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裝置作為成像元件適合于安裝在便攜式電話，個人計算機的圖像輸入裝置，數(shù)字攝像機，監(jiān)視CCD攝像機，檢查裝置或類似設(shè)備中的成像透鏡。
背景技術(shù)：
在上述成像透鏡中，要求光程是短的，光程的定義是從成像透鏡物體側(cè)上的入射面到圖像面(CCD等裝置的成像面)的距離。就是說，在設(shè)計成像透鏡時，必須采取各種措施盡可能減小光程與成像透鏡組合焦距之比率。以下，具有短光程的成像透鏡，即，光程與焦距之比率是小的透鏡稱之為“小型”透鏡。
以便攜式電話作為例子，光程必須短于便攜式電話裝置的厚度。另一方面，最好有盡可能長的后焦距，后焦距的定義是從成像透鏡圖像側(cè)上的發(fā)射面到圖像面的距離。就是說，在設(shè)計成像透鏡時，必須采取各種措施盡可能增大后焦距與成像透鏡的組合焦距之比率。這是由于需要在成像透鏡與圖像面之間插入濾光片，蓋玻片和其他元件。
除了上述的以外，當然還需要校正成像透鏡的各種像差到充分小的量，使這個成像透鏡形成的圖像畸變不能被視覺所識別，并能滿足成像元件(也稱之為“像素”)集成密度的要求。就是說，必須滿意地校正各種像差；以下，滿意校正各種像差的圖像可以稱之為“滿意的圖像”。
如以下所描述的，人們已公開具有二元配置的成像透鏡，它適合于采用CCD，CMOS器件或其他固態(tài)圖像拾取元件的圖像設(shè)備，其中便攜式計算機和視頻電話具有代表性。除了得到滿意的圖像以外，這些透鏡都設(shè)計成體積小和重量輕。
在這些成像透鏡中，作為第一種透鏡，人們公開一種具有二元配置的紅外透鏡，它包括兩個彎月形透鏡(第一透鏡和第二透鏡)，設(shè)計為成本低和重量輕的小型透鏡，并具有實際應(yīng)用的合適成像性能。(例如，見Japanese Unexamined Patent Application PublicationNo.2000-75203)然而，這種紅外透鏡在第一透鏡與第二透鏡之間有寬的間隔D，因此，光程必須很長，很難設(shè)計一種足夠小型的透鏡系統(tǒng)。第一透鏡與第二透鏡之間的間隔D與整個系統(tǒng)的焦距f(二元透鏡系統(tǒng)的組合焦距)之比率D/f至少為0.8。所以，光程與整個系統(tǒng)焦距之比率約為1.5(第六個實施例中透鏡的比率最小值是1.4236)，因此，這種透鏡的光程是長的。
作為第二種二元透鏡，人們公開一種變形附加透鏡(例如，見Japanese Unexamined Patent Application PublicationNo.2000-81568)，其中利用具有不同垂直和水平放大倍數(shù)的一種無焦透鏡聚焦物體的圖像，無焦透鏡包含兩個柱面，僅在相同方向上有折射本領(lǐng)，且其曲率半徑有相同的符號，它可以使投射的圖像比實際物體窄或?qū)?。特別是，這種變形附加透鏡放置和用于靜止照相透鏡系統(tǒng)的物體側(cè)。
然而，雖然變形附加透鏡是配置成二元透鏡的透鏡系統(tǒng)，但是變形附加透鏡中單元透鏡的表面形狀不是普通透鏡情況下的球面，而是圓柱面。因此，它的基本配置不同于本發(fā)明成像透鏡的配置。
作為第三種二元透鏡，人們公開一種用于光信息記錄媒體上記錄和再現(xiàn)信息的物鏡，它確保長的工作距離，其中透鏡組是具有正折射本領(lǐng)的兩個元件，它的NA(數(shù)值孔徑)為0.85，適合于合并在光源波長為500nm或以下的光拾取裝置中，并有滿意校正的色差。(例如，見Japanese Unexamined Patent Application PublicationNo.2003-167187)。此外，作為第四種至第六種的二元透鏡，人們公開了具有大數(shù)值孔徑和長工作距離的高性能，體積小光拾取裝置中的物鏡(例如，見Japanese Unexamined Patent Application PublicationNo.2003-5026，Japanese Unexamined Patent Application PublicationNo.2003-5027，和Japanese Unexamined Patent ApplicationPublication No.2003-5055)。
然而，這些物鏡設(shè)計成有小的NA，利用物鏡聚焦平行光線到信息記錄面上盡可能小的區(qū)域；本發(fā)明成像透鏡在概念上與它們有本質(zhì)的區(qū)別。因此，構(gòu)成透鏡系統(tǒng)的兩個透鏡中每個透鏡的焦距，后焦距和光程數(shù)值，以及兩個透鏡之間的間隔與本發(fā)明成像透鏡是不同的。對于非常明亮的透鏡，雖然數(shù)值孔徑為0.85或更高，轉(zhuǎn)換成F數(shù)的值小于1，而本發(fā)明成像透鏡的F數(shù)(Fno)是在2.0＜Fno＜4.0的范圍內(nèi)。
作為代表透鏡(或透鏡系統(tǒng))亮度的指數(shù)，為了區(qū)別由物體側(cè)折射率n與入射光瞳半徑所對角度u乘積n·sin(u)代表的數(shù)值孔徑(NA)和由透鏡焦距f與入射光瞳Din之比率f/Din代表的F數(shù)，在這個說明書中，代表數(shù)值孔徑的值是用NA表示，而代表F數(shù)的值是用Fno表示。這兩個變量近似地互為倒數(shù)。
