專利名稱：取像透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及取像透鏡系統(tǒng)，尤其涉及高性能且小巧的取像透鏡系統(tǒng)，適用于用固態(tài)成像傳感器來捕獲物體圖像的數(shù)字輸入設(shè)備(比如，數(shù)碼相機或數(shù)字攝像機)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著個人計算機等的普及，允許圖像數(shù)據(jù)輕松進入數(shù)字設(shè)備中的數(shù)碼相機和數(shù)字攝像機(下文中統(tǒng)稱為數(shù)字相機)在一般用戶群中已越來越普及。將來可預(yù)計這種數(shù)碼相機作為圖像數(shù)據(jù)輸入設(shè)備會變得更普及。
像CCD(電荷耦合器件)這種用在數(shù)碼相機中的固態(tài)圖像傳感器已經(jīng)制作得越來越小，因此在數(shù)碼相機自身中尋求進一步的微型化。結(jié)果，在取像透鏡系統(tǒng)中也急切地尋求微型化，因為取像透鏡系統(tǒng)在數(shù)字輸入設(shè)備中占據(jù)了最大的體積。使取像透鏡系統(tǒng)更小的最簡單的方法便是使固態(tài)圖像傳感器更小。不過，這包括使感光元件更小，因此使固態(tài)圖像傳感器更難以制造，另外在取像透鏡系統(tǒng)中還要求更高的性能。
另一方面，在使固態(tài)圖像傳感器的大小不變的同時使取像透鏡系統(tǒng)更小將會不可避免地導(dǎo)致出射光瞳的位置離成像平面更近。當(dāng)使出射光瞳的位置離成像平面更近時，從取像透鏡系統(tǒng)中出射的軸外光線會斜入射到成像平面上。這使得不可能充分利用在固態(tài)圖像傳感器前提供的微透鏡的聚光能力，其結(jié)果是所獲得的圖像在中心部分和其邊緣部分之間顯出了極不均勻的亮度。通過使取像透鏡系統(tǒng)的出射光瞳位置離成像平面更遠些，可避免上述這一點。
此外，近年來，在激烈的價格競爭中，更低的價格也已經(jīng)成為取像透鏡系統(tǒng)中越來越需要尋求的。此外，近年來，隨著在固態(tài)圖像傳感器中尋求不斷增大的高密度，在取像透鏡系統(tǒng)中已經(jīng)在尋求越來越高的性能。為了滿足這種要求，下面所列的專利出版物1到4提出了與固態(tài)圖像傳感器一起使用的取像透鏡系統(tǒng)，這些取像透鏡系統(tǒng)在其前面放置一個孔徑光闌并由正、正和負三種透鏡元件組成。
專利出版物1US-2004-179275-A1專利出版物2JP-A-2004-226487專利出版物3JP-A-2004-252312專利出版物4JP-A-2004-309695然而，不利的是，上述專利出版物1到4中所提出的三透鏡元件取像透鏡系統(tǒng)的缺點在于，第一透鏡元件的形狀并不適宜并且第一和第二透鏡元件的光焦度之間的關(guān)系并不適宜。結(jié)果，這些結(jié)構(gòu)對與透鏡光軸有關(guān)的制造誤差極為敏感，因此很難制造出令人滿意的外圍性能。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述常規(guī)情況下所遇到的不方便，本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)性能令人滿意的低成本小巧型取像透鏡系統(tǒng)，適合與固態(tài)圖像傳感器一起使用。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，從物方起依次為用于在固態(tài)圖像傳感器上形成圖像的取像透鏡系統(tǒng)提供了孔徑光闌；具有正的光焦度并向物方一側(cè)凸起的第一透鏡元件；具有正的光焦度并向像方一側(cè)凸起的第二透鏡元件；以及具有負的光焦度并面對像方一側(cè)凹陷的第三透鏡元件。此處，滿足下面的條件公式(1)和(2)1.3＜f1/f2＜3 (1)-4＜(r2+r3)/(r2-r3)＜-2(2)此處，f1 表示第一透鏡元件的焦距；f2 表示第二透鏡元件的焦距；r2 表示第一透鏡元件的物方一側(cè)表面的曲率半徑；以及r3 表示第一透鏡元件的像方一側(cè)表面的曲率半徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，從物方一側(cè)起依次為用于在固態(tài)圖像傳感器上形成圖像的取像透鏡系統(tǒng)提供孔徑光闌；具有正的光焦度、半月形且些物方一側(cè)凸起的第一透鏡元件；具有正的光焦度的第二透鏡元件；以及具有負的光焦度的第三透鏡元件。此處，滿足上述的條件公式(1)和(2)。
根據(jù)本發(fā)明，在取像透鏡系統(tǒng)中，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第一透鏡元件的形狀以及第一和第二透鏡元件的光焦度之間的關(guān)系。這使取像透鏡系統(tǒng)對制造誤差的靈敏度降低了，并由此使得很容易制造出其外圍性能令人滿意的取像透鏡系統(tǒng)。由此，有可能實現(xiàn)其光學(xué)性能令人滿意的低成本小巧型取像透鏡系統(tǒng)，適合與固態(tài)圖像傳感器一起使用。通過在數(shù)字輸入設(shè)備(比如，帶攝像頭的手機或數(shù)碼相機)中使用根據(jù)本發(fā)明的取像透鏡系統(tǒng)，有可能使數(shù)字輸入設(shè)備性能高、功能多、成本低且小巧。


圖1是本發(fā)明的第一實施例(示例1)的透鏡結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的第二實施例(示例2)的透鏡結(jié)構(gòu)圖；圖3A到3C是示例1的像差圖；以及圖4A到4C是示例2的像差圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖描述用于實施本發(fā)明的取像透鏡系統(tǒng)。圖1和2示出了本發(fā)明第一和第二實施例的透鏡結(jié)構(gòu)，像其光學(xué)部分中所觀察到的那樣。在這些實施例中，取像透鏡系統(tǒng)是單焦距透鏡系統(tǒng)，設(shè)計用于圖像獲取(例如，用在數(shù)碼相機中)，即，用于在固態(tài)圖像傳感器(例如，CCD)上形成光學(xué)圖像。從物方一側(cè)起，取像透鏡系統(tǒng)由孔徑光闌ST和下面三種透鏡元件組成第一透鏡元件L1，具有正的光焦度并向物方一側(cè)凸起；第二透鏡元件L2，具有正的光焦度并向成像一側(cè)凸起；以及第三透鏡元件L3，具有負的光焦度并面向成像一側(cè)凹陷。在成像一側(cè)還放置一個玻璃濾光片GF，其形狀為平面平行的片，并且這對應(yīng)于光學(xué)低通濾光片等。在每種透鏡結(jié)構(gòu)圖中(圖1和2)，符號ri(i＝1、2、3……)表示從物方一側(cè)數(shù)第i個表面(符號后面的星號*表示非球面)，并且符號di(i＝1、2、3……)表示從物方一側(cè)數(shù)第i個軸向距離。
現(xiàn)在，將更詳細地描述各實施例的透鏡結(jié)構(gòu)。在第一和第二實施例中(圖1和2)，第一到第三透鏡元件L1到L3都是半月形透鏡元件。具體來講，第一透鏡元件L1是正的透鏡元件，其半月形是向物方一側(cè)凸出的，第二透鏡元件L2是正的透鏡元件，其半月形是向像方一側(cè)凸出的，并且第三透鏡元件L3是負的透鏡元件，其半月形是面向成像一側(cè)凹陷的。這些三透鏡元件的透鏡表面都是非球面。
在這些實施例中，三透鏡元件(即正正負)結(jié)構(gòu)是這樣設(shè)計的，即給透鏡元件合適的光焦度(此處，光焦度被定義為焦距的倒數(shù))以及通過其它方式，以便在適合與固態(tài)圖像傳感器一起使用的取像透鏡系統(tǒng)中實現(xiàn)所需的令人滿意的光學(xué)性能的同時還能實現(xiàn)小巧和低成本。通過將任一實施例的取像透鏡系統(tǒng)用作圖像輸入設(shè)備(比如，數(shù)碼相機或帶攝像頭的手機)的取像透鏡系統(tǒng)，有可能使圖像輸入設(shè)備性能高、功能多、成本低并且小巧?，F(xiàn)在將描述為獲得這些相互間具有適當(dāng)平衡的益處并且也為實現(xiàn)另外的益處(比如，更高的靜止光學(xué)性能)而應(yīng)該實現(xiàn)的條件。
首先，將描述應(yīng)該由各實施例的取像透鏡系統(tǒng)來滿足的條件公式，即，應(yīng)該由第一或第二實施例的取像透鏡系統(tǒng)來滿足的條件公式。不過，應(yīng)該理解，下面所描述的所有的條件公式并不需要同時得到滿足。即，單獨滿足適合于給定光學(xué)結(jié)構(gòu)的那些條件公式中的任何一個可提供相應(yīng)的益處和優(yōu)點。從光學(xué)性能、小巧性、制造、裝配和其它方面看，最好滿足盡可能多的條件公式。條件公式可應(yīng)用于從物方一側(cè)起是孔徑光闌和三透鏡元件(即正正負)結(jié)構(gòu)的取像透鏡系統(tǒng)，并且較佳地可應(yīng)用于這樣一種取像透鏡系統(tǒng)，從物方一側(cè)起它包括孔徑光闌和下面三種透鏡元件具有正的光焦度且向物方一側(cè)凸起的第一透鏡元件；具有正的光焦度且向像方一側(cè)凸起的第二透鏡元件；以及具有負的光焦度且面向成像一側(cè)凹陷的第三透鏡元件。較佳的情況是第一透鏡元件應(yīng)該是正的透鏡元件，其半月形向物方一側(cè)凸起；第二透鏡元件應(yīng)該是正的透鏡元件，其半月形向像方一側(cè)凸起；并且第三透鏡元件應(yīng)該是負的透鏡元件，其半月形面向成像一側(cè)凹陷。
最好滿足下面的條件公式(1)。
1.3＜f1/f2＜3 (1)此處，f1 表示第一透鏡元件的焦距；并且f2 表示第二透鏡元件的焦距。
條件公式(1)定義了應(yīng)該由第一和第二透鏡元件滿足的條件范圍，主要是為了在總長度與對制造誤差的靈敏度之間實現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶?。就對制造誤差的靈敏度而言，不管條件公式(1)的上限將是有利的，但會導(dǎo)致總長度過長。相反，就減小總長度而言，不管條件公式(1)的下限將是有利的，但會導(dǎo)致對制造誤差的靈敏度過高，從而導(dǎo)致像差太大。
下面的條件公式(1a)最好能夠滿足。
1.6＜f1/f2＜2.5 (1a)從上述內(nèi)容和其它觀點來看，在條件公式(1)所定義的條件范圍之內(nèi)的條件公式(1a)定義了更佳的條件范圍。
下面的條件公式(2)最好得到滿足。
-4＜(r2+r3)/(r2-r3)＜-2 (2)此處，r2 表示第一透鏡元件物方一側(cè)的表面的曲率半徑；以及r3 表示第一透鏡元件像方一側(cè)的表面的曲率半徑。
條件公式(2)定義了應(yīng)該由第一透鏡元件滿足的條件范圍，主要是為了在出射光瞳位置與所產(chǎn)生的失真之間實現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶?。不管條件公式(2)的下限有利于出射光瞳的位置，但導(dǎo)致失真過大。相反，不管條件公式(2)的上限有利于失真，但不利于出射光瞳的位置。這使得取像透鏡系統(tǒng)不適合與固態(tài)圖像傳感器一起使用。
進一步，最好滿足下面的條件公式(2a)。
-3.5＜(r2+r3)/(r2-r3)＜-2.5 (2a)從上述內(nèi)容和其它觀點來看，在條件公式(2)所定義的條件范圍之內(nèi)的條件公式(2a)定義了更佳的條件范圍。
較佳地，滿足下面的條件公式(3)。
