CN103676108A - 光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学系统。本发明的光学系统包括：第一透镜，其具有正折射倍率以及朝向物体侧凸起的物体侧表面；第二透镜，其具有负折射倍率以及朝向图像侧凹入的图像侧表面；第三透镜，其具有负折射倍率；第四透镜，其具有正折射倍率；第五透镜，其具有正折射倍率以及朝向图像侧凸起的图像侧表面；以及第六透镜，其具有负折射倍率以及朝向图像侧凹入的图像侧表面。

Description

光学系统
相关申请的交叉引用
本发明要求如下所述的国内优先权申请与国外优先权申请的优先权并且所述优先权申请包含于此以供参考：
“相关申请的交叉引用
本申请要求2012年9月5日提交的韩国专利申请序列号10-2012-0098210以及2013年6月25日提交的韩国专利申请序列号10-2013-0072835的优先权，以将它们整体结合于此的方式包括在此申请中。”
技术领域
本发明涉及一种光学系统，并且更具体地说涉及一种包括六个透镜的光学系统。
背景技术
通常来说，随着日益增加的使用以及通过通信技术提供的服务的多元化，诸如移动通信终端、PDA、以及智能电话等移动通信装置变得除了具有基本通信功能以外还具有多种额外的功能。
具体地，安装于移动通信装置的相机模块除了用于使用单一聚焦的简单拍照外，作为用于高清摄像、自动对焦调整和QR码识别的各种会聚装置的需求日益增加。
此外，随着相机模块的尺寸逐渐减小，因而需要更高分辨率，并且随着移动通信装置的降价，相机模块的制造成本逐渐降低。
为了降低相机模块的单价，首先，优选地降低透镜组的制造成本，所述透镜组构成嵌入于相机模块的光学系统。然而，为了满足关于改进分辨率方面的上述条件，应通过应用具有高光学性能的玻璃透镜构成光学系统，但由于使用多片昂贵的玻璃透镜而导致不可能降低相机模块的制造成本。
此外，当采用多个玻璃透镜来克服分辨率问题时，不可能降低光学系统的重量。
[相关技术文件]
[专利文献]
专利文献1：韩国专利公开No.2009-106242
发明内容
因此，为了克服传统移动照相机光学系统中出现的上述弊端和问题而提出了本发明，并且因此，本发明的目的是提供一种光学系统，所述光学系统能够通过使用六个非球面塑料透镜来构造光学系统而实现高分辨率。
为实现此目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光学系统，包括：第一透镜，其具有正折射倍率（refractive power，屈光度）以及朝向物体侧凸起的物体侧表面；第二透镜，其具有负折射倍率以及朝向图像侧凹入的图像侧表面；第三透镜，其具有负折射倍率；第四透镜，其具有正折射倍率；第五透镜，其具有正折射倍率以及朝向图像侧凸起的图像侧表面；以及第六透镜，其具有负折射倍率以及朝向图像侧凹入的图像侧表面。
此外，光学系统相对于象差修正与紧凑设计方面的条件满足下面的条件表达式。
[条件表达式1]0.5<F1/F<1.2
这里，F是整个光学系统的焦距，并且F1是第一透镜的焦距。
此外，光学系统相对于色象差方面的条件满足下面的条件表达式。
[条件表达式]V1–V2>25
这里，V1是第一透镜的阿贝数（Abbe number，色散系数），并且V2是第二透镜的阿贝数。
并且第一透镜到第六透镜可以是塑料透镜，并且第一透镜到第六透镜的两个表面都可以是非球面。
此外，滤光器还可以包括在第六透镜与图像平面之间，所述滤光器由覆盖有红外截止滤光器的护罩玻璃构成，所述红外截止滤光器用于阻断包含在从外部引进的光中的过多红外线。
附图说明
通过结合其附图给出的下面实施方式的描述，本发明的一般创造性构思的这些和/或其它方面与优点将变得显而易见并且更容易理解：
图1是示出了根据本发明第一实施例的用于照相机的光学系统的透镜布置的构造示图；
