CN1330989C - 成像透镜 - Google Patents
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Abstract
一种成像透镜(100)包括，从物体侧依次配置的，正凹凸透镜第一透镜(1)，它具有朝向物体侧的凸表面，负光焦度的凹凸透镜第二透镜(2)和正光焦度的第三透镜(3)，第二和第三透镜(2，3)起着校正透镜的作用。第一透镜具有强的光焦度，而第二和第三透镜(2，3)这两者在两对面的表面上都是非球面的。当成像透镜的合成焦距是f，第一透镜的焦距是f1，从第一透镜(1)在物体侧的入射表面到成像表面的距离是∑d，以及第二透镜的色散系数是νd2时，满足下列限制公式:0.5＜f1/f＜1.5(1)，0.5＜∑d/f＜1.5(2)，50＞νd2(3)。从而，可实现高质量成像的小型低成本的成像透镜。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻小型的成像透镜，它用于安装在汽车中的相机监视相机，数字相机，装在移动电话中的相机或诸如此类采用CCD，CMOS，其它光感受器的相机。
背景技术
装在监视相机，数字相机，和其它采用CCD，CMOS，或其它光感受器的装置中的成像透镜需要提供能真实地重现研究对象的能力。近年来，还把CCD本身或CCD机机制作得更小，这就不可避免地伴随着对装于其中的成像透镜增加小型化和紧凑设计的要求。与CCD的小型化比较起来，还对CCD和其它光感受器还几百万量级的象素上的提供高的分辨率。对用于具有这种传感器相机的透镜，还要能证明其高的光学性能，已经不可避免地成为必需的了。在过去，为了证明高的光学性能，已采用许多透镜元件来校正像差。
CCD，CMOS，或其它不感受器的特性在于装在其中各象素的光线角是有限度的。在装配着不计较这个特性的光学系统的相机中，周边的光强被降低，并产生隐蔽。为了对这些效应作补偿，已使用一些方法，因此装了一种电校正电路，或安装一种与光感受器形成一对的微透镜阵列或诸如此类的阵列，而在元件表面上接收光处的角度被放大，或诸如此类。换句话说，已采用了把出射光孔放在离图像表面尽可能远的合适位置上的结构。
另一方面，在成像透镜和CCD之间必须有一空隙，在这空隙中插入低通滤色片，阻断红外的滤色片，或诸如此类的滤色片。所以，存在着一个限度，就是说，成像透镜的后焦距必须被延伸到某个程度。
在JP-A2002-228922中揭示一种具有高分辨率，少量透镜元件，紧凑结构的成像透镜。在其中揭示的成像透镜由成为三组的4个元件组成，而其中第二和第三透镜是由单个透镜组成的。包含拐点的非球面表面还被用作透镜表面。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种轻型，紧凑的成像透镜，由此，可把相对于光感受器的光件表面的最大出射角做得比视角小，以便防止隐蔽，而为了适用于几百万象素的高分辨率，可校正像差。
本发明的另一目的是提供一种轻型，紧凑的成像透镜，在这种透镜中，在透镜表面，使用不含有拐点的非球面表面，在这种透镜中，为了适用于几百万象素的高分辨率可校正像差，而这一点对制造是有利的，且这种透镜具有少量的组分透镜元件。
为了获得上面得到的目的，根据本申请第一发明的成像透镜包括在三个组中的三个元件，其中具有正凹凸透镜，它的凸表面朝着物体一体的第一透镜，在其后放置的，它的凹凸透镜具有负的光焦度的第二透镜，以及具有正或负光焦度的第三透镜，从物体一侧被依次地配置，而第二和第三透镜起着校正透镜的作用。与第二和第三透镜相比，第一透镜还具有较强的光焦度。而且，在第一，第二和第三透镜之中，至少第二透镜和第三透镜的两个表面都是非球面的。并且，至少一个非球面的拐点被形成在第三透镜的非球面表面上。
在这个配置中，在前面提到的第一透镜两侧透镜表面之中的透镜表面的至少一个表面可以是非球面表面。
在本发明的成像透镜中，当成像透镜的总焦距是f时，第一透镜的焦距为f1，从第一透镜在物体侧的入射表面到成像表面的距离为∑d，而第二透镜的色散系数为vd2，则满足下列限制公式：
0.5＜f1/f＜1.5 (1)
0.5＜∑d/f＜1.5 (2)
50＞vd2 (3)
限制公式(1)是用于保证使球面像差保持稳定和保证整体透镜系统是紧凑的条件。如果下限被超过，则透镜系统虽可被做成紧凑的，但它变得难以校正球面像差。如果上限被超过，球面像差虽变得容易校正，但要保持整体透镜系统紧凑变得不可能。通过满足这个限制公式，可把透镜系统做得紧凑，同时又保持满意的球面像差状态。
在本发明中，可通过把第一透镜制作成其凸表面朝向物体侧，具有正凹凸透镜、且满足限制公式(1)的透镜来减少成像透镜的总长度。
限制公式(2)也是用于保证整体透镜系统更为紧凑的条件。尤其是在安装于移动电话中相机所使用的成像透镜的情况下，降低整体透镜系统的尺寸，而同时减少透镜系统的总长度是必要的。为了满足这些要求，较佳的是，把光学系统设计得能满足限制公式(2)。低地限制公式(2)的下限，虽可把透镜系统做成紧凑的，但各种类型的像差变得难以校正。超过其上限也是不可选的，因为透镜系统的尺寸增加。
限制公式(3)是用于使第二透镜的色散系数等于50或更小，并保证同轴有色像差和离轴有色像差保持稳定的条件。
这样来设计在本发明的成像透镜中的第三透镜，使得其在图像侧朝向图像的透镜表面的周边部分是凸的，且其在物体侧的透镜表面和在图像例的透镜表面被提供一点或多点非球面拐点是较佳的。通过以这种方式形成的透镜表面可满意地校正彗形像差和象散像差，还可满意地校正失真。
作为在成像表面是CCD或CMOS情况中的特征性能，结合到各象素中的光线角度是有限度的，而该光线角朝着图像的周边增加。为减轻这现象，采取一种结构，由此在图像侧第三透镜的透镜表面的周围是被偏转的非球面表面，其凸出边缘朝向图像表面，而主光线的最大出射角是30°或更小也是较佳的。由此获得非球面的校正，从而防止隐蔽在图像周围发生。
一种根据本申请第二发明的成像透镜包括在三组中的三个元件，其中其凹凸透镜具有正光焦度，且它的凸面朝向物体侧的第一透镜，其凹凸透镜具有正或负的光焦度，且它的凹面朝向物体侧的第二透镜，和具有正光焦度的第三透镜从物体侧被依次配置。
在第一，第二和第三透镜的表面之中，至少一个透镜的表面形状由非球面形状限定，在这表面中，拐点不在其有效的透镜表面中出现。
因此，由于本发明的成像透镜是一种由在三组中的三个元件所组成的透镜系统，而位于物体侧的第一透镜，是作为其凸表面朝向物体一侧、具有正凹凸透镜的透镜，来设计的，所以可减少透镜系统的总长度。也通过把第二透镜在物体侧的透镜表面制作成凹面的，可把出射孔的位置延伸，从而可防止隐蔽。而且，由于在这透镜表面使用无拐点的非球面形状，所以可把由于透镜的加工误差或组件误差引起的分辨率损失减到最小，且便于生产。
在本文的本发明成像透镜中，当成像透镜的总焦距为f，其后焦距为BF，第一透镜的焦距为f1，在物体侧第三透镜的透镜表面曲率为Ra，在图像侧第三透镜的透镜表面曲率为R6时，较佳的是满足限制公式(A)直至(C)：
0.5＜f1/f＜1.5 (A)
0.25＜BF/f＜1.0 (B)
1.0＜|Rb/Ra| (C)
限制公式(A)是用于保证球面像差是稳定的，并保证整体透镜系统是紧凑的条件。低于它的下限，虽可使透镜系统紧凑，但球面像差变得难以校正。相反，如果超过了它的上限，球面像差虽变得易于校正，但变得不可能保持整体透镜系统紧凑。通过满足限制公式可把透镜系统制得紧凑，同时又保持满意的球面像差状态。
在本发明中，可通过把第一透镜制作成其凸表面朝向物体侧、具有正凹凸透镜、并满足限制公式(A)的透镜来减少成像透镜的总长度。
限制公式(B)也是用于保证整体透镜系统更好紧凑的条件。尤其是在安装于移动电话相同中所使用的成像透镜的情况下，降低整体透镜系统的尺寸，而同时减少透镜系统的总长度是必要的。为了满足这些要求，较佳的是，把光学系统设计得能满足限制公式(B)。低于限制公式(B)的下限，虽可把透镜系统做成紧凑的，但在透镜系统和CCD或其它成像表面之间的结构空间被损失掉，且各种类型的像差变得难以校正。超过其上限也是不可选的，因为透镜系统的尺寸增加。
限制公式(C)涉及出射孔和后焦距，它是一个条件，在这条件中，曲率Ra的绝对值等于或大于曲率Rb的绝对值是不可选的，因为出射孔和后焦距被缩短。
其次，为了保证基本的光圈性能，当成像表面是CCD，CMOS，或诸如此类的器件时，在结合到各象素中的光线角上设置一限制。为减轻这现象，较佳的是，延伸这出射光孔，并把主光线的最大出射角校正到30°或更小。因而，可防止隐蔽以免在图像表面的周围出现。通过合适的设计非球面的形状还可满意地校正失真。
附图简述
图1是根据示例1成像透镜的结构图，在这示例中，应用了本申请的第一发明；
图2是根据示例2成像透镜的结构图，在这示例中，应用了本申请的第一发明；
图3是示于图1中示例1的成像透镜的像差图；
图4是示于图2中示例2的成像透镜的像差图；
图5是根据示例3和5成像透镜的结构图，在这两个示例中，应用了本申请的第一发明；
图6是根据示例4成像透镜的结构图，在这示例中，应用了本申请的第一发明；
图7是示于图5中示例3成像透镜的像差图；
图8是示于图6中示例4成像透镜的像差图；
图9是示于图5中示例5成像透镜的像差图；
图10是示例A成像透镜的结构图，在这示例中，应用了本申请的第二发明；
图11是示于图10中示例A成像透镜的像差图；
图12是示例B和C成像透镜的结构图，在这两个示例中，应用了本申请的第二发明；
图13是示于图12中示例B成像透镜的像差图；以及
图14是示例C成像透镜的像差图，在这示例中，应用了本申请的第二发明。
具体实施方式
在下文将参考诸附图来描述根据本发明的具有三组、三元件的成像透镜的示例。
(示例1)
在图1中，用图示出一种根据示例1的成像透镜，在这示例中，应用了本申请的第一发明。本示例的成像透镜100具有，从物体侧向着图像表面6依次设置的第一透镜1，它的凹凸透镜具有正光焦度，且它的凸表面朝向物体侧；接着经过光圈4放置的第二透镜2，它的凹凸透镜具有负光焦度，且它的凹表面朝向物体侧；和具有正光焦度的第三透镜，而第二和第三透镜起着校正透镜的作用。在本示例中，在透镜1，2和3的两侧所有透镜表面都是非球面的。在本示例中，覆盖玻璃5装于第三透镜3的第二透镜表面R6和图像表面6之间。
在第三透镜3中，把非球面拐点设置在第一透镜表面R5中光圈直径基本是50％的位置上，并把非球面转折拐点设置在第二透镜表面R6中光圈直径基本是25％的附近。第三透镜3的透镜周边的环形区，据此就形成向着成像表面侧的凸表面，而把主光线的最大出射角调节到相对于63°总视角的22°。
用于本示例成像透镜100整体光学系统的透镜数据如下：
F-数 3.5
焦距： f＝5.7mm
总长 ∑d＝7.06mm
用于本示例成像透镜100透镜表面的透镜数据示于表1A；而用于确定透镜表面的非球面形状的非球面系数示于表1B。
表1A
F-数：3.5；f＝5.7mm；∑d＝7.06mm
| i | R | d | Nd | vd |
| 1* | 1.73 | 1.0 | 1.5247 | 56.2 |
| 2* | 4.46 | 0.15 | ||
| 3 | 0.00 | 0.4 | ||
| 4 | 0.00 | 0.5 | ||
| 5* | -1.052 | 0.8 | 1.585 | 29.0 |
| 6* | -1.50 | 0.1 | ||
| 7* | 5.75 | 1.2 | 1.5247 | 56.2 |
| 8* | 15.25 | 1.336 | ||
| 9 | 0.00 | 0.6 | 1.51633 | 64.2 |
| 10 | 0.00 | 0.9779 | ||
| 11 |
(*指出非球面形状)
表1B
| i | k | A | B | C | D |
| 1 | 4.740865×10-2 | 5.067696×10-3 | 4.581707×10-3 | -6.222765×10-3 | 3.890559×10-3 |
| 2 | 3.767275×10-1 | 3.143529×10-3 | -1.939397×10-2 | 9.886734×10-2 | -9.132532×10-2 |
| 5 | -3.275267×10-1 | 1.603653×10-2 | 6.356242×10-2 | 2.087871×10-5 | -3.891845×10-2 |
| 6 | -1.071306 | -7.703536×10-3 | 1.776501×10-2 | ||
| 7 | 2.361313 | -1.916465×10-2 | 6.266366×10-4 | 5.086988×10-6 | 6.795863×10-7 |
| 8 | 0.00 | -2.213400×10-2 | 7.502348×10-4 | -3.884072×10-5 | -1.070020×10-5 |
在表1A中，i指出从物体侧计数透镜表面的次序；R指出各透镜表面的曲率；d指出在透镜表面之间的距离；Nd指出各透镜的折射率；以及vd指出透镜的色散系数。透镜表面i旁边的星号(*)指出该透镜表面是非球面的。
当在光轴方向的轴是X，在垂直于该光轴方向的高度是H，圆椎形系数是k，以及非球面系数是A，B，C和D时，在透镜表面所使用的非球面形状由下面的方程指出。
用于指出非球面形状的符号和方程的含义在示例2，3，4和5中相同的。在本示例中，由f1/f＝0.84，∑d/f＝1.24，以及vd2＝29，所以，满足限制公式(1)直到(3)。
图3是示出在示例1成像透镜100中的像差的像差图，在该图中，SA指出球面像差，OSC指出正弦条件，AS指出象散像差，以及DIST则指出失真。在象散像差AS中的T指出正切图像表面，而S指出弧矢象面。在该图底部的像差图中示出横向像差，且在该图中，DX指出有关X光孔坐标的横向指向的X像差；而DY则指出有关Y光孔坐标的横向指出Y像差。在示出示例2，3，4和5的像差图中，这些符号的含义也是相同的。
(示例2)
图2是根据示例2成像透镜的结构图，在这示例中，应用了本申请的第一发明，在本示例的成像透镜110中，其凸表面朝向物体侧、具有正弯形的第一透镜11，其凹表面朝向物体侧、具有负凹凸透镜，经过光圈14放置的第二透镜，以及作为双凸透镜的第三透镜，从物体侧向着成像表面16被依次地配置。在物体侧，第三透镜13的第一透镜表面R5中，在透镜光圈直径基本48％的位置上设置非球面拐点。在图像侧，其第二透镜表面R6作为凸表面的延伸来形成。用这方式形成的第三透镜13的透镜表面，使得能实现主光线的最大出射角相对于63°总视角为23.5°本示例的第一透镜11，第二透镜12，和第三透镜13的透镜表面也都是非球面的。在本示例中，也把覆盖玻璃15装在第三透镜13的第二透镜表面R6和成像表面16之间。
用于本示例成像透镜110的整体光学系统的透镜数据如下。
F-数 3.5
焦距： f＝5.7mm
总长 ∑d＝6.985mm
用于本示例成像透镜110透镜表面的透镜数据示于表2A；而用于确定透镜表面非球面形状的非球面系数则示于表2B。在本示例中，由于f1/f＝0.70，∑d/f＝1.23，以及vd2＝29，所以满足限制公式(1)直至(3)。图4示出其像差图。
表2A
F-数：3.5；f＝5.7mm；∑d＝6.985mm
| i | R | d | Nd | vd |
| 1* | 1.386 | 1.0 | 1.5247 | 56.2 |
| 2* | 3.087 | 0.15 | ||
| 3 | 0.00 | 0.18 | ||
| 4 | 0.00 | 0.47 | ||
| 5* | -0.953 | 0.9 | 1.585 | 29.0 |
| 6* | -2.016 | 0.1 | ||
| 7* | 6.57 | 1.2 | 1.5247 | 56.2 |
| 8* | -6.15 | 1.336 | ||
| 9 | 0.00 | 0.6 | 1.51633 | 64.2 |
| 10 | 0.00 | 1.0489 | ||
| 11 |
(*指出非球面形状)
表2B
| i | k | A | B | C | D |
| 1 | -2.414289×10-1 | 1.704389×10-2 | -7.630913×10-4 | 1.397945×10-2 | -5.89427×10-3 |
| 2 | 7.215993×10-1 | -3.474378×10-3 | -7.800064×10-2 | 9.8 86734×10-2 | -9.132532×10-2 |
| 5 | 5.484 851×10-1 | 1.097456×10-1 | -2.023164×10-1 | 5.6317100×10-1 | -5.506715×10-1 |
| 6 | -1.456663 | -2.197336×10-2 | -1.003731×10-2 | ||
| 7 | -3.168123 | -1.446476×10-2 | 1.192514×10-3 | 3.793835×10-5 | -7.112863×10-6 |
| 8 | 0.00 | -1.342604×10-3 | -1.088183×10-3 | -8.566835×10-6 | 7.766112×10-6 |
在上面的示例1和2的成像透镜100和110中，虽把在两侧都具有非球面表面的透镜被用作在物体侧的第一透镜1和11，但在两侧都具有球面表面的透镜，或在透镜中两个表面中的至少一个是非球面的也可被用作第一透镜。
(示例3)
图5示出根据示例3的成像透镜，在该示例中，应用了本申请的第一发明。本示例的成像透镜120，具有从物体侧向着成像表面26依次配置的，它的凹凸透镜具有正光焦度，且它的凸表面朝向物体侧的第一透镜21；它的凹凸透镜具有负光焦度，且它的凹表面朝向物体侧、通过光圈24接着放置的第二透镜22；以及具有负光焦度的第三透镜23；而第二和第三透镜起着校正透镜的作用。把覆盖玻璃25装在第三透镜23和成像表面26之间。在第三透镜23中，这样来形成在成像表面侧的第二透镜表面26，以致透镜周边的环形区形成向着成像表面侧的凸表面，并把主光线的最大出射角调节到24°或更小。
在本示例中，在透镜21，22和23之中的第一透镜21的两个透镜表面都是球面的。在第二和第三透镜22和23的两侧，透镜表面都是非球面的，与在示例1和2中的一样。
用于本示例成像透镜120的整体光学系统的透镜数据如下。
F-数 3.5
焦距： f＝5.7mm
总长 ∑d＝6.46mm
用于本示例成像透镜120透镜表面的透镜数据示于表3A，而用于确定透镜表面非球面形状的非球面系数则示于表3B。在本示例中，由于f1/f＝0.73，∑d/f＝1.13，以及vd2＝29，所以满足限制公式(1)直至(3)。图7示出其像差图。
表3A
F-数：3.5；f＝5.7mm；∑d＝6.46mm
| i | R | d | Nd | vd |
| 1 | 1.621 | 1.0 | 1.5247 | 56.2 |
| 2 | 5.009 | 0.15 | ||
| 3 | 0.00 | 0.4 | ||
| 4 | 0.00 | 0.5 | ||
| 5* | -1.207 | 0.8 | 1.585 | 29.0 |
| 6* | -1.644 | 0.1 | ||
| 7* | 10.993 | 1.2 | 1.5247 | 56.2 |
| 8* | 7.773 | 1.336 | ||
| 9 | 0.00 | 0.6 | 1.51633 | 64.2 |
| 10 | 0.00 | 0.3726 | ||
| 11 |
(*指出非球面形状)
表3B
| i | k | A | B | C | D |
| 5 | -2.567837×10-1 | 3.208279×10-2 | -1.916911×10-1 | 3.791361×10-1 | -3.067684×10-1 |
| 6 | -9.161619×10-1 | -2.732818×10-3 | 1.984030×10-2 | ||
| 7 | 6.274432 | -2.566783×10-2 | 3.344091×10-3 | 8.712945×10-5 | -2.670618×10-5 |
| 8 | 0.00 | -3.171232×10-2 | 1.875582×10-3 | -2.705621×10-4 | 1.570770×10-5 |
(示例4)
图6是根据示例4成像透镜的结构图，在这示例中，应用了本申请的第一发明，在本示例的成像透镜130中，其凸表面朝向物体侧、具有正凹凸透镜的第一透镜31，经过光圈34、其凹表面朝向物体侧、具有负凹凸透镜的第二透镜32，以及具有正光焦度的第三透镜33从物体侧面着成像表面36被依次配置。把覆盖玻璃35装在第三透镜和成像表面36之间。在第三透镜33中，这样来形成第二透镜表面R6。以致透镜周边的环形区形成朝向成像表面侧的凸表面，并把主不线的最大出射角调节到24°或更小。
在本示例中，在透镜31，32和33之中的第一透镜31的两个透镜表面都是球面的。在第二和第三透镜32和33的两侧，透镜表面都是非球面的，与在示例1，2和3中的一样。
用于本示例成像透镜130的整体光学系统的透镜数据如下。
F-数 3.5
焦距： f＝5.7mm
总长 ∑d＝6.66mm
用于本示例成像透镜130透镜表面的透镜数据示于表4A；而用于确定透镜表面非球面形状的非球面系数示于表4B。在本示例中，由于f1/f＝0.77，∑d/f＝1.17，以及vd2＝29，所以满足限制公式(1)直至(3)。图8示出其像差图。
表4A
F-数：3.5；f＝5.7mm；∑d＝6.66mm
| i | R | d | Nd | vd |
| 1 | 1.626 | 1.2 | 1.4970 | 81.6 |
| 2 | 4.76 | 0.15 | ||
| 3 | 0.00 | 0.4 | ||
| 4 | 0.00 | 0.5 | ||
| 5* | -1.036 | 0.8 | 1.585 | 29.0 |
| 6* | -1.51 | 0.1 | ||
| 7* | 4.90 | 1.1 | 1.5247 | 56.2 |
| 8* | 6.80 | 0.81 | ||
| 9 | 0.00 | 0.6 | 1.51633 | 64.2 |
| 10 | 0.00 | 1.0 | ||
| 11 |
(*指出非球面形状)
表4B
| i | k | A | B | C | D |
| 5 | -6.210503×10-1 | 3.611876×10-2 | -2.806078×10-1 | 5.465960×10-1 | -4.831922×10-1 |
| 6 | -1.143408 | 4.811894×10-3 | 1.896129×10-3 | ||
| 7 | 1.531998 | -2.174083×10-2 | 2.450461×10-3 | -2.581896×10-4 | 1.113489×10-5 |
| 8 | 0.00 | -3.318003×10-2 | 4.413864×10-3 | -5.477590×10-4 | 2.739709×10-5 |
(示例5)
再次参考图5，将描述成像透镜140，其中使用第一透镜41，而不是第一透镜21，在示例3的成像透镜120的第一透镜21中，它的两个透镜表面都是球面的，而在第一透镜41中，一个透镜表面是用非球面表面形成的，而另一个透镜表面是用球面表面形成的。在图5中，指出成像透镜140和第一透镜41的记号包含在圆括号中，它其它部分的结构与示例3中的一样，所以将采用相同的记号来给出描述。
本示例的成像透镜140具有从物体侧向着成像表面26依次配置的，其凸表面朝向物体侧、具有正光焦度凹凸透镜的第一透镜41；经过光圈24，其凹表面朝向物体侧、具有负光焦度凹凸透镜的第二透镜22；以及具有正光焦度的第三透镜23；且第二和第三透镜起着校正透镜的作用。把覆盖玻璃25装在第三透镜23和成像表面26之间。在第三透镜23中，这样来形成第二透镜表面R6，以致透镜周边的环形区形成朝向成像表面的凸表面，并把主光线的最大出射角调节到24°或更小。
在本示例中，在透镜41，22和23之中的第一透镜41的两个透镜表面的在其物体侧的第一透镜表面R1是非球面的，而在其成像表面侧的第二透镜表面R2是球面的。第二和第三透镜22和23两侧的透镜表面都是非球面的。
用于本示例成像透镜140整体光学系统的透镜数据如下：
F-数 3.5
焦距： f＝5.7mm
总长 ∑d＝7.07mm
用于本示例成像透镜140透镜表面的透镜数据示于表5A；而用于确定透镜表面非球面形状的非球面参数则示于表5B。在本示例中，由于f1/f＝0.83，∑d/f＝1.24，以及vd2＝29，所以，满足限制公式(1)直至(3)。其像差图示于图9。
表5A
F-数：3.5；f＝5.7mm；∑d＝7.07mm
| i | R | d | Nd | vd |
| 1* | 1.77 | 1.0 | 1.5247 | 56.2 |
| 2 | 4.973 | 0.15 | ||
| 3 | 0.00 | 0.4 | ||
| 4 | 0.00 | 0.5 | ||
| 5* | -1.074 | 0.8 | 1.5850 | 29.0 |
| 6* | -1.584 | 0.1 | ||
| 7* | 5.516 | 1.2 | 1.5247 | 56.2 |
| 8* | 19.41 | 1.336 | ||
| 9 | 0.00 | 0.6 | 1.51633 | 64.2 |
| 10 | 0.00 | 0.985 | ||
| 11 |
(*指出非球面形状)
表5B
