光学成像系统及电子装置的制作方法

文档序号:16085899发布日期:2018-11-27 22:25阅读:207来源:国知局

本实用新型涉及光学成像技术,特别涉及一种光学成像系统及电子装置。



背景技术:

诸如智能手机及平板之类的电子装置一般都搭载有光学成像系统以实现拍照功能。随着科技的发展,人们对拍照的要求越来越高,具有高像素的光学成像系统受到人们更多的青睐。目前常规的方法是通过增加镜片数量的方式来增加像素,但是镜片数量的增加势必会使模组高度增加,不利于电子装置的超薄化。



技术实现要素:

本实用新型实施方式提供一种光学成像系统及电子装置。

本实用新型实施方式的光学成像系统,从物侧至像侧包括:

具有正屈折力的第一透镜,所述第一透镜的物侧面为凸面;

具有负屈折力的第二透镜,所述第二透镜的像侧面于圆周处为凹面;

具有屈折力的第三透镜,所述第三透镜的物侧面于圆周处为凹面,所述第三透镜的像侧面于圆周处为凸面;

具有正屈折力的第四透镜,所述第四透镜的物侧面为凹面,所述第四透镜的像侧面为凸面;及

具有负屈折力的第五透镜,所述第五透镜的物侧面和像侧面中的至少一面设置有至少一个反曲点;

所述光学成像系统还包括红外滤光片,所述红外滤光片位于所述第一透镜的物侧面与所述第五透镜的像侧面之间。

通过上述对红外滤光片位置的调整、以及五枚透镜的合理搭配,光学成像系统能够在满足高像素需求的同时,实现超薄化。

在某些实施方式中,所述红外滤光片位于所述第三透镜与所述第四透镜之间。

通过上述对红外滤光片位置的调整、以及五枚透镜的合理搭配,光学成像系统能够在满足高像素需求的同时,实现超薄化。

在某些实施方式中,所述光学成像系统满足条件式:

10<TTL*f/tan(HFOV)<20;

其中,TTL为所述第一透镜的物侧面至影像感测器的轴上间距,f为所述光学成像系统的焦距,HFOV为沿所述影像感测器的对角线方向的视场角的一半。

满足上述条件式,一方面,能够实现光学成像系统的小型化,以搭载于轻薄便携式的电子产品上;另一方面,可以使得光学成像系统满足高像素的需求,解决光学成像系统低背化、大视场角中拍摄图片偏暗的问题,从而扩大光学成像系统可使用的时间和环境。

在某些实施方式中,所述光学成像系统满足条件式:

1<f/ImgH<1.25;

其中,f为所述光学成像系统的焦距,ImgH为影像感测器的有效像素区域对角线长的一半。

满足上述条件式,通过焦距和芯片的合理搭配以实现高像素的要求。

在某些实施方式中,所述光学成像系统满足条件式:

TTL/SD<1.4;

其中,TTL为所述第一透镜的物侧面至影像感测器的轴上间距,SD为所述第一透镜的物侧面至所述第五透镜的像侧面的轴上距离。

满足上述条件式,一方面,可以有效平衡第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、以及第五透镜的尺寸及各透镜之间的间距,有利于透镜组装和光学成像系统的小型化,并降低光学成像系统的敏感性;另一方面,解决了机械后焦调焦余量过小的问题,扩大了调焦范围,并具有较矮的模组高度。

在某些实施方式中,所述光学成像系统满足条件式:

D1/f>0.2;

其中,f为所述光学成像系统的焦距,D1为光线与所述第一透镜的物侧面的交点到光轴的距离。

满足上述条件式,有利于扩大光学成像系统的入瞳直径,保证感光效率,使整个像面的亮度均匀,解决大视场角中拍摄图片偏暗的问题。

在某些实施方式中,所述光学成像系统满足条件式:

1<F13/f<2;

其中,f为所述光学成像系统的焦距,F13为所述第一透镜、所述第二透镜、及所述第三透镜的组合焦距。

满足上述条件式,使得第一透镜、第二透镜和第三透镜具有比较合适的光焦度,以配合光学成像系统整体光焦度的配置,并且有利于校正画面周边的像差,提高光学成像系统的成像品质。

在某些实施方式中,所述光学成像系统满足条件式:

TTL≤3.79;