图2是图1中示出的光学系统的MTF图表；
图3是表1与图1中示出的光学系统的象差的图表；
图4是示出了根据本发明第二实施例的用于照相机的光学系统的透镜布置的构造示图；
图5是图4中示出的光学系统的MTF图表；
图6是表3与图4中示出的光学系统的象差的图表；
图7是示出了根据本发明第三实施例的用于照相机的光学系统的透镜布置的构造示图；
图8是图4中示出的光学系统的MTF图表；以及
图9是表5与图7中示出的光学系统的象差的图表。
具体实施方式
通过参照示出本发明优选实施例的附图的以下描述，将清晰领会关于操作效果的内容，所述操作效果包括用于根据本发明的光学系统的目的的技术构造。
然而，在下列各个实施方式的透镜构造示图中，为了详细说明本发明，透镜的厚度、大小以及形状可略微放大。具体地，透镜构造示图中示出的球面表面或者非球面表面的形状作为实例示出但并不限制于此。
首先，图1是示出了根据本发明的光学系统的第一实施例的透镜构造示图。如示出的，本实施例的光学系统包括具有正折射倍率的第一透镜L1、具有负折射倍率的第二透镜L2、具有负折射倍率的第三透镜L3、具有正折射倍率的第四透镜L4、具有正折射倍率的第五透镜L5、以及具有负折射倍率的第六透镜L6。
此时，第一透镜L1可以具有其中物体侧表面朝向物体侧凸起的形状，并且第二透镜L2可以具有其中图像侧表面朝向图像侧凹入的形状。
此外，第三透镜L3可以具有其中物体侧表面是凹入的弯月面形状，第五透镜L5可以具有其中图像侧表面朝向图像侧凸起的形状，并且第六透镜L6可以具有其中图像侧表面朝向图像侧凹入的形状。
此外，滤光器OF可以设置在第六透镜L6与图像平面15之间，所述滤光器由用于阻挡包括在穿过光学系统的光中的过多的红外线的红外滤光片或覆盖有所述红外滤光片的护罩玻璃构成。
此外，在本发明的光学系统中，第一透镜L1到第六透镜L6全都可以是塑料透镜，并且第一透镜L1到第六透镜L6的一个或两个表面都可以是非球面的。
将构成根据本发明的光学系统的透镜的至少一个表面形成为非球面的原因是，为了提高设计中的自由度以便促进包括色象差的象差的修正并减少制造公差。此外，由塑料透镜形成全部第一透镜L1到第六透镜L6的原因是，为了构造这样一种光学系统，尽管所述光学系统由多个透镜构成，但由于与玻璃透镜相比该光学系统在制造非球面表面方面具有更容易的特性，因而所述光学系统由于实现了轻量化而能够用在移动装置中并主要安装于移动装置。
同时，如上所述，本发明的光学系统在使用以下条件表达式1和2的多个透镜的情况下，可执行象差修正并达到小型化。条件表达式和操作效果将描述如下。
[条件表达式1]0.5<F1/F<1.2
这里，F1是第一透镜的焦距，并且F是整个光学系统的焦距。
作为光学系统的象差修正与小型化的条件的条件表达式1，是关于第一透镜的焦距与整个光学系统的焦距的比率的条件表达式。
当偏离条件表达式1的下限时，由于第一透镜的折射倍率增加因此很难修正球面象差，而当偏离条件表达式1的上限时，尽管在包括球面象差的象差修正方面是有利的但是很难满足光学系统的最小化。
[条件表达式2]V1–V2>25
这里，V1是第一透镜的阿贝数，并且V2是第二透镜的阿贝数。
条件表达式2是关于彩色象差修正的条件，并且其能够通过增加第一透镜的阿贝数而不是第二透镜的阿贝数而促进色象差修正。此时，当偏离条件表达式2的下限时，由于色象差基于差异变化的减小而增加，因此很难满足在本发明中要求的光学特征，即色象差修正特征。
[条件表达式3]F2/F<-0.50
这里，F2是第二透镜的焦距，并且F是整个光学系统的焦距。
作为光学系统的象差修正和小型化方面的条件的条件表达式3，是关于第二透镜的焦距与整个光学系统的焦距的比率的条件表达式。
当偏离条件表达式3的上限时，由于第二透镜的负折射倍率过度地增加或减小，因此很难执行象差修正。
