光学成像系统的制作方法

技术领域

下面的描述涉及一种能够在可见光区和近红外区二者中拍摄对象的光学成像系统。

背景技术：

小型监控摄像机越来越多地被安装在车辆中以拍摄车辆的前方视野和后方视野。例如，小型监控摄像机被安装在车辆的后视镜上以拍摄在车辆周围运动的车辆、行人和其他对象。

期望小型监控摄像机能够在夜晚环境中拍摄对象和在白天环境中一样好。然而，由于在夜晚环境中照度低，所以清晰地拍摄对象是困难的。具体地，由于安装在车辆中的小型监控摄像机具有有限的尺寸，所以需要一种能够在可见光区和近红外区二者中拍摄对象的紧凑型光学成像系统。

技术实现要素：

提供本发明内容用于以简化形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的发明构思的选择。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要技术特征，也不意在用于帮助决定所要求保护的主题的范围。

在一个总的方面，一种光学成像系统包括：第一透镜，具有正屈光力和呈凹面的物方表面；第二透镜，具有正屈光力；第三透镜，具有负屈光力；第四透镜，具有正屈光力；以及第五透镜，具有正屈光力和呈凹面的像方表面。所述第一透镜至所述第五透镜从物方朝向成像面被顺序地设置。

所述第二透镜的物方表面可为凸面，所述第二透镜的像方表面可为凹面。所述第四透镜的物方表面可为凹面，所述第四透镜的像方表面可为凸面。所 述第五透镜的物方表面可为凸面。

所述光学成像系统还可包括光阑，被设置在所述第二透镜和所述第三透镜之间。

所述第三透镜的两个表面都可为非球面。

所述光学成像系统可满足所述下面的条件表达式：

-6.5<{(1/f)*(Y/tanθ)-1}*100<-1.0，

其中，f可为所述光学成像系统的总焦距，Y可为所述成像面的对角线长度的1/2，θ可为所述光学成像系统的半视场角。

所述光学成像系统可满足所述条件表达式TTL/2Y<2.0，其中，TTL可为从所述第一透镜的物方表面至所述成像面的在光轴上的距离，2Y可为所述成像面的对角线长度。

所述光学成像系统可满足所述条件表达式-20.0<R1/f<0，其中，f可为所述光学成像系统的总焦距，R1可为所述第一透镜的物方表面的曲率半径。

所述光学成像系统可满足所述条件表达式-15.0<R2/f<0，其中，f可为所述光学成像系统的总焦距，R2可为所述第一透镜的像方表面的曲率半径。

所述光学成像系统可满足所述条件表达式0.2<f/f1<0.6，其中，f可为所述光学成像系统的总焦距，f1可为所述第一透镜的焦距。

所述光学成像系统可满足所述条件表达式-2.5<f/f3<-1.5，其中，f可为所述光学成像系统的总焦距，f3可为所述第三透镜的焦距。

所述光学成像系统可满足所述条件表达式5.0<(t1+t2)/t3<12.0，其中，t1可为所述第一透镜在光轴上的中心厚度，t2可为所述第二透镜在光轴上的中心厚度，t3可为所述第三透镜在光轴上的中心厚度。

所述光学成像系统可满足所述条件表达式0≤|n1-n2|≤0.20，其中，n1可为所述第一透镜的折射率，n2可为所述第二透镜的折射率。

在另一个总的方面，一种光学成像系统包括：第一透镜，具有正屈光力；第二透镜，具有正屈光力；第三透镜，具有呈凹面的两个表面；第四透镜，具有正屈光力；第五透镜，具有正屈光力。所述第一透镜和所述第五透镜关于所述第三透镜互相对称，所述第二透镜和所述第四透镜关于所述第三透镜互相对称。

所述第三透镜的两个表面可为非球面。

所述光学成像系统的总焦距可在5.9mm至6.3mm之间，所述第三透镜 的焦距可在-4.0mm至-2.0mm之间。所述光学成像系统也可满足所述条件表达式-6.5<{(1/f)*(Y/tanθ)-1}*100<-1.0，其中，f可为所述光学成像系统的总焦距，Y可为所述成像面的对角线长度的1/2，θ可为所述光学成像系统的半视场角。

根据下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据第一实施例的光学成像系统的示图；

图2是代表图1中示出的光学成像系统的像差曲线的曲线图；

图3是代表图1中示出的光学成像系统的透镜的特性的表格；

图4是代表图1中示出的光学成像系统的非球面特性的表格；

图5是根据第二实施例的光学成像系统的示图；

图6是代表图5中示出的光学成像系统的像差曲线的曲线图；

图7是代表图5中示出的光学成像系统的透镜的特性的表格；以及

图8是代表图5中示出的光学成像系统的非球面特性的表格。

在所有的附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按比例绘制，为了清楚、说明及方便起见，附图中元件的相对尺寸、比例和描绘可被放大。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、装置和/或系统的全面理解。然而，这里所描述的方法、装置和/或系统的各种变换、修改及等同物对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。这里所描述的操作顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出对本领域的普通技术人员将是显而易见的变换。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域的普通技术人员来说公知的功能和结构的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为受这里所描述的示例所限制。更确切的说，已经提供了这里所描述的示例，以使本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的全部范围传达给本领域的普通技术 人员。

