CN111880288B - 光学成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学成像系统，所述光学成像系统包括具有第一组透镜的第一透镜组。所述第一组透镜的最前边的透镜是最接近物方的透镜，并具有正屈光力。所述光学成像系统还包括具有第二组透镜的第二透镜组。所述第二组透镜的最后边的透镜是最接近成像面的透镜，并具有凸面。所述第一透镜组和所述第二透镜组从物方至成像面顺序地设置。满足表达式TL/f1<2.0，其中，TL表示从所述最前边的透镜的物方表面到成像面的在光轴上的距离，f1表示最前边的透镜的焦距。

Description

光学成像系统
本申请是申请日为2017年5月18日、优先权日为2016年12月20日、申请号为201710351472.5、发明名称为“光学成像系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种包括五个或更多个透镜的望远光学成像系统(telescopicoptical imaging system)。
背景技术
能够捕获处于远距离的对象的像的望远光学系统可具有较大尺寸。例如，望远光学系统的总长(TL)与望远光学系统的总焦距(f)的比(TL/f)可以为1或更大。因此，会难以将这样的望远光学系统安装在诸如移动通信终端的小型电子产品中。
发明内容
提供本发明内容用于以简化的形式对所选择的构思进行介绍，并在具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的主要特征或必要特征，也不意在用于确定所要求保护的主题的范围。
根据本公开的一方面，一种光学成像系统包括具有第一组透镜的第一透镜组，其中，所述第一组透镜的最前边的透镜为最接近物方的透镜，并具有正屈光力。所述光学成像系统还包括具有第二组透镜的第二透镜组，其中，所述第二组透镜的最后边的透镜为最接近成像面的透镜，并具有凸面。所述第一透镜组和所述第二透镜组从物方至成像面顺序地设置。满足表达式TL/f1<2.0，其中，TL表示从所述最前边的透镜的物方表面到成像面的距离，f1表示所述最前边的透镜的焦距。
所述光学成像系统可包括具有凸出的物方表面的最前边的透镜。所述光学成像系统可包括与所述最前边的透镜的像方表面相邻设置的另一透镜，其中，所述另一透镜具有负屈光力。所述光学成像系统可包括具有高于1.6且小于1.75的折射率的最后边的透镜。
所述光学成像系统可满足条件表达式0.9mm(毫米)<d1G2G<1.7mm，其中，d1G2G表示从第一透镜组的透镜中最接近成像面的透镜的像方表面到第二透镜组的透镜中最接近物方的透镜的物方表面的距离。所述光学成像系统可满足条件表达式-1.0<f1G/f2G<-0.2，其中，f1G表示第一透镜组的合成焦距，以及f2G表示第二透镜组的合成焦距。所述光学成像系统可满足条件表达式0.3<tanθ<0.5，其中，θ表示光学成像系统的视场角的一半。
所述光学成像系统可包括由具有正屈光力的第一透镜、具有负屈光力的第二透镜以及具有负屈光力的第三透镜组成的第一透镜组。所述光学成像系统的第三透镜可包括凸出的物方表面。所述光学成像系统还可包括由具有负屈光力的第四透镜以及具有正屈光力的第五透镜组成的第二透镜组。所述光学成像系统的第四透镜可包括凹入的物方表面。
可选地，所述光学成像系统也可包括由具有正屈光力的第一透镜、具有负屈光力的第二透镜、具有负屈光力的第三透镜以及具有正屈光力的第四透镜组成的第一透镜组。可选地，所述光学成像系统还可包括由具有负屈光力的第五透镜以及具有正屈光力的第六透镜组成的第二透镜组。
在另一总的方面，一种光学成像系统包括：第一透镜，具有正屈光力；第二透镜，具有负屈光力；第三透镜，具有负屈光力；第四透镜，具有负屈光力；以及第五透镜，具有正屈光力。所述第一透镜至所述第五透镜从物方到成像面顺序地设置。所述光学成像系统满足条件表达式0.7<TL/f<1.0，其中，TL表示从第一透镜的物方表面到成像面的在光轴上的距离，以及f表示光学成像系统的总焦距。
所述光学成像系统还可满足条件表达式-2.5<f/f2<-0.5，其中，f表示光学成像系统的总焦距，以及f2表示第二透镜的焦距。所述光学成像系统可满足条件表达式-3.5<f/f3<-0.4，其中，f表示光学成像系统的总焦距，以及f3表示第三透镜的焦距。
在另一总的方面，一种光学成像系统包括：第一透镜，具有沿光轴的凸出的物方表面；第二透镜，具有沿光轴的凸出的物方表面和凹入的像方表面；第三透镜，具有沿光轴的凹入的像方表面；第四透镜，具有沿光轴的凹入的物方表面和凹入的像方表面；以及第五透镜，具有沿光轴的凸出的物方表面和凸出的像方表面。
所述光学成像系统可具有呈凹面的像方表面的第一透镜和呈凹面的物方表面的第三透镜。所述光学成像系统可具有呈凸面的像方表面的第一透镜和呈凸面的物方表面的第三透镜。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是示出根据第一示例的光学成像系统的示图；
