光学成像系统的制作方法

光学成像系统
1.本申请是申请日为2016年4月15日、申请号为201610235866.x的发明专利申请“光学成像系统”的分案申请。
技术领域
2.下面的描述涉及一种用于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：

3.监控摄像机安装在车辆中以拍摄车辆的前方视野和后方视野。例如，监控摄像机安装在车辆的后视镜以拍摄位于车辆前方的运动的车辆、行人和其他对象。
4.监控摄像机在夜间和白天执行拍摄。然而，因为夜间照度低，因此难以清晰地拍摄物体或人。具体地，因为安装在车辆上的监控摄像机在理想上是小的，因此，需要安装在小尺寸时能够在可见光区和近红外区拍摄对象的光学成像系统。


技术实现要素：

5.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。
6.根据实施例，提供一种光学成像系统，所述光学成像系统包括：第一透镜，具有正屈光力和呈凸面的像方表面；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；第五透镜，具有正屈光力，其中，从物方朝向成像面顺序地设置第一透镜至第五透镜。
7.所述第二透镜的像方表面可是凹面。
8.所述第四透镜的物方表面可是凹面。
9.所述第五透镜的物方表面和像方表面可是凸面。
10.所述光学成像系统还包括设置在第二透镜和第三透镜之间的光阑。
11.所述第一透镜至第五透镜中的一个或更多个可具有球面形状。
12.所述第一透镜至第五透镜中的一个或更多个可由玻璃形成。
13.所述光学成像系统可满足
‑
6.5<{(1/f)*(y/tanθ)
‑
1}*100<
‑
1.0，其中，f是光学成像系统的总焦距，y是成像面的对角线长度的1/2，θ是光学成像系统的半视场角。
14.所述光学成像系统可满足tl/2y<2.0，其中，tl是从第一透镜的物方表面到成像面的距离，2y是成像面的对角线长度。
15.所述光学成像系统可满足
‑
7.0<r1/f<5.0，其中，f是光学成像系统的总焦距，r1是第一透镜的物方表面的曲率半径。
16.所述光学成像系统可满足
‑
5.5<(r1+r2)/(r1
‑
r2)<5.5，其中，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。
17.所述光学成像系统可满足0.2<f/f1<0.6，其中，f是光学成像系统的总焦距，f1是第一透镜的焦距。
18.所述光学成像系统可满足
‑
2.5<f/f3<
‑
1.5，其中，f是光学成像系统的总焦距，f3是第三透镜的焦距。
19.所述光学成像系统可满足5.0<(t1+t2)/t3<12.0，其中，t1是第一透镜的在光轴上的中心厚度，t2是第二透镜的在光轴上的中心厚度，t3是第三透镜的在光轴上的中心厚度。
20.所述光学成像系统可满足0≤|n1
‑
n2|≤0.20，其中，n1是第一透镜的折射率，n2是第二透镜的折射率。
21.根据另一实施例，提供一种光学成像系统，所述光学成像系统包括：第一透镜；第二透镜；第三透镜，具有呈凹面的物方表面和呈凹面的像方表面；第四透镜；第五透镜，具有呈凸面的物方表面和呈凸面的像方表面，其中，从物方朝向成像面顺序地设置第一透镜至第五透镜。
22.根据又一实施例，提供一种光学成像系统，所述光学成像系统包括：第一透镜；第二透镜，具有呈凸面的物方表面；第三透镜，具有呈凹面的物方表面和呈凹面的像方表面；第四透镜；第五透镜，具有呈凸面的物方表面，其中，所述第二透镜和第三透镜具有比第一透镜的折射率大的折射率，所述第四透镜和第五透镜具有比第三透镜的折射率小的折射率。
23.所述第一透镜可具有正屈光力，所述第二透镜可具有正屈光力，所述第三透镜可具有负屈光力，所述第四透镜可具有正屈光力，所述第五透镜可具有正屈光力。
24.所述第三透镜的阿贝数可比第一透镜的阿贝数低。
25.所述第四透镜的阿贝数和第五透镜的阿贝数比第三透镜的阿贝数大。
26.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
27.通过下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚且更容易领会，附图中：
28.图1是根据第一实施例的光学成像系统的示图；
29.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；
