經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（丨） 本發明係關於一種目鏡糸統•具有一大像角（a n g u丨a r aperture)，用M將一景像縮小成像在一影像平面内，自 其目標側面観察時，該糸統連纊包括： -—第一透鏡元件，該元件具有一第一及一第二凸面折射 表面， -一第二透鏡元件*該元件具有一第三凸面折射表面及一 第四折射表面， -一第三透鏡元件，該元件具有一第五折射表面及一第六 折射表面。 、· 本發明亦係闞於設有此種目鏡糸統之一種影像拾取装置 Ο 美國專利權第5, 251，073號中亦說明有此種目鏡糸统， 但此種目鏡糸統卻具有一極大像角•其範圍在125 °與 150° 之間，並且可予Μ用在一 CCD攝影機中。此種糸統 均為焦點後移型式 > 此種型式亦稱為倒像遠攝鏡頭型式， 這就是說在影像側面處它具有一較大前方焦距。該已知目 鏡系統具有一光圈數（F number)為F/2.0並包括至少四個 好是6 .個的玻璃透鏡元件。在此種已知糸統中，第一 與第二透鏡元件之間的入口光瞳位置則在空氣中。 太發明的目鏡系統旨在供大量懕用Μ及供與例如一電子 影像感測器或CC!)感測器姐合之用，該感測器具有一項例 如4公匣之感光表面對角線。如係此種目鏡糸統為成本足 夠低廉，才可將此種姐合採用在一可視電話内之一監測攝 影機中或者採用在闞連耦合至其他此類工作站之一個人電 腦工作站之一攝影機中，因而，可將圖像資料與實際資料 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X 297公釐） n ίκ 11 i —^n —HI— - - I ft., i - - m^1 - I - t I 一oiI— : I I tl^^i _ ' /! (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 297100 Α7 Β7 五、發明説明（>) 一起自一站傳至另一站。可取得等資料的方法為掃描〜文 件，亦稱為位元映像。就此類懕用言，該目鏡糸统懕具有 —項2X35°或更大等级的視野* —項例如3公厘的焦蹈， 視就其對角線為2公厘之一 CCD影像感測器言之影像感測 器表面而定* K及一項例如為卩/2.5之圈數（F number^ » 俾甚至K低光位準拾取足夠品質的景像。根據美國專利_ 第5,251，073號所述的設計則無法製造此種目鏡糸統，0 為，那麽作的話成本將會太高。而且，此種糸統所擁有的 解像能力太弱及表現的像差和如光太多，該項後者效應在 該位元映像時尤其麻煩° 太發明之目的乃在提供一種尤其是用於該種懕用的目鏡 糸統，此種糸統價格低廉且小巧玲瓏，具有一項令人滿意 的彩色校正及很少散光和變形’ Μ及—種令人滿意的解像 能力。此種目鏡糸统之特徵為其第六折射表面為凹面，其 透鏡糸統之光瞳圼現在第四折射表面的區域處或其具正郯 近，以R第一第三透鏡元件均係用具有一項第一折射係數 之囿一種第一材料予Κ製造的，與其第二透鏡元件則係用 具有一種第二材料所製造，該第二材料所具有之一項第二 析射係數則與第一折射係數不同。 在與入射在第一透鏡表面上的光束之入射角相比時，才 會便第四表面之區域處的成像波束之入射角減小很多，該 等入射角係由第—及第二透鏡元件決定的。由於具有第二 折射係數之第二透鏡元件的過渡至具有第一折射係數之第 三透鏡元件的情況圼現在光瞳位置處•且該項過渡對縱向 釤色誤差具有一種校正作用，故就該成像光束之全部入射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x797公嫠） f靖先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -I 丨^· — 經濟部中央標準局男工消费合作社印裝 經濟部中央標準局員工消费今作社印製 Μ Β7 五、發明説明（3) 角言*均係滿意地校正此種誤差。但在根據美國專利權第 5,251,073號的目鏡糸統中卻並未實現此種有效校正，其 中該項光瞳均未圼現在一校正元件的位置處或其很近的地 方。應知該項縱向彩色誤差的意義係指其影像平面的位置 乃係視該光束或光束成分的彩色或波長而定而言。 