图2是表示图1中示出的光学成像系统的像差曲线的一组曲线图；
图3是列出图1中示出的光学成像系统的非球面特性的表格；
图4是示出根据第二示例的光学成像系统的示图；
图5是表示图4中示出的光学成像系统的像差曲线的一组曲线图；
图6是列出图4中示出的光学成像系统的非球面特性的表格；
图7是示出根据第三示例的光学成像系统的示图；
图8是表示图7中示出的光学成像系统的像差曲线的一组曲线图；
图9是列出图7中示出的光学成像系统的非球面特性的表格；
图10是示出安装有根据本公开的实施例的光学成像系统的移动通信终端的后视图；
图11是示出图10中示出的移动通信终端的沿I-I′线截取的剖视图。
具体实施方式
在下文中，现将参照附图详细描述本公开的实施例。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、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种变换、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作顺序仅仅是示例，其并不局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，可做出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于公知的功能和构造的描述。
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，提供这里所描述的示例仅仅为示出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的实施这里所描述的方法、设备和/或系统的诸多可行的方式中的一些。
尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种组件、区域或部分，但是这些组件、区域或部分不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个组件、区域或部分与另一组件、区域或部分区分开。因而，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一组件、区域或部分也可以被称为第二组件、区域或部分。
这里使用的术语仅用于描述各种示例且不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、数字、操作、构件、元件和/或他们的组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数字、操作、构件、元件和/或他们的组合。
由于制造技术和/或公差，可发生如图所示的形状的变型。因而，这里所描述的示例不局限于附图中所示的特定形状，而是包括制造中所发生的形状的变化。
正如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，这里所描述的示例的特征可以以各种方式进行组合。进一步地，尽管这里所描述的示例具有各种构造，但是正如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，也可能有其他构造。
根据示例，第一透镜指的是最接近对其捕获图像的物体或对象的透镜。第五透镜或第六透镜是最接近成像面或图像传感器的透镜。在实施例中，透镜的曲率半径、厚度、从第一透镜的物方表面到成像面的在光轴上的距离(OAL)、成像面的对角线长度的一半(IMGHT)以及各个透镜的焦距均以毫米(mm)表示。相关领域技术人员将理解的是可以使用其他计量单位。此外，在实施例中，光阑和图像传感器之间在光轴上的距离(SL)、图像高度(IMGHT，image height)、透镜的后焦距(BFL)以及光学系统的总焦距均以毫米(mm)表示。另外，透镜的厚度、透镜之间的间距、OAL、TL和SL是基于透镜的光轴测量的距离。
透镜的表面是凸面意味着对应表面的光轴部分凸出，透镜的表面是凹面意味着对应表面的光轴部分凹入。因此，在透镜的一个表面被描述为凸面的构造中，透镜的所述一个表面的边缘部可凹入。相似地，在透镜的一个表面被描述为凹面的构造中，透镜的所述一个表面的边缘部可凸出。换句话说，透镜的近轴区域可凸出，而透镜的近轴区域之外的剩余部分可凸出、凹入或平坦。另外，透镜的近轴区域可凹入，而透镜的近轴区域之外的剩余部分可凸出、凹入或平坦。此外，在实施例中，相对于对应透镜的光轴来测量透镜的厚度和曲率半径。
根据示意性示例，描述光学系统的实施例包括具有屈光力的五个或六个透镜。然而，在实现下述各种结果和效果的同时，可改变光学系统的透镜的数量，例如，在两个至六个透镜之间改变。此外，尽管每个透镜被描述为具有特定的屈光力，但是所述透镜的至少一个可采用不同的屈光力以实现预期的结果。
本公开提供了一种能够捕获处于远距离的对象的像并安装在小型终端中的光学成像系统。光学成像系统可包括两个透镜组。例如，光学成像系统包括第一透镜组和第二透镜组。
第一透镜组包括多个透镜。在实施例中，第一透镜组包括三个或四个透镜。
在前一种情况的实施例中，第一透镜组包括：第一透镜，具有正屈光力；第二透镜，具有负屈光力；以及第三透镜，具有负屈光力。第一透镜的物方表面为凸面，第二透镜的物方表面是凸面，以及第二透镜的像方表面是凹面。第三透镜的像方表面是凹面。
在后一种情况的实施例中，第一透镜组包括：第一透镜，具有正屈光力；第二透镜，具有负屈光力；第三透镜，具有负屈光力；以及第四透镜，具有正屈光力。第一透镜的物方表面为凸面。第二透镜的物方表面是凸面，以及第二透镜的像方表面是凹面。第三透镜的两个表面均是凹面，以及第四透镜的两个表面均是凸面。
第一透镜组包括非球面透镜。例如，构成第一透镜组的全部透镜的至少一个表面是非球面。第一透镜组可包括塑料透镜。作为示例，构成第一透镜组的全部透镜由塑料形成。
第二透镜组包括多个透镜。在实施例中，第二透镜组包括具有负屈光力的透镜以及具有正屈光力的透镜。这里，具有负屈光力的透镜的两个表面为凹面，以及具有正屈光力的透镜的两个表面为凸面。
第二透镜组包括非球面透镜。例如，构成第二透镜组的全部透镜的至少一个表面是非球面。第二透镜组可包括塑料透镜。作为示例，构成第二透镜组的全部透镜由塑料形成。
在光学成像系统中，每个透镜的非球面表面可由下面的等式1表示：
[等式1]
Figure BDA0002636149490000061
这里，c表示透镜的曲率半径的倒数，k表示圆锥常数，r表示从透镜的非球面表面上的某一点到光轴的距离，A至H以及J表示非球面系数，Z(或者SAG)表示透镜的非球面表面上的距所述光轴的距离为r处的所述某一点与和透镜的所述非球面表面的顶点相切的切平面之间的距离。
光学成像系统还包括滤光器、图像传感器和光阑。滤光器设置在第二透镜组的最后边的透镜与图像传感器之间。滤光器阻截部分波长的光，以便可实现清晰的图像。例如，滤光器被构造器滤除红外波长的光。
图像传感器可形成成像面。例如，图像传感器的表面形成成像面。为了调节入射到透镜的光的量，可设置光阑。例如，光阑设置在第二透镜与第三透镜之间。
光学成像系统可满足下面的条件表达式中的任意一个或者任意两个或更多个的任意组合：
[条件表达式1]0.7<TL/f<1.0
[条件表达式2]0.9<d1G2G<1.7
[条件表达式3]-2.5<f/f2<-0.5
[条件表达式4]-3.5<f/f3<-0.4
[条件表达式5]1.6<Ndi<1.75
[条件表达式6]0.3<tanθ<0.5
[条件表达式7]-1.0<f1G/f2G<-0.2
[条件表达式8]TL/f1<2.0.
这里，TL表示从第一透镜的物方表面到成像面的在光轴上的距离，f表示光学成像提供的总焦距，d1G2G表示从第一透镜组的透镜中最接近成像面的透镜的像方表面到第二透镜组的透镜中最接近物方的透镜的物方表面的在光轴上的距离，f2表示第二透镜的焦距，f3表示第三透镜的焦距，Ndi表示最接近成像面的透镜的折射率，θ表示光学成像系统的视场角的一半，f1G表示第一透镜组的合成焦距，f2G表示第二透镜组的合成焦距，以及f1表示最前边的透镜(第一透镜)的焦距。
条件表达式1是用于使光学成像系统小型化的参数比。例如，在TL/f超出条件表达式1的上限值的情况下，会难以使光学成像系统小型化，从而难以将光学成像系统安装在移动通信终端中。在TL/f小于条件表达式1的下限值的情况下，会难以制造光学成像系统。
条件表达式2是用于实现望远光学系统的参数。例如，在d1G2G低于条件表达式2的下限值的情况下，光学成像系统的焦距会短，从而使得难以将光学成像系统安装在望远相机模块中。在d1G2G超出条件表达式2的上限值的情况下，光学成像系统的总长(TL)会长，使得难以充分地使光学成像系统小型化。
条件表达式3是涉及第二透镜的参数比，以实现高分辨率光学成像系统。例如，在f/f2超出条件表达式3的数值范围的情况下，第二透镜会增大光学成像系统的像散，导致图像的劣化。
条件表达式4是用于第三透镜的参数比，以实现高分辨率光学成像系统。例如，在f/f3超出条件表达式4的数值范围的情况下，第三透镜会增大光学成像系统的像散，导致图像的劣化。
条件表达式5是最接近成像面的透镜的参数，以实现高分辨率光学成像系统。例如，在Ndi满足条件表达式5的数值范围的情况下，最接近成像面的透镜可具有26或更小的低阿贝数，这样有利于像散、纵向色差和放大像差的校正。
条件表达式6表示用于实现望远光学成像系统的视场角的范围。条件表达式7表示第一透镜组(用于校正光学成像系统的像差)与第二透镜组(用于校正成像面的弯曲)之间的适当的焦距比。
接着，将描述根据几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。光学成像系统100包括第一透镜组1G和第二透镜组2G。
第一透镜组1G包括第一透镜110、第二透镜120和第三透镜130。第一透镜110具有正屈光力。第一透镜110的两个表面是凸面。第二透镜120具有负屈光力。第二透镜120的物方表面是凸面，并且第二透镜120的像方表面是凹面。第三透镜130具有负屈光力。第三透镜130的物方表面是凸面，并且第三透镜130的像方表面是凹面。
第二透镜组2G包括第四透镜140和第五透镜150。第四透镜140具有负屈光力。第四透镜140的两个表面是凹面。此外，在第四透镜140的像方表面上形成有拐点。例如，第四透镜140的像方表面在光轴附近为凹面并在边缘处为凸面。第五透镜150具有正屈光力。第五透镜150的两个表面是凸面。此外，在第五透镜150的物方表面上形成有拐点。
光学成像系统100还包括滤光器170、图像传感器180和光阑ST。滤光器170设置在第五透镜150和图像传感器180之间。光阑ST设置在第二透镜120和第三透镜130之间。
如上所述构造的光学成像系统表现出如图2中的曲线图所示的像差特性。图3是列出根据实施例的光学成像系统100的非球面特性的表格。表1中列出了光学成像系统100的透镜的特性。
[表1]
Figure BDA0002636149490000081
将参照图4描述根据第二实施例的光学成像系统。光学成像系统200包括第一透镜组1G和第二透镜组2G。
第一透镜组1G包括第一透镜210、第二透镜220和第三透镜230。第一透镜210具有正屈光力。第一透镜210的物方表面是凸面，并且第一透镜210的像方表面是凹面。第二透镜220具有负屈光力。第二透镜220的物方表面是凸面，并且第二透镜220的像方表面是凹面。第三透镜230具有负屈光力。第三透镜230的两个表面是凹面。
第二透镜组2G包括第四透镜240和第五透镜250。第四透镜240具有负屈光力。第四透镜240的两个表面是凹面。此外，在第四透镜240的像方表面上形成有拐点。例如，第四透镜240的像方表面在光轴附近为凹面并在边缘处为凸面。第五透镜250具有正屈光力。第五透镜250的两个表面是凸面。此外，在第五透镜250的物方表面上形成有拐点。
光学成像系统200还包括滤光器270、图像传感器280和光阑ST。滤光器270设置在第五透镜250和图像传感器280之间。光阑ST设置在第二透镜220和第三透镜230之间。
如上所述构造的光学成像系统表现出如图5中的曲线图所示的像差特性。图6是列出根据实施例的光学成像系统的非球面特性的表格。表2中列出了光学成像系统200的透镜的特性。
[表2]
Figure BDA0002636149490000091
Figure BDA0002636149490000101
将参照图7描述根据第三实施例的光学成像系统。光学成像系统300包括第一透镜组1G和第二透镜组2G。
第一透镜组1G包括第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330和第四透镜340。第一透镜310具有正屈光力。第一透镜310的物方表面是凸面，并且第一透镜310的像方表面是凹面。第二透镜320具有负屈光力。第二透镜320的物方表面是凸面，并且第二透镜320的像方表面是凹面。第三透镜330具有负屈光力。第三透镜330的两个表面是凹面。第四透镜340具有正屈光力。第四透镜340的两个表面是凸面。
第二透镜组2G包括第五透镜350和第六透镜360。第五透镜350具有负屈光力。第五透镜350的两个表面是凹面。此外，在第五透镜350的像方表面上形成有拐点。例如，第五透镜350的像方表面在光轴附近为凹面并在边缘处为凸面。第六透镜360具有正屈光力。第六透镜360的两个表面是凸面。此外，在第六透镜360的物方表面上形成有拐点。
光学成像系统300还包括滤光器370、图像传感器380和光阑ST。滤光器370设置在第六透镜360和图像传感器380之间。光阑ST设置在第二透镜320和第三透镜330之间。
如上所述构造的光学成像系统表现出如图8中的曲线图所示的像差特性。图9是列出根据实施例的光学成像系统的非球面特性的表格。表3中列出了光学成像系统300的透镜的特性。
[表3]
Figure BDA0002636149490000102
Figure BDA0002636149490000111
表4表示出根据第一实施例至第三实施例的光学成像系统的条件表达式的值。
[表4]
Figure BDA0002636149490000112
接着，将参照图10至图11描述安装有根据本公开的实施例的光学成像系统的移动通信终端。
移动通信终端10包括多个相机模块20和30。第一相机模块20包括被构造为捕获在短距离位置处的对象的像的第一光学成像系统101，并且第二相机模块30包括被构造为捕获位于远距离位置处的对象的像的第二光学成像系统100、200或300。
