CN104105991A - 具有五个附前向聚焦的透镜的光学物镜 - Google Patents

Abstract

光学系统包含五个透镜、一个前光瞳，并且经由MEMS致动器，调整透镜子集在光学系统物侧的位置，由近处至无穷远处达成对目标物的聚焦。最近物侧、双凸型的透镜提供大量的系统光学倍率，用于由一离孔径光阑近如10cm的目标物达成聚焦。

Description

具有五个附前向聚焦的透镜的光学物镜

相关申请案交互参照

本申请案主张2011年10月24日所提出，名称为「optical system withmicroelectromechanical system image focus actuator(附有微机电系统影像聚焦致动器的光学系统)」，第61/550,789号美国临时专利申请案的利益。上述申请案的全部内容合并引用于本文中。

技术领域

下文基本上系关于成像光学器件，并且更尤指附有微机电系统(MEMS)致动器的小型光学透镜系统，系用于聚焦光学透镜系统。

背景技术

搭配光学制造技术的进展，光学器件及光学装置已有大量应用。一项光学技术上令人感兴趣的进展是微透镜、以及其他光学组件在厘米或微米、或更小级别方面的制造。相较于传统公分或更大级别的光学元件，微光学器件已令光学系统比传统望远镜，显微镜、相机等等更能与较小装置相容。

晶圆级光学器件是一种有助于制造微光学器件的机制。晶圆级光学器件是一种能够使用类似半导体制造技术，设计且制造光学组件的制造技术。本技术普遍可用不同的尺寸级别(例如厘米、微米等)进行缩放。而且，晶圆级光学器件可生产单元件及多元件光学结构，产生精密对准的透镜元件堆迭。晶圆级光学器件的最终结果提供具有成本效益、小型化的光学组件，其能够缩减光学系统的形状因子。这些光学系统可广泛用于小型或迷你型装置，包括行动电话用的相机模组、监控设备、迷你摄影机等等。

虽然晶圆级光学器件是一种制造小型光学组件用的较新技术，一些传统制造技术仍同样适用于小尺寸光学制造。例如，包括射出成型等在内的塑胶制造技术可用于制造小尺寸光学组件。此外，玻璃制造技术已适用于为小尺寸装置提供高品质光学表面的小型化光学组件。

除了光学元件，数位成像感测器的小型化也已有助于持续缩小影像撷取与录制装置。影像感测器的改良，已利用微尺度实体动画、以及高信号对杂讯比和逐渐下降的成本，提供高解析度影像侦测器。小型、较不昂贵的数位撷取与录制装置，搭配如晶圆级光学组件之类的微光学器件，其功能比得上或超出使用十年前传统光学器件的较昂贵但品质非常高的相机系统。现代微光学装置的品质虽然非常高，迷你型光学系统的缩放能力仍然是限制。数位缩放的引进是一种解决方案，其牺牲光学解析度以放大影像。对于高解析度感测器，此通常为传统视觉化缩放能力的适当替代方案。然而，视觉化缩放提供数位缩放达不到的优点。

例如，所揭露技术主题的发明人建议希望有一种附自动对焦功能的迷你型光学系统。另希望有此种达成近焦(close focus)的光学系统。

发明内容

下文说明一或多个态样的简化摘要，以便对此等态样有基本的了解。本摘要并非全部设想态样的彻底综述，其用意也不在于鉴别所有态样的重要或关键元件、或描述任一或全部态样的范围。其唯一目的在于以简化形式说明一或多种态样的一些概念，作为后文更详细说明的引言。

本主题揭露的特定态样提供一种小型化光学系统。在一些态样中，小型化光学系统可包含射出成型光学系统。在另些态样中，小型化光学系统可为含五个光学组件的自动对焦光学系统。在又其他态样中，小型化光学系统可为运用微机电系统(MEMS)致动器，以达成光学系统聚焦的自动对焦光学系统。

在本主题揭露的一或多种其他态样中，提供的是一种运用MEMS致动器以达成近焦的光学系统。在此一态样中，近焦可包含实质上10cm的物距。另外，根据其他态样，可借由调整光学系统中光学组件子集的位置，将光学系统配置成用来达成近焦及平行对焦(infinity focus)。在特定态样中，光学组件子集可包含光学系统里的单一光学组件。在至少此一态样中，此单一光学组件可为沿着光学系统的光轴，最接近光学系统所成像目标物的透镜(称为物侧透镜)。在此(等)态样中，可将MEMS致动器配置成用来以第一距离将光学系统的物侧透镜移位(此第一距离配置成用来将无穷远处的目标物聚焦在与光学系统相关联的影像感测器上)，并且以第二距离移位物侧透镜，此第二距离配置成用来将近物(例如，实质上离物侧透镜10cm处的目标物)聚焦在影像感测器上。

根据一或多种另外的态样，可将本文所揭露的自动对焦光学系统配置成用来包括孔径光阑。在特定态样中，自动对焦光学系统可包含射出成型塑胶透镜，而在其他态样中，自动对焦光学系统可包含晶圆级光学透镜、玻璃透镜、或其适当组合。在另一态样中，可将孔径光阑安置在光学系统物侧透镜的物侧。在一另类态样中，可将MEMS致动器配置成用来移动光学系统的光学组件子集以聚焦目标物，同时仍沿着光学系统的光轴令孔径光阑保持在固定位置。在另一个另类态样中，反而可将MEMS致动器配置成用来相对于光轴，兼移光学组件子集和孔径光阑，以聚焦目标物。

根据又其他态样，所揭露的是一种包含多个光学组件的自动对焦光学系统。此多个光学组件在一些此等态样中，可包含对光学系统提供大量光学倍率的物侧透镜。在至少此一态样中，物侧透镜实质上可包含二分之一或大于二分之一的光学系统组合焦距。在另一态样中，物侧透镜实质上可包含四分之三或以上的光学系统组合焦距。在一特定态样中，MEMS致动器系连接至物侧透镜，并且系配置成用来以第一距离(系配置成用来聚焦无穷远处的目标物)、以及以第二距离(系配置成用来聚焦靠近光学系统的目标物)将物侧透镜移位。根据一特定具体实施例，物侧透镜焦距与光学系统组合焦距的比率，可为沿着光学系统光轴第一距离与第二距离差值的函数。

根据另些态样，本主题揭露提供包含五个光学透镜的微光学系统。在此一态样中，可将这五个光学透镜的物镜配置成用来供应所有这五个光学透镜的正屈光度。在此态样中，剩下的四个透镜具有组合的净负屈光度。在至少一特定态样中，这剩下的四个透镜各具有负屈光度，附有组合的净负屈光度。根据另类或另外的态样，这五个光学透镜中的第三透镜可具有凸物侧面及凹像侧面。如又一另类或另外的态样所示，这五个光学透镜中第四与第五个之间的间距，可为光学系统之透镜之间最大的间距。在另一态样中，微光学系统可为自动对焦系统，其中的五个光学透镜子集可沿着光轴移动，以改善光学系统的聚焦。在一特定态样中，这五个光学透镜的子集可包含物镜，且此子集可借由MEMS致动器移动。

在本主题揭露的另外态样中，提供的是一种包含五个光学透镜的微光学系统。这五个光学透镜可予以布置成多个透镜组，各透镜组分别包含这五个光学透镜的子集。每一组都包含等于或小于此多个光学群组之间距离的透镜间距。在另一态样中，该多个透镜组至少一者内的每一个透镜都包含至少一光学表面，其兼具凹面部位与凸面部位。在特定态样中，微光学系统沿着这五个光学透镜中第一透镜的光轴，回应位置变更而改变有效焦距，以及在另类或另外的态样中，微光学系统沿着第一透镜的光轴，回应位置变更而实质维持相同的后焦距。

为了达成前述及相关目的，一或多个态样包含下文所述，在权利要求书中完整说明及特别指出的特征。底下说明及附图详细提出一或多个态样的某些描述性态样。然而，这些态样属于仅指出各种方式中的少部分，其中，各个态样的原理可予以运用，并且所述态样用意在于包括所有此些态样及其均等件。

附图说明

图1根据本主题揭露的各个态样，描述配置成用来聚焦较近物的例示光学成像系统范例的图示。

图2根据其他揭露的态样，描述配置成用来聚焦实质无穷远处目标物的范例光学成像系统的图示。

图3描述含多个射出成型光学组件的例示光学成像系统的图示。

图4针对将较近物聚焦的范例光学成像系统，描述例示像场弯曲与畸变线图的图示。

图5针对将实质无穷远处目标物聚焦的图4范例光学成像系统，描述例示像场弯曲与畸变线图的图示。

图6根据另外的态样，针对将较近物聚焦的例示光学成像系统，描述范例横向色差图的图示。

图7根据其他态样，针对将实质无穷远处目标物聚焦的例示光学成像系统，描述横向色差图的图示。

图8针对所揭露将目标物聚焦于10cm处的光学成像系统，描述横向光扇图的图示。

图9针对所揭露将目标物实质聚焦于无穷远处的光学成像系统，描述横向光扇图的图示。

图10根据本主题揭露的态样，描述用于将10cm处目标物影像聚焦的范例光学系统的截面。

图11根据本主题揭露的态样，描述用于将无穷远处目标物影像聚焦的范例光学系统的截面。

图12根据本主题揭露的态样，针对10cm处的目标物，描述像场弯曲与畸变的例示线图。

图13针对本主题揭露的其他态样中的无穷远处目标物，描述像场弯曲与畸变的例示线图。

图14根据态样，针对10cm处的目标物，描述主要横向色差的例示线图。

图15根据一或多个其他态样，针对无穷远处的目标物，描述主要横向色差的例示线图。

图16根据又其他态样，针对10cm处的目标物，描述各个影像高度的例示横向光扇图。

图17根据至少一其他态样，针对无穷远处的目标物，描述各个影像高度的例示横向光扇图。

图18根据另外揭露的态样，针对例示微光学系统，描述视场角范围的横向光扇图。

图19描述含透镜与光学表面的图18所示微光学系统的范例图。

图20针对图18所示微光学系统所聚集的目标物，描述像场弯曲与畸变的例示线图。

图21针对一态样中的0.90厘米光瞳半径，描述纵向像差的范例线图。

图22根据另外的态样，针对所揭露微的光学系统，描述横向色差的例示线图。

图23根据所揭露的态样，针对聚焦于近场中的微光学系统，描述视场角范围的横向光扇图。

图24描述含透镜与光学表面的图23所示微光学系统的范例图。

图25针对图23所示微光学系统所聚集的近场目标物，描述像场弯曲与畸变的例示图。

图26针对一态样中所揭露微光学系统用的0.90厘米光瞳半径，描述纵向像差的范例线图。

图27根据又其他揭露的态样，针对所揭露的微光学系统，描述横向色差的例示图。

图28A、28B、28C和28D描述根据另外态样聚焦于无穷远处的例示微光学系统的图示、以及相关的光学效能图。

图29A、29B、29C和29D描述聚焦于近场中的图28所示微光学系统、以及相关的光学效能图。

具体实施方式

现在参照图式说明的是各个态样，其中相称的参考元件符号系全文用于指相称的元件。在底下的说明中，为了解释，详细提出许多特定细节，以便透彻了解一或多个态样。然而，将明显的是，无需这些特定细节即可实践此(等)态样。在其他实例中，众所周知的结构和装置系以方块图表示，以便协助说明一或多个态样。

