CN1036947C - 摄象光学系统 - Google Patents

Abstract

一种具有摄像透镜系统的摄像光学系统，该摄像透镜系统具有设置在多个级中的多个透镜，用于在摄像装置的象平面上形成物象。该摄像光学系统包括：设置在摄像透镜系统的下游的双折射片；作为第一光学单元的光圈单元，用于借助一光圈快门来确定摄像透镜系统的F数：以及一个第二光学单元。当该F数等于一预定值Fd或更小时，第二光学单元与双折射片一同起作用，以在不低于截止频率r_c的空间频率范围内，通过由于非球表面而引起的象差，来降低调制传递函数(MTF)。

Description

摄象光学系统

本发明涉及摄象装置(诸如摄象机)中所用的摄象光学系统。更具体地说，本发明涉及一种用于在摄象装置的摄象表面上形成物象的摄象装置。

一般地，在具有离散的象元结构的摄象装置，或具有图象管——该图象管具有分色滤色器——的摄象光学系统中，利用光学空间取样对物象进行处理，以产生图象输出。

这种摄象光学系统所能处理的图象清晰度，是由取样频率决定的，而且若图象图案中包含有高于取样频率的空间频率分量，就会产生被叫做波纹或假频(aliasing)的乱真信号。为此，需要适当地设置光学低通滤波器，以限制在摄象光学系统中物体的高频分量。

作为这种光学低通滤波器，采用了一种利用石英片的双折射优点的光学低通滤波器。这种采用石英片的光学低通滤波器利用石英片的双折射提供光学上的模糊，以减小物象的高空间频率分量，从而抑制乱真信号。

作为采用这种石英片的光学低通滤波器的例子，已知的有采用三个石英片的光学低通滤波器，如日本专利公开第57-39683(1982)号中所提出的。

结合图1和2来解释MTF——表征采用三个石英片的光学低通滤波器和采用单独的低通滤波器的光学低通滤波器的空间频率。对不小于801p/mm的截止频率的频率，采用三个石英片的光学低通滤波器具有低MTF值，以使其具有足够的乱真信号防止作用，如图1所示。相反，采用单独的低通滤波器的光学低通滤波器对不小于801p/mm的截止频率的频率具有较大的MTF值，所以它在防止乱真信号方面的作用很差，如图2所示。

因此，传统的作法是设置具有三个或更多的石英片的光学低通滤波器，以对高于截止频率的频率抑制MTF。

然而，由于传统摄象光学系统中的光学低通滤波器是由三个或更多的石英片组成，所以产生了以下的问题。

即，石英晶体的生长一般需要很多的时间，因而石英很昂贵。另外，由于采用了三或更多块昂贵的石英片，该摄象光学系统及采用该摄象光学系统的摄象设备也非常昂贵。另外，由于要把三或更多的石英片接合起来以制作该光学低通滤波器，对接合在一起的石英片进行定位的操作变得复杂，导致复杂的制造工艺和更多的工艺步骤。

本发明的一个目的是提供一种摄象光学系统，其中即使减少了诸如组成光学低通滤波器的石英片的数目，也能给出足够的乱真信号防止作用。

本发明的另一目的是提供一种摄象光学系统，其中可减少组成光学低通滤波器的双折射片的数目，以便于摄象光学系统的组装和制造。

根据本发明，提供了一种具有摄象透镜系统的摄象光学系统，该摄象透镜系统具有多个设置在多个级中的透镜，用于在摄象装置的象平面上形成物象。该摄象透镜系统包括一设置在摄象透镜系统的下游的双折射片、一个用于借助一光圈快门确定摄象透镜系统的F数的第一光学单元、和一个第二光学单元。当该F数不小于预定的值时，该第一光学单元与双折射片一起动作以在不小于容易发生乱真信号的空间频率的空间频率范围内降低调制传递函数(MTF)。另一方面，当F数不大于预定值时，第二光学单元与双折射片一起动作，以在不小于容易发生乱真信号的空间频率的空间频率范围中降低调制传递函数。

