CN113341537B - 摄影光学系统、相机装置、立体相机装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供不但具有充分的图像性能，而且使用塑料透镜，通过是能够补偿环境温度变化所引起的分辨率下降的摄影光学系统、相机装置以及立体相机装置。摄影光学系统具有开口光圈、相较于开口光圈更靠近物方的第一透镜组、以及相较于开口光圈更靠近像方的第二透镜组，第一透镜组包括具有负屈折力的弯月形第一透镜、以及具有正屈折力的弯月形第二透镜，第二透镜组包括与开口光圈相邻的第三透镜，该第三透镜以塑料形成，当设定光轴近旁的局部曲率为c3a，有效直径最外端的透镜高度的局部曲率为c3b时，第三透镜具有满足式的第一镜面。

Description

摄影光学系统、相机装置、立体相机装置

技术领域

本发明涉及摄影光学系统以及具有该摄影光学系统的感应相机装置、立体相机装置。

在利用摄影光学系统和区域传感器的相机装置中，用于识别对象物的感知用途车载相机和监控相机等众多相机装置在实际中得到应用，而且其需求不断增加。近年来，摄影光学系统采用适于大批量生产而实现低成本化和轻量化的塑料镜片，也在实际中得到应用。但是，塑料镜片通常性能上存在着很大的缺点，即无法在较大的温度范围内得到稳定的特性。尤其是在感应相机装置中，温度变化时分辨率降低，导致对象物识别和确定位置的精度恶化，例如，在用于ADAS(高级辅助驾驶系统)的车载相机中采用塑料镜片时，会引起误检测所导致的重大事故。因此，需要在光学上减小环境温度变化时的焦点位置变动。

但是，根据不同的用途，如出于小型化低成本而减少镜片数量、或能够耐高温的塑料材质的有限选择而致使设计自由度减少、增大口径、保证周边光量、补偿变形等像差、抑制温度变化时的视角变动等，需要同时达到各种要求，在这种情况下，在某些情况下会很难把温度变化时的焦点位置变动减小到十分小。在专利文献1及专利文献2中，分别通过采用使用塑料镜片的规定构成，可以把变动控制到按100℃换算约为25μm，但是作为感应用途的车载相机等，其精度所要求的变动是小于几μm，因而不是充分的补偿。专利文献3公开的光学系统虽然可以把变动控制在数μm之中，但镜片数量较多，不利于小型化低成本化。而且，这种光学系统的畸变大，在感知用途中需要以电子补偿为前提，因而，不得不说光学系统的单独性能是不充分的。

【专利文献1】特开2014-089349号公报

【专利文献2】特开2018-097150号公报

【专利文献3】特开2018-124358号公报

发明内容

本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种不仅充分具有图像性能，而且可以在使用塑料镜片，同时可以对伴随环境温度变化而产生的分辨率下降进行补偿的摄影光学系统。

本实施方式的摄影光学系统具有开口光圈、相较于所述开口光圈更靠近物方的第一透镜组、以及相较于所述开口光圈更靠近像方的第二透镜组，所述第一透镜组包括具有负屈折力的弯月形第一透镜、以及具有正屈折力的弯月形第二透镜，所述第二透镜组包括与所述开口光圈相邻的第三透镜，该第三透镜以塑料形成，当设定第一镜面的光轴近旁的局部曲率为c3a，有效直径最外端的透镜高度的局部曲率为c3b时，所述第三透镜具有满足下式的第一镜面

本发明的效果在于，摄影光学系统不仅具有大视角大口径低成本，而且可以以低失真来确保良好的图像性能，同时能够抑制环境温度变化时分辨率下降。

附图说明

图1是实施例1涉及的摄影光学系统的镜头构成剖面图。

图2是实施例1涉及的摄影光学系统的各光学面数据表。

图3是实施例1涉及的摄影光学系统的非球面透镜的非球面数据表。

图4是实施例1涉及的摄影光学系统中第三透镜物方镜面的轴上到轴外的曲率变化图。

图5显示实施例1涉及的摄影光学系统的球面像差、像散、畸变。

图6显示实施例1涉及的摄影光学系统的球面像差在温度变化时的变动。

图7显示实施例1涉及的摄影光学系统在温度变化时中心像高上MTF曲线变动。

图8是实施例2涉及的摄影光学系统的镜头构成剖面图。

图9是实施例2涉及的摄影光学系统的各光学面数据表。

图10是实施例2涉及的摄影光学系统的非球面透镜的非球面数据表。

图11显示实施例2涉及的摄影光学系统中第三透镜物方镜面的轴上到轴外的曲率变化。

图12显示实施例2涉及的摄影光学系统的球面像差、像散、畸变。

图13显示实施例2涉及的摄影光学系统的球面像差在温度变化时的变动。

图14显示实施例2涉及的摄影光学系统在温度变化时中心像高上的MTF曲线变动。

图15是实施例3涉及的摄影光学系统的镜头构成剖面图。

图16显示实施例3涉及的摄影光学系统的各光学面数据表。

图17显示与实施例3涉及的摄影光学系统的非球面透镜的非球面数据表。

图18显示实施例3涉及的摄影光学系统中第三透镜物方镜面的轴上到轴外的曲率变化。

图19显示实施例3涉及的摄影光学系统的球面像差、像散、畸变。

图20显示了与实施例3相关的摄影光学系的球面像差温度变化时的变动。

图21显示实施例3涉及的摄影光学系统在温度变化时中心像高上MTF曲线变动。

图22显示一例在本实施方式中可以具有第一镜面的轴上到轴外的曲率变化。

图23A、图23B、图23C分别是现有实施方式和本实施方式在常温环境时及温度变化时传感器表面上成像的情况、球面像差曲线、MTF曲线的对比图。

图24是一例球面像差向矫正不足一方变动和矫正过度一方变动的示意图。

图25是一例透镜之间嵌合保持结构的示意图。

图26是搭载本实施形方式的摄影光学系统的相机装置的构成示意图(图1)。

图27是搭载本实施方式的摄影光学系统的相机装置的构成示意图(图2)。

图28是搭载本实施方式的摄影光学系统的立体相机的构成示意图。

具体实施方式

以下参考附图说明本发明涉及的摄影光学系统的实施方式。本发明实施方式涉及的摄影光学系统采用车载相机或监控相机等感应用途的单眼相机装置或立体相机等复眼相机装置，具有以下特征。此外，本发明的摄影光学系统不限于感应用途，也可以作为静止图像和动画拍摄用的数码相机、使用银盐胶片的胶片相机等摄影光学系统来使用。在以下本发明实施方式的说明中，以从物方到像方的方向为正方向，从像方到物方的方向为负方向。

对于上述相机装置，由于高分辨率、广角化、大口径、小型轻量化、低成本化的需求越来越大，因此有必要进行开发以满足这些需求。具体来说，感应用途的相机装置需要同时达到以下需求，具有高分辨率以识别较小物体和观察远处状况、具有大视角，也就是具有广角以具有大范围的感性、具有大口径以具有夜间等黑暗环境下的良好摄影识别、小型且轻量以提高设置自由度、廉价实现这些价值等。另外，为了减轻测量误差的影响，或者减少电子图像补偿的负担，低失真的要求不断提高，因此需要兼顾这些光学设计。进而要求在各种使用环境中的功能稳定性，还需要在光学设计上把温度环境变化时的分辨率下降控制得较小。

一般来讲，随着视角广角化，彗形像差、像散、像面弯曲，尤其是畸变容易增大。随着大口径化，彗形像差等尤其容易增大。为了补偿各种像差，光学系统趋于大型化、高成本化。本发明实施方式涉及的摄影光学系统通过采取以下的基本构成，可以在实现广角化和大口径化的同时，抑制各种像差。首先，本实施方式中相较于开口光圈更靠近物方的第一透镜组由第一透镜和第二透镜构成，第一透镜具有负屈折力，呈弯月形状，第二透镜具有正屈折力，呈弯月形状。第一透镜通过具有负屈折力，实现大视角，同时，通过采用弯月形状，来减小为获得大视角而增大负屈折力时容易产生的轴外各种像差，尤其是减小像散。第二透镜通过具有正屈折力，来取得第一透镜组内的畸变平衡，同时，通过采用弯月形状，来降低佩兹伐和(Petzval Sum)，把像面弯曲控制得较小。用相较于开口光圈靠近像方的第二透镜组，补偿第一透镜组未能给予充分补偿的各种像差，同时，以比第一透镜组更大的正屈折力来使得整个系统具有成像能力。这样，本实施方式不仅具有较大视角且大口径，而且能够以低失真度来确保良好的图像性能。

在此设定上述构成或其中一部分使用塑料透镜。通常，相比于玻璃透镜，塑料透镜具有低成本和轻量化的优势，但在较大的温度范围内不能得到稳定的特性。也就是说，由于塑料透镜的线膨胀系数和折射率温度系数比玻璃透镜的大，因此在温度变化环境下透镜的RDN变化较大，性能容易劣化。特别是在感应用途的相机中，RDN变化导致发生大幅度焦点位置变动，从而使分辨率下降，感应的测量精度便会降低，因此不优选使用塑料透镜。为此，一般来讲，为了控制塑料透镜焦点位置变动，或将该塑料透镜的能量设置为极小，或把其它透镜的焦点位置变动的方向设为相反以用来抵消。但是，要在兼顾上述各种要求的同时抑制焦点位置变动，结构上十分困难，温度变化时焦点位置可能会偏离相机传感器的受光面等目标像面(以下简称为传感器表面)。

