CN103777311B - 高分辨率光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高分辨率光学系统。本发明的光学系统从物侧开始依次包括：第一透镜，具有正折射能力和朝向物侧凸起的物侧表面；第二透镜，具有负折射能力和向上凹的上表面；第三透镜，具有正折射能力；第四透镜，具有负折射能力；第五透镜，具有正折射能力和向上凸起的上表面；以及第六透镜，具有负折射能力和向上凹的表面。

Description

高分辨率光学系统
相关申请的交叉引用
本申请要求以下国内优先权申请和国外优先权申请的优先权，并且所述优先权申请通过引用结合于此：
根据美国法典第35篇第119条（35U.S.C Section119）的规定，本申请要求于2012年10月25日提交的韩国专利申请系列号10-2012-0118915的权益，其由此通过引用整体结合于本申请中。
技术领域
本发明涉及一种光学系统，更具体地，涉及一种通过使用六个透镜能够实现高分辨率的光学系统。
背景技术
通常，移动通信装置（诸如移动式通信终端、PDA和智能手机）随着其用途的增多以及通过通信技术提供的服务的多样化而变得除了基本的沟通功能外还具有各种附加功能。
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，并且随着图像传感器的像素的数目逐渐增加，因而需要高分辨率光学系统。
并且，最近，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。
[相关技术文献]
[专利文献]
专利文献1：韩国专利公开第2011-24872号
发明内容
因此，为了克服传统移动式相机光学系统中出现的上述缺点和问题而发明了本发明，因此，本发明的目的是提供一种光学系统，所述光学系统通过使用六个非球面塑料透镜来配置光学系统而能够能够实现高分辨率并降低制造成本。
此外，本发明的另一个目的是提供一种高分辨率光学系统，所述高分辨率光学系统通过为六个塑料透镜适当安排光强度（optical power，光学功率）而实现高分辨率并配置紧凑的光学系统。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面提供了一种光学系统，所述光学系统从物侧依次为：第一透镜，具有正折射能力（positive refractive power，正屈光度）和朝向物侧凸起的物侧表面；第二透镜，具有负折射能力（negative refractive power，负屈光度）和向上凹的上表面；第三透镜，具有正折射能力；第四透镜，具有负折射能力；第五透镜，具有正折射能力和向上凸起的上表面；以及第六透镜，具有负折射能力和向上凹的上表面。
这时，孔径光栏（aperture stop，孔径光阑）可布置在第一透镜前面或布置在第一透镜与第二透镜之间以阻挡入射或穿过光学系统的光中的不必要的光。
此外，光学系统满足以下关于光强度条件的条件表达式。
[条件表达式]|f4/f|>2.5
在此，f4表示第四透镜的焦距，f表示整个光学系统的焦距。
此外，光学系统满足以下关于色差的修正条件的条件表达式。
[条件表达式]V1-V4<40
在此，V1表示第一透镜的色散系数（Abbe number，阿贝常数），且V4表示第四透镜的色散系数。
此外，光学系统满足以下关于第四透镜的形状的条件的条件表达式。
[条件表达式]0.5<OAL/f<2.0
在此，OAL表示从光轴的顶点到第一透镜的上表面的距离，而f表示整个光学系统的焦距。
并且，光学系统满足以下关于色差的条件的条件表达式。
[条件表达式]V2<30
在此，V2表示第二透镜的色散系数。
此外，第一至第六透镜可用塑料透镜形成，而且第一透镜至第六透镜的两个表面中至少一个可形成为非球面表面。优选地，第一透镜至第六透镜的两个表面均可形成为非球面表面。
此外，滤光器可进一步包含在第六透镜与图像表面之间，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
从结合附图的以下实施例的描述中，本发明的总发明构思的这些和/或其他方面和优点将变得清晰可见并易于理解：
图1为示出了根据本发明第一实施例的光学系统的透镜布置的构造示图；
图2为表1和图1中示出的光学系统的色差图；
图3为示出了根据本发明第二实施例的光学系统的透镜布置的构造示图；
图4为表3和图3中示出的光学系统的色差图；
图5为示出了根据本发明第三实施例的光学系统的透镜布置的构造示图；以及
图6为表5和图5中示出的光学系统的色差图。