| i | k | A | B | C | D |
| 1 | -4.356005×10-2 | 8.423055×10-3 | -4.071931×10-3 | 4.637228×10-3 | -1.088690×10-3 |
| 5 | -3.998108×10-1 | 3.950244×10-2 | -4.246316×10-2 | 1.535713×10-1 | -1.460498×10-1 |
| 6 | -1.324467 | -1.748017×10-3 | 1.297864×10-2 | ||
| 7 | 3.313169 | -2.172623×10-2 | 1.551952×10-3 | -2.195645×10-5 | -1.380375×10-5 |
| 8 | 0.00 | -2.288283×10-2 | 1.359618×10-3 | -1.163401×10-4 | 1.446310×10-6 |
(示例A)
图10是根据示例A成像透镜的结构图，在这示例中，应用了本申请的第二发明。在成像透镜200中，其凹凸透镜具有正光焦度、且其凸表面朝向物体侧的第一透镜201，光圈204，其凹凸透镜具有负光焦度、且其凹表面朝向物体侧的第二透镜，以及具有正光焦度的第三透镜203，从物体侧向着成像表面206被依次配置。覆盖玻璃205装在第三透镜203的第二面表面203b和成像表面206之间。
在这配置中，在第一透镜201两侧的透镜表面201a和201b，在第二透镜202两侧的透镜表面202a和202b，以及在第三透镜203两侧的透镜表面203a和203b都是非球面的。还有，在本示例中所使用的所有非球面形状是这样的，使得在透镜表面的有效透镜表面区上，没有拐点出现。
用于成像透镜200的整体光学系统的透镜数据如下。
F-数 2.8
焦距： f＝3.65mm
后焦距 BF＝1.863mm
第一透镜201的焦距： f1＝3.769mm
用于成像透镜200透镜表面的透镜数据示于表6A，而用于确定其透镜表面非球面形状的非球面系数则示于6B。
表6A
F-数：2.8；f＝mm
| i | R | d | Nd | vd |
| 1* | 1.153 | 0.8 | 1.5247 | 56.2 |
| 2* | 2.105 | 0.15 | ||
| 3 | 0.00 | 0.35 | ||
| 4* | -1.066 | 0.7 | 1.5850 | 29.0 |
| 5* | -1.546 | 0.1 | ||
| 6* | 3.180 | 0.9 | 1.5247 | 56.2 |
| 7* | 60.657 | 0.563 | ||
| 8 | 0.00 | 0.3 | 1.51633 | 64.2 |
| 9 | 0.00 | 1.0 |
(*指出非球面形状)
表6B
| i | k | A | B | C | D |
| 1 | 4.577272×10-1 | -3.645425×10-3 | -2.554281×10-2 | 2.607501×10-2 | |
| 2 | -2.153226 | 5.788633×10-2 | 4.7621418×10-1 | ||
| 4 | -2.641633×10-2 | ||||
| 5 | -6.245341×10-1 | ||||
| 6 | -1.167034×10 | 1.864785×10-2 | -1.905218×10-3 | -6.772919×10-4 | 2.049794×10-4 |
| 7 | -1.749072×105 |
在表6A和6B中，i指出从物体侧计数透镜表面的次序，R指出在光轴L上各透镜的曲率；d指出透镜表面之间的距离Nd指出各透镜的折射率；以及vd指出透镜的色散系数。透镜表面i旁边的星号(*)指出该透镜是非球面的。可通过示于示例1中描述的方程指出在透镜表面所使用的非球面的形状。
用于指出非球面形状的各记号和方程的含义对在下面示例B和C中的也是一样的。
在本示例中，第一透镜201的焦距f1是在0.5f(＝1.825mm)和1.57(＝5.475mm)的范围之内的值，而满足限制公式(A)。BF/f的值为0.5019…，而满足限制公式(B)。而且，由于在第三透镜203的物体侧透镜表面203a的曲率Ra为3.180，以及其在图像侧透镜表面203b的曲率Rb为60.657，所以Rb/Ra＝19.074…，而满足限制公式(C)。主光线的最大出射角也是30°或更小。
图11是示出在示例A成像透镜中像差的像差图。图11A(a)是示出球面像差SA的像差图；图11b是示出象散像差AS的像差图；而图11(c)则是示出失真DIST的像差图。在象散像差AS中的T指出正切图像表面，而S指出弧矢象面。图11(d)示出横向像差，而在该图中，DX指出关于X光孔生标的横向指向的X像差；和DY指出差于Y光孔坐标的横向指向的Y像差。这些记号的含义与在本文后描述的示例B和C中的也是一样的。
(示例B)
