CN100430771C - 具有三个透镜的物镜系统 - Google Patents

Abstract

提供一种光学系统。按照从物侧到像侧的顺序，光学系统包括具有正光焦度、弯月形和物侧表面的第一透镜元件。第一透镜元件的物侧表面是朝向物侧的凸面。第二透镜元件具有负光焦度、弯月形和物侧表面。第二透镜元件的物侧表面是朝向物侧的凹面。第三透镜元件具有正光焦度。孔径光阑定位在第一透镜元件的物侧上或之前。

Description

具有三个透镜的物镜系统

技术领域

本发明总的涉及一种光学系统，更具体地，涉及一种可用于例如感光接收器和/或传感器的具有至少三透镜元件的光学系统。

背景技术

可用于例如感光接收器和/或传感器的光学系统是已知的。例如，US 6,560,037公开了一种具有孔径光阑的单个透镜元件，该孔径光阑相邻于该透镜元件的远端面。然而，单个匀质透镜元件例如由US6,560,037公开的透镜元件不对光学成像校正的程度起作用，需要该校正以在使用几十万象素的传感器上产生最佳分辨率。

具有两个透镜组或透镜元件的光学系统也是已知的。例如，两个透镜组或元件反向远摄设计在US 5,677,798；US 5,812,327；US6,181,477；US 6,097,551；和US专利申请US 2002/0018303中公开。一般的反向远摄镜头配置可以描述为当从透镜的最远端向传感器顺序前进时第一透镜组或元件光焦度为负和第二透镜组或元件光焦度为正的配置。这种排列使透镜系统的后焦点长于焦距。反向远摄配置是允许传感器和最接近于传感器的透镜元件之间充分的空间的设计形式；该空间通常用于定位附加光学系统，如抑制红外线滤光镜或传感器保护板。此外，反向远摄镜头配置可以帮助减少入射到传感器上的倾斜光线的角度大小。

已公开了其他不具有上述反向远摄配置的两个透镜元件设计。US5,251,069；US 6,515,809；US专利申请2003/0016452；US专利申请2003/0048549是由两个组/元件构成的非反向远摄设计形式的例子。尽管这些后者的设计形式不具有与反向远摄透镜的相同的一般有利配置，但是它们强调其他方面的改进如提高的工艺性，减小的成本或更紧凑的尺寸。在几乎不需要在透镜之后的用于厚板的空间的光学系统中或者对于限制角度几乎没有严格要求的光学系统中，其中以该角度主光线入射到传感器上，可以优选非反向远摄设计形式。然而，利用任何两组/元件设计形式存在限制；图像质量通常小于可以利用三个或多个透镜组/元件的图像质量。对于为具有一般百万象素或更多的小型传感器设计的紧凑透镜，可以希望三个或多个透镜元件的设计以实现适当高的图像分辨率。

具有至少三个透镜元件的光学系统也是已知的。US 6,441,971 B2；US 6,282,033；US 6,414,802；US 6,476,982；和JP 2002162561公开了具有传感器的为成像设计的三个和四个透镜元件/组系统，通常在离传感器的透镜的最远端面处或其附近具有孔径光阑。

如在US 6,282,033，US 6,414,802，US 6,476,982和JP 2002162561中公开的设计通常是由四个或更多的离散的透镜元件构成的类型，这些透镜元件装配成具有F/4或更小孔径的至少三个组。尽管极好的图像质量通常可以利用足够数量的光学表面来得到，但是与具有较少元件的设计相比，由于需要被制造和装配的透镜元件的数量，因此像这样的设计是昂贵的。此外，对于给定应用，当使用较多的透镜元件时，实现短的总透镜长度很困难。在比较透镜设计的不足时有用的性能系数是从最远端顶点至像面的总系统长度L与透镜的有效焦距f₀的比。应用该性能系数，US 6,282,033公开了一种总系统长度为约8mm以及焦距为约4.5mm的透镜。对于该透镜，总系统长度和焦距的比稍稍小于2。此外，US 6,282,033的优选实施例是包括都由玻璃制成的具有球面的透镜的一个实施例。在批量生产方面，由玻璃制造所有元件的费用超过了由树脂材料制造元件的成本。如US 6,476,982和JP2002162561中公开的设计，考虑利用对塑料透镜元件进行像差校正的非球面的混合的玻璃-塑料形式。JP 2002162561公开了焦距大约为5.6mm和总系统长度稍稍大于10mm的透镜；因此，总系统长度和焦距的比稍稍小于2.US 6,476,982公开了焦距大约为5.7mm和总系统长度为大约7.35mm的透镜，因此，总系统长度和焦距的比为约1.3。如US 6,414,802 B1中公开的设计由所有的塑料元件组成。对于10mm的焦距，该公开透镜的总系统长度低到15mm；因此，总系统长度和焦距的比为约1.5。这些透镜在最小化总系统长度和焦距的比方面是不足的，部分原因是由于许多透镜元件的使用和缺乏将设计压缩成短焦距的能力。