藉利用具有第二折射係數之一粗厚第二透鏡元件時，才 會校正具有第一折射係數之第一透鏡元件的横向彩色誤差 。須知該項横向彩色誤差*其意義係指該目鏡糸統之彩色 或視波表而定的放大而言。 該等第一與第三透鏡元件可藉一狹小空氣間隙予以相互 分離。可是*從一種製造技術觀點及就穩定性言為實施中 較佳者之該目鏡糸統之一具體實例，其特徵為其第四及第 五析射表面均具有同一曲度並係予Μ结合在一起的。 並係採用一種结合材料，其折射係數的範圍乃係在稍大 於第一及第二折射係數中之最小者的一數值與稍大於該兩 折射係數中之最大者的一數值之間。 此項具體實例之另外特徴最好為它會滿足下列條件： 0.20! - < 0.60 Κ… 其中L為第二與第三透鏡元件之缌成的正焦度（focal Dower) Μ及為該透鏡系統的總焦度。 具有一項滿意品質之該目鏡糸统之一廉價具體實例，其 特徽為該等透鏑元件完全用一棰人造材料製造。 由於全部透鏡元件均由一種透明人造材料製成，故該目 -6 - 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格(210X297公釐） I I— I 衣 _ 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本萸) A7 B7 五、發明説明（7) 鏡糸统得以成本低廉’而.它仍具有該等應用所需要的成像 品質。而且，用此種人造材料所製造的透鏡元件可易於予 以設有非球形表面，其方法為利用非球面輪廊棋具來製造 該等透鏡元件。 所應注意的是，自日本專利權申請萘第4_1 07407號的摘 要說明本來就知道用在一 CCD攝影機中並係由人造材料元 件構成的一種目鏡糸統。但是，此種糸統卻只包括兩涸透 錡元件，一個負凹凸透鏡及一個雙凸面透鏡，其中該凹凸 __則沒有一非球形表面。該摘要說明也未說明該等透鏡 兀件的材料是不同的。此種目鏡系统的品質不僅在視野方 面而且在軸線方面均無法匹配根據本發明之目鏡糸统的品 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) HI li^I - - 1^1 H^I - -1 nn - - I In . - . I -n . - 0¾ 經濟部中央樣準局員工消贫合作杜印製 特製其好 及 面 面，面校 其酯，良 四 球 球言表地 * 酸明種 第 非 為而形意 例稀證 一 其 為 狀面球滿 實丙經有 ， 面 形表非可 體基已具 察 表 本 I 該它 具甲踐為 観 鏡 基之於故 佳基莨均 的 透 其度由， 較甲。料 面 四 指程。近 一 聚造材 側 第 係微差附 之用製等 檷 其 乃輕像或 統係酯此 目 為 義種面處 糸均酸的 自 好 意 一球置 鏡件碳58來 最 的達的位 目文聚1.據。徵 面差狀瞳 之鏡用及 根面特 表偏形光 件透件49，凸外 鏡有本之 元三元1.。 中為另 透具基統 料第鏡為料例均之 形卻之糸 材及透別材賓面统 球狀鏡鏡 Η 1 二分的賴表糸 非形透透 人第第數質具鏡鏡 一際該該 用其及係品此透目 知實正在 採為 Κ射學在五該 應其校現 徴造折光 第 。 佴俾出 訂 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS〉A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 Μ Β7 五、發明説明（f) · 正該成像光束之全部人射角。由於其第四表面亦係確保縱 向彩色誤差的校正，如此一來，此一表面才會具有該相關 透鏡：系統中的雙重校正功能。 如係該目鏡糸統之另外特徵為其第一及第二透鏡表面中 之至少一個表面為非球面•此種糸统才是令人滿意地毫無 變形。 藉亦對第六折射表面提供一非球形表面時，才會獲得一 種具有一大光圈數（F number)之等級為F/25並具有夠小球 面像差的目鏡糸統。 ： 本發明亦係關於一種設有一目鏡糸统及一光電影像感測 器的影像拾取装置，用Μ將該目鏡糸統所成形的影像變換 成一電子影像信號。此種影像拾取装置之特徵為該目鏡系 统為一種根據本文前此所說明的糸统。 如係此種影像拾取装置之另外特徵為該影像感測器為一 C CD感測器，才可以此種精巧而價廉的方法實施此種装置 。 該等被簡寫為PMMA及PC的人造材料所具有之過度番敏 度均大於玻璃。為使此種過度敏感的效應K及容納該等透 鏡元件的保特器對供應影像信號的影饗減至最小計，該影 像拾取装置之另外特徴可為該感測器設有一配件，用以容 納一透鏡保持器，被固定在該保持器中者為該目鏡糸統的 透鏡元件，K及該項配件之熱膨脹係數大於該保持器的熱 陈賬係數。 本發明之該等及其他特色，自下文所說明之具體霣例而 言*將為顯而易見並係參照該等具體實例予K說明的。 在該W圖式中·· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -- — I f^ilv -- _ - n - iti I -1 !· 一 1 >- - - I - ri» ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消t合作社印製 A7 B7 五、發明説明（汝） : 圖1為根據本發明之目鏡糸統之一具體寅例。 圖2a及2b表示此種糸统之調變轉移曲線及一像差曲線。 圖3表示容納在一保持器中之此種糸统。 圖4表示一種設有此一目鏡系統之影像拾取裝置。 K横斷面表示在圖1中的目鏡糸铳包括一第一透鏡元件 ，一第二透鏡元件U及一第三透鏡元件L3。所要成像的 哥象係在圖1的左逷處Μ及影像平面10係在右逷處。第一 透鏡元件具有一凹凸透鏡的形狀*該凹凸透鏡具有一稍為 鼙曲的出口表面2 。此一元件確保沿著光軸00'進入之一 光束部分b。成為發散的，以及以一較大角α進入之一周邊 光束部分b t則係Κ此種方法被偏向，因而•使它延伸為更 平行於光軸而赛為發散的。透鏡元件U擁有具備此種曲度 半徑之一入口表面3 ，因而，使它具有一種瞄準效應，俾 可將全部光束部分均被结合在出口表面4上，該表面所具 有之直徑及曲度半徑均小於出口表面3 。透鏡元件12之出 口表面4兩邊處之表面部分5均可為平面。出口表面4本 身具有一種發散作用，該發散作用乃係藉第三透鏡元件予 K過補償的.，俾使該等光束部分及bi均被集焦在影像 平面10之位點a及b處。Μ 0°與之間的角度人射在光 軸00’下面的所有光束部分均被集焦在位於位點a與b之 間的位點處。Μ —角度-α 人射在該光軸周圍的周通光束 部分則被集焦在該影像平面内之一位點C處，該位點Κ位 點b為準是對稱的。Μ 0 °與-rr a之間的角度入射在該光 蚰上面光束部分均被集焦在該位點c與位點a之間的位點處 。該第三透鏡元件具有一入口表面6及一相反彎曲出口表 本紙張尺度適用中國國家櫟準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
’1T 線 第84 10 2677號專利由請案 中文説明書佟ΓΕ頁< δ 5年8月） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ ) 1 1 J 面 7 0 罸奸是將元件L2之表面4與元件L3之表面6接合起來 1 j 1 0 但 是 ，該等表面亦可？ 皮- -狭小空氣間隙分離起來 1 在 圖 1 中 $ 該 等 參 考 Hi 及 .均 係 表 示該 百 鏡 糸 统 的 主 要 請 1 閏 | 平 面 ) F? 表 示 影 像 焦 點 及 P 表 示 出 □ 光瞳 0 為 達 成 完 整 巨 讀 背 的 計 t 亦 表 7K 有 一 玻 璃 片 1 1 > 可 將 此 玻瑀 片 安 敢 在 一 感 渕 δ 之 1 注 1 器 的 前 面 並 於 設 計 該 巨 鏡 系 统 時 應 將 此舉 列 入 考 慮 0 意 事 1 最 好 是 將 該 等 透 鏡 元 件 材 料 的 折 射 係數 » 該 等 元 件 的 曲 項 再 1 填 1 度 Η 及 m 等 表 面 之 間 的 距 離 予 以 選 擇 為如 此 方 式 因 而 寫 本 裝 就 焦 度 言 > 可 適 用 下 式 頁 V_^ 1 I K. 1 1 0 . 20 V ^ 0 .60 1 1 I 式 中 K ♦ 為 元 件 L 2 Λ ΐ 〇 t: 及元件L 3的缌成之正焦度 Μ 及 Kt o t 為 1 訂 1 該 g 鏡 系 統 的 澳 焦 度 0 1 | 為 能 使 該 § 鏡 系 统 之 成 本 保 持 儘 可 能低 廉 計 該 等 透 鏡 I 1 元 件 Μ 好 是 用 — 穐 人 工 材 料 製 造 0 第 -及 第 二 透 鏡 元 件 均 I 用 最 好 為 聚 甲 基 甲 基 丙 烯 酸 m (Ρ Μ Μ Μ及其祈射係數 1 線 η 1 =1 .49 的 相 同 透 明 人 造 材 料 製 造 1 而第 二 透 鏡 元 件 則 用 1 I 例 如 其 祈 射 係 數 N2 =1 • 58 的 聚 碳 酸 酯 (PC)等具有 — 不 同 折 1 1 射 m m 的 一 種 不 同 人 工 材 料 製 造 0 採 用此 種 選 擇 的 人 工 材 1 1 料 時 > 表 面 4 為 凹 面 及 表 面 6 為 凸 面 ，（如 圖 1 中 所 示 0 採 1 1 用 人 工 材 料 的 —* 不 同 選 擇 時 > 表 面 4 可能 成 凸 面 且 表 面 6 1 1 可 能 成 凹 面 0 不用ΡΗΜΑ時 t 可 採 用 另 一種 類 U 聚 合 η Κ 及 1 1 不 用 PC時 1 例 如 » 可 使 用 茏 乙 烯 或 CA -39 材 料 0 該 第 二 透 1 I 镜 元 件 為 一 粗 厚 元 件 > 亦 即 » 其 長 度 β大 於 其 第 — 透 鏡 表 1 面 3 1 1 | 44X 1 1 本紙伕尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐） 「 條正 A7 ift年杉如：… B7 Jl 經濟部中央標準局—工消費合作社印製 2S7100 A7 —_B7__五、發明説明（y) 的直徑m很多。採用例如P C的此種元件時 > 才可校正例如 PMMA的負向前方元件1^的横向彩色誤差。而且，堪係在透 鏡元件U之折射表面4與透鏡元件L3之折射表面6之間的 過渡處，因而，在一内部折射表面處，才會校正縱向彩色 誤差。 此一内部折射表面均係呈現在該目鏡系统之光瞳内或鄰 近，因而，圼現在一處該等不同光束部分的軸線Μ微小角 度伸至該条统之光軸00’時的位置處*因而，對此等光束 部分的此種校正均同樣令人滿意。 表面4最好是非球面，因而，在該光瞳的位置處才亦可 校正非球面像差*就全部光束部分言•該項校正仍然大致 相同。因此，表面4才會具有一種雙重校正效應。一非球 形表面之特徵可為： Ζ= Σ Α2Ι · Y21 式中Υ為該非球形表面上之一點與該透鏡元件之光軸之間 的距離，Ζ為此點之光軸上的凸起部分與該光軸與該非球 形表面的定點之間的距離Μ及Α 2 ,為非球形係數。 藉對表面_2或表面1提供一非球面形狀時，可將該目鏡 糸統的變形保持夠小。藉亦對表面7提供一非球面形狀時 ，甚至能更佳校正該糸統之球面像差，因而，亦F 2 . 5的較 大光圈數言*該系统才會充分地設有球面像差。 就根據圖1並具有三個非球形表面之目鏡糸統的具體實 例言，其中透鏡元件U及L2用PMMA製造及透鏡元件U用 PC製造時，自目榑方面所計算之下列數值均適用於軸向表 面曲度Ca，該等表面之間的軸向距離d K及折射係數η: -11 - ； ^ —种衣 訂 Ί , . : 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） B7 五、發明説明（ c (mm'1) d(mm) 0.03078 L, 1.5 1.49 0.33483 5.346 0.17400 10.055 1.58 4/6 0.49336 3.2118 1.49 -0.46157 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 而表面2,4及7之非球面係數A2 ,則等於： 1. A2 = 0.167446.10° A, = 0.410699. ΐσ2 Α4 = -0.361459.10·3 As = 0.33293 UO4 Α,〇 = -0.942326.10^ 4. Α2 = 0.246681.10° Α4 = 0.163018.10° = -0283456.1CT1 Α» = 0.332336. ΙΟ·1 -12 - --^------- 裝------訂----：1!