另外，应当显而易见的是，可用各式各样的形式体现本文的指导，并且本文所述的特定结构或功能仅属表意。基于本文的指导，所属领域的技术人员应了解的是，所揭露的态样可独立于其他态样而予以实现，并且可用各种方式组合这些态样的二或多者。例如，可使用本文所提任何数量的态样实现器材及/或实践方法。另外，除了或有别于本文所提态样的一或多者，还可使用其他结构实现器材及/或实践方法。如一实施例，本文所揭露的器材及透镜系统中，有许多系予以在经由小型固定位置光学透镜布置提供高解析度光学成像的内容中予以说明。所属领域的技术人员应了解的是，可将类似技术应用于其他光学透镜架构。例如，本文使用的透镜布置可用在机械式聚焦或自动对焦系统中，借此，光学布置系相对于影像平面自动或手动移位。

在本主题揭露的至少一态样中，提供的是一种光学成像系统。光学成像系统可包含第一组透镜和第二组透镜。可借由沿着光学成像系统的光轴，相对于第二组透镜，重新定位第一组透镜，使光学成像系统聚集。在本主题揭露的至少一态样中，第二组透镜包括用于光学成像系统的影像感测器。在本主题揭露的特定态样中，第一组透镜可包含单一透镜。例如，单一透镜可包括物侧透镜，其为靠近光学成像系统物侧的光学元件。

现请参阅图式，图1根据本主题揭露的态样描述例示光学系统100的方块图。系统100包含横切光轴104而置的光学元件102的布置。如本文所利用者，光学元件是指对至少部分落在可见光谱(例如，包括约400至700纳米[nm]的波长)内的电磁辐射呈至少部分透明的单件折射或反射材料。适当材料的实施例包括磨砂与抛光玻璃、模制玻璃或由重复成模过程成形的玻璃、晶圆级光学器件(WLO)、射出成型塑料、成形于光学基材上经蚀刻的微光学器件、或诸如此类。另外，光学元件将有至少一折射或反射面。本文所利用光学元件的一种实施例为光学透镜。光学透镜是一种光学元件，其包含两个相对折射面、以及一介于所述相对表面之间的边缘，所述边缘界定透镜的外径(对于圆形透镜而言)或周长、以及透镜的边缘厚度。光学透镜的典型布置包括一连串至少大体上横切一轴(光轴104)的透镜102。然而，应了解的是，可存在与本主题揭露一致的其他可能布置。一「透镜组件」在本文系定义为(A)一个单一透镜元件，其与任何相邻透镜元件隔开，以至于无法在计算影像时忽略间距而形成各自透镜元件的特性，或(B)两个或更多个具有相邻透镜表面的透镜元件，所述相邻透镜表面呈完全整体接触、或互相靠近到介于相邻透镜表面之间的任何间距都小到可在计算影像时忽略间距，而形成这两个或更多个透镜元件的特性。因此，一些透镜元件也可为透镜组件，并且词彚「透镜元件」及「透镜组件」不是互斥词彚。另外，应了解的是，词彚「光学组件」在本文系用于指具有与成像光学系统有关重要特性的项目的超集合，并且包括如透镜元件和透镜组件之类的光学元件、以及包括但不限于孔径光阑的各种光学拦阻器，但也可包括各种其他项目，如薄膜、带通滤光片、低通或高通滤光片、偏光滤光片、镜面等。

进入光学元件102左侧、物侧的光，可循序与各自元件(102)交互作用，并且朝向光学感测器106离开元件102的右侧、或像侧。应了解的是，不是所有与光学元件102左侧交互作用的光都将传送至感测器106；某些光可由各自元件(102)反射，某些光可背离光轴104散射并且遭到吸收(例如，由未图示的光学拦阻器吸收)等等。然而，一般而言，光学元件102将接收来自元件一侧(例如左侧)目标物的光，并且在元件另一侧(例如右侧)形成目标物的实像。实像将沿着光轴104，形成于离光学元件102特定距离处，此称为像距(ID)。值得注意的是，ID主要取决于对应的物距(OD–沿着光轴104介于目标物与光学元件102之间的距离)、以及组合光学元件102的屈光度(或光学倍率)。

感测器106可为一种含光电感测器、或像素多维阵列(例如二维阵列)的数位装置。此装置的实施例可包括光电偶合器(CCD)阵列，或互补式金属氧化半导体(CMOS)阵列、或一些其他合适的光学感测器阵列。此阵列的每一个光电感测器、或像素都系配置成用来在光照射时输出电信号。再者，电信号的电流量与光照射像素的能量密度直接相关。因此，借由从阵列的每一个像素收集输出电流位准，感测器106可按照数位方式重现光照射感测器106的二维辐射能模式(radiantenergy pattern)。另外，在感测器106的像素表面或感测器平面置于上述ID的情况下，所产生的二维辐射能模式即光学元件102所产生真实光学影像的二维辐射能模式。因此，感测器106可用来按照数位方式重现那个影像。感测器106所产生数位影像的解析度，取决于感测器106主动阵列内的若干像素。另外，光学系统100可在光学元件102与影像感测器106之间包含盖板108，如图1所示。

如光学系统100所示，光学元件102可包含五个光学透镜，从光学元件102的物侧到光学元件102的像侧包括透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4以及透镜L5。如图所示，透镜L1是一种具有正光学倍率的双凸型透镜，附有凸面物侧及凸面像侧表面，分别为R1及R2。另外，相对于透镜L2、L3、L4和L5，透镜L1可具有较强的正光学倍率。在至少一态样中，相对于透镜L2、L3、L4和L5的组合，透镜L1可具有较强的正光学倍率。在一特定态样中，透镜L1可提供的组合焦距为光学元件102的至少约二分之一或更大值。在另类态样中，透镜L1实质可提供的组合焦距为光学元件102的至少约四分之三或更大值。在相关态样中，物侧透镜的光学倍率(L1_power)可为约1.25x光学元件102的组合光学倍率(例如，L1_power≤1.25*(L1_power+L2_power+L3_power+L4_power+L5_power))。在一特定态样中，孔径光阑A1可置于透镜L1物侧的位置或其前方。下面将细述孔径光阑A1。

透镜L2可具有整体负光学倍率。此外，透镜L2在一态样中，可具有微凹物侧面R3。在另类态样中，物侧面R3可为平坦、无光学倍率。如又一另类态样所示，物侧面R3可微凸。透镜L2的像侧面可具有凹曲度。而且，可将透镜L2配置成用来为光学系统100提供色差校正。在至少一态样中，透镜L2可为光学系统100提供大部分色差校正。

透镜L3包含物侧面R5及像侧面R6。物侧面R5在特定态样中可微凹。而且，像侧面R6可为凸面。在一特定态样中，透镜L3可具有正光学倍率。

透镜L4包含物侧面R7及像侧面R8。物侧面R7可在光轴104附近具有凸曲度。而且，在本主题揭露至少一态样中，物侧面R7可从光轴104起进一步转成凹面。而且，像侧面R8实质上可为平坦，在光轴104附近有少许或没有光学倍率，并且背离光轴104转成凸曲度。在另类态样中，像侧面R8在光轴104附近可为凸面，对于中低视场角有显著的光学倍率，以及背离光轴104为凸面。在一特定态样中，透镜L4对于低视场角(例如，介于零与约12至15度的视场角)可具有正焦度。在另一态样中，透镜L4对于中视场角(例如，介于约12至15度与约22至25度之间的视场角)可具有小正、小负、或实质零的光学倍率。在又另一态样中，透镜L4对于高视场角(例如，介于约22至25度与约33至更高度数之间的视场角，高达光学系统100最大接受视场角)可具有小正、小负、或实质零的光学倍率。

透镜L5包含物侧面R9及像侧面R10。物侧面R9对于低及中视场角可具有凹曲度。在至少一态样中，物侧面R9对于高视场角可转成微凹或无曲度。像侧面R10在光轴104附近可为凹面。而且，像侧面R10对于中及高视场角可从凹面转成凸面，如图所示。

如图所示，光学元件102可在各自透镜L1、L2、L3、L4与L5之间具有各自的空间(例如，气隙)。在至少一所揭露的具体实施例中，相较于透镜L3与透镜L4之间的第三轴上距离，介于透镜L1与L2之间的第一轴上距离可实质较小。在另一具体实施例中，相较于介于透镜L2与L3之间的第二轴上距离、介于透镜L4与L5之间的第四轴上距离、另外还有第三轴上距离，第一轴上距离可实质较小。在至少一具体实施例中，第二、第三及第四轴上距离至少就与第一轴上距离的比较而言，在大小方面可实质类似。在其他具体实施例中，第一、第二、第三与第四轴上距离之间不一定要存在这些关联性。例如，反而在第一、第二、第三与第四轴上距离之间可存在关系。

在本主题揭露的至少一态样中，至少可将MEMS致动器连接到透镜L1。可沿着光轴104将MEMS致动器配置成用来重新置放透镜L1，以聚焦不同物距处的目标物。如一实施例所示，MEMS致动器可变更介于透镜L1与透镜L2之间的第一距离，以聚焦不一样物距处的目标物。在至少一态样中，MEMS致动器可将透镜L1置放在距离透镜L2D_10cm110处，以将离光轴104上孔径光阑A1位置10公分(cm)处目标物的影像聚焦在感测器106上。

根据另外的态样，可相对于光轴104将孔径光阑A1固定。在另一态样中，可相对于透镜L1的位置固定孔径光阑A1。在较后的态样中，可在聚焦目标物影像时，连同透镜L1，借由MEMS致动器移动孔径光阑A1。根据又其他态样，可单独或连同孔径光阑A1，将MEMS致动器配置成用来沿着光轴104移动透镜L1一总距离。在一特定态样中，此总距离可于其一端聚焦无穷远处目标物的影像，并且于其另一端聚焦实质离孔径光阑A110cm处目标物的影像。如本文所利用者，无穷远处的目标物包括光学成像科技领域所知满足平轴近似。泛言之，平轴近似是关于位处令一角实质为零度的距离的目标物，此一角对向(subtending)一与光轴104平行的第一光射线以及一第二光射线，所述第二光射线起于离光轴最远目标物上的点位、并且通过光轴104。在又另一态样中，透镜L1可具有其至少部分为总距离大小的函数的焦距。在又其他态样中，透镜L1的焦距与光学元件102的组合焦距的比率，至少部分可为总距离大小的函数。

由于感测器106的像素阵列令实像以电子方式重现，以电信号形式由感测器106(及其他本文所揭露的感测器)所产生的资料可予以储存至记忆体、投射至供检视用的显示器(例如，数位显示萤幕)、用软体编辑等等。因此，光学系统100的至少一项应用是配合含数位显示的数位相机或摄影机。再者，光学系统100及其他含括在本主题揭露内的光学系统，可连同电子装置的相机模组予以实现。此一电子装置可包括大量的消费性、商用或工业用装置。实施例包括含行动电话、智慧型手机、膝上型电脑、轻省笔电、PDA、电脑萤幕、电视机、平板电视等等的电子设备、含商用设备(例如，ATM相机、银行出纳员窗口相机、便利商店相机、仓库相机等等)、个人监控设备(例如，笔型相机、眼镜型相机、钮扣型相机等)、或工业用监控设备(例如，飞机场相机、货运场相机、铁路站场相机等等)的监控或监视设备。例如，在消费性电子设备中，由于光学系统100可包含具有数厘米或更小等级实体尺寸的光学组件、并且由于至少一些光学元件102可具有固定位置，故系统100及其他所揭露的系统很适用于各式迷你或微型相机模组。然而，要了解的是，所揭露的系统不局限于此特定应用；反而，所属领域的技术人员已知或透过本文内容得知的其他应用，含括在本主题揭露的范围内。

