用于电子成象系统的透镜技术方案

一种用于电子系统的透镜系统具有两个透镜。第一透镜（Ｓ１／Ｓ２）具有负的光焦度，而第二透镜（Ｓ４／Ｓ５）具有正的光焦度，它与第一透镜（Ｓ１／Ｓ２）相隔的距离至少是透镜系统的焦距的四分之一。在一个实施例（图３）中。第二透镜（Ｓ４／Ｓ５）是折射－衍射混合元件，在那种情形中，第一和第二透镜（Ｓ１／Ｓ２和Ｓ４／Ｓ５）都能够用丙烯酸组成；并且只具有球面和圆锥面。在其他的实施例（图１、２和４）中，第一透镜（Ｓ１／Ｓ２）具有比第二透镜（Ｓ４／Ｓ５或Ｓ５／Ｓ６）更高的色散，例如，第一透镜（Ｓ１／Ｓ２）用苯乙烯做成，而第二透镜（Ｓ４／Ｓ５或Ｓ５／Ｓ６）用丙烯酸做成。在这种情形中，第一透镜（Ｓ１／Ｓ２）能够具有一个球面和一个一般非球面，而第二透镜（Ｓ５／Ｓ６）满够具有圆锥面（图１和２），或者第一和第二透镜两者（Ｓ１／Ｓ２和Ｓ４／Ｓ５）都能够具有一个球面和一个圆锥面（图４）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及与电子成象系统(例如，使用电荷耦合器件(CCD)或类似的光敏电子元件的系统)一起使用的透镜。这些系统在本领域中是公知的，并且能够在各种文献中找到有关它们的描述，其中包括登载在1989年9月的《今日物理》第24-32页上的Rose等人撰写的“对于成象系统的物理限制”一文以及该文引用的文献；以及刊登在L.Marton编、纽约Academic Press 1975年出版的《电子学和电子物理进展》增刊8上的Sequin等人撰写的“电荷转移器件”一文，通过参照把所有这些文献的有关部分引用于此。
技术介绍
电子成象系统需要能够产生高质量的图象的透镜系统，这些透镜系统具有较小的尺寸，即，电子成象系统需要短焦距的透镜系统。例如，广泛使用具有对角线约为5.5mm的CCD(称为1/3英寸CCD)。在这样的小尺寸内，典型的CCD具有200,000个象素，于是该CCD器件的表面给出器件的分辨率为每毫米40个周期的数量级。短焦距透镜系统典型地具有较小的透镜元件。如果这些元件太小，则难于把它们加工和装配成完工的装置。对于电子成象系统使用的透镜，尤其当该系统是大量销售的产品的一部分时，成本常常是一个主要的因素。由于CCD具有很高的分辨率，与这些器件一起使用的透镜必须具有较高的光学品质。这个要求更加重了成本问题。特别，这个要求非常重视用数目最少的透镜元件来达到高级的光学性能。专利技术概述由于上面的考虑，本专利技术的一个目的是为电子成象系统提供透镜系统，该系统(1)只用两个透镜元件以降低成本；(2)使用最少数目的一般非球面，例如，只使用一个一般非球面，而在某些情形中，不使用一般非球面，目的还是为了降低成本；(3)使用具有相对较大直径的透镜元件，以便于加工和装配；以及(4)具有与CCD和类似的电子成象器件的光学性质相容的光学性质。为了达到这个目的和其他目的，本专利技术提供双元件透镜系统，其中，位于透镜系统的物侧的第一元件具有负的光焦度，并且相对较厚，而位于透镜系统的象侧的第二透镜元件具有正的光焦度，并且离第一透镜元件相对较远，和/或相对较厚。相对于透镜系统的入射光瞳，两个透镜元件最好都具有较大的直径。在某些实施例中，系统包括在第一透镜元件上的一个一般非球面和两个在第二透镜元件上的两个圆锥面。在其他的实施例中，不用一般非球面。与这些实施例有关，能够在第一透镜元件上采用一个圆锥面，而在第二透镜元件上采用两个圆锥面，第二透镜元件最好是折射-衍射混合元件。另外，能够在第一和第二透镜元件上使用一个球面和一个圆锥面。在一些实施例中，为了得到颜色校正，第一透镜元件由苯乙烯组成，而第二透镜元件由丙烯酸组成。当对于第二透镜元件使用折射-衍射混合元件时，第一和第二透镜元件能够都由丙烯酸组成。本专利技术的透镜系统具有适合于与常规的CCD一起使用的焦距和光学性质。例如，透镜系统能够容易地达到小于5.0mm的焦距，2.8或更快的f数，和在CCD处的40周期/毫米的MTF，于是使得它们适合于与1/3英寸CCD一起使用。附图概述附图说明图1-4是按照本专利技术构造的透镜系统的侧视示意图。这些附图(它们被包括在说明书中，并且构成其一部分)描述了本专利技术的实施例，并且与说明书一起，用来说明本专利技术的原理。当然，应该明白，附图和说明书两者对于本专利技术只是说明性的，而不是限制性的。较佳实施例的描述如上所述，本专利技术的透镜系统包括两个透镜元件。