CN111856721B

CN111856721B - 光学成像系统

Info

Publication number: CN111856721B
Application number: CN202010857751.0A
Authority: CN
Inventors: 高贞晖
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: US11280983B2; TW201715270A; CN106597652B; CN111856721A; US20170108670A1; CN106597652A; KR101792344B1; US10288850B2; TWI606262B; US20220163777A1; KR20170045555A; US20190212529A1

Abstract

本发明提供一种光学成像系统。所述光学成像系统包括：多个透镜；棱镜，设置为相邻于所述多个透镜中的第一透镜和所述多个透镜中的第二透镜，并被构造为使光从第一透镜折射至第二透镜；反射构件，设置为相邻于所述多个透镜中的第五透镜和成像面，并被构造为使光从第五透镜反射至成像面。

Description

光学成像系统

本申请是申请日为2016年4月28日、申请号为201610273679.0的发明专利申请“光学成像系统”的分案申请。

技术领域

下面的描述涉及一种包含棱镜的光学成像系统。

背景技术

光学成像系统通常包括多个透镜。例如，为了提高光学成像系统的分辨率，需要四个或更多个透镜。包括多个透镜的光学成像系统具有相当长的长度。由于这个原因，在期望变薄的电子装置(诸如移动电话)中安装包括多个透镜的光学成像系统是不容易的。

因此，这就要求开发一种能够容易地安装到薄的电子装置中的光学成像系统。

发明内容

提供本发明内容用于以简化形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的发明构思的选择。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要技术特征，也不意在用于帮助决定所要求保护的主题的范围。

在一个总的方面，所述光学成像系统包括：多个透镜；棱镜，设置为相邻于所述多个透镜中的第一透镜和所述多个透镜中的第二透镜，并被构造为使光从第一透镜折射至第二透镜；反射构件，设置为相邻于所述多个透镜中的第五透镜和成像面，并被构造为使光从第五透镜反射至所述成像面。

所述第一透镜可具有负屈光力。所述第二透镜可具有正屈光力。所述多个透镜中的第三透镜可具有正屈光力。所述多个透镜中的第四透镜可具有负屈光力。所述第五透镜可具有正屈光力。

所述第一透镜的两个表面可为凹面。所述第二透镜的两个表面可为凸面。所述多个透镜中的第三透镜的物方表面可为凸面。所述多个透镜中的第四透镜的两个表面可为凹面。所述第五透镜的两个表面可为凸面。

所述第一透镜的物方表面和所述棱镜的像方表面之间在所述多个透镜的光轴上的距离与所述光学成像系统的总焦距的比可小于0.5。

所述棱镜的折射率可小于2.0。

光学成像系统还可包括滤光器，设置于所述反射构件和所述成像面之间。滤光器的折射率可小于1.66。

所述第一透镜可基本垂直于所述第二透镜，所述第五透镜可基本垂直于所述成像面。

在另一总的方面，一种光学成像系统包括：第一透镜，具有第一光轴；第二透镜；第三透镜；第四透镜；第五透镜，其中，第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜沿第二光轴排列；成像面，具有平行于第一光轴的第三光轴；棱镜，设置为相邻于第一透镜和第二透镜，并被构造为使光从第一透镜折射至第二透镜；反射构件，设置为相邻于第五透镜和成像面，并被构造为使光从第五透镜反射至成像面。

所述第一透镜可被设置为朝向光学成像系统的物方，所述第一光轴可基本垂直于所述第二光轴。

在另一总的方面，一种光学成像系统包括：第一透镜；最末透镜；棱镜，设置为相邻于第一透镜和第二透镜，并被构造为使光从第一透镜折射至第二透镜；反射构件，设置为相邻于最末透镜和像面，并被构造为使光从第五透镜反射至成像面。所述第一透镜的光轴基本垂直于所述第二透镜的光轴，所述最末透镜基本垂直于成像面。所述光学成像系统还可包括透镜，设置于棱镜和最末透镜之间。