借助根据本发明的摄象光学系统，关系MTF(2r_c)≤0.4在设计上满足超过对应于第一光学装置中的光圈的完全打开的F数值的F数的值的总和，其中MTF(2r_c)是当摄象透镜系统与双折射片相结合时在象平面处的光轴上的MTF值，或在一空间频率2r_c处的MTF值，而r_c是双折射片的截止频率。

特别地，MTF(2r_c)是光学传递函数OTF(r)的绝对值，它是白光的OTF值，如方程式(1)所示： $\mathrm{OTF}\left(r\right)=\∫W\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{OTF}\left\{\mathrm{\λ}\left(r\right)\right\}\mathrm{d\λ}.......\left(1\right)$ 它是用权W(λ)＝T(λ)S(λ)加权，对单色光在可见光范围内对波长λ进行积分而获得的，其中T(λ)和S(λ)分别是摄象装置的频谱传递因子和灵敏特性。类似地，它是在空间频率2r_c处的MTF值，r_c是双折射片的截止频率。

方程式(1)的MTF值，可用具有五个波长的量级的近似的绝对值来发现。

在上述构成中，关系 $\frac{{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MAX}}(r_c/2)-{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MIN}}(r_c/2)}{{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MAX}}(r_c/2)}s0.3.......\left(2\right)$ 可在设计上得到满足，其中MTF_MAX(r_c/2)和MTF_MIN(r_c/2)分别是当第一光学装置的快门从完全打开的光圈变到F数的预定值Fd时在空间频率r_c/2处的最大值和最小值，其中F数的该预定值是当摄象透镜系统没有象差且只有第一光学装置的光圈快门处的衍射对MTF有贡献时的MTF值，或是当对于空间频率2r_c的MTF值是0.4时的F数，其中r_c是双折射片的截止频率。

摄象透镜系统对e光的球差在大于预定值Fd的范围中至少有一个极值。

第二光学装置的非球表面同时被用于校正象差。

与包括三个接合在一起的石英片的光学低通滤波器相比，包括单一的、具有截止频率r_c的石英片的光学低通滤波器对高于截止频率r_c的空间频率具有MTF值且对于抑制乱真信号是不够的。

然而，借助本发明，当第一光学装置3的、通过快门光圈确定F数的值的快门光圈被减小到一定程度以上时，摄象透镜系统的象差变得小得可忽略，因而摄象透镜系统的特性受已减小的快门的衍射现象的控制。所以，摄象透镜系统的F数值越大，作为第一光学装置的动作的结果，这种衍射现象的MTF就越小。

因此，采用根据本发明的摄象透镜系统，对于大于截止频率r_c的空间频率，第一光学装置的衍射和光学低通滤波器的作用或双折射片的双折射的作用的结合，使MTF降低。

另一方面，若摄象透镜系统的F数值变得更小，则对于高于截止频率r_c的空间频率，MTF逐渐增加，从而降低了乱真信号的抑制效果。然而，借助本发明，一个非球表面被引入摄象透镜系统，以产生有利的球差，以降低高空间频率处的MTF。

因此，借助根据本发明的摄象光学系统，高于截止频率r_c的空间频率的MTF被第二光学装置的非球表面的象差和光学低通滤波器的作用的结合所降低；该作用是双折射片的双折射作用。

由上可见，借助根据本发明的摄象光学系统，可用单一的石英片实现基本上与传统的、包括三个石英片的光学低通滤波器近似的乱真信号抑制效果，从而可减少双折射片的数目，以降低生产成本。由于采用了单一的石英片，涉及诸如接合的麻烦的操作的生产工艺可被消除，从而改进摄象透镜系统的大规模产量。

特别地，第二光学装置的非球表面可同时被用于校正象差，以减少非球表面的数目并从而降低生产成本。非球表面有时可被减少，意味着可用单非球面的透镜来代替双非球面的透镜，因而生产工艺可得到简化，从而便于光轴的匹配。

