具有广视角的五个非球面表面晶片级透镜系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种晶片级透镜系统，该晶片级透镜系统包括：第一基片；第一透镜，该第一透镜具有与第一基片相接触的平面表面和凹形非球面表面；第二基片；第二透镜，该第二透镜具有面向第一透镜的凸形非球面表面和与第二基片相接触的平面表面；第三透镜，该第三透镜具有与第二基片相接触的平面表面和凹形非球面表面；第三基片；第四透镜，该第四透镜具有面向第三透镜的凸形非球面表面和与第三基片相接触的平面表面；以及第五透镜，该第五透镜具有与第三基片相接触的平面表面和凹形非球面表面。
【专利说明】具有广视角的五个非球面表面晶片级透镜系统
【技术领域】
[0001]本公开涉及具有广视角的晶片级透镜系统，并且更具体地，涉及具有广视角的五 个非球面表面晶片级透镜系统。
【背景技术】
[0002] 小型数码相机模块的普及度和重要性不断增大。总体而言，便携式电子装置（例 如移动电话、平板电脑和笔记本电脑）现在包括小型数码相机模块。对于用于小型数码相 机模块的这些常见应用而言，具有短的总长度的透镜是期望。传统地，小型数码相机模块的 透镜是模制一件式塑料透镜。这种传统的塑料透镜仅允许具有一种材料的两个表面。
[0003] 相机模块的视角典型地处于大约60度至大约7〇度之间。制造视角大于70度的 透镜同时保持短的总体透镜长度存在某些限制。例如，透镜所产生的光学像差在典型的当 代图像传感器中是不被容许的，从而表现出大幅改进的分辨率。因此，现在期望具有大视角 和透镜的短的总长度、并且具有与分辨率增强的图像传感器兼容的光学性能（例如，光学 像差）的透镜系统。
[0004] 晶片级透镜典型地通过在晶片或基片上形成多个透镜制成。透镜典型地通过在晶 片或基片上模制和固化透镜材料而形成。在透镜固化之后，晶片或基片被切割成片，其中 每一片都包含至少一个透镜。晶片级透镜可以通过将多于一个的基片堆叠在一起而形成， 其中每一个基片都包括至少一个透镜。多个透镜能够形成在彼此配准（in registration with)的多个基片中，使得当透镜和基片被切割成片时，透镜中的一个或多个透镜实际上能 够包括多个堆叠透镜。因此，晶片级透镜系统可以包括多个基片和多个透镜。
【发明内容】
[0005] 根据一个方面，提供一种透镜系统。该透镜系统包括：第一基片，该第一基片具有 外侧表面；第一透镜，该第一透镜具有凹形非球面表面和焦距F1 ;以及第二透镜，该第二透 镜具有面向第一透镜的凸形非球面表面和焦距F2。第三透镜具有凹形非球面表面，该凹形 非球面表面具有焦距F3。该透镜系统满足以下条件：
[0006] 0. 2 < EFFL/TTL < 0. 5 ；
[0007] -0· 75 < EFFL/F1 < -0. 35 ;
[0008] 1 < EFFL/F2 < 1. 4 ；
[0009] -0· 65 < EFFL/F3 < -0. 15 ;
[0010] ￥2>丫3并且￥3<35;
[0011] 其中：（i)EFFL是该透镜系统的有效焦距；（ii)TTL是从第一基片的外侧表面至图 像平面的距离；并且（iii)V2是第二透镜的阿贝数，且V3是第三透镜的阿贝数。
[0012] 根据另一个方面，提供一种透镜系统。该透镜系统包括：第一基片，该第一基片具 有外侧表面；以及第一透镜，该第一透镜具有与第一基片相接触的与外侧表面相对的平面 表面；和凹形非球面表面。该透镜系统还包括：第二基片；以及第二透镜，该第二透镜具有 面向第一透镜的凸形非球面表面和与第二基片相接触的平面表面。第三透镜具有与第二基 片相接触的平面表面和凹形非球面表面。第二基片被夹置在第二透镜与第三透镜之间。该 透镜系统还包括：第三基片；以及第四透镜，该第四透镜具有面向第三透镜的凸形非球面 表面和与第三基片相接触的平面表面。第五透镜具有与第三基片相接触的平面表面和凹形 非球面表面。第三基片被夹置在第四透镜与第五透镜之间。该透镜系统满足以下条件：
[0013] 0. 2 < EFFL/TTL < 0. 5 ；
[0014] -0· 75 < EFFL/F1 < -〇· 35 ;
[0015] 1 < EFFL/F2 <1.4；
[0016] -0. 65 < EFFL/F3 < _0· 15 ;
[0017] V2 > V3 并且 V3 < 35 ;
