专利名称：用于照相机的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于照相机的光学系统，更具体地，涉及一种用于照相机的光 学系统，在该光学系统中，孔径光阑设置在透镜之间，并且组成光学系统的所有透镜由 非球面塑料透镜构成。
背景技术：
近年来，随着诸如移动通信终端、PDA和智能手机的移动通信装置的数量不断 增加、通过通信技术提供的服务变得多种多样，除了提供基本的通信功能以外还提供各 种类型的附加功能。在这些功能中，照相机模块主要安装在用于照相或发送图像和视频呼叫的移动 通信装置中，并且通过使用经由照相机模块拍下的图像提供各种服务，或者不断开发新 服务。具体地，近年来，对于由安装在照相机模块上的透镜组组成的光学系统来说， 需要减小尺寸、减轻重量并降低成本，并且，由CCD或CMOS组成的图像传感器的像素 尺寸逐渐减小，所以需要高分辨率的光学系统。因而，多个透镜用于光学系统以保持高分辨率，并且，优选地通过使用具有高 光学透射率和高折射率的玻璃透镜来配置光学系统，但是，由于光学系统的设计是按照 光学系统的特性进行的，所以安装在移动通信装置中的光学系统难以满足减小尺寸和降 低成本的条件。因此，安装在移动通信装置中的光学系统使用易于模制的塑料透镜，并且尽可 能地减少透镜的数量以减小尺寸并节约制造成本，但是，光学系统使用与玻璃透镜相比 具有较差的光学性能的塑料透镜，其难以通过按照设计光学系统满足光学性能，并且， 由于透镜数量的减少，光学系统的设计灵活性变差。同时，作为光学系统的通用设计，采用这样一种设计方法孔径光阑位于多个 透镜中的每个透镜的最前部，并且依次地布置多个透镜，但是，在此情况中，穿过孔径 光阑的端部的光会导致许多像差(aberration)。此外，当位于光学系统最前部的孔径光阑远离靠近物体的第一透镜时，第一透 镜的尺寸增加且光学系统的长度增加，从而使光学性能显著变差。
发明内容
因此，提出本发明以解决缺点和问题，并且本发明的目的是提供一种用于照相 机的光学系统其中，减小最靠近物体的透镜的尺寸，并且通过将孔径光阑设置在最靠近物体的透镜的后面，并且将最靠近其顶部的透镜的物体侧表面配置为凹面，同时通过 使用四个透镜配置光学系统来改善相邻像差特性。提出本发明以实现上述目的，因此，本发明的目的是提供一种用于照相机的光 学系统，其包括第一透镜，具有正折射率且具有朝向物体的凸形；第二透镜，具有负 折射率且在两个表面均具有凹形；第三透镜，具有正折射率且具有向上的凸形；以及第 四透镜，具有负折射率且在物体侧表面上具有凹面，并且在图像侧表面上具有至少一个 拐点。优选地，第四透镜的顶面可由在光轴上向上凹入的表面和在外围部分中向上凸 出的凸面组成。此时，第四透镜的顶面可具有两个在光轴上分别向上凹入以及朝向物体凹入的 凹形。此外，光学系统满足关于光轴方向尺寸的条件表达式1和表达式2:[条件表达式1]0.80 < TL/f < 1.45[条件表达式2]0.7 < fl/f < 1.0其中，TL表示从第一透镜的物体侧表面至图像侧表面的距离，f表示整个光学 系统的有效焦距，fl表示第一透镜的焦距。此外，在本发明的光学系统中，优选地，第一至第四透镜中的每个透镜的两个 表面都由非球面组成。此时，第一透镜Ll至第四透镜L4均可由塑料透镜配置。此外，可在第一和第二透镜之间配备有用于阻挡穿过本发明的光学系统的光中 的不必要的光的孔径光阑。本发明的光学系统的透镜分别满足关于分辨率的色差校正的条件表达式3至6 [条件表达式3]50 < vl < 60[条件表达式4]20 < v2 < 30[条件表达式5]50 < v3 < 60[条件表达式6]50 < v4 < 60其中，vl表示第一透镜的阿贝数，v2表示第二透镜的阿贝数，v3表示第三透镜 的阿贝数，v4表示第四透镜的阿贝数。如上所述，根据本发明的一个实施方式，可以通过用非球面塑料透镜构成所有 四个透镜配置同时在用于照相机的光学系统中采用四个透镜来改善设计灵活性，从而可 以实现可应用于移动通信终端的用于照相机的紧凑光学系统。此外，本发明适于通过在第一透镜和第二透镜之间设置孔径光阑以减小第一透 镜的尺寸来设计小型光学系统。另外，本发明可表现出以下操作效果通过将最靠近图像侧表面的透镜的物体 侧表面配置为凹面，改善了包括像散(astigmatism)和畸变像差的相邻像差特性。
通过以下结合附图的实施方式的描述，本发明的主要思想的这些和/或其它方 面以及优点将变得显而易见并且更易于理解，其中
图1是示出了根据本发明的第一实施方式的用于照相机的光学系统的透镜的构 造的构形图；图2A和图2B分别示出了表1和图1所示的光学系统的像散和畸变像差；图3A至图3D是根据第一实施方式的每个场(field)的彗形像差的示图；图4是示出了根据本发明的第二实施方式的用于照相机的光学系统的透镜的构 造的构形图；图5A和图5B分别示出了表3和图4所示的光学系统的像散和畸变像差；图6A至图6D是根据第二实施方式的每个场的彗形像差的图示；图7是示出了根据本发明的第三实施方式的用于照相机的光学系统的透镜的构 造的构形图；图8A和图8B分别示出了表5和图7所示的光学系统的像散和畸变像差；以及图9A至图9D是根据第三实施方式的每个场的彗形像差的图示。
具体实施例方式通过以下参考附图的详细描述，关于根据本发明的灯驱动电路的结构和作用的 内容将会被更清楚地理解，附图示出了本发明的优选实施方式。然而，为了详细描述本发明，在每个实施方式的透镜的构形图中放大了透镜的 厚度、尺寸和形状，具体地，提供的设置于透镜的构形图中的球面或非球面形状仅作为 实例，并且不限于此。图1是示出了根据本发明的用于照相机的光学系统的第一实施方式的透镜的构 形图。如图1所示，根据本发明的用于照相机的光学系统包括从物体侧依次排列的具有 正折射率的第一透镜Li、在其两个表面上均具有凹形且具有负折射率的第二透镜L2、在 顶部具有凸形的第三透镜L3，以及具有负折射率的第四透镜L4。可在第一透镜Ll和第 二透镜L2之间安装孔径光阑AS。此外，可将用于阻挡穿过光学系统的光中的过量红外线的红外线滤光片和由覆 盖有红外线滤光片的盖玻片配置的滤光器OF配备在第四透镜L4和图像表面11之间。在该用于照相机的光学系统中，通过将孔径光阑放置在第一透镜Ll的后面 (即，在第一透镜Ll与第二透镜L2之间)，可以易于保证光强度并减小第一透镜Ll的 尺寸，从而尽管使用四个透镜也能配置小型光学系统。此外，第四透镜L4的两个表面在光轴上具有凹形，并且图像侧表面8具有弯曲 点(curvature point)，从而可以通过收集光通量来提供合适的焦距，并且因此可以控制图 像表面11端部的畸变像差。为此，第四透镜L4的图像侧表面8在光轴上朝向物体侧凹入，以通过透镜模具 来改善公差特性，第四透镜L4的图像侧表面8优选地被配置为在光轴周围具有朝向图像 表面11的凸形。另外，第四透镜L4在光轴上与图像侧表面10朝向物体侧表面9的顶部凹入，使 得以没有弯曲点的形状来减小折射率的变化，从而改善了穿过光轴的光的光学特性和像 差特性。在根据本发明的用于照相机的光学系统中，第一透镜Ll由具有较小折射率η和较大阿贝值V的透镜配置，第二透镜L2由具有较大折射率η和较小阿贝值V的透镜配 置，从而，可校正整个光学系统的色差。同时，通过考虑到本发明中采用的第一透镜Ll至第四透镜L4组成用于主要在 移动通信终端中采用的照相机的小型光学系统，第一透镜Li、第二透镜L2、第三透镜L3 和第四透镜L4由易于处理的塑料透镜形成，从而增大光学系统的重量减小的量，并改善 加工性能、节约制造成本。此外，第一透镜Ll至第四透镜L4中的每个透镜的折射表面形成为具有非球面形 状，以便于校正各种像差，从而改善透镜的设计灵活性。因此，在根据本发明的用于照相机的光学系统的情况中，第一透镜Li、第二 透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4设置为分别具有正的、负的、正的和负的折光力 (refractive power),并且每个透镜的折射表面具有易于模制的非球面形状，以改善光学系 统的分辨率并增强像散特性和畸变特性，同时，孔径光阑AS设置在第一透镜Ll和第二 透镜L2之间，因此，可以减小第一透镜Ll的尺寸，以形成小尺寸的光学系统。