图12是根据示例B成像透镜的结构图，在这示例中，应用了本申请的第二发明。在成像透镜210中，其凹凸透镜具有正光焦度，且其凸表面朝向物体侧的第一透镜211，光圈214，其凹凸透镜具有正光焦度，且其凹表面朝向物体侧的第二透镜212，以及具有正光焦度的第三透镜213，从物体侧向着成像表面216被依次配置。覆盖玻璃215装在第三透镜213和成像表面216之间，与示例A中的一样。在本示例的情况中，在第一透镜211两侧的透镜表面211a和211b，在第二透镜212两侧的透镜表面212a和212b，以及在第三透镜213两侧的透镜表面213a和213b都是非球面的。还有，在本示例中使用的所有非球面形状是这样的，使得在透镜表面的有效透镜表面区上，没有拐点出现。
用于本示例成像透镜的整体光学系统的透镜数据如下。
F-数 3.5
焦距： f＝3.5mm
后焦距 BF＝1.992mm
第一透镜211的焦距： f1＝3.769mm
用于成像透镜210透镜表面的透镜数据示于表7A，而用于确定其透镜表面的非球面形状的非球面系数则示于表7B。
表7A
F-数：3.5；f＝3.50mm
| i | R | d | Nd | vd |
| 1* | 1.155 | 0.8 | 1.5850 | 29.0 |
| 2* | 1.475 | 0.25 | ||
| 3 | 0.00 | 0.25 | ||
| 4* | -1.234 | 0.8 | 1.5247 | 56.2 |
| 5* | -1.31 | 0.15 | ||
| 6 | 5.87 | 0.75 | 1.6070 | 29.9 |
| 7* | -27.245 | 0.3 | ||
| 8 | 0.00 | 0.6 | 1.51633 | 64.2 |
| 9 | 0.00 | 1.092 | ||
| 10 | ||||
| 11 |
(*指出非球面形状)
表7B
| i | k | A | B | C | D |
| 1 | 6.288194×10-1 | 8.880798×10-3 | -3.552012×10-2 | 5.541189×10-2 | -2.595815×10-3 |
| 2 | 5.605423 | -5.846783×10-2 | 3.132 873×10-1 | 7.279427 | -2.513030×10 |
| 4 | 2.369842 | 1.156048×10-1 | 1.324990 | ||
| 5 | 4.089558×10-1 | 5.253695×10-2 | 1.227547×10-1 | -5.871821×10-2 | 9.212771×10-2 |
| 7 | 0.00 | -1.935001×10-2 | 1.343275×10-3 |
在本示例中，第一透镜211的焦距f1是在0.5f(＝1.75mm)和1.5f(＝5.25mm)的范围之内的值，而满足限制公式(A)。BF/f的值为0.549…，而满足限制公式(B)。而且，由于在第三透镜213的物体侧透镜表面203a的曲率Ra为5.87，而在其图像侧透镜表面213b的曲率Rb为-27.245，所以|Rb/Ra|＝4.641…，而满足限制公式(C)。主光线的最大出射角也是30°或更小。
图13(a)到图13(d)示出该实施例中成像透镜20的像差的像差图。
(示例C)
应用本申请第二发明的，根据示例C成像透镜的结构，与示例B成像透镜210的结构是一样的，于是，其凹凸透镜具有正光焦度，且其凸表面朝向物体侧的第一透镜211，光圈214，其凹凸透镜具有负光焦度，且其凹表面朝向物体侧的第二透镜212，和具有正光焦度的第三透镜213，从物体侧向着在其中的成像表面216被依次配置。覆盖玻璃215装在第三透镜213和成像表面216之间。而且，在本示例中，在第一透镜211两侧透镜表面211a和211b，在第二透镜212两侧的透镜表面212a和212b，以及在第三透镜213两侧的透镜表面213a和213b每个都是非球面的。所有非球面的形状还是这样，使得在透镜表面的有效透镜表面区，无拐点出现。
用于本示例成像透镜的整体光学系统的透镜数据如下。
F-数 2.8
焦距： f＝3.60mm
后焦距 BF＝1.967mm
第一透镜211的焦距： f1＝3.844mm
用于本示例成像透镜中透镜表面的透镜数据示于表8A，而用于确定其透镜表面非球面形状的非球面系数示于表8B。
表8A
F-数：2.8；f＝3.60mm
| i | R | d | Nd | vd |
| 1* | 1.109 | 0.85 | 1.5247 | 56.2 |
| 2* | 1.814 | 0.25 | ||
| 3 | 0.00 | 0.25 | ||
| 4* | -0.908 | 0.7 | 1.585 | 29.0 |
| 5* | -1.638 | 0.1 | ||
| 6* | 3.115 | 0.95 | 1.5247 | 56.2 |
| 7* | -4.464 | 0.4 | ||
| 8 | 0.00 | 0.3 | 1.51633 | 64.2 |
| 9 | 0.00 | 1.267 | ||
| 10 | ||||
| 11 |
(*指出非球面形状)
表8B
| i | k | A | B | C | D |