作為第七種二元透鏡，人們公開一種明亮的小型紅外透鏡(例如，見Japanese Unexamined Patent Application PublicationNo.2003-295052)，其中利用相對廉價的材料，使成本下降，并消除衍射光柵引起的多余級次衍射光的效應(yīng)。在這種紅外透鏡的二元透鏡中，衍射光柵形成在物體側(cè)上彎月形透鏡的凹面上。因此，各個元件和透鏡系統(tǒng)是完全不同于本發(fā)明的成像透鏡，本發(fā)明成像透鏡不采用衍射光柵作為元件。
作為第八種二元透鏡，人們公開一種包括前組透鏡，孔徑，和后組透鏡的圖像形成透鏡，前組透鏡有正的折射本領(lǐng)，F(xiàn)no＝4，半圖像角約24°，具有滿意校正的像差，并適用于傳真設(shè)備等裝置中的圖像拾取(例如，見Japanese Unexamined Patent Application PublicationNo.7-181379)。
然而，這種圖像形成透鏡系統(tǒng)有短的后焦距，因此，很難在透鏡與圖像面之間插入濾光片以阻擋紅外光。后焦距bf與整個系統(tǒng)的焦距f(二元透鏡系統(tǒng)的組合焦距)之比率bf/f至多為0.38(第五個實施例)。
作為第九種至第十一種二元透鏡，人們公開包括圖像形成透鏡(第一透鏡)和校正透鏡(第二透鏡)的成像透鏡(例如，見JapaneseUnexamined Patent Application Publication No.2000-66094，JapaneseUnexamined Patent Application Publication No.2000-66095，和Japanese Unexamined Patent Application Publication No.2000-66096)。
然而，這些成像透鏡有這樣的配置，光軸上圖像形成透鏡的厚度很大。所以，在配置這種透鏡時，折射率的分布往往是不均勻的，由于這種折射率的不均勻分布而產(chǎn)生圖像畸變，因此，在某些情況下，不能獲得根據(jù)透鏡設(shè)計應(yīng)有的圖像質(zhì)量。
作為第十二種二元透鏡，人們公開一種具有相對小圖像尺寸的成像透鏡，具體地說，它的性能適合于安裝在小型圖像拾取設(shè)備中(例如，見Japanese Unexamined Patent Application Publication2004-4620)。這種成像透鏡有這樣的配置，從物體側(cè)開始按順序排列孔徑光闌，第一透鏡和第二透鏡。就是說，采用不是把孔徑光闌放置在第一透鏡與第二透鏡之間的配置。所以，不能適當?shù)叵W光，因此，提高圖像對比度和得到清晰圖像的能力受到限制。
而且，除了第九個實施例以外，光程d與整個系統(tǒng)的焦距f(二元透鏡系統(tǒng)的組合焦距)之比率d/f超過1.3。就是說，在這個設(shè)計中，光程是長的，不能完全實現(xiàn)小型化。另一方面，第九個實施例中公開的光程d與整個成像透鏡系統(tǒng)的焦距f之比率是1.137；但是，第一透鏡與第二透鏡之間的間隔D2與整個成像透鏡中系統(tǒng)的焦距f之比率極小，為0.11。所以，在這個配置中，在第一透鏡與第二透鏡之間插入第二光闌是不容易的。
然而，為了適合于更小型的便攜式電話裝置，個人計算機的圖像設(shè)備或其他設(shè)備的設(shè)計，要求這種設(shè)備中安裝的成像透鏡光程應(yīng)當是短的，此外，還要求能夠得到滿意的圖像。
本發(fā)明的目的是提供F數(shù)是在2.0至4.0范圍內(nèi)，具有二元透鏡的配置，短光程，以及能夠得到滿意圖像的一種成像透鏡。此外，另一個目的是提供這樣的成像透鏡，其中光闌是在第一透鏡與第二透鏡之間，可以適當?shù)叵W光，以及充分提高圖像的對比度以得到清晰的圖像。
另一個目的是提供這樣的成像透鏡，其中構(gòu)成成像透鏡的全部透鏡(兩個透鏡)是利用塑料制成，從而實現(xiàn)成本低和重量輕。此處，“塑料”是指可以澆注的聚合物材料，利用熱量或壓力或二者發(fā)生塑性形變以制成透鏡，而且，該塑料對于可見光是透明的。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)以上的目的，本發(fā)明的成像透鏡配置成從物體側(cè)到圖像側(cè)按順序排列孔徑光闌S1，第一透鏡L1，第二光闌S2，和第二透鏡L2。第一透鏡L1是凸面朝向物體側(cè)的彎月形狀，并有正的折射本領(lǐng)。第二透鏡L2是凸面朝向物體側(cè)的彎月形狀，并有正的折射本領(lǐng)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選配置例子中，成像透鏡滿足以下的條件。
