CN107850760A - 具有六个透镜部件的相机透镜系统 - Google Patents

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Abstract

一种可具有六个透镜部件的光学成像透镜组件。该光学成像透镜组件可提供74度的视场。第一透镜部件和第四透镜部件可具有正屈光度。第二透镜部件、第三透镜部件和第六透镜部件可具有负屈光度。该第一透镜部件可具有凸对象侧折射表面和凸图像侧折射表面。该第二透镜部件和第五透镜部件可具有凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面。该第四透镜部件可具有凹对象侧折射表面和凸图像侧折射表面。该第六透镜部件可具有凹对象侧折射表面和凹图像侧折射表面。该折射表面可为非球面的。该光学成像透镜组件可具有小于6毫米的总光程长度并且可为被集成到便携式无线通信设备中的数字相机的一部分。

Description

具有六个透镜部件的相机透镜系统
背景技术
技术领域
本发明的实施方案涉及包括非球形表面的透镜的领域；并且更具体地涉及具有六个透镜部件的透镜。
背景技术
小型移动多用途设备诸如智能电话、平板电脑或平板设备和膝上型计算机的出现引发了对高分辨率小外形相机集成在所述设备中的需求。然而，由于常规相机技术的局限性，在此类设备中使用的常规小型相机往往以比利用较大的高品质相机可实现的较低的分辨率和/或较低的图像质量来捕获图像。使用小封装尺寸的相机实现较高的分辨率通常需要使用具有小像素尺寸的光电传感器和高品质的紧凑型成像透镜系统。技术进步已实现了光电传感器的像素尺寸的减小。然而，随着光电传感器变得更加紧凑和强大，对具有改善的成像质量性能的紧凑型成像透镜系统的需求已增加。
发明内容
本公开的实施方案可提供具有大视场(FOV)和大光圈(低Fno)的相机透镜系统设计，该相机透镜系统设计可在低背景光水平下捕获高分辨率图像以用于集成到电子设备中。本公开的实施方案还可提供可并入设备以改变透镜系统焦比并允许调节图像传感器阵列的景深(DOF)或曝光水平的相机透镜系统设计。
在一些实施方案中，该光学成像透镜组件可具有六个透镜部件。第一透镜部件可具有正屈光度。第二透镜部件和第六透镜部件可具有负屈光度。第三透镜部件、第四透镜部件和第五透镜部件可具有正屈光度或负屈光度。该透镜组件可包括响应于所施加的电压而具有可变透光率的电控制的电致变色光圈。该折射表面可为非球面的。
该第一透镜部件可为双凸面形状，或者可为具有凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面的正弯月面透镜。该第二透镜部件可为具有凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面的负弯月面形状。该第三透镜部件可具有凸对象侧屈光度或凹对象侧折射表面，并且可具有凹图像侧折射表面或凸图像侧折射表面。该第四透镜部件可具有凹对象侧折射表面或凸对象侧折射表面，并可具有凸图像侧折射表面。该第五透镜部件可具有凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面。该第六透镜部件可具有凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面。
根据附图并且根据以下详细描述，本发明的其他特征和优点将为显而易见的。
附图说明
通过参考下面的描述和附图，本发明可被最好地理解，该附图用于以举例的方式而非限制的方式示出本发明的实施方案。在图中，其中类似的附图标号指示类似的元件：
图1为包括六个折射透镜元件的透镜系统的示例性实施方案的横截面图示。
图2示出了针对在图1中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图3示出了针对在图1中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图4为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图5示出了针对在图4中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图6示出了针对在图4中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图7为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图8示出了针对在图7中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图9示出了针对在图7中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图10为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图11示出了针对在图10中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图12示出了针对在图10中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图13示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图14示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图15示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图16示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图17示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图18示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图19示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图20示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图21示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图22示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图23示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图24示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图25示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图26示出了具有类似于在图10中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图27为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图28示出了针对在图27中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图29示出了针对在图27中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图30为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图31示出了针对在图30中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图32示出了针对在图30中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图33示出了具有类似于在图30中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图34示出了具有类似于在图30中所示的透镜系统的横截面构造的透镜系统的另一个示例性实施方案的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图35为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图36示出了针对在图35中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图37示出了针对在图35中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图38为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图39示出了针对在图38中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图40示出了针对在图38中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图41为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图42示出了针对在图41中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图43示出了针对在图41中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图44为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图45示出了针对在图44中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图46示出了针对在图44中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图47为包括六个折射透镜元件的透镜系统的另一个示例性实施方案的横截面图示。
图48示出了针对在图47中所示的透镜系统的半视场上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图49示出了针对子图47中所示的透镜系统的470nm至650nm范围内的可见频带上方的球面像差、散光和畸变的多色曲线。
图50A示出了晶片透镜部件的侧视图。
图50B示出了在图50A中所示的晶片透镜部件的立体视图。
图50C示出了在图50A中所示的晶片透镜部件的分解立体视图。
图51示出了另一个晶片透镜部件的侧视图。
图52示出了又一个晶片透镜部件的侧视图。
图53示出了提供可变孔径光阑的电致变色透镜部件的平面图。
图54示出了变迹光圈的平面图。
图55为包括相机模块和相关联的电子电路的相机相关元件的框图。
图56为根据本发明的实施方案的电光可变光圈的剖面图。
图57为根据另一个实施方案的电光可变光圈的剖面图。
图58为又一个实施方案的剖面图。
图59为电光可变光圈的再一个实施方案的剖面图。
图60为可具有至少三种状态(包括中性密度滤光片状态)的相机电光光圈结构的剖面图。
图61示出了被集成在消费电子设备中的相机模块的光学系统，在该消费电子设备中可放置电光光圈。
图62为电光光圈的剖面图。
图63为本发明的实施方案的其中已在成像路径内添加直接连接透明导体层的导电区段的剖面图。
