專利名稱：成像透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像透鏡，具體涉及利用CCD或CMOS作為成像器件適合于安裝在便攜式電話或個人計算機的圖像輸入裝置，數(shù)字?jǐn)z像機，用于監(jiān)測的CCD攝像機，勘測裝置等中的成像透鏡。
背景技術(shù)：
在這種成像透鏡中，定義為從成像透鏡物體側(cè)上入射面到成像面(CCD等的圖像形成面)的光程必須很短。換句話說，在透鏡設(shè)計期間，需要一種減小光程與成像透鏡組合焦距比率的方法。以下，我們把有短光程和光程與焦距比率小的成像透鏡稱之為小型化透鏡。
取便攜式電話作為例子，光程至少比便攜式電話的本體短。同時，定義為從成像透鏡圖像側(cè)上出射面到成像面的后焦距最好是盡可能地長。換句話說，在透鏡設(shè)計期間，需要一種盡可能增大后焦距與組合焦距比率的方法。這是因為需要在成像透鏡與成像面之間插入諸如濾光片或蓋玻片的元件。
除了上述的要點以外，要求修正成像透鏡以便充分地減小各種像差，使圖像畸變在視覺上是不可察覺的，并要求成像單元(像素)的集成密度。以下，為了簡單化，“各種像差已被修正到充分地小，使圖像畸變在視覺上是不可察覺的，并滿足成像單元(像素)集成密度的要求”描述為詞語“已滿意修正各種像差”。已滿意修正各種像差的圖像可以稱之為“滿意圖像”。
在以下的描述中，我們公開一種具有三透鏡結(jié)構(gòu)的成像透鏡，它利用諸如CCD或CMOS的固態(tài)成像器件適用于諸如便攜式計算機，可視電話等的成像裝置。這些透鏡都確保寬廣視角，小型化和重量輕。
在這些透鏡中，已公開一種能夠獲得滿意修正像差的圖像并確保寬廣視角的成像透鏡，我們稱它為第一種三層透鏡(例如，JapaneseUnexamined Patent Applications Publication No.2001-075006)。
然而，這些由第一透鏡，第二透鏡，和第三透鏡從物體側(cè)一個接一個排列構(gòu)成的三個透鏡的折射本領(lǐng)是第一透鏡為正的，第二透鏡為負(fù)的，和第三透鏡為正的，因此，不能縮短從第一透鏡的物體側(cè)上表面到成像面的距離(光程)。此外，光闌設(shè)置在第一透鏡的物體側(cè)表面上，因此，不能減小第三透鏡的有效直徑。所以，不能制成小型化透鏡。
在第二種至第四種三層透鏡中公開了滿意修正像差和實現(xiàn)短焦距，并確保寬廣視角的成像透鏡(例如，Japanese Unexamined PatentApplications Publication No.2003-149548，Japanese UnexaminedPatent Applications Publication No.2002-221659，和JapaneseUnexamined Patent Applications Publication No.2002-244030)。
然而，類似于以上描述的成像透鏡，這些由第一透鏡，第二透鏡，和第三透鏡從物體側(cè)一個接一個排列構(gòu)成的成像透鏡中三個透鏡的折射本領(lǐng)是第一透鏡為正的，第二透鏡為負(fù)的，和第三透鏡為正的。因此，雖然這些成像透鏡設(shè)置成有短的組合成像透鏡焦距，但后焦距是長的，因此光程太長。此外，這些透鏡利用玻璃材料，所以它們是昂貴的。
通過正確地設(shè)定折射本領(lǐng)分布和表面形狀，第五種三層透鏡中公開了利用非球面透鏡和減小尺寸的成像透鏡(例如，JapaneseUnexamined Patent Applications Publication No.2003-149545)。
然而，這種由第一透鏡，第二透鏡，和第三透鏡從物體側(cè)一個接一個排列構(gòu)成的成像透鏡中三個透鏡的折射本領(lǐng)是第一透鏡為負(fù)的，第二透鏡為正的，和第三透鏡為負(fù)的。因此，成像透鏡有長的光程。此外，這些透鏡利用玻璃材料，所以它們是昂貴的。
第六種三層透鏡中公開了有兩個凹面互相相對的一對彎月形透鏡的透鏡，這對透鏡是利用塑料透鏡構(gòu)成，且其中整個透鏡系統(tǒng)有三層結(jié)構(gòu)(例如，Japanese Unexamined Patent Applications PublicationNo.H10-301022)。這種透鏡實現(xiàn)小型化和低成本，并能容易地抑制因溫度變化引起的焦點運動。
然而，這種由第一透鏡，第二透鏡，和第三透鏡從物體側(cè)一個接一個排列構(gòu)成的成像透鏡中三個透鏡的折射本領(lǐng)是第一透鏡為弱的，第二透鏡為弱的，和第三透鏡為正的。因此，第一透鏡和第二透鏡的折射本領(lǐng)不能被單個第三透鏡所完全補償。所以，后焦距變長，從而使光程增大。此外，第三透鏡利用玻璃材料，因此，不能完全地降低它的成本。
第七種三層透鏡中公開了具有短光程和低成本的透鏡系統(tǒng)，它有遠(yuǎn)距照相型透鏡結(jié)構(gòu)，其中整個透鏡系統(tǒng)被分成前后兩組，前組有正的折射本領(lǐng)，和后組有負(fù)的折射本領(lǐng)(例如，Japanese UnexaminedPatent Applications Publication No.H10-301021)。