[条件表达式4]-50<F3/F<-3
这里，F3是第三透镜的焦距，并且F是整个光学系统的焦距。
作为光学系统的象差修正的条件的条件表达式4，是关于第三透镜的焦距与整个光学系统的焦距的比率的条件表达式。
这里，当偏离条件表达式4的上限与下限时，由于很难保持第三透镜的适当的折射倍率，因此很难执行象差修正。
[条件表达式5]0.5<F4/F<10.0
这里，F4是第四透镜的焦距，并且F是整个光学系统的焦距。
作为光学系统的象差修正的条件的条件表达式5，是关于第四透镜的焦距与整个光学系统的焦距的比率的条件表达式。
这里，当偏离条件表达式5的上限与下限时，由于第二透镜的正折射倍率过度地增加或减小，因此很难执行象差修正。
[条件表达式6]0.8<OAL/F<1.4
这里，OAL是从第一透镜的物体侧表面到图像平面的距离，并且F是整个光学系统的焦距。
作为光学系统的小型化的条件的条件表达式6，是关于焦距与整个光学系统的焦距的比率方面的条件表达式。
这里，当偏离条件表达式6的上限时，很难实现整个光学系统的小型化，并且当偏离条件表达式6的下限时，不可能确保光学系统的有效观察角。
[条件表达式7]R1/F>0.35
这里，R1是第一透镜的物体侧表面的曲率半径，并且F是整个光学系统的焦距。
作为光学系统的形状设计方面的条件的条件表达式7，是关于第一透镜的物体侧表面的曲率半径与整个光学系统的焦距的比率的条件表达式。
这里，当偏离条件表达式7的下限时，由于第一透镜的曲率半径减小，因此当设计和装配第一透镜时对于公差很敏感。
[条件表达式8]R4/F>30
这里，R4是第二透镜的上表面的曲率半径，并且F是整个光学系统的焦距。
作为光学系统的象差修正的条件的条件表达式8，是关于第二透镜的上表面的曲率半径与整个光学系统的焦距的比率的条件表达式。
这里，当满足条件表达式8的下限范围内的条件时，能够通过适当地保持第二透镜的负折射倍率促进象差修正。
[条件表达式9]F2/F3>0.01
这里，F2是第二透镜的焦距，并且F3是第三透镜的焦距。
作为光学系统的象差修正的条件的条件表达式9，是关于第二透镜与第三透镜的焦距的条件表达式。
这里，当偏离条件表达式9的下限时，由于第二透镜的负折射倍率过度地增加并且象差特征变差，因此很难执行象差修正。
[条件表达式10]D1/F<0.03
这里，D1是第一透镜与第二透镜之间的气隙（air gap），并且F是整个光学系统的焦距。
作为光学系统的纵向象差修正的条件的条件表达式10，是关于第一透镜与第二透镜之间的距离与整个光学系统的焦距的条件表达式。
这里，当偏离条件表达式10的上限时，整个光学系统的纵向象差特征变差。
下文中，将参照具体数值实施例详细地描述根据本发明的紧凑的广角光学系统。
如上所述，下面的第一实施例到第三实施例都包括：第一透镜L1，其具有正折射倍率以及朝向物体侧凸起的物体侧表面；第二透镜L2，其具有负折射倍率以及朝向图像侧凹入的图像侧表面；第三透镜L3，其具有负折射倍率；第四透镜L4，其具有正折射倍率；第五透镜L5，其具有正折射倍率以及朝向图像侧凸起的图像侧表面；以及第六透镜L6，其具有负折射倍率以及朝向图像侧凹入的图像侧表面，以及滤光器OF，其由红外线滤光器或覆盖有红外线滤光器的护罩玻璃形成。
此外，第一透镜L1到第六透镜L6由塑料透镜形成，所述塑料透镜的两个表面都是非球面表面。
同时，通过已知的等式1获取在下面每个实施例使用的非球面，并且在二次曲线常数K以及非球面系数A、B、C、D、E和F中使用的E和E后面的数字代表10的幂。例如，E+02表示102，并且E-02表示10-2。
[等式1]
Z = cY 2 1 + 1 - ( 1 + K ) c 2 Y 2 + AY 4 + BY 6 + CY 8 + DY 10 + EY 12 + FY 14 + . . .
