CN105911673B

CN105911673B - 成像镜头和包括成像镜头的设备

Info

Publication number: CN105911673B
Application number: CN201610101749.4A
Authority: CN
Inventors: 田尚蓉; 崔成旭
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: KR102400015B1; CN105911673A; US10088652B2; KR20160103421A; US20160246033A1

Abstract

提供一种成像镜头和包括成像镜头的设备，所述成像镜头包括：第一透镜，具有负屈光力；第二透镜，具有正屈光力并且具有凸的物方表面；第三透镜，具有负屈光力；第四透镜，具有凸的像方表面；第五透镜，具有像方表面，所述像方表面具有拐点，其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜从成像镜头的前端到成像镜头的后端被顺序地布置。

Description

成像镜头和包括成像镜头的设备

本申请要求于2015年2月24日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0025910号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开通过引用被全部包含于此。

技术领域

本公开一般性地涉及光学装置，更具体地，涉及一种成像镜头和包括成像镜头的设备。

背景技术

具有固态成像器件(诸如电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)等)的数码相机或摄像机最近已被广泛分布。

固态成像器件的像素集成已增加以提高相机的分辨率。此外，通过嵌入相机的成像镜头的性能提高，相机已被制造得小巧和轻便。由于使用固态成像装置的成像设备以小巧为宜，所以成像设备已被应用于移动装置(诸如智能电话等)。

一般来讲，为保障光学性能，可使用大量透镜。在这种情况下，相机不适于小巧、轻便和在价格上具有竞争力。如果存在少量透镜，则相机在价格竞争力方面是合适的，但是像差校正可能不足够。

智能电话的机身的厚度已经纤薄，并且在智能电话中使用的成像镜头模块的小型化已经更加重要。此外，随着相机的消费者的专业水平提高，要求设计方案实现能适于目的的小型化和光学性能。因此，需要设计能够保障期望的性能的同时还能实现尺寸小巧、重量轻和低成本的成像镜头。

发明内容

提供了针对具有高像差特性和广角的成像镜头以及包括所述成像镜头的成像设备的方法和设备。

根据本公开的一个方面，成像镜头被提供为包括：第一透镜，具有负屈光力；第二透镜，具有正屈光力并且具有凸的物方表面；第三透镜，具有负屈光力；第四透镜，具有凸的像方表面；第五透镜，具有像方表面，所述像方表面具有拐点，其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜从成像镜头的前端到成像镜头的后端被顺序地布置，并且成像镜头满足以下条件：2.1mm<f<2.8mm,并且D_p5s2i-D_p5s2m<0.74mm，其中，f表示成像镜头的焦距，D_p5s2i表示在光轴上从第五透镜的像方表面到与所述镜头关联的像平面的长度，D_p5s2m表示从第五透镜的像方表面在光轴上的点到第五透镜的像方表面的最凸出的点沿着光轴的长度。

根据本公开的另一方面，成像设备被提供为包括：成像镜头；图像传感器，被配置为将通过成像镜头形成的光学图像转换为电信号。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例的描述，这些和/或其它方面将变得清楚和更易于理解，在附图中：

图1是根据本公开的方面的成像镜头的示例的示图；

图2示出根据本公开的方面的示出成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图；

图3是根据本公开的方面的成像镜头的示例的示图；

图4示出根据本公开的方面的示出成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图；

图5是根据本公开的方面的成像镜头的示例的示图；

图6示出根据本公开的方面的示出成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图；

图7是根据本公开的方面的成像镜头的示例的示图；

图8示出根据本公开的方面的示出成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图；

图9是根据本公开的方面的成像镜头的示例的示图；

图10示出根据本公开的方面的示出成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图；

图11是根据本公开的方面的成像镜头的示例的示图；

图12示出根据本公开的方面的示出成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图；

图13是根据本公开的方面的成像镜头的示例的示图；

图14示出根据本公开的方面的示出成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。

具体实施方式

现在将对实施例作详细说明，这些实施例的示例被示出在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的元件。在这点上，这些实施例可具有不同的形式并且不应被解释为限于这里阐明的描述。因此，以下仅通过参考附图描述实施例，以解释多个方面。