0.3＜f1/f2＜1.0 (1)0.4＜bf/f＜0.5 (2)1.0＜d/f＜1.3 (3)0.12＜D2/f＜0.30(4)2.0＜Fno＜4.0 (5)其中f是成像透鏡的組合焦距，f1是第一透鏡L1的焦距，f2是第二透鏡L2的焦距，bf是從第二透鏡L2的圖像側(cè)表面到圖像面的距離(空氣中)，d是從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到圖像面的距離(空氣中)，D2是第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔，和Fno是F數(shù)。
最好是，構(gòu)成本發(fā)明成像透鏡的第一透鏡L1和第二透鏡L2是利用Abbe數(shù)在30至60之間的材料制成。此外，構(gòu)成本發(fā)明成像透鏡的第一透鏡L1和第二透鏡L2是利用環(huán)烯塑料或聚碳酸酯材料制成。
以上的條件公式(1)是規(guī)定第一透鏡L1的焦距f1與第二透鏡L2的焦距f2之比率f1/f2的條件。若這個比率f1/f2大于某個下限，則可以校正第一透鏡L1中發(fā)生的各種像差。具體地說，通過校正畸變，可以避免由于存在這種畸變導(dǎo)致圖像的極大畸形。此外，可以防止因第一透鏡L1曲率半徑太小造成注模困難的情況。
另一方面，若比率f1/f2小于條件公式(1)給出的上限，則可以制成足夠小的透鏡，它能用作安裝在便攜式電話，個人計算機的圖像輸入裝置，數(shù)字攝像機，監(jiān)視CCD攝像機，檢查設(shè)備等中的成像透鏡。就是說，可以使后焦距足夠短，因此，光程不會太長。此外，可以適當?shù)匦Ｕ诙哥RL2中發(fā)生的各種像差。
以上的條件公式(2)是確保從第二透鏡L2的圖像側(cè)表面到圖像面的距離bf(后焦距)有合適的長度并確保有插入蓋玻片，濾光片等空間的條件。就是說，這個條件公式規(guī)定后焦距bf與本發(fā)明成像透鏡組合焦距f之比率bf/f必須滿足的條件，為的是能夠插入蓋玻片，濾光片等。
若比率bf/f大于條件公式(2)給出的下限，則可以確保合適的后焦距，并形成能夠容易插入蓋玻片，濾光片等的結(jié)構(gòu)。
另一方面，若比率bf/f小于條件公式(2)給出的上限，則后焦距不會太長，且可以實現(xiàn)這樣的成像透鏡，其中得到的光程適合于安裝在便攜式電話單元，個人計算機的圖像輸入裝置等裝置中。即使比率bf/f超過條件公式(2)給出的上限，可以研究使第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔變短以縮短光程的可能性；但是，在目前很難制成這樣的透鏡，它能夠獲得已適當?shù)匦Ｕ鞣N像差的滿意圖像。就是說，第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔設(shè)置成很小的值，在第一透鏡L1和第二透鏡L2的注模過程中，使它們有能夠適當校正像差的形狀，這種透鏡的形狀是這樣的，澆注透鏡材料到模具中以形成正確反映模具形狀是很難的。
以上的條件公式(3)是規(guī)定從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到圖像面的距離d(光程)與本發(fā)明成像透鏡的組合焦距f之比率d/f的條件公式。若比率d/f大于條件公式(3)給出的下限，則第一透鏡L1和第二透鏡L2的厚度可以設(shè)置成這樣，這些透鏡的注模是可能的。此外，后焦距bf可以設(shè)置成足夠長，使第二透鏡的有效直徑不會太大而妨礙成像透鏡的小型化.
另一方面，若比率d/f小于條件公式(3)給出的上限，則光程不會太長而妨礙本發(fā)明成像透鏡的小型化，并且在不使圖像周邊的光量與圖像中心的光量之比率太小的情況下，可以在整個圖像上得到有均勻亮度的滿意圖像。
以上的條件公式(4)是規(guī)定第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2與本發(fā)明成像透鏡的組合焦距f之比率D2/f的條件公式。若比率D2/f大于條件公式(4)給出的下限，則第一透鏡L1的圖像側(cè)表面r3與第二透鏡L2的物體側(cè)表面r5之間的間隔不會太小，可以在第一透鏡L1和第二透鏡L2之間的空間中插入第二光闌S2。通過充分消除對圖像形成沒有貢獻的光線，這些光線發(fā)生在第一透鏡L1和第二透鏡L2的外周邊和夾持成像透鏡的柱形筒內(nèi)，第二光闌S2在得到有足夠高對比度的清晰圖像方面發(fā)揮重要的作用。
此外，通過調(diào)整圖像中心的分辨率以得到滿意的圖像，可以使發(fā)生在負方向視場的圖像面曲率足夠地小。就是說，通過調(diào)整圖像中心的分辨率到這樣的程度，可以充分減小圖像周邊的滿意圖像位置從圖像面位置向物體側(cè)運動的效應(yīng)。
若D2/f大于條件公式(4)給出的下限，則可以確保第一透鏡L1的圖像側(cè)表面r3與第二透鏡L2的物體側(cè)表面r5之間插入第二光闌S2有足夠大的間隔。此外，發(fā)生在負方向的視場曲率不是如此之大，在圖像的周邊不能得到合適的分辨率。就是說，通過充分調(diào)整圖像中心的分辨率以得到滿意的圖像，可以使發(fā)生在負方向視場的圖像面曲率足夠地小。換句話說，通過調(diào)整圖像中心的分辨率以得到滿意的圖像，可以充分減小從圖像周邊處滿意分辨率位置的圖像面位置向前運動的效應(yīng)。
