CN106940468A

CN106940468A - 光学透镜系统

Info

Publication number: CN106940468A
Application number: CN201611027578.1A
Authority: CN
Inventors: 姜灿求; 李钟珍; 裵成熙
Original assignee: Kolen Co Ltd
Current assignee: Kolen Co Ltd
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2017-07-11
Also published as: US20170146776A1; KR20170059244A; KR101811570B1

Abstract

本发明涉及一种光学透镜系统。所述的光学透镜系统包含透镜系统，透镜系统包含依序安置于物体与图像平面之间的光轴上并且各自具有面向物体的入射表面和面向图像平面的输出表面的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中第一透镜和第六透镜具有正(+)屈光力，并且第二透镜到第五透镜具有负(‑)屈光力。本发明在降低制造成本同时可维持高光学性能。

Description

光学透镜系统

对相关申请案的交叉参考

本申请案主张2015年11月20日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请案第10-2015-0163344号的权益，所述申请案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明一个或多个实施例涉及光学设备(optical apparatus)，并且更确切地说，涉及一种应用于成像设备(imaging apparatus)的光学透镜系统(optical lens system)。

背景技术

以各种形式开发并且改善的半导体图像传感器正显着扩展成像设备的使用领域，所述成像设备通常称为相机。

电荷耦合装置(charge coupled device，CCD)型半导体图像传感器和互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)型半导体图像传感器用作半导体图像传感器的典型类型，并且最近，随着CMOS装置的性能显着改善，CMOS装置已广泛应用于其应用领域。因为此类半导体图像传感器的像素的集成程度随着持续创新而快速增大，因此半导体图像传感器现在能够小并且能够以极高分辨率对图像进行成像。

需要一种适合于具有大量像素的此类图像传感器的高质量光学透镜系统。高质量光学系统需要在所有区域中具有极少像差和高清晰度。

为了获得高质量图像，除了上述高质量成像装置之外，还需要与其对应的光学透镜系统。

应用于通用小型相机(例如用于移动电话或车辆的相机)的光学透镜系统需要小型化，同时维持高性能。在相关技术中的光学透镜系统所具有的结构中，多个透镜布置在单个光轴上，并且一个或多个玻璃透镜包含于所述结构中以便确保优良的光学性能。具体地说，用于车辆的相机应用约5到6个玻璃透镜。然而，因为玻璃透镜具有高制造成本并且对于模制或处理有约束，因此对此类光学透镜系统的小型化存在限制。

对光学性能比光学设计中所需性能高、由于容易模制和处理而可以容易地小型化并且可以降低其制造成本的用于小型相机的透镜的研究仍为一大挑战。另外，因为用于小型相机的光学透镜系统为具有宽视场的广角光学透镜系统，因此其适合于长距离景物、群体图片等等，但由于近距离对象的严重图像畸变而不适合于半身像。

发明内容

一个或多个实施例包含容易小型化并且具有高光学性能的光学透镜系统。

一个或多个实施例包含可以降低制造成本同时维持高光学性能的光学透镜系统。

一个或多个实施例包含小并且可以具有像正常或长焦透镜那样的窄视场且因此适合于半身像的光学透镜系统。

额外方面将部分在以下描述中得到阐述，并且部分地，将从描述中显而易见，或者可以通过对所呈现的实施例的实践习得。

根据一个或多个实施例，一种光学透镜系统包含透镜系统，所述透镜系统包含依序安置于物体与图像平面之间的光轴上并且各自具有面向所述物体的入射表面以及面向所述图像平面的输出表面的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，其中所述第一透镜以及所述第六透镜具有正(+)屈光力，所述第二透镜到所述第五透镜具有负(-)屈光力，并且所述光学透镜系统的视场FOV满足以下条件表达式1。