图2根据本主题揭露另外的态样，描述例示光学成像系统200的图示。光学成像系统200可包含一组横切光轴204布置的光学元件202。再者，可将光学元件202配置成用来将影像聚焦在一目标物的影像平面206上，此目标物实质置于离光学成像系统200的孔径光阑A1无穷远处。在至少一态样中，光学元件202可实质类似于图1的光学元件102，如上所述，差异处在于透镜L1与透镜L2之间的第一距离。特别的是，此第一距离在光学成像系统200中可为配置成用来将实质置于上述无穷远处的目标物聚焦的距离D_INFINITY210。再者，如图1所示，如上所述，孔径光阑A1在一态样中可相对于光轴204固定在适当位置。在另类态样中，孔径光阑A1可相对于透镜L1予以固定在适当位置、并且随着透镜L2沿着光轴204移动。

应了解的是，光学元件102与202的透镜L1至L5的表面R1至R10(以及本主题揭露全文所述的其他光学表面)可有不同的形状。在一态样中，一或多个表面可为球面。在其他态样中，一或多个表面可为圆锥曲面。在又其他态样中，一或多个表面根据适当的非球面方程式可为非球面，如均匀非球面方程式：

$\left(1\right)---z=\left[\frac{{\mathrm{CY}}^2}{\{1+{(1-(1+K)C^2{Y}^2)}^{1/2}\}}\right]+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(A_i*Y^i),$ 其中z为由光轴至非球面顶点切面的径向距离Y处，非球面形透镜表面上一点起绘的画线的垂高(sag height)(单位为mm)，C为光轴上非球面形透镜表面的曲度，Y为起自光轴的径向距离(单位为mm)，K为二次曲线常数，以及A_i为第i个非球面系数，总和项目数为偶数i。然而，这些态样不予以推断为限制本主题揭露的范围。反而，各个表面可呈奇形怪状的非球面形、或呈含有偶数与奇数系数的非球面方程式。

继上述，应了解的是，光学元件102与202的透镜(以及本主题揭露全文所提供各种其他光学系统的光学透镜)可由各类适当的透明材料制成，并且根据用于产生光学品质表面的各种适当程序予以形成。在一态样中，透镜L1至L5可为磨砂与抛光玻璃，其中选用的玻璃其折射率令组合透镜L1至L5产生理想的有效焦距。在另一态样中，透镜可为光学品质的射出成型塑料(或借由另一种适当方法所形成光学品质的塑料)，其中塑料具有适用于提供理想有效焦距的折射率。在至少一其他态样中，透镜L1至L5可借由类似于蚀刻半导体晶片(例如，固态记忆体晶片、资料处理晶片)的光刻蚀刻制程，予以蚀刻自透明玻璃、结晶或其它适当结构(例如，二氧化硅–SiO₂晶圆)。在一特定态样中，可根据底下表1至9的光学处方(prescription)，说明光学元件102及光学元件202。

参数说明	数值
		有效焦距(空气中，系统温度及压力下)	4.131396
有效焦距(影像空间)	4.131396
		后焦距	0.349633
总径迹长度(TTL)	5.49089
		影像空间F/#	2.293412
平轴工作F/#	2.44
		工作F/#	2.857105
影像空间NA	0.1752143
		目标物空间NA	0.008991
光阑半径	0.90071
		平轴影像高度	2.956
平轴倍率	-0.04388
		入射光瞳直径	1.801419
入射光瞳位置	0.18
		出射光瞳直径	1.236574
出射光瞳位置	-3.03634
		最大径向场	2.956
透镜单位	厘米(mm)
		角倍率	1.183246

表1：一般光学特性

像场#	X值	Y值	权数
				1	0	0	1
2	0	0.571	1
				3	0	1.142	1
4	0	1.714	1
				5	0	2.285	1
6	0	2.57	1
				7	0	2.856	0.2
8	0	2.956	0.2

表2：像场类型对实像高度(单位为mm)

像场/#	VDX	VDY	VCX	VCY	VAN
						1	0	0	0	0	0
2	0	0	0	0	0
						3	0	0	0	0	0
4	0	0	0	0	0
						5	0	-0.04364	0.000234	0.043642	0
6	0	-0.081	0.001432	0.081006	0
						7	0	-0.1227	0.004184	0.122713	0
8	0	-0.13916	0.006035	0.139171	0

表3：表2像场的渐晕因子

波长#	数值(单位为μm)	权数
			1	0.47	91
2	0.51	503
			3	0.555	1000
4	0.61	503
			5	0.65	107

表4：用于射线追踪的波长

表5：表面资料摘要

表面	参数说明	数值
			R1	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.01328
	有关r6的系数	0.020358
				有关r8的系数	-0.03418
	有关r10的系数	0.012665
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R2	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.0043
				有关r6的系数	0.001395
	有关r8的系数	-0.02717
				有关r10的系数	0.022646
	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R3	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.01683
	有关r6的系数	0.019474
				有关r8的系数	-0.03875
	有关r10的系数	0.034171
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R4	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.01678

	有关r6的系数	0.057631
				有关r8的系数	-0.06199
	有关r10的系数	0.029185
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R5	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.07378
				有关r6的系数	0.078871
	有关r8的系数	-0.04834
				有关r10的系数	0.007991
	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R6	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.20739
	有关r6的系数	0.12271
				有关r8的系数	-0.04163
	有关r10的系数	0.006751
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R7	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.15706
				有关r6的系数	0.019487
	有关r8的系数	-0.00924
				有关r10的系数	0.001005
	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R8	均匀非球面
	有关r2的系数	0

	有关r4的系数	0.054595
				有关r6的系数	-0.04501
	有关r8的系数	0.010689
				有关r10的系数	-0.00087
	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R9	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.01701
	有关r6的系数	0.02087
				有关r8的系数	-0.00363
	有关r10的系数	0.000212
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R10	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.07822
				有关r6的系数	0.013989
	有关r8的系数	-0.00152
				有关r10的系数	6.37E-05
	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0

表6：表面非球面系数

表面	边缘
		目标物	100
1	0.18
		光阑	0.13436
3	0.361345
		4	0.208736
5	0.052866
		6	0.700429

7	0.0726
		8	0.054707
9	0.625532
		10	0.494114
11	0.625166
		12	0.144313
13	0.505743
		14	0.480978
15	0.3
		16	0.55
影像	0

表7：边缘厚度资料

表8：折射率资料

表9：焦比(F/Number)资料

表9A：焦比资料(续)

表1针对光学成像系统100及200的具体实施例提供一般的光学资讯。表2针对八个不同的光场，提供在影像感测器106或影像感测器206所测量到顺着_y轴的影像高度，并且提供各自像场的权数。表3包括表2中所指八个像场的渐晕资料。表4描述图1及2所示光学成像系统100与200中所追踪各自射线的波长。表5针对光学元件102和光学元件202提供一般光学表面特性的摘要，包括表面类型、曲度半径、厚度、材料(来自标准玻璃和塑胶类)、直径、二次曲线常数、以及与渐晕有关的备注。表6针对表5的表面说明均匀非球面系数，而表7针对那些表面提供边缘厚度的资讯。表8针对表2所示的光场，提供多种波长的折射率资料。表9及9A针对那些相同的波长和光场，提供F/#资料。

图3根据本主题揭露的另些态样，描述例示射出成型塑胶光学系统300(亦称为系统300)的图示。系统300可由多个射出成型塑胶组件形成。在一具体实施例中，两个或更多个透镜L1、L2、L3、L4以及L5可由单一模具形成。在其他具体实施例中，各自透镜可由各别模具形成，并且在成模后如图所示予以组装。在其他态样中，透镜L1、L2、L3、L4以及L5可由晶圆级光学制造等另一种光学制造技术形成。在至少一揭露的态样中，系统300实质上可类似于光学成像系统100。在另一态样中，系统300实质上可类似于光学成像系统200。根据又其他态样，系统300可包含MEMS硬体，其配置成用来沿着光轴302将透镜L1移位，而达成在系统300影像平面304的聚焦。在特定具体实施例中，系统300可包含透镜L1的透镜表面R1与R2、透镜L2的表面R3与R4、透镜L3的表面R5与R6、透镜L4的表面R7与R8、以及透镜L5的表面R9与R10，其实质上类似于图1所示的表面R1至R10，如上所述。

图4针对如本文所述的光学成像系统，描述像场弯曲及F-Tan(Theta)Distortion(下文称为畸变)的图示。特别的是，图4描述10cm物距的像场弯曲和畸变，其可与图1的光学成像系统100一致，如上所述。像场弯曲和畸变线图利用五种分别为0.470、0.510、0.555、0.610以及0.650μm的波长，并且具有33.391度的最大视场。左手边的线图描述沿着光学成像系统影像平面的y轴，描述以厘米为单位的像场弯曲。像场弯曲资料是针对弧矢(Sagittal)射线(在图4‘S’)以及切向射线(Tangential rays)(在图4上描绘成‘T’)而描述的。由线图清楚得知，像场弯曲在大部分影像平面上有最小的弧矢射线，以及像场弯曲对于大部分影像平面的切向射线是落在几微米内，并且在影像平面的外缘为数微米(高y值)。

右手边的畸变线图也包括上述五种波长的曲线。畸变资料于光轴是正规化至0％。整个影像平面的畸变小于约1.5％，并且对于低视场角小于百分之一。

图5针对将无穷远处目标物聚焦的光学成像系统，描述像场弯曲和畸变的图示。因此，图5的线图可与图2的光学成像系统200一致，如上所述。图5的像场弯曲和畸变线图针对34.897度的最大视场角，运用波长如同图4的线图。像场弯曲包括所指波长的弧矢射线(S)的线条、以及同样那些波长的横向射线(T)。如图所示，10cm处焦点对准的目标物的像场弯曲落在约+/-50微米内。

畸变在无穷远处比图4的10cm线图变化稍大一些。于光轴上，再次将畸变正规化至0％。畸变的范围由中视场角的约0.5％至影像平面边缘的约-1.5％。所有视场角的总畸变约为2％。

图6针对如本文所述的光学成像系统，描述主要横向色差的线图。特别的是，图6的主要横向色差图针对10cm物距处焦点对准的目标物，因而可与图1的光学成像系统100一致，如上所述。主要横向色差图的最大视场为2.9560mm，并且波长范围介于0.4700与0.6500μm之间。如图所示，横向色差变异对于小视场角恰好落在0.5微米内，对于中视场角变化至恰好大于-1微米，并且对于较高视场角变为大到约-1.5微米。针对影像平面，整体畸变维持小于2微米。

图7针对无穷远处焦点对准的目标物，描述主要横向色差的线图。因此，图7可与图2的光学成像系统200一致，如上所述。类似于图6，波长介于0.4700与0.6500μm之间时的最大视场为2.9560mm。对于低与中视场角，主要横向色差维持在或小于约1.5微米。只有在较大视场角时，主要横向色差才超过0.5微米，于影像平面的边缘达到恰好大于约2微米的峰值。