另一方面，若比率D2/f小于條件公式(4)給出的上限，則可以避免后焦距太短和第二透鏡L1有效直徑太大而不能使成像透鏡小型化的情況。此外，發(fā)生在正方向的視場曲率不是如此之大，在圖像的周邊不可能有合適的分辨率。就是說，通過充分調(diào)整圖像中心的分辨率以得到滿意的圖像，可以使發(fā)生在正方向視場的圖像面曲率充分地小。換句話說，通過充分調(diào)整圖像中心的分辨率以得到滿意的圖像，可以充分減小從圖像周邊處滿意分辨率位置的圖像面位置向后運動的效應(yīng)。
以上的條件公式(5)是規(guī)定本發(fā)明成像透鏡F數(shù)的數(shù)值范圍條件公式。若F數(shù)大于條件公式(5)給出的下限，則視場的深度足以確保安裝在便攜式電話，個人計算機的圖像輸入裝置，數(shù)字攝像機，監(jiān)視CCD攝像機，檢查設(shè)備中成像透鏡的使用。若視場的深度太淺，即，若F數(shù)太小，則同時聚焦到圖像的寬廣范圍是困難的，從而妨礙它的使用。
另一方面，若F數(shù)小于條件公式(5)給出的上限，則可以得到滿意亮度的圖像，沒有過分暗的圖像，且到達便攜式電話，個人計算機的圖像輸入裝置，數(shù)字攝像機，監(jiān)視CCD攝像機，檢查設(shè)備中圖像面沒有不足夠的光量。
如上所述，采用滿足以上條件公式(1)至(5)中5個條件的透鏡配置，可以提供F數(shù)在2.0至4.0范圍內(nèi)，僅有兩個透鏡和短透鏡光程配置的成像透鏡，從而可以得到滿意的圖像。此外，在第一透鏡與第二透鏡之間插入光闌以充分消除閃光，可以提供有充分增強圖像對比度的成像透鏡，從而得到清晰的圖像。
借助于本發(fā)明的成像透鏡，可以利用塑料制作構(gòu)成本發(fā)明成像透鏡的全部透鏡(兩個透鏡)，因此，可以提供有低成本和重量輕的成像透鏡。


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像差圖；圖4是第一個實施例成像透鏡的像散差圖；圖5是第一個實施例成像透鏡的色差/球差圖；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像差圖；圖8是第二個實施例成像透鏡的像散差圖；圖9是第二個實施例成像透鏡的色差/球差圖；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像差圖；圖12是第三個實施例成像透鏡的像散差圖；圖13是第三個實施例成像透鏡的色差/球差圖；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像差圖；圖16是第四個實施例成像透鏡的畸變像差圖；和圖17是第四個實施例成像透鏡的色差/球差圖；具體實施方式
以下，參照附圖解釋本發(fā)明的各個方面。這些附圖僅僅簡要地展示各個元件的形狀，尺寸和位置關(guān)系到足以能夠理解本發(fā)明的程度，以下解釋中的數(shù)字值和其他條件僅僅作為合適的例子；本發(fā)明絕不局限于上述本發(fā)明的各個方面。
圖1是本發(fā)明成像透鏡的配置圖。圖1中確定的表面編號，各個表面之間的間隔和其他符號與圖2，圖6，圖10，和圖14中的相同。
從物體側(cè)的順序開始，第一透鏡和第二透鏡分別標記為L1和L2。包括圖像面的圖像元件標記為10，分開圖像面與透鏡系統(tǒng)的蓋玻片標記為12，以及孔徑光闌和第二光闌分別標記為S1和S2。孔徑光闌S1和第二光闌S2的孔徑部分是用線段作為標志。
在以下的表1至表4中，給出ri(i＝1，2，3，...9)和di(i＝1，2，3，...8)的具體數(shù)字值。下標i表示從物體側(cè)前進到圖像側(cè)的順序，并給對應(yīng)的透鏡面數(shù)目，透鏡厚度，透鏡間隔指定數(shù)值。
就是說，ri是第i面的軸上曲率半徑；di是從第i面到第i+1面的距離；Ni是包含第i面和第i+1面的透鏡材料折射率；和vi是從第i面到第i+1面的透鏡材料Abbe數(shù)。在這個說明書中，ri指出第i面的軸上曲率半徑，只要不產(chǎn)生混淆，ri也可以表示第i面本身。
光程d是從d1加到d5再加上后焦距df的結(jié)果。后焦距df是光軸上從第二透鏡L2的圖像側(cè)表面到圖像面的距離。然而，后焦距df的測量是去除插入在第二透鏡L2與圖像面之間的蓋玻片。就是說，在插入蓋玻片的狀態(tài)下，從第二透鏡L2的圖像側(cè)表面到圖像面的幾何距離大于去除了蓋玻片的距離，這是由于蓋玻片的折射率大于1。后焦距變長的程度是由插入蓋玻片的折射率和厚度確定。為了定義后焦距df作為成像透鏡的特征值，它與是否存在蓋玻片無關(guān)，采用去除蓋玻片后測量得到的數(shù)值。此外，第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是D2＝d3+d4。
在表1至表4的最右各列中展示非球面數(shù)據(jù)以及表面編號?？讖焦怅@S1的表面r1和第二光闌S2的表面r4以及蓋玻片的r7和r8和圖像面r9是平面，因此，它們的曲率半徑是∞。
