CN105319671A

CN105319671A - 照相镜头光学***

Info

Publication number: CN105319671A
Application number: CN201410290177.XA
Authority: CN
Inventors: 安致浩; 赵在勳; 金智恩; 姜灿求; 金世晋
Original assignee: Kolen Co Ltd
Current assignee: Kolen Co Ltd
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-02-10

Abstract

本发明提供镜头光学***。一种镜头光学***包含在物体与其中形成所述物体的图像的图像传感器之间从物体侧依次设置的第一、第二、第三和第四镜头。所述第一镜头可以具有正(+)屈光力，并且可以是朝向物体凸出的新月形镜头。所述第二镜头可以具有正(+)屈光力，并且可以是朝向所述图像传感器凸出的新月形镜头。所述第三镜头可以具有正(+)屈光力，并且可以是朝向所述图像传感器凸出的新月形镜头。所述第四镜头的入射表面和出射表面中的至少一个可以是非球面表面。所述第四镜头可以具有负(-)屈光力或正(+)屈光力。所述镜头光学***的可视角度θ可以满足条件表达式2.5＜|tanθ|＜3.5。

Description

照相镜头光学***

技术领域

本发明涉及一种照相镜头光学***，尤其涉及在虹膜识别相机中采用的一种镜头光学***。

背景技术

使用例如电荷耦合装置(chargecoupleddevice，CCD)和互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，CMOS)图像传感器等固态图像传感器的相机快速地得到广泛使用。为了增加相机的分辨率，要增加固态图像传感器的像素集成度。并且，通过改进相机中包含的镜头光学***的性能，相机的尺寸和重量得以减小。

在相机的通用镜头光学***中，使用大量镜头来保证镜头光学***的性能，例如，保证大视角和校正像差。但是，当镜头光学***包含许多镜头时，可能很难制造紧凑而且轻型的相机。需要开发一种可视角度相对宽并且能够容易地校正像差的紧凑的镜头光学***。

近年来，随着虹膜识别技术作为下一代验证和安全技术得到关注，需要开发一种用于虹膜识别相机的镜头光学***。换句话说，需要改进虹膜识别镜头光学***的性能和保证其宽可视角度。

发明内容

附图说明

图1至图3是说明根据本发明的第一至第三实施例的镜头光学***中的每一个的主要元件的设置的横截面图。

图4A、图4B和图4C是分别说明图1的镜头光学***的纵向球面像差、像散场曲率和失真的像差图。

图5A、图5B和图5C是分别说明图2的镜头光学***的纵向球面像差、像散场曲率和失真的像差图。

图6A、图6B和图6C是分别说明图3的镜头光学***的纵向球面像差、像散场曲率和失真的像差图。

具体实施方式

参考用于说明本发明的示范性实施例的附图，以便获得对本发明、本发明的优点和通过实施本发明实现的目标的充分理解。下文中，将通过参照附图解释本发明的示范性实施例来详细描述本发明。在图式中相同的参考标号表示相同的元件。

图1至图3是说明根据本发明的第一至第三实施例的镜头光学***的主要元件的设置的横截面图。根据本发明的实施例的镜头光学***可以是“虹膜识别镜头光学***”。

参看图1至图3，根据本发明的实施例的镜头光学***中的每一个可包含第一镜头I、第二镜头II、第三镜头III和第四镜头IV，这些镜头从物体OBJ的一侧依次设置在物体OBJ与其中形成物体OBJ的图像的图像传感器IMG之间。第一镜头I可以具有正(+)屈光力，并且可以是朝向物体OBJ凸出的新月形镜头。第二镜头II可以具有正(+)屈光力，并且可以是朝向图像传感器IMG凸出的新月形镜头。第三镜头III可以具有正(+)屈光力，并且可以是朝向图像传感器IMG凸出的新月形镜头。第一镜头I至第三镜头III中的至少一个可以是非球面镜头。换句话说，第一镜头I至第三镜头III中的至少一个的入射表面1*、4*或6*和出射表面2*、5*或7*中的至少一个可以是非球面的。举例来说，第一镜头I至第三镜头III的入射表面1*、4*和6*和出射表面2*、5*和7*全部可以是非球面的。

第四镜头IV可以具有负(-)屈光力或正(+)屈光力。根据图1和图2，第四镜头IV具有负(-)屈光力，并且根据图3，第四镜头IV具有正(+)屈光力。在图1至图3的实施例中，第四镜头IV的入射表面8*和出射表面9*中的至少一个可以是非球面表面。举例来说，第四镜头IV的入射表面8*和出射表面9*中的至少一个可以是在其中心部分与边缘之间具有至少一个反曲点的非球面表面。第四镜头IV的入射表面8*可以在其中心部分处朝向物体OBJ凸出，并且在中心部分周围朝向物体OBJ凹入。第四镜头IV的出射表面9*可以在中心部分处朝向图像传感器IMG凹入，并且在中心部分周围朝向图像传感器IMG凸出。

第一镜头I可以具有相对强的正(+)屈光力，并且第二镜头II至第四镜头IV可以充当像差校正镜头。

根据本发明的实施例的镜头光学***中的每一个可以进一步包含孔径光阑S1和带通滤光器V。孔径光阑S1可以提供在第一镜头I与第二镜头II之间。带通滤光器V可以提供在第四镜头IV与图像传感器IMG之间。带通滤光器V可以是透红外线(infrared，IR)滤光器。透IR滤光器可以使波长范围大约是800～950nm的光(红外射线)通过，并且阻挡具有其它波长范围的光。孔径光阑S1和带通滤光器V的位置可以变化。带通滤光器V的结构或配置可以变化。

如上配置的根据本发明的实施例的镜头光学***可以满足以下条件表达式1至3中的至少一个。

2.5＜|tanθ|＜3.5[条件表达式1]

这里，“θ”是镜头光学***的可视角度。

条件表达式1展示用于确定镜头光学***的可视角度的条件。在条件表达式1中，当“|tanθ|”小于或等于2.5的下限时，虽然球面像差和慧形像差(comaaberration)可以减少，但是可视角度可能也会减小。相比之下，当“|tanθ|”大于或等于3.5的上限时，虽然可视角度增加，但是球面像差和慧形像差可能会增加。当满足表达式1的条件时，举例来说在使球面像差和慧形像差维持在良好状态中的同时，可以获得(举例来说)大约70°或更大的相对宽的可视角度。

1.0＜f/D4＜1.5[条件表达式2]

这里，“f”是整个镜头光学***的焦距，并且“D4”是第四镜头IV的出射表面9*的有效半径，也就是说，Y轴上的半孔径。因为第四镜头IV在四个镜头I-IV当中具有最大外径，所以可以说镜头光学***的外径是通过“D4”确定的。

条件表达式2展示用于控制镜头光学***的外径并且更具体地说是第四镜头IV的出射表面9*的外径的条件。当满足表达式2的条件时，可以有助于镜头光学***的小型化(即，垂直方向上的小型化)、光路的保证和球面像差的校正。并且，当满足表达式2的条件时，可以用镜头的外径从第一镜头I到第四镜头IV依次增加的方式有助于镜头光学***的设计。

1.5＜TTL/f＜2.5[条件表达式3]

这里，“TTL”是从第一镜头I的入射表面到图像传感器IMG的距离，并且“f”是整个镜头光学***的焦距。“TTL”是光轴上的长度。

条件表达式3展示用于使得镜头光学***变紧凑(即，在水平方向上的小型化)的条件。在条件表达式3中，当“TTL/f”小于或等于1.5的下限时，虽然有助于镜头光学***的小型化，但是可能难以校正球面像差。相比之下，当“TTL/f”大于或等于2.5的上限时，虽然有助于球面像差的校正，但是镜头光学***的总长度增加，并且因而可能难以使镜头光学***小型化。因而，将“TTL/f”设置在以上范围内将有利于镜头光学***的小型化和像差校正。

满足屈光力条件、形状要求和条件表达式1至3的镜头光学***可能适合于应用于虹膜识别相机。换句话说，镜头光学***可以具有有待应用于虹膜识别相机的适当配置。具体来说，条件表达式3不仅涉及镜头光学***的小型化和像差校正，而且还可能是支持虹膜识别的一个重要要求。

