CN115427863A - 光学系统和包括该光学系统的相机模块 - Google Patents

光学系统和包括该光学系统的相机模块 Download PDF

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CN115427863A CN202180025985.1A CN202180025985A CN115427863A CN 115427863 A CN115427863 A CN 115427863A CN 202180025985 A CN202180025985 A CN 202180025985A CN 115427863 A CN115427863 A CN 115427863A
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Abstract

根据本发明的实施例的变焦光学系统包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，其中第一透镜组至第四透镜组均包括两个透镜，第二透镜组和第三透镜组是可移动的，并且长焦有效焦距(EFL)由以下数学表达式定义：
Figure DDA0003871580920000011
其中EFLtele是指变焦光学系统的长焦有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半。

Description

光学系统和包括该光学系统的相机模块
技术领域
实施例涉及光学系统和包括该光学系统的相机模块。
背景技术
随着内置在便携式终端中的相机模块的性能的发展，便携式终端中的相机模块也需要自动对焦功能。
为了使便携式终端中的相机模块具有自动对焦功能，可以在将外部光转换成数字图像或数字视频的过程中通过数字处理来增加放大率。因此，只能以预定放大率(诸如1x、3x或5x)进行变焦，并且随着放大率增加，分辨率降低并且出现数字退化。
同时，为了使便携式终端中的相机模块具有自动对焦功能，已经尝试了通过移动透镜来调整透镜与图像传感器之间的距离的技术。然而，设计在便携式终端中的狭窄空间中可移动的光学系统并不容易。
发明内容
【技术问题】
本发明旨在提供一种变焦光学系统和包括该变焦光学系统的相机模块。
实施例的目的不限于此，并且还将包括可以从配置或实施例中识别的目的或效果，这将在以下描述。
【技术解决方案】
根据本发明的实施例的变焦光学系统包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，其中，第一透镜组至第四透镜组中的每个包括两个透镜，第二透镜组和第三透镜组是可移动的，并且在长焦中的有效焦距(EFL)由以下数学表达式定义：
Figure BDA0003871580900000021
其中，EFLtele是指变焦光学系统在长焦中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。
在广角中的有效焦距(EFL)可以由以下数学表达式定义：
Figure BDA0003871580900000022
其中，EFLwide是指变焦光学系统在广角中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。
在从广角变焦到长焦时，第二透镜组的移动行程可以由以下数学表达式定义：
Figure BDA0003871580900000023
其中，总轨道长度(TTL)是指图像传感器平面与变焦光学系统的第一平面之间的距离，并且STROKE2是指第二透镜组的移动行程。
在从广角变焦到长焦时，第三透镜组的移动行程可以由以下数学表达式定义：
Figure BDA0003871580900000024
其中，总轨道长度(TTL)是指图像传感器平面与变焦光学系统的第一平面之间的距离，并且STROKE3是指第三透镜组的移动行程。
第一透镜组和第二透镜组中的每个可以包括至少一个玻璃透镜。
布置在包括在第一透镜组中的两个透镜的图像侧上的透镜或布置在包括在第二透镜组中的两个透镜的物体侧上的透镜中的至少一个可以是玻璃透镜。
包括在第二透镜组中的两个透镜可以具有由以下数学表达式定义的阿贝数(Abbe’s number)：
|ABBE3-ABBE4|＞10
其中，ABBE3是指布置在包括在第二透镜组中的两个透镜的物体侧平面上的透镜的阿贝数，并且ABBE4是指布置在包括在第二透镜组中的两个透镜的图像侧平面上的透镜的阿贝数。
包括在第一透镜组至第四透镜组中的透镜中的至少一个可以是D-cut透镜。
包括在第一透镜组至第四透镜组中的多个透镜的最大直径以及包括在第二透镜组和第三透镜组中的多个透镜的最大直径可以由以下数学表达式定义：
Figure BDA0003871580900000031
其中，APERfix可以是指第一透镜组和第四透镜组中包括的透镜的最大直径，该第一透镜组和该第四透镜组是固定组，并且APERmov可以是指第二透镜组和第三透镜组中包括的透镜的最大直径，该第二透镜组和该第三透镜组是可移动组。
布置在包括在第一透镜组中的两个透镜的物体侧上的透镜可以具有正屈光力，并且布置在包括在第一透镜组中的两个透镜的图像侧上的透镜可以具有负屈光力。
变焦光学系统还可以包括从物体侧到图像侧依次布置在第一透镜组的前端处的直角棱镜。
根据本发明的实施例的变焦光学系统包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，其中，第一透镜组至第四透镜组中的每个包括两个透镜，第二透镜组和第三透镜组是可移动的，并且在广角中的有效焦距(EFL)由以下数学表达式定义：
Figure BDA0003871580900000041
其中，EFLwide是指变焦光学系统在广角中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。
【有益效果】
根据本发明的实施例，可以获得能够在高放大率以及低放大率下实现变焦功能的光学系统以及包括该光学系统的相机模块。根据本发明的实施例的光学系统能够执行连续变焦调整，并且即使在高放大率下也能保持高分辨率。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一实施例的变焦光学系统。
图2a是根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的广角的横截面图。
图2b是根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的中间模式的横截面图。
图2c是根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的长焦的横截面图。
图3a是通过在根据第一实施例的光学系统的广角中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图3b是通过在根据第一实施例的光学系统的中间模式中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图3c是通过在根据第一实施例的光学系统的长焦中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图4a是在根据第一实施例的光学系统的广角中的衍射调制传递函数(MTF)图。
图4b是在根据第一实施例的光学系统的中间模式中的衍射MTF图。
图4c是在根据第一实施例的光学系统的长焦中的衍射MTF图。
图5是通过测量根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的相对照度而获得的图。
图6示出了根据本发明的第二实施例的变焦光学系统。
图7a是根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的广角中的横截面图。
图7b是根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的中间模式中的横截面图。
图7c是根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的长焦中的横截面图。