如在US 6,441,971中公开的其他透镜设计仅由三个透镜元件组成并具有相对高的F/2.8的光收集孔径和宽视场。与使用更多元件的透镜相比，仅三个透镜元件的使用有助于更紧凑的设计。在US 6,441,971中公开的设计具有的总系统长度和焦距的比为约1.25。实现该相对短的长度部分通过透镜材料的选择来实现。该公开的设计利用在离传感器最远位置中的正光焦度玻璃透镜元件，具有大于大多数塑料和许多玻璃的一般折射率的折射率。例如，具有N_d＝1.62041的SK16或具有N_d＝1.80279的C-ZLAF2用于公开的设计中，而大多数普通的塑料如丙烯酸和聚苯乙烯具有N_d＜1.6。此外，最便宜的玻璃材料类型BK7具有N_d＝1.517。当折射率较高时，空气-材料界面的折射能力较大，并且有助于更紧凑系统的设计，因为透镜厚度通常可以减小；然而，该设计优点的实现以对于玻璃元件的制造和材料成本为代价。使用较便宜的具有N_d＜1.6的塑性树脂(例如丙烯酸，聚碳酸酯)的设计或利用最便宜类型的玻璃(例如BK7)的包括一个透镜元件的设计通常具有较低的总成本。

在US 6,441,971中公开的设计的缺点在于它们不能解决对于许多传感器的功能很重要的问题；即，入射到传感器上的光线角度显著减小。这些设计具有超过20度的角度。由于许多原因，减小入射到传感器上的光线角度是重要的。一个原因是它有助于提高传感器上的照明均匀性以便角落相对于中心可以被足够地照明。此外，任何二向色型滤光器(如一些抑制红外光滤光器)具有与入射角度相比而改变的特性；希望最小化这些差异。同样，如果与一个象素上的单态相关的光成像到相邻象素上，则入射到具有光收集透镜(即微透镜阵列)传感器上的倾斜光线可能成为问题。

为了克服这些问题，通常希望入射到传感器上的所有光线角度尽可能的小。该要求通常被简化到对最大主光线角度的限制。主光线角度通过透镜出射光瞳位置设定。具有接近无穷的出射光瞳位置的透镜提供接近零的主光线角度，并且一般将此称为远心。实际上，具有高远心度的透镜倾向于复杂性增加和总长度增加。由于这些是在许多成像应用(例如允许摄影的电话和PDA)中关键的驱动器，因此对于给定的透镜解决方案，一些妥协必须在它们和远心度之间作出(而优选保持最大主光线角度小于约20度)。

发明内容

根据本发明的第一方面，按照从物侧到像侧的顺序，光学系统包括具有正光焦度、弯月形和物侧表面的第一透镜元件。第一透镜元件的物侧表面是朝向物侧的凸面。第二透镜元件具有负光焦度、弯月形和物侧表面。第二透镜元件的物侧表面是朝向物侧的凹面。第三透镜元件具有正光焦度。孔径光阑定位在第一透镜元件的物侧上或之前。

附图说明

下面将参考所附附图详细描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1是光学系统的第一示例性实施例的示意截面图；

图2是光学系统的第二示例性实施例的示意截面图；

图3是光学系统的第三示例性实施例的示意截面图；

图4是光学系统的第四示例性实施例的示意截面图；

图5是光学系统的第五示例性实施例的示意截面图；

图6是光学系统的第六示例性实施例的示意截面图；

图7是光学系统的第七示侧性实施例的示意截面图；

图8是光学系统的第八示例性实施例的示意截面图；

图9是光学系统的第九示例性实施例的示意截面图；

图10是光学系统的第十示例性实施例的示意截面图；

图11是图1所示实施例的通焦(through-focus)MTF曲线；

图12是图2所示实施例的通焦MTF曲线；

图13是图3所示实施例的通焦MTF曲线；

图14是图4所示实施例的通焦MTF曲线；

图15是图5所示实施例的通焦MTF曲线；

图16是图6所示实施例的通焦MTF曲线；

图17是图7所示实施例的通焦MTF曲线；

图18是图8所示实施侧的通焦MTF曲线；

图19是图9所示实施例的通焦MTF曲线；和

图20是图10所示实施例的通焦MTF曲线。

具体实施方式

本说明书将特别涉及形成根据本发明的部分设备的元件，或更直接与根据本发明的设备配合的元件。应当理解，没有特别示出或描述的元件可以采取所属领域技术人员已知的多种形式。

本发明的示例性实施例在图1-10以及表1-10中分别说明。在图1-10和表1-10中，光学系统10包括沿光轴15从光学系统10的物侧20至光学系统10的像侧30依次布置的三个透镜元件E₁，E₂和E₃。孔径光阑40定位在透镜元件E₁的物侧上，至少一个遮光板50定位在透镜元件E₁和E₂之间。感光接收器60例如图像传感器或薄膜定位在透镜元件的像侧E₃上。附加元件70例如盖板和/或滤光器定位在感光接收器60和透镜元件E₃之间。一般的滤光片包括抑制红外光滤光器和/或光模糊滤光器(例如低通滤光器，带通滤光器等)。光学系统10的每个透镜元件E₁，E₂和E₃的表面半径R的编号在物侧20开始，在像侧30结束。在表1-10中，透镜元件的厚度T_n和透镜元件之间的空隙都被标记为“厚度”并列出在与厚度之前的表面相同的行上。例如，表1中的第一厚度相应于透镜元件E₁的厚度。类似地，表1中的第二厚度相应于透镜元件E₁和遮光板50之间的空隙。所有提供在表1-10中的厚度为毫米量级。所有系数和V数(也称为阿贝数)是对于在波长587.6nm处的光谱的氦d线。

参考图1和2以及表1和2，分别示出了第一和第二示例性实施例。光学系统10包括从物侧20至像侧30的透镜元件E₁，E₂和E₃。透镜元件E₁是具有正光焦度和朝向物侧20的弯月形凸面的球面单透镜元件。透镜元件E₂是具有负光焦度和朝向物侧20的弯月形凹面的双非球面单透镜元件。透镜元件E₃是具有正光焦度的球面单透镜元件。

孔径光阑40位于透镜元件E₁的物侧表面上。可替换地，孔径光阑40可以远离透镜元件E₁的物侧表面定位。遮光板50例如光渐晕孔径定位在透镜元件E₁和E₂之间。可替换地，遮光板50可以定位在透镜元件E₁和E₂的任一个或两个的表面上。

透镜元件E₁，E₂和E₃分别由玻璃，树脂材料(例如塑料)，和树脂材料制成。然而，其他材料组合是可能的。例如，透镜元件E₁，E₂和E₃可以分别由玻璃。树脂材料和玻璃制成。可替换地，透镜元件E₁，E₂和E₃可以分别由树脂材料，树脂材料和玻璃制成。每个透镜元件E₁，E₂和E₃可以由树脂材料制成。当使用树脂材料时，树脂材料可以是具有玻璃化转变温度Tg＞300°F的类型。纳米复合物光学材料也可以用于透镜元件E₁，E₂和E₃的任何一个或所有元件。

图1和2以及表1和2中描述的光学系统10分别具有在至少25度的物空间中的半视场；小于f/4的相对孔径；和小于1.60的最大折射率。此外，光学系统10满足条件L/f₀＜1.25，其中L是从最远端顶点至像面的总系统长度，以及f₀是透镜的有效焦距。

透镜元件E₁，E₂和/或E₃可以由非常低的色散材料(例如阿贝V数V_d＞65)制成。例如，在图2和表2中示出的示例性实施例中，透镜元件E₁为球面并由非常低的色散材料(阿贝V数，V_d＞65，以及更优选阿贝V数V_d＞80)制成。尽管类似于图1和表1中示出的实施例，但是对于透镜元件E₁使用非常低的色散材料提高光学系统10的多色性能。

参考图3和表3，示出了第三示例性实施例。光学系统10包括从物侧20至像侧30的透镜元件E₁，E₂和E₃。透镜元件E₁是具有正光焦度和朝向物侧20的弯月形凸面的双非球面单透镜元件。透镜元件E₂是具有负光焦度和朝向物侧20的弯月形凹面的球面单透镜元件。透镜元件E₃是具有正光焦度的双非球面单透镜元件。

孔径光阑40位于透镜元件E₁的物侧表面上。可替换地，孔径光阑40可以远离透镜元件E₁的物侧表面定位。遮光板50例如光渐晕孔径定位在透镜元件E₁和E₂之间。可替换地，遮光板50可以定位在透镜元件E₁和E₂的任一个或两个的表面上。

透镜元件E₁，E₂和E₃分别由树脂材料(例如塑料)、树脂材料、和树脂材料制成。然而，其他材料组合是可能的。例如，透镜元件E₁，E₂和E₃可以分别由树脂材料、玻璃和树脂材料制成。当使用树脂材料时，树脂材料可以是具有玻璃化转变温度Tg＞300°F的类型。纳米复合物光学材料也可以用于透镜元件E₁，E₂和E₃的任何一个或所有元件。可替换地，透镜元件E₁，E₂和/或E₃可以由非常低的色散材料(例如，阿贝V数，V_d＞65)制成。

图3以及表3中分别描述的光学系统10具有在至少25度的物空间中的半视场；小于f/4的相对孔径；和小于1.60的最大折射率。此外，光学系统10满足条件L/f₀＜1.25，其中L是从最远端顶点至像面的总系统长度，以及f₀是透镜的有效焦距。

参考图4和图5以及表4和表5，分别示出了第四和第五示例性实施例。光学系统10包括从物侧20至像侧30的透镜元件E₁，E₂和E₃。透镜元件E₁是具有正光焦度和朝向物侧20的弯月形凸面的双非球面单透镜元件。透镜元件E₂是具有负光焦度和朝向物侧20的弯月形凹面的双非球面单透镜元件。透镜元件E₃是具有正光焦度的球面单透镜元件。

孔径光阑40位于透镜元件E₁的物侧表面上。可替换地，孔径光阑40可以远离透镜元件E₁的物侧表面定位。遮光板50例如光渐晕孔径定位在透镜元件E₁和E₂之间。可替换地，遮光板50可以定位在透镜元件E₁和E₂的任一个或两个的表面上。

透镜元件E₁，E₂和E₃分别由树脂材料(例如塑料)、树脂材料、和树脂材料制成。然而，其他材料组合是可能的。例如，透镜元件E₁，E₂和E₃可以分别由树脂材料、树脂材料和玻璃制成。纳米复合物光学材料也可以用于透镜元件E₁，E₂和E₃的任何一个或所有元件。可替换地，透镜元件E₁，E₂和/或E₃可以由非常低的色散材料(例如，阿贝V数，V_d＞65)制成。

图4和5以及表4和5中描述的光学系统10分别具有在至少25度的物空间中的半视场；小于f/4的相对孔径；和小于1.60的最大折射率。此外，光学系统10满足条件L/f₀＜1.25，其中L是从最远端顶点至像面的总系统长度，以及f₀是透镜的有效焦距。

当使用树脂材料时，树脂材料可以是具有玻璃化转变温度Tg＞300°F的类型。例如，在图5和表5示出的示例性实施例中，所有的三个透镜元件E₁，E₂和E₃由具有玻璃化转变温度Tg＞300°F的树脂材料类型制成，以允许高温装配操作、存储或使用。

参考图6，7和8以及表6，7和8，分别示出了第六、第七和第八示例性实施例。光学系统10包括从物侧20至像侧30的透镜元件E₁，E₂和E₃。透镜元件E₁是具有正光焦度和朝向物侧20的弯月形凸面的非球面单透镜元件。透镜元件E₁的任一个或两个表面可以是非球面。透镜元件E₂是具有负光焦度和朝向物侧20的弯月形凹面的非球面单透镜元件。透镜元件E₂的任一个或两个表面可以是非球面。透镜元件E₃是具有正光焦度的非球面单透镜元件。透镜元件E₃的任一个或两个表面可以是非球面。

孔径光阑40位于透镜元件E₁的物侧表面上。可替换地，孔径光阑40可以远离透镜元件E₁的物侧表面定位。遮光板50例如光渐晕孔径定位在透镜元件E₁和E₂之间。可替换地，遮光板50可以定位在透镜元件E₁和E₂的任一个或两个的表面上。

透镜元件E₁，E₂和E₃的每一个都由树脂材料(例如塑料)制成。当使用树脂材料时，树脂材料可以是具有玻璃化转变温度Tg＞300°F的类型。纳米复合物光学材料也可以用于透镜元件E₁，E₂和E₃的任何一个或所有元件。可替换地，透镜元件E₁，E₂和/或E₃可以由非常低的色散材料(例如，阿贝V数，V_d＞65)制成。

图6，7和8以及表6，7和8中描述的光学系统10分别具有在至少25度的物空间中的半视场；小于f/4的相对孔径；和小于1.60的最大折射率。此外，光学系统10满足条件L/f₀＜1.25，其中L是从最远端顶点至像面的总系统长度，以及f₀是透镜的有效焦距。

再次分别参考图1-8和表1-8，光学系统10的每个示例性实施例具有从透镜元件E₁的物侧表面至感光接收器60的约6mm的总系统长度，以及对于这些示例性情况的每一个，有效焦距f₀是约5mm，给出L/f₀比小于1.20。每个示例性实施例覆盖至少28度的半视场，为F/2.8或更快，在角落的相对照明度为在图像中心处的照明度的约50％(或更大)，具有小于4％的最大失真幅度，并将在感光接收器10或传感器平面处的最大主光线角度抑制到相对于传感器平面法线小于约20度。

参考图9以及表9，示出了第九示例性实施例。光学系统10包括从物侧20至像侧30的透镜元件E₁，E₂和E₃。透镜元件E₁是具有正光焦度和朝向物侧20的弯月形凸面的非球面单透镜元件。在该实施例中，透镜元件E₁的像侧表面是非球面，然而，透镜元件E₁的任一个表面可以是非球面。透镜元件E₂是具有负光焦度和朝向物侧20的弯月形凹面的双非球面单透镜元件。透镜元件E₃是具有正光焦度的非球面单透镜元件。在该实施例中，透镜元件E₃的像侧表面是非球面；然而，透镜元件E₃的任一个表面可以是非球面。

孔径光阑40可以远离透镜元件E₁的物侧表面定位。可替换地，孔径光阑40可以位于透镜元件E₁的物侧表面上。遮光板(一个或多个)50例如光渐晕孔径定位在透镜元件E₁和E₂之间。可替换地，遮光板50可以定位在透镜元件E₁和E₂的任一个或两个的表面上。另外的遮光板(一个或多个)50例如光渐晕孔径和/或消眩光阑定位在透镜元件E₂的像侧表面上。可替换地，所述遮光板(一个或多个)50可以定位在透镜元件E₂和E₃之间或在透镜元件E₃的表面上。

透镜元件E₁，E₂和E₃的每一个都由树脂材料(例如塑料)制成。当使用树脂材料时，树脂材料可以是具有玻璃化转变温度Tg＞300°F的类型。纳米复合物光学材料也可以用于透镜元件E₁，E₂和E₃的任何一个或所有元件。可替换地，透镜元件E₁，E₂和/或E₃可以由非常低的色散材料(例如，阿贝V数，V_d＞65)制成。

图9以及表9中描述的光学系统10具有在至少25度的物空间中的半视场；小于f/4的相对孔径；和小于1.60的最大折射率。此外，光学系统10满足条件L/f₀＜1.25，其中L是从最远端顶点至像面的总系统长度，以及f₀是透镜的有效焦距。光学系统10具有从孔径光阑40至感光接收器60的约6.3mm的总系统长度，以及有效焦距f₀是约5.3mm，给出L/f₀比小于1.20。该示例性实施例覆盖至少29度的半视场，为F/2.8或更快，在角落的相对照明度为在图像中心处的照明度的约50％(或更大)，具有小于4％的最大失真幅度，并将在感光接收器10或传感器平面处的最大主光线角度抑制到相对于传感器平面法线小于约22度。

参考图10以及表10，示出了第十示例性实施例。光学系统10包括从物侧20至像侧30的透镜元件E₁，E₂和E₃。透镜元件E₁是具有正光焦度和朝向物侧20的弯月形凸面的非球面单透镜元件。在该实施例中，透镜元件E₁的像侧表面是非球面；然而，透镜元件E₁的任一个表面可以是非球面。透镜元件E₂是具有负光焦度和朝向物侧20的弯月形凹面的双非球面单透镜元件。透镜元件E₃是具有正光焦度的非球面单透镜元件。在该实施例中，透镜元件E₃的像侧表面是非球面；然而，透镜元件E₃的任一个表面可以是非球面。

孔径光阑40远离透镜元件E₁的物侧表面定位。可替换地，孔径光阑40可以位于透镜元件E₁的物侧表面上。遮光板(一个或多个)50例如光渐晕孔径定位在透镜元件E₁和E₂之间。可替换地，遮光板50可以定位在透镜元件E₁和E₂的任一个或两个的表面上。另处的遮光板(一个或多个)50例如光渐晕孔径和/或消眩光阑定位在透镜元件E₂的像侧表面上。可替换地，所述遮光板(一个或多个)50可以定位在透镜元件E₂和E₃之间或在透镜元件E₃的表面上。

透镜元件E₁，E₂和E₃的每一个由树脂材料(例如塑料)制成。当使用树脂材料时，树脂材料可以是具有玻璃化转变温度Tg＞300°F的类型。纳米复合物光学材料也可以用于透镜元件E₁，E₂和E₃的任何一个或所有元件。可替换地，透镜元件E₁，E₂和/或E₃可以由非常低的色散材料(例如，阿贝V数，V_d＞65)制成。

图10以及表10中描述的光学系统10具有在至少25度的物空间中的半视场；小于f/4的相对孔径；和小于1.60的最大折射率。此外，光学系统10满足条件L/f₀＜1.25，其中L是从最远端顶点至像面的总系统长度，以及f₀是透镜的有效焦距。光学系统10具有从孔径光阑40至感光接收器60的约7.13mm的总系统长度，以及有效焦距f₀是约6.0mm，给出L/f₀比小于1.20。该示例性实施例覆盖至少30度的半视场，为F/2.8或更快，在角落的相对照明度为在图像中心处的照明度的约50％(或更大)，具有小于4％的最大失真幅度，并将在感光接收器10或传感器平面处的最大主光线角度抑制到相对于传感器平面法线小于约22度。

再次分别参考图1-10和表1-10，在示例性实施例中描述的每个球面透镜元件由低折射率材料(N_d＜1.6)制成。如所指的，每个球面元件可以由光学玻璃或树脂材料制成，对这些元件仅具有非常小的曲线改变，而光学系统10的其他透镜元件保持不变(如果需要)。这允许光学系统10具有例如两个玻璃球面透镜元件和一个塑料透镜元件的原型。然后，在制造中，两个玻璃球面透镜元件可以用球面塑料元件替换，而其他光学元件没有改变，以及安装硬件(套管，隔离物等)微小或没有改变。

以该方式，对于最小的附加成本，制造商可以如所需的，在产品生命周期中的任一点处使用光学玻璃元件或塑性树脂元件的独特好处，在光学系统10的实施例之间转换。通常，对于玻璃，主要的好处为1)更热稳定的设计，2)成本较小的原型，和3)更快的制造原型。对于塑性树脂，主要的好处为1)成本较小地大量生产产品设计和2)更轻的重量设计。

具有光学系统10的非球面(一个或多个)的透镜元件E₁，E₂和/或E₃一般由树脂材料制成。可替换地，这些元件可以由玻璃制成；然而，成本问题可能阻止这点。如所需的，具有光学系统10的非球面(一个或多个)的透镜元件E₁，E₂和/或E₃可以由低折射率玻璃或树脂材料制成。

适当的感光接收器60包括例如电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)。此外，上述光学系统10适合于与具有有效对角尺寸小于约8毫米的这些类型的感光接收器(传感器)起作用。可替换地，上述光学系统10可以按比例增加或减小以便与具有较大或较小有效对角尺寸的感光接收器(传感器)起作用。

上述光学系统10适用于多种影片和/或电子成像应用。光学系统10特别适合于用于消耗可移动成像应用，例如，允许照相的便携式电话和个人数字助理(PDA)。

在图11-20中示出的通焦MTF曲线分别对于图1-10和表1-10中描述的实施例是多色的(在0.35处486nm，在1.00处538nm，以及在0.50处597nm)。MTF曲线对于33线对/mm示出。

本发明已经参考优选实施例进行了详细描述，但是应当理解，可以在本发明的范围中实现变化和变形。

元件表

10  光学系统

15  光轴

20  物侧

30  像侧

40  孔径光阑

50  遮光板

60  感光接收器

70  附加元件

E₁，E₂和E₃    透镜元件

R₁...R_N  表面半径

表1

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

表面4     C＝-0.951795     D＝0.74240079E-02    H＝0.5618976E00

          k＝0.000000      E＝0.10314786E00     I＝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＝0.000000      E＝-0.26627216E-01   I＝-0.2458555E-02

                           F＝0.16146376E-01    J＝0.10958537E-02

                           G＝0.51990544E-02

表2

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

表面4     C＝-1.065633     D＝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＝-0.685844     D＝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

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

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

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

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＝0.000000000    I＝0.00000000