对此，本发明中除了上述构成以外，还用塑料透镜作为第二透镜组内与开口光圈相邻设置的第三透镜，以实现低成本化和轻量化，同时具有第一镜面，当设定光轴近旁(以下简称为轴上)的局部曲率为c3a、有效直径最外端的透镜高度(以下简称为轴外)的局部曲率为c3b时，该第一镜面满足下式(1)，

从而即便产生焦点位置变动，也可以抑制分辨率下降。

在此说明局部曲率。在非球面形状中，可以用下式(2)来表示光轴方向上的位移X。

此时，透镜高度的局部曲率c一般由以下式(3)表示。

在此，H是以镜面顶点为基准时相对于光轴的透镜高度、R是镜面顶点的曲率半径、k是圆锥系数、A_i是次方数i的非球面系数，x′是光轴方向上的位移x相对于镜头高度H的一次微分的量、x"是光轴方向上的位移x相对于镜头高度H的二次微分的量。无论是位于物方的镜面还是位于像方的镜面，如果是朝向物方的凸面形状，则c为正，如果是朝向物方的凹面形状，则c为负。换而言之，如果位于物方的镜面的c为正，则透镜具有正屈折力，而如果位于像方的镜面的c为正，则透镜具有负屈折力。

式(1)表示，相较于轴上的曲率c3a的大小，从轴上到轴外的曲率变化c3a-c3b更大。图22的(a)～(d)显示可具有第一镜面的轴上到轴外的曲率变化示例。但曲率分布的形状不受此限制，例如也可以具有波形，具有多个极值。

然而，如上所述，塑料透镜相比于玻璃透镜，其线膨胀系数及折射率温度系数较大。为此，例如在高温环境下，塑料透镜会产生较大的曲率下降和折射率下降，正、负双方能量均趋于减弱。对此，本发明的实施方式可以控制温度变化引起的轴上和轴外的能量变化，能够在发生焦点位置变动的同时抑制分辨率下降。在此所说的焦点位置指的是旁轴光线成像的位置。

图23A、图23B、图23C分别显示在常温环境下以及现有方式和本实施方式在温度变化时各自的传感器表面上的成像状况、球面像差曲线以及散焦方向(轴向)的MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)曲线。旁轴光线是通过出瞳中心附近的光线，其聚光位置与上述的焦点位置同义。边缘光线是通过出瞳最外侧的光线，其聚光位置与旁轴光线的聚光位置之差呈现为球面像差。MTF曲线的峰值位置(以下简称为顶点位置)上分辨率最高。在以下的说明中设高温环境下图23A至图23C所示的焦点位置朝正方向偏离传感器表面。

图23A所示的常温环境下，可以看出从物方入射的各光线通过光学系统在传感器表面上良好地成像，能够实现高分辨率。但是在高温环境下，图23B所示的现有实施方式中，焦点位置变动未受到抑制，在正方向上发生较大偏离。在这种情况下，虽然球面像差保持良好，但峰值位置偏离传感器表面，导致分辨率下降。对此，本实施方式将具有从轴上到轴外发生较大曲率变化的表面的塑料透镜设置在与开口光圈邻接的位置上，用以满足式(1)。在图23C的情况下，将从轴上到轴外具有较大的负屈折力的镜面(相当于图22的(a)和(b))作为第一表面，减小高温环境下轴外的较大的负屈折力，从而边缘光线的聚光位置相对于旁轴光线的聚光位置朝负方向偏移。换而言之，高温环境下的球面像差向矫正不足一方变动。由于让峰值位置沿着球面像差位于比焦点位置更加负方向的位置，因此，即使焦点位置相对于传感器表面朝正向偏离，也可使峰值位置接近传感器表面。

低温型环境下具有与上述高温环境下相反的方向性，由于轴外的负屈折力增大，球面像差会向矫正过度一方变动，即使在焦点位置朝与高温环境下相反的负方向偏离传感器表面的情况下，也能够使峰值位置接近传感器表面。或者，在与图23A至图23C所示的动作相反，高温环境下焦点位置相对于传感器表面向负方向偏移的光学系统中，也由于将具有从轴上到轴外具有较大正屈折力的镜面作为第一表面(相当于图22的(c)和(d))以满足式(1)，因而能够得到同样的效果。在这种情况下，即便是在由于高温环境下轴外较大的正屈折力减弱，由于球面像差向矫正过度一方变动，因而焦点位置朝负方向偏离传感器表面时，也能够使峰值位置接近传感器表面。

旁轴光线聚光位置变化所导致的边缘光线聚光位置变化相对地负比较大，被称为球面像差向矫正不足一方变动，旁轴光线聚光位置变化所导致的边缘光线聚光位置变化相对地正比较大，被称为球面像差向矫正过度一方变动。图24的(a)显示向矫正不足一方变动的示例，(b)显示向矫正过度一方变动的示例。如图24所示，常温环境下产生的球面像差可以通过温度变化时的变动来补偿，即使在这种情况下，也可将MTF峰值位置控制在所需要的位置。

