取像透镜系统技术方案

一种用于在固态图像传感器上形成图像的取像透镜系统，从其物方一侧起包括：孔径光阑，具有正的光焦度并向物方一侧凸起的第一透镜元件，具有正的光焦度并些像方一侧凸起的第二透镜元件，以及具有负的光焦度并面向像方一侧凹陷的第三透镜元件。或者，用于在固态图像传感器上形成图像的取像透镜系统具有：孔径光阑，具有正的光焦度、半月形且向物方一侧凸起的第一透镜元件，具有正的光焦度的第二透镜元件，以及具有负的光焦度的第三透镜元件。另外，在任一情况下，该取像透镜系统满足规定的条件公式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及取像透镜系统，尤其涉及高性能且小巧的取像透镜系统，适用于用固态成像传感器来捕获物体图像的数字输入设备(比如，数码相机或数字摄像机)。
技术介绍
近年来，随着个人计算机等的普及，允许图像数据轻松进入数字设备中的数码相机和数字摄像机(下文中统称为数字相机)在一般用户群中已越来越普及。将来可预计这种数码相机作为图像数据输入设备会变得更普及。像CCD(电荷耦合器件)这种用在数码相机中的固态图像传感器已经制作得越来越小，因此在数码相机自身中寻求进一步的微型化。结果，在取像透镜系统中也急切地寻求微型化，因为取像透镜系统在数字输入设备中占据了最大的体积。使取像透镜系统更小的最简单的方法便是使固态图像传感器更小。不过，这包括使感光元件更小，因此使固态图像传感器更难以制造，另外在取像透镜系统中还要求更高的性能。另一方面，在使固态图像传感器的大小不变的同时使取像透镜系统更小将会不可避免地导致出射光瞳的位置离成像平面更近。当使出射光瞳的位置离成像平面更近时，从取像透镜系统中出射的轴外光线会斜入射到成像平面上。这使得不可能充分利用在固态图像传感器前提供的微透镜的聚光能力，其结果是所获得的图像在中心部分和其边缘部分之间显出了极不均匀的亮度。通过使取像透镜系统的出射光瞳位置离成像平面更远些，可避免上述这一点。此外，近年来，在激烈的价格竞争中，更低的价格也已经成为取像透镜系统中越来越需要寻求的。此外，近年来，随着在固态图像传感器中寻求不断增大的高密度，在取像透镜系统中已经在寻求越来越高的性能。为了满足这种要求，下面所列的专利出版物1到4提出了与固态图像传感器一起使用的取像透镜系统，这些取像透镜系统在其前面放置一个孔径光阑并由正、正和负三种透镜元件组成。专利出版物1US-2004-179275-A1专利出版物2JP-A-2004-226487专利出版物3JP-A-2004-252312专利出版物4JP-A-2004-309695然而，不利的是，上述专利出版物1到4中所提出的三透镜元件取像透镜系统的缺点在于，第一透镜元件的形状并不适宜并且第一和第二透镜元件的光焦度之间的关系并不适宜。结果，这些结构对与透镜光轴有关的制造误差极为敏感，因此很难制造出令人满意的外围性能。
技术实现思路
考虑到上述常规情况下所遇到的不方便，本专利技术的目的在于提供一种光学性能令人满意的低成本小巧型取像透镜系统，适合与固态图像传感器一起使用。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，从物方起依次为用于在固态图像传感器上形成图像的取像透镜系统提供了孔径光阑；具有正的光焦度并向物方一侧凸起的第一透镜元件；具有正的光焦度并向像方一侧凸起的第二透镜元件；以及具有负的光焦度并面对像方一侧凹陷的第三透镜元件。此处，满足下面的条件公式(1)和(2)1.3＜f1/f2＜3 (1)-4＜(r2+r3)/(r2-r3)＜-2(2)此处，f1 表示第一透镜元件的焦距；f2 表示第二透镜元件的焦距；r2 表示第一透镜元件的物方一侧表面的曲率半径；以及r3 表示第一透镜元件的像方一侧表面的曲率半径。根据本专利技术的另一个方面，从物方一侧起依次为用于在固态图像传感器上形成图像的取像透镜系统提供孔径光阑；具有正的光焦度、半月形且些物方一侧凸起的第一透镜元件；具有正的光焦度的第二透镜元件；以及具有负的光焦度的第三透镜元件。此处，满足上述的条件公式(1)和(2)。根据本专利技术，在取像透镜系统中，适当地设置第一透镜元件的形状以及第一和第二透镜元件的光焦度之间的关系。这使取像透镜系统对制造误差的灵敏度降低了，并由此使得很容易制造出其外围性能令人满意的取像透镜系统。由此，有可能实现其光学性能令人满意的低成本小巧型取像透镜系统，适合与固态图像传感器一起使用。