这里，Z：沿着光轴的方向距透镜的顶点的距离
Y：沿着垂直于光轴的方向的距离
c：透镜的顶点处的曲率半径的倒数
K：二次曲线常数
A、B、C、D、E、F：非球面系数
[第一实施例]
下面的表1示出了根据本发明的第一实施例的数值实例。
进一步地，图1是示出了根据本发明第一实施例的用于照相机的光学系统的透镜布置的构造示图，图2是图1中示出的光学系统的MTF图表，并且图3是表1与图1中示出的光学系统的象差的图表，
在第一实施例中，整个光学系统的有效焦距F是4.306mm。此外，所有第一透镜L1到第六透镜L6都是非球面塑料透镜。
此外，在第一实施例中使用的第一透镜的焦距F1是3.105mm，第二透镜的焦距F2是-4.708mm，第三透镜的焦距长度F3是-137.521mm，并且第四透镜的焦距长度F4是37.815mm。
并且，从第一实施例中使用的第一透镜的物体侧表面到图像平面的距离OAL是5.549mm，并且第一透镜与第二透镜之间的气隙D1是0.105mm。
表1
Figure BDA0000377803290000101
Figure BDA0000377803290000111
在表1中，表面号前面的标记*表示非球面表面。在第一实施例中，第一透镜L1到第六透镜L6中每个透镜的两个表面都是非球面。
此外，通过等式1得出的第一实施例的非球面系数的值如下面的表2中所示。
[表2]
表面号 Y直径 K A B C D E
1 1.948 0.000 0.000 -0.019 0.024 -0.021 0.000
2 -11.595 0.000 -0.052 0.144 -0.165 0.053 0.000
3 4.166 0.000 -0.180 0.353 -0.356 0.148 -0.009
4 1.698 0.000 -0.186 0.281 -0.238 0.086 0.000
5 107.834 0.000 -0.031 -0.007 -0.002 -0.004 0.000
6 48.365 0.000 -0.009 -0.006 -0.004 0.000 0.000
7 19.172 0.000 -0.074 0.033 0.006 -0.006 0.000
8 263.362 0.000 -0.067 0.043 -0.015 0.001 0.000
9 -2.545 -4.386 -0.047 0.058 -0.034 0.011 -0.002
10 -0.985 -3.416 -0.094 0.069 -0.032 0.011 -0.001
11 7.979 0.000 -0.038 -0.001 -0.004 -0.001 0.000
12 1.162 -6.557 -0.042 0.009 -0.002 0.000 0.000
[第二实施例]
下面的表3示出了根据本发明第二实施例的数值实例。
此外，图4是示出了根据本发明第二实施例的用于照相机的光学系统的透镜布置的构造的示图，图5是图4中示出的光学系统的MTF图表，并且图6是表3与图4中示出的光学系统的象差的图表。
在第二实施例中，整个光学系统的有效焦距F是4.250mm。此外，所有第一透镜L1到第六透镜L6都是非球面塑料透镜。
此外，第二实施例中使用的第一透镜的焦距F1是3.600mm，第二透镜的焦距F2是-5.182mm，第三透镜的焦距长度F3是-46.921mm，并且第四透镜的焦距长度F4是6.869mm。
并且，从第二实施例中使用的第一透镜的物体侧表面到图像平面的距离OAL是5.609mm，并且第一透镜与第二透镜之间的气隙D1是0.109mm。
[表3]
Figure BDA0000377803290000141
在表3中，表面号前面的标记*表示非球面表面。在第二实施例中，第一透镜L1到第六透镜L6中每个的两个表面都是非球面。
此外，通过等式1得出的第二实施例的非球面系数的值如下面的表4中所示。
[表4]
表面号 Y直径 K A B C D E
1 2.032 0.000 -0.000 -0.017 0.022 -0.020 0.000
2 -55.876 0.000 -0.051 0.129 -0.153 0.049 0.000
3 3.786 0.000 -0.150 0.324 -0.337 0.137 -0.008
4 1.712 0.000 -0.185 0.292 -0.251 0.087 0.000
5 3.893 0.000 -0.152 0.038 -0.016 0.001 0.000
6 3.324 0.000 -0.115 0.023 -0.013 0.006 0.000
7 13.952 0.000 -0.032 0.012 0.003 -0.001 0.000
8 -5.061 0.000 -0.014 0.015 -0.001 -0.002 0.000
9 -1.711 -4.670 -0.042 0.054 -0.034 0.011 -0.002
10 -0.982 -3.188 -0.081 0.062 -0.033 0.012 -0.002
11 5.451 0.000 -0.071 0.004 0.003 -0.001 0.000
12 1.151 -6.364 -0.044 0.009 -0.002 0.000 0.000
[第三实施例]
下面的表5示出了根据本发明第三实施例的数值实例。
此外，图7是示出了根据本发明第三实施例的用于照相机的光学系统的透镜布置的构造示图，图8是图7中示出的光学系统的MTF图表，并且图9是表5与图7中示出的光学系统的象差的图表。
在第三实施例中，整个光学系统的有效焦距F是4.325mm。此外，所有第一透镜L1到第六透镜L6都是非球面塑料透镜。
此外，第三实施例中使用的第一透镜的焦距F1是3.117mm，第二透镜的焦距F2是-4.626mm，第三透镜的焦距长度F3是-42.559mm，并且第四透镜的焦距长度F4是19.868mm。
并且，从第三实施例中使用的第一透镜的物体侧表面到图像平面的距离OAL是5.557mm，并且第一透镜与第二透镜之间的气隙D1是0.105mm。
[表5]
Figure BDA0000377803290000161
在表5中，表面号前面的标记*表示非球面表面。在第三实施例中，第一透镜L1到第六透镜L6中每个的两个表面都是非球面。
此外，通过等式1获得的第三实施例的非球面系数的值如下面的表6中所示。
[表6]
表面号 Y直径 K A B C D E
1 1.964 0.000 0.000 -0.018 0.023 -0.020 0.000
2 -11.310 0.000 -0.047 0.134 -0.158 0.050 0.000
3 4.869 0.000 -0.171 0.349 -0.361 0.147 -0.008
4 1.795 0.000 -0.185 0.296 -0.245 0.085 0.000
