CN109313322A

CN109313322A - 成像光学系统及成像装置

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Publication number: CN109313322A
Application number: CN201780033035.7A
Authority: CN
Inventors: 大桥和泰
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2019-02-05
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: EP3465314B1; JP2017219592A; WO2017209220A1; US10866387B2; JP6729006B2; CN109313322B; US20200041762A1; EP3465314A1

Abstract

一种成像光学系统，包括：第一透镜，具有凹像侧表面及负折射能力；第二透镜，具有凸物侧表面及正折射率；第三透镜，具有凹物侧表面及负折射能力；第四透镜，具有凸像侧表面及正折射能力；以及第五透镜，具有凸物侧表面并且按从物侧到像侧的顺序具有正折射能力，该系统可选地包括在第五透镜的像侧上的透镜。该成像光学系统满足以下条件表达式：[1]1.94<n₂<2.20及[2]15.0<ν₂<20.0，其中，ν₂和n₂分别表示第二透镜L2的透镜材料在d线处的阿贝数和折射率。

Description

成像光学系统及成像装置

技术领域

本发明涉及成像光学系统及成像装置。

背景技术

近来，各种类型的成像装置已被实现，成像装置的示例包括诸如数码相机之类的用于捕获图像的相机装置，并且还有车载相机装置、立体相机装置和监视相机装置。在这些各种成像装置中实现的成像光学系统通常需要是紧凑的，具有一定的广视角和明亮的视野，同时具有良好的性能。

作为包括相对少量的透镜元件(例如，五个或六个)的成像光学系统，已知例如在专利文献1至3中公开的成像光学系统。

专利文献1至3中公开的成像光学系统具有接近于反向聚焦(retrofocus)的配置，其意图是通过固态成像器件来捕获图像。

发明内容

技术问题

本发明的目的是实现一种新颖的反向聚焦成像光学系统。

问题的解决方案

根据本发明的一个方面，成像光学系统包括第一至第五透镜。第一透镜具有凹像侧表面并具有负折射能力。第二透镜具有凸物侧表面并具有正折射率。第三透镜具有凹物侧表面并具有负折射能力。第四透镜具有凸像侧表面并具有正折射能力。第五透镜具有凸物侧表面，并且在从物侧到像侧的顺序上具有正折射能力。成像光学系统可选地包括在第五透镜的像侧上的附加透镜，并且成像光学系统总共由六个或更少的透镜而配置。成像光学系统满足以下条件表达式：

[1]1.94<n2<2.20；及

[2]15.0<ν2<20.0，

其中，n2表示第二透镜的透镜材料在d线处的折射率，并且ν₂表示第二透镜的透镜材料在d线处的阿贝数。在d线处的透镜材料的阿贝数ν由下式定义：

ν＝(nd-1)/(nF-nC),

其中，nC、nd、和nF分别表示透镜材料在C线、d线和F线处的折射率。

发明的有益效果

根据本发明的一个方面，可以实现一种新颖的反向聚焦成像光学系统。

附图说明

图1是示出根据第一数值示例的成像光学系统的配置的截面图。

图2是示出根据第二数值示例的成像光学系统的配置的截面图。

图3是示出根据第三数值示例的成像光学系统的配置的截面图。

图4是示出根据第四数值示例的成像光学系统的配置的截面图。

图5是示出根据第五数值示例的成像光学系统的配置的截面图。

图6是示出根据第六数值示例的成像光学系统的配置的截面图。

图7是示出根据第七数值示例的成像光学系统的配置的截面图。

图8示出了根据第一数值示例的成像光学系统的像差曲线。

图9示出了根据第二数值示例的成像光学系统的像差曲线。

图10示出了根据第三数值示例的成像光学系统的像差曲线。

图11示出了根据第四数值示例的成像光学系统的像差曲线。

图12示出了根据第五数值示例的成像光学系统的像差曲线。

图13示出了根据第六数值示例的成像光学系统的像差曲线。

图14示出了根据第七数值示例的成像光学系统的像差曲线。

图15A是示出作为成像装置的示例的车载相机装置的实施例的图。

图15B是示出作为成像装置的示例的车载相机装置的实施例的图。

图16是示出作为成像装置的示例的车载感测装置的实施例的图。

具体实施方式

下面将描述实施例。

将参考图1至7描述成像光学系统的七个实施例。这七个实施例按其顺序对应于稍后要描述的成像光学系统的第一至第七示例。

在图1至7中，图的左侧对应于物侧(object side)，图的右侧对应于像侧(imageside)。

为了避免复杂性，在图1至7中使用相同的附图标记来指代相同的元件。

在图1至7中，附图标记L1表示第一透镜，L2表示第二透镜，附图标记L3表示第三透镜，附图标记L4表示第四透镜，L5表示第五透镜，以及附图标记L6表示第六透镜。附图标记S表示孔径光阑。在每个实施例中，该孔径光阑S位于第二透镜L2和第三透镜L3之间。

附图标记Im表示成像光学系统的像面。

在图1至7中所示的实施例中，成像光学系统被配置为形成图像，并且该图像由固态成像器件捕获。用于保护固态成像器件的光接收表面的透明覆盖玻璃被设置为靠近像面Im且在该像面Im的物侧。固态成像器件被设置为使得固态成像器件的光接收表面与像面Im对准。

在图1至7中，附图标记CG表示覆盖玻璃与某种类型的滤光器、比如红外截止滤光器的组合，作为等价于该组合的单个透明平行板。

如图1至7所示，成像光学系统从物侧到像侧按顺序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5。

根据本发明的成像光学系统包括作为系统的基本透镜布置的第一至第五透镜L1至L5，并且还可以包括在第五透镜L5的像侧的附加透镜元件作为第六透镜L6，如图4所示的实施例中所示。

换句话说，根据本发明的成像光学系统包括五个透镜，第一至第五透镜L1至L5，并且可以包括在第五透镜L5的像侧上的附加透镜(第六透镜L6)，因此总共由六个或更少的透镜配置。

如图1至7所示，第一透镜L1具有凹像侧表面，并具有负折射能力。

第二透镜L2具有凸物侧表面，并具有正折射率。

第三透镜L3具有凹物侧表面，并具有负折射能力。

第四透镜L4具有凸像侧表面，并具有正折射能力。

第五透镜具有凸物侧表面，并具有正折射能力。

图4所示的第六透镜L6是具有凹物侧表面的负弯月(meniscus)透镜，并且与第五透镜L5粘合。

图4中所示的第六透镜L6是示例，并且第六透镜L6的形状不限于图4中所示的形状。除了上述负弯月透镜之外，第六透镜L6可以是诸如双凹透镜或平凹透镜的任意负透镜，并且不限于负透镜，并且可以是诸如双凸透镜、平凸透镜或正弯月透镜的任意正透镜。第六透镜L6可以被配置为不与第五透镜L5粘合。

在根据本发明的成像光学系统中，具有凸物侧表面和正折射率的第二透镜L2的透镜材料满足以下条件表达式：

[1]1.94<n₂<2.20；和

[2]15.0<ν₂<20.0,

其中，条件表达式[1]中的参数n₂表示第二透镜L2的透镜材料(玻璃)在d线处的折射率，以及参数ν₂表示第二透镜L2的透镜材料在d线处的阿贝(Abbe)数。

d线处的阿贝数ν由以下公式定义：

ν＝(n_d-1)/(n_F-n_C)，

其中n_C、n_d、n_F分别表示在C线、d线和F线处的透镜材料的折射率。

如上所述，根据本发明的成像光学系统具有反向聚焦型的光率布置，该布置是基于其中从物侧到像侧按顺序布置了负透镜、正透镜、负透镜、正透镜和正透镜的布置。

从第二透镜L2到第五透镜L5的四个透镜提供该成像光学系统的主要图像形成效果。这四个正透镜、负透镜、正透镜和正透镜具有被称为逆额诺星(Ernostar)类型的透镜设计。这种透镜设计允许成像光学系统具有对于基本像差校正的自由度。

另外，将第一透镜L1放置在具有逆额诺星类型的透镜设计的透镜系统的物侧并且向其添加负折射能力可以增强反向聚焦透镜类型的特性，并且允许系统具有足够宽的视角。

当成像光学系统被用于通过固态成像器件(图像传感器)进行图像捕获时，需要确保足够的出射光瞳距离，使得入射光线以小入射角进入光接收表面。上述透镜设计可以充分满足这种需求。

在第一透镜L1的凹像侧表面和第二透镜L2的凸物侧表面之间适当地补偿像差，同样地，在第三透镜L3的凹物侧表面和第四透镜L4的凸像侧表面之间适当地补偿像差，这导致减小系统的整体像差。

第五透镜L5的物侧表面被制成凸表面以防止大的像差，并且适当地控制残余像差之间的平衡，这导致可以实现整个透镜系统的良好成像性能的基本透镜布置。

对于第二透镜L2使用满足条件表达式[1]和[2]的光学材料可以充分地防止场曲(field curvature)和色差的发生，并且使能够改善性能和增加孔径的尺寸。

如果条件表达式[1]中的参数n₂是1.94或更小，则第二透镜L2的正折射能力不足以完全防止场曲。因此，考虑到具有1.6的F数的大孔径透镜的浅景深，从中心到周边实现高分辨率可能是困难的。

如果条件表达式[1]中的参数n₂是2.20的上限值或更大，则具有这样的参数值的光学材料基本上不存在，或者如果存在的话，则这样的光学材料是昂贵的，或者在加工性方面存在问题并且不适于实际使用。