图8描述本文所述光学成像系统在影像平面处的许多横向光扇图。特别的是，图8的横向光扇图与10cm物距处焦点对准的目标物一致，因而可与图1的光学成像系统100一致，如上所述。横向光扇图针对各种影像高度，描述沿着垂直轴的横向射线误差(e_y)、以及沿着水平轴的光瞳直径(P_y)。较平的绘图指出最佳效能和最小误差，而沿着垂直轴的较大偏差则指出较大的横向射线误差。如图8所示，横向射线误差在光轴附近最小(影像高度小)，并且大体上随着影像高度递增。级别范围沿着x与y轴分别是由+25微米至-25微米。横向光扇图包括介于0.470与0.650波长之间的波长。

图9针对无穷远处焦点对准的目标物描述许多横向光扇图，因而可与图2的光学成像系统200一致，如上所述。类似于图8，这些绘图在光轴附近呈现最小误差，并且对于所有视场角的小光瞳直径大体上呈现小误差。横向射线误差在视场角较高且光瞳直径特别较高时递增。大体上，无穷远处目标物的横向射线误差比10cm处目标物的还小。

现请参阅图式，图10针对10cm处的目标物描述光学系统1000的截面图，其包含相对于光轴1004以相称方式而置的光学元件1002的布置。进入光学元件1002左侧、物侧的光，可循序与各自元件1002交互作用，并且朝向影像感测器1006离开元件1002的右侧、或像侧。实像将沿着光轴1004，形成于离光学元件1002特定距离处，此称为像距(ID)。值得注意的是，ID主要取决于对应的物距(OD–沿着光轴1004介于目标物与光学元件1002之间的距离)、以及组合光学元件102的屈光度(或光学倍率)。

感测器1006可为含光电感测器多维阵列(例如，二维阵列)、或像素的数位装置，其可包括CCD阵列、CMOS阵列等。由感测器1006所产生数位影像的解析度，取决于感测器平面阵列1008内的若干像素，其依次取决于像素区和总阵列区。因此，例如，针对各边大约1.4微米的相对方形像素(1.96平方微米)，0.4cm的方形感测器阵列可包含多达八百一十万像素(Mp)。换句话说，此一感测器会有约8Mp的解析度。由于像素阵列令实像以电子方式重现，由感测器1006以电信号形式产生的资料可予以储存至记忆体、投射至用于检视的显示器(例如，数位显示萤幕)、用软体编辑等等。

应了解的是，图10所示的光学成像布置1000(以及本文所揭露的其他光学成像系统)，并未特意按比例绘制。例如，透镜的厚度、位置以及高度，在绘制时，不一定与实际尺寸成合适的比例。反而，布置1002的目的在于提供成像系统的视觉内容，用以在概念上帮助了解本文所揭露的其他态样。

光学系统1000包含集中在光轴104上的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、以及第五透镜L5。透镜由物侧开始往像侧编号。因此，透镜L1最靠近目标物，并且透镜L5最靠近影像。光圈A1可予以内嵌在透镜L1内、或可实体固定于L1。因此，在本具体实施例中，光圈A1未相对于透镜L1移动。在本揭露的特定态样中，光圈A1可具有50μm的深度。

透镜L1至L5各具有两个相对的折射面。各自表面的曲度半径是在标示方面，先有字母「R」，接着为表面编号，透镜L1的物侧面是第一个。因此，表面由物侧至像侧依序为透镜L1的物侧面R1和像侧面R2、透镜L2的物侧面R3和像侧面R4、透镜L3的物侧面R5和像侧面R6、透镜L4的物侧面R7和像侧面R8、以及透镜L5的物侧面R9和像侧面R10。各自表面识别码(R1、R2、R3、…、R10)也用来表示各自表面的曲度半径。另外，折射率n_i表示与第i个表面相关联透镜介质的折射率、并且v_di为与第i个表面相关联透镜介质的阿贝数。

透镜L1可具有大正屈光度，其两个光学表面R1和R2都为凸面。如本文所用者，词彚大或小屈光度(不论是正或负)的目的是对特定光学系统的其他透镜相对而言的。因此，举例而言，在称透镜L1具有大正屈光度时，暗示着透镜L1与光学系统1000的其他正焦度透镜相比较，其正屈光度大于平均正屈光度。相反地，光学系统1000中具有小正屈光度的透镜，其正屈光度小于平均正屈光度。

在一具体实施例中，L1可相对于透镜L2至L5以及感测器平面1008移动。可使用MEMS或其他合适的致动器完成移动。在本具体实施例中，L2至L5相对于影像感测器平面1008和影像感测器1006维持固定。在本揭露的一些态样中，L1的移动范围在100μm附近。L1的移动允许光学系统1000在各种距离的目标物上的维持聚焦。在图10中，光学系统1000聚焦于离光学系统10cm距离处的目标物上。在图2中，光学系统1100聚焦于光学无穷远处的目标物上。

在特定具体实施例中，L1的屈光度与各种距离目标物上聚焦所需移动范围之间有反向关系。具有较高焦度的L1需要较短的移动范围，以在各种距离的目标物上聚焦，反之亦然。根据本揭露的一些态样，透镜L1与L2之间于光轴的轴向间隙、或距离在125μm附近，于通光孔径的间隙为约170。

L2可具有弯月状(在光轴附近比远离光轴处具有较小的厚度)，其中光学表面R3为凸面，且光学表面R4为凹面。在本揭露的一些态样中，透镜L2为光学系统1000提供大部分色差改正，并且具有负屈光度。透镜L3在光轴1004附近可为双凸型，原因是光学表面R5于光轴1004附近呈凸面，并且背离光轴1004呈凹面，以及像侧光学表面R6呈凸面。根据本揭露的一些态样，透镜L3可具有正屈光度。在特定具体实施例中，可将L2安装到L3上，使得L2固定于L3，并且L2未碰触将光学系统1000的透镜L1至L5沿着光轴1004布置的光学镜筒。

透镜L4具有凹型物侧光学表面R7、以及凸状像侧光学表面R8。透镜L5可呈弯月状，其在光轴1004附近具有凸型光学表面R9并且具有在光轴104附近呈凹面的光学表面R10。

应了解的是，表面R1至R10(以及本主题揭露全文所述的其他光学表面，包括系统200的光学表面)可有各种形状。在一态样中，一或多个表面可为球面。在其他态样中，一或多个表面可为圆锥曲面。在又其他态样中，一或多个表面根据适当的非球面方程式可为非球面，如均匀非球面方程式：

$\left(1\right)---z=\left[\frac{{\mathrm{CY}}^2}{\{1+{(1-(1+K)C^2{Y}^2)}^{1/2}\}}\right]+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(A_i*Y^i),$ 其中z为由光轴至非球面顶点切面的径向距离Y处非球面形透镜表面上一点起绘画线的垂高(sag height)(单位为mm)，C为光轴上非球面形透镜表面的曲度，Y为起自光轴的径向距离(单位为mm)，K为二次曲线常数，以及A_i为第i个非球面系数，总和项目数为偶数i。然而，这些态样不予以推断为限制本主题揭露的范围。反而，各个表面可呈奇形怪状的非球面形、或呈含有偶数与奇数系数的非球面方程式。

继上述，应了解的是，光学系统1000的透镜L1至L5(以及光学系统1000的光学透镜)可由各种适当类型的透明材料制成、根据各种适当程序形成以供产生光学品质的表面。在一态样中，透镜L1至L5可为磨砂与抛光玻璃，其中选用的玻璃其折射率令组合透镜L1至L5产生理想的有效焦距。在另一态样中，透镜可为光学品质的射出成型塑料(或借由另一种适当方法所形成光学品质的塑料)，其中塑料具有适用于提供理想有效焦距的折射率。在至少一其他态样中，透镜L1至L5可借由类似于蚀刻半导体晶片(例如，固态记忆体晶片、资料处理晶片)的光刻蚀刻制程，予以蚀刻自透明玻璃、结晶或其它适当结构(例如，二氧化硅–SiO₂晶圆)。

根据各种态样，透镜L1、L2、L3、L4以及L5可由塑料制成(例如，APL5014、OKP4HT、或ZE-330R或另一种具有类似折射率和阿贝数的适当塑料、或其适当组合)。在一特定态样中，透镜L1、L3、以及L5由一种塑料制成(例如，APL5014)，而透镜L2与L4则由不同塑料制成(例如，分别为OKP4HT与ZE-330R)。然而，应了解的是，在其他态样中，透镜可为其他另具有类似阿贝数或折射率的材料。

现请转而参阅图11，表示的是根据本主题揭露的态样，聚焦于无穷远处的范例光学系统的截面。图11的光学系统1100类似于光学系统100，但相对于10cm，光学系统1100系聚焦于无穷远处的目标物上。光学系统1100与光学系统1000之间的差异在于，L1相对于透镜L2至L5置于离感测器1106不同的距离处。

根据本主题揭露的一个特定态样，底下在表10至13中，为各自透镜L1、L2、L3、L4以及L5提供处方。表10为各自透镜列出一般透镜资料，并且表11列出表面资料，包括光轴附近的曲度半径(R)(单位为mm)、表面之间的距离、各自透镜的直径、以及各自透镜的材料。再者，如上所述，表12针对表11的非球面，提供方程式(1)中i＝2,4,6,8,10,12,14,16的非球面常数A_i，其中的索引“i”是由“r”表示(例如，如可由ZEMAX Development Corporation提供的光学设计软体程式ZEMAX所产生者)。表13针对一组波长，提供第i个透镜的折射率n_i。表14提供像场范围与影像高度的对照，表15针对光学系统1000与1100提供渐晕资讯，表16提供用于图10和图11射线追踪的波长和权数，表17针对光学系统1000和1100提供表面资料，包括半径、厚度、材料、直径、以及二次曲线常数。另外，表18针对光学系统1000和1100提供边缘厚度资讯。

表10：光学系统1000和1100的一般特性

(光学设计软体Zemax中定义的光学特性)

表11：光学系统1000和1100的透镜元件的表面资料

表11：续

表面	R1
				有关r2的系数(Coeff)	0
	有关r4的系数(Coeff)	0.021400101
				有关r6的系数(Coeff)	-0.0044229854
	有关r8的系数(Coeff)	-0.00018162551
				有关r10的系数(Coeff)	0
	有关r12的系数(Coeff)	0
				有关r14的系数(Coeff)	0
	有关r16的系数(Coeff)	0
			表面	R2

	有关r2的系数(Coeff)	0
				有关r4的系数(Coeff)	0.0013366226
	有关r6的系数(Coeff)	0.0044675095
				有关r8的系数(Coeff)	-0.0065254167
	有关r10的系数(Coeff)	0
				有关r12的系数(Coeff)	0
	有关r14的系数(Coeff)	0
				有关r16的系数(Coeff)	0
表面	R3
				有关r2的系数(Coeff)	0
	有关r4的系数(Coeff)	-0.15575931
				有关r6的系数(Coeff)	0.11775238
	有关r8的系数(Coeff)	-0.040496241
				有关r10的系数(Coeff)	0
	有关r12的系数(Coeff)	0
				有关r14的系数(Coeff)	0
	有关r16的系数(Coeff)	0
			表面	R4
	有关r2的系数(Coeff)	0
				有关r4的系数(Coeff)	-0.17899613
	有关r6的系数(Coeff)	0.13165259
				有关r8的系数(Coeff)	-0.041877243
	有关r10的系数(Coeff)	0
				有关r12的系数(Coeff)	0
	有关r14的系数(Coeff)	0
				有关r16的系数(Coeff)	0
表面	R5
				有关r2的系数(Coeff)	0
	有关r4的系数(Coeff)	-0.034806957
				有关r6的系数(Coeff)	-0.055196853
	有关r8的系数(Coeff)	-0.0076170308
				有关r10的系数(Coeff)	0
	有关r12的系数(Coeff)	0
				有关r14的系数(Coeff)	0

