CN106802476A - 超小型光学系统以及包括该超小型光学系统的便携式装置 - Google Patents

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CN106802476A CN201710182581.9A CN201710182581A CN106802476A CN 106802476 A CN106802476 A CN 106802476A CN 201710182581 A CN201710182581 A CN 201710182581A CN 106802476 A CN106802476 A CN 106802476A
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Abstract

本发明提供一种具有小尺寸并能够利用五片透镜而获得窄视角的超小型光学系统以及包括该超小型光学系统的便携式装置。所述光学系统包括：第一透镜；第二透镜；第三透镜；第四透镜；第五透镜，具有像方表面是凸面的弯月形；图像传感器，其中，从物方顺序设置所述第一透镜至所述图像传感器，其中，当从所述第一透镜的物方表面至所述图像传感器的像平面的距离是TTL且所述光学系统的焦距是F时，满足0.7<TTL/F<1.0。

Description

超小型光学系统以及包括该超小型光学系统的便携式装置
本申请是申请日为2014年1月9日、申请号为201410010432.0的发明专利申请“超小型光学系统以及包括该超小型光学系统的便携式装置”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种超小型光学系统以及包括该超小型光学系统的便携式装置，更具体地，涉及一种具有超小尺寸并能够利用五片透镜而获得窄视角的超小型光学系统以及包括该超小型光学系统的便携式装置。
背景技术
最初的便携式终端仅包括通信功能。然而，根据便携终端的用途的增加，诸如图像捕获的各种功能和通过通信网络传输图像的能力已经在便携式终端中实现。因此，便携终端的功能以及针对便携式终端的可获得的服务在不断发展。因此，数字照相机技术、便携式摄像机技术等已成为诸如移动电话的便携式终端的基本功能。
在移动电话中包括的照相机和便携式摄像机技术要求具有通常的照相机和便携式摄像机的性能，同时强烈要求图像捕获镜头的小型化和轻量化。
因此，为了满足上述要求，需要尽可能地减少被提供为在移动电话中安装的图像捕获镜头的透镜数量。然而，因为由此造成的设计自由度的缺乏，会难以满足对期望水平的光学性能的要求。
另外，为了捕获具有更宽广背景的图像，最近已采用能够捕获70度或更大度数的图像的广角光学系统。然而，虽然广角光学系统适合捕获具有宽广背景的图像，但是不适合通过放大较远的物体来拍摄物体。
因此，需要有具有小型尺寸并能够清晰地拍摄位于远距离的对象的光学系统。
现有技术文献
韩国专利公开公报2008-0057738
发明内容
本发明的一方面提供一种具有高分辨率且由于在其中仅使用五片透镜从而具有紧凑的形状和短的总长度的超小型光学系统，以及包括该超小型光学系统的便携式装置。
另外，根据本发明的一个方面，提供一种具有为35°或更小的窄视角的超小型光学系统，以及包括该超小型光学系统的便携式装置。
根据本发明的一个方面，提供一种超小型光学系统，从物方开始依次包括：第一透镜，第一透镜朝向物方凸出且具有正屈光力；第二透镜，第二透镜朝向像方凹陷且具有负屈光力；第三透镜，第三透镜朝向物方凸出且具有正屈光力；第四透镜，第四透镜朝向像平面凹陷且具有负屈光力；以及第五透镜，第五透镜朝向像平面凸出且具有负或正的屈光力。
光学系统的焦距可满足以下的条件式1：
0.7<TTL/F<1.0 (条件式1)
其中，TTL表示从光学镜头的第一表面(物方表面)到像平面的距离，F表示光学系统的焦距。
光学系统的视角可满足以下条件式2：
20度<FOV<35度 (条件式2)
其中，FOV表示光学系统的视角。
光学系统的第一透镜可满足以下条件式3：
0.16<rdy s1/F<2 (条件式3)
其中，rdy s1表示第一透镜的物方表面的曲率半径，F表示光学系统的焦距。
第四透镜的阿贝数可满足以下条件式4：
Vd4>50 (条件式4)
其中，Vd4表示第四透镜的阿贝数。
第四透镜可具有均被形成为凹入的两表面。
第五透镜可具有至少一个反曲点，该至少一个反曲点形成在第五透镜的与对应于光轴的位置不同的位置。