根据下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据第一实施例的光学成像系统的示图；

图2是代表图1中示出的光学成像系统的像差曲线的曲线图；

图3是代表图1中示出的光学成像系统的透镜的特性的表格；

图4是代表图1中示出的光学成像系统的非球面特性的表格；

图5是根据第二实施例的光学成像系统的示图；

图6是代表图5中示出的光学成像系统的像差曲线的曲线图；

图7是代表图5中示出的光学成像系统的透镜的特性的表格；

图8是代表图5中示出的光学成像系统的非球面特性的表格；

图9是根据第三实施例的光学成像系统的示图；

图10是代表图9中示出的光学成像系统的像差曲线的曲线图；

图11是代表图9中示出的光学成像系统的透镜的特性的表格；

图12是代表图9中示出的光学成像系统的非球面特性的表格。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、装置和/或系统的全面理解。然而，这里所描述的方法、装置和/或系统的各种变换、修改及等同物对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。这里所描述的操作顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出对本领域的普通技术人员将是显而易见的变换。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域的普通技术人员来说公知的功能和结构的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为被这里所描述的示例所限制。更确切的说，已经提供了这里所描述的示例，以使本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的全部范围传达给本领域的普通技术人员。

在整个说明书中，将被理解的是，当元件(诸如，层、区域或透镜)被称为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的其他元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，不存在介于它们之间的元件或层。相同的标号始终指示相同的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项的一项或更多项的任何以及全部组合。

将显而易见的是，虽然可在此使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面论述的第一构件、组件、区域、层或部分可称作第二构件、组件、区域、层或部分。

诸如“在……之下”、“在……下方”、“下面”、“下部”、“底部”、“上部”、“在……之上”、“上部”、“顶部”、“左”和“右”描述相对空间关系的词语可被用于方便地描述一个装置或元件与其他装置或元件的空间关系。这些词语被解释为包含如附图所示方位和在使用或操作中处于其他方位的装置。例如，装置基于如附图中所示的装置的方位而包括设置在第一层之上的第二层的装置的示例也包含在使用或操作中当装置被倒置翻转时的装置。

在此使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是意图限制本说明。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。还将理解的是，在该说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”列举存在的所陈述的特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或它们组成的组，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或它们组成的组。

另外，第一透镜指的是最接近于物(或对象)的透镜，而最末透镜(例如第五透镜)指的是最接近于成像面(或图像传感器)的透镜。另外，通过毫米(mm)表示多个透镜的曲率半径和厚度、TTL、ImgH(即，成像面的对角线长度的一半)和焦距中的全部。此外，透镜的厚度、透镜之间的间距以及TTL是在多个透镜的光轴上的距离。此外，在对透镜形状的描述中，透镜的一个表面是凸面意味着对应表面的光轴部分凸出，而透镜的一个表面是凹面意味着对应表面的光轴部分凹入。因此，尽管透镜的一个表面被描述为凸面，但透镜的所述一个表面的边缘部分可能是凹入的。类似地，尽管透镜的一个表面被描述为凹面，但透镜的所述一个表面的边缘部分可能是凸出的。

光学成像系统包括具有多个透镜的光学系统。例如，光学成像系统的光学系统可包括具有屈光力的五个透镜。然而，光学成像系统不局限于仅具有屈光力的透镜。例如，光学成像系统可包括光阑，以控制光的量。另外，光学成像系统还可包括滤除红外光的红外截止滤光器。此外，光学成像系统还可包括将从对象反射的通过光学系统的入射到其上的光转换为电信号的图像传感器(即，成像器件)。此外，光学成像系统还可包括调整透镜之间间距的间距保持构件。

第一透镜至第五透镜可由具有与空气的折射率不同的折射率的材料形成。例如，第一透镜至第五透镜可由塑料或玻璃形成。第一透镜至第五透镜中的至少一个具有非球面形状。作为示例，第一透镜至第五透镜中仅第五透镜具有非球面形状。另外，第一透镜至第五透镜中的所有透镜的至少一个表面可为非球面的。这里，每个透镜的非球面可通过下面的方程1被表示：

[方程1]

这里，c是透镜的曲率半径的倒数，k是圆锥曲线常数，r是从透镜的非球面表面上的某点到所述透镜的光轴的距离，A到H是非球面常数，以及Z(或SAG)是所述透镜的非球面表面上的距所述光轴的距离为r的某点和与所述透镜的非球面表面的顶点相切的切平面之间的距离。

光学成像系统可包括五个透镜、棱镜、反射构件、滤光器、图像传感器和光阑。下面，将描述上述组件。

第一透镜可具有屈光力。例如，第一透镜可具有负屈光力。第一透镜的至少一个表面可是凹面。例如，第一透镜的物方表面可是凹面。

第一透镜可具有球面。例如，第一透镜的两个表面都可是球面。第一透镜可由具有高的光透过率和极好的可加工性的材料形成。例如，第一透镜可由塑料(例如聚碳酸酯)形成。然而，第一透镜的材料不局限于塑料。例如，第一透镜可由玻璃形成。

第二透镜可具有屈光力。例如，第二透镜可具有正屈光力。第二透镜的至少一个表面可是凸面。例如，第二透镜的像方表面可是凸面。

第二透镜可具有非球面。例如，第二透镜的物方表面可是非球面。第二透镜可由具有高的光透过率和极好的可加工性的材料形成。例如，第二透镜可由塑料(例如聚碳酸酯)形成。然而，第二透镜的材料不局限于塑料。例如，第二透镜可由玻璃形成。

第三透镜可具有屈光力。例如，第三透镜可具有正屈光力。第三透镜的至少一个表面可是凸面。例如，第三透镜的物方表面可是凸面。

第三透镜可具有非球面。例如，第三透镜的像方表面可是非球面。第三透镜可由具有高的光透过率和极好的可加工性的材料形成。例如，第三透镜可由塑料(例如聚碳酸酯)形成。然而，第三透镜的材料不局限于塑料。例如，第三透镜可由玻璃形成。

第四透镜可具有屈光力。例如，第四透镜可具有负屈光力。例如，第四透镜的像方表面可是凹面。

第四透镜可具有非球面。例如，第四透镜的两个表面都可是非球面。第四透镜可由具有高的光透过率和极好的可加工性的材料形成。例如，第四透镜可由塑料(例如聚碳酸酯)形成。然而，第四透镜的材料不局限于塑料。例如，第四透镜可由玻璃形成。

第五透镜可具有屈光力。例如，第五透镜可具有正屈光力。第五透镜的至少一个表面可是凸面。例如，第五透镜的两个表面都可是凸面。

第五透镜可具有非球面。例如，第五透镜的两个表面都可是非球面。第五透镜可由具有高的光透过率和极好的可加工性的材料形成。例如，第五透镜可由塑料(例如聚碳酸酯)形成。然而，第五透镜的材料不局限于塑料。例如，第五透镜可由玻璃形成。

在上述透镜的构造中，第二透镜至第五透镜沿相同方向排列，而第一透镜设置在与第二透镜至第五透镜所排列方向不同的方向上。例如，第一透镜的光轴可基本垂直于第二透镜的光轴。

滤光器可从通过第一透镜至第五透镜的入射光中滤除部分波长的光。例如，滤光器可滤除红外波长的入射光。

滤光器可制造成具有薄的厚度。为此，滤光器可由塑料形成。

图像传感器可构造成实现高分辨率。例如，构造图像传感器的像素单元尺寸可为1.12μm或更小。图像传感器设置于与第二透镜至第五透镜所设置的方向不同的方向。例如，图像传感器的光轴基本垂直于第二透镜的光轴。图像传感器的光轴基本平行于第一透镜的光轴。图像传感器可设置为接近像方。例如，与第二透镜至第五透镜相比，图像传感器设置为更接近像方。

为了调整入射到透镜的光量，光阑可被设置。例如，光阑可被设置于第三透镜和第四透镜之间。棱镜位于第一透镜和第二透镜之间。棱镜使入射光从第一透镜折射至第二透镜。

反射构件设置于第五透镜和图像传感器之间。反射构件使从第五透镜出射的光反射至图像传感器(或成像面)。

在如上述构造的光学成像系统中，从第一透镜的物方表面到成像面的距离可基本被保证，使得光学设计是自由的。另外，根据一个或多个实施例的光学成像系统可具有弯曲的光轴，使得光学成像系统可安装于电子装置的长度方向上。因此，根据一个或多个实施例的光学成像系统可容易地安装于薄的移动电话或其他装置上。

光学成像系统满足下面的条件表达式：

Dp/f<0.5

Np<2.0

Nf<1.66

2.0<Yt/BFL

Yt/Y<1.0

这里，f是光学成像系统的总焦距，Dp是从第一透镜的物方表面至棱镜的像方表面的在所述多个透镜的光轴上的距离，BFL是从第五透镜的像方表面至成像面的距离，Np是棱镜的折射率，Nf是滤光器的折射率，Yt是从成像面的中心至成像面的边的长度，Y是成像面的对角线长度的1/2。