                          F＝0.000000000    J＝0.00000000

                          G＝0.00000000

表面4    C＝-0.905922     D＝0.00000000     H＝0.00000000

         k＝0.1618255     E＝0.000000000    I＝0.00000000

                          F＝0.000000000    J＝0.00000000

                          G＝0.000000000

表面5    C＝-0.6218287    D＝0.00000000     H＝0.00000000

         k＝-0.3796216    E＝0.000000000    I＝0.00000000

                          F＝0.000000000    J＝0.00000000

                          G＝0.000000000

表5

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

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＝0.000000000   I＝0.00000000

                            F＝0.000000000   J＝0.00000000

                            G＝0.00000000

表面4       C＝-0.905922    D＝0.00000000    H＝0.00000000

            k＝0.1618255    E＝0.000000000   I＝0.00000000

                            F＝0.000000000   J＝0.00000000

                            G＝0.000000000

表面5       C＝-0.6218287   D＝0.00000000    H＝0.00000000

            k＝-0.3796216   E＝0.000000000   I＝0.00000000

                            F＝0.000000000   J＝0.00000000

                            G＝0.000000000

表6

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

表面1    C＝0.7285598       D＝0.00000000      H＝0.00000000

         k＝0.1488323       E＝0.00000000      I＝0.00000000

                            F＝0.00000000      J＝0.00000000

                            G＝0.00000000

表面2    C＝0.3966552       D＝0.7911972E-01   H＝0.00000000

         k＝5.7201660       E＝-0.30868440E00  I＝0.00000000

                            F＝0.89123850E00   J＝0.00000000

                            G＝-0.68632905E00

表面5    C＝0.5260732       D＝0.94505070E-02  H＝0.00000000

         k＝0.0000000       E＝0.85824134E-04  I＝0.00000000

                            F＝0.68959484E-03  J＝0.00000000

                            G＝0.54915085E-03

表面6    C＝0.2093720       D＝0.10169544E-02  H＝0.00000000

         k＝-5.7449510      E＝-0.29482389E-03 I＝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＝0.0000000       E＝-0.21136467E-02 I＝0.00000000

                            F＝0.21423077E-03  J＝0.00000000

                            G＝-0.24599791E-04

表7

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

表面2       C＝0.1748252      D＝-10243737E-01      H＝0.00000000

            k＝19.206420      E＝-0.92708580E-02    I＝0.00000000

                              F＝-0.12141643E-01    J＝0.00000000

                              G＝-0.47005287E-02

表面4       C＝-0.9273255     D＝0.44252743E-01     H＝035363612E-03

            k＝0.0000000      E＝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＝0.0000000      E＝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-01    H＝0.00000000

            k＝0.0000000      E＝0.14764062E-02     I＝0.00000000

                              F＝-0.17633960E-03    J＝0.00000000

                              G＝0.70521326E-05

表8

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

表面2      C＝0.1748252        D＝-10243737E-01      H＝0.00000000

           k＝19.206420        E＝-0.92708580E-02    I＝0.00000000

                               F＝-0.12141643E-01    J＝0.00000000

                               G＝-0.47005287E-02

表面4      C＝-0.9273255       D＝0.44252743E-01     H＝035363612E-03

           k＝0.0000000        E＝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＝0.0000000        E＝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-01    H＝0.00000000

           k＝0.0000000        E＝0.14764062E-02     I＝0.00000000

                               F＝-0.17633960E-03    J＝0.00000000

                               G＝0.70521326E-05

表9

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)消眩光阑

4)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

表面3       C＝0.1748252         D＝-0.10243737E-01       H＝0.00000000

            k＝19.206420         E＝-0.92708580E-02       I＝0.00000000

                                 F＝-0.12141643E-01       J＝0.00000000

                                 G＝-0.47005287E-02

表面6       C＝-0.8930964        D＝0.41014658E-01        H＝-0.86008994E-00

            k＝0.0000000         E＝0.81738929E-01        I＝0.30775966E-00

                                 F＝-0.31897343E-00       J＝0.00000000

                                 G＝0.80497156E-00

表面7       C＝-0.6195211        D＝0.64314342E-01        H＝0.3905023E-02

            k＝0.0000000         E＝-0.53249786E-02       I＝0.3341013E-04

                                 F＝0.37429655E-01        J＝0.00000000

                                 G＝-0.19403391E-01

表面10      C＝0.1016717         D＝-0.18420485E-01       H＝0.20077432E-07

            k＝0.0000000         E＝0.14508599E-02        I＝0.56230036E-08

                                 F＝-0.17794895E-03       J＝0.599365E-09

                                 G＝0.70228893E-05

表10

注释：

1)孔径光阑

2)渐晕孔径

3)由下垂度等式描述的非球面：

$X\left(Y\right)=\frac{{\mathrm{CY}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)C^2{Y}^2}}+{\mathrm{DY}}^4+{\mathrm{EY}}^6+{\mathrm{FY}}^8+{\mathrm{GY}}^{10}+{\mathrm{HY}}^{12}+{\mathrm{IY}}^{14}+{\mathrm{JY}}^{16}$

