CN105717610A - 图像拾取透镜及包含其的摄像头模块和数字装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像拾取透镜，其包括从物体侧到图像侧依序布置的第一透镜至第四透镜，所述第一透镜至所述第四透镜分别具有各自折射率。所述第一透镜和所述第二透镜具有负折射率。所述第一透镜具有面向所述图像侧的第二表面，并且关于所述第二表面的有效半径与曲率半径之比小于0.96。所述第一透镜、所述第二透镜以及第四透镜由塑料形成。

Description

图像拾取透镜及包含其的摄像头模块和数字装置
相关申请案交叉申请
本申请主张于2014年12月17日在韩国提交的韩国专利申请第10-2014-0182270号第优先权，该案以引用的方式全部并入本文中，如同在本文中得到完全阐述。
技术领域
本发明涉及一种图像拾取透镜，以及包含该图像拾取透镜的摄像头模块和数字装置。
背景技术
常规的胶片摄像机已经被例如用于便携式终端、数字静态照相机(DSC)、摄录像机以及PC摄像头(连接到个人电脑的图像拾取装置)的摄像头模块所取代，这些摄像头模块使用例如CCD和CMOS等小的固态图像拾取元件。这些图像拾取元件正朝更薄更小的方向发展。
照此趋势，尽管安装在较小型图像拾取装置中的诸如电荷耦合装置(CCD)的光接收元件在尺寸上变小，在图像拾取装置中占据最大容积的部分是图像拾取透镜部分。
因此，实现更小和更薄的图像拾取装置变成最大障碍的构成元素是图像拾取透镜，图像拾取透镜形成了物体的图像。
这里，不仅需要简单地实施小的图像拾取透镜，还要实现图像拾取透镜的高性能，以便与光接收元件的更高性能相匹配。但是，更小的图像拾取透镜不可避免地与光接收元件更接近，造成使光倾斜地入射到图像拾取装置的图像形成表面上的问题，从而使得图像拾取透镜不能充分地聚光，并造成从图像中心到图像边缘的极大地图像亮度变化的可能。
鉴于上述问题，会增加透镜数量，但这样不可避免地会增加图像拾取装置的尺寸，并且会有成本上的问题。
因此，需要实施一种高性能图像拾取透镜，同时也要考虑制造成本。
发明内容
因此，本发明提供一种制造成本低、性能高的图像拾取透镜。
在一个实施例中，提供一种图像拾取透镜，其包括从物体侧到图像侧依序布置的第一透镜至第四透镜，第一透镜至第四透镜分别具有各自折射率，其中，第一透镜和第二透镜具有负折射率，其中，第一透镜具有面向图像侧的第二表面，并且，关于该第二表面的有效半径与曲率半径之比小于0.96，并且其中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜由塑料形成。
所述第二透镜可以具有面向所述图像侧的第二表面，并且，关于所述第二表面的有效半径与曲率半径之比小于0.96。
所述第三透镜和所述第四透镜可以具有正折射率。
所述第二透镜可以具有面向所述物体侧的第一表面，所述第一表面的有效半径可以小于所述第一透镜的所述第二表面的有效半径。
所述第三透镜的折射率可以大于1.61且小于1.66。
所述第三透镜的阿贝数(Abbenumber)可以大于21且小于27。
所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜的折射率可以是1.5或大于1.5。
所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜的阿贝数可以是50或大于50。
所述第一透镜的第二表面可以向上凹。
所述第二透镜可以具有第二表面，该第二表面向上凹。
所述第三透镜可以具有弯月形状，以朝物体侧凹。
所述图像拾取透镜可以另外包括位于所述第三透镜与所述第四透镜之间的阻挡件。
在所述阻挡件与所述第四透镜的物体表面之间的距离可以是0.1mm或小于0.1mm。
所述第四透镜的两个表面可以具有凸形。
在另一个实施例中，提供一种摄像头模块，包括：如上所述的图像拾取透镜；滤光片，被配置为基于波长将穿过图像拾取透镜的光选择性地传输；以及光接收元件，所述光接收元件被配置为接收穿过所述滤光片的光。
该光接收元件可以是图像传感器，该图像传感器的单元像素的水平和/或垂直长度可以分别为2微米或小于2微米。
在另外一个实施例中，提供一种包含该摄像头模块的数字装置。
附图说明
现在将参考如下附图详细描述布置和实施例，其中，类似附图标记表示类似元件，其中：
图1是图示图像拾取透镜的第一实施例的视图；
图2是图示在图1的图像拾取装置中设置的各个透镜的厚度和在透镜之间的距离的视图；以及
图3是图示图像拾取透镜的像差的曲线图，包括从左侧依序排列的纵向球面像差(longitudinalsphericalaberration)、像散场曲线(astigmaticfieldcurve)和失真(distortion)。
具体实施方式
下文中将参考附图详细描述本发明以便具体地实现上述本发明的目的。
在以下对实施例的描述中，“物体表面(objectsurface)”指的是基于光轴面向物体侧的透镜表面，“图像表面(imagesurface)”指的是基于光轴面向图像侧的透镜表面。
此外，在所述实施例中，透镜的“+”能力(power)表示聚光透镜，能够汇聚平行光束，透镜的“-”能力表示散光透镜，能够发散平行光束。
图1是根据第一实施例所述的图像拾取透镜的配置的视图。
参见图1，根据第一实施例所述的图像拾取透镜包括从物体侧到图像侧依序布置的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130和第四透镜140。在第三透镜130与第四透镜140之间可以设有阻挡件(stop)。此外，可以从第四透镜140到图像侧依序布置滤光片150、盖玻璃160和光接收元件170，以在摄像头模块内构成图像拾取透镜。
光接收元件170可以是图像传感器，该图像传感器的单元像素的水平和/或垂直长度可以是2微米或小于2微米。一些实施例可以提供可以应用于具有高像素分辨率和/或大量像素的摄像头模块的图像拾取透镜，并且，这些摄像头模块可以包括具有高像素分辨率和/或大量像素的图像传感器或光接收元件。在此情况下，该单元像素的水平和/或垂直长度可以是2微米或小于2微米。
在图1中，“S11”是第一透镜110的物体表面，“S12”是第一透镜110的图像表面，“S21”是第二透镜120的物体表面，“S22”是第二透镜120的图像表面，“S31”是第三透镜130的物体表面，“S32”是第三透镜130的图像表面，“S41”是第四透镜140的物体表面，“S42”是第四透镜140的图像表面。
以上描述的“Sxy”也可以同样适用于图像拾取透镜的其他实施例，下文将详细描述。
滤光片150可以是具有平板形状的光学部件诸如红外线滤光片，盖玻璃160可以是光学部件诸如用于保护图像拾取表面的盖玻璃，光接收元件170可以是设置在印刷电路板(未示出)上的图像传感器。
在本实施例中，第一透镜110可以具有弯月形状，其中，物体表面S11是凸形，图像表面S12的中央区域是凹形。第二透镜120可以被配置为使得物体表面S21是凸形或凹形且图像表面S22的中央区域是凹形。物体表面S21和图像表面S22中的至少一个可以是非球面表面。
第三透镜130可以具有弯月形状使得其面向图像侧的表面是凸形。第四透镜140的两个表面可以是凸形，使得物体表面S41和图像表面S42可以均为球面表面，或物体表面S41和图像表面S42中的至少一个可以为非球面表面。
当各个透镜中的至少一个表面被配置为非球面表面时，可以有利地校正各种像差，例如球面像差、慧形像差和失真。
