光學成像系統技術方案

一種光學成像系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡以及第七透鏡。第一透鏡至第六透鏡中至少一透鏡具有正屈折力。第七透鏡可具有負屈折力，其兩個表面皆為非球面，其中第七透鏡的至少一表面具有反曲點。光學成像系統中具屈折力的透鏡為第一透鏡至第七透鏡。當滿足特定條件時，可具備更大的收光以及更佳的光路調節能力，以提升成像質量。

Optical imaging system

An optical imaging system consists of a first lens, a second lens, a third lens, a fourth lens, a fifth lens, a sixth lens, and a seventh lens from the object side to the image side. At least one lens in the first lens to the sixth lens has positive flexion force. The seventh lens can have flexure force, and the two surfaces are aspherical, and at least one surface of the seventh lens has a reverse point. The refractive lens in the optical imaging system is the first lens to the seventh lens. When meeting specific conditions, the system can achieve greater light harvesting and better optical adjustment ability to enhance imaging quality.

【技術實現步驟摘要】
光學成像系統
本專利技術涉及一種光學成像系統，且特別是有關于一種應用于電子產品上的小型化光學成像系統。
技術介紹
近年來，隨著具有攝影功能的可攜式電子產品的興起，光學系統的需求日漸提高。一般光學系統的感光元件不外乎是感光耦合元件(ChargeCoupledDevice；CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(ComplementaryMetal-OxideSemiconductorSensor；CMOSSensor)兩種，且隨著半導體制造技術的進步，使得感光元件的像素尺寸縮小，光學系統逐漸往高像素方向發展，因此對成像質量的要求也日益增加。傳統搭載于便攜設備上的光學系統，多采用五片或六片式透鏡結構，然而，由于便攜設備不斷朝像素提升方向發展，并且終端消費者對大光圈的需求也逐漸增加，例如微光與夜拍功能，現有的光學成像系統已無法滿足更高階的攝影要求。因此，如何有效增加光學成像鏡頭的進光量，并進一步提高成像的質量，便成為一個相當重要的議題。
技術實現思路
本專利技術實施例的態樣針對一種光學成像系統及光學影像擷取鏡頭，能夠利用七個透鏡的屈光力、凸面與凹面的組合(本專利技術所述凸面或凹面原則上指各透鏡的物側面或像側面距離光軸不同高度的幾何形狀變化的描述)，進而有效提高光學成像系統的進光量，同時提高成像質量，以應用于小型的電子產品上。此外，在特定光學成像應用領域，有需要同時針對可見光以及紅外光波長的光源進行成像，例如IP影像監控攝影機。IP影像監控攝影機所具備的「日夜功能(Day&Night)」，主要是因人類的可見光在光譜上位于400-700nm，但傳感器的成像，包含了人類不可見紅外光，因此為了要確保傳感器最后僅保留了人眼可見光，可視情況在鏡頭前設置卸除式紅外線阻絕濾光片(IRCutfilterRemovable，ICR)以增加影像的「真實度」，其可在白天的時候杜絕紅外光、避免色偏；夜晚的時候則讓紅外光進來提升亮度。然而，ICR元件本身占據相當體積且價格昂貴，不利未來微型監控攝影機的設計與制造。本專利技術實施例的態樣同時針對一種光學成像系統及光學影像擷取鏡頭，能夠利用四個透鏡的屈光力、凸面與凹面的組合以及材質的選用，令光學成像系統對于可見光的成像焦距以及紅外光的成像焦距間的差距縮減，亦即達到接近「共焦」的效果，因此無需使用ICR元件。本專利技術實施例相關的透鏡參數的用語與其代號詳列如下，作為后續描述的參考：與光學成像系統及光學影像擷取鏡頭的放大率有關的透鏡參數：本專利技術的光學成像系統及光學影像擷取鏡頭同時可設計應用于生物特征辨識，例如使用于臉孔辨識。本專利技術的實施例若作為臉孔辨識的影像擷取，可選用以紅外光做為工作波長，同時對于距離約25至30厘米左右且寬度約15厘米的臉孔，可于感光元件(像素尺寸為1.4微米(μm))于水平方向上至少成像出30個水平像素。紅外光成像面的線放大率為LM，其滿足下列條件：LM＝(30個水平像素)乘以(像素尺寸1.4微米)除以被攝物體寬度15厘米；LM≥0.0003。同時，以可見光做為工作波長，同時對于距離約25至30厘米左右且寬度約15厘米的臉孔，可于感光元件(像素尺寸為1.4微米(μm))于水平方向上至少成像出50個水平像素。與長度或高度有關的透鏡參數：本專利技術于可見光頻譜可選用波長555nm作為主要參考波長以及衡量焦點偏移的基準，于紅外光頻譜(700nm至1300nm)可選用波長850nm作為主要參考波長以及衡量焦點偏移的基準。光學成像系統具有一第一成像面以及一第二成像面，第一成像面為一特定垂直于光軸的可見光像平面并且其中心視場于第一空間頻率的離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值；以及第二成像面為一特定垂直于光軸的紅外光像平面并且其中心視場于第一空間頻率的離焦調制轉換對比轉移率(MTF)有最大值。光學成像系統另具有一第一平均成像面以及一第二平均成像面，第一平均成像面為一特定垂直于光軸的可見光像平面并且設置于該光學成像系統的中心視場、0.3視場及0.7視場個別于第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值的離焦位置的平均位置；以及第二平均成像面為一特定垂直于光軸的紅外光像平面并且設置于該光學成像系統的中心視場、0.3視場及0.7視場個別于第一空間頻率均具有各該視場最大MTF值的離焦位置的平均位置。前述第一空間頻率設定為本專利技術所使用的感光元件(傳感器)的半數空間頻率(半頻)，例如像素大小(PixelSize)為含1.12微米以下的感光元件，其調制轉換函數特性圖的四分之一空間頻率、半數空間頻率(半頻)以及完全空間頻率(全頻)分別至少為110cycles/mm、220cycles/mm以及440cycles/mm。任一視場的光線均可進一步分為弧矢面光線(sagittalray)以及子午面光線(tangentialray)。本專利技術提供的光學成像系統的可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線的離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VSFS0、VSFS3、VSFS7表示(度量單位:mm)；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線的離焦MTF最大值分別以VSMTF0、VSMTF3、VSMTF7表示；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線的離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以VTFS0、VTFS3、VTFS7表示(度量單位:mm)；可見光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線的離焦MTF最大值分別以VTMTF0、VTMTF3、VTMTF7表示。前述可見光弧矢面三視場以及可見光子午面三視場的焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AVFS表示(度量單位:mm)，其滿足絕對值│(VSFS0+VSFS3+VSFS7+VTFS0+VTFS3+VTFS7)/6│。本專利技術提供的光學成像系統的紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線的離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ISFS0、ISFS3、ISFS7表示，前述弧矢面三視場的焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AISFS表示(度量單位:mm)；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的弧矢面光線的離焦MTF最大值分別以ISMTF0、ISMTF3、ISMTF7表示；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線的離焦MTF最大值的焦點偏移量分別以ITFS0、ITFS3、ITFS7表示(度量單位:mm)，前述子午面三視場的焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AITFS表示(度量單位:mm)；紅外光中心視場、0.3視場、0.7視場的子午面光線的離焦MTF最大值分別以ITMTF0、ITMTF3、ITMTF7表示。前述紅外光弧矢面三視場以及紅外光子午面三視場的焦點偏移量的平均焦點偏移量(位置)以AIFS表示(度量單位:mm)，其滿足絕對值│(ISFS0+ISFS3+ISFS7+ITFS0+ITFS3+ITFS7)/6│。整個光學成像系統的可見光中心視場聚焦點與紅外光中心視場聚焦點(RGB/IR)之間的焦點偏移量以FS表示(即波長850nm對波長555nm，度量單位:mm)，其滿足絕對值│(VSFS0+VTFS0)/2–(ISFS0+ITFS0)/2│；整個光學成像系統的可見光三視場平均焦點偏移量與紅外光三視場平均焦點偏移量(RGB/IR)之間的差值(焦本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種光學成像系統，其特征在于，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有屈折力；一第二透鏡，具有屈折力；一第三透鏡，具有屈折力；一第四透鏡，具有屈折力；一第五透鏡，具有屈折力；一第六透鏡，具有屈折力；一第七透鏡，具有屈折力；一第一成像面，其為一特定垂直于光軸的可見光像平面并且其中心視場于第一空間頻率的離焦調制轉換對比轉移率有最大值；以及一第二成像面，其為一特定垂直于光軸的紅外光像平面并且其中心視場于第一空間頻率的離焦調制轉換對比轉移率有最大值，該光學成像系統于該成像面上具有一最大成像高度HOI，其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為七枚，該第一透鏡至該第七透鏡中至少一透鏡的材質為塑料，該第一透鏡至該第七透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第七透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統的入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面于光軸上的距離為HOS，該第一透鏡物側面至該第七透鏡像側面于光軸上的距離為InTL，該光學成像系統的最大可視角度的一半為HAF，該光學成像系統于該成像面上垂直于光軸具有一最大成像高度HOI，該第一成像面與該第二成像面間于光軸上的距離為FS，其滿足下列條件：1.0≤f/HEP≤10.0；0deg...

