專利名稱：具有三個(gè)透鏡的物鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，更具體地，涉及一種可用于例如感光接收器和/或傳感器的具有至少三透鏡元件的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可用于例如感光接收器和/或傳感器地光學(xué)系統(tǒng)是已知的。例如，US 6,560,037公開了一種具有孔徑光闌的單個(gè)透鏡元件，該孔徑光闌相鄰于該透鏡元件的遠(yuǎn)端面。然而，單個(gè)勻質(zhì)透鏡元件例如由US6,560,037公開的透鏡元件不對(duì)光學(xué)成像校正的程度起作用，需要該校正以在使用幾十萬(wàn)象素的傳感器上產(chǎn)生最佳分辨率。
具有兩個(gè)透鏡組或透鏡元件的光學(xué)系統(tǒng)也是已知的。例如，兩個(gè)透鏡組或元件反向遠(yuǎn)攝設(shè)計(jì)在US 5,677,798；US 5,812,327；US6,181,477；US 6,097,551；和US專利申請(qǐng)US 2002/0018303中公開。一般的反向遠(yuǎn)攝鏡頭配置可以描述為當(dāng)從透鏡的最遠(yuǎn)端向傳感器順序前進(jìn)時(shí)第一透鏡組或元件光焦度為負(fù)和第二透鏡組或元件光焦度為正的配置。這種排列使透鏡系統(tǒng)的后焦點(diǎn)長(zhǎng)于焦距。反向遠(yuǎn)攝配置是允許傳感器和最接近于傳感器的透鏡元件之間充分的空間的設(shè)計(jì)形式；該空間通常用于定位附加光學(xué)系統(tǒng)，如抑制紅外線濾光鏡或傳感器保護(hù)板。此外，反向遠(yuǎn)攝鏡頭配置可以幫助減少入射到傳感器上的傾斜光線的角度大小。
已公開了其他不具有上述反向遠(yuǎn)攝配置的兩個(gè)透鏡元件設(shè)計(jì)。US5,251,069；US 6,515,809；US專利申請(qǐng)2003/0016452；US專利申請(qǐng)2003/0048549是由兩個(gè)組/元件構(gòu)成的非反向遠(yuǎn)攝設(shè)計(jì)形式的例子。盡管這些后者的設(shè)計(jì)形式不具有與反向遠(yuǎn)攝透鏡的相同的一般有利配置，但是它們強(qiáng)調(diào)其他方面的改進(jìn)如提高的工藝性，減小的成本或更緊湊的尺寸。在幾乎不需要在透鏡之后的用于厚板的空間的光學(xué)系統(tǒng)中或者對(duì)于限制角度幾乎沒(méi)有嚴(yán)格要求的光學(xué)系統(tǒng)中，其中以該角度主光線入射到傳感器上，可以優(yōu)選非反向遠(yuǎn)攝設(shè)計(jì)形式。然而，利用任何兩組/元件設(shè)計(jì)形式存在限制；圖像質(zhì)量通常小于可以利用三個(gè)或多個(gè)透鏡組/元件的圖像質(zhì)量。對(duì)于為具有一般百萬(wàn)象素或更多的小型傳感器設(shè)計(jì)的緊湊透鏡，可以希望三個(gè)或多個(gè)透鏡元件的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)高的圖像分辨率。
具有至少三個(gè)透鏡元件的光學(xué)系統(tǒng)也是已知的。US 6,441,971B2；US 6,282,033；US 6,414,802；US 6,476,982；和JP 2002162561公開了具有傳感器的為成像設(shè)計(jì)的三個(gè)和四個(gè)透鏡元件/組系統(tǒng)，通常在離傳感器的透鏡的最遠(yuǎn)端面處或其附近具有孔徑光闌。
如在US 6,282,033，US 6,414,802，US 6,476,982和JP 2002162561中公開的設(shè)計(jì)通常是由四個(gè)或更多的離散的透鏡元件構(gòu)成的類型，這些透鏡元件裝配成具有F/4或更小孔徑的至少三個(gè)組。盡管極好的圖像質(zhì)量通?？梢岳米銐驍?shù)量的光學(xué)表面來(lái)得到，但是與具有較少元件的設(shè)計(jì)相比，由于需要被制造和裝配的透鏡元件的數(shù)量，因此像這樣的設(shè)計(jì)是昂貴的。此外，對(duì)于給定應(yīng)用，當(dāng)使用較多的透鏡元件時(shí)，實(shí)現(xiàn)短的總透鏡長(zhǎng)度很困難。在比較透鏡設(shè)計(jì)的不足時(shí)有用的性能系數(shù)是從最遠(yuǎn)端頂點(diǎn)至像面的總系統(tǒng)長(zhǎng)度L與透鏡的有效焦距f0的比。應(yīng)用該性能系數(shù)，US 6,282,033公開了一種總系統(tǒng)長(zhǎng)度為約8mm以及焦距為約4.5mm的透鏡。對(duì)于該透鏡，總系統(tǒng)長(zhǎng)度和焦距的比稍稍小于2。此外，US 6,282,033的優(yōu)選實(shí)施例是包括都由玻璃制成的具有球面的透鏡的一個(gè)實(shí)施例。在批量生產(chǎn)方面，由玻璃制造所有元件的費(fèi)用超過(guò)了由樹脂材料制造元件的成本。如US 6,476,982和JP2002162561中公開的設(shè)計(jì)，考慮利用對(duì)塑料透鏡元件進(jìn)行像差校正的非球面的混合的玻璃-塑料形式。JP 2002162561公開了焦距大約為5.6mm和總系統(tǒng)長(zhǎng)度稍稍大于10mm的透鏡；因此，總系統(tǒng)長(zhǎng)度和焦距的比稍稍小于2。US 6,476,982公開了焦距大約為5.7mm和總系統(tǒng)長(zhǎng)度為大約7.35mm的透鏡，因此，總系統(tǒng)長(zhǎng)度和焦距的比為約1.3。如US 6,414,802B1中公開的設(shè)計(jì)由所有的塑料元件組成。對(duì)于10mm的焦距，該公開透鏡的總系統(tǒng)長(zhǎng)度低到15mm；因此，總系統(tǒng)長(zhǎng)度和焦距的比為約1.5。這些透鏡在最小化總系統(tǒng)長(zhǎng)度和焦距的比方面是不足的，部分原因是由于許多透鏡元件的使用和缺乏將設(shè)計(jì)壓縮成短焦距的能力。
如在US 6,441,971中公開的其他透鏡設(shè)計(jì)僅由三個(gè)透鏡元件組成并具有相對(duì)高的F/2.8的光收集孔徑和寬視場(chǎng)。與使用更多元件的透鏡相比，僅三個(gè)透鏡元件的使用有助于更緊湊的設(shè)計(jì)。在US 6,441,971中公開的設(shè)計(jì)具有的總系統(tǒng)長(zhǎng)度和焦距的比為約1.25。實(shí)現(xiàn)該相對(duì)短的長(zhǎng)度部分通過(guò)透鏡材料的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)。該公開的設(shè)計(jì)利用在離傳感器最遠(yuǎn)位置中的正光焦度玻璃透鏡元件，具有大于大多數(shù)塑料和許多玻璃的一般折射率的折射率。例如，具有Nd＝1.62041的SK16或具有Nd＝1.80279的C-ZLAF2用于公開的設(shè)計(jì)中，而大多數(shù)普通的塑料如丙烯酸和聚苯乙烯具有Nd＜1.6。此外，最便宜的玻璃材料類型BK7具有Nd＝1.517。當(dāng)折射率較高時(shí)，空氣-材料界面的折射能力較大，并且有助于更緊湊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)橥哥R厚度通常可以減?。蝗欢?，該設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)以對(duì)于玻璃元件的制造和材料成本為代價(jià)。使用較便宜的具有Nd＜1.6的塑性樹脂(例如丙烯酸，聚碳酸酯)的設(shè)計(jì)或利用最便宜類型的玻璃(例如BK7)的包括一個(gè)透鏡元件的設(shè)計(jì)通常具有較低的總成本。
在US 6,441,971中公開的設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在于它們不能解決對(duì)于許多傳感器的功能很重要的問(wèn)題；即，入射到傳感器上的光線角度顯著減小。這些設(shè)計(jì)具有超過(guò)20度的角度。由于許多原因，減小入射到傳感器上的光線角度是重要的。一個(gè)原因是它有助于提高傳感器上的照明均勻性以便角落相對(duì)于中心可以被足夠地照明。此外，任何二向色型濾光器(如一些抑制紅外光濾光器)具有與入射角度相比而改變的特性；希望最小化這些差異。同樣，如果與一個(gè)象素上的單態(tài)相關(guān)的光成像到相鄰象素上，則入射到具有光收集透鏡(即微透鏡陣列)傳感器上的傾斜光線可能成為問(wèn)題。
為了克服這些問(wèn)題，通常希望入射到傳感器上的所有光線角度盡可能的小。該要求通常被簡(jiǎn)化到對(duì)最大主光線角度的限制。主光線角度通過(guò)透鏡出射光瞳位置設(shè)定。具有接近無(wú)窮的出射光瞳位置的透鏡提供接近零的主光線角度，并且一般將此稱為遠(yuǎn)心。實(shí)際上，具有高遠(yuǎn)心度的透鏡傾向于復(fù)雜性增加和總長(zhǎng)度增加。由于這些是在許多成像應(yīng)用(例如允許攝影的電話和PDA)中關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)器，因此對(duì)于給定的透鏡解決方案，一些妥協(xié)必須在它們和遠(yuǎn)心度之間作出(而優(yōu)選保持最大主光線角度小于約20度)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，按照從物側(cè)到像側(cè)的順序，光學(xué)系統(tǒng)包括具有正光焦度、彎月形和物側(cè)表面的第一透鏡元件。第一透鏡元件的物側(cè)表面是朝向物側(cè)的凸面。第二透鏡元件具有負(fù)光焦度、彎月形和物側(cè)表面。第二透鏡元件的物側(cè)表面是朝向物側(cè)的凹面。第三透鏡元件具有正光焦度?？讖焦怅@定位在第一透鏡元件的物側(cè)上或之前。


下面將參考所附附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中
圖1是光學(xué)系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施例的示意截面圖2是光學(xué)系統(tǒng)的第二示例性實(shí)施例的示意截面圖3是光學(xué)系統(tǒng)的第三示例性實(shí)施例的示意截面圖4是光學(xué)系統(tǒng)的第四示例性實(shí)施例的示意截面圖5是光學(xué)系統(tǒng)的第五示例性實(shí)施例的示意截面圖6是光學(xué)系統(tǒng)的第六示例性實(shí)施例的示意截面圖7是光學(xué)系統(tǒng)的第七示例性實(shí)施例的示意截面圖8是光學(xué)系統(tǒng)的第八示例性實(shí)施例的示意截面圖9是光學(xué)系統(tǒng)的第九示例性實(shí)施例的示意截面圖10是光學(xué)系統(tǒng)的第十示例性實(shí)施例的示意截面圖11是圖1所示實(shí)施例的通焦(through-focus)MTF曲線；
圖12是圖2所示實(shí)施例的通焦MTF曲線；
圖13是圖3所示實(shí)施例的通焦MTF曲線；
圖14是圖4所示實(shí)施例的通焦MTF曲線；
圖15是圖5所示實(shí)施例的通焦MTF曲線；
圖16是圖6所示實(shí)施例的通焦MTF曲線；
圖17是圖7所示實(shí)施例的通焦MTF曲線；
圖18是圖8所示實(shí)施例的通焦MTF曲線；
圖19是圖9所示實(shí)施例的通焦MTF曲線；和
圖20是圖10所示實(shí)施例的通焦MTF曲線。
具體實(shí)施例方式
本說(shuō)明書將特別涉及形成根據(jù)本發(fā)明的部分設(shè)備的元件，或更直接與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備配合的元件。應(yīng)當(dāng)理解，沒(méi)有特別示出或描述的元件可以采取所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種形式。
本發(fā)明的示例性實(shí)施例在圖1-10以及表1-10中分別說(shuō)明。在圖1-10和表1-10中，光學(xué)系統(tǒng)10包括沿光軸15從光學(xué)系統(tǒng)10的物側(cè)20至光學(xué)系統(tǒng)10的像側(cè)30依次布置的三個(gè)透鏡元件E1，E2和E3。孔徑光闌40定位在透鏡元件E1的物側(cè)上，至少一個(gè)遮光板50定位在透鏡元件E1和E2之間。感光接收器60例如圖像傳感器或薄膜定位在透鏡元件的像側(cè)E3上。附加元件70例如蓋板和/或?yàn)V光器定位在感光接收器60和透鏡元件E3之間。一般的濾光片包括抑制紅外光濾光器和/或光模糊濾光器(例如低通濾光器，帶通濾光器等)。光學(xué)系統(tǒng)10的每個(gè)透鏡元件E1，E2和E3的表面半徑R的編號(hào)在物側(cè)20開始，在像側(cè)30結(jié)束。在表1-10中，透鏡元件的厚度Tn和透鏡元件之間的空隙都被標(biāo)記為“厚度”并列出在與厚度之前的表面相同的行上。例如，表1中的第一厚度相應(yīng)于透鏡元件E1的厚度。類似地，表1中的第二厚度相應(yīng)于透鏡元件E1和遮光板50之間的空隙。所有提供在表1-10中的厚度為毫米量級(jí)。所有系數(shù)和V數(shù)(也稱為阿貝數(shù))是對(duì)于在波長(zhǎng)587.6nm處的光譜的氦d線。