_ 線 >( (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 ________B7五、發明説明（/ 〇 ) 經濟部中夬榡準局員工消費合作社印製 7· Α2 = -0.230787.10° A4 = -0.904503. ΙΟ'2 = 0.433596. l〇·2 As = -0.444410.10-2 Aio = -0.841075.10'3 如係將其厚度為0.1 9公厘及折射係數為1.51之一玻璃片 11配置在透鏡表面7與影像平面10之間*則其影像場位於 相距此透鏡表面5.3132公厘的距雠處。 就一種每公厘44條線的结構言，此種目鏡糸统所具有的 焦距為3公厘，其影像對角線為4.0 2公厘*其光圈數為 F2.5，其視域為2X38° ，K及其解像能力為大於50¾。在 50 0與90〇ηιη之間的波長頻帶内才會將該糸統就彩色予K滿 意校正。 圖2 Μ線圖方式表示根據本發明之一種影像拾取装置之 一具鵂實例，該種裝置包括上述目鏡糸統以及最好為一 CCD感測器.形式之一影像感測器作為其基本元件。 該目鏡糸統所具有之總焦度1^。— 0.333 mm-1， 透鏡元 件U的焦度Κ為0.16 mm-1以及透鏡元件U* U之缌成的 焦度 K*為 0.13 mra-1。 阃2 a則將該目鏡系統之此一具體實例的調獎轉移功能 (MTF )表示為空間頻率S P (以每公厘線數表示）的函數，而 圖2b則將該MTF表示為就每公厘12 . 5條線之一空間頻率言 至該光軸之距離AS的函數。看來其散光備是微小而已从及 -13 - ----------1裝------訂----_— 線 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局肩工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（（丨） 就每公厘40條線之一空間頻率言其MTF為5〇»： ° 萁際上，根據圖3中的表示*係將該等獨立透鏡元件容 购在~共同保持器20中。 就該等透鏡元件Li* L2及“言所最好採用人工材料所具 有的熱膨脹係數大於玻瑀。而且，它們的折射係數均為視 溫度而定。因此*當周圍溫度改變時’該目鏡糸统的光學 特性亦可能改變，因而，使該景象的成像脫離影像感測器 上的焦點。為防止此種情況計，可對透鏡保持器20選擇一 種具有此一熱膨脹係數的材料 俾便此種目鏡糸統之等值 瞭脹係數等於出現在該目鏡糸統之兩個外部元件的保持器 上之固定部分21，22之間的保持器材料的膨脹係數，以使 此種糸統之光學特性變化為溫度的函數並係由下列情況所 決定的： -透鏡元件材料的膨脹係數， -該等材料的折射係數从及其阐著溫度的變化，與 -該等透鏡元件的尺寸。 此患提供該目鏡糸統本身中之溫度變化補償。就此種溫 度補償之原理及進一步之詳细說明，則應參照美國專利權 第4,8 5 5,987號，其中所說明的為一溫度補償輻射源罝元 及一光學掃描單元。 圖4 Μ線圖方式表示根撺本發明之一種影像拾取裝置之 一具鸦實例，該裝置包括上述目鏡糸統Κ及最好為一 CCD 感測器形式之一影像 >感測器30作為其基本元件。此棰慼測 器被配置在一保持器3 1上。為能校正溫度麥化計’可將一 襯奔32固定至保持器31作為關於圖3補償之一種爱換選擇 **14- . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ^'种衣 訂1 1 t·線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 297100 Α7 Β7 五、發明説明（π) 。將此襯套κ位點33處連接至一内部襯套34*在該襯套内 則配置有該等透耪糸統U，L 2，L 3。襯套3 2的熱膨脹係數 〇t 1大於襯套33的熱膨脹係歟c<2。如係襯套32的長度為 W及襯套34的長度為U，那麽，該目鏡糸統Μ感測器30為 進的補償ΔΖ才會發生在一溫度變化ΔΤ處，此種補償均係 藉下式提供。 ΔΖ=(1ισ ^ - ] ζ <χ ζ) Δ Ί 此種補償能校正該目鏡糸統因溫度赛化ΔΤ而發生的焦點 镉差。 I,--^-------裝------訂----r ' I 0 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印装 -15 - 本紙依尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐）