專利名稱：廣角鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型廣角鏡系統(tǒng)，具體地說，涉及一種用于固態(tài)圖像傳感器的低成本、小型超廣角鏡系統(tǒng)，該超廣角鏡系統(tǒng)適用于諸如電視電話、視頻對講電話、監(jiān)控相機、車載相機等數(shù)字圖像攝像設(shè)備，該廣角鏡系統(tǒng)具有良好的光學(xué)性能，具有約為170度的總視角。
背景技術(shù)：
人們已普遍地知道用于固態(tài)圖像傳感器的廣角鏡系統(tǒng)。例如，第H6-34879號日本專利申請公示和第2001-337268號日本專利申請公示公開了三透鏡結(jié)構(gòu)的廣角鏡系統(tǒng)。但是，這些廣角鏡系統(tǒng)具有120度的總視角，這樣的視角不能勝任相攝超廣角的范圍。
另一方面，第2004-102162號日本專利申請公告公開了一種超廣角鏡系統(tǒng)，它對拍攝區(qū)能提供約為170度的總視角。但是，這種超廣角鏡系統(tǒng)是由多達總共為八個透鏡元件組成，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和很長的總透鏡長度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述的問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良光學(xué)性能的低成本、小型超廣角鏡系統(tǒng)。
為達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明一個方面的廣角鏡系統(tǒng)基本上包括從物體一側(cè)起，(1)由玻璃構(gòu)成的第一透鏡元件，其兩個表面同樣形成為對物體一側(cè)是凸面的彎月形的球面，并具有負的光放大率；(2)第二透鏡元件，它具有對圖像一側(cè)是凸面的彎月形，并具有正的光放大率；(3)孔徑光闌；以及(4)第三透鏡元件，它具有對圖像一側(cè)是凸面的彎月形，并具有正的光放大率。
為達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明另一方面的廣角鏡系統(tǒng)基本上包括從物體一側(cè)起，(1)由玻璃構(gòu)成的第一透鏡元件，其兩個表面同樣被形成為對物體一側(cè)是凸面的彎月形的球面，并具有負的光放大率；(2)由塑料構(gòu)成的第二透鏡元件，它具有至少一個非球面的表面，并具有正的光放大率；(3)孔徑光闌；以及(4)由塑料構(gòu)成的第三透鏡元件，它具有至少一個非球面的表面，并具有正的光放大率。
在根據(jù)本發(fā)明的上述廣角鏡系統(tǒng)中，較佳的是要滿足下面的條件公式(1)2W＞150° (1)此處，2W表示總視角。
在根據(jù)本發(fā)明的上述廣角鏡系統(tǒng)中，較佳的是要滿足下面的條件公式(2)1＜T3/F＜3.5 (2)此處，T3表示第二透鏡元件的軸向厚度，以及F表示整個系統(tǒng)的焦距。
在根據(jù)本發(fā)明的上述廣角鏡系統(tǒng)中，較佳的是要滿足下面的條件公式(3)-0.5＜F/F1＜-0.1 (3)此處，F(xiàn)表示整個系統(tǒng)的焦距，以及F1表示第一透鏡元件的焦距。
根據(jù)本發(fā)明可提供一種具有優(yōu)良光學(xué)性能的低成本、小型廣角鏡系統(tǒng)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例(示例1)的廣角鏡系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例(示例2)的廣角鏡系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)圖；圖3A是在示例1中透鏡系統(tǒng)的球面像差圖；圖3B是在示例1中透鏡系統(tǒng)的像散圖；圖3C是在示例1中透鏡系統(tǒng)的畸變圖；圖4A是在示例2中透鏡系統(tǒng)的球面像差圖；圖4B是在示例2中透鏡系統(tǒng)的像散圖；圖4C是在示例2中透鏡系統(tǒng)的畸變圖。
具體實施例方式
參照附圖將給出根據(jù)本發(fā)明廣角鏡系統(tǒng)的實施例的描述。在本文件中，術(shù)語“放大率”表示由焦距倒數(shù)所限定的一個量。
圖1和圖2，以光學(xué)橫截面分別示出第一和第二實施例超廣角鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。這些超廣角鏡系統(tǒng)每個都是固定焦距的透鏡元件，它把光學(xué)圖像形成于固態(tài)的圖像傳感器，例如CCD上。這些超廣角鏡系統(tǒng)各包括第一透鏡元件FL1，它具有負的光放大率，第二透鏡元件FL2，它具有正的光放大率，孔徑光闌ST，和第三透鏡元件FL3，它具有正的光放大率，它們按所提的順序從物體一側(cè)起設(shè)置，因此包含其中的透鏡元件的數(shù)目為3個。在第三透鏡元件FL3的圖像一側(cè)，設(shè)置著以平行的平面板形式、對應(yīng)于光低通濾光器等的玻璃濾光器GF。
更準確地說，第一透鏡元件FL1是具有對物體一側(cè)是凸面的彎月形的玻璃透鏡元件，并具有負的光放大率。第一透鏡元件FL1的兩表面都被形成為球面。把位于物體一側(cè)最近旁的透鏡元件的表面形成為凸面形，可校正發(fā)生在具有負的光放大率的透鏡元件上的畸變。另外，在物體一側(cè)最近旁用玻璃透鏡元件構(gòu)成第一透鏡元件FL1，可減少由諸如溫度變化的環(huán)境變化造成的性能變壞。而且，用球面玻璃透鏡元件構(gòu)成第一透鏡元件FL1，成本可比用非球面玻璃透鏡元件構(gòu)成它的成本更低。
第二透鏡元件FL2和第三透鏡元件FL3各是塑料透鏡元件，它們具有對圖像一側(cè)是凸面的彎月形，并具有正的光放大率。第二透鏡元件FL2和第三透鏡元件FL3各有兩個表面被形成為非球面。形成具有對圖像一側(cè)為凸面的彎月形并具有正的光放大率的第二透鏡元件FL2和第三透鏡元件FL3，可使發(fā)生于具有負的光放大率的第一透鏡元件FL1上的各種像差得到良好的校正。另外，用具有至少一個非球面表面的塑料透鏡元件構(gòu)成第二透鏡元件FL2和第三透鏡元件FL3中的每一個，在所用透鏡元件數(shù)量方面可顯著地減少用球面玻璃透鏡元件構(gòu)成它們中的每一個所用透鏡元件的數(shù)目。因此，就樣就可獲得較短的透鏡總長度，且還可能以低成本提供廣角鏡系統(tǒng)。
接著，將給出各實施例的廣角鏡系統(tǒng)必須滿足的條件公式的描述。注意，并不需要同時滿足上述所有的公式；所以，根據(jù)光學(xué)結(jié)構(gòu)，通過分別滿足各個條件公式可獲得相應(yīng)的機制和效果。從光學(xué)性能、減小尺寸、組裝等觀點來看，很明顯，滿足多個條件公式是較好的。
(條件公式1)
2W＞150° (1)此處2W表示總視角。
條件公式(1)限定了總視角的條件。如果條件公式(1)不滿足，不能完成拍攝廣闊的范圍，因此不能用作超廣角鏡系統(tǒng)。
(條件公式2)1＜T3/F＜3.5 (2)此處T3表示第二透鏡元件的軸向厚度，以及F表示整個系統(tǒng)的焦距。
條件公式(2)限定了用于平衡透鏡系統(tǒng)的總長度和對第二透鏡元件(FL2)作像差校正的條件。如果T3/F的值變得等于或低于公式(2)的下限，則在減少透鏡系統(tǒng)的總長度上變得有利，但顯著地導(dǎo)致更差的像差(尤其是場的曲率和畸變像)。相反，如果T3/F的值變得等于或高于條件公式(2)的上限，則在光學(xué)性方面變得有利，但導(dǎo)致透鏡系統(tǒng)的總長度較長。更佳的是，滿足下面的條件公式(2a)1.5＜T3/F＜3 (2a)(條件公式3)-0.5＜F/F1＜-0.1 (3)此處F表示整個系統(tǒng)的焦距，以及F1表示第一透鏡元件FL1的焦距。
條件公式(3)限定了用于平衡透鏡系統(tǒng)的總透鏡長度和對第一透鏡元件FL1作像差校正的條件。如果F/F1的值變得等于或低于條件公式(3)的下限，則在減少透鏡系統(tǒng)的總長度方面變得有利，但顯著地導(dǎo)致較差的畸變。相反，如果F/F1的值變得等于或高于公式(3)的上限，則在校正畸變方面變得有利，但導(dǎo)致透鏡系統(tǒng)較長的總長度。更佳的是，滿足下面的條件公式(3a)。
-0.3＜F/F1＜-0.2 (3a)(示例)在下面，將參考透鏡的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)來詳細討論具體實施本發(fā)明的攝像透鏡的實際示例。在下面表示的示例1和示例2分別對應(yīng)于第一和第二實施例。因此，分別表示第一和第二實施例的透鏡結(jié)構(gòu)圖(圖1和圖2)示出對應(yīng)于示例1和示例2的透鏡結(jié)構(gòu)。
