CN106569314B

CN106569314B - 光学成像***

Info

Publication number: CN106569314B
Application number: CN201610534989.3A
Authority: CN
Inventors: 赵镛主
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2036-07-08
Also published as: KR101762014B1; US10067318B2; CN106569314A; KR20170043277A; US10310237B2; US20180341088A1; CN110441885A; US20170102524A1

Abstract

提供了一种光学成像***。所述光学成像***包括：第一透镜，具有正屈光力，其中，第一透镜的物方表面是凸面，第一透镜的像方表面是凹面；第二透镜，具有负屈光力，其中，第二透镜的像方表面是凹面；第三透镜，具有负屈光力；第四透镜，具有正屈光力；第五透镜，具有负屈光力，其中，所述第一透镜至所述第五透镜从物方朝向成像面顺序地设置。

Description

光学成像***

本申请要求于2015年10月13日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0142839号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用包含于此。

技术领域

下面的描述涉及一种包括多个透镜的光学成像***。

背景技术

安装在便携式终端的相机中的光学成像***包括多个透镜。作为示例，光学成像***包括五个或更多个透镜，以构造具有高水平分辨率的光学***。

因为双摄像头***使用两种类型的相机模块，所以为了实现双摄像头***，使用了具有短焦距的相机模块和具有长焦距的相机模块。具有短焦距的相机模块可使用可用的光学成像***而容易地实现。然而，使用可用的光学成像***难以实现具有长焦距的相机模块。因此，在这种情况下，提供适合具有长焦距的相机模块的光学成像***是有帮助的。

发明内容

提供本发明内容以通过简化形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的发明构思的选择。本发明内容既不意在确定所要求的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。

在一个总的方面，一种光学成像***包括：第一透镜，具有正屈光力，其中，第一透镜的物方表面是凸面，第一透镜的像方表面是凹面；第二透镜，具有负屈光力，其中，第二透镜的像方表面是凹面；第三透镜，具有负屈光力；第四透镜，具有正屈光力；第五透镜，具有负屈光力，其中，所述第一透镜至所述第五透镜从光学成像***的物方朝向成像面顺序地设置。

所述第二透镜的物方表面可以是凹面。

所述第三透镜的物方表面可以是凸面。

所述第三透镜的像方表面可以是凹面。

所述第四透镜的物方表面可以是凹面。

所述第四透镜的像方表面可以是凸面。

所述第五透镜的物方表面可以是凹面。

所述光学成像***可满足0.70<TTL/f<1.1，其中，TTL是第一透镜的物方表面到成像面的距离，f是所述光学成像***的总焦距。

所述光学成像***可满足1.10<TTL/ImgH，其中，TTL是第一透镜的物方表面到成像面的距离，ImgH是成像面的对角线长度的1/2。

所述光学成像***可满足20°<FOV<35°，其中，FOV是光学成像***的视场角的一半。

所述光学成像***可满足0.16<R1/f<2.0，其中，R1是第一透镜的物方表面的曲率半径，f是所述光学成像***的总焦距。

所述第一透镜至所述第五透镜中的至少一个可具有弯月形状。

所述第一透镜至所述第五透镜中的至少一个可具有非球面形状。

在另一总的方面，一种光学成像***包括：第一透镜，具有凸出的物方表面和凹入的像方表面；第二透镜，具有凹入的物方表面和凹入的像方表面；第三透镜，具有凸出的物方表面和凹入的像方表面；第四透镜，具有凹入的物方表面和凸出的像方表面；第五透镜，具有凹入的物方表面和凸出的像方表面，其中，所述第一透镜至所述第五透镜从光学成像***的物方朝向成像面顺序地设置。