[0018] 其中：（i)EFFL是该透镜系统的有效焦距；（ii)TTL是从第一基片的外侧表面至 图像平面的距离；（iii)Fl、F2、和F3分别是第一透镜、第二透镜、和第三透镜的焦距；并且 (iv)V2是第二透镜的阿贝数，且V3是第三透镜的阿贝数。
[0019] 根据另一个方面，提供一种晶片级透镜系统。该晶片级透镜系统包括：第一基片， 该第一基片具有外侧表面；以及第一透镜，该第一透镜具有与第一基片相接触的与外侧表 面相对的平面表面；和凹形非球面表面。该透镜系统还包括：第二基片；以及第二透镜，该 第二透镜具有面向第一透镜的凸形非球面表面和与第二基片相接触的平面表面。第三透镜 具有与第二基片相接触的平面表面和凹形非球面表面。第二基片被夹置在第二透镜与第三 透镜之间。该透镜系统还包括第三基片；以及第四透镜，该第四透镜具有面向第三透镜的凸 形非球面表面和与第三基片相接触的平面表面。第五透镜具有与第三基片相接触的平面表 面和凹形非球面表面。第三基片被夹置在第四透镜与第五透镜之间。第一透镜、第二透镜、 第三透镜、第四透镜、和第五透镜由回流兼容材料制成。该透镜系统满足以下条件：
[0020] 0. 2 < EFFL/TTL < 0. 5 ；
[0021] -0· 75 < EFFL/F1 <-0· 35 ;
[0022] 1 < EFFL/F2 < 1. 4 ；
[0023] -0. 65 < EFFL/F3 < -0· 15 ;
[0024] V2 > V3 并且 V3 < 35 ;
[0025] 其中，⑴EFFL是该透镜系统的有效焦距；（ii)TTL是从第一基片的外侧表面至 图像平面的距离；（iii)Fl、F2、和F3分别是第一透镜、第二透镜、和第三透镜的焦距；并且 (iv)V2是第二透镜的阿贝数，且V3是第三透镜的阿贝数。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]通过对如附图中所示的优选实施例的更具体的描述，本公开的上述和其它的特征 以及优点将变得显而易见，在附图中，相似的附图标记在全部不同的视图中表示相同部件。 附图不必成比例，相反地，重点被放在说明本公开的原理上。
[0027]图1包括根据一些示例性实施例的五个非球面表面晶片级透镜系统的示意性方 框图。
[0028]图2 (a)、图2 (b)、图2 (c)、和图2 (d)是根据一些示例性实施例的分别示出了图！ 中所示的透镜系统的球面像差、场曲、失真、和横向色像差的曲线，该系统的透镜数据列于 表1中。
[0029] 图3 (a)、图3 (b)、图3 (c)、和图3 (d)是根据一些示例性实施例的分别示出了图1 中所示的透镜系统100的球面像差、场曲、失真、和横向色像差的曲线，该系统的透镜数据 列于表2中。
【具体实施方式】
[0030] 根据一些示例性实施例，晶片级透镜系统可以包括多个基片以及多个透镜。透镜 能够具有独立表面并且能够由不同的回流兼容材料制成。这造成具有短的总体透镜长度和 可接受光学性能的广视角透镜。根据一些特定的示例性实施例，期望透镜系统符合至少以 下具体示例性要求：（1)广视角，例如，等于或大于90° ; (2)透镜系统的短的总长度，例如， 等于或小于5mm; (3)低成本，例如，透镜系统中包括的非球面表面不超过五个；以及（4)良 好的光学质量，例如，具有标称像差。
[0031] 图1包括根据一些示例性实施例的广视角晶片级透镜系统的示意性方框图。参照 图1，透镜系统100满足上文所列的至少四个要求。透镜系统100包括第一基片102、第一 透镜104、第二透镜106、第二基片108、第三透镜110、第四透镜112、第三基片114、和第五 透镜lie。此外，透镜系统100包括玻璃板11S，该玻璃板118位于图像平面120前方。第 一基片102、第一透镜104、第二透镜1〇 6、第二基片1〇8、第三透镜11〇、第四透镜112、第三 基片114和第五透镜116可以是晶片级透镜系统的部件。尽管本申请总体而言参照并且具 体实施方式特别参照晶片级透镜系统，但是应当理解，本公开不限于晶片级透镜系统。本公 开能够用于其它的透镜制造技术。
[0032] 第一基片1〇2包括两个平行的平面表面。第一基片102的第一平面表面是面向物 体空间的外侧表面。第一透镜104具有平面表面（半径L1R1 =~)，该平面表面与第一基 片102的第二平面表面相接触，该第二平面表面与第一基片102的第一表面相对。第一透 镜104还具有凹形非球面表面122,该凹形非球面表面122具有半径L1R2。第一基片102 和第一透镜104收集进入透镜系统100的入射角大的入射光。平面凹形第一透镜 1〇4使进 入透镜系统100的入射光的角度减小，并且减少失真。