30.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；
31.图4是根据第二实施例的光学成像系统的示图；
32.图5是代表图4中示出的光学成像系统的像差曲线的曲线图；
33.图6是代表图4中示出的光学成像系统的透镜的特性的表格；
34.图7是根据第三实施例的光学成像系统的示图；
35.图8是代表图7中示出的光学成像系统的像差曲线的曲线图；
36.图9是代表图7中示出的光学成像系统的透镜的特性的表格。
37.在所有的附图和具体实施方式中，除非另外描述，否则相同的附图标号将被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明及简洁起见，可放大这些元件的相对尺寸和描绘。
具体实施方式
38.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。例如，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。
39.在所有附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不是等比例的，为了清楚、说明和方便起见，可放大附图中的相对尺寸、比例和描绘。
40.这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为被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。
41.在整个说明书中，将被理解的是，当元件(诸如，层、区或晶圆(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。相反，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。
42.将被理解的是，尽管可在这里使用“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各个透镜，但这些透镜不应当受这些术语限制。这些术语仅仅用于使一个透镜与另一个透镜相区分。这些术语并不一定意味着透镜的特定顺序或布置。因此，在不脱离各个实施例的实施方式的教导的情况下，以下讨论的第一透镜可被描述为第二透镜。
43.在这里可使用诸如“在
……
之上”、“上部”、“在
……
之下”和“下部”等的空间关系术语，以易于描述如附图所示的一个元件与其他元件的关系。将理解的是，空间关系术语意图包含除了在附图中所描绘的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件“上部”或“之上”的元件随后将定位为在其他元件或特征“下部”或“之下”。因此，术语“在
……
之上”可根据附图的特定方向而包括“在
……
之上”和“在
……
之下”两种方位。所述装置可被另外定位(旋转90度或者处于其他方位)，并可对在这里使用的空间关系描述符做出相应的解释。
44.在此使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是意图限制本发明构思。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“由
……
组成”列举存在的所陈述的特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或他们组成的组，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/或他们组成的组。
45.在下文中，将参照示出实施例的示意图描述各个实施例。在附图中，例如，由于生产技术和/或公差，可估计所示出的形状的变形。因此，实施例不应被解释为局限于在此示出的区域的特定形状，例如，包括由于制造导致的形状的改变。下面的实施例还可由其中一个或其组合构成。
46.此外，根据实施例，第一透镜是最接近用于捕捉图像的物或对象的透镜。第五透镜
是最接近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、tl、y(成像面对角线长度的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tl是相对于透镜的光轴测量的距离。
47.本领域技术人员将领会的是，可使用其他测量单位。此外，在本说明书中，以毫米(mm)为单位表示透镜的全部曲率半径、厚度、oal(从第一透镜的第一表面至图像传感器的光轴距离(oal))、光阑与图像传感器之间在光轴上的距离(sl)、图像高度(imgh，image height)和后焦距(bfl，back focus length)、光学系统的总焦距以及每个透镜的焦距。此外，透镜的厚度、透镜之间的间距、oal和sl均是基于透镜的光轴测量的。
48.此外，就透镜的形状而言，关于透镜的光轴来表示这些形状。透镜的表面是凸面意味着对应表面的光轴部分凸出，透镜的表面是凹面意味着对应表面的光轴部分凹入。因此，在透镜的一个表面被描述为凸面的构造中，透镜的边缘部分可能凹入。类似地，在透镜一个表面被描述为是凹面的构造中，透镜的边缘部分可能凸出。换句话说，透镜的近轴区可凸出，而透镜的在近轴区之外的剩余部分是凸出、凹入或平坦中的任何一个。此外，透镜的近轴区可凹入，而透镜的在近轴区之外的剩余部分是凸出、凹入或平坦中的任何一个。
49.光学成像系统具有包括多个透镜的光学系统。例如，光学成像系统的光学系统包括具有屈光力的五个透镜。在不脱离这里所描述的实施例的范围的情况下，镜头模块可包括四个透镜至五个透镜。根据示出的示例，描述光学系统的实施例包括具有屈光力的五个透镜。然而，本领域普通技术人员将领会的是，在获得下面所描述的各种结果和效果时，可改变光学系统中的透镜的数量，例如，在两个透镜至五个透镜之间。此外，尽管各个透镜被描述为具有具体的屈光力，但是，可使用不同屈光力的至少一个透镜来获得预期结果。
50.此外，光学成像系统不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将通过光学系统入射到其的对象的像转换为电信号的图像传感器(即，成像器件)。此外，光学成像系统还包括调整透镜之间间距的间距保持构件。
51.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、玻璃或者聚氨酯材料形成。
52.光学成像系统可包括五个透镜、图像传感器和光阑。接着，将描述上述组件。
53.第一透镜具有屈光力。例如，第一透镜具有正屈光力。
54.第一透镜的一个表面是凸面。例如，第一透镜的像方表面是凸面。
55.第一透镜具有球面。例如，第一透镜的两个表面均是球面。第一透镜由具有高透光率和良好可加工性的材料形成。例如，第一透镜由玻璃形成。然而，第一透镜的材料不限于玻璃。例如，第一透镜由塑料或聚氨酯材料形成。
56.第一透镜具有预定的折射率。例如，第一透镜的折射率是1.70或更大。
57.第二透镜具有屈光力。例如，第二透镜具有正屈光力。
58.第二透镜的一个表面是凹面。例如，第二透镜的像方表面是凹面。
59.第二透镜具有球面。例如，第二透镜的两个表面均是球面。第二透镜由具有高透光率和良好可加工性的材料形成。例如，第二透镜由玻璃形成。然而，第二透镜的材料不限于玻璃。例如，第二透镜还可由塑料或聚氨酯材料形成。
60.第二透镜具有比第一透镜的折射率高的折射率。例如，第二透镜的折射率是1.90
或更大。
61.第三透镜具有屈光力。例如，第三透镜具有负屈光力。
62.第三透镜的至少一个表面是凹面。例如，第三透镜的两个表面均是凹面。在一个示例中，第三透镜的物方表面在近轴区域是凹面并在其边缘部分逐渐变平坦。在另一示例中，第三透镜的像方表面在近轴区域是凹面。
63.第三透镜具有球面。例如，第三透镜的两个表面均是球面。第三透镜由具有高透光率和良好可加工性的材料形成。例如，第三透镜由玻璃形成。然而，第三透镜的材料不限于玻璃。例如，第三透镜由塑料或聚氨酯材料形成。
64.第三透镜具有比第一透镜的折射率高的折射率。例如，第三透镜的折射率是1.90或更大。第三透镜具有比第一透镜的阿贝数低的阿贝数。例如，第三透镜的阿贝数是25或更低。
65.第四透镜具有屈光力。例如，第四透镜具有正屈光力。
66.第四透镜的一个表面是凹面。例如，第四透镜的物方表面是凹面。
67.第四透镜具有球面。例如，第四透镜的两个表面均是球面。第四透镜由具有高透光率和良好可加工性的材料形成。例如，第四透镜由玻璃形成。然而，第四透镜的材料不限于玻璃。例如，第四透镜可由塑料或聚氨酯材料形成。
68.第四透镜具有比第三透镜的折射率低的折射率。例如，第四透镜的折射率是1.90或更小。第四透镜具有比第三透镜的阿贝数高的阿贝数。例如，第四透镜的阿贝数是40或更大。
69.第五透镜具有屈光力。例如，第五透镜具有正屈光力。