图8a是通过在根据第二实施例的光学系统的广角中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图8b是通过在根据第二实施例的光学系统的中间模式中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线、失真而获得的图。
图8c是通过在根据第二实施例的光学系统的长焦中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图9a是在根据第二实施例的光学系统的广角中的衍射MTF图。
图9b是在根据第二实施例的光学系统的中间模式中的衍射MTF图。
图9c是在根据第二实施例的光学系统的长焦中的衍射MTF图。
图10是通过测量根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的相对照度而获得的图。
图11示出了应用根据本发明的一个实施例的相机模块的便携式终端的一部分。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。
然而，本发明的技术精神不限于所描述的实施例中的一些，而是能够以各种不同的形式实施，并且可以在不脱离本发明的技术精神的范围的情况下，通过选择性地耦接和替换来使用一个或多个部件。
此外，本发明的实施例中使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以解释为以下含义：除非明确和特别定义的描述，否则本发明所属领域的技术人员通常可以普遍理解，并且可以考虑相关技术的上下文含义来解释诸如字典中定义的术语的通用术语。
此外，本发明的实施例中使用的术语是为了描述本发明的实施例，并不旨在限制本发明。
在本说明书中，除非在短语中另有说明，否则单数形式还可以包括复数形式，并且当描述为“A和B、C中的至少一个(或一个或多个)”时，可以包括A、B和C的所有可能组合中的一种或多种。
此外，在描述本发明的实施例的部件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)的术语。
这些术语仅旨在将部件与其他部件区分开，并且相应部件的本质、次序或顺序不受这些术语的限制。
此外，当描述部件“连接”、“耦接”或“接合”到另一部件时，这可以包括部件不仅直接连接、耦接或接合到另一部件的情况，还包括部件通过插入其间的其他部件“连接”、“耦接”或“接合”到另一部件的情况。
此外，当描述为形成或布置在每个部件的“顶部(上方)或底部(下方)”时，顶部(上方)或底部(下方)不仅包括两个部件彼此直接接触的情况，还包括一个或多个其他部件形成或布置在两个部件之间的情况。此外，当表述为“顶部(上方)或底部(下方)”时，这也可以不仅包括相对于一个部件的向上方向的含义，还包括相对于一个部件的向下方向的含义。图1示出了根据本发明的第一实施例的变焦光学系统(zoom optical system)。
参考图1，根据本发明的第一实施例的变焦光学系统包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组100、第二透镜组200、第三透镜组300和第四透镜组400。直角棱镜还可以布置在第一透镜组100的前端处。
根据本发明的第一实施例，第一透镜组100包括多个透镜。第一透镜组100可以包括至少两个或更多个透镜。由于当第一透镜组100包括一个透镜时可能难以以最大放大率来校正分辨率，并且当第一透镜组100包括三个或更多个透镜时变焦光学系统的整体尺寸可能增加，所以第一透镜组100可以优选地包括两个透镜110和120。
第一透镜组100被固定到图像侧。第一透镜组100被固定到传感器10的平面。换言之，多个透镜被固定到图像侧。当第一透镜组100包括两个透镜时，两个透镜110和120可以被固定到图像侧。
第二透镜组200包括多个透镜。第二透镜组200可以包括至少两个透镜。由于当第二透镜组200包括一个透镜时可能难以以最大放大率来校正分辨率，并且当第二透镜组200包括三个或更多个透镜时变焦光学系统的整体尺寸可能增加，所以第二透镜组200可以优选地包括两个透镜210和220。
第二透镜组200是可移动的。包括在第二透镜组200中的多个透镜沿透镜的中心轴线一起可移动。包括在第二透镜组200中的两个透镜210和220沿透镜的中心轴线一起可移动。当第二透镜组200包括三个或更多个透镜时，第二透镜组200的尺寸和重量可能增加，并且驱动力可能随着移动而增加。因此，第二透镜组200优选地包括两个透镜210和220。可以根据第二透镜组200的移动连续地调整焦距。可以根据第二透镜组200的移动连续地调整放大率。因此，第二透镜组200可以用作变焦组。
第三透镜组300包括多个透镜。第三透镜组300和第一透镜组300可以包括至少两个透镜。由于当第三透镜组300包括一个透镜时可能难以以最大放大率来校正分辨率，并且当第三透镜组300包括三个或更多个透镜时变焦光学系统的整体尺寸可能增加，所以第三透镜组300可以优选地包括两个透镜310和320。
第三透镜组300是可移动的。包括在第三透镜组300中的多个透镜沿透镜的中心轴线一起可移动。包括在第三透镜组300中的两个透镜310和320沿透镜的中心轴线一起可移动。当第三透镜组300包括三个或更多个透镜时，第三透镜组300的尺寸和重量可能增加，并且驱动力可能随着移动而增加。因此，第三透镜组300可以包括两个透镜310和320。可以根据第三透镜组300的移动来调整焦点。第三透镜组300可以用作对焦组。
第四透镜组400包括多个透镜。第四透镜组400第一透镜组400可以包括至少两个透镜。由于当第四透镜组400包括一个透镜时可能难以以最大放大率来校正分辨率，并且当第四透镜组400包括三个或更多个透镜时变焦光学系统的整体尺寸可能增加，所以第四透镜组400可以优选地包括两个透镜410和420。
第四透镜组400被固定到图像侧。第四透镜组400被固定到传感器10的平面。换言之，多个透镜被固定到图像侧。当第四透镜组400包括两个透镜时，两个透镜410和420可以被固定到图像侧。
根据本发明的第一实施例，过滤器20和图像传感器10可以依次布置在第四透镜组400的后端处。此时，过滤器20可以是红外(IR)过滤器。因此，过滤器20可以阻挡来自入射到相机模块的光的近红外线(例如，具有700nm至1100nm波长的光)。此外，图像传感器10可以通过线缆(wire)被连接到印刷电路板。
过滤器20还可以包括从物体侧到图像侧依次排列的防异物过滤器和IR过滤器。当过滤器20包括防异物过滤器时，可以防止在第三透镜组300移动的过程中生成的异物被引入到IR过滤器或图像传感器10。
变焦光学系统的放大率可以根据第二透镜组200和第三透镜组300的移动而变化。例如，变焦光学系统的放大率可以根据第二透镜组200和第三透镜组300的移动在3x与7.5x之间连续地增加或减小。根据第一实施例，变焦光学系统可以在广角中具有3x放大率并且可以在长焦中具有7.5x放大率。同时，当放大率连续地增加或减小时，可能意味着放大率不是间歇性地数字增加或减小，而是线性地增加或减小。
第二透镜组200和第三透镜组300中的每个可以独立地移动。例如，当变焦光学系统从广角移动到长焦时，第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离可以从移动起点(广角)到预定点增加，然后从预定点到移动终点(长焦)逐渐减小。
将描述根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的有效焦距(EFL)。
在变焦光学系统中，在长焦中的有效焦距可以由以下数学表达式1表示：
[数学表达式1]
Figure BDA0003871580900000101
其中，EFLtele是指变焦光学系统在长焦中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。单位可以是[mm]。图像传感器像素区域可以是指排列在图像传感器中接收光的像素的区域。图像传感器像素区域可以是从图像传感器的整个区域中排除接收到的光被转换成电信号的电路区域、根据封装的壳体部分等的区域。
在变焦光学系统中，在广角中的有效焦距可以由以下数学表达式2表示：
[数学表达式2]
Figure BDA0003871580900000102
其中，EFLwide是指在变焦光学系统在广角中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。