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光学系统的实施例的透镜构造示图。如图所示，本实施例的高分辨率光学系统可包括第一透镜L1，具有正折射能力；第二透镜L2，具有负折射能力；第三透镜L3，具有正折射能力；第四透镜L4，具有负折射能力；第五透镜L5，具有正折射能力；以及第六透镜L6，具有负折射能力。
这时，关于组成光学系统的透镜的形状，第一透镜L1可具有的形状为，物侧表面朝向物体凸起；第二透镜L2可具有的形状为，上表面向上凹；第五透镜L5可具有的形状为，上表面向上凸；以及第六透镜L6可具有的形状为，上表面向上凹。
此外，滤光器OF可设置在第六透镜L6与图像表面15之间，所述滤光器OF由用于阻挡包含在穿过光学系统的光中的过多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，第一至第六透镜L1至L6全都可由塑料透镜形成，并且第一至第六透镜L1至L6一个表面形成为非球面表面或两个表面都能形成为非球面表面。
将构成根据本发明光学系统的透镜中的第一透镜L1和第二透镜L2的两个表面中至少一个形成为非球面表面的原因是，为了改善设计方面的自由度，以便于校正包含色差的像差并减轻制造公差。此外，用塑料透镜形成所有的第一至第六透镜L1至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和条件表达式4的多个透镜的情况下，可执行色差修正并达到小型化。条件表达式的操作效果将描述如下。
[条件表达式1]|f4/f|<2.5
在此，f4表示第四透镜的焦距，f表示整个光学系统的焦距。
条件表达式1涉及第四透镜的光功率和整个光学系统的条件。通过调整条件表达式1的第四透镜的折射能力可以整个光学系统制造为紧凑的。这时，当偏离条件表达式1的下限时，由于增加第四透镜的负功率很难确保透镜外围部分的分辨率性能，因而可增加整个光学系统的长度来进行补偿。
[条件表达式2]V1–V4<40
在此，V1表示第一透镜的色散系数，而V4表示第四透镜的色散系数。
条件表达式2涉及光学系统的色差修正的条件。当偏离条件表达式2的下限时，由于在色差修正方面存在困难，因此不可能实现整个光学系统的高分辨率。
[条件表达式3]0.5<OAL<f<2.0
在此，OAL表示从光轴的顶点到第一透镜的上表面的距离，而f表示整个光学系统的焦距。
条件表达式3涉及光学系统透镜的形状的条件。当偏离条件表达式3的下限时，因为不可能确保光学系统的合适视野，所以视野减小。当超过上限时，因为光学系统的整个长度增加，因而不可能构造出紧凑的光学系统。
[条件表达式4]V2<30
在此，V2表示第二透镜的色散系数。
条件表达式4涉及光学系统的色差的条件。当偏离条件表达式4的下限时，由于在修正色差方面存在困难，因此不可能实现整个光学系统的高分辨率。
在下文中，将参考具体数值实施例详细描述根据本发明的紧凑广角光学系统。
如上所述，所有以下第一至第三实施方式可包括：第一透镜L1，具有正折射能力和朝向物侧凸起的物侧表面；第二透镜L2，具有负折射能力和向上凹的上表面；第三透镜L3，具有正折射能力；第四透镜L4，具有负折射能力；第五透镜L5，具有正折射能力和向上凸起的上表面；以及第六透镜L6，具有负折射能力和向上凹的上表面，滤光器OF可布置在第六透镜L6与图像表面15之间，所述滤光器由红外滤光片或者覆盖有红外滤光片的护罩玻璃构成。
此外，孔径光栏（AS）可安装于第一透镜L1中或者安装于第一透镜L1与第二透镜L2之间以阻挡不必要的光入射在光学系统上。
此外，第一至第六透镜L1至L6可由塑料透镜形成，并且第一至第六透镜L1至L6的一个表面可形成为非球面表面或两个表面都可形成为非球面表面。
同时，用在以下各个实施方式中的非球面表面由已知等式1获得，而且在二次曲线常数K以及非球面系数A、B、C、D、E和F中使用的Ｅ连同Ｅ后面的数字表示10的幂。例如，E+02表示102，且E-02表示10-2。
[等式1]
此处，Z：沿光轴方向距透镜顶点的距离
Y：沿垂直于光轴的方向的距离
c：透镜顶点处的曲率半径（r）的倒数
K：二次曲线常数
A、B、C、D、E和F：非球面系数
[第一实施例]
下面的表1示出了根据本发明第一实施例的数值例。
此外，图1是示出了根据本发明第一实施例的光学系统的透镜配置的构造示图；图2示出了表1和图1示出的光学系统的像差示图。
在第一实施例中，整个光学系统的有效焦距（F）为4.3mm，从光轴顶点到第一透镜的上表面的距离（OAL）为5.449mm，以及视野（FOV）为67.7°。