图1是曲线图，显示了采用三个石英片的传统光学低通滤波器的MTF空间频率特性；

图2是曲线图，显示了采用单一石英片的传统光学低通滤波器的空间频率特性；

图3A和3B显示了根据本发明的摄象光学系统的第一实施例，其中

图3A显示了其中摄象透镜系统的变焦距位置是在广角端的设置，而

图3B显示了其中摄象透镜系统的变焦距位置是在望远端的设置；

图4是曲线图，显示了在第一实施例中的光圈装置的光圈快门为圆形的情况下，白光的MTF空间频率特性；

图5是曲线图，显示了在采用单一石英片的光学低通滤波器与摄象透镜系统5相结合时的MTF空间频率特性，在该系统5中光圈的F数被设定为8(F8)；

图6是曲线图，显示了根据第一实施例(空间频率2r_c＝160[lp/mm])的摄象光学系统在广角端时F数对MTF的依赖；

图7是曲线图，显示了根据第一实施例(空间频率2r_c＝160[lp/mm])的摄象光学系统在望远端时F数对MTF的依赖；

图8是曲线图，显示了在根据第一实施例的摄象系统的广角端，在F为2.8时，当单一石英片被与摄象透镜系统相结合时的MTF空间频率特性；

图9是曲线图，显示了在根据第一实施例的摄象系统的望远端，在F为2.8时，当单一石英片被与摄象透镜系统相结合时的MTF空间频率特性；

图10是曲线图，显示了在根据第一实施例的摄象系统的广角端处摄象透镜系统的球差；

图11是曲线图，显示了在根据第一实施例的摄象系统的望远端处摄象透镜系统的球差；

图12是曲线图，显示了在大于基准值Fd的F数区域球差没有极值时摄象透镜系统的球差，其中球差单调地增加或减小；

图13是曲线图，显示了在根据第一实施例(空间频率2r_c＝40[lp/mm])的摄象光学系统的广角端F数对MTF的依赖；

图14是曲线图，显示了在根据第一实施例(空间频率2r_c＝40[lp/mm])的摄象光学系统的望远端F数对MTF的依赖；

图15是曲线图，显示了具有低通滤波器作用的第12个非球表面对球表面的偏离；

图16是曲线图，显示了在根据第二实施例的摄象系统的广角端的球差；

图17是曲线图，显示了在根据第二实施例的摄象系统的望远端的球差；

图18是曲线图，显示了在根据第二实施例(空间频率2r_c＝160[lp/mm])的摄象光学系统的广角端F数对MTF的依赖；

图19是曲线图，显示了在根据第二实施例(空间频率2r_c＝160[lp/mm])的摄象光学系统的望远端F数对MTF的依赖；

图20是曲线图，显示了在根据第二实施例(空间频2r_c＝40[lp/mm])的摄象光学系统的广角端F数对MTF的依赖；

图21是曲线图，显示了在根据第二实施例(空间频率2r_c＝40[lp/mm])的摄象光学系统的望远端F数对MTF的依赖；

图22是曲线图，显示了第13个表面与原有的非球表面(第一实施例的第13个表面)的偏离。

参见图3至22，将说明根据本发明的摄象透镜系统的两个最佳实施例。在这些实施例中，采用CCD固态摄象装置作为摄象装置。

根据第一实施例的摄象光学系统是由按照以下顺序设置的摄象透镜系统5、平面平行板6和CCD检测器7组成的。透镜系统5由前透镜单元1、变焦距透镜单元2、光圈单元3、和由固定和可移动透镜构成的内聚焦单元4组成，而平面平行板6由IR吸收玻璃、用于CCD固态摄象装置的盖板玻璃和由单一石英片组成的双折射片组成。

前透镜单元1由摄象透镜系统的第一至第五表面组成，而变焦距透镜单元2和内聚焦单元4分别由光学摄象装置的第11和第12至16表面组成。由IR吸收玻璃盖板和单一双折射片的石英片构成的平面平行板6，构成了摄象光学系统的第17和18表面。

