CN101542349B - 广角透镜和图像捕捉装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种广角透镜。该广角透镜包括按照从对象侧到图像侧的顺序设置的前透镜组和后透镜组，其中在前透镜组和后透镜组之间设置孔径。前透镜组包括具有正光焦度的朝向对象侧设置的至少两个透镜、以及具有负光焦度的朝向图像侧设置的至少一个透镜。后透镜组包括具有正光焦度的至少一个透镜。前透镜组中的一个被设置在从对象侧起第二位的透镜具有被设置为非球形表面的透镜面。前透镜组、孔径以及后透镜组构成了具有大于180度视角的图像形成系统。

Description

广角透镜和图像捕捉装置

技术领域

本发明涉及一种具有大于180度视角的广角透镜和图像捕捉装置。

背景技术

例如，可以在包括车辆中安装的相机和安防相机在内的多种应用中使用广角透镜。对于安装在车辆中的相机的图像捕捉透镜，需要用来捕捉具有广角范围的清晰图像的技术。此外，越来越需要一种在左右方向上以超出180度的广角范围的视角进行同时捕捉的技术。

利用安装在车辆上的相机的图像捕捉透镜确保在左右方向上超出180度视角的角度范围的一个优点在于，例如，可以通过在车辆的四个侧面上都设置一个图像捕捉透镜，实现无死角地、全方向地(即，向前、向后、向左、向右等方向)捕捉车辆环绕视角的图像信息。

值得注意的是例如在日本早期专利公开No.2006-224927中公开了一种用来捕捉车辆的环绕图像的装置。

此外，在例如日本早期专利公开No.2005-227426中公开了一种包括四个透镜的鱼眼类型的广角图像捕捉透镜，其可用来在左右方向上确保至少180度的视角。

根据上述公开文件，使用了由塑料材料制成的非球形表面透镜并且为了努力获得微型化以及减轻重量而将构成图像捕捉透镜的透镜个数减少到四个透镜。然而，由于所公开的透镜结构的对象侧透镜(第一透镜)具有相对大的半径，因此使用上面公开的技术来实现成本降低以及微型化存在着局限。此外，由于可用作透镜材料的塑料具有有限的折射率/阿贝数(Abbe number)范围，因此不能充分地校正倍率色像差(chromatic aberration of magnification)并且非常容易发生彩色镶边(color fringing)。因此，不能充分地缩小透镜厚度，这继而又成为阻止减小图像捕捉透镜的尺寸的障碍。进一步，由于使用了相对大量的具有非球形表面的透镜，因此制造处理中的组装误差或诸如温度的使用环境变化会导致图像退化。

发明内容

本发明的一个方面针对提供一种能够利用广角透镜以超过180度的视角捕捉高质量图像的微型化的图像捕捉装置、一种用来将由广角透镜形成的图像转换为图像信号的图像捕捉设备、以及一种用来对图像信号执行校正处理以便校正在图像信号中反映出的广角透镜的失真、倍率色像差、以及MTF(调制传递函数)特性的影响的电子电路。

本发明的另一方面针对提供一种在图像捕捉装置中使用的微型化的广角透镜，该图像捕捉装置具有在光轴方向上不大于15mm的尺寸以及超过180度的视角。

根据本发明的一个实施例，提供了一种广角透镜，其包括：

按照从对象侧到图像侧的顺序设置的前透镜组和后透镜组，并且在前透镜组和后透镜组之间设置孔径；其中

前透镜组包括具有正光焦度(power)的朝向对象侧设置的至少两个透镜、以及具有负光焦度的朝向图像侧设置的至少一个透镜；

后透镜组包括具有正光焦度的至少一个透镜；

前透镜组中的一个被设置在从对象侧起第二位的透镜具有被设置为非球形表面的透镜面；以及

前透镜组和后透镜组被设置成具有大于180度视角的图像形成系统。

根据本发明的另一实施例，提供了一种图像捕捉装置，其包括：

光学系统，其包括根据本发明实施例的广角透镜；

图像捕捉单元，其用来将由光学系统形成的对象图像转换为图像数据；

存储器，其用来存储由图像捕捉单元所得到的图像数据；

存储器输出控制电路，其用来从存储器读取对应于所指定的视角的相关图像数据；

第一信号处理电路，其用来对相关图像数据执行失真校正，从而校正在相关图像数据中反映出的光学系统的失真的影响；

第二信号处理电路，其用来对相关图像数据执行倍率色像差校正，从而校正在相关图像数据中反映出的光学系统的倍率色像差的影响；以及

第三信号处理电路，其用来对相关图像数据执行调制传递函数校正，从而校正在相关图像数据中反映出的光学系统的调制传递函数的影响。

当参考所附附图来阅读下面的详细说明书时，可以更加清楚明了地理解本发明的其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出了根据本发明的第一特定实施例的广角透镜的配置的示意图；

