專利名稱：微型光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像光學(xué)系統(tǒng)，更具體地講，涉及一種采用兩個(gè)具有正折射光焦度(positive refractive power)的彎月透鏡的微型高清晰度的圖像光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，移動(dòng)電話在其初期僅具有通信功能。然而，隨著移動(dòng)電話使用的推廣，需要各種服務(wù)，例如拍攝或圖像傳輸或者圖像通信，因此，需要開發(fā)移動(dòng)電話的功能和服務(wù)。近來(lái)，新概念移動(dòng)電話，所謂將數(shù)碼相機(jī)技術(shù)與移動(dòng)電話技術(shù)集成的相機(jī)移動(dòng)電話或者相機(jī)電話已經(jīng)成為焦點(diǎn)。此外，已經(jīng)開發(fā)了所謂便攜式攝像移動(dòng)電話或者便攜式攝像電話，所述便攜式攝像移動(dòng)電話或者便攜式攝像電話將數(shù)碼便攜式攝像技術(shù)與移動(dòng)電話技術(shù)結(jié)合，以存儲(chǔ)和傳輸運(yùn)行至少十分鐘的視頻多媒體。最近，需要安裝在移動(dòng)電話中的相機(jī)擁有電子靜態(tài)相機(jī)的性能。此外，強(qiáng)烈需要尺寸較小、重量較輕和成本較低的拍攝鏡頭。當(dāng)前使用的電荷耦合器件(CCD)或者互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的尺寸急劇減小，從而需要使用這些圖像裝置的圖像光學(xué)系統(tǒng)呈現(xiàn)高清晰度。
此外，安裝在移動(dòng)電話中的拍攝鏡頭數(shù)量應(yīng)該較少以實(shí)現(xiàn)小型化和低成本，然而伴隨著設(shè)計(jì)靈活性受到限制和光學(xué)性能不滿意的問(wèn)題。
因此，強(qiáng)烈需要高清晰度、輕重量、更加節(jié)省成本和易于制造的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)。此外，微型圖像光學(xué)系統(tǒng)需要校正各種像差，例如畸變，并且有效地確保周緣亮度比(peripheral brightness ratio)。

發(fā)明內(nèi)容
提出本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，因此，根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的目的在于提供一種總長(zhǎng)度較短的微型光學(xué)系統(tǒng)，在所述微型光學(xué)系統(tǒng)中，使用兩個(gè)具有正折射光焦度的彎月透鏡，因組成透鏡數(shù)量較少可實(shí)現(xiàn)緊密和高清晰度。
根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的另一目的在于提供一種在各種像差特征，例如畸變、球面像差和像散方面優(yōu)良的微型光學(xué)系統(tǒng)，從而可充分地確保周緣亮度比。
此外，根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的另一目的在于提供一種重量輕、易于制造、適于大量生產(chǎn)并且制造成本降低了的微型光學(xué)系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面提供一種微型圖像光學(xué)系統(tǒng)，所述微型光學(xué)系統(tǒng)包括孔徑光闌；第一彎月透鏡，具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面，所述物方是凸面；第二彎月透鏡，具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面，所述像方是凸面。
所述第一彎月透鏡與第二彎月透鏡之間具有根據(jù)下面的關(guān)系式1的間隙0.1＜D/TL＜0.2....關(guān)系式1其中，D是所述第一彎月透鏡和第二彎月透鏡之間的間隙，TL是所述孔徑光闌與像面之間的距離。
優(yōu)選地，所述第二彎月透鏡具有根據(jù)下面的關(guān)系式2的構(gòu)造1.0＜R2o/R2i＜10.... 關(guān)系式2其中，R2o是所述第二彎月透鏡在物方的曲率半徑，R2i是所述第二彎月透鏡在像方的曲率半徑。
此外，優(yōu)選地，所述第一彎月透鏡和第二彎月透鏡具有根據(jù)下面的關(guān)系式3的折射光焦度0＜f1/f2＜0.25....關(guān)系式3其中，f1是所述第一彎月透鏡的焦距，f2是所述第二彎月透鏡的焦距。
此外，優(yōu)選地，所述第一彎月透鏡具有根據(jù)下面的關(guān)系式4的構(gòu)造0.25＜R1o/ef1＜0.5....關(guān)系式4其中，R1o是所述第一彎月透鏡在物方的曲率半徑，ef1是整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距。
同時(shí)，優(yōu)選地，所述第一彎月透鏡和第二彎月透鏡由塑料制成。


