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取像模组及电子设备

文献发布时间:2023-06-19 16:09:34



技术领域

本申请涉及光学成像技术,特别涉及一种取像模组和电子设备。

背景技术

目前,电子设备,例如手机、PAD等上的微距功能是通过超广角镜头对焦到物距在近距离(例如3cm左右)的物体上实现的,由于超广角镜头的焦距仍较大,导致无法对焦到更近的距离而实现用户先要的显微功能。而且,随着电子设备中与超广角镜头搭配的影像传感器的尺寸在不断增大,超广角镜头的焦距也越来越大,对焦到3cm也很困难,因此要想实现微距功能也变得越来越困难。另一方面,电子设备上的显微镜头,通常是一颗定焦镜头且没有自动对焦功能,工作场景比较单一。

因此,要想在电子设备上同时实现微距功能和显微功能,需要至少两颗镜头才能实现,这会导致成本的增加,也会占用电子设备内部更多的空间。

发明内容

本申请实施方式提供一种取像模组和电子设备,用于至少解决如何同时实现微距功能和显微功能的问题。

本申请实施方式的一种取像模组,从物侧至像侧,依序包括第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及影像传感器。第一透镜具有负屈光力。第二透镜具有正屈光力。第三透镜具有负屈光力。第四透镜具有正屈光力。第五透镜具有负屈光力。取像模组满足以下条件式:0.8<|TTL/Diag|<1.2;其中,TTL为第一透镜的物侧面至取像模组的成像面的轴上距离,Diag为影像传感器的对角线长度。

本申请实施实施方式的电子设备包括壳体和取像模组。从物侧至像侧,取像模组依序包括第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及影像传感器。第一透镜具有负屈光力。第二透镜具有正屈光力。第三透镜具有负屈光力。第四透镜具有正屈光力。第五透镜具有负屈光力。取像模组满足以下条件式:0.8<|TTL/Diag|<1.2;其中,TTL为第一透镜的物侧面至取像模组的成像面的轴上距离,Diag为影像传感器的对角线长度。所述取像模组与所述壳体结合。

本申请的取像模组及电子设备中,第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、及第五透镜具有合理的厚度配置,影像传感器具有合理的尺寸大小,使得取像模组的光学总长与影像传感器的对角线长度之间的比值在一个合理的范围,从而无需设置两颗镜头,便能通过同一个取像模组同时实现微距功能和显微功能,在降低成本的同时,还能就节省电子设备内部的空间。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1是本申请第一实施方式的取像模组的结构示意图;

图2是第一实施方式中取像模组在微距模式时的MTF镜头解析力表现图;

图3是第一实施方式中取像模组在微距模式时的横向色差图(mm);

图4和图5分别是第一实施方式中取像模组在微距模式时的像散场曲线(mm)和畸变曲线图(%);

图6是第一实施方式中取像模组在显微模式时的MTF镜头解析力表现图;

图7是第一实施方式中取像模组在显微模式时的横向色差图(mm);

图8和图9分别是第一实施方式中取像模组在显微模式时的像散场曲线(mm)和畸变曲线图(%);

图10是本申请第二实施方式的取像模组的结构示意图;

图11是第二实施方式中取像模组在微距模式时的MTF镜头解析力表现图;

图12是第二实施方式中取像模组在微距模式时的横向色差图(mm);

图13和图14分别是第二实施方式中取像模组在微距模式时的像散场曲线(mm)和畸变曲线图(%);

图15是第二实施方式中取像模组在显微模式时的MTF镜头解析力表现图;

图16是第二实施方式中取像模组在显微模式时的横向色差图(mm);

图17和图18分别是第二实施方式中取像模组在显微模式时的像散场曲线(mm)和畸变曲线图(%);

图19是本申请第三实施方式的取像模组的结构示意图;

图20是第三实施方式中取像模组在微距模式时的MTF镜头解析力表现图;

图21是第三实施方式中取像模组在微距模式时的横向色差图(mm);

图22和图23分别是第三实施方式中取像模组在微距模式时的像散场曲线(mm)和畸变曲线图(%);

图24是第三实施方式中取像模组在显微模式时的MTF镜头解析力表现图;

图25是第三实施方式中取像模组在显微模式时的横向色差图(mm);

图26和图27分别是第三实施方式中取像模组在显微模式时的像散场曲线(mm)和畸变曲线图(%);

图28是本申请实施方式的电子设备的结构示意图。

主要元件符号说明:

电子设备100

第一透镜L1、光阑STO、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5;

取像模组20、影像传感器22、盖板24、滤光片/保护玻璃26。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式,实施方式的示例在附图中示出,其中,相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本申请的实施方式,而不能理解为对本申请的实施方式的限制。