图3A和3B显示了这样一种状态，其中变焦距透镜单元2距离前透镜单元1最近，这是摄象透镜系统5在广角端的变焦距位置；图3B显示了这样一种状态，其中变焦距透镜单元2距离前透镜单元1最远，这是摄象透镜系统5在望远端的变焦距位置。

参见这些附图，来说明衍射现象的低通滤波作用。

在图3A和3B中，A代表光圈单元3的快门光圈。若快门光圈A被减小到一定程度以下，摄象透镜系统5的象差就变得可忽略地小，从而使摄象透镜系统5的特性受快门光圈的衍射现象的控制。对于圆形的快门光圈，如果上述象差可被忽略，则在象平面的光轴上，代表摄象透镜系统5的特性的光学传递函数(OTF)，可用以下方程式(3)表示：OTF_lens{λ(r)}＝1/π(2θ-sin2θ)}

              cosθ＝λFr              (3)在上述方程式中，λ、F和r分别代表光波长、摄象透镜系统的F数和空间频率。

方程式(3)对具有一定波长λ的单色光成立。然而，由于通常的摄象透镜系统处理的是光波长为λ的可见范围，所以需要找到对于白光的OTF，即代表可见光范围的综合特性的OTF。

借助摄象透镜系统的频谱传递因子T(λ)和CCD固态摄象装置的灵敏特性S(λ)，白光的OTF可按照以下方程式(4)，通过把方程式(3)的左边乘以W(λ)＝T(λ)S(λ)并对可见光范围相对波长进行积分而得到：

OTF_lens(r)＝λ∫W(λ)OTF_lens{λ(r)}dλ      (4)

方程式(4)所示的积分通常可用五个波长来近似。例如，若g、F、e、d或C被选为这些波长，则白光的OTF可用方程式(5)来表示：

图4显示了圆形光圈快门的调制传递函数(MTF)，如用上述方程式(5)计算的。该MTF被定义为OTF的绝对值。相应光线的权从方程(4)的T(λ)和S(λ)找到且采用了以下参数。

Wg＝0.099，WF＝0.222，We＝0.406，Wd＝0.231，WC＝0.042

从图4可见，当F数从F4经过F5和F6增加到F8时，MTF降低，且在较高的空间频率MTF的降低特别明显。由于光学低通滤波器被用于降低较高空间频率处的MTF，衍射现象对于光学低通滤波器是有用的。

为了比较，图1显示了如日本专利公开第57-39683号(1982)中所提出的、采用三个石英片的传统光学低通滤波器的特性。图1中所示的传统光学低通滤波器是为CCD固态摄象装置设计的，该装置沿水平扫描线方向的象元间距PH等于

PH＝0.00635mm其中截止频率r_c为r_c＝80[lp/mm]并近似等于方程(6)所示的Nyquist频率；

Nyquist频率＝1/2PH＝79[lp/mm]                (6)在上述方程中，单位[lp/mm]表示空间频率的单位，它是每mm的白和黑线对的数目。

图2显示了采用单一石英片(双折射片)的、具有相同的截止频率r_c的光学低通滤波器的特性。从与采用三个石英片(双折射片)的光学低通滤波器的特性的比较，可看出高于截止频率r_c的空间频率的MTF具有较大的值，因而乱真信号的抑制不令人满意。图5显示了当如图2所示的采用单一的石英片的光学低通滤波器与摄象透镜系统5相结合时的MTF空间频率特性，该摄象透镜系统5由图4中所示的MTF空间频率特性显示且其光圈被减小到F8。

从图5可见，高于截止频率(r_c＝80[lp/mm])的空间频率处的MTF值，被上述衍射现象所降低，从而可达到基本上与用图1所示的、采用三个石英片的传统光学低通滤波器相同的乱真信号抑制效果。为抑制乱真信号，不低于截止频率r_c的MTF必须满足方程(7)中所示的条件：

           MTE(r)≤0.4                    (7)这是乱真信号被减小到一半或更小的条件。

方程(7)中的MTF是方程(4)或与方程(4)类似的方程(5)所定义的白光的OTF的绝对值。

采用单一石英片的光学低通滤波器的MTF在空间频率2r_c处具有最大值，如图2所示。因此，当摄象透镜系统5与该单一石英片相结合时，空间频率2r_c处的MTF满足以下方程(8)：