<条件表达式1>

45°＜FOV＜50°

在一实施例中，所述第一透镜的焦距F1与所述第六透镜的焦距F6满足以下条件表达式2。

<条件表达式2>

0.2＜|F1/F6|＜10.0

在另一实施例中，所述第二透镜、所述第三透镜与所述第四透镜的折射率Ind2、Ind3与Ind4满足以下条件表达式3的条件。

<条件表达式3>

1.5＜(Ind2/Ind3)*Ind4＜1.8

在再一实施例中，所述光学透镜系统的长度TTL与图像传感器的有效像素的对角线长度ImgH满足以下条件表达式4。

<条件表达式4>

2＜TTL/ImgH＜2.1

在又一实施例中，所述第三透镜可以具有朝向所述物体呈凸面的入射表面。

在又一实施例中，所述第四透镜可以具有相对于所述图像平面呈凹面的输出表面。

在又一实施例中，所述第五透镜可以具有拥有朝向所述图像平面的一个或多个拐点的输出表面。

在又一实施例中，所述第六透镜可以具有朝向所述图像平面呈凸面的输出表面。

在又一实施例中，所述第六透镜可以具有分别朝向所述物体与所述图像传感器呈凸面的入射表面与输出表面。

在又一实施例中，光阑可以设置于所述第三透镜与所述第四透镜之间。

附图说明

通过结合附图对实施例进行的以下描述，这些和/或其它方面将变得显而易见并且更加容易了解，在所述附图中：

图1为说明根据发明概念的第一实施例的光学透镜系统的主要组件的布置的横截面图。

图2为说明根据发明概念的第二实施例的光学透镜系统的主要组件的布置的横截面图。

图3为说明根据发明概念的第三实施例的光学透镜系统的主要组件的布置的横截面图。

图4为说明根据发明概念的第四实施例的光学透镜系统的主要组件的布置的横截面图。

图5A、图5B及图5C示出说明根据发明概念的第一实施例的光学透镜系统的纵向球面像差、像散场曲率以及畸变的像差图。

图6A、图6B及图6C示出说明根据发明概念的第二实施例的光学透镜系统的纵向球面像差、像散场曲率以及畸变的像差图。

图7A、图7B及图7C示出说明根据发明概念的第三实施例的光学透镜系统的纵向球面像差、像散场曲率以及畸变的像差图。

图8A、图8B及图8C示出说明根据发明概念的第四实施例的光学透镜系统的纵向球面像差、像散场曲率以及畸变的像差图。

附图标号说明：

1*：透镜表面；

2*：透镜表面；

3*：透镜表面；

4*：透镜表面；

5*：透镜表面；

6*：透镜表面；

7*：透镜表面；

8*：透镜表面；

9*：透镜表面；

10*：透镜表面；

11*：透镜表面；

12：透镜表面；

12*：透镜表面；

13：透镜表面；

14：透镜表面；

I：第一透镜；

II：第二透镜；

III：第三透镜；

IMG：图像传感器/图像侧；

IV：第四透镜；

OBJ：对象；

S1：光阑；

V：第五透镜；

VI：第六透镜；

VII：红外(IR)阻断件。

具体实施方式

现在将对实施例进行详细参考，所述实施例的实例在附图中说明，其中在全文中相似参考数字指相似元件。就此而言，本发明实施例可以具有不同形式并且不应被解释为限于本文中所阐述的描述。因此，这些实施例仅通过参看图在下文中描述以解释本描述的各方面。如本文中所使用，术语“和/或”包含相关联的所列项中的一或多者的任何以及所有组合。当在元件列表之前时，例如“中的至少一个”等表述修饰元件的整个列表并且并不修饰列表的个别元件。

在下文中，将参考附图详细描述根据发明概念的实施例的光学透镜系统。贯穿详细描述使用的相同标号指代相同(或类似)组件。

图1到4分别说明根据发明概念的第一到第四实施例的光学透镜系统。

如图1到4中所说明，根据发明概念的实施例的光学透镜系统中的每一个包含具有六群组六透镜构造(six-group six-lens constitution)的透镜系统，其具有从对象OBJ依序布置于对象(或物体)OBJ与图像传感器IMG之间的六个透镜，所述图像传感器IMG具有在上面形成对象OBJ的图像的成像平面(或图像侧)。

依序布置于对象OBJ与图像侧IMG之间的第一透镜I、第二透镜II、第三透镜III、第四透镜IV、第五透镜V和第六透镜VI各自具有光在上面入射的入射表面(即，面向对象OBJ的入射表面)和光朝向其输出的输出表面(即，面向图像传感器IMG的输出表面)。

第一透镜I具有正(+)屈光力(折射率)，并且是朝向对象OBJ呈凸面的入射表面。

第二透镜II具有负(-)屈光力，并且为朝向对象OBJ呈凸面的弯月透镜(meniscuslens)。

第三透镜III具有负(-)屈光力，并且为具有朝向对象OBJ呈凸面的入射表面的弯月透镜。

第四透镜IV具有负(-)屈光力，并且为具有朝向对象OBJ呈凸面的入射表面的弯月透镜。

第五透镜V具有负(-)屈光力，并且为具有分别相对于对象OBJ与图像侧呈凹面的入射表面与输出表面的透镜。此处，第五透镜V的输出表面可以具有至少一个拐点。

同时，第六透镜VI具有正(+)屈光力，并且为具有分别朝向对象OBJ与图像传感器IMG呈凸面的入射表面与输出表面的双凸透镜(biconvex lens)。

可以进一步设置光阑S1与红外(infrared，IR)阻断件VII。光阑S1可以设置于第三透镜III与第四透镜IV之间。IR阻断件VII可以设置于第六透镜VI与图像传感器IMG之间。IR阻断件VII可以是IR阻断滤波器。光阑S1和IR阻断件VII的位置可以改变。根据发明概念的实施例的具有上述配置的光学透镜系统优选地满足以下条件表达式1到4中的至少一个。

<条件表达式1>

45°＜FOV＜50°

此处，FOV代表“视场”，并且表示光学透镜系统的对角线视场。

<条件表达式2>

0.2＜|F1/F6|＜10.0

此处，F1表示第一透镜的焦距，并且F6表示第六透镜的焦距。

<条件表达式3>

1.5＜(Ind2/Ind3)*Ind4＜1.8

此处，Ind2、Ind3与Ind4分别表示第二透镜、第三透镜与第四透镜的折射率。

<条件表达式4>

2＜TTL/ImgH＜2.1

此处，TTL代表“总跟踪长度(total track length)”，并且表示从第一透镜的入射表面的中心到图像传感器的光轴长度，即光学透镜系统的总长度，并且ImgH代表“图像高度”，并且表示图像传感器的有效像素区域的对角线长度。

上述条件表达式1限制视场(FOV)，并且FOV限于大于45度并且小于50度。因为发明概念的光学透镜系统中的每一个的视场范围介于45度到50度，因此可以看出，发明概念的光学透镜系统包含于具有焦点比用于移动电话的正常透镜系统(如光学透镜系统)长的远焦或长焦透镜系统的正常透镜系统中。结果，因为发明概念的光学透镜系统中的每一个小但具有远焦，因此所述光学透镜系统中的每一个具有的焦深比包含于广角光学透镜系统中的相关技术光学透镜系统浅，并且因此有可能获得将背景与对象清楚地分离的高质量图像。

条件表达式2限制第一透镜与第六透镜的焦距之间的比率，并且用以增大分辨率且促进对像差的控制。即，条件表达式2使得光学透镜系统能够设计有高分辨率以及良好像差控制。

条件表达式3为用于制造待由塑料制成的第二透镜和第三透镜的条件。由于条件表达式3而可以使用低廉并且轻质的透镜，因此可以降低光学透镜系统的制造成本而不使图像质量劣化。