參考圖1和2以及表1和2，分別示出了第一和第二示例性實(shí)施例。光學(xué)系統(tǒng)10包括從物側(cè)20至像側(cè)30的透鏡元件E1，E2和E3。透鏡元件E1是具有正光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凸面的球面單透鏡元件。透鏡元件E2是具有負(fù)光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凹面的雙非球面單透鏡元件。透鏡元件E3是具有正光焦度的球面單透鏡元件。
孔徑光闌40位于透鏡元件E1的物側(cè)表面上?？商鎿Q地，孔徑光闌40可以遠(yuǎn)離透鏡元件E1的物側(cè)表面定位。遮光板50例如光漸暈孔徑定位在透鏡元件E1和E2之間?？商鎿Q地，遮光板50可以定位在透鏡元件E1和E2的任一個(gè)或兩個(gè)的表面上。
透鏡元件E1，E2和E3分別由玻璃，樹脂材料(例如塑料)，和樹脂材料制成。然而，其他材料組合是可能的。例如，透鏡元件E1，E2和E3可以分別由玻璃。樹脂材料和玻璃制成?？商鎿Q地，透鏡元件E1，E2和E3可以分別由樹脂材料，樹脂材料和玻璃制成。每個(gè)透鏡元件E1，E2和E3可以由樹脂材料制成。當(dāng)使用樹脂材料時(shí)，樹脂材料可以是具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＞300的類型。納米復(fù)合物光學(xué)材料也可以用于透鏡元件E1，E2和E3的任何一個(gè)或所有元件。
圖1和2以及表1和2中描述的光學(xué)系統(tǒng)10分別具有在至少25度的物空間中的半視場(chǎng)；小于f/4的相對(duì)孔徑；和小于1.60的最大折射率。此外，光學(xué)系統(tǒng)10滿足條件L/f0＜1.25，其中L是從最遠(yuǎn)端頂點(diǎn)至像面的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及f0是透鏡的有效焦距。
透鏡元件E1，E2和/或E3可以由非常低的色散材料(例如阿貝V數(shù)Vd＞65)制成。例如，在圖2和表2中示出的示例性實(shí)施例中，透鏡元件E1為球面并由非常低的色散材料(阿貝V數(shù)，Vd＞65，以及更優(yōu)選阿貝V數(shù)Vd＞80)制成。盡管類似于圖1和表1中示出的實(shí)施例，但是對(duì)于透鏡元件E1使用非常低的色散材料提高光學(xué)系統(tǒng)10的多色性能。
參考圖3和表3，示出了第三示例性實(shí)施例。光學(xué)系統(tǒng)10包括從物側(cè)20至像側(cè)30的透鏡元件E1，E2和E3。透鏡元件E1是具有正光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凸面的雙非球面單透鏡元件。透鏡元件E2是具有負(fù)光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凹面的球面單透鏡元件。透鏡元件E3是具有正光焦度的雙非球面單透鏡元件。
孔徑光闌40位于透鏡元件E1的物側(cè)表面上?？商鎿Q地，孔徑光闌40可以遠(yuǎn)離透鏡元件E1的物側(cè)表面定位。遮光板50例如光漸暈孔徑定位在透鏡元件E1和E2之間?？商鎿Q地，遮光板50可以定位在透鏡元件E1和E2的任一個(gè)或兩個(gè)的表面上。
透鏡元件E1，E2和E3分別由樹脂材料(例如塑料)、樹脂材料、和樹脂材料制成。然而，其他材料組合是可能的。例如，透鏡元件E1，E2和E3可以分別由樹脂材料、玻璃和樹脂材料制成。當(dāng)使用樹脂材料時(shí)，樹脂材料可以是具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＞300的類型。納米復(fù)合物光學(xué)材料也可以用于透鏡元件E1，E2和E3的任何一個(gè)或所有元件?？商鎿Q地，透鏡元件E1，E2和/或E3可以由非常低的色散材料(例如，阿貝V數(shù)，Vd＞65)制成。
圖3以及表3中分別描述的光學(xué)系統(tǒng)10具有在至少25度的物空間中的半視場(chǎng)；小于f/4的相對(duì)孔徑；和小于1.60的最大折射率。此外，光學(xué)系統(tǒng)10滿足條件L/f0＜1.25，其中L是從最遠(yuǎn)端頂點(diǎn)至像面的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及f0是透鏡的有效焦距。
參考圖4和圖5以及表4和表5，分別示出了第四和第五示例性實(shí)施例。光學(xué)系統(tǒng)10包括從物側(cè)20至像側(cè)30的透鏡元件E1，E2和E3。透鏡元件E1是具有正光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凸面的雙非球面單透鏡元件。透鏡元件E2是具有負(fù)光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凹面的雙非球面單透鏡元件。透鏡元件E3是具有正光焦度的球面單透鏡元件。
孔徑光闌40位于透鏡元件E1的物側(cè)表面上?？商鎿Q地，孔徑光闌40可以遠(yuǎn)離透鏡元件E1的物側(cè)表面定位。遮光板50例如光漸暈孔徑定位在透鏡元件E1和E2之間?？商鎿Q地，遮光板50可以定位在透鏡元件E1和E2的任一個(gè)或兩個(gè)的表面上。
透鏡元件E1，E2和E3分別由樹脂材料(例如塑料)、樹脂材料、和樹脂材料制成。然而，其他材料組合是可能的。例如，透鏡元件E1，E2和E3可以分別由樹脂材料、樹脂材料和玻璃制成。納米復(fù)合物光學(xué)材料也可以用于透鏡元件E1，E2和E3的任何一個(gè)或所有元件?？商鎿Q地，透鏡元件E1，E2和/或E3可以由非常低的色散材料(例如，阿貝V數(shù)，Vd＞65)制成。