             MTF(Zr_c)≤0.4                      (8)上述方程(7)即使在不低于截止频率r_c的较高频率也基本得到了满足，因而MTF(2r_c)的值表示了对乱真信号抑制效果的一种量度。

从方程(8)可导出以下方程(9)：

MTF(2r_c)＝MTF_lens(2r_c)·MTF_crys(2r_c)

             ＝MTF_lens(2r_c)≤0.4                (9)这样，在包括摄象透镜系统5和单一石英片的结合的摄象透镜系统中，MTF(2r_c)必须小于0.4。同时，MTF_crys(2r_c)＝1被用在方程(9)中。

摄象透镜系统5的F数满足以下方程(10)：

           MTF_lens(2r_c)＝0.4                    (10)

它被定义为基准值Fd。应该注意，MTF_lens代表在摄象透镜系统5的象差被忽略且仅考虑光圈装置3中的光圈快门的衍射时，在成象平面内的光轴上的MTF。

从图4可见，F数越大，MTF_lens(2r_c)越小，因而，若F数大于基准值Fd，MTF_lens(2r_c)变得小于0.4。

由上可见，在F数大于基准值Fd的区域内，可在不需要采用三个石英片的情况下，在适合于摄象透镜系统5的衍射和适合于单一石英片的双折射的基础上，产生对低通滤波器来说足够的乱真信号抑制效果。

下面说明F数小于基准值的情况，即其中F数处于光圈打开至基准值Fd的情况。

若F数变得小于基准值Fd，MTF_lens(2r_c)变得大于0.4，从而使乱真信号抑制效果被降低。因此，在该区域中，把非球表面引入摄象透镜系统5的透镜元件，以使球差通过非球表面而被确定地引入，并使高空间频率的MTF满足方程(8)。

图3中显示了一个具体的例子，其中上述非球表面被设定在摄象透镜系统5的第12个表面。第13和16个表面代表通常的、用于校正象差的非球表面。在下面的表1中所示的值是在广角端的值。

              表  1

	r(曲率半径)	d(轴上的距离)	n(d光折射率)	v(阿贝数)
					123456789101112131415161718	30.791017.1510104.865019.129060.927072.41605.5490-11.05707.2870-245.3400∞14.3000-52.857021.46707.5000-20.2640∞∞	1.0004.110.1503.0101.120.9003.240.7002.29014.634.7003.4405.8141.1004.9107.6923.380	1.846661.696801.000001.696801.000001.834001.000001.685441.846661.000001.000001.589131.000001.846661.693501.000001.516801.00000	23.7855.46.0055.46.0037.34.0050.8523.78.00.0061.25.0023.7853.54.0064.20.00

在望远端的值与在广角端的值相同，只有以下距离除外：

d₅＝14.453

d₁₀＝1.301

d₁₃＝5.827

d₁₆＝7.679

非球表面即第12、13和16表面的非球表面系数在下面的表2中给出：

                         表2

第12表面	A3＝-0.17131×10-2A4＝0.22653×10-2A5＝-0.12308×10-2A6＝0.34324×10-3A7＝-0.50296×10-4A8＝0.32665×10-5A10＝-0.69630×10-3
		第13表面	A4＝0.11425×10-3A6＝0.81273×10-6A8＝-0.20774×10-7A10＝0.18080×10-9
第16表面	A4＝0.63806×10-4A6＝-0.11189×10-6A8＝0.13882×10-7A10＝0.25795×10-10

应该注意到，非球表面即第12、13和16表面的非球表面形状由以下方程(11)确定： $Z=\frac{p^2/r}{1+{\left({1-(p/r)}^2\right)}^{1/2}}+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{Aip}}^i.......\left(11\right)$ 其中p、r和Ai分别代表沿垂直于光轴的方向的高度、曲率的近轴半径和第一级非球面系数，光轴是Z轴，而象平面侧是正侧面，且Z轴与各透镜的顶点的交点为原点。

在图6和7中，显示了在广角端(空间频率2r_c＝160[lp/mm])F数与MTF的关系和在望远端(空间频率2r_c＝160[lp/mm])F数与MTF的关系。这些图中所示的值，代表了当摄象透镜系统5与单一石英片相结合时在摄象透镜系统5中的光轴上的值。可以看出，这些图中所示的值使方程(8)得到了满足。

图8和9分别显示了当单一石英片与F-2.8摄象透镜系统结合时在广角端和望远端的MTF空间频率特性。从图8和9中所示的特性可见，在不小于截止频率r_c的高空间频率区域，方程(7)得到了满足。

图10和11分别显示了摄象透镜系统5在广角端和望远端的球差。在这些图中，纵坐标代表F数。

若注意到e光——它的波长大体为可见光范围的中心波长，则在大于基准值Fd的F数区域中，球差一定有极值。若球差在该区域中没有极值，则随着球差单调增加或减小，MTF仅有不明显的降低，象平面与近轴象平面的偏离变得明显，从而使光圈的改变所造成的成象位置移动成为严重的问题。

如果，例如，在广角端e光的球差单调减小到F4，且F4处的MTF(2r_c/2)为0.24，则MTF(2r_c/2＝40[lp/mm])变为最大之处的象平面与近轴象平面相距-0.155mm，这比图10中所示的F4的-0.01的情况要大很多。因此，摄象透镜系统5的球差以及代表该球差的e光在F数大于其基准值Fd的区域中有至少一个极值是非常重要的。

除了乱真信号的抑制之外，图象对比度作为光学低通滤波器的特性也是很重要的。上至截止频率r_c的MTF空间频率特性都对图象对比度有贡献。MTF(2r_c)的值被用作对乱真信号抑制效果的量度，而MTF(2r_c/2)被用作对图象对比度的量度。在本实施例中，r_c/2＝40[lp/mm]。图13和14分别显示了在广角端和望远端F数与MTF(空间频率r_c/2＝40[lp/mm])的关系。这些MTF值是当摄象透镜系统5与单一石英片结合时在象平面中的光轴上的值。可见，在从光圈打开直到基准值Fd的范围中，该F数大体为常数。

若MTF(2r_c)的从光圈打开到基准值Fd的最大和最小值分别为MTF_MAX(r_c/2)和MTF_MIN(r_c/2)，则若下列方程得到满足，即可得到对于从光圈打开直到基准值Fd都具有基本不变的图象对比度的图象： $\frac{{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MAX}}(r_c/2)-{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MIN}}(r_c/2)}{{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MAX}}(r_c/2)}s0.3...........\left(12\right)$

在本实施例中，方程(12)的左边在广角端和望远端分别为0.12和0.08，因而方程(12)的条件得到了满足。

另一方面，若F数变得大于基准值Fd，由于光圈装置3的快门处的衍射现象，MTF(2r_c/2)被降低。在图13中显示了MTF(2r_c/2)降低的方式的一个例子。若把F16处的值代入方程(10)中的MTF_MIN(2r_c/2)，方程(12)的左边的值就变成0.34，从而超过0.3。所以，重要的是不要把光圈装置3的快门光圈减小到大体为F11或更多。

对于通常的摄象机，由于衍射现象而在透镜系统中产生了MTF的恶化。因此，对特别亮的物体，用一中和强度滤波器(ND滤波器)来减小入射光量，以限制快门光圈，以不超过一定的F数。在本实施例中，可通过提供ND滤波器等来对F数进行限制，从而在使用范围内使方程(12)得到满足，其中F数的范围是从光圈打开到大约F11。