在整个说明书中，将被理解的是，当元件(诸如，层、区域或晶圆(基板))被称为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的其他元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，不存在介于它们之间的元件或层。相同的标号始终指示相同的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项的一项或更多项的任何以及全部组合。

将显而易见的是，虽然可在此使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面论述的第一构件、组件、区域、层或部分可称作第二构件、组件、区域、层或部分。

诸如“在……之下”、“在……下方”、“下面”、“下部”、“底部”、“上部”、“在……之上”、“上部”、“顶部”、“左”和“右”描述相对空间关系的词语可被用于方便地描述一个装置或元件与其他装置或元件的空间关系。这些词语被解释为包含如附图所示方位和在使用或操作中处于其他方位的装置。例如，装置基于如附图所示的装置的方位而包括设置在第一层之上的第二层的装置的示例也包含在使用或操作中当装置被倒置翻转时的装置。

在此使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是意图限制本描述。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。还将理解的是，在该说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”列举存在的所陈述的特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或它们组成的组，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或它们组成的组。

此外，在下面的描述中，第一透镜指的是最接近于物(或对象)的透镜，而第五透镜指的是最接近于成像面(或图像传感器)的透镜。此外，通过毫米(mm)表示透镜的曲率半径和厚度、TTL、Y(成像面的对角线长度的1/2)和焦距中的全部。此外，透镜的厚度、透镜之间的间距以及TTL是关于透镜 的光轴测量的距离。此外，在对透镜形状的描述中，透镜的一个表面是凸面意味着对应表面的光轴部分凸出，而透镜的一个表面是凹面意味着对应表面的光轴部分凹入。因此，尽管透镜的一个表面被描述为凸面，但透镜的所述一个表面的边缘部分可能是凹入的。类似地，尽管透镜的一个表面被描述为凹面，但透镜的所述一个表面的边缘部分可能是凸出的。TTL指的是沿光轴的第一透镜的第一物方表面到成像面的距离。

光学成像系统可包括具有多个透镜的光学系统。例如，光学成像系统的光学系统可包括具有屈光力的五个透镜。然而，光学成像系统不局限于仅包括具有屈光力的透镜。例如，光学成像系统可包括光阑，以控制光的量。此外，光学成像系统还可包括图像传感器(即，成像器件)，将通过光学系统入射到其上的对象的图像转换为电信号。此外，光学成像系统还可包括调整透镜之间间距的间距保持构件。

第一透镜至第五透镜可由具有与空气的折射率不同的折射率的材料形成。例如，第一透镜至第五透镜可由塑料或玻璃形成。第一透镜至第五透镜中的至少一个可呈非球面形状。例如，第三透镜的两个表面都可为非球面。

每个透镜的非球面可通过下面的方程1表示：

[方程1]

这里，c是透镜的曲率半径的倒数，k是圆锥曲线常数，r是从透镜的非球面表面上的某点到光轴的距离，A到J是非球面常数，以及Z(或SAG)是所述透镜的非球面表面上的距所述光轴的距离为r的某点和与所述透镜的非球面表面的顶点相切的切平面之间的距离。

光学成像系统可包括五个透镜、图像传感器和光阑。下面，将描述上述组件。

第一透镜可具有屈光力。例如，第一透镜可具有正屈光力。第一透镜的一个表面可为凹面。例如，第一透镜的物方表面可为凹面。

第一透镜可具有球面表面。例如，第一透镜的两个表面都可为球面的。第一透镜可由具有高的光透射率和优良的可加工性的材料形成。例如，第一透镜可由玻璃形成。然而，第一透镜的材料不局限于玻璃。例如，第一透镜可由塑料形成。第一透镜可具有预定的折射率。例如，第一透镜的折射率可 为1.70或更大。

第二透镜可具有屈光力。例如，第二透镜可具有正屈光力。第二透镜的一个表面可为凹面。例如，第二透镜的像方表面可为凹面。

第二透镜可具有球面表面。例如，第二透镜的两个表面都可为球面的。第二透镜可由具有高的光透射率和优良的可加工性的材料形成。例如，第二透镜可由玻璃形成。然而，第二透镜的材料不局限于玻璃。例如，第二透镜也可由塑料形成。第二透镜可具有比第一透镜的折射率更高的折射率。例如，第二透镜的折射率可为1.90或更大。

