CN101008702A - 拾像光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拾像光学系统，具有广视角的优点，其自物端至成像端依序包含具有负屈光率的第一光学组件、正屈光率的第二光学组件及负屈光率的第三光学组件，并且在成像端设置一影像感测单元。该拾像光学系统满足如右公式，其中，f_p1为第二光学组件的焦距，f_t为拾像光学系统的焦距。

Description

拾像光学系统

【技术领域】

本发明涉及一种拾像光学系统，特别是一种具有广视角的拾像镜头。

【背景技术】

广视角的拾像光学系统应用产品愈来愈广，例如监视器、车载镜头及内视镜。日本公开专利特开昭61-035,414揭露一种广视角的内视镜头，该内视镜头具有四个光学组件并且在邻近成像端具有一新月型透镜。

然而，特开昭61-035,414的内视镜头虽然可修正畸变像差，但是却无法将所有自物端入射该镜头的光线垂直入射CCD，因此会产生阴影。

日本公开专利特开平01-218,286揭露了改善上述缺点的方法，它是在对物镜与CCD之间插入一个场透镜，使得光线可垂直入射于CCD上。然而，这样的设计却使整个光学系统变得较为复杂。

日本公开专利特开平05-107,470揭露了一种对物光学系统，然而该系统仍旧无法解决产生阴影的问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种拾像光学系统，具有广视角且解决影像产生阴影的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种拾像光学系统，从物端到成像端依序包括负屈光率的第一光学组件、正屈光率的第二光学组件及负屈光率的第三光学组件；其中第二光学组件满足以下条件：

$0.7<\left|\frac{f_{p1}}{f_t}\right|<1.3$

其中，f_p1为第二光学组件的焦距，f_t为拾像光学系统的焦距。

上述本发明的技术方案中，拾像光学系统的第二及第三光学组件为非球面透镜，且分别具有至少一表面为非球面。

上述本发明的技术方案中，拾像光学系统的第二及第三光学组件是以塑料材料制造。

上述本发明的技术方案中，拾像光学系统可适用于各种温度与气候环境，其中第三光学组件满足以下条件：

$0.5<\left|\frac{f_{p1}}{f_{p2}}\right|<1.5$

其中，f_p1为第二光学组件的焦距，f_p2为第三光学组件的焦距。

上述本发明的技术方案中，拾像光学系统的第一光学组件为新月型负透镜，其中朝向物端的表面为一凸面。较佳的选择是，第一光学组件以玻璃材料制造。

与现有技术相比，本发明的优点之一在于，第一光学组件可以消除畸变像差及彗星像差，并获得广视角的功效；另一优点在于，第二及第三光学组件是以塑料材料制造，可降低生产成本；再一优点在于，第二及第三光学组件可以消除球面像差、像散像差及影像的阴影，并可适用于各种温度环境。

【附图说明】

图1是本发明实施例的拾像光学系统的光学结构图。

图2显示本发明的实施例的拾像光学系统，温度为25℃时的球面像差。

图3显示本发明的实施例的拾像光学系统，温度为25℃时的场曲像差。

图4显示本发明的实施例的拾像光学系统，温度为25℃时的畸变像差。

图5显示本发明的实施例的拾像光学系统，温度为25℃时的彗星像差。

图6显示本发明的实施例的拾像光学系统，温度为25℃时的调变转换函数值。

【具体实施方式】

本发明的拾像光学系统具有广视角的优点，可应用于内视镜、监视器、车载镜头等。该拾像光学系统自物端至成像端依序包括具有负屈光率的第一光学组件、正屈光率的第二光学组件及负屈光率的第三光学组件。其中，该拾像光学系统的第二光学组件须满足以下条件：

$0.7<\left|\frac{f_{p1}}{f_{p2}}\right|<1.3---\left(1\right)$

其中，f_p1为第二光学组件的焦距，f_t为拾像光学系统的焦距。

本发明的拾像光学系统中，第一光学组件为新月型负透镜，且朝向物端的表面为凸面。孔径光阑设置于第一光学组件与第二光学组件之间，藉此可有效地将远离光轴外的光线以较大的入射角进入该系统中，进而获得广视角的优点。

本发明的拾像光学系统中，第二光学组件为正透镜以及第三光学组件为负透镜，且第二、第三光学组件皆具有至少一非球面表面。较佳地，第二及第三光学组件是以塑料材料形成的。

本发明的拾像光学系统中，第三光学组件满足以下条件：

$0.5<\left|\frac{f_{p1}}{f_{p2}}\right|<1.5---\left(2\right)$

其中，f_p1为第二光学组件的焦距，f_p2为第三光学组件的焦距。

当f_p1/f_t|大于条件(1)的上限值时，会造成拾像光学系统的球面像差趋于明显而无法被修正。当f_p1/f_t|小于条件(1)的下限值时，拾像光学系统的像散像差趋于明显而无法被修正。

当|f_p1/f_p2|大于条件(2)的上限时，拾像光学系统于高温环境或低温环境的解像能力(MTF)快速变差。当|f_p1/f_p2|小于条件(2)的下限时，拾像光学系统的后焦过长，使得拾像光学系统的总光程(total track)过长。

本发明的拾像光学系统的第二、第三光学组件均为非球面塑料镜片，但仍可在-10℃至60℃温度范围之间保持良好的摄像质量。

请参阅图1显示的本发明的拾像光学系统的实施例，拾像光学系统自物端至成像端依序包含负屈光率的第一透镜10、正屈光率的第二透镜20及负屈光率的第三透镜30，该拾像光学系统的系统焦距为f_t＝1.0mm，数值孔径Fno.＝2.8，且全视角高达162度。

第一透镜10为新月型负透镜，朝向物端的表面为凸面且朝向成像端的表面为凹面。第一透镜是以玻璃材料制造，具有抗刮、耐磨及不吸水的特性，使得拾像光学系统适合户外或潮湿环境使用。凸面朝向物端是为了修正畸变像差。

第一透镜20为双凸正透镜，且至少一表面为非球面并采用塑料材料制造。孔径光阑位于第一透镜10与第二透镜20之间，且设置在邻近第二透镜处。这样，偏离光轴且以大角度入射第一透镜的光线将可以较小的角度通过孔径光阑入射第二透镜。本实施例中，第二透镜的焦距为f_p1＝0.94mm。

第三透镜30为双凹负透镜，且至少一表面为非球面并采用塑料材料制造。本实施例中，第三透镜的焦距为f_p2＝-0.95mm。

本发明的实施例中，拾像光学系统的第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30的各项参数依序列于表1中：

表1

系统焦距长度ft＝1.0mm；Fno.＝2.8
					表面序号	曲率半径(mm)	厚度(mm)	折射率(Nd)	阿贝系数(Vd)
R1	11.428	0.62	1.58913	61.2
					R2	1.382	3.89	1.00000
STO.	Infinity	0.00	1.00000
					R3	1.165	1.24	1.52471	56.21
R4	-0.536	0.04	1.00000
					R5	-1.323	0.39	1.60727	26.65
R6	1.128	0.20	1.00000
					R7	Infinity	0.695	1.51633	64.15
IMA.	Infinity	0.656	1.00000

此外，本发明的实施例中，第二透镜的表面序号R3、R4及第二透镜的透镜表面序号R5、R6为非球面，其非球面的相关数值依序列于表2：

表2

表面序号	K	A	B	C	D
						R3	-9.30373 1	0.57434098	-1.06587400	0	0
R4	-4.537273	-0.56658212	-0.0041955651	0	0
						R5	-30.082221	-0.80405480	-0.77832456	0	0
R6	-14.735885	-0.39857821	0.12753988	0	0

上述非球面的各项数值符合以下非球面公式：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}.$

本发明的实施例中，拾像光学系统的各项数值均符合前列条件(1)及(2)。该拾像光学系统的成像端设置一影像感测单元，例如CCD或CMOS。此外，可在拾像光学系统与成像端之间设置滤光片40，以滤除红外光。

图2显示本发明的实施例的拾像光学系统，在温度在条件为25℃时的球面像差(spherical aberration)。根据图2所示，该拾像光学系统在像高1Y范围内的球面像差均小于0.01mm范围内。

图3显示本发明的实施例的拾像光学系统，在温度条件为25℃时的场曲像差(field curvature)。根据图3所示，该拾像光学系统的弧矢光束(sagittalbeam)与切向光束(tangential beam)在最大像场高度1Y范围内分离的程度均小于0.03mm范围内，显示该拾像光学系统的像散像差极小。

图4显示本发明的实施例的拾像光学系统，在温度条件为25℃时的畸变像差(distortion)。根据图4所示，该拾像光学系统在像高1Y范围内的畸变像差大于-60％。

图5显示本发明的实施例的拾像光学系统，在温度条件为25℃时的彗星像差(coma aberration)。根据图5所示，该拾像光学系统在0.7倍物高处，其产生的彗星像差图案均方根半径(RMS Radius)小于2.892μm。

图6显示本发明的实施例的拾像光学系统，在温度条件为25℃时的调变转换函数值(Modulation Transfer Function)。根据图6所示，该拾像光学系统的弧矢光束与切向光束在0.7倍物高处焦点偏移量不大于0.02mm。

为检验本发明实施例提供的拾像光学系统确实可适用于各种气候环境，针对-10℃、25℃、60℃条件下量测后焦的偏移量。在温度为-10℃时，该拾像光学系统的后焦值较25℃时的后焦时增加0.019mm；在温度为60℃时，该拾像光学系统的后焦值较25℃时的后焦时短少0.018mm。由以上数据可知，本发明的实施例的拾像光学系统具有优良的成像品质。虽然第二透镜与第三透镜均使用塑料射出成型的非球面透镜，但并未因温度的变化而造成成像品质恶化。

综合以上所述，本发明提供一种拾像光学系统，该系统的孔径光阑位于第一负透镜与第二正透镜之间且邻近第二正透镜设置，使得该系统的全视角范围高达162度，且改变该孔径光阑与第二正透镜之间的距离可改变全视角的范围。此外，第二及第三镜片使用塑料镜片可有效降低该系统的成本。

Claims (9)

1.一种拾像光学系统，自物端至成像端依序包括第一光学组件、第二光学组件及第三光学组件，其中第一光学组件为负屈光率，其朝向物端的表面为第一表面，朝向成像端的表面为第二表面；第二光学组件为正屈光率，第三光学组件为负屈光率，其特征在于：该拾像光学系统满足以下条件：

$0.7<\left|\frac{f_{p1}}{f_t}\right|<1.3$

其中，f_p1为第二光学组件的焦距，f_t为拾像光学系统的焦距。

2.依据权利要求1所述的拾像光学系统，其特征在于：该拾像光学系统进一步满足以下条件：

$0.5<\left|\frac{f_{p1}}{f_{p2}}\right|<1.5$

其中，f_p1为第二光学组件的焦距，f_p2为第三光学组件的焦距。

3.依据权利要求2所述的拾像光学系统，其特征在于：该拾像光学系统的孔径光阑是位于第一光学组件与第二光学组件之间。

4.依据权利要求3所述的拾像光学系统，其特征在于：第一光学组为新月型负透镜，第一表面朝向物端凸出，以及第二表面凹向成像端。

5.依据权利要求4所述的拾像光学系统，其特征在于：第一光学组件是以玻璃材料制造。

6.依据权利要求4所述的拾像光学系统，其特征在于：第二光学组件为双凸正透镜，且至少一表面为非球面。

7.依据权利要求6所述的拾像光学系统，其特征在于：第二光学组件是以塑料材料制造。

8.依据权利要求6所述的拾像光学系统，其特征在于：第三光学组件为双凹负透镜，且至少一表面为非球面。

9.依据权利要求8所述的拾像光学系统，其特征在于：第三光学组件是以塑料材料制造。

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