【技術特征摘要】
2017.01.06 TW 1061005271.一種光學成像系統，其特征在于，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有屈折力；一第二透鏡，具有屈折力；一第三透鏡，具有屈折力；一第四透鏡，具有屈折力；一第五透鏡，具有屈折力；一第六透鏡，具有屈折力；一第七透鏡，具有屈折力；一第一成像面，其為一特定垂直于光軸的可見光像平面并且其中心視場于第一空間頻率的離焦調制轉換對比轉移率有最大值；以及一第二成像面，其為一特定垂直于光軸的紅外光像平面并且其中心視場于第一空間頻率的離焦調制轉換對比轉移率有最大值，該光學成像系統于該成像面上具有一最大成像高度HOI，其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為七枚，該第一透鏡至該第七透鏡中至少一透鏡的材質為塑料，該第一透鏡至該第七透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第七透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統的入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側面至該成像面于光軸上的距離為HOS，該第一透鏡物側面至該第七透鏡像側面于光軸上的距離為InTL，該光學成像系統的最大可視角度的一半為HAF，該光學成像系統于該成像面上垂直于光軸具有一最大成像高度HOI，該第一成像面與該第二成像面間于光軸上的距離為FS，其滿足下列條件：1.0≤f/HEP≤10.0；0deg<HAF≤150deg以及│FS│≤60μm。2.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該紅外光的波長介于700nm至1300nm以及該第一空間頻率以SP1表示，其滿足下列條件：SP1≤440cycles/mm。3.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該多個透鏡中任一透鏡的任一表面與光軸的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑的垂直高度處的坐標點為終點，前述起點與終點間的輪廓曲線長度為ARE，其滿足下列條件：0.9≤2×(ARE/HEP)≤2.0。4.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該第一透鏡至該第七透鏡中至少兩個透鏡的材質為塑料。5.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該第三透具有正屈折力，其像側面于光軸上為凸面。6.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該第一透鏡至該第七透鏡中至少一透鏡其個別的至少一表面具有至少一反曲點。7.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該第七透鏡的物側面于光軸上的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑的垂直高度處的坐標點為終點，前述起點與終點間的輪廓曲線長度為ARE71，該第七透鏡的像側面于光軸上的交點為起點，延著該表面的輪廓直到該表面上距離光軸1/2入射瞳直徑的垂直高度處的坐標點為終點，前述起點與終點間的輪廓曲線長度為ARE72，第七透鏡于光軸上的厚度為TP7，其滿足下列條件：0.05≤ARE71/TP7≤35；以及0.05≤ARE72/TP7≤35。8.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該光學成像系統于結像時的TV畸變為TDT，該光學成像系統于該成像面上垂直于光軸具有一最大成像高度HOI，該光學成像系統的正向子午面光扇的最長工作波長通過該入射瞳邊緣并入射在該成像面上0.7HOI處的橫向像差以PLTA表示，其正向子午面光扇的最短工作波長通過該入射瞳邊緣并入射在該成像面上0.7HOI處的橫向像差以PSTA表示，負向子午面光扇的最長工作波長通過該入射瞳邊緣并入射在該成像面上0.7HOI處的橫向像差以NLTA表示，負向子午面光扇的最短工作波長通過該入射瞳邊緣并入射在該成像面上0.7HOI處的橫向像差以NSTA表示，弧矢面光扇的最長工作波長通過該入射瞳邊緣并入射在該成像面上0.7HOI處的橫向像差以SLTA表示，弧矢面光扇的最短工作波長通過該入射瞳邊緣并入射在該成像面上0.7HOI處的橫向像差以SSTA表示，其滿足下列條件：PLTA≤100微米；PSTA≤100微米；NLTA≤100微米；NSTA≤100微米；SLTA≤100微米；以及SSTA≤100微米；│TDT│<100％。9.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，更包括一光圈，并且于該光圈至該第一成像面于光軸上的距離為InS，其滿足下列公式：0.2≤InS/HOS≤1.1。10.一種光學成像系統，其特征在于，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有屈折力；一第二透鏡，具有屈折力；一第三透鏡，具有屈折力；一第四透鏡，具有屈折力；一第五透鏡，具有屈折力；一第六透鏡，具有屈折力；一第七透鏡，具有屈折力；一第一成像面，其為一特定垂直于光軸的可見光像平面并且其中心視場于第一空間頻率(110cycles/mm)的離焦調制轉換對比轉移率有最大值；以及一第二成像面，其為一特定垂直于光軸的紅外光像平面并且其中心視場于第一空間頻率(110cycles/mm)的離焦調制轉換對比轉移率有最大值，其中該光學成像系統具有屈折力的透鏡為七枚，其中該第一透鏡至該第七透鏡中至少一透鏡的材質為塑料，該光學成像系統于該成像面上垂直于光軸具有一最大成像高度HOI，該第一透鏡至該第七透鏡中至少一透鏡具有正屈折力，該第一透鏡至該第七透鏡的焦距分別為f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7，該光學成像系統的焦距為f，該光學成像系統的入射瞳直徑為HEP，該第一透鏡物側...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張永明，賴建勛，唐乃元，劉燿維，
申請(專利權)人：先進光電科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣,71