然而，這種由第一透鏡，第二透鏡，和第三透鏡從物體側(cè)一個接一個排列構(gòu)成的成像透鏡中三個透鏡的折射本領(lǐng)是第一透鏡為負(fù)的，第二透鏡為正的，和第三透鏡為負(fù)的，且第二透鏡與第三透鏡之間的間隔是寬的。因此。光程是長的，使第三透鏡的孔徑擴大。這種成像透鏡不適合于安裝到便攜式電話或個人計算機的圖像輸入裝置，數(shù)字?jǐn)z像機，用于監(jiān)測的CCD攝像機，勘測裝置等中。
第八種三層透鏡中公開了一種成像透鏡，它包括從物體側(cè)一個接一個排列的兩個正透鏡和凹面朝向圖像側(cè)的一個負(fù)透鏡，這兩個凹面是非球面，且負(fù)的折射本領(lǐng)是從透鏡中心向邊緣逐漸減弱，從而在透鏡邊緣上有正的折射本領(lǐng)(例如，Japanese Unexamined PatentApplications Publication No.2003-322792)。
然而，在這種透鏡系統(tǒng)中，后焦距相對于組合焦距是短的，因此，很難在成像透鏡與成像面之間插入諸如濾光片的元件。更具體地說，考慮這個實施例中描述的透鏡，這個透鏡被轉(zhuǎn)換成組合焦距為1.0的成像透鏡，在第一個實施例中，后焦距(它對應(yīng)于JapaneseUnexamined Patent Applications Publication No.2001-075006中所用的參考符號D7+D8+D9)為0.3890mm，在第二個實施例中，后焦距為0.4423mm。由于在便攜式電話等圖像輸入裝置中的成像透鏡與成像面之間必須插入諸如濾光片的元件，在這種應(yīng)用中很難利用這種透鏡。
所以，本發(fā)明的一個目的是提供這樣一種成像透鏡，它適合于安裝在利用CCD或CMOS作為成像器件的攝像機中，它有短的光程(小的光程與焦距比率)，盡可能長的后焦距(后焦距與焦距比率盡可能大)，因此，它能夠獲得滿意的圖像。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個選取透鏡材料的標(biāo)準(zhǔn)，透鏡材料的Abbe數(shù)是在合適的范圍內(nèi)以便能獲得滿意的圖像。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種成像透鏡，其中構(gòu)成本發(fā)明成像透鏡的所有(三個)透鏡是利用塑料制成的，從而降低成本和重量。此處，“塑料”是指高聚合物質(zhì)，該物質(zhì)對于可見光是透明的，且可以通過加熱，加壓，或加熱和加壓而發(fā)生塑性形變而制成透鏡。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述的目的，按照本發(fā)明的成像透鏡有這樣的結(jié)構(gòu)，從物體側(cè)到圖像側(cè)一個接一個地排列第一透鏡L1，孔徑光闌S1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3。第一透鏡L1是樹脂透鏡，它有正的折射本領(lǐng)和凸面朝向物體側(cè)的彎月形狀。第二透鏡L2是樹脂透鏡，它有正的折射本領(lǐng)和凸面朝向圖像側(cè)的彎月形狀。第三透鏡L3是樹脂透鏡，它有負(fù)的折射本領(lǐng)。
此外，第一透鏡L1的兩個表面，第二透鏡L2的兩個表面，和第三透鏡L3中至少一個表面有非球面的結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)例子，這種成像透鏡滿足以下(1)至(5)的條件0.40＜r1/r2＜0.65 (1)0.08＜D2/f＜0.1 (2)0.2＜D3/f＜0.3 (3)1.0＜d/f＜1.5(4)0.4＜bf/f＜0.6 (5)其中
f是整個透鏡系統(tǒng)的焦距，r1是第一透鏡L1的物體側(cè)表面在光軸近傍的曲率半徑(軸向曲率半徑)，r2是第一透鏡L1的圖像側(cè)表面在光軸近傍的曲率半徑(軸向曲率半徑)，D2是第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔，D3是第二透鏡L2的中心厚度，d是從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面的距離(空氣中)，和bf是后焦距(空氣中)。
后焦距bf的定義是從成像透鏡的圖像側(cè)出射面到成像面的距離，此處，后焦距bf的定義是從第三透鏡L3的圖像側(cè)表面r7到成像面r10的距離。
此外，第一透鏡L1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3最好是由這樣材料的透鏡構(gòu)成，該材料的Abbe數(shù)是在30至60范圍內(nèi)。最好是，第一透鏡L1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3是利用環(huán)烯塑料制成的透鏡構(gòu)成。
