成像透镜和包括该成像透镜的成像装置

摘要

一种成像透镜，包括：具有朝向物体的凸面和正折光力的第一透镜、具有正折光力或负折光力的第二透镜、具有正折光力或负折光力的第三透镜、具有朝向像平面的凸面和正折光力的第四透镜、以及具有朝向物体的凹面和负折光力的第五透镜。第一透镜至第五透镜从物体到像平面顺序布置。成像透镜满足条件：-0.2≤(Y-yp)/yp≤-0.05其中，Y表示真实主光线的像高度，yp表示近轴主光线的像高度。

说明书

本申请要求于2015年1月20日提交至韩国知识产权局的第 10-2015-0009339号韩国专利申请的优先权，该申请的公开内容通过引 用整体地并入本文。

技术领域

本公开涉及成像透镜和包括该成像透镜的成像装置。

背景技术

包括固态成像设备(如电荷耦合设备(CCD)或互补金属氧化物 半导体(CMOS))的数字相机和摄影机得到广泛地使用。

由于包括固态成像设备的成像装置可小型化，所以其是有益的。 近来，固态成像设备已经应用至诸如智能电话的移动设备。

随着智能电话厚度的减小，降低在智能电话中使用的成像透镜模 块的尺寸变得更加重要。另外，由于具有摄影专长的消费者数量增加， 不仅需要使成像透镜小型化，还需要根据使用的目的，提供用于确保 满意的成像透镜光学性能的设计。

发明内容

提供一种可在薄的移动设备中使用的微成像透镜，以及包括该微 成像透镜的成像装置。

将在随后的说明书中部分地阐述附加方面，附加方面将通过该说 明书显而易见，或者可通过实践示例性实施方式而获知。

根据示例性实施方式的一方面，成像透镜包括：具有朝向物体的 凸面和正折光力的第一透镜、具有正折光力或负折光力的第二透镜、 具有正折光力或负折光力的第三透镜、具有朝向像平面的凸面和正折 光力的第四透镜、以及具有朝向物体的凹面和负折光力的第五透镜。 第一透镜至第五透镜从物体到像平面顺序布置，成像透镜满足-0.2≤ (Y-y_p)/y_p≤-0.05，其中，Y表示真实主光线的像高度，y_p表示近轴主 光线的像高度。

成像透镜可满足0.8<TL/f<1.5，其中，TL表示第一透镜的物侧面 的镜顶到像平面之间沿着光轴的距离，f表示成像透镜的焦距。

成像透镜可满足0.7<f/f4<2.5，其中f表示成像透镜的焦距，f4表 示第四透镜的焦距。

成像透镜可满足1.0<|f/f5|<4.0，其中，f表示成像透镜的焦距，f5 表示第五透镜的焦距。

成像透镜可满足0.2<R1/f<1.0，其中，R1表示第一透镜的物侧面 的曲率半径，f表示成像透镜的焦距。

成像透镜可满足f/EPD≤2.5，其中，f表示成像透镜的焦距，EPD 表示成像透镜的入射光瞳的直径。

第二透镜和第三透镜中的一个可具有正折光力，而另一个可具有 负折光力。

成像透镜可满足1.6≤N_1-4≤2.2和15≤V_1-4≤29，其中，N_1-4和 V_1-4分别是第二透镜和第三透镜中具有负折光力的透镜的折射率和阿 贝数。

成像透镜可满足1.51<N₅<1.56，其中，N₅表示第五透镜的折射率。

第一透镜至第五透镜中的每个可具有至少一个非球面。

第五透镜的像侧面可具有没有拐点的非球面。

根据另一示例性实施方式的一方面，成像透镜包括：具有朝向物 体的凸面和正折光力的第一透镜、具有正折光力或负折光力的第二透 镜、具有正折光力或负折光力的第三透镜、具有朝向像平面的凸面和 正折光力的第四透镜、以及具有朝向物体的凹面和负折光力的第五透 镜。第一透镜至第五透镜从物体到像平面顺序布置，成像透镜满足： 30°≤CRA_max≤45°以及0.5<TL/(2×y_p)<0.75，其中，CRA_max表 示根据像高度的、入射到像平面的主光线角度(CRA)的最大值，TL 表示第一透镜的物侧面的镜顶到图像之间沿着光轴的距离，y_p表示近 轴主光线的像高度。

