專(zhuān)利名稱(chēng)：成像透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輕小型的成像透鏡，它用于安裝在汽車(chē)中的相機(jī)監(jiān)視相機(jī)，數(shù)字相機(jī)，裝在移動(dòng)電話中的相機(jī)或諸如此類(lèi)采用CCD，CMOS，其它光感受器的相機(jī)。
背景技術(shù)：
裝在監(jiān)視相機(jī)，數(shù)字相機(jī)，和其它采用CCD，CMOS，或其它光感受器的裝置中的成像透鏡需要提供能真實(shí)地重現(xiàn)研究對(duì)象的能力。近年來(lái)，還把CCD本身或CCD機(jī)機(jī)制作得更小，這就不可避免地伴隨著對(duì)裝于其中的成像透鏡增加小型化和緊湊設(shè)計(jì)的要求。與CCD的小型化比較起來(lái)，還對(duì)CCD和其它光感受器還幾百萬(wàn)量級(jí)的象素上的提供高的分辨率。對(duì)用于具有這種傳感器相機(jī)的透鏡，還要能證明其高的光學(xué)性能，已經(jīng)不可避免地成為必需的了。在過(guò)去，為了證明高的光學(xué)性能，已采用許多透鏡元件來(lái)校正像差。
CCD，CMOS，或其它不感受器的特性在于裝在其中各象素的光線角是有限度的。在裝配著不計(jì)較這個(gè)特性的光學(xué)系統(tǒng)的相機(jī)中，周邊的光強(qiáng)被降低，并產(chǎn)生隱蔽。為了對(duì)這些效應(yīng)作補(bǔ)償，已使用一些方法，因此裝了一種電校正電路，或安裝一種與光感受器形成一對(duì)的微透鏡陣列或諸如此類(lèi)的陣列，而在元件表面上接收光處的角度被放大，或諸如此類(lèi)。換句話說(shuō)，已采用了把出射光孔放在離圖像表面盡可能遠(yuǎn)的合適位置上的結(jié)構(gòu)。
另一方面，在成像透鏡和CCD之間必須有一空隙，在這空隙中插入低通濾色片，阻斷紅外的濾色片，或諸如此類(lèi)的濾色片。所以，存在著一個(gè)限度，就是說(shuō)，成像透鏡的后焦距必須被延伸到某個(gè)程度。
在JP-A 2002-228922中揭示一種具有高分辨率，少量透鏡元件，緊湊結(jié)構(gòu)的成像透鏡。在其中揭示的成像透鏡由成為三組的4個(gè)元件組成，而其中第二和第三透鏡是由單個(gè)透鏡組成的。包含拐點(diǎn)的非球面表面還被用作透鏡表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種輕型，緊湊的成像透鏡，由此，可把相對(duì)于光感受器的光件表面的最大出射角做得比視角小，以便防止隱蔽，而為了適用于幾百萬(wàn)象素的高分辨率，可校正像差。
本發(fā)明的另一目的是提供一種輕型，緊湊的成像透鏡，在這種透鏡中，在透鏡表面，使用不含有拐點(diǎn)的非球面表面，在這種透鏡中，為了適用于幾百萬(wàn)象素的高分辨率可校正像差，而這一點(diǎn)對(duì)制造是有利的，且這種透鏡具有少量的組分透鏡元件。
為了獲得上面得到的目的，根據(jù)本申請(qǐng)第一發(fā)明的成像透鏡包括在三個(gè)組中的三個(gè)元件，其中具有正凹凸透鏡，它的凸表面朝著物體一體的第一透鏡，在其后放置的，它的凹凸透鏡具有負(fù)的光焦度的第二透鏡，以及具有正或負(fù)光焦度的第三透鏡，從物體一側(cè)被依次地配置，而第二和第三透鏡起著校正透鏡的作用。與第二和第三透鏡相比，第一透鏡還具有較強(qiáng)的光焦度。而且，在第一，第二和第三透鏡之中，至少第二透鏡和第三透鏡的兩個(gè)表面都是非球面的。并且，至少一個(gè)非球面的拐點(diǎn)被形成在第三透鏡的非球面表面上。
在這個(gè)配置中，在前面提到的第一透鏡兩側(cè)透鏡表面之中的透鏡表面的至少一個(gè)表面可以是非球面表面。
在本發(fā)明的成像透鏡中，當(dāng)成像透鏡的總焦距是f時(shí)，第一透鏡的焦距為f1，從第一透鏡在物體側(cè)的入射表面到成像表面的距離為∑d，而第二透鏡的色散系數(shù)為vd2，則滿(mǎn)足下列限制公式0.5＜f1/f＜1.5 (1)0.5＜∑d/f＜1.5(2)50＞vd2(3)限制公式(1)是用于保證使球面像差保持穩(wěn)定和保證整體透鏡系統(tǒng)是緊湊的條件。如果下限被超過(guò)，則透鏡系統(tǒng)雖可被做成緊湊的，但它變得難以校正球面像差。如果上限被超過(guò)，球面像差雖變得容易校正，但要保持整體透鏡系統(tǒng)緊湊變得不可能。通過(guò)滿(mǎn)足這個(gè)限制公式，可把透鏡系統(tǒng)做得緊湊，同時(shí)又保持滿(mǎn)意的球面像差狀態(tài)。
在本發(fā)明中，可通過(guò)把第一透鏡制作成其凸表面朝向物體側(cè)，具有正凹凸透鏡、且滿(mǎn)足限制公式(1)的透鏡來(lái)減少成像透鏡的總長(zhǎng)度。
限制公式(2)也是用于保證整體透鏡系統(tǒng)更為緊湊的條件。尤其是在安裝于移動(dòng)電話中相機(jī)所使用的成像透鏡的情況下，降低整體透鏡系統(tǒng)的尺寸，而同時(shí)減少透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)度是必要的。為了滿(mǎn)足這些要求，較佳的是，把光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得能滿(mǎn)足限制公式(2)。低地限制公式(2)的下限，雖可把透鏡系統(tǒng)做成緊湊的，但各種類(lèi)型的像差變得難以校正。超過(guò)其上限也是不可選的，因?yàn)橥哥R系統(tǒng)的尺寸增加。
限制公式(3)是用于使第二透鏡的色散系數(shù)等于50或更小，并保證同軸有色像差和離軸有色像差保持穩(wěn)定的條件。
這樣來(lái)設(shè)計(jì)在本發(fā)明的成像透鏡中的第三透鏡，使得其在圖像側(cè)朝向圖像的透鏡表面的周邊部分是凸的，且其在物體側(cè)的透鏡表面和在圖像例的透鏡表面被提供一點(diǎn)或多點(diǎn)非球面拐點(diǎn)是較佳的。通過(guò)以這種方式形成的透鏡表面可滿(mǎn)意地校正彗形像差和象散像差，還可滿(mǎn)意地校正失真。
作為在成像表面是CCD或CMOS情況中的特征性能，結(jié)合到各象素中的光線角度是有限度的，而該光線角朝著圖像的周邊增加。為減輕這現(xiàn)象，采取一種結(jié)構(gòu)，由此在圖像側(cè)第三透鏡的透鏡表面的周?chē)潜黄D(zhuǎn)的非球面表面，其凸出邊緣朝向圖像表面，而主光線的最大出射角是30°或更小也是較佳的。由此獲得非球面的校正，從而防止隱蔽在圖像周?chē)l(fā)生。
一種根據(jù)本申請(qǐng)第二發(fā)明的成像透鏡包括在三組中的三個(gè)元件，其中其凹凸透鏡具有正光焦度，且它的凸面朝向物體側(cè)的第一透鏡，其凹凸透鏡具有正或負(fù)的光焦度，且它的凹面朝向物體側(cè)的第二透鏡，和具有正光焦度的第三透鏡從物體側(cè)被依次配置。
在第一，第二和第三透鏡的表面之中，至少一個(gè)透鏡的表面形狀由非球面形狀限定，在這表面中，拐點(diǎn)不在其有效的透鏡表面中出現(xiàn)。
因此，由于本發(fā)明的成像透鏡是一種由在三組中的三個(gè)元件所組成的透鏡系統(tǒng)，而位于物體側(cè)的第一透鏡，是作為其凸表面朝向物體一側(cè)、具有正凹凸透鏡的透鏡，來(lái)設(shè)計(jì)的，所以可減少透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)度。也通過(guò)把第二透鏡在物體側(cè)的透鏡表面制作成凹面的，可把出射孔的位置延伸，從而可防止隱蔽。而且，由于在這透鏡表面使用無(wú)拐點(diǎn)的非球面形狀，所以可把由于透鏡的加工誤差或組件誤差引起的分辨率損失減到最小，且便于生產(chǎn)。
在本文的本發(fā)明成像透鏡中，當(dāng)成像透鏡的總焦距為f，其后焦距為BF，第一透鏡的焦距為f1，在物體側(cè)第三透鏡的透鏡表面曲率為Ra，在圖像側(cè)第三透鏡的透鏡表面曲率為R6時(shí)，較佳的是滿(mǎn)足限制公式(A)直至(C)0.5＜f1/f＜1.5(A)
0.25＜BF/f＜1.0(B)1.0＜|Rb/Ra| (C)限制公式(A)是用于保證球面像差是穩(wěn)定的，并保證整體透鏡系統(tǒng)是緊湊的條件。低于它的下限，雖可使透鏡系統(tǒng)緊湊，但球面像差變得難以校正。相反，如果超過(guò)了它的上限，球面像差雖變得易于校正，但變得不可能保持整體透鏡系統(tǒng)緊湊。通過(guò)滿(mǎn)足限制公式可把透鏡系統(tǒng)制得緊湊，同時(shí)又保持滿(mǎn)意的球面像差狀態(tài)。
在本發(fā)明中，可通過(guò)把第一透鏡制作成其凸表面朝向物體側(cè)、具有正凹凸透鏡、并滿(mǎn)足限制公式(A)的透鏡來(lái)減少成像透鏡的總長(zhǎng)度。
限制公式(B)也是用于保證整體透鏡系統(tǒng)更好緊湊的條件。尤其是在安裝于移動(dòng)電話相同中所使用的成像透鏡的情況下，降低整體透鏡系統(tǒng)的尺寸，而同時(shí)減少透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)度是必要的。為了滿(mǎn)足這些要求，較佳的是，把光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得能滿(mǎn)足限制公式(B)。低于限制公式(B)的下限，雖可把透鏡系統(tǒng)做成緊湊的，但在透鏡系統(tǒng)和CCD或其它成像表面之間的結(jié)構(gòu)空間被損失掉，且各種類(lèi)型的像差變得難以校正。超過(guò)其上限也是不可選的，因?yàn)橥哥R系統(tǒng)的尺寸增加。
限制公式(C)涉及出射孔和后焦距，它是一個(gè)條件，在這條件中，曲率Ra的絕對(duì)值等于或大于曲率Rb的絕對(duì)值是不可選的，因?yàn)槌錾淇缀秃蠼咕啾豢s短。
其次，為了保證基本的光圈性能，當(dāng)成像表面是CCD，CMOS，或諸如此類(lèi)的器件時(shí)，在結(jié)合到各象素中的光線角上設(shè)置一限制。為減輕這現(xiàn)象，較佳的是，延伸這出射光孔，并把主光線的最大出射角校正到30°或更小。因而，可防止隱蔽以免在圖像表面的周?chē)霈F(xiàn)。通過(guò)合適的設(shè)計(jì)非球面的形狀還可滿(mǎn)意地校正失真。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)示例1成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第一發(fā)明；圖2是根據(jù)示例2成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第一發(fā)明；圖3是示于圖1中示例1的成像透鏡的像差圖
圖4是示于圖2中示例2的成像透鏡的像差圖；圖5是根據(jù)示例3和5成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這兩個(gè)示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第一發(fā)明；圖6是根據(jù)示例4成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第一發(fā)明；圖7是示于圖5中示例3成像透鏡的像差圖；圖8是示于圖6中示例4成像透鏡的像差圖；圖9是示于圖5中示例5成像透鏡的像差圖；圖10是示例A成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第二發(fā)明；圖11是示于圖10中示例A成像透鏡的像差圖；圖12是示例B和C成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這兩個(gè)示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第二發(fā)明；圖13是示于圖12中示例B成像透鏡的像差圖；以及圖14是示例C成像透鏡的像差圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第二發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
在下文將參考諸附圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的具有三組、三元件的成像透鏡的示例。
(示例1)在圖1中，用圖示出一種根據(jù)示例1的成像透鏡，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第一發(fā)明。本示例的成像透鏡100具有，從物體側(cè)向著圖像表面6依次設(shè)置的第一透鏡1，它的凹凸透鏡具有正光焦度，且它的凸表面朝向物體側(cè)；接著經(jīng)過(guò)光圈4放置的第二透鏡2，它的凹凸透鏡具有負(fù)光焦度，且它的凹表面朝向物體側(cè)；和具有正光焦度的第三透鏡，而第二和第三透鏡起著校正透鏡的作用。在本示例中，在透鏡1，2和3的兩側(cè)所有透鏡表面都是非球面的。在本示例中，覆蓋玻璃5裝于第三透鏡3的第二透鏡表面R6和圖像表面6之間。
在第三透鏡3中，把非球面拐點(diǎn)設(shè)置在第一透鏡表面R5中光圈直徑基本是50％的位置上，并把非球面轉(zhuǎn)折拐點(diǎn)設(shè)置在第二透鏡表面R6中光圈直徑基本是25％的附近。第三透鏡3的透鏡周邊的環(huán)形區(qū)，據(jù)此就形成向著成像表面?zhèn)鹊耐贡砻?，而把主光線的最大出射角調(diào)節(jié)到相對(duì)于63°總視角的22°。
用于本示例成像透鏡100整體光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如下F-數(shù) 3.5焦距f＝5.7mm總長(zhǎng) ∑d＝7.06mm用于本示例成像透鏡100透鏡表面的透鏡數(shù)據(jù)示于表1A；而用于確定透鏡表面的非球面形狀的非球面系數(shù)示于表1B。
表1AF-數(shù)3.5；f＝5.7mm；∑d＝7.06mm

(*指出非球面形狀)表1B

在表1A中，i指出從物體側(cè)計(jì)數(shù)透鏡表面的次序；R指出各透鏡表面的曲率d指出在透鏡表面之間的距離Nd指出各透鏡的折射率；以及vd指出透鏡的色散系數(shù)。透鏡表面i旁邊的星號(hào)(*)指出該透鏡表面是非球面的。
當(dāng)在光軸方向的軸是X，在垂直于該光軸方向的高度是H，圓椎形系數(shù)是k，以及非球面系數(shù)是A，B，C和D時(shí)，在透鏡表面所使用的非球面形狀由下面的方程指出。
X=H2R1+1-(K-1)(HR)2+AH4+BH6+CH8+DH10]]>用于指出非球面形狀的符號(hào)和方程的含義在示例2，3，4和5中相同的。在本示例中，由f1/f＝0.84，∑d/f＝1.24，以及vd2＝29，所以，滿(mǎn)足限制公式(1)直到(3)。
圖3是示出在示例1成像透鏡100中的像差的像差圖，在該圖中，SA指出球面像差，OSC指出正弦條件，AS指出象散像差，以及DIST則指出失真。在象散像差A(yù)S中的T指出正切圖像表面，而S指出弧矢象面。在該圖底部的像差圖中示出橫向像差，且在該圖中，DX指出有關(guān)X光孔坐標(biāo)的橫向指向的X像差；而DY則指出有關(guān)Y光孔坐標(biāo)的橫向指出Y像差。在示出示例2，3，4和5的像差圖中，這些符號(hào)的含義也是相同的。
(示例2)圖2是根據(jù)示例2成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第一發(fā)明，在本示例的成像透鏡110中，其凸表面朝向物體側(cè)、具有正彎形的第一透鏡11，其凹表面朝向物體側(cè)、具有負(fù)凹凸透鏡，經(jīng)過(guò)光圈14放置的第二透鏡，以及作為雙凸透鏡的第三透鏡，從物體側(cè)向著成像表面16被依次地配置。在物體側(cè)，第三透鏡13的第一透鏡表面R5中，在透鏡光圈直徑基本48％的位置上設(shè)置非球面拐點(diǎn)。在圖像側(cè)，其第二透鏡表面R6作為凸表面的延伸來(lái)形成。用這方式形成的第三透鏡13的透鏡表面，使得能實(shí)現(xiàn)主光線的最大出射角相對(duì)于63°總視角為23.5°本示例的第一透鏡11，第二透鏡12，和第三透鏡13的透鏡表面也都是非球面的。在本示例中，也把覆蓋玻璃15裝在第三透鏡13的第二透鏡表面R6和成像表面16之間。
用于本示例成像透鏡110的整體光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如下。
F-數(shù) 3.5焦距f＝5.7mm總長(zhǎng) ∑d＝6.985mm用于本示例成像透鏡110透鏡表面的透鏡數(shù)據(jù)示于表2A；而用于確定透鏡表面非球面形狀的非球面系數(shù)則示于表2B。在本示例中，由于f1/f＝0.70，∑d/f＝1.23，以及vd2＝29，所以滿(mǎn)足限制公式(1)直至(3)。圖4示出其像差圖。
表2AF-數(shù)3.5；f＝5.7mm；∑d＝6.985mm