这些透镜的物体表面可以具有以下形状。第一透镜110的物体表面S11可以具有凸形，第二透镜120的物体表面S21可以具有凸形或凹形，第三透镜130的物体表面S31可以具有凹形，第四透镜140的物体表面可以具有凸形。
这些透镜的图像表面具有以下形状。第一透镜110的图像表面S12可以在其中央区域具有凹形，第二透镜120的图像表面S22可以在其中央区域具有凹形，第三透镜130的图像表面S32可以具有凹形，第四透镜140的图像表面S42可以具有凸形。
表1表示第一透镜110至第四透镜140的物体表面和图像表面的曲率半径和有效半径。
在曲率半径大的情况中考虑了面向物体侧的表面是凸形或凹形的情况，即考虑了曲率半径的绝对值的量值但没有考虑该曲率半径是负值(-)还是正值(+)。
表1
在第一透镜110的图像表面S12的凹形中央区域中的有效半径SD2与曲率半径R2之比SD2/R2可以小于0.96，例如可以是0.946。在第二透镜120的图像表面S22的凹形中央区域中的有效半径SD4与曲率半径R4之比SD4/R4可以小于0.96，例如可以是0.684。
尽管上述高的SD2/R2和SD4/R4值有利于改善图像拾取透镜的分辨率，当这些值过高时图像拾取透镜的制造也会变得困难。
此外，第二透镜120的面向物体侧的物体表面S21的有效半径SD3可以小于有效半径SD2。此时，第一透镜110的具有有效半径SD2的图像表面S12处折射的所有光会被导向至第二透镜120的面向物体侧的物体表面S21的有效半径SD3的范围内。
此外，第一透镜110的图像表面S12的凹形中央区域中的有效半径SD2可以大于第二透镜120的半径D2，在第二透镜120的图像表面S22的凹形中央区域中的有效半径SD4可以等于或大于第二透镜130的半径D5。
这里，每个透镜的物体表面和图像表面的形状表示靠近光轴的形状，并且当每个透镜的物体表面和图像表面具有拐点时，物体表面和图像表面可以在远离光轴的区域中具有不同形状。
在图1中，第一透镜110和第二透镜120可以具有“-”能力布置。更具体地，第一透镜110的折射率可以是-0.1627，并且第二透镜120的折射率可以是-0.2980。
此外，第三透镜130和第四透镜140可以具有“+”能力布置。更具体地，第三透镜130的折射率可以是0.2018，并且第四透镜140的折射率可以是0.4464。整个光学系统的折射率可以是1.2816，但不限于此。
在上述第一透镜110至第四透镜140的能力布置之下，可以预期图像拾取透镜的增强的光学性能、低的制造成本和较小的大小。
在本实施例中，整个光学系统的焦距f可以是0.7803，第一透镜110的焦距可以是-6.1451，第二透镜120的焦距可以是-3.3561，第三透镜130的焦距可以是4.9550，并且第四透镜140的焦距可以是2.2401。
表2表示第一透镜110至第四透镜140的每一个的折射率和阿贝数。
表2
折射率 阿贝数
第一透镜110 1.5312(n1) 56.0(v1)
第二透镜120 1.5312(n2) 56.0(v2)
第三透镜130 1.6400(n3) 23.0(v3)
第四透镜140 1.5312(n4) 56.0(v4)
第一透镜110、第二透镜120和第四透镜140可以全部由相同材料形成，而第三透镜130可以由不同材料形成。第三透镜130的折射率n3可以基于d线大于1.61且小于1.66，例如可以是1.640。第三透镜130的阿贝数可以基于d线大于21且小于27，例如可以是23。
这些透镜可以由塑料形成以校正色像差，并且一个透镜可以由不同于其他透镜的塑料成分形成。在本发明中，第三透镜130可以由不同材料形成。
具体地，第一透镜110、第二透镜120和第四透镜140的折射率可以是1.5或大于1.5，这些透镜的阿贝数可以是50或大于50。