以下的公式給出本發(fā)明中使用的非球面。
Z＝ch2/[1+[1-(1+k)c2h2]+1/2]+A0h4+B0h6+C0h8+D0h10其中Z是離表面頂點的相切平面深度，c是光軸鄰近的表面曲率，h是離光軸的高度，k是圓錐常數(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)，和D0是十級非球面系數(shù)。
在這個說明書的表1至表4的每個表中，非球面系數(shù)的數(shù)字值采用指數(shù)標記，例如，“e-1”表示“10的-1次冪”。此外，給出的焦距f值是包括第一透鏡和第二透鏡的透鏡系統(tǒng)組合焦距。
以下，參照圖2至圖17解釋第一個實施例至第四個實施例。
圖2，圖6，圖10，和圖14是透鏡配置的總體圖。圖3，圖7，圖11，和圖15表示畸變像差曲線；像散差曲線出現(xiàn)在圖4，圖8，圖12，和圖16中；和色差/球差曲線出現(xiàn)在圖5，圖9，圖13，和圖17中。
畸變像差曲線指出像差量(沿水平軸以百分比表示的不滿足正切條件的量)與離光軸距離(沿垂直軸以百分比表示的圖像平面內(nèi)離光軸的距離，最大值等于100)的關(guān)系。與畸變像差曲線類似，像散差曲線指出沿水平軸的像差量(單位mm)與離光軸距離的關(guān)系。像散差曲線表示子午面和弧矢面上的像差量(單位mm)。色差/球差曲線表示沿水平軸的像差量(單位mm)與入射距離h(F數(shù))的關(guān)系。色差/球差曲線展示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d譜線(波長為587.6nm的光)的折射率。
以下，列出第一個實施例至第四個實施例中單元透鏡的曲率半徑(單位mm)，透鏡之間的間隔(單位mm)，透鏡材料的的折射率，透鏡材料的Abbe數(shù)，數(shù)值孔徑，和非球面系數(shù)。在第一個實施例至第四個實施例中，組合焦距f設(shè)置成1.0mm。
表1第一個實施例 焦距f＝1.0mm，數(shù)值孔徑Fno＝3.0

表2第二個實施例 焦距f＝10mm，數(shù)值孔徑Fno＝30

表3第三個實施例 焦距f＝1.0mm，數(shù)值孔徑Fno＝3.0

表4第四個實施例焦距f＝10mm，數(shù)值孔徑Fno＝3.0

以下，我們描述每個實施例的特征。在第一至第四個實施例的每個實施例中，第一透鏡L1和第二透鏡L2中使用ZEONEX E48R的環(huán)烯塑料(ZEONEX是日本Zeno公司的注冊商標，而E48R是產(chǎn)品編號；以下簡稱為“Zeonex”)。
此外，第一透鏡L1的兩個表面和第二透鏡L2的兩個表面都是非球面。就是說，每個實施例中非非球面的數(shù)目是4。
第一透鏡L1和第二透鏡L2中Zeonex E48R材料的Abbe數(shù)是56(d譜線的折射率是1.53)。根據(jù)模擬結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，若透鏡材料的Abbe數(shù)是在30至60的范圍內(nèi)，則在像差和其他透鏡性能參數(shù)中不出現(xiàn)實際差別。就是說，我們發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)的成像透鏡比較，若Abbe數(shù)是上述的范圍內(nèi)，則可以得到滿意校正各種像差的成像透鏡，這是本發(fā)明的目的。因此，本發(fā)明的成像透鏡還可以使用聚碳酸酯作為透鏡單元材料。
濾光片插入在透鏡系統(tǒng)與圖像面之間。利用玻璃(d譜線的折射率是1.5168)作為這種濾光片的材料。在計算以下解釋的各種像差時，假設(shè)存在這種濾光片。
第一個實施例(A)第一透鏡L1的焦距f1是1.63mm。
(B)第二透鏡L2的焦距f2是1.74mm。
(C)全部透鏡的組合焦距f是1.0mm。
(D)后焦距bf是0.463mm。
(E)光程d是1.193mm。
(F)第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是0.2738mm。
(G)F數(shù)Fno是3.0。
因此f1/f2＝1.63/1.74＝0.9368bf/f＝0.463/1.0＝0.463d/f＝1.193/1.0＝1.193
D2/f＝0.2738/1.0＝0.2738Fno＝3.0所以，第一個實施例透鏡系統(tǒng)滿足所有以下的條件公式(1)至(5)。
0.3＜f1/f2＜1.0 (1)0.4＜bf/f＜0.5 (2)1.0＜d/f＜1.3(3)0.12＜D2/f＜0.30 (4)2.0＜Fno＜4.0(5)如表1所指出的，孔徑光闌S1是在第一透鏡L1第一表面r2(物體側(cè)表面)的位置。第二光闌S2是在第一透鏡L1第二表面r3之后的位置0.1217mm(d3＝0.1217mm)，和第二透鏡L2第一表面r5之前的0.1521mm(d4＝0.1521mm)，即，插入在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間。F數(shù)Fno是3.0，和組合焦距f是1.0mm。
圖2是第一個實施例成像透鏡的剖面圖。光程是1.193mm，和后焦距是0.463mm，因此，可以確保組合焦距f有合適的長度。第一透鏡L1第二表面r3與第二透鏡L2第二表面r5之間間隔d3+d4的數(shù)值設(shè)置成0.2738mm。因此，確保在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間插入第二光闌S2有足夠的間隔。
圖3表示畸變像差曲線20，圖4表示像散差曲線(子午面上的像差曲線22和弧矢面上的像差曲線24)，和圖5表示色差/球差曲線(C譜線的像差曲線26，d譜線的像差曲線28，e譜線的像差曲線30，F(xiàn)譜線的像差曲線32，和g譜線的像差曲線34)。
圖3和圖4中像差曲線的垂直軸指出百分比表示的圖像高度與光軸的距離。在圖3和圖4中，垂直軸上的100％，80％，70％，和60％分別相當于0.650mm，0.520mm，0.455mm，和0.390mm。圖5中的垂直軸指出入射距離h(F數(shù))；最大值對應(yīng)于F3.0。圖5中的水平軸指出像差幅度。
在圖像高度為80％(圖像高度為0.520mm)時，畸變像差絕對值的最大值是3.78％。在圖像高度等于或小于0.650mm的情況下，像差絕對值是在3.78％以內(nèi)。
在圖像高度為80％(圖像高度為0.520mm)時，弧矢面上像散差絕對值的最大值是在0.0292mm。在圖像高度等于或小于0.650mm的情況下，像差絕對值是在0.0292mm以內(nèi)。
對于入射距離h為100％的g譜線，色差/球差絕對值的最大值是在0.0355mm，各處的像差絕對值是在0.0355mm以內(nèi)。
第二個實施例(A)第一透鏡L1的焦距f1是1.36mm。
(B)第二透鏡L2的焦距f2是2.48mm。
(C)全部透鏡的組合焦距f是1.0mm。
(D)后焦距bf是0.454mm。
(E)光程d是1.102mm。
(F)第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是0.1727mm。
(G)F數(shù)Fno是3.0。
因此f1/f2＝1.36/2.48＝0.5484bf/f＝0.454/1.0＝0.454d/f＝1.102/1.0＝1.102D2/f＝0.1727/1.0＝0.1727Fno＝3.0所以，第二個實施例透鏡系統(tǒng)滿足所有以下的條件公式(1)至(5)。
0.3＜f1/f2＜1.0(1)0.4＜bf/f＜0.5 (2)1.0＜d/f＜1.3 (3)0.12＜D2/f＜0.30 (4)2.0＜Fno＜4.0 (5)
如表2所指出的，孔徑光闌S1是在第一透鏡L1第一表面r2(物體側(cè)表面)的位置。第二光闌S2是在第一透鏡L1第二表面r3之后的位置0.1007mm(d3＝0.1007mm)，和第二透鏡L2第一表面r5之前的0.0720mm(d4＝0.0720mm)，即，插入在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間。F數(shù)Fno是3.0，和組合焦距f是1.0mm。
圖6是第二個實施例成像透鏡的剖面圖。光程是1.102mm，和后焦距是0.454mm，因此，可以確保組合焦距f有合適的長度。第一透鏡L1第二表面r3與第二透鏡L2第二表面r5之間間隔d3+d4的數(shù)值設(shè)置成0.1727mm。因此，確保在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間插入第二光闌S2有足夠的間隔。
圖7表示畸變像差曲線36，圖8表示像散差曲線(子午面上的像差曲線38和弧矢面上的像差曲線40)，和圖9表示色差/球差曲線(C譜線的像差曲線42，d譜線的像差曲線44，e譜線的像差曲線46，F(xiàn)譜線的像差曲線48，和g譜線的像差曲線50)。
圖7和圖8中像差曲線的垂直軸指出百分比表示的圖像高度與光軸的距離。在圖7和圖8中，垂直軸上的100％，80％，70％，和60％分別相當于0.650mm，0.520mm，0.455mm，和0.390mm。圖9中的垂直軸指出入射距離h(F數(shù))；最大值對應(yīng)于F3.0。圖9中的水平軸指出像差幅度。
在圖像高度為100％(圖像高度為0.650mm)時，畸變像差絕對值的最大值是3.63％。在圖像高度等于或小于0.650mm的情況下，像差絕對值是在3.63％以內(nèi)。
在圖像高度為100％(圖像高度為0.650mm)時，子午面上像散差絕對值的最大值是在0.0399mm。在圖像高度等于或小于0.650mm的情況下，像差絕對值是在0.0399mm以內(nèi)。
對于入射距離h為100％的g譜線，色差/球差絕對值的最大值是在0.0300mm，各處的像差絕對值是在0.0300mm以內(nèi)。
第三個實施例(A)第一透鏡L1的焦距f1是1.29mm。
(B)第二透鏡L2的焦距f2是2.89mm。
(C)全部透鏡的組合焦距f是1.0mm。
(D)后焦距bf是0.462mm。
(E)光程d是1.079mm。
