光学透镜系统与成像系统技术方案

一种光学透镜系统与成像系统，该光学透镜系统按照从处于物体侧的端部到处于成像侧的端部的顺序包括：具有正屈光力的第一透镜、具有正屈光力的第二透镜、具有正屈光力的第三透镜、以及具有负屈光力的第四透镜。第二透镜与第三透镜被设计为弯月形透镜，第二透镜的位于物体侧的表面是凸面的，第三透镜的位于物体侧的表面是凹面的，第二透镜的位于物体侧的表面的曲率半径L2R1与第三透镜的位于成像侧的表面的曲率半径L3R2满足条件‑1.4<L2R1/L3R2<‑0.7，第二透镜的位于成像侧的表面的曲率半径L2R2与第三透镜的位于物体侧的表面的曲率半径L3R1满足条件‑1.8<L2R2/L3R1<‑1.0。本发明专利技术还涉及一种具有图像传感器的成像系统，具有按行及按列排列的多个光敏元件并且具有这种光学透镜系统。

Optical lens system and imaging system

An optical lens system and an imaging system, the optical lens system comprises a first lens with a positive bending force, a second lens with a positive bending force, a third lens with a positive bending force, and a fourth lens with a negative bending force in the order from the end of the object side to the end of the imaging side. The second lens and the third lens are designed as the meniscus lens, the surface of the second lens on the object side is convex, the surface of the third lens on the object side is concave, the curvature radius of the second lens on the object side l2r1 and the curvature radius of the third lens on the imaging side l3r2 meet the conditions of \u2011 1.4 & lt; l2r1 / l3r2 & lt; \u2011 0.7, and the second lens is located on the object side The radius of curvature l2r2 of the surface on the imaging side and l3r1 of the surface on the object side of the third lens meet the conditions of \u2011 1.8 & lt; l2r2 / l3r1 & lt; \u2011 1.0. The invention also relates to an imaging system with an image sensor, which has a plurality of photosensitive elements arranged in rows and columns and has the optical lens system.