上述的條件表達(dá)式(1)是用于確定第一透鏡L1第一表面的軸向曲率半徑r1與第一透鏡L1第二表面的軸向曲率半徑r2之比率r1/r2的條件。若比率r1/r2大于條件表達(dá)式(1)規(guī)定的下限，則成像透鏡的后焦距足以在成像透鏡與成像面之間插入一個元件，例如，蓋玻片或濾光片，因此，后焦距可以設(shè)置在不影響安裝成像透鏡的裝置小型化的范圍內(nèi)。此外，可以充分地減小畸變，因此，便于加工制造第一透鏡L1的第一表面。
若比率r1/r2小于條件表達(dá)式(1)規(guī)定的上限，則絕對畸變值是充分地小。此外，在這種情況下，在不增大非球面元件數(shù)目的條件下可以充分地減小畸變。
上述的條件表達(dá)式(2)是用于確定第一透鏡L1與第二透鏡L2之間間隔D2的可允許范圍D2/f，它是利用成像透鏡的組合焦距f進(jìn)行歸一化。若D2/f大于條件表達(dá)式(2)規(guī)定的下限，則第一透鏡L1的圖像側(cè)表面r2與第二透鏡L2的物體側(cè)表面r4之間的間隔可以保證插入孔徑光闌S1有足夠的間隔。換句話說，不必減小第一透鏡L1和第二透鏡L2的外部形狀而使加工制造變得很困難，可以保證插入孔徑光闌S1有足夠的空間。
若D2/f小于條件表達(dá)式(2)規(guī)定的上限，則不需要增大第一透鏡L1和第二透鏡L2的外部形狀，因此，可以做成小型化成像透鏡。此外，不增大成像面的畸變，可以得到滿意的圖像。
上述的條件表達(dá)式(3)是用于確定第二透鏡L2的中心厚度D3的可允許范圍D3/f，它是利用成像透鏡的組合焦距f進(jìn)行歸一化。若D3/f大于條件表達(dá)式(3)規(guī)定的下限，則第二透鏡L2的中心厚度D3不會變得太薄，因此，不需要減小第二透鏡L2外圍部分的厚度而使加工制造變得很困難。此外，可以充分保證在樹脂透鏡注模期間注入熔融樹脂到模具中使用的閘門孔徑，因此，很容易把熔融樹脂均勻地注入到模具中。
若D3/f小于條件表達(dá)式(3)規(guī)定的上限，則不需要增大第二透鏡L2的透鏡系統(tǒng)尺寸，因此，可以使成像透鏡做成小型化。此外，不增大成像面的畸變，可以得到滿意的圖像。D3/f滿足條件表達(dá)式(3)的本發(fā)明成像透鏡能使熔融樹脂均勻地注入到模具中，因此，可以容易加工制造成像透鏡并使它小型化。
上述的條件表達(dá)式(4)是用于確定從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面之間距離d(空氣中)的可允許范圍d/f，它是利用成像透鏡的組合焦距f進(jìn)行歸一化。從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面之間距離d中所用的注解“距離(空氣中)d”說明，從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面之間的距離是在第一透鏡L1的物體側(cè)表面與成像面之間除了空氣之外沒有透明物體(蓋玻片等)的條件下測量的。
若d/f大于條件表達(dá)式(4)規(guī)定的下限，則不需要減小第一透鏡L1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3的厚度，因此，在樹脂透鏡形成期間把樹脂分布到整個模具中是不困難的。若d/f小于條件表達(dá)式(4)規(guī)定的上限，則不會出現(xiàn)入射到透鏡外圍的光量少于入射到透鏡中心部分光量的問題。因此，在無須增大第一透鏡L1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3的外部形狀尺寸的條件下，這些透鏡是成像透鏡的透鏡組成部分，可以增大入射到透鏡外圍的光量。因此，可以做成小型化成像透鏡。
上述的條件表達(dá)式(5)是用于確定后焦距bf相對于成像透鏡組合焦距f的長度。若后焦距bf的長度是在條件表達(dá)式(5)規(guī)定的范圍內(nèi)，則可以在成像透鏡與成像面之間插入諸如濾光片的元件，在便攜式電話等的圖像輸入裝置中往往需要這種元件。
通過提供滿足上述條件表達(dá)式(1)至(5)的透鏡結(jié)構(gòu)，可以解決以上描述的問題，從而可以提供小型化成像透鏡，雖然它的體積很小，但能夠得到滿意的圖像。
此外，利用Abbe數(shù)在30至60范圍內(nèi)材料制成的透鏡構(gòu)成第一透鏡L1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3，與Abbe數(shù)在這個范圍以外材料加工制造的透鏡比較，可以更容易地得到更滿意的圖像。此外，若利用環(huán)烯塑料制成第一透鏡L1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3，由于這種材料的Abbe數(shù)是56.2，則可以利用Abbe數(shù)在30至60范圍內(nèi)的材料制成這些透鏡。