第一透镜元件具有负的光焦度，即，f1＜0，并且最好具有下述性质|f1|/f0＞1.0；t1/f0＞0.5；以及D1/DEP＞2.5；这里f0是透镜系统的焦距，f1是第一透镜元件的焦距，t1是第一透镜元件的厚度，D1是第一透镜元件的直径，以及DEP是透镜系统的入射光瞳的直径。使用较厚的前透镜元件提供了对于系统的场曲率的校正。在一些实施例中，本专利技术的透镜系统合满足下面的关系|f1|f0＞1.5；以及t1/f0＞0.7。与这些实施例有关，t1/f0比值最好大于1.0。如在这里和在权利要求书中使用的，透镜元件的直径是元件的最大的净孔径，而透镜系统的入射光瞳的直径是透镜的等效单一焦距除以系统的无穷远f数。根据这些定义，下面提出的例1-4的透镜系统具有D1值9.5、9.6、11.9和5.6mm，以及DEp值1.5、1.5、2.3和1.5mm，因此它们的D1/DEP比值分别是6.3、6.4、5.2和3.7。D1/DEP比值最好大于3.0。第二透镜单元具有正的光焦度，即，f2＞0，并且最好具有下述性质f2/f0＜2.0；d12/f0＞0.25；D2/DEP＞1.3；以及t2/t0＞0.5；这里f2是第二透镜元件的焦距，d12是第一和第二透镜元件之间的距离，D2是第二透镜元件的直径，以及t2是第二透镜元件的厚度。根据透镜元件的直径的上述定义，下面提出的例1-4的透镜系统具有D2值4.0、4.0、4.5和3.9mm，因此它们的D2/DEP比值分别是2.7、2.7、2.0和2.6。D2/DEP比值最好大于1.5。在一些实施例中，本专利技术的透镜系统满足下述关系f2/f0＜1.6；d12/f0＞0.5；以及D2/DEP＞1.5。在一些实施例中，第二透镜元件是折射-衍射混合元件。在本领域中，这些元件的制造是公知的。例如，参见C.Londono撰写的博士论文“表面凹凸衍射光学元件(或位相衍射成象照片)的设计和制造，附光学绝热例”(Tufts大学，1992年)以及在该文中引用的文献，这些文献的有关部分通过参照而引用于此。衍射表面有衍射效能的问题，所有的衍射级不会达到理想的聚焦。这个效应通常视为“眩光”。对于电子成象系统的应用，衍射效能的问题可以通过电子成象的数字处理来着手解决。当第二透镜元件是折射-衍射混合元件时，f2/f0的比值最好大于1.0，例如，该比值约为1.5，这里f2包括衍射表面的贡献。当不用混合元件时，f2/f0的比值最好小于1.0。第二透镜元件使用折射-衍射混合元件时，对于透镜系统提供了颜色校正，并且允许第一和第二透镜元件由低色散材料(诸如丙烯酸)组成。如果不使用这样的混合元件，则第一透镜元件应该比第二透镜元件有较高的色散。例如，对于这些实施例，第一透镜元件能够用苯乙烯组成，而第二透镜元件用丙烯酸组成。当然，如果需要，也能够用其他的塑料。例如，代替苯乙烯，能够使用具有类似火石玻璃色散的聚碳酸酯以及聚苯乙烯和丙烯酸的共聚物(例如，NAS)。参见美国俄亥俄州Cincinnati市Precision Lens,Inc.,1983年出版的《塑料光学部件手册》，第17-29页。当第二透镜元件是折射-衍射混合元件时，一般能够得到最高等级的颜色校正(轴向和横向)。在一些较佳实施例中，第一透镜元件具有一个球面和一个圆锥面，而第二透镜元件也具有一个球面和一个圆锥面。这种结构便于透镜系统的制造。在另一些实施例中，第二透镜元件可以具有两个圆锥面，而第一透镜元件可以具有一个物侧表面和一个象侧表面，前者是球面，后者在某些实施例中是圆锥面，而在其他实施例中是一般非球面。具体而言，当第二透镜元件是折射-衍射混合元件时，第一透镜元件的象侧表面可以是圆锥面。在其他情况下，对于这些实施例，第一透镜元件的象侧表面典型地是一般非球面，以利于象差校正。圆锥面优于一般非球面，这是因为如果直径延伸得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成物体的象的透镜系统，所述系统具有焦距ｆ↓［０］，并且按照从其物侧至象侧的顺序，所述系统包括：（ａ）第一透镜元件，它具有焦距ｆ↓［１］和厚度ｔ↓［１］；以及（ｂ）第二透镜元件，它具有焦距ｆ↓［２］，所述第二透镜元件与所述第 一透镜元件相隔距离ｄ↓［１２］；其特征在于：ｆ↓［１］＜０；｜ｆ↓［１］｜／ｆ↓［０］＞１．０；ｔ↓［１］／ｆ↓［０］＞０．５；ｆ↓［２］＞０；以及ｄ↓［１２］／ｆ↓［０］＞０．２５。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梅尔文H克赖策尔，
申请(专利权)人：美国精密镜片股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]