CN111610620A - 相机镜头模块 - Google Patents

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Abstract

提供了一种相机镜头模块，包括从物体侧到图像侧依序布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中所述第一透镜具有正折射力，所述第二透镜具有负折射力，所述第三透镜具有正折射力，所述第四透镜具有正折射力，以及所述第五透镜具有负折射力，其中所述第三透镜在所述物体侧上具有凸面且在所述图像侧上具有凹面，以及其中所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的折射率N1、N3、N4、N5分别满足以下条件表达式：1.5<N1、N3、N4、N5<1.6。

Description

相机镜头模块
本申请是申请日为2012年4月27日、申请号为2016108391394、发明名称为“相机镜头模块”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种相机镜头模块(camera lens module)，更具体地，涉及一种配置为包括五个镜头片的相机镜头模块，从而实现小尺寸高分辨率。
背景技术
移动终端随着其使用量的增加而逐渐得到发展，并且各种功能和服务也因此得到发展。便携式终端(例如移动终端或智能手机)具有用于拍摄照片或移动图像的相机，并且提供用于存储所拍摄的图像或执行视频通信的服务。近年来，相机模块已经被安装在大部分便携式终端中。也就是说，对于微型相机模块的需求迅速增加。
在微型相机模块中，高分辨率随着镜头片的数量增加而得以实现。近年来的相机模块具有将镜头的一部分移动到光轴的内置自动对焦(AF)功能。AF模块是用于移动镜头的传统驱动装置，并且曾将音圈电机(VCM)用作AF模块。
VCM是根据弗莱明左手定则基于通过在扬声器的线圈中流动的音流(voicecurrent)与永磁铁的磁力之间产生的力而使膜片振动的原理开发的电机。VCM在镜头上以短距离执行直线往复运动。
发明内容
技术问题
本发明的构想在于解决上述问题。因此，本发明的一个目的在于提供一种安装在相机模块中的相机镜头模块，使得能够实现高分辨率并允许装置尺寸变薄(slim)，从而以高速执行变焦操作。
技术方案
根据本发明的一个方案，提供一种相机镜头模块，其中从物体侧依序布置第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头，并且第一镜头在沿光轴移动的同时执行变焦操作。
第一镜头沿光轴可以是可移动的。
光阑(stop)可以设置在第一镜头的物体侧表面上。
第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头可以由塑料形成。
第一镜头可以具有正折射力。
第二镜头可以具有负折射力。第二镜头可以呈弯月(meniscus)形，其中第二镜头的上侧表面朝向物体侧凹入。
第三镜头可以具有正折射力。第三镜头可以呈弯月形，其中第三镜头的上侧表面朝向物体侧凹入。
第四镜头可以具有正折射力。第四镜头可以呈弯月形，其中第四镜头的物体侧表面朝向图像侧凹入。
第五镜头可以具有负折射力。
第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头中的至少一个可以具有形成为非球面的至少一个表面。
第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头中的每一个可以具有形成为非球面的至少一个表面。第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头中的每一个可以具有形成为非球面的至少一个表面。第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头中的每一个可以具有形成为非球面的两个表面。
第三镜头的上侧表面可以具有反曲点(inflection point)。第四镜头的上侧表面可以具有反曲点。
第五镜头的物体侧表面和上侧表面中的每一个可以具有一个或多个反曲点。
红外滤色镜可以布置在第五镜头和成像表面之间。
相机镜头模块可以满足以下条件表达式中的一个或多个。
(条件表达式1)0.5<f1/fz1<1.5
(条件表达式2)0.5<f1/fz2<1.5
(条件表达式3)0.5<f1/fz3<1.5
(条件表达式4)0.1<d1<0.4
(条件表达式5)0.15<d3<0.51
(条件表达式6)0.5<∑T/fz1<1.5
