CN103513402A - 成像光学器 - Google Patents

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Abstract

提供一种移动式微型成像光学器，其作为包含受光元件的成像用光学器，从物体侧按顺序包括：第1透镜，其具备正或负的折射率；第2透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面为凹陷形状；第3透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面和上侧面都为非球面形状；和第4透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面和上侧面都为非球面形状。并且满足以下数学式1至数学式3：数学式1，0.25＜FBL/f＜0.35；数学式2，3.5＜OL/FBL＜4.5；数学式3，f/D≤2.6。其中，FBL是从所述成像光学器结构部分的上侧面端侧至受光元件的距离，OL是以光轴为基准从所述第1透镜的物体侧面至受光元件的距离，f是以光轴为基准所述成像光学器的焦点距离，D是所述成像光学器的入射瞳口径。

Description

成像光学器
技术领域
以下实施例是涉及利用电荷耦合装置CCD(Charge Coupled Device)或互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等高分辨率图像传感器的成像光学器，特别是，涉及在类似手机等的移动式装置中所使用的成像光学器。
背景技术
最近，移动式装置中装载的成像光学器正趋向高像素化，随着图像传感器的像素尺寸(pixel size)越来越小，也就要求光学器自身的高性能及高度透光率。
但是，现有的光学器中，为实现高性能及高度透光率，整个光学器的长度对收容透镜的空间大小的比例增高，透镜后侧闲置空间变小，且光入射的入射瞳增大，因此很难制造出适合移动式装置的小型产品。
发明内容
技术方案
根据本发明的实施例的微型成像光学器，其作为包含受光元件的成像用光学器，从物体侧按顺序包括：第1透镜，其具备正或负的折射率；第2透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面为凹陷形状；第3透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面和上侧面都为非球面形状；和第4透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面和上侧面都为非球面形状。并且满足以下数学式1至数学式3：数学式1，0.25＜FBL/f＜0.35；数学式2，3.5＜OL/FBL＜4.5；数学式3，f/D≤2.6。其中，FBL是从所述成像光学器结构部分的上侧面端侧至受光元件的距离，OL是以光轴为基准从所述第1透镜的物体侧面至受光元件的距离，f是以光轴为基准所述成像光学器的焦点距离，D是所述成像光学器的入射瞳口径。
根据一个侧面，所述第1透镜的物体侧或所述第1透镜和所述第2透镜之间具备开口光圈。
根据一个侧面，所述第1透镜至第4透镜中任何一个以上的透镜，其折射率的值为1.610(nd基准)以上。
根据一个侧面，所述第2透镜的物体侧面半径为L2R1时，所述第2透镜满足数学式4：-5.0＞L2R1＞-10.0。
根据一个侧面，所述第2透镜的上侧面半径为L2R2，第4透镜的上侧面半径为L4R2时，所述第2及第4透镜满足数学式5：0.5＜L2R2，L4R2＜4.0。
根据一个侧面，所述第1透镜的焦点距离为f1时，所述第1透镜满足数学式6：1.5＜f1＜2.5。
根据一个侧面，所述第2透镜的焦点距离为f2时，所述第2透镜满足数学式7：-4.0＜f2＜-3.0。
附图说明
图1是根据第1实施例的成像光学器的截面图；
图2是根据第2实施例的成像光学器的截面图；
图3a至3c是示出根据第1实施例的成像光学器的像差的图表，其中，图3a是球面像差，图3b是像散，图3c是变形像差；
图4a至4c是示出根据第2实施例的成像光学器的像差的图表，其中，图4a是球面像差，图4b是像散，图4c是变形像差。
附图标记说明
10、20：成像光学器
100、200：光圈
110、120、130、140、210、220、230、240：透镜
150、250：滤光器
160，260：受光元件
具体实施方式
以下，虽然参照附图，对实施例进行详细说明。但本发明并不受实施例限制或局限，在实施例的说明中，为了使本发明的要点更清晰，在此省略对一些已知的性能和构成的具体说明。