按照本發(fā)明的成像透鏡，可以利用Abbe數(shù)在30至60范圍內(nèi)的材料制造透鏡，因此，材料不局限于特定的塑料。可以利用Abbe數(shù)在30至60范圍內(nèi)的任何塑料，這對于實現(xiàn)本發(fā)明的極其有利的。
此外，眾所周知，環(huán)烯塑料適合于按照制造技術(shù)中已很成熟的注模法制造透鏡。此外，環(huán)烯塑料在其他透鏡系統(tǒng)到本發(fā)明的成像透鏡中都有利用的記錄，因此，若利用環(huán)烯塑料，則可以制造高可靠性的成像透鏡。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的描述，可以更好地理解本發(fā)明的以上和其他目的，特征和優(yōu)點，其中圖1是按照本發(fā)明成像透鏡的剖面圖；
圖2是第一個實施例成像透鏡的剖面圖；圖3是第一個實施例成像透鏡的畸變圖；圖4是第一個實施例成像透鏡的像散圖；圖5是第一個實施例成像透鏡的色差/球面像差圖；圖6是第二個實施例成像透鏡的剖面圖；圖7是第二個實施例成像透鏡的畸變圖；圖8是第二個實施例成像透鏡的像散圖；圖9是第二個實施例成像透鏡的色差/球面像差圖；圖10是第三個實施例成像透鏡的剖面圖；圖11是第三個實施例成像透鏡的畸變圖；圖12是第三個實施例成像透鏡的像散圖；圖13是第三個實施例成像透鏡的色差/球面像差圖；圖14是第四個實施例成像透鏡的剖面圖；圖15是第四個實施例成像透鏡的畸變圖；圖16是第四個實施例成像透鏡的像散圖；圖17是第四個實施例成像透鏡的色差/球面像差圖。
具體實施例方式
以下參照附圖描述本發(fā)明的幾個實施例。請注意，為了便于對本發(fā)明的理解，在附圖中僅僅示意地畫出在每個組成單元的形狀，幅度和位置的關(guān)系，以下描述的數(shù)字條件和其他條件也僅僅是其優(yōu)選的例子。所以，本發(fā)明并不局限于本發(fā)明的這些實施例。
圖1是按照本發(fā)明成像透鏡的構(gòu)成圖(代表第一個實施例)。圖1中定義的參考符號也用于圖2，6，10和14中，這些符號指出表面編號，表面間隔，等等。
從物體側(cè)開始，利用參考符號L1，L2和L3分別表示第一透鏡，第二透鏡，和第三透鏡。數(shù)字10表示構(gòu)成成像面的成像裝置，數(shù)字12表示把成像面與透鏡系統(tǒng)分開的蓋玻片，而符號S1表示孔徑光闌。數(shù)字14表示孔徑光闌S1的表面。在不會引起混淆的條件下，符號r1和r2用于代表軸向曲率半徑值的變量和識別透鏡表面的符號(例如，r1用于代表第一透鏡的物體側(cè)表面，等等)。
附圖中所示的參數(shù)作為以下表1至表4中具體的數(shù)字值，例如，ri(i＝1，2，3，…，10)和di(i＝1，2，3，…，9)。后綴i對應(yīng)于從物體側(cè)到圖像側(cè)中每個透鏡，透鏡厚度，透鏡間隔等的表面編號。
更具體地說ri是第i個表面的軸向曲率半徑；di是從第i個表面到第i+1個表面的距離；Ni是第i個表面和第i+1個表面構(gòu)成透鏡介質(zhì)的折射率；和νi是第i個表面和第i+1個表面構(gòu)成透鏡介質(zhì)的Abbe數(shù)。
光程d是距離d1至d6相加并加上后焦距bf得到的值。后焦距bf是在光軸上從第三透鏡L3的圖像側(cè)表面到成像面的距離。我們假設(shè)，去除插入在第三透鏡L3與成像面之間蓋玻片12之后測量的焦距bf。更具體地說，由于蓋玻片的折射率大于1，插入蓋玻片時與去除蓋玻片之后進(jìn)行比較，從第三透鏡L3的圖像側(cè)表面到成像面的幾何距離較長。距離增大的程度是由插入蓋玻片的折射率和厚度所確定。因此，為了確定后焦距bf作為成像透鏡的唯一值和不依賴于是否存在蓋玻片，利用去除蓋玻片之后測量的值。第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2定義為D2＝d2+d3。
表1至表4的各列中說明非球面數(shù)據(jù)和表面編號。孔徑光闌S1的表面r3，蓋玻片的兩個表面r8，r9，和成像面r10是平坦面，因此，它們的曲率半徑表示為∞。
根據(jù)以下的公式得到本發(fā)明中所用的非球面。
Z＝ch2/[1+[1-(1+k)c2h2]+1/2]+A0h4+B0h6+C0h8+d0h10其中Z是離表面頂點處切平面的深度，c是光軸近傍的表面曲率，h是離光軸的高度，k是錐形常數(shù)，A0是四級非球面系數(shù)，
B0是六級非球面系數(shù)，C0是八級非球面系數(shù)，D0是十級非球面系數(shù)。
在這個說明書中，表1至表4中非球面系數(shù)的數(shù)字值是指數(shù)表示。例如，“e-1”表示“10-1”。此外，焦距f的值是指第一透鏡至第三透鏡構(gòu)成透鏡系統(tǒng)的組合焦距。
現(xiàn)在參照圖2至圖17描述第一個實施例至第四個實施例。圖2，6，10，和14是展示透鏡構(gòu)成的示意圖。圖3，7，11，和15表示畸變曲線，圖4，8，12，和16表示像散曲線，而圖5，9，13，和17表示色差/球面像差曲線。
畸變像差曲線指出像差量(沿水平軸不滿足正切條件的量，百分?jǐn)?shù)表示)與離光軸距離(用百分?jǐn)?shù)表示，其中100是在圖像平面上沿垂直軸離光軸的最大距離)的關(guān)系。與畸變像差曲線類似，像散像差曲線指出沿水平軸的像差量(毫米單位)與離光軸距離的關(guān)系。在像散像差的情況下，在水平軸上展示沿子午平面和沿弧矢平面上的像差量(毫米單位)。色差/球面像差曲線展示沿水平軸的像差量(毫米單位)與入射距離h(F數(shù))的關(guān)系。
色差/球面像差曲線展示C譜線(波長為656.3nm的光)，d譜線(波長為587.6nm的光)，e譜線(波長為546.1nm的光)，F(xiàn)譜線(波長為486.1nm的光)，和g譜線(波長為435.8nm的光)的像差量。折射率是指d譜線(波長為587.6nm的光)的折射率。
以下的四個表中列出組成第一個實施例至第四個實施例中透鏡的曲率半徑(mm單位)，透鏡表面間隔(mm單位)，透鏡材料的折射率，透鏡材料的Abbe數(shù)，焦距，數(shù)值孔徑，和非球面系數(shù)。

(表1)表1第一個實施例焦距f＝1.0mm數(shù)值孔徑Fno＝3.4

(表2)表2第二個實施例焦距f＝1.0mm數(shù)值孔徑Fno＝3.4

(表3)表3第三個實施例焦距f＝1.0mm數(shù)值孔徑Fno＝3.4

(表4)表4第四個實施例焦距f＝1.0mm數(shù)值孔徑Fno＝3.4以下描述每個實施例的特征。在所有的第一實施例至第四施例中，利用環(huán)烯塑料的ZEONEZ 480R(“ZEONEX”是日本Zeon公司的注冊商標(biāo)，而480R是產(chǎn)品編號；以下簡單地稱之為“ZEONEX”)作為第一透鏡L1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3的材料。
第一透鏡L1的兩個表面，以及第二透鏡L2和第三透鏡L3各自的兩個表面分別是非球面。所以，在每個實施例和比較例子中，非球面的數(shù)目是六個，因此，滿足第三透鏡L3中至少一個表面是非球面的條件。
第一透鏡L1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3的材料ZEONEX 480R的Abbe數(shù)是56.2(d譜線上的折射率是1.525)。通過模擬我們知道，若透鏡材料的Abbe數(shù)是在30至60的范圍內(nèi)，則基本不出現(xiàn)透鏡性能質(zhì)量的差異，例如，像差。換句話說，我們知道，只要Abbe數(shù)是在這個范圍內(nèi)的值，與常規(guī)成像透鏡中的像差修正比較，可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，即，滿意地修正成像透鏡中的各種像差。
在第一個至第四個實施例的每個實施例中，濾光片12插入在透鏡系統(tǒng)與成像面之間。玻璃(d譜線的折射率是1.52)用作這個濾光片的材料。在有濾光片的前提下，計算以下描述的各種像差。以下第一實施例至第四實施例中公開的整個成像透鏡系統(tǒng)的焦距，即，組合焦距，設(shè)定為1.0mm。
第一個實施例(A)第一透鏡L1的物體側(cè)曲率半徑r1是r1＝0.391mm。
(B)第一透鏡L1的圖像側(cè)曲率半徑r2是r2＝0.806mm。
(C)后焦距bf是bf＝0.519mm。
(D)從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面的空氣中距離或光程d是d＝1.4283mm。
(E)第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是D2＝d2+d3＝0.0899mm。
(F)第二透鏡L2的中心厚度D3是D3＝d4＝0.2745mm。
(G)第一透鏡L1的焦距f1是f1＝1.16mm。
(H)第二透鏡L2的焦距f2是f2＝1.16mm。
(I)第三透鏡L3的焦距f3是f3＝-3.7mm。
因此，
(1)r1/r2＝0.391/0.806＝0.4851(2)D2/f＝0.0899/1.00＝0.0899(3)D3/f＝0.2745/1.00＝0.2745(4)d/f＝1.4283/1.00＝1.4283，和(5)bf/f＝0.519/1.00＝0.519。
因此，第一個實施例的透鏡系統(tǒng)滿足所有以下的條件表達(dá)式(1)至(5)。
0.40＜r1/r2＜0.65 (1)0.08＜D2/f＜0.1(2)0.2＜D3/f＜0.3 (3)1.0＜d/f＜1.5 (4)0.4＜bf/f＜0.6 (5)此后，術(shù)語“條件表達(dá)式”是指這些表達(dá)式(1)至(5)。
如表1所示，孔徑光闌S1是在從第一透鏡L1第二表面(圖像側(cè)表面)向后的0.0196mm(d2＝0.0196mm)的位置上。數(shù)值孔徑(F數(shù))是3.4。
圖2表示第一個實施例中成像透鏡的剖面圖。相對于焦距1.00mm的后焦距為0.519mm，因此，確保它有足夠的長度。