条件表达式4限制光学透镜系统的长度与图像大小之间的比率，并且由于条件表达式4，光学透镜系统的总长度相对增大而其视场减小。不同于相关技术中具有近焦的广角光学透镜系统，在根据发明概念的光学透镜系统中，有可能实施远焦或正常透镜系统的长焦透镜系统。

考虑焦距为50.00mm的透镜(其为用于35mm相机的正常透镜)的对角线视场为46.79度这一事实，可以看出，根据发明概念的光学透镜系统包含于至少一正常透镜系统中。

发明概念的此类光学透镜系统各自具有六群组六透镜构造，负(-)屈光力分散到第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，并且正(+)屈光力分散到为光学透镜系统中的每一个的两端的第一透镜和第六透镜。此处，多个非球面表面拐点定位在第六透镜的输出表面上，并且因此容易地校正非球面表面中的各种类型的像差。因此，有可能以相对较低的制造成本实施适合于高分辨率相机系统的光学透镜系统。

在发明概念的上述第一到第四实施例中，条件表达式1到4中的值如下表1中所说明。在表1中，视场θ的单位为度(°)。

【表1】

参考表1，可以看出，第一到第四实施例中的光学透镜系统满足条件表达式1到4。

在具有此类配置的根据发明概念的实施例的光学透镜系统中，考虑到其形状和尺寸，第一透镜I到第六透镜VI可以由塑料制成。即，所有第一透镜I到第六透镜VI可以是塑料透镜。

尽管玻璃透镜由于高制造成本以及对模制或处理的约束条件而使得难以小型化光学透镜系统，但在本申请案中，因为所有第一透镜I到第六透镜VI可以由塑料制成，因此可以相应地实现各种优势。

然而，发明概念中的第一透镜I到第六透镜VI的材料不限于塑料。第一透镜I到第六透镜VI中的至少一个可以视需要由玻璃制成，并且此处，第二透镜和第三透镜可以由塑料制成。

在下文中，将参考透镜数据和附图详细地描述发明概念的第一到第四实施例。

以下表2到5说明分别包含于图1到4的光学透镜系统中的透镜I、II、III、IV、V和VI的曲率半径、透镜厚度、透镜之间的距离、折射率、阿贝数(Abbe′s number)，等等。

在表2到5中，R表示曲率半径，T表示透镜的厚度、透镜之间的距离或邻近组件之间的距离，Nd表示使用d线测量的透镜的折射率，并且Vd表示相对于d线的透镜的阿贝数。透镜表面编号S之后的标记*指示对应透镜表面为非球面表面。R和T值的单位为mm。

在表2到5中，第一到第四实施例中的光学透镜系统的所有F数为2.8，并且焦距(f)按实施例的次序为6.8mm、6.85mm、6.8mm和6.8mm。

【表2】

【表3】

【表4】

【表5】

同时，在根据发明概念的第一到第四实施例的光学透镜系统中，非球面表面满足以下非球面表面方程式1。

<方程式1>

此处，Z表示从透镜顶点到光轴的距离，Y表示在垂直于光轴的方向上的距离，R表示在透镜顶点处的曲率半径，K表示锥形常数(conic constant)，并且A、B、C、D、E、F、G、H和J表示非球面系数。

根据发明概念的光学透镜系统具有如上文所描述的六群组六透镜构造，正(+)屈光力应用于第一透镜和第六透镜，并且负(-)屈光力分散到在第一透镜与第六透镜之间的第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。同时，因为非球面表面的一个或多个拐点形成于第六即最后透镜的透镜表面上，因此有可能最优地校正非球面表面的各种类型的像差。

以下表6到表9说明根据分别对应于图1到图4的第一到第四实施例的光学透镜系统中的非球面系数。

图5A、图5B及图5C示出说明根据图1的发明概念的第一实施例的光学透镜系统(即，具有表2的值的光学透镜系统)的纵向球面像差、像散场曲率以及畸变的像差图。

图5A说明相对于具有各种波长的光的光学透镜系统的纵向球面像差，并且图5B说明光学透镜系统的像散场曲率，即切向场曲率T和像散场曲率S。

此处，用于获得图5A中的数据的光的波长为650.0000nm、610.0000nm、555.0000nm、510.0000nm和470.0000nm。用于获得图5B和图5C中的数据的光的波长为555.0000nm。图6A到图8A中的光的波长与图5A的上述波长相同，图6B到图8B及图6C到图8C的光的波长与图5B及图5C的上述波长相同。