在图1至图3的上述实施例(即，第一至第三实施例)中，条件表达式1至3的值在表1至3中展示。在表1中，可视角度“θ”的单位是度(°)。在表2和3中，“f”、“D4”和“TTL”的单位是毫米(mm)。

[表1]

	θ	tanθ	条件表达式1(2.5＜\|tanθ\|＜3.5)
				第一实施例	71.2	2.94	满足
第二实施例	71.5	2.99	满足
				第三实施例	73.0	3.27	满足

[表2]

	f	D4	f/D4	条件表达式2(1.0＜f/D4＜1.5)
					第一实施例	4.161	3.01	1.382	满足
第二实施例	4.060	3.08	1.318	满足
					第三实施例	3.846	3.00	1.282	满足

[表3]

	TTL	f	TTL/f	条件表达式3(1.5＜TTL/f＜2.5)
					第一实施例	7.95	4.161	1.911	满足
第二实施例	7.95	4.060	1.958	满足
					第三实施例	7.95	3.846	2.067	满足

参看表1至3，图1至图3的以上实施例的镜头光学***可以满足条件表达式1至3。

在根据如上配置的上述实施例的镜头光学***中，第一到第四镜头I-IV考虑到其形状和尺寸可以由塑料形成。换句话说，第一到第四镜头I-IV全部可以是塑料镜头。在玻璃镜头的情况下，制造成本高，而且形成条件严格，因而可能难以制造紧凑的镜头光学***。但是，在本发明中，因为第一到第四镜头I-IV全部可以由塑料形成，所以可以获得根据这些镜头的多种优点。尽管如此，本发明的第一到第四镜头I-IV的材料不限于塑料。必要时，第一到第四镜头I-IV中的至少一个可以由玻璃形成。

将参看镜头数据和附图详细描述根据本发明的第一到第三实施例的镜头光学***。

表4至6各展示构成图1至图3的镜头光学***的镜头的曲率半径、镜头厚度或镜头之间的距离、折射率和阿贝值。在表4到6中，“R”指示曲率半径，“D”指示镜头厚度或镜头间隔或相邻构成元件之间的距离，“Nd”指示通过使用d线测量的镜头的折射率，并且“Vd”指示相对于d线的阿贝值。在镜头表面编号方面，标记*指示镜头表面是非球面的。“R”和“D”值的单位是毫米(mm)。

[表4]

[表5]

[表6]

根据对应于图1至图3的第一至第三实施例的每一镜头光学***的焦距“f”和可视角度“θ”在表7中展示。

『表71

	焦距(f)[mm]	可视角度(θ)[°]
			第一实施例	4.161	71.2
第二实施例	4.060	71.5
			第三实施例	3.846	73.0

并且，在根据本发明的第一至第三实施例的镜头光学***中，每一镜头的非球面表面满足以下非球面表面等式，也就是说，等式4。

x = \frac{c^{'} y^{2}}{1 + \sqrt{1 - (K + 1) c^{' 2} y^{2}}} + {Ay}^{4} + {By}^{6} + {Cy}^{8} + {Dy}^{10} + {Ey}^{12}

[等式4]

在等式4中，“x”指示在沿光轴的方向上离镜头的顶点的距离，“y”指示在垂直于光轴的方向上的距离，“c′”指示镜头的顶点处的曲率半径的倒数(＝1/r)，“K”指示锥形常数，并且“A”、“B”、“C”、“D”和“E”各指示一个非球面表面系数。

表8至10各展示根据对应于图1至图3的第一至第三实施例的镜头光学***的非球面表面的非球面表面系数。换句话说，表8至10各展示表4至6的每一镜头的入射表面1*、4*、6*和8*和出射表面2*、5*、7*和9*的非球面系数。

[表8]

表面	K	A	B	C	D	E
							1*	0.4481	0.0085	-0.0005	0.0024	-0.0007	0.0002
2*	-12.8393	0.0294	0.0005	0.0021	-0.0017	-1.3402e-005
							4*	59.7939	-0.0186	-0.0220	0.0181	-0.0105	-0.0005
5*	1.9119	0.0127	-0.0127	0.0026	-0.0003	6.2702e-008
							6*	-6.3193	-0.0139	-0.0050	0.0010	0.0005	-7.8578e-005
7*	-1.1621	0.0009	-0.0023	0.0005	-2.2944e-005	9.4827e-006
							8*	-3.1557	-0.0210	0.0036	-0.0006	5.5940e-005	-3.5003e-006
9*	-3.5085	-0.0060	-0.0011	0.0004	-57691e-005	2.1940e-006