图64为其中集成相机模块的便携式无线通信设备的透视图。
具体实施方式
以下描述示出了许多具体细节。然而，应当理解，可不需要这些具体细节的情况下来实践本发明的实施方案。在其他情况下，尚未详细示出熟知的结构和技术，以免模糊对该描述的理解。
在下面的描述中，参考示出本发明的若干个实施方案的附图。应当理解，其他实施方案也可被利用，并且在不脱离本公开的实质和范围的情况下可进行机械组成改变、结构改变、电气改变、以及操作改变。下面的详细描述不应该被理解为限制性的意义，并且本发明的实施方案的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。
本文中所使用的术语仅是为了描述特定实施方案而并非旨在对本发明进行限制。空间相关术语，诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等可在本文中用于描述的方便，以描述一个元件或特征与另外一个或多个元件或一个或多个特征的关系，如在附图中示出的。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了在附图中所示的取向之外的设备使用或操作过程中的不同取向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件然后可被取向成在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可涵盖在……上方和在……下方这两个取向。设备可以另外的方式进行取向(例如，旋转90度或以其他取向)，并且在本文中使用的空间相对描述词被相应地解释。
如本文所用，单数形式“一个”(“a”,“an”)和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外指出。应当进一步理解，术语“包括”(“comprises”和/或“comprising”)限定了所述特征、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。
如应用于透镜的术语“光轴”或简单的“轴”，指示透镜的旋转对称轴。
如被应用于透镜的术语“元件”指示具有两个相对折射表面的任何单个透明的折射材料块，该表面横向于透镜的光轴设置并且沿该光轴间隔开。
如被应用于透镜的术语“部件”指示：(1)具有两个相对的折射表面的单个透明折射材料块，即元件；或者(2)沿透镜的光轴串联布置的分组的多个此类块，这些块的相邻折射表面或者完全整体接触，护着在具有间隔的情况下以平行关系间隔开，该间隔的量值小到在透镜计算时不被计入。
当圆心在折射表面的图像侧上时，折射表面的半径被表示为正数。当圆心在折射表面的对象侧上时，折射表面的半径被表示为负数。具有正半径的对象侧折射表面为凸的；具有负半径的对象侧折射表面为凹的。具有正半径的图像侧折射表面为凹的；而具有负半径的图像侧折射表面为凸的。如被应用于透镜表面的术语“凸面”指示透镜表面在该表面与光轴相交的位置处为凸的。如被应用于透镜表面的术语“凹面”指示透镜表面在该表面与光轴相交的位置处为凹的。
如被应用于透镜的术语“屈光度”指示透镜在光轴附近使光会聚或发散的程度。“正屈光度”为将光线朝向光轴弯曲(即，使光会聚)的屈光度。“负屈光度”为将光线弯曲远离光轴(即，使光发散)的屈光度。
如被应用于透镜的术语“孔径光阑”或简单的“光阑”指示确定穿过透镜系统的光线束的尺寸的开口。
如本文所用的术语“焦距”是指有效焦距，而不是前焦距和后焦距。
描述了包括光电传感器和具有大视场(FOV)和大光圈(低Fno)的紧凑型透镜系统的小外形相机的实施方案。还描述了包括具有屈光度的五个透镜部件的紧凑型透镜系统(包括具有晶片透镜部件的透镜系统)的各种实施方案。紧凑型透镜系统的这些实施方案可被用于该相机中并提供具有比常规的紧凑型相机中已实现的Fno的更低的Fno(较大光圈)的较大图像。该相机可以小封装尺寸来实现，同时仍然捕获清晰的高分辨率图像，这使得该相机的实施方案适合在小型和/或移动多用途设备诸如移动电话、智能电话、平板电脑或平板计算设备、膝上型电脑、上网本、笔记本电脑、小型笔记本电脑、超极本计算机、监视设备等中使用。然而，该相机的各个方面(例如透镜系统和光电传感器)可按比例放大或缩小，以提供具有更大或更小封装尺寸的相机。此外，该相机系统的实施方案可被实现为独立数字相机。除了静物(单帧捕获)相机应用之外，该相机系统的实施方案可适合在摄像机应用中使用。
描述了有可能应用于具有1/3英寸(6.15mm对角线)传感器的相机的紧凑型透镜系统的实施方案。大光圈透镜系统的示例性实施方案可具有约4.1mm的EFL(有效焦距)、F/1.60和F/1.80的光圈尺寸、以及74度的对角线视场(DFOV)(6.2mm的像圈直径)。还描述了有可能应用于具有6.94mm对角线传感器的相机的紧凑型透镜系统的附加实施方案。此类大光圈透镜系统的示例性实施方案可具有约4.61mm的EFL(有效焦距)、F/2.0的光圈尺寸、和74度的对角线视场(DFOV)(6.94mm的像圈直径)。描述了紧凑型低Fno透镜系统的若干个示例性实施方案。这些透镜系统可被配置为包括电控制的电致变色光圈机构。
图1、图4、图7、图10、图27、图30、图35、图38、图41、图44和图47示出了包括六个折射透镜部件的各种示例性实施方案的透镜部件的横截面视图。这些示例并非旨在进行限制，并且针对透镜系统给出的各种参数可能存在变化，同时仍获得类似的结果。
各种实施方案中的折射透镜部件可由塑料材料组成。在至少一些实施方案中，该折射透镜元件可由注塑成型的塑料材料组成。然而，可使用其他透明光学材料。还需注意，在给定实施方案中，该透镜元件中的不同透镜元件可由具有不同光学特性(例如，不同的色散系数和/或不同的折射率)的材料组成。
该相机还可包括位于第一透镜部件前方(即，对象侧)的前孔径光阑(AS)。尽管图1、图4、图7、图10、图27、图30、图35、图38、图41、图44和图47示出了位于透镜系统的前顶点处或附近的前孔径光阑，但该孔径光阑的位置可距透镜部件的顶点更近或更远。另外，该孔径光阑可位于透镜系统中的其他位置。
该相机还可以但不一定包括位于透镜系统的最后一个透镜部件以及光电传感器之间的红外(IR)滤光片。该IR滤光片可例如由玻璃材料组成。然而，也可使用其他材料。需注意，该IR滤光片不影响透镜系统的有效焦距。另外需注意，除了本文所示出和描述的那些部件之外，该相机还可包括其他部件。
在相机中，该透镜系统在光电传感器表面处或附近的图像平面(IP)处形成图像。远处对象的图像尺寸与透镜系统的有效焦距(f)成正比。透镜系统的总光程长度(TTL)为光轴(AX)上的第一(对象侧)透镜部件的对象侧表面处的前顶点与图像平面之间的距离。对于具有大FOV和低Fno的透镜系统，TTL通常大于有效焦距。
在至少一些实施方案中，该透镜系统可被配置为使得透镜系统的有效焦距f为或约为4.1毫米(mm)，Fno(焦比或Fno)为或约为1.8和1.6，视场(FOV)为或约为74度(尽管可实现更窄或更宽的FOV)，并且总光程(TTL)在约5.4mm至约5.6mm的范围内。在至少两个实施方案中，该透镜系统可被配置为使得透镜系统的有效焦距f为或约为4.62毫米(mm)，Fno(焦比或Fno)为或约为2.0，视场(FOV)为或约为74度(尽管可实现更窄或更宽的FOV)，并且总光程(TTL)在约5.73mm至约5.74mm的范围内。更一般地，透镜系统可被配置为满足关系TTL/f>1.0。
在本文所述的一些示例性实施方案中，该透镜系统可被配置为使得透镜系统的有效焦距f在参考波长555nm下为4.1mm，并且Fno为1.8或1.6。例如，该透镜系统可被配置为具有4.1mm的焦距f和1.8的Fno，以满足特定相机系统应用的指定光学约束、成像约束、和/或封装约束。需注意，Fno(也被称为焦比)被定义为f/D，其中D为入射光瞳(即有效光圈)的直径。作为一个示例，在f＝4.1mm时，利用2.28mm的有效光圈直径来实现1.8的Fno。示例性实施方案还可被配置为具有为或约为74度的视场(FOV)、为或约为37度的半FOV。示例性实施方案的总光程长度(TTL)从约5.4mm变化到约5.6mm。对于示例性实施方案，TTL/f的比率在约1.32至约1.37的范围内变化。
然而，需注意，焦距f、Fno、和/或其他参数可被缩放或调节，以满足其他相机系统应用的光学约束、成像约束和/或封装约束的各种规格。可被指定为特定相机系统应用的要求和/或可针对不同的相机系统应用而变化的针对相机系统的约束包括但不限于焦距f、有效光圈、Fno、视场(FOV)、成像性能要求、以及封装体积或尺寸约束。
在一些实施方案中，该透镜系统可被配备有可调节的虹膜(入射)光瞳或孔径光阑。使用可调节的孔径光阑，Fno(焦比)可在某个范围内动态地变化。例如，如果透镜在f/1.8下得到良好校正，则在给定的焦距f和FOV下，通过调节孔径光阑可使焦比在1.8至8(或更高)的范围内变化，从而假定孔径光阑可被调整到所需的Fno设置。在一些实施方案中，该透镜系统可在相同FOV(例如74度)的图像质量性能下以f/1.6的更快焦比来使用。
在一些实施方案中，该透镜系统还可配备有用于将无穷远处的对象场景(对象场景与相机的距离>20米)聚焦到近处对象距离(<100mm)的聚焦机构。例如，在一些实施方案中，如本文所述的透镜系统可配备有可调节的聚焦机构，其中可移动图像平面处的透镜系统和/或光电传感器，以用于将对象场景聚焦在从大于20米到小于100mm范围内的距离处。
虽然本文可给出值的范围作为其中一个或多个光学参数可动态变化(例如，使用可调节的孔径光阑和/或可调节的焦点)的可调节的相机和透镜系统的示例，但是可实现包括固定(不可调节的)透镜系统的相机系统的实施方案，在该固定透镜系统中，光学参数和其他参数的值在这些范围内。
首先参考如图1和图7所示的实施方案，适合在相机中使用的紧凑型透镜系统110,310可包括六个透镜部件。图1的透镜系统110中的六个透镜部件101至106和图7的透镜系统310中的六个透镜部件301至306各自具有屈光度并且形成具有焦距f的透镜系统。透镜系统110,310中的每个透镜系统的六个透镜部件沿光轴(AX)112,312从对象侧到图像侧被布置如下：
具有正屈光度、焦距f1和凸对象侧表面的第一透镜部件101,301；
具有负屈光度和焦距f2的第二透镜部件102,302；
具有负屈光度和焦距f3的第三透镜部件103,303；
具有正屈光度和焦距f4的第四透镜部件104,304；
具有正屈光度和焦距f5的第五透镜部件105,305；和
具有负屈光度和焦距f6的第六透镜部件106,306。
此外，该六个透镜部件中的每个透镜部件的至少一个表面(对象侧或图像侧)为非球面的。在一些实施方案中，该六个透镜部件中的一个或多个透镜部件的对象侧表面和图像侧表面均为非球面的。
透镜系统110,310在图像传感器118,318的表面上或附近形成图像。覆盖材料116,316诸如覆盖玻璃或红外截止滤光片可被放置在透镜系统110,310和图像传感器118,318之间。前孔径光阑(AS)114,314可位于第一透镜部件101,301的对象侧。
