CN112882194B - 光学成像系统 - Google Patents

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正屈光力、凹入的物方表面和凸出的像方表面的第一透镜。所述光学成像系统还包括具有正屈光力、凸出的物方表面和凹入的像方表面的第二透镜。所述光学成像系统还包括第三透镜、第四透镜和第五透镜。所述第一透镜至所述第五透镜从物方至像方顺序地设置。

Description

光学成像系统

本申请是申请日为2017年5月22日，申请号为201710361943.0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光学成像系统。

背景技术

通常，相机模块安装在移动通信终端、计算机、车辆、相机、移动装置或平板电脑中，能够使周围环境的图像被捕捉。

根据移动通信终端的纤薄化的趋势，已要求相机模块具有小尺寸和高的图像质量。

此外，也要求用于车辆的相机模块具有小尺寸和高的图像质量，以防止驾驶员的视野受到妨碍或负面地影响车辆的外观。

例如，车辆的后视镜中使用的相机在车辆运行过程中应该能够捕捉清晰的图像，以确保后方视野的视域，因此需要具有高的图像质量，并且需要具有宽视场的镜头系统，以捕捉宽的图像。

此外，需要车辆中使用的相机即使在照度低的夜间也能够清晰地捕捉物的图像。因此，期望一种具有小尺寸并且在可见光谱中的可见光区域和近红外区域这二者中捕捉图像的镜头系统。

发明内容

提供本发明内容以通过简化形式介绍将在下面的具体实施方式中进一步描述的选择的构思。本发明内容既不意在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

根据实施例，提供一种光学成像系统，所述光学成像系统包括：第一透镜，可具有正屈光力、凹入的物方表面和凸出的像方表面；第二透镜，可具有正屈光力、凸出的物方表面和凹入的像方表面；第三透镜；第四透镜；及第五透镜，其中，所述第一透镜至所述第五透镜从物方至像方顺序地设置。

所述第一透镜和所述第二透镜的物方表面和像方表面以及所述第四透镜的物方表面和像方表面可以是球面的，所述第三透镜和所述第五透镜的物方表面和像方表面可以是非球面的。

所述第一透镜至所述第五透镜可由玻璃形成。

所述第三透镜可具有负屈光力、凹入的物方表面和凹入的像方表面。

所述第四透镜可具有正屈光力、凹入的物方表面和凸出的像方表面。

所述第五透镜可具有正屈光力、凸出的物方表面和凹入的像方表面。

可满足-6.5<{(1/f)×(IMG HT/tanθ)-1}×100<-1.0，其中，f可以是所述光学成像系统的总焦距，IMG HT可以是图像传感器的成像面的对角线长度的一半，θ可以是所述光学成像系统的视场角(FOV)的一半。

可满足TTL/(2IMG HT)<2.0，其中，TTL可以是从所述第一透镜的物方表面到图像传感器的成像面在光轴上的距离，IMG HT可以是所述图像传感器的所述成像面的对角线长度的一半。

可满足-60<R1/f<0，其中，R1可以是所述第一透镜的物方表面的曲率半径，f可以是所述光学成像系统的总焦距。

可满足-10<R2/f<0，其中，R2可以是所述第一透镜的像方表面的曲率半径，f可以是所述光学成像系统的总焦距。

可满足0.2<f/f1<0.6，其中，f可以是所述光学成像系统的总焦距，f1可以是所述第一透镜的焦距。

可满足-2.5<f/f3<-1.5，其中，f可以是所述光学成像系统的总焦距，f3可以是所述第三透镜的焦距。

可满足5<(T1+T2)/T3<12，其中，T1可以是所述第一透镜的厚度，T2可以是所述第二透镜的厚度，T3可以是所述第三透镜的厚度。

可满足0≤|N1-N2|<0.2，其中，N1可以是所述第一透镜的折射率，N2可以是所述第二透镜的折射率。

可满足0.92<f/IMG HT<1.85，其中，f可以是所述光学成像系统的总焦距，IMG HT可以是图像传感器的成像面的对角线长度的一半。

所述光学成像系统的总焦距f可以为5.5mm，表示所述光学成像系统的亮度的常数(F数)可小于2.0，所述光学成像系统的视场角可以为58.03°。

所述光学成像系统的总焦距f可以为5.44mm或更小，表示所述光学成像系统的亮度的常数(F数)可小于2.0，所述光学成像系统的视场角可以为58.64°。

根据另一实施例，提供一种光学成像系统，所述光成像系统包括：第一透镜，可具有正屈光力、凹入的物方表面和凸出的像方表面；第二透镜，可具有正屈光力；第三透镜，可具有负屈光力；第四透镜，可具有正屈光力；及第五透镜，可具有正屈光力，其中，所述第一透镜至所述第五透镜可从物方至像方顺序地设置，所述第三透镜可由玻璃形成，所述第三透镜的物方表面和像方表面可以是非球面的。