如将在以下进一步讨论的，成像镜头被公开为包括多个透镜。如贯穿本公开所使用的，每个透镜的“物方表面”是当成像镜头被用于拍摄物体时面向物体(OBJ)的透镜表面。如贯穿本公开所使用的，每个透镜的“像方表面”是当成像镜头被用于拍摄物体时面向与成像镜头关联的像平面的透镜表面。根据本公开的方面，成像镜头可包括前端和后端。如贯穿本公开所使用的，成像镜头的“前端”是当镜头被用于拍摄物体时比“后端”更接近物体的镜头的端部。

当诸如“中的至少一个”的表述在一列元素之后时，修饰整列元素，而不是修饰列中的单个元素。

图1是根据本公开的方面的成像镜头1000的示例的示图。如图所示，成像镜头1000包括从物体OBJ朝像平面IMG(例如，从镜头的前端到后端)被顺序布置的第一透镜101、第二透镜201、第三透镜301、第四透镜401和第五透镜501。第一透镜101可具有负屈光力，并且第一透镜101的面向物体OBJ的表面1可具有凸状。第二透镜201可具有正屈光力，并且第二透镜201的面向物体OBJ的表面3可具有凸状。第三透镜301可具有负屈光力，并且第三透镜301的面向像平面IMG的表面6可具有凸状。第四透镜401的面向像平面IMG的表面8可具有凸状。第五透镜501的面向像平面IMG的表面10可具有具有拐点的形状并且在光轴附近可具有凹状。

滤光器600还可被布置在第五透镜501和像平面IMG之间。例如，滤光器600可以是例如红外截止滤光器。可省略滤光器600，并且可在第五透镜501和像平面IMG之间选择性地布置盖板玻璃。诸如电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)等的图像传感器(未示出)被安装在像平面IMG上。

根据本公开的方面，第一透镜101、第二透镜201、第三透镜301、第四透镜401和第五透镜501的形状可有助于减小成像镜头的总长度和实现高光学性能。

成像镜头1000满足以下条件：

2.1mm<f<2.8mm (1)

其中，f表示成像镜头1000的焦距。

条件(1)提供了成像镜头1000将达到的焦距范围。

成像镜头1000可满足条件(1)并且还可满足用于像差校正、光学性能和尺寸的另外的条件。

成像镜头1000可满足以下条件：

D_p5s2i-D_p5s2m<0.74mm (2)

其中，D_p5s2i表示在光轴上从第五透镜501的像方表面10到像平面IMG的距离，D_p5s2m表示从第五透镜501的像方表面10在光轴上的点到第五透镜501的像方表面10的最凸点沿着光轴方向的距离。

条件(2)定义了第五透镜501的像方表面10的形状。根据以上条件，满足条件(2)可帮助实现高光学性能。

成像镜头1000可满足以下条件：

40.0°<ω<46.5° (3)

其中，ω表示成像镜头1000的半视角。

条件(3)定义了成像镜头1000的视角的范围，因此能够实现大于80°的视角。

成像镜头1000可满足以下条件：

-14mm<R6<5mm (4)

其中，R6表示第三透镜301的像方表面6的曲率半径。

条件(4)定义了第三透镜301的像方表面6的形状。在一些方面，条件(4)可允许第三透镜301的像方表面6具有凸状或凹状。

成像镜头1000可满足以下条件：

15<V3<26 (5)

其中，V3表示第三透镜301的阿贝数。

成像镜头1000可满足以下条件：

50<V2<60 (6)

50<V4<60 (7)

50<V5<60 (8)

其中，V2、V4和V5分别表示第二透镜201、第四透镜401和第五透镜501的阿贝数。

条件(5)至条件(8)指定了第二透镜201至第五透镜501的阿贝数范围。满足这些条件可允许成像镜头1000的色差(例如，轴上的纵向色差和非轴上的倍率色差)被令人满意地校正。

满足以上条件的塑料材料可被用于第二透镜201至第五透镜501，以使成像镜头1000轻便和更易于形成用于像差校正的非球面。

成像镜头1000可满足以下条件：

0.5<f2/f<1.0 (9)

其中，f2表示第二透镜201的焦距，f表示成像镜头1000的焦距。

成像镜头1000可满足以下条件：

0.3<f4/f<1.0 (10)

其中，f4表示第四透镜401的焦距，f表示成像镜头1000的焦距。

成像镜头1000可满足以下条件：

-4.0<f3/f<-1.0 (11)