圖4和5以及表4和5中描述的光學(xué)系統(tǒng)10分別具有在至少25度的物空間中的半視場(chǎng)；小于f/4的相對(duì)孔徑；和小于1.60的最大折射率。此外，光學(xué)系統(tǒng)10滿足條件L/f0＜1.25，其中L是從最遠(yuǎn)端頂點(diǎn)至像面的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及f0是透鏡的有效焦距。
當(dāng)使用樹脂材料時(shí)，樹脂材料可以是具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＞300的類型。例如，在圖5和表5示出的示例性實(shí)施例中，所有的三個(gè)透鏡元件E1，E2和E3由具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＞300的樹脂材料類型制成，以允許高溫裝配操作、存儲(chǔ)或使用。
參考圖6，7和8以及表6，7和8，分別示出了第六、第七和第八示例性實(shí)施例。光學(xué)系統(tǒng)10包括從物側(cè)20至像側(cè)30的透鏡元件E1，E2和E3。透鏡元件E1是具有正光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凸面的非球面單透鏡元件。透鏡元件E1的任一個(gè)或兩個(gè)表面可以是非球面。透鏡元件E2是具有負(fù)光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凹面的非球面單透鏡元件。透鏡元件E2的任一個(gè)或兩個(gè)表面可以是非球面。透鏡元件E3是具有正光焦度的非球面單透鏡元件。透鏡元件E3的任一個(gè)或兩個(gè)表面可以是非球面。
孔徑光闌40位于透鏡元件E1的物側(cè)表面上?？商鎿Q地，孔徑光闌40可以遠(yuǎn)離透鏡元件E1的物側(cè)表面定位。遮光板50例如光漸暈孔徑定位在透鏡元件E1和E2之間?？商鎿Q地，遮光板50可以定位在透鏡元件E1和E2的任一個(gè)或兩個(gè)的表面上。
透鏡元件E1，E2和E3的每一個(gè)都由樹脂材料(例如塑料)制成。當(dāng)使用樹脂材料時(shí)，樹脂材料可以是具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＞300的類型。納米復(fù)合物光學(xué)材料也可以用于透鏡元件E1，E2和E3的任何一個(gè)或所有元件?？商鎿Q地，透鏡元件E1，E2和/或E3可以由非常低的色散材料(例如，阿貝V數(shù)，Vd＞65)制成。
圖6，7和8以及表6，7和8中描述的光學(xué)系統(tǒng)10分別具有在至少25度的物空間中的半視場(chǎng)；小于f/4的相對(duì)孔徑；和小于1.60的最大折射率。此外，光學(xué)系統(tǒng)10滿足條件L/f0＜1.25，其中L是從最遠(yuǎn)端頂點(diǎn)至像面的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及f0是透鏡的有效焦距。
再次分別參考圖1-8和表1-8，光學(xué)系統(tǒng)10的每個(gè)示例性實(shí)施例具有從透鏡元件E1的物側(cè)表面至感光接收器60的約6mm的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及對(duì)于這些示例性情況的每一個(gè)，有效焦距f0是約5mm，給出L/f0比小于1.20。每個(gè)示例性實(shí)施例覆蓋至少28度的半視場(chǎng)，為F/2.8或更快，在角落的相對(duì)照明度為在圖像中心處的照明度的約50％(或更大)，具有小于4％的最大失真幅度，并將在感光接收器10或傳感器平面處的最大主光線角度抑制到相對(duì)于傳感器平面法線小于約20度。
參考圖9以及表9，示出了第九示例性實(shí)施例。光學(xué)系統(tǒng)10包括從物側(cè)20至像側(cè)30的透鏡元件E1，E2和E3。透鏡元件E1是具有正光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凸面的非球面單透鏡元件。在該實(shí)施例中，透鏡元件E1的像側(cè)表面是非球面，然而，透鏡元件E1的任一個(gè)表面可以是非球面。透鏡元件E2是具有負(fù)光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凹面的雙非球面單透鏡元件。透鏡元件E3是具有正光焦度的非球面單透鏡元件。在該實(shí)施例中，透鏡元件E3的像側(cè)表面是非球面；然而，透鏡元件E3的任一個(gè)表面可以是非球面。
孔徑光闌40可以遠(yuǎn)離透鏡元件E1的物側(cè)表面定位?？商鎿Q地，孔徑光闌40可以位于透鏡元件E1的物側(cè)表面上。遮光板(一個(gè)或多個(gè))50例如光漸暈孔徑定位在透鏡元件E1和E2之間?？商鎿Q地，遮光板50可以定位在透鏡元件E1和E2的任一個(gè)或兩個(gè)的表面上。另外的遮光板(一個(gè)或多個(gè))50例如光漸暈孔徑和/或消眩光闌定位在透鏡元件E2的像側(cè)表面上?？商鎿Q地，所述遮光板(一個(gè)或多個(gè))50可以定位在透鏡元件E2和E3之間或在透鏡元件E3的表面上。
透鏡元件E1，E2和E3的每一個(gè)都由樹脂材料(例如塑料)制成。當(dāng)使用樹脂材料時(shí)，樹脂材料可以是具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＞300的類型。納米復(fù)合物光學(xué)材料也可以用于透鏡元件E1，E2和E3的任何一個(gè)或所有元件?？商鎿Q地，透鏡元件E1，E2和/或E3可以由非常低的色散材料(例如，阿貝V數(shù)，Vd＞65)制成。
圖9以及表9中描述的光學(xué)系統(tǒng)10具有在至少25度的物空間中的半視場(chǎng)；小于f/4的相對(duì)孔徑；和小于1.60的最大折射率。此外，光學(xué)系統(tǒng)10滿足條件L/f0＜1.25，其中L是從最遠(yuǎn)端頂點(diǎn)至像面的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及f0是透鏡的有效焦距。光學(xué)系統(tǒng)10具有從孔徑光闌40至感光接收器60的約6.3mm的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及有效焦距f0是約5.3mm，給出L/f0比小于1.20。該示例性實(shí)施例覆蓋至少29度的半視場(chǎng)，為F/2.8或更快，在角落的相對(duì)照明度為在圖像中心處的照明度的約50％(或更大)，具有小于4％的最大失真幅度，并將在感光接收器10或傳感器平面處的最大主光線角度抑制到相對(duì)于傳感器平面法線小于約22度。