综上所述，采用规定的基本构成，摄影光学系统不但具有广角大口径，而且以低失真度确保良好的图像性能，同时，第三透镜具有的镜面对于球面像差变动的贡献大于对于满足式(1)的焦点位置变动的贡献，从而有意识地在温度变化时让球面像差发生变动，这样，即便发生焦点位置变动也能够抑制分辨率下降。

虽然第三透镜由线膨胀系数及折射率温度系数较大的塑料形成，但当第三透镜的线膨胀系数为α3时充分满足下式(4)，或者当第三透镜的折射率温度系数为β3时充分满足下式(5)的塑料以外的玻璃材料所形成的第三透镜，依然会具有同样的课题、手段、效果、实施方式，采用本发明将具有良好效果。

α3>30×10^-6 (4)

β3<-50×10^-6 (5)

在此，折射率温度系数是对于20℃～40℃空气中相对折射率温度系数的d线的值。

本发明利用轴上和轴外的曲率差异来产生球面像差变动。在轴上和轴外曲率差异相同时，比较轴上的曲率c3a和轴外的曲率c3b为同号和为异号时(如图22(a)和(b))，同号时需要把c3b的绝对值取得较大，不利于球面像差以外的像差及偏心等误差的灵敏度以及成形性。因此，优选满足以下式(6)，

以使得c3a和c3b成为异号。如果不满足式(6)，则必须把轴外的曲率设得较大，不利于能量增大所导致的球面像差以外的像差的增大和偏心等误差的灵敏度以及成形性。

如上所述，在高温环境下既可能发生正方向的焦点位置变动，也可能发生负方向的焦点位置变动，本发明对两种情况均可适用。但是，本实施方式的摄影光学系统由于具有成像能力，整个光学系统是正屈折力，因此在高温环境下整体上正屈折力减弱，倾向于在正方向上产生较大的焦点位置变动。在这种情况下，优选使得球面像差向矫正不足一方产生较大的变动，因此，优选第一镜面构成为轴上具有正屈折力，轴外具有负屈折力。

本实施方式的摄影光学系统虽然是满足式(1)的构成，进一步优选在c3a和c3b是异号的同时，满足下式(7)，以获得更好的效果。

∣c3a∣＜∣c3b∣ (7)

如果c3b的绝对值为c3a的绝对值以下，则旁轴成像位置的变动和所产生的球面像差可以抵消MTF峰值位置变动，但第一镜面所产生的变动只对第一镜面进行自我补偿。因此，如果要对包括第一镜面以外的镜面在内的曲率变化对焦点位置变动的影响进行补偿，则需要满足式(7)，用以使第一镜面具有进一步的补偿能力。

满足式(7)，可使得温度变化时反方向的边缘光线的聚光位置的变化量比旁轴光线的聚光位置的变化量更大，在第一镜面的作用下，在向反方向发生比焦点位置变动更大的MTF峰值位置的移动，有利于抑制分辨率下降。

在本实施方式中，为了有效控制球面像差的变动，使具有第一镜面的第三透镜与开口光圈邻接，从而，让到达各像高的光线在分离前通过第一镜面，给予其所需的能量。也就是说，优选第一镜面在构成光学系统的所有光学面中之中最接近开口光圈。因此，第一镜面是形成第三透镜的镜面之中最接近开口光圈的镜面。而且，当第二透镜与开口光圈之间的间隔为d2、该第三透镜与开口光圈之间的间隔为d3时，让第三透镜比第二透镜更接近开口光圈，以满足下式(8)，

d2>d3 (8)

具有效果。如果不满足式(8)，则射往各像高的光线分离，控制第一镜面的球面像差的形状效果将无法在像高的整个区域中均等地发挥作用，温度变化所导致的峰值位置变动量随着像高大小不一，出现分辨率小的像高。

进而，本实施方式的摄影光学系统在以整个光学系统的能量为φA时，优选满足下式(9)。

相反，由于c3a越大第一镜面自身的旁轴成像位置变动也越大，因此进一步增大温度变化时球面像差的变化虽然能够抑制MTF峰值位置变动，但是MTF峰值高度减小，分辨率下降。而满足式(9)，可以将第一镜面相对于整个系统能量在传感器表面的成像能力抑制到最小限度，从而专念于实施本发明所需要的轴上和轴外的曲率变化的设定。

不过，尤其是车载用途的相机装置，其在恶劣环境下也需要保证高性能，因此优选用玻璃形成的玻璃透镜作为相机装置中最接近物方而容易受到使用环境影响的第一透镜。通过以玻璃透镜为第一透镜，可以提供具有良好耐气候性且不易破碎的摄影镜头。