(*指出非球面形狀)表2B

在上面的示例1和2的成像透鏡100和110中，雖把在兩側(cè)都具有非球面表面的透鏡被用作在物體側(cè)的第一透鏡1和11，但在兩側(cè)都具有球面表面的透鏡，或在透鏡中兩個(gè)表面中的至少一個(gè)是非球面的也可被用作第一透鏡。
(示例3)圖5示出根據(jù)示例3的成像透鏡，在該示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第一發(fā)明。本示例的成像透鏡120，具有從物體側(cè)向著成像表面26依次配置的，它的凹凸透鏡具有正光焦度，且它的凸表面朝向物體側(cè)的第一透鏡21；它的凹凸透鏡具有負(fù)光焦度，且它的凹表面朝向物體側(cè)、通過(guò)光圈24接著放置的第二透鏡22；以及具有負(fù)光焦度的第三透鏡23；而第二和第三透鏡起著校正透鏡的作用。把覆蓋玻璃25裝在第三透鏡23和成像表面26之間。在第三透鏡23中，這樣來(lái)形成在成像表面?zhèn)鹊牡诙哥R表面26，以致透鏡周邊的環(huán)形區(qū)形成向著成像表面?zhèn)鹊耐贡砻?，并把主光線的最大出射角調(diào)節(jié)到24°或更小。
在本示例中，在透鏡21，22和23之中的第一透鏡21的兩個(gè)透鏡表面都是球面的。在第二和第三透鏡22和23的兩側(cè)，透鏡表面都是非球面的，與在示例1和2中的一樣。
用于本示例成像透鏡120的整體光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如下。
F-數(shù) 3.5焦距f＝5.7mm總長(zhǎng) ∑d＝6.46mm用于本示例成像透鏡120透鏡表面的透鏡數(shù)據(jù)示于表3A，而用于確定透鏡表面非球面形狀的非球面系數(shù)則示于表3B。在本示例中，由于f1/f＝0.73，∑d/f＝1.13，以及vd2＝29，所以滿(mǎn)足限制公式(1)直至(3)。圖7示出其像差圖。
表3AF-數(shù)3.5；f＝5.7mm；∑d＝6.46mm

(*指出非球面形狀)表3B

(示例4)圖6是根據(jù)示例4成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第一發(fā)明，在本示例的成像透鏡130中，其凸表面朝向物體側(cè)、具有正凹凸透鏡的第一透鏡31，經(jīng)過(guò)光圈34、其凹表面朝向物體側(cè)、具有負(fù)凹凸透鏡的第二透鏡32，以及具有正光焦度的第三透鏡33從物體側(cè)面著成像表面36被依次配置。把覆蓋玻璃35裝在第三透鏡和成像表面36之間。在第三透鏡33中，這樣來(lái)形成第二透鏡表面R6。以致透鏡周邊的環(huán)形區(qū)形成朝向成像表面?zhèn)鹊耐贡砻?，并把主不線的最大出射角調(diào)節(jié)到24°或更小。
在本示例中，在透鏡31，32和33之中的第一透鏡31的兩個(gè)透鏡表面都是球面的。在第二和第三透鏡32和33的兩側(cè)，透鏡表面都是非球面的，與在示例1，2和3中的一樣。
用于本示例成像透鏡130的整體光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如下。
F-數(shù) 3.5焦距f＝5.7mm總長(zhǎng) ∑d＝6.66mm用于本示例成像透鏡130透鏡表面的透鏡數(shù)據(jù)示于表4A；而用于確定透鏡表面非球面形狀的非球面系數(shù)示于表4B。在本示例中，由于f1/f＝0.77，∑d/f＝1.17，以及vd2＝29，所以滿(mǎn)足限制公式(1)直至(3)。圖8示出其像差圖。
表4AF-數(shù)3.5；f＝5.7mm；∑d＝6.66mm

(*指出非球面形狀)
表4B

(示例5)再次參考圖5，將描述成像透鏡140，其中使用第一透鏡41，而不是第一透鏡21，在示例3的成像透鏡120的第一透鏡21中，它的兩個(gè)透鏡表面都是球面的，而在第一透鏡41中，一個(gè)透鏡表面是用非球面表面形成的，而另一個(gè)透鏡表面是用球面表面形成的。在圖5中，指出成像透鏡140和第一透鏡41的記號(hào)包含在圓括號(hào)中，它其它部分的結(jié)構(gòu)與示例3中的一樣，所以將采用相同的記號(hào)來(lái)給出描述。
本示例的成像透鏡140具有從物體側(cè)向著成像表面26依次配置的，其凸表面朝向物體側(cè)、具有正光焦度凹凸透鏡的第一透鏡41；經(jīng)過(guò)光圈24，其凹表面朝向物體側(cè)、具有負(fù)光焦度凹凸透鏡的第二透鏡22；以及具有正光焦度的第三透鏡23；且第二和第三透鏡起著校正透鏡的作用。把覆蓋玻璃25裝在第三透鏡23和成像表面26之間。在第三透鏡23中，這樣來(lái)形成第二透鏡表面R6，以致透鏡周邊的環(huán)形區(qū)形成朝向成像表面的凸表面，并把主光線的最大出射角調(diào)節(jié)到24°或更小。
在本示例中，在透鏡41，22和23之中的第一透鏡41的兩個(gè)透鏡表面的在其物體側(cè)的第一透鏡表面R1是非球面的，而在其成像表面?zhèn)鹊牡诙哥R表面R2是球面的。第二和第三透鏡22和23兩側(cè)的透鏡表面都是非球面的。
用于本示例成像透鏡140整體光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如下F-數(shù) 3.5焦距 f＝5.7mm總長(zhǎng) ∑d＝7.07mm用于本示例成像透鏡140透鏡表面的透鏡數(shù)據(jù)示于表5A；而用于確定透鏡表面非球面形狀的非球面參數(shù)則示于表5B。在本示例中，由于f1/f＝0.83，∑d/f＝1.24，以及vd2＝29，所以，滿(mǎn)足限制公式(1)直至(3)。其像差圖示于圖9。
表5AF-數(shù)3.5；f＝5.7mm；∑d＝7.07mm

(*指出非球面形狀)表5B

(示例A)圖10是根據(jù)示例A成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第二發(fā)明。在成像透鏡200中，其凹凸透鏡具有正光焦度、且其凸表面朝向物體側(cè)的第一透鏡201，光圈204，其凹凸透鏡具有負(fù)光焦度、且其凹表面朝向物體側(cè)的第二透鏡，以及具有正光焦度的第三透鏡203，從物體側(cè)向著成像表面206被依次配置。覆蓋玻璃205裝在第三透鏡203的第二面表面203b和成像表面206之間。
在這配置中，在第一透鏡201兩側(cè)的透鏡表面201a和201b，在第二透鏡202兩側(cè)的透鏡表面202a和202b，以及在第三透鏡203兩側(cè)的透鏡表面203a和203b都是非球面的。還有，在本示例中所使用的所有非球面形狀是這樣的，使得在透鏡表面的有效透鏡表面區(qū)上，沒(méi)有拐點(diǎn)出現(xiàn)。
用于成像透鏡200的整體光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如下。
F-數(shù) 2.8焦距 f＝3.65mm后焦距 BF＝1.863mm第一透鏡201的焦距f1＝3.769mm用于成像透鏡200透鏡表面的透鏡數(shù)據(jù)示于表6A，而用于確定其透鏡表面非球面形狀的非球面系數(shù)則示于6B。
表6AF-數(shù)2.8；f＝mm

(*指出非球面形狀)
表6B

在表6A和6B中，i指出從物體側(cè)計(jì)數(shù)透鏡表面的次序，R指出在光軸L上各透鏡的曲率；d指出透鏡表面之間的距離Nd指出各透鏡的折射率；以及vd指出透鏡的色散系數(shù)。透鏡表面i旁邊的星號(hào)(*)指出該透鏡是非球面的?？赏ㄟ^(guò)示于示例1中描述的方程指出在透鏡表面所使用的非球面的形狀。
用于指出非球面形狀的各記號(hào)和方程的含義對(duì)在下面示例B和C中的也是一樣的。
在本示例中，第一透鏡201的焦距f1是在0.5f(＝1.825mm)和1.57(＝5.475mm)的范圍之內(nèi)的值，而滿(mǎn)足限制公式(A)。BF/f的值為0.5019…，而滿(mǎn)足限制公式(B)。而且，由于在第三透鏡203的物體側(cè)透鏡表面203a的曲率Ra為3.180，以及其在圖像側(cè)透鏡表面203b的曲率Rb為60.657，所以Rb/Ra＝19.074…，而滿(mǎn)足限制公式(C)。主光線的最大出射角也是30°或更小。
圖11是示出在示例A成像透鏡中像差的像差圖。圖11A(a)是示出球面像差SA的像差圖；圖11b是示出象散像差A(yù)S的像差圖；而圖11(c)則是示出失真DIST的像差圖。在象散像差A(yù)S中的T指出正切圖像表面，而S指出弧矢象面。圖11(d)示出橫向像差，而在該圖中，DX指出關(guān)于X光孔生標(biāo)的橫向指向的X像差；和DY指出差于Y光孔坐標(biāo)的橫向指向的Y像差。這些記號(hào)的含義與在本文后描述的示例B和C中的也是一樣的。
(示例B)圖12是根據(jù)示例B成像透鏡的結(jié)構(gòu)圖，在這示例中，應(yīng)用了本申請(qǐng)的第二發(fā)明。在成像透鏡210中，其凹凸透鏡具有正光焦度，且其凸表面朝向物體側(cè)的第一透鏡211，光圈214，其凹凸透鏡具有正光焦度，且其凹表面朝向物體側(cè)的第二透鏡212，以及具有正光焦度的第三透鏡213，從物體側(cè)向著成像表面216被依次配置。覆蓋玻璃215裝在第三透鏡213和成像表面216之間，與示例A中的一樣。在本示例的情況中，在第一透鏡211兩側(cè)的透鏡表面211a和211b，在第二透鏡212兩側(cè)的透鏡表面212a和212b，以及在第三透鏡213兩側(cè)的透鏡表面213a和213b都是非球面的。還有，在本示例中使用的所有非球面形狀是這樣的，使得在透鏡表面的有效透鏡表面區(qū)上，沒(méi)有拐點(diǎn)出現(xiàn)。
用于本示例成像透鏡的整體光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如下。
F-數(shù) 3.5焦距 f＝3.5mm后焦距 BF＝1.992mm第一透鏡211的焦距f1＝3.769mm用于成像透鏡210透鏡表面的透鏡數(shù)據(jù)示于表7A，而用于確定其透鏡表面的非球面形狀的非球面系數(shù)則示于表7B。
表7AF-數(shù)3.5；f＝3.50mm

(*指出非球面形狀)
表7B

在本示例中，第一透鏡211的焦距f1是在0.5f(＝1.75mm)和1.5f(＝5.25mm)的范圍之內(nèi)的值，而滿(mǎn)足限制公式(A)。BF/f的值為0.549…，而滿(mǎn)足限制公式(B)。而且，由于在第三透鏡213的物體側(cè)透鏡表面203a的曲率Ra為5.87，而在其圖像側(cè)透鏡表面213b的曲率Rb為-27.245，所以|Rb/Ra|＝4.641…，而滿(mǎn)足限制公式(C)。主光線的最大出射角也是30°或更小。
圖13(a)到圖13(d)示出該實(shí)施例中成像透鏡20的像差的像差圖。
(示例C)應(yīng)用本申請(qǐng)第二發(fā)明的，根據(jù)示例C成像透鏡的結(jié)構(gòu)，與示例B成像透鏡210的結(jié)構(gòu)是一樣的，于是，其凹凸透鏡具有正光焦度，且其凸表面朝向物體側(cè)的第一透鏡211，光圈214，其凹凸透鏡具有負(fù)光焦度，且其凹表面朝向物體側(cè)的第二透鏡212，和具有正光焦度的第三透鏡213，從物體側(cè)向著在其中的成像表面216被依次配置。覆蓋玻璃215裝在第三透鏡213和成像表面216之間。而且，在本示例中，在第一透鏡211兩側(cè)透鏡表面211a和211b，在第二透鏡212兩側(cè)的透鏡表面212a和212b，以及在第三透鏡213兩側(cè)的透鏡表面213a和213b每個(gè)都是非球面的。所有非球面的形狀還是這樣，使得在透鏡表面的有效透鏡表面區(qū)，無(wú)拐點(diǎn)出現(xiàn)。
用于本示例成像透鏡的整體光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如下。
F-數(shù) 2.8焦距 f＝3.60mm后焦距 BF＝1.967mm第一透鏡211的焦距f1＝3.844mm用于本示例成像透鏡中透鏡表面的透鏡數(shù)據(jù)示于表8A，而用于確定其透鏡表面非球面形狀的非球面系數(shù)示于表8B。
表8AF-數(shù)2.8；f＝3.60mm