【技术实现步骤摘要】
光学透镜系统与成像系统
本专利技术涉及一种用于照相机的光学透镜系统。
技术介绍
技术发展的结果是诸如手机(特别是所谓的智能手机)或便携式电脑(特别是所谓的平板电脑)之类的移动设备通常配备有照相机或甚至配备有多个照相机。使得图像传感器也越来越小的日趋小型化需要也具有紧凑设计的透镜系统或物镜。上述移动设备的创新设备特征是配备有3D成像系统，使得可以生成三维图像，即除了横向图像信息之外还包括深度信息的图像。用于生成三维图像的方法包括使用具有上游物镜的3D图像传感器或者生成场景深度图像的透镜系统，其中使用飞行时间(TOF)处理来获取深度信息。这种3D图像传感器也叫TOF传感器。TOF传感器的示例是光子混合检测器，也称为PMD传感器(PMD＝光子混合设备，photonicmixingdevice)。为了获取深度信息，要记录的场景由其波长通常在红外范围内的光脉冲照射，并且该光脉冲的与深度相关的飞行时间由3D图像传感器以空间分辨率确定。为了生成多色3D图像，可以将由2D图像传感器(特别是高分辨率2D图像传感器)生成的场景的多色2D图像与由3D图像传感器生成的相关3D图像相互比照使用。布置在图像传感器上游的物镜或透镜系统必须具有高的透镜速度，并且同时具有用于高质量三维成像系统的大景深，另外，其中设计应尽可能的紧凑。然而，高透镜速度与高景深代表了对这种目标的矛盾要求。因此，传统的透镜系统或物镜通常具有相对较低的透镜速度以满足对大景深的要求。具有更高透镜速度的透镜系统包括四个以上透镜，因此不能满足尽可能紧凑的设计要求。从US7,274,518B1和US2010/0309367A1中已知具有四个透镜的透镜系统，其中，从物体侧这一端到成像侧这一端以下述顺序设有：具有正屈光力的第一透镜、具有负屈光力的第二透镜、具有正屈光力的第三透镜、以及具有负屈光力的第四透镜。从文献US2014/0184880A1中得知一种具有四个透镜的透镜系统，其中前三个透镜具有正屈光力，第四个透镜具有负屈光力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种同时具有高透镜速度、高景深以及紧凑设计的透镜系统。通过具有权利要求1中的特征的光学透镜系统解决该问题。准确地，根据本专利技术的用于照相机的光学透镜系统包括四个透镜，其中，按照从处于物体侧的端部到处于成像侧的端部的顺序设有：具有正屈光力的第一透镜、具有正屈光力的第二透镜、具有正屈光力的第三透镜、以及具有负屈光力的第四透镜，其中第二透镜与第三透镜各自被设计为弯月形透镜，其中第二透镜的位于物体侧的表面是凸面的，第三透镜的位于物体侧的表面是凹面的，以及其中，第二透镜的位于物体侧的表面的曲率半径L2R1与第三透镜的位于成像侧的表面的曲率半径L3R2满足条件-1.4<L2R1/L3R2<-0.7，特别是-1.2<L2R1/L3R2<-0.8，并且，第二透镜的位于成像侧的表面的曲率半径L2R2与第三透镜的位于物体侧的表面的曲率半径L3R1满足条件-1.8<L2R2/L3R1<-1.0，特别是-1.6<L2R2/L3R1<-1.2。有利地，透镜以下述顺序沿着光轴放置：该顺序与光沿着透镜系统的从透镜系统的物体侧到成像侧的光路的传播方向有关。限制光束的孔径光阑可被布置在第一透镜的区域中，其中孔径光阑能够位于第一透镜的焦平面内或位于该焦平面的前方。此外，平行平面板可被布置在第四透镜后方，其中平行平面板能够被配置为带阻滤波器。该带阻滤波器的特性可被配置为低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器，该带阻滤波器尤其能够透过红外光并阻挡可见光。弯月形透镜被理解为其一个表面凸出地弯曲而另一个表面凹入地弯曲的透镜。有利地，至少在介于800到1000nm之间的波长范围内，每个透镜的折射率高于1.6。透镜可以由光学玻璃或塑料制成，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯，聚苯乙烯，环烯烃(共)聚合物或其它合适的塑料。与具有较低折射率的透镜材料相比，对透镜使用高折射率材料在透镜表面上产生了更小的入射角，由此可减小像差。与根据现有技术的透镜系统(其中交替地具有正屈光力和负屈光力的透镜通常被布置在彼此后方)不同，根据本专利技术的透镜系统具有高透镜速度，同时具有极其紧凑的设计。根据本专利技术的透镜系统中，只有第四透镜具有负屈光力，以尤其能够修正像场弯曲与畸变。与双凸透镜相比，使用至少为第二透镜和第三透镜的弯月形透镜作为正屈光力的载体降低了对制造公差的敏感性，特别是在表面公差或诸如为倾斜公差或对中公差的调节公差方面。因此，还能够以高质量和可再生产的质量通过合理的努力来制造根据本专利技术的具有小的f制光圈和紧凑的尺寸的透镜系统。由于第二透镜的位于物体侧的表面的曲率半径L2R1与第三透镜的位于成像侧的表面的曲率半径L3R2的所述条件，第二透镜与第三透镜共同形成近似对称的“空气透镜”，由此使得能够对诸如为彗形像差和畸变的非对称人工因素进行修正。由于第二透镜的位于成像侧的表面的曲率半径L2R2与第三透镜的位于物体侧的表面的曲率半径L3R1的所述条件，第二透镜与第三透镜的相互面对的表面同样地仍然具有一定的对称性，然而，由于不对称的光路，这里对称性被稍微弱化。根据本专利技术的透镜系统特别适用于窄带光，特别是单色光，尤其是红外光。在这方面，可以省去对色差的修正，这通常需要使用不同的透镜材料以及具有负屈光力的透镜。因此，根据本专利技术的透镜系统或物镜特别适合与3D图像传感器一起使用，特别是与3DTOF图像传感器一起使用。根据本专利技术的有利实施例，每个透镜具有至少一个非球面弯曲表面。每个透镜的两个表面优选地是非球面弯曲的。至少一个透镜表面的非球面曲率支持本专利技术的使透镜速度、景深范围以及紧凑性最大化的目的。根据本专利技术特别有利的实施例，透镜系统具有球面像差，该球面像差的大小被设置成使得它们至少部分地补偿由透镜系统产生的物体的图像的散焦引起的模糊。因此，与传统的透镜系统不同，球面像差至少未被完全修正，而是以有针对性的方式被引入，使得可以通过这些球面像差来补偿模糊，这是由于场景在宽的深度区域上延伸，并因此所记录的场景的一部分不在透镜系统的焦深中。因此，在透镜系统的成像侧的这种被称作散焦的像差是在透镜系统的物体侧的不同物距的结果，并且对于在3D成像系统的所述应用场合中具有大的深度区域的物体来说尤其难以避免。通常，目标是预定的物距区域(例如可以是从无限远延伸至1米，优选地延伸至0.5米，特别优选地延伸至0.25米)可以以可接受的图像清晰度成像。所述局部补偿尤其被理解为使得物点在成像侧的弥散圆的半径不大于12微米，该弥散圆的半径尤其是轴向的，即位于光轴上并且位于上述物距区域内。成像侧的弥散圆的半径尤其应与本文相关联地被理解为根据RMS(＝均方根，rootmeansquare)的方法确定的半径，即RMS光斑半径。RMS光斑半径通常小于以几何方式确定的弥散圆的半径，该弥散圆可以包括从物点发出的所有光线，即也包括位于外部极远处的光线。因此，其物点位于预定的物距区域内的物体或场景可以借助于透镜系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于照相机的光学透镜系统，包括四个透镜(L1，L2，L3，L4)，其中，按照从处于物体侧的端部到处于成像侧的端部的顺序设有：具有正屈光力的第一透镜(L1)、具有正屈光力的第二透镜(L2)、具有正屈光力的第三透镜(L3)、以及具有负屈光力的第四透镜(L4)，其中所述第二透镜与所述第三透镜(L2，L3)各自被设计为弯月形透镜，其中所述第二透镜(L2)的位于物体侧的表面(F21)是凸面的，所述第三透镜(L3)的位于物体侧的表面(F31)是凹面的，以及其中，所述第二透镜(L2)的位于物体侧的表面(F21)的曲率半径L2R1与所述第三透镜(L3)的位于成像侧的表面(F32)的曲率半径L3R2满足条件-1.4<L2R1/L3R2<-0.7，并且，所述第二透镜(L2)的位于成像侧的表面(F22)的曲率半径L2R2与所述第三透镜(L3)的位于物体侧的表面(F31)的曲率半径L3R1满足条件-1.8<L2R2/L3R1<-1.0。/n

【技术特征摘要】
20180515 DE 102018111669.11.一种用于照相机的光学透镜系统，包括四个透镜(L1，L2，L3，L4)，其中，按照从处于物体侧的端部到处于成像侧的端部的顺序设有：具有正屈光力的第一透镜(L1)、具有正屈光力的第二透镜(L2)、具有正屈光力的第三透镜(L3)、以及具有负屈光力的第四透镜(L4)，其中所述第二透镜与所述第三透镜(L2，L3)各自被设计为弯月形透镜，其中所述第二透镜(L2)的位于物体侧的表面(F21)是凸面的，所述第三透镜(L3)的位于物体侧的表面(F31)是凹面的，以及其中，所述第二透镜(L2)的位于物体侧的表面(F21)的曲率半径L2R1与所述第三透镜(L3)的位于成像侧的表面(F32)的曲率半径L3R2满足条件-1.4<L2R1/L3R2<-0.7，并且，所述第二透镜(L2)的位于成像侧的表面(F22)的曲率半径L2R2与所述第三透镜(L3)的位于物体侧的表面(F31)的曲率半径L3R1满足条件-1.8<L2R2/L3R1<-1.0。


2.根据权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，每个透镜(L1-L4)具有至少一个非球面弯曲的表面(F11-F42)。


3.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)被构造为弯月形透镜。


4.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第二透镜(L2)的屈光力大于所述第一透镜与所述第三透镜(L1，L3)的屈光力。


5.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)的屈光力小于所述第二透镜与所述第三透镜(L2，L3)的屈光力。


6.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)的焦距f1与所述透镜系统的总焦距f满足条件4.0<f1/f<6.5。


7.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第二透镜(L2)的焦距f2与所述透镜系统的总焦距f满足条件1.0<f2/f<2.0。


8.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第三透镜(L3)的焦距f3与所述透镜系统的总焦距f满足条件2.0<f3/f<3.5。


9.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第四透镜(L4)的焦距f4与所述透镜系统的总焦距f满足条件-12.0<f4/f<-6.0。


10.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜(L2，L3)的共同焦距f23与所述透镜系统的总焦距f满足条件0.9<f23/f<1.3。


11.根据前述权利要求中任一项所述的透镜系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·德绍尔，阿希姆·齐克尔，雅各布·布莱谢尔，斯蒂芬·阿尔布雷希特，
申请(专利权)人：徕卡相机股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE