專利名稱：：微型成像光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種農(nóng)i型成j象光學(xué)系統(tǒng)，更具體地涉及一種安裝在移動電信終端或個人lt字助理中、或者用在監(jiān)控才聶^f象4幾或數(shù)碼相機(jī)中的微型成像光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：近來，關(guān)于圖{象拍4聶系統(tǒng)，對用于電信終端、數(shù)碼相機(jī)(DSC)、便攜式攝像放像一體機(jī)、及連接至個人計(jì)算機(jī)的個人計(jì)算機(jī)(PC)照相機(jī)的照相機(jī)模塊進(jìn)行了研究。此處，圖像形成透鏡系統(tǒng)是這種圖像拍攝系統(tǒng)獲得圖像的最重要的組件。就分辨率和圖〗象質(zhì)量而言，該透鏡系統(tǒng)必須是高性能的，這樣使得透鏡構(gòu)造變得復(fù)雜。但是，這種結(jié)構(gòu)的和光學(xué)的復(fù)雜性導(dǎo)致了尺寸的增加，造成難于4吏該透4竟系統(tǒng)緊湊以及變薄難。例如，有必要使照相機(jī)模塊小型化以更有效地將其安裝在移動電話中。另外，作為圖像傳感器而用在照相機(jī)模塊中的電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS),在分辨率上逐漸提高，而像素尺寸上逐漸減小。反過來，在達(dá)到高的分辨率和較高的光學(xué)性能的同時，包括在照相機(jī)模塊中的透鏡系統(tǒng)必須是小型化的而且是更薄的。此處，在采用具有3百萬l象素的CCD或CMOS的情況下，可以^又安排三片透鏡或更少的透鏡來滿足光學(xué)性能和小型化。然而，在將三片透鏡或更少的透鏡應(yīng)用于諸如具有至少5百萬像素的CCD或CMOS的高分辨率成像器件的情況下，每片透鏡均需要在折射率上有所提高，而這是難以加工的。結(jié)果，這致使難以同時獲得透鏡系統(tǒng)的高性能和小型化。因此，可以采用四片透4竟，4旦是當(dāng)在這種構(gòu)造中使用球面透鏡時，光學(xué)透鏡系統(tǒng)在總長度上有所增加，因此難以小型4匕。因此，存在對于用于能夠被小型化并實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能的照相機(jī)模塊的透4免系統(tǒng)的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個方面提供了一種用于照相機(jī)模塊的微型透鏡系統(tǒng)，該微型透鏡系統(tǒng)僅采用四片透鏡來實(shí)現(xiàn)高分辨率和微型化，同時實(shí)現(xiàn)良好的光學(xué)性能。本發(fā)明的一個方面還l是供了一種用于采用至少三片塑料透鏡(從而以低成本批量生產(chǎn)加工)的照相機(jī)模塊的較輕的微型透鏡系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種微型成像光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括從物體側(cè)到圖像平面?zhèn)软樞蚍胖玫牡谝?、第二、第三、及第四?竟，第一透4竟具有正折射率，第二透4竟具有凹圖像側(cè)表面并具有負(fù)折射率，第三透鏡具有負(fù)折射率，以及第四透鏡具有正折射率，其中，第二透鏡滿足以下的條件1，第三透鏡滿足以下的條件2，20<V2<50...條件1,20<V3<50...條件2，其中，V2是第二透4竟的阿貝凄t(Abbenumber),V3是第三透4竟的阿貝H。第一、第三、及第四透4竟的各個表面中的至少一個可以由非3求面表面形成。第一、第二、及第三透4竟都可以由塑坤斗形成，且第二透《竟可以由J皮璃形成。第一至第四透4竟都可以由塑津+形成。可以將孔徑光闌安排在第一透鏡的物體側(cè)表面的前面。,人以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其他方面、特征、以及其他優(yōu)點(diǎn)將變得更易于理解，附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的微型成像光學(xué)系統(tǒng)的透4竟構(gòu)造的一見圖；圖2是示出圖1所示的實(shí)施例的像差曲線圖，其中，A表示球面像差，B表示像散，以及C表示失真；圖3是示出圖1所示的實(shí)施例的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)特性的曲線圖；圖4示出了圖1所示的實(shí)施例的橫色像差；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的微型成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡構(gòu)造的視圖；圖6是示出圖5所示的實(shí)施例的^^差曲線圖，其中，A表示3求面像差，B表示像散，以及C表示失真；圖7是示出圖4所示的實(shí)施例的調(diào)制傳遞函婆t(MTF)特性的曲線圖；以及圖8示出了圖5所示的實(shí)施例的^"色像差。具體實(shí)施方式現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的微型成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡構(gòu)造的視圖。在以下的透鏡構(gòu)造的視圖中，為了清晰，可以將透鏡的厚度、尺寸、及形狀放大。具體地，視圖中所示的球面和非球面表面的形狀僅是示例性的，不應(yīng)將其理解為限制性的。一般而言，照相機(jī)模塊包括至少一個透鏡；外殼，具有容納其中的透《竟的內(nèi)部空間；圖4象傳感器，對應(yīng)于由透《竟形成的成像表面；以及電路板，固定安裝在外殼的另一端，并具有安置在其一個表面上的圖像傳感器，用于對由圖像傳感器感測的圖像進(jìn)行處理。本發(fā)明提供了一種用于微型照相機(jī)模塊中的微型成像光學(xué)系統(tǒng)。如圖1所示，孩丈型成像光學(xué)系統(tǒng)包括具有正折射率的第一透鏡L1、具有凹圖像側(cè)表面且具有負(fù)折射率的第二透鏡L2、具有負(fù)折射率的第三透鏡L3、具有正折射率的第四透鏡L4、以及安排在第一透鏡Ll的物體側(cè)表面的前面的孔徑光闌S。第一透鏡L1、第三透4竟L3、及第四透《竟L4的各個表面中的至少一個可以由非J求面表面形成。此處，第一透鏡L1至第四透鏡L4中的至少三個可以由塑料形成，具體地，具有非球面表面的第一透鏡Ll、第三透鏡L3、及第四透鏡L4分別可以由塑料形成，而第二透鏡L2可以由玻璃形成?？蛇x地，第一透鏡Ll至第四透鏡L4可以由塑料形成。這確保了以低成本來在大批量生產(chǎn)中加工更小及更輕的光學(xué)系統(tǒng)。特別地，由非J求面表面形成的透4竟在分辨率上有所改進(jìn)，并且在失真及5求面i象差上有所減小，從而實(shí)現(xiàn)了光學(xué)特性良好的緊湊的光學(xué)系統(tǒng)。同時，可以在第四透鏡L4和圖像平面IP之間設(shè)置諸如紅外線濾光片、保護(hù)玻璃(coverglass)等的濾光片。像平面IP對應(yīng)于諸如電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的圖像傳感器。另外，才艮據(jù)本實(shí)施例，孑L徑光闌位于第一透鏡Ll的物體側(cè)的前面。因此，第一透《竟Ll向物體側(cè)暴露最小的面積，^人而確^呆更少的異物進(jìn)入其中。另外，視角從接近于透鏡上部的外圍部分的點(diǎn)起始，從而導(dǎo)致用于固定照相機(jī)模塊的外部裝置的小型窗口。此外，為了達(dá)到更高的分辨率，進(jìn)一步減小圖像傳感器的像素大小，因此需要更亮的光學(xué)系統(tǒng)(具有小的F數(shù)的透鏡)。位于物體側(cè)前面的孔徑光闌確保亮的光學(xué)系統(tǒng)易于加工。利用這種總體構(gòu)造，將在下文中研究下列條件1和2的操作效果。20<V2<50...條件120<V3<50…條件2其中，V2表示第二透鏡L2的阿貝數(shù)，V3表示第三透鏡L3的阿貝數(shù)。條件1描述了第二透鏡L2的阿貝數(shù)，條件2描述了第三透鏡L3的阿貝凄t。大體上可以將光學(xué)材料分為兩種類型。一種是具有至少為50的阿貝數(shù)的冕(crown)材料，另一種是具有小于50的阿貝數(shù)的火石(flint)材料。此處，具有小于50的阿貝數(shù)的火石類型的光學(xué)材料是非常大的色散的。根據(jù)該實(shí)施例，位于從物體側(cè)起的第二和第三位置的第二透鏡L2和第三透鏡L3都由火石材料形成以具有負(fù)折射率，乂人而改善色像差。而且，在已知的現(xiàn)有光學(xué)材料之外，沒有光學(xué)材料具有20或更小的阿貝凄丈。如上所述，在以下的第一和第二實(shí)施例中，樣i型成像光學(xué)系統(tǒng)包括具有正折射率的第一透鏡L1、具有凹圖像側(cè)表面且具有負(fù)折射率的第二透鏡L2、具有負(fù)折射率的第三透鏡L3、具有正折射率的第四透鏡L4、以及安置在第一透鏡L1的物體側(cè)表面的前面的孔徑光闌S。另外，可以在第四透鏡L4和圖像平面IP之間設(shè)置諸如紅外線濾光片、保護(hù)玻璃等的濾光片。圖像平面IP對應(yīng)于諸如CCD和CMOS的圖^f象傳感器。從以下等式1獲得在本文中的各個實(shí)施例中所使用的各個非球面表面<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>...等式1其中，Z是離透鏡在光軸中的頂點(diǎn)的距離，Y是垂直于光軸的方向上的距離，C是透鏡的頂點(diǎn)處的曲率半徑r的倒數(shù)，K是二次曲線常凄t(conicconstant),以及A、B、C、D、E、及F是非J求面系數(shù)。此處，MTF依賴于每毫米周期的空間頻率，并利用等式2來在光的最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度之間進(jìn)行定義。M丁F二她x-她…等式2即，MTF為1時最理想，且更小的MTF會使分辨率劣化。第一實(shí)施例下面的表1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的微型成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡安排的視圖，圖2A至圖2C示出了表1和圖1所示的實(shí)施例的像差。圖3是示出表1和圖1所示的MTF特性的曲線圖，以及圖4示出了表1和圖1所示的微型成像光學(xué)系統(tǒng)的色像差。在第一實(shí)施例中，F(xiàn)數(shù)Fno是2.85,視角是60度，從第一透鏡Ll的物體側(cè)表面2到圖像平面12的總長度TL是5.95mm,有效焦距f是4.8mm。另外，第一透鏡L1、第三透鏡L3、及第四透鏡L4由塑料材料形成，第二透鏡L2由玻璃材料形成。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在表l中，*代表非球面表面，在第一實(shí)施例中，第一透鏡L1在物體側(cè)的折射表面2和在圖像側(cè)的折射表面3、第三透鏡L3在物體側(cè)的折射表面6和在圖像側(cè)的折射表面7、以及第四透鏡L4在物體側(cè)的折射表面8和在圖像側(cè)的折射表面9是非球面的。在下面的表2中記錄了根據(jù)等式1的第一實(shí)施例中的非球面系數(shù)的值。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>第二實(shí)施例下面的表3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的微型成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡安排的視圖，圖6A至圖6C示出了表3和圖4所示的實(shí)施例的像差。圖7是示出表3和圖5所示的MTF特性的曲線圖，圖8示出了表3和圖5所示的微型成像光學(xué)系統(tǒng)的色像差。在第二實(shí)施例中，F(xiàn)數(shù)Fno是2.8，視角是61.5度，從第一透鏡L1的物體側(cè)表面2到圖像平面12的總長度TL是5.83mm，有效焦距f是4.81mm。另外，在第二實(shí)施例中，第一透今竟L1至第四透鏡L4由塑料材料形成。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在表3中，*代表非球面表面，在第二實(shí)施例中，第一透鏡L1的物體側(cè)的折射表面2和圖像側(cè)的折射表面3、第三透鏡L3的物體側(cè)的折射表面6和圖像側(cè)的折射表面7、以及第四透鏡L4的物體側(cè)的折射表面8和圖像側(cè)的折射表面9是非3求面的。在下面的表4中記錄了根據(jù)等式1的第二實(shí)施例中的非球面系數(shù)的值。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>從上述實(shí)施例可以看出，根據(jù)本發(fā)明獲得了如圖2和圖6所示的具有優(yōu)良的像差特性的孩t型成^f象光學(xué)系統(tǒng)。同時，表5中記錄了用于上述第一和第二實(shí)施例的條件1至條件5的值。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如上述的表5中所記錄的，本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例滿足條件1至條件5。如上述所闡述的，根據(jù)本發(fā)明的示例性的實(shí)施例，微型成像光學(xué)系統(tǒng)適當(dāng)?shù)乜蓱?yīng)用于i者如利用圖l象傳感器(例如，CCD和CMOS)的移動電話照相機(jī)的微型光學(xué)裝置。而且，可以分別調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的多個透鏡的曲率半徑，并且這些透鏡都采用非球面表面，從而使各種像差最小化，并獲得具有高分辨率的圖像。另外，多個透#:由塑料形成，以易于在批量生產(chǎn)中加工更輕和更低成本的孩t型成像光學(xué)系統(tǒng)。盡管已經(jīng)結(jié)合示例性實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域才支術(shù)人員而言顯而易見的是，在不背離由所附4又利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出》務(wù)改和變化。權(quán)利要求1.一種微型成像光學(xué)系統(tǒng)，包括從物體側(cè)到圖像平面?zhèn)软樞蚍胖玫牡谝煌哥R、第二透鏡、第三透鏡、和第四透鏡，所述第一透鏡具有正折射率，所述第二透鏡具有凹圖像側(cè)表面并具有負(fù)折射率，所述第三透鏡具有負(fù)折射率，以及所述第四透鏡具有正折射率，其中，所述第二透鏡滿足下列條件1，以及所述第三透鏡滿足下列條件2，20＜V2＜50...條件1，20＜V3＜50...條件2，其中，V2是所述第二透鏡的阿貝數(shù)，以及V3是所述第三透鏡的阿貝數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡、所述第三透鏡、和所述第四透鏡的各個表面中的至少一個由非J求面表面形成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透4竟、所述第二透4免、和所述第三透4免由塑沖十形成，以及所述第二透4竟由^皮璃形成。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透4竟至所述第四透4竟都由塑沖+形成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孩丈型成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述第一透鏡的物體側(cè)表面的前面設(shè)置孔徑光闌。全文摘要一種微型成像光學(xué)系統(tǒng)包括從物體側(cè)到圖像平面?zhèn)软樞蚍胖玫牡谝弧⒌诙?、第三、及第四透鏡，第一透鏡具有正折射率，第二透鏡具有凹圖像側(cè)表面并具有負(fù)折射率，第三透鏡具有負(fù)折射率，第四透鏡具有正折射率，其中，第二透鏡滿足下列條件1，第三透鏡滿足下列條件2，20＜V2＜50…條件1，20＜V3＜50…條件2，其中，V2是第二透鏡的阿貝數(shù)，以及V3是第三透鏡的阿貝數(shù)。文檔編號G02B13/00GK101241226SQ20081000414公開日2008年8月13日申請日期2008年1月18日優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日發(fā)明者鄭在哲,金永基,韓徹?zé)钌暾埲?三星電機(jī)株式會社