将描述根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的移动行程。移动行程可以是指透镜组可以被驱动单元移动的距离。
第二透镜组200的移动行程可以由以下数学表达式3表示：
[数学表达式3]
Figure BDA0003871580900000103
其中，总轨道长度(TTL)可以是指从图像传感器平面到变焦光学系统的第一平面的距离。例如，TTL可以是指从最靠近第一透镜组100的物体侧的一个平面到光入射的图像传感器10的上平面的距离。在本说明书中，TTL可以与全长度距离互换使用。STROKE2可以是指第二透镜组200的移动行程。单位可以是[mm]。
第三透镜组300的移动行程可以由以下数学表达式4表示：
[数学表达式4]
Figure BDA0003871580900000111
其中，TTL可以是指从图像传感器平面到变焦光学系统的第一平面的距离。STROKE3可以是指第三透镜组300的移动行程。单位可以是[mm]。
当移动行程大时，存在难以将驱动单元安装在便携式终端中的问题，因为被配置成移动第二透镜组200和第三透镜组300的驱动单元的尺寸增加。然而，与TTL相比，通过将移动行程实现为1/4至1/3，可以减小驱动单元的尺寸，从而使相机模块小型化。
将描述根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的阿贝数。阿贝数可以是指与透镜的光色散相关的属性的数值。
包括在第二透镜组200中的多个透镜可以具有不同的阿贝数。当第二透镜组200包括两个透镜时，包括在第二透镜组200中的两个透镜的阿贝数可以由以下数学表达式5表示：
[数学表达式5]
|ABBE3-ABBE4|＞10
其中，ABBE3可以是指布置在包括在第二透镜组200中的两个透镜的物体侧平面上的透镜的阿贝数，并且ABBE4可以是指布置在包括在第二透镜组200中的两个透镜的图像侧平面上的透镜的阿贝数。根据第一实施例，ABBE3可以是指第三透镜210的阿贝数，并且ABBE4可以是指第四透镜220的阿贝数。
根据本发明的第一实施例的变焦光学系统可以通过在第二透镜组200和第四透镜组400中的每个中布置具有彼此相差一定值或更大值的阿贝数的两个透镜来去除色像差。
将描述根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的透镜的光圈。
根据本发明的第一实施例，第二透镜组200和第三透镜组300的光圈可以小于第一透镜组100和第四透镜组400的光圈。这可以通过以下数学表达式6表示：
[数学表达式6]
Figure BDA0003871580900000121
其中，APERfix可以是指包括在第一透镜组100和第四透镜组400中的透镜的最大直径，该第一透镜组和该第四透镜组是固定组，并且APERmov可以是指包括在第二透镜组200和第三透镜组300中的透镜的最大直径，该第二透镜组和该第三透镜组是可移动组。例如，当第一透镜110的直径在作为固定组的第一透镜组100和第四透镜组400中包括的透镜中最大时，APERfix可以是指第一透镜110的直径。当第三透镜210的直径在作为可移动组的第二透镜组200和第三透镜组300中包括的透镜中最大时，APERmov可以是指第三透镜210的直径。
通过实现第二透镜组200和第三透镜组300的光圈小于第一透镜组100和第四透镜组400的光圈，可以减小第二透镜组200和第三透镜组300的重量。因此，当第二透镜组200和第三透镜组300(作为可移动组)移动时，可以降低功耗。
根据本发明的第一实施例，包括在第一透镜组100至第四透镜组400中的多个透镜110、120、210、220、310、320、410和420可以是应用了D-cut技术的透镜。包括在第一透镜组100至第四透镜组400中的多个透镜110、120、210、220、310、320、410和420可以是具有部分被切割的上部和下部的D-cut透镜。此时，多个透镜110、120、210、220、310、320、410和420的上部和下部可以具有部分被切割的肋(rib)和有效直径，或者仅具有被切割的肋而没有切割有效直径。根据一个实施例，第二透镜组200和第三透镜组可以包括通过将有效直径的长轴长度除以有效直径的短轴长度而获得的值为1的透镜。换言之，有效直径的长轴长度可以与有效直径的短轴长度相同。例如，第五透镜220、第六透镜310和第七透镜320的上部和下部可以仅具有被切割的肋而没有切割有效直径。圆形透镜具有透镜体积因竖直高度而增加的问题，但是如在本发明的第一实施例中，可以通过将D-cut技术应用于多个透镜110、120、210、220、310、320、410和420的上部和下部来减小竖直高度，从而减小透镜的体积。
根据本发明的第一实施例，第一透镜组100可以包括具有不同屈光力(refractivepower)的多个透镜。包括在第一透镜组100中的第一透镜110和第二透镜120可以具有不同的屈光力。根据第一实施例，第一透镜110可以具有正(+)屈光力，并且第二透镜120可以具有负(-)屈光力。
根据本发明的第一实施例，第一透镜组100至第四透镜组400中的每个可以包括塑料透镜。此时，第一透镜组100和第二透镜组200中的每个可以包括玻璃透镜。包括在第一透镜组100和第二透镜组200中的多个透镜中的至少一个可以是玻璃透镜。
根据实施例，布置在第一透镜组100中包括的透镜的图像侧上的第二透镜120可以是玻璃透镜。根据另一实施例，布置在第二透镜组200中包括的透镜的物体侧上的第三透镜210可以是玻璃透镜。根据另一实施例，布置在第一透镜组100中包括的透镜的图像侧上的第二透镜120和布置在第二透镜组200中包括的透镜的物体侧上的第三透镜210都可以是玻璃透镜。
图2a是根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的广角的横截面图，图2b是根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的中间模式的横截面图，并且图2c是根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的长焦的横截面图。
以下的表1和表2示出了包括在根据本发明的第一实施例的变焦光学系统中的透镜的光学特性，并且表3和表4示出了根据本发明的第一实施例的变焦光学系统中包括的透镜的圆锥常数和非球面系数。
【表1】
Figure BDA0003871580900000141
【表2】
Figure BDA0003871580900000151
【表3】
Figure BDA0003871580900000152
Figure BDA0003871580900000161
【表4】
透镜平面号 E F G H J
112 2.68E-07 -6.35E-08 1.05E-09 6.04E-11 2.37E-11
114 -1.32E-07 -1.10E-07 6.82E-11 2.49E-09 -1.60E-10
122 -2.41E-06 -2.89E-07 2.13E-08 1.74E-08 -1.79E-09
124 -4.01E-06 1.13E-06 -2.61E-08 -4.82E-09 -2.43E-13
212 1.96E-06 -5.36E-07 -2.64E-07 -5.32E-08 3.22E-10
214 -2.79E-06 -2.63E-06 -5.56E-08 6.80E-08 -5.90E-10
222 1.57E-07 7.93E-07 2.93E-07 -2.40E-09 5.24E-11
224 7.06E-05 -6.50E-06 -7.83E-09 -1.77E-09 -6.11E-10
312 4.35E-06 1.04E-07 2.37E-08 -6.60E-09 -8.75E-19
314 -2.75E-06 -1.82E-06 -2.51E-16 -1.48E-17 -9.33E-19
322 2.82E-05 -3.26E-15 -2.26E-16 -1.46E-17 -9.32E-19
324 -4.97E-05 -4.89E-15 -2.35E-16 -1.46E-17 -9.32E-19
412 2.20E-05 -8.22E-07 -1.72E-08 -1.52E-08 -6.04E-19
414 -1.29E-05 9.18E-06 -9.15E-07 -1.55E-08 -1.07E-18
422 6.58E-06 -1.18E-06 4.42E-07 -5.18E-08 9.06E-10
424 -1.26E-05 1.86E-06 5.90E-08 -1.05E-08 2.68E-10
参考图2a至图2c以及表1至表4，变焦光学系统包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组100、第二透镜组200、第三透镜组300和第四透镜组400。第一透镜组100包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜110和第二透镜120。第二透镜组200包括从物体侧到图像侧依次排列的第三透镜210和第四透镜220。第三透镜组300包括从物体侧到图像侧依次排列的第五透镜310和第六透镜320。第四透镜组400包括从物体侧到图像侧依次排列的第七透镜410和第八透镜420。
在表1中，厚度(mm)表示从每个透镜平面到下一透镜平面的距离。
例如，在第一透镜110的物体侧平面112上描述的厚度表示从第一透镜110的物体侧平面112到图像侧平面114的距离。具体地，在第一透镜110的物体侧平面112上描述的厚度表示第一透镜110中的物体侧平面112的曲率中心与图像侧平面114的曲率中心之间的距离。
在第一透镜110的图像侧平面114上描述的厚度表示从第一透镜110的图像侧平面114到第二透镜120的物体侧平面122的距离。具体地，在第一透镜110的图像侧平面114上描述的厚度表示第一透镜110的图像侧平面114的曲率中心与第二透镜120的物体侧平面122的曲率中心之间的距离。
在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度表示从第二透镜120的图像侧平面124到第三透镜210的物体侧平面212的距离。具体地，在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度表示第二透镜120的图像侧平面124的曲率中心与第三透镜210的物体侧平面212的曲率中心之间的距离。
此时，由于第二透镜组200在从广角到长焦的变焦过程中移动，所以在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度可以变化。在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度可以具有在最短距离与最长距离之间的值。参考表1，在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度在广角中可以具有最长距离(4.5682758592)。在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度在中间模式中可以具有在最短距离与最长距离之间的值(2.407378747)。在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度在长焦中可以具有最短距离(0.2141379309)。在第四透镜220的图像侧平面224上描述的厚度和在第六透镜320的图像侧平面324上描述的厚度也是相同的。
参考表1，能够看出，包括在第二透镜组200中的第三透镜210与第四透镜220之间的阿贝数差值为10或更大。具体地，能够看出，由于第三透镜210的阿贝数为56.11613，并且第四透镜220的阿贝数为19.24252，所以两个透镜之间的阿贝数差值约为37，并且因此差值为10或更大。
参考表1，能够看出，包括在第一透镜组100和第二透镜组200中的第一透镜110至第四透镜220中的任一个是玻璃透镜。具体地，能够看出，第一透镜110、第三透镜210和第四透镜220是塑料透镜，并且第二透镜120是玻璃透镜。
参考表2，第一透镜110至第八透镜420的每个平面可以实现为凸形或凹形。
第一透镜110可以是物体侧平面112向物体侧凸出的透镜。第一透镜110可以是图像侧平面114向物体侧凹入的透镜。第二透镜120可以是物体侧平面122向物体侧凸出的透镜。第二透镜120可以是图像侧平面124向物体侧凸出的透镜。
第三透镜210可以是物体侧平面212向物体侧凸出的透镜。第三透镜210可以是图像侧平面214向物体侧凹入的透镜。第四透镜220可以是物体侧平面222向物体侧凹入的透镜。第四透镜220可以是图像侧平面224向物体侧凹入的透镜。
第五透镜310可以是物体侧平面312向物体侧凸出的透镜。第五透镜310可以是图像侧平面314向物体侧凸出的透镜。第六透镜320可以是物体侧平面322向物体侧凸出的透镜。第六透镜320可以是图像侧平面324向物体侧凹入的透镜。
第七透镜410可以是物体侧平面412向物体侧凹入的透镜。第七透镜410可以是图像侧平面414向物体侧凹入的透镜。第八透镜420可以是物体侧平面422向物体侧凹入的透镜。第八透镜420可以是图像侧平面424向物体侧凹入的透镜。
第一透镜110至第八透镜420可以是具有正屈光力或负屈光力的透镜。
第一透镜110可以具有正屈光力。第二透镜120可以具有负屈光力。第三透镜210可以具有正屈光力。第四透镜220可以具有负屈光力。第五透镜310可以具有负屈光力。第六透镜320可以具有负屈光力。第七透镜410可以具有正屈光力。第八透镜420可以具有正屈光力。
参考图2a，当第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离为d1a、第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离为d2a，并且第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离为d3a时，变焦光学系统可以具有广角(例如，3x放大率)。
在图2b中，当第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离为d1b、第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离为d2b，并且第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离为d3b时，变焦光学系统可以具有中间模式。
在图2c中，当第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离为d1c、第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离为d2c，并且第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离为d3c时，变焦光学系统可以具有长焦(例如，7.5x放大率)。
在将放大率从广角变为长焦的过程中，相邻透镜组之间的距离可以变化。
第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离可以经过d1b从d1a改变到d1c。此时，第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离可以逐渐减小(d1a>d1b>d1c)。
第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离可以经过d2b从d2a改变到d2c。此时，第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离可以减小然后再次增加(d2b<d2a<d2c)。
第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离可以经过d3b从d3a改变到d3c。此时，第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离可以逐渐增加(d3a<d3b<d3c)。
如上文描述的，第二透镜组200和第三透镜组300可以具有不同的移动速度。
随着第二透镜组200和第三透镜组300移动，变焦光学系统的放大率可以从5x放大率连续地调整到7.5x放大率。
接下来，将参考图3a至图3c描述根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的纵向球面像差、像散场曲线和失真的模拟结果。纵向球面像差表示根据每个波长的纵向球面像差，像散场曲线表示根据图像平面的高度的切面和矢状面的像差特性，并且失真表示根据图像平面的高度的失真程度。
图3a是通过在根据第一实施例的光学系统的广角中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图3b是通过在根据第一实施例的光学系统的中间模式中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图3c是通过在根据第一实施例的光学系统的长焦中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
参考图3a至图3c，能够看出，与波长无关，纵向球面像差在从图像传感器的中心到端部的-0.05[mm]至0.05[mm]的范围内。具体地，能够看出，在广角模式中的纵向球面像差在约-0.1[mm]至0.025[mm]的范围内，并且在中间模式中的纵向球面像差在-0.02[mm]至0.05[mm]的范围内。能够看出，尽管一些波长超出在传感器的中心附近的范围，但在长焦中的纵向球面像差在约-0.05[mm]至0.05[mm]的范围内。
参考图3a至图3c，能够看出，与波长无关，像散场曲线在从图像传感器的中心到端部的-0.05[mm]至0.02[mm]的范围内。具体地，能够看出，在广角模式中的像散场曲线在约-0.01[mm]至0.02[mm]的范围内，并且在中间模式中的像散场曲线在-0.01[mm]至0.02[mm]的范围内。能够看出，在长焦中的像散场曲线在约-0.05[mm]至-0.02[mm]的范围内。
参考图3a至图3c，能够看出，与波长无关，失真在从图像传感器的中心到端部的-0.5[mm]至2.5[mm]的范围内。具体地，能够看出，在广角模式中的失真在约-0.5[mm]至1.0[mm]的范围内，并且在中间模式中的像散场曲线在0[mm]至2.5[mm]的范围内。能够看出，在长焦中的像散场曲线在约0[mm]至0.5[mm]的范围内。
接下来，将参考图4a至图4c描述根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的调制传递函数(MTF)模拟结果。调制传递函数(MTF)是指光学系统的性能测量方法中的一种。
图4a是在根据第一实施例的光学系统的广角中的衍射MTF图。
图4b是在根据第一实施例的光学系统的中间模式中的衍射MTF图。图4c是在根据第一实施例的光学系统的长焦中的衍射MTF图。
参考图4a至图4c，根据本发明的实施例的变焦光学系统在广角、中间模式和长焦中的每个中的散焦位置0附近具有接近衍射极限的值，该值是极限值。
图5是通过测量根据本发明的第一实施例的变焦光学系统的相对照度而获得的图。
参考图5，能够看出，根据本发明的第一实施例的变焦光学系统在广角(变焦位置1)、中间模式(变焦位置2)和长焦(变焦位置3)的全部中具有50％或更高的相对照度值，并且在中间模式和长焦中具有80％或更高的相对照度值。
如通过实施例所描述的，能够看出，根据本发明的实施例的光学系统具有优异的像差特性。
图6示出了根据本发明的第二实施例的变焦光学系统。
参考图6，根据本发明的第二实施例的变焦光学系统包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组100、第二透镜组200、第三透镜组300和第四透镜组400。直角棱镜还可以布置在第一透镜组100的前端处。
根据本发明的第二实施例，第一透镜组100包括多个透镜。第一透镜组100可以包括至少两个或更多个透镜。由于当第一透镜组100包括一个透镜时可能难以以最大放大率来校正分辨率，并且当第一透镜组100包括三个或更多个透镜时变焦光学系统的整体尺寸可能增加，所以第一透镜组100可以优选地包括两个透镜110和120。
第一透镜组100被固定到图像侧。第一透镜组100被固定到传感器10的平面。换言之，多个透镜被固定到图像侧。当第一透镜组100包括两个透镜时，两个透镜110和120可以被固定到图像侧。
第二透镜组200包括多个透镜。第二透镜组200可以包括至少两个透镜。由于当第二透镜组200包括一个透镜时可能难以以最大放大率来校正分辨率，并且当第二透镜组200包括三个或更多个透镜时变焦光学系统的整体尺寸可能增加，所以第二透镜组200可以优选地包括两个透镜210和220。
第二透镜组200是可移动的。包括在第二透镜组200中的多个透镜沿透镜的中心轴线一起可移动。包括在第二透镜组200中的两个透镜210和220沿透镜的中心轴线一起可移动。当第二透镜组200包括三个或更多个透镜时，第二透镜组200的尺寸和重量可能增加，并且驱动力可能随着移动而增加。因此，第二透镜组200优选地包括两个透镜210和220。可以根据第二透镜组200的移动连续地调整焦距。可以根据第二透镜组200的移动连续地调整放大率。因此，第二透镜组200可以用作变焦组。
第三透镜组300包括多个透镜。第三透镜组300第一透镜组300可以包括至少两个透镜。由于当第三透镜组300包括一个透镜时可能难以以最大放大率来校正分辨率，并且当第三透镜组300包括三个或更多个透镜时变焦光学系统的整体尺寸可能增加，所以第三透镜组300可以优选地包括两个透镜310和320。
第三透镜组300是可移动的。包括在第三透镜组300中的多个透镜沿透镜的中心轴线一起可移动。包括在第三透镜组300中的两个透镜310和320沿透镜的中心轴线一起可移动。当第三透镜组300包括三个或更多个透镜时，第三透镜组300的尺寸和重量可能增加，并且驱动力可能随着移动而增加。因此，第三透镜组300优选地包括两个透镜310和320。可以根据第三透镜组300的移动来调整焦点。第三透镜组300可以用作对焦组。
第四透镜组400包括多个透镜。第四透镜组400第一透镜组400可以包括至少两个透镜。由于当第四透镜组400包括一个透镜时可能难以以最大放大率来校正分辨率，并且当第四透镜组400包括三个或更多个透镜时变焦光学系统的整体尺寸可能增加，所以第四透镜组400可以优选地包括两个透镜410和420。
第四透镜组400被固定到图像侧。第四透镜组400被固定到传感器10的平面。换言之，多个透镜被固定到图像侧。当第四透镜组400包括两个透镜时，两个透镜410和420可以被固定到图像侧。
根据本发明的第二实施例，过滤器20和图像传感器10可以依次布置在第四透镜组400的后端处。此时，过滤器20可以是红外(IR)过滤器。因此，过滤器20可以阻挡来自入射到相机模块的光的近红外线(例如，具有700nm至1100nm波长的光)。此外，图像传感器10可以通过线缆被连接到印刷电路板。
过滤器20还可以包括从物体侧到图像侧依次排列的防异物过滤器和IR过滤器。当过滤器20包括防异物过滤器时，可以防止在第三透镜组300移动的过程中生成的异物被引入到IR过滤器或图像传感器10。
变焦光学系统的放大率可以根据第二透镜组200和第三透镜组300的移动而变化。例如，变焦光学系统的放大率可以根据第二透镜组200和第三透镜组300的移动在3x与7.5x之间连续地增加或减小。根据第二实施例，变焦光学系统可以在广角中具有3x放大率并且可以在长焦中具有7.5x放大率。同时，当放大率连续地增加或减小时，可能意味着放大率不是间歇性地数字增加或减小，而是线性地增加或减小。
第二透镜组200和第三透镜组300中的每个可以独立地移动。例如，当变焦光学系统从广角移动到长焦时，第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离可以从移动起点(广角)到预定点增加，然后从预定点到移动终点(长焦)逐渐减小。
将描述根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的有效焦距(EFL)。
在变焦光学系统中，在长焦中的有效焦距可由以下数学表达式7表示：
[数学表达式7]
Figure BDA0003871580900000251
其中，EFLtele是指变焦光学系统在长焦中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。单位可以是[mm]。