当这些透镜被配置为玻璃模制透镜时，由于相对较高的转变点，对于透镜的形成必须设置高的压制温度，这很容易造成模具的变形并且由于频繁的模具更换会增加制造成本。相反，塑料透镜使得容易形成非球形表面并且有利于制造小透镜。
尽管未示出，各个透镜的表面可以受到涂布以用于防止反射或用于增强表面硬度。
表3表示各个透镜表面的圆锥常数k和非球面度A至G，其中空白对应于零非球面度。
表3
图2是示出在图1中的图像拾取透镜中设置的各个透镜的厚度和透镜之间的距离的视图。
在光轴上，第一透镜110的厚度t1是0.600mm，第二透镜120的厚度t2是0.725mm，第三透镜130的厚度t3是1.142mm，第四透镜140的厚度t4是0.670mm。
此外，在光轴上，在第一透镜110与第二透镜120之间的距离d1是1.840mm，在第二透镜120与第三透镜130之间的距离d2是1.220mm，在第三透镜130与阻挡件之间的距离d3是1.400mm，在阻挡件与第四透镜140之间的距离d4是0.1mm或小于0.1mm，例如可以是0.085mm。此处，在阻挡件与第四透镜140之间的较小距离d4可以有利地改善图像拾取透镜的分辨率。
图3是示出图像拾取透镜的像差的曲线图，从左到右依序包括纵向球面像差、像散场曲线和失真。
在图3中，Y轴表示图像大小，X轴表示焦距(单位mm)和失真(表示为a％)。应了解，曲线越接近Y轴，像差校正越可以得到改善。
包含如上所述图像拾取透镜的摄像头模块可以安装在各种数字装置中，诸如数字照相机、智能电话、笔记本电脑和平板电脑。
从以上描述可以显而易见地，根据实施例所述的图像拾取透镜可以具有更小的大小和更高的性能。
尽管已经参考数个说明性实施例描述了本发明，但是应理解，本领域技术人员可以构思落入本发明原理精神和范围内的众多其他修改和实施例。更具体地，在说明书、附图和所附权利要求的范围内可以对主组合布置的组成部分和/或布置进行各种变化和修改。除了在组成部分和/或布置中的变化和修改之外，替代使用对于本领域技术人员也是显而易见地。

Claims (10)

1.一种图像拾取透镜，包含从物体侧到图像侧依序布置的第一透镜至第四透镜，所述第一透镜至所述第四透镜分别具有各自折射率，
其中，所述第一透镜和所述第二透镜具有负折射率，并且
其中，所述第一透镜具有面向所述图像侧的第二表面，并且关于该第二表面的有效半径与曲率半径之比小于0.96。
2.一种图像拾取透镜，包含从物体侧到图像侧依序布置的第一透镜至第四透镜，所述第一透镜至所述第四透镜分别具有各自折射率，
其中，所述第一透镜和所述第二透镜具有负折射率，并且
其中，所述第二透镜具有面向所述图像侧的第二表面，并且关于该第二表面的有效半径与曲率半径之比小于0.96。
3.根据权利要求1或2所述的图像拾取透镜，其中，所述第三透镜和所述第四透镜具有正折射率。
4.根据权利要求1或2所述的图像拾取透镜，其中，所述第二透镜具有面向所述物体侧的第一表面，并且该第一表面的有效半径小于所述第一透镜的第二表面的有效半径。
5.根据权利要求1或2所述的图像拾取透镜，其中，所述第三透镜的折射率大于1.61且小于1.66。
6.根据权利要求1或2所述的图像拾取透镜，其中，所述第三透镜的阿贝数大于21且小于27。
7.根据权利要求1或2所述的图像拾取透镜，其中，所述第一透镜的折射率、所述第二透镜的折射率和所述第四透镜的折射率为1.5或大于1.5。
8.根据权利要求1或2所述的图像拾取透镜，其中，所述第一透镜的阿贝数、所述第二透镜的阿贝数和所述第四透镜的阿贝数为50或大于50。
9.根据权利要求1或2所述的图像拾取透镜，其中，所述第一透镜的第二表面向上凹，所述第二透镜具有向上凹的第二表面。
10.根据权利要求1或2所述的图像拾取透镜，其中，所述第三透镜具有弯月形状，以朝所述物体侧凹。
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