现在参考如图1和图7所示的实施方案，适合在相机中使用的紧凑型透镜系统110和310可包括六个透镜部件。图1的透镜系统110中的六个透镜部件101至106和图7的透镜系统310中的六个透镜部件301至306各自具有屈光度并且形成具有焦距f的透镜系统。透镜系统110的透镜部件101和透镜系统310的透镜部件301具有正屈光度、焦距f1和凸对象侧表面。透镜部件101和透镜部件301也可为双凸面形状。透镜系统110的透镜部件102和透镜系统310的透镜部件302具有负屈光度、焦距f2和凸对象侧表面。透镜部件102和透镜部件302也可为负弯月面形状。透镜系统110的透镜部件103和透镜系统310的透镜部件303具有负屈光度、焦距f3和凹图像侧表面。透镜部件103和透镜部件303也可为负弯月面形状。透镜系统110的透镜部件104和透镜系统310的透镜部件304具有正屈光度、焦距f4和凸图像侧表面。透镜部件104也可为正弯月面形状，并且透镜部件304可为双凸面形状。透镜系统110的透镜部件105和透镜系统310的透镜部件305具有正屈光度、焦距f5和凸对象侧表面。透镜部件105和透镜部件305可为正弯月面形状。透镜系统110的透镜部件106和透镜系统310的透镜部件306具有负屈光度、焦距f6和凹图像侧表面。透镜部件106和透镜部件306可为双凹面形状。
现在参考如图4、图10、图27、图30、图35和图38所示的实施方案，适合在相机中使用的紧凑型透镜系统210,410,510,610,710,810可包括六个透镜部件。图4的透镜系统210中的六个透镜部件201至206、图10的透镜系统410中的六个透镜部件401至406、图27的透镜系统510中的六个透镜部件501至506、图30的透镜系统610中的六个透镜部件601至606、图35的透镜系统710中的六个透镜部件701至706、以及图38的透镜系统810中的六个透镜部件801至806各自具有屈光度并且形成焦距为f的透镜系统。透镜系统210、410、510、610、710和810中的每个系统的六个透镜部件沿光轴(AX)212、412、512、612、712、812从对象侧到图像侧被布置如下：
具有正屈光度、焦距f1和凸对象侧表面的第一透镜部件201、401、501、601、701、801；
具有负屈光度和焦距f2的第二透镜部件202、402、502、602、702、802；
具有负屈光度和焦距f3的第三透镜部件203、403、503、603、703、803；
具有正屈光度和焦距f4的第四透镜部件204、404、504、604、704、804；
具有负屈光度和焦距f5的第五透镜部件205、405、505、605、705、805；以及
具有负屈光度和焦距f6的第六透镜部件206、406、506、606、706、806。
此外，所述六个透镜部件中的每个部件的至少一个表面(对象侧或图像侧)是非球面的。在一些实施方案中，所述六个透镜部件中的一个或多个部件的对象侧表面和图像侧表面均为非球面的。
透镜系统210、410、510、610、710、810在图像传感器218、418、518、618、718、818的表面上或附近形成图像。覆盖材料216、416、516、616、716、816诸如覆盖玻璃或红外截止滤光片可以放置在透镜系统210、410、510、610、710、810和图像传感器218、418、518、618、718、818之间。前孔径光阑(AS)214、414、514、614、714、814可以位于第一透镜部件201、401、501、601、701、801的对象侧。
参考如图4、图10、图27、图30、图35和图38所示的实施方案，适合在相机中使用的紧凑型透镜系统210、410、510、610、710和810可包括六个透镜部件。图4的透镜系统210中的六个透镜部件201至206、图10的透镜系统410中的六个透镜部件401至406、图27的透镜系统510中的六个透镜部件501至506、图30的透镜系统610中的六个透镜部件601至606、图35的透镜系统710中的六个透镜部件701至706以及图38的透镜系统810中的六个透镜部件801至806各自具有屈光度并且形成具有焦距f的透镜系统。透镜系统210的透镜部件201、透镜系统410的透镜部件401、透镜系统510的透镜部件501、透镜系统610的透镜部件601、透镜系统710的透镜部件701和透镜系统810的透镜部件801具有正屈光度、焦距f1和凸对象侧表面。透镜部件201、透镜部件401、透镜部件501、透镜部件601、透镜部件701和透镜部件801也可为双凸面形状。透镜系统210的透镜部件202、透镜系统410的透镜部件402、透镜系统510的透镜部件502、透镜系统610的透镜部件602、透镜系统710的透镜部件702和透镜系统810的透镜部件802具有负屈光度、焦距f2和凸对象侧表面。透镜部件202、透镜部件402、透镜部件502、透镜部件602、透镜部件702和透镜部件802也可为负弯月面形状。透镜系统210的透镜部件203、透镜系统410的透镜部件403、透镜系统510的透镜部件503、透镜系统610的透镜部件603、透镜系统710的透镜部件703和透镜系统810的透镜部件803具有负屈光度、焦距f3和凹对象侧表面。透镜部件203、透镜部件403、透镜部件503、透镜部件603、透镜部件703和透镜部件803也可为负弯月面或双凹面形状。透镜系统210的透镜部件204、透镜系统410的透镜部件404、透镜系统510的透镜部件504、透镜系统610的透镜部件604、透镜系统710的透镜部件704和透镜系统810的透镜部件804具有正屈光度、焦距f4和凸图像侧表面。透镜部件204、透镜部件404、透镜部件504、透镜部件604、透镜部件704和透镜部件804也可为正弯月面形状。透镜系统210的透镜部件205、透镜系统410的透镜部件405、透镜系统510的透镜部件505、透镜系统610的透镜部件605、透镜系统710的透镜部件705和透镜系统810的透镜部件805具有负屈光度、焦距f5和凸对象侧表面。透镜部件205、透镜部件405、透镜部件505、透镜部件605、透镜部件705和透镜部件805可为负弯月面形式。透镜系统210的透镜部件206、透镜系统410的透镜部件406、透镜系统510的透镜部件506、透镜系统610的透镜部件606、透镜系统710的透镜部件706和透镜系统810的透镜部件806具有负屈光度、焦距f6和凹图像侧表面。透镜部件206、透镜部件406、透镜部件506、透镜部件606、透镜部件706和透镜部件806可为双凹面形状。
参考如图41和图44所示的实施方案，适合在相机中使用的紧凑型透镜系统910,1010可包括六个透镜部件。图41的透镜系统910中的六个透镜部件901至906和图44的透镜系统1010中的六个透镜部件1001至1006各自具有屈光度并且形成具有焦距f的透镜系统。透镜系统910,1010中的每个系统的六个透镜部件沿光轴(AX)912,1012从对象侧到图像侧被布置如下：
具有正屈光度、焦距f1和凸对象侧表面的第一透镜部件901,1001；
具有负屈光度和焦距f2的第二透镜部件902,1002；
具有正屈光度和焦距f3的第三透镜部件903,1003；
具有负屈光度和焦距f4的第四透镜部件904,1004；
具有正屈光度和焦距f5的第五透镜部件905,1005；以及
具有负屈光度和焦距f6的第六透镜部件906,1006。
此外，该六个透镜部件中的每个透镜部件的至少一个表面(对象侧或图像侧)为非球面的。在一些实施方案中，该六个透镜部件中的一个或多个透镜部件的对象侧表面和图像侧表面均为非球面的。
透镜系统910,1010在图像传感器918,1018的表面上或附近形成图像。覆盖材料916,1016诸如覆盖玻璃或红外截止滤光片可被放置在透镜系统910,1010和图像传感器918,1018之间。前孔径光阑(AS)914,1014可位于第一透镜部件901,1001的对象侧上。
现在参考如图41和图44所示的实施方案，适合在相机中使用的紧凑型透镜系统910和1010可包括六个透镜部件。图41的透镜系统910中的六个透镜部件901至906和图44的透镜系统1010中的六个透镜部件1001至1006各自具有屈光度并且形成具有焦距f的透镜系统。透镜系统910的透镜部件901和透镜系统1010的透镜部件1001具有正屈光度、焦距f1和凸对象侧表面。透镜部件901和透镜部件1001也可为正弯月面形状。透镜系统910的透镜部件902和透镜系统1010的透镜部件1002具有负屈光度、焦距f2和凸对象侧表面。透镜部件902和透镜部件1002也可为负弯月面形状。透镜系统910的透镜部件903和透镜系统1010的透镜部件1003具有正屈光度、焦距f3和凸对象侧表面。透镜部件903和透镜部件1003也可为双凸面形状。透镜系统910的透镜部件904和透镜系统1010的透镜部件1004具有负屈光度、焦距f4和凹对象侧表面。透镜部件904和透镜部件1004可为负弯月面形状。透镜系统910的透镜部件905和透镜系统1010的透镜部件1005具有正屈光度、焦距f5和凸对象侧表面。透镜部件905和透镜部件1005可为正弯月面形状。透镜系统910的透镜部件906和透镜系统1010的透镜部件1006具有负屈光度、焦距f6和凹图像侧表面。透镜部件906和透镜部件1006可为负弯月面形状。
现在参考如图47所示的实施方案，适合在相机中使用的紧凑型透镜系统1110可包括六个透镜部件。图47的透镜系统1110中的六个透镜部件1101至1106各自具有屈光度并且形成具有焦距f的透镜系统。透镜系统1110中的每个透镜系统的六个透镜部件沿光轴(AX)1112从对象侧到图像侧被布置如下：
具有正屈光度、焦距f1和凸对象侧表面的第一透镜部件1101；
具有负屈光度和焦距f2的第二透镜部件1102；
具有正屈光度和焦距f3的第三透镜部件1103；
具有正屈光度和焦距f4的第四透镜部件1104；
具有正屈光度和焦距f5的第五透镜部件1105；以及
具有负屈光度和焦距f6的第六透镜部件1106。
此外，该六个透镜部件中的每个透镜件的至少一个表面(对象侧或图像侧)为非球面的。在一些实施方案中，该六个透镜部件中的一个或多个透镜部件的对象侧表面和图像侧表面均为非球面的。
透镜系统1110在图像传感器1118的表面上或附近形成图像。覆盖材料1116诸如覆盖玻璃或红外截止滤光片可被放置在透镜系统1110和图像传感器1118之间。前孔径光阑(AS)1114可位于第一透镜部件1101的对象侧。
现在参考如图47所示的实施方案，适合在相机中使用的紧凑型透镜系统1110可包括六个透镜部件。图47的透镜系统1110中的六个透镜部件1101至1106各自具有屈光度并且形成具有焦距f的透镜系统。透镜系统1110的透镜部件1101具有正屈光度、焦距f1和凸对象侧表面。透镜部件1101也可为正弯月面形状。透镜系统1110的透镜部件1102具有负屈光度、焦距f2和凸对象侧表面。透镜部件1102也可为负弯月面形状。透镜系统1110的透镜部件1103具有正屈光度、焦距f3和凸对象侧表面。透镜部件1103也可为双凸面形状。透镜系统1110的透镜部件1104具有正屈光度、焦距f4和凹对象侧表面。透镜部件1104可为正弯月面形状。透镜系统1110的透镜部件1105具有正屈光度、焦距f5和凸对象侧表面。透镜部件1105可为正弯月面形状。透镜系统1110的透镜部件1106具有负屈光度、焦距f6和凹图像侧表面。透镜部件1106可为负弯月面形状。
本文所述的透镜系统的实施方案可将晶片透镜部件用于透镜系统中的任何或所有透镜部件。该晶片透镜部件作为聚合物层压层和平面基板的组合的一个单元而被包括在内。因此，晶片透镜部件的屈光度由一个或多个层压层以及一个或多个平面基板提供。该层压层和平面基板将通常具有不同的特性，诸如折射率和色散系数。这些复合光学材料有助于晶片透镜部件的屈光度，并且在计算晶片透镜或晶片透镜组的屈光度时考虑这些复合材料的折射率。因此，该晶片透镜部件在光学上不同于由单个透明的一块折射材料和晶片透镜的平面基板(可为平面玻璃基板)形成的具有相同几何形状的透镜元件，该晶片透镜的平面基板不被计入透镜计算中。
该晶片透镜部件可由平面基板(可为平面玻璃基板)的一侧或两侧上的聚合物材料或塑料材料的单个或多个层压层组成。在一些实施方案中，该晶片透镜部件可由在每个基板的一侧上具有聚合物材料或塑料材料的单个或多个层压层并且基板的相对侧彼此紧邻的两个平面基板组成。该第一层压层面向对象侧，并且第二层压层面向图像侧。该两个平面基板的平表面可面向彼此，或者完全整体接触，或者在具有间隔的情况下以平行关系间隔开，该间隔的量值小到不被计入透镜计算中。
该晶片透镜部件可包括响应于所施加的电压而提供可变透光率的电致变色层。该电致变色层可能对可变孔径光阑的功能有用。可将电致变色层应用于晶片透镜部件的平面基板。在其他实施方案中，电致变色层可位于第一晶片透镜基板的图像侧平面表面和第二晶片透镜基板的对象侧平面表面之间。该电致变色层可由导电的有机或无机材料诸如金属氧化物和导电聚合物的透明膜层组成。
图50A示出了晶片透镜部件50的侧视图。图50B示出了晶片透镜部件50的立体视图。图50C示出了晶片透镜部件50的分解立体视图。晶片透镜部件50具有平面基板54和光控制元件51，在平面基板的第一平的表面上模制有折射元件55，该光控制元件被应用于平面基板的相对的平的表面。虽然为了清楚起见，将光控制元件51示出为具有相当大的厚度，但是在一些实施方案中，光控制元件可为比图中所建议的薄得多的薄膜。在一些实施方案中，该光控制元件可为1至2微米厚。
该光控制元件51可为包括限定以光轴为中心的透明开口(诸如圆形开口)的不透明材料的孔径光阑的形式。在另一个实施方案中，该光控制元件可为均匀地减小整个表面上的光强度的中性密度滤光片的形式。
在又一个实施方案中，如图54所建议的，光控制元件可为变迹光圈的形式，该变迹光圈通过随着与光轴的距离增大而平滑地增加量来减小光强度。该变迹光圈可从大体上不衰减透射光的中心透明开口到完全衰减透射光的完全不透明的外边缘提供透射光的平滑增加的衰减。在其他实施方案中，该变迹光圈可提供透射光的平滑增加的衰减：其以实质性衰减开始和/或在完全衰减透射光之前结束。例如，变迹光圈可包括以光轴为中心并且通过变迹环连接到不透明外环的透明圆形开口。该变迹环可提供透射光的平滑增加的衰减：其在透明圆形开口的外边缘处开始(在此处为大概20％的实质性衰减)，并且在不透明外环的内边缘处结束(在此处为大概80％的不足完全衰减)。
该光控制元件51可提供可变透光率。在一些实施方案中，该光控制元件可为被应用于平面基板54的导电的有机或无机材料的薄膜层，以提供响应于所施加的电压而具有可变透光率的电致变色透镜部件。在一个实施方案中，该电致变色透镜部件提供可变的中性密度滤光片。
图51示出了另一个晶片透镜部件60的侧视图。该晶片透镜部件60具有平面基板64和光控制元件61，在平面基板的第一平的表面上模制有第一折射元件65，该光控制元件被应用于平面基板的相对的平的表面。第二折射元件66被模制在光控制元件61的一侧上，该光控制元件的该一侧与被应用于平面基板的平的表面的一侧相对。该光控制元件61可为先前结合图50A至图50C所描述的形式中的任一种形式。
图52示出了又一个晶片透镜部件70的侧视图。该晶片透镜部件70具有第一平面基板74，在该第一平面基板的第一平的表面上模制有第一折射元件75。晶片透镜部件70还具有第二平面基板77，在该第二平面基板的第二平的表面上模制有第二折射元件78。第一折射元件75和第二折射元件78被布置成形成晶片透镜部件70的两个外部元件。该光控制元件71被放置在第一平面基板74和第二平面基板77之间，以便由平面基板的与其上模制折射元件75,78的平的表面相对的平的表面支撑。该光控制元件71可为先前结合图50A至图50C所描述的形式中的任一种形式。当光控制元件71较薄例如仅几微米厚时，将该光控制元件放置在两个平面基板74,77之间可能为有利的。
图53示出了提供可变孔径光阑的电致变色透镜部件80的平面图。所示的实施方案包括以光轴为中心的透明圆形开口81。该透明圆形开口81被两个同心环形圈82,83环绕。该同心环形圈可为可在大体上透明到大体上不透明之间调节以提供机械孔径光阑的固态等效物的电致变色膜。
在另一个实施方案中，该电致变色透镜部件可提供图54所示类型的变迹光圈90，该变迹光圈具有跨光圈开口针对通过光学系统传输的光能的可变的强度剖面分布。
图55至图63示出了可用于为本文所述的透镜系统的一些实施方案提供光控制的电致变色透镜部件的实施方案。
图55为相机模块10连同实现相机功能所需的电子电路元件的框图。需注意，可能有在如本领域的普通技术人员所知的消费电子设备中实现的附加功能，例如通信网络接口、显示屏、触摸屏、键盘和音频换能器，但是为了简洁起见，此处并未描述这些功能。相机模块10具有为光学系统的一部分的成像传感器13，该成像传感器还包括聚焦透镜11和电光(E-O)可变光圈14。这些光学部件如图所示而与光轴对准。然而需注意，尽管在该特定示例中，所有光学部件均在一条直线上，但在其他实施方案中，可存在允许部件中的一个或多个部件离开直线定位的反射镜或其他光偏转器。尽管如此，这些部件仍然可被认为“与光轴对准”。图55所示的为可装配在低z高度设备诸如智能电话、平板计算机或膝上型计算机的紧凑范围内的一种特别有效的机构(就封装而言)，其中特别地，所有光学接口大体上平行于设备的外壳的正面或背面来定位。换句话讲，每个光学部件在x-y平面内平放，其中其高度在所示的z方向上被给出。
成像传感器13可为将接口呈现到曝光控制器12以接收用于确定拍摄照片所需的曝光的某些参数的任何常规的固态成像传感器，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器芯片。该传感器参数可包括可由曝光控制器12根据任何合适的曝光控制算法来设置的像素积分时间，该曝光控制算法考虑各种输入变量(例如，场景照明水平以及闪光或频闪照明的可用性)。曝光控制器12可响应于手动快门释放命令(例如，响应于正由设备的用户制动的机械或虚拟快门按钮)来自动执行该算法，以确定合适的曝光设置，并且然后发信号通知成像传感器更新其参数。曝光控制器12可被实现为程序化处理器，或可被实现为完全硬连线逻辑状态机连同所存储的参数选项。在由产生例如静止图片文件(例如，以JPEG格式)或视频文件(例如，以数字电影格式)的较高层相机功能进行进一步处理或分析之前，一旦成像传感器13已在所选择的曝光设置下捕获数字图像，便可将其传送到数字图像存储装置19(例如，固态易失性或非易失性存储器)。
在相机模块10中还包括可包括用于将来自场景的光聚焦到成像传感器13上(从而在成像传感器13的有源像素阵列部分上产生光学图像)的一个或多个透镜部件的聚焦透镜11。该聚焦透镜11可为本文所述的透镜系统中的一个透镜系统。该聚焦透镜11可为定焦光学子系统或实现自动聚焦机构的变焦子系统的一部分。就自动聚焦机构而言，曝光控制器12可针对待进行的每次曝光来设置与透镜位置相关的附加控制参数，如对于本领域普通技术人员显而易见的。
相机模块10还具有出于绘制框图的目的被示出为在光路上被定位在聚焦透镜11前方的电光可变光圈14。在与本文所述的透镜系统的实施方案一起使用时，电光可变光圈14将位于聚焦透镜11内。光圈14有效地实现光瞳，该光瞳的宽度或尺寸为电可变的。光圈14可被定位在沿成像传感器13前方的光轴的任何合适的光圈位置处。当光圈14已被电控制成小的或窄的光瞳时，其准许高度准直的光线进入，这在光学系统的图像平面处产生清晰的焦点。另一方面，当光圈14被配置成大的或宽的光瞳时，准许未准直的光线进入，从而产生在聚焦透镜11正聚焦的对象周围清晰并且可能在其他地方模糊不清的光学图像。光圈14因此确定来自最终在图像平面中聚焦的场景的准入光线的准直程度。光圈14还确定入射光的量或准许多少入射光线进入，并因此确定有多少光到达成像传感器，其中当然光圈越窄，由传感器13所捕获的数字图像便越暗(对于给定积分时间而言)。使用电子驱动器电路15实现对光圈14的有效光瞳尺寸的控制，该电子驱动器电路可产品能够曝光控制器12接收可表示有效光瞳的所需尺寸的控制信号或命令。驱动器电路15将该输入命令转变成被施加到光圈14的输入透明导体的驱动电压，如下所述。
现在转向图56，其示出了根据本发明的实施方案的光圈14的剖面图。如可看出的那样，光圈14具有包括如下各项的叠层：在此示例中被连接到驱动器电路的“+”端子的前透明导体介质17；电解质介质；有源EC介质；以及后透明导体介质20(被连接到驱动器电路的互补端子)。在一个实施方案中，该叠层的元件被形成为彼此接触，如该图中所描绘的那样，即电解质介质被形成为一个层，其表面与后透明导体层20接触，并且其相反表面与有源EC介质例如有源EC层接触，而有源EC介质的表面与前透明导体层17接触。
在一个实施方案中，电解质介质由与后透明导体20相邻并且与离子传导介质接触的离子源介质组成，该离子传导介质进而与有源EC层相邻。此处，形成不与有源EC层接触而与离子导电层接触的离子源层，该离子导电层与有源EC层接触。换句话讲，离子导电层被完全夹置在离子源层与有源EC层之间。这种布置方式还可在光圈14的其他实施方案中发现，例如在图31至图33的剖面图中描绘了这些实施方案。
该离子源层存储当已在透明导体层17,20之间生成足够大的电荷场(该电荷场可以在本文附图的环境中大致垂直指向)时将用于激活EC层的合适的离子例如锂离子。此外，该离子源层应当足够透光或透明，以允许来自场景的光线穿过(在本文附图的环境中在大致垂直方向上)。该离子源层也可被称为反电极层。
该离子导电层允许已由离子源产生的离子在进入有源EC层时具有高移动性。
前透明导体层和后透明导体层17,20被形成在基板16的平的表面上，如图56所示。在本文所有的附图中被出为以透明导体层17开始的该多个层的叠层可在另一个叠层上形成。该基板为如上所述的晶片透镜的元件。该基板可由足够透明以供在消费电子相机的光学系统中使用并且可用于支持透明导体层17、20以及一个或两个折射部件的形成的玻璃、聚碳酸酯或者其他合适的材料、或组合物制成。
透明导体可为例如被形成为相对薄层的氧化铟锡(ITO)层或其他透明导电材料层。透明导体提供导电路径，以将来自驱动器电路的电荷施加于离子源，同时允许来自场景的光线自由通过。在这种情况下，前透明导体层17被形成在前基板16的背面上。需注意，本文对“前”和“后”的提及仅是为了更容易地描述光圈14的结构，而并非旨在以其他方式来进行限制。例如，在一个实施方案中，入射光穿过前基板16进入该叠层，该前基板位于图56所示的叠层的底部处；光圈14还可在来自场景的入射光以相反方向进入光圈例如穿过后基板的情况下工作。
仍然参考图56，在该实施方案中，有源EC层如图所示在其边缘处渐缩，从而形成渐变环而非具有陡突或阶梯状边缘。在从上方观察时这个环形形状非常明显(未示出)。换句话讲，尽管EC层大体上垂直于相机模块10的光轴伸展(参见图55)，但其不具有均匀厚度而是具有渐缩的厚度，该渐缩的厚度在EC层的空的内部区域内下降到基本上为零，如图56所示。在这种情况下，该空的内部区域大体上与光轴对准或以该光轴为中心。EC层的向下渐缩有利于离子导电层的材料填充间隙，从而得到离子导电层的大体上为截头圆锥的形状，如图56中所见的。渐缩的有源EC层因此向光圈14呈现最小光瞳宽度，该光圈在这种情况下与渐缩的有源EC层的底部共同延伸。
在工作中，只要有不充足的电流穿过EC介质的外部区域，光圈14有效地呈现宽光瞳便可在驱动器电路正向前透明导体和后透明导体施加基本上为零的电压时实现。当驱动器增大电压时，迫使离子从电解质介质行进穿过渐缩的有源EC层，这使EC层的外部区域变暗。此处应当注意，EC层的暗度除取决于该点处的电流强度之外，还取决于该点处的厚度。因此，渐缩的EC层中的暗度变化为逐渐的，因为针对给定的固定电压，暗度随着远离中心光轴向外移动而增大。可调整EC层的边缘处的锥形的形状，以便调整光学系统的衍射质量。与在有源EC层内具有陡突边缘的电光光圈相比，这可有助于在成像传感器13(参见图55)上创建更清晰的图像。例如，调整EC层的边缘可有助于通过减小极高频率下的空间频率响应并且增大低空间频率响应(清晰度)来减少颜色混叠伪影。