所述第一透镜和所述第四透镜可具有相同的屈光力。

所述第二透镜和所述第三透镜可具有相同的屈光力。

所述光学成像***还可包括设置为与第一透镜的物方表面相邻的光阑。

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

图1是根据第一实施例的光学成像***的示图。

图2是代表在图1的实施例中示出的光学成像***的像差曲线的一组曲线图。

图3是代表在图1的实施例中示出的光学成像***的透镜的特性的表格。

图4是根据第二实施例的光学成像***的示图。

图5是代表在图4的实施例中示出的光学成像***的像差曲线的一组曲线图。

图6是代表在图4的实施例中示出的光学成像***的透镜的特性的表格。

图7是根据第三实施例的光学成像***的示图。

图8是代表在图7的实施例中示出的光学成像***的像差曲线的一组曲线图。

图9是代表在图7的实施例中示出的光学成像***的透镜的特性的表格。

在所有的附图和具体实施方式中，相同的附图标号指示相同的元件。附图可不安比例绘制，并且为了清楚、说明及方便起见，可放大这些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、装置和/或***的全面理解。然而，这里所描述的方法、装置和/或***的各种变换、修改及等同物对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。这里所描述的操作顺序仅仅是示例，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将是显而易见的变换。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域的普通技术人员来说公知的功能和结构的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切的说，提供这里所描述的示例是为了使本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的全部适用范围传达给本领域的普通技术人员。

在整个说明书中，将理解的是，当元件(诸如，层、区域或晶圆(诸如基板))被称为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可选择性地存在介于该元件与所述另一元件之间的其他元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，不存在介于该元件与所述另一元件之间的元件或层。相同的标号始终指示相同的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项的一项或更多项的任何以及全部组合。

将显而易见的是，尽管可在这里使用第一、第二、第三等术语来描述各个构件、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、层或部分与另一个构件、组件、区域、层或部分相区分。因此，在不脱离实施例的情况下，下面讨论的第一构件、组件、区域、层或部分还可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。

在这里使用了诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”等的空间关系术语，以易于描述如附图所示的一个元件与其他元件的关系。将理解的是，空间关系术语意图除了包括在附图中所描绘的方位之外，还包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“上部”或“之上”的元件随后将因此定位为在其他元件或特征“下部”或“之下”。因此，术语“在……之上”根据附图的特定方向和观察点而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。所述装置可被另外定位(诸如旋转90度或者处于其他任意方位)，并可对在这里使用的空间关系描述符做出相应的解释。

在此使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是意图进行限制。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。还将理解的是，在该说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”列举存在的所陈述的特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或他们组成的组，但这些术语不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或他们组成的组。

在下文中，参照示出了实施例的示意图来描述各个实施例。然而，在附图中，例如，由于生产技术和/或公差，可能存在所示出形状的小的变形。因此，实施例将不被解释为局限于在此示出的区域的特定形状，例如，包括由于制造导致的形状的改变。实施例还可包括基于作为示例讨论的实施例中提供的特征的一个或其组合的特征。

在下面描述的实施例的内容可具有各种构造并仅提出了一种需要的构造，但构造不限于所描述的构造并在不脱离所提出的实施例的情况下，可包括其他特征。

本实施例的一方面提供了一种具有长焦距的光学成像***。

此外，在本说明书中，第一透镜指最接近将要拍摄的物或对象的透镜，而第五透镜指最接近成像面或对应的图像传感器的透镜。此外，均以毫米(mm)为单位来表示透镜的曲率半径和厚度、通过透镜(TTL)方面、ImgH(诸如成像面的对角线长度的1/2)以及焦距。此外，透镜的厚度、透镜之间的间隙以及TTL是在透镜的光轴上的距离。在下面进一步讨论和限定了这些参数的中的某些参数。此外，在透镜的形状的描述中，描述为透镜的一个表面是凸面的含义是对应表面的光轴部分凸出，描述为透镜的一个表面是凹面的含义是对应表面的光轴部分凹入。因此，尽管描述了透镜的一个表面是凸面，但透镜的所述一个表面的边缘部分可能是凹面。类似地，尽管描述了透镜的一个表面是凹面，但透镜的所述一个表面的边缘部分可能是凸面。

在实施例中，光学成像***包括具有多个透镜的光学成像***。例如，光学成像***的光学***包括均具有屈光力的五个透镜。然而，光学成像***不限于仅仅包括具有屈光力的透镜。例如，在这样的实施例中，光学成像***包括用于控制光量的光阑。此外，光学成像***还包括滤除红外光的红外截止滤光器。此外，光学成像***还包括图像传感器(即，用于将对象的通过光学***入射到光学成像***的像转换为电信号的成像装置)。此外，在实施例中，光学成像***还包括用于调整透镜之间的间隙的间距保持构件。

在实施例中，第一透镜至第五透镜由具有与空气的折射率不同的折射率的材料形成。例如，第一透镜至第五透镜可由塑料或玻璃形成。然而，在其他实施例中，如果合适，使用诸如聚氨酯基材料的其他材料。第一透镜至第五透镜中的至少一个具有非球面形状。作为示例，第一透镜至第五透镜中只有第五透镜具有非球面形状。此外，在实施例中，第一透镜至第五透镜的全部表面中的至少一个表面是非球面。在示例中，通过下面的等式1表示每个透镜的非球面表面。