其中,TTL为所述第一透镜的物侧面至影像感测器的轴上间距。

满足上述条件式,解决了光学成像系统的总长过长,无法实现超薄化的问题。

在某些实施方式中,所述光学成像系统满足条件式:

20<V3<60;

其中,V3为所述第三透镜的色散系数。

满足上述条件式,有利于修正光学成像系统的色差,提高光学成像系统的成像品质。

本实用新型实施方式的电子装置,包括:

影像感测器;及

上述任一实施方式所述的光学成像系统,所述光学成像系统与所述影像感测器对准。

通过上述对红外滤光片位置的调整、以及五枚透镜的合理搭配,电子装置的光学成像系统能够在满足高像素需求的同时,实现超薄化。

本实用新型实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1是本实用新型第一实施方式的光学成像系统的结构示意图;

图2是本实用新型第二实施方式的光学成像系统的结构示意图;

图3是本实用新型第三实施方式的光学成像系统的结构示意图;

图4是本实用新型第四实施方式的光学成像系统的结构示意图;

图5是图1中光学成像系统的纵向像差图(mm);

图6是图1中光学成像系统的场曲图(mm);

图7是图1中光学成像系统的畸变图;

图8是图2中光学成像系统的纵向像差图(mm);

图9是图2中光学成像系统的场曲图(mm);

图10是图2中光学成像系统的畸变图;

图11是图3中光学成像系统的纵向像差图(mm);

图12是图3中光学成像系统的场曲图(mm);

图13是图3中光学成像系统的畸变图;

图14是图4中光学成像系统的纵向像差图(mm);

图15是图4中光学成像系统的场曲图(mm);

图16是图4中光学成像系统的畸变图;

图17是本实用新型实施方式的电子装置的结构示意图;

图18是本实用新型实施方式的电子装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本实用新型。此外,本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请一并参阅图1至图4,本实用新型实施方式的光学成像系统10从物侧至像侧包括具有正屈折力的第一透镜L1、具有负屈折力的第二透镜L2、具有屈折力的第三透镜L3、具有正屈折力的第四透镜L4、具有负屈折力的第五透镜L5、及红外滤光片L6。

第一透镜L1具有物侧面S1及像侧面S2,且物侧面S1为凸面。第二透镜L2具有物侧面S3及像侧面S4,且像侧面S4于圆周处(即远离光轴处,下同)为凹面。第三透镜L3具有物侧面S5及像侧面S6,且物侧面S5于圆周处为凹面,像侧面S6于圆周处为凸面。第四透镜L4具有物侧面S7及像侧面S8,且物侧面S7为凹面,像侧面S8为凸面。第五透镜L5具有物侧面S9及像侧面S10,且物侧面S9和像侧面S10中的至少一面设置有至少一个反曲点。红外滤光片L6具有物侧面S11及像侧面S12。红外滤光片L6位于物侧面S1与像侧面S10之间。

通过上述对红外滤光片L6位置的调整、以及五枚透镜的合理搭配,光学成像系统10能够在满足高像素需求的同时,实现超薄化。

在某些实施方式中,光学成像系统10还包括孔径光阑STO。孔径光阑STO可以设置在任意一枚透镜的表面上,或设置在第一透镜L1之前,或设置在任意两枚透镜之间,或设置在任意一枚透镜与红外滤光片L6之间。例如,在图1至图4中,孔径光阑STO设置在第一透镜L1的表面上。

请参阅图2,在某些实施方式中,红外滤光片L6可位于第三透镜L3与第四透镜L4之间。

当光学成像系统10用于成像时,被摄物体OBJ发出或者反射的光线从物侧方向进入光学成像系统10,并依次穿过第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、红外滤光片L6、第四透镜L4、以及第五透镜L5,最终汇聚到成像面S13上。通过上述对红外滤光片L6位置的调整、以及五枚透镜的合理搭配,光学成像系统10能够在满足高像素需求的同时,实现超薄化。

当然,在其他实施方式中,红外滤光片L6也可位于第一透镜L1与第二透镜L2之间;或者红外滤光片L6位于第二透镜L2与第三透镜L3之间(如图1和图3所示);或者红外滤光片L6位于第四透镜L4与第五透镜L5之间(如图4所示)。

在某些实施方式中,光学成像系统10满足条件式:

10<TTL*f/tan(HFOV)<20:

其中,TTL为第一透镜L1的物侧面S1至影像感测器20(如图17所示)的轴上间距,f为光学成像系统10的焦距,HFOV为沿影像感测器20的对角线方向的视场角的一半。

也即是说,TTL*f/tan(HFOV)可以为(10,20)范围内的任意取值,例如该取值可以为10.5、11、12、13、14、15、16、17、18、19、19.5等。

满足上述条件式,一方面,能够实现光学成像系统10的小型化,以搭载于轻薄便携式的电子产品上;另一方面,可以使得光学成像系统10满足高像素的需求,解决光学成像系统10低背化、大视场角中拍摄图片偏暗的问题,从而扩大光学成像系统10可使用的时间和环境。

在某些实施方式中,光学成像系统10满足条件式:

1<f/ImgH<1.25;

其中,f为光学成像系统10的焦距,ImgH为影像感测器20的有效像素区域对角线长的一半。

也即是说,f/ImgH可以为(1,1.25)范围内的任意取值,例如该取值可以为1.025、1.05、1.075、1.1、1.125、1.15、1.175、1.2、1.23等。

满足上述条件式,通过焦距和芯片的合理搭配以实现高像素的要求。

在某些实施方式中,光学成像系统10满足条件式:

TTL/SD<1.4;

其中,TTL为第一透镜L1的物侧面S1至影像感测器20的轴上间距,SD为第一透镜L1的物侧面S1至第五透镜L5的像侧面S10的轴上距离。

也即是说,TTL/SD可以为(0,1.4)范围内的任意取值,例如该取值可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3等。

满足上述条件式,一方面,可以有效平衡第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、以及第五透镜L5的尺寸及各透镜之间的间距,有利于透镜组装和光学成像系统10的小型化,并降低光学成像系统10的敏感性;另一方面,解决了机械后焦调焦余量过小的问题,扩大了调焦范围,并具有较矮的模组高度。

在某些实施方式中,光学成像系统10满足条件式:

D1/f>0.2;

其中,f为光学成像系统10的焦距,D1为光线与第一透镜L1的物侧面S1的交点到光轴的距离。

也即是说,D1/f可以为(0.2,+∞)范围内的任意取值,例如该取值可以为0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、1、2、3、4、5、6、7、8等。

满足上述条件式,有利于扩大光学成像系统10的入瞳直径,保证感光效率,使整个像面的亮度均匀,解决大视场角中拍摄图片偏暗的问题。

在某些实施方式中,光学成像系统10满足条件式:

1<F13/f<2;

其中,f为光学成像系统10的焦距,F13为第一透镜L1、第二透镜L2、及第三透镜L3的组合焦距。

也即是说,F13/f可以为(1,2)范围内的任意取值,例如该取值可以为1.05、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、1.95等。

满足上述条件式,使得第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3具有比较合适的光焦度,以配合光学成像系统10整体光焦度的配置,并且有利于校正画面周边的像差,提高光学成像系统10的成像品质。

在某些实施方式中,光学成像系统10满足条件式:

TTL≤4.18;

其中,TTL为第一透镜L1的物侧面S1至影像感测器20的轴上间距。

也即是说,TTL可以为(0,4.18)范围内的任意取值,例如该取值可以为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、3.7、3.75、3.79、3.83、3.94、4.18等。

优选的,光学成像系统10满足条件式:TTL≤3.79;

满足上述条件式,解决了光学成像系统10的总长过长,无法实现超薄化的问题。

在某些实施方式中,光学成像系统10满足条件式:

20<V3<60;

其中,V3为第三透镜的色散系数。

也即是说,V3可以为(20,60)范围内的任意取值,例如该取值可以为20.37、21、21.52、25、30、30.37、35、40、45、50、55、55.93、59等。

满足上述条件式,有利于修正光学成像系统10的色差,提高光学成像系统10的成像品质。

在某些实施方式中,红外滤光片L6为平板状,红外滤光片L6用于调整成像的光线波长区段,具体用于隔绝红外光进入影像感测器20,从而防止红外光对正常影像色彩与清晰度造成影响。

在某些实施方式中,第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、及第五透镜L5均为非球面镜。非球面的面型由以下公式决定:

其中,x是非球面上任一点与表面顶点的纵向距离,h是非球面上任一点到光轴的距离,c是顶点曲率(曲率半径的倒数),k是圆锥常数,Ai是非球面系数。

如此,光学成像系统10可以通过调节各透镜表面的曲率半径和非球面系数,有效减小光学成像系统10的总长度,并可以有效地校正系统像差,提高成像质量。

第一实施方式

请一并参阅图1、图5至图7,在第一实施方式中,第一透镜L1具有正屈折力,第二透镜L2具有负屈折力,第三透镜L3具有负屈折力,第四透镜L4具有正屈折力,第五透镜L5具有负屈折力。

物侧面S1为凸面;像侧面S2于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;物侧面S3于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;像侧面S4为凹面;物侧面S5于光轴处为凸面而于圆周处为凹面;像侧面S6于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;物侧面S7为凹面;像侧面S8为凸面;物侧面S9于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;像侧面S10于光轴处为凹面,于圆周处为凸面。

光学成像系统10满足下面表格的条件:

表1

表2

第二实施方式

请一并参阅图2、图8至图10,在第二实施方式中,第一透镜L1具有正屈折力,第二透镜L2具有负屈折力,第三透镜L3具有正屈折力,第四透镜L4具有正屈折力,第五透镜L5具有负屈折力。

物侧面S1为凸面;像侧面S2于光轴处为凹面而于圆周处为平面;物侧面S3为凸面;像侧面S4为凹面;物侧面S5为凹面;像侧面S6为凸面;物侧面S7为凹面;像侧面S8为凸面;物侧面S9为凸面;像侧面S10为凹面。光学成像系统10满足下面表格的条件:

表3

表4

第三实施方式

请一并参阅图3、图11至图13,在第三实施方式中,第一透镜L1具有正屈折力,第二透镜L2具有负屈折力,第三透镜L3具有负屈折力,第四透镜L4具有正屈折力,第五透镜L5具有负屈折力。

物侧面S1为凸面;像侧面S2于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;物侧面S3于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;像侧面S4为凹面;物侧面S5于光轴处为凸面而于圆周处为凹面;像侧面S6于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;物侧面S7为凹面;像侧面S8为凸面;物侧面S9为凸面;像侧面S10于光轴处为凹面而于圆周处为凸面。

光学成像系统10满足下面表格的条件:

表5

表6

第四实施方式

请一并参阅图4、图14至图16,在第四实施方式中,第一透镜L1具有正屈折力,第二透镜L2具有负屈折力,第三透镜L3具有负屈折力,第四透镜L4具有正屈折力,第五透镜L5具有负屈折力。

物侧面S1为凸面;像侧面S2于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;物侧面S3为凹面;像侧面S4于光轴处为凸面而于圆周处为凹面;物侧面S5于光轴处为凸面而于圆周处为凹面;像侧面S6于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;物侧面S7为凹面;像侧面S8为凸面;物侧面S9于光轴处为凹面而于圆周处为凸面;像侧面S10于光轴处为凹面而于圆周处为凸面。

光学成像系统10满足下面表格的条件:

表7

表8

综上,本实用新型实施方式的光学成像系统10具有如下优点:

1.通过对红外滤光片L6位置的调整、以及五枚透镜的合理搭配,光学成像系统10能够在满足高像素需求的同时,实现超薄化;

2.解决了机械后焦调焦余量过小的问题,扩到了调焦范围;

3.解决光学成像系统10低背化、大视场角中拍摄图片偏暗的问题,从而扩大光学成像系统10可使用的时间和环境;

4.通过合理的光焦度设置以及材料搭配,有效的校正了画面周边的像差,提高光学成像系统10的成像品质。

请参阅图17及图18,本实用新型实施方式的光学成像系统10可应用于本实用新型实施方式的电子装置100。电子装置100包括影像感测器20及上述任一实施方式的光学成像系统10。光学成像系统10与影像感测器20对准。

具体地,影像感测器20可以采用互补金属氧化物半导体(CMOS,Complementary Metal Oxide Semiconductor)影像感测器或者电荷耦合元件(CCD,Charge-coupled Device)影像感测器。光学成像系统10与影像感测器20对准包括:光学成像系统10的光轴与影像感测器20的中心法线重合。

本实用新型实施方式的电子装置100包括但不限于为手机(如图18所示)、相机(如图17所示)、平板电脑、笔记本电脑、智能手环、智能手表、智能头盔、智能眼镜等。

在本说明书的描述中,参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施方式,可以理解的是,上述实施方式是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

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