虽然图中未示出，但是光圈14的顶视图揭示出可与光轴中心对准的内部区域可被形成为任何合适的形状，但预期圆形形状可产生改善的效果，因为其与聚焦透镜11的透镜部件的自然圆形形状匹配。另外，尽管本文中数次提及“环”或“环状”形状，但这并不意味着该形状的外部边界必定也为圆形的，而是形状仅为环形的，因为存在由非空的外部区域环绕的基本上空的内部区域。
EC层的整个激活和去激活过程为可逆的，使得有源EC层的外部区域可从大体上透光(透明)状态转变为有色或暗状态(响应于正穿过其而产生的足够大的电流)并且返回(当移除激活电压时)。
在一个实施方案中，在其透光状态下(例如，在零驱动电压下)，光圈14在所关注的可见频带中具有至少95％的透光率(用于消费电子设备数字摄影)；当接着通过三个“孔径光阑”梯级来减小有效光瞳直径(其中每个梯级以2的平方根或约1.414为因数来减小直径，因此使光瞳的有效面积减半)时，光圈14应仍表现出至少75％的透光率。
在一个实施方案中，现在参考图60，根据图56的具有有源EC介质1的叠层与具有EC介质2的另一个叠层组合。这使得整个结构(图60所示)能够被控制或切换为三个状态，即透光状态、暗孔径光阑(或光阑缩小)状态和中性密度状态，在中性密度状态中，整个光圈显示来自场景的光的强度的大体上均匀的减小(跨所关注的所有可见颜色或波长)。控制电路23将输入请求转变为可变电压源V1和V2的合适的驱动器电压设置，这些合适的驱动器电压设置进而分别使得有源EC介质1,2表现出合适的不透明度。
现在转向图57，其示出了本发明的另一个实施方案的剖面图，其中在这种情况下形成光圈叠层，使得其前透明导体介质或层17为图案化层。特别地，如图57所示，前透明导体层17具有形成在其中的间隙或孔(例如，通过化学或机械蚀刻)，该间隙或孔大体上与光轴对准或以该光轴为中心。该间隙导致穿过有源EC层的位于间隙正下方的一部分生成不充足的电流，以激活EC介质的该一部分。换句话讲，穿过有源EC层生成环状电流(当由驱动器电路施加激活电压时)。这确保光圈叠层的内部区域在高激活电压下保持基本上透光，从而形成最小有效光瞳宽度，该最小有效光瞳宽度大体上与透明导体层17中的间隙共同延伸，并且随着激活电压减小而产生逐渐变大的光瞳宽度。在该实施方案中，EC介质由有源EC层组成，该有源EC层大体上垂直于光轴，但也具有基本上均匀的厚度，如图所示。由驱动器电路所施加的电压可从低水平或最小水平诸如零伏(其在EC层的外部区域中产生较低的不透明度)连续调制或改变为高电压(其在EC层的外部区域中产生较高的不透明度)。
现在参考图58，该剖面图示出了其中光圈叠层的前透明导体层介质17包含也被称为隔离区域的透明导体内部插接区域(即其与前透明导体介质17的外部区域电隔离)的实施方案。该隔离区域可基本上以光轴为中心或与该光轴对准。该区域可保持电浮置或者其可另选地与和前透明导体介质17的外部区域不同的电压相关联，同时该前透明导体介质由驱动器电路驱动至激活电压。该机构再次穿过有源EC层的外部区域来产生环状电流，从而在有源EC层的内部区域中保持非常低的不透明度。因此，类似于上文描述的实施方案，在高驱动电压下，有源EC层的外部区域(其经受环状电流)达到较高的不透明度，而其内部区域基本上没有经受电流或经受非常小的电流，因而保持较低的不透明度。
应当注意，图58的实施方案优于图57的实施方案的另外一个优点可能在于当驱动电压最小并且光瞳尺寸最宽时，通过光圈14的光路的内部区域(以光轴为中心或与该光轴对准)与光路的外部区域(其受到有源EC层的较高不透明度影响)之间的光学性质的差异有所减小。换句话讲，来自场景的穿过光圈14的内部区域的光线将受到与行进穿过外部区域的光线基本上相同的光学特性的影响(假定可忽略图58中尚未前透明导体层17的隔离区域与外部区域之间所示的物理间隙的效应)。图56的实施方案(由于渐缩的有源EC层)和图57的实施方案(由于透明导体层17中的大体的间隙)可能不属于这种情况。
现在转向图59，在光圈叠层的又一个实施方案中，通过在原本可为厚度均匀的离子导电层的对象中形成间隙或孔，离子传导介质或层变成图案化层，如图所示。该孔可大体上与光轴对准或以该光轴为中心，如图所示。这意味着当由驱动器电路施加激活电压时，来自离子源层的不够多的离子将行进穿过离子导电层的(空的)内部区域，并且因此应当不会影响有源EC层的位于该孔正下方的内部区域。因此，有源EC层的内部区域应当不会显著变暗。再次地，在这种情况下使用与图30至图32所述的机构不同的机构来获得最小化有效光瞳宽度。再次地，穿过EC层来生成环状电流(当由驱动器电路施加激活电压时)，以便减小光圈的宽度。光圈的最小宽度或面积可基本上对应于离子导电层中的孔的尺寸。
图61示出了被集成在消费电子设备中的相机模块的光学系统，其中可放置电光光圈。该透镜组件包括透镜和图像传感器。该透镜的对象侧可与消费电子设备的透明外壳壁相邻，使得透镜的光轴延伸穿过该透明外壳壁。电光光圈14被包括在透镜的对象侧上的第一透镜部件中。包括电光光圈14的透镜部件为最靠近透明外壳壁的透镜部件。
现在转向图62，其根据本发明的另一个实施方案示出了电光光圈的剖面图。这里的光圈叠层与图56的实施方案的相似之处在于具有在其上已形成透明导体介质或层17的基板。如上所建议的，该基板可由任何合适的材料诸如蓝宝石或玻璃或其他足够透明的材料制成，可在该基板上形成电光光圈和折射元件的叠层。与透明导体介质17接触的为有源EC层，该有源EC层的相对表面与离子导电层接触。该离子导电层与离子源层接触。该整个夹层结构以前透明导体层和后透明导体层17,20为边界。在图62的实施方案中，还存在已在前透明导体层17与基板之间形成的前防反射和/或红外(IR)切割层。此外，在这种情况下，已通过添加具有内部开口的视觉上不透明的层来限定穿过光圈的成像路径。在该示例中，视觉上不透明的层已被直接施加到基板并被形成在基板与相邻的防反射和/或IR切割层之间。还需注意，在前防反射和/或IR切割层与后防反射层中形成开口，以便允许电接触部(未示出)与前透明导体层和后透明导体层17,20直接连接，从而施加电光光圈的激活电压。在这种情况下，除了进行电接触所需的区域(如图所示)之外，前防反射层和后防反射层和/或IR切割层完全包封或覆盖光圈叠层。
现在转向图63，其示出了本发明的另一个实施方案，其中已通过添加导电区段26来修改图62的叠层。该导电区段在图63中被描述为大约位于成像路径的中心处的将两个透明导体层17,20直接连接的小的电短路。在一个实施方案中，该导电区段或短路26相对较小，例如大约为约10微米厚或宽。可按在某种程度上类似于微电子制造工艺中在集成电路的不同金属层之间形成通路的方式来形成该导电区段。需注意，导电区段26可由与前透明导体介质和后透明导体介质17,20相同的材料制成。
图63还示出了此类“变迹”光圈的示例性电阻电路模型，其中在这种情况下2伏的激活电压被施加到两个透明导体层17,20。导电区段26由于位于成像路径的中心处而将具有约+1伏的中点电压。然而，需注意，跨有源EC介质的电势将从中心处的基本上零伏(由于存在导电区段26)朝向成像路径的周边逐渐变大，这里在周边处高达2伏。这意味着EC介质在中心处具有最低不透明度，并且随着向外移动到周边，不透明度越来越高。还可看出，如果将导电区段26制得较厚或较大，则光圈的最小或最低光瞳尺寸也可较大，因为EC层的两端电压为零伏的区域较大。
虽然图63将导电区段26示出为相对于前透明导体层和后透明导体层17,20以约90°进行取向并更靠近成像路径的横截面的中心而非周边定位，但一种另选方式可用于以不同方式来对导电区段26进行定位和取向或成形。此外，可存在将透明导体层17,20直接连接的多于一个此类离散导电区段或短路。
现在参考图64，其为便携式无线通信设备30的透视图，其中集成使用根据本发明的实施方案的透镜系统的相机模块10。在这种情况下，该设备可为智能电话或平板计算机，从旨在当被用户单手握住时使用这一意义上说，该设备为手持设备。当然，相机模块10可另选地被集成在其他类型的便携式无线设备诸如膝上型计算机或笔记本计算机中，并且该相机模块也可被被集成在非便携式设备诸如台式个人计算机、电视监视器或任在Z轴上具有特别短的轮廓(Z高度)的何其他电子设备内。就智能电话或平板计算机而言，该设备具有其中集成蜂窝网络无线通信电路的外壳，该电路使得设备能够充当移动电话终端或终端站。便携式无线通信设备可具有Z高度在8mm至13mm的范围内的外壳，从而特别适合在其中接收具有在6mm至9mm的范围内的Z高度的相机模块。本文描述的透镜系统适用于创建可用于此类相机模块的具有低Fno和宽视场的紧凑型透镜系统。
图1为具有为单个透镜元件的第一透镜部件L1101的紧凑型透镜系统110的示例性实施方案的横截面图示。孔径光阑AS 114位于第一透镜部件L1101的对象侧。透镜系统110包括具有屈光度的六个透镜部件101至106。透镜系统110的部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1101布置到第六图像侧透镜部件L6106(在图中从左到右)。该透镜系统110在光电传感器118的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片116可位于第六透镜部件L6106和光电传感器118之间。
透镜系统110的第四透镜部件L4104具有正屈光度、正焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统110的透镜部件L4为正弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴112处测得。另外，R8>R7-D7，其中D7为透镜在光轴112处的厚度。
图2示出了如图1所示以及表1A和表1B所描述的透镜系统110在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图3示出了如图1所示以及表1A和表1B所描述的透镜系统110的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图4为具有带有正屈光度的第一透镜部件L1201的紧凑型透镜系统210的另一个示例性实施方案的横截面图示。孔径光阑AS 214位于第一透镜部件L1201的对象侧。透镜系统210包括具有屈光度的六个透镜部件201至206。透镜系统210的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1201布置到第六图像侧透镜部件L6206(在图中从左到右)。透镜系统210在光电传感器218的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片216可位于第六透镜部件L6205和光电传感器218之间。
透镜系统210的六个透镜部件L1201、L2202、L3203、L4204、L5205、L6206可由具有如表2A所列出的折射率和色散系数的塑料材料组成。
透镜系统210的第四透镜部件L4204具有正屈光度、正焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统210的透镜部件L4为正弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴212处测得。另外，R8>R7-D7，其中D7为透镜在光轴212处的厚度。
