專利名稱：：小型透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種小型透鏡系統(tǒng)，該小型透鏡系統(tǒng)用于包括固態(tài)成像裝置的電子靜態(tài)相機，所述固態(tài)成像裝置諸如電荷耦合裝置(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
背景技術：
：隨著諸如便攜式數(shù)字助理(PDA)和移動裝置的電子裝置的使用大大增多，在這樣的電子裝置中經(jīng)常安裝有數(shù)字相機和數(shù)字視頻單元。因此，對小尺寸相機的需求增加。為了滿足這些需求，就要求透鏡系統(tǒng)要比傳統(tǒng)數(shù)字相機中使用的透鏡系統(tǒng)小。移動裝置包括的透鏡系統(tǒng)具有比安裝在傳統(tǒng)數(shù)字相機上的透鏡系統(tǒng)更多的尺寸限制。另一方面，由于固態(tài)成像裝置的發(fā)展，可以實現(xiàn)在20。至25。的范圍內的主光線的出射光線角(下文中，稱為出射角)，因此，已經(jīng)開發(fā)出了薄且尺寸小的透鏡系統(tǒng)。為了制造薄且尺寸小的透鏡系統(tǒng)，成像裝置的像素間距應該小于2(im,并應該改善成像裝置的分辨率。然而，當成像裝置的像素間距減小時，成像裝置的分辨率劣化，因此，難以滿足上面的兩個條件。例如，提出了具有三個透鏡的系統(tǒng)以實現(xiàn)薄透鏡系統(tǒng)；然而，不能滿意地執(zhí)行2)Lim或更小的像素間距的色差補償，因此，難以獲得期望的分辨率。為了解決上面的問題，已經(jīng)提出了具有四個透鏡的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，即使當像素間距為2)am或更小時，也可以通過補償色差來改善分辨率；然而，與固態(tài)成像裝置的對角線尺寸相比，透鏡系統(tǒng)的總長度增加。因此，不能獲得薄透鏡系統(tǒng)。為了制造薄透鏡系統(tǒng)，可以減小后焦距；但是如果后焦距太短，則紅外(IR)濾光器的空間減小，因此，諸如截止濾光器(cutfilter)的鏡片(glass)不能插入透鏡系統(tǒng)的后部中，或者組裝過程的調節(jié)空間會減小。另外，當出射角增大時，有利于實現(xiàn)薄透鏡系統(tǒng)，但是如果入射在薄透鏡系統(tǒng)上的光線傾斜，則會發(fā)生遮擋(shading)問題，即，實際孔徑效率(apertureefficiency)降低。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種小型、高分辨率的透鏡系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種透鏡系統(tǒng)，所述透鏡系統(tǒng)包括第一透鏡，第一透鏡是具有正折射力的彎月透鏡，在兩側上具有非球面表面，在物側上具有凸起表面；第二透鏡，由雙凹透鏡形成，在兩側上具有非球面表面；第三透鏡，在兩側上具有非球面表面，并具有正折射力；第四透鏡，由雙凹透鏡形成，在兩側上具有非球面表面，在像側的非球面表面上具有拐點，其中，第一至第四透鏡從物體順序排列，孔徑光闌置于第一透鏡的面對物體的物側上或置于第一透鏡前面。透鏡系統(tǒng)可以滿足下面的不等式0.15<A<0.5,其中，A表示從光軸到拐點的距離與第四透鏡中的物側表面的有效半徑的比。透鏡系統(tǒng)可以滿足下面的不等式0.5<f/|G|<l,其中，f表示透鏡系統(tǒng)的焦距，f2表示第二透鏡的焦距。透鏡系統(tǒng)可以滿足下面的不等式0.3<fl/|f2|<0.7和I<f3/|f4|<1.5,其中，fl表示第一透鏡的焦距，f2表示第二透鏡的焦距，f3表示第三透鏡的焦距，f4表示第四透鏡的焦距。透鏡系統(tǒng)可以滿足下面的不等式15<vl-v2<50和0.9<v3/v4<l.l,其中，vl表示第一透鏡的阿貝數(shù)，v2表示第二透鏡的阿貝數(shù)，v3表示第三透鏡的阿貝數(shù)，v4表示第四透鏡的阿貝數(shù)。通過下面參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明上面的和其它特征和優(yōu)點將變得更明顯，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的透鏡系統(tǒng)的示圖2是示出圖1中示出的透鏡系統(tǒng)的球面像差、場曲和失真的示圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的透鏡系統(tǒng)的示圖4是示出圖3中示出的透鏡系統(tǒng)的球面像差、場曲和失真的示圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的透鏡系統(tǒng)的示圖6是示出圖5中示出的透鏡系統(tǒng)的球面像差、場區(qū)和失真的示圖。具體實施例方式參照圖1,根據(jù)本發(fā)明實施例的透鏡系統(tǒng)包括正折射力(refractivepower)的第一透鏡l,在第一透鏡1的兩側上具有非球面表面，在面對物體(O)—側上具有突起表面；第二透鏡2，在第二透鏡2的兩側上具有非球面表面；正折射力的第三透鏡3，在第三透鏡3的兩側上具有非球面表面；第四透鏡4，在第四透鏡4的兩側上具有非球面表面。第四透鏡4的像側上的非球面表面具有在有效半徑范圍內的拐點(inflectionpoint)。有效半徑表示當經(jīng)過透鏡表面的光線具有最大的視場時該光線的最大高度，即，與光軸的距離，拐點是從光軸到外圍部分逐漸增大(或減小)并然后反而減小(或增大)的非球面表面上的切平面的角度處的點。另一方面，具有預定孔徑的孔徑光闌ST可以置于第一透鏡1的面對物側O的表面上或置于第一透鏡1前面。在圖1中，孔徑光闌ST置于第一透鏡1的物側表面Sl上。根據(jù)本發(fā)明的實施例，具有預定孔徑的孔徑光闌置于第一透鏡1的物側表面上或置于第一透鏡1前面，第一透鏡1由具有正折射力的彎月透鏡形成并具有朝向物側的凸起表面，第二透鏡2由雙凹透鏡形成，因此，可以通過減小透鏡系統(tǒng)的總長度并限制出射角來確保合適的后焦距。通常，孔徑光闌可以置于第一透鏡1和第二透鏡2之間，以補償像差；在這種情況下，關于透鏡系統(tǒng)的總長度，減小了到出射光瞳的距離，并增大了出射角。當出射角增大時，分辨率降低，當補償增大的出射角時，透鏡系統(tǒng)的整個長度被拉長，因此，難以形成小尺寸的透鏡系統(tǒng)。透鏡系統(tǒng)的總長度表示從孔徑光闌到焦點位置的長度和從第一透鏡中的物側表面的頂點到焦點位置的長度中的最大長度。根據(jù)本發(fā)明，透鏡的所有表面形成為非球面表面，因此，可以有效地改善像差。例如，可以在第一透鏡1和第二透鏡2的非球面表面上補償光軸周圍的像差，可以在第三透鏡3和第四透鏡4的非^求面表面上補償光軸的外圍部分的像差。第一透鏡1可以為彎月透鏡，第二透鏡2可以為雙凹透鏡，第四透鏡4可以為雙凹透4竟。第四透鏡4的兩個表面為非球面，像側上的非球面表面具有拐點。當前實施例的透鏡系統(tǒng)滿足下面的不等式。0.15<A<0.5..........-------------...............................—(1)其中，A表示從光軸到拐點的長度與第四透鏡的物側表面上的有效半徑的比。如上所述，由于第四透鏡形成為具有拐點，所以可以補償球面像差和色差并可以獲得期望的分辨率。當透鏡系統(tǒng)滿足不等式1時，可以有效地補償光軸和透鏡的中心部分之間的像差(像側的位置偏差)，其中，當?shù)谒耐哥R的物側表面為凹陷時容易發(fā)生這樣的像差。如果條件1中的拐點超過上限值，則易于補償光軸的外圍部分的像差，但是難以補償光軸到透鏡的中心部分(具體地講，像側表面的位置)之間的像差。第四透鏡4具有雙凹形狀，在像側表面(I)上的非球面表面具有在不等式1的范圍內的拐點。因此，可以補償由透鏡系統(tǒng)的總長度的減小導致的光軸外圍部分的像差，并且還可以補償出射角。另外，第四透鏡4的物體表面具有凹面形狀，并且在補償像差的同時T/D值可以小于1。T表示透鏡系統(tǒng)的總長度，D表示固態(tài)成像裝置的對角線尺寸。相反，當?shù)谒耐哥R4形成為具有負折射力的彎月透鏡并具有朝向物體的凸起表面時，難以在減小透鏡系統(tǒng)的總長度的同時使T/D值小于1。接著，本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)可以滿足下面的不等式。0.5<f/|f2|<l..........-............................................(2)不等式2限定了總焦距與第二透鏡2的焦距的比，其中，f表示透鏡系統(tǒng)的總焦距，f2表示第二透鏡2的焦距。當透鏡系統(tǒng)滿足不等式2時，在減小透鏡系統(tǒng)的總長度的同時可以確保合適的后焦距(Bf)。然而，當透鏡系統(tǒng)超過不等式2的范圍時，難以在補償像差或確保期望的后焦距Bf的同時減小透鏡系統(tǒng)的總長度。另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的透鏡系統(tǒng)可以滿足下面的不等式。0.3<fl/|f2|<0.7I<f3/|f4|<1.5(3)(4)其中，fl表示第一透鏡1的焦距，f2表示第二透鏡2的焦距，fi表示第三透鏡3的焦距，f4表示第四透鏡4的焦距。當透鏡系統(tǒng)滿足不等式3和4時，可以容易地補償像差。當透鏡系統(tǒng)滿足不等式3時，在減小透鏡系統(tǒng)的總長度的同時容易地補償光軸的像差；當透鏡系統(tǒng)滿足不等式4時，可以容易地補償光軸的外圍部分的像差。當透鏡系統(tǒng)超過不等式3和4的范圍時，難以在通過減小透鏡系統(tǒng)的總長度來保持期望的出射角的同時補償像差。另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的透鏡系統(tǒng)可以滿足不等式15<vl-v2<50.......-—...............----------……(5)0,9<v3/v4<l.l.....................-...................(6)其中，vl表示第一透鏡1的阿貝數(shù)(Abbe，snumber),v2表示第二透鏡2的阿貝數(shù)，v3表示第三透鏡3的阿貝數(shù)，v4表示第四透鏡4的阿貝數(shù)。當本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)滿足不等式5和6時，可以容易地補償色差。當透鏡系統(tǒng)滿足不等式5時，可以容易地補償縱向色差和橫向色差。另外，貫穿整個透鏡系統(tǒng)，不等式6與橫向色差的補償有關。如果透鏡系統(tǒng)超過條件表達式6的條件，則可以容易地補償光軸和透鏡的中心部分之間的色差，但是難以補償透鏡的外圍部分的橫向色差。否則，可以容易地補償透鏡的外圍部分的色差，但是難以補償透鏡的中心部分上的橫向色差。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以提供這樣的透鏡系統(tǒng)，即，該透鏡系統(tǒng)具有可以與固態(tài)成像裝置(CCD)的2(im或更短的像素間距對應的足夠的分辨率，并具有薄的厚度，即，可以具有等于或小于1的T/D值(透鏡系統(tǒng)的總長度T和固態(tài)成像裝置的對角線尺寸之間的比)。另夕卜，在將出射角限制在20。至25。的范圍內的同時，可以確保具有插入鏡片的期望的Bf，例如，0.95mm或更長，從而不產(chǎn)生遮擋特性的問題。可以如下限定本發(fā)明實施例中的非球面表面。當光軸方向為X軸，與光軸方向垂直的方向為Y軸，光線的傳播方向被設置為正方向時，可以通過下面的表達式來表示根據(jù)本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)的非球面表面。這里，x表示沿光軸方向離透鏡的頂點的距離，h表示沿與光軸垂直的方向的距離，K表示二次曲線常數(shù)，A、B、C和D表示非球面系數(shù)，c表示透鏡的頂部處的曲率半徑的倒數(shù)(1/R)。x=^,少■+屈4+朋6+Oz8+加10..........—(7)i+Vh"i)c2/2通過下面的實施例，本發(fā)明可以包括根據(jù)實現(xiàn)小尺寸透鏡系統(tǒng)的最佳條件的各種透鏡。接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)的實施例中的詳細透鏡數(shù)據(jù)。下文中，f表示整個透鏡系統(tǒng)的焦距，F(xiàn)No表示F的數(shù)量，F(xiàn)No表示透鏡系統(tǒng)的焦距與直徑的比率，w表示視角的一半，Bf表示后焦距，ST表示光闌。實施例1圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透鏡系統(tǒng)，標號5表示過濾器。根據(jù)當前實施例的透鏡系統(tǒng)的設計數(shù)據(jù)如下物距無限遠，f:4.55mm,FNo:2.94，w:32.2°出射角24.8°,Bf(空氣)1.062mm，Bf(包括后4竟片)1.164mmT/D的值4.797/5.7=0.842表面曲率半徑間隔折射率阿貝數(shù)S1(ST)1.47750.5931.6900853.2S25.06820.164S3-6.83470.4001.6320023.4S47.87320.631S5-2.12260.5001.5331857.0S6-1.54120.748S7-4.73520.7001.5331857.0S811.32750.414S9無限遠0.3001.5168064.2S10無限遠0.450IMG無限遠0.000<非球面系數(shù)>SIK:0.463216A:-.160433E-01B:0.109091E-01C:-.368420E-01D:0.195185E-01S2K:O扁OOOA:陽.286002E-01B:-.100935E-02C:-.118821E-02D:-.757342E-03S3K:O扁OOOA:0.250805E-01B:-■294566E-01C:0.926425E-01D:-925863E-01S4K:14.781565A:0.123512E+00B:0.766502E-01C:-503755E-01D:0.108034E+00S5K:1.095637A:-.415616E-01B:0.288804E-02C:0.171083E-01D:-100904E-01S6K:0.302832A:0.246892E-01B:-283931E-02C:0.287300E-01D:0.757955E-04S7K:1.427579A:-380804E-01B:0.129103E-01C:-406847E-03D:-101415E-03S8O細OOOA:-.499104E-01B:0.734534E-02C:-■143693E-02D:0.112715E-03圖2示出了根據(jù)本發(fā)明當前實施例的透鏡系統(tǒng)的球面像差、場曲和失真。場曲包括子午場曲(T)和弧矢場曲(S)。實施例2物距無限遠焦距4.54mmFNo:2.94視角的一半32.2。出射角25.0°Bf(空氣)1.068mmBf(包括后4竟片)1.170mmT/D的值4.798/5.7=0.842曲率半徑間隔折射率阿貝數(shù)SI(ST)1.511940.6701.6900853.2S25.316250.150S3-8.157880.4001.6320023.4S46.889580.562S5-1.905640.5001.5331857.0S6-1,414090.748S7-4.070880.7001.5331857.0S813.188050.410S9無限遠0.3001.5168064.2S10無限遠0.460IMG無限遠0細<非球面系數(shù)>S1K:-0.073251A:0.773325E-02B:S2K:O細OOOA:-.395068E-01B:S3K:0.000000A:-.853162E-02B:S4K:29.340662A:0細253E-01B:S5K:1.339694A:-.259577E-01B:S6K:0.142064A:0.405416E-01B:S7K:0.699570A:-.260040E-01B:S8K:O扁OOOA:-.506441E-01B:-.121001E-01C:0.347984E-01D:-.466565E-01-.946271E-01C:0.174790E-01D:-.118394E+00-120389E+00C:0.783160E-01D:-.152454E+000.302491E-01C:-.169318E-01D:0.109637E+000.226570E-01C:0.840715E-02D:-.108247E-010.471296E-02C:0.327502E-01D:-.617456E-030.112674E-01C:-.569030E-03D:-.643115E-040.733496E-02C:-.139689E-02D:0.105734E-03實施例3物距無限遠焦距4.57mmFNo:2.94視角的一半32.1°出射角25.0°Bf(包括空氣)1.068mmBf(包括后鏡片)1.170mmT/D的值4.798/5.70=0.842曲率半徑間隔折射率阿貝數(shù)SI(ST)1.504320.6701.6900853.2S25,066000.142S3-9.313110.4001.6320023.4S46.600830.569S5-1.886550.4961.5331857.0S6-1.417420.753S7-3.923210.7001.5331857.0S814.330400.420S9無限遠0.3001.5168064.2S10無限遠0,450IMG無限遠O扁<非球面系數(shù)>S1K:-0.075310A:0.758325E-02B:S2K:O細OOOA:-.405709E-01B:S3K:O.OOOOOOA:-.907281E-02B:S4K:29.185770A:0.977258E-01B:S5K:1.323874A:-.231120E-01B:S6K:0.144271A:0.425056E-01B:S7K:0.628952A:-.248930E-01B:S8K:0.000000-.122299E-01C:0.349701E-01D:-.458337E-01-969446E-01C:0.161929E-01D:-.116837E+00-.120741E+00C:0.801632E-01D:-.154025E+000.308518E-01C:-.132978E-01D:0.112021E+000.233887E-01C:0.769382E-02D:-.111013E-010.618286E-02C:0.323716E-01D:-.121572E-020.113065E-01C:-.571092E-03D:-.660843E-04A:-.510307E-01B:0.739725E-02C:-.139838E-02D:0.105302E-03下面的表示出了本發(fā)明的第一至第三實施例的分別滿足不等式1至6的透鏡系統(tǒng)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了用于電子靜態(tài)相機、車載相機、移動電話終端、諸如PDA的便攜式信息終端和PC相機中的小且薄的透鏡系統(tǒng)。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例來具體地示出和描述了本發(fā)明，但是本領域普通技術人員應該理解的是，在不脫離本發(fā)明如權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可以在本發(fā)明中做出各種形式和細節(jié)上的改變。權利要求1、一種透鏡系統(tǒng)，包括第一透鏡，其中，第一透鏡是彎月透鏡，具有正折射力，在兩側上具有非球面表面，在物側上具有凸起表面；第二透鏡，由雙凹透鏡形成，在兩側上具有非球面表面；第三透鏡，在兩側上具有非球面表面，并具有正折射力；第四透鏡，由雙凹透鏡形成，在兩側上具有非球面表面，在像側的非球面表面上具有拐點，其中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡從物體順序排列，孔徑光闌置于第一透鏡的物側上。2、如權利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其中，透鏡系統(tǒng)滿足下面的不等式0.15<A<0.5,其中，A表示從光軸到拐點的距離與第四透鏡中的物側表面的有效半徑的比。3、如權利要求2所述的透鏡系統(tǒng)，其中，透鏡系統(tǒng)滿足下面的不等式0.5<f/|f2|<l,其中，f表示透鏡系統(tǒng)的焦距，f2表示第二透鏡的焦距。4、如權利要求2所述的透鏡系統(tǒng)，其中，透鏡系統(tǒng)滿足下面的不等式0.3<fl/|f2|<0.7和I<f3/|f4|<1.5，其中，fl表示第一透鏡的焦距，f2表示第二透鏡的焦距，f3表示第三透鏡的焦距，f4表示第四透鏡的焦距。5、如權利要求2所述的透鏡系統(tǒng)，其中，透鏡系統(tǒng)滿足下面的不等式15<vl-v2<50和0.9<v3/v4<l.l,其中，vl表示第一透鏡的阿貝數(shù)，v2表示第二透鏡的阿貝數(shù)，v3表示第三透鏡的阿貝數(shù)，v4表示第四透鏡的阿貝數(shù)。6、如權利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其中，透鏡系統(tǒng)滿足下面的不等式0.5<f/|G|<l,其中，f表示透鏡系統(tǒng)的焦距，f2表示第二透鏡的焦距。7、如權利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其中，透鏡系統(tǒng)滿足下面的不等式0.3<fl/|f2|<0.7和I<f3/|f4|<1.5,其中，fl表示第一透鏡的焦距，f2表示第二透鏡的焦距，fi表示第三透鏡的焦距,f4表示第四透鏡的焦距。8、如權利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其中，透鏡系統(tǒng)滿足下面的不等式15<vl-v2<50和0.9<v3/v4<l.l,其中，vl表示第一透鏡的阿貝數(shù)，v2表示第二透鏡的阿貝數(shù)，v3表示第三透鏡的阿貝數(shù)，v4表示第四透鏡的阿貝數(shù)。全文摘要本發(fā)明提供了一種小型透鏡系統(tǒng)，所述小型透鏡系統(tǒng)包括第一透鏡，第一透鏡是具有正折射力的彎月透鏡，在兩側上具有非球面表面，在面對物體的表面上具有凸起表面；第二透鏡，由雙凹透鏡形成，在兩側上具有非球面表面；第三透鏡，在兩側上具有非球面表面，并具有正折射力；第四透鏡，由雙凹透鏡形成，在兩側上具有非球面表面，在非球面表面上具有拐點。第一至第四透鏡從物體順序排列，孔徑光闌置于第一透鏡的物側上。文檔編號G02B13/00GK101419331SQ20081016962公開日2009年4月29日申請日期2008年10月13日優(yōu)先權日2007年10月25日發(fā)明者阿部泰彥申請人:三星Techwin株式會社