(条件表达式7)0.5<∑T/fz2<1.5
(条件表达式8)0.5<∑T/fz3<1.5
(条件表达式9)1.5<N1<1.6
(条件表达式10)1.6<N2<1.7
(条件表达式11)1.5<N3<1.6
(条件表达式12)1.5<N4<1.6
(条件表达式13)1.5<N5<1.6
(条件表达式14)50<V1<60
(条件表达式15)20<V2<30
(条件表达式16)50<V3<60
(条件表达式17)50<V4<60
(条件表达式18)50<V5<60
(条件表达式19)4.7<∑T<5.9
(条件表达式20)2.0<F系数(F-number)<3.0
这里，f1表示第一镜头的焦距；fz1、fz2和fz3分别表示在光学系统中的第一变焦位置、第二变焦位置和第三变焦位置处的焦距；d1和d3分别表示在第一变焦位置和第三变焦位置处的第一镜头和第二镜头的中心之间的空气间隔；∑T表示从第一镜头的物体侧表面到成像表面的距离；N1、N2、N3、N4和N5分别表示第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头的折射率；以及V1、V2、V3、V4和V5分别表示第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头的阿贝系数(Abbe number)。
有益效果
根据如上所述配置的相机镜头模块，光学系统被配置为允许配置为包括五个镜头片的光学系统的第一镜头执行变焦操作，使得能够制造小尺寸高分辨率光学系统，并且能够以高速执行变焦操作。
附图说明
图1为根据本发明的相机镜头模块的配置视图。
图2至图4为示出根据本发明的实施例的彗形像差(coma aberrations)特性的图。
图5至图7为示出根据本发明的实施例的镜头像差特性的图。
图8至图10为示出根据本发明的实施例的调制传递函数(MTF)特性的图。
图11至图13为示出根据本发明的实施例的离焦(through-focus)特性的图。
具体实施方式
在下文中，将参考示出了本发明实施例的附图更全面地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式体现且不应被解释为局限于在此提出的实施例。更确切地，提供这些实施例是用以使该公开内容详尽，并将本发明的范围充分地传达给本领域普通技术人员。
应当理解，当元件被称为“耦接”或“连接”至另一个元件时，其能够直接耦接或连接至另一个元件，或者也可以存在插入元件。相反地，当元件被称为“直接耦接”或“直接连接”至另一个元件时，则不存在插入元件。
在附图中，为了清晰起见，层、膜和区域的厚度被放大。类似的附图标记表示类似的元件。
图1为根据本发明的相机镜头模块的配置视图。图1为示出基于光轴Zo的镜头的布置状态的配置侧视图。
参照图1，根据本发明的相机镜头模块被配置为光学系统，其中从物体依序布置五个镜头片，即第一镜头12、第二镜头14、第三镜头16、第四镜头18和第五镜头20。五个镜头片可以由各种材料形成。例如，五个镜头片都可以由塑料形成。
用于过滤红外波长的红外滤色镜22和成像表面24设置在第五镜头20的后面。成像表面24是其上形成有图像的表面，并且诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等图像传感器被安装在成像表面24上。
在第一镜头12、第二镜头14、第三镜头16、第四镜头18和第五镜头20的配置的以下说明中，术语“物体侧表面”是指基于光轴面向物体的镜头的表面，以及“上侧表面”是指基于光轴面向成像表面24的镜头的表面。
第一镜头12具有正(+)折射力。如图1所示，光学系统的光阑10设置在第一镜头12的物体侧表面S1上。
在本发明中，通过仅将第一镜头12移动到光轴来实现光学系统的变焦操作。第一镜头12可以通过促动器沿光轴移动。
因此，通过将光阑10设置在第一镜头12的物体侧表面S1上并仅移动第一镜头12来执行变焦操作。因此，尽管该光学系统配置有五个镜头片，具有高分辨率的相机镜头模块能够被设计得很薄。另外，当从广角位置(wide position)到长焦位置(tele position)执行变焦操作时，高速变焦操作是可行的。
第二镜头14具有负(-)折射力。例如，第二镜头14呈弯月形，其中第二镜头14的上侧表面S4朝向物体侧凹入。
第三镜头16具有正(+)折射力。例如，第三镜头16呈弯月形，其中第三镜头16的上侧表面S6朝向物体侧凹入。第三镜头16的上侧表面S6具有反曲点。
第四镜头18具有正(+)折射力。第四镜头18呈弯月形，其中第四镜头18的物体侧表面S7朝向图像侧凹入。第四镜头18的上侧表面S8具有反曲点。