目前,电子设备,例如手机、PAD等上的微距功能是通过超广角镜头对焦到物距在近距离(例如3cm左右)的物体上实现的,由于超广角镜头的焦距仍较大,导致无法对焦到更近的距离而实现用户先要的显微功能。而且,随着电子设备中与超广角镜头搭配的影像传感器的尺寸在不断增大,超广角镜头的焦距也越来越大,对焦到3cm也很困难,因此要想实现微距功能也变得越来越困难。另一方面,电子设备上的显微镜头,通常是一颗定焦镜头且没有自动对焦功能,工作场景比较单一。因此,要想在电子设备上同时实现微距功能和显微功能,需要至少两颗镜头才能实现,这会导致成本的增加,也会占用电子设备内部更多的空间。为解决此问题,本申请提供一种取像模组20及电子设备100的图像获取方法。

请一并参阅图1、图10和图19,本申请实施方式的取像模组20从物侧至像侧依序包括第一透镜L1、光阑STO、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5及影像传感器22。第一透镜L1具有负屈光力。第二透镜L2具有正屈光力。第三透镜L3具有负屈光力。第四透镜L4具有正屈光力。第五透镜L5具有负屈光力。

光阑STO可以是孔径光阑或视场光阑。本申请实施方式以光阑STO是孔径光阑为例进行说明。光阑STO可以设置第一透镜L1和被摄物体之间,或在任意一枚透镜的表面上,或设置在任意两枚透镜之间。本申请实施方式中,光阑STO设置在第一透镜L1与第二透镜L2之间,可以更好地控制进光量,提升成像效果。

取像模组20满足以下条件式:0.80<|TTL/Diag|<1.20;其中,TTL为第一透镜L1的物侧面3至取像模组20的成像面16的轴上距离,Diag为影像传感器22的对角线长度。也即是说,|TTL/Diag|可以为区间(0.800,1.200)内的任意数值,例如,该值可以为0.821、0.832、0.844、0.855、0.866、0.875、0.885、0.905、0.953、0.994、1.005、1.021、1.155、1.166、1.198等等。

本申请的取像模组20中,第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、及第五透镜L5具有合理的厚度配置,影像传感器22具有合理的尺寸大小,使得取像模组的光学总长与影像传感器22的对角线长度之间的比值在一个合理的范围,从而无需设置两颗镜头,便能通过同一个取像模组20同时实现微距功能和显微功能,在降低成本的同时,还能就节省电子设备100(图28所示)内部的空间。

在某些实施方式中,取像模组20满足下列条件式:0.3<|f/f1|<0.6;其中,f1为第一透镜L1的焦距,f为取像模组20的系统焦距。也即是说,|f/f1|可以为区间(0.3,0.6)内的任意数值,例如,该值可以为0.547、0.754、0.935、0.937、1.271、1.329、1.343、1.362、1.368、1.464、1.585等等。

取像模组20满足条件式0.3<|f/f1|<0.6时,第一透镜L1提供负屈光力,合理分配取像模组20的正负屈光力,可有效平衡和控制取像模组20的球差,校正取像模组20的像差,有效消除取像模组20的色差,降低取像模组20的敏感度,从而提高取像模组20的成像品质。

在某些实施方式中,取像模组20满足下列条件式:0.7<|f/f2|<1.5;其中,f2为第二透镜L2的焦距,f为取像模组20的系统焦距。也即是说,|f/f2|可以为区间(0.7,1.5)内的任意数值,例如,该值可以为0.747、0.754、0.935、0.937、1.271、1.329、1.343、1.362、1.368、1.464、1.485等等。

取像模组20满足条件式0.7<|f/f2|<1.5时,第二透镜L2提供正屈光力,合理分配取像模组20的正负屈光力,可有效平衡和控制取像模组20的球差,校正取像模组20的像差,有效消除取像模组20的色差,降低取像模组20的敏感度,从而提高取像模组20的成像品质。

在某些实施方式中,取像模组20满足下列条件式:0.3<|f/f3|<0.7;其中,f3为第三透镜L3的焦距,f为取像模组20的系统焦距。也即是说,|f/f3|可以为区间(0.3,0.7)内的任意数值,例如,该值可以为0.347、0.354、0.335、0.337、0.427、0.459、0.500、0.560、0.580、0.600、0.620、0.680等等。

取像模组20满足条件式0.3<|f/f3|<0.7时,第三透镜L3提供负屈光力,合理分配取像模组20的正负屈光力,可有效平衡和控制取像模组20的球差,校正取像模组20的像差,有效消除取像模组20的色差,降低取像模组20的敏感度,从而提高取像模组20的成像品质。