如果条件表达式[2]中的参数ν₂是15.0或更小，则纵向色差的校正趋向于不足或者正的横向色差趋向于留在较短波长处，这使得难以减少图像的彩色边纹(colorfringing)。

如果条件表达式[2]中的参数ν₂是20.0的上限值或更大，则趋向于发生纵向色差的过校正或者负的横向色差趋向于留在较短波长处，这也使得难以减少或消除图像的彩色边纹。

在如上所述的这种基本透镜布置中，对于第二透镜L2使用满足条件表达式[1]和[2]的光学材料可以实现广角、大孔径、紧凑、高性能的透镜系统。

优选地，除了上面的条件表达式[1]和[2]之外，根据本发明的成像光学系统还满足下面描述的条件表达式中的至少任一个。

[4]1.20<f₂/f<2.20

[5]-0.25<f/f₁₂<0.00

[6]0.10<D_4-5/f<0.35

[8]-1.4<r₃₁/f<-0.6

[9]0.7<r₃₁/r₄₂<1.0

[10]3.2<L/f<4.2

[11]30<θ_max<40

上述条件表达式的参数中的符号表示以下含义。

f是整个成像光学系统的焦距(>0)。

f₂是第二透镜的焦距(>0)。

f₁₂是第一和第二透镜的组合焦距。

D_4-5是从第二透镜的像侧表面到第三透镜的物侧表面的距离。

r₃₁是第三透镜的(凹)物侧表面的曲率半径。

r₄₂是第四透镜的像侧表面的曲率半径。

L是从第一透镜的物侧表面到成像光学系统的像面的长度(总长度)。

θ_max是成像光学系统的最大半视角(以度为单位)。

如果焦距f通过聚焦而改变，则整个成像光学系统的焦距f是当聚焦在无限远时的焦距。

如上所述，第二透镜具有凸物侧表面。第二透镜可具有凸或凹像侧表面。当第二透镜具有凹像侧表面时，除了条件表达式[1]和[2]之外，成像光学系统优选地还满足以下条件表达式：

[3]0.00<f/r₂₂<0.40，

其中r₂₂(<0)表示该凹面的曲率半径，f表示整个系统的焦距。或者，成像光学系统优选地满足条件表达式[1]、[2]和[3]，以及条件表达式[4]、[5]、[6]、[8]、[9]、[10]、和[11]中的至少任一个。

第一透镜具有凹像侧表面，并且可以具有凸或凹物侧表面。当第一透镜具有凹物侧表面时，除了条件表达式[1]和[2]之外，成像光学系统优选地还满足以下条件表达式：

[7]-10.0<r₁₁/f<-1.0,

其中r₁₁(<0)表示该凹面的曲率半径，f表示整个系统的焦距。或者，成像光学系统优选地满足条件表达式[1]、[2]和[7]，以及条件表达式[3]、[4]、[5]、[6]、[8]、[9]、[10]、和[11]中的至少任一个。

以下将描述上述条件表达式的含义。

如果条件表达式[3]中的参数f/r₂₂是0.00的下限值或更小，则趋向于发生向内的彗形(comatic)像差。如果f/r₂₂是4.00的上限值或更高，则趋向于发生向外的彗形像差。

条件表达式[4]提供了第二透镜的折射能力相对于整个系统的折射能力的合适范围。如果参数f₂/f是1.20的下限值或更小，则第二透镜具有过度的折射能力，因此趋向于发生较大的像差。为了校正该像差，第一透镜需要具有更大的负折射能力，这导致对第一和第二透镜之间的像差的过度补偿。因此，趋向于发生诸如相对偏心距之类的制造误差，其导致降低的光学性能。

如果参数f₂/f是2.20的上限值或更大，则第二透镜具有不足的正折射能力。即使第二透镜满足条件表达式[1]和[2]，这种不足也会导致难以完全校正场曲或校正单色像差和色差。

条件表达式[5]提供了配置成像光学系统的部分系统的第一和第二透镜的组合折射能力的合适范围。第一透镜具有负折射能力，第二透镜具有正折射能力，因此，取决于第一和第二透镜的折射能力之间的大小关系，该部分系统的折射能力可以是正的或负的。

如果参数f₁₂/f是-0.25的下限值或更小，则该部分系统具有过度的负折射能力，并且趋向于发生像散或向外的彗形像差。

如果参数f₁₂/f是0.00的上限值或更大，则趋向于发生向内的彗形像差。

条件表达式[6]提供了第二透镜和第三透镜之间的距离的合适范围。

如果参数D_4-5/f是0.10的下限值或更小，则从第二透镜的像侧表面到第三透镜的物侧表面的距离D_4-5不足，并因此第二和第三透镜之间的空气透镜的折射能力趋向于不足，这趋向于导致例如场曲的增加。