在具有上述构成的本发明的光学系统中，将更详细地描述条件表达式1至6的操 作效果。[条件表达式1]0.80 < TL/f < 1.45这里，TL表示从第一透镜Ll的物体侧表面1至图像侧表面的距离，f是整个光 学系统的有效焦距。条件表达式1限定了整个光学系统的光轴方向的尺寸，并且是光学系统小型化 的条件。也就是说，在光轴方向尺寸偏离条件表达式1的下限的情况中，光学系统的尺 寸减小，但是视角增加，使得透镜的形状无法实际制造，并且长度变得过短，使得光学 系统难以满足光学系统所需的光学特性。此外，在光轴方向尺寸偏离条件表达式1的上限的情况中，在像差的校正方面 是有利的，但是整个长度增加，从而不利于小型化，而小型化是移动通信终端中主要采 用的照相机的光学系统的技术特性。[条件表达式2]0.7 < fl/f < 1.0这里，fl是第一透镜的焦距，f是整个光学系统的有效焦距。条件表达式2是用于限定第一透镜Ll的折光力的条件。当偏离条件表达式2的 上限而使fl增加时，每个由单个透镜组成的其它透镜(即第二透镜L2至第四透镜L4)的 倍率需要增加，色差增加。相反地，当偏离条件表达式2的下限使得fl减小时，第一透镜的倍率变得过 大，因此球面像差和彗形像差减小，使得难以满足改善分辨率的条件，并且，组成第一 透镜Ll的透镜表面的曲率半径减小，难以处理透镜表面。[条件表达式3]50 < vl < 60[条件表达式4]20 < v2 < 30[条件表达式5]50 < v3 < 60[条件表达式6]50 < v4 < 60这里，vl表示第一透镜的阿贝数，v2表示第二透镜的阿贝数，v3表示第三透镜的阿贝数，v4表示第四透镜的阿贝数。条件表达式3至条件表达式6分别表示第一透镜Li、第二透镜L2、第三透镜L3 和第四透镜L4的阿贝数的条件，并且第二透镜L2的阿贝数具有比第一透镜Li、第三透 镜L3和第四透镜L4的阿贝数小的值。通常，在单个透镜的情况中，由于当阿贝数减小时变化值增加，所以折射率的 变化变得更大，从而难以校正色差，同时，由于当阿贝数增加时变化值减小，所以折射 率的变化变得更小，从而色差减小。因此，由于当仅使用符合条件表达式4的第二透镜L2时难以校正色差，所以通 过将第二透镜L2与第一透镜Ll组合来校正色差，在本发明的光学系统中，第一透镜Ll 具有比第二透镜L2更小的折射率和更大的阿贝数。同时，在这种条件下，第一透镜Ll具有比第二透镜L2相对较小的折射率和相对 较大的阿贝数，但是，优选地，通过使用符合条件表达式5和6的塑料非球面透镜来形成 第三透镜L3和第四透镜L4，以减少透过第二透镜L2的光的像差。也就是说，第三透镜L3和第四透镜L4优选地由具有比第二透镜L2更大的阿贝 数的塑料透镜组成，以减少透过第二透镜L2的光的各种像差和畸变特性。在下文中，将通过详细值实施方式更详细地描述本发明的光学系统。下述第一至第三实施方式均具有具有正折射率的第一透镜Li、在其两个表面 上具有凹形且具有负折射率的第二透镜L2、在顶部上具有凸形的第三透镜L3和具有负折 射率的第四透镜L4，其中，在第一透镜Ll和第二透镜L2之间安装孔径光阑AS。此外，在第四透镜L4和图像表面11之间配备有红外线滤光片或由涂覆有红外线 滤光片的盖玻片配置的滤光器OF。此外，第四透镜L4的两个表面在光轴上具有凹形，并且图像侧表面8具有带有 拐点(inflectionpoint)的形状，物体侧表面7向上凸出。同时，从等式1可获得以下每个实施方式中使用的非球面表面，并且，二次常 数K和用作非球面系数A、B、C、D、E和F的“E及跟在E之后的数字”表示10的 幂，例如，E+02表示102，E-02表示1(Γ2。等式1
CY2Z=-『六…7 +Ar+Bi^+C^+D^+EP^FP4+ ...