參考圖10以及表10，示出了第十示例性實(shí)施例。光學(xué)系統(tǒng)10包括從物側(cè)20至像側(cè)30的透鏡元件E1，E2和E3。透鏡元件E1是具有正光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凸面的非球面單透鏡元件。在該實(shí)施例中，透鏡元件E1的像側(cè)表面是非球面；然而，透鏡元件E1的任一個(gè)表面可以是非球面。透鏡元件E2是具有負(fù)光焦度和朝向物側(cè)20的彎月形凹面的雙非球面單透鏡元件。透鏡元件E3是具有正光焦度的非球面單透鏡元件。在該實(shí)施例中，透鏡元件E3的像側(cè)表面是非球面；然而，透鏡元件E3的任一個(gè)表面可以是非球面。
孔徑光闌40遠(yuǎn)離透鏡元件E1的物側(cè)表面定位?？商鎿Q地，孔徑光闌40可以位于透鏡元件E1的物側(cè)表面上。遮光板(一個(gè)或多個(gè))50例如光漸暈孔徑定位在透鏡元件E1和E2之間?？商鎿Q地，遮光板50可以定位在透鏡元件E1和E2的任一個(gè)或兩個(gè)的表面上。另處的遮光板(一個(gè)或多個(gè))50例如光漸暈孔徑和/或消眩光闌定位在透鏡元件E2的像側(cè)表面上?？商鎿Q地，所述遮光板(一個(gè)或多個(gè))50可以定位在透鏡元件E2和E3之間或在透鏡元件E3的表面上。
透鏡元件E1，E2和E3的每一個(gè)由樹脂材料(例如塑料)制成。當(dāng)使用樹脂材料時(shí)，樹脂材料可以是具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＞300的類型。納米復(fù)合物光學(xué)材料也可以用于透鏡元件E1，E2和E3的任何一個(gè)或所有元件?？商鎿Q地，透鏡元件E1，E2和/或E3可以由非常低的色散材料(例如，阿貝V數(shù)，Vd＞65)制成。
圖10以及表10中描述的光學(xué)系統(tǒng)10具有在至少25度的物空間中的半視場(chǎng)；小于f/4的相對(duì)孔徑；和小于1.60的最大折射率。此外，光學(xué)系統(tǒng)10滿足條件L/f0＜1.25，其中L是從最遠(yuǎn)端頂點(diǎn)至像面的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及f0是透鏡的有效焦距。光學(xué)系統(tǒng)10具有從孔徑光闌40至感光接收器60的約7.13mm的總系統(tǒng)長(zhǎng)度，以及有效焦距f0是約6.0mm，給出L/f0比小于1.20。該示例性實(shí)施例覆蓋至少30度的半視場(chǎng)，為F/2.8或更快，在角落的相對(duì)照明度為在圖像中心處的照明度的約50％(或更大)，具有小于4％的最大失真幅度，并將在感光接收器10或傳感器平面處的最大主光線角度抑制到相對(duì)于傳感器平面法線小于約22度。
再次分別參考圖1-10和表1-10，在示例性實(shí)施例中描述的每個(gè)球面透鏡元件由低折射率材料(Nd＜1.6)制成。如所指的，每個(gè)球面元件可以由光學(xué)玻璃或樹脂材料制成，對(duì)這些元件僅具有非常小的曲線改變，而光學(xué)系統(tǒng)10的其他透鏡元件保持不變(如果需要)。這允許光學(xué)系統(tǒng)10具有例如兩個(gè)玻璃球面透鏡元件和一個(gè)塑料透鏡元件的原型。然后，在制造中，兩個(gè)玻璃球面透鏡元件可以用球面塑料元件替換，而其他光學(xué)元件沒(méi)有改變，以及安裝硬件(套管，隔離物等)微小或沒(méi)有改變。
以該方式，對(duì)于最小的附加成本，制造商可以如所需的，在產(chǎn)品生命周期中的任一點(diǎn)處使用光學(xué)玻璃元件或塑性樹脂元件的獨(dú)特好處，在光學(xué)系統(tǒng)10的實(shí)施例之間轉(zhuǎn)換。通常，對(duì)于玻璃，主要的好處為1)更熱穩(wěn)定的設(shè)計(jì)，2)成本較小的原型，和3)更快的制造原型。對(duì)于塑性樹脂，主要的好處為1)成本較小地大量生產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和2)更輕的重量設(shè)計(jì)。
具有光學(xué)系統(tǒng)10的非球面(一個(gè)或多個(gè))的透鏡元件E1，E2和/或E3一般由樹脂材料制成。可替換地，這些元件可以由玻璃制成；然而，成本問(wèn)題可能阻止這點(diǎn)。如所需的，具有光學(xué)系統(tǒng)10的非球面(一個(gè)或多個(gè))的透鏡元件E1，E2和/或E3可以由低折射率玻璃或樹脂材料制成。
適當(dāng)?shù)母泄饨邮掌?0包括例如電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。此外，上述光學(xué)系統(tǒng)10適合于與具有有效對(duì)角尺寸小于約8毫米的這些類型的感光接收器(傳感器)起作用?？商鎿Q地，上述光學(xué)系統(tǒng)10可以按比例增加或減小以便與具有較大或較小有效對(duì)角尺寸的感光接收器(傳感器)起作用。
上述光學(xué)系統(tǒng)10適用于多種影片和/或電子成像應(yīng)用。光學(xué)系統(tǒng)10特別適合于用于消耗可移動(dòng)成像應(yīng)用，例如，允許照相的便攜式電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。
在圖11-20中示出的通焦MTF曲線分別對(duì)于圖1-10和表1-10中描述的實(shí)施例是多色的(在0.35處486nm，在1.00處538nm，以及在0.50處597nm)。MTF曲線對(duì)于33線對(duì)/mm示出。
本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以在本發(fā)明的范圍中實(shí)現(xiàn)變化和變形。
元件表
10 光學(xué)系統(tǒng)
15 光軸
20 物側(cè)
30 像側(cè)
40 孔徑光闌
50 遮光板
60 感光接收器
70 附加元件
E1，E2和E3 透鏡元件
R1…RN 表面半徑
表1
