CN107850755A - 摄影透镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由于像素尺寸小，因而小型，且能够与具有高分辨率的像传感器结合来实现高分辨率摄像头的小型摄影透镜。本发明的小型摄影透镜从物体侧依次包括：光圈；第一透镜，其具有正屈光力且物体侧为凸形；第二透镜，其具有负屈光力，物体侧为近轴平面形，像侧为非球面形；第三透镜，其具有正屈光力且物体侧为凹弯月形；以及第四透镜，其具有负屈光力，且物体侧为凸形，所述第一、第三、第四透镜的阿贝数为40至50。

Description

摄影透镜系统

技术领域

本发明能够安装于智能手机或便携式终端而实现摄像头的功能，或能够适用于数码相机。

背景技术

近来，随着对智能手机或便携式终端的便携性的进一步强调和显示设备的发展，要求小型且具有高分辨率的摄影透镜。近来，为通过像差校正确保高性能而使用四个透镜的情况较多。

如US8,068,290B2和US7,453,654B2等所记载，为了光学系统的小型化和高性能化，以往利用四个透镜的透镜系统使用非球面透镜。在这种情况下，就非球面透镜而言，精密加工较难。从结果而言，使生产性劣化。与此同时，需要用于更广地拍摄物体的广角性能。

然而，在以往的技术中，视角(angle of view)为61°，较窄，F数(F number)为2.7至2.8，较暗。

发明内容

技术课题

本发明旨在解决包括上述问题的多种问题，其目的在于，提供一种透镜加工容易且能够实现小型化和高像素化的摄影透镜系统。

本发明的另一目的在于，提供一种广角性能优秀的小型摄影透镜系统。

技术方案

因此，本发明的摄影透镜系统从物体侧依次包括：光圈、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜。第一透镜具有正屈光力且物体侧为凸形。第二透镜具有负屈光力，物体侧为近轴平面形，像侧为非球面形。第三透镜具有正屈光力且物体侧为凹弯月形。第四透镜具有负屈光力，且物体侧为凸形。所述第一、第三、第四透镜的阿贝数为40至50。

可选地，当设所述第一透镜的阿贝数为Vd1，所述第二透镜的阿贝数为Vd2时，满足以下条件式：

19<Vd1-Vd2<29--------------------------------(1)。

此外，可选地，对于所述第一透镜，满足以下条件式：

1.68<TTL/2y<1.73------------------------------(2)，

其中，TTL是所述第一透镜的第一面至像面的距离，y是像面中的对角线长度的一半。

此外，可选地，在所述第四透镜的物体侧面，光轴具有正屈光力，且在远离光轴的方向上具有凸形变曲点。

此外，可选地，所述第三透镜满足以下条件式：

1.40<|K3/Kt|<1.85-----------------------------(3)，

其中，K3是第三透镜的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。

此外，可选地，所述第一透镜满足以下条件式：

0.75<|K1/Kt|<0.90-----------------------------(4)，

其中，K1是第一透镜的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。

此外，可选地，所述第二透镜满足以下条件式：

0.45<|K2/Kt|<0.65-----------------------------(5)，

其中，K2是第二透镜的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。

在这种情况下，可选地，所述第四透镜满足以下条件式：

0.85<|K4/Kt|<1.40----------------------------(6)，

其中，K4是第四透镜的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。

发明的效果

根据本发明，能够进行小型化、高性能化、对制造的低敏感度设计，以容易适用于小型且具有高分辨率的图像传感器的便携终端产品。

附图说明

图1是本发明的一优选实施例的摄影透镜系统的结构图。

图2是本发明的另一优选实施例的摄影透镜系统的结构图。

图3是本发明的又一优选实施例的摄影透镜系统的结构图。

图4是关于图1的摄影透镜系统的纵向球面像差、像散像差以及歪曲的像差图。

图5是关于图2的摄影透镜系统的纵向球面像差、像散像差以及歪曲的像差图。

图6是关于图3的摄影透镜系统的纵向球面像差、像散像差以及歪曲的像差图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施例的摄影透镜系统进行详细说明。本说明书中使用的术语(terminology)是为恰当地表现本发明的优选实施例而使用的术语，其有可能会因用户或运营者的意图或本发明所属领域的惯例而不同。因此，对这些术语的定义应基于贯穿本说明书整体的内容而进行。

图1、图2和图3分别示出了本发明的第一、第二、第三实施例的摄影透镜系统10、20、30。在图1和图2中，R1、R2、R3、……分别表示光圈、透镜或光学滤镜的物体侧/像侧面的曲率半径，D1、D2、D3、……分别表示光圈、透镜或光学滤镜间的距离或光圈、透镜或光学滤镜的中心厚度。