图2是示出了根据第一特定实施例的广角透镜的示例性散光特性的曲线图；

图3是示出了根据第一特定实施例的广角透镜的示例性失真特性的曲线图；

图4A至图4C是示出了在不同的相对场高度下根据第一特定实施例的广角透镜的示例性彗形特性(coma characteristics)的曲线图；

图5是示出了根据本发明的第二特定实施例的广角透镜的配置的示意图；

图6是示出了根据第二特定实施例的广角透镜的示例性散光特性的曲线图；

图7是示出了根据第二特定实施例的广角透镜的示例性失真特性的曲线图；

图8A至图8C是示出了在不同的相对场高度下根据第二特定实施例的广角透镜的示例性彗形特性的曲线图；

图9是示出了根据本发明实施例的信号处理系统的示例性配置的方框图；

图10是示出了用来校正倍率色像差、失真以及MTF退化的根据本发明实施例的信号处理模块的示例性配置的方框图；

图11是示出了根据本发明实施例对图像数据执行图像处理得到的示例性结果的曲线图；以及

图12是示出了根据本发明实施例的信号处理系统的另一示例性配置的方框图。

具体实施方式

根据本发明实施例的广角透镜包括按照从对象侧到图像侧的顺序设置的前透镜组和后透镜组，以及设置在前透镜组与后透镜组之间的孔径。具体的，前透镜组和后透镜组构成了包括四个透镜的图像形成系统。值得注意的是与胶合透镜(cemented lens)的透镜元件相比较，构成图像形成系统的四个透镜都是独立的。

设置前透镜组具有如下光焦度分布：负/负/正；并且将后透镜组的光焦度设置为正的。

此外，前透镜组中被设置在从对象侧开始的第二位的具有负光焦度的透镜具有被设置成非球形表面的透镜面。

在本实施例中，前透镜组可包括三个透镜来实现负/负/正的光焦度分布，并且后透镜组可包括一个具有正光焦度的透镜。

此外，可将根据本实施例的广角透镜的视角设置为大于180度。

值得注意的是优选地将前透镜组配置为当引导离轴光经过孔径朝向后透镜组时最小化像差的生成。相应地，优选地将前透镜组的透镜面处的折射光设置为很低。

在本实施例中，可通过设置前透镜组具有负/负/正的光焦度分布来抑制前透镜组的透镜面处的折射光。

值得注意的是优选地将后透镜组设置为对诸如散光、彗形以及色差在内的光学像差执行校正。在当前实施例中，将后透镜组设置为具有正的光焦度，从而可以高效地执行像差校正并且可以提高用来在广角透镜的图像表面上形成图像的图像光的图像形成能力。

值得注意的是在使用相对少(即四个)的透镜来构建图像形成系统的根据本发明实施例的广角透镜中，各透镜的像差校正能力可对于广角透镜的整体光学性能具有很强的影响。相应地，在制造单个透镜时产生的变化可导致显著的光学性能退化。特别地，当使用大量的具有非球形表面的透镜时，会非常容易出现由于透镜制造阶段产生的变化所引起的光学性能退化。

具体的，在使用非球形表面透镜的例子中，非球形表面的偏心偏差和位置偏差非常容易导致在整体透镜系统的像差中出现严重变化，甚至出现透镜之间轻微的位置偏差或是透镜面的光轴上的轻微偏心，这对透镜系统的光学性能具有显著影响。因此，为了使用非球形表面透镜得到优良质量的图像，与对于球面透镜执行的调节相比较必须对非球形表面透镜执行更细微的调节。可以理解的是，当使用数量相对较多的非球形表面透镜或是使用用来增大透镜的折射角的具有非球形表面的透镜时，透镜产量将会降低并且在各个透镜之间非常容易发生变化，从而在根据设计的透镜系统的光学性能与制造的透镜系统的光学性能之间存在透显著差别。

在根据本发明实施例的广角透镜中，将前透镜组的第二透镜的一个透镜面设置为非球形表面。也就是说，通过将前透镜组的非球形表面的个数设置为最少的一个透镜面(即，第三透镜面或第四透镜面)，本发明解决了如上所述由于制造或组装阶段产生的变化所引起的光学性能退化的问题。

在本发明的一个优选实施例中，还可将后透镜组设置为包括非球形透镜表面，从而能够对在前透镜组处产生的像差进行准确校正。具体的，将属于后透镜组的透镜的图像侧透镜面优选地设置为非球形表面。

根据这个实施例，可将在广角透镜中使用的非球形表面的个数限制为2个透镜表面；即，将前透镜组和后透镜组中的各一个透镜面设置为非球形表面。以这种方式，可减小由于制造阶段产生的变化所引起的光学退化并且可稳定广角透镜的光学性能。

此外，在根据本发明的进一步优选实施例的广角透镜中，前透镜组包括三个透镜：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、以及具有正光焦度的第三透镜；并且后透镜组包括具有正光焦度的第四透镜。

在根据本发明的进一步优选实施例的广角透镜中，将由vd1表示的第一透镜的阿贝数；由vd2表示的第二透镜的阿贝数；由vd3表示的第三透镜的阿贝数；以及由vd4表示的第四透镜的阿贝数设置为满足如下条件：

(1)vd1≦40；

(2)vd2≦25；

(3)vd3≧60；以及

(4)vd4≧60。

值得注意的是在广角透镜中，离轴色差对于图像质量具有相对大的影响。相应地，在前透镜组包括三个透镜并且后透镜组包括一个透镜而构成了具有四个透镜的图像形成系统的例子中，将第一至第四透镜的材料优选地设置为满足上述(1)至(4)的条件，从而可以有效地校正离轴色差。

此外，值得注意的是将根据本发明实施例的广角透镜配置为与图像捕捉装置和电子电路一同使用，其中，该图像捕捉装置用来将由广角透镜形成的图像转换成图像信号并且该电子电路用来对图像信号执行校正处理以校正在图像信号中反映出来广角透镜的失真、倍率色像差、以及MTF特性等影响。相应地，本发明的一个方面关注于改善观看图像的图像质量，其中观看图像是对根据本发明实施例的广角透镜形成的图像执行校正处理后得到的图像。在这个方面中，将根据本发明实施例的广角透镜优选地设置为具有可以通过电子电路的校正处理充分地校正的像差，从而获得高质量的观看图像。

此外，在根据本发明的另一优选实施例的广角透镜中，由OAL1表示从第一透镜的第一透镜面到第四透镜的第二透镜面的距离；并且设置广角透镜的图像表面上形成的图像圆圈的直径以满足如下条件：

(5)OAL1/Iφ≦2.68。

值得注意的是，例如，当OAL1/Iφ的值超出了如上面条件(5)所规定的最大值时，与图像圆圈的尺寸相比较，整个透镜系统的长度会变得太大，从而不能充分地使广角透镜微型化，或是与整个透镜长度相比较，图像圆圈会变得太小，从而导致分辨率退化。

此外，在根据本发明的另一优选实施例的广角透镜中，将前透镜组和后透镜组中具有最大光焦度的至少一个透镜设置为玻璃透镜。值得注意的是可以在变化环境条件下使用包括根据本发明实施例的广角透镜的图像捕捉装置。例如，在其中温度具有几十度变化的使用条件下，如果具有最大光焦度的透镜是由塑料材料制成的，则温度变化会导致这种塑料透镜的光焦度d的大幅变化，从而广角透镜的光学性能非常容易出现退化。

相应地，通过将具有最大光焦度的透镜设置为玻璃透镜，可降低如上所述的由于环境条件变化所引起的光学性能退化。在进一步实施例中，可在构成广角透镜系统的所有透镜中使用玻璃透镜，从而即使在恶劣的使用条件下仍可有效地防止光学退化。

根据本发明实施例的图像捕捉装置包括光学系统、图像捕捉设备、存储器、存储器输出控制电路、以及第一至第三信号处理电路。

光学系统包括根据本发明实施例的广角透镜。例如，光学系统可使用根据下面将会详细说明的第一特定实施例或第二特定实施例的广角透镜。

图像捕捉设备具有以二维图案设置的像素并且被配置用来将由光学系统形成的图像转换为图像信号。例如，可使用诸如CCD那样的区域传感器作为图像捕捉设备。

存储器被用来存储由图像捕捉设备获得的转换后图像数据。

存储器输出控制电路被配置用来从存储器中读取与指定视角所对应的图像数据。

第一信号处理电路被配置用来对图像数据执行失真校正以便校正在图像数据中反映的光学系统的失真影响。

第二信号处理电路被配置用来对图像数据执行倍率色像差校正以便校正在图像数据中反映的光学系统的倍率色像差影响。

第三信号处理电路被配置用来对图像数据执行MTF校正以便校正在图像数据中反映的光学系统的MTF特性的影响。

值得注意的是必须将传统的广角透镜设计为能够获得周边区域内的所期望的MTF特性同时充分地校正诸如透镜中的轴上色差、倍率色像差、以及失真等光学像差。例如，为了保持周边区域内501p/mm的分辨率，从广角透镜系统的第一透镜面到图像表面之间的距离必须至少为15mm。然而，根据本发明的实施例，利用电子电路的电子处理来执行部分的像差校正，从而根据本发明实施例的广角透镜无需获得所期望的周边区域内的MTF特性并同时充分地校正诸如其自身的轴上色差、倍率色像差、以及失真等光学像差。相应地，可以放宽根据本发明实施例的广角透镜的设计需求，并且使用四个透镜配置用来实现经过电子电路处理后的高质量观看图像的输出的透镜系统。例如，可将从根据本发明的实施例的广角透镜的第一透镜面到图像表面之间的距离设计为小于15mm，或者甚至小于10mm。

此外，值得注意的是构成根据本发明实施例的广角透镜的四个透镜都是不必粘结(bond)或接合(cement)在一起的独立透镜。相应地，无需接合步骤即可制造根据实施例的广角透镜以便降低制造成本。此外，根据实施例的广角透镜可具有超出180度的宽视角(例如，在如下所述的第一和第二特定实施例中的190度)。

此外，例如，还可至少在根据实施例的广角透镜中具有最大光焦度的透镜中使用玻璃透镜，从而提高环境抵抗特性并且使得广角透镜适用于在恶劣环境条件下使用。

此外，根据本发明实施例的图像捕捉装置还使用如上所述的第一到第三信号处理电路来校正包括根据实施例的广角透镜的光学系统的失真、倍率色像差、以及MTF特性的影响，从而得到具有所期望图像质量的观看图像。

下面，将会参考所附附图来说明本发明的特定实施例。

图1是示出了根据本发明的第一特定实施例的广角透镜的配置的示意图。

所描绘的根据第一特定实施例的广角透镜包括按照从对象侧(图1中的左侧)的顺序设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、以及第四透镜L4，并且将孔径I设置在第三透镜L3与第四透镜L4之间。

值得注意的是第一透镜L1、第二透镜L2、以及第三透镜L3属于前透镜组并且第四透镜L4属于后透镜组。第一到第四透镜L1-L4都是没有接合在一起的独立透镜。

图5是示出了根据本发明的第二特定实施例的广角透镜的配置的示意图。值得注意的是为不易混淆的对应于图1中的组成元件的图5中的组成元件分配了相同的附图标记。

与第一特定实施例相比较，根据第二特定实施例的广角透镜包括按照从对象侧(图5中的左侧)的顺序设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、以及第四透镜L4，并且将孔径I设置在第三透镜L3与第四透镜L4之间。

第一透镜L1、第二透镜L2、以及第三透镜L3属于前透镜组并且第四透镜L4属于后透镜组。第一到第四透镜L1-L4都是没有接合在一起的独立透镜。

在图1和图5所示的第一和第二特定实施例中，第一和第二透镜L1和L2都具有负的光焦度(负的焦距)，并且第三和第四透镜L3和L4都具有正的光焦度(正的焦距)。

此外，如下面详细说明的，在第一和第二特定实施例中都将第二透镜L2的一个透镜面设置为非球形表面。进一步，在第二特定实施例中，将第四透镜L4的图像侧透镜面设置为非球形表面。

更具体的，根据图1所示的第一特定实施例的广角透镜和根据图5所示的第二特定实施例的广角透镜都包括构成图像形成系统整体的四个独立透镜，其中，按照从对象侧到图像侧的顺序设置属于前透镜组(例如，第一透镜L1到第三透镜L3)和后透镜组(例如，第四透镜L4)的透镜，并且将孔径设置在前透镜组与后透镜组之间。按照如下方式设置前透镜组的光焦度分布：负(第一透镜L1)/负(第二透镜L2)/正(第三透镜L3)。将后透镜组(第四透镜L4)的光焦度设置为正。前透镜组中被设置在从对象侧开始的第二位的具有负光焦度的透镜(第二透镜L2)具有一个被设置成非球形表面的透镜面。