[0033] 第二透镜106具有凸形非球面表面124和平面表面（半径L2R2 =〇〇)，该凸形非 球面表面124具有面向第一透镜104的半径L2R1。第一透镜104与第二透镜106之间的空 间能够是气隙。第二透镜106的平面表面与第二基片1〇8相接触，该第二基片1〇8具有两 个平行的平面表面。第二透镜106将光线传播到透镜系统 100的阻挡件132上。
[0034]第三透镜110具有与第二基片108相接触的平面表面（半径L3R1 ）和具有 半径L：3R2的凹形非球面表面126。第二基片108因此被夹置在第二透镜1〇6与第三透镜 110之间。阻挡件132被插入在第二基片108与第三透镜110之间。定位在透镜系统 100 内的阻挡件I32有助于在视觉对称场中保持光线维面（cones of rays)。这随后有助于保 持调制传递函数（MTF)的对称性能。第三透镜110将光线引导至具有大折射角的第四透镜 112,这随后缩短透镜系统100的总长度。
[0035] 弟四透镜112具有凸形非球面表面128和平面表面（半径L4R2 = 00 )，该凸形非 球面表面128具有面向第三透镜110的半径L4R1。第三透镜11〇与第四透镜112之间的空 间能够是气隙。第四透镜112的平面表面与第三基片 114相接触，该第三基片114具有两 个平行的平面表面。
[0036] 第五透镜116具有与第三基片114相接触的平面表面（半径L5R1 )和具有 半径L5R2的凹形非球面表面130。第三基片114因此被夹置在第四透镜U2与第五透镜 13〇之间。第四透镜112和第五透镜116分别平衡和校正沿透镜系统100中的路径行进的 光积累的像差。
[0037] 第五透镜116与玻璃板118之间的空间能够是气隙。第五透镜116将引导光线通 过玻璃板U8到达图像平面120。玻璃板118可以是图像传感器的罩玻璃，并且图像平面 12〇可以是图像传感器的图像接收平面。玻璃板118和图像平面120可以分开小距离。图 像形成在图像平面12〇上。玻璃板118被布置在第五透镜116与图像平面120之间。
[0038]表1包括根据一些示例性实施例的图1中所示的透镜系统100的透镜数据。
[0039]
【权利要求】
1. -种透镜系统，所述透镜系统包括： 第一基片，所述第一基片具有外侧表面； 第一透镜，所述第一透镜具有凹形非球面表面和焦距F1 ; 第二透镜，所述第二透镜具有面向所述第一透镜的凸形非球面表面和焦距F2 ;以及 第三透镜，所述第三透镜具有凹形非球面表面和焦距F3 ; 其中所述透镜系统满足以下条件： 0. 2 < EFFL/TTL < 0. 5 ； -0. 75 < EFFL/F1 < -0· 35 ; 1. EFFL/F2 < 1. 4 ； -0. 65 < EFFL/F3 < -〇. 15 ； V2 > V3 并且 V3 < 35 ; 其中：（i)EFFL是所述透镜系统的有效焦距；（ii)TTL是从所述第一基片的外侧表面至 图像平面的距离；并且（iii)V2是所述第二透镜的阿贝数，且V3是所述第三透镜的阿贝数。
2. 根据权利要求1所述的透镜系统，所述透镜系统还包括第二基片，所述第二基片被 夹置在所述第二透镜与所述第三透镜之间。
3. 根据权利要求2所述的透镜系统，其中： 所述第一透镜还包括与所述第一基片相接触的与所述外侧表面相对的平面表面； 所述第二透镜还包括与所述第二基片相接触的平面表面；并且 所述第三透镜还包括与所述第二基片相接触的平面表面。
4. 根据权利要求3所述的透镜系统，所述透镜系统还包括阻挡件，所述阻挡件被插入 在所述第二基片与所述第三透镜之间。
5. 根据权利要求4所述的透镜系统，所述透镜系统还包括： 第四透镜，所述第四透镜具有面向所述第三透镜的凸形非球面表面； 第五透镜，所述第五透镜具有凹形非球面表面；以及 第三基片，所述第三基片被夹置在所述第四透镜与所述第五透镜之间。
6. 根据权利要求5所述的透镜系统，其中： 所述第四透镜还包括与所述第三基片相接触的平面表面；并且 所述第五透镜还包括与所述第三基片相接触的平面表面。
7. 根据权利要求6所述的透镜系统，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透 镜、所述第四透镜、和所述第五透镜由回流兼容材料制成。