如果参数D_4-5/f是0.35的上限值或更大，则第二透镜和第三透镜之间的距离D_4-5过大，这趋于使得难以减小成像光学系统的尺寸。

条件表达式[7]提供在第一透镜具有凹物侧表面的情况下的凹面的曲率半径r₁₁(<0)的合适范围。

如果参数r₁₁/f是-10.0的下限值或更小，则第一透镜的物侧表面的负折射能力很弱，以致于球面像差或彗形像差趋向于增加。在这种情况下，成像光学系统的第一表面的曲率半径变得更接近无穷大，因此来自固态成像器件的反射光在第一表面上反射，使得重影光(ghost light)趋向于集中在像面附近。

如果参数r₁₁/f是-1.0的上限值或更大，则第一透镜的物侧表面的负折射能力太大，并且趋向于发生负畸变或像散。

条件表达式[8]提供了第三透镜的(凹)物侧表面的曲率半径r₃₁(<0)的合适范围。

为了适当地校正整个成像光学系统的像差，第三透镜的物侧表面优选地具有相对较大的负折射能力。

如果参数r₃₁/f是-1.4的下限值或更小，则第三透镜的物侧表面的曲率变得太小而不能提供足够的负折射能力。第三透镜的物侧表面的这种不足的负折射能力特别趋向于导致场曲的不充分校正。

如果参数r₃₁/f是-0.6的上限值或更大，则第三透镜的物侧表面的曲率变大并且该物侧表面的负折射能力变得过大，因此，趋向于发生不能被校正的较高阶像差。此外，趋向于发生由于制造误差而导致的光学性能的下降。

条件表达式[9]提供了包括第三透镜和第四透镜的部分系统的形状之间的合适关系。

在根据本发明的上述实施例的成像光学系统中，在第一透镜的凹像侧表面和第二透镜的凸物侧表面之间适当地补偿像差，并且同样地，在第三透镜的凹物侧表面和第四透镜的凸像侧表面之间适当地补偿像差，以减小系统的整体像差。

如果参数r₃₁/r₄₂是0.7的下限值或更小，则第三透镜的凹物侧表面的负折射能力相对于第四透镜的像侧表面的正折射能力变得过大，这趋向于增加像散或导致向内的彗形像差。

如果参数r₃₁/r₄₂是1.0的上限值或更大，则第三透镜的凹物侧表面的负折射能力相对于第四透镜的像侧表面的正折射能力变得不足，这趋向于使其难以减小场曲或导致向外的彗形像差。

条件表达式[10]和[11]分别提供了成像光学系统的合适的总长度和视角，其倾向于使实现本发明的优点。

换句话说，根据本发明的成像光学系统可以利用满足条件表达式[10]的总长度L和满足条件表达式[11]的最大半视角θ_max实现更有利的性能。

已经描述了条件表达式[4]以提供第二透镜的折射能力的合适范围。优选地，第一、第三、第四和第五透镜的折射能力满足以下条件表达式：

[12]-1.4<f₁/f<1.0；

[13]-1.0<f₃/f<-0.4；

[14]0.6<f₄/f<1.5；和

[15]1.1<f₅/f<1.6,

其中f₁表示第一透镜的焦距，f₃表示第三透镜的焦距，f₄表示第四透镜的焦距，并且f₅表示第五透镜的焦距。

使用具有满足条件表达式[12]至[15]的折射能力的透镜可以更适当地配置具有约30至40度的半视角和约1.6的F数的紧凑成像光学系统。

为了更好的像差校正，优选地围绕第五透镜提供非球面表面。该配置在校正球面像差、彗形像差、像散和畸变方面非常有利。

在描述成像光学系统的具体示例之前，以下简要描述作为将该成像光学系统用作图像获取光学系统的成像装置的实施例的车载相机装置和车载感测装置的示例。

图15A和15B是示出车载相机装置的实施例的示意图。

在图15A中，附图标记14表示成像装置，该成像装置是安装在车辆AU上以获取车辆外部的图像信息的车载相机装置。

图15B是车载相机装置14的系统图。

成像形成透镜141是作为图像获取光学系统的成像光学系统。根据本发明权利要求1至9中任一项所述的、具体地根据后面将描述的第一至第七数值示例中的任一个的成像光学系统可以被用作成像形成透镜141。

由作为成像光学系统的成像形成透镜141所形成的对象的光学图像由图像传感器142转换为电信号，然后该电信号由信号处理设备144转换为图像数据146，并且该数据被输出到外部。

系统操作所需的电力从外部电源145供应到供电单元143，并且通过供电单元143，电力由图像传感器142和信号处理设备144共享。

例如，输出到外部的图像数据146可以通过诸如后视监视器之类的机械设备(未示出)被显示给驾驶员，和/或由事件数据记录器进行记录。

图16是作为成像装置的实施例的车载感测装置140的系统图。图15A和15B中所示的车载相机装置14被用于该实施例，因此，如果可能不存在混淆，则图15A和15B中相同的附图标记被用于指代相同的元件。