1+ ^(\+K)c2 Y2其中，ζ在光轴方向上距透镜顶点的距离Y在垂直于光轴的方向上的距离c透镜顶点上的曲率半径r的倒数K 二次常数A、B、C、D、E、F 非球面系数第一实施方式以下示出的表1示出了根据本发明的第一实施方式的值的实例。此外，图1是示出了根据本发明的第一实施方式的用于照相机的光学系统的透 镜的构造的构形图，图2A和图2B分别示出了表1和图1所示的光学系统的像散和畸变像差，以及图3A至图3D是根据第一实施方式的每个场的彗形像差的示图。另外，在图 2A的像散图中，“S”表示径向的，“T”表示切向的。在第一实施方式中，视角是64度，从第一透镜Ll的物体侧表面1至顶面的距离 TL是4.2mm，整个光学系统的有效焦距f是3.6mm。此外，第一透镜Ll至第四透镜L4 均由塑料透镜配置。表1
权利要求
1.一种用于照相机的光学系统，包括第一透镜，具有正折射率且具有朝向物体的凸形；第二透镜，具有负折射率且在两个表面均具有凹形；第三透镜，具有正折射率且具有向上的凸形；以及第四透镜，具有负折射率且在物体侧表面上具有凹面，并且在图像侧表面上具有至 少一个拐点。
2.根据权利要求1所述的用于照相机的光学系统，其中，所述第四透镜的顶面由在光 轴上向上凹入的表面和在外围部分中向上凸出的凸面组成。
3.根据权利要求2所述的用于照相机的光学系统，其中，所述第四透镜的顶面具有两 个在所述光轴上分别向上凹入和朝向所述物体凹入的凹形。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于照相机的光学系统，其满足关于光轴方 向尺寸的条件表达式1 [条件表达式 1]0.80 < TL/f < 1.45，其中，TL表示从所述第一透镜的物体侧表面至图像侧表面的距离，f代表整个所述 光学系统的有效焦距。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于照相机的光学系统，其满足关于光轴方 向尺寸的条件表达式2:[条件表达式 2]0.7 < fl/f <1.0，其中，fl表示所述第一透镜的焦距，以及f表示整个所述光学系统的有效焦距。
6.根据权利要求1和3中的任一项所述的用于照相机的光学系统，其中，所述光学系 统的透镜分别满足关于分辨率的色差校正的条件表达式3至6 [条件表达式3]50 < vl < 60[条件表达式4]20 < v2 < 30[条件表达式5]50 < v3 < 60[条件表达式6]50 < v4 < 60其中，vl表示所述第一透镜的阿贝数，v2表示所述第二透镜的阿贝数，v3表示所述 第三透镜的阿贝数，v4表示所述第四透镜的阿贝数。
7.根据权利要求1所述的用于照相机的光学系统，其中，所述第一至所述第四透镜中 的每个透镜的两个表面都由非球面组成。
8.根据权利要求7所述的用于照相机的光学系统，其中，所述第一至所述第四透镜由 塑料透镜组成。
9.根据权利要求1所述的用于照相机的光学系统，其中，在所述第一和第二透镜之间 配备有阻挡不必要的光的孔径光阑。
全文摘要
本发明涉及一种用于照相机的光学系统。根据本发明的用于照相机的光学系统包括具有正折射率且具有朝向物体的凸形的第一透镜；具有负折射率且在两个表面均具有凹形的第二透镜；具有正折射率且具有向上的凸形的第三透镜；以及具有负折射率且在物体侧表面上具有凹面，并且在图像侧表面上具有至少一个拐点的第四透镜。通过改善设计灵活性来实现应用于移动通信终端的照相机的小型光学系统。
文档编号G02B7/00GK102023371SQ20091026577
公开日2011年4月20日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年9月22日
发明者赵镛主 申请人:三星电机株式会社