-1.4＜f/f3＜-1 (3)此處，f 表示整個取像透鏡系統(tǒng)的焦距；以及f3 表示第三透鏡元件的焦距。
條件公式(3)定義了應(yīng)該由第三透鏡元件滿足的條件范圍，主要是為了在總長度與所產(chǎn)生的像差之間實現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶?。不管條件公式(3)的上限有利于像差校正，但導(dǎo)致總長度過長。相反，不管條件公式(3)的下限有利于減小總長度，但導(dǎo)致像差過大，尤其是失真和場的曲率。
進一步，應(yīng)該滿足下面的條件公式(3a)。
-1.30＜f/f3＜-1.05 (3a)從上述內(nèi)容和其它觀點來看，在條件公式(3)所定義的條件范圍之內(nèi)的條件公式(3a)定義了更佳的條件范圍。
較佳地，應(yīng)該滿足條件公式(4)。
0.1＜d2/f＜0.3 (4)
此處，d2 表示第一透鏡元件的軸向厚度；以及f 表示整個取像透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件公式(4)定義了應(yīng)該由第一透鏡元件的軸向厚度滿足的條件范圍。不管條件公式(4)的下限有利于減小總長度，但導(dǎo)致像差過大，尤其是失真和場的曲率。相反，不管條件公式(4)的上限有利于獲得更高的光學(xué)性能，但導(dǎo)致光學(xué)總長度過大。
進一步，應(yīng)該滿足下面的條件公式(4a)。
0.15＜d2/f＜0.20 (4a)從上述內(nèi)容和其它觀點來看，在條件公式(4)所定義的條件范圍之內(nèi)的條件公式(4a)定義了更佳的條件范圍。
在這些實施例的情況下，較佳地，每個透鏡元件的至少一側(cè)的表面是非球面，并且最好都是非球面。使第一到第三透鏡元件中的每一個都至少具有一個非球面，便可以在很大程度上使非球像差、彗差和失真的校正達到令人滿意的水平。較佳地，第三透鏡元件在其成像一側(cè)具有非球面，并且該表面從中心到邊緣具有越來越弱的負光焦度，最終在邊緣部分具有正的光焦度。這使得在使光總長度保持緊湊的同時還使出射光瞳位置離得較遠。
在所有的實施例中，取像透鏡系統(tǒng)只由折射透鏡元件組成，它通過折射使入射光偏轉(zhuǎn)(即，在折射率不同的兩種介質(zhì)的界面處使光偏轉(zhuǎn)的那種類型的透鏡組件)。不過，有可能用任何其它類型的透鏡元件來代替上述這些透鏡元件中的任何，例如，通過衍射現(xiàn)象使入射光偏轉(zhuǎn)的衍射透鏡元件，或通過組合在一起的衍射和折射現(xiàn)象來使入射光偏轉(zhuǎn)的折射/衍射混合透鏡元件，或用分布在介質(zhì)中的變化著的折射率來使入射光偏轉(zhuǎn)的梯度折射率透鏡元件。在這些類型中，在介質(zhì)中分布有變化的折射率的梯度折射率透鏡元件是昂貴的，因為它們要求復(fù)雜的制造工藝。因此，在用于實施本發(fā)明的取像透鏡系統(tǒng)中，較佳地，第一到第三透鏡元件都使用由均勻的材料構(gòu)成的透鏡元件。
按照要求，除了孔徑光闌之外，也可以安排用于切去不必要的光線的光束限制片等。按照要求，一種棱鏡(例如，矩形棱鏡)、一種鏡子(例如，平面鏡)等可排列在光路上使得用其沒有光焦度的表面(例如，反射或衍射表面)來使取像透鏡系統(tǒng)前面、后面或中間的光路彎曲，以形成彎曲的光學(xué)系統(tǒng)(例如，用來反射光束使得光軸彎曲90度的彎曲光學(xué)系統(tǒng))。在何處使光路彎曲可以由特定的需要來確定。通過使光路適當(dāng)彎曲，有可能制成明顯瘦長且小巧的內(nèi)含取像透鏡系統(tǒng)的數(shù)字設(shè)備(比如，數(shù)碼相機)。
各實施例的取像透鏡系統(tǒng)適合作為小巧的取像透鏡系統(tǒng)，可用在配有圖像輸入能力的數(shù)碼相機和數(shù)字設(shè)備(例如，帶攝像頭的手機)中，通過將這些取像透鏡系統(tǒng)之一與光學(xué)濾光片和圖像傳感器組合起來，便有可能構(gòu)建出一種以光學(xué)的方式拍攝物體的圖像再以電子信號將其輸出的取像透鏡設(shè)備。取像透鏡設(shè)備是用來拍攝靜止或運動物體的照相機的主要部件。從物方一側(cè)起，取像透鏡設(shè)備包括用于形成物體的光學(xué)圖像的取像透鏡系統(tǒng)；光學(xué)濾光片，比如光學(xué)低通濾光片或隔離紅外線的濾光片；圖像傳感器，比如CCD，用來將取像透鏡系統(tǒng)所形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘枴?br> 這種照相機的示例包括數(shù)碼相機；攝像機；監(jiān)視相機；車載相機；用于視頻電話的相機；用于對講機的相機；以及含在其中或從外部安裝到數(shù)字設(shè)備上的相機，比如個人計算機、移動計算機、手機、便攜式數(shù)據(jù)設(shè)備(或個人數(shù)字助理，小型PDA)及其外圍設(shè)備(比如，鼠標(biāo)、掃描儀和打印機)。如這些示例所示，有可能不僅通過使用取像透鏡設(shè)備來構(gòu)建相機，還可以通過將取像透鏡設(shè)備包含在其中來將相機功能添加到各種設(shè)備上。例如，有可能構(gòu)建出配有圖像輸入能力的數(shù)字設(shè)備，比如帶有攝像頭的手機。相機功能可以以想要的的形式來實現(xiàn)。例如，取像透鏡設(shè)備可以被做成一個單元，這樣便可以以可拆卸的方式或可旋轉(zhuǎn)的方式連接到相機主體上或便攜式數(shù)據(jù)設(shè)備上(比如手機或PDA)。
用作圖像傳感器的可以是固態(tài)圖像傳感器，比如具有多個像素的CCD或CMOS(互補型金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器。由固態(tài)圖像傳感器將取像透鏡系統(tǒng)所形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?。要由取像透鏡系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像通過光學(xué)低通濾光片，其預(yù)定的截止頻率特性取決于固態(tài)圖像傳感器的像素間距，同時光學(xué)圖像如此調(diào)節(jié)其空間頻率特性使得當(dāng)光學(xué)圖像被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘枙r所產(chǎn)生的所謂的重疊噪聲達到最小。按照要求，由固態(tài)圖像傳感器所產(chǎn)生的信號要經(jīng)過預(yù)定的數(shù)字圖像處理、圖像壓縮處理等，并作為數(shù)字視頻信號被存儲到存儲器(比如，半導(dǎo)體存儲器或光盤)中；在某些情況下，信號通過電纜或在轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外信號之后被轉(zhuǎn)移到另一個設(shè)備中。
在各實施例中，玻璃濾光片GF被用作光學(xué)低通濾光片，放置在取像透鏡系統(tǒng)的最后一個表面與固態(tài)圖像傳感器之間；相反，有可能使用任何其它與實際所使用的數(shù)字輸入設(shè)備相配的類型。例如，有可能使用由石英等制成的、其晶軸已適當(dāng)對齊的雙折射類型低通濾光片；相位類型的低通濾光片，通過使用衍射現(xiàn)象來實現(xiàn)所要求的光學(xué)截止頻率特性；或任何其它類型的低通濾光片。
從上文中可以清楚地看出，上文所描述的實施例與下文所描述的實際示例都包括隨后要描述的結(jié)構(gòu)。使用這些結(jié)構(gòu)，有可能實現(xiàn)光學(xué)性能令人滿意、成本低且小巧的取像透鏡設(shè)備，通過將它們包括在相機、數(shù)字設(shè)備等之中，便有可能使這些設(shè)備具有高性能、多功能、低成本以及小巧等特點。