表面3     C＝0.1544368       D＝-0.70615316E-02       H＝0.00000000

          k＝19.206420       E＝-0.49871689E-02       I＝0.00000000

                             F＝-0.50968902E-02       J＝0.00000000

                             G＝-0.15398137E-02

表面6    C＝-0.7889422       D＝0.28273501E-01        H＝-0.21986646E-00

         k＝0.0000000        E＝0.43970671E-01        I＝0.61393227E-01

                             F＝-0.13390053E-00       J＝0.00000000

                             G＝0.26369506E-00

表面7    C＝-0.5472705       D＝0.44335164E-01        H＝0.9982486E-03

         k＝0.0000000        E＝-0.2864521E-02        I＝0.66647972E-05

                             F＝0.1571244E-01         J＝0.00000000

                             G＝-0.63562225E-02

表面10   C＝0.0898146        D＝-0.12698182E-01       H＝0.51324328E-08

         k＝0.0000000        E＝0.78047612E-03        I＝0.11217011E-08

                             F＝-0.74700454E-04       J＝0.93302613E-10

                             G＝0.23005797E-05

Claims (27)

1.一种光学系统，按照从物侧到像侧的顺序，包括：

第一透镜元件，第一透镜元件具有正光焦度、弯月形和物侧表面，第一透镜元件的物侧表面是朝向物侧的凸面；

第二透镜元件，第二透镜元件具有负光焦度、弯月形和物侧表面；第二透镜元件的物侧表面是朝向物侧的凹面；

第三透镜元件，具有正光焦度；和

孔径光阑，定位在第一透镜元件的物侧上，

其中空气中的最大主光线相对于像面法线的角度小于20°，其中主光线被限定为通过孔径光阑中心的光线。

2.根据权利要求1的光学系统，其中第一透镜元件是单透镜。

3.根据权利要求1的光学系统，其中孔径光阑定位在第一透镜元件的物侧表面上。

4.根据权利要求1的光学系统，进一步包括：

定位在第一和第二透镜元件之间的光渐晕孔径。

5.根据权利要求1的光学系统，其中第一、第二和第三透镜元件由树脂材料制成。

6.根据权利要求1的光学系统，该光学系统具有有效焦距f₀，限定第一透镜元件的物侧表面的顶点和位于空气等价后焦点处的像面之间的距离的总长度L，其中光学系统满足条件L/f₀＜1.20。

7.根据权利要求6的光学系统，其中第一透镜元件由具有阿贝V数V_d＞65的材料制成。

8.根据权利要求1的光学系统，其中光学系统具有在至少25度的物空间中的半视场。

9.根据权利要求1的光学系统，其中光学系统具有小于f/4的相对孔径。

10.根据权利要求1的光学系统，其中所有的透镜元件具有小于1.60的折射率。

11.根据权利要求1的光学系统，其中第一透镜元件由具有阿贝V数V_d＞65的材料制成。

12.根据权利要求1的光学系统，其中至少一个透镜元件由具有玻璃化转变温度Tg＞300°F的树脂材料制成。

13.根据权利要求1的光学系统，其中至少一个透镜元件由纳米复合物光学材料制成。

14.根据权利要求1的光学系统，其中第一透镜元件是球面，第二透镜元件是非球面，以及第三透镜元件是球面。

15.根据权利要求1的光学系统，其中第一透镜元件是球面，第二透镜元件是双非球面，以及第三透镜元件是球面。

16.根据权利要求15的光学系统，其中第一透镜元件由玻璃制成，第二透镜元件由树脂材料制成，以及第三透镜元件由玻璃制成。

17.根据权利要求15的光学系统，其中第一透镜元件由玻璃制成，第二透镜元件由树脂材料制成，以及第三透镜元件由树脂材料制成。

18.根据权利要求15的光学系统，其中第一透镜元件由树脂材料制成，第二透镜元件由树脂材料制成，以及第三透镜元件由玻璃制成。

19.根据权利要求15的光学系统，其中第一、第二和第三透镜元件由树脂材料制成。

20.根据权利要求1的光学系统，其中第一透镜元件是非球面，第二透镜元件是球面，以及第三透镜元件是非球面。

21.根据权利要求20的光学系统，其中第一透镜元件由树脂材料制成，第二透镜元件由玻璃制成，以及第三透镜元件由树脂材料制成。

22.根据权利要求20的光学系统，其中第一、第二和第三透镜元件由树脂材料制成。

23.根据权利要求1的光学系统，其中第一透镜元件是非球面，第二透镜元件是非球面，以及第三透镜元件是球面。

24.根据权利要求23的光学系统，其中第一透镜元件由树脂材料制成，第二透镜元件由树脂材料制成，以及第三透镜元件由玻璃制成。

25.根据权利要求23的光学系统，其中第一、第二和第三透镜元件由树脂材料制成。

26.根据权利要求1的光学系统，其中第一透镜元件是非球面，第二透镜元件是非球面，以及第三透镜元件是非球面。

27.根据权利要求26的光学系统，其中第一、第二和第三透镜元件由树脂材料制成。

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