通过在数字输入设备(比如，带摄像头的手机或数码相机)中使用根据本专利技术的取像透镜系统，有可能使数字输入设备性能高、功能多、成本低且小巧。附图说明图1是本专利技术的第一实施例(示例1)的透镜结构图；图2是本专利技术的第二实施例(示例2)的透镜结构图；图3A到3C是示例1的像差图；以及图4A到4C是示例2的像差图。具体实施例方式在下文中，将参照附图描述用于实施本专利技术的取像透镜系统。图1和2示出了本专利技术第一和第二实施例的透镜结构，像其光学部分中所观察到的那样。在这些实施例中，取像透镜系统是单焦距透镜系统，设计用于图像获取(例如，用在数码相机中)，即，用于在固态图像传感器(例如，CCD)上形成光学图像。从物方一侧起，取像透镜系统由孔径光阑ST和下面三种透镜元件组成第一透镜元件L1，具有正的光焦度并向物方一侧凸起；第二透镜元件L2，具有正的光焦度并向成像一侧凸起；以及第三透镜元件L3，具有负的光焦度并面向成像一侧凹陷。在成像一侧还放置一个玻璃滤光片GF，其形状为平面平行的片，并且这对应于光学低通滤光片等。在每种透镜结构图中(图1和2)，符号ri(i＝1、2、3……)表示从物方一侧数第i个表面(符号后面的星号*表示非球面)，并且符号di(i＝1、2、3……)表示从物方一侧数第i个轴向距离。现在，将更详细地描述各实施例的透镜结构。在第一和第二实施例中(图1和2)，第一到第三透镜元件L1到L3都是半月形透镜元件。具体来讲，第一透镜元件L1是正的透镜元件，其半月形是向物方一侧凸出的，第二透镜元件L2是正的透镜元件，其半月形是向像方一侧凸出的，并且第三透镜元件L3是负的透镜元件，其半月形是面向成像一侧凹陷的。这些三透镜元件的透镜表面都是非球面。在这些实施例中，三透镜元件(即正正负)结构是这样设计的，即给透镜元件合适的光焦度(此处，光焦度被定义为焦距的倒数)以及通过其它方式，以便在适合与固态图像传感器一起使用的取像透镜系统中实现所需的令人满意的光学性能的同时还能实现小巧和低成本。通过将任一实施例的取像透镜系统用作图像输入设备(比如，数码相机或带摄像头的手机)的取像透镜系统，有可能使图像输入设备性能高、功能多、成本低并且小巧。现在将描述为获得这些相互间具有适当平衡的益处并且也为实现另外的益处(比如，更高的静止光学性能)而应该实现的条件。首先，将描述应该由各实施例的取像透镜系统来满足的条件公式，即，应该由第一或第二实施例的取像透镜系统来满足的条件公式。不过，应该理解，下面所描述的所有的条件公式并不需要同时得到满足。即，单独满足适合于给定光学结构的那些条件公式中的任何一个可提供相应的益处和优点。从光学性能、小巧性、制造、装配和其它方面看，最好满足尽可能多的条件公式。条件公式可应用于从物方一侧起是孔径光阑和三透镜元件(即正正负)结构的取像透镜系统，并且较佳地可应用于这样一种取像透镜系统，从物方一侧起它包括孔径光阑和下面三种透镜元件具有正的光焦度且向物方一侧凸起的第一透镜元件；具有正的光焦度且向像方一侧凸起的第二透镜元件；以及具有负的光焦度且面向成像一侧凹陷的第三透镜元件。较佳的情况是第一透镜元件应该是正的透镜元件，其半月形向物方一侧凸起；第二透镜元件应该是正的透镜元件，其半月形向像方一侧凸起；并且第三透镜元件应该是负的透镜元件，其半月形面向成像一侧凹陷。最好满足下面的条件公式(1)。1.3＜f1/f2＜3 (1)此处，f1 表示第一透镜元件的焦距；并且f2 表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在固态图像传感器上形成图像的取像透镜系统，其特征在于，所述取像透镜系统从其物方一侧起包括：孔径光阑；第一透镜元件，具有正的光焦度并向物方一侧凸起；第二透镜元件，具有正的光焦度并向成像表面一侧凸起；第三 透镜元件，具有负的光焦度并面向成像表面一侧凹陷，并且下面的条件公式（１）和（２）要满足：１．３＜ｆ１／ｆ２＜３（１）－４＜（ｒ２＋ｒ３）／（ｒ２－ｒ３）＜－２（２）此处，ｆ１表示所述第一透镜元件的 焦距；ｆ２表示所述第二透镜元件的焦距；ｒ２表示所述第一透镜元件的物方一侧表面的曲率半径；以及ｒ３表示所述第一透镜元件的像方一侧表面的曲率半径。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：矶野雅史，
申请(专利权)人：柯尼卡美能达精密光学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]