在某些实施方式中,取像模组20满足下列条件式:1.0<|f/f4|<3.0;其中,f4为第四透镜L4的焦距,f为取像模组20的系统焦距。也即是说,|f/f4|可以为区间(1.0,3.0)内的任意数值,例如,该值可以为1.747、1.754、1.935、1.937、2.271、2.329、2.343、2.362、2.368、2.464、2.485、2.555、2.652、2.685、2.885、2.965等等。

取像模组20满足条件式1.0<|f/f4|<3.0时,第四透镜L4提供正屈光力,合理分配取像模组20的正负屈光力,可有效平衡和控制取像模组20的球差,校正取像模组20的像差,有效消除取像模组20的色差,降低取像模组20的敏感度,从而提高取像模组20的成像品质。

在某些实施方式中,取像模组20满足下列条件式:0.8<|f/f5|<2.5;其中,f5为第五透镜L5的焦距,f为取像模组20的系统焦距。也即是说,|f/f5|可以为区间(0.8,2.5)内的任意数值,例如,该值可以为0.847、0.854、0.935、1.837、1.827、1.959、1.999、2.060、2.180、2.200、2.320、2.480等等。

取像模组20满足条件式0.8<|f/f5|<2.5时,第五透镜L5提供负屈光力,合理分配取像模组20的正负屈光力,可有效平衡和控制取像模组20的球差,校正取像模组20的像差,有效消除取像模组20的色差,降低取像模组20的敏感度,从而提高取像模组20的成像品质。

在某些实施方式中,当取像模组20在微距模式时,物体在影像传感器22上成像的放大倍率X1满足以下条件式:0.01≤X1≤0.15,其中,放大倍率为物体的像高与物高的比值。由此,既可满足用户对取像模组20高像素、小型化需求的同时,还能实现微距拍摄功能。

在某些实施方式中,当取像模组20在显微模式时,物体在影像传感器22上成像的放大倍率X2满足以下条件式:0.30≤X2≤0.80,其中,放大倍率为物体的像高与物高的比值。由此,既可满足用户对取像模组20高像素、小型化需求的同时,还能实现显微拍摄功能。

在某些实施方式中,取像模组20还可包括盖板24。盖板24设置在第一透镜L1的物侧面3所在的一侧。在一个实施方式中,盖板24为取像模组20的保护盖板,也就是说,盖板24位于取像模组20的最外侧,对内部的第一透镜L1、光阑STO、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、及影像传感器22起到保护作用,保护包括防水、防尘、防摔等。在另一些实施方式中,盖板24内部可嵌设有发热件,例如发热丝,在发热丝通电时,发热丝就会发热,在取像模组20在较低温度的环境下工作时,发热丝发出的热量能够起到除雾的效果,从而提升在较低温度拍摄时的成像品质。

在某些实施方式中,取像模组20还可包括滤光片26。滤光片26设置在第五透镜L5和影像传感器22之间,用于滤除特定波长的光线。在本申请的实施方式中,滤光片26为红外滤光片26。当取像模组20用于成像时,被摄物体发出或者反射的光线从物侧方向进入取像模组20,并依次穿过第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、以及红外滤光片26的物侧面13和像侧面14,最终汇聚到影像传感器22的成像面16上。此时,光阑STO还可设置在第五透镜L5和滤光片26之间。

在某些实施方式中,取像模组20还可包括保护玻璃26。保护玻璃26设置在第五透镜L5和影像传感器22之间。在本申请的实施方式中,保护玻璃26用于保护影像传感器22,以延长取像模组20的使用寿命。

在某些实施方式中,第一透镜L1至第五透镜L5为塑料透镜或玻璃透镜。本申请的第一实施方式至第三实施方式中,第一透镜L1至第五透镜L5可均为玻璃透镜。如此,取像模组20通过对透镜的材料的合理配置,在校正像差和解决温漂问题的同时可以实现超薄化。本申请的第一实施方式至第三实施方式中,第一透镜L1至第五透镜L5也可均为塑料透镜。如此,取像模组20通过对透镜的材料的合理配置,在校正像差的同时可以节省成本。

在某些实施方式中,第一透镜L1具有物侧面3及像侧面4。第二透镜L2具有物侧面6及像侧面7。第三透镜L3具有物侧面8及像侧面9。第四透镜L4具有物侧面10及像侧面11。第五透镜L5具有物侧面12及像侧面13。取像模组20中第一透镜L1至第五透镜L5的至少一个表面为非球面。例如,第一实施方式至第三实施方式中,第一透镜L1至第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面。非球面的面型由以下公式决定:

如此,取像模组20可以通过调节各透镜表面的曲率半径和非球面系数,有效减小取像模组20的总长度,并可以有效地校正像差,提高成像质量。

第一实施方式

请参阅图1至图9,从物侧至像侧,第一实施方式的取像模组20依序包括盖板24、第一透镜L1、光阑STO、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、滤光片/保护玻璃26、及影像传感器22。

第一透镜L1具有负屈光力。第二透镜L2具有正屈光力。第三透镜L3具有负屈光力。第四透镜L4具有正屈光力。第五透镜L5具有负屈光力。第一透镜L1至第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面。

滤光片26为红外滤光片,且为玻璃材质,其设置在第五透镜L5及影像传感器22的成像面16之间,且不影响取像模组20的焦距。

第一实施方式中,取像模组20的焦距为f=1.93mm。在微距模式下,例如物距为3cm时,系统长度(Total Track Length,TTL)为4.23mm,光学后焦BFL为0.75mm,最大像高处的视场角(Field Of View,FOV)为83.5度,光圈值(f-number)为3.2。在显微模式下,例如物距为5mm时,TTL为5.11mm,BFL为1.63mm,最大像高处的视场角为69.8度,光圈值为3.9。

取像模组20满足下面表格的条件:

表1

表2

第二实施方式

请参阅图10至图18,从物侧至像侧,第二实施方式的取像模组20依序包括盖板24、第一透镜L1、光阑STO、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、滤光片/保护玻璃26、及影像传感器22。

第一透镜L1具有负屈光力。第二透镜L2具有正屈光力。第三透镜L3具有负屈光力。第四透镜L4具有正屈光力。第五透镜L5具有负屈光力。第一透镜L1至第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面。

滤光片26为红外滤光片,且为玻璃材质,其设置在第五透镜L5及影像传感器22的成像面16之间,且不影响取像模组20的焦距。

第二实施方式中,取像模组20的焦距为f=1.83mm。在微距模式下,例如物距为3cm时,TTL为4.19mm,光学后焦BFL为0.65mm,最大像高处的视场角(Field Of View,FOV)为86.4度,光圈值(f-number)为3.2。在显微模式下,例如物距为5mm时,TTL为4.83mm,BFL为1.29mm,最大像高处的视场角为73.4度,光圈值为3.9。

取像模组20满足下面表格的条件:

表3

表4

第三实施方式

请参阅图19至图27,从物侧至像侧,第二实施方式的取像模组20依序包括盖板24、第一透镜L1、光阑STO、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、滤光片/保护玻璃26、及影像传感器22。

第一透镜L1具有负屈光力。第二透镜L2具有正屈光力。第三透镜L3具有负屈光力。第四透镜L4具有正屈光力。第五透镜L5具有负屈光力。第一透镜L1至第五透镜L5的物侧面和像侧面均为非球面。

滤光片26为红外滤光片,且为玻璃材质,其设置在第五透镜L5及影像传感器22的成像面16之间,且不影响取像模组20的焦距。

第三实施方式中,取像模组20的焦距为f=1.64mm。在微距模式下,例如物距为3cm时,TTL为3.73mm,光学后焦BFL为0.65mm,最大像高处的视场角(Field Of View,FOV)为94.6度,光圈值(f-number)为3.2。在显微模式下,例如物距为5mm时,TTL为4.21mm,BFL为1.13mm,最大像高处的视场角为83.3度,光圈值为3.9。

取像模组20满足下面表格的条件:

表5

表6

请参阅图28,电子设备100包括壳体40和上述实施方式的取像模组20。取像模组20安装在壳体40上以获取图像。

请结合图1、图10和图19,本申请实施方式的电子设备100可以在获得优良成像品质的同时,保证取像模组20的小型化。此外,取像模组20通过设置在第一透镜L1与第二透镜L2之间的光阑,扩大相对孔径的尺寸,增加进光量,有利于获得噪点较少、画质较好的显示图像。进一步地,取像模组20满足条件式0.80<|TTL/Diag|<1.20,第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、及第五透镜L5具有合理的厚度配置,影像传感器22具有合理的尺寸大小,使得取像模组的光学总长与影像传感器22的对角线长度之间的比值在一个合理的范围,从而无需设置两颗镜头,便能通过同一个取像模组20同时实现微距功能和显微功能,在降低成本的同时,还能就节省电子设备100内部的空间。

本申请实施方式的电子设备100包括但不限于为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、个人计算机(personal computer,PC)、电子书籍阅读器、便携多媒体播放器(PMP)、便携电话机、视频电话机、相机、数码静物相机、游戏机、移动医疗装置、智能手表、可穿戴式设备等信息终端设备或具有拍照功能的家电产品等。

在本说明书的描述中,参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式,可以理解的是,上述实施方式是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型,本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

技术分类

06120114720245