图15显示了低通滤波器所作用的、非球面的第12表面与球表面的偏离。该非球面可用诸如利用适当的模子的玻璃模铸来制作。

本实施例的组成可概括如下：

(a)对F数≥Fd：

摄象透镜系统5中的光圈单元3的快门的衍射作用被与单一石英片的双折射作用相结合。

(b)对F数≤Fd：

摄象透镜系统5中的非球表面的象差被与单一石英片的双拆射作用相结合。相对于e光的球差在大于基准值Fd的F数区域中必然有至少一个极值。

上述的组成在实际中给出令人满意的光学低通滤波器，它通过满足方程(8)，并且通过比满足方程(12)的F数承受更小的对比度改变，而具有足够的乱真信号抑制效果。以上的描述涉及象平面中光轴上的低通滤波器的性能。一般，摄象透镜系统5在光轴以外的象差大于在光轴上的，因而高空间频率分量的降低更明显。光轴以外的衍射作用与光轴上的基本相同。

因此，若可在光轴上产生足够的乱真信号抑制效果，则可在光轴以外得到与光轴上等价或更好的乱真信号抑制效果。因此，光轴上的MTF值被作为光学低通滤波器的特性的代表值而得到处理。虽然在这里光圈快门被假定为圆形的，若F数是如下定义的，则以上描述也基本适合于任何其他形状的光圈快门：

即，若摄象透镜系统5的焦距是f，则可用以下方程(13)来为圆形光圈快门形状定义F数：

F＝f/D                          (13)其中D是入射光瞳的直径。

对于任何其他的光圈快门形状，该F数可用以下的方程(14)来定义：

F＝f/D’                        (14)其中D’是单一的石英片的入射光瞳相对于光束的散布方向的宽度。

为了把石英片的特性与摄象透镜系统5的特性相结合，石英片沿光束的散布方向的宽度被选择为D’。特别容易出乱真信号的水平扫描线方向通常被选择为这个方向。双折射片也可是方解石，而不是石英片。

现在说明根据第二实施例的摄象透镜系统。在第一实施例中，作为球表面的第12个被设定为非球表面，以给予小于Fd的F数区域的低通滤波器特性。然而，这种低通滤波器特性也可被给予一用于补偿象差的非球表面，如果其非球面系数被改变的话。

即，该非球表面不仅可被用于校正象差，而且还可被用作低通滤波器。表3显示了在此情况下第二实施例的示意性的数值。由于该第二实施例除了(1)第12表面是非球表面且(11)表3中所示的第13表面的非球面系数与第一实施例的不同以外与第一实施例相同，所以为清楚起见未显示与第一实施例相同的数值。注意，第13表面是非球表面，它同时被用于校正象差和用作低通滤波器。

           表 3

第13表面

A3＝0.17707×10-2A4＝-0.22532×10-2A5＝0.13008×10-2A6＝-0.36614×10-3A7＝0.54404×10-4A8＝-0.35966×10-5A10＝0.79921×10-8

同时，对F数＞Fd，衍射的低通滤波器作用基本上与第一实施例的相同，因为仅需要对上述的两项进行修改。这可如下地实现。

即，对于根据本实施例的摄象透镜系统5在广角端和望远端的球差，对于广角端和望远端，e光的球差对于F数均有极值。

另外，对于MTF在广角端(空间频率2r_c＝160[lp/mm])和望远端(空间频率2r_c＝160[lp/mm])相对于根据第二实施例的摄象透镜系统5的F数的改变，MTF的这些改变对F数的所有值都满足方程(8)，如图18和19所示。

另一方面，对于MTF在广角端(空间频率2r_c＝40[lp/mm])和望远端(空间频率2r_c＝40[lp/mm])相对于根据第二实施例的摄象透镜系统5的F数的改变，在小于Fd的F数范围内，这些改变在广角端和望远端分别为0.11和0.08，因而满足了方程(12)的条件，如图20和21所示。

由上可见，根据第二实施例的摄象光学系统带有一光学低通滤波器，该光学低通滤波器具有大体与根据第一实施例的摄象透镜系统的特性相同的特性。图22显示了第13表面与原始的非球表面(第一实施例的第13表面)的偏离。象在第一实施例中那样，该非球表面可用利用模子的玻璃模铸来制造。