等式1

在示例中，c是透镜的曲率半径的倒数，k是圆锥曲线常数，r是从透镜的非球面表面上的某点到光轴的距离，A到J是非球面常数，以及Z是透镜的非球面表面上的距所述光轴的距离为r的某点和与透镜的非球面表面的顶点相切的切平面之间的距离。

在实施例中，光学成像***包括五个透镜、滤光器、图像传感器和光阑。接着，进一步详细描述上述组件。

在该实施例中，第一透镜具有屈光力。例如，第一透镜具有正屈光力。

第一透镜可具有弯月形状。例如，第一透镜的物方表面是凸面，第一透镜的像方表面是凹面。

在这样的实施例中，第一透镜具有非球面表面。例如，第一透镜的两个表面均是非球面。第一透镜由具有高透光率和良好可加工性的材料形成。例如，第一透镜可由塑料形成。在实施例中，多种塑料是适于用于第一透镜的材料。然而，第一透镜的材料不限于塑料。例如，第一透镜可替代为由玻璃形成。在其他实施例中，使用符合关于透镜材料的期望的特征的上面的特性的其他合适的材料来代替塑料或玻璃。

在这样的实施例中，第二透镜具有屈光力。例如，第二透镜具有负屈光力。

第二透镜可具有弯月形状。例如第二透镜的两个表面均是凹面。

在这样的实施例中，第二透镜具有非球面表面。例如，第二透镜的像方表面是非球面。第二透镜由具有高透光性和良好可加工性的材料形成，诸如在上面关于第一透镜所论述的。例如，第二透镜由与第一透镜的材料相同的材料或者诸如合适的塑料或玻璃材料或具有合适属性的另一材料的另一相关候选材料形成。

在该实施例中，第二透镜由具有高折射率的材料形成。例如，第二透镜由具有1.60或更大折射率的材料形成。在这种情况下，第二透镜具有30或更小的阿贝数。例如，阿贝数是透镜的材料与折射率相对于波长的变化有关的色散的衡量。由该材料形成的第二透镜即使在具有小曲率形状时也容易地折射光。

在这样的实施例中，第三透镜具有屈光力。例如，第三透镜具有负屈光力。

第三透镜具有弯月形状。例如，第三透镜的物方表面是凸面且其像方表面是凹面。

在该实施例中，第三透镜具有非球面表面。例如，第三透镜的两个表面均是非球面。第三透镜由具有高透光性和良好可加工性的材料形成。例如，第三透镜由与其他透镜的材料相同的材料或者诸如合适的塑料或玻璃材料或具有合适属性的另一材料的另一相关候选材料形成。

第四透镜具有屈光力。例如，第四透镜具有正屈光力。

第四透镜可具有非球面表面。例如，第四透镜的物方表面是凹面，且其像方表面是凸面。

在这样的实施例中，第四透镜具有非球面表面。例如，第四透镜的两个表面均是非球面。第四透镜由具有高透光性和良好可加工性的材料形成。例如，第四透镜由与其他透镜的材料相同的材料或者诸如合适的塑料或玻璃材料或具有合适属性的另一材料的另一相关候选材料形成。

在该实施例中，第四透镜由具有高折射率的材料形成。例如，第四透镜由具有1.60或更大的折射率的材料形成。在这种情况下，如前所谈论的，第四透镜可具有30或更小的阿贝数。由该材料形成的第四透镜即使在具有小曲率形状时也容易地折射光。

在这样的实施例中，第五透镜具有屈光力。例如，第五透镜具有负屈光力。

第五透镜可具有弯月形状。例如，第五透镜的物方表面是凹面，且其像方表面是凸面。

在该实施例中，第五透镜具有非球面表面。例如，第五透镜的两个表面均是非球面。第五透镜可由具有高透光性和良好可加工性的材料形成。例如，第五透镜由与其他透镜的材料相同的材料或者诸如合适的塑料或玻璃材料或具有合适属性的另一材料的另一相关候选材料形成。

滤光器可从通过第一透镜至第五透镜入射的光中滤除部分波长的光。例如，滤光器滤除入射光中的红外波长的光。然而，这仅仅是一个示例，并且在其他实施例中还可滤除代替红外波长或者除了红外波长之外的其他波长的光的滤光器。

