宽视场五元件透镜系统技术方案

本发明专利技术描述了可用于小外形相机中的透镜系统。成像透镜系统可包括前孔径和五个透镜元件，并且提供低光圈数(小于或等于2.4)、宽视场(大于或等于82度)和短总光程长度(TTL)。可选择透镜系统参数和关系以至少部分地减少、补偿或矫正光学像差和透镜伪影以及视场效应。

Five element lens system with wide field of view

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】宽视场五元件透镜系统
本公开整体涉及相机系统，并且更具体地，涉及小外形相机系统和透镜系统。
技术介绍
小型多用途移动设备诸如智能电话和平板电脑或平板设备的出现导致需要轻量级、紧凑且能够以低光圈数捕获高分辨率高质量图像以用于集成在设备中的高分辨率小外形相机。然而，由于常规相机技术的局限性，在此类设备中使用的常规小型相机趋于以比利用较大的较高品质相机可实现的较低的分辨率和/或较低的图像质量来捕获图像。使用小封装尺寸的相机实现较高的分辨率通常需要使用具有小像素尺寸的光电传感器和较好的紧凑型成像透镜系统。技术进步已实现了光电传感器的像素尺寸的减小。然而，随着光电传感器变得更加紧凑和强大，对具有改善的成像质量性能的紧凑型成像透镜系统的需求已增加。此外，越来越期望小外形相机配备更高的像素计数和/或更大的像素尺寸图像传感器(其中的一者或两者可能需要较大的图像传感器)，同时仍然保持足够紧凑以装配到便携式电子设备中的模块高度。因此，来自光学系统设计方面的挑战是提供能够在由小外形相机施加的物理约束下捕获高亮度、高分辨率图像的成像透镜系统。
技术实现思路
本公开的实施方案可提供包括前孔径和五个透镜元件的成像透镜系统，该成像透镜系统例如可用于紧凑型相机并提供低光圈数(<＝2.4)、宽视场(>＝82度)和较短的总光程长度(TTL)，其允许相机以小封装尺寸实现，同时仍捕获清晰的高分辨率图像，使相机的实施方案适用于小型和/或多用途移动设备。透镜系统的实施方案包括具有屈光力的五个透镜元件，该透镜元件沿光轴从物侧的第一透镜元件到像侧的第五透镜布置。透镜系统包括位于在透镜系统的前顶点处或前顶点后的第一透镜元件处的前孔径光阑。可选择透镜系统参数和关系，其包括但不限于透镜形状、厚度、几何形状、位置、材料、间距和某些透镜元件的表面形状，以至少部分地减少、补偿或矫正光学像差和透镜伪影以及视场效应。在一些实施方案中，该透镜系统可包括减少或消除光电传感器上的环境噪声的干扰的红外(IR)滤光片。IR滤光片可例如位于第五透镜元件和光电传感器之间。在一些实施方案中，覆盖玻璃可位于透镜系统的物侧上。在一些实施方案中，覆盖玻璃可具有少量屈光力。在一些实施方案中，该透镜系统为定焦透镜。然而，在一些实施方案中，相机可包括位于透镜系统前面的光学致动器部件，该光学致动器部件为相机提供自动对焦(AF)功能。附图说明图1为根据一些实施方案的透镜系统的横截面图示，该透镜系统包括前孔径和五个透镜元件并且提供低光圈数(<＝2.4)、宽视场(>＝82度)和较短的总光程长度(TTL)。图2示出了根据一些实施方案的如图1所示的透镜系统的第四透镜元件和第五透镜元件的光学特性。图3A和图3B示出了根据一些实施方案的如图1所示的透镜系统的第五透镜元件的第一表面的局部半径/曲率。图4A和图4B示出了根据一些实施方案的如图1所示的透镜系统的第五透镜元件的局部厚度Δ。图5和图6示出了根据一些实施方案的如图1所示的透镜系统的第四透镜元件和第五透镜元件的关系。图7A为包括五个透镜元件的透镜系统的第一实施方案的横截面图示。图7B为示出了如图7A所示的透镜系统的调制传递函数(MTF)的曲线图。图8A为包括五个透镜元件的透镜系统的第二实施方案的横截面图示。图8B为示出了如图9A所示的透镜系统的MTF的曲线图。图9A为包括五个透镜元件的透镜系统的第三实施方案的横截面图示。图9B为示出了如图3A所示的透镜系统的MTF的曲线图。图10A为包括五个透镜元件的透镜系统的第四实施方案的横截面图示。图10B为示出了如图10A所示的透镜系统的MTF的曲线图。图11A为包括五个透镜元件的透镜系统的第五实施方案的横截面图示。图11B为示出了如图11A所示的透镜系统的MTF的曲线图。图12A为包括五个透镜元件的透镜系统的第六实施方案的横截面图示。图12B为示出了如图12A所示的透镜系统的MTF的曲线图。图13A为包括五个透镜元件的透镜系统的第七实施方案的横截面图示。图13B为示出了如图13A所示的透镜系统的MTF的曲线图。图14A为包括五个透镜元件的透镜系统的第八实施方案的横截面图示。图14B为示出了如图14A所示的透镜系统的MTF的曲线图。图15为根据一些实施方案的使用如图1A至图8C所示的相机捕获图像的方法的流程图。图16示出了可在实施方案中使用的示例性计算机系统。本说明书包括参考“一个实施方案”或“实施方案”。出现短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”并不一定是指同一个实施方案。特定特征、结构或特性可以与本公开一致的任何合适的方式被组合。“包括”，该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所使用的，该术语不排除附加结构或步骤。考虑引用以下的权利要求：“一种装置，包括一个或多个处理器单元...”此类权利要求不排除该装置包括附加部件(例如，网络接口单元、图形电路等)。“被配置为”，各种单元、电路或其他部件可被描述为或叙述为“被配置为”执行一项或多项任务。在此类上下文中，“被配置为”用于通过指示单元/电路/部件包括在操作期间执行这一项或多项任务的结构(例如，电路)来暗指该结构。如此，单元/电路/部件据称可被配置为即使在指定的单元/电路/部件当前不可操作(例如，未接通)时也执行该任务。与“被配置为”语言一起使用的单元/电路/部件包括硬件-例如电路、存储可执行以实现操作的程序指令的存储器等。引用单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地旨在针对该单元/电路/部件不援引35U.S.C.§112的第六段。此外，“被配置为”可包括由软件和/或固件(例如，FPGA或执行软件的通用处理器)操纵的通用结构(例如，通用电路)以能够执行待解决的一项或多项任务的方式操作。“被配置为”还可包括调整制造过程(例如，半导体制作设施)，以制造适用于实现或执行一项或多项任务的设备(例如，集成电路)。“第一”“第二”等。如本文所用，这些术语充当它们所在之前的名词的标签，并且不暗指任何类型的排序(例如，空间的、时间的、逻辑的等)。例如，缓冲电路在本文中可被描述为执行“第一”值和“第二”值的写入操作。术语“第一”和“第二”未必暗指第一值必须在第二值之前被写入。“基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定的一个或多个因素。该术语不排除影响确定的附加因素。即，确定可仅基于这些因素或至少部分地基于这些因素。考虑短语“基于B来确定A”。在这种情况下，B为影响A的确定的因素，此类短语不排除A的确定也可基于C。在其他实例中，可仅基于B来确定A。具体实施方式描述了包括光电传感器和透镜系统的小外形相机的实施方案。描述了包括前孔径和五个透镜元件的成像透镜系统的实施方案，该成像透镜系统可用于相机中并提供低光圈数(<＝2.4)、宽视场(>＝82度)和较短的总光程长度(TTL)，其允许相机以小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透镜系统，所述透镜系统包括：/n多个光学元件，所述光学元件沿所述透镜系统的光轴布置，其中所述多个光学元件沿所述光轴从所述透镜系统的物侧到像侧依次包括：/n前孔径光阑；/n第一折射透镜元件L1；/n第二折射透镜元件L2；/n第三折射透镜元件L3；/n第四折射透镜元件L4；以及/n第五折射透镜元件L5；/n其中所述透镜系统的光圈数小于或等于2.4，并且所述透镜系统的全视场大于或等于82度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171026 US 62/577,679;20180831 US 16/120,1421.一种透镜系统，所述透镜系统包括：
多个光学元件，所述光学元件沿所述透镜系统的光轴布置，其中所述多个光学元件沿所述光轴从所述透镜系统的物侧到像侧依次包括：
前孔径光阑；
第一折射透镜元件L1；
第二折射透镜元件L2；
第三折射透镜元件L3；
第四折射透镜元件L4；以及
第五折射透镜元件L5；
其中所述透镜系统的光圈数小于或等于2.4，并且所述透镜系统的全视场大于或等于82度。


2.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述透镜系统满足以下关系：
TTL/2SD<0.85，
其中TTL为所述透镜系统的总光程长度，并且SD为所述透镜系统的像平面处的半对角线像高。


3.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述透镜系统的有效焦距f小于3mm。


4.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述透镜系统的总光程长度小于4mm。


5.根据权利要求1所述的透镜系统，其中L1具有正屈光力，其中L1的物侧表面在旁轴区域中为凸形，并且其中L1由具有色散系数vd1的材料构成，其中45<vd1<70。


6.根据权利要求1所述的透镜系统，其中L1满足以下关系：
|fsys/f1|>0.5，以及
0.8<|R1+R2|/|R1-R2|<1.5，
其中fsys为所述透镜系统的有效焦距，f1为L1的有效焦距，并且R1和R2分别为L1的物侧表面和像侧表面的曲率半径。


7.根据权利要求1所述的透镜系统，其中L2具有负屈光力，其中L2的物侧表面在旁轴区域中为凸形，并且其中L2由具有色散系数vd2的材料构成，其中15<vd2<30。


8.根据权利要求1所述的透镜系统，其中L2满足以下关系：
|fsys/f2|<0.5，
其中fsys为所述透镜系统的有效焦距，并且f2为L2的有效焦距。


9.根据权利要求1所述的透镜系统，其中L3具有正屈光力，其中L3的物侧表面在旁轴区域中为凹形，并且其中L3的像侧表面在旁轴区域中为凸形。


10.根据权利要求1所述的透镜系统，其中L3满足以下关系：
|fsys/f3|>0.5；|
R5+R6|/|R5-R6|<4
其中fsys为所述透镜系统的有效焦距，f3为L3的有效焦距，并且R5和R6分别为L3的物侧表面和像侧表面的曲率半径。


11.根据权利要求1所述的透镜系统，其中L4具有负屈光力，其中L4的物侧表面为非球面并且有至少一个部分为...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚宇宏，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US