在各示例的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中，ri(i＝1，2，3，……)表示從物體一側(cè)起計算的第i個表面的曲率半徑(以mm為單位)；di(i＝1，2，3，……)表示從物體一側(cè)起計算的第i個表面的軸向距離(以mm為單位)；以及∑d表示光學(xué)系統(tǒng)的總長度(以mm為單位)。Ni(i＝1，2，3，……)和vi(i＝1，2，3，……)分別表示從物體一側(cè)起計算的第i個光學(xué)元件對d-線的折射率(Nd)和色散系數(shù)(vd)。整個系統(tǒng)的焦距(f，mm)和F數(shù)(FNO)同其它數(shù)據(jù)一起表示。表1示出相對于條件公式的諸值。
在各示例中，其曲率半徑ri用星號(*)標(biāo)出的表面是一個具有非球面形狀的折射光學(xué)表面，并由下面表示該非球面表面的形狀的公式(AS)所限定。各示例的非球面表面數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)一起表示。
X(H)＝(C·H2)/[1+_(1-ε·C2·H2)]+∑(Ai·Hi)………………(AS)此處X(H)表示在高度為H(相對于頂點)時，在光軸AX方向上的位移；H表示在垂直于光軸AX方向上的高度；C表示近軸曲率(＝1/曲率半徑)；ε表示二次曲面參數(shù)；以及Aj表示第i階非球面表面系數(shù)。
圖3A到圖3C是示例1的像差圖。圖4A到圖4C是示例2的像差圖。圖3A和圖4A示出球面像差圖。圖3B和圖4B示出像散圖。圖3C和圖4C示出畸變像差圖。
在球面像差圖中，實線d表示對d-線的球面像差(以mm為單位)，鏈狀單劃線g表示對g-線的球面像差(以mm為單位)，鏈狀雙劃線的線c表示對c-線的球面像差(以mm為單位)，虛線SC表示與待完成正弦條件的偏離(以mm為單位)。垂直軸在球面像差圖中表示F數(shù)(FN0)，而在像散和畸變圖中則表示最大圖像高度Y′(以mm為單位)。在像散圖中，虛線DM表示對在子午面上d-線的像散(以mm為單位)，而實線DS則表示對在弧矢面上d-線的像散(以mm為單位)。在畸變圖中，實線表示對d-線的畸變(以％計算)。
<示例1>
f＝2.097
FNO＝2.8
ε＝1.0A4＝0.15045×10-2A6＝0.16607×10-3A8＝-0.40815×10-4A10＝0.21958×10-5 ε＝1.0A4＝0.13444×10-1A6＝-0.16674×10-2A8＝0.18304×10-3A10＝0.45788×10-6[第6表面(r6)的非球面表面的數(shù)據(jù)]ε＝1.0A4＝-0.10863×10-1A6＝-0.16249×10-2A8＝0.88957×10-2A10＝-0.20908×10-2[第7表面(r7)的非球面表面的數(shù)據(jù)]ε＝1.0A4＝0.12301×10-1A6＝0.24208×10-2A8＝-0.96666×10-3A10＝0.53821×10-3<示例2>
f＝1.875FNO＝2.8

ε＝1.0A4＝0.54002×10u-2A6＝-0.85537×10-3A8＝0.72417×10-4A10＝-0.27045×10-5[第4表面(r4)的非球面表面的數(shù)據(jù)]ε＝1.0A4＝0.20553×10-1A6＝-0.57032×10-2A8＝0.13338×10-2A10＝-0.71240×10-4 ε＝1.0A4＝-0.39253×10-2A6＝-0.57908×10-2A8＝0.13485×10-1A10＝-0.36536×10-2[第7表面(r7)的非球面表面的數(shù)據(jù)]ε＝1.0A4＝0.15550×10-1A6＝0.64826×10-2A8＝-0.23296×10-2A10＝0.90055×10-3下面示出對應(yīng)于由各示例的條件公式所限定的參數(shù)值。


在各示例中，所有在光學(xué)上有作用的表面都用折射的光學(xué)表面構(gòu)成，但也可用除了折射的光學(xué)表面以外的那些表面來構(gòu)成，例如反射的表面或衍射的表面。