第一光学成像系统101包括多个透镜。例如，第一光学成像系统101包括四个或更多个透镜。第一光学成像系统101作为一个整体被构造为捕获位于短距离位置处的物体的像。作为示例，第一光学成像系统101具有50度或更大的宽视场角，并且第一光学成像系统101的总长(TL)与第一光学成像系统的总焦距(f)的比(TL/f)为1.0或更大。
第二光学成像系统100、200或300包括多个透镜。例如，第二光学成像系统100、200或300包括六个透镜。第二光学成像系统100、200或300是如上所述的根据第一实施例至第三实施例的光学成像系统中的任意一个。第二光学成像系统100、200或300被构造为捕获位于远距离位置处的物体的像。作为示例，第二光学成像系统100、200或300具有50度或更小的视场角，并且第二光学成像系统的总长(TL)与第二光学成像系统的总焦距(f)的比(TL/f)小于1.0。
第一光学成像系统101和第二光学成像系统100、200或300可具有基本相同的尺寸。在实施例中，第一光学成像系统101的总长L1与第二光学成像系统100、200或300的总长L2基本相同。可选地，在另一实施例中，第一光学成像系统101的总长L1与第二光学成像系统100、200或300的总长L2的比(L1/L2)可以为0.8至1.0。在又一可选实施例中，第二光学成像系统100、200或300的总长L2与移动通信终端10的厚度h的比(L2/h)可以为0.8或更小。
如以上阐述，根据本公开的实施例，可实现能够捕获位于远距离位置处的对象的像并安装在小型终端中的光学成像系统。
虽然上面已经示出并描述了实施例，但在理解本申请的公开内容之后将清楚的是，在不脱离本申请的由权利要求所限定的范围的情况下，可做出修改或变型。

Claims (10)

1.一种光学成像系统，包括：
第一透镜组，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜具有正屈光力；以及
第二透镜组，包括第五透镜和第六透镜，所述第六透镜具有凸出的物方表面，
其中，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物方至成像面顺序地设置，并且
其中，满足表达式0.7<TL/f<1.0和-2.5<f/f2<-0.5，其中，TL表示从所述第一透镜的物方表面到所述成像面的在光轴上的距离，f表示所述光学成像系统的总焦距，f2表示所述第二透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第一透镜的物方表面是凸面。
3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第二透镜具有负屈光力。
4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第六透镜具有高于1.6且小于1.75的折射率。
5.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足表达式0.9mm<d1G2G<1.7mm，其中，d1G2G表示从所述第四透镜的像方表面到所述第五透镜的物方表面的在光轴上的距离。
6.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足表达式-1.0<f1G/f2G<-0.2，其中，f1G表示所述第一透镜组的合成焦距，并且f2G表示所述第二透镜组的合成焦距。
7.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足表达式0.3<tanθ<0.5，其中，θ表示所述光学成像系统的视场角的一半。
8.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，
所述第二透镜具有负屈光力；
所述第三透镜具有负屈光力；并且
所述第四透镜具有正屈光力。
9.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，
所述第五透镜具有负屈光力；并且
所述第六透镜具有正屈光力。
10.一种光学成像系统，包括：
第一透镜，具有正屈光力；
第二透镜，具有负屈光力并且所述第二透镜的物方表面是凸面；
第三透镜，具有负屈光力并且所述第三透镜的像方表面是凹面；
第四透镜，具有凹入的物方表面；以及
第五透镜，具有屈光力，
其中，所述第一透镜至所述第五透镜从物方到成像面顺序地设置，并且
其中，满足表达式0.7<TL/f<1.0、-2.5<f/f2<-0.5和-3.5<f/f3<-0.4，其中，TL表示从所述第一透镜的物方表面到所述成像面的在光轴上的距离，f2表示所述第二透镜的焦距，f3表示所述第三透镜的焦距，以及f表示所述光学成像系统的总焦距。
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