(F)第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是0.1435mm。
(G)F數(shù)Fno是3.0。
因此f1/f2＝1.29/2.89＝0.4464bf/f＝0.462/1.0＝0.462d/f＝1.079/1.0＝1.079D2/f＝0.1435/1.0＝0.1435Fno＝3.0所以，第三個實施例透鏡系統(tǒng)滿足所有以下的條件公式(1)至(5)。
0.3＜f1/f2＜1.0 (1)0.4＜bf/f＜0.5 (2)1.0＜d/f＜1.3 (3)0.12＜D2/f＜0.30(4)2.0＜Fno＜4.0 (5)如表3所指出的，孔徑光闌S1是在第一透鏡L1第一表面r2(物體側(cè)表面)的位置。第二光闌S2是在第一透鏡L1第二表面r3之后的位置0.0861mm(d3＝0.0861mm)，和第二透鏡L2第一表面r5之前的0.0574mm(d4＝0.0574mm)，即，插入在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間。F數(shù)Fno是3.0，和組合焦距f是1.0mm。
圖10是第三個實施例成像透鏡的剖面圖。光程是1.079mm，和后焦距是0.462mm，因此，可以確保組合焦距f有合適的長度。第一透鏡L1第二表面r3與第二透鏡L2第二表面r5之間間隔d3+d4的數(shù)值設(shè)置成0.1435mm。因此，確保在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間插入第二光闌S2有足夠的間隔。
圖11表示畸變像差曲線52，圖12表示像散差曲線(子午面上的像差曲線54和弧矢面上的像差曲線56)，和圖13表示色差/球差曲線(C譜線的像差曲線58，d譜線的像差曲線60，e譜線的像差曲線62，F(xiàn)譜線的像差曲線64，和g譜線的像差曲線66)。
圖11和圖12中像差曲線的垂直軸指出百分比表示的圖像高度與光軸的距離。在圖11和圖12中，垂直軸上的100％，80％，70％，和60％分別相當于0.645mm，0.516mm，0.451mm，和0.387mm。圖13中的垂直軸指出入射距離h(F數(shù))；最大值對應(yīng)于F3.0。圖13中的水平軸指出像差幅度。
在圖像高度為100％(圖像高度為0.645mm)時，畸變像差絕對值的最大值是3.07％。在圖像高度等于或小于0.645mm的情況下，像差絕對值是在3.07％以內(nèi)。
在圖像高度為60％(圖像高度為0.387mm)時，弧矢面上像散差絕對值的最大值是在0.0261mm。在圖像高度等于或小于0.645mm的情況下，像差絕對值是在0.0261mm以內(nèi)。
對于入射距離h為50％的g譜線，色差/球差絕對值的最大值是在0.0258mm，各處的像差絕對值是在0.0258mm以內(nèi)。
第四個實施例(A)第一透鏡L1的焦距f1是1.26mm。
(B)第二透鏡L2的焦距f2是3.19mm。
(C)全部透鏡的組合焦距f是1.0mm。
(D)后焦距bf是0.459mm。
(E)光程d是1.076mm。
(F)第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔D2是0.1435mm。
(G)F數(shù)Fno是3.0。
因此f1/f2＝1.26/3.19＝0.3950
bf/f＝0.459/1.0＝0.459d/f＝1.076/1.0＝1.076D2/f＝0.1435/1.0＝0.1435Fno＝3.0所以，第四個實施例透鏡系統(tǒng)滿足所有以下的條件公式(1)至(5)。
0.3＜f1/f2＜1.0(1)0.4＜bf/f＜0.5 (2)1.0＜d/f＜1.3 (3)0.12＜D2/f＜0.30 (4)2.0＜Fno＜4.0 (5)如表4所指出的，孔徑光闌S1是在第一透鏡L1第一表面r2(物體側(cè)表面)的位置。第二光闌S2是在第一透鏡L1第二表面r3之后的位置0.0861mm(d3＝0.0861mm)，和第二透鏡L2第一表面r5之前的0.0574mm(d4＝0.0574mm)，即，插入在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間。F數(shù)Fno是3.0，和組合焦距f是1.0mm。
圖14是第四個實施例成像透鏡的剖面圖。光程是1.076mm，和后焦距是0.459mm，因此，可以確保組合焦距f有合適的長度。第一透鏡L1第二表面r3與第二透鏡L2第二表面r5之間間隔d3+d4的數(shù)值設(shè)置成0.1435mm。因此，確保在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間插入第二光闌S2有足夠的間隔。
圖15表示畸變像差曲線68，圖16表示像散差曲線(子午面上的像差曲線70和弧矢面上的像差曲線72)，和圖17表示色差/球差曲線(C譜線的像差曲線74，d譜線的像差曲線76，e譜線的像差曲線78，F(xiàn)譜線的像差曲線80，和g譜線的像差曲線82)。