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面4 C＝-0.951795 D＝0.74240079E-02 H＝0.5618976E00
k＝0.000000E＝0.10314786E00I＝0.16700731E00
F＝-0.28038367E00 J＝-0.90214939E00
G＝-0.93836004E-01
表面5 C＝-0.585059 D＝0.48190457E-01 H＝-0.29898661E-02
k＝0.000000E＝-0.26627216E-01 I＝-0.2458555E-02
F＝0.16146376E-01 J＝0.10958537E-02
G＝0.51990544E-02
表2
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面4 C＝-1.065633D＝0.90752938E-01 H＝0.10958098E00
k＝0.000000 E＝-0.75719461E-01 I＝-0.11614418E00
F＝0.15407556E00 J＝-0.88493986E-01
G＝-0.89984897E-02
表面5 C＝-0.685844D＝0.58081303E-01 H＝-0.26990959E-02
k＝0.000000 E＝-0.18125923E-01 I＝-0.3983865E-02
F＝0.20405245E-01 J＝0.18216606E-02
G＝0.75292315E-02
表3
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面1 C＝0.7497196 D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝0.1708289 E＝0.00000000 I＝0.00000000
F＝0.00000000 J＝0.00000000
G＝0.00000000
表面2 C＝0.4153024 D＝0.97584476E-01 H＝0.00000000
k＝6.5910530 E＝-0.41616868E00 I＝0.00000000
F＝0.11126273E01 J＝0.00000000
G＝-0.87165891E00
表面6 C＝0.2567981 D＝0.21889224E-02 H＝0.00000000
k＝-8.2623730 E＝-0.28440338E-03 I＝0.00000000
F＝0.58408327E-04 J＝0.00000000
G＝-0.23654137E-04
表面7 C＝-0.0099923 D＝0.47131521E-02 H＝0.00000000
k＝0.0000000 E＝-0.24283270E-02 I＝0.00000000
F＝0.27429091E-03 J＝0.00000000
G＝-0.24515189E-04
表4
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面1 C＝0.735404 D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝0.201923 E＝0.00000000 I＝0.00000000
F＝0.00000000 J＝0.00000000
G＝0.00000000
表面2 C＝0.409995 D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝6.603307 E＝0.000000000I＝0.00000000
F＝0.000000000J＝0.00000000
G＝0.00000000
表面4 C＝-0.905922D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝0.1618255E＝0.000000000I＝0.00000000
F＝0.000000000J＝0.00000000
G＝0.000000000
表面5 C＝-0.6218287 D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝-0.3796216 E＝0.000000000I＝0.00000000
F＝0.000000000J＝0.00000000
G＝0.000000000
表5
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面1 C＝0.735404 D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝0.201923 E＝0.00000000 I＝0.00000000
F＝0.00000000 J＝0.00000000
G＝0.00000000
表面2 C＝0.409995 D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝6.603307 E＝0.000000000I＝0.00000000
F＝0.000000000J＝0.00000000
G＝0.00000000
表面4 C＝-0.905922D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝0.1618255E＝0.000000000I＝0.00000000
F＝0.000000000J＝0.00000000
G＝0.000000000
表面5 C＝-0.6218287 D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝-0.3796216 E＝0.000000000I＝0.00000000
F＝0.000000000J＝0.00000000
G＝0.000000000
表6
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面1 C＝0.7285598D＝0.00000000 H＝0.00000000
k＝0.1488323E＝0.00000000 I＝0.00000000
F＝0.00000000 J＝0.00000000
G＝0.00000000
表面2 C＝0.3966552D＝0.7911972E-01 H＝0.00000000
k＝5.7201660E＝-0.30868440E00 I＝0.00000000
F＝0.89123850E00 J＝0.00000000
G＝-0.68632905E00
表面5 C＝0.5260732D＝0.94505070E-02 H＝0.00000000
k＝0.0000000E＝0.85824134E-04 I＝0.00000000
F＝0.68959484E-03 J＝0.00000000
G＝0.54915085E-03
表面6 C＝0.2093720D＝0.10169544E-02 H＝0.00000000
k＝-5.7449510 E＝-0.29482389E-03I＝0.00000000
F＝0.70745860E-04 J＝0.00000000
G＝-0.23252482E-04
表面7 C＝-0.0099927 D＝0.4427226E-02 H＝0.00000000
k＝0.0000000E＝-0.21136467E-02I＝0.00000000
F＝0.21423077E-03 J＝0.00000000
G＝-0.24599791E-04
表7
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面2 C＝0.1748252D＝-.10243737E-01 H＝0.00000000
k＝19.206420E＝-0.92708580E-02I＝0.00000000
F＝-0.12141643E-01J＝0.00000000
G＝-0.47005287E-02
表面4 C＝-0.9273255 D＝0.44252743E-01 H＝0.35363612E-03
k＝0.0000000E＝0.68139433E-01 I＝0.35807664E-01
F＝0.24501737E-01 J＝0.00000000
G＝-0.59331288E-01
表面5 C＝-0.6486977 D＝0.59612810E-01 H＝-0.3108184E-02
k＝0.0000000E＝0.16783025E-01 I＝0.15326313E-02
F＝0.1574746E-01 J＝0.00000000
G＝-0.30817803E-02
表面7 C＝0.07336671 D＝-0.18042455E-01H＝0.00000000
k＝0.0000000E＝0.14764062E-02 I＝0.00000000
F＝-0.17633960E-03J＝0.00000000
G＝0.70521326E-05
表8
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面2 C＝0.1748252D＝-.10243737E-01 H＝0.00000000
k＝19.206420E＝-0.92708580E-02I＝0.00000000
F＝-0.12141643E-01J＝0.00000000
G＝-0.47005287E-02
表面4 C＝-0.9273255 D＝0.44252743E-01 H＝0.35363612E-03
k＝0.0000000E＝0.68139433E-01 I＝0.35807664E-01
F＝0.24501737E-01 J＝0.00000000
G＝-0.59331288E-01
表面5 C＝-0.6486977 D＝0.59612810E-01 H＝-0.3108184E-02
k＝0.0000000E＝0.16783025E-01 I＝0.15326313E-02
F＝0.1574746E-01 J＝0.00000000
G＝-0.30817803E-02
表面7 C＝0.07336671 D＝-0.18042455E-01H＝0.00000000
k＝0.0000000E＝0.14764062E-02 I＝0.00000000
F＝-0.17633960E-03J＝0.00000000
G＝0.70521326E-05
表9
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)消眩光闌
4)由下垂度等式描述的非球面
表面3 C＝0.1748252D＝-0.10243737E-01H＝0.00000000
k＝19.206420E＝-0.92708580E-02I＝0.00000000
F＝-0.12141643E-01J＝0.00000000
G＝-0.47005287E-02
表面6 C＝-0.8930964 D＝0.41014658E-01 H＝-0.86008994E-00
k＝0.0000000E＝0.81738929E-01 I＝0.30775966E-00
F＝-0.31897343E-00J＝0.00000000
G＝0.80497156E-00
表面7 C＝-0.6195211 D＝0.64314342E-01 H＝0.3905023E-02
k＝0.0000000E＝-0.53249786E-02I＝0.3341013E-04
F＝0.37429655E-01 J＝0.00000000
G＝-0.19403391E-01
表面10 C＝0.1016717D＝-0.18420485E-01H＝0.20077432E-07
k＝0.0000000E＝0.14508599E-02 I＝0.56230036E-08
F＝-0.17794895E-03J＝0.599365E-09
G＝0.70228893E-05
表10
注釋
1)孔徑光闌
2)漸暈孔徑
3)由下垂度等式描述的非球面
表面3 C＝0.1544368D＝-0.70615316E-02H＝0.00000000
k＝19.206420E＝-0.49871689E-02I＝0.00000000
F＝-0.50968902E-02J＝0.00000000
G＝-0.15398137E-02
表面6 C＝-0.7889422 D＝0.28273501E-01 H＝-0.21986646E-00
k＝0.0000000E＝0.43970671E-01 I＝0.61393227E-01
F＝-0.13390053E-00J＝0.00000000
G＝0.26369506E-00
表面7 C＝-0.5472705 D＝0.44335164E-01 H＝0.9982486E-03
k＝0.0000000E＝-0.2864521E-02 I＝0.66647972E-05
F＝0.1571244E-01 J＝0.00000000
G＝-0.63562225E-02
表面10 C＝0.0898146D＝-0.12698182E-01H＝0.51324328E-08
k＝0.0000000E＝0.78047612E-03 I＝0.11217011E-08
F＝-0.74700454E-04J＝0.93302613E-10
G＝0.23005797E-0權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，按照從物側(cè)到像側(cè)的順序，包括