成像透镜可满足-20≤(((1/f)*(Y/tanθ)-1))*100≤-5，其中， f表示成像透镜的焦距，Y表示真实主光线的像高度，θ表示半视场。

成像透镜可满足-1.6<(R₉+R₁₀)/(R₉-R₁₀)<-0.7，其中，R₉表示 第五透镜的物侧面的曲率半径，R₁₀表示第五透镜的像侧面的曲率半 径。

第二透镜和第三透镜中的一个可具有正折光力而另一个可具有负 折光力。

成像透镜可满足1.6≤N_1-4≤2.2和15≤V_1-4≤29，其中，N_1-4和 V_1-4分别是第二透镜和第三透镜中具有负折光力的透镜的折射率和阿 贝数。

第一透镜至第五透镜中的每个可具有至少一个非球面。

第五透镜的像侧面可以是没有拐点的非球面。

附图说明

通过以下结合附图对示例性实施方式的说明，这些方面和/或其它 方面将变得显而易见和更容易理解，附图中：

图1是根据第一示例性实施方式的成像透镜的光学布置的图；

图2是用于描述负畸变的示意图；

图3是用于描述主光线角度(CRA)的示意图；

图4是根据第一示例性实施方式的成像透镜的纵向球面像差、像 散场曲和畸变的像差图；

图5是根据第一示例性实施方式的成像透镜的慧形像差的像差 图；

图6是根据第一示例性实施方式的成像透镜的负TV畸变的图；

图7是根据第一示例性实施方式的成像透镜的每场的CRA的图；

图8是根据第二示例性实施方式的成像透镜的光学布置的图；

图9是根据第二示例性实施方式的成像透镜的纵向球面像差、像 散场曲和畸变的像差图；

图10是根据第二示例性实施方式的成像透镜的慧形像差的像差 图；

图11是根据第二示例性实施方式的成像透镜的负TV畸变的图；

图12是根据第二示例性实施方式的成像透镜的每场的CRA的图；

图13是根据第三示例性实施方式的成像透镜的光学布置的图；

图14是根据第三示例性实施方式的成像透镜的纵向球面像差、像 散场曲和畸变的像差图；

图15是根据第三示例性实施方式的成像透镜的慧形像差的像差 图；

图16是根据第三示例性实施方式的成像透镜的负TV畸变图；

图17是根据第三示例性实施方式的成像透镜的每场的CRA的图；

图18是根据第四示例性实施方式的成像透镜的光学布置的图；

图19是根据第四示例性实施方式的成像透镜的纵向球面像差、像 散场曲和畸变的像差图；

图20是根据第四示例性实施方式的成像透镜的彗形像差的像差 图；

图21是根据第四示例性实施方式的成像透镜的负TV畸变的图；

图22是根据第四示例性实施方式的成像透镜的每场的CRA的图；

图23是根据第五示例性实施方式的成像透镜的光学布置的图；

图24是根据第五示例性实施方式的成像透镜的纵向球面像差、像 散场曲和畸变的像差图；

图25是根据第五示例性实施方式的成像透镜的慧形像差的像差 图；

图26是根据第五示例性实施方式的成像透镜的负TV畸变的图；

图27是根据第五示例性实施方式的成像透镜的每场的CRA的图； 以及

图28是根据示例性实施方式的电子设备的立体图。

具体实施方式

下面将对示例性实施方式进行详细地参考，示例性实施方式的实 例在附图中示出。诸如“……中的至少一个”的表述在位于一列元件 之前时，修饰整列的元件而不修饰该列表的单个元件。

图1是根据第一示例性实施方式的成像透镜1000的光学布置的 图。

从物体OBJ到像平面IMG，成像透镜1000可按顺序地包括：具 有朝向物侧的凸面和正折光力的第一透镜101、具有负折光力的第二 透镜201、具有正折光力的第三透镜301、具有朝向像平面IMG的凸 面和正折光力的第四透镜401、以及具有负折光力的第五透镜501。

可在第五透镜501和像平面IMG之间设置滤光器600。滤光器600 例如可以是红外光阻断滤光器。滤光器600可以是可选的。滤光器600 可设有或选择性地设有盖玻片。

成像透镜1000可确定第一透镜101至第五透镜501的细节，以使 得总长度缩小并提供满意的光学性能。第一透镜101、第二透镜201、 第三透镜301、第四透镜401和第五透镜501中的每个可包括用于像 差校正的非球面。例如，第一透镜101、第二透镜201、第三透镜301、 第四透镜401和第五透镜501中的每个透镜的至少一个表面可以是非 球面。可替代地，第五透镜501的像侧面可以是没有拐点的非球面。

成像透镜1000可满足以下条件(条件(1))：

-0.2≤(Y-y_p)/y_p≤-0.05条件(1)

其中，Y表示真实主光线的像高度，即实际像高度；以及y_p表示近轴 主光线的像高度。

根据条件(1)，成像透镜1000具有负光学畸变，因而成像透镜 1000的尺寸减小。

图2是用于描述负畸变的示意图。参照图2，负畸变意味着实际 像高度(Y)低于近轴主光线的像高度(y_p)。当满足条件(1)时，实 际像高度可低于设置在像平面IMG处的图像传感器的高度。因此，可 缩小成像透镜1000的总长度。此外，可校正光学畸变。与具有±2％的 光学畸变的一般成像透镜不同，该示例性实施方式因为允许高至-20％ 的光学畸变，因而可减小尺寸。

通过使用y_p＝f*tanθ，条件(1)可修改成如下：

-20≤(((1/f)*(Y/tanθ)-1))*100≤-5条件(2) 其中，f表示成像透镜1000的焦距；Y表示真实主光线的像高度；以及θ表 示半视场。

成像透镜1000可满足条件(3)：

0.8<TL/f<1.5条件(3)

其中，TL表示总长度，即在第一透镜101的物侧面的镜顶到像平面 IMG之间沿着光轴的距离；以及f表示成像透镜1000的焦距。

当在光轴上设置滤光器(例如，红外光阻断滤光器或盖玻片)时， 对TL应用空气折算值。换言之，当滤光器600的折射率和厚度分别 为n和d时，在计算TL时应用(1-(1/n))×d的值。

该条件(条件(3))可在尺寸减缩和像差校正之间确保最优化。

当TL/f的值超过上限时，可满足沿着光轴或不沿着光轴的像差校 正，但是由于总长度长，可能难以满足尺寸减缩。

当TL/f的值超过下限时，可满足尺寸减缩，但是由于透镜厚度的 缩小，可以难以制造透镜。此外，由于增加了制造误差的敏感性，所 以可能降低生产率。

成像透镜1000可满足以下条件(条件(4))：

0.7<f/f4<2.5条件(4)

其中，f表示成像透镜1000的焦距；以及f4表示第四透镜401的焦距。

成像透镜1000还可满足以下条件(条件(5))：

1.0<|f/f5|<4.0条件(5)

其中，f表示成像透镜1000的焦距；以及f5表示第五透镜501的焦距。

考虑到像散场曲像差的校正，这些条件(条件(4)和条件(5))确 定第四透镜401和第五透镜501各自的折光力的合适范围。换言之，当 不满足这些条件(条件(4)和条件(5))时，难以校正像散场曲像差。

成像透镜1000可满足以下条件(条件(6))：

0.2<R1/f<1.0条件(6)

其中，R1表示第一透镜101物侧面的曲率半径；以及f表示成像透镜1000 的焦距。

条件(6)确定第一透镜101物侧面的曲率半径与成像透镜1000焦 距的比率。提供该条件(条件(6))以适当地校正球面像差。换言之， 当不满足条件(条件(6))时，球面像差增加。