图5示出了如图4所示以及表2A和表2B所描述的透镜系统210在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图6示出了如图4所示以及表2A和表2B所描述的透镜系统210的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图7为具有第一透镜部件L1301的紧凑型透镜系统310的另一个示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有正屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 314被施加到第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统310包括具有屈光度的六个透镜部件301至306。透镜系统310的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1301布置到第六图像侧透镜部件L6306(在图中从左到右)。透镜系统310在光电传感器318的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片316可位于第六透镜部件L6306和光电传感器318之间。
孔径光阑314可为以光轴为中心的开口(诸如圆形开口)形式的固定孔径光阑。该系统可被配置为包括电致变色光圈机构，以提供响应于所施加的电压具有可变透光率的电致变色透镜部件形式的孔径光阑。电致变色光圈部件可提供可通过所施加的电压而调节的中心透明开口，该所施加的电压跨光圈开口针对通过光学系统传输的光能来提供可变强度剖面分布。
透镜系统310的第四透镜部件L4304具有正屈光度、正焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统310的透镜部件L4为双凸面形状并且具有正的顶点曲率半径R7和负的顶点半径R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴312处测得。另外，R8<R7-D7，其中D7为透镜在光轴312处的厚度。
图8示出了如图7所示以及表3A和表3B所描述的透镜系统310在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图9示出了如图7所示以及表3A和表3B所描述的透镜系统310的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图10为具有第一透镜部件L1401的紧凑型透镜系统410的另一个示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 414被施加到第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统410包括具有屈光度的六个透镜部件401至406。透镜系统410的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1401布置到第六图像侧透镜部件L6406(在图中从左到右)。透镜系统410在光电传感器418的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片416可位于第六透镜部件L6406和光电传感器418之间。
孔径光阑414可为以光轴为中心的开口(诸如圆形开口)形式的固定孔径光阑。该系统可被配置为包括电致变色光圈机构，以提供响应于所施加的电压具有可变透光率的电致变色透镜部件形式的孔径光阑。电致变色光圈部件可提供可通过所施加的电压而调节的中心透明开口，该所施加的电压跨光圈开口针对通过光学系统传输的光能来提供可变强度剖面分布。
透镜系统410的第四透镜部件L4404具有正屈光度、正焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统410的透镜部件L4为正弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴412处测得。另外，R8>R7-D7，其中D7为透镜在光轴412处的厚度。
图11示出了如图10所示以及表4A和表4B所描述的透镜系统410在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图12示出了如图10所示以及表4A和表4B所描述的透镜系统410的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图13示出了横截面图示与如图10所示并且具有表5A和表5B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图14示出了横截面图示与如图10所示并且具有表5A和表5B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图15示出了横截面图示与如图10所示并且具有表6A和表6B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图16示出了横截面图示与如图10所示并且具有表6A和表6B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图17示出了横截面图示与如图10所示并且具有表7A和表7B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图18示出了横截面图示与如图10所示并且具有表7A和表7B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图19示出了横截面图示与如图10所示并且具有表8A和表8B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图20示出了横截面图示与如图10所示并且具有表8A和表8B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图21示出了横截面图示与如图10所示并且具有表9A和表9B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图22示出了横截面图示与如图10所示并且具有表9A和表9B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图23示出了横截面图示与如图10所示并且具有表10A和表10B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图24示出了横截面图示与如图10所示并且具有表10A和表10B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图25示出了横截面图示与如图10所示并且具有表11A和表11B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图26示出了横截面图示与如图10所示并且具有表11A和表11B中所描述的光学处方的透镜系统410类似的另一个示例性实施方案的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图27为具有第一透镜部件L1501的紧凑型透镜系统510的另一个示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 514被施加到第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统510包括具有屈光度的六个透镜部件501至506。透镜系统510的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1501布置到第六图像侧透镜部件L6506(在图中从左到右)。透镜系统510在光电传感器518的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片516可位于第六透镜部件L6506和光电传感器518之间。
透镜系统510可配备有标准虹膜型孔径光阑并与该标准虹膜型孔径光阑一起使用。透镜系统510还可配备由电致变色光圈，该光圈包括响应于所施加的电压而具有可变透光率的导电有机聚合物或无机材料的透明层。
透镜系统510的第四透镜部件L4504具有正屈光度、正焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统510的透镜部件L4为正弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴512处测得。另外，R8>R7-D7，其中D7为透镜在光轴512处的厚度。
图28示出了如图27所示以及表12A和表12B所描述的透镜系统510在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图29示出了如图27所示以及表12A和表12B所描述的透镜系统510的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图30为具有第一透镜部件L1601的紧凑型透镜系统610的示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 614被施加到第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统610包括具有屈光度的六个透镜部件601至606。透镜系统610的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1601布置到第六图像侧透镜部件L6606(在图中从左到右)。透镜系统610在光电传感器618的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片616可位于第六透镜部件L6606和光电传感器618之间。
透镜系统610可配备有标准虹膜型孔径光阑并与该标准虹膜型孔径光阑一起使用。透镜系统610还可配备有电致变色光圈，该光圈包括响应于所施加的电压而具有可变透光率的导电有机聚合物或无机材料的透明层。
透镜系统610的第四透镜部件L4604具有正屈光度、正焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统610的透镜部件L4为正弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴612处测得。另外，R8>R7-D7，其中D7为透镜在光轴612处的厚度。
图31示出了如图30所示以及表13A和表13B所描述的透镜系统610在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图32示出了如图30所示以及表13A和表13B所描述的透镜系统610的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图33示出了横截面图示与如图30所示并且具有表14A和表14B中所描述的光学处方的透镜系统610类似的另一个示例性实施方案在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至650nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图34示出了横截面图示与如图30所示并且具有表14A和表14B中所描述的光学处方的透镜系统610类似的另一个示例性实施方案的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图35为具有第一透镜部件L1701的紧凑型透镜系统710的示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 714被施加到第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统710包括具有屈光度的六个透镜部件701至706。透镜系统710的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1701布置到第六图像侧透镜部件L6706(在图中从左到右)。透镜系统710在光电传感器718的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片716可位于第六透镜部件L6706和光电传感器718之间。
透镜系统710可配备有标准虹膜型孔径光阑并与该标准虹膜型孔径光阑一起使用。透镜系统710还可配备有电致变色光圈，该光圈包括响应于所施加的电压而具有可变透光率的导电有机聚合物或无机材料的透明层。
透镜系统710的第四透镜部件L4704具有正屈光度、正焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统710的透镜部件L4为正弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴712处测得。另外，R8>R7-D7，其中D7为透镜在光轴712处的厚度。
图36示出了如图35所示以及表15A和表15B所描述的透镜系统710在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至750nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图37示出了如图35所示以及表15A和表15B所描述的透镜系统710的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图38为具有第一透镜部件L1801的紧凑型透镜系统810的示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 814被施加到第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统810包括具有屈光度的六个透镜部件801至806。透镜系统810的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1801布置到第六图像侧透镜部件L6806(在图中从左到右)。透镜系统810在光电传感器818的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片816可位于第六透镜部件L6806和光电传感器818之间。
透镜系统810可配备有标准虹膜型孔径光阑并与该标准虹膜型孔径光阑一起使用。透镜系统810还可配备有电致变色光圈，该光圈包括响应于所施加的电压而具有可变透光率的导电有机聚合物或无机材料的透明层。
透镜系统810的第四透镜部件L4804具有正屈光度、正焦距f4和凸对象侧表面。此外，透镜系统810的透镜部件L4为正弯月面形状并且具有正的顶点曲率半径R7和负的顶点曲率半径R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴812处测得。另外，R8<R7-D7，其中D7为透镜在光轴812处的厚度。
图39示出了如图38所示以及表16A和表16B所描述的透镜系统810在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至750nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图40示出了如图38所示以及表16A和表16B所描述的透镜系统810的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图41为具有第一透镜部件L1901的紧凑型透镜系统910的示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 914被应用于第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统910包括具有屈光度的六个透镜部件901至906。透镜系统910的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L1901布置到第六图像侧透镜部件L6906(在图中从左到右)。透镜系统910在光电传感器918的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片916可位于第六透镜部件L6906和光电传感器918之间。
透镜系统910可配备有标准虹膜型孔径光阑并与该标准虹膜型孔径光阑一起使用。透镜系统910还可配备有电致变色光圈，该光圈包括响应于所施加的电压而具有可变透光率的导电有机聚合物或无机材料的透明层。
透镜系统910的第四透镜部件L4904具有负屈光度、负焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统910的透镜部件L4为负弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和负的顶点曲率半径R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴912处测得。另外，R8<R7-D7，其中D7为透镜在光轴912处的厚度。
图42示出了如图41所示以及表17A和表17B所描述的透镜系统910在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至750nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图43示出了如图41所示以及表17A和表17B所描述的透镜系统910的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图44为具有第一透镜部件L11001的紧凑型透镜系统1010的示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 1014被施加到第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统1010包括具有屈光度的六个透镜部件1001至1006。透镜系统1010的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L11001布置到第六图像侧透镜部件L61006(在图中从左到右)。透镜系统1010在光电传感器1018的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片1016可位于第六透镜部件L61006和光电传感器1018之间。
透镜系统1010可配备有标准虹膜型孔径光阑并与该标准虹膜型孔径光阑一起使用。透镜系统1010还可配备有电致变色光圈，该光圈包括响应于所施加的电压而具有可变透光率的导电有机聚合物或无机材料的透明层。
透镜系统1010的第四透镜部件L41004具有负屈光度、负焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统1010的透镜部件L4为负弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和负的顶点曲率半径R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴1012处测得。另外，R8<R7-D7，其中D7为透镜在光轴1012处的厚度。
图45示出了如图44所示以及表18A和表18B所描述的透镜系统1010在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至750nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图46示出了如图44所示以及表18A和表18B所描述的透镜系统1010的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
图47为具有第一透镜部件L11101的紧凑型透镜系统1110的示例性实施方案的横截面图示，该第一透镜部件具有屈光度并且具有凸对象侧表面。孔径光阑AS 1114被施加到第一透镜部件L1的对象侧。透镜系统1110包括具有屈光度的六个透镜部件1101至1106。透镜系统1110的多个部分沿透镜系统的光轴AX从第一对象侧透镜部件L11101布置到第六图像侧透镜部件L61106(在图中从左到右)。透镜系统1110在光电传感器1118的表面处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片1116可位于第六透镜部件L61106和光电传感器1118之间。
透镜系统1110可配备有标准虹膜型孔径光阑并与该标准虹膜型孔径光阑一起使用。透镜系统1110还可配备有电致变色光圈，该光圈包括响应于所施加的电压而具有可变透光率的导电有机聚合物或无机材料的透明层。
透镜系统1110的第四透镜部件L41104具有正屈光度、正焦距f4和凹对象侧表面。此外，透镜系统1110的透镜部件L4为正弯月面形状并且具有负的顶点曲率半径R7和R8，其中R7为对象侧表面的半径，并且其中R8为图像侧表面的半径，这两个半径的值均在光轴1112处测得。另外，R8<R7-D7，其中D7为透镜在光轴1112处的厚度。
图48示出了如图47所示以及表19A和表19B所描述的透镜系统1110在半视场(HFOV＝37.0度)上方和470nm至750nm范围内的可见光谱带上方的多色光线像差曲线。
图49示出了如图47所示以及表19A和表19B所描述的透镜系统1110的球面像差、散光场曲线和畸变的色度变化的多色曲线。
下面的表提供了如本文所述和图1、图4、图7、图10、图27、图30、图35、图38、图41、图44和图47所示的透镜系统的实施方案的各种光学参数和物理参数的示例性值。这些表可被描述为向示例性透镜系统提供光学处方。例如，表1A和表1B为具有如图1所示的六个透镜部件的透镜系统110的示例性实施方案提供光学处方。
在表中，除非另外指明，否则所有的尺寸均以毫米计。正半径指示曲率中心在表面的图像侧。负半径指示曲率中心在表面的对象侧。“INF”代表无穷远(如在光学中所用)。“ASP”指示非球面表面，并且“FLT”指示平坦表面。厚度(或分离度)为从表面与光轴的交点到下一个表面与光轴的交点的轴向距离。设计波长表示成像系统的光谱带中的波长。
对于透镜元件、窗口、晶片基板和IR滤光片的材料，提供氦d线波长处的折射率Nd，以及相对于d线与氢的C线和F线的色散系数Vd。色散系数Vd可由以下公式定义：