本发明适于在一定程度光学性地减小了焦点位置变动的基础上再应用本发明，适于将MTF峰值位置的偏离控制在不到几μm左右的微量值。对于在一定程度上减小焦点位置变动，用与第三透镜在焦点位置变动方向相反的塑料透镜来抵消十分有效。因此，优选除具有第一镜面的第三透镜以外，第二透镜组中具有由塑料形成的第四透镜。以塑料透镜作为不与开口光圈邻接的第四透镜，射往各像高的光线在第四透镜上容易分离，同时可以对未能完全得到光线不分离的第三透镜抑制的像差进行补偿。

优选以塑料形成的第三透镜和第四透镜之间在有效直径以外嵌合保持。本实施方式中的第三透镜所具有的第一镜面从轴上到轴外具有较大的能量变化，因此对于制造时产生的偏心灵敏度高，易于恶化。对此，优选设计为用第四透镜的偏心抵消像差变化，第三透镜和第四透镜通过互相嵌合同时产生偏心(群偏心)。另外，塑料透镜由于其制造方法相比于玻璃透镜更容易进行复杂的成型，可以很容易地制作出如图25例举的嵌合保持结构。不过关于嵌合保持结构的形状，并不限于图25所示的构成。

其次，根据上述本发明实施方式，详细描述具体的实施例。实施例1～3是本发明实施方式涉及的摄影光学系统基于数值例的具体构成。图1～7是用于说明实施例1的摄影光学系统的示意图。图8～14是用于说明实施例2的摄影光学系统的示意图。图15～21是用于说明实施例3的摄影光学系统的示意图。为了避免参考记号的位数增大导致说明变得复杂，图1～21所示的每个实施例中各参考记号互相独立。

各实施例中共同的记号的意义如下。f：整个系统的焦距，Fno：开放F值，θ：半视角，Y：最大像高，r：曲率半径，d：间隔，Nd：折射率，vd：阿贝值，Apt：光学有效直径。

图1显示本发明实施方式涉及的实施例1的摄影光学系统的截面构成。本发明实施例1的成像光学系统如图1所示，从物方到像方依次设置第一透镜组G1、开口光圈S、第二透镜组G2，第一透镜组G1中设有透镜L1、透镜L2、第二透镜组中设有透镜L3、透镜L4以及透镜L5。具体构成为，透镜L1具有负屈折力，呈凸面朝向物方的弯月形状，透镜L2具有正屈折力，呈凹面朝向物方的弯月形状，透镜L3具有负屈折力，呈凸面朝向物方的弯月形状，透镜L4具有正屈折力，呈双凸面形状、透镜L5具有正屈折力，呈双凸面形状。与开口光圈S相邻的透镜L3靠近物方的镜面构成为，轴上具有正屈折力，轴外具有负屈折力。本实施例1中，透镜L1、透镜L2、透镜L5采用玻璃透镜、透镜L3、透镜L4采用塑料透镜，本实施方式涉及的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜分别相当于L1、L2、L3、L4。

在本实施例1中，整个光学系统的焦距f、开放Fno、半角θ、以及最大像高Y分别为f＝4.29mm、Fno＝1.90、θ＝29.2deg、Y＝2.4mm，该实施例1中各光学元素的光学镜面的曲率半径r、相邻光学镜面的镜面间隔d、折射率Nd、阿贝值vd、光学有效直径Apt如图2所示。图2中的镜面编号上带有*记号的镜面为非球面，图3显示各透镜镜面的非球面系数。

在本实施例1中，与式(1)～式(9)对应的值如下所示，分别满足式(1)～式(9)。c3b为与有效直径最外端2.0mm对应的值。图4显示第三透镜中靠近物方的镜面的从轴上到轴外的曲率变化。c3a：0.154，c3b：-0.302，φA：0.233，d2：3.228，d3：1.422，α3：70×10^-6，β3：-104×10^-6。

图8显示本发明实施方式涉及的实施例2的摄影光学系统的截面构成。本发明实施例2的成像光学系统如图8所示，从物方到像方依次设置第一透镜组G1、开口光圈S、第二透镜组G2，第一透镜组中设有透镜L1和透镜L2，第二透镜组中设有透镜L3、透镜L4以及透镜L5。具体构成为，透镜L1具有负屈折力，呈凸面朝向物方的弯月形状，透镜L2具有正屈折力，呈凹面朝向物方的弯月形状，透镜L3具有正屈折力，呈双凸面形状，透镜L4具有负屈折力，呈双凹面形状、透镜L5具有正屈折力，呈双凸面形状。与开口光圈S相邻的透镜L3靠近物方的镜面构成为，轴上具有正屈折力，轴外具有负屈折力。本实施例2的透镜L1、透镜L2、透镜L5采用玻璃透镜、透镜L3和透镜L4采用塑料透镜，本实施方式涉及的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜分别相当于L1、L2、L3、L4。

在实施例2中，整个光学系统的焦距f、开放Fno、半角θ、以及最大像高Y分别为f＝4.29mm、Fno＝1.90、θ＝29.2deg、Y＝2.4mm，该实施例2中各光学元素的光学镜面的曲率半径r、相邻光学镜面的镜面间隔d、折射率Nd、阿贝值vd、光学有效直径Apt如图9所示。图9中的镜面编号上带有*记号的镜面为非球面，图10显示各透镜镜面的非球面系数。

在本实施例2中，与式(1)～式(9)对应的值如下所示，分别满足式(1)～式(9)。c3b为与有效直径最外端2.0mm对应的值。图11显示第三透镜中靠近物方的镜面的从轴上到轴外的曲率变化。c3a：0.187，c3b：-0.848，φA：0.233，d2：3.326，d3：0.200，α3：59×10^-6，β3：-95×10^-6。

图15显示本发明实施方式涉及的实施例3的摄影光学系统的截面构成。本发明实施例3的成像光学系统如图15所示，从物方到像方依次设置第一透镜组G1、开口光圈S、第二透镜组G2，第一透镜组中设有透镜L1和透镜L2，第二透镜组中设有透镜L3、透镜L4以及透镜L5。具体构成如下。透镜L1具有负屈折力，呈凸面朝向物方的弯月形状，透镜L2具有正屈折力，呈凹面朝向物方的弯月形状，透镜L3具有负屈折力，呈凸面朝向物方的弯月形状，透镜L4具有正屈折力，呈双凸面形状，透镜L5具有正屈折力，呈凹面朝向物方的弯月。另外，在与开口节点S相邻的透镜L3的物方的面上，在轴上具有正的能量，在轴外具有负屈折力的构成。与开口光圈S相邻的透镜L3靠近物方的镜面构成为，轴上具有正屈折力，轴外具有负屈折力。本实施例3中，透镜L1、透镜L4采用玻璃透镜、透镜L2、透镜L3、透镜L5采用塑料透镜，本实施方式涉及的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜分别相当于L1、L2、L3、L5。

在本实施例3中，整个光学系统的焦距f、开放Fno、半角θ、以及最大像高Y分别为f＝4.29mm、Fno＝1.90、θ＝29.2deg、Y＝2.4mm，该实施例3中各光学元素的光学镜面的曲率半径r、相邻光学镜面的镜面间隔d、折射率Nd、阿贝值vd、光学有效直径Apt如图16所示。图16中的镜面编号上带有*记号的镜面为非球面，图17显示各透镜镜面的非球面系数。

在本实施例3中，与式(1)～式(9)对应的值如下所示，分别满足式(1)～式(9)。c3b为与有效直径最外端2.0mm对应的值。显示第三透镜中靠近物方的镜面的从轴上到轴外的曲率变化。c3a：0.059，c3b：-0.182，φA：0.233，d2：3.016，d3：1.925，α3：70×10^-6，β3：-104×10^-6。

图5、图12、图19显示实施例1～3分别涉及的摄影光学系统在与无限远物体对焦时的球面像差、像散以及畸变的各种像差曲线图。各像差图中，d、C、F分别表示d线(λ＝587.6nm)、C线(λ＝656.3nm)、F线(λ＝486.1nm)的像差，像差曲线图中的实线表示弧矢像差，虚线表示子午像差。这些实施例1～3中的像差得到充分补偿。也就是说，从这些实施例1～3可以明显得知，如本发明实施方式所构成摄影光学系统，可以得到例如半视角约为29deg的大视角、F约2.0以下的大口径，同时以包括五片透镜构成的小型、±1％以下的低失真，确保十分良好的图像性能。

图6、图13、图20是实施例1～3分别涉及的摄影光学系统在环境温度为20℃的常温状态和105℃的高温状态各自的球面像差图。横轴是设传感器表面为0的散焦方向(光轴方向)，纵轴是瞳孔坐标(将瞳孔直径设为1时的比例)。相对于温度变化，在实施例1中轴上光线的聚光位置变动(焦点位置变动)为+13.0μm，轴外光线的聚光位置变动为-4.7μm，实施例2中轴上光线的聚光位置变动(焦点位置变动)为+7.0μm、轴外光线的聚光位置变动(焦点位置变动)为+1.4μm，实施例3中，轴上光线的聚光位置变动为+14.9μm，轴外光线的聚光位置变动(焦点位置变动)为-10.3μm。可以看出，实施例1～3中均为，在聚焦位置相正向偏移的同时，球面像差向下方大幅度变动。另外，虽然没有图示，不过当环境温度处于低温状态时的变动与高温状态时变动相反，在焦点位置向负方向偏移的同时，球面像差也会向矫正过度一方大幅变动。

图7、图14、图21显示实施例1～3分别涉及的摄影光学系统在环境温度为20℃的常温状态和105℃的高温状态下各自的中心像高的MTF曲线。横轴是传感器表面为0的散焦方向(光轴方向)，纵轴是MTF(分辨率大小的指标)。相对于温度变化，在实施例1中MTF峰值位置的变动为+1μm，实施例2中MTF峰值位置的变动为-1μm，实施例3中MTF峰值位置的变动为+2μm，可见，在非常高温的环境下可以将变动控制在数μm以下。另外，虽然没有图示，在环境温度处于低温状态时的变动也可以控制位与高温状态相同。不过，在此以具有铝透镜单元为前提，该铝透镜单元具有透镜镜片从透镜L1向像面单纯排列的保持结构。

在实施例1～3中，第二透镜群G2的后方，也就是像方，设有以等价的平行平板表示的滤光玻璃，如光学低通滤光片或红外及紫外截止滤光片等各种滤光片、或受光元素的盖玻片(密封玻璃)。在使用CCD(电荷耦合元件)传感器或CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器等固体摄影元件类型的摄影光学系统中，插入背插入玻璃、低通滤光片、截止滤光片以及用于保护固体摄影元件受光面的盖玻璃等至少其中一种滤光片。本实施例中示出了滤光玻璃F1和F2，作为两片平行平板，代表这些滤光片，但有没有插入或插入的数量并不受此限制。

其次，参考图26和图27，说明采用上述本发明实施方式涉及的摄影用光学系统所构成的本发明实施方式涉及的相机装置。图26中，(a)是从物方，即从位于被摄体一方的前方看到的数码相机外观斜视图，(b)是从摄影一方的背面看到的数码相机外观斜视图，图27是数码相机的功能模块图。在此以数码相机为例对相机装置进行说明，但是使用传统图像记录介质的银盐胶卷的银盐胶片相机也可以采用本发明的摄影光学系统。另外还适用于车载相机装置、监控相机装置等要求具有高分辨率、低失真、大视角、大口径的相机装置。另外，包括PDA(Personal Data Assistant)和手机等便携信息终端设备、甚至包括这些功能的所谓智能手机和平板终端等便携终端设备在内的各种信息装置广泛使用相机功能。这样的信息装置也可以包含外观不同，但实质上与数码相机具有完全相同的功能和构成，也可以采用，作为这种信息装置中的摄影用光学系统。

如图26中(a)、(b)所示，本实施例的数码相机100在机体(相机体)5上配备了摄影镜头1、光学取景器2、闪光灯(电子闪光灯)3、快门按钮4、电源开关6、液晶显示器7、操作按钮8以及内存卡插槽9等。如图27所示，数码相机100具备中央运算装置(CPU)11、图像处理装置12、受光元件13、信号处理装置14、半导体内存15以及通信卡16等。数码相机100具有作为摄影光学系统的摄影镜头1和由图像传感器构成的受光元件13，通过受光元件13读取由摄影镜头1成像的被摄体光学图像。该摄影镜头1可使用上述实施方式的摄影光学系统。在中央运算装置11控制下，信号处理装置14处理受光元件13的输出，转换为数字图像信息。经过信号处理装置14数字化处理后的图像信息也在受到中央运算装置11控制的图像处理装置12中经过指定的图像处理后，保存到非易失性存储器等半导体存储器15中。在这种情况下，半导体存储器15可以用内存卡插槽9中安插的存储卡或内置于相机主机中集成显卡(on-board)上的半导体内存。液晶显示器7上显示正在拍摄中的图像，或显示保存在半导体内存15中的图像。保存在半导体内存15中的图像可通过安插在通信卡插槽(虽然并未明确图示，也可以兼用于存储卡插槽9)中的通信卡16等送往外部。摄影镜头1构成为，携带相机时其表面被镜头护板(未图示)遮住，用户操作电源开关6接通电源时，镜头护板打开，露出对物面。当半导体内存15中保存的图像在液晶显示器7上显示，或通过通信卡16等发送到外部时，按照规定操作操作按钮8。半导体内存15及通信卡等16可分别安装在存储卡插槽9及通信卡插槽等各自专用或通用的插槽中使用。

如上所述，上述相机装置或车载相机装置可以采用本实施方式的摄影光学系统所构成的摄影镜头1。因此，能够实现充分大的视角和大口径，同时保持低失真且具有良好的环境性能的相机装置。通过把拍摄图像转换成数字图像信息输出，可以经过图像解析和图像处理等感应技术处理，形成为所需要的图像。

其次，参考图28说明采用上述本发明实施方式涉及的摄影光学系统所构成的本发明实施方式涉及的立体相机装置。图28是从物方，即被摄体一方的前方，看到的立体相机的外观斜视图。如图28所示，立体相机200具有2个相机装置100a、100b。相机装置100a、100b分别使用本实施方式的摄影光学系统的摄影镜头1a、1b和受光元件13a、13b。该相机装置100a、100b可以使用与图26、图27所示的相机设备100相同的构成，但不受此限制。通过对该摄影装置100a、100b输出的数字图像信息进行适当的补偿和图像处理后输出，可用于制造生产线或车辆的控制等感应技术。

