CN103676109A - 透镜模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透镜模块。根据本发明的实施例的透镜模块包括:第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜,它们在从物体侧到成像表面的方向上连续布置,其中,第一透镜具有正折射率,第二透镜具有负折射率,第三透镜具有正折射率,以及第四透镜具有负折射率,其中,第三透镜包括具有正折射率的第一子透镜、第二子透镜、和第三子透镜,其中,第四透镜包括围绕光轴的中央部分和围绕中央部分的周边部分,其中,在成像表面的侧部上的中央部分形成为凹入形状,以及在成像表面的侧部上的周边部分形式为凸起形状。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求分别于2012年9月5日和2013年6月26日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2012-0098430号和第10-2013-0073993号的优先权权益,其公开内容整体通过引证方式结合于此。
技术领域
本发明涉及一种透镜模块(lens module,透镜组件)。
背景技术
在图像拾取***领域中,最近已经研究开发用于移动终端、数字照相机、可携式摄像机、PC摄像头(即,耦接至PC的图像捕捉装置)等类似设备的摄像头模块。在与图像拾取***有关的摄像头模块中用于获取图像的最重要的部件是透镜模块,该透镜模块具有多个安装在其中的用于聚焦图像的透镜。
就8M的高分辨率摄像头来说,4透镜光学***主要用于像素尺寸大于1.4μm的传感器,并且5透镜光学***用于具有1.12μm的像素尺寸的传感器。
在4透镜光学***中,第一透镜和第二透镜负责整个光学***的折射率,并且第三透镜和第四透镜负责校正未被第一透镜和第二透镜校正的场曲(field curvature)、失真、和像差。第一透镜和第二透镜中的一个是王冠系列(Crown series)透镜,另一个是用以校正纵向色像差的是火石系列(Flint series)透镜。第二透镜通常具有负折射率并且是由火石材料制成的。
最常用于四个透镜组成的4透镜光学***的倍率(power,屈光度)布置通常是从第一透镜起布置为正-负-正-负。
5透镜光学***是通过将4透镜光学***的第二透镜或第三透镜分开实现的,以减少各个透镜的折射角并优化各个场的性能。
本发明的相关技术在韩国专利公开第10-2012-0039075号(图像拾取透镜、图像拾取设备和便携式终端(IMAGE PICKUP LENS,IMAGEPICKUP APPARATUS AND PORTABLE TERMINAL);公开于2012年4月5日)中公开。
发明内容
本发明的一方面的特征为透镜模块,该透镜模块包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、和第四透镜,这些透镜在从物体侧到成像表面的方向上连续地布置,其中,第一透镜具有正折射率,第二透镜具有负折射率,第三透镜具有正折射率,以及第四透镜具有负折射率,其中,第三透镜包括具有正折射率的第一子透镜、第二子透镜、和第三子透镜,其中,第四透镜包括围绕光轴的中央部分和围绕中央部分的周边部分,其中,在成像表面的侧部上的中央部分形成为凹入形状,以及在成像表面的侧部上的周边部分形成为凸起形状。
将透镜模块的整个焦距定义为f,以及将第一子透镜、第二子透镜、和第三子透镜的合成焦距定义为f3,透镜模块可以满足(f3/f)<1.0。
第一透镜至第四透镜中的至少一个具有一个或两个非球面表面。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的透镜模块的简图。
图2是示出了根据本发明第一实施例的透镜模块的像散(astigmatism)的曲线图。
图3是示出了根据本发明第一实施例的透镜模块的失真的曲线图。
图4是根据本发明第二实施例的透镜模块的简图。
图5是示出了根据本发明第二实施例的透镜模块的像散的曲线图。
图6是示出了根据本发明第二实施例的透镜模块的失真的曲线图。
图7是根据本发明第三实施例的透镜模块的简图。
图8是示出了根据本发明第三实施例的透镜模块的像散的曲线图。
图9是示出了根据本发明第三实施例的透镜模块的失真的曲线图。
具体实施方式
因为本发明可以有各种改变和实施例,所以将参考附图对某些实施例进行说明和描述。然而,这绝不是将本发明限制在某些实施例,而应该理解为包括由本发明的构思和范围所覆盖的所有改变、等同和替换。贯穿本发明的描述,当确定描述某个相关的传统技术会偏离本发明的要点时,相关的详细描述将省略。