	有关r16的系数(Coeff)	0
			表面	R6
	有关r2的系数(Coeff)	0
				有关r4的系数(Coeff)	0.020581236
	有关r6的系数(Coeff)	-0.0065040866
				有关r8的系数(Coeff)	-0.018006387
	有关r10的系数(Coeff)	0
				有关r12的系数(Coeff)	0
	有关r14的系数(Coeff)	0
				有关r16的系数(Coeff)	0
表面	R7
				有关r2的系数(Coeff)	0
	有关r4的系数(Coeff)	0.17752822
				有关r6的系数(Coeff)	0.0025820117
	有关r8的系数(Coeff)	0.0073104429
				有关r10的系数(Coeff)	-0.0065708267
	有关r12的系数(Coeff)	0
				有关r14的系数(Coeff)	0
	有关r16的系数(Coeff)	0
			表面	R8
	有关r2的系数(Coeff)	0
				有关r4的系数(Coeff)	0.03288338
	有关r6的系数(Coeff)	0.076502466
				有关r8的系数(Coeff)	-0.06842281
	有关r10的系数(Coeff)	0.038984099
				有关r12的系数(Coeff)	-0.0076836467
	有关r14的系数(Coeff)	0
				有关r16的系数(Coeff)	0
表面	R9
				有关r2的系数(Coeff)	0
	有关r4的系数(Coeff)	-0.1830718
				有关r6的系数(Coeff)	0.075510932
	有关r8的系数(Coeff)	-0.034603365
				有关r10的系数(Coeff)	0.0066539539

	有关r12的系数(Coeff)	-0.00029016159
				有关r14的系数(Coeff)	0
	有关r16的系数(Coeff)	0
			表面	R10
	有关r2的系数(Coeff)	0
				有关r4的系数(Coeff)	-0.15124446
	有关r6的系数(Coeff)	0.071176496
				有关r8的系数(Coeff)	-0.029255744
	有关r10的系数(Coeff)	0.0080879291
				有关r12的系数(Coeff)	-0.0014220241
	有关r14的系数(Coeff)	0.00014276636
				有关r16的系数(Coeff)	-6.2275295e-006

表12：光学系统1000和1100的非球面系数

表13：光学系统1000和1100的折射率

像场#	X值	Y值	权数
				1	0	0	1
2	0	0.571	1
				3	0	1.142	1
4	0	1.714	1
				5	0	2.285	1
6	0	2.57	1
				7	0	2.856	1

表14：像场类型对实像高度(单位为mm)

像场/#	VDX	VDY	VCX	VCY	VAN
						1	0	0	0	0	0

2	0	-0.00376	0.00001	0.003764	0
						3	0	-0.00751	0.00003	0.007509	0
4	0	-0.01125	0.000093	0.011253	0
						5	0	-0.01512	0.00015	0.015117	0
6	0	-0.01707	0.000226	0.017069	0
						7	0	-0.019	0.000251	0.018997	0
1	0	0	0	0	0

表15：表2像场的渐晕因子

波长#	数值(单位为μm)	权数
			1	0.47	91
2	0.51	503
			3	0.555	1000
4	0.61	503
			5	0.65	107

表16：用于射线追踪的波长

表17：表面资料摘要

表面	边缘
		光阑	0.05
2	0.000726
		3	0.315728
4	0.189805
		5	0.491449
6	0.078721
		7	0.308446
8	0.214072
		9	0.303193
10	0.428579
		11	1.31122
12	0.662695
		13	0.3
14	0.4913
		影像	0

表18：边缘厚度资料

图12针对光学组态1002描述像场弯曲与畸变的线图。此外，所显示的是针对范围由0.470μm至0.650μm的许多波长，像场弯曲与畸变的数值。就低视场角而言，针对这些波长的像场弯曲在约10微米内，像场弯曲在影像平面的周边甚至小于100微米。此外，畸变正好在2％与-2％的范围内。所属领域的技术人员将清楚知道的是，像差正好借由本主题的光学布置1002予以补偿。

图13针对光学组态1102描述像场弯曲与畸变的线图。此外，所显示的是针对范围由0.470μm至0.650μm的许多波长，像场弯曲与畸变的数值。像场弯曲正好在+/-100微米的范围内，并且畸变正好在2％与-2％的范围内。所属领域的技术人员将清楚知道的是，像差正好借由本主题的光学布置1102予以补偿。

图14针对光学布置1002描述横向色差的线图。线图的最大视场为2.8560mm。另外，横向色差曲线的波长范围是由0.470μm至0.650μm。10cm处焦点对准的目标物的主要横向色差约为-3.5μm，如线图所示。

图15针对无穷远处焦点对准的目标物，描述光学布置1102的横向色差的线图。线图的最大视场为2.8560mm。另外，横向色差曲线的波长范围是由0.470μm至0.650μm。无穷远处焦点对准的目标物的主要横向色差约为+0.8微米。

图16和图17分别描述光学布置1002和1102的横向光扇图。横向光扇图针对光瞳直径P_y和P_x，描述沿着y和x轴的横向光扇图(e_y和e_x)。制作横向光扇图的影像高度为0.000mm(1600和1700)、0.5710mm(1602和1702)、1.1420mm(1604和1704)、1.7140mm(1606和1706)、2.2850mm(1608和1708)、2.5700mm(1610和1710)、以及2.8560mm(1612和1712)。绘图大体上是在光学成像的可接受范围内，因此，光学布置1002和1102具有良好的成像品质。

图18根据本主题揭露的另类态样，针对光学系统1800，描述例示射线绘制图的图示。系统1800包含光学元件1802的布置。光射线在图示中与光学元件1802在光学系统1800的视野内相交。轴上射线是聚焦于光学元件1802相关联影像平面或焦平面的光轴上，并且以较大视场角发端的射线绘制成如同会聚于离影像平面光轴较远距离处。

光学元件1802最左侧为光学系统1800的物侧，并且光学元件1802最右侧为光学系统1800的像侧。目标物的实像是在光学元件1802经适当焦点对准时予以在光学元件1802的影像平面形成。在本主题揭露的至少一态样中，光学系统1800可包含可变焦距光学系统，光学元件1802的子集在其中可沿着光轴移动，以在影像平面令目标物的影像对焦。在特定态样中，光学元件1802的子集的一组位置可与在影像平面各自影像焦点对准的一组物距一致。换句话说，当光学元件1802的子集置于此组位置的一时，此组物距的一对应者处的目标物将于影像平面焦点对准。如下所示，如图18及图19所示光学元件1802的位置描述例示布置，系统1800的光学元件位于其中的一个位置，以将置于无穷远处的目标物聚焦在影像平面上。如下所示，如图23和图24所示光学元件1802的位置描述例示布置，光学元件位于其中的一个位置，以将近场目标物聚焦在影像平面上。

图19根据本主题揭露另外的态样，描述含光学元件和光学表面的例示光学系统1900的图示。光学系统1900实质上可类似于光学系统1800。如所示，光学系统1900配置成用来将置于远场(例如，无穷远)的目标物的影像聚焦。

光学系统1900可包含一组沿着光轴1904置中的光学元件1902。光学元件1902可配置成用来将可由感测器1908撷取的影像聚焦。感测器1908可包含置于感测器1908影像平面处的感光像素的多维阵列。感光像素可回应由光学元件1902聚焦于感测器1908上的电磁能(例如，光)而将电信号输出。而且，电信号可具有与电磁能光学特性有关的特性。如本文所述或所属领域已知者，这些电信号可用来令光学元件1902所聚焦并且由感测器1908所撷取的影像重现。光学系统1900还可包含供感测器1908用的盖板1906。盖板可保护感测器1908的感光像素免于蒙受灰尘或其它粒子，否则其有可能吸收或使光学元件1902所聚焦的电磁能散射，从而使影像产生畸变。

光学元件1902可包含五个光学透镜，包括透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4以及透镜L5(统称为透镜L1至L5)。光学透镜由左(光学系统1900的物侧)至右(光学系统1900的像侧)编号。最左侧的透镜L1因此在本文也称为物侧透镜。或者，可将透镜L1称为光学系统1900的物镜。

如图所示，透镜L1为一种双凸面透镜，其具有正光学倍率，并且具有凸物侧面R1和凸像侧面R2。再者，相对于光学元件1902的透镜L2、L3、L4和L5，透镜L1可具有强光学倍率。在特定态样中，透镜L1可具有比透镜L2、L3、L4和L5任一者都还大的正光学倍率。在另一态样中，L1可具有比透镜L2、L3、L4和L5的任何子集都还大的正光学倍率。在至少一另类或另外的态样中，透镜L1可具有比透镜L2、L3、L4和L5的组合还大的正光学倍率。如图所示，可将孔径光阑A1置于透镜L1的物侧面R1附近。

透镜2可为一种具有负光学倍率的透镜。透镜L2可具有物侧面R3和像侧面R4。表面R3在本主题揭露的一些态样中可微凸。在其他态样中，表面R3实质上可呈平坦而无显著的光学倍率。在本主题揭露的又其他态样中，表面R3可具有综合曲度，其对于表面R3的一光瞳半径子集(例如，离光轴1904的距离范围)呈凸面，并且对于表面R3的光瞳半径的一不同子集呈凹面。如实施例所示，表面R3由光轴1904至第一光瞳半径可具有凹曲度，并且由第一光瞳半径至第二光瞳半径可具有凸曲度，其中第二光瞳半径大于第一光瞳半径。像侧面R4可具有凹曲度，其提供透镜L2的大部分负光学倍率。

透镜L3可为朝向透镜L3的物侧具有凸曲度的凹凸透镜。如图所示，透镜L3包含物侧面R5及像侧面R6。物侧面R5可具有凸曲度。在特定态样中，物侧面R5的凸度在光轴1904附近可比在透镜L3周边附近还强。换句话说，物侧面R5的曲度半径可随着物侧面R5光瞳半径增大而递增，并且在至少一态样中，于透镜L3的周边附近变为无穷大。像侧面R6可具有凹曲度。在至少一态样中，像侧面R6的曲度半径可随着透镜L3光瞳半径的增加而递增。在一另类或另外的态样中，像侧面R6在透镜L3的周边附近可为凸面。

透镜L4包含物侧面R7及像侧面R8。透镜L4可为朝向光学元件1902像侧的凹凸透镜。另外，透镜L4可具有微正光学倍率。在一另类或另外的态样中，透镜L4的正焦度相较于透镜L4的周边，在光轴1904附近可较大，而在其他态样中，正焦度在像侧面R8的表面上可实质恒定。

透镜L5包含物侧面R9和像侧面R10。物侧面R9对于低与中视场角可具有凹曲度，且于较高视场角时曲度可降低。像侧面R10在光轴1904附近可为凹面。此外，对于中与高视场角，像侧面R10可由凹面转成凸面。

光学元件1902在各自透镜L1、L2、L3、L4与L5之间可具有各自空间(气隙)。在一特定态样中，介于透镜L4与透镜L5之间的轴上净空距离，可为透镜L1至L5之间一组净空距离中的最大者。在一另类或另外的态样中，介于透镜L3与透镜L4之间的净空距离可为透镜L1至L5之间一组净空距离中的第二大者。

