明在塑料透鏡上可設(shè)置非球面及繞射面，不但可以提供光學設(shè)計者較多的可控制變量，以對抗像差，并且能夠提升本發(fā)明的解像力。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種復(fù)合透鏡系統(tǒng)，是以三個具折射力透鏡所構(gòu)成，由物側(cè)起，包括有具正折射力的第一透鏡，其材質(zhì)為塑料，該第一透鏡前表面為凸面、后表面為凹面，而其前后表面曲率半徑分別是R1及R2，且滿足|R1|＜|R2|的關(guān)系；具負折射力的第二透鏡，其材質(zhì)為塑料，該第二透鏡前表面為凸面，而其形狀系數(shù)X2大于0.9；該形狀系數(shù)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，后表面為凹面時，R2＞0，后表面為凸面時，R2＜0＝；具正折射力的第三透鏡，其材質(zhì)為玻璃；在上述光學系統(tǒng)中的塑料透鏡上設(shè)置有繞射面；在上述光學系統(tǒng)中的塑料透鏡上可以設(shè)置有非球面。
本發(fā)明還提供一種復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其是由三個具折射力的透鏡構(gòu)成，由物側(cè)起，依序為具正折射力的第一透鏡，其材質(zhì)為玻璃；具負折射力的第二透鏡，其材質(zhì)為塑料，且其后表面為凹面，而該第二透鏡的形狀系數(shù)X2小于-0.9；具正折射力的第三透鏡，其材質(zhì)為塑料，該第三透鏡的前表面為凹面，后表面為凸面，且其形狀系數(shù)X3介于-1.0至-20間；在上述光學系統(tǒng)中的塑料透鏡上設(shè)置有繞射面；在上述光學系統(tǒng)中的塑料透鏡上可以設(shè)置有非球面。
圖8是本發(fā)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(fā)明第五實施例的示意圖；