圖3所示的畸變曲線20，圖4所示的像散曲線(與子午面有關(guān)的像差曲線22和與弧矢面有關(guān)的像差曲線24)，和圖5所示的色差/球面像差曲線(與C譜線有關(guān)的像差曲線26，與d譜線有關(guān)的像差曲線28，與e譜線有關(guān)的像差曲線30，與F譜線有關(guān)的像差曲線32，和與g譜線有關(guān)的像差曲線34)分別用曲線圖表示。
圖3和圖4中像差曲線的縱坐標(biāo)表示圖像高度與離光軸距離的百分比關(guān)系。在圖3和圖4中，100％，80％，70％，和60％分別對應(yīng)于0.600mm，0.480mm，0.420mm，和0.360mm。圖5中像差曲線的縱坐標(biāo)指出對應(yīng)于最大值F3.4的入射高度(F數(shù))。圖5中橫坐標(biāo)表示像差的幅度。
關(guān)于畸變，在圖像高度位置為70％(圖像高度為0.420mm)的情況下，像差量絕對值達(dá)到的最大值為1.80％，因此在圖像高度為0.600mm及以下的范圍內(nèi)，像差量絕對值保持在1.80％以內(nèi)。
關(guān)于像散，在圖像高度位置為100％(圖像高度為0.600mm)的情況下，子午面上像差量絕對值達(dá)到的最大值為0.0184mm，因此在圖像高度為0.600mm及以下的范圍內(nèi)，像差量絕對值保持在0.0184mm以內(nèi)。
關(guān)于色差/球面像差，在入射高度h為50％的情況下，與g譜線有關(guān)的像差曲線34絕對值達(dá)到的最大值為0.024mm，因此，像差量的絕對值保持在0.024mm以內(nèi)。
第二個實施例(A)第一透鏡L1的物體側(cè)曲率半徑r1是r1＝0.351mm。
(B)第一透鏡L1的圖像側(cè)曲率半徑r2是r2＝0.608mm。
(C)后焦距bf是bf＝0.470mm。
(D)從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面的空氣中距離或光程d是d＝1.3714mm。
(E)第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是D2＝d2+d3＝0.0906mm。
(F)第二透鏡L2的中心厚度D3是D3＝d4＝0.2768mm。
(G)第一透鏡L1的焦距f1是f1＝1.13mm。
(H)第二透鏡L2的焦距f2是f2＝1.19mm。
(I)第三透鏡L3的焦距f3是f3＝-3.77mm。
因此，(1)r1/r2＝0.351/0.608＝0.5773(2)D2/f＝0.0906/1.00＝0.0906(3)D3/f＝0.2768/1.00＝0.2768(4)d/f＝1.3714/1.00＝1.3714，和(5)bf/f＝0.470/1.00＝0.470。
因此，第二個實施例的透鏡系統(tǒng)滿足所述條件表達(dá)式。
如表2所示，孔徑光闌S1是在從第一透鏡L1第二表面(圖像側(cè)表面)向后的0.0263mm(d2＝0.0263mm)的位置上。數(shù)值孔徑(F數(shù))是3.4。
圖6表示第二個實施例中成像透鏡的剖面圖。相對于焦距1.00mm的后焦距為0.470mm，因此，確保它有足夠的長度。
圖7所示的畸變曲線36，圖8所示的像散曲線(與子午面有關(guān)的像差曲線38和與弧矢面有關(guān)的像差曲線40)，和圖9所示的色差/球面像差曲線(與C譜線有關(guān)的像差曲線42，與d譜線有關(guān)的像差曲線44，與e譜線有關(guān)的像差曲線46，與F譜線有關(guān)的像差曲線48，和與g譜線有關(guān)的像差曲線50)分別用曲線圖表示。
圖7和圖8中像差曲線的縱坐標(biāo)表示圖像高度與離光軸距離的百分比關(guān)系。在圖7和圖8中，100％，80％，70％，和60％分別對應(yīng)于0.550mm，0.440mm，0.385mm，和0.330mm。圖9中像差曲線的縱坐標(biāo)指出對應(yīng)于最大值F3.4的入射高度(F數(shù))。圖9中橫坐標(biāo)表示像差的幅度。
關(guān)于畸變，在圖像高度位置為80％(圖像高度為0.440mm)的情況下，像差量絕對值達(dá)到的最大值為5.94％，因此在圖像高度為0.550mm以下的范圍內(nèi)，像差量絕對值保持在5.94％以內(nèi)。
關(guān)于像散，在圖像高度位置為60％(圖像高度為0.330mm)的情況下，子午面上像差量絕對值達(dá)到的最大值為0.0095mm，因此在圖像高度為0.550mm及以下的范圍內(nèi)，像差量絕對值保持在0.0095mm以內(nèi)。
關(guān)于色差/球面像差，在入射高度h為100％的情況下，與g譜線有關(guān)的像差曲線50絕對值達(dá)到的最大值為0.0246mm，因此，像差量的絕對值保持在0.0246mm以內(nèi)。
第三個實施例(A)第一透鏡L1的物體側(cè)曲率半徑r1是r1＝0.353mm。
(B)第一透鏡L1的圖像側(cè)曲率半徑r2是r2＝0.611mm。
(C)后焦距bf是bf＝0.454mm。
(D)從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面的空氣中距離或光程d是d＝1.3746mm。