以下，参照图1至图2，对根据一个实施例的成像光学器进行详细地说明。
成像光学器10由第1至第4透镜110、120、130、140所构成。在此，成像光学器10，从物体侧按顺序配置有第1透镜110、第2透镜120、第3透镜130、第4透镜140、以及滤光器150和受光元件160。
以下，在成像光学器10的说明中，“物体侧面”是指以光轴为基准，面向物体侧的透镜的面，因此，在图1和图2中表示左侧，且“上侧面”是指以光轴为基准，面向成像面的透镜的面，因此，在图中表示右侧面。
此外，开口光圈100位于第1透镜110的前方。
第1至第4透镜110、120、130、140具备正或负的折射率。在此，第1至第4透镜110、120、130、140具备1.4-2.0之间的折射率，第1至第4透镜110、120、130、140中至少一个以上的透镜具备1.61以上的折射率。
第2透镜120，其物体侧面和上侧面的两侧都为凹陷形状。第3透镜130，其物体侧面和上侧面的两侧都为非球面形状、第4透镜140，其物体侧面和上侧面的两侧都为非球面形状。
滤光器150可使用红外滤光器、盖玻片等光学滤光器中至少一个的滤光器。受光元件160可使用电荷耦合装置CCD(Charge Coupled Device)或互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等图像传感器。
第1至第4透镜110、120、130、140通过满足下列数学式1至数学式3被构成：
[数学式1]
0.25＜FBL/f＜0.35
[数学式2]
3.5＜OL/FBL＜4.5
[数学式3]
f/D≤2.6
在此，数学式1至数学式3中所使用的符号如下所述：
FBL：从所述成像光学器结构部分的上侧面端侧至受光元件的距离；
OL：以光轴为基准从所述第1透镜110的物体侧面至受光元件的距离；
F：以光轴为基准整个光学器10的焦点距离；
D：整个光学器10的入射瞳口径，
数学式1是定义整个成像光学器10的焦点距离对比透镜后侧区段比例的范围的数学式。数学式2是定义成像光学器10的整个长度对比内部透镜的收容空间比重的数学式。由于成像光学器10满足数学式1和数学式2，因此，可配置成适合移动式装置的微型成像光学器。在此，当超过数学式1的范围时，可能会造成设计上过于确保透镜后侧区段，从而使整个光学器像差抑制力降低性能下降，并较难灵活利用高像素。此外，当未达到数学式1的范围时，受光元件和透镜之间的闲置距离不足，不可能实现产品化。此外，当超过数学式2的范围时，将较难实现微型化，且当未达到数学式2的范围时，由于成像光学器10内部的透镜厚度突然变薄，因此根据一般的生产技术较难实际制造产品。
数学式3定义成像光学器10的入射瞳大小和整个成像光学器10的光透率。满足数学式3的成像光学器10，在像素尺寸较小的受光元件中也能发挥高性能。
此外，第2透镜120和第4透镜140的形状可由以下数学式4和数学式5来决定：
[数学式4]
-5.0＞L2R1＞-10.0
[数学式5]
0.5＜L2R2，L4R2＜4.0
在此，数学式4至数学式5中所使用的符号如下所述：
L2R1：第2透镜120的物体侧面半径；
L2R2：第2透镜120的上侧面半径；
L4R2：第4透镜140的上侧面半径，
数学式4决定第2透镜120的物体侧面半径。数学式5决定第2透镜120的上侧面半径和第4透镜140的上侧面半径。第2透镜120和第4透镜140的形状可通过数学式4和数学式5被决定，来改善整个成像光学器10的性能稳定化和敏感度。
此外，第1透镜110和第2透镜120的焦点距离可各自通过数学式6和数学式7被决定：
[数学式6]
1.5＜f1＜2.5
[数学式7]
-4.0＜f2＜-3.0
在此，数学式6至数学式7中所使用的符号如下所述：
f1：第1透镜110的焦点距离；
f2：第2透镜120的焦点距离，
数学式6决定第1透镜110的焦点距离。数学式7决定第2透镜120的焦点距离。通过数学式6、数学式7，可决定成像光学器10的第1透镜110和第2透镜120电源分配，改善整个成像光学器10的性能稳定化和敏感度。
同时，在第1至第4透镜110、120、130、140中，非球面通过下述数学式8被算出。数学式8中示出圆锥曲线(Conic)常数K及非球面系数A、B、C、D、E中所使用的‘E及接下来的数字’为10的乘方。
[数学式8]
z = c Y 2 1 + 1 - ( 1 + K ) c 2 Y 2 + A Y 4 + B Y 4 + C Y 4 + D Y 4 + E Y 4 + F Y 4 + . . .