超小型光学系统可进一步包括孔径光阑，该孔径光阑被设置于第一透镜的物方。
根据本发明的一方面，提供一种便携式装置，包括：第一光学系统；和第二光学系统，第二光学系统具有比第一光学系统的视角窄的视角。
第二光学系统可具有35°或更小的视角。
第一光学系统可具有60°至80°的视角。
第二光学系统从物方开始依次可包括：第一透镜，第一透镜朝向物方凸出且具有正屈光力；第二透镜，第二透镜朝向像方凹陷且具有负屈光力；第三透镜，第三透镜朝向物方凸出且具有正屈光力；第四透镜，第四透镜朝向像平面凹陷且具有负屈光力；以及第五透镜，第五透镜朝向像平面凸出且具有负或正的屈光力。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他方面、特征以及其他优点将会被清楚地理解，其中：
图1是示出根据本发明的第1实施例的超小型光学系统的透镜布置的镜头构造示图。
图2和图3是示出如图1所示的光学系统的像差特性的曲线图。
图4是示出根据本发明的第2实施例的超小型光学系统的透镜布置的镜头结构图。
图5和图6是示出如图4所示的光学系统的像差特性的曲线图。
图7是示意地示出根据本发明的实施例的便携式设备的透视图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实现，且不应被解释为局限于这里所阐述的实施例。另外，提供这些实施例从而使公开将是彻底和完整的，并且将充分地将本发明的范围传达给本领域技术人员。
图1是示出根据本发明的第1实施例的超小型光学系统的镜头构造示图。在以下的镜头构造示图中，为了描述的目的，这里绘示的透镜的厚度、尺寸、形状被少许夸大。具体地说，在镜头构造示图中提出的半球表面和非球表面的形状仅作为示例。因此，本发明的透镜并不解释为局限于上述形状。
如图1所示，根据本发明的实施例的超小型光学系统100被构造为包括从物方开始依次布置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、和第五透镜L5。因此，对应于对象的图像信息的光穿过第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、和第五透镜L5，从而出射到作为光接收元件的像平面IP。
根据本实施例，第一透镜L1朝向物方凸出且具有正屈光力。这里，用于调整光量的孔径光阑(AS)可被设置于第一透镜L1和物体之间。
第二透镜L2朝向像方凹陷且具有负屈光力。
第三透镜L3朝向物方凸出且具有正屈光力。
第四透镜L4朝向像方凹陷且具有负屈光力。
第五透镜L5在关于入射光的中心轴的傍轴区域朝向像方凸出。该情况下，第五透镜L5的两个表面均可形成为非球表面。
同时，在第五透镜L5和像平面IP之间包括由红外滤光器，盖玻璃等构成的光学滤波器OF。特别地，根据本实施例的光学滤波器OF可以是红外截止滤光器。红外截止滤光器用于从外部光去除辐射热，从而使热不被传输到像平面。即红外截止滤光器具有允许可见光线从其透过且将红外光线反射到外部的结构。
另外，像形成在其上的像平面IP可由将与对象图像对应的光学信号转换为电信号的图像传感器构成。在该情况下，图像传感器可由CCD或CMOS传感器构成。
通过理想地设置从第一透镜L1的物方表面到像平面的距离与整个光学系统的焦距的比率以及第一透镜的物方表面的曲率半径与整个光学系统的焦距的比率，根据本发明的实施例的超小型光学系统100可提供高清晰分辨率并向光学系统100提供纤薄性。
这里，根据本实施例的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、和第五透镜L5的所有表面可被形成为非球表面。因此，超小型光学系统100可在由5片透镜片构成并具有高分辨率的同时被实现为紧凑的。另外，在第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、和第五透镜L5全部都由塑料材料形成的情况下，非球面透镜可被容易且经济地制造。
另外，根据本实施例的第四透镜L4可被形成为使其阿贝数超过50。
另外，根据本实施例的超小型光学系统100可通过减小透镜边缘的入射角从而使图像传感器的中心部分和周边的光均匀，可防止以下现象：图像传感器的周边变暗和图像畸变的发生；并通过在各透镜适当地形成非球面，从而确保环境光的尽可能高的水平，例如，将第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4构造为依次具有正屈光力、负屈光力、正屈光力、和负屈光力，在第五透镜L5的物方表面形成反曲点等。
