CN104635320B - 小型成像透镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明的小型成像透镜系统，从物侧至像侧依次，包括光圈和第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜。所述第一透镜有正屈折力且是双凸面形状。所述第二透镜有负屈折力且像侧面是为凸半月状。所述第三透镜有正屈折力且是双凸面形状。所述第四透镜有负屈折力且像侧面有反曲点，在光轴处物侧面为凸的且像侧面是凹的，在远离光轴的方向上像侧面为凸半月状。这种情况下，至少所述三个透镜的像侧面具备球面，且满足下述条件式：其中，R6是所述第三透镜物侧面的曲率半径，R7是所述第三透镜像侧面的曲率半径。

Description

小型成像透镜系统

【技术领域】

本发明作为成像透镜系统可以装配到智能手机或便携式终端，从而完善照相机的功能，或可用在数码相机上。

【背景技术】

近来，智能手机或便携式终端的便携性能越来越受到重视，且随着显示屏的发展，正需要具有高分辨率的小型成像透镜。近来，为了通过补正像差确保高性能而使用4个透镜的情况有很多。

用4个透镜的透镜系统为了光学系统的小型化及高性能化，一向使用非球面透镜。所述非球面透镜的精密加工是很困难的。这最终导致生产率低下。此外，还需要拍摄比所看到物体更具广度而需要的广角性能。

【发明内容】

本发明的目的之一是解决包括所述问题在内的许多问题，提供已加工并实现小型化高清化的小型成像透镜系统。

本发明另一目的是提供广角性能优良的小型成像透镜系统。

因此，参照了本发明可行样品的小型成像透镜，从物体一侧起按次序，包括光圈和第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜。所述第一透镜具有正屈折力且是双凸面形状。所述第二透镜具有负屈折力且像侧面是为凸半月状。所述第三透镜具有正屈折力且是双凸面形状。所述第四透镜具有负屈折力，像侧面有反曲点，靠近光轴方向物侧面是凸的且其像侧面是凹的，但在远离光轴的方向上像侧面为凸半月状；

这种情况下，至少所述三个透镜的像侧面具有球面，且满足下述条件式：

其中，R6是所述第三透镜物侧面的曲率半径，R7是所述第三透镜像侧面的曲率半径。

这种情况下，在Ycl被称为入射38.5度的光线和第四透镜像侧面交叉的点和光轴的垂直高度，y被称为像面对角长度的一半长度时，能够满足下列条件式：

所述第一透镜同样可以满足下列条件式：

其中，TTL是从所述第一透镜的第一面到成像面的距离，y是从像面起的对角线长度的一半。

这种情况下，所述第四透镜的物侧面，光轴有正屈折力，光轴负方向还有凸起的反曲点。

另一方面，所述第二透镜的阿贝数比所述第一透镜、第三透镜及第四透镜的阿贝数要小20至30。还有，所述第一透镜、第三透镜及第四透镜有统一的阿贝数。所述第一、二、三和四透镜可以由塑料材质制成。

本发明的有益效果在于：依照本发明，根据样品，为使之容易适用在拥有小型高分辨率图像传感器的便携式终端制品上，小型化、高性能化和对制造的低敏感度设计是可行的。

【附图说明】

图1是和本发明一个优选实例相关的小型成像透镜系统的结构图；

图2是和本发明另一个优选实例相关的小型成像透镜系统的结构图；

图3是和图1的小型成像透镜系统的纵向球面像差，像散及失真相关的像差图；

图4是图2的小型成像透镜系统的纵向球面像差，像散及失真相关的像差图；

图5是在图1标示的Ycl的小型成像透镜系统结构图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

以下，参照附加图纸详细说明了和本发明的样品相关的自动机械加工装置。在本说明书中使用的术语(terminology)为恰当表现本发明的优选样品，根据使用者或者运用者或者本发明所属领域的不同而可能产生不同。因此，根据这些术语定义和上述内容开始下一部分的介绍。

图1和图2示出了依照本发明第1及第2样品的小型成像透镜系统。图1及图2中R1、R2、R3…分别表示光圈，透镜和滤光镜的物侧/像侧面的曲率半径，D1、D2、D3…表示光圈，透镜和滤光镜间距以及光圈，透镜和滤光镜中心厚度。

参照图1及图2，从物侧至像侧的顺序，依次包括光圈St、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4。所述第四透镜L4和成像面Si之间还可以包括有滤光镜(filter)LF一类的光学构件。

第一透镜L1是有正屈折力的双凸面形状透镜。

第二透镜L2是有负屈折力且像侧面是为凸半月状透镜。

第三透镜L3是有正屈折力的双凸面状透镜。这种情况下，所述第三透镜的像侧面是球面。所述第三透镜像侧面被做成球面可以使加工精密度更为缓和，并可以减少误差从而能制造具有高度可靠性的透镜系统。

这种情况下，在R6被称为第三透镜物侧面的曲率半径，R7被称为第三透镜像侧面的曲率半径时满足以下条件式1：

在公式1中，第三透镜的像侧面是球面，这是提高光学系性能的最佳条件。即|R6/R7|在2.6以上或者2.4以下的情况，会造成球面像差、像散、像面弯曲和歪曲次数增多，使光学系统补正像差难度增大并难以构成高性能透镜系统。

第四透镜L4具有负屈折力。所述第四透镜L4像侧面可以带有反曲点。举例来说，像侧面带有反曲点，因此，所述第四透镜L4像侧面在光轴正向是凹陷状，但在光轴负方向是凸半月状透镜。由此可以减少插入影像面的主光线入射角并减少球面像差和像散，从而能提高透镜的分辨能力。

所述第四透镜L4的物侧面可以有反曲点。即，所述第四透镜L4的物侧面在光轴正方向是凸起状，但在远离负方向是凹半月状。第三透镜的物侧面按照球面来制作，因而能减少发生球面像差、像散和像面歪曲。

依照本发明，第一透镜L1为双凸面形状。由此可知第一透镜是容易加工的。并且因为第二透镜L2带有负屈折力，可以缩短光学全长，并且向周围发散的中心光线的有效像高及高度也能起作用。还有，将第三透镜L3像侧面做成球面，从而使其精密加工度降低。

这一情况与图5图示的一样，38.5度方向通过光圈中心的主光线在第四透镜像面的交叉点和光轴垂直高度被称为Ycl，y被称为像面对角长度的一半，有望满足下述条件式2。

公式2中透镜景深使广角显现。如果Ycl/y到0.75以上，则会因为景深过宽而导致像差增大且性能降低。另外，如果Ycl/y到0.65以下则因景深过窄而无法构成广角透镜组。

依照本发明的成像透镜中，所述第一透镜L1有望满足下述条件式2。

在此处，TTL是从所述第一透镜物体侧面到成像面的距离，Y是所述小型成像系统的最大成像高度，即所述小型成像系统有效像素感测区域对角线长的一半，由此可知2y示出了成像面起至传感器对角线的长度。

如果TTL/2y>0.95，则因光学系统全长增长而导致无法实现光学系统小型化。此外，如果TTL/2y<0.80，透镜的屈折力变得过大，很难通过第一透镜和第三透镜补正像差并且最终将无法构成高性能成像透镜系统。

与置于第一透镜L1的物侧面相比，光圈St置于物侧不仅可以缩短小型成像透镜系统的整体长度(全长)，还能通过缩短透镜外径实现小型化。

另一方面，所述第一透镜L1有50以上的阿贝数，所述第二透镜L2能有20至30阿贝数。由此，可以有效补正随焦距增大而增加像差。所述第一透镜L1和所述第二透镜L2的阿贝数差异超过20，则可以消减令对比度(Contrast)下降的光斑。这种情况下，相比22至25阿贝数，所述第二透镜L2更有望具有23至24的阿贝数。

同时，所述第三透镜L3及所述第四透镜L4用阿贝数在50以上的素材构成，可以更容易补正色像差。

这种情况下，所述第一、三和四透镜可以由同一种塑料材料制成。同时，所述第二透镜可以由塑料材料制成。

在本发明样品中出现的非球面的定义如下所示。

依照本发明样品中镜头的非球面形状，在光轴方向作为Z轴，垂直于光轴的方向作为H轴时，光线行进方向为正，且可以表示为以下数学式1。其中，Z是从透镜顶点到光轴方向的距离，R是到光轴垂直方向的距离，C在透镜顶点的曲率半径的倒数，a1是圆锥常数(conicconstant)，a4、a6、a8、a10和a12是非球面系数。

[数学式1]

以下示出依照本发明样品的小型成像透镜系统的设计数据。

表1示出了图1中示出的小型摄影镜头组的设计数据，表2示出了非球面数据。表1中曲率半径表示为图1里的R1、R2……，厚度和距离在图1中表示为D1、D2……。表1中光圈和第一透镜物侧面之间的距离D1为0，这示出了光圈面和第一透镜物侧面在同一面上。