通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)的示圖；圖2a是圖1中示出的第一實(shí)施例的球面像差的示圖；圖2b是圖1中示出的第一實(shí)施例的像散的示圖；圖2c是圖1中示出的第一實(shí)施例的畸變的示圖；圖3是示出圖1中示出的第一實(shí)施例的MTF特性的曲線圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)的示圖；圖5a是圖4中示出的第二實(shí)施例的球面像差的示圖；圖5b是圖4中示出的第二實(shí)施例的像散的示圖；圖5c是圖4中示出的第二實(shí)施例的畸變的示圖；圖6是示出圖4中示出的第二實(shí)施例的MTF特性的曲線圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)的示圖；圖8a是圖7中示出的第三實(shí)施例的球面像差的示圖；圖8b是圖7中示出的第三實(shí)施例的像散的示圖；圖8c是圖7中示出的第三實(shí)施例的畸變的示圖；圖9是示出圖7中示出的第三實(shí)施例的MTF特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微型光學(xué)系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)的示圖。在下面的附圖中，為清楚起見，夸大了透鏡的厚度、尺寸和形狀，具體地講，球面或者非球面的形狀是示例性的，但是并不限制本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)包括第一彎月透鏡L1、第二彎月透鏡L2和孔徑光闌AS。第一彎月透鏡L1具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面。這里，第一彎月透鏡L1的物方是凸面。同時(shí)，第二彎月透鏡L2具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面。這里，第二彎月透鏡L2的像方是凸面?？讖焦怅@AS被設(shè)置成最靠近物方。
此外，覆蓋玻璃CG位于第二彎月透鏡L2和像面IP之間，以用作濾光器，例如紅外線濾光器和濾光件。
像面IP用作圖像傳感器，例如CCD和CMOS，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)適用于1/6英寸的微型圖像傳感器，但并不局限于此。
可通過(guò)提高第一彎月透鏡L1的光焦度和降低第二彎月透鏡L2的光焦度使本發(fā)明的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)小型化。具體地講，通過(guò)第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2可實(shí)現(xiàn)微型圖像光學(xué)系統(tǒng)的較好的光學(xué)特性，例如高清晰度，所述第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2的每個(gè)具有在物方和像方兩方的非球面。
也就是說(shuō)，第一彎月透鏡L1具有相對(duì)較大的正折射光焦度，第二彎月透鏡L2具有相對(duì)較小的正折射光焦度，以便校正各種像差，從而獲得高清晰度。顯著地，本發(fā)明采用非球面鏡，從而提高透鏡的清晰度，并使畸變和球面像差減小。這就產(chǎn)生一種具有較好的光學(xué)特性的緊湊的光學(xué)系統(tǒng)。
此外，可減小第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2之間的氣隙以防止周緣亮度比降低和畸變。
此外，第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2可由塑料制成，從而易于制造低成本的非球面鏡。
同時(shí)，第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2每個(gè)具有正折射光焦度，并包括非球面。這就減小了進(jìn)入透鏡邊緣或者周邊的光的入射角，從而確保光均勻地傳播到圖像傳感器的周邊或者中部，也確保光在透鏡周邊周圍傳播。因此，這就防止在透鏡周邊可能產(chǎn)生的暗黑和畸變。
采用如上所述的整個(gè)結(jié)構(gòu)，以下將解釋下面的關(guān)系式1至4的操作和作用。
0.1＜D/TL＜0.2....關(guān)系式1其中，D是第一彎月透鏡和第二彎月透鏡之間的間隙，TL是孔徑光闌與像面之間的距離。
關(guān)系式1涉及第一彎月透鏡和第二彎月透鏡之間的間隙。如果D變大而超過(guò)關(guān)系式1的上限，則第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2之間的氣隙變寬，導(dǎo)致周緣亮度比的降低和畸變，從而妨礙大量生產(chǎn)的能力。相反，如果D變小，小于關(guān)系式1的下限，則第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2之間的氣隙變窄，導(dǎo)致耀斑(flare)并引起制造方面的困難。