第五镜头20具有负(-)折射力。第五镜头20的物体侧表面S9和上侧表面S8中的每一个具有一个或多个反曲点。
第一镜头12、第二镜头14、第三镜头16、第四镜头18和第五镜头20中的至少一个可以具有形成为非球面的至少一个表面。在本图所示的实施例中，第一镜头12、第二镜头14、第三镜头16、第四镜头18和第五镜头20都具有形成为非球面的两个表面。将参考下表详细描述所有镜头的两个表面都形成为非球面的实施例。
本发明提供了用于经由上述光学系统的配置来改善镜头的分辨率、修正色差以及降低畸变像差(distortion aberration)的条件。以下条件表达式和实施例示出了增加本发明的操作效果的示例性实施例，并且对本领域技术人员而言在以下条件下配置本发明必然是显而易见的。例如，即使当本发明仅满足以下条件表达式中的一些时，镜头的配置也能够增加本发明的操作效果。
首先，与光学系统中的焦距有关的条件表达式如下。
(条件表达式1)0.5<f1/fz1<1.5
(条件表达式2)0.5<f1/fz2<1.5
(条件表达式3)0.5<f1/fz3<1.5
这里，f1表示第一镜头的焦距，以及fz1、fz2和fz3分别表示在光学系统中的第一变焦位置、第二变焦位置和第三变焦位置处的焦距。
第一变焦位置是具有无限拍摄范围的长焦位置的变焦位置。第二变焦位置是具有60cm拍摄范围的中间位置(middle position)的变焦位置。第三变焦位置是具有10cm拍摄范围的广角位置的变焦位置。
长焦位置和广角位置中的第一镜头12和第二镜头14的中心之间的空气间隔满足以下条件表达式。
(条件表达式4)0.1<d1<0.4
(条件表达式5)0.15<d3<0.51
这里，d1和d3分别表示在第一变焦位置和第三变焦位置处的第一镜头和第二镜头的中心之间的空气间隔。
在每个变焦位置处从第一镜头12的物体侧表面S1到成像表面24的距离以及在每个变焦位置处光学系统的焦距满足以下条件表达式。
(条件表达式6)0.5<∑T/fz1<1.5
(条件表达式7)0.5<∑T/fz2<1.5
(条件表达式8)0.5<∑T/fz3<1.5
这里，∑T表示从第一镜头的物体侧表面到成像表面的距离。
每个镜头的折射率满足以下条件表达式。
(条件表达式9)1.5<N1<1.6
(条件表达式10)1.6<N2<1.7
(条件表达式11)1.5<N3<1.6
(条件表达式12)1.5<N4<1.6
(条件表达式13)1.5<N5<1.6
这里，N1、N2、N3、N4和N5分别表示第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头的折射率。
镜头的阿贝系数分别满足以下条件表达式。
(条件表达式14)50<V1<60
(条件表达式15)20<V2<30
(条件表达式16)50<V3<60
(条件表达式17)50<V4<60
(条件表达式18)50<V5<60
这里，V1、V2、V3、V4和V5分别表示第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头和第五镜头的阿贝系数。
从第一镜头12的物体侧表面S1到成像表面24的距离以及相机镜头模块的F系数满足以下条件表达式。
(条件表达式19)4.7<∑T<5.9
(条件表达式20)2.0<F系数<3.0
F系数是通过用镜头的焦距除以镜头光圈的直径获得的数值，并且表示镜头的亮度。当F系数的数值较小时，镜头在相同的条件下接收较大量光。
在下文中，将通过详细的数字的实施例来描述本发明。下表1示出满足上述条件表达式的实施例。
表1
Figure BDA0002458770740000071
Figure BDA0002458770740000081
下表2示出在镜头和红外滤色镜中的表面S1至S12中的每一个的实施例。在表2中，表面编号(surface number)与分别通过图1中的S1至S12表示的表面对应。在图1中，通过S13表示的表面为成像表面24。添加到每个表面编号的术语“*”表示非球面。
表2
Figure BDA0002458770740000082
Figure BDA0002458770740000091
下表3示出在每个表面中的非球面系数。
表3
Figure BDA0002458770740000092
在表3中，非球面系数的非球面方程如下。
Figure BDA0002458770740000093
这里，C表示镜头的曲率，Y表示沿垂直于光轴的方向的距离，k表示二次常数(Conic constant)，以及A、B、C、D和E表示非球面常数。