诸如“第一”和“第二”的术语可以被用于描述各种元件,但是上述元件将不会限于上述术语。上述术语只是用来将一个元件同另一个元件区分开。
在描述中使用的术语只是旨在描述某些实施例,并且绝不限制本发明。除非清楚地另外指明,否则单数形式的表达包括复数形式的含义。在当前的描述中,诸如“包含”或“包括”的表达旨在指出特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合,并且将不会被解释为排除任何一个或多个其他的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或可能性。
当一个元件被描述为“连接”或“通向”另一个元件时,将理解为被直接连接到或通向另一个元件,但是在其之间还可能具有另外的元件。另一方面,如果一个元件被描述为“直接连接”或“直接通向”至另一个元件时,将理解为在其之间没有其他的元件。
在下文中,将参照附图详细描述一些实施例。无论图号是多少,相同或相应的元件将会给出相同的参考标号,并且将不会重复任何相同或相应元件的冗余描述。
如图1中所示,根据本发明的一个实施例的透镜模块包括第一透镜100、第二透镜200、第三透镜、和第四透镜600,这些透镜从物体侧(O)到成像表面(I)布置。第三透镜可以由第一子透镜300、第二子透镜400、和第三子透镜500组成。第一透镜100具有正反射率,第二透镜200具有负反射率,第三透镜具有正反射率,以及第四透镜600具有负反射率。组成第三透镜的第一子透镜300直至第三子透镜500也全部具有正反射率。
根据本发明一个实施例的透镜模块通过划分第三透镜来实现减少各个透镜的折射角并优化各个场的性能。因此,如图1中所示,第三透镜被划分为第一子透镜300、第二子透镜400、和第三子透镜500。为了使第三透镜具有正折射率,第一子透镜300直至第三子透镜500中的每个透镜应当形成为具有正折射率。第三透镜被划分为第一子透镜300至第三子透镜500,并且这些子透镜配置为校正中央和周边光线的像差。如果第三透镜具有大的折射率,那么将传统的4透镜光学***中的第三透镜划分为几个透镜可以是有效的。在本发明的一个实施例中,透镜模块以这样一种方式形成,即,第三透镜划分成的第一子透镜300、第二子透镜400、和第三子透镜500的合成折射率比整个光学***的折射率大。
由于根据本发明的透镜模块的折射率与焦距、透镜模块的总焦距(f)和第一子透镜300的合成焦距(f3)成反比,所以第二子透镜400和第三子透镜500可以被确定为满足以下的条件方程1。
(f3/f)<1.0—条件方程1
通过满足上述条件方程1,本发明可以允许第三透镜占据整个光学***的会聚倍率的足够大的部分,并且其他透镜占据会聚倍率的较少部分,以便降低整个光学***的灵敏度并确保所要求的性能。
此外,本发明的透镜模块的总焦距(f)和第一透镜100的焦距(f1)可以被确定为满足以下条件方程2,以便使第一透镜100会聚光。
(f1/f)<1.5—条件方程2
此外,在根据本发明的一个实施例的透镜模块中,第一透镜100至第四透镜600中的至少一个可以具有一个或两个非球面表面。如上所述,通过使用具有一个或两个非球面表面的透镜,可以提高透镜模块的分辨率并允许透镜模块具有良好的像差特性。
如图1中所示,第四透镜600可以由围绕光轴的中央部分610和围绕中央部分610的周边部分620组成。成像表面(I)的侧部上的中央部分610形成为凹入形状,并且成像表面(I)的侧部上的周边部分620形成为凸起形状,从而在中央部分610和周边部分620之间的连接位置处形成拐点(inflection point)。具体地,当从成像表面(I)观察时,中央部分610弯曲成从光轴沿向外方向凹进去,且周边部分620弯曲成在周边区域再次突出,从而在凹入形状和凸起形状之间形成拐点。形成于第四透镜600上的拐点可以调节主光线出现的最大角度,该主光线光接收元件处入射以防止阴影效应,屏幕的周边区域会由于该阴影效应变暗。
此外,第一透镜100的阿贝值(Abbe value)(V1)和第二透镜200的阿贝值(V2)可以被确定为满足以下条件方程3,以校正色像差。
20<V1-V2<60—条件方程3
此外,V1和V2的合适范围可以被确定为满足以下条件方程4,以校正色像差。
40<V1<60和20<V2<30—条件方程4
在一个实施例中,第一透镜100的折射率(n1)可以被确定为满足以下条件方程5。
1.50<n1<1.70—条件方程5
此外,第二透镜200的折射率(n2)可以被确定为满足以下条件方程6。