5 -18.814 0.000 -0.067 0.058 -0.008 -0.012 0.000
6 -98.996 0.000 -0.023 0.039 -0.020 0.003 0.000
7 8.278 0.000 -0.037 0.000 0.002 0.001 0.000
8 33.940 0.000 -0.032 -0.002 -0.003 -0.002 0.000
9 -2.952 -12.956 -0.052 0.049 -0.035 0.010 -0.002
10 -0.946 -3.716 -0.091 0.066 -0.033 0.011 -0.001
11 9.513 0.000 -0.058 0.000 0.004 -0.001 0.000
12 1.040 -6.386 -0.049 0.011 -0.002 0.000 0.000
同时，用于第一实施例到第四实施例的条件表达式的值如下面表7所示。
[表7]
实施例1 实施例2 实施例3
F1/F 0.721 0.847 0.721
V1-V2 32.7 32.7 32.7
F2/F -1.093 -1.219 -1.070
F3/F -31.936 -11.040 -9.841
F4/F 8.782 1.616 4.594
OAL/F 1.289 1.320 1.290
R1/F 0.452 0.478 0.454
R4/F 0.394 0.403 0.415
F2/F3 0.034 0.110 0.109
D1/F 0.024 0.026 0.024
如上所述，根据本发明的光学系统可以通过形成具有非球面塑料透镜的六个透镜而提高象差修正系数并且减少制造成本，并且通过使色象差最小化而实现高分辨率。
如上所述，尽管已示出并描述了本发明优选实施例，本领域技术人员将理解，在不偏离总的发明构思的原理和精神以及所附权利要求限定的范围及其等同物的条件下可进行替代、修改以及变化。

Claims (14)

1.一种光学系统，包括：
第一透镜，所述第一透镜具有正折射倍率以及朝向物体侧凸起的物体侧表面；
第二透镜，所述第二透镜具有负折射倍率以及朝向图像侧凹入的图像侧表面；
第三透镜，所述第三透镜具有负折射倍率；
第四透镜，所述第四透镜具有正折射倍率；
第五透镜，所述第五透镜具有正折射倍率以及朝向所述图像侧凸起的图像侧表面；以及
第六透镜，所述第六透镜具有负折射倍率以及朝向所述图像侧凹入的图像侧表面。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于象差修正与小型化设计方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]0.5<F1/F<1.2，
其中，F是整个所述光学系统的焦距，并且F1是所述第一透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于色象差与小型化设计方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]V1–V2>25，
其中，V1是所述第一透镜的阿贝数，并且V2是所述第二透镜的阿贝数。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于象差修正与小型化方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]F2/F<-0.50，
其中，F2是所述第二透镜的焦距，并且F是整个所述光学系统的焦距。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于象差修正方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]-50<F3/F<-3，
其中，F3是所述第三透镜的焦距，并且F是整个所述光学系统的焦距。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于象差修正方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]0.5<F4/F<10.0，
其中，F4是所述第四透镜的焦距，并且F是整个所述光学系统的焦距。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于小型化方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]0.8<OAL/F<1.4，
其中，OAL是从所述第一透镜的所述物体侧表面到图像平面的距离，并且F是所述整个所述光学系统的焦距。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于形状设计方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]R1/F>0.35，
其中，R1是所述第一透镜的所述物体侧表面的曲率半径，并且F是整个所述光学系统的焦距。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于象差修正方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]R4/F>30，
其中，R4是所述第二透镜的上表面的曲率半径，并且F是整个所述光学系统的焦距。
10.据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于象差修正方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]F2/F3>0.01，
其中，F2是所述第二透镜的焦距，并且F3是所述第三透镜的焦距。
11.据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统关于纵向象差修正方面的条件满足下面的条件表达式：
[条件表达式]D1/F<0.03，
其中，D1是所述第一透镜与所述第二透镜之间的气隙，并且F是整个所述光学系统的焦距。
12.据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜到所述第六透镜是塑料透镜。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜到所述第六透镜的两个表面都是非球面表面。
14.根据权利要求1所述的光学系统，还包括：
滤光器，所述滤光器设置在所述第六透镜与所述图像平面之间，并且由覆盖有红外截止滤光器的护罩玻璃形成，所述红外截止滤光器用于阻挡包括在从外部引入的光中的过多红外线。
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