在变焦光学系统中，在广角中的有效焦距可以由以下数学表达式8表示：
[数学表达式8]
Figure BDA0003871580900000252
其中，EFLwide是指变焦光学系统在广角中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。
将描述根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的移动行程。移动行程可以是指透镜组可以被驱动单元移动的距离。
第二透镜组200的移动行程可以由以下数学表达式9表示：
[数学表达式9]
Figure BDA0003871580900000261
其中，总轨道长度(TTL)可以是指从图像传感器平面到变焦光学系统的第一平面的距离。例如，TTL可以是指从最靠近第一透镜组100的物体侧的一个平面到光入射的图像传感器10的上平面的距离。在本说明书中，TTL可以与全长度距离互换使用。STROKE2可以是指第二透镜组200的移动行程。单位可以是[mm]。
第三透镜组300的移动行程可以由以下数学表达式10表示：
[数学表达式10]
Figure BDA0003871580900000262
其中，TTL可以是指从图像传感器平面到变焦光学系统的第一平面的距离。STROKE3可以是指第三透镜组300的移动行程。单位可以是[mm]。
当移动行程大时，存在难以将驱动单元安装在便携式终端中的问题，因为被配置成移动第二透镜组200和第三透镜组300的驱动单元的尺寸增加。然而，与TTL相比，通过将移动行程实现为1/4至1/3，可以减小驱动单元的尺寸，从而使相机模块小型化。
将描述根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的阿贝数。阿贝数可以是指与透镜的光色散相关的属性的数值。
包括在第二透镜组200中的多个透镜可以具有不同的阿贝数。当第二透镜组200包括两个透镜时，包括在第二透镜组200中的两个透镜的阿贝数可以由以下数学表达式11表示：
[数学表达式11]
|ABBE3-ABBE4|＞10
其中，ABBE3可以是指布置在第二透镜组200中包括的两个透镜的物体侧平面上的透镜的阿贝数，并且ABBE4可以是指布置在第二透镜组200中包括的两个透镜的图像侧平面上的透镜的阿贝数。根据第二实施例，ABBE3可以是指第三透镜210的阿贝数，并且ABBE4可以是指第四透镜220的阿贝数。
根据本发明第二实施例的变焦光学系统可以通过在第二透镜组200和第四透镜组400中的每个中布置具有彼此相差预定值或更大值的阿贝数的两个透镜来去除色像差。
将描述根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的透镜的光圈。
根据本发明的第二实施例，第二透镜组200和第三透镜组300的光圈可以小于第一透镜组100和第四透镜组400的光圈。这可以通过以下数学表达式12表示：
[数学表达式12]
Figure BDA0003871580900000271
其中，APERfix可以是指包括在第一透镜组100和第四透镜组400中的透镜的最大直径，该第一透镜组和该第四透镜组是固定组，并且APERmov可以是指包括在第二透镜组200和第三透镜组300中的透镜的最大直径，该第二透镜组和该第三透镜组是可移动组。例如，当第一透镜110的直径在作为固定组的第一透镜组100和第四透镜组400中包括的透镜中最大时，APERfix可以是指第一透镜110的直径。当第三透镜210的直径在作为可移动组的第二透镜组200和第三透镜组300中包括的透镜中最大时，APERmov可以是指第三透镜210的直径。
通过实现第二透镜组200和第三透镜组300的光圈小于第一透镜组100和第四透镜组400的光圈，可以减小第二透镜组200和第三透镜组300的重量。因此，当第二透镜组200和第三透镜组300(作为可移动组)移动时，可以降低功耗。
根据本发明的第二实施例，包括在第一透镜组100至第四透镜组400中的多个透镜110、120、210、220、310、320、410和420可以是应用了D-cut技术的透镜。包括在第一透镜组100至第四透镜组400中的多个透镜110、120、210、220、310、320、410和420可以是具有部分被切割的上部和下部的D-cut透镜。此时，多个透镜110、120、210、220、310、320、410和420的上部和下部可以具有部分被切割的肋和有效直径，或者仅具有被切割的肋而没有切割有效直径。根据一个实施例，第二透镜组200和第三透镜组可以包括通过将有效直径的长轴长度除以有效直径的短轴长度而获得的值为1的透镜。换言之，有效直径的长轴长度可以与有效直径的短轴长度相同。例如，第五透镜220、第六透镜310和第七透镜320的上部和下部可以仅具有被切割的肋而没有切割有效直径。圆形透镜具有透镜体积因竖直高度而增加的问题，但是如在本发明的第二实施例中，可以通过将D-cut技术应用于多个透镜110、120、210、220、310、320、410和420的上部和下部来减小竖直高度，从而减小透镜的体积。
根据本发明的第二实施例，第一透镜组100可以包括具有不同屈光力的多个透镜。包括在第一透镜组100中的第一透镜110和第二透镜120可以具有不同的屈光力。根据第二实施例，第一透镜110可以具有正(+)屈光力，并且第二透镜120可以具有负(-)屈光力。
根据本发明的第二实施例，第一透镜组100至第四透镜组400中的每个可以包括塑料透镜。此时，第一透镜组100和第二透镜组200中的每个可以包括玻璃透镜。包括在第一透镜组100和第二透镜组200中的多个透镜中的至少一个可以是玻璃透镜。
根据实施例，布置在第一透镜组100中包括的透镜的图像侧上的第二透镜120可以是玻璃透镜。根据另一实施例，布置在第二透镜组200中包括的透镜的物体侧上的第三透镜210可以是玻璃透镜。根据另一实施例，布置在第一透镜组100中包括的透镜的图像侧上的第二透镜120和布置在第二透镜组200中包括的透镜的物体侧上的第三透镜210都可以是玻璃透镜。
图7a是本发明的第二实施例的变焦光学系统的广角中的横截面图，图7b是根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的中间模式中的横截面图，并且图7c是根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的长焦中的横截面图。
以下的表5和表6示出了包括在根据本发明的第二实施例的变焦光学系统中的透镜的光学特性，并且表7和表8示出了包括在根据本发明的第二实施例的变焦光学系统中的透镜的圆锥常数和非球面系数。
【表5】
Figure BDA0003871580900000291
Figure BDA0003871580900000301
【表6】
Figure BDA0003871580900000302
【表7】
Figure BDA0003871580900000303
Figure BDA0003871580900000311
【表8】
Figure BDA0003871580900000312
参考图7a至图7c以及表5至表8，变焦光学系统包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组100、第二透镜组200、第三透镜组300和第四透镜组400。第一透镜组100包括从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜110和第二透镜120。第二透镜组200包括从物体侧到图像侧依次排列的第三透镜210和第四透镜220。第三透镜组300包括从物体侧到图像侧依次排列的第五透镜310和第六透镜320。第四透镜组400包括从物体侧到图像侧依次排列的第七透镜410和第八透镜420。
在表5中，厚度(mm)表示从每个透镜平面到下一透镜平面的距离。
例如，在第一透镜110的物体侧平面112上描述的厚度表示从第一透镜110的物体侧平面112到图像侧平面114的距离。具体地，在第一透镜110的物体侧平面112上描述的厚度表示第一透镜110中的物体侧平面112的曲率中心与图像侧平面114的曲率中心之间的距离。