1.60<n2<1.80—条件方程6
换言之,第二透镜200可以由高折射材料制成以便有利于校正像差。
同样,本发明的透镜模块的每个透镜,即,第一透镜100、第二透镜200、第三透镜、和第四透镜600均可以由塑料制成,从而节省制造成本并减少摄像头的总重量。
在根据本发明的一个实施例的透镜模块中,第一透镜100的焦距(f1)和第一子透镜300至第三子透镜500的合成焦距(f3)可以被确定为满足以下条件方程7,以便允许第三透镜占据整个光学***的会聚倍率的足够大的部分,并且允许第一透镜100占据会聚倍率的较少部分,从而降低整个光学***的敏感度并确保所要求的性能。
(f1/f3)>1.0—条件方程7
此外,第一透镜100和第二透镜200的合成焦距(f12)以及第一子透镜300至第三子透镜500的合成焦距(f3)可以被确定为满足以下条件方程8,其理由与关于条件方程7的相同。
(f12/f3)>2.0—条件方程8
同样,将第四透镜的焦距定义为f4,第三透镜和用于校正由第三透镜引起的像差的第四透镜600的适当焦距可以被确定为满足以下条件方程9。
-2.0<(f4/f3)<-0.5—条件方程9
此外,将第二透镜200的焦距定义为f2,f1和f2可以被确定为满足以下条件方程10,以校正像差。
-2.0<(f2/f1)<-0.5—条件方程10
在下文中,将参考下表描述根据本发明的一些实施例的透镜模块的效果。
表1和表2示出了根据第一实施例的球形表面和非球面系数的技术规格,表3和表4示出了根据第二实施例的球形表面和非球面系数的技术规格,以及表5和表6示出了根据第三实施例的球形表面和非球面系数的技术规格。
[实施例1]
[表1]
球形表面的技术规格
[表2]
非球面系数
K | A | B | C | D | E | F | G | |
S1 | 0.0000 | -0.0053 | -0.0092 | 0.0093 | -0.0110 | - | - | - |
S2 | 0.0000 | -0.0587 | 0.1333 | -0.1503 | 0.0510 | - | - | - |
S3 | 0.0000 | -0.1641 | 0.3356 | -0.3475 | 0.1506 | -0.01347 | - | - |
S4 | 0.0000 | -0.1833 | 0.2803 | -0.2369 | 0.0799 | - | - | - |
S5 | 0.0000 | -0.1051 | -0.0099 | 0.0141 | -0.0119 | - | - | - |
S6 | 0.0000 | -0.0768 | -0.0194 | 0.0073 | -0.0014 | - | - | - |
S7 | 0.0000 | -0.0518 | 0.0352 | -0.0034 | -0.0020 | - | - | - |
S8 | 0.0000 | -0.0382 | 0.0388 | -0.0125 | -0.0008 | - | - | - |
S9 | -4.5602 | -0.0453 | 0.0628 | -0.0340 | 0.0083 | -0.0019 | - | - |
S10 | -3.3101 | -0.0877 | 0.0718 | -0.0309 | 0.0107 | -0.0016 | - | - |
S11 | 0.0000 | -0.0438 | -0.0009 | 0.0037 | -0.0007 | 0.0001 | - | - |
S12 | -6.5277 | -0.03947 | 0.0086 | -0.0018 | 0.0002 | - | - | - |
[实施例2]
[表3]
球形表面的技术规格
[表4]
非球面系数
K | A | B | C | D | E | F | G | |
S1 | 0 | -0.001 | -0.016 | 0.02 | -0.017 | - | - | - |
S2 | 0 | -0.049 | 0.142 | -0.164 | 0.054 | - | - | - |
S3 | 0 | -0.172 | 0.352 | -0.36 | 0.147 | -0.01 | - | - |
S4 | 0 | -0.191 | 0.296 | -0.24 | 0.081 | - | - | - |
S5 | 0 | -0.071 | 0.064 | -0.007 | -0.015 | - | - | - |
S6 | 0 | -0.029 | 0.042 | -0.019 | -0.001 | - | - | - |