此外，在根据图5所示的根据第二特定实施例的广角透镜中，也将属于后透镜组的透镜(第四透镜L4)的图像侧透镜面设置成非球形表面。

此外，根据图1所示的第一特定实施例的广角透镜和根据图5所示的第二特定实施例的广角透镜都具有超过180度(即，190度)的视角并且被设置成两组、四个透镜的配置，其中前透镜组包括具有负光焦度的第一透镜L1、具有负光焦度的第二透镜L2、以及具有正光焦度的第三透镜L3；并且后透镜组包括第四透镜L4。

此外，将第一透镜L1的阿贝数vd1、第二透镜L2的阿贝数vd2、第三透镜L3的阿贝数vd3、以及第四透镜L4的阿贝数vd4设置为满足如下条件：

(1)vd1≦40

(2)vd2≦25

(3)vd3≧60

(4)vd4≧60

此外，将从第一透镜L1的第一透镜面到第四透镜L4的第二透镜面之间的距离OAL1以及在图像表面上形成的图像圆圈的直径Iφ配置为满足如下条件：

(5)OAL1/Iφ≦2.68

此外，如图1和图5所示的广角透镜中的第一到第四透镜L1-L4都是玻璃透镜。值得注意的是将第三透镜L3设置为如图1和图5所示的广角透镜中具有最大光焦度的透镜。

此外，图1和图5的广角透镜中的每一个透镜都具有用来覆盖图像捕捉设备(CCD区域传感器)的封面玻璃CG。

下面，将会参考图9至图12来说明根据本发明实施例图像捕捉装置执行的信号处理。

图12是示出了根据本发明实施例的信号处理系统的示例性配置的方框图。

所示出的信号处理系统包括用来引导图像光通量到光学传感器120的光接收表面以便在其上形成图像的光学传感器120，其中图像光通量是由采用了广角透镜(未示出)的光学系统产生的。例如，光学传感器120可以是CCD或MOS类型的图像捕捉设备。此外，光学传感器120还可以是诸如RGB基色传感器或互补色传感器等任何类型的色彩传感器。

经由传感器I/O 122输出光学传感器120的输出。

在图12所示出的例子中，传感器I/O 122输出信号SYNC(V-SYNC、H-SYNC)、DATA、以及CLK(时钟)。然而，本发明并非局限于这个例子，并且包括模拟信号、数字信号、以及合成信号等任何类型的数据都可以作为传感器的输出。在一个例子中，DATA信号可包括关于色彩R、G、B中的每一种色彩的10位数据；并且CLK信号可具有25MH(兆赫)的频率。

信号SYNC、DATA以及CLK都被传送到对应于信号处理单元的核心单元的DSP单元124。

DSP单元124包括存储器、存储器输出控制单元、以及第一到第三信号处理电路的功能。DSP单元124的硬件配置并非局限于特定类型并且可以是配置用来按照如下所述的方式对输入信号执行处理的诸如FPGA或DSP等的ASIC或可编程逻辑电路。此外，在这个例子中，从时钟生成电路128将具有100MH频率的时钟信号输入到DSP单元124中。

通过后I/F126将DSP单元124的输出转换成指定的格式。例如，可将DSP单元124的输出转换成YUV422格式、YUV444格式、或是YUV221格式。在这个例子中，假定将输出转换成NTSC格式。

图9是示出了根据本发明实施例的信号处理系统的另一示例性配置的方框图。

图9的信号处理系统包括采用了广角透镜的光学系统90、图像捕捉设备(CCD区域传感器)91、以及预处理单元93。

通过图像捕捉设备91捕捉在对应于例如图1和图5所示广角透镜的光学系统90的广角透镜的图像表面上形成的图像并且将其转换成图像数据。值得注意的是广角透镜的图像表面上形成的图像包括广角透镜的失真和倍率色像差的影响。

将由图像捕捉设备91输出的图像数据输入到预处理单元93，其中通过自动增益控制器931对图像数据执行自动增益控制处理，之后再通过模拟数字转换器(ADC)932将上述处理后的图像数据转换为数字图像数据。值得注意的是凭借操作单元99的操作通过控制电路94来控制自动增益控制器931。此外，还值得注意的是图像捕捉单元91并非局限于CCD区域传感器并且可选地是MOS类型的图像捕捉设备或诸如摄像机(Vidicon)或硒化镉视象管(Chalnicon)等图像捕捉管。

随后，数字图像数据经过由信号处理单元95执行的图像处理。例如，由信号处理单元95执行的图像处理包括调节由图像捕捉设备91所引起的问题以及调节由广角透镜(光学系统)90所引起的问题。