(E)第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是D2＝d2+d3＝0.0909mm。
(F)第二透鏡L2的中心厚度D3是D3＝d4＝0.278mm。
(G)第一透鏡L1的焦距f1是f1＝1.14mm。
(H)第二透鏡L2的焦距f2是f2＝1.19mm。
(I)第三透鏡L3的焦距f3是f3＝-3.79mm。
因此，(1)r1/r2＝0.353/0.611＝0.5778(2)D2/f＝0.0909/1.00＝0.0909(3)D3/f＝0.278/1.00＝0.278(4)d/f＝1.3746/1.00＝1.3746，和(5)bf/f＝0.454/1.00＝0.454。
因此，第三個實施例的透鏡系統(tǒng)滿足所述條件表達(dá)式。
如表3所示，孔徑光闌S1是在從第一透鏡L1第二表面(圖像側(cè)表面)向后的0.0263mm(d2＝0.0263mm)的位置上。數(shù)值孔徑(F數(shù))是3.4。
圖10表示第三個實施例中成像透鏡的剖面圖。相對于焦距1.00mm的后焦距為0.454mm，因此，確保它有足夠的長度。
圖11所示的畸變曲線52，圖12所示的像散曲線(與子午面有關(guān)的像差曲線54和與弧矢面有關(guān)的像差曲線56)，和圖13所示的色差/球面像差曲線(與C譜線有關(guān)的像差曲線58，與d譜線有關(guān)的像差曲線60，與e譜線有關(guān)的像差曲線62，與F譜線有關(guān)的像差曲線64，和與g譜線有關(guān)的像差曲線66)分別用曲線圖表示。
圖11和圖12中像差曲線的縱坐標(biāo)表示圖像高度與離光軸距離的百分比關(guān)系。在圖11和圖12中，100％，80％，70％，和60％分別對應(yīng)于0.550mm，0.440mm，0.385mm，和0.330mm。圖13中像差曲線的縱坐標(biāo)指出對應(yīng)于最大值F3.4的入射高度(F數(shù))。圖13中橫坐標(biāo)表示像差的幅度。
關(guān)于畸變，在圖像高度位置為80％(圖像高度為0.440mm)的情況下，像差量絕對值達(dá)到的最大值為5.4728％，因此在圖像高度為0.550mm及以下的范圍內(nèi)，像差量絕對值保持在5.4728％以內(nèi)。
關(guān)于像散，在圖像高度位置為80％(圖像高度為0.440mm)的情況下，子午面上像差量絕對值達(dá)到的最大值為0.0118mm，因此在圖像高度為0.550mm及以下的范圍內(nèi)，像差量絕對值保持在0.0118mm以內(nèi)。
關(guān)于色差/球面像差，在入射高度h為100％的情況下，與g譜線有關(guān)的像差曲線66絕對值達(dá)到的最大值為0.0251mm，因此，像差量的絕對值保持在0.0251mm以內(nèi)。
第四個實施例(A)第一透鏡L1的物體側(cè)曲率半徑r1是r1＝0.348mm。
(B)第一透鏡L1的圖像側(cè)曲率半徑r2是r2＝0.578mm。
(C)后焦距bf是bf＝0.444mm。
(D)從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面的空氣中距離或光程d是d＝1.3545mm。
(E)第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是D2＝d2+d3＝0.0949mm。
(F)第二透鏡L2的中心厚度D3是D3＝d4＝0.2784mm。
(G)第一透鏡L1的焦距f1是f1＝1.14mm。
(H)第二透鏡L2的焦距f2是f2＝1.14mm。
(I)第三透鏡L3的焦距f3是f3＝-3.34mm。
因此，(1)r1/r2＝0.348/0.578＝0.6021(2)D2/f＝0.0949/1.00＝0.0949(3)D3/f＝0.2784/1.00＝0.2784(4)d/f＝1.3545/1.00＝1.3545，和(5)bf/f＝0.444/1.00＝0.444。
因此，第四個實施例的透鏡系統(tǒng)滿足所述條件表達(dá)式。
如表4所示，孔徑光闌S1是在從第一透鏡L1第二表面(圖像側(cè)表面)向后的0.0346mm(d2＝0.0346mm)的位置上。數(shù)值孔徑(F數(shù))是3.4。
圖14表示第四個實施例中成像透鏡的剖面圖。相對于焦距1.00mm的后焦距為0.444mm，因此，確保它有足夠的長度。
圖15所示的畸變曲線68，圖16所示的像散曲線(與子午面有關(guān)的像差曲線70和與弧矢面有關(guān)的像差曲線72)，和圖17所示的色差/球面像差曲線(與C譜線有關(guān)的像差曲線74，與d譜線有關(guān)的像差曲線76，與e譜線有關(guān)的像差曲線78，與F譜線有關(guān)的像差曲線80，和與g譜線有關(guān)的像差曲線82)分別用曲線圖表示。
圖15和圖16中像差曲線的縱坐標(biāo)表示圖像高度與離光軸距離的百分比關(guān)系。在圖15和圖16中，100％，80％，70％，和60％分別對應(yīng)于0.620mm，0.496mm，0.434mm，和0.372mm。圖17中像差曲線的縱坐標(biāo)指出對應(yīng)于最大值F3.4的入射高度(F數(shù))。圖17中橫坐標(biāo)表示像差的幅度。
關(guān)于畸變，在圖像高度位置為80％(圖像高度為0.496mm)的情況下，像差量絕對值達(dá)到的最大值為7.1562％，因此在圖像高度為0.620mm以下的范圍內(nèi)，像差量絕對值保持在7.1562％以內(nèi)。
關(guān)于像散，在圖像高度位置為100％(圖像高度為0.620mm)的情況下，子午面上像差量絕對值達(dá)到的最大值為0.0328mm，因此在圖像高度為0.620mm以下的范圍內(nèi)，像差量絕對值保持在0.0328mm以內(nèi)。
關(guān)于色差/球面像差，在入射高度h為50％的情況下，與g譜線有關(guān)的像差曲線82絕對值達(dá)到的最大值為0.0217mm，因此，像差量的絕對值保持在0.0217mm以內(nèi)。
因此我們知道，在所有第一個實施例至第四個實施例的成像透鏡中，利用CCD或CMOS作為成像器件，確保小型攝像機中的安裝成像透鏡有足夠的性能。
從以上對本發(fā)明成像透鏡的描述中可以清楚地看出，設(shè)計構(gòu)成成像透鏡的每個透鏡滿足條件表達(dá)式(1)至(5)，可以解決本發(fā)明需要解決的問題。換句話說，滿意地修正了各種像差，并實現(xiàn)了有足夠后焦距和短光程的成像透鏡。
請注意，在以上描述的實施例中，利用塑料ZEONEX 480R制作第一透鏡，第二透鏡，和第三透鏡，但是只要滿足這些實施例中描述的各種條件，可以利用這些實施例中所用材料以外的其他塑料和非塑料，例如，玻璃等。
如上所述，按照本發(fā)明的成像透鏡，滿意地修正各種像差，盡管有短的光程，仍可以得到滿意的圖像，并可確保足夠的后焦距。
此外，按照本發(fā)明的成像透鏡，可以利用環(huán)烯塑料或聚碳酸酯作為透鏡材料。因此，不需要采用昂貴的非球面模制玻璃，因此能降低生產(chǎn)成本和減輕重量。
如上所述，本發(fā)明的成像透鏡可以作為攝像機透鏡安裝在便攜式電話，個人計算機，或數(shù)字?jǐn)z像機中，還可以滿意地作為安裝在PDA(個人數(shù)字助理)中的攝像機透鏡，安裝在包含圖像識別功能的玩具中的攝像機透鏡，以及安裝在監(jiān)測，勘測和防犯裝置中的攝像機透鏡。
權(quán)利要求
1.一種成像透鏡，包括第一透鏡L1，孔徑光闌S1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3，并且有這樣的結(jié)構(gòu)，所述第一透鏡L1，所述孔徑光闌S1，所述第二透鏡L2，和所述第三透鏡L3是從物體側(cè)到圖像側(cè)一個接一個地排列，其中所述第一透鏡L1是樹脂透鏡，它有正的折射本領(lǐng)和凸面朝向物體側(cè)的彎月形狀，所述第二透鏡L2是樹脂透鏡，它有正的折射本領(lǐng)和凸面朝向圖像側(cè)的彎月形狀，和所述第三透鏡L3是樹脂透鏡，它有負(fù)的折射本領(lǐng)，所述第一透鏡L1的兩個表面是非球面，所述第二透鏡L2的兩個表面是非球面，和所述第三透鏡L3中至少一個表面是非球面，以及所述成像透鏡滿足以下的條件0.40＜r1/r2＜0.65(1)0.08＜D2/f＜0.1 (2)0.2＜D3/f＜0.3 (3)1.0＜d/f＜1.5(4)0.4＜bf/f＜0.6 (5)其中f是整個透鏡系統(tǒng)的焦距，r1是第一透鏡L1的物體側(cè)表面在光軸近傍的曲率半徑(軸向曲率半徑)，r2是第一透鏡L1的圖像側(cè)表面在光軸近傍的曲率半徑(軸向曲率半徑)，D2是第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔，D3是第二透鏡L2的中心厚度，d是從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到成像面的距離(空氣中)，和bf是從第三透鏡的圖像側(cè)表面到成像面的距離(空氣中)。
2.按照權(quán)利要求1的成像透鏡，其中構(gòu)成所述成像透鏡的所述第一透鏡L1，所述第二透鏡L2，和所述第三透鏡L3是由Abbe數(shù)在30至60范圍內(nèi)的材料制成。
3.按照權(quán)利要求1的成像透鏡，其中構(gòu)成所述成像透鏡的所述第一透鏡L1，所述第二透鏡L2，和所述第三透鏡L3是利用環(huán)烯塑料制成。
全文摘要
本發(fā)明是滿意地修正各種像差的成像透鏡，光程是短的，和保證足夠的后焦距。成像透鏡的結(jié)構(gòu)是從物體側(cè)到圖像側(cè)一個接一個地排列第一透鏡L1，孔徑光闌S1，第二透鏡L2，和第三透鏡L3，因此，它滿足以下的條件0.40＜r
文檔編號G02B13/00GK1627118SQ20041003681
公開日2005年6月15日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者堂智 申請人:里程碑株式會社, 堂智