[发明专利]微型广角成像透镜

说明书

一种微型广角成像透镜具有值小于3.0的值的小型化比，该小型化比是从第一表面的中心至焦平面的总轨迹长度除以像圈直径。该成像透镜包括从透镜的物方开始的第一组至少三个光学元件、包括孔径光阑和紧接在孔径光阑前面或后面的光学元件的第二组、以及第三组至少二个光学元件。

相关申请的交叉引用

该申请要求保护2015年12月23日提交的题为“Miniature wide-angle imaginglens”的当前待审美国临时专利申请No. 62/387,409以及2016年2月23日提交的题为“Miniature wide-angle imaging lens”的当前待审美国临时专利申请No. 62/298,795的权益，通过引用将所有它们的整个内容合并于此。

技术领域

本发明涉及光学透镜并且更特别地涉及具有广角视场的微型透镜。

背景技术

对于需要广角成像的大多数应用，常常使用具有大于3.0的小型化比(即在图像圈直径上的总轨迹长度)的较大透镜构造。然而，对于消费者应用（尤其移动设备），趋势是透镜厚度正变得更薄，而传感器尺寸正变得更大。因此，需要一种具有小于3.0的小型化比的新种类的广角透镜。

先前建议的微型广角透镜（诸如在“Proc. SPIE 9192, Current Developmentsin Lens Design and Optical Engineering XV, 91920H”中出版的“Consumerelectronic optics: how small can a lens be: the case of panomorph lenses”中或如在美国专利No. 8,248,715或美国专利申请公开No.2014/0029115、No.2013/0308206、No. 2014/0226222、No.2014/0285906、No.2015/0253542、No.2015/0268446或No.2012/0212839中描述的那些）是针对前几代具有更小尺寸和更大像素的传感器而设计的。这些透镜具有更低的性能要求，尤其就成像质量和孔径尺寸来说。对于这些现有的透镜构造，总共三个至六个光学元件足以满足这些传感器所需的性能。对于现有的广角6元件透镜，已经使用了对称构造（其在光阑之前使用3个元件并且在光阑之后使用3个元件）。然而，随着新的更大的传感器和更小的像素，必须设计使用在光阑周围具有非对称构造的六个元件或使用七个或更多元件的更复杂的广角透镜构造来实现所需的性能。

在微型广角透镜的整个视场上实现良好的成像性能的挑战之一是相对照度从中心到视场边缘的变化。在广角透镜中，相对照度通常在中心处最大，并且朝向视场边缘持续下降。由于增加的衍射效应和边缘处附加的传感器噪声，朝向边缘的照度越低的结果是在边缘处图像质量越低。

在微型广角透镜的整个视场上实现良好成像性能的另一挑战是从视场中心到边缘的调制传递函数（MTF）的下降。在广角透镜中，图像MTF通常在中心处最大并且朝向视场边缘持续下降。朝向边缘的MTF越低的结果是在边缘处图像质量越低。

发明内容

为了克服所有前面提到的问题，当前发明的实施例描述了微型广角成像透镜，其在保持图像质量参数（包括MTF、相对照度和分辨率）之间的良好平衡的同时具有小于3.0的值的小型化比（即在像圈直径上的从第一表面的中心至焦平面的总轨迹长度）。该成像透镜构造（按从物空间至像空间的次序）优选地包括第一组元件、第二组元件和第三组元件。

该第一组元件（优选地包括在第二组前面的所有元件）在近轴区具有负的光学焦度（power）并且优选地包括至少三个光学透镜。在这些至少三个光学透镜中，物方的第一透镜通常是其表面在物方的负弯月形透镜，并且从至少100°且通常在在120°到280°之间的张开角接受光。

该第二组元件优选地包括孔径光阑和紧接在孔径光阑前面或后面的单个光学透镜。该第二组中的单个光学透镜优选地是正透镜。