S7 | 0 | -0.046 | -0.008 | 0 | 0.001 | - | - | - |
S8 | 0 | -0.031 | -0.004 | -0.004 | 0 | - | - | - |
S9 | -6.575 | -0.05 | 0.05 | -0.034 | 0.011 | -0.002 | - | - |
S10 | -3.544 | -0.097 | 0.064 | -0.032 | 0.011 | -0.001 | - | - |
S11 | 0 | -0.044 | -0.003 | 0.004 | -0.001 | - | - | - |
S12 | -6.28 | -0.043 | 0.009 | -0.002 | 0 | - | - | - |
[实施例3]
[表5]
球形表面的技术规格
[表6]
非球面系数
K | A | B | C | D | E | F | G | |
S1 | 0 | 0.001 | -0.015 | 0.019 | -0.017 | - | - | - |
S2 | 0 | -0.049 | 0.136 | -0.16 | 0.052 | - | - | - |
S3 | 0 | -0.176 | 0.351 | -0.358 | 0.147 | -0.009 | - | - |
S4 | 0 | -0.19 | 0.294 | -0.241 | 0.087 | - | - | - |
S5 | 0 | -0.097 | 0.045 | -0.004 | -0.013 | - | - | - |
S6 | 0 | -0.033 | 0.041 | -0.021 | 0.001 | - | - | - |
S7 | 0 | -0.018 | -0.001 | 0.002 | 0.001 | - | - | - |
S8 | 0 | -0.025 | 0.003 | -0.001 | - | - | - | - |
S9 | -7.32 | -0.047 | 0.05 | -0.033 | 0.012 | -0.002 | - | - |
S10 | -3.645 | -0.096 | 0.063 | -0.033 | 0.011 | -0.001 | - | - |
S11 | 0 | -0.041 | -0.003 | 0.004 | -0.001 | - | - | - |
S12 | -6.137 | -0.043 | 0.009 | -0.002 | - | - | - | - |
Z=CR2/(1+(1-(1+K)C2R2)(1/2))+AR4+BR6+CR8+DR10+ER12+FR14+GR16
Z:平行于光轴的表面的垂度(sag)
C:表面顶点处的曲率
K:锥形常数
A~G:分别是非球面系数的第四顺序、第六顺序、第八顺序、第十顺序、第十二顺序、第十四顺序、以及第十六顺序。
可以从平行于光轴的表面的垂度来确定非球面表面的形状,之后可以基于表中的非球面形状和数据来测量像差。
图2和图3是示出了根据第一实施例的像差的曲线图,其中像散和失真被测量出。图2是示出了根据本发明的第一实施例测量出的像散的曲线图。
在图2中,Y轴表示图像的高度(mm),X轴表示像散(mm)。在图2中,说明了当曲线越接近Y轴时像差校正越好。像散是当光学***具有用于两束正交光的不同光学强度时所引起的像差,并且该像散由切向面和弧矢面组成。在两束光之间,通过光轴的那个被认为是切向面,另一个不通过光轴的被认为是弧矢面。在曲线图中,因为图像的值看起来接近Y轴,所以显示像散校正良好。
图3是示出了第一实施例中测量的失真的曲线图。在图3中,Y轴表示图像的高度(mm),X轴表示失真(%)。在图3中,说明了当曲线越接近Y轴时像差校正越好。在曲线图中,因为图像的值看起来接近Y轴(即,失真形成为2%或更少),所以显示失真校正良好。类似地,在第二实施例和第三实施例中,可以理解的是失真校正良好。图4是根据本发明的第二实施例的透镜模块的简图。
参考表3和图4,根据本发明第二实施例的透镜模块的S5、S6和S8的曲率半径分别具有正值,因此与根据第一实施例的透镜模块的S5、S6和S8的负曲率半径在一定程度上是不同的。然而,与根据第一实施例的透镜模块类似,根据本发明第二实施例的透镜模块也由具有一个或两个非球面表面的透镜组成。此外,与根据第一实施例的透镜模块类似,组成第三透镜的第一子透镜300、第二子透镜400、和第三子透镜500的合成折射率具有正值。
图5和图6是示出了根据第二实施例的像差的曲线图,并且图5是示出了根据第二实施例测量出的像散的曲线图。
图6是示出了根据第二实施例测量出的失真的曲线图。
第二实施例与第一实施例在其技术规格和非球面表面系数方面稍有不同,但是如图5中可以看出的,像散的图像值看起来接近Y轴,与第一实施例类似,因此可以理解为第二实施例中的像差校正也良好。同样,如图6中可以看出的,失真的图像值看起来接近Y轴,与第一实施例类似,可以理解为第二实施例中的像差校正也良好。
图7是根据本发明的第三实施例的透镜模块的简图。参考表5和图7,根据第三实施例的透镜模块的S5至S10的曲率半径分别具有负值,并且与根据第一和第二实施例的透镜模块的那些曲率半径不同。然而,与根据第一和第二实施例的透镜模块类似,根据第三实施例的第三模块也由具有一个或两个非球面表面的透镜组成。此外,与根据第一和第二实施例的透镜模块类似,组成第三透镜的第一子透镜300、第二子透镜400、和第三子透镜500的合成折射率具有正值。
图8和图9是示出了根据第三实施例的像差的曲线图,并且图8是示出了根据第三实施例测量出的像散的曲线图。
图9是示出了根据第三实施例测量出的失真的曲线图。
第三实施例与第一实施例和第二实施例在技术规格和非球面表面系数方面在一定程度上有所不同,但是如图8中可以看出的,像散的图像值看起来接近Y轴,与第一和第二实施例类似,因此可以理解为第二实施例中的像差校正也良好。同样,如图9中可以看出的,失真的图像值看起来接近Y轴,与第一和第二实施例类似,可以理解为第三实施例中的像差校正也良好。
上述实施例包括多种形式。尽管不能描述所有可能组合以说明各种形式,但本领域的技术人员可以理解本发明涉及其他可能的组合。因此,可以理解本发明包括属于所附权利要求的所有其他的替代、变形和改变。
Claims (13)
1.一种透镜模块,包括:第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜,这些透镜在从物体侧到成像表面的方向上连续地布置,
其中,所述第一透镜具有正折射率,
其中,所述第二透镜具有负折射率,
其中,所述第三透镜具有正折射率,
其中,所述第四透镜具有负折射率,
其中,所述第三透镜包括均具有正折射率的第一子透镜、第二子透镜和第三子透镜,
其中,所述第四透镜包括围绕光轴的中央部分和围绕所述中央部分的周边部分,并且
其中,在所述成像表面的侧部上的所述中央部分形成为凹入形状,以及在所述成像表面的侧部上的所述周边部分形式为凸起形状。
2.根据权利要求1所述的透镜模块,满足(f3/f)<1.0,其中f是所述透镜模块的总焦距,f3是所述第一子透镜、所述第二子透镜和所述第三子透镜的合成焦距。
3.根据权利要求1所述的透镜模块,满足(f1/f)<1.5,其中f是所述透镜模块的总焦距,f1是所述第一透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的透镜模块,其中,所述第一透镜至所述第四透镜中的至少一个具有一个或两个非球面表面。
5.根据权利要求1所述的透镜模块,满足20<V1-V2<60,其中V1是所述第一透镜的阿贝值,V2是所述第二透镜的阿贝值。
6.根据权利要求1所述的透镜模块,满足40<V1<60和20<V2<30,其中V1是所述第一透镜的阿贝值,V2是所述第二透镜的阿贝值。
7.根据权利要求1所述的透镜模块,满足1.60<n2<1.80,其中n2是所述第二透镜的折射率。
8.根据权利要求1所述的透镜模块,满足1.50<n1<1.70,其中n1是所述第一透镜的折射率。
9.根据权利要求1所述的透镜模块,其中,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜是由塑料制成的。
10.根据权利要求1所述的透镜模块,满足(f1/f3)>1.0,其中f1是所述第一透镜的焦距,f3是所述第一子透镜、所述第二子透镜和所述第三子透镜的合成焦距。
11.根据权利要求1所述的透镜模块,满足(f12/f3)>2.0,其中f12是所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距,f3是所述第一子透镜、所述第二子透镜和所述第三子透镜的合成焦距。
12.根据权利要求1所述的透镜模块,满足-2.0<(f4/f3)<-0.5,其中f3是所述第一子透镜、所述第二子透镜和所述第三子透镜的合成焦距,f4是所述第四透镜的焦距。
13.根据权利要求1所述的透镜模块,满足-2.0<(f2/f1)<-0.5,其中f1是所述第一透镜的焦距,f2是所述第二透镜的焦距。
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