满足以上条件表达式的光学成像系统可被小型化，并允许实现高分辨率图像。将描述根据一个或多个实施例的光学成像系统。

首先，将参照图1描述根据第一实施例的光学成像系统。根据第一实施例的光学成像系统100包括具有第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140和第五透镜150的光学系统。

第一透镜110具有负屈光力，第一透镜110的物方第一表面S1和像方第二表面S2是凹面。第二透镜120具有正屈光力，第二透镜120的物方第六表面S6和像方第七表面S7是凸面。第三透镜130具有正屈光力，第三透镜130的物方第八表面S8和像方第九表面S9是凸面。第四透镜140具有负屈光力，第四透镜140的物方第十表面S10和像方第十一表面S11是凹面。第五透镜150可具有正屈光力，第五透镜150的物方第十二表面S12和像方第十三表面S13是凸面。

光学成像系统100还包括棱镜P、反射构件M、滤光器160、图像传感器170和光阑ST。

棱镜P设置为相邻于第一透镜110和第二透镜120。第二透镜120基本垂直于第一透镜110。棱镜P使入射光从第一透镜110折射至第二透镜120。棱镜P包括物方第三表面S3、第四表面S4和像方第五表面S5。

反射构件M设置为相邻于第五透镜150和图像传感器170。第五透镜150基本垂直于图像传感器170。反射构件M使入射光从第五透镜150反射至图像传感器170。反射构件M包括第十四表面S14，图像传感器170包括第十七表面S17。

滤光器160设置于反射构件M和图像传感器170之间。光阑ST设置于第三透镜130和第四透镜140之间。滤光器包括第十五表面S15和第十六表面S16。

如上述构造的光学成像系统100具有如图2所示的像差特性。图3和图4是分别表示根据第一实施例的光学成像系统的透镜特性和非球面特性的表格。

将参照图5描述根据第二实施例的光学成像系统。

根据第二实施例的光学成像系统200包括具有第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230、第四透镜240和第五透镜250的光学系统。

第一透镜210具有负屈光力，第一透镜210的物方第一表面S1和像方第二表面S2是凹面。第二透镜220具有正屈光力，第二透镜220的物方第六表面S6和像方第七表面S7是凸面。第三透镜230具有正屈光力，第三透镜230的物方第八表面S8和像方第九表面S9是凸面。第四透镜240具有负屈光力，第四透镜240的物方第十表面S10和像方第十一表面S11是凹面。第五透镜250具有正屈光力，第五透镜250的物方第十二表面S12和像方第十三表面S13是凸面。

光学成像系统200还包括棱镜P、反射构件M、滤光器260、图像传感器270和光阑ST。

棱镜P设置为相邻于第一透镜210和第二透镜220。第二透镜220基本垂直于第一透镜210。棱镜P使入射光从第一透镜210折射至第二透镜220。棱镜P包括物方第三表面S3、第四表面S4和像方第五表面S5。反射构件M设置为相邻于第五透镜250和图像传感器270。第五透镜250基本垂直于图像传感器270。反射构件M使入射光从第五透镜250反射至图像传感器270。反射构件M包括第十四表面S14，图像传感器270包括第十七表面S17。

滤光器260设置于反射构件M和图像传感器270之间。光阑ST设置于第三透镜230和第四透镜240之间。滤光器包括第十五表面S15和第十六表面S16。

如上述构造的光学成像系统200具有如图6所示的像差特性。图7和图8是分别表示根据第二实施例的光学成像系统的透镜特性和非球面特性的表格。

将参照图9描述根据第三实施例的光学成像系统。

根据第三实施例的光学成像系统300包括具有第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330、第四透镜340和第五透镜350的光学系统。

第一透镜310具有负屈光力，第一透镜310的物方第一表面S1和像方第二表面S2是凹面。第二透镜320具有正屈光力，第二透镜320的物方第六表面S6和像方第七表面S7是凸面。第三透镜330具有正屈光力，第三透镜330的物方第八表面S8为凸面，并且像方第九表面S9在近轴区为凹面。第四透镜340具有负屈光力，第四透镜340的物方第十表面S10和像方第十一表面S11是凹面。第五透镜350具有正屈光力，第五透镜350的物方第十二表面S12和像方第十三表面S13是凸面。