图6A、图6B与图6C为分别说明根据图2的发明概念的第二实施例的光学透镜系统(即，具有表3的值的光学透镜系统)的纵向球面像差、像散场曲率以及畸变的像差图。

图7A、图7B与图7C为分别说明根据图3的发明概念的第三实施例的光学透镜系统(即，具有表4的值的光学透镜系统)的纵向球面像差、像散场曲率以及畸变的像差图。

图8A、图8B与图8C为分别说明根据图4的发明概念的第四实施例的光学透镜系统(即，具有表5的值的光学透镜系统)的纵向球面像差、像散场曲率以及畸变的像差图。

如上文所描述，根据发明概念的实施例的光学透镜系统中的每一个可以包含分别具有负(-)屈光力、正(+)屈光力、正(+)屈光力、正(+)屈光力、负(-)屈光力与正(+)屈光力的第一透镜I到第六透镜VI，其从对象OBJ朝向图像传感器IMG依序布置，并且可以满足上述条件表达式1到4中的至少一个。此类光学透镜系统可以容易地(最优地)校正各种类型的像差，并且具有相对较短的总长度。因此，根据发明概念的实施例，可以实施小并且可以获得高性能和高分辨率的光学透镜系统。

同时，第一透镜I到第六透镜VI由塑料制成，并且这些透镜中的至少第六透镜的入射表面和输出表面中的至少一个被配置为非球面表面，并且因此可以比使用玻璃透镜的光学透镜系统低的成本实施更紧凑型并且具有更好性能的光学透镜系统。另外，根据发明概念的光学透镜系统具有相对较长的总长度和窄视场，并且因此可以实施在例如用于移动电话等的小相机的小尺寸相机中可能不能实施的正常透镜系统或透镜系统。

另外，根据发明概念的另一实施例，在第五透镜V的入射表面14*与输出表面15*中的至少一个为从中心部分朝向边缘具有至少一个拐点的非球面表面时，容易地校正各种类型的像差，并且可以通过减小主光线的输出角度而防止由于图像卡在对角线拐角部分而造成的暗角。

如上文所描述，根据发明概念，可以实施小并且可以获得高性能和高分辨率的光学透镜系统。更具体来说，根据发明概念的实施例的光学透镜系统中的每一个可以包含具有正(+)屈光力、负(-)屈光力、负(-)屈光力、负(-)屈光力、负(-)屈光力和正(+)屈光力的第一透镜I到第六VI，其从对象OBJ朝向图像传感器IMG依序布置，并且可以满足上述条件表达式1到4中的至少一个。

此类光学透镜系统可以实施具有可以最优地校正的各种类型的像差、相对较长总长度以及窄视场的正常透镜系统或长焦透镜系统，并且因此可以实施小并且具有约为50mm或50mm或更大的转换焦距的正常透镜或长焦透镜以实现高性能图像俘获。

另外，第二透镜和第三透镜可以由塑料制成，并且可以容易地控制像差。

尽管已在以上描述中描述许多细节，但这些细节将解释为示范性实施例而非限制发明概念的范围。举例来说，所属领域的技术人员将理解，除了滤波器之外的各种额外组件可用作IR阻断件。此外，所属领域的技术人员可以理解，可以各种方式修改实施例。因此，发明概念的技术范围并非由所描述实施例界定，而将由所附权利要求书界定。