[表9]

表面	K	A	B	C	D	E
							1*	0.6112	0.0106	-0.0009	0.0025	-0.0008	0.0002
2*	-1.5761	0.0313	-0.0097	0.0156	-0.0058	-1.3402e-005
							4*	79.0643	-0.0169	-0.0120	0.0079	-0.0060	-0.0005
5*	1.6996	0.0021	-0.0073	0.0024	-0.0005	6.2702e-008
							6*	-5.7690	-0.0185	-0.0043	0.0013	0.0005	-8.7272e-005
7*	-1.2499	0.0011	-0.0030	0.0004	-1.5703e-005	2.0620e-005
							8*	-3.0719	-0.0190	0.0021	-0.0004	6.3433e-005	-5.3251e-006
9*	-3.1225	-0.0098	-0.0005	0.0003	-5.1216e-005	1.9852e-006

[表10]

表面	K	A	B	C	D	E
							1*	1.0235	0.0124	-0.0004	0.0024	-0.0007	0.0002
2*	0.8093	0.0298	-0.0046	0.0120	-0.0058	-1.3402e-005
							4*	81.0511	-0.0212	-0.0213	0.0185	-0.0130	-0.0005
5*	0.6477	0.0145	-0.0094	0.0028	-0.0004	6.2702e-008
							6*	-5.2324	-0.0092	-0.0048	0.0011	0.0004	-6.2268e-005
7*	-1.0265	-0.0012	-0.0014	0.0005	-0.0001	2.8895e-005
							8*	-2.4711	-0.0172	-0.0008	-0.0003	0.0001	-1.3486e-005
9*	-1.6777	-0.0254	0.0002	0.0005	-8.5617e-005	3.5111e-006

图4A、图4B和图4C是分别说明图1的镜头光学***(也就是说，具有表4的值的镜头光学***)的纵向球面像差、像散场曲率和失真的像差图。

图4A说明镜头光学***相对于具有多种波长的光的球面像差。图4B说明镜头光学***的像散场曲率，也就是说，切线场曲率T1到T3和矢状场曲率S1到S3。用于获得图4A的数据的光的波长是872.0000nm、852.0000nm和832.0000nm。用于获得图4B的数据的T1和S1的光的波长是872.0000nm，用于获得图4B的数据的T2和S2的光的波长是852.0000nm，并且用于获得图4B的数据的T3和S3的光的波长是832.0000nm。用于获得图4C的数据的光的波长是852.0000nm。相同的条件也适用于图5和图6的镜头光学***。

图5A、图5B和图5C是分别说明图2的镜头光学***(也就是说，具有表5的值的镜头光学***)的纵向球面像差、像散场曲率和失真的像差图。

图6A、图6B和图6C是分别说明图3的镜头光学***(也就是说，具有表6的值的镜头光学***)的纵向球面像差、像散场曲率和失真的像差图。

如上所述，根据本发明的实施例的镜头光学***(虹膜识别镜头光学***)各可包含第一到第四镜头I-IV，这些镜头分别具有正(+)、正(+)、正(+)和负(-)屈光力，或分别具有正(+)、正(+)、正(+)和正(+)屈光力，第一到第四镜头I-IV从物体OBJ侧朝向图像传感器IMG侧依次设置，并且可以满足条件表达式1到3中的至少一个。具有四个镜头的镜头光学***可以具有较短的总长度和较小的有效外径。并且，镜头光学***可以具有大约70°或更大的相对较大的可视角度，并且可以容易校正多种像差。因而，根据本发明，可以实施一种紧凑且轻型的并且具有宽可视角度和高分辨率的镜头光学***。另外，如上所述，因为第一到第四镜头I-IV可以由塑料形成，并且每一镜头的两个表面(也就是说，入射表面和出射表面)中的至少一个可以形成为非球面表面，所以与使用玻璃镜头的情况相比可以用低成本实施具有优越性能的紧凑的镜头光学***。