由作为成像光学系统的成像形成透镜141所形成的对象的光学图像由图像传感器142转换为电信号，并且该电信号由信号处理设备144转换为图像数据。以与图15A和15B中所示的车载相机装置14相同的方式，车载感测装置140可以使用根据本发明权利要求1至9中任一项所述的、具体地根据将在后面描述的第一至第七数值示例中的任一个的成像光学系统，作为成像形成透镜141。该图像数据根据目的经历图像处理设备151的图像处理。在图像处理之后，从处理后的图像中提取各种类型的感测信息。感测信息的示例包括车辆AU与附近车辆之间的距离信息、灾祸车道(cursing lane)的识别信息、交通信号的识别信息以及行人的检测信息。使用在中央处理单元153上运行的软件提取感测信息。部分或全部的软件可以由诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)之类的硬件实现。由图像处理设备151进行图像处理之后的图像和/或各种类型的所提取的感测信息被临时或半永久地存储在内部存储器152中。车载感测装置140具有作为连接到外部的接口的外部I/F 156，并且可以获取指示诸如速度和加速度之类的信息的车辆状态信号。

基于车辆状态信号和上述各种类型的感测信息，在中央处理单元153上运行的软件执行用于自动驾驶或避免危险的必要确定操作。基于该确定操作的结果的车辆控制信号157被输出到机械设备(未示出)，并且该机械设备执行例如转向、减速和加速，并向驾驶员发出视觉和/或听觉警告。

车载感测装置包括操作单元154和显示单元155，用户可以利用该操作单元154更改设置，并且可以通过该显示单元155为用户显示信息。

操作单元154和显示单元155可以直接安装到车载感测装置，可以提供为与车载感测装置分离的另一机械设备(未示出)的操作单元和显示单元，或者可以与为其他目的而设置的操作单元和显示单元共享。

可以实现将由上述车载感测装置所检测的各种感测信息与由诸如激光雷达、毫米波雷达和红外相机之类的其他感测装置所检测的感测信息一起使用的感测系统。

数值例子

以下具体描述成像光学系统的七个数值示例。所有数值示例中的最大成像高度为3mm。

在每个数值示例中，假设由图1至7中的附图标记CG表示的、最靠近像面设置的平行板是阻挡紫外线或红外线的滤光器，或是提供在CMOS图像传感器等中的密封玻璃(覆盖玻璃)。在下面的数值示例中，平行板CG被设置成使得其像侧表面离像面(这由图1至图7中的附图标记Im表示)约0.5mm远，在物侧，但平行板CG的位置不限于此。尽管示出了单个平行板CG，但是可以单独设置多个滤光器或覆盖玻璃。