所述第三透镜和所述第四透镜的物方表面可凹入，所述第二透镜和所述第五透镜的物方表面可凸出，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第五透镜的像方表面可凹入，所述第四透镜的像方表面可凸出。

所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜的物方表面和像方表面可以是球面的，所述第五透镜的物方表面和像方表面中的至少一个表面可以是非球面的。

通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，这些和/或其他方面将变得显而易见并且更易于被理解，在附图中：

图1是示出根据第一实施例的光学成像系统的示图；

图2示出了表示图1中所示的光学成像系统的像差特性的曲线的曲线图；

图3是表示图1中所示的光学成像系统的透镜的各种特性的表格；

图4是示出图1中所示的光学成像系统的透镜的各个非球面系数的表格；

图5是示出根据第二实施例的光学成像系统的示图；

图6示出了表示图5中所示的光学成像系统的像差特性的曲线的曲线图；

图7是表示图5中所示的光学成像系统的透镜的各种特性的表格；

图8是表示图5中所示的光学成像系统的透镜的各个非球面系数的表格。

在所有的附图和具体实施方式中，除非另外描述，否则相同的附图标号将被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明及方便起见，可夸大这些中元件的相对尺寸和描绘。

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、设备和/或系统的全面理解。然而，对于本领域的普通技术人员而言，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，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，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来说将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域的普通技术人员公知的功能和构造的描述。

在所有的附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明及方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不被解释为局限于这里所描述的示例。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，并且将把本公开的全部范围传达给本领域的普通技术人员。

将显而易见的是，虽然可在这里使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各个构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语所限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层和/或部分与另一个构件、组件、区域、层和/或部分相区分。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，以下讨论的第一构件、组件、区域层和/或部分可被称为第二构件、组件、区域层和/或部分。

在下文中，将参照示意图描述各个实施例。在附图中，例如，由于制造技术和/或公差，可估计所示的形状的变化。因此，实施例不应被解释为局限于在此示出的区域的特定形状，例如，包括制造导致的形状的改变。以下的实施例还可通过其中的一个或其组合而形成。

根据实施例，第一透镜是最接近从其捕捉图像的物或对象的透镜。第五透镜是最接近图像传感器或最接近成像面的透镜。

此外，每个透镜的第一表面指的是其最接近物方的表面(或物方表面)，每个透镜的第二表面指的是其最接近像方的表面(或像方表面)。此外，以毫米(mm)为单位来表示透镜的曲率半径和厚度、图像传感器的成像面的对角线长度的一半(IMG HT)等全部数值，以度为单位来表示光学成像系统的视场角(FOV)。

此外，关于透镜的形状，相对于透镜的光轴来表示这些形状。透镜的表面为凸面意味着相应表面的光轴部分凸出，透镜的表面为凹面意味着相应表面的光轴部分凹入。因此，在透镜的一个表面被描述为是凸面的构造中，透镜的所述一个表面的边缘部分可凹入。类似地，在透镜的一个表面被描述为是凹面的构造中，透镜的所述一个表面的边缘部分可凸出。换言之，透镜的近轴区可凸出，而透镜的近轴区之外的其余部分可凸出、凹入或平坦。此外，透镜的近轴区可凹入，而透镜的近轴区之外的其余部分可凸出、凹入或平坦。近轴区指的是光轴附近非常狭窄的区域。

根据实施例，描述了一种这样的光学成像系统：可增强像差改善效果、可实现高水平的分辨率，即使在照度低的环境下也可捕捉图像，视场角可为宽的，即使在温度的变化宽的情况下也可抑制分辨率的偏差。

根据各个实施例的光学成像系统可包括五个透镜。

此外，在实施例中，透镜的厚度和曲率半径是基于相应透镜的光轴测量的。

例如，根据实施例的光学成像系统可包括从物方顺序地设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。然而，本领域的普通技术人员将意识到，在实现下面所描述的各种结果和效果时，光学系统中的透镜的数量可改变，例如，可在两个透镜至五个透镜之间改变。