具体的，图像捕捉单元91的像素图案可以是具有比红(R)像素和蓝(B)像素个数较多的绿(G)像素的所谓的Bayer图案。例如，在产生颜色R、G、B的图像过程中，如果简单地提取并且组合R、G、B的图像数据，则彩色图像的像素图案中的变化可导致彩色图像的不重合(misalignment)。相应地，信号处理单元95执行与图像捕捉设备相关的诸如重新形成像素图案以及RGB白色平衡校正等校正处理。随后，处理单元95执行与光学系统相关的校正处理，从而校正由光学系统90所导致的图像退化因素，诸如在图像数据中包括的倍率色像差、失真、以及MTF退化等。

值得注意的是在这个例子中，将R、G、B彩色图像的图像数据存储在帧存储器96当中。因此，当执行上述图像处理时，必须通过在控制电路94中包含的存储器输出控制装置从帧存储器96中读取出对应于给定视角的相关图像数据，以便通过处理单元95来处理该数据。

图10是示出了用来校正倍率色像差、失真、以及MTF退化等图像处理的示意图。

在图10所示的例子中，将信号处理单元95的处理模块95A配置为执行图像处理，从而使用第一、第二和第三信号处理电路来分别校正输入图像数据中的倍率色像差、失真、以及MTF退化等。

具体的，将已经经历了与图像捕捉设备相关的校正处理的数字图像数据输入到第一转换电路951当中，并且通过在第一转换电路951中包含的第一信号处理电路对输入数字图像数据执行失真校正。考虑到由光学系统90的失真所导致的图像失真，对于R、G、B彩色图像的各组图像数据都将第一信号处理电路配置为通过执行从输入图像的座标到输出图像的座标的重映射处理来校正数字图像数据的失真。

值得注意的是广角透镜的失真是之前已经公知的特性。因此，可基于这种特性来确定将输入图像的座标转换为输出图像的座标的转换表达式，并且可利用这样的转换表达式来执行校正。例如，转换表达式可以是通过近似得到的二次表达式。

通过单独地对R、G、B彩色图像中的每一种都执行失真校正，还可以同时校正图像的倍率色像差。换句话说，在这个例子中，可以组合用来校正失真的第一信号处理电路和用来校正倍率色像差的第二校正电路。值得注意的是作为通过使用上述转换表达式由像素的压缩/解压缩所引起的光分布变化的结果，会出现阴影。相应地，例如，在一个优选实施例中，可利用根据像素的区域放大率确定的相关系数通过乘以各像素的光强来校正光强变化。

随后，已经以上述方式经历了放大的失真/色差校正的图像数据再受到MTF退化校正。具体的，在包含用来校正MTF退化的第三信号处理单元的有限冲激响应(FIR)滤波器952处对图像数据执行诸如去卷积的处理。在特定的优选实施例中，维纳(Wiener)滤波器或高通滤波器(HPF)可被用作FIR滤波器952。

以这种方式，可以校正在图像中反映出的光学系统90的广角透镜的放大色差和失真的影响并且可以校正在图像的周边部分处出现的MTF退化，从而输出充分校正后的图像。

例如，在输出静止图像的情况下，可以从校正后的R、G、B彩色图像中产生位图数据或jpeg图像。在输出移动图像的情况下，可使用如图9所示的视频编码器97从校正后的R、G、B彩色图像中产生诸如H.264、MPEG-2、或MPEG-4等合适的移动图像格式的图像；并且在数字输出的情况下可使用高清晰度多媒体接口(HDMI)或数字视频接口DVI，或是在模拟输出的情况下使用模拟数字转换器电路，将该移动图像转换为将要被输出到显示器98的NTSC、D2、D4、或分量视频信号。

下面，将会说明广角透镜的两个特定实施例。值得注意的是在这两个特定实施例中，将根据设计的F数设定为2.8，并且将设计波长设定为587.56nm。

此外，在这两个实施例中，可以下面的表达式来定义广角透镜的非球形表面：

。其中，h代表关于光轴的垂直方向上的座标；Z代表光轴方向上的座标；R代表曲率的傍轴半径；K代表二次曲面常数；以及A、B、C代表高阶非球形表面系数。值得注意的是可通过使用实际值代替上述表达式中的K、A、B和C的方式来确定非球形表面的形状。

值得注意的是在下面将会详细说明的示出了根据第一和第二特定实施例的广角透镜的透镜结构的图1和图5中，R1-R9用来表示广角透镜中第一至第九面(包括孔径I的面)的曲率半径，并且Z1-Z10用来表示在第一至第九面之间的距离。

此外，还值得注意的是在第一和第二特定实施例中，都将视角设定为190度。

(第一特定实施例)