成像透镜1000可满足以下条件(条件(7))：

f/EPD≤2.5条件(7)

其中，f表示成像透镜1000的焦距；以及EPD表示成像透镜1000的入 瞳直径。

条件(7)与光圈值有关，用于制造具有较小总长度的大光圈透镜 (brightlens)。

成像透镜1000可满足以下条件(条件(8)和条件(9))：

1.6≤N_1-4≤2.2条件(8)

15≤V_1-4≤29条件(9)

其中，N1-4和V1-4分别是第二透镜201和第三透镜301中具有负折光力 的透镜的折射率和阿贝数(Abbenumber)。

条件(6)和条件(9)用于校正沿轴线的纵向色差。通过基于条件 (6)和条件(9)确定第二透镜201和第三透镜301中具有负折光力的透 镜的折射率和阿贝数，可缩小总长度并且可校正纵向色差。

成像透镜1000可满足以下条件(条件(10))：

1.51<N₅<1.56条件(10)

其中，N₅表示第五透镜501的折射率。

该条件(条件(10))与第五透镜501的折射率有关，例如与d线折 射率有关。第五透镜501的材料可基于条件(条件(10))进行选择。可 通过使用塑性材料获得折射率的这种范围。因此，可降低制造成本、可 使制成品轻质、且可更加方便地制造透镜。

成像透镜1000可满足以下条件(条件(11))：

30°≤CRA_max≤45°条件(11)

其中，CRA_max表示根据像高度的、入射到像平面IMG的主光线角度 (CRA)的最大值。

该条件(条件(11))确定入射到像平面IMG上的主光线的CRA的 最大值的范围。

图3是用于描述CRA的示意图。

朝向像平面IMG行进的主光线的CRA根据像高度改变。当CRA的 最大值满足条件(条件(11))时，可减小成像透镜1000的尺寸并可获 得宽广的角度。另外，基于条件(条件(11))，第五透镜501面对像平 面IMG的表面(其在成像透镜1000中定位成最靠近像平面IMG)可形 成为没有拐点的非球面。

成像透镜1000可满足以下条件(条件(12))：

0.5<TL/(2*y_p)<0.75条件(12)

其中，TL表示在第一透镜101面对物体的表面的镜顶到像平面IMG之 间沿着光轴的距离；以及y_p表示近轴主光线的像高度。

与条件(3)类似，当在光轴上设置滤光器时，向TL应用空气折算 值。

该条件(条件(12))用于减小成像透镜1000的总长度。

成像透镜1000可满足以下条件，条件(13)：

-1.6<(R₉+R₁₀)/(R₉-R₁₀)<-0.7条件(13)

其中，R₉表示第五透镜501物侧面的曲率半径；以及R₁₀表示第五透镜 501像侧面的曲率半径。

基于该条件(条件(13))，第五透镜501可形成为具有非球面，其 中，物侧面是凹面且像侧面没有拐点。

在下文中，将利用透镜数据描述各种示例性实施方式。在透镜数据 中，ST表示孔径光阑；位于表面的编号之后的星号“*”表示该表面是 非球面。使用毫米“mm”作为焦距、总光学长度、曲率半径、厚度和间 距的单位。

非球面定义成如下：

方程式(1)

其中，Z表示在沿光轴的方向上相距透镜的镜顶的距离；Y表示在垂直于 光轴的方向上的距离；K表示圆锥常数；A至F为非球面参数；以及c 表示对于透镜镜顶的曲率半径的倒数(1/R)。

第一示例性实施方式

图1是根据第一示例性实施方式的成像透镜1000的光学布置的图。

从物体OBJ到像平面IMG，成像透镜1000可按顺序包括：具有朝 向物体的凸面和正折光力的第一透镜101、具有负折光力的第二透镜201、 具有正折光力的第三透镜301、具有朝向像平面的凸面和正折光力的第四 透镜401、以及具有负折光力的第五透镜501。

第一示例性实施方式的透镜数据如下。

【表I】

【表II】

图4是根据第一示例性实施方式的成像透镜1000的纵向球面像差、 像散场曲和畸变的像差图。图5是根据第一示例性实施方式的成像透镜 1000的慧形像差的像差图。针对具有656.27nm、587.56nm、546.07nm、 486.13nm和435.84nm波长的光线示出了纵向球面像差和慧形像差；并且 针对具有546.07nm波长的光线示出了像散场曲和畸变图。另外，在像散 场曲的图中，弧矢场曲和切向场曲分别示为X和Y。

图6是根据第一示例性实施方式的成像透镜1000的负TV畸变的图。

参照图6，实线表示近轴主光线的视场(FOV，fieldofview)，虚线 表示实际的FOV。由于负光学畸变的影响，由虚线表示的FOV具有桶形 状。TV畸变可基于图4的畸变像差图进行计算。TV畸变是通过从1.0F (对角方向)的畸变像差中减去0.6F(短边)的畸变像差并且将减后的值 对半分所得的值。TV畸变在右上角中显露。左下角示出了通过从1.0F(对 角方向)的畸变像差中减去0.8F(长边)的畸变像差并且将减后的值对 半分所得的值；以及右下角示出了图4的光学畸变。

图7是根据第一示例性实施方式的成像透镜1000的每场的CRA的 图。

第二示例性实施方式

图8是根据第二示例性实施方式的成像透镜2000的光学布置的图。

从物体OBJ到像平面IMG，成像透镜2000按顺序包括：具有朝向 物体的凸面和正折光力的第一透镜102、具有正折光力的第二透镜202、 具有负折光力的第三透镜302、具有朝向像平面的凸面和正折光力的第四 透镜402、以及具有负折光力的第五透镜502。

第二示例性实施方式的透镜数据如下。

【表III】

曲率半径 厚度或间距 折射率(nd) 阿贝数(vd) OBJ 无穷大 无穷大 1* 2.171 0.382 1.544 56.11 2(ST)* 2.648 0.110 3* 2.971 0.490 1.535 55.71 4* -4.351 0.030 5* -64.663 0.300 1.643 22.4 6* 3.654 0.244 7* -82.393 0.868 1.544 56.11 8* -1.467 0.916 9* -1.091 0.450 1.544 56.11 10* 无穷大 0.030 11 无穷大 0.100 1.517 64.20 12 无穷大 0.530 IMG 无穷大 0.000

【表IV】

图9是根据第二示例性实施方式的成像透镜2000的纵向球面像差、 像散场曲和畸变的像差图。图10是根据第二示例性实施方式的成像透镜 2000的慧形像差的像差图。图11是根据第二示例性实施方式的成像透镜 2000的负TV畸变的图。图12是根据第二示例性实施方式的成像透镜 2000的每场的CRA的图。

第三示例性实施方式

图13是根据第三示例性实施方式的成像透镜3000的光学布置的图。

从物体到像平面IMG，成像透镜3000按顺序包括：具有朝向物体的 凸面和正折光力的第一透镜103、具有正折光力的第二透镜203、具有负 折光力的第三透镜303、具有朝向像平面的凸面和正折光力的第四透镜 403、以及具有负折光力的第五透镜503。

第三示例性实施方式的透镜数据如下。

【表V】

【表VI】

图14是根据第三示例性实施方式的成像透镜3000的纵向球面像差、 像散场曲和畸变的像差图。图15是根据第三示例性实施方式的成像透镜 3000的慧形像差的像差图。图16是根据第三示例性实施方式的成像透镜 3000的负TV畸变的图。图17是根据第三示例性实施方式的成像透镜 3000的每场的CRA的图。

第四示例性实施方式

图18是根据第四示例性实施方式的成像透镜4000的光学布置的图。

从物体OBJ到像平面IMG，成像透镜4000按顺序包括：具有朝向 物体的凸面和正折光力的第一透镜104、具有负折光力的第二透镜204、 具有正折光力的第三透镜304、具有朝向像平面的凸面和正折光力的第四 透镜404、以及具有负折光力的第五透镜504。

第四示例性实施方式的透镜数据如下。

【表VII】

曲率半径 厚度或间距 折射率(nd) 阿贝数(vd) OBJ 无穷大 无穷大 1(ST) 无穷大 -0.270 2* 1.495 0.502 1.544 56.09 3* 3.977 0.224 4* -21.682 0.300 1.801 24.62 5* 6.963 0.071 6* 5.863 0.651 1.531 55.91 7* -6.602 0.347 8* -425.860 0.657 1.544 56.09 9* -2.062 0.717 10* -1.058 0.468 1.544 56.09 11* -1000.000 0.041 12 无穷大 0.100 1.517 64.2 13 无穷大 0.488 IMG 无穷大 0.000

【表VIII】

图19是根据第四示例性实施方式的成像透镜4000的纵向球面像差、 像散场曲和畸变的像差图。图20是根据第四示例性实施方式的成像透镜 4000的慧形像差的动差图。图21是根据第四示例性实施方式的成像透镜 4000的负TV畸变的图。图22是根据第四示例性实施方式的成像透镜 4000的每场的CRA的图。

第五示例性实施方式

图23是根据第五示例性实施方式的成像透镜5000的光学布置的图。

从物体OBJ到像平面IMG，成像透镜5000按顺序包括：具有朝向 物体的凸面和正折光力的第一透镜105、具有负折光力的第二透镜205、 具有正折光力的第三透镜305、具有朝向像平面IMG的凸面和正折光力 的第四透镜405、以及具有负折光力的第五透镜505。

第五示例性实施方式的透镜数据如下。

【表IX】

【表X】

图24是根据第五示例性实施方式的成像透镜5000的纵向球面像差、 像散场曲和畸变的像差图。图25是根据第五示例性实施方式的成像透镜 5000的慧形像差的像差图。图26是根据第五示例性实施方式的成像透镜 5000的负TV畸变的图。图27是根据第五示例性实施方式的成像透镜 5000的每场的CRA的图。

表XI示出了根据第一示例性实施方式至第五示例性实施方式的成像 透镜1000至5000的各种光学规格，例如光学总长度(TL)、焦距(f)、 半FOV(θ)、成像透镜1000至5000各自的焦距(f1、f2、f3、f4和f5) 等。

【表XI】

表XII示出了满足条件(1)至(13)的、第一示例性实施方式至第 五示例性实施方式的成像透镜1000至5000。

【表XII】

上述示例性实施方式的成像透镜1000至5000具有非常短的总长度 和满足条件的光学性能。

上述成像透镜包括五个透镜，并具有适用于超薄电子设备的总长度。

另外，由于成像透镜中的透镜具有非球面，所以降低了成像透镜的 总长度并且其形状适用于像差校正。因此，不仅可在成像透镜的中心获 得高的图像质量，还可在宽广的FOV范围内获得高的图像质量。

上述示例性实施方式可应用于各种类型的成像装置以及将形成于成 像透镜上的光学图像转换成电信号的图像传感器。另外，成像装置可包 括在超薄电子设备中。

图28是根据示例性实施方式的电子设备8000的立体图。

电子设备8000可具有约7mm或更小的本体厚度t。电子设备8000 可以是非常薄的移动通信设备，例如智能电话。成像透镜L和图像传感 器800设在电子设备8000的内部。成像透镜L可以是上述成像透镜1000、 2000、3000、4000和5000中的任何一个。由于成像透镜L的总长度非常 短(约5mm或更小)，所以成像透镜可布置在电子设备8000中，以使得 成像透镜的光轴方向与本体厚度t的方向对应。

应理解的是，本文描述的示例性实施方式应当认为只是描述性的含 义，而不是出于限制目的。每个示例性实施方式内的特征或方面的说明 通常应当认为适用于其它示例性实施方式中的其它类似特征或方面。

虽然已经参照附图描述了一个或多个示例性实施方式，但是本领域 普通技术人员将理解的是，在不背离如由以下权利要求限定的精神和范 围的情况下，可在实施方式中对形式和细节进行各种变型。