然而，根据实施例的光学成像系统不局限于仅包括五个透镜，而是如果需要，还可包括其他组件。例如，光学成像系统还可包括将对象的入射在图像传感器上的图像转换为电信号的图像传感器。图像传感器被配置为在近红外区域以及可见光区域中捕捉物的图像。此外，光学成像系统还包括控制光量的光阑。例如，光阑设置在第二透镜与第三透镜之间。

在根据实施例的光学成像系统中，第一透镜至第五透镜可由玻璃、塑料或聚氨酯材料形成。

此外，在根据实施例的光学成像系统中，第一透镜至第五透镜中的一些透镜可以是球面的透镜，第一透镜至第五透镜中的其他透镜可以是非球面的透镜。在其他实施例中，第一透镜至第五透镜中的所有透镜可以是球面的透镜，或第一透镜至第五透镜中的所有透镜可以是非球面的透镜。

作为示例，第一透镜、第二透镜和第四透镜的第一表面和第二表面可以是球面的，第三透镜和第五透镜可分别具有至少一个非球面表面。

第三透镜和第五透镜的非球面表面可通过下面的等式1来表示：

[等式1]

在示例中，c表示透镜的曲率(曲率半径的倒数)，K表示圆锥常数，Y是从透镜的非球面表面上的某点沿垂直于光轴的方向到光轴的距离。此外，常数A到D是非球面系数。此外，Z是透镜的非球面表面上的距所述光轴的距离为Y的某点与切平面之间的距离，其中，所述切平面与所述透镜的所述非球面表面的顶点相交。

包括第一透镜至第五透镜的光学成像系统可从物方朝向像方顺序地具有正屈光力、正屈光力、负屈光力、正屈光力、正屈光力。然而，虽然每个透镜被描述为具有特定的屈光力，但是所述透镜中的至少一个透镜可使用不同的屈光力，以实现期望的结果。

根据各个实施例的光学成像系统满足下面的条件表达式：

[条件表达式1]-6.5<{(1/f)×(IMG HT/tanθ)-1}×100<-1.0

[条件表达式2]TTL/(2IMG HT)<2.0

[条件表达式3]-60<R1/f<0

[条件表达式4]-10<R2/f<0

[条件表达式5]0.2<f/f1<0.6

[条件表达式6]-2.5<f/f3<-1.5

[条件表达式7]0.92<f/IMG HT<1.85

[条件表达式8]5<(T1+T2)/T3<12

[条件表达式9]0≤|N1-N2|<0.2。

在示例中，f是光学成像系统的总焦距，IMG HT是图像传感器的成像面的对角线长度的一半，θ是光学成像系统的视场角(FOV)的一半，TTL是从第一透镜的物方表面到图像传感器的成像面的在光轴上的距离，R1是第一透镜的物方表面的曲率半径，R2是第一透镜的像方表面的曲率半径，f1是第一透镜的焦距，f3是第三透镜的焦距，T1是第一透镜的厚度，T2是第二透镜的厚度，T3是第三透镜的厚度，N1是第一透镜的折射率，N2是第二透镜的折射率。