数值示例中的符号表示以下含义。

f：整个成像光学系统的焦距

F：F数

ω：半视角

R：曲率半径

D：表面之间的距离

N_d：d线处的折射率

ν_d：d线处的阿贝数

θ_g,_F：透镜材料的部分色散比

部分色散比θ_g,_F由下式定义：

θ_g,_F＝(n_g-n_F)/(n_F-n_C),

其中n_g、n_F、和n_C分别代表透镜材料在g线、F线和C线处的折射率。

K：非球面的圆锥常数

A₄：四阶非球面系数

A₆：6阶非球面系数

A₈：8阶非球面系数

A₁₀：10阶非球面系数

A₁₂：12阶非球面系数

A₁₄：14阶非球面系数

“表面号”是从物侧起计数的表面的数量，并且表面包括孔径光阑的表面。

非球面X由以下已知等式给出：

使用近轴曲率半径R的倒数(近轴曲率C)、与光轴的径向距离H以及上述非球面系数，给出R、K和A₄至A₁₄以指定形状。

除非另有说明，否则长度尺寸以mm来测量。

第一数值示例

第一数值示例涉及图1中示出的成像光学系统。

第一数值示例的数据如下。

f＝5.52，F＝1.60，ω＝34.8

K非球面数据

非球面用带有*的表面号表示。这适用于以下数值示例。

非球面数据如下。

非球面：第九面

K＝0.0,A₄＝-7.81373*10^-4,A₆＝-5.96048*10^-5,A₈＝1.79239*10^-5,A₁₀＝-2.82471*10^-6,A₁₂＝2.16714*10^-7,A₁₄＝-6.40278*10^-9

条件表达式中的参数值

条件表达式[3]至[15]中的参数如下。

在上面的数据中描述了与条件表达式[1]和[2]有关的参数的值。这适用于接下来的数值示例。

[3]f/r₂₂＝0.150

[4]f₂/f＝1.546

[5]f/f₁₂＝-0.0967

[6]D_4-5/f＝0.217

[7]r₁₁/f＝-2.899

[8]r₃₁/f＝-0.826

[9]r₃₁/r₄₂＝0.801

[10]L/f＝3.599

[11]θ_max＝34.80

[12]f₁/f＝-1.218

[13]f₃/f＝-0.521

[14]f₄/f＝0.807

[15]f₅/f＝1.408

第二数值示例

第二数值示例涉及图2中示出的成像光学系统。

第二数值示例的数据如下。

f＝5.52,F＝1.60,ω＝34.8

非球面数据

非球面数据如下。

非球面：第九面

K＝0.0,A₄＝-6.45155*10^-4,A₆＝-6.81810*10^-5,A₈＝1.96673*10^-5,A₁₀＝-2.95438*10^-6,A₁₂＝2.17055*10^-7,A₁₄＝-6.17785*10^-9

条件表达式中的参数值

条件表达式[3]至[15]中的参数如下。

[3]f/r₂₂＝0.197

[4]f₂/f＝1.630

[5]f/f₁₂＝-0.117

[6]D_4-5/f＝0.217

[7]r₁₁/f＝-2.816

[8]r₃₁/f＝-0.899

[9]r₃₁/r₄₂＝0.823

[10]L/f＝3.601

[11]θ_max＝34.80

[12]f₁/f＝-1.266

[13]f₃/f＝-0.562

[14]f₄/f＝0.875

[15]f₅/f＝1.352

第三数值示例

第三数值示例涉及图3中示出的成像光学系统。第三数值示例的数据如下。

f＝5.52,F＝1.60,ω＝34.8

非球面数据

非球面数据如下。

非球面：第九面

K＝0.0,A₄＝-5.74796*10^-4,A₆＝-5.59976*10^-5,A₈＝1.60354*10^-5,A₁₀＝-2.40130*10^-6,A₁₂＝1.76110*10^-7,A₁₄＝-5.01568*10^-9

条件表达式中的参数值

条件表达式[3]至[15]中的参数如下。

[3]f/r₂₂＝0.0424

[4]f₂/f＝1.411

[5]f/f₁₂＝-0.0990

[6]D_4-5/f＝0.217

[7]r₁₁/f＝-2.511

[8]r₃₁/f＝-0.907

[9]r₃₁/r₄₂＝0.791

[10]L/f＝3.599

[11]θ_max＝34.80

[12]f₁/f＝-1.112

[13]f₃/f＝-0.569

[14]f₄/f＝0.863

[15]f₅/f＝1.419

第四数值示例

第四数值示例涉及图4中示出的成像光学系统。

第四数值示例的数据如下。

f＝6.02,F＝1.60,ω＝32.4

非球面数据

非球面数据如下。

非球面：第九面

K＝0.0,A₄＝-3.69067*10^-4,A₆＝-6.12964*10^-5,A₈＝1.26636*10^-5,A₁₀＝-1.44535*10^-6,A₁₂＝8.06838*10^-8,A₁₄＝-1.75019*10^-9

条件表达式中的参数值

条件表达式[3]至[15]的参数如下。

[3]f/r₂₂＝0.136

[4]f₂/f＝1.658

[5]f/f₁₂＝-0.191

[6]D_4-5/f＝0.216

[7]r₁₁/f＝-1.439

[8]r₃₁/f＝-1.014

[9]r₃₁/r₄₂＝0.877

[10]L/f＝3.530

[11]θ_max＝32.40

[12]f₁/f＝-1.180

[13]f₃/f＝-0.616

[14]f₄/f＝0.839

[15]f₅/f＝1.228(f_5-6/f＝1.496)

在如图4所示的第四数值示例中，由第五透镜L5和第六透镜L6构成的粘合透镜定位为最靠近像面。f_5-6表示由第五透镜L5和第六透镜L6构成的粘合透镜的组合焦距。如果该粘合透镜被认为是单透镜，则满足条件表达式[15]。

