照相镜头光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种照相镜头光学系统，尤其涉及在虹膜识别相机中采用的一种镜头 光学系统。
【背景技术】
[0002] 使用例如电荷稱合装置（charge coupled device, CO))和互补金属氧化物半导 体（complementary metal oxide semiconductor，CMOS)图像传感器等固态图像传感器的 相机快速地得到广泛使用。为了增加相机的分辨率，要增加固态图像传感器的像素集成度。 并且，通过改进相机中包含的镜头光学系统的性能，相机的尺寸和重量得以减小。
[0003] 在相机的通用镜头光学系统中，使用大量镜头来保证镜头光学系统的性能，例如， 保证大视角和校正像差。但是，当镜头光学系统包含许多镜头时，可能很难制造紧凑而且轻 型的相机。需要开发一种可视角度相对宽并且能够容易地校正像差的紧凑的镜头光学系 统。
[0004] 近年来，随着虹膜识别技术作为下一代验证和安全技术得到关注，需要开发一种 用于虹膜识别相机的镜头光学系统。换句话说，需要改进虹膜识别镜头光学系统的性能和 保证其宽可视角度。
【发明内容】
[0005] 使用例如电荷稱合装置（charge coupled device, CO))和互补金属氧化物半导 体（complementary metal oxide semiconductor，CMOS)图像传感器等固态图像传感器的 相机快速地得到广泛使用。为了增加相机的分辨率，要增加固态图像传感器的像素集成度。 并且，通过改进相机中包含的镜头光学系统的性能，相机的尺寸和重量得以减小。
[0006] 在相机的通用镜头光学系统中，使用大量镜头来保证镜头光学系统的性能，例如， 保证大视角和校正像差。但是，当镜头光学系统包含许多镜头时，可能很难制造紧凑而且轻 型的相机。需要开发一种可视角度相对宽并且能够容易地校正像差的紧凑的镜头光学系 统。
[0007] 近年来，随着虹膜识别技术作为下一代验证和安全技术得到关注，需要开发一种 用于虹膜识别相机的镜头光学系统。换句话说，需要改进虹膜识别镜头光学系统的性能和 保证其宽可视角度。
【附图说明】
[0008] 图1至图3是说明根据本发明的第一至第三实施例的镜头光学系统中的每一个的 主要元件的设置的横截面图。
[0009] 图4A、图4B和图4C是分别说明图1的镜头光学系统的纵向球面像差、像散场曲率 和失真的像差图。
[0010] 图5A、图5B和图5C是分别说明图2的镜头光学系统的纵向球面像差、像散场曲率 和失真的像差图。
[0011] 图6A、图6B和图6C是分别说明图3的镜头光学系统的纵向球面像差、像散场曲率 和失真的像差图。
【具体实施方式】
[0012] 参考用于说明本发明的示范性实施例的附图，以便获得对本发明、本发明的优点 和通过实施本发明实现的目标的充分理解。下文中，将通过参照附图解释本发明的示范性 实施例来详细描述本发明。在图式中相同的参考标号表TK相同的兀件。
[0013] 图1至图3是说明根据本发明的第一至第三实施例的镜头光学系统的主要元件的 设置的横截面图。根据本发明的实施例的镜头光学系统可以是"虹膜识别镜头光学系统"。
[0014] 参看图1至图3,根据本发明的实施例的镜头光学系统中的每一个可包含第一镜 头I、第二镜头II、第三镜头III和第四镜头IV，这些镜头从物体OBJ的一侧依次设置在物 体OBJ与其中形成物体OBJ的图像的图像传感器頂G之间。第一镜头I可以具有正（+)屈 光力，并且可以是朝向物体OBJ凸出的新月形镜头。第二镜头II可以具有正（+)屈光力，并 且可以是朝向图像传感器頂G凸出的新月形镜头。第三镜头III可以具有正（+)屈光力， 并且可以是朝向图像传感器MG凸出的新月形镜头。第一镜头I至第三镜头III中的至少 一个可以是非球面镜头。换句话说，第一镜头I至第三镜头III中的至少一个的入射表面 1Φ、4*或6*和出射表面2*、5*或7*中的至少一个可以是非球面的。举例来说，第一镜头I 至第三镜头ΠΙ的入射表面1*、4*和6*和出射表面2*、5*和7*全部可以是非球面的。
[0015] 第四镜头IV可以具有负㈠ 屈光力或正⑴屈光力。根据图1和图2,第四镜头 IV具有负（_)屈光力，并且根据图3,第四镜头IV具有正（+)屈光力。在图1至图3的实 施例中，第四镜头IV的入射表面8*和出射表面9*中的至少一个可以是非球面表面。举例 来说，第四镜头IV的入射表面8*和出射表面9*中的至少一个可以是在其中心部分与边缘 之间具有至少一个反曲点的非球面表面。第四镜头IV的入射表面8*可以在其中心部分处 朝向物体OBJ凸出，并且在中心部分周围朝向物体OBJ凹入。第四镜头IV的出射表面9* 可以在中心部分处朝向图像传感器MG凹入，并且在中心部分周围朝向图像传感器頂G凸 出。
[0016] 第一镜头I可以具有相对强的正（+)屈光力，并且第二镜头II至第四镜头IV可 以充当像差校正镜头。
[0017] 根据本发明的实施例的镜头光学系统中的每一个可以进一步包含孔径光阑Sl和 带通滤光器V。孔径光阑Sl可以提供在第一镜头I与第二镜头II之间。带通滤光器V可 以提供在第四镜头IV与图像传感器頂G之间。带通滤光器V可以是透红外线（infrared， IR)滤光器。透IR滤光器可以使波长范围大约是800~950nm的光（红外射线）通过，并 且阻挡具有其它波长范围的光。孔径光阑Sl和带通滤光器V的位置可以变化。带通滤光 器V的结构或配置可以变化。
[0018] 如上配置的根据本发明的实施例的镜头光学系统可以满足以下条件表达式1至3 中的至少一个。
[0019] 2. 5 < I tan θ I < 3. 5 [条件表达式 1]
[0020] 这里，" Θ "是镜头光学系统的可视角度。
[0021] 条件表达式1展示用于确定镜头光学系统的可视角度的条件。在条件表达式1中， 当" I tan θ I "小于或等于2. 5的下限时，虽然球面像差和慧形像差（coma aberration)可 以减少，但是可视角度可能也会减小。相比之下，当"|tan0 |"大于或等于3.5的上限时， 虽然可视角度增加，但是球面像差和慧形像差可能会增加。当满足表达式1的条件时，举例 来说在使球面像差和慧形像差维持在良好状态中的同时，可以获得（举例来说）大约70° 或更大的相对宽的可视角度。
[0022] I. 0 < f/D4 <1.5 [条件表达式 2]
[0023] 这里，"f"是整个镜头光学系统的焦距，并且"D4"是第四镜头IV的出射表面9*的 有效半径，也就是说，Y轴上的半孔径。因为第四镜头IV在四个镜头I-IV当中具有最大外 径，所以可以说镜头光学系统的外径是通过"D4"确定的。
[0024] 条件表达式2展示用于控制镜头光学系统的外径并且更具体地说是第四镜头IV 的出射表面9*的外径的条件。当满足表达式2的条件时，可以有助于镜头光学系统的小型 化（即，垂直方向上的小型化）、光路的保证和球面像差的校正。并且，当满足表达式2的条 件时，可以用镜头的外径从第一镜头I到第四镜头IV依次增加的方式有助于镜头光学系统 的设计。
[0025] 1. 5 < TTL/f < 2. 5 [条件表达式 3]
[0026] 这里，"TTL"是从第一镜头I的入射表面到图像传感器頂G的距离，并且"f"是整 个镜头光学系统的焦距。"TTL"是光轴上的长度。
[0027] 条件表达式3展示用于使得镜头光学系统变紧凑（即，在水平方向上的小型化） 的条件。在条件表达式3中，当"TTL/f"小于或等于1. 5的下限时，虽然有助于镜头光学系 统的小型化，但是可能难以校正球面像差。相比之下，当"TTL/f "大于或等于2. 5的上限 时，虽然有助于球面像差的校正，但是镜头光学系统的总长度增加，并且因而可能难以使镜 头光学系统小型化。因而，将"TTL/f"设置在以上范围内将有利于镜头光学系统的小型化 和像差校正。
[0028] 满足屈光力条件、形状要求和条件表达式1至3的镜头光学系统可能适合于应用 于虹膜识别相机。换句话说，镜头光学系统可以具有有待应用于虹膜识别相机的适当配置。 具体来说，条件表达式3不仅涉及镜头光学系统的小型化和像差校正，而且还可能是支持 虹膜识别的一个重要要求。
[0029] 在图1至图3的上述实施例（即，第一至第三实施例）中，条件表达式1至3的值 在表1至3中展示。在表1中，可视角度" Θ "的单位是度（° )。在表2和3中，"f"、"D4" 和"TTL"的单位是毫米（mm)。
[0036] 参看表1至3,图1至图3的以上实施例的镜头光学系统可以满足条件表达式1至 3〇
[0037] 在根据如上配置的上述实施例的镜头光学系统中，第一到第四镜头I-IV考虑到 其形状和尺寸可以由塑料形成。换句话说，第一到第四镜头I-IV全部可以是塑料镜头。在 玻璃镜头的情况下，制造成本高，而且形成条件严格，因而可能难以制造紧凑的镜头光学系 统。但是，在本发明中，因为第一到第四镜头I-IV全部可以由塑料形成，所以可以获得根据 这些镜头的多种优点。尽管如此，本发明的第一到第四镜头I-IV的材料不限于塑料。必要 时，第一到第四镜头I-IV