超小型光學(xué)系統(tǒng)以及包括該超小型光學(xué)系統(tǒng)的便攜式裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有小尺寸并能夠利用五片透鏡而獲得窄視角的超小型光學(xué)系統(tǒng)以及包括該超小型光學(xué)系統(tǒng)的便攜式裝置。該超小型光學(xué)系統(tǒng)從物方開始依次包括：第一透鏡，第一透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力；第二透鏡，第二透鏡朝向像方凹陷且具有負(fù)屈光力；第三透鏡，第三透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力；第四透鏡，第四透鏡朝向像平面凹陷且具有負(fù)屈光力；以及第五透鏡，第五透鏡朝向像平面凸出且具有負(fù)或正屈光力。
【專利說明】超小型光學(xué)系統(tǒng)以及包括該超小型光學(xué)系統(tǒng)的便攜式裝置
[0001]本申請要求于2013年I月22日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局的第10-2013-0007047號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，所述韓國專利申請的公開內(nèi)容通過引用包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種超小型光學(xué)系統(tǒng)以及包括該超小型光學(xué)系統(tǒng)的便攜式裝置，更具體地，涉及一種具有超小尺寸并能夠利用五片透鏡而獲得窄視角的超小型光學(xué)系統(tǒng)以及包括該超小型光學(xué)系統(tǒng)的便攜式裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]最初的便攜式終端僅包括通信功能。然而，根據(jù)便攜終端的用途的增加，諸如圖像捕獲的各種功能和通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像的能力已經(jīng)在便攜式終端中實(shí)現(xiàn)。因此，便攜終端的功能以及針對便攜式終端的可獲得的服務(wù)在不斷發(fā)展。因此，數(shù)字照相機(jī)技術(shù)、便攜式攝像機(jī)技術(shù)等已成為諸 如移動(dòng)電話的便攜式終端的基本功能。
[0004]在移動(dòng)電話中包括的照相機(jī)和便攜式攝像機(jī)技術(shù)要求具有通常的照相機(jī)和便攜式攝像機(jī)的性能，同時(shí)強(qiáng)烈要求圖像捕獲鏡頭的小型化和輕量化。
[0005]因此，為了滿足上述要求，需要盡可能地減少被提供為在移動(dòng)電話中安裝的圖像捕獲鏡頭的透鏡數(shù)量。然而，因?yàn)橛纱嗽斐傻脑O(shè)計(jì)自由度的缺乏，會難以滿足對期望水平的光學(xué)性能的要求。
[0006]另外，為了捕獲具有更寬廣背景的圖像，最近已采用能夠捕獲70度或更大度數(shù)的圖像的廣角光學(xué)系統(tǒng)。然而，雖然廣角光學(xué)系統(tǒng)適合捕獲具有寬廣背景的圖像，但是不適合通過放大較遠(yuǎn)的物體來拍攝物體。
[0007]因此，需要有具有小型尺寸并能夠清晰地拍攝位于遠(yuǎn)距離的對象的光學(xué)系統(tǒng)。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]韓國專利公開公報(bào)2008-0057738

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一方面提供一種具有高分辨率且由于在其中僅使用五片透鏡從而具有緊湊的形狀和短的總長度的超小型光學(xué)系統(tǒng)，以及包括該超小型光學(xué)系統(tǒng)的便攜式裝置。
[0011]另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種具有為35°或更小的窄視角的超小型光學(xué)系統(tǒng)，以及包括該超小型光學(xué)系統(tǒng)的便攜式裝置。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種超小型光學(xué)系統(tǒng)，從物方開始依次包括:第一透鏡，第一透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力；第二透鏡，第二透鏡朝向像方凹陷且具有負(fù)屈光力；第三透鏡，第三透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力；第四透鏡，第四透鏡朝向像平面凹陷且具有負(fù)屈光力；以及第五透鏡，第五透鏡朝向像平面凸出且具有負(fù)或正的屈光力。
[0013]光學(xué)系統(tǒng)的焦距可滿足以下的條件式1:
[0014]0.7<TTL/F<1.0(條件式 I)[0015]其中，TTL表示從光學(xué)鏡頭的第一表面(物方表面)到像平面的距離，F(xiàn)表示光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0016]光學(xué)系統(tǒng)的視角可滿足以下條件式2:
[0017]20 度 <F0V〈35 度(條件式 2)
[0018]其中，F(xiàn)OV表不光學(xué)系統(tǒng)的視角。
[0019]光學(xué)系統(tǒng)的第一透鏡可滿足以下條件式3:
[0020]0.16<rdy sl/F<2(條件式 3)
[0021]其中，rdy si表不第一透鏡的物方表面的曲率半徑，F(xiàn)表不光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0022]第四透鏡的阿貝數(shù)可滿足以下條件式4:
[0023]Vd4>50(條件式 4)[0024]其中，Vd4表示第四透鏡的阿貝數(shù)。
[0025]第四透鏡可具有均被形成為凹入的兩表面。
[0026]第五透鏡可具有至少一個(gè)反曲點(diǎn)，該至少一個(gè)反曲點(diǎn)形成在第五透鏡的與對應(yīng)于光軸的位置不同的位置。
[0027]超小型光學(xué)系統(tǒng)可進(jìn)一步包括孔徑光闌，該孔徑光闌被設(shè)置于第一透鏡的物方。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種便攜式裝置，包括:第一光學(xué)系統(tǒng)；和第二光學(xué)系統(tǒng)，第二光學(xué)系統(tǒng)具有比第一光學(xué)系統(tǒng)的視角窄的視角。
[0029]第二光學(xué)系統(tǒng)可具有35°或更小的視角。
[0030]第一光學(xué)系統(tǒng)可具有60°至80°的視角。
[0031]第二光學(xué)系統(tǒng)從物方開始依次可包括:第一透鏡，第一透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力；第二透鏡，第二透鏡朝向像方凹陷且具有負(fù)屈光力；第三透鏡，第三透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力；第四透鏡，第四透鏡朝向像平面凹陷且具有負(fù)屈光力；以及第五透鏡，第五透鏡朝向像平面凸出且具有負(fù)或正的屈光力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他方面、特征以及其他優(yōu)點(diǎn)將會被清楚地理解，其中:
[0033]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第I實(shí)施例的超小型光學(xué)系統(tǒng)的透鏡布置的鏡頭構(gòu)造示圖。
[0034]圖2和圖3是示出如圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)的像差特性的曲線圖。
[0035]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施例的超小型光學(xué)系統(tǒng)的透鏡布置的鏡頭結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖5和圖6是示出如圖4所示的光學(xué)系統(tǒng)的像差特性的曲線圖。
[0037]圖7是示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的便攜式設(shè)備的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，且不應(yīng)被解釋為局限于這里所闡述的實(shí)施例。另外，提供這些實(shí)施例從而使公開將是徹底和完整的，并且將充分地將本發(fā)明的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。[0039]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第I實(shí)施例的超小型光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭構(gòu)造示圖。在以下的鏡頭構(gòu)造示圖中，為了描述的目的，這里繪示的透鏡的厚度、尺寸、形狀被少許夸大。具體地說，在鏡頭構(gòu)造示圖中提出的半球表面和非球表面的形狀僅作為示例。因此，本發(fā)明的透鏡并不解釋為局限于上述形狀。
[0040]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的超小型光學(xué)系統(tǒng)100被構(gòu)造為包括從物方開始依次布置的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、和第五透鏡L5。因此，對應(yīng)于對象的圖像信息的光穿過第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、和第五透鏡L5，從而出射到作為光接收元件的像平面IP。
[0041]根據(jù)本實(shí)施例，第一透鏡LI朝向物方凸出且具有正屈光力。這里，用于調(diào)整光量的孔徑光闌(AS)可被設(shè)置于第一透鏡LI和物體之間。
[0042]第二透鏡L2朝向像方凹陷且具有負(fù)屈光力。
[0043]第三透鏡L3朝向物方凸出且具有正屈光力。
[0044]第四透鏡L4朝向像方凹陷且具有負(fù)屈光力。
[0045]第五透鏡L5在關(guān)于入射光的中心軸的傍軸區(qū)域朝向像方凸出。該情況下，第五透鏡L5的兩個(gè)表面均可形成為非球表面。
[0046]同時(shí)，在第五透鏡L5和像平面IP之間包括由紅外濾光器，蓋玻璃等構(gòu)成的光學(xué)濾波器0F。特別地，根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)濾波器OF可以是紅外截止濾光器。紅外截止濾光器用于從外部光去除輻射熱，從而使熱不被傳輸?shù)较衿矫妗＜醇t外截止濾光器具有允許可見光線從其透過且將紅外光線反射到外部的結(jié)構(gòu)。
[0047]另外，像形成在其上的像平面IP可由將與對象圖像對應(yīng)的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號的圖像傳感器構(gòu)成。在該情況下，圖像傳感器可由CCD或CMOS傳感器構(gòu)成。
[0048]通過理想地設(shè)置從第一透鏡LI的物方表面到像平面的距離與整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距的比率以及第一透鏡的物方表面的曲率半徑與整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距的比率，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的超小型光學(xué)系統(tǒng)100可提供高清晰分辨率并向光學(xué)系統(tǒng)100提供纖薄性。
[0049]這里，根據(jù)本實(shí)施例的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、和第五透鏡L5的所有表面可被形成為非球表面。因此，超小型光學(xué)系統(tǒng)100可在由5片透鏡片構(gòu)成并具有高分辨率的同時(shí)被實(shí)現(xiàn)為緊湊的。另外，在第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、和第五透鏡L5全部都由塑料材料形成的情況下，非球面透鏡可被容易且經(jīng)濟(jì)地制造。
[0050]另外，根據(jù)本實(shí)施例的第四透鏡L4可被形成為使其阿貝數(shù)超過50。
[0051]另外，根據(jù)本實(shí)施例的超小型光學(xué)系統(tǒng)100可通過減小透鏡邊緣的入射角從而使圖像傳感器的中心部分和周邊的光均勻，可防止以下現(xiàn)象:圖像傳感器的周邊變暗和圖像畸變的發(fā)生；并通過在各透鏡適當(dāng)?shù)匦纬煞乔蛎妫瑥亩_保環(huán)境光的盡可能高的水平，例如，將第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4構(gòu)造為依次具有正屈光力、負(fù)屈光力、正屈光力、和負(fù)屈光力，在第五透鏡L5的物方表面形成反曲點(diǎn)等。
[0052]特別地，為了形成相對窄的視角(例如，35°或更小)，根據(jù)本實(shí)施例的超小型光學(xué)系統(tǒng)可包括具有被形成為其上凸出的兩個(gè)表面的第四透鏡。另外，第五透鏡的物方表面可在第五透鏡的與對應(yīng)于光軸的位置不同的位置具有反曲點(diǎn)。根據(jù)上述的第五透鏡的結(jié)構(gòu)，第五透鏡的主光線角度(CRA)和圖像傳感器(例如，像平面)的CRA相匹配，從而可確保位于圖像傳感器的周邊的光量。
[0053]同時(shí)，在第五透鏡不具有反曲點(diǎn)的情況下，與圖像傳感器的匹配屬性劣化，且透過鏡頭(TTL)測光會過長，從而可能難以實(shí)現(xiàn)纖薄化。
[0054]在上述的整體構(gòu)造下，將描述以下的條件式I到6的作用效果。
[0055]0.7<TTL/F<1.0(條件式 I)
[0056]其中，TTL是從光學(xué)鏡頭的第一表面(物方表面)到像平面的距離，F(xiàn)是光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0057]條件式I是TTL和屈光力之間的關(guān)系。由此，TTL被設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于光學(xué)系統(tǒng)的焦距F，從而可知這與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的相機(jī)模塊形成了鮮明對比。
[0058]這里，在通過增加焦距F而使TTL/F的值減少的情況下，光學(xué)系統(tǒng)的視角(FOV)可被進(jìn)一步減小。然而，由于難以減少TTL，因此光學(xué)系統(tǒng)變長，從而難以實(shí)現(xiàn)纖薄化。
[0059]20 度 <F0V〈35 度(條件式 2)
[0060]其中，F(xiàn)OV是光學(xué)系統(tǒng)的視角。
[0061]條件式2 (表示光學(xué)系統(tǒng)的視角特性的式子)具有約為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超小型照相機(jī)模塊的視角(例如，60°到70° ) 0.5倍的比例。這可表示變焦性能為在轉(zhuǎn)換為普通變焦鏡頭的情況下的2.5到3倍。
[0062]0.16<rdy sl/F<2(條件式 3)
[0063]其中，rdy si是第一透鏡的物方表面的曲率半徑，F(xiàn)是光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0064]條件式3是表示第一透鏡的曲率半徑的特性的式子。通過減少第一透鏡的物方表面的曲率以及增加焦距來限定能夠?qū)崿F(xiàn)纖薄化和相對小的視角的構(gòu)造。