与根据第二实施例的摄象透镜系统相比，根据第二实施例的摄象透镜系统的第12表面是球面，因而非球表面的数目减少了一个，因此，用于第12表面的金属模可以是容易制作而且成本低廉的圆形金属模。另外，由于第一实施例的透镜的第12和13表面是非球表面，因而透镜的两个表面是非球面，从而产生了中心对准的困难。相反，本第二实施例的透镜仅有一侧是非球面，所以与双非球面透镜相比，中心对准可容易地进行。

从上可见，在根据第一和第二实施例的摄象透镜系统中，在不低于截止频率r_c的空间频率处，在不低于其基准值Fd的F数范围内，MTF被光圈装置3的快门的衍射和单一双折射片的双折射的作用的结合所降低，这就是光学低通滤波器功能，而在不高于其基准值Fd的F数范围内，在不低于截止频率r_c之处，MTF被第12、13和16表面或第13和16表面的非球表面的象差和单一双折射片的双折射的综合作用所降低。

因此，可以仅借助一个石英片来获得与采用三个石英片的传统光学低通滤波器的效果基本相同的乱真信号抑制效果，从而减少了双折射片的数目和摄象光学系统的生产成本。由于仅采用了一个双折射片，可消除涉及复杂操作的生产工艺(诸如接合)，从而提高摄象光学系统的大规模生产率。

特别地，由于在第二实施例中非球表面同时还被用于校正象差，其中第12表面被设计成球表面且第13和16表面被设计为非球表面，所以在总体上可减少非球表面的数目，从而进一步降低生产成本。非球表面的数目被减少，有时意味着可用单侧非球面透镜来代替双侧非球面透镜，从而可通过便于光轴的匹配而简化生产工艺。

虽然在上述的第一和第二实施例中，CCD固态摄象装置被用作摄象装置，本发明也可被用于用图象管作为摄象装置的场合。

Claims (5)

1.具有摄象透镜系统的摄象光学系统，该摄象透镜系统具有多个透镜，用于在摄象装置的象平面上形成物象，所述摄象光学系统的特征在于包括：

设置在所述摄象透镜系统的下游的双折射片，

第一光学装置包括用于设置所述摄象系统的F数的光阑光圈，从而当F数不小于一预定值时与所述双折射片一同引入衍射，以在不小于容易受乱真信号影响的空间频率的空间频率范围内降低调制传递函数(MTF)，和

第二光学装置包括至少一个透镜，该透镜具有至少一个非球面，用以当F数不小于一预定值时与双折射片一同引入球差，以在不小于容易受乱真信号影响的空间频率的空间频率范围内降低调制传递函数(MTF)。

2.根据权利要求1的摄象光学系统，其特征在于对超过用于完全打开所述第一光学装置的F数值的所有F数值，关系式MTF(2r_c)≤0.4都得到满足，

所述MTF(2r_c)是当摄象透镜系统与所述双折射片结合时象平面中光轴上的MTF值，所述MTF(2r_c)也是在空间频率2r_c处的MTF值，r_c是双折射片的截止频率。

3.根据权利要求2的摄象光学系统，其特征在于关系式 $\frac{{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MAX}}(r_c/2)-{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MIN}}(r_c/2)}{{\mathrm{MTF}}_{\mathrm{MAX}}(r_c/2)}s0.3$ 得到了满足，其中MTF_MAX(r_c/2)和MTF_MIN(r_c/2)分别是当所述第一光学装置的所述快门从完全打开的光圈变成所述预定的F数值时在空间频率r_c/2处的MTF最大值和最小值，

F数的所述预定值是当假定摄象透镜系统没有象差且仅有光圈快门处的衍射对MTF有贡献时的MTF值，F数的所述预定值也是当对于空间频率2r_c的MTF值为0.4时的F数值，其中r_c是双折射片的截止频率。

4.根据权利要求3的摄象光学系统，其特征在于所述摄象透镜系统对e光的球差在大于所述预定值的F数范围内有至少一个极值。

5.根据权利要求1的摄象光学系统，其特征在于所述第二光学装置中的非球表面同时被用于校正象差。

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