第五数值示例

第五数值示例涉及图5中示出的成像光学系统。

第五数值示例的数据如下。

f＝5.52,F＝1.60,ω＝34.8

非球面数据

非球面数据如下。

非球面：第九面

K＝0.0,A₄＝-9.15169*10^-4,A₆＝-6.14529*10^-5,A₈＝2.02861*10^-5,A₁₀＝-3.34745*10^-6,A₁₂＝2.61322*10^-7,A₁₄＝-7.73403*10^-9

条件表达式中的参数值

条件表达式[3]至[15]中的参数如下。

[3]f/r₂₂＝0.296

[4]f₂/f＝1.707

[5]f/f₁₂＝-0.192

[6]D_4-5/f＝0.256

[7]r₁₁/f＝-2.900

[8]r₃₁/f＝-0.839

[9]r₃₁/r₄₂＝0.836

[10]L/f＝3.602

[11]θ_max＝34.80

[12]f₁/f＝-1.213

[13]f₃/f＝-0.520

[14]f₄/f＝0.836

[15]f₅/f＝1.346

第六数值示例

第六数值示例涉及图6中示出的成像光学系统。第六数值示例的数据如下。

f＝5.03,F＝1.60,ω＝37.3

非球面数据

非球面数据如下。

非球面：第九面

K＝0.0,A₄＝-7.61483*10^-4,A₆＝-6.66140*10^-5,A₈＝1.84204*10^-5,A₁₀＝-2.63382*10^-6,A₁₂＝1.80029*10^-7,A₁₄＝-4.89368*10^-9

非球面：第十面

K＝0.0,A₄＝5.05841*10^-4,A₆＝8.42039*10^-6,A₈＝-8.96945*10^-7

条件表达式中的参数值

条件表达式[3]至[15]中的参数如下。

[3]f/r₂₂＝0.162

[4]f₂/f＝1.872

[5]f/f₁₂＝-0.198

[6]D_4-5/f＝0.286

[7]r₁₁/f＝-6.731

[8]r₃₁/f＝-0.900

[9]r₃₁/r₄₂＝0.787

[10]L/f＝3.950

[11]θ_max＝37.33

[12]f₁/f＝-1.193

[13]f₃/f＝-0.681

[14]f₄/f＝1.008

[15]f₅/f＝1.420

第七数值示例

第七数值示例涉及图7中示出的成像光学系统。

第七数值示例的数据如下。

f＝5.53,F＝1.60,ω＝34.8

非球面数据

非球面数据如下。

非球面：第十面

K＝0.0,A₄＝-3.92559*10^-4,A₆＝-1.01625*10^-4,A₈＝2.38570*10^-5,A₁₀＝-3.02537*10^-6,A₁₂＝2.00360*10^-7,A₁₄＝-5.27476*10^-9

非球面：第十一面

K＝0.0,A₄＝5.33338*10^-4,A₆＝-7.25276*10^-6,A₈＝8.72524*10^-7

条件表达式中的参数值

条件表达式[3]至[15]中的参数如下。

[3]f/r₂₂＝0.0395

[4]f₂/f＝1.569

[5]f/f₁₂＝-0.109

[6]D_4-5/f＝0.326

[7]r₁₁/f＝-2.504

[8]r₃₁/f＝-0.919

[9]r₃₁/r₄₂＝0.787

[10]L/f＝3.689

[11]θ_max＝34.77

[12]f₁/f＝-1.167

[13]f₃/f＝-0.857

[14]f₄/f＝1.281

[15]f₅/f＝1.438

图8至图14分别是示出根据第一至第七数值示例的成像光学系统的像差曲线的图。在这些像差曲线中，示出球面像差的图中的虚线表示正弦条件，示出像散的图中的实线表示弧矢像散(sagittal astigmatism)，并且其中的虚线表示子午像散(meridionalastigmatism)。

如像差曲线图所示，数值示例中的像差被很好地校正，因此成像光学系统表现出高成像性能。具有大约30至40度的宽半视角并且具有大约1.6的F数的大孔径的根据任何一个数值示例的成像光学系统实现了足够的紧凑性和高分辨率。

如上所述，根据本发明，可以实现新颖的反向聚焦成像光学系统和包括该成像光学系统作为图像获取光学系统的成像装置。

(1)

一种成像光学系统，包括：第一透镜(L1)，具有凹像侧表面并具有负折射能力；第二透镜(L2)，具有凸物侧表面并具有正折射率；第三透镜(L3)，具有凹物侧表面并具有负折射能力；第四透镜(L4)，具有凸像侧表面并具有正折射能力；以及第五透镜(L5)，具有凸物侧表面并按从物侧到像侧的顺序具有正折射能力，所述成像光学系统可选地包括在第五透镜(L5)的像侧上的附加透镜，所述成像光学系统总共由六个或更少的透镜而配置，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[1]1.94<n₂<2.20；及

[2]15.0<ν₂<20.0，

其中，n₂表示第二透镜的透镜材料在d线处的折射率，并且ν₂表示第二透镜的透镜材料在d线处的阿贝数，透镜材料在d线处的阿贝数ν由下式定义：

ν＝(n_d-1)/(n_F-nC),

其中，n_C、n_d、和n_F分别表示所述透镜材料在C线、d线和F线处的折射率(第一到第七示例)。

(2)

根据(1)所述的成像光学系统，其中第二透镜(L2)具有凹像侧表面，并且所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[3]0.00<f/r₂₂<0.40,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，r₂₂表示第二透镜的像侧表面的曲率半径(第一到第七示例)。

(3)

根据(1)或(2)所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[4]1.20<f₂/f<2.20,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，f₂表示第二透镜(L2)的焦距(第一到第七示例)。

(4)