数学式8中所使用的符号如下所述：
z：从透镜的顶点至光轴方向的距离；
c：透镜的基本曲率；
Y：光轴垂直方向的距离；
K：圆锥曲线(Conic)常数；
A、B、C、D、E、F：非球面系数，
此外，图2中所示出的第2实施例中，除了开口光圈200位于第1透镜210和第2透镜220的之间和透镜的一部分形状与第1实施例不同以外，其他的与第1实施例实际上相同。
根据第2实施例的成像光学器20，从物体侧按顺序配置有第1透镜210、第2透镜220、第3透镜230、第4透镜240、及滤光器250和受光元件260。此外开口光圈200位于第1透镜210和第2透镜220的之间。
第1至第4透镜210、220、230、240具备正或负的折射率。在此，第1至第4透镜210、220、230、240具备1.4-2.0之间的折射率，且第1至第4透镜210、220、230、240中至少一个以上的透镜具备1.61以上的折射率。
第2透镜220，其物体侧面和上侧面的两侧都为凹陷形状。第3透镜230，其物体侧面和上侧面的两侧都为非球面形状。第4透镜240，其物体侧面和上侧面的两侧都为非球面形状。此外，第1至第4透镜210、220、230、240通过满足上述数学式1至数学式7来构成。在此，根据第2实施例的透镜210、220、230、240可全部满足数学式1至数学式7来构成，或是也可只满足一部分数学式来构成。
滤光器250可使用红外线滤光器、盖玻片等光学滤光器中至少一个的滤光器。受光元件260可使用电荷耦合装置CCD(Charge Coupled Device)或互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等图像传感器。
以下，表1记载了满足数学式1的第1实施例的第1至第4透镜110、120、130、140的焦点距离和数据，且表2记载了满足数学式2的第2实施例的第1至第4透镜210、220、230、240的焦点距离和数据。以下，在表1和表2中所适用的距离或长度数值的单位为“mm”。
【表1】
  各透镜焦点距离   实施例1   实施例2
  f1   2.187   2.001
  f2   -3.938   -3.301
  f3   2.285   1.659
  f4   -2.099   -1.598
【表2】
  其他数据  实施例1  实施例2
  f  3.184  3.252
  受光元件有效对角长度  2.268  2.268
  OL  3.837  3.855
  FBL  0.890  0.980
  F Number(＝f/D)  2.510  2.552
此外，表3更详细地记载了实施例1中满足上述数学式1至数学式7的数据，且表4更详细地记载了实施例2中满足上述数学式1至数学式7的数据。与此相同，表3及表4中所适用的距离或长度数值的单位为“mm”。作为参考，表3及表4中面编号旁边一起记载的符号“*”表示非球面。
【表3】
  面编号  曲率半径(R)  厚度或距离(d)   折射率(Nd)   阿贝数(Vd)   备注
  1*  1.305  0.506   1.531   55.8   第1透镜
  2*  -9.220  0.090   -   -   第1透镜
  3*  -9.563  0.256   1.635   24.0   第2透镜
  4*  3.470  0.528   -   -   第2透镜
  5*  -2.166  0.663   1.531   55.8   第3透镜
  6*  -0.863  0.276   -   -   第3透镜
  7*  6.531  0.333   1.531   55.8   第4透镜
  8*  0.939  0.487   -   -   第4透镜
  9  0  0.300   1.517   64.2   滤光器
  10  0  0.300   -   -   滤光器
  11  0  0   -   -   受光元件
【表4】
  面编号  曲率半径(R)  厚度或距离(d)   折射率(Nd)   阿贝数(Vd)   备注
  1*  1.159  0.509   1.544   56.1   第1透镜
  2*  -16.447  0.103   -   -   第1透镜
  3*  -7.686  0.260   1.635   24.0   第2透镜
  4*  2.963  0.564   -   -   第2透镜
  5*  -1.955  0.731   1.544   56.1   第3透镜
  6*  -0.701  0.151   -   -   第3透镜
  7*  -3.911  0.391   1.531   55.8   第4透镜
  8*  1.128  0.547   -   -   第4透镜
  9  0  0.300   1.517   64.2   滤光器
  10  0  0.300   -   -   滤光器
  11  0  0   -   -   受光元件
以下，表5中记载了实施例1中满足数学式8的各透镜的非球面系数值，且表6记载了实施例2中各透镜的非球面系数值。
【表5】
Figure BDA00002077738600081
【表6】
Figure BDA00002077738600091
此外，图3a至图3c是示出根据第1实施例的成像光学器10的像差的图表，且图4a至4c是示出根据第2实施例的成像光学器20的像差的图表。更具体地，图3a、图4a示出纵向球面像差(longitudinal spherical aberration)，图3b、4b示出像散段曲线(astigmatic field curves)，图3c、4c示出变形像差(distortion)。
根据本实施例，不额外附加光学器内部的透镜收容空间或扩大口径也可实现高性能及高透光率的光学器，提供一种适合移动式装置的高画质微型成像光学器。
在此，上述实施例可进行多种改变，并参照附图对根据上述实施例的多个特定实施例进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，其应被理解为本发明思想及技术范围内的所有改变、同等物以及替代物都可被包括在内。此外，上述的实施例不是一定要具备上述条件，满足上述的条件中一部分的数学式的透镜结构也可具恰当的效果。
如上所示，本发明虽然已参照有限的实施例和附图进行了说明，但是本发明所属领域中具备通常知识的人均可以从此记载中进行各种修改和变形。例如，说明的技术通过说明的方法及按其他顺序被执行；以及/或说明的系统、结构、装置、电路等构成要素通过说明的方法及以其他形态被结合或组合；或是由其他构成要素或同等物代替或置换时也可实现适当的效果。
因此，本发明的其他形式和实施例由后附的权利要求范围以及与权利要求范围等同的内容来定义。

Claims (7)

1.一种包含受光元件的成像光学器，其从物体侧按顺序包括：
第1透镜，其具备正或负的折射率；
第2透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面为凹陷形状；
第3透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面和上侧面都为非球面形状；和
第4透镜，其具备正或负的折射率，且物体侧面和上侧面都为非球面形状，且
所述成像光学器满足以下数学式1至数学式3：
数学式1，0.25＜FBL/f＜0.35
数学式2，3.5＜OL/FBL＜4.5
数学式3，f/D≤2.6
其中，FBL是从所述成像光学器结构部分的上侧面端侧至受光元件的距离，OL是以光轴为基准从所述第1透镜的物体侧面至受光元件的距离，f是以光轴为基准所述成像光学器的焦点距离，D是所述成像光学器的入射瞳口径。
2.如权利要求1所述的成像光学器，其中，所述第1透镜的物体侧或所述第1透镜和所述第2透镜之间具备开口光圈。
3.如权利要求1所述的成像光学器，其中，所述第1透镜至第4透镜中任何一个以上的透镜，其折射率的值为nd基准1.610以上。
4.如权利要求1所述的成像光学器，其中，所述第2透镜的物体侧面半径为L2R1时，所述第2透镜满足数学式4：-5.0＞L2R1＞-10.0。
5.如权利要求1所述的成像光学器，其中，所述第2透镜的上侧面半径为L2R2，第4透镜的上侧面半径为L4R2时，所述第2及第4透镜满足数学式5：0.5＜L2R2，L4R2＜4.0。
6.如权利要求1所述的成像光学器，其中，所述第1透镜的焦点距离为f1时，所述第1透镜满足数学式6：1.5＜f1＜2.5。
7.如权利要求1所述的成像光学器，其中，所述第2透镜的焦点距离为f2时，所述第2透镜满足数学式7：-4.0＜f2＜-3.0。
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