特别地，为了形成相对窄的视角(例如，35°或更小)，根据本实施例的超小型光学系统可包括具有被形成为其上凸出的两个表面的第四透镜。另外，第五透镜的物方表面可在第五透镜的与对应于光轴的位置不同的位置具有反曲点。根据上述的第五透镜的结构，第五透镜的主光线角度(CRA)和图像传感器(例如，像平面)的CRA相匹配，从而可确保位于图像传感器的周边的光量。
同时，在第五透镜不具有反曲点的情况下，与图像传感器的匹配属性劣化，且透过镜头(TTL)测光会过长，从而可能难以实现纤薄化。
在上述的整体构造下，将描述以下的条件式1到6的作用效果。
0.7<TTL/F<1.0 (条件式1)
其中，TTL是从光学镜头的第一表面(物方表面)到像平面的距离，F是光学系统的焦距。
条件式1是TTL和屈光力之间的关系。由此，TTL被设计为远远短于光学系统的焦距F，从而可知这与根据现有技术的相机模块形成了鲜明对比。
这里，在通过增加焦距F而使TTL/F的值减少的情况下，光学系统的视角(FOV)可被进一步减小。然而，由于难以减少TTL，因此光学系统变长，从而难以实现纤薄化。
20度<FOV<35度 (条件式2)
其中，FOV是光学系统的视角。
条件式2(表示光学系统的视角特性的式子)具有约为根据现有技术的超小型照相机模块的视角(例如，60°到70°)0.5倍的比例。这可表示变焦性能为在转换为普通变焦镜头的情况下的2.5到3倍。
0.16<rdy s1/F<2 (条件式3)
其中，rdy s1是第一透镜的物方表面的曲率半径，F是光学系统的焦距。
条件式3是表示第一透镜的曲率半径的特性的式子。通过减少第一透镜的物方表面的曲率以及增加焦距来限定能够实现纤薄化和相对小的视角的构造。
Vd4>50 (条件式4)
其中，Vd4是第四透镜的阿贝数。
条件式4限定第四透镜的材料特性。即，根据本实施例的超小型光学系统具有被构造为阿贝数为50或更大的第四透镜。当光学系统100被设计为使第四透镜L4满足条件式4的范围，色差可被适当地校正。
以下，将通过具体数值的示例来描述本发明。
以下实施例1和2的光学系统从物方开始依次包括：孔径光阑(AS)；第一透镜L1，朝向物方凸出；第二透镜L2，朝向像方凹陷；第三透镜L3，朝向物方凸出；第四透镜L4，朝向像方凹陷；第五透镜L5，朝向像方凸出，如上所述。另外，第一透镜L1可具有正屈光力，第二透镜L2可具有负屈光力，第三透镜L3可具有正屈光力，第四透镜L4可具有负屈光力，以及第五透镜L5可具有负或正的屈光力。
另外，在第五透镜L5和像平面IP之间包括由红外滤光器、盖玻璃等构成的光学滤波器(OF)11和12。
应用于以下各实施例的非球表面可由已知的公式1得到。
(公式1)
其中，Z表示在光轴方向上从透镜顶部开始的距离。
Y表示在垂直于光轴的方向上的距离。
c表示在透镜顶部的曲率半径。
K表示圆锥常数。
A、B、C、D和E分别表示第四阶、第六阶、第八阶、第十阶、第十二阶非球表面系数。
同时，在以下实施例中使用的非球面由已知的公式1得到，并且“在圆锥曲线常数(K)和非球面系数(A、B、C、D和E)中使用的E以及紧挨着它的数字”表示10的幂。例如E+01表示是101，E-02表示10-2。
实施例1
以下的表1示出根据本发明的第1实施例的数值的示例。
图1是示出根据本发明的第1实施例的超小型光学系统的透镜设置的镜头构造示图。图2和图3示出在表1和图1中所示的超小型光学系统的像差特性。
根据本发明的第1实施例的超小型光学系统，F数FNo为2.8，视角为30°，总焦距F为7mm，第一透镜的焦距F1为3.57mm，第二透镜的焦距F2为-4.18mm，第三透镜的焦距F3为4.35mm，第四透镜的焦距F4为-2.43mm，以及第五透镜的焦距F5为14.18mm。
另外，从第一透镜的物方表面到像平面的距离TTL为5.8mm。
表1
表面号 曲率半径 厚度或距离 折射率 阿贝数 注释
1* 1.34414 0.843041 1.544 56.0
2* 3.35746 0.1 第一透镜
3* -15.4179 0.3 1.632 23.4
4* 3.25711 0.154324 第二透镜
5* 1.58574 0.491592 1.544 56.0
6* 4.23635 0.91273 第三透镜