圖15和圖16中像差曲線的垂直軸指出百分比表示的圖像高度與光軸的距離。在圖15和圖16中，垂直軸上的100％，80％，70％，和60％分別相當于0.645mm，0.516mm，0.451mm，和0.387mm。圖17中的垂直軸指出入射距離h(F數(shù))；最大值對應(yīng)于F3.0。圖17中的水平軸指出像差幅度。
在圖像高度為100％(圖像高度為0.645mm)時，畸變像差絕對值的最大值是2.53％。在圖像高度等于或小于0.645mm的情況下，像差絕對值是在2.53％以內(nèi)。
在圖像高度為100％(圖像高度為0.645mm)時，子午面上像散差絕對值的最大值是在0.0461mm。在圖像高度等于或小于0.645mm的情況下，像差絕對值是在0.0461mm以內(nèi)。
對于入射距離h為100％的g譜線，色差/球差絕對值的最大值是在0.0446mm，各處的像差絕對值是在0.0466mm以內(nèi)。
因此，如以上所解釋的，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)具有滿意校正各種像差的成像透鏡，光程與成像透鏡系統(tǒng)組合焦距之比率至多約為1.2(即使在比率為最大的第一個實施例成像透鏡中，僅等于1.193)，它適合于安裝在便攜式電話等裝置的小型CCD攝像機中。
另一方面，成像透鏡系統(tǒng)的后焦距與組合焦距之比率還接近于0.46(即使在比率為最小的第二個實施例成像透鏡中，等于0.454)，因此，可以確保合適的長度。就是說，借助于本發(fā)明的成像透鏡，確保有足夠的后焦距，它能夠在第二透鏡L2的圖像側(cè)表面r6與圖像面之間插入蓋玻片12或其他的元件，如以上本發(fā)明的每個實施例中所描述的。
此外，D2/f是第一透鏡L1第二表面r3與第二透鏡L2第一表面r5之間的距離與整個成像透鏡系統(tǒng)的焦距f之比率，D2/f值設(shè)置在約0.14與0.28之間，即使在比率設(shè)置為最小的第三和第四個實施例中是0.1435。就是說，確保在第一透鏡L1與第二透鏡L2之間插入第二光闌S2有足夠的空間。
此外，本發(fā)明的成像透鏡可以采用Abbe數(shù)在30至60范圍內(nèi)材料制成的透鏡，因此，可以使用環(huán)烯塑料或聚碳酸酯材料作為透鏡材料。所以，不需要利用昂貴的非球面澆注玻璃，因此，可以實現(xiàn)低成本的制造方法，還可以減輕透鏡的重量。
根據(jù)以上的解釋我們清楚地知道，本發(fā)明的成像透鏡不但能夠適用于便攜式電話裝置，個人計算機和數(shù)字攝像機中包含的照相透鏡，而且還適用于PDA(個人數(shù)字助理)中包含的照相透鏡，具有圖像識別功能的玩具中埋置的照相透鏡，以及用于監(jiān)測，檢查和防止犯罪設(shè)備中的照相透鏡。
權(quán)利要求
1.一種成像透鏡，包括孔徑光闌S1，第一透鏡L1，第二光闌S2，和第二透鏡L2，且其中所述成像透鏡配置成從物體側(cè)到圖像側(cè)按順序排列孔徑光闌S1，第一透鏡L1，第二光闌S2，和第二透鏡L2；所述第一透鏡L1是凸面朝向物體側(cè)的彎月形狀，并有正的折射本領(lǐng)；所述第二透鏡L2是凸面朝向物體側(cè)的彎月形狀，并有正的折射本領(lǐng)；和所述第一透鏡L1的兩個表面和所述第二透鏡L2的兩個表面是非球面，并滿足以下的條件0.3＜f1/f2＜1.0 (1)0.4＜bf/f＜0.5 (2)1.0＜d/f＜1.3 (3)0.12＜D2/f＜0.30 (4)2.0＜Fno＜4.0(5)其中f是成像透鏡的組合焦距，f1是第一透鏡L1的焦距，f2是第二透鏡L2的焦距，bf是從第二透鏡L2的圖像側(cè)表面到圖像面的(空氣中)距離，d是從第一透鏡L1的物體側(cè)表面到圖像面的(空氣中)距離，D2是第一透鏡L1與第二透鏡L2之間的間隔，和Fno是F數(shù)。
2.按照權(quán)利要求1的成像透鏡，其中構(gòu)成成像透鏡的所述第一透鏡L1和所述第二透鏡L2是利用Abbe數(shù)在30至60之間的材料制成。
3.按照權(quán)利要求1的成像透鏡，其中構(gòu)成成像透鏡的所述第一透鏡L1和所述第二透鏡L2是利用環(huán)烯塑料或聚碳酸酯材料制成。
4.按照權(quán)利要求2的成像透鏡，其中構(gòu)成成像透鏡的所述第一透鏡L1和所述第二透鏡L2是利用環(huán)烯塑料或聚碳酸酯材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及F數(shù)在2.0至4.0范圍內(nèi)的成像透鏡，它配置成僅有兩個透鏡，具有短的透鏡光程，和具有足夠高的圖像對比度，從而可以得到清晰的圖像。成像透鏡配置成從物體側(cè)到圖像側(cè)按順序排列孔徑光闌，第一透鏡，第二光闌，和第二透鏡，并滿足以下的條件。第一透鏡和第二透鏡都是凸面朝向物體側(cè)的彎月形狀，并有正的折射本領(lǐng)。0.3＜f
文檔編號G02B13/00GK1641396SQ20041007134
公開日2005年7月20日 申請日期2004年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者堂智, 橋本善之 申請人:里程碑株式會社, 堂智