[发明专利]用于成像的四透镜模块

说明书

技术领域

本发明涉及光学模块，例如用于移动电话中成像的那些光学模块，特别是包括四个透镜的光学模块。

背景技术

移动电话越来越薄、分辨率越来越高的趋势导致镜头模块具有特殊的设计，镜头模块由组装至镜筒（lens holder）的一个至数个镜片、以及光圈组成。并且，对于瞄准大额市场的模块来说，必须将注意力放在可制造性上，因为只有当制造产量接近100%时，才能设想每天生产好几万个镜头模块。

根据用户的规范，对设计产生主要影响的约束有：

有效焦距

有效焦距决定了模块的总体尺寸。下文中有效焦距将被称作EFL。

后焦距

后焦距，或者BFL，是最靠近传感器的透镜的顶点与传感器的顶部表面之间的距离，其中最靠近传感器的透镜的顶点是光轴与最接近传感器的透镜的表面的交点。

屈光度（convergence）

屈光度C是EFL的倒数。它也被称为透镜的屈光力。

视场

与影像的尺寸相结合，EFL也决定了视场，其中该影像将会在模块的焦平面上形成，该视场被称作FOV。

当在模块的焦平面上形成直径为D的圆形影像时，其中该影像的中心位于光轴与焦平面的交叉点处，FOV由以下关系式定义：

FOV=2.Arctan(D/[2.EFL])

其中Arctan是角的正切的反函数。

当影像是矩形时，直径D是矩形的对角线的尺寸。矩形的中心位于光轴与像平面的交叉点处，被称为影像中心。

用于定义点的位置的常规惯例是使用影像高度或者角度，其中高度是这个点到影像中心的距离，角度是对着影像中心与这个点之间的部分的角度，它们都被表示为极大半FOV的百分比“x”，标记为x%hFOV。

在行业中已知的是，FOV越大，几何畸变越大，越难实现具有高解析度和低像散的镜头。

孔径数（aperture number）F#

模块的孔径光阑限制进入模块的光线，且和EFL一起决定了模块的孔径数，孔径数被称为F#，等于EFL与孔径光阑的直径的比率。

孔径光阑通常被称为光阑（Stop），因为它用于限制进入模块的光线。

F#对四个重要参数有主要影响：到达传感器的光线，其与F#的平方成反比，景深（DoF），超焦距（HyF），以及焦深（dof），超焦距是物体在从该距离的一半到无穷远处都能在传感器上形成清晰影像的焦点处，焦深是传感器的位置相对于镜头模块的位置的容许范围。

分辨率

分辨率由调制传递函数（MTF）在给定空间频率下测量。分辨率代表了影像的黑色区域和白色区域之间的对比度，其中该影像由一系列交替的等宽黑、白条纹（stripe）组成，一对条纹的宽度是空间频率的倒数（inverse）。

MTF通常表示为最大可能对比度的百分比。最大MTF是100%，给定镜头的MTF性能从0%到100%变化。

空间频率用每毫米的线对（Line Pair）表示，缩写为lppm。

像差

像差是几何像差和色差。

几何像差包括几何畸变、像散、以及影像的不同区域之间的EFL差异。它们取决于镜片轴线上的曲率、以及非球面系数，该非球面系数定义了在轴线的给定距离上、在轴线上具有相同半径的球面表面与透镜表面之间的距离。

色差包括“色边”（物体的边缘被不同颜色的平行边缘包围）和“色区”（白色影像出现例如粉色边角）。

目标成本

模块的目标成本主要取决于构成模块的透镜的数量。本发明允许减少像差，这通过平衡透镜的曲率的屈光度而不是增加更多的透镜来实现。

关于EFL、C、BFL、FOV、MTF、以及F#的更多细节可以在学术文献中找到，例如Warren J Smith、McGraw Hill的“Modern Optical Engineering”。