第一透鏡元件，第一透鏡元件具有正光焦度、彎月形和物側(cè)表面，第一透鏡元件的物側(cè)表面是朝向物側(cè)的凸面；
第二透鏡元件，第二透鏡元件具有負(fù)光焦度、彎月形和物側(cè)表面；第二透鏡元件的物側(cè)表面是朝向物側(cè)的凹面；
第三透鏡元件，具有正光焦度；和
孔徑光闌，定位在第一透鏡元件的物側(cè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件是單透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中孔徑光闌定位在第一透鏡元件的物側(cè)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括
定位在第一和第二透鏡元件之間的光漸暈孔徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一、第二和第三透鏡元件由樹脂材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有有效焦距f0，限定第一透鏡元件的物側(cè)表面的頂點(diǎn)和位于空氣等價(jià)后焦點(diǎn)處的像面之間的距離的總長(zhǎng)度L，其中光學(xué)系統(tǒng)滿足條件L/f0＜1.20。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件由具有阿貝V數(shù)Vd＞65的材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中光學(xué)系統(tǒng)具有在至少25度的物空間中的半視場(chǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中光學(xué)系統(tǒng)具有小于f/4的相對(duì)孔徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中所有的透鏡元件具有小于1.60的折射率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件由具有阿貝V數(shù)Vd＞65的材料制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中至少一個(gè)透鏡元件由具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg＞300的樹脂材料制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中至少一個(gè)透鏡元件由納米復(fù)合物光學(xué)材料制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件是球面，第二透鏡元件是非球面，以及第三透鏡元件是球面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件是球面，第二透鏡元件是雙非球面，以及第三透鏡元件是球面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件由玻璃制成，第二透鏡元件由樹脂材料制成，以及第三透鏡元件由玻璃制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件由玻璃制成，第二透鏡元件由樹脂材料制成，以及第三透鏡元件由樹脂材料制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件由樹脂材料制成，第二透鏡元件由樹脂材料制成，以及第三透鏡元件由玻璃制成。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一、第二和第三透鏡元件由樹脂材料制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件是非球面，第二透鏡元件是球面，以及第三透鏡元件是非球面。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件由樹脂材料制成，第二透鏡元件由玻璃制成，以及第三透鏡元件由樹脂材料制成。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一、第二和第三透鏡元件由樹脂材料制成。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件是非球面，第二透鏡元件是非球面，以及第三透鏡元件是球面。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件由樹脂材料制成，第二透鏡元件由樹脂材料制成，以及第三透鏡元件由玻璃制成。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一、第二和第三透鏡元件由樹脂材料制成。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一透鏡元件是非球面，第二透鏡元件是非球面，以及第三透鏡元件是非球面。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的光學(xué)系統(tǒng)，其中第一、第二和第三透鏡元件由樹脂材料制成。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中空氣中的最大主光線相對(duì)于像面法線的角度小于20°，其中主光線被限定為通過(guò)孔徑光闌中心的光線。
全文摘要
提供一種光學(xué)系統(tǒng)。按照從物側(cè)到像側(cè)的順序，光學(xué)系統(tǒng)包括具有正光焦度、彎月形和物側(cè)表面的第一透鏡元件。第一透鏡元件的物側(cè)表面是朝向物側(cè)的凸面。第二透鏡元件具有負(fù)光焦度、彎月形和物側(cè)表面。第二透鏡元件的物側(cè)表面是朝向物側(cè)的凹面。第三透鏡元件具有正光焦度?？讖焦怅@定位在第一透鏡元件的物側(cè)上或之前。
文檔編號(hào)G02B13/16GK1879047SQ200480032760
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者S·C·卡哈爾, C·F·萊迪希 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司