(U1)取像透鏡設(shè)備包括取像透鏡系統(tǒng)，用于形成光學(xué)圖像；圖像傳感器，用于將取像透鏡系統(tǒng)所形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?。取像透鏡設(shè)備的特征在于，從物方一側(cè)起，取像透鏡系統(tǒng)包括孔徑光闌；第一透鏡元件，具有正的光焦度且向物方一側(cè)凸起；第二透鏡元件，具有正的光焦度且向像方一側(cè)凸起；以及第三透鏡元件，具有負的光焦度且面向像方一側(cè)凹陷。取像透鏡設(shè)備的特征還在于，條件公式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)、(3a)、(4)和(4a)中的至少一個被滿足。
(U2)取像透鏡設(shè)備包括取像透鏡系統(tǒng)，用于形成光學(xué)圖像；圖像傳感器，用于將取像透鏡系統(tǒng)所形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?。取像透鏡設(shè)備的特征在于，從物方一側(cè)起，取像透鏡系統(tǒng)包括孔徑光闌；第一透鏡元件，具有正的光焦度、具有半月形且向物方一側(cè)凸起；第二透鏡元件，具有正的光焦度；以及第三透鏡元件，具有負的光焦度。取像透鏡設(shè)備的特征還在于，條件公式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)、(3a)、(4)和(4a)中的至少一個被滿足。
(U3)如上文(U1)和(U2)所述的取像透鏡設(shè)備，其中第一到第三透鏡元件都在其兩側(cè)具有非球面。
(U4)如上文(U1)、(U2)和(U3)所述的取像透鏡設(shè)備，其中第三透鏡元件在其像方一側(cè)上具有非球面，并且該表面具有從中心到邊緣越來越弱的負的光焦度，這樣在其邊緣部分最終具有正的光焦度。
(U5)如上文(U1)、(U2)、(U3)和(U4)之一所述的取像透鏡設(shè)備，其中第一到第三透鏡元件都是由均勻材料構(gòu)成的。
(C1)一種相機，其特征在于，該相機包括如上文(U1)、(U2)、(U3)、(U4)和(U5)之一所述的取像透鏡設(shè)備，并且該相機至少可用來拍攝物體的靜止照片或運動照片。
(C2)如上文(C1)所述的相機，其中該相機是數(shù)碼相機、攝像機或含在其中或從外部安裝到個人計算機上的相機、移動的計算機、手機、便攜式數(shù)據(jù)終端、或其外圍設(shè)備。
(D1)一種數(shù)字設(shè)備，其特征在于，該數(shù)字設(shè)備包括如上文(U1)、(U2)、(U3)、(U4)和(U5)之一所述的取像透鏡設(shè)備，使得該數(shù)字設(shè)備在制成時具有拍攝物體的靜止照片或移動照片的能力。
(D2)如上文(D1)所述的數(shù)字設(shè)備，其中該數(shù)字設(shè)備是個人計算機、移動計算機、手機、便攜式數(shù)據(jù)終端、或其外圍設(shè)備。
示例在下文中，將參照結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)來呈現(xiàn)用于實施本發(fā)明的取像透鏡系統(tǒng)的實際示例。表格1和2分別示出了示例1和2的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。示例1和2是分別對應(yīng)于上文描述過的第一和第二實施例的數(shù)字示例。由此，第一和第二實施例的透鏡結(jié)構(gòu)圖(圖1和圖2)也分別示出了示例1和2的透鏡結(jié)構(gòu)。
在各示例的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中，形如ri(i＝1、2、3……)的符號表示從物方一側(cè)數(shù)第i個表面的曲率半徑(mm)，形如di(i＝1、2、3……)的符號表示從物方一側(cè)數(shù)第i個軸向距離(mm)，形如Ni(i＝1、2、3……)和υi(i＝1、2、3……)的符號分別表示從物方一側(cè)數(shù)第i個光學(xué)元件的用于d線的折射率(Nd)以及阿貝數(shù)值(υd)。與這些數(shù)據(jù)一起示出的是取像透鏡系統(tǒng)的焦距(f，mm)和f數(shù)值(FNO)。表格3示出了在示例1和2中實際觀察到的條件公式的值。
其曲率半徑ri標(biāo)有星號(*)的表面是具有非球形的折射光學(xué)表面，或其折射效應(yīng)等價于非球面的表面。這種非球面的表面形狀是由下文的公式(AS)來定義的。各示例中所用的非球面的非球面數(shù)據(jù)也與上述其它數(shù)據(jù)一起示出(沒有等于零的系數(shù)被示出)。
X(H)=C0·H2/(1+1-ϵ·C02·H2)+ΣAj·Hj---(AS)]]>此處，H表示在垂直于光軸AX的方向上的高度；X(H) 表示在高度H處沿光軸AX的位移；C0表示近軸曲率(＝1/ri)；ε 表示二次曲面參數(shù)；j表示非球面的階數(shù)；以及Aj 表示階數(shù)為j的非球面系數(shù)。
圖3A到3C和4A到4C分別是示例1和2的像差圖。在這些像差圖中，那些數(shù)字后綴有“A”的圖示出了球面像差，那些數(shù)字后綴有“B”的圖示出了象散，而那些數(shù)字后綴有“C”的圖示出了失真，F(xiàn)NO表示f數(shù)字而Y’表示最大的圖像高度(mm)。在示出球面象差的圖中，實線d、“劃線-點”線g、“劃線-點-點”線c分別表示針對d-、g-和c-線所觀察到的球面象差(mm)，虛線SC表示與sine條件的偏差。在示出象散的圖中，虛線DM和實線DS分別表示在子午平面和徑向平面上所觀察到的象散(mm)。在示出失真的圖中，實線表示針對d-線所觀察到的失真(％)。
下面是表格1、2和3。
表1示例1f＝3.56，F(xiàn)NO＝4.0
ε＝-0.77750×10，A4＝0.30133，A6＝-0.18716[表面r3的非球面數(shù)據(jù)]ε＝-0.32536×10，A4＝0.12859，A6＝0.96276×10-1[表面r4的非球面數(shù)據(jù)]ε＝-0.17634×102，A4＝0.16810，A6＝0.37183×10-1，A8＝0.13745，A10＝-0.27842×10-1[表面r5的非球面數(shù)據(jù)]ε＝0.29577，A4＝0.49555×10-1，A6＝-0.17811×10-1，A8＝-0.14756×10-1，A10＝0.29727×10-1[表面r6的非球面數(shù)據(jù)]ε＝0.17544×10，A4＝-0.24387，A6＝0.11001，A8＝-0.45300×10-1，A10＝0.24779×10-1，A12＝-0.87870×10-2[表面r7的非球面數(shù)據(jù)]ε＝-0.40000×10，A4＝-0.15919，A6＝0.91191×10-1，A8＝-0.38452×10-1，A10＝0.91696×10-2，A12＝-0.97609×10-3
表2示例2f＝3.51，F(xiàn)NO＝4.0