虽然已经具体参照本发明的示范性实施例展示和描述了本发明，但是所属领域的技术人员应了解，可以进行形式和细节上的多种改变，而并未脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。举例来说，可以看出，当满足条件表达式1至3中的至少一个时，所属领域的技术人员可以容易获得上述效应，即使根据本发明的实施例的镜头光学***中的镜头的形状稍微被修改时也是如此。此外，可以看出，可以对于带通滤光器V使用其它滤光器或阻挡膜而不是透IR滤光器。另外，可以看出，根据本发明的实施例的镜头光学***可以应用于包含虹膜识别相机在内的各种类型的相机。因此，本发明的范围不是由具体实施方式限定而是由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种镜头光学***，其特征在于，包括在物体与其中形成所述物体的图像的图像传感器之间从物体侧依次设置的第一、第二、第三和第四镜头，

其中所述第一镜头具有正屈光力和朝向所述物体凸出的新月形状，所述第二镜头具有正屈光力和朝向所述图像传感器凸出的新月形状，所述第三镜头具有正屈光力和朝向所述图像传感器凸出的新月形状，并且所述第四镜头的入射表面和出射表面中的至少一个是非球面表面，

其中所述镜头光学***满足以下条件表达式，2.5＜|tanθ|＜3.5，

其中θ是所述镜头光学***的可视角度。

2.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，所述镜头光学***的焦距f和所述第四镜头的所述出射表面的有效半径D4满足以下条件表达式，

1.0＜f/D4＜1.5。

3.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，从所述第一镜头的所述入射表面到所述图像传感器的距离TTL和所述镜头光学***的焦距f满足以下条件表达式，1.5＜TTL/f＜2.5。

4.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，所述第四镜头具有负屈光力。

5.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，所述第四镜头具有正屈光力。

6.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，所述第一到第三镜头中的至少一个是非球面镜头。

7.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，所述第四镜头的入射表面和出射表面中的至少一个在其中心部分与边缘之间具有至少一个反曲点。

8.根据权利要求7所述的镜头光学***，其特征在于，所述第四镜头的所述入射表面在其中心部分处朝向所述物体凸出，并且在所述中心部分周围朝向所述物体凹入，并且所述第四镜头的所述出射表面在其中心部分处朝向所述图像传感器凹入，并且围绕所述中心部分朝向所述图像传感器凸出。

9.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，所述第二、第三和第四镜头是像差校正镜头。

10.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，在所述第一镜头与所述第二镜头之间进一步包括孔径光阑。

11.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，在所述第四镜头与所述图像传感器之间进一步包括带通滤光器。

12.根据权利要求11所述的镜头光学***，其特征在于，所述带通滤光器是透IR滤光器。

13.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，所述第一到第四镜头中的至少一个是塑料镜头。

14.根据权利要求1所述的镜头光学***，其特征在于，所述镜头光学***是虹膜识别镜头光学***。

15.一种镜头光学***，其特征在于，包括在物体与其中形成所述物体的图像的图像传感器之间从物体侧依次设置的第一、第二、第三和第四镜头，

其中所述第一、第二和第三镜头全部具有正屈光力，并且

其中所述镜头光学***满足以下条件表达式，2.5＜|tanθ|＜3.5，并且

1.0＜f/D4＜1.5，

其中θ是所述镜头光学***的可视角度，f是所述镜头光学***的焦距，并且D4是所述第四镜头的所述出射表面的有效半径。

16.根据权利要求15所述的镜头光学***，其特征在于，从所述第一镜头的所述入射表面到所述图像传感器的距离TTL和所述镜头光学***的焦距f满足以下条件表达式，

1.5＜TTL/f＜2.5。

17.根据权利要求15所述的镜头光学***，其特征在于，所述第四镜头具有负屈光力或正屈光力。

18.根据权利要求15所述的镜头光学***，其特征在于，所述第一镜头是朝向所述物体凸出的新月形镜头，所述第二镜头是朝向所述图像传感器凸出的新月形镜头，所述第三镜头是朝向所述图像传感器凸出的新月形镜头，并且所述第四镜头是非球面镜头。