根据(1)至(3)中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[5]-0.25<f/f₁₂<0.00,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，f₁₂表示第一透镜(L1)和第二透镜(L2)的组合焦距(第一到第七示例)。

(5)

根据(1)至(4)中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[6]0.10<D_4-5/f<0.35,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，以及D_4-5表示从第二透镜(L2)的像侧表面到第三透镜的物侧表面的距离(第一到第七示例)。

(6)

根据(1)至(6)中任一项所述的成像光学系统，其中，第一透镜具有凹物侧表面，并且所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[7]-10.0<r₁₁/f<-1.0,

其中，r₁₁表示第一透镜(L1)的凹物侧表面的曲率半径，f表示整个成像光学系统的焦距(第一到第七示例)。

(7)

根据(1)至(6)中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[8]-1.4<r₃₁/f<-0.6,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，r₃₁表示第三透镜(L3)的凹物侧表面的曲率半径(第一到第七示例)。

(8)

根据(1)至(7)中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[9]0.7<r₃₁/r₄₂<1.0,

其中，r₃₁表示第三透镜(L3)的凹物侧表面的曲率半径，r₄₂表示第四透镜(L4)的凸像侧表面的曲率半径(第一到第七示例)。

(9)

根据(1)至(8)中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[10]3.2<L/f<4.2；及

[11]30<θ_max<40,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，L表示从第一透镜(L1)的物侧表面到成像光学系统的像面的长度，并且θ_max(以度为单位)表示所述成像光学系统的最大半视角(第一到第七示例)。

(10)

一种成像装置，包括根据(1)至(9)中任一项所述的成像光学系统作为图像获取光学系统(图15和16)。

虽然已经描述了本发明的优选实施例，但是这些实施例并不旨在限制本发明的范围。除非另有说明，否则在不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神的情况下可以进行各种修改和改变。

实施例中描述的效果是由本发明产生的优选效果，并且仅出于说明性目的而呈现，并且本发明的效果不限于实施例中描述的效果。

附图标记列表

L1 第一透镜

L2 第二透镜

S 孔径光阑

L3 第三透镜

L4 第四透镜

L5 第五透镜

L6 第六透镜

CG 覆盖玻璃

Im 像面

引用列表

专利文献

PTL1：日本特开专利公报No.09-166748

PTL2：日本特开专利公报No.2000-180718

PTL3：日本特开专利公报No.2003-131126

Claims

1.一种成像光学系统，包括：

第一透镜，具有凹像侧表面并具有负折射能力；

第二透镜，具有凸物侧表面并具有正折射率；

第三透镜，具有凹物侧表面并具有负折射能力；

第四透镜，具有凸像侧表面并具有正折射能力；以及

第五透镜，具有凸物侧表面并按从物侧到像侧的顺序具有正折射能力，所述成像光学系统可选地包括在第五透镜的像侧上的附加透镜，所述成像光学系统由总共六个或更少的透镜而配置，

所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[1]1.94<n₂<2.20；及

[2]15.0<ν₂<20.0，

其中，n₂表示第二透镜的透镜材料在d线处的折射率，并且ν₂表示第二透镜的透镜材料在d线处的阿贝数，

透镜材料在d线处的阿贝数ν由下式定义：

ν＝(n_d-1)/(n_F-n_C),

其中，n_C、n_d和n_F分别表示所述透镜材料在C线、d线和F线处的折射率。

2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，

第二透镜具有凹像侧表面，并且

所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[3]0.00<f/r₂₂<0.40,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，r₂₂表示第二透镜的像侧表面的曲率半径。

3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[4]1.20<f₂/f<2.20,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，f₂表示第二透镜的焦距。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[5]-0.25<f/f₁₂<0.00,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，f₁₂表示第一透镜和第二透镜的组合焦距。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[6]0.10<D_4-5/f<0.35,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，D_4-5表示从第二透镜的像侧表面到第三透镜的物侧表面的距离。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的成像光学系统，其中，

第一透镜具有凹物侧表面，并且

所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[7]-10.0<r₁₁/f<-1.0,

其中，r₁₁表示第一透镜的凹物侧表面的曲率半径，f表示整个成像光学系统的焦距。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[8]-1.4<r₃₁/f<-0.6,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，r₃₁表示第三透镜的凹物侧表面的曲率半径。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[9]0.7<r₃₁/r₄₂<1.0,

其中，r₃₁表示第三透镜的凹物侧表面的曲率半径，r₄₂表示第四透镜的凸像侧表面的曲率半径。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足以下条件表达式：

[10]3.2<L/f<4.2；及

[11]30<θ_max<40,

其中，f表示整个成像光学系统的焦距，L表示从第一透镜的物侧表面到成像光学系统的像面的长度，并且θ_max(以度为单位)表示所述成像光学系统的最大半视角。

10.一种成像装置，包括根据权利要求1至9中任一项所述的成像光学系统作为图像获取光学系统。