在本主题揭露的另一态样中，可将致动器连接至光学元件1902的子集。在一实施例中，致动器可为MEMS致动器，而在其他态样中，致动器可为所属领域中已知的另一类致动器。可将致动器配置成用来沿着光轴1904重新置放光学透镜的子集。光学透镜子集的重新定位可令不同物距处的目标物影像聚焦于光学系统1900的感测器1908。在特定态样中，光学透镜1902可配置成用来将置于远场(例如，无穷远、…)的目标物影像聚焦在感测器1908上。根据另外的态样，可将光学元件1902的子集重新置放，以将感测器1908近场中的目标物聚焦。在一特定态样中，光学元件的子集可包括透镜L1，并且透镜L1可借由MEMS致动器予以定位成如图19所示，以将置于无穷远处的目标物聚焦于感测器1908，以及可借由MEMS致动器予以定位成如图23所示，以将实质12.8公分(cm)物距处的目标物聚焦于感测器1908。

在另一态样中，可相对于光轴1904将孔径光阑A1固定。在另一态样中，可相对于透镜L1的位置固定孔径光阑A1。在较后的态样中，可在将目标物的影像聚焦在感测器1908上时，连同透镜L1，借由MEMS致动器移动孔径光阑A1。根据又其他态样，可单独或连同孔径光阑A1，将MEMS致动器配置成用来沿着光轴1904移动透镜L1一总距离。此总距离可于其一端将无穷远处目标物的影像聚焦在感测器1908上，并且于其另一端将实质12.8cm物距处目标物的影像聚焦于感测器1908。

透镜L1至L5可为各适当类型的适当透光材料，并且根据适当方法予以形成以供产生光学品质的表面。在一态样中，透镜L1至L5可为磨砂与抛光玻璃，其中选用的玻璃其折射率令组合透镜L1至L5产生理想的有效焦距。在另一态样中，透镜可为光学品质的射出成型塑料(或借由另一种适当方法所形成光学品质的塑料)，其中塑料具有适用于提供理想焦距的折射率。在另外的态样中，透镜L1至L5可利用类似于蚀刻半导体晶片的光刻蚀刻制程，予以蚀刻自透明玻璃、结晶或其它适当结构。在特定态样中，透镜L1至L5借由一或多种上述或类似的适当制造技术(请注意，盖体1908为虚构材料)，可为相异的玻璃、塑料或适当的透光介质。在另一态样中，可已根据表19至27A的光学处方，说明光学元件1902。

参数说明	数值
		有效焦距(空气中，系统温度及压力下)	4.803702
有效焦距(影像空间)	4.803702
		后焦距	0.1097044
总径迹长度(TTL)	5.588093
		影像空间F/#	2.668723
平轴工作F/#	2.668742
		工作F/#	2.647852
影像空间NA	0.1841501
		目标物空间NA	9e-007
光阑半径	0.9
		平轴影像高度	3.492
平轴倍率	-4.803736e-006
		入射光瞳直径	1.8
入射光瞳位置	0.05
		出射光瞳直径	1.214476
出射光瞳位置	-3.231397
		最大径向场	3.492
透镜单位	厘米(mm)
		角倍率	1.482119

表19：一般光学特性(无穷远处焦点对准的目标物)

像场#	X值	Y值	权数
				1	0	0	1
2	0	0.339	1
				3	0	0.678	1
4	0	1.018	1
				5	0	1.357	1
6	0	1.696	1
				7	0	2.035	1
8	0	2.375	1
				9	0	2.714	1
10	0	3.053	1
				11	0	3.392	1
12	0	3.492	1

表20：像场类型对实像高度(单位为mm)

像场/#	VDX	VDY	VCX	VCY	VAN
						1	0	0	0	0	0
2	0	0	0	0	0
						3	0	0	0	0	0
4	0	0	0	0	0
						5	0	0	0	0	0
6	0	0	0	0	0
						7	0	-0.005032	0.000003	0.005032	0
8	0	-0.018773	0.000041	0.018775	0
						9	0	-0.031175	0.000230	0.031178	0
10	0	-0.062274	0.000739	0.062281	0
						11	0	-0.154303	0.005254	0.154319	0
12	0	-0.218933	0.013148	0.218954	0

表21：表20像场的渐晕因子

波长#	数值(单位为μm)	权数
			1	0.4358	0.15
2	0.4861	0.45
			3	0.5461	1.00

4	0.5876	0.80
			5	0.6563	0.10

表22：用于射线追踪的波长

表23：表面资料摘要

表面	参数说明	数值
			R1	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	0.0072492627
	有关r6的系数	-0.0011425636
				有关r8的系数	-0.026147557
	有关r10的系数	0.02892707
				有关r12的系数	-0.015728565
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R2	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.018496708
				有关r6的系数	0.041017657
	有关r8的系数	-0.14989043
				有关r10的系数	0.18705355
	有关r12的系数	-0.081043198
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R3	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.04452888
	有关r6的系数	0.1590456
				有关r8的系数	-0.32756888
	有关r10的系数	0.38155806
				有关r12的系数	-0.15580658

	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R4	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.067461498
				有关r6的系数	0.16544449
	有关r8的系数	-0.23156178
				有关r10的系数	0.20660588
	有关r12的系数	-0.067541427
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R5	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.10351059
	有关r6的系数	0.083284677
				有关r8的系数	-0.073446626
	有关r10的系数	0.031355945
				有关r12的系数	-0.005953706
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R6	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.080839736
				有关r6的系数	0.05806703
	有关r8的系数	-0.042396061
				有关r10的系数	0.013117216
	有关r12的系数	-0.001392345
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R7	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.061283862
	有关r6的系数	0.056005953
				有关r8的系数	-0.023784572
	有关r10的系数	0.004382924

	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R8	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	0.005176523
	有关r6的系数	0.02067126
				有关r8的系数	0.001625502
	有关r10的系数	-0.001134584
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R9	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	0.019100544
				有关r6的系数	-0.000208483
	有关r8的系数	5.84E-05
				有关r10的系数	-3.36E-06
	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R10	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.038366245
	有关r6的系数	0.004903112
				有关r8的系数	-0.000509017
	有关r10的系数	1.88E-05
				有关r12的系数	1.99E-07
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0

表24：表面非球面系数

表面	边缘
		目标物	1000000

1	0.05
		光阑	0.036971
3	0.45386
		4	0.053525
5	0.17191
		6	0.53351
7	0.123651
		8	0.113652
9	0.301427
		10	0.121772
11	0.050401
		12	0.30346
13	0.767748
		14	0.053483
15	0.953242
		16	0.972839
17	0.3
		18	0.1
影像	0

表25：边缘厚度资料

表26：折射率资料

表27：焦比(F/Number)资料

表27A：焦比资料(续)

表19分别针对图18和图19的光学系统1800及1900的具体实施例，提供一般的光学资讯。表20针对一组光场，提供在影像感测器1906所测量到顺着y轴的影像高度，并且提供各自像场的权数。表21包括表20那组光场的渐晕资料。表22描述图18所示光学成像系统1800中，所追踪各自射线的波长。表23针对光学元件1902的透镜，提供一般光学表面特性的摘要，包括表面类型、曲度半径、厚度、材料(来自标准玻璃和塑胶类；不是用于盖体玻璃1908的虚设材料)、直径二次曲线常数以及适用注解(applicable notes)。表24针对表23的表面说明非球面系数，而表25针对那些表面提供边缘厚度的资讯。表26针对表20所示的光场，提供多种波长的折射率资料。表27及27A针对那些相同的波长和光场，提供F/#资料。

图20针对图18和图19的光学系统1800、1900，描述像场弯曲与畸变的图示，如上所述。特别的是，图20所示的像场弯曲与畸变，与配置成用来将无穷远处目标物影像聚焦在感测器1906上的光学元件1902一致。像场弯曲与畸变线图利用五种波长，分别包括0.436、0.486、0.546、0.588以及0.656μm。而且，追踪射线而有35.543度的最大视场。左手边的线图描述沿着光学成像系统影像平面的y轴，描述以厘米为单位的像场弯曲。所描述的像场弯曲的曲线系针对弧矢射线(系以‘S’予以描绘)以及切向射线(系以‘T’予以描绘)。所用波长的像场弯曲范围，对于弧矢和切向射线系在数微米内。图20右手边的畸变也包括上述五种波长的曲线。畸变资料于光轴系正规化至0％。贯穿影像平面，畸变小于约-1％，并且对于中至低视场角，低于约+/-0.5％。

图21针对一组波长描述纵向像差的图示。图21的纵向像差与光学元件1902有关，其系配置成用来令置于无穷远处的目标物在感测器1906上成像。所列波长包括0.436、0.486、0.546、0.588以及0.656μm。就0.9mm的光瞳半径来说，线图针对递增的视场角以厘米为单位绘制纵向像差。在低视场角时，纵向像差大体上为正值并且小于约0.02厘米。在高视场角时，纵向像差更为负值，并且大体上小于约0.03厘米。图21的纵向像差线图指出，光学元件1902对所示波长提供合理良好的像差校正。

　图22针对图19的光学元件1902描述横向色差的线图，如上所述。因此，横向色差的线图与光学元件1902有关，其系配置成用来将置于无穷远处的目标物的影像聚焦在感测器1906上。横向色差图的最大视场为3.3920厘米，并且横向色差图的波长范围系由0.4358至0.6563μm。另外，引用的资料为0.546100μm。极端视场角(most field angles)的横向色差落在约+/-0.5微米内。在高视场角时，较低波长呈现的横向色差约为-1微米或更大值，并且较高波长呈现的横向色差约为1微米。

　图23根据本主题的揭露又其他态样，描述例示光学系统2300的图示。光学系统2300可包含一组光学元件2302，如图所示。在本主题揭露的至少一态样中，光学元件2302可包含一组实质类似于图18与图19所示光学元件1802与1902的透镜，如上所述，但具有不同的聚焦位置。具体而言，一组光学元件2302可按照适用于将近场目标物影像聚焦于光学元件2302影像平面的方式予以置放。如图所示，光学元件2302的近场目标物位置为12.8cm。借由在图23所示位置与图19光学元件1902位置之间重新定位光学元件2302的子集，光学系统2300可聚焦介于近场目标物与无穷远处目标物之间的不同物距。

　光学系统2300描述一组光扇，其表示以离散视场角入射在光学元件2302上的光。借由会聚于光学系统2300在光学元件2302影像平面处光轴的光线，描述值为零的视场角。离光轴递增距离处，光会聚于影像平面上的点，表示以对应较大视场角接触光学元件2302的光线。

　图24根据本主题的揭露又其他态样，描述例示光学系统2400的图示。光学系统2400描绘图23所示光学系统2300的光学透镜以及相关光学表面。此外，在至少一态样中，光学系统2300的光学透镜和相关光学表面可实质类似于光学系统1800和1900的光学透镜和光学表面，如上所述。光学系统2400与光学系统1800及1900的差异可在于，光学元件2402可配置成用来将置于实质12.8cm处目标物的影像聚焦于感测器2408。光学系统2400和光学元件2402的其他态样包括透镜L1的光学表面R1与R2、透镜L2的R3与R4、透镜L3的R5与R6、透镜L4的R7与R8、以及透镜L5的R9与R10。此外，感测器2408和盖体玻璃2406实质上可类似于光学系统1900的感测器1906和盖体玻璃1908。

　根据本主题揭露的特定态样，光学元件2402包含物镜，即透镜L1，其系连接至致动器(例如，MEMS致动器，…)而有助于光学系统2400的自动对焦。在图24所示光学元件2402的布置中，并且尤其是在介于透镜L1与透镜L2之间的净空距离处，即distance_near，光学元件2402系配置成用来将12.8cm物距处目标物的实像聚焦在感测器2408上。借由将透镜L1移入图19光学元件1902所示的位置内(其中介于透镜L1与透镜L2之间的净空距离为distance_far)，另可将光学系统2400配置成用来聚焦无穷远处目标物的影像。在本主题揭露的至少一另类或另外的态样中，可重新置放透镜L1以变更介于distance_near与distance_far之间的净空距离，从而将置于12.8cm与无穷远处之间点位的目标物的影像聚焦于感测器2408。光学元件2402可具有如表28至31A的光学特性所述的影像特性。

参数说明	数值
		有效焦距(空气中，系统温度及压力下)	4.673877
有效焦距(影像空间)	4.673877
		后焦距	-0.05732965
总径迹长度(TTL)	5.668093
		影像空间F/#	2.596598
平轴工作F/#	2.747179
		工作F/#	2.738746
影像空间NA	0.1790633
		目标物空间NA	0.007028331
光阑半径	0.9
		平轴影像高度	3.492
平轴倍率	-0.03861711
		入射光瞳直径	1.8
入射光瞳位置	0.05
		出射光瞳直径	1.198642
出射光瞳位置	-3.269722
		最大径向场	3.492
透镜单位	厘米(mm)
		角倍率	1.501698

表28：一般光学特性(约12.8cm处焦点对准的目标物)

像场/#	VDX	VDY	VCX	VCY	VAN
						1	0	0	0	0	0
2	0	0	0	0	0
						3	0	0	0	0	0
4	0	0	0	0	0
						5	0	0	0	0	0
6	0	0	0	0	0
						7	0	-0.00588	0.000003	0.005875	0
8	0	-0.02139	0.000058	0.021397	0
						9	0	-0.0355	0.00023	0.035498	0
10	0	-0.06623	0.000798	0.066238	0
						11	0	-0.16868	0.006487	0.1687	0
12	0	-0.24396	0.016135	0.243989	0

表29：表20像场的渐晕因子

表30：表面资料摘要

表31：焦比(F/Number)资料

表31A：焦比资料(续)

表28至31A包含光学系统2400的光学特性及影像特性，其有别于光学系统1900的组态。表28针对光学系统2400的具体实施例，提供一般的光学资讯。表29包括表20那组光场的渐晕资料。表30针对光学元件2402的透镜，提供一般光学特性的摘要，包括表面类型、曲度半径、厚度、材料(来自标准玻璃和塑胶类，包括用于盖体玻璃2408的虚设材料)、直径、二次曲线常数以及适用注解。表31及31A针对所定波长和光场，提供F/#资料。

图25针对图24的光学系统2400，描述像场弯曲与畸变的图示，如上所述。用于像场弯曲与畸变线图的波长包括0.436、0.486、0.546、0.588以及0.656μm。经追踪用来产生这些线图的射线，其视场角单位的最大视场为34.188度。切向与弧矢射线两者的像场弯曲对于所有视场角而言，大体上为正且小于约0.05mm。中至低视场角的畸变小于约1％，高视场角的畸变则增加到约1.6％。

图26针对光学系统2400描述纵向像差的图示。所提供的纵向像差线图系针对五种波长，包括0.436、0.486、0.546、0.588以及0.656μm。线图针对递增的视场角，以厘米为单位绘制纵向像差，其光瞳半径为0.9mm。在低视场角时，纵向像差大体上为正值并且小于约0.04厘米。在更高视场角时，纵向像差针对不同的视场角其范围系由正至负，并且大体上介于+0.03厘米与约-0.035厘米之间。

图27针对图24的光学元件2402，描述横向色差的线图，如上所述。横向色差的线图与光学元件2402有关，其配置成用来将置于约12.8cm处目标物的影像聚焦在感测器2406上。横向色差图的最大视场为3.3920厘米，并且线图所用波长的范围系由0.4358至0.6563μm。另外，引用的资料为0.546100μm。对于所有视场角而言，横向色差小于约+3微米并且大于约-1微米。在低与中视场角时，横向色差的范围介于约+1微米与-0.25微米之间。

图28A至图28D根据本主题揭露的一或多个另外的态样，描述例示光学系统。光学系统系示于图28A的左上角，其组态系将无穷远处目标物的影像聚焦在光学系统的感测器上。图29A至图29D描述例示光学系统，其组态系将近场目标物的影像聚焦在光学系统的感测器上。可例如借由缩减介于最靠近光学系统物侧的第一最左侧透镜、较靠近光学系统物侧第二透镜者之间的净空距离，达成后者组态。

大体上光学系统包含五个透镜，由物侧至像侧包括透镜L1(亦称为物镜)、透镜L2、透镜L3、透镜L4以及透镜L5(统称为透镜L1至L5)。而且，图28A至图28D的光学系统可包含两个或两个以上的透镜组，其系至少部分界定在介于两个或两个以上透镜组中各自透镜之间的轴上透镜间净空距离上。如一实施例所示，可将光学系统的五个透镜布置成两个透镜组，第一透镜组从光学系统的物侧开始包含第一透镜、第二透镜和第三透镜，并且第二透镜组从光学系统的物侧开始包含第四透镜和第五透镜。所述透镜组系限制于在透镜之间具有轴上净空距离，此轴上净空距离小于第一与第二透镜组之间的轴上净空距离。

图28B至图28D描述图28A所示光学系统的影像特性，其系配置成用来将无穷远处目标物影像聚焦在光学系统感测器上(远场聚焦组态)。图29B至图29D描述图29A所示光学系统的影像特性，其配置成用来将近场目标物聚焦在感测器上(近场聚焦组态)。图28B针对远场聚焦组态描述像场弯曲与畸变的线图，其对于约0.47与约0.65微米之间的波长，具有大于约32度的最大视场。图28C针对上述波长的远场组态及约0.991mm的光瞳半径，描述纵向像差的线图，并且图28D针对最大视场约2.956厘米、参考资料约0.555微米波长的组态，描述横向色差的线图。

图29B针对图29A所示光学系统的近场组态，描述像场弯曲与畸变。像场弯曲与畸变针对介于约0.470与约0.650微米之间的波长，具有约34.51度的最大视场。图29C针对光瞳半径约0.991厘米且波长约0.470、0.510、0.555、0.610以及0.650微米的近场组态，描述纵向像差。图29D针对最大视场约2.9560厘米且参考资料波长为0.555微米的近场组态，描述横向色差的线图。底下借由表32至40A所提供的光学与影像特性，说明图28A和图29A的光学系统。

参数说明	数值
		有效焦距(空气中，系统温度及压力下)	4.309199
有效焦距(影像空间)	4.309199
		后焦距	0.528864
总径迹长度(TTL)	5.348668
		影像空间F/#	2.44563
平轴工作F/#	2.44563
		工作F/#	2.468005
影像空间NA	0.200303
		目标物空间NA	8.81E-11
光阑半径	0.881
		平轴影像高度	2.956
平轴倍率	0
		入射光瞳直径	1.762
入射光瞳位置	0
		出射光瞳直径	1.257817
出射光瞳位置	-3.09729
		最大径向场	2.956
透镜单位	厘米(mm)
		角倍率	1.400838

表32：一般光学特性(无穷远处焦点对准的目标物)

像场#	X值	Y值	权数
				1	0	0	1
2	0	0.571	1
				3	0	1.142	1
4	0	1.714	1
				5	0	2.285	1
6	0	2.57	1
				7	0	2.856	0.2
8	0	2.956	0.2

表33：像场类型对实像高度(单位为mm)

像场/#	VDX	VDY	VCX	VCY	VAN
						1	0	0	0	0	0
2	0	0.003903	0.00001	0.003903	0
						3	0	0.007781	0.000035	0.007783	0
4	0	0.01172	0.000106	0.011721	0
						5	0	-0.00257	0.000337	0.034007	0
6	0	-0.04564	0.001626	0.08102	0
						7	0	-0.09687	0.005447	0.136263	0
8	0	-0.14243	0.009529	0.183383	0

表34：表20像场的渐晕因子

波长#	数值(单位为μm)	权数
			1	0.47	91
2	0.51	503
			3	0.555	1000
4	0.61	503
			5	0.65	107

表35：用于射线追踪的波长

表36：表面资料摘要

表面	参数说明	数值
			R1	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.00386
	有关r6的系数	0.009055
				有关r8的系数	-0.01604
	有关r10的系数	0.006453
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R2	均匀非球面

	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	0.014879
	有关r6的系数	-0.02489
				有关r8的系数	0.011334
	有关r10的系数	0.003758
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R3	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	0.001774
				有关r6的系数	-0.03857
	有关r8的系数	0.035738
				有关r10的系数	-0.00277
	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0
			R4	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.00027
	有关r6的系数	0.001123
				有关r8的系数	0.000761
	有关r10的系数	0.006183
				有关r12的系数	0
	有关r14的系数	0
				有关r16的系数	0
R5	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.04891
				有关r6的系数	0.029453
	有关r8的系数	-0.01911
				有关r10的系数	0.004124
	有关r12的系数	0
				有关r14的系数	0
	有关r16的系数	0

R6	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	-0.13503
				有关r6的系数	0.048368
	有关r8的系数	0.001742
				有关r10的系数	-0.00582
	有关r12的系数	0.00078
				有关r14的系数	5.79E-05
	有关r16的系数	0.000106
			R7	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.1187
	有关r6的系数	0.031933
				有关r8的系数	-0.0214
	有关r10的系数	0.008804
				有关r12的系数	-0.0012
	有关r14的系数	-0.00074
				有关r16的系数	0.000216
R8	均匀非球面
				有关r2的系数	0
	有关r4的系数	0.070788
				有关r6的系数	-0.01663
	有关r8的系数	-0.00017
				有关r10的系数	-0.00047
	有关r12的系数	0.000282
				有关r14的系数	-1.50E-05
	有关r16的系数	-2.54E-06
			R9	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	0.019234
	有关r6的系数	0.011958
				有关r8的系数	-0.00178
	有关r10的系数	1.79E-05
				有关r12的系数	5.79E-06
	有关r14的系数	9.92E-07

	有关r16的系数	4.90E-08
			R10	均匀非球面
	有关r2的系数	0
				有关r4的系数	-0.10214
	有关r6的系数	0.027793
				有关r8的系数	-0.0071
	有关r10的系数	0.000868
				有关r12的系数	1.66E-05
	有关r14的系数	-1.31E-05
				有关r16的系数	7.35E-07

表37：表面非球面系数

表面	边缘
		光阑	-0.05
2	0.184732
		3	0.400359
4	0.15927
		5	0.723662
6	0.044372
		7	0.05
8	0.026648
		9	0.560283
10	0.571295
		11	0.51101
12	0.022871
		13	0.05
14	0.126282
		15	0.613075
16	0.40481
		17	0.3
18	0.55
		影像	0

表38：边缘厚度资料

表39：折射率资料

表40：焦比(F/Number)资料

表40A：焦比资料(续)