其中，f3表示第三透镜301的焦距，f表示成像镜头1000的焦距。

成像镜头1000可满足以下条件：

-1.2<f5/f<0 (12)

其中，f5表示第五透镜501的焦距，f表示成像镜头1000的焦距。

条件(9)至条件(12)与第二透镜201至第五透镜501的屈光力的分配关联。例如，所述条件可定义每个透镜的焦距与成像镜头1000的总焦距的比例的范围。根据以上条件，每个透镜的屈光力可被恰当地设置以令人满意地执行像差校正(诸如像散场曲等)并且实现期望范围内的完整的焦距。

成像镜头1000可满足以下条件：

1.8<CT4/CT3<4.0 (13)

其中，CT4和CT3分别表示第四透镜401和第三透镜301的厚度。

第一透镜101至第五透镜501恰当地使用用于像差校正的非球面。例如，第一透镜101至第五透镜501中的每个透镜的至少一个表面可以是非球面。可选地，第一透镜101至第五透镜501中的每个透镜的两个表面均可以是非球面。在一些实施中，第一透镜101至第五透镜501均可被实施为由塑料材料形成的双面非球面透镜。因此，可容易地形成用于像差校正的非球面透镜，并且可提供被制造为轻便的成像镜头1000。

在下文中，几个实施例的具体元件将与镜头数据被一同描述。在镜头数据中，ST表示孔径光阑，f表示焦距，ω表示半视角，F-number表示F数，TTL表示光学总长(例如，从成像镜头的距物体最近的表面到像平面的长度)。焦距、光学总长、曲率半径、厚度或气隙的测量单位是毫米。

非球面被定义如下：

其中，Z表示从透镜的顶点(vertex)朝光轴的长度，Y表示在相对于光轴的垂直方向上的长度，K表示圆锥常数，A、B、C、D、E和F表示非球面系数，c表示在透镜顶点(peak)处的曲率半径的倒数1/R。

图1示出根据实施例的成像镜头1000的光学布置。

成像镜头1000包括从物体OBJ到像平面IMG(例如，从成像镜头的前端到成像镜头的后端)被顺序布置的第一透镜101、第二透镜201、第三透镜301、第四透镜401和第五透镜501。第一透镜101具有负屈光力，第二透镜201具有正屈光力，并且第二透镜201的物方表面3具有凸状。第三透镜301具有负屈光力，并且具有第三透镜301的像方表面6凸出的弯月形状。第四透镜401的像方表面8具有凸状，并且第四透镜401具有正屈光力。第五透镜501的像方表面10具有具有拐点的形状，并且第五透镜501具有负屈光力。

本实施例的镜头数据如下。

F-数＝2.25，ω＝42.2°,f＝2.47mm

【表1】

非球面系数如下。

【表2】

图2示出根据本公开的方面的示出图1的成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。纵向球面像差分别指示656.2700nm、587.5600nm、546.0700nm、486.1300nm和435.8400nm的光波长。像散场曲和畸变指示具有546.0700nm波长的光。此外，在像散场曲的曲线图上，具有弧矢场曲和子午场曲的曲线分别由S和T来表示。

图3是根据本公开的方面的成像镜头2000的示例的示图。

成像镜头2000包括从物体OBJ到像平面IMG(例如，从成像镜头的前端到成像镜头的后端)被顺序布置的第一透镜102、第二透镜202、第三透镜302、第四透镜402和第五透镜502。第一透镜102具有负屈光力，第二透镜202具有正屈光力，并且第二透镜202的物方表面1具有凸状。第三透镜302具有负屈光力，并且第三透镜302的面向像平面IMG的表面6具有凸的弯月形状。第四透镜402的面向像平面IMG的表面8具有凸状，并且第四透镜402具有正屈光力。第五透镜502的面向像平面IMG的表面10具有具有拐点的形状，并且第五透镜502具有负屈光力。