8. 根据权利要求6所述的透镜系统，其中玻璃板被插入在所述第五透镜与所述图像平 面之间。
9. 根据权利要求8所述的透镜系统，其中所述玻璃板是图像传感器的罩玻璃。
10. 根据权利要求6所述的透镜系统，其中所述透镜系统的视场等于或大于90°。
11. 根据权利要求6所述的透镜系统，其中所述透镜系统的从所述第一基片的外表面 至所述图像平面的总长度等于或小于5_。
12. 根据权利要求6所述的透镜系统，其中所述透镜系统的有效焦距等于或小于2mm。
13. 根据权利要求6所述的透镜系统，其中所述透镜系统的F数等于或小于3· 2。
14. 根据权利要求6所述的透镜系统，其中所述第一基片、所述第二基片、和所述第三^ 基片中的每一个基片都具有两个平行的平面表面。
15. 根据权利要求6所述的透镜系统，其中所述透镜系统包括晶片级透镜。
16. -种透镜系统，所述透镜系统包括： 第一基片，所述第一基片具有外侧表面； 第一透镜，所述第一透镜具有与所述第一基片相接触的与所述外侧表面相对的平面表 面；和凹形非球面表面； 第-基片； ^ 第二透镜，所述第二透镜具有面向所述第一透镜的凸形非球面表面和与所述第二基片 相接触的平面表面； 第三透镜，所述第三透镜具有与所述第二基片相接触的平面表面；和凹形非球面表 面； 其中所述第二基片被夹置在所述第二透镜与所述第三透镜之间； 第二基片； > 第四透镜，所述第四透镜具有面向所述第三透镜的凸形非球面表面和与所述第三基片 相接触的平面表面；以及 第五透镜，所述第五透镜具有与所述第三基片相接触的平面表面；和凹形非球面表 面； 其中所述第三基片被夹置在所述第四透镜与所述第五透镜之间； 其中所述透镜系统满足以下条件： 0. 2 < EFFL/TTL < 0. 5 ； -0. 75 < EFFL/F1 < -〇. 35 ； 1. EFFL/F2 <1.4； -0. 65 < EFFL/F3 < -〇. 15 ； V2 > V3 并且 V3 < 35 ; 其中：（i)EFFL是所述透镜系统的有效焦距；（ii)TTL是从所述第一基片的外侧表面至 图像平面的距离；（iii)Fl、F2、和F3分别是所述第一透镜、所述第二透镜、和所述第三透镜 的焦距；并且（iv)V2是所述第二透镜的阿贝数，且V3是所述第三透镜的阿贝数。 一
17. 根据权利要求16所述的透镜系统，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透 镜、所述第四透镜、和所述第五透镜由回流兼容材料制成。
18. 根据权利要求16所述的透镜系统，其中所述透镜系统包括晶片级透镜。
19. 一种晶片级透镜系统，所述晶片级透镜系统包括： 第一基片，所述第一基片具有外侧表面； 第一透镜，所述第一透镜具有与所述第一基片相接触的与所述外侧表面相对的平面表 面；和凹形非球面表面； Μ-?基片； 第二透镜，所述第二透镜具有面向所述第一透镜的凸形非球面表面和与所述第二基片 相接触的平面表面； 第三透镜，所述第三透镜具有与所述第二基片相接触的平面表面；和凹形非球面表 面； 其中所述第二基片被夹置在所述第二透镜与所述第三透镜之间； 第二基片； 第四透镜，所述第四透镜具有面向所述第三透镜的凸形非球面表面和与所述第二基片 相接触的平面表面；以及 、 第五透镜，所述第五透镜具有与所述第三基片相接触的平面表面；和凹形非球面表 面； 其中所述第三基片被夹置在所述第四透镜与所述第五透镜之间； 其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、和所述第五透镜由 回流兼容材料制成； 其中所述透镜系统满足以下条件： 0. 2 < EFFL/TTL < 0. 5 ； -0. 75 < EFFL/F1 < -〇. 35 ； 1. EFFL/F2 < 1. 4 ； -0. 65 < EFFL/F3 < -0· 15 ; V2 > V3 并且 V3 < 35 ; 其中，（i)EFFL是所述透镜系统的有效焦距；（ii)TTL是从所述第一基片的外侧表面至 图像平面的距离；（iii)Fl、F2、和F3分别是所述第一透镜、所述第二透镜、和所述第三透镜 的焦距；并且（iv)V2是所述第二透镜的阿贝数，且V3是所述第三透镜的阿贝数。
【文档编号】G02B13/00GK104142563SQ201410186759
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】尹淳义, 邓兆展 申请人:全视技术有限公司