7* -2.31497 0.2 1.544 56.0
8* 3.23536 0.655748 第四透镜
9* -6.89788 1.24256 1.544 56.0
10* -3.88237 0.1 第五透镜
11 无穷大 0.3 1.517 64.2 滤光器
12 无穷大 0.43
13 无穷大 0 像平面
在表1中，*表示非球表面，并且在第1实施例中，所有透镜的折射面都是非球面。
通过下面的表2表示公式1中的第1实施例的非球表面系数的值。
表2
实施例2
下面的表3示出根据本发明的第2实施例的数值的示例。
另外，图4是示出根据本发明的第2实施例的超小型光学系统的透镜设置的镜头的构造示图。图5和图6示出了在表3和图4中示出的超小型光学系统的像差特性的曲线图。
在本发明的第2实施例中，F数FNo为2.8，视角为28°，光学系统的总焦距F为7.5mm，第一透镜的焦距F1为3.6mm，第二透镜的焦距F2为-5.35mm，第三透镜的焦距F3为6.6mm，第四透镜的焦距F4为-3.1mm，以及第五透镜的焦距F5为-16mm。
另外，从第一透镜的物方表面到像平面的距离TTL为6mm。
表3
表面号 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数 注释
1* 1.38923 0.768867 1.544 56.0
2* 3.81076 0.1 第一透镜
3* -28.1935 0.240438 1.632 23.4
4* 3.9058 0.306891 第二透镜
5* 2.10006 0.418991 1.544 56.0
6* 4.67386 1.07606 第三透镜
7* -3.1113 0.16 1.544 56.0
8* 3.78175 0.682294 第四透镜
9* -11.1737 1.08321 1.544 56.0
10* 50.6176 0.131032 第五透镜
11 无穷大 0.3 1.517 64.2 滤光器
12 无穷大 1.18
13 无穷大 0 像平面
在表3中，*表示非球面，并且在第2实施例中，所有透镜的折射面都是非球面。
通过下面的表4表示公式1中的第2实施例的非球表面系数的值。
通过本发明的上述实施例，如图2、3、5和6所示，可得到具有优异的高分辨率同时具有小尺寸和相对窄的视角的超小型光学系统。
具体地说，由于超小型光学系统具有相对窄的视角，且由5片透镜片构成，因此可实现具有高分辨率和纤薄性的超小型光学系统。
另外，由于超小型光学系统具有窄视角，因此可以在远距离清晰地捕获对象的图像。
根据本实施例的超小型光学系统可被单独应用于便携式装置。然而，在该情况下，可能不便于捕获具有宽广背景的图像。
因此，在便携式装置等中采用根据本实施例的超小型光学系统作为与具有宽视角的光学系统搭配的一对的一部分。
图7是示意地示出根据本发明的实施例的便携式装置的透视图。
参照图7，根据本实施例的便携式装置300包括照相机模块35，其中，照相机模块35可包括至少两个超小型光学系统32和33。
这里，所述两个超小型光学系统32和33可为具有相对宽的视角的第一光学系统32和具有相对窄的视角的第二光学系统33。
另外，第一光学系统32可为具有60°到80°之间的视角的光学系统，且第二光学系统33可为如上所述的具有35°或更小的视角的光学系统。
这样，在一个便携式装置300设置有第一光学系统32和第二光学系统33的情况下，根据需要，可利用第一光学系统32以宽角度对宽广的背景进行成像，还可利用第二光学系统33对远距离的对象清晰地成像。
另外，根据需要，当对对象进行成像时，第一光学系统32和第二光学系统33被同时驱动以便一次捕获两个图像，从而具有不同焦距的图像可被同时捕获，并且诸如图像合成等的任务可被执行。
如前所述，由于根据本发明的实施例的超小型光学系统仅使用五片透镜，因此可提供由于较少透镜配置数量而具有紧凑形状和短的总长度的超小型光学系统。
另外，如前所述，根据本发明的实施例的超小型光学系统可通过使用由塑料材料形成的透镜来促进轻型化，并且由于容易制造而可大规模生产，且可显著降低生产成本。
另外，如前所述，根据本发明的实施例的超小型光学系统可具有35°或更小的窄视角。因此，根据本发明的实施例的超小型光学系统可清晰地对在远距离的对象进行成像。
另外，如前所述，根据本发明的实施例的便携式装置可包括具有相对宽视角的第一光学系统和具有窄视角的第二光学系统。因此，根据需要，可利用第一光学系统以宽角度对宽广的背景进行成像，还可利用第二光学系统对在远距离的对象进行清晰地成像。