另一实施例的镜头数据如下。

【表3】

F-数＝2.24,ω＝42.8°,f＝2.40mm

非球面系数如下。

【表4】

图4示出根据本公开的方面的示出图3的成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。

图5是根据本公开的方面的成像镜头3000的示例的示图。

成像镜头3000包括从物体OBJ到像平面IMG(例如，从成像镜头的前端到后端)被顺序布置的第一透镜103、第二透镜203、第三透镜303、第四透镜403和第五透镜503。第一透镜103具有负屈光力，第二透镜203具有正屈光力，并且第二透镜203的物方表面3具有凸状。第三透镜303具有负屈光力，并且第三透镜303的像方表面6凸出的弯月形状。第四透镜403的像方表面8具有凸状，并且第四透镜403具有正屈光力。第五透镜503的像方表面10具有具有拐点的形状，并且第五透镜503具有负屈光力。

另一实施例的镜头数据如下。

F-数＝2.24,ω＝42.2°,f＝2.52mm

【表5】

非球面系数如下。

【表6】

图6示出根据本公开的方面的示出图5的成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。

图7是根据本公开的方面的成像镜头4000的示例的示图。

成像镜头4000包括从物体OBJ到像平面IMG(例如，从成像镜头的前端到成像镜头的后端)被顺序布置的第一透镜104、第二透镜204、第三透镜304、第四透镜504和第五透镜604。第一透镜104具有负屈光力，第二透镜204具有正屈光力，并且第二透镜204的物方表面3具有凸状。第三透镜304具有负屈光力，并且具有第三透镜304的像方表面6凸出的弯月形状。第四透镜504的像方表面8具有凸状，并且第四透镜504具有正屈光力。第五透镜604的像方表面具有具有拐点的形状，并且第五透镜604具有负屈光力。

另一实施例的镜头数据如下。

F-number＝2.22,ω＝42.7°,f＝2.42mm

【表7】

非球面系数如下。

【表8】

图8示出根据本公开的方面的示出图7的成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。

图9是根据本公开的方面的成像镜头5000的示例的示图。

成像镜头5000包括从物体OBJ到像平面IMG(例如，从成像镜头的前端到后端)被顺序布置的第一透镜105、第二透镜205、第三透镜305、第四透镜405和第五透镜505。第一透镜105具有负屈光力，第二透镜205具有正屈光力，并且第二透镜205的物方表面3具有凸状。第三透镜305具有负屈光力，并且具有第三透镜305的像方表面6凸出的弯月形状。第四透镜405的像方表面8具有凸状，并且第四透镜405具有正屈光力。第五透镜505的像方表面10具有具有拐点的形状，并且第五透镜505具有负屈光力。

另一实施例的镜头数据如下。

F-数＝2.26,ω＝42.4°,f＝2.47mm

【表9】

非球面系数如下。

【表10】

图10示出根据本公开的方面的示出图9的成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。

图11是根据本公开的方面的成像镜头6000的示例的示图。

成像镜头6000包括从物体OBJ到像平面IMG(例如，从成像镜头的前端到后端)被顺序布置的第一透镜106、第二透镜206、第三透镜306、第四透镜406和第五透镜506。第一透镜106具有负屈光力，第二透镜206具有正屈光力，并且第二透镜206的物方表面3具有凸状。第三透镜306具有负屈光力，并且具有第三透镜306的像方表面6凸出的弯月形状。第四透镜406的像方表面8具有凸状，并且第四透镜406具有正屈光力。第五透镜506的像方表面10具有具有拐点的形状，并且第五透镜506具有负屈光力。

另一实施例的镜头数据如下。

F-数＝2.155,ω＝42.7°,f＝2.37mm

【表11】

非球面系数如下。

【表12】

图12示出根据本公开的方面的示出图11的成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。

图13是根据本公开的方面的成像镜头7000的示例的示图。

成像镜头7000包括从物体OBJ到像平面IMG(例如，从成像镜头的前端到成像镜头的后端)被顺序布置的第一透镜107、第二透镜207、第三透镜307、第四透镜407和第五透镜507。第一透镜107具有负屈光力，第二透镜207具有正屈光力，并且第二透镜207的物方表面3具有凸状。第三透镜307具有负屈光力，并且具有第三透镜307的像方表面6是凸出的弯月形状。第四透镜407的面向像平面IMG的表面8具有凸状，并且第四透镜407具有正屈光力。第五透镜507的面向像平面IMG的表面10具有具有拐点的形状，并且第五透镜507具有负屈光力。