在下面的表1中指出了根据第一特定实施例的广角透镜的详细规格。

[表1]

 

面	曲率半径	距离	折射率	阿贝数	非球形表面
						1	19.734	1.0	1.62004	36.3
2	3.447	3.31
						3	-4.285	1.0	1.83917	23.9
4	8.383	0.4			※
						5	-36.489	1.5	1.61800	63.4
6	-2.390	0.2
						7	∞(孔径)	0.2

 

8	10.242	1.00	1.61800	63.4
						9	-3.447	1.89
10	∞	3	1.54600	55.0
						11	图像表面

在下面的表2中指出了根据本实施例的广角透镜的非球形表面的数据。

[表2]

 

面	K	A	B	C
					4	-97.078624	0.450558E-01	0.115498E-01	0

将根据本实施例的广角透镜的第一至第四透镜L1-L4的焦距按照如下设置：

第一透镜L1：负的焦距

第二透镜L2：负的焦距

第三透镜L3：正的焦距

第四透镜L4：正的焦距

在下面的表3中指明了根据本实施例的广角透镜系统的整体焦距f以及通过上述的条件(1)至(5)说明的参数的特定参数值。

[表3]

 

焦距f	1.641
		条件(1)	36.2
条件(2)	23.9
		条件(3)	63.3
条件(4)	63.3
		条件(5)	2.68

图2是示出了根据第一特定实施例的广角透镜的散光特性的曲线图，图3是示出了根据第一特定实施例的广角透镜的失真特性的曲线图，以及图4A至图4C是示出了在不同的相对场高度下根据第一特定实施例的广角透镜的彗形特性的曲线图。值得注意的是在图2和图3的曲线图中，垂直轴代表了视角。在图2和图4的曲线图中，曲线C1和C2分别代表了C线在矢状方向(sagittaldirection)和切线方向上的对应特性；曲线d1和d2分别代表了d线在矢状方向和切线方向上的对应特性；以及曲线F1和F2分别代表了F线在矢状方向和切线方向上的对应特性。此外，值得注意的是分别示出了根据如下所述的第二特定实施例的广角透镜的散光特性、失真特征以及彗形特性的图6、图7和图8A至图8C都是与图2、图3和图4A至图4C相近似的曲线图。

(第二特定实施例)

在下面的表4中指明了根据第二特定实施例的广角透镜的详细规格。

[表4]

 

面	曲率半径	距离	折射率	阿贝数	非球形表面
						1	8.135	1.0	1.80518	25.4
2	2.700	1.52
						3	-100.327	0.99	1.83917	23.9
4	1.153	0.90			※
						5	1.669	1.5	1.61800	63.4
6	-4.830	0.05
						7	∞(孔径)	0.15
8	1.735	1.00	1.51760	63.5
						9	-49.237	1.12			※
10	∞	2	1.54600	55.0
						11	图像表面

在下面的表5中指出了属于根据本实施例的广角透镜的非球形表面的数据。

[表5]

 

面	K	A	B	C
					4	-1.053964	0.091096	0.032797	0.033619
9	-17.603532	0.158307	0.022273	-0.007512

将根据本实施例的广角透镜的第一至第四透镜L1-L4的焦距按照如下设置：

第一透镜L1：负的焦距

第二透镜L2：负的焦距

第三透镜L3：正的焦距

第四透镜L4：正的焦距

在下面的表6中指明了根据本实施例的广角透镜系统的整体焦距f以及通过上述的条件(1)至(5)说明的参数的特定参数值。

[表6]

 

焦距f	1.185
		条件(1)	25.4
条件(2)	23.9
		条件(3)	63.4
条件(4)	63.5
		条件(5)	2.21

图11是示出了对利用根据第二实施例的广角透镜捕捉到的图像数据执行参考图9和图10说明的图像处理所得到的结果的曲线图。

在图11的曲线图中，垂直轴代表了空间频率，以及水平轴代表了光强信号的MTF特性。

如这个曲线图中的曲线111所示，当不对捕捉到的图像数据执行图像处理时，由于倍率色像差导致在高频带处出现了MTF退化。然而，可通过执行上述用来校正倍率色像差、失真、以及MTF退化等的图像处理来校正MTF特性的这种退化。

进一步，通过利用FIR滤波器对图像数据执行高频分量补偿，甚至可以获得在高频区域中的具有期望的MTF特性的更加清晰的图像。值得注意的是在对捕捉到的图像数据执行倍率色像差的校正的情况下，图11所示的曲线112和113分别代表了关于矢状方向和切线方向的MTF特性。在对捕捉到的图像数据执行倍率色像差、失真、以及MTF退化等校正处理的情况下，图11中的曲线114和115分别代表了矢状方向和切线方向上的MTF特性。从这个曲线图中可以理解的是通过执行上述的用来校正倍率色像差、失真、以及MTF退化等处理，可实现在矢状方向和切线方向上对MTF特性的高度准确的校正。具体的，曲线111与曲线112-115之间的对比代表了由被配置用来执行上述图像处理的信号处理电路所作出的校正。

尽管已经参考特定的优选实施例说明了本发明，但是本发明并非局限于这些具体公开的实施例，在不脱离本发明的范围的前提下可以作出各种改变和修改。

本申请是基于并且要求在2007年3月30日提交的日本专利申请No.2007-093188和在2008年2月15日提交的日本专利申请No.2008-035263的优先权，并且两篇专利申请的全部内容都包括在这里作为参考。

Claims (5)

1.一种广角透镜，包括：

按照从对象侧到图像侧的顺序设置的前透镜组和后透镜组，和在前透镜组和后透镜组之间设置的孔径；其中

所述前透镜组包括具有负光焦度的朝向对象侧设置的两个透镜、以及具有正光焦度的朝向图像侧设置的一个透镜；

所述后透镜组包括具有正光焦度的至少一个透镜；

前透镜组中的一个被设置在从对象侧起第二位的透镜仅具有一个被设置为非球形表面的透镜面；并且

所述前透镜组和所述后透镜组被设置为具有大于180度视角的图像形成系统，

其中，所述前透镜组包括按照从对象侧到图像侧顺序设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、以及具有正光焦度的第三透镜；并且

所述后透镜组包括具有正光焦度的第四透镜，

将由vd1表示的第一透镜的阿贝数、由vd2表示的第二透镜的阿贝数、由vd3表示的第三透镜的阿贝数、以及由vd4表示的第四透镜的阿贝数设置为满足如下条件：

(1)vd1≤40；

(2)vd2≤25；

(3)vd3≥60；以及

(4)vd4≥60。

2.根据权利要求1所述的广角透镜，其中

将属于所述后透镜组的透镜的图像侧透镜面设置为非球形表面。

3.根据权利要求1所述的广角透镜，其中

将由OAL1表示的从第一透镜的第一透镜面到第四透镜的第二透镜面的距离、以及在图像形成系统的图像表面上形成的图像圆圈的直径设置为满足如下条件：

(5)OAL1/Iφ≤2.68。

4.根据权利要求1所述的广角透镜，其中

将所述前透镜组和后透镜组中的具有最大光焦度的至少一个透镜设置为玻璃透镜。

5.一种图像捕捉装置，包括：

光学系统，其包括具有大于180度视角的广角透镜，所述广角透镜包括按照从对象侧到图像侧的顺序设置的前透镜组和后透镜组，以及在前透镜组和后透镜组之间设置的孔径；所述前透镜组包括具有负光焦度的朝向对象侧设置的两个透镜、以及具有正光焦度的朝向图像侧设置的一个透镜；以及所述后透镜组包括具有正光焦度的至少一个透镜；其中，前透镜组中的一个被设置在从对象侧起第二位的透镜仅具有一个被设置为非球形表面的透镜面；

图像捕捉单元，其用来将由光学系统形成的对象图像转换为图像数据；

存储器，其用来存储由图像捕捉单元所得到的图像数据；

存储器输出控制电路，其用来从存储器中读取对应于所指定的视角的相关图像数据；

第一信号处理电路，其用来对相关图像数据执行失真校正，从而校正在相关图像数据中反映出的光学系统的失真的影响；

第二信号处理电路，其用来对相关图像数据执行倍率色像差校正，从而校正在相关图像数据中反映出的光学系统的倍率色像差的影响；以及

第三信号处理电路，其用来对相关图像数据执行调制传递函数校正，从而校正在相关图像数据中反映出的光学系统的调制传递函数特性的影响，

其中，所述前透镜组包括按照从对象侧到图像侧顺序设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、以及具有正光焦度的第三透镜；并且

所述后透镜组包括具有正光焦度的第四透镜，

将由vd1表示的第一透镜的阿贝数、由vd2表示的第二透镜的阿贝数、由vd3表示的第三透镜的阿贝数、以及由vd4表示的第四透镜的阿贝数设置为满足如下条件：

(1)vd1≤40；

(2)vd2≤25；

(3)vd3≥60；以及

(4)vd4≥60。

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