在第一透镜110的图像侧平面114上描述的厚度表示从第一透镜110的图像侧平面114到第二透镜120的物体侧平面122的距离。具体地，在第一透镜110的图像侧平面114上描述的厚度表示第一透镜110的图像侧平面114的曲率中心与第二透镜120的物体侧平面122的曲率中心之间的距离。
在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度表示从第二透镜120的图像侧平面124到第三透镜210的物体侧平面212的距离。具体地，在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度表示第二透镜120的图像侧平面124的曲率中心与第三透镜210的物体侧平面212的曲率中心之间的距离。
此时，由于第二透镜组200在从广角到长焦的变焦过程中移动，所以在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度可以变化。在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度可以具有在最短距离与最长距离之间的值。参考表5，在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度在广角中可以具有最长距离(6.8)。在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度在中间模式中可以具有最短距离与最长距离之间的值(3.039444812)。在第二透镜120的图像侧平面124上描述的厚度在长焦中可以具有最短距离(0.3)。在第四透镜220的图像侧平面224上描述的厚度和在第六透镜320的图像侧平面324上描述的厚度也是相同的。
参考表5，能够看出，包括在第二透镜组200中的第三透镜210与第四透镜220之间的阿贝数差值为10或更大。具体地，能够看出，由于第三透镜210的阿贝数为81.5596，并且第四透镜220的阿贝数为19.2425，所以两个透镜之间的阿贝数差值约为62，并且因此差值为10或更大。
参考表5，能够看出，包括在第一透镜组100和第二透镜组200中的第一透镜110至第四透镜220中的任一个是玻璃透镜。具体地，能够看出，第一透镜110、第二透镜120和第四透镜220是塑料透镜，并且第三透镜210是玻璃透镜。
参考表6，第一透镜110至第八透镜420的每个平面可以实现为凸形或凹形。
第一透镜110可以是物体侧平面112向物体侧凸出的透镜。第一透镜110可以是图像侧平面114向物体侧凹入的透镜。第二透镜120可以是物体侧平面122向物体侧凸出的透镜。第二透镜120可以是图像侧平面124向物体侧凸出的透镜。
第三透镜210可以是物体侧平面212向物体侧凸出的透镜。第三透镜210可以是图像侧平面214向物体侧凹入的透镜。第四透镜220可以是物体侧平面222向物体侧凹入的透镜。第四透镜220可以是图像侧平面224向物体侧凸出的透镜。
第五透镜310可以是物体侧平面312向物体侧凸出的透镜。第五透镜310可以是图像侧平面314向物体侧凸出的透镜。第六透镜320可以是物体侧平面322向物体侧凸出的透镜。第六透镜320可以是图像侧平面324向物体侧凹入的透镜。
第七透镜410可以是物体侧平面412向物体侧凹入的透镜。第七透镜410可以是图像侧平面414向物体侧凹入的透镜。第八透镜420可以是物体侧平面422向物体侧凹入的透镜。第八透镜420可以是图像侧平面424向物体侧凸出的透镜。
第一透镜110至第八透镜420可以是具有正屈光力或负屈光力的透镜。
第一透镜110可以具有正屈光力。第二透镜120可以具有负屈光力。第三透镜210可以具有正屈光力。第四透镜220可以具有负屈光力。第五透镜310可以具有负屈光力。第六透镜320可以具有负屈光力。第七透镜410可以具有正屈光力。第八透镜420可以具有正屈光力。
参考图7a，当第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离为d1a、第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离为d2a、并且第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离为d3a时，变焦光学系统可以具有广角(例如，3x放大率)。
在图7b中，当第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离为d1b、第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离为d2b、并且第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离为d3b时，变焦光学系统可以具有中间模式。
在图7c中，当第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离为d1c、第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离为d2c、并且第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离为d3c时，变焦光学系统可以具有长焦(例如，7.5x放大率)。
在将放大率从广角变为长焦的过程中，相邻透镜组之间的距离可以变化。
第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离可以经过d1b从d1a改变到d1c。此时，第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离可以逐渐减小(d1a>d1b>d1c)。
第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离可以经过d2b从d2a改变到d2c。此时，第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离可以减小然后再次增加(d2b<d2a<d2c)。
第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离可以经过d3b从d3a改变到d3c。此时，第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离可以逐渐增加(d3a<d3b<d3c)。
如上文描述的，第二透镜组200和第三透镜组300可以具有不同的移动速度。
随着第二透镜组200和第三透镜组300移动，变焦光学系统的放大率可以从5x放大率连续地调整到7.5x放大率。
接下来，将参考图8a至图8c描述根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的纵向球面像差、像散场曲线和失真的模拟结果。纵向球面像差表示根据每个波长的纵向球面像差，像散场曲线表示根据图像平面的高度的切面和矢状面的像差特性，并且失真表示根据图像平面的高度的失真程度。
图8a是通过在根据第二实施例的光学系统的广角中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图8b是通过在根据第二实施例的光学系统的中间模式中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
图8c是通过在根据第二实施例的光学系统的长焦中测量具有435nm、486nm、546nm、587nm和656nm波长的光的纵向球面像差、像散场曲线和失真而获得的图。
参考图8a至图8c，能够看出，与波长无关，纵向球面像差在从图像传感器的中心到端部的-0.07[mm]至0.2[mm]的范围内。具体地，能够看出，在广角模式中的纵向球面像差在约-0.02[mm]至0.1[mm]的范围内，并且在中间模式中的纵向球面像差在-0.05[mm]至0.2[mm]的范围内。能够看出，尽管一些波长超出在传感器的中心附近的范围，但在长焦中的纵向球面像差在约-0.07[mm]至0.2[mm]的范围内。
参考图8a至图8c，能够看出，与波长无关，像散场曲线在从图像传感器的中心到端部的0[mm]至0.1[mm]的范围内。具体地，能够看出，在广角模式中的像散场曲线在约0[mm]至0.05[mm]的范围内，并且在中间模式中的像散场曲线在0[mm]至0.1[mm]的范围内。能够看出，在长焦中的像散场曲线在约0[mm]至0.1[mm]的范围内。