图2至图4示出参考图1描述的镜头的配置和根据上述表中提到的实施例的彗形像差特性。图2至图4分别示出在第一变焦位置(长焦位置)、第二变焦位置(中间位置)和第三变焦位置(广角位置)处的慧形像差。
图2至图4中的每个图示出根据每个波长的切向像差(tangential aberration)特性和径向像差(sagittal aberration)特性，并且确定表示实验值的每条线接近X-轴。可以看出光线像差修正功能是优良的。
图5至图7为示出根据本发明的实施例的镜头像差特性的图。图5至图7分别示出在第一变焦位置(长焦位置)、第二变焦位置(中间位置)和第三变焦位置(广角位置)处的镜头像差特性。
在每个图中，左侧的图是通过测量纵向球像差获得的图，中间的图是通过测量像散场曲线获得的图，以及右侧的图是通过测量畸变像差获得的图。
在图5中，Y-轴表示图像的尺寸，以及X-轴表示焦距(mm)和畸变度(％)。在图5中，可以看出当曲线接近Y-轴时，像差修正功能是优良的。在图5所示的实验值中，纵向球像差设置在0.025的单位内，像散场曲线设置在0.025的单位内，其示出非常优良的性能。
当畸变像差被设置在长焦位置和中间位置中的每一个的1.0的单位内时，畸变像差被设置在广角位置相对较高的3.5的单位内。也就是说，在广角位置产生的轻微畸变是当变焦镜头配置为具有微型尺寸时产生的畸变值。该畸变能够使用提供给图像信号处理器(ISP)等的单独的畸变修正装置来处理。
图8至图10为示出根据本发明的实施例的调制传递函数(MTF)特性的图。图8至图10分别示出在第一变焦位置(长焦位置)、第二变焦位置(中间位置)和第三变焦位置(广角位置)处的MTF特性。
这里，MTF是指通过计算对象的原始图像与通过穿过反射面或折射面形成的图像之间的差值而获得的比值。MTF是与相机镜头模块的分辨率有关的值。
在图8中，设置在顶端的线性虚线和实线表明径向视场(X-轴和Y-轴)的参考线以及切向视场(Z-轴)的参考线。可以看出每个视场的设置在底端的曲线(由虚线和实线表示)随着它们接近参考线而具有优良的分辨率。
参照图8的实验值，可以看出每个视场的曲线在长焦位置和中间位置处接近参考线，并且本发明的实施例具有非常高的分辨率。由于除了一些视场之外的大部分视场的曲线接近顶端的参考线，因此可以看出本发明的实施例还具有非常高的分辨率。
图11至图13为示出根据本发明的实施例的离焦特性的图。图11至图13分别示出在第一变焦位置(长焦位置)、第二变焦位置(中间位置)和第三变焦位置(广角位置)处的离焦特性。
图11至图13示出当假设具有最高点和最低点的抛物线形实线具有100线对的分辨率时变成参考的离焦值。可以看出当其接近抛物线形实线时，用于每个视场的测量的图具有优良的离焦值。
参照图11至图13，可以看出用于每个视场的测量的图具有抛物线形，因此接近参考图。
虽然已经通过上述附图所示的实施例对本发明进行了说明，应该理解，对本领域普通技术人员而言，本发明不限于这些实施例，而是在不脱离本发明的精神的情况下其各种改变或变型是可行的。因此，本发明的范围将仅由所附权利要求书及其等同项来确定。
工业实用性
本发明提供一种安装在使用促动器的相机模块中的相机镜头模块，使得能够实现高分辨率并允许装置尺寸变薄，从而以高速执行变焦操作。

Claims (19)

1.一种相机镜头模块，包括从物体侧到图像侧依序布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，
其中所述第一透镜具有正折射力，所述第二透镜具有负折射力，所述第三透镜具有正折射力，所述第四透镜具有正折射力，以及所述第五透镜具有负折射力，
其中所述第三透镜在所述物体侧上具有凸面且在所述图像侧上具有凹面，以及
其中所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的折射率N1、N3、N4、N5分别满足以下条件表达式：
1.5<N1、N3、N4、N5<1.6。
2.根据权利要求1所述的相机镜头模块，其中光阑设置在所述第一透镜的物体侧表面上。
3.根据权利要求1所述的相机镜头模块，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜由塑料形成。
4.根据权利要求1所述的相机镜头模块，其中所述第二透镜呈弯月形，其中所述第二透镜的图像侧表面朝向所述物体侧凸出。
5.根据权利要求1所述的相机镜头模块，其中所述第三透镜呈弯月形。
6.根据权利要求1所述的相机镜头模块，其中所述第四透镜呈弯月形，其中所述第四透镜的物体侧表面朝向图像侧凹入。
7.一种相机镜头模块，包括从物体侧到图像侧依序布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，