此外，第一透镜L1的焦距是3.185mm，第二透镜L2的焦距是-5.089mm，第三透镜的焦距19.79mm，第四透镜L4的焦距是-23.459mm，第五透镜L5的焦距是2.067mm，以及第六透镜L6的焦距是-2.054mm。
这时，第一至第六透镜L1至L6全都能够由塑料透镜形成。
[表1]
在表1中，标志在表面号前面的*表示非球面表面。在第一实施例中，第一至第六透镜L1至L6的一个表面是非球面表面或者两个表面都是非球面表面。
此外，根据表达式1的第一实施例的非球面系数的值如下列表2。
[表2]
表面号 K A B C D E
1 0 0.00080 -0.00550 0.01344 -0.01904 0
2 0 -0.06313 0.13673 0.15630 0.04743 0
3 0 -0.18849 0.33976 -0.35757 0.05301 -0.00906
4 0 -0.17307 0.28346 -0.24419 0.95736 0
5 0 -0.09130 0.03735 -0.00227 -0.01159 0
6 0 0.03190 0.03715 -0.02333 0.00066 0
7 0 -0.01121 0.00585 -0.00030 -0.00260 0
8 0 -0.02243 0.00251 -0.00028 0.00110 0
9 -14.81500 -0.05738 0.04788 -0.03246 0.01215 -0.00181
10 -3.85011 -0.08732 0.06137 -0.03202 0.01081 -1.44E-03
11 0 -0.03276 -0.00422 -0.00374 -0.00065 3.65E-03
12 -6.73354 -0.04177 0.00844 -0.00187 0.00022 -1.13E-05
[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例。
此外，图3是示出了根据本发明第二实施例的光学系统的透镜配置的构造示图；图4示出了表3和图3示出的光学系统的像差示图。
在第二实施例中，整个光学系统的有效焦距（F）为4.5mm，从光轴顶点到第一透镜上表面的距离（OAL）为5.592mm，且视野（FOV）为65.3°。
此外，所述第一透镜L1的焦距是3.144mm，所述第二透镜L2的焦距是-4.836mm，所述第三透镜L3的焦距是20.064mm，所述第四透镜L4的焦距是-48.537mm，所述第五透镜L5的焦距是2.328mm，以及所述第六透镜L6的焦距是-2.157mm。
这时，第一至第六透镜L1至L6全都可由塑料透镜形成。
[表3]
在表3中，标志在表面号前面的*表示非球面表面。在第二实施例中，第一至第六透镜L1至L6的一个表面为非球面表面或者两个表面都为非球面表面。
此外，表达式1的第二实施例的非球面系数的值如下列表4。
【表4】
表面号 K A B C D E
1 0 0.00141 -0.00889 0.01567 -0.01664 0
2 0 -0.05635 0.13584 0.15710 0.04960 0
3 0 -0.18277 0.34510 -0.35977 0.14880 -0.00883
4 0 -0.17854 0.28954 -0.24213 0.09009 0
5 0 -0.09326 0.04705 -0.00190 -0.01416 0
6 0 -0.03383 0.03559 -0.02350 0.00068 0
7 0 -0.01421 0.00209 -0.00056 -0.00134 0
8 0 -0.02287 0.00331 -0.00045 0.00087 0
9 -12.78900 -0.06441 0.04598 -0.03273 0.01200 -0.00192
10 -3.78835 -0.08652 0.06057 -0.03270 0.01074 -1.38E-03
11 0 -0.03082 -0.00353 0.00377 -0.00065 3.54E-05
12 -733606 -0.04270 0.00911 -0.00192 0.00022 -1.03E-05
[第三实施例]
下面的表5示出了根据本发明的第三实施例的数值例。
此外，图5是示出了根据本发明第三实施例的光学系统的透镜配置的构造示图；图6示出了表5和图5示出的光学系统的像差示图。
在第三实施例中，整个光学系统的有效焦距（F）为4.37mm，从光轴的顶点到第一透镜的上表面的距离（OAL）为5.684mm，以及视野（FOV）为67.4°。
此外，所述第一透镜L1的焦距是3.089mm，所述第二透镜L2的焦距是-4.363mm，所述第三透镜L3的焦距是9.937mm，所述第四透镜L4的焦距是-14.406mm，所述第五透镜L5的焦距是2.136mm，以及所述第六透镜L6的焦距是-2.141mm。
这时，第一至第六透镜L1至L6全都可由塑料透镜形成。
[表5]
在表5中，标志在表面号前面的*表示非球面表面。在第三实施方式中，第一至第六透镜L1至L6的一个表面是非球面表面或者两个表面都是非球面表面。
此外，表达式1的第三实施例的非球面系数的值如下列表6。
[表6]
表面号 K A B C D E
1 0 0.00051 -0.01481 0.01850 -0.01714 0
2 0 -0.04903 0.13616 0.16040 0.05199 0
3 0 -0.17566 0.35084 -0.35797 0.14694 -0.00923
4 0 -0.19005 0.29351 -0.24124 0.08676 0
5 0 -0.09684 0.04540 -0.00410 -0.01300 0
6 0 -0.03318 0.04118 -0.02075 0.00143 0
7 0 -0.01820 0.00061 0.00218 -0.00123 0
8 0 -0.02483 0.00321 -0.00131 1.54E-05 0
9 -7.32031 -0.04726 0.05039 -0.03290 0.01176 -0.00212
10 -3.64537 -0.09621 0.06332 -0.03262 0.010732 -1.33E-03
11 0 -0.04093 -0.00257 0.00387 -0.00065 3.33E-05
12 -6.13717 -0.04287 0.00920 -0.00184 0.00022 -1.14E-05
同时，第一至第三实施例的条件表达式的值在下面的表7中示出。
[表7]
分类 实施例1 实施例2 实施例3
f4/f -5.455581 -10.786 -3.296568
v1-v4 32.7 32.7 0
OAL/f 1.2671427 1.2425765 1.3006439
v2 23.4 23.4 23.4
如上所述，根据本发明的光学系统通过用塑料透镜形成六个透镜可实现轻量化以及降低生产成本。
此外，本发明通过改进包含色差的像差校正效率并最小化色差可实现高分辨率。
此外，本发明通过将六个透镜（所述六个透镜构成了光学系统）的两个表面均形成为非球面表面可提高设计的自由度并通过用塑料透镜形成所有的第一至第六透镜以减少像差值而制造高分辨率光学系统。
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 (7)

1.一种高分辨率光学系统，从物侧开始依次包括：
第一透镜，具有正折射能力、凸出的物侧表面和凸出的像侧表面；
第二透镜，具有负折射能力、凸出的物侧表面和凹入的像侧表面；
第三透镜，具有正折射能力和凸出的像侧表面；
第四透镜，具有负折射能力、凹入的物侧表面和凸出的像侧表面；
第五透镜，具有正折射能力和凸出的像侧表面；以及
第六透镜，具有负折射能力和凹入的像侧表面，
其中，所述光学系统满足下列条件表达式：
V1–V4<40
V2<30
其中，V1表示所述第一透镜的色散系数，V2表示所述第二透镜的色散系数，V4表示所述第四透镜的色散系数。
2.根据权利要求1所述的高分辨率光学系统，其中，孔径光栏布置在所述第一透镜的前面或布置在所述第一透镜与所述第二透镜之间。
3.根据权利要求1所述的高分辨率光学系统，其中，所述光学系统满足关于光功率的条件的下列条件表达式：
|f4/f|﹥2.5
在此，f4表示所述第四透镜的焦距，以及
f表示整个光学系统的焦距。
4.根据权利要求1所述的高分辨率光学系统，其中，所述光学系统满足关于所述第四透镜的形状的条件的下列条件表达式：
0.5<OAL/f<2.0
在此，OAL表示从第一透镜的物侧表面到图像表面的距离，以及
f表示整个光学系统的焦距。
5.根据权利要求1所述的高分辨率光学系统，其中，所述第一透镜至所述第六透镜由塑料透镜形成。
6.根据权利要求5所述的高分辨率光学系统，其中，所述第一透镜至所述第六透镜中的每一个透镜的至少一个表面形成为非球面或两个表面都形成为非球面。
7.根据权利要求1所述的高分辨率光学系统，进一步包括：
位于所述第六透镜与图像表面之间的滤光器，所述滤光器包括覆盖有红外截止滤光器的护罩玻璃，用于阻挡包含在从外部引进的光内的过多红外线。
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