Vd＝(Nd-1)/(NF–NC)，
其中NF和NC分别为材料在氢的F线和C线处的折射率值。
参考非球面常数的表(表1B、表2B、表3B、表4B、表5B、表6B、表7B、表8B、表9B、表10B、表11B、表12B、表13B、表14B、表15B、表16B、表17B、表18B和表19B)，描述非球面表面的非球面公式可由下式给出：
其中Z为平行于Z轴的表面的垂度(对于所有实施方案，Z轴均与光轴重合)；
c为表面的曲率(表面曲率半径的倒数)；
K为圆锥常数；并且
A、B、C、D、E、F和G为非球面系数。
在表中，“E”表示指数符号(10的幂次)。
表20A和表20B示出了上述透镜系统的十九个实施方案的各种特性的数据。这些特性和特性的组合可用于表征本文所述类型的透镜系统。
需注意，下表中针对透镜系统的各种实施方案中的各种参数给出的值为作为示例给出的，而并非旨在进行限制。例如，示例性实施方案中的一个或多个透镜元件的一个或多个表面的一个或多个参数，以及组成这些元件的材料的参数可被赋予不同的值，同时仍然为透镜系统提供类似的性能。特别地，需注意，表中的一些值可使用如本文所述的透镜系统的实施方案针对相机的更大或更小的具体实施来按比例放大或缩小。
另外需注意，如表中所示的透镜系统的各种实施方案中的元件的表面编号(Si)从对象平面处的第一表面0到图像平面处的最后一个表面列出。由于元件的数量和位置可在实施方案中变化，因此与一些元件对应的一个或多个表面编号可在不同的表中变化。例如，对于表1A、表2A、……、表19A中所示的透镜系统，孔径光阑为表面2，并且表面3为虚拟表面。第一透镜元件具有在表1A至表19A中所示的透镜系统的表面4和表面5。需注意，在参考本文档中的透镜元件的表面的曲率半径(Ri)的情况下所，使用的参考曲率半径(Ri)(例如，对于第一透镜部件的表面，R1和R2)对于所有实施方案均为相同的。但是这些表面编号可以但不一定对应于如表中给出的透镜部件的表面编号。
透镜系统的有效焦距由f给出。透镜系统的总光程长度(TTL)为沿光轴在第一部件L1的对象侧表面与图像平面之间的距离。透镜系统被配置为使得所述透镜系统的比率(TTL/f)满足关系：
1.2<TTL/f<1.4
可位于前对象侧透镜部件L1附近的孔径光阑AS可确定透镜系统的入射光瞳。透镜系统的焦比或Fno被定义为透镜系统的有效焦距f除以入射光瞳直径。IR滤光片118可用于阻挡可能损坏或不利地影响光电传感器的红外辐射并可被配置为对f没有影响。
本文所述的透镜系统的实施方案涵盖了从470纳米(nm)到650nm的光谱的可见光区域中以555nm为参考波长的应用。下面的表中的光学处方由于在470nm至650nm光谱中具有所规定的Fno而提供高图像质量。
示例性透镜系统的六个透镜部件L1、L2、L3、L4、L5和L6可由具有如表中所列出的折射率和色散系数的塑料材料组成。在至少一些实施方案中，可将三种类型的塑料材料用于透镜部件。透镜部件L1、L3和L5可由色散系数V1为55.9的第一塑料材料组成，透镜部件L2和L4可由色散系数V2为21.5的第二塑料材料组成，并且透镜部件L6可由色散系数V3为20.3的第三塑料材料组成。在其他实施方案中，可使用具有相似色散系数的塑料材料。期望的是，用于具有负屈光度的第二透镜部件L2的塑料材料的色散系数V2远远小于用于透镜部件L1的塑料材料的色散系数。将这些塑料材料应用于透镜部件允许透镜系统针对可见光区上的色差得到优化和校正。
可选择透镜部件的材料并可计算透镜部件的屈光度分布，以满足有效焦距f和场曲率或珀兹伐和(Petzval sum)的校正。通过如表中所示调节透镜部件的曲率半径和非球面系数或几何形状以及轴向分离度，可减小光学像差的单色变化和色度变化，以产生得到良好校正与平衡的最小化残余像差。
虽然附图中描述并且示出了某些示例性实施例，但应当理解，此类实施例仅为示例性的并对广义发明不具有限制性，并且本发明不限于所示和所述的具体构造和布置，因为本领域的普通技术人员可进行各种其他修改。因此要将描述视为示例性的而非限制性的。
表1A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表1B
表2A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表2B
表3A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表3B
表4A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表4B
表5A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表5B
表6A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表6B
表7A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表7B
表8A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表8B
表9A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表9B
表10A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表10B
表11A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表11B
表12A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表12B
表13A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表13B
表14A
Si：表面i
Ri：表q面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长q：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表14B
表15A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表15B
表16A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表16B
表17A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表17B
表18A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表18B
表19A
Si：表面i
Ri：表面i的半径
Di：表面i和表面i+1之间的沿光轴的距离
Nd：材料相对于d线的折射率
Vd：材料相对于d线的色散系数
fl：555nm处的透镜部件的焦距
设计波长：650nm，610nm，555nm，510nm，470nm
表19B
表20A
表20B

Claims (20)

1.一种光学成像透镜组件，所述光学成像透镜组件从对象侧到图像侧依次包括：
第一透镜部件，所述第一透镜部件具有正屈光度和凸对象侧折射表面；
第二透镜部件，所述第二透镜部件具有负屈光度、凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面；
第三透镜部件，所述第三透镜部件具有屈光度；
第四透镜部件，所述第四透镜部件具有屈光度和凸图像侧折射表面；
第五透镜部件，所述第五透镜部件具有屈光度、凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面；和
第六透镜部件，所述第六透镜部件具有负屈光度和凹图像侧折射表面。
2.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中所述第四透镜部件具有正屈光度。
3.根据权利要求2所述的光学成像透镜组件，其中所述第三透镜部件具有负屈光度。
4.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中所述第一透镜部件具有凸图像侧折射表面。
5.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中所述第四透镜部件具有凹对象侧折射表面。
6.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中所述第六透镜部件具有凹对象侧折射表面。
7.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中满足以下关系：
-2.4<f2/f<-1.3。
8.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中满足以下关系：
-1.6<f6/f<-0.7。
9.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中满足以下关系：
-1.5<(R1+R2)/(R1-R2)<-0.7。
10.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中满足以下关系：
1.2<(R3+R4)/(R3–R4)<4.7。
11.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中满足以下关系：
-0.3<(R11+R12)/(R11–R12)<2.9。
12.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中满足以下关系：
0.7<R9/R10<1.7。
13.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中所述六个透镜部件中的每个透镜部件的所述对象侧折射表面或所述图像侧折射表面中的至少一者为非球面的。
14.根据权利要求1所述的光学成像透镜组件，其中所述六个透镜部件中的每个透镜部件的所述对象侧折射表面和所述图像侧折射表面均为非球面的。
15.一种便携式无线通信设备，包括：
外壳；和
数字相机，所述数字相机被集成在所述外壳内部，所述数字相机具有光学成像透镜组件，所述光学成像透镜组件从对象侧到图像侧依次包括：
第一透镜部件，所述第一透镜部件具有正屈光度和凸对象侧折射表面；
第二透镜部件，所述第二透镜部件具有负屈光度、凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面；
第三透镜部件，所述第三透镜部件具有屈光度；
第四透镜部件，所述第四透镜部件具有屈光度和凸图像侧折射表面；
第五透镜部件，所述第五透镜部件具有屈光度、凸对象侧折射表面和凹图像侧折射表面；和
第六透镜部件，所述第六透镜部件具有负屈光度和凹图像侧折射表面。
16.根据权利要求15所述的便携式无线通信设备，其中所述第三透镜部件具有负屈光度。
17.根据权利要求15所述的便携式无线通信设备，其中所述第一透镜部件具有凸图像侧折射表面。
18.根据权利要求15所述的便携式无线通信设备，其中所述第四透镜部件具有凹对象侧折射表面。
19.根据权利要求15所述的便携式无线通信设备，其中所述第六透镜部件具有凹对象侧折射表面。
20.根据权利要求15所述的便携式无线通信设备，其中所述光学成像透镜组件具有小于6毫米的总光程长度。
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