圖10是本發(fā)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(fā)明第六實施例的示意圖；圖12是本發(fā)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(fā)明第七實施例的示意圖；圖14是本發(fā)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(fā)明第八實施例的示意圖；圖16是本發(fā)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(fā)明第九實施例的示意圖；圖18是本發(fā)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(fā)明第十實施例的示意圖；圖20是本發(fā)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后表面20第二鏡片S3前表面S4后表面30第三鏡片S5前表面S6后表面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(fā)明的第一重排列模式的第一實施例圖標，本發(fā)明的光學系100是由三片透鏡所構(gòu)成，依序分別是第一透鏡10、第二透鏡20及第三透鏡30，并在排列的透鏡組二側(cè)設(shè)有不影響系統(tǒng)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(zhì)制成，前表面S1為凸面，后表面S2為凹面；該第二透鏡20為負透鏡，為塑料材質(zhì)制成，其前表面S3為凹面，而其后表面S4為凸面；該第三透鏡30為正透鏡，為玻璃材質(zhì)制成，在第三透鏡30中前表面S5為凹面，其后表面S6則為凸面，并且在第一、二透鏡10、20上制設(shè)有非球面鏡面或是繞射面，由于該光學系100前、后的平板元件40、50不會影響系統(tǒng)焦距，故本發(fā)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，并且能夠提升該光學系100的解像能力。
『本發(fā)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二次曲線系數(shù)。
A4，A6，A8…非球面四階，六階，八階…修正系數(shù)。
R非球面頂點曲率半徑。
『本發(fā)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，…修正系數(shù)。
本發(fā)明第一重排列模式如第一實施例所提供的一種復(fù)合透鏡系統(tǒng)，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(zhì)新月形正透鏡，改為塑料材質(zhì)新月形正透鏡，第二透鏡由常見的玻璃材質(zhì)雙凹負透鏡，改為塑料材質(zhì)，凹面朝前的新月形負透鏡，第三透鏡則由常見的玻璃材質(zhì)雙凸正透鏡，改為凹面朝前的新月形正透鏡，并于該光學系100中，配置至少一面非球面鏡面繞射面于塑料透鏡上，同時也配置繞射面于第一透鏡上，并令第一透鏡、第二透鏡、及系統(tǒng)焦距滿足下列關(guān)系式該第一透鏡10符合|R1|＜|R2|前表面S1曲率半徑為R1。
后表面S2曲率半徑為R2。
該第二透鏡20的形狀系數(shù)X大于0.9。
形狀系數(shù)X＝(R1+R2)/(R2-R1)前表面S3曲率半徑為R1。
后表面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。
后表面S6的曲率半徑為R2。
運用上述關(guān)系式的搭配后，該第一透鏡10設(shè)為低色散塑料材質(zhì)，可使用PMMA或COC；該第二透鏡20設(shè)為高色散塑料材質(zhì)，可使用PS、PC或MS；該第三透鏡30設(shè)為低色散玻璃材質(zhì)；本發(fā)明將光圈設(shè)置于兩塑料透鏡之間，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(shè)置非球面于塑料透鏡上，以此克服球面像差，另可設(shè)置繞射光柵繞射面于塑料透鏡，以此克服色差，故本發(fā)明確實可以獲得較現(xiàn)有更佳的良好成像性能。
值得一提的是，由于塑料材質(zhì)的透鏡折射率較低，故令第一透鏡的形狀系數(shù)X1滿足下列關(guān)系式，以增加單鏡面的屈光力1.X1＞2.0。
形狀系數(shù)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，透鏡后表面為凸面時，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(tǒng)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(jīng)過上述調(diào)整后，本發(fā)明確實能夠得到較佳成像品質(zhì)本發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)明亦可采用結(jié)構(gòu)前后倒轉(zhuǎn)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(zhuǎn)后的光學系統(tǒng)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、后同樣設(shè)有不會影響系統(tǒng)焦距的平板元件41、51，而本發(fā)明塑料透鏡的形狀系數(shù)范圍，及屈光力分配的關(guān)系式，范圍略有改變?nèi)缦隆篨2＜-0.9-1.0＞X3＞-20(P3/P2)＞-1.00.3＞(P23/P3)＞-0.34.0＞(Pd/P23)＞-1.0』X2第二透鏡的形狀系數(shù)。
X3第三透鏡的形狀系數(shù)。
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(fā)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(fā)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(fā)明運用塑料正透鏡、塑料負透鏡及玻璃正透鏡構(gòu)成一復(fù)合光學透鏡系統(tǒng)，且將該塑料透鏡設(shè)置成為新月形狀，并設(shè)置繞射面及非球面于塑料透鏡之上，使本發(fā)明復(fù)合透鏡系統(tǒng)在較低的成本之下獲得較現(xiàn)有更佳的良好成像性能；所以本發(fā)明的實用性應(yīng)已毋庸置疑，此外，本案發(fā)明實施例所公開的構(gòu)造，在申請之前并未曾見于諸刊物，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(fā)明的新穎性以及創(chuàng)造性都均已符合專利法規(guī)定，特依法提出發(fā)明專利申請。
表一是本發(fā)明第一實施例的數(shù)據(jù)參考表；表二是本發(fā)明第二實施例的數(shù)據(jù)參考表；表三是本發(fā)明第三實施例的數(shù)據(jù)參考表；表四是本發(fā)明第四實施例的數(shù)據(jù)參考表；表五是本發(fā)明第五實施例的數(shù)據(jù)參考表；
表六是本發(fā)明第六實施例的數(shù)據(jù)參考表；表七是本發(fā)明第七實施例的數(shù)據(jù)參考表；表八是本發(fā)明第八實施例的數(shù)據(jù)參考表；表九是本發(fā)明第九實施例的數(shù)據(jù)參考表；表十是本發(fā)明第十實施例的數(shù)據(jù)參考表。表1A第一實施例的系統(tǒng)規(guī)劃