1.0＜R2o/R2i＜10....關(guān)系式2其中，R2o是第二彎月透鏡在物方的曲率半徑，R2i是第二彎月透鏡在像方的曲率半徑。
關(guān)系式2表示第二彎月透鏡L2的構(gòu)造。如果R2o/R2i超過(guò)關(guān)系式2的上限和下限，則產(chǎn)生的非球面像差和畸變過(guò)大。
0＜f1/f2＜0.25....關(guān)系式3其中，f1是第一彎月透鏡的焦距，f2是第二彎月透鏡的焦距。
關(guān)系式3與光學(xué)系統(tǒng)的光焦度配置(power arrangement)有關(guān)。如果f1變大，超過(guò)關(guān)系式3的上限，則第二彎月透鏡L2的光焦度變得過(guò)大，使容差(tolerance)特性退化。也就是說(shuō)，如果f1超過(guò)上限，則第一彎月透鏡L1的光焦度降低，從而削弱其小型化，并且引起各種難以校正的像差。
相反，如果f1變小，小于關(guān)系式3的下限，則第一彎月透鏡L1的光焦度變大，從而增大球面像差和慧差，并使第二彎月透鏡L2在像方的周邊的角度變大，從而引起制造困難。
0.25＜R1o/ef1＜0.5....關(guān)系式4其中，R1o是第一彎月透鏡在物方的曲率半徑，ef1是整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距。
關(guān)系式4決定第一彎月透鏡L1的構(gòu)造。如果R1o超過(guò)上限，則第一彎月透鏡L1的光焦度降低，從而不利地影響其小型化。相反，如果R1o變得小于下限，則使得所述透鏡難以加工，并使其制造成本增加。此外，如果R1o超出其上限和下限，則使球面像差和像散惡化。
以下將通過(guò)像差的詳細(xì)示例解釋本發(fā)明。
示例1至示例3每個(gè)包括如上所述從物方至像方按順序布置的孔徑光闌AS、第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2。第一彎月透鏡L1具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面。這里，第一彎月透鏡L1的物方是凸面。同時(shí)，第二彎月透鏡L2具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面。這里，第二彎月透鏡L2的像方是凸面。
同時(shí)，覆蓋玻璃CG位于第二彎月透鏡L2和像面IP之間，以用作濾光器，例如紅外線濾光器和濾光件。
在下面的示例中，第一彎月透鏡L1和第二彎月透鏡L2由塑料，例如ZEONEX基E48R制成。然而，示例3的第一彎月透鏡L1由APEL05制成。然而，這些用于所述透鏡的材料可由可滿足關(guān)系式1至4的其它材料代替。
此外，下面的示例涉及適用于1/6英寸的圖像傳感器的關(guān)學(xué)系統(tǒng)，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，根據(jù)圖像裝置的類型、像素?cái)?shù)量或像素大小，可適當(dāng)修改所述關(guān)學(xué)系統(tǒng)。
同時(shí)，示例中采用的非球面可通過(guò)已知關(guān)系式1獲得。用在二次曲線常數(shù)(conic constant)K和非球面系數(shù)A至E中的“E和E之后的數(shù)字”表示10的冪。例如，E+01表示101，E-02表示10-2。
Z=cY21+1-(1+K)c2Y2+AY4+BY6+CY8+DY10+EY12+FY14+...]]>方程1其中，Z是透鏡頂點(diǎn)至光軸的距離，Y是至與光軸垂直方向的距離，c是透鏡頂點(diǎn)處的曲率半徑r的倒數(shù)，K是二次曲線常數(shù)，A、B、C、D、E和F是非球面系數(shù)。
示例1下面的表1表示根據(jù)本發(fā)明的示例1的微型光學(xué)系統(tǒng)的像差。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例1的使用非球面透鏡的微型光學(xué)系統(tǒng)的透鏡排列的示圖。圖2a至圖2c是示出表1和圖1中所示的光學(xué)系統(tǒng)的像差示圖。圖3是示出根據(jù)示例1的MTF特性的曲線圖。
此外，在下面的像散的示圖中，“S”表示弧矢，“T”表示子午。
這里，調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)由每毫米周期的空間頻率確定，并由下面的在光的最大強(qiáng)度Max和最小強(qiáng)度Min之間的方程2定義。
MTF=Max-MinMax+Min]]>方程2即，當(dāng)MTF為1時(shí)，最理想，并且隨著MTF值減小，分辨率降低。
在示例1中，F(xiàn)數(shù)FNo為2.815，視角為60.89度，孔徑光闌和像面之間的距離TL為3.35mm，有效焦距ef1為2.7209mm，第一彎月透鏡的焦距f1為2.9327mm，第二彎月透鏡的焦距f2為12.1203mm。
表1