图32至图40A提供图28A所示具有远场聚焦组态的光学系统的光学与影像特性。表32针对光学系统提供一般的光学资讯。表33针对一组光场及各自光场的各自权数，提供在光学系统的影像感测器所测量到顺着y轴的影像高度。表34包括表33那组光场的渐晕资料。表35描述图28所示光学成像系统中所追踪各自射线的波长。表36针对光学系统的透镜，提供一般光学表面特性的摘要，包括表面类型、曲度半径、厚度、材料(来自标准玻璃和塑胶类)、直径、二次曲线常数以及适用注解。表37针对表35的表面说明非球面系数，而表38针对那些表面提供边缘厚度的资讯。表39针对多种波长及列示的光场提供折射率。表40及40A针对那些相同的波长和光场，提供F/#资料。

如本文所用者，字组「例示性」系打算用来表示当作实施例、实例、或例解。本文所述作为「例示性」的任何态样或设计，都不必然要推断成在其它态样或设计方面是较佳或有利的。反而，使用字组例示性是打算用来表示具体方式的概念。如本申请案中所使用者，词彚「或」系打算用来表示含括性的「或」，而非排他性的「或」。亦即，除非另有所指，或由内容清楚得知，「X运用A或B」系打算用来表示任何自然的含括性排列。亦即，若X运用A；X运用B；或X兼用A与B，则在任何前述实例下都符合「X运用A或B」。另外，冠词「一」如本申请案及权利要求书内所使用，除非另有所指或由内容清楚得知系针对单数形式，大体上应予以推断成表示「一个或更多个」。

再者，与本文所述揭露的光学系统相关联电子系统的各个部位，可包括或其组成为人工智慧或知识或规则式组件、子组件、程序、手段、方法、或机制(例如，支持向量机、神经网路、专家系统、贝氏信心网路(Bayesian belief networks)、模糊逻辑、资料融合引擎、分级机…)。尤其是，此等组件还有本文已述者，可自动化所进行的特定机制或程序，以令部分系统及方法更适用以及有效率且有智慧。例如，此等组件可自动化光学系统影像品质的最佳化，如上所述(例如，请参阅上述图5的电子装置500)。

以上说明包括要求专利权保护的技术主题的态样的实施例。当然，不太可能为了说明要求专利权保护的技术主题而说明组件或方法的每一种想到的组合，但所属领域具有普通技能者可认清的是，所揭露技术主题的许多进一步组合及排列是有可能的。因此，所揭露技术主题系打算用来含括所有此类落在权利要求书精神与范围内的变动、修改以及变化。再者，由于「包含」于权利要求书中当作转折词予以诠释，故实施方式或权利要求书任一者中所使用的词彚「包括」或「具有」，就意义而言，系打算用来以类似于词彚「包含」的方式而属于含括性。

Claims (45)

1.一种沿着光轴布置的光学成像系统，其包含：

一组光学透镜，其包括第一透镜组和第二透镜组，其中该第二透镜组沿着该光轴固定在适当位置；

微机电系统(MEMS)致动器，其以机械方式连接至该第一透镜组，并且配置成用来调整该第一透镜组沿着该光轴的位置，其中第一调整位置配置成用来将置于远离该光学成像系统的目标物的影像聚焦在与该光学成像系统相关联的影像平面上，以及其中第二调整位置配置成用来将置于靠近该光学成像系统的目标物的影像聚焦在该影像平面上；

其中：

该组光学透镜包含五个透镜；

该MEMS致动器配置成用来调整该第一透镜组沿着该光轴的位置达50至150微米；

该第一光学透镜组包含双凸型物侧透镜；以及

该双凸型物侧透镜的焦距对该五个透镜的组合焦距的比率大于二分之一。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其更包含置于该双凸型物侧透镜的物侧的孔径光阑。

3.根据权利要求2所述的光学成像系统，其中该孔径光阑沿着该光轴固定于适当位置。

4.根据权利要求2所述的光学成像系统，其中该孔径光阑相对于该第一透镜组固定于适当位置。

5.根据权利要求4所述的光学成像系统，其中该MEMS致动器配置成用来沿着该光轴重新置放该第一透镜组和该孔径光阑，并且将介于该孔径光阑与该第一透镜组之间的固定位置至少维持在该第一调整位置及该第二调整位置。

6.根据权利要求1所述的光学成像系统，该第二透镜组包含四个透镜元件，其包括第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜。

7.根据权利要求6所述的光学成像系统，该第二透镜具有凹像侧面、以及位于物侧面上的平坦或弱凸曲度。

8.根据权利要求7所述的光学成像系统，该第二透镜具有负光学倍率、并且由OKP4HT塑料构成。

9.根据权利要求6所述的光学成像系统，该第三透镜具有凹物侧面和凸像侧面、正光学倍率、以及由APEL5514ML玻璃构成。

10.根据权利要求6所述的光学成像系统，该第四透镜具有凸于该光轴附近并且远离该光轴转凹的物侧面、以及附凸曲度的像侧面。

11.根据权利要求10所述的光学成像系统，该第四透镜在该光轴附近具有正光学倍率，并且远离该光轴具有小负光学倍率、小正光学倍率、或无光学倍率，以及该第四透镜由APEL5514ML塑料构成。

12.根据权利要求6所述的光学成像系统，该第五透镜具有凹于该光轴附近并且远离该光轴转凸的物侧面、以及凹于该光轴附近并且远离该光轴转凸的像侧面。

13.根据权利要求12所述的光学成像系统，该第五透镜在该光轴附近具有大负光学倍率、以及远离该光轴具有正光学倍率，并且该第五透镜由APEL5514ML塑料构成。

14.根据权利要求1所述的光学成像系统，该双凸型物侧透镜由APEL5514ML塑料构成。

15.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中该双凸型物侧透镜的光学倍率至少部分为该第一调整位置与该第二调整位置之间沿着该光轴的距离的函数。

16.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中该双凸型物侧透镜的焦距对该五个透镜的组合焦距的比率大约是四分之三。

17.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中该双凸型物侧透镜的光学倍率对该五个透镜的组合光学倍率的比率至少部分为该第一调整位置与该第二调整位置之间沿着该光轴的距离的函数。

18.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中置于远离该光学系统的目标物实质上置于无穷远处，以及其中置于靠近该光学系统的目标物实质上置于离该光学成像系统的孔径光阑10cm处。

19.一种光学系统，其包含：

沿着共用光轴布置用于形成目标物实像的多个光学元件，该等光学元件包括：

具有正屈光度的第一透镜，附有两个表面，一表面面向物侧，另一表面则面向像侧，其具有凸面状；

具有负屈光度和弯月状的第二透镜，附有面向呈凸面状的物侧的表面、以及面向呈凹面状的像侧的表面；

具有正屈光度且在该光轴附近呈双凸状的第三透镜，并且面向该物侧的表面远离该光轴呈凹面；

第四透镜，附有面向呈凹面状的物侧的表面、以及面向呈凸面状的像侧的表面；以及

第五透镜，其具有弯月状和远离该光轴的凸面状，该弯月状附有面向呈凸面状的物侧的表面、和面向在该光轴附近呈凹面状的像侧的表面；以及经配置成用来沿着该光轴移动该第一透镜的致动器。

20.根据权利要求19所述的光学系统，其中该马达是微机电系统。

21.根据权利要求19所述的光学系统，其中该第二透镜对该光学系统进行大部分的色差改正。

22.根据权利要求19所述的光学系统，其更包含内嵌于该第一透镜且随该第一透镜移动的光圈，其中该光圈具有50μm的深度。

23.根据权利要求19所述的光学系统，其中该光学系统的光圈值(F-number)大约为2.4。

24.根据权利要求19所述的光学系统，其中该等透镜的一或多者由塑料制成。

25.根据权利要求19所述的光学系统，其中该等透镜的表面呈非球面形。

26.根据权利要求19所述的光学系统，其中该等透镜的折射率落在约1.5至约1.66的范围内。

27.根据权利要求19所述的光学系统，其中该第一透镜的移动范围介于约0μm与约100μm之间。

28.根据权利要求19所述的光学系统，其中用以聚焦目标物影像的移动量与该第一透镜的正屈光度成反比。

29.根据权利要求19所述的光学系统，其中该光学系统聚焦于无穷远处目标物的主要横向色差范围等于或小于大约1μm。

30.根据权利要求19所述的光学系统，其中该光学系统聚焦于10cm处目标物的主要横向色差范围等于或小于大约4μm。

31.一种沿着光轴布置的光学成像系统，其包含：

一组光学透镜，其包括第一透镜组和第二透镜组，其中该第二透镜组沿着该光轴固定在适当位置、并且包含该组光学透镜的大部分光学透镜；以及

致动器，其以机械方式连接至该第一透镜组，并且配置成用来调整该第一透镜组沿着该光轴的位置，其中第一调整位置配置成用来置于将远离该光学成像系统的目标物的影像聚焦在与该光学成像系统相关联的影像平面上，以及其中第二调整位置配置成用来将置于靠近该光学成像系统的目标物的影像聚焦在该影像平面上；

其中：

该组光学透镜包含五个透镜；

该致动器系配置成用来调整该第一透镜组沿着该光轴的位置达50至150微米；

该第二光学透镜包含该组光学透镜中从该组光学透镜的物侧起算排序第三的第三透镜，该第三透镜具有朝该组光学透镜的物侧呈凸面的弯月状。

32.根据权利要求31所述的光学成像系统，其中该致动器包含微机电系统(MEMS)致动器。

33.根据权利要求31所述的光学成像系统，该第一光学透镜组包含双凸型物镜，其提供该组光学透镜大部分的正光学倍率。

34.根据权利要求33所述的光学成像系统，其中该双凸型物镜具有比该组光学透镜的组合屈光度还要大的正屈光度。

35.根据权利要求31所述的光学成像系统，其中该组光学透镜的有效焦距介于约4.5与约5.0厘米之间。

36.根据权利要求31所述的光学成像系统，其中总径迹长度对该光学系统的有效焦距的比率介于约1.1与约1.2之间。

37.根据权利要求31所述的光学成像系统，其中该第一透镜组包含该组光学透镜中的一个单一透镜。

38.根据权利要求37所述的光学成像系统，其中该单一透镜为该光学系统的物镜。

39.根据权利要求37所述的光学成像系统，其中该第二调整位置将约12.8公分物距处目标物的影像聚焦在该影像平面上。

40.根据权利要求31所述的光学成像系统，其中从该组光学透镜的物侧开始编号，该组光学透镜中第三透镜与第四透镜之间的距离是该组光学透镜中各个光学透镜之间最大的一个净空距离。

41.根据权利要求31所述的光学成像系统，其中从该组光学透镜的物侧开始编号，该组光学透镜中第四透镜与第五透镜之间的距离是该组光学透镜中各个光学透镜之间最大的一个净空距离。

42.根据权利要求31所述的光学成像系统，其更包含从该组光学透镜的物侧开始编号，该组光学透镜的第一透镜的物侧面附近的孔径光阑。

43.根据权利要求42所述的光学成像系统，其更包含从该组光学透镜的物侧开始编号，介于该组光学透镜的第二与第三透镜之间的光阑。

44.根据权利要求43所述的光学成像系统，其更包含介于该组光学透镜的该第三透镜与第四透镜之间的第二光阑。

45.根据权利要求44所述的光学成像系统，其更包含介于该组光学透镜的该第四透镜与第五透镜之间的第三光阑。