光学成像系统300还包括棱镜P、反射构件M、滤光器360、图像传感器370和光阑ST。

棱镜P设置为相邻于第一透镜310和第二透镜320。第二透镜320基本垂直于第一透镜310。棱镜P使入射光从第一透镜310折射至第二透镜320。棱镜P包括物方第三表面S3、第四表面S4和像方第五表面S5。

反射构件M设置为相邻于第五透镜350和图像传感器370。第五透镜350基本垂直于图像传感器370。反射构件M使入射光从第五透镜350反射至图像传感器370。反射构件M包括第十四表面S14，图像传感器370包括第十七表面S17。

滤光器360设置于反射构件M和图像传感器370之间。光阑ST设置于第三透镜330和第四透镜340之间。滤光器包括第十五表面S15和第十六表面S16。

如上述构造的光学成像系统300具有如图10所示的像差特性。图11和图12是分别表示根据第三实施例的光学成像系统的透镜特性和非球面特性的表格。

如以上所述，根据一个或多个实施例，光学成像系统可减少广角畸变现象。

虽然本公开包括具体示例，但本领域普通技术人员将领会，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可在这些实施例中做出形式和细节上的各种变化。这里所描述的示例将仅仅被理解为描述性意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被理解为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果按照不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果按照不同的形式组合，和/或通过其他组件或他们的等同物替换或增添描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围并不通过具体实施方式限定而是通过权利要求及其等同物限定，权利要求及其等同物的范围之内的全部变换将被理解为包括在本公开中。

Claims

1.一种光学成像系统，包括：

多个透镜，所述多个透镜包括从所述光学成像系统的物方至像方顺序设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，所述第一透镜具有负屈光力，所述第二透镜具有正屈光力、所述第三透镜具有正屈光力，所述第四透镜具有负屈光力，所述第五透镜具有正屈光力；

棱镜，设置为相邻于所述第一透镜和所述第二透镜，并被构造为使光从所述第一透镜折射至所述第二透镜；

反射构件，设置为相邻于所述第五透镜和成像面，并被构造为使光从所述第五透镜反射至所述成像面，

其中，所述光学成像系统中具有屈光力的透镜的数量为五个。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第一透镜的两个表面是凹面。

3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第二透镜的两个表面是凸面。

4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第三透镜的物方表面是凸面。

5.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第四透镜的两个表面是凹面。

6.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第五透镜的两个表面是凸面。

7.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第一透镜的物方表面和所述棱镜的像方表面之间的在所述多个透镜的光轴上的距离与所述光学成像系统的总焦距的比小于0.5。

8.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述棱镜的折射率小于2.0。

9.根据权利要求1所述的光学成像系统，还包括：

滤光器，设置于所述反射构件和所述成像面之间。

10.根据权利要求9所述的光学成像系统，其中，所述滤光器的折射率小于1.66。

11.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第一透镜基本垂直于所述第二透镜，所述第五透镜基本垂直于所述成像面。

12.一种光学成像系统，包括：

第一透镜，具有第一光轴并且具有负屈光力；

第二透镜，具有正屈光力；

第三透镜，具有正屈光力；

第四透镜，具有负屈光力；

第五透镜，具有正屈光力，

其中，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沿第二光轴排列；

成像面，具有平行于所述第一光轴的第三光轴；

棱镜，设置为相邻于所述第一透镜和所述第二透镜，并被构造为使光从所述第一透镜折射至所述第二透镜；以及

反射构件，设置为相邻于所述第五透镜和所述成像面，并被构造为使光从所述第五透镜反射至所述成像面，

13.根据权利要求12所述的光学成像系统，其中，所述第一透镜被设置为朝向所述光学成像系统的物方，所述第一光轴基本垂直于所述第二光轴。

14.一种光学成像系统，包括：

第一透镜，具有负屈光力；

第二透镜，具有正屈光力；

第三透镜，具有正屈光力；

第四透镜，具有负屈光力；

第五透镜，具有正屈光力；

反射构件，设置为相邻于所述第五透镜和成像面，并被构造为使光从所述第五透镜反射至所述成像面；

其中，所述第一透镜的光轴基本垂直于所述第二透镜的光轴，所述第五透镜基本垂直于所述成像面，

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从所述光学成像系统的物方至像方顺序设置，并且所述光学成像系统中具有屈光力的透镜的数量为五个。

15.根据权利要求14所述的光学成像系统，其中

所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜设置于所述棱镜和所述第五透镜之间。