虽然已经结合实施例示出并描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行修改和变更。

Claims (21)

1.一种光学系统，包括：
第一透镜；
第二透镜；
第三透镜；
第四透镜；
第五透镜，具有像方表面是凸面的弯月形；及
图像传感器，
其中，从物方顺序设置所述第一透镜至所述图像传感器，
其中，当从所述第一透镜的物方表面至所述图像传感器的像平面的距离是TTL且所述光学系统的焦距是F时，满足0.7<TTL/F<1.0。
2.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜至所述第五透镜由塑料材料构成。
3.如权利要求1所述的光学系统，所述光学系统还包括设置在所述第一透镜前面的孔径光阑。
4.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜至所述第五透镜的表面形成为非球面表面。
5.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜具有正屈光力。
6.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一透镜具有凸的物方表面。
7.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二透镜具有负屈光力。
8.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二透镜具有凹的像方表面。
9.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第三透镜具有正屈光力。
10.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第三透镜具有凸的物方表面。
11.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第三透镜具有凹的像方表面。
12.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第四透镜具有负屈光力。
13.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第四透镜具有凹的物方表面。
14.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第四透镜具有凹的像方表面。
15.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第五透镜具有正屈光力。
16.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述第五透镜具有形成在所述第五透镜的物方表面和像方表面中的至少一个上的反曲点。
17.如权利要求1所述的光学系统，其中，当所述第一透镜的物方表面的曲率半径是rdys1时，满足0.16<rdy s1/F<2。
18.如权利要求1所述的光学系统，其中，当所述第四透镜的阿贝数是Vd4时，满足Vd4>50。
19.一种光学系统，包括：
第一光学系统；及
第二光学系统，第二光学系统具有比所述第一光学系统的视角窄的视角；
所述第二光学系统包括：
第一透镜；
第二透镜；
第三透镜；
第四透镜；
第五透镜，具有像方表面是凸面的弯月形；及
图像传感器，
其中，从物方顺序设置所述第一透镜至所述图像传感器，
其中，当从所述第一透镜的物方表面至所述图像传感器的像平面的距离是TTL且所述光学系统的焦距是F时，满足0.7<TTL/F<1.0。
20.如权利要求19所述的光学系统，其中，所述第二光学系统具有20度至35度的视角。
21.如权利要求19所述的光学系统，其中，所述第一光学系统具有60度至80度的视角。
CN201710182581.9A 2013-01-22 2014-01-09 超小型光学系统以及包括该超小型光学系统的便携式装置 Active CN106802476B (zh)

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