此外，透镜的厚度指的是其在近轴区或透镜的光轴上的厚度。

接下来，将描述根据各个实施例的形成光学成像系统的第一透镜至第五透镜。

第一透镜具有正屈光力。此外，第一透镜呈像方表面凸出的弯月状。例如，第一透镜的第一表面(物方表面)在近轴区凹入，第一透镜的第二表面(像方表面)在近轴区凸出。

第一透镜的两个表面可以是球面的。

第二透镜具有正屈光力。此外，第二透镜呈物方表面凸出的弯月状。例如，第二透镜的第一表面(物方表面)在近轴区凸出，第二透镜的第二表面(像方表面)在近轴区凹入。

第二透镜的两个表面可以是球面的。

第三透镜具有负屈光力。此外，第三透镜的两个表面为凹面。详细地讲，第三透镜的第一表面和第二表面(物方表面和像方表面)在近轴区凹入。

第三透镜的第一表面和第二表面中的至少一个表面可以是非球面的。例如，第三透镜的两个表面是非球面的。

第四透镜具有正屈光力。此外，第四透镜呈像方表面凸出的弯月状。详细地讲，第四透镜的第一表面在近轴区凹入，第四透镜的第二表面在近轴区凸出。

第四透镜的两个表面可以是球面的。

第五透镜具有正屈光力。此外，第五透镜可呈物方表面凸出的弯月状。例如，第五透镜的第一表面(物方表面)在近轴区凸出，第五透镜的第二表面(像方表面)在近轴区凹入。

第五透镜的第一表面和第二表面中的至少一个表面可以是非球面的。例如，第五透镜的两个表面是非球面的。

在如上所述构成的光学成像系统中，多个透镜执行像差校正功能，以增强像差改善性能。

此外，光学成像系统可具有2或更小的F数(表示光学成像系统的亮度的常数)，从而即使在照度低的环境下也能清晰地捕捉物的图像。

此外，根据实施例，以上描述的光学成像系统在可见光谱的可见光区域和近红外区域这二者中清晰地捕捉物的图像。

此外，由于根据实施例的光学成像系统中使用球面透镜，因此可降低用于制造光学成像系统所需的成本。

此外，在根据实施例的光学成像系统中，所述透镜中的全部透镜可由具有相对低的热膨胀系数(CTE)的玻璃形成，使得即使在-40℃至80℃的温度范围内也可确保预定水平的分辨率。因此，根据示例性实施例的光学成像系统即使在温度的变化宽度大的环境下也可实现高水平的分辨率。

将参照图1至图4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，并且还可包括光阑ST和图像传感器160。

图3中示出了透镜的各种特性(曲率半径、厚度或透镜之间的距离、折射率和阿贝数)。

此外，根据第一实施例的光学成像系统的总焦距f为5.5mm，该光学成像系统的F数(表示光学成像系统的亮度的常数)为1.93，该光学成像系统的视场角为58.03°。

在第一实施例中，第一透镜110具有正屈光力，第一透镜110的第一表面在近轴区凹入，第一透镜110的第二表面在近轴区凸出。

第二透镜120具有正屈光力，第二透镜120的第一表面在近轴区凸出，第二透镜120的第二表面在近轴区凹入。

第三透镜130具有负屈光力，第三透镜130的第一表面和第二表面在近轴区凹入。

第四透镜140具有正屈光力，第四透镜140的第一表面在近轴区凹入，第四透镜140的第二表面在近轴区凸出。

第五透镜150具有正屈光力，第五透镜150的第一表面在近轴区凸出，第五透镜150的第二表面在近轴区凹入。

此外，第三透镜130和第五透镜150的各个表面具有如图4所示的非球面系数。例如，第三透镜130和第五透镜150的第一表面和第二表面都是非球面的，第一透镜110、第二透镜120和第四透镜140的第一表面和第二表面都是球面的。

此外，第一透镜110至第五透镜150中的全部透镜由玻璃形成。

此外，光阑ST设置在第二透镜120与第三透镜130之间。

此外，如上所述构成的光学成像系统具有如图2所示的像差特性。

将参照图5至图8描述根据本公开的第二示例性实施例的光学成像系统。

根据第二实施例的光学成像系统包括具有第一透镜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，并且还包括光阑ST和图像传感器260。

图7中示出了透镜的各种特性(曲率半径、厚度或透镜之间的距离、折射率和阿贝数)。

此外，根据第二实施例的光学成像系统的总焦距f为5.44mm，该光学成像系统的F数(表示光学成像系统的亮度的常数)为1.88，该光学成像系统的视场角为58.64°。虽然第二实施例中的光学成像系统的总焦距f为5.44mm，但在其他实施例中，光学成像系统的总焦距f可以小于5.44mm，并且该光学成像系统的F数(表示光学成像系统的亮度的常数)可以小于2.0，该光学成像系统的视场角可以为58.64°。

在第二实施例中，第一透镜210具有正屈光力，第一透镜210的第一表面在近轴区凹入，第一透镜210的第二表面在近轴区凸出。

第二透镜220具有正屈光力，第二透镜220的第一表面在近轴区凸出，第二透镜220的第二表面在近轴区凹入。

第三透镜230具有负屈光力，第三透镜230的第一表面和第二表面在近轴区凹入。

第四透镜240具有正屈光力，第四透镜240的第一表面在近轴区凹入，第四透镜240的第二表面在近轴区凸出。

第五透镜250具有正屈光力，第五透镜250的第一表面在近轴区凸出，第五透镜250的第二表面在近轴区凹入。

此外，第三透镜230和第五透镜250的各个表面具有如图8所示的非球面系数。例如，第三透镜230和第五透镜250的第一表面和第二表面都是非球面的，第一透镜210、第二透镜220和第四透镜240的第一表面和第二表面都是球面的。