[0065]Vd4>50(條件式 4)
[0066]其中，Vd4是第四透鏡的阿貝數(shù)。
[0067]條件式4限定第四透鏡的材料特性。即，根據(jù)本實(shí)施例的超小型光學(xué)系統(tǒng)具有被構(gòu)造為阿貝數(shù)為50或更大的第四透鏡。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)100被設(shè)計(jì)為使第四透鏡L4滿足條件式4的范圍，色差可被適當(dāng)?shù)匦Ｕ?br> [0068]以下，將通過具體數(shù)值的示例來描述本發(fā)明。
[0069]以下實(shí)施例1和2的光學(xué)系統(tǒng)從物方開始依次包括:孔徑光闌(AS);第一透鏡LI，朝向物方凸出；第二透鏡L2，朝向像方凹陷；第三透鏡L3，朝向物方凸出；第四透鏡L4，朝向像方凹陷；第五透鏡L5，朝向像方凸出，如上所述。另外，第一透鏡LI可具有正屈光力，第二透鏡L2可具有負(fù)屈光力，第三透鏡L3可具有正屈光力，第四透鏡L4可具有負(fù)屈光力，以及第五透鏡L5可具有負(fù)或正的屈光力。
[0070]另外，在第五透鏡L5和像平面IP之間包括由紅外濾光器、蓋玻璃等構(gòu)成的光學(xué)濾波器(OF) 11和12。
[0071]應(yīng)用于以下各實(shí)施例的非球表面可由已知的公式I得到。
[0072](公式I)
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，從物方開始依次包括: 第一透鏡，第一透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力； 第二透鏡，第二透鏡朝向像方凹陷且具有負(fù)屈光力； 第三透鏡，第三透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力； 第四透鏡，第四透鏡朝向像平面凹陷且具有負(fù)屈光力；以及 第五透鏡，第五透鏡朝向像平面凸出且具有負(fù)或正的屈光力。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中， 所述光學(xué)系統(tǒng)的焦距滿足以下條件式1: 0.7<TTL/F<1.0(條件式 I) 其中，TTL表不從光學(xué)系統(tǒng)的第一透鏡的物方表面到像平面的距離，F(xiàn)表不所述光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中， 所述光學(xué)系統(tǒng)的視角滿足以下的條件式2: 20度<F0V〈35度(條 件式2) 其中，F(xiàn)OV表不所述光學(xué)系統(tǒng)的視角。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中， 光學(xué)系統(tǒng)的所述第一透鏡滿足以下條件式3: 0.16<rdy sl/F<2(條件式 3) 其中，rdy Si表示所述第一透鏡的物方表面的曲率半徑，F(xiàn)表示所述光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第四透鏡的阿貝數(shù)滿足以下條件式4: Vd4>50 (條件式4) 其中，Vd4表示所述第四透鏡的阿貝數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中 所述第四透鏡具有均被形成為凹入的兩個(gè)表面。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中， 所述第五透鏡具有至少一個(gè)反曲點(diǎn)，該至少一個(gè)反曲點(diǎn)形成在第五透鏡的與對應(yīng)于光軸的位置不同的位置。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，還包括孔徑光闌，該孔徑光闌被設(shè)置于所述第一透鏡的物方。
9.一種便攜式裝置，包括: 第一光學(xué)系統(tǒng)；和 第二光學(xué)系統(tǒng)，第二光學(xué)系統(tǒng)具有比所述第一光學(xué)系統(tǒng)的視角窄的視角。
10.如權(quán)利要求9所述的便攜式裝置，其中， 所述第二光學(xué)系統(tǒng)具有35度或更小的視角。
11.如權(quán)利要求10所述的便攜式裝置，其中， 所述第一光學(xué)系統(tǒng)具有60度至80度的視角。
12.如權(quán)利要求10所述的便攜式裝置，其中， 所述第二光學(xué)系統(tǒng)從物方開始依次包括: 第一透鏡，第一透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力；第二透鏡，第二透鏡朝向像方凹陷且具有負(fù)屈光力；第三透鏡，第三透鏡朝向物方凸出且具有正屈光力；第四透鏡， 第四透鏡朝向像平面凹陷且具有負(fù)屈光力；以及第五透鏡，第五透鏡朝向像平面凸出且具有負(fù)或正的屈光力。
【文檔編號】G02B13/00GK103941376SQ201410010432
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月22日
【發(fā)明者】趙鏞主, 康永錫 申請人:三星電機(jī)株式會社