参考图8a至图8c，能够看出，与波长无关，失真在从图像传感器的中心到端部的0[mm]至2.5[mm]的范围内。具体地，能够看出，在广角模式中的失真在约0[mm]至2.5[mm]的范围内，并且在中间模式中的像散场曲线在0[mm]至2.5[mm]的范围内。能够看出，在长焦中的像散场曲线在约0[mm]至2[mm]的范围内。
接下来，将参考图9a至图9c描述根据本发明的第二实施例的变焦光学系统的MTF模拟结果。调制传递函数(MTF)是指光学系统的性能测量方法中的一种。
图9a是在根据第二实施例的光学系统的广角中的衍射MTF图。
图9b是在根据第二实施例的光学系统的中间模式中的衍射MTF图。
图9c是在根据第二实施例的光学系统的长焦中的衍射MTF图。
参考图9a至图9c，根据本发明的实施例的变焦光学系统在广角、中间模式和长焦中的每个中的散焦位置0附近具有接近衍射极限的值，该值是极限值。
图10是通过测量根据本发明第二实施例的变焦光学系统的相对照度而获得的图。
参考图10，能够看出，根据本发明的第二实施例的变焦光学系统在广角(变焦位置2)、中间模式(变焦位置2)和长焦(变焦位置3)的全部中具有60％或更高的相对照度值，并且在中间模式和长焦中具有80％或更高的相对照度值。
如通过实施例所描述的，能够看出，根据本发明的实施例的光学系统具有优异的像差特性。
同时，根据本发明的实施例的变焦光学系统可以应用于相机模块。包括根据本发明的一个实施例的变焦光学系统的相机模块可以被内置在便携式终端中并且与主相机模块一起应用。根据本发明的实施例的相机模块可以包括图像传感器、布置在图像传感器上的过滤器以及布置在过滤器上的变焦光学系统，并且根据本发明的实施例的变焦光学系统可以包括如上文描述的第一透镜组100、第二透镜组200、第三透镜组300和第四透镜组400。内置有包括根据本发明的实施例的变焦光学系统的相机模块的便携式终端可以是智能手机、平板PC、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)等。根据本发明的实施例的光学系统可以应用于相机模块。
图11示出了应用根据本发明的一个实施例的相机模块的便携式终端的一部分。
参考图11，包括根据本发明的一个实施例的变焦光学系统1000的相机模块可以被内置在便携式终端中，并且与主相机模块1100一起应用。
根据本发明的实施例的变焦光学系统1000包括上文已经描述的第一透镜组100、第二透镜组200、第三透镜组300和第四透镜组400，并且由于便携式终端的厚度限制，第一透镜组100、第二透镜组200、第三透镜组300和第四透镜组400可以在便携式终端的横向方向上依次排列。为此，如上文描述的，直角棱镜还可以布置在第一透镜组100的前端处。当变焦光学系统布置在便携式终端的厚度方向上时，即，当包括在变焦光学系统中的透镜的透镜平面布置在便携式终端的厚度方向上时，可以通过减小包括在变焦光学系统中的透镜的直径尺寸来减小便携式终端的厚度。因此，即使在便携式终端中，能够通过移动透镜来连续地调整放大率的变焦光学系统也能够被内置。
内置有包括根据本发明的实施例的变焦光学系统的相机模块的便携式终端可以是智能手机、平板PC、膝上型计算机、PDA等。
尽管上面主要描述了实施例，但这仅是说明性的，并不限制本发明，并且本发明所属领域的技术人员将能够理解，在不脱离实施例的基本特征的情况下，以上未例示的各种修改和应用是可能的。例如，本实施例中具体示出的各个部件可以通过修改来实现。此外，与修改和应用有关的差异应当被解释为包括在所附权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种变焦光学系统，包括：
从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，
其中，所述第一透镜组至所述第四透镜组中的每个包括两个透镜，
其中，所述第二透镜组和所述第三透镜组是可移动的，以及
其中，在长焦中的有效焦距(EFL)由以下数学表达式定义：
Figure FDA0003871580890000011
其中，EFLtele是指所述变焦光学系统在所述长焦中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。
2.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在广角中的有效焦距(EFL)由以下数学表达式定义：
Figure FDA0003871580890000012
其中，EFLwide是指所述变焦光学系统在所述广角中的有效焦距，并且HimageD是指所述图像传感器像素区域的所述对角线长度的一半值。
3.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在从广角变焦到长焦时，所述第二透镜组的移动行程由以下数学表达式定义：
Figure FDA0003871580890000013
其中，总轨道长度(TTL)是指图像传感器平面与所述变焦光学系统的第一平面之间的距离，并且STROKE2是指所述第二透镜组的移动行程。
4.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在从广角变焦到长焦时，所述第三透镜组的移动行程由以下数学表达式定义：
Figure FDA0003871580890000021
其中，总轨道长度(TTL)是指图像传感器平面与所述变焦光学系统的第一平面之间的距离，并且STROKE3是指所述第三透镜组的移动行程。
5.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第一透镜组和所述第二透镜组中的每个包括至少一个玻璃透镜，以及
其中，布置在所述第一透镜组中包括的两个透镜的图像侧上的透镜或布置在所述第二透镜组中包括的两个透镜的物体侧上的透镜中的至少一个是玻璃透镜。
6.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第二透镜组中包括的两个透镜具有由以下数学表达式定义的阿贝数：
|ABBE3-ABBE4|＞10
其中，ABBE3是指布置在所述第二透镜组中包括的两个透镜的物体侧平面上的透镜的阿贝数，并且ABBE4是指布置在所述第二透镜组中包括的两个透镜的图像侧平面上的透镜的阿贝数。
7.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第一透镜组至所述第四透镜组中包括的透镜中的至少一个是D-cut透镜。
8.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第一透镜组和所述第四透镜组中包括的多个透镜的最大直径以及所述第二透镜组和所述第三透镜组中包括的多个透镜的最大直径由以下数学表达式定义：
Figure FDA0003871580890000022
其中，APERfix是指所述第一透镜组和所述第四透镜组中包括的透镜的最大直径，所述第一透镜组和所述第四透镜组是固定组，并且APERmov是指所述第二透镜组和所述第三透镜组中包括的透镜的最大直径，所述第二透镜组和所述第三透镜组是可移动组。
9.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，布置在所述第一透镜组中包括的两个透镜的物体侧上的透镜具有正屈光力，以及
其中，布置在所述第一透镜组中包括的两个透镜的图像侧上的透镜具有负屈光力。
10.一种变焦光学系统，包括：
从物体侧到图像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，
其中，所述第一透镜组至所述第四透镜组中的每个包括两个透镜，
其中，所述第二透镜组和所述第三透镜组是可移动的，以及
其中，在广角中的有效焦距(EFL)由以下数学表达式定义：
Figure FDA0003871580890000031
其中，EFLwide是指所述变焦光学系统在所述广角中的有效焦距，并且HimageD是指图像传感器像素区域的对角线长度的一半值。
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