另一实施例的镜头数据如下。

F-数＝2.14,ω＝41.0°,f＝2.54mm

【表13】

非球面系数如下。

【表14】

图14示出根据本公开的方面的示出图13的成像镜头的示例的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。

下面的表15示出根据各种实施例的成像镜头的各个透镜的各种光学规格(诸如焦距f、半视角ω、焦距f1、f2、f3、f4和f5和光学总长TTL)和与以上条件关联的像差。

【表15】

上述实施例示出广角、短全长和高光学性能。

如上所述的成像镜头可调整每个透镜的透镜表面的形状并且设置透镜之间的布局和焦距以形成具有各种类型的减小的像差的高分辨率图像。

此外或者可选地，在一些实施中，成像镜头可使用五个塑料透镜以在重量和成本方面得到降低。

此外或者可选地，在一些实施中，成像镜头可以是适于在作为移动装置的部分的微型光学装置中使用的小广角镜头。

上述实施例可被应用于将通过上述成像镜头形成的光学图像转换为电信号的图像传感器以及各种类型的成像设备(例如，数码相机、监控相机、智能电话等)。此外，成像设备可被安装在薄膜型电子装置(例如，移动通信装置等)中。

提供图1至图14仅作为示例。将理解，这里描述的示例以及被措辞为“诸如”、“例如”、“包括”、“在一些方面”、“在一些实施方式中”等的分句的提供不应被解释为将要求保护的主题限制于具体示例。这里没有主张的元件要被解释为在35 U.S.C 112第六段的规定下，除非使用短语“意味着(means for)”来明确描述该元件。此外，在本说明书中公开的实施例是对技术内容的描述和理解的建议，而不是限制本公开的范围。因此，本公开的范围应被解释为包括基于本公开的技术思路的所有修改或各种其它实施例。

虽然一个或多个实施例已经参照附图被描述，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对实施例做出形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种成像镜头，包括五个透镜，其中，所述五个透镜分别是：

第一透镜，具有负屈光力；

第二透镜，具有正屈光力并且具有凸的物方表面；

第三透镜，具有负屈光力；

第四透镜，具有正屈光力并且具有凸的像方表面；

第五透镜，具有负屈光力并且具有像方表面，所述像方表面具有拐点，

其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜从成像镜头的前端到成像镜头的后端被顺序地布置，并且成像镜头满足以下条件：

2.1mm<f<2.8mm

D_p5s2i-D_p5s2m<0.74mm

其中，f表示成像镜头的焦距，D_p5s2i表示在光轴上从第五透镜的像方表面到与所述镜头关联的像平面的长度，D_p5s2m表示从第五透镜的像方表面在光轴上的点到第五透镜的像方表面的最凸出的点沿着光轴的长度。

2.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

40.0°<ω<46.5°

其中，ω表示成像镜头的半视角。

3.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

-14mm<R6<5mm

其中，R6表示第三透镜的像方表面的曲率半径。

4.如权利要求3所述的成像镜头，其中，第三透镜具有弯月形状并且第三透镜的像方表面是凸的。

5.如权利要求3所述的成像镜头，其中，第三透镜具有弯月形状并且第三透镜的像方表面是凹的。

6.如权利要求1所述的成像镜头，其中，第一透镜的物方表面是凸的。

7.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

15<V3<26

其中，V3表示第三透镜的阿贝数。

8.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

50<V2<60

50<V4<60

50<V5<60

其中，V2表示第二透镜的阿贝数，V4表示第四透镜的阿贝数，V5表示第五透镜的阿贝数。

9.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

0.5<f2/f<1.0

其中，f2表示第二透镜的焦距，f表示成像镜头的焦距。

10.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

0.3<f4/f<1.0

其中，f4表示第四透镜的焦距，f表示成像镜头的焦距。

11.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

-4.0<f3/f<-1.0

其中，f3表示第三透镜的焦距，f表示成像镜头的焦距。

12.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

-1.2<f5/f<0

其中，f5表示第五透镜的焦距，f表示成像镜头的焦距。

13.如权利要求1所述的成像镜头，其中，成像镜头满足以下条件：

1.8<CT4/CT3<4.0

其中，CT4和CT3分别表示第四透镜和第三透镜的厚度。

14.一种成像设备，包括：

如权利要求1所述的成像镜头；

图像传感器，被配置为将通过成像镜头形成的光学图像转换为电信号。