参照图1、图2和图3，可选地，本发明的第一、第二、第三实施例的摄影透镜系统10、20、30从物体侧至像(image)侧依次包括光圈St、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。可选地，在第四透镜L4和像面Si之间还包括诸如滤镜LF(filter)等光学部件。

第一透镜L1具有正屈光力且物体侧为凸形。在这种情况下，透镜可以是双凸形透镜。

第二透镜L2具有负屈光力。在这种情况下，第二透镜L2是物体侧为近轴平面形，且像侧的面凸向物体侧的弯月形透镜。通常，在由4片透镜构成的透镜系统中，左右性能的透镜是第一透镜和第二透镜。在这种情况下，第二透镜L2的敏感度高，因而第二透镜的定心很重要。在本发明中，第二透镜L2的物体侧的至少近轴区域为平面形态。换言之，第二透镜L2的物体侧面的至少近轴区域中的曲率无限大。从而，作为从光学轴至机械轴的物理位移的透镜的偏心(decenter)引起的倾斜(Tilt)值成为0。由此，可以大大减少对倾斜引起的像散像差、像面弯曲的变化量，因而能够获得制造敏感度低的小型摄影透镜系统，且使透镜的组装变得简便而迅速。

所述第二透镜的物体侧面可以是整体平面，如图1所示，也可以仅近轴区域是平面，而向周边区域是非平面形，例如具有凹形或凸形的形状。

第三透镜L3具有正屈光力且物体侧为凹弯月形透镜。

第四透镜L4具有负屈光力。可选地，在第四透镜L4，像侧面具有变曲点。例如，由于像侧面具有变曲点，第四透镜L4可以是像侧面起初在光轴为凹形，越远离光轴越凸弯月形透镜。从而，能够减少入射至图像面的主光线入射角，并减少球面像差和像散像差等，由此能够提高透镜的分辨率。

可选地，所述第四透镜L4的物体侧面具有变曲点。亦即，可选地，在所述第四透镜L4的物体侧面，光轴具有凸形形状，且在远离光轴的方向上变为凹弯月形。

通过使光圈St在近轴区域位于第一透镜的物体侧面与像侧面之间，在脱离光轴的区域(即，远离光轴的位置)相较于第一透镜的物体侧面更位于物体侧，不但具有减少摄影透镜系统的整体长度(全长)的效果，还能够予以减少透镜的外径，从而实现小型化。

根据本发明，第一透镜L1呈双凸形。从而，第一透镜的加工容易。与此同时，第二透镜L2具有负屈光率，因而能够起到缩短光学全长，还提高趋向周边的中心光线的有效像高的作用。

在这种情况下，可选地，所述第一、第三、第四透镜L1、L3、L4的阿贝数为40至50。以往，通常的第一、第三、第四透镜的阿贝数为55左右。在本发明中，所述第一、第三、第四透镜L1、L3、L4的阿贝数为40至50，因而在能够进一步拓宽视角的同时，能够将第二透镜的物体侧制造为近轴平面形。

此外，若所述阿贝数变得小于40，则纵色像差和像散像差将增加，若大于50，则纵色像差将减少，但像散像差增加。

根据本发明，通过使用阿贝数为40至50的透镜，深度深且像散像差校正效果显著，因而中心的周边的MTF Balance(调制传递函数平衡)良好，且横色像差将等同于现有的阿贝数具有55左右的值的材料。

在本发明的摄影透镜中，优选当设所述第一透镜L1的阿贝数为Vd1，所述第二透镜L2的阿贝数为Vd2时，对于第一透镜L1和第二透镜L2，满足以下条件式：

19<Vd1-Vd2<29--------------------------------(1)。

在所述条件式中，若变得小于下限值，则焦点距离增加，视角减小，且歪曲和纵色像差增加。此外，若变得大于上限值，则球面像差和纵色像差变大，且整体距离变长。

一方面，可选地，第一透镜L1具有40至50的阿贝数，第二透镜L2具有20至30之间的阿贝数。由此，能够有效地校正随焦点距离的增加而增加的纵色像差。通过使所述第一透镜L1和第二透镜L2的阿贝数差异相差20以上，能够减少降低对比度(Contrast)的色斑。在这种情况下，可选地，所述第二透镜L2具有20至25的阿贝数，更优选具有21至23的阿贝数。