表1B第一實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)


表2A第二實施例的系統(tǒng)規(guī)劃

表2B第二實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)

表3A第三實施例的系統(tǒng)規(guī)劃

表3B第三實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)

表4A第四實施例的系統(tǒng)規(guī)劃


表4B第四實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)

表5A第五實施例的系統(tǒng)規(guī)劃


表5B第五實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)

表6A第六實施例的系統(tǒng)規(guī)劃


表6B第六實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)

表7A第七實施例的系統(tǒng)規(guī)劃


表7B第七實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)

表8A第八實施例的系統(tǒng)規(guī)劃


表8B第八實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)

表9A第九實施例的系統(tǒng)規(guī)劃

表9B第九實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)


表10A第十實施例的系統(tǒng)規(guī)劃

表10B第十實施例的非球面系數(shù)及繞射系數(shù)


權(quán)利要求
1.一種復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于是以三個具折射力透鏡所構(gòu)成，由物側(cè)起，包括有具正折射力的第一透鏡，其材質(zhì)為塑料，該第一透鏡前表面為凸面、后表面為凹面，而其前后表面曲率半徑分別是R1及R2，且滿足|R1|＜|R2|的關(guān)系；具負折射力的第二透鏡，其材質(zhì)為塑料，該第二透鏡前表面為凸面，而其形狀系數(shù)X2大于0.9；該形狀系數(shù)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，后表面為凹面時，R2＞0，后表面為凸面時，R2＜0)；具正折射力的第三透鏡，其材質(zhì)為玻璃；在上述光學系統(tǒng)中的塑料透鏡上設(shè)置有繞射面；在上述光學系統(tǒng)中的塑料透鏡上可以設(shè)置有非球面。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于該第二透鏡的后表面也可以是凸面。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于該第一透鏡的形狀系數(shù)X1可以大于2.0。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于該第一透鏡屈折力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(chǎn)生下列關(guān)系(P1/P2)＞-1.00＞(P12/P1)＞-0.8該屈折力P1 P2、P12可以是滿足上述關(guān)系。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于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(chǎn)生下列關(guān)系0.2＞(Pd/P12)＞-0.4該屈折力P12、Pd可以是滿足上述關(guān)系。
6.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于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(tǒng)總體屈折力P，會產(chǎn)生下列關(guān)系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(guān)系。
7.一種復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于其是由三個具折射力的透鏡構(gòu)成，由物側(cè)起，依序為具正折射力的第一透鏡，其材質(zhì)為玻璃；具負折射力的第二透鏡，其材質(zhì)為塑料，且其后表面為凹面，而該第二透鏡的形狀系數(shù)X2小于-0.9；具正折射力的第三透鏡，其材質(zhì)為塑料，該第三透鏡的前表面為凹面，后表面為凸面，且其形狀系數(shù)X3介于-1.0至-20間；在上述光學系統(tǒng)中的塑料透鏡上設(shè)置有繞射面；在上述光學系統(tǒng)中的塑料透鏡上可以設(shè)置有非球面。
8.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于該第二透鏡的前表面可以為凸面。
9.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于該第二透鏡屈折力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(chǎn)生下列關(guān)系(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(guān)系。
10.如權(quán)利要求9所述的復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其特征在于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(chǎn)生下列關(guān)系4.0＞(Pd/P23)＞-1.0該屈折力P23及Pd可以是滿足上述關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合透鏡系統(tǒng)，其是為消除現(xiàn)有成像效果與生產(chǎn)成本的搭配問題；本發(fā)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(gòu)成一復(fù)合光學透鏡系統(tǒng)，且將該塑料透鏡設(shè)置成為新月形狀，并設(shè)置繞射面及非球面于塑料透鏡之上，使本發(fā)明復(fù)合透鏡系統(tǒng)在較低的成本之下獲得較現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者黃有執(zhí) 申請人:大立光電股份有限公司