第三透镜可具有屈光力。例如，第三透镜可具有负屈光力。第三透镜的至少一个表面可为凹面。例如，第三透镜的两个表面都可为凹面。

第三透镜可具有非球面表面。例如，第三透镜的两个表面都可为非球面。第三透镜可由具有高的光透射率和优良的可加工性的材料形成。例如，第三透镜可由玻璃形成。然而，第三透镜的材料不局限于玻璃。例如，第三透镜可由塑料形成。

第三透镜可具有比第一透镜的折射率更高的折射率。例如，第三透镜的折射率可为1.90或更大。第三透镜可具有比第一透镜的阿贝数更低的阿贝数。例如，第三透镜的阿贝数可为25或更小。

第四透镜可具有屈光力。例如，第四透镜可具有正屈光力。第四透镜的一个表面可为凹面。例如，第四透镜的物方表面可为凹面。

第四透镜可具有球面表面。例如，第四透镜的两个表面都可为球面。第四透镜可由具有高的光透射率和优良的可加工性的材料形成。例如，第四透镜可由玻璃形成。然而，第四透镜的材料不局限于玻璃。例如，第四透镜可由塑料形成。

第四透镜可具有比第三透镜的折射率更低的折射率。例如，第四透镜的折射率可小于1.90。第四透镜可具有比第三透镜的阿贝数更高的阿贝数。例如，第四透镜的阿贝数可为40或更大。

第五透镜可具有屈光力。例如，第五透镜可具有正屈光力。第五透镜的至少一个表面可为凹面。例如，第五透镜的像方表面可为凹面。

第五透镜可具有球面表面。例如，第五透镜的两个表面都可为球面的。第五透镜可由具有高的光透射率和优良的可加工性的材料形成。例如，第五透镜可由玻璃形成。然而，第五透镜的材料不局限于玻璃。例如，第五透镜 可由塑料形成。

第五透镜可具有比第三透镜的折射率更低的折射率。例如，第五透镜的折射率可小于1.90。第五透镜可具有比第三透镜的阿贝数更高的阿贝数。例如，第五透镜的阿贝数可为40或更大。

图像传感器可被构造为实现高分辨率。例如，构造图像传感器的像素单元尺寸可为1.12μm或更小。图像形成于其上的成像面可在图像传感器的表面上形成。

光阑可被设置于透镜之间。例如，光阑可被设置在第二透镜和第三透镜之间。如上所述设置的光阑可调节入射到图像传感器上的光量。

光学成像系统可满足下面的条件表达式：

-6.5<{(1/f)*(Y/tanθ)-1}*100<-1.0

TTL/2Y<2.0

-20.0<R1/f<0

-15.0<R2/f<0

0.2<f/f1<0.6

-2.5<f/f3<-1.5

1.5<f/EPD<1.7

5.0<(t1+t2)/t3<12.0

0≤|n1-n2|≤0.20

-0.5<(R1+R2)/(R1-R2)<5.5

-5.5<(R10+R11)/(R10-R11)<0.5

这里，f是光学成像系统的总焦距，2Y是成像面的对角线长度，Y是2Y的1/2，θ是光学成像系统的半视场角，R1是第一透镜的物方表面的曲率半径，R2是第一透镜的像方表面的曲率半径，R10是第五透镜的物方表面的曲率半径，R11是第五透镜的像方表面的曲率半径，f1是第一透镜的焦距，f3是第三透镜的焦距，EPD是入瞳直径(EPD)，t1是第一透镜在光轴上的中心厚度，t2是第二透镜在光轴上的中心厚度，t3是第三透镜在光轴上的中心厚度，n1是第一透镜的折射率，n2是第二透镜的折射率。

满足以上条件表达式的光学成像系统可被小型化并可实现高分辨率。此外，以上条件表达式可为实现明亮的光学成像系统的充要条件。

参照图1，根据第一实施例的光学成像系统100包括具有屈光力的多个 透镜。例如，光学成像系统100包括第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140和第五透镜150。

第一透镜110具有正屈光力，其物方表面S1是凹面，其像方表面S2是凸面。第二透镜120具有正屈光力，其物方表面S3是凸面，其像方表面S4是凹面。第三透镜130具有负屈光力，其两个表面S6和S7都是凹面。第四透镜140具有正屈光力，其物方表面S8是凹面，其像方表面S9是凸面。第五透镜150具有正屈光力，其物方表面S10是凸面，其像方表面S11是凹面。

具有表面S5的光阑ST被设置在第二透镜和第三透镜之间。例如，光阑ST被设置在第二透镜120的像方表面S4和第三透镜130的物方表面S6之间。然而，光阑ST的位置不局限于第二透镜120和第三透镜130之间，并且光阑ST的位置可随需要而改变。如上所述设置的光阑ST调节入射到成像面160上的光量。