在实施例中，图像传感器实现诸如1300万像素分辨率的高分辨率。例如，构造图像传感器的像素的单元尺寸可以是1.12μm或更小的值。

光阑可被设置为用于调整入射到透镜上的光的量。例如，光阑可设置为与第一透镜的物方表面相邻。

例如，光学成像***满足下面的条件表达式：

条件表达式1 0.70<TTL/f<1.1

条件表达式2 1.10<TTL/ImgH

条件表达式3 20°<FOV<35°

条件表达式4 0.16<R1/f<2.0

例如，TTL指示从第一透镜的物方表面到成像面在光轴上的距离，f指示光学成像***的总焦距，ImgH指示从成像面的中心到拐角的距离，FOV是光学成像体统的视场角的一半，R1指示第一透镜的物方表面的曲率半径。

满足上面的条件表达式的光学成像***容易被小型化并可适于安装在小型终端中。

参照图1进一步描述根据第一实施例的光学成像***。

根据第一实施例的光学成像***100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***。此外，在这样的实施例中，光学成像***100包括滤光器160、图像传感器170和光阑ST。

在该实施例中，第一透镜110具有正屈光力，第一透镜110的物方表面是凸面且第一透镜110的像方表面是凹面。第二透镜120具有负屈光力，第二透镜120的两个表面均是凹面。第三透镜130具有负屈光力，第三透镜130的物方表面是凸面且第三透镜130的像方表面是凹面。第四透镜140具有正屈光力，第四透镜140的物方表面是凹面且第四透镜140的像方表面是凸面。第五透镜150具有负屈光力，第五透镜150的物方表面是凹面且第五透镜150的像方表面是凸面。在这样的实施例中，光阑ST设置为与第一透镜的物方表面相邻。

如以上所述构造的光学成像***包括如图2中示出的相差特性。图3是表示根据第一实施例的光学成像***的透镜的特性的表格。

参照图4进一步描述根据第二实施例的光学成像***。

根据第二实施例的光学成像***200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***。此外，在这样的实施例中，光学成像***200包括滤光器260、图像传感器270和光阑ST。

在该实施例中，第一透镜210具有正屈光力，第一透镜210的物方表面是凸面且第一透镜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的两个表面均是凹面。第三透镜230具有负屈光力，第三透镜230的物方表面是凸面且第三透镜230的像方表面是凹面。第四透镜240具有正屈光力，第四透镜240的物方表面是凹面且第四透镜240的像方表面是凸面。第五透镜250具有负屈光力，第五透镜250的物方表面是凹面且第五透镜250的像方表面是凸面。在这样的实施例中，光阑ST设置为与第一透镜的物方表面相邻。

如以上所述构造的光学成像***包括如图5中示出的相差特性。图6是表示根据第二实施例的光学成像***的透镜的特性的表格。

参照图7进一步描述根据第三实施例的光学成像***。

根据第三实施例的光学成像***300包括具有第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330、第四透镜340和第五透镜350的光学***。此外，在这样的实施例中，光学成像***300可包括滤光器360、图像传感器370和光阑ST。

在该实施例中，第一透镜310具有正屈光力，第一透镜310的物方表面是凸面且第一透镜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的两个表面均是凹面。第三透镜330具有负屈光力，第三透镜330的物方表面是凸面且第三透镜330的像方表面是凹面。第四透镜340具有正屈光力，第四透镜340的物方表面是凹面且第四透镜340的像方表面是凸面。第五透镜350具有负屈光力，第五透镜350的物方表面是凹面且第五透镜350的像方表面是凸面。在这样的实施例中，光阑ST设置为与第一透镜的物方表面相邻。

如以上所述构造的光学成像***包括如图8中示出的相差特性。图9是表示根据第三实施例的光学成像***的透镜的特性的表格。

表1表示了根据第一实施例、第二实施例和第三实施例的光学成像***的光学特性。例如，根据这些实施例，光学成像***具有5.40mm或至5.90mm的总焦距f。在光学成像***中，第一透镜的焦距f1在2.50mm至3.00mm的范围。在光学成像***中，第二透镜的焦距f2在-7.0mm至-4.0mm的范围。在光学成像***中，第三透镜的焦距f3在-81.0mm至-25.0mm的范围。在光学成像***中，第四透镜的焦距f4在11.0mm至15.0mm的范围。在光学成像***中，第五透镜的焦距f5在-6.0mm至-4.0mm的范围。在光学成像***中，光学***的总长在5.10mm至5.80mm的范围。光学成像***的视场角的一半在21.0°至24.0°的范围。然而，虽然这些范围适于特定的实施例，但这些范围不意图进行限制，而是还可以是落在这些范围之外的值的某些其他实施例。

表1

标记	第一实施例	第二实施例	第三实施例
				f1	2.62	2.83	2.68
f2	-4.35	-4.56	-4.32
				f3	-28.24	-79.86	-75.72
f4	13.26	13.40	12.71
				f5	-5.00	-4.98	-4.73
TTL	5.65	5.20	5.20
				f	5.50	5.80	5.50
F数	2.60	2.60	2.60
				FOV	23.0	22.0	22.0
ImgH	2.30	2.30	2.30

表2表示了根据第一实施例、第二实施例和第三实施例的光学成像***的条件表达式的值。

表2

标记	第一实施例	第二实施例	第三实施例
				TTL/f	1.0273	0.8966	0.9455
TTL/ImgH	2.4565	2.2609	2.2609
				FOV	23.00	22.00	22.00
R1/f	0.2378	0.2306	0.2306

如表2中示出的，根据第一实施例、第二实施例和第三实施例的光学成像***满足如上所示的条件表达式。

在实施例中，第一透镜和第四透镜具有相同的屈光力。此外，在实施例中，第二透镜和第三透镜具有相同的屈光力。

如上所阐述的，根据实施例，实现了具有长焦距的光学成像***。

虽然本公开包括具体示例，但对本领域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，可在这些示例中做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***、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。

Claims

1.一种光学成像***，包括：

第一透镜，具有正屈光力，其中，第一透镜的物方表面是凸面，第一透镜的像方表面是凹面；

第二透镜，具有负屈光力，其中，第二透镜的物方表面是凹面，第二透镜的像方表面是凹面；

第三透镜，具有负屈光力，其中，第三透镜的物方表面是凸面；

第四透镜，具有正屈光力；

第五透镜，具有负屈光力，并且所述第五透镜的像方表面是凸面，

其中，所述第一透镜至所述第五透镜从光学成像***的物方朝向成像面顺序地设置，并且

光学成像***总共有具有屈光力的五个透镜。

2.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，所述第三透镜的像方表面是凹面。

3.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，所述第四透镜的物方表面是凹面。

4.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，所述第四透镜的像方表面是凸面。

5.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，所述第五透镜的物方表面是凹面。

6.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，0.70<TTL/f<1.1，其中，TTL是第一透镜的物方表面到成像面的距离，f是所述光学成像***的总焦距。

7.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，1.10<TTL/ImgH，其中，TTL是第一透镜的物方表面到成像面的距离，ImgH是成像面的对角线长度的1/2。

8.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，20°<FOV<35°，其中，FOV是光学成像***的视场角的一半。

9.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，0.16<R1/f<2.0，其中，R1是第一透镜的物方表面的曲率半径，f是所述光学成像***的总焦距。

10.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，所述第一透镜至所述第五透镜中的至少一个具有弯月形状。

11.根据权利要求1所述的光学成像***，其中，所述第一透镜至所述第五透镜中的至少一个具有非球面形状。

12.一种光学成像***，包括：

第一透镜，具有凸出的物方表面和凹入的像方表面；

第二透镜，具有凹入的物方表面和凹入的像方表面；

第三透镜，具有凸出的物方表面和凹入的像方表面；

第四透镜，具有凹入的物方表面和凸出的像方表面；

第五透镜，具有凹入的物方表面和凸出的像方表面，

光学成像***总共有具有屈光力的五个透镜。

13.根据权利要求12所述的光学成像***，其中，所述第一透镜和第四透镜具有相同的屈光力。

14.根据权利要求12所述的光学成像***，其中，所述第二透镜和第三透镜具有相同的屈光力。

15.根据权利要求12所述的光学成像***，所述光学成像***还包括设置为与第一透镜的物方表面相邻的光阑。

16.根据权利要求12所述的光学成像***，其中，所述第一透镜至所述第五透镜中的至少一个具有弯月形状。

17.根据权利要求12所述的光学成像***，其中，所述第一透镜至所述第五透镜中的至少一个具有非球面形状。