(*指出非球面形狀)表8B

在本示例中，第一透鏡211的焦距f1是在0.5f(＝1.80mm)和1.5f(＝5.40mm)的范圍之內(nèi)的值，而滿(mǎn)足限制公式(A)。BF/f的值為0.546…，而滿(mǎn)足限制公式(B)。而且，由于在第三透鏡213的物體側(cè)透鏡表面203a的曲率為3.115，而在其圖像側(cè)透鏡表面213b的曲率為-4.464，于是|Rb/Ra|＝1.433…，而滿(mǎn)足限制公式(C)。主光線的最大出射角還是30°或更小。
圖14(a)直至14(d)是示出在本示例成像透鏡中的像差的像差圖。
(第二發(fā)明的其它實(shí)施例)在示例A和C中，第一直至第三透鏡兩側(cè)的透鏡表面，全都是非球面的，而在示例B中，在第一透鏡兩側(cè)的在第二透鏡兩側(cè)的，以及在第三透鏡兩側(cè)的，朝向成像側(cè)的透鏡表面是非球面的。顯然，在這些透鏡表面之中，至少一個(gè)透鏡表面可以是非球面的，而其它透鏡表面則可以是球面的。
工業(yè)上的可應(yīng)用性如上所述，根據(jù)本申請(qǐng)第一發(fā)明的成像透鏡是由在3組中的3個(gè)元件所組成的透鏡，而第二透鏡和第三透鏡是校正透鏡，放在物體側(cè)的第一透鏡是作為正凹凸透鏡，且其凸表面朝向物體側(cè)來(lái)設(shè)計(jì)的。結(jié)果，可減少透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)度。由于第三透鏡的透鏡表面是作為提供一點(diǎn)或多點(diǎn)非球面拐點(diǎn)的非球面來(lái)設(shè)計(jì)的，所以可滿(mǎn)意地校正各種類(lèi)型的像差，而同時(shí)，可減小主光線的最大出射角并防止隱蔽。而且，可通過(guò)包括第二透鏡和第三透鏡的兩個(gè)校正透鏡來(lái)適當(dāng)?shù)匦Ｕ癫?。所以，根?jù)本發(fā)明可獲得一種能適應(yīng)幾百萬(wàn)象素級(jí)高分辨率的小型緊湊的成像透鏡。
由于根據(jù)本申請(qǐng)第二發(fā)明的成像透鏡是由在3組中3個(gè)元件所組成的透鏡系統(tǒng)，而位于物體側(cè)的第一透鏡是作為具有正凹凸透鏡，其凸表面朝向物體側(cè)的透鏡來(lái)設(shè)計(jì)的，這樣可減少該透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)度。還通過(guò)使第二透鏡朝向物體側(cè)的透鏡表面是凹的，這樣可延伸出射孔的位置，從而可防止隱蔽。而且，由于在這透鏡表面中使用無(wú)拐點(diǎn)的非球面形狀，所以可把由于透鏡加工誤差或組件誤差所引起的分辨率損失減到最小。因此，通過(guò)本發(fā)明，可獲得適于生產(chǎn)并適應(yīng)幾百萬(wàn)象素極高分辨率的、具有少量組分透鏡元件的、小型緊湊的成像透鏡。
權(quán)利要求
1.一種成像透鏡，其特征在于，包括第一透鏡、光圈、第二透鏡和第三透鏡，所述第一透鏡、光圈、第二透鏡和第三透鏡從物體側(cè)開(kāi)始依次配置，所述第一透鏡是具有正光焦度的凹凸透鏡，其凸表面朝向物體側(cè)，所述第二透鏡是其凹表面朝向物體側(cè)的凹凸透鏡，所述第三透鏡的非球面具有一點(diǎn)或多點(diǎn)拐點(diǎn)。
全文摘要
一種成像透鏡(100)包括，從物體側(cè)依次配置的，正凹凸透鏡第一透鏡(1)，它具有朝向物體側(cè)的凸表面，負(fù)光焦度的凹凸透鏡第二透鏡(2)和正光焦度的第三透鏡(3)，第二和第三透鏡(2，3)起著校正透鏡的作用。第一透鏡具有強(qiáng)的光焦度，而第二和第三透鏡(2，3)這兩者在兩對(duì)面的表面上都是非球面的。當(dāng)成像透鏡的合成焦距是f，第一透鏡的焦距是f1，從第一透鏡(1)在物體側(cè)的入射表面到成像表面的距離是∑d，以及第二透鏡的色散系數(shù)是νd2時(shí)，滿(mǎn)足下列限制公式。0.5＜f1/f＜1.5(1)，0.5＜∑d/f＜1.5(2)，50＞νd2(3)。從而，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像的小型低成本的成像透鏡。
文檔編號(hào)G02B9/12GK101071194SQ200710109080
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2003年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者久保田洋治, 松井俊雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社長(zhǎng)野光學(xué)研究所