第一透镜110和第五透镜150关于第三透镜130互相对称。例如，第一透镜110的物方表面S1和第五透镜150的像方表面S11二者都是凹面，第一透镜110的像方表面S2和第五透镜150的物方表面S10二者都是凸面。

类似地，第二透镜120和第四透镜140关于第三透镜130互相对称。例如，第二透镜120的物方表面S3和第四透镜140的像方表面S9二者都是凸面，第二透镜120的像方表面S4和第四透镜140的物方表面S8二者都是凹面。

如上所述构造的光学成像系统100具有如图2所示的像差特性。图3是代表根据第一实施例的光学成像系统的透镜的特性的表格。图4是代表根据第一实施例的光学成像系统的非球面特性的表格。

参照图5，根据第二实施例的光学成像系统200包括具有屈光力的多个透镜。例如，光学成像系统200包括第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230、第四透镜240和第五透镜250。

第一透镜210具有正屈光力，其物方表面S1是凹面，其像方表面S2是凸面。第二透镜220具有正屈光力，其物方表面S3是凸面，其像方表面S4是凹面。第三透镜230具有负屈光力，其两个表面S6和S7都是凹面。第四透镜240具有正屈光力，其物方表面S8是凹面，其像方表面S9是凸面。第五透镜250具有正屈光力，其物方表面S10是凸面，其像方表面S11是凹面。

具有表面S5的光阑ST被设置在第二透镜和第三透镜之间。例如，光阑 ST被设置在第二透镜220的像方表面S4和第三透镜230的物方表面S6之间。然而，光阑ST的位置不局限于第二透镜220和第三透镜230之间，并且光阑ST的位置可随需要而改变。如上所述设置的光阑ST调节入射到成像面260上的光量。

第一透镜210和第五透镜250关于第三透镜230互相对称。例如，第一透镜210的物方表面S1和第五透镜250的像方表面S11二者都是凹面，第一透镜210的像方表面S2和第五透镜250的物方表面S10二者都是凸面。

类似地，第二透镜220和第四透镜240关于第三透镜230互相对称。例如，第二透镜220的物方表面S3和第四透镜240的像方表面S9二者都是凸面，第二透镜220的像方表面S4和第四透镜240的物方表面S8二者都是凹面。

如上所述构造的光学成像系统200可表现具有如图6所示的像差特性。图7是代表根据第二实施例的光学成像系统的透镜的特性的表格。图8是代表根据第二实施例的光学成像系统的非球面特性的表格。

表1代表根据第一实施例和第二实施例的光学成像系统的光学特性。光学成像系统的总焦距(f)在5.9mm至6.3mm的范围。在光学成像系统中，第一透镜的焦距(f1)在16.0mm至23.0mm的范围。在光学成像系统中，第二透镜的焦距(f2)在13.0mm至17.0mm的范围。在光学成像系统中，第三透镜的焦距(f3)在-4.0mm至-2.0mm的范围。在光学成像系统中，第四透镜的焦距(f4)在3.0mm至6.0mm的范围。在光学成像系统中，第五透镜的焦距(f5)在10.0mm至15.0mm的范围。在光学成像系统中，TTL在10.0mm至12.0mm的范围。光学成像系统的F数是1.7或更小。光学成像系统的总视场角(2θ)在54度至57度的范围。

[表1]

表2代表根据第一实施例和第二实施例的光学成像系统的条件表达式的值。如表2中示出的，根据第一实施例和第二实施例的光学成像系统可满足上面的条件表达式的全部数值范围。

[表2]

由于如上所述构造的光学成像系统具有1.7或更小的F数，所以可在可见光区和近红外区二者中而且在低照度环境中清晰地拍摄对象。此外，由于根据一个或更多个实施例的光学成像系统中使用了球面透镜，所以减少了制造光学成像系统所需的成本。此外，根据一个或更多个实施例的光学成像系统可在-40℃至80℃的温度范围内确保预定的分辨率。因此，根据一个或更多个实施例的光学成像系统即使在温度变化范围大的环境中(诸如车辆内部)可获得高分辨率。

如以上阐述的，根据一个或更多个实施例的光学成像系统即使在低照度环境中可清晰地拍摄对象。

虽然本公开包括具体示例，但本领域普通技术人员将领会，在不脱离权 利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可在这些实施例中做出形式和细节上的各种变化。这里所描述的示例将仅仅被理解为描述性意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被理解为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果按照不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果按照不同的形式组合和/或通过其他组件或他们的等同物替换或增添描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围并不通过具体实施方式限定而是通过权利要求及其等同物限定，权利要求及其等同物的范围之内的全部变换将被理解为包括在本公开中。