上述立体相机装置通过用本发明实施例1～实施例3的摄影光学系统构成的摄影镜头1，有望实现十分小型但具有30度左右的大视角，保持1％左右的低失真性，确保良好的图像性能。另外还可实现良好的耐环境性能。进而，通过将摄影图像转换成数字图像信息输出，可以适用于图像解析或图像处理等的感应技术。

以上说明了本发明的最佳实施方式，但本发明并不受上述特定实施方式的限制，除非在上述说明中作特别限定，否则在专利申请范围内记载的发明宗旨范围内，可以进行各种变形和改变。例如，本发明的摄影光学系统可以用于述说明中的"像方"为物方，"物方"为像方的投影光学系统。

本发明的实施方式中所述的效果只是列举了发明中所产生的效果，但发明的效果并不局限于实施方式的描述。

符号标记的说明

G1第一透镜群，S开口光圈，G2第二透镜群，L1～L5透镜，100数码相机，5机体(相机主体)，1、100a、100b摄影镜头，2光学取景器，3闪光灯(电子闪光灯)，4快门按钮，6电源开关，7液晶显示器，8操作按钮，9存储卡插槽，11中央运算装置(CPU)，12图像处理装置，13、13a、13b受光元件，14信号处理装置，15半导体内存，16通信卡，200立体相机。

Claims (13)

1.一种摄影光学系统，其特征在于，

具有开口光圈、相较于所述开口光圈更靠近物方的第一透镜组、以及相较于所述开口光圈更靠近像方的第二透镜组，

所述第一透镜组包括具有负屈折力的弯月形第一透镜、以及具有正屈折力的弯月形第二透镜，

所述第二透镜组包括与所述开口光圈相邻的第三透镜，

该第三透镜以塑料形成，

当设定所述第三透镜靠近物方的第一镜面的光轴近旁的局部曲率为c3a，有效直径最外端的透镜高度的局部曲率为c3b时，所述第三透镜具有满足下式的第一镜面

其中，所述摄影光学系统包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜共五个透镜，其中最靠近像方的所述第五透镜具有正屈折力。

2.一种摄影光学系统，其特征在于，

具有开口光圈、相较于所述开口光圈更靠近物方的第一透镜组、相较于所述开口光圈更靠近像方的第二透镜组，

所述第一透镜组包括，具有负屈折力的弯月形第一透镜、以及具有正屈折力的弯月形第二透镜，

所述第二透镜组包括与所述开口光圈相邻的第三透镜，

当设定透镜线膨胀系数为α3时，所述第三透镜满足下式

α3>30×10^-6，

当设定所述第三透镜靠近物方的第一镜面的光轴近旁的局部曲率为c3a，有效直径最外端的透镜高度的局部曲率为c3b时，所述第三透镜具有满足下式的第一镜面

其中，所述摄影光学系统包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜共五个透镜，其中最靠近像方的所述第五透镜具有正屈折力。

3.一种摄影光学系统，其特征在于，

具有开口光圈、相较于所述开口光圈更靠近物方的第一透镜组、相较于所述开口光圈更靠近像方的第二透镜组，

所述第一透镜组包括，具有负屈折力的弯月形第一透镜、以及具有正屈折力的弯月形第二透镜，

所述第二透镜组包括与所述开口光圈相邻的第三透镜，

当设定透镜折射率温度系数为β3时，所述第三透镜满足下式

β3<-50×10^-6，

当设定所述第三透镜靠近物方的第一镜面的光轴近旁的局部曲率为c3a，有效直径最外端的透镜高度的局部曲率为c3b时，所述第三透镜具有满足下式的第一镜面，

所述折射率温度系数是对于20℃～40℃空气中相对折射率温度系数的d线的值；

其中，所述摄影光学系统包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜共五个透镜，其中最靠近像方的所述第五透镜具有正屈折力。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第一镜面满足下式

5.根据权利要求4所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第一镜面在光轴近旁具有正屈折力，在有效直径最外端的透镜高度上具有负屈折力。

6.根据权利要求4所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第一镜面满足下式

∣c3a∣＜∣c3b∣。

7.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，当设所述第二透镜和所述开口光圈之间的间隔为d2，所述第三透镜和所述开口光圈之间的间隔为d3时，满足下式

d2>d3。

8.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，当设整个所述摄影光学系统的能量φA为时，满足下式

9.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第一透镜用玻璃形成。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第二透镜组中除了第三透镜之外，还具有塑料形成的第四透镜。

11.根据权利要求10所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第三透镜和所述第四透镜在有效直径之外互相嵌合。

12.一种相机装置，其特征在于，具有权利要求1至11中任意一项所述的摄影光学系统。

13.一种立体相机装置，其特征在于，具有权利要求1至11中任意一项所述的摄影光学系统。