70.第五透镜的至少一个表面是凸面。例如，第五透镜的两个表面均是凸面。
71.第五透镜具有球面。例如，第五透镜的两个表面均是球面。第五透镜由具有高透光率和良好可加工性的材料形成。例如，第五透镜由玻璃形成。然而，第五透镜的材料不限于玻璃。例如，第五透镜可由塑料或聚氨酯材料形成。
72.第五透镜具有比第三透镜的折射率低的折射率。例如，第五透镜的折射率小于1.90。第五透镜具有比第三透镜的阿贝数高的阿贝数。例如，第五透镜的阿贝数是40或更大。
73.本领域普通技术人员将领会的是，第一透镜至第五透镜中的每个可被个构造为与上述构造相反的屈光力。例如，在可选构造中，第一透镜具有负屈光力，第二透镜具有负屈光力，第三透镜具有正屈光力，第四透镜具有负屈光力，第五透镜具有负屈光力。
74.图像传感器被构造为实现高分辨率。例如，构造图像传感器的像素的单位尺寸可是1.12μm或更小。使图像形成在其上的成像面形成在图像传感器的表面上。
75.光阑设置在透镜之间。例如，光阑设置在第二透镜与第三透镜之间。如上所述设置的光阑可调整入射到图像传感器的光的量。
76.光学成像系统满足下面的条件表达式1至条件表达式9：
77.[条件表达式1]
‑
6.5<{(1/f)*(y/tanθ)
‑
1}*100<
‑
1.0
[0078]
[条件表达式2]tl/2y<2.0
[0079]
[条件表达式3]
‑
7.0<r1/f<5.0
[0080]
[条件表达式4]
‑
5.5<(r1+r2)/(r1
‑
r2)<5.5
[0081]
[条件表达式5]0.2<f/f1<0.6
[0082]
[条件表达式6]
‑
2.5<f/f3<
‑
1.5
[0083]
[条件表达式7]1.5<f/epd<2.1
[0084]
[条件表达式8]5.0<(t1+t2)/t3<12.0
[0085]
[条件表达式9]0≤|n1
‑
n2|≤0.20
[0086]
在示例中，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，tl是从第一透镜的物方表面到成像面的距离，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，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。
[0087]
满足条件表达式1至条件表达式9的光学成像系统可被小型化并可实现高分辨率。
[0088]
此外，将描述根据多个实施例的光学成像系统。
[0089]
首先，将参照图1描述根据第一实施例的光学成像系统。
[0090]
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。
[0091]
在实施例中，第一透镜110具有正屈光力，其物方表面是凹面，其像方表面是凸面。第二透镜120具有正屈光力，其物方表面是凸面，其像方表面是凹面。第三透镜130具有负屈光力，其两个表面均是凹面。第四透镜140具有正屈光力，其物方表面是凹面，其像方表面是凸面。第五透镜150具有正屈光力，其两个表面均是凸面。光阑st设置在第二透镜与第三透镜之间。
[0092]
光学系统100包括形成成像面的组件。例如，光学成像系统包括图像传感器160。
[0093]
根据如上所述构造的光学成像系统可表现出图2中示出的像差特性。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。
[0094]
将参照图4描述根据第二实施例的光学成像系统。
[0095]
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。
[0096]
在实施例中，第一透镜210具有正屈光力，其物方表面是凹面，其像方表面是凸面。第二透镜220具有正屈光力，其物方表面是凸面，其像方表面是凹面。第三透镜230具有负屈光力，其两个表面均是凹面。第四透镜240具有正屈光力，其物方表面是凹面，其像方表面是凸面。第五透镜250具有正屈光力，其两个表面均是凸面。光阑st设置在第二透镜与第三透镜之间。
[0097]
光学系统200包括形成成像面的组件。例如，光学成像系统包括图像传感器260。
[0098]
根据如上所述构造的光学成像系统可表现出图5中示出的像差特性。图6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。
[0099]
将参照图7描述根据第三实施例的光学成像系统。
[0100]
根据第三实施例的光学成像系统300包括具有屈光力的多个透镜。例如，光学成像系统300包括第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330、第四透镜340和第五透镜350。
[0101]
在实施例中，第一透镜310具有正屈光力，其两个表面均是凸面。第二透镜320具有
正屈光力，其物方表面是凸面，其像方表面是凹面。第三透镜330具有负屈光力，其两个表面均是凹面。第四透镜340具有正屈光力，其物方表面是凹面，其像方表面是凸面。第五透镜350具有正屈光力，其两个表面均是凸面。光阑st设置在第二透镜与第三透镜之间。
[0102]
光学系统300包括形成成像面的组件。例如，光学成像系统包括图像传感器360。
[0103]
根据如上所述构造的光学成像系统可表现出图8中示出的像差特性。图9是代表根据第三实施例的光学成像系统的透镜的特性的表格。
[0104]
表1表示根据第一实施例至第三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)被确定为在5.9mm至6.4mm的范围。在光学成像系统中，第一透镜的焦距(f1)被确定为在12.0mm至26.0mm的范围。在光学成像系统中，第二透镜的焦距(f2)被确定为在11.0mm至31.0mm的范围。在光学成像系统中，第三透镜的焦距(f3)被确定为在
‑
3.3mm至
‑
2.0mm的范围。在光学成像系统中，第四透镜的焦距(f4)被确定为在5.0mm至6.0mm的范围。在光学成像系统中，第五透镜的焦距(f5)被确定为在6.0mm至10.0mm的范围。在光学成像系统中，tl被确定为在9.0mm至12.0mm的范围。光学成像系统的f数是1.9或更小。在光学成像系统中，epd被确定为在3.2mm至3.4mm的范围。光学成像系统的全视场角(2θ)被确定为在52
°
至57
°
的范围。
[0105]
[表1]
[0106]
标记第一实施例第二实施例第三实施例f6.100006.100006.20000f116.558124.135413.1064f215.362712.906829.2263f3
‑
3.10482
‑
3.09389
‑
3.13969f45.144075.123375.16263f58.663357.808897.36402tl11.450011.015010.1050f数1.880001.850001.87000epd3.244003.297003.315002θ53.900055.500054.0200y3.000003.100003.10000
[0107]
表2表示了根据第一实施例至第三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，根据第一实施例至第三实施例的光学成像系统满足上面的条件表达式的全部数值范围。
[0108]
[表2]
[0109]
条件表达式第一实施例第二实施例第三实施例((1/f)*(y/tanθ)
‑
1)*100
‑
3.26958
‑
3.40769
‑
1.91180tl/2y1.908331.776611.62984r1/f
‑
5.29262
‑
3.334102.56855(r1+r2)/(r1
‑
r2)1.955422.88019
‑
0.23175f/f10.368400.252740.47305f/f3
‑
1.96469
‑
1.97163
‑
1.97472
f/epd1.880391.850171.87029(t1+t2)/t36.714299.600007.69600|n1
‑
n2|0.019000.167000.16700
[0110]
因为如上所述构造的光学成像系统具有1.9或更小的f数，因此在可见光区和近红外区中以及在低照度环境中为对象进行清晰地拍摄。此外，因为在根据实施例的光学成像系统中是用了球面透镜，因此降低了制造光学成像系统所需的成本。此外，根据实施例的光学成像系统确保了在
‑
40℃至80℃的温度环境下的预定分辨率。因此，根据实施例的光学系统实现了即使在诸如车辆内部的温度变换大的环境中的高分辨率。
[0111]
如以上阐述的，根据实施例的光学系统即使在低照度环境下也清晰地为对象拍摄。
[0112]
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。