在表1中，*表示非球面，在示例1中，所有透鏡的折射表面為非球面。
表2表示根據(jù)方程1的示例1的非球面系數(shù)。
表2

示例2下面的表3示出根據(jù)本發(fā)明的示例2的微型光學(xué)系統(tǒng)的像差。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例2的使用非球面透鏡的微型光學(xué)系統(tǒng)的透鏡排列的示圖，圖5a至圖5c示出表3和圖4中示出的光學(xué)系統(tǒng)的像差示圖。圖6是示出示例2的MTF特性的曲線圖。
在示例2中，F(xiàn)數(shù)FNo為2.9，視角為60度，孔徑光闌和像面之間的距離TL為3.29mm，所述光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距ef1為2.7739mm，第一彎月透鏡的焦距f1為2.8057mm，第二彎月透鏡的焦距f2為80.5390mm。
表3

在表3中，*表示非球面，在示例2中，所有透鏡的折射表面為非球面。
表4表示根據(jù)方程1的示例2的非球面系數(shù)。
表4

示例3下面的表5示出根據(jù)本發(fā)明的示例3的微型光學(xué)系統(tǒng)的像差。
此外，圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例3的使用非球面透鏡的微型光學(xué)系統(tǒng)的透鏡排列的示圖，圖8a至圖8c示出表5和圖7中示出的光學(xué)系統(tǒng)的像差示圖。圖9是示出示例3的MTF特性的曲線圖。
在示例3中，F(xiàn)數(shù)FNo為2.889，視角為60度，孔徑光闌和像面之間的距離TL為3.31mm，所述光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距ef1為2.8021mm，第一彎月透鏡的焦距f1為2.7540mm，第二彎月透鏡的焦距f2為91.8332mm。
表5

在表5中，*表示非球面，在示例3中，所有透鏡的折射表面為非球面。
表6表示根據(jù)方程1的示例3的非球面系數(shù)。
表6


這些示例可獲得如圖2a至圖2c、圖5a至圖5c和圖8a至圖8c中所示的優(yōu)良的像差特性的光學(xué)系統(tǒng)。并且這些示例可獲得具有如圖3、圖6和圖9中所示的高清晰度和優(yōu)良的MTF特性的微型光學(xué)系統(tǒng)。
同時(shí)，表7示出了對(duì)于示例1至示例3的關(guān)系式1至關(guān)系式4的值。
表7

如表7所示，所示的本發(fā)明的示例1至示例3滿足關(guān)系式1至關(guān)系式4。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，僅采用兩個(gè)彎月透鏡就可獲得高清晰度的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)，所述兩個(gè)彎月透鏡的每個(gè)具有包括在物方和像方兩方的非球面的正光焦度，所述微型圖像光學(xué)系統(tǒng)因組成透鏡較少而在尺寸和長(zhǎng)度上減小。
此外，本發(fā)明提供一種在各種像差特性，例如畸變、球面像差和像散方面改進(jìn)了的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)，并且所述微型圖像光學(xué)系統(tǒng)可充分地確保周緣亮度比。
此外，采用由塑料制成的至少兩個(gè)透鏡以易于大量生產(chǎn)低成本的重量較輕的光學(xué)系統(tǒng)。
盡管已結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可進(jìn)行修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種微型圖像光學(xué)系統(tǒng)，包括孔徑光闌；第一彎月透鏡，具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面，所述物方是凸面；第二彎月透鏡，具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面，所述像方是凸面。
2.如權(quán)利要求1所述的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一彎月透鏡與第二彎月透鏡之間具有根據(jù)下面的關(guān)系式1的間隙0.1＜D/TL＜0.2....關(guān)系式1其中，D是所述第一彎月透鏡和第二彎月透鏡之間的間隙，TL是所述孔徑光闌與像面之間的距離。
3.如權(quán)利要求1所述的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二彎月透鏡具有根據(jù)下面的關(guān)系式2的構(gòu)造1.0＜R2o/R2i＜10....關(guān)系式2其中，R2o是所述第二彎月透鏡在物方的曲率半徑，R2i是所述第二彎月透鏡在像方的曲率半徑。
4.如權(quán)利要求1或2所述的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一彎月透鏡和第二彎月透鏡具有根據(jù)下面的關(guān)系式3的折射光焦度0＜f1/f2＜0.25....關(guān)系式3其中，f1是所述第一彎月透鏡的焦距，f2是所述第二彎月透鏡的焦距。
5.如權(quán)利要求4所述的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一彎月透鏡具有根據(jù)下面的關(guān)系式4的構(gòu)造0.25＜Rlo/ef1＜0.5....關(guān)系式4其中，Rlo是所述第一彎月透鏡在物方的曲率半徑，ef1是整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有兩個(gè)透鏡的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)。所述光學(xué)系統(tǒng)包括孔徑光闌。第一彎月透鏡具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面。所述第一彎月透鏡的物方是凸面。第二彎月透鏡具有正折射光焦度，并包括在物方和像方兩方的非球面。所述第二彎月透鏡的所述像方是凸面。此外，所述第一彎月透鏡與第二彎月透鏡之間具有根據(jù)下面的關(guān)系式1的間隙0.1＜D/TL＜0.2....關(guān)系式1，其中，D是所述第一彎月透鏡和第二彎月透鏡之間的間隙，TL是所述孔徑光闌與像面之間的距離。本發(fā)明提供一種在各種像差方面改善并且在MTF特性方面優(yōu)良的高清晰度的微型圖像光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02B13/18GK1971331SQ20061014687
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者金兌映 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社