| 1 | 3.430395×10-1 | 5.175761×10-3 | 1.822436×10-3 | -3.968977×10-2 | 4.390863×10-2 |
| 2 | -1.192756×10 | 2.602025×10-1 | 2.316038×10-1 | ||
| 4 | 4.565904×10-1 | ||||
| 5 | -7.957068×10-1 | -1.046904×10-1 | 7.812309×10-3 | ||
| 6 | -2.865732×10 | -1.057338×10-2 | 1.542895×10-2 | -6.212535×10-3 | 8.950190×10-4 |
| 7 | -2.000000 | -7.488042×10-3 |
在本示例中，第一透镜211的焦距f1是在0.5f(＝1.80mm)和1.5f(＝5.40mm)的范围之内的值，而满足限制公式(A)。BF/f的值为0.546…，而满足限制公式(B)。而且，由于在第三透镜213的物体侧透镜表面203a的曲率为3.115，而在其图像侧透镜表面213b的曲率为-4.464，于是|Rb/Ra|＝1.433…，而满足限制公式(C)。主光线的最大出射角还是30°或更小。
图14(a)直至14(d)是示出在本示例成像透镜中的像差的像差图。
(第二发明的其它实施例)
在示例A和C中，第一直至第三透镜两侧的透镜表面，全都是非球面的，而在示例B中，在第一透镜两侧的在第二透镜两侧的，以及在第三透镜两侧的，朝向成像侧的透镜表面是非球面的。显然，在这些透镜表面之中，至少一个透镜表面可以是非球面的，而其它透镜表面则可以是球面的。
工业上的可应用性
如上所述，根据本申请第一发明的成像透镜是由在3组中的3个元件所组成的透镜，而第二透镜和第三透镜是校正透镜，放在物体侧的第一透镜是作为正凹凸透镜，且其凸表面朝向物体侧来设计的。结果，可减少透镜系统的总长度。由于第三透镜的透镜表面是作为提供一点或多点非球面拐点的非球面来设计的，所以可满意地校正各种类型的像差，而同时，可减小主光线的最大出射角并防止隐蔽。而且，可通过包括第二透镜和第三透镜的两个校正透镜来适当地校正像差。所以，根据本发明可获得一种能适应几百万象素级高分辨率的小型紧凑的成像透镜。
由于根据本申请第二发明的成像透镜是由在3组中3个元件所组成的透镜系统，而位于物体侧的第一透镜是作为具有正凹凸透镜，其凸表面朝向物体侧的透镜来设计的，这样可减少该透镜系统的总长度。还通过使第二透镜朝向物体侧的透镜表面是凹的，这样可延伸出射孔的位置，从而可防止隐蔽。而且，由于在这透镜表面中使用无拐点的非球面形状，所以可把由于透镜加工误差或组件误差所引起的分辨率损失减到最小。因此，通过本发明，可获得适于生产并适应几百万象素极高分辨率的、具有少量组分透镜元件的、小型紧凑的成像透镜。
Claims (10)
1.一种成像透镜，包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜从物体侧开始依次配置，其中
所述第一透镜是具有正光焦度的凹凸透镜，其凸表面朝向所述物体侧，
所述第二透镜是具有负光焦度的凹凸透镜，其凹表面朝向所述物体侧，
所述第三透镜是具有正或负光焦度的透镜；
与所述第二和第三透镜相比，所述第一透镜具有强的光焦度；
在所述第一、第二和第三透镜之中，至少第二和第三透镜的两侧是非球面的，以及
所述第三透镜的非球面具有一点或多点拐点。
2.如权利要求1所述的成像透镜，其特征在于，所述第一透镜的至少一个透镜表面是非球面的。
3.如权利要求1或2所述的成像透镜，其特征在于，当所述成像透镜的总焦距是f并且所述第一透镜的焦距是f1时，则满足下列条件：
0.5＜f1/f＜1.5。
4.如权利要求1或2所述的成像透镜，其特征在于，当所述成像透镜的总焦距是f并且从所述第一透镜在物体侧的入射表面到成像表面的距离是∑d时，则满足下列条件；
0.5＜∑d/f＜1.5。
5.如权利要求1或2所述的成像透镜，其特征在于，当所述第二透镜的色散系数是vd2时，则满足下列条件：
50＞vd2。
6.如权利要求1或2所述的成像透镜，其特征在于，所述成像透镜中主光线的最大出射角是30°或更小。
7.如权利要求1或2所述的成像透镜，其特征在于，所述第三透镜在图像侧具有其透镜表面的周边部分，所述周边部分向着图像表面是凸的；并且
所述第三透镜具有提供一点或多点拐点的第一和第二透镜表面。
8.如权利要求2所述的成像透镜，其特征在于，当所述成像透镜的总焦距是f，所述第一透镜的焦距是f1，并且从所述第一透镜在物体侧的入射表面到成像表面的距离是∑d，并且所述第二透镜的色散系数是vd2时，满足下列条件：
0.5＜f1/f＜1.5
0.5＜∑d/f＜1.5
50＞vd2。
9.如权利要求8所述的成像透镜，其特征在于，所述成像透镜中主光线的最大出射角是30°或更小。
10.如权利要求8或9所述的成像透镜，其特征在于，所述第三透镜在图像侧具有其透镜表面的周边部分，所述周边部分向着图像表面是凸的，并且
所述第三透镜具有提供一点或多点拐点的第一和第二透镜表面。
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