一方面，在本发明的摄影透镜中，优选对于第一透镜L1，满足以下条件式2：

1.68<TTL/2y<1.73------------------------------(2)，

其中，TTL是所述第一透镜的物体侧面至像面的距离，y是在图像面(像面)最高的像高高度(即，图像面上的传感器对角线的一半的长度)，因而2y是在图像面的传感器对角线长度。

如果TTL/2y超过1.73，则光学系统的全长变长，因而无法实现光学系统的小型化。此外，若小于1.68，则透镜的屈光力将变得过大，不容易进行通过第二透镜和第三透镜的像差校正，因此，从结果可言，无法进行高性能的摄影透镜系统。

一方面，所述第三透镜L3可以满足以下条件式：

1.40<|K3/Kt|<1.85-----------------------------(3)，

其中，K3是第三透镜L3的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。

以此同时，可以满足以下条件式。

0.75<|K1/Kt|<0.90-----------------------------(4)，

0.45<|K2/Kt|<0.65-----------------------------(5)，

0.85<|K4/Kt|<1.40-----------------------------(6)，

其中，K1是第一透镜L1的屈光度，K2是第二透镜L2的屈光度，K4是第四透镜L4的屈光度。

所述条件意指相对于整体屈光度的各透镜的比值，在该值超过上限值的情况下，存在像散像差变大的问题，在该值小于下限值的情况下，存在歪曲像差变大的问题。

通过使光圈St相较于第一透镜L1的物体侧面更位于物体侧，不但具有减少摄影透镜系统的整体长度(全长)的效果，还能够予以减少透镜的外径，从而实现小型化。

在这种情况下，第一、第三、第四透镜L1、L3、L4可以由相同的塑料材料制成。此外，第二透镜也可以由塑料材料制成。

若示出出现在本发明的实施例的非球面的定义，则如下。

当以光轴方向为z轴，相对于光轴方向垂直的方向为h轴时，可以使光线的进行方向为正而通过以下数学式1表示本发明的实施例的透镜的非球面形状。其中，z是相对于从中心光轴高度为h的非球面上的坐标点的从非球面定点上的垂直面的距离，k是圆锥(Conic)常数，c表示非球面顶点的透镜曲率，A4、A6、A8、A10、A12、A14……等表示非球面系数。

[数学式1]

下面分析本发明的实施例的摄影透镜系统的设计数据。

表1示出了图1所图示的摄影透镜系统10的设计数据，表2示出了非球面数据。表1中的曲率半径在图1中用R1、R2、……表示，厚度或距离在图1中用D1、D2、……表示。在表1中，将光圈与第一透镜的物体侧面之间的距离D1记载为负值的-0.02，其理由是因为光圈的位置在近轴区域位于第一透镜的物体侧面与第一透镜的像侧面之间，这表明光圈的面相较于第一透镜的物体侧面更位于像侧。

[表1]

实施例1

(焦点距离2.042mm，F2.26，视角82.08°，波长546nm，整体距离3.05)

*表示非球面。

[表2]

对实施例1的摄影透镜的非球面系数

图4示出了图1所图示的小型摄像透镜系统的透镜系统10的纵向球面像差(longitudinal spherical aberration)、像散像差(astigmatism)和歪曲(distortion)。

纵向球面像差对具有约650nm、610nm、555nm、510nm、470nm的波长的光进行了图示，像散像差和歪曲对555nm的光进行了图示。

表3示出了图2所图示的摄影透镜系统20的设计数据，表4示出了非球面数据。表3中的曲率半径在图2中用R1、R2、……表示，厚度或距离在图2中用D1、D2、……表示。在表3中，将光圈与第一透镜L1的物体侧面之间的距离D1记载为负值的-0.02，其理由是因为光圈的位置在近轴区域位于第一透镜L1的物体侧面与第一透镜的像侧面之间，这表明光圈的面相较于第一透镜L1的物体侧面更位于像侧。

[表3]

实施例2

面编号	曲率半径	厚度、距离	屈光率(nd)	分散值(vd)
					1	无限大	-0.02
2*	1.7780	0.4100	1.53700	44.58
					3*	-4.7596	0.2400
4*	无限大	0.3000	1.64850	22.44
					5*	2.6279	0.1050
6*	-1.7475	0.6100	1.53700	44.58
					7*	-0.5703	0.0300
8*	0.8443	0.3000	1.53700	44.58
					9*	0.4271	0.4411
10	无限大	0.3000	1.52529	54.47
					11	无限大	0.2930
12	无限大	0.0039

(焦点距离1.920mm，F 2.28，视角85.92°，波长546nm，整体距离3.03)

*表示非球面。

[表4]

对实施例2的摄影透镜的非球面系数

图5示出了图2所图示的小型摄像透镜系统20的透镜系统的纵向球面像差(longitudinal spherical aberration)、像散像差(astigmatism)和歪曲(distortion)。

纵向球面像差对具有约656.28nm、587.56nm、546.07nm、486.13nm、435.83nm的波长的光进行了图示，像散像差和歪曲对587.56nm的光进行了图示。

表5示出了图3所图示的摄影透镜系统30的设计数据，表6示出了非球面数据。表5中的曲率半径在图3中用R1、R2，……表示，厚度或距离在图3中用D1、D2、……表示。在表5中，将光圈与第一透镜L1的物体侧面之间的距离D1记载为负值的-0.02，其理由是因为光圈的位置在近轴区域位于第一透镜的物体侧面与第一透镜的像侧面之间，这表明光圈的面相较于第一透镜的物体侧面更位于像侧。

[表5]

实施例3

面编号	曲率半径	厚度、距离	屈光率(nd)	分散值(vd)
					1	无限大	-0.020
2*	1.6908	0.4742	1.53700	44.58
					3*	-4.8543	0.2322
4*	无限大	0.2994	1.65760	21.53
					5*	2.2390	0.1709
6*	-1.8870	0.5027	1.53700	44.58
					7*	-0.5495	0.1000
8*	0.9771	0.2685	1.53700	44.58
					9*	0.4386	0.4411
10	无限大	0.3000	1.52529	54.47
					11	无限大	0.2900
12	无限大	0.0039

(焦点距离2.081mm，F 2.42，视角80.96°，波长546nm，整体距离3.08)

*表示非球面。

[表6]

对实施例3的摄影透镜的非球面系数

图6示出了图3所图示的小型摄像透镜系统30的透镜系统的纵向球面像差(longitudinal spherical aberration)、像散像差(astigmatism)和歪曲(distortion)。

纵向球面像差对具有约650nm、610nm、555nm、510nm、470nm的波长的光进行了图示，像散像差和歪曲对555nm的光进行了图示。

下面的表7示出了对应于上述条件式的各实施例的数值。

[表7]

对应于条件式的实施例的计算值

尽管上面与上述提及的优选实施例相关联而对本发明进行了说明，但在不脱离本发明的要旨和范围的前提下可以进行修改或变形。因此，所附权利要求书的范围中将包括属于本发明的要旨的这些修改或变形。

工业上的利用可能性

本发明可以利用于智能手机等便携式终端、笔记本、数码相机等需要摄影的装置。

Claims (8)

1.一种摄影透镜系统，其特征在于，从物体侧依次包括：

光圈；

第一透镜，其具有正屈光力且物体侧为凸形；

第二透镜，其具有负屈光力，物体侧为近轴平面形，像侧为非球面形；

第三透镜，其具有正屈光力且物体侧为凹弯月形；以及

第四透镜，其具有负屈光力，且物体侧为凸形，

所述第一、第三、第四透镜的阿贝数为40至50。

2.根据权利要求1所述的摄影透镜系统，其特征在于，

当设所述第一透镜的阿贝数为Vd1，所述第二透镜的阿贝数为Vd2时，满足以下条件式：

19<Vd1-Vd2<29--------------------------------(1)。

3.根据权利要求1所述的摄影透镜系统，其特征在于，

对于所述第一透镜，满足以下条件式：

1.68<TTL/2y<1.73------------------------------(2)，

其中，TTL是所述第一透镜的第一面至像面的距离，y是像面中的对角线长度的一半。

4.根据权利要求1所述的摄影透镜系统，其特征在于，

在所述第四透镜的物体侧面，光轴具有正屈光力，且在远离光轴的方向上具有凸形变曲点。

5.根据权利要求1所述的摄影透镜系统，其特征在于，

所述第三透镜满足以下条件式：

1.40<|K3/Kt|<1.85-----------------------------(3)，

其中，K3是第三透镜的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。

6.根据权利要求5所述的摄影透镜系统，其特征在于，

所述第一透镜满足以下条件式：

0.75<|K1/Kt|<0.90-----------------------------(4)，

其中，K1是第一透镜的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。

7.根据权利要求5所述的摄影透镜系统，其特征在于，

所述第二透镜满足以下条件式：

0.45<|K2/Kt|<0.65-----------------------------(5)，

其中，K2是第二透镜的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的摄影透镜系统，其特征在于，

所述第四透镜满足以下条件式：

0.85<|K4/Kt|<1.40----------------------------(6)，

其中，K4是第四透镜的屈光度，Kt是整体透镜系统的屈光度。