ε＝-0.52989×10，A4＝0.28235，A6＝-0.14635[表面r3的非球面數(shù)據(jù)]ε＝-0.35960×10，A4＝0.13545，A6＝0.68161×10-1[表面r4的非球面數(shù)據(jù)]ε＝-0.68322×10，A4＝-0.38560×10-1，A6＝-0.22741×10-1，A8＝0.94379×10-2，A10＝0.36530×10-1[表面r5的非球面數(shù)據(jù)]ε＝0.45134，A4＝-0.16882×10-1，A6＝-0.44234×10-2，A8＝0.17818×10-1，A10＝0.55365×10-2[表面r6的非球面數(shù)據(jù)]ε＝0.20629×10，A4＝-0.33010，A6＝0.13147，A8＝-0.49477×10-1，A10＝0.31953×10-1，A12＝-0.10098×10-1[表面r7的非球面數(shù)據(jù)]ε＝-0.40000×10，A4＝-0.15498，A6＝0.82349×10-1，A8＝-0.35200×10-1，A10＝0.88419×10-2，A12＝-0.95148×10-3
表3

權(quán)利要求
1.一種用于在固態(tài)圖像傳感器上形成圖像的取像透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述取像透鏡系統(tǒng)從其物方一側(cè)起包括孔徑光闌；第一透鏡元件，具有正的光焦度并向物方一側(cè)凸起；第二透鏡元件，具有正的光焦度并向成像表面一側(cè)凸起；第三透鏡元件，具有負的光焦度并面向成像表面一側(cè)凹陷，并且下面的條件公式(1)和(2)要滿足1.3＜f1/f2＜3 (1)-4＜(r2+r3)/(r2-r3)＜-2(2)此處，f1 表示所述第一透鏡元件的焦距；f2 表示所述第二透鏡元件的焦距；r2 表示所述第一透鏡元件的物方一側(cè)表面的曲率半徑；以及r3 表示所述第一透鏡元件的像方一側(cè)表面的曲率半徑。
2.一種用于在固態(tài)圖像傳感器上形成圖像的取像透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述取像透鏡系統(tǒng)從其物方一側(cè)起包括孔徑光闌；第一透鏡元件，具有正的光焦度、半月形且向所述物方一側(cè)凸起；第二透鏡元件，具有正的光焦度；以及第三透鏡元件，具有負的光焦度，并且下面的條件公式(1)和(2)要滿足1.3＜f1/f2＜3 (1)-4＜(r2+r3)/(r2-r3)＜-2(2)此處，f1 表示所述第一透鏡元件的焦距；f2 表示所述第二透鏡元件的焦距；r2 表示所述第一透鏡元件的物方一側(cè)的曲率半徑；以及r3 表示所述第一透鏡元件的像方一側(cè)的曲率半徑。
3.如權(quán)利要求1和2所述的取像透鏡系統(tǒng)，其特征在于，下面的條件公式(3)要滿足-1.4＜f/f3＜-1(3)此處，f 表示所述整個取像透鏡系統(tǒng)的焦距；以及f3 表示所述第三透鏡元件的焦距。
4.如權(quán)利要求1到3所述的取像透鏡系統(tǒng)，其特征在于，下面的條件公式(4)要滿足0.1＜d2/f＜0.3 (4)此處，d2 表示所述第一透鏡元件的軸向厚度；以及f 表示所述整個取像透鏡系統(tǒng)的焦距。
全文摘要
一種用于在固態(tài)圖像傳感器上形成圖像的取像透鏡系統(tǒng)，從其物方一側(cè)起包括孔徑光闌，具有正的光焦度并向物方一側(cè)凸起的第一透鏡元件，具有正的光焦度并些像方一側(cè)凸起的第二透鏡元件，以及具有負的光焦度并面向像方一側(cè)凹陷的第三透鏡元件?；蛘?，用于在固態(tài)圖像傳感器上形成圖像的取像透鏡系統(tǒng)具有孔徑光闌，具有正的光焦度、半月形且向物方一側(cè)凸起的第一透鏡元件，具有正的光焦度的第二透鏡元件，以及具有負的光焦度的第三透鏡元件。另外，在任一情況下，該取像透鏡系統(tǒng)滿足規(guī)定的條件公式。
文檔編號G02B9/12GK1828355SQ20061005884
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月1日
發(fā)明者磯野雅史 申請人:柯尼卡美能達精密光學(xué)株式會社