应理解，本文中所描述的实施例应仅在描述性意义上考虑，而非出于限制的目的。每一个实施例内的特征或方面的描述通常应被认为是可用于其它实施例中的其它类似特征或方面。

虽然已参考附图描述一个或多个实施例，但所属领域的一般技术人员应理解，可在不脱离所附权利要求书所界定的发明概念的精神和范围的情况下对实施例在形式和细节上进行各种改变。

Claims

1.一种光学透镜系统，其包括透镜系统，所述透镜系统包含依序安置于物体与图像平面之间的光轴上并且各自具有面向所述物体的入射表面以及面向所述图像平面的输出表面的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，

其中：

所述第一透镜以及所述第六透镜具有正屈光力；

所述第二透镜到所述第五透镜具有负屈光力；并且

所述光学透镜系统的视场FOV满足以下条件表达式1：

<条件表达式1>

45°＜FOV＜50°。

2.根据权利要求1所述的光学透镜系统，其中所述第一透镜的焦距F1与所述第六透镜的焦距F6满足以下条件表达式2：

<条件表达式2>

0.2＜|F1/F6|＜10.0。

3.根据权利要求2所述的光学透镜系统，其中所述第二透镜、所述第三透镜与所述第四透镜的折射率Ind2、Ind3与Ind4满足以下条件表达式3的条件：

<条件表达式3>

1.5＜(Ind2/Ind3)*Ind4＜1.8。

4.根据权利要求1所述的光学透镜系统，其中所述第二透镜、所述第三透镜与所述第四透镜的折射率Ind2、Ind3与Ind4满足以下条件表达式3的条件：

<条件表达式3>

1.5＜(Ind2/Ind3)*Ind4＜1.8。

5.根据权利要求3所述的光学透镜系统，其中所述光学透镜系统的长度TTL与图像传感器的有效像素的对角线长度ImgH满足以下条件表达式4：

<条件表达式4>

2＜TTL/ImgH＜2.1。

6.根据权利要求1所述的光学透镜系统，其中所述光学透镜系统的长度TTL与图像传感器的有效像素的对角线长度ImgH满足以下条件表达式4：

<条件表达式4>

2＜TTL/ImgH＜2.1。

7.根据权利要求1所述的光学透镜系统，其进一步包括设置于所述第三透镜与所述第四透镜之间的光阑。

8.一种光学透镜系统，其包括透镜系统，所述透镜系统包含依序安置于物体与图像平面之间的光轴上并且各自具有面向所述物体的入射表面以及面向所述图像平面的输出表面的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，

其中：

所述第一透镜以及所述第六透镜具有正屈光力；

所述第二透镜到所述第五透镜具有负屈光力；

所述第三透镜具有朝向所述对象呈凸面的入射表面；

所述第四透镜具有相对于所述图像平面呈凹面的输出表面；

所述第五透镜具有拥有一个或多个拐点的输出表面；

所述第六透镜具有朝向所述图像平面呈凸面的输出表面；并且

所述光学透镜系统满足以下条件表达式1到条件表达式4中的至少一个：

<条件表达式1>

45°＜FOV＜50°

其中FOV表示所述光学透镜系统的视场，

<条件表达式2>

0.2＜|F1/F6|＜10.0

其中F1表示所述第一透镜的焦距，并且F6表示所述第六透镜的焦距，

<条件表达式3>

1.5＜(Ind2/Ind3)*Ind4＜1.8

其中Ind2、Ind3与Ind4分别表示所述第二透镜、所述第三透镜与所述第四透镜的折射率，以及

<条件表达式4>

2＜TTL/ImgH＜2.1

其中TTL表示所述光学透镜系统的长度，并且ImgH表示图像传感器的有效像素的对角线长度。

9.根据权利要求8所述的光学透镜系统，其进一步包括设置于所述第三透镜与所述第四透镜之间的光阑。

10.根据权利要求9所述的光学透镜系统，其进一步包括设置于所述第二透镜与所述第三透镜之间的光阑。

11.根据权利要求8所述的光学透镜系统，其中所述第二透镜以及所述第三透镜是由塑料制成。