此外，第一透镜210至第五透镜250中的全部透镜由玻璃形成。

此外，光阑ST设置在第二透镜220与第三透镜230之间。

此外，如上所述构成的光学成像系统具有如图6所示的像差特性。

如上所述，在根据描述的各个实施例的光学成像系统中，可增强像差改善效果，实现高水平的分辨率，即使在照度低的环境下也能捕捉图像，视场角是宽的，并且即使在温度的变化宽的情况下也能抑制分辨率的偏差。

虽然本公开包括具体示例，但对本领域的普通技术人员将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可对这些示例作出形式和细节上的各种改变。这里所描述的示例将被理解为仅是描述性的含义，而非限制的目的。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。如果以不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果按照不同的方式组合和/或通过其他组件或它们的等同物替换或增补所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式来限定，而由权利要求及其等同物来限定，并且在权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被理解为包含于本公开中。

Claims (19)

1.一种光学成像系统，包括：

第一透镜，具有正屈光力、凹入的物方表面和凸出的像方表面；

第二透镜，具有正屈光力、凸出的物方表面和凹入的像方表面；

第三透镜，具有负屈光力；

第四透镜，具有正屈光力；及

第五透镜，具有正屈光力，

其中，所述光学成像系统总共有具有屈光力的五个透镜，并且所述第一透镜至所述第五透镜从物方至像方顺序地设置，并且

其中，满足0.92<f/IMG HT<1.85，其中，f是所述光学成像系统的总焦距，IMG HT是图像传感器的成像面的对角线长度的一半。

2.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第一透镜和所述第二透镜的物方表面和像方表面以及所述第四透镜的物方表面和像方表面是球面的，并且

所述第三透镜和所述第五透镜的物方表面和像方表面是非球面的。

3.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第一透镜至所述第五透镜由玻璃形成。

4.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第三透镜具有凹入的物方表面和凹入的像方表面。

5.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第四透镜具有凹入的物方表面和凸出的像方表面。

6.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第五透镜具有凸出的物方表面和凹入的像方表面。

7.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足-6.5<{(1/f)×(IMG HT/tanθ)-1}×100<-1.0，其中，θ是所述光学成像系统的视场角FOV的一半。

8.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足TTL/(2IMG HT)<2.0，其中，TTL是从所述第一透镜的物方表面到图像传感器的成像面的在光轴上的距离。

9.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足-60<R1/f<0，其中，R1是所述第一透镜的物方表面的曲率半径。

10.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足-10<R2/f<0，其中，R2是所述第一透镜的像方表面的曲率半径。

11.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足0.2<f/f1<0.6，其中，f1是所述第一透镜的焦距。

12.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足-2.5<f/f3<-1.5，其中，f3是所述第三透镜的焦距。

13.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足5<(T1+T2)/T3<12，其中，T1是所述第一透镜的厚度，T2是所述第二透镜的厚度，T3是所述第三透镜的厚度。

14.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，满足0≤|N1-N2|<0.2，其中，N1是所述第一透镜的折射率，N2是所述第二透镜的折射率。

15.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述光学成像系统的总焦距f为5.5mm，表示所述光学成像系统的亮度的常数F数小于2.0，所述光学成像系统的视场角为58.03°。

16.如权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述光学成像系统的总焦距f为5.44mm或更小，表示所述光学成像系统的亮度的常数F数小于2.0，所述光学成像系统的视场角为58.64°。

17.一种光学成像系统，包括：

第一透镜，具有正屈光力、凹入的物方表面和凸出的像方表面；

第二透镜，具有正屈光力和凹入的像方表面；

第三透镜，具有负屈光力；

第四透镜，具有正屈光力；及

第五透镜，具有正屈光力，

其中，所述光学成像系统总共有具有屈光力的五个透镜，并且所述第一透镜至所述第五透镜从物方至像方顺序地设置，

所述第三透镜由玻璃形成，所述第三透镜的物方表面和像方表面是非球面的，并且

其中，满足0.92<f/IMG HT<1.85，其中，f是所述光学成像系统的总焦距，IMG HT是图像传感器的成像面的对角线长度的一半。

18.如权利要求17所述的光学成像系统，

其中，所述第三透镜和所述第四透镜的物方表面是凹面，所述第二透镜和所述第五透镜的物方表面是凸面，

其中，所述第三透镜和所述第五透镜的像方表面是凹面，所述第四透镜的像方表面是凸面。

19.如权利要求17所述的光学成像系统，

其中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第四透镜的物方表面和像方表面是球面的，

其中，所述第五透镜的物方表面和像方表面中的至少一个表面是非球面的。

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