表1 实例1

	连续性	曲率半径	厚度	nd	Vd
						物面	球面	无穷大	无穷大
光圈	球面	无穷大	0.00000
						2	非球面	1.49984	0.47430	1.5441	56.1000
3	非球面	-2.05440	0.24946
						4	非球面	-0.73028	0.29026	1.6355	23.9000
5	非球面	-1.67352	0.02550
						6	非球面	4.82937	0.58607	1.5441	56.1000
7	球面	-2.07395	0.07425
						8	非球面	0.81848	0.30822	1.5348	56.0000
9	非球面	0.56726	0.26755
						10	球面	无穷大	0.21000	1.5167	64.2000
11	球面	无穷大	0.44504
						成像面	球面	无穷大	0.00496

(焦距2.0813mm，F no 2.2，景深42.7872°)

表2 和实例1相关的成像透镜的非球面系数

图3示出了图1中的小型成像透镜系统的透镜系统(100)的纵向球面像差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatism)及失真(distortion)。

纵向球面像差为波长约为656.28nm、587.56nm、546.07nm、486.13nm、435.83nm的光线的图示，像散及失真为587.56nm的光线的图示。

表3示出了图2中示出的小型摄影镜头组的设计数据，表4示出了非球面数据。表3中曲率半径表示为图1里的R1、R2……，厚度和距离在图2中表示为D1、D2……。表3中光圈和第一透镜物侧面之间的距离D1为0，这表明了光圈面和第一透镜物体侧面在同一面上。

表3 实例2

	连续性	曲率半径	厚度	nd	vd
						物面	球面	无穷大	无穷大
光圈	球面	无穷大	0.00000
						2	非球面	1.50434	0.47430	1.5441	56.1000
3	非球面	-2.05492	0.25015
						4	非球面	-0.72959	0.29218	1.6355	23.9000
5	非球面	-1.66787	0.02550
						6	非球面	5.26000	0.57769	1.5441	56.1000
7	球面	-2.02804	0.07425
						8	非球面	0.82389	0.30822	1.5348	56.0000

9	非球面	0.57082	0.26716
						10	球面	无穷大	0.21000	1.5167	64.2000
11	球面	无穷大	0.45504
						成像面	球面	无穷大	0.00496

(焦距2.085mm，F no 2.2，景深42.7895°)

表4 和实例2相关的成像透镜的非球面系数

图4表示图2中的小型成像透镜系统的透镜系统(100)的纵向球面像差(longitudinal spherical aberration)、像散(astigmatism)及失真(distortion)。

纵向球面像差为波长约为656.28nm、587.56nm、546.07nm、486.13nm、435.83nm的光线的图示，像散及失真为587.56nm的光线的图示。

接下来的表5示出了根据条件式1至3中各个样品的差别数值。

表5 依照条件式的实例结果

条件式	实例1	实例2
			2.4<|R6/R7|<2.6	2.329	2.496
0.65<Ycl/y<0.75	0.675	0.674
			0.80<TTL/2y<0.95	0.82	0.82

虽然本发明与所述提及的优选样品相关且已经得到说明，但是不脱离发明要点及范围去进行多样化修整或改变还是可行的。因此附加的特许要求范围将包括一个属于本发明要点的这种修整或改变。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种小型成像透镜系统，其特征在于，从物侧至像侧依次由以下光圈和透镜组成，

光圈；

具有正屈折力且呈双凸面状的第一透镜；

具有负屈折力且像侧面是为凸的半月状第二透镜；

具有正屈折力且呈双凸面状的第三透镜；及

具有负屈折力，像侧面有反曲点，在光轴处物侧面为凸的且像侧面为凹的，在远离光轴的方向上像侧面转为凸的半月状的第四透镜；

所述第三透镜的像侧面是球面，且所述小型成像透镜系统满足以下条件式：

$2.4<\left|\frac{R6}{R7}\right|<2.6---\left(1\right)$

$0.65<\frac{Ycl}{y}<0.75---\left(2\right)$

其中，R6是所述第三透镜物侧面的曲率半径，R7是所述第三透镜像侧面的曲率半径；Ycl是入射38.5度的光线和第四透镜像侧面交叉的点和光轴的垂直高度，y是所述小型成像系统有效像素感测区域对角线长的一半。

2.根据权利要求1所述的小型成像透镜系统，其特征在于，所述小型成像透镜系统满足以下条件式：

$0.80<\frac{TTL}{2y}<0.95---\left(3\right)$

其中，TTL是从所述第一透镜的物侧面到成像面的距离，y是所述小型成像系统有效像素感测区域对角线长的一半。

3.根据权利要求1所述的小型成像透镜系统，其特征在于，所述第四透镜物侧面具有反曲点。

4.根据权利要求1所述的小型成像透镜系统，其特征在于，所述第一透镜、第三透镜及第四透镜的阿贝数为50至60。

5.根据权利要求1所述的小型成像透镜系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜由塑料材料制成。