如上所述，本發(fā)明可獲得一種具有良好的光學(xué)性能和廣闊的總視角的低成本的小型超廣角透鏡系統(tǒng)，作為用于三透鏡結(jié)構(gòu)構(gòu)成的固態(tài)圖像傳感器的攝像透鏡系統(tǒng)。因此，把這種超廣角透鏡系統(tǒng)應(yīng)用到諸如電視電話、門電話、監(jiān)控相機、車內(nèi)照機等數(shù)字攝像裝置的攝像透鏡系統(tǒng)，可對這種數(shù)字攝像裝置的角度展寬、功能增強、成本節(jié)省和尺寸減小作出貢獻。
從上面的描述可明顯地看到，可對本發(fā)明作出許多修改和變化。所以，應(yīng)該知道，本發(fā)明可用除了上面描述之外的任何其它方式來實施。
權(quán)利要求
1.一種廣角鏡系統(tǒng)，其特征在于所述廣角鏡系統(tǒng)基本上包括從物體一側(cè)起，由玻璃構(gòu)成的第一透鏡元件，其兩個表面都形成為對物體一側(cè)而言是凸面的彎月形的球面，并具有負的光放大率；第二透鏡元件，它具有對圖像一側(cè)而言是凸面的彎月形，并具有正的光放大率；孔徑光闌；以及第三透鏡元件，它具有對圖像一側(cè)而言是凸面的彎月形，并具有正的光放大率。
2.如權(quán)利要求1所述的廣角鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下面的條件公式(1)2W＞150° (1)此處，2W表示所述總視角。
3.如權(quán)利要求1所述的廣角鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下面的條件公式(2)1＜T3/F＜3.5 (2)此處，T3表示所述第二透鏡元件的軸向厚度，以及F表示所述整個系統(tǒng)的焦距。
4.如權(quán)利要求1所述的廣角鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下面的條件公式(3)-0.5＜F/F1＜-0.1 (3)此處，F(xiàn)表示所述整個系統(tǒng)的焦距，以及F1表示所述第一透鏡元件的焦距。
5.一種廣角鏡系統(tǒng)，其特征在于所述廣角鏡系統(tǒng)基本上包括從物體一側(cè)起，由玻璃構(gòu)成的第一透鏡元件，其兩個表面都被形成為對物體一側(cè)是凸面的彎月形的球面，并具有負的光放大率；由塑料構(gòu)成的第二透鏡元件，它具有至少一個非球面的表面，并具有正的光放大率；孔徑光闌；以及由塑料構(gòu)成的第三透鏡元件，它具有至少一個非球面的表面，并具有正的光放大率。
6.如權(quán)利要求5所述的廣角鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下面的條件公式(1)2W＞150° (1)此處，2W表示所述總視角。
7.如權(quán)利要求5所述的廣角鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下面的條件公式(2)1＜T3/F＜3.5 (2)此處，T3表示所述第二透鏡元件的軸向厚度，以及F表示所述整個系統(tǒng)的焦距。
8.如權(quán)利要求5所述的廣角鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下面的條件公式(3)-0.5＜F/F1＜-0.1 (3)此處，F(xiàn)表示所述整個系統(tǒng)的焦距，F(xiàn)1表示所述第一透鏡元件的焦距。
全文摘要
一種廣角鏡系統(tǒng)包括從物體一側(cè)起，(1)由玻璃構(gòu)成的第一透鏡元件，其兩個表面都被形成為對物體一側(cè)是凸面的彎月形的球面，并具有負的光放大率；(2)由塑料構(gòu)成的第二透鏡元件，具有對圖像一側(cè)是凸面的彎月形和正的光放大率；(3)孔徑光闌；以及(4)由塑料構(gòu)成的第三透鏡元件，具有對圖像一側(cè)是凸面的彎月形，并具有正的光放大率，而該廣角鏡系統(tǒng)總共包括三個透鏡元件。這樣就可提供一種具有良好光學(xué)性能、低成本的小型超廣角鏡系統(tǒng)。
文檔編號G02B9/12GK1821828SQ200610004669
公開日2006年8月23日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者廣瀬全利, 磯野雅史 申請人:柯尼卡美能達精密光學(xué)株式會社