其中所述第一透镜具有正折射力，所述第二透镜具有负折射力，所述第三透镜具有正折射力，所述第四透镜具有正折射力，以及所述第五透镜具有负折射力，以及
其中所述第五透镜在图像侧上具有凹面，其中，第五透镜的物体侧表面和图像侧表面中的每一个具有一个或多个反曲点，
其中所述第一透镜沿光轴是可移动的以执行变焦操作，以及
其中所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的折射率N1、N3、N4、N5分别满足以下条件表达式：
1.5<N1、N3、N4、N5<1.6。
8.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜中的至少一个具有形成为非球面的至少一个表面。
9.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中红外滤色镜布置在所述第五透镜和成像表面之间。
10.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中所述第一透镜的焦距以及在光学系统中的第一变焦位置处的焦距满足以下条件表达式1：
(条件表达式1)0.5<f1/fz1<1.5，
其中，f1表示所述第一透镜的焦距，以及fz1表示在所述光学系统中的所述第一变焦位置处的焦距。
11.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中所述第一透镜的焦距以及在光学系统中的第二变焦位置处的焦距满足以下条件表达式2：
(条件表达式2)0.5<f1/fz2<1.5，
其中，f1表示所述第一透镜的焦距，以及fz2表示在所述光学系统中的所述第二变焦位置处的焦距。
12.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中所述第一透镜的焦距以及在光学系统中的第三变焦位置处的焦距满足以下条件表达式3：
(条件表达式3)0.5<f1/fz3<1.5，
其中，f1表示所述第一透镜的焦距，以及fz3表示在所述光学系统中的所述第三变焦位置处的焦距。
13.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中从所述第一透镜的物体侧表面到成像表面的距离以及在光学系统中的第一变焦位置处的焦距满足以下条件表达式6：
(条件表达式6)0.5<∑T/fz1<1.5，
其中，∑T表示从所述第一透镜的所述物体侧表面到所述成像表面的距离，以及fz1表示所述第一变焦位置的焦距。
14.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中从所述第一透镜的物体侧表面到成像表面的距离以及在光学系统中的第二变焦位置处的焦距满足以下条件表达式7：
(条件表达式7)0.5<∑T/fz2<1.5，
其中，∑T表示从所述第一透镜的所述物体侧表面到所述成像表面的距离，以及fz2表示所述第二变焦位置的焦距。
15.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中从所述第一透镜的物体侧表面到成像表面的距离以及在光学系统中的第三变焦位置处的焦距满足以下条件表达式8：
(条件表达式8)0.5<∑T/fz3<1.5，
其中，∑T表示从所述第一透镜的所述物体侧表面到所述成像表面的距离，以及fz3表示所述第三变焦位置的焦距。
16.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中所述第二透镜的折射率满足以下条件表达式：
1.6<N2<1.7，
其中，N2表示所述第二透镜的折射率。
17.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中所述第二透镜的阿贝系数满足以下条件表达式：
20<V2<30，
其中，V2表示所述第二透镜的阿贝系数。
18.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中所述第一透镜沿光轴是可移动的以执行变焦操作。
19.根据权利要求1或7所述的相机镜头模块，其中所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的阿贝系数V1、V3、V4、V5分别满足以下条件表达式：
50<V1、V3、V4、V5<60。
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