专利名称：广角透镜和使用广角透镜的成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及广角透镜和使用广角透镜的成像装置。具体地，本发明涉及可适当地应用到要求具有广视角的广角透镜的交通工具内相机设备等的成像装置。
背景技术：
已知包括成像透镜系统的广角透镜，所述成像透镜系统包括从物侧向像侧安排的前透镜组和后透镜组、以及在前透镜组和后透镜组之间安排的孔径，并且所述成像透镜系统在前后透镜组中总共具有6个透镜元件(参见日本专利公开No. 2002-72085)。此外，作为已经改进了日本专利公开No. 2002-72085中公开的透镜的广角透镜， 还已知包括这样的成像透镜系统的广角透镜，所述成像透镜系统在前后透镜组中总共包括小于或等于5个透镜元件。在该广角透镜中，视角等于或大于190度(参见日本专利公开 No. 2007-25499)。由于日本专利公开No. 2002-72085中公开的广角透镜通过使用许多透镜元件校正了各种像差，因此设计的自由度相对大；然而，难以减少透镜元件的数量。因此，成像透镜系统的总长度变长，并且难以实现透镜的小型化，因此导致成本和重量的增加。另一方面，由于日本专利公开No. 2007-25499中公开的广角透镜是放置在孔径后的透镜元件，并且仅由具有正屈光力的一个透镜元件构成，因此，在图像高度高的位置入射到像平面的主光线的入射角变大，即，穿过孔径的最大图像高度的主光线的角度小于或等于40° (度)。因此，当通过将图像传感器安排在像平面上的该位置而构造相机模块时，在图像高度高的位置入射到图像传感器的主光线的入射角变得更大，并且入射到图像传感器的光量减小。在图像传感器或具有微透镜的图像传感器中，入射到像平面的光通量的主光线的入射角越大，则可导向图像传感器的像平面上的像素(光接收部分)的光通量越少；因此， 产生光量损失。此外，入射到像平面上的光通量的主光线的入射角变得越大，随着f数变得越大， 成像透镜系统变得越暗。因此，对于使用该成像透镜系统的成像装置，低照度的拍摄图像变暗。
发明内容
本发明的目的在于提供图像传感器的外围部分中的光量损失小并且成本低的广角透镜。这是由于广角透镜包括具有超过180° (度)的广角的成像透镜系统且总长度短， 并且像平面上的主光线的入射角相对小。为了实现本发明一目的，本发明实施例提供了一种广角透镜，包括成像透镜系统，包括安排在物侧的前透镜组；安排在像侧的后透镜组；以及安排在前透镜组和后透镜组之间的孔径，并且前透镜组和后透镜组由总共五个透镜元件构成，其中在前透镜组中，从物侧到孔径侧按顺序安排作为第一和第二透镜元件的分别具有负屈光力的两个透镜元件、和作为第三透镜元件的具有正屈光力的一个透镜元件，并且在后透镜组中，从孔径侧到像侧按顺序安排作为第四和第五透镜元件的分别具有正屈光力的两个透镜元件，其中，穿过孔径的最大视角的主光线到成像透镜系统的光轴的入射角是θ I，满足以下表达式1 40° (度)<ΘΙ<60° (度)···表达式 1。优选地，入射角θ I在子午平面中定义。优选地，构造第四透镜元件，以使得从第四透镜元件发射的主光线和光轴之间的角度变为小于入射到第四透镜元件的主光线之间的角度，并且第五透镜元件由非球面透镜构成，以使得从第五透镜元件发射的主光线与光轴之间的角度变为小于从第四透镜元件发射并入射到第五透镜元件的主光线与光轴之间的角度。优选地，其中，第四透镜元件的阿贝数是ν4，满足以下表达式2 v4 > 70. · ·表达式 2。优选地，广角透镜具有超过180度的视角。优选地，第五透镜元件的像侧的表面是非球面表面。优选地，第一透镜元件的材料是玻璃。优选地，第二透镜元件的像侧的表面是非球面表面。为实现本发明一目的，本发明实施例提供了一种成像装置，包括广角透镜，包括 成像透镜系统，包括安排在物侧的前透镜组；安排在像侧的后透镜组；以及安排在前透镜组和后透镜组之间的孔径，并且前透镜组和后透镜组由总共五个透镜元件构成，其中在前透镜组中，从物侧到孔径侧按顺序安排作为第一和第二透镜元件的分别具有负屈光力的两个透镜元件、和作为第三透镜元件的具有正屈光力的一个透镜元件，并且在后透镜组中，从孔径侧到像侧按顺序安排作为第四和第五透镜元件的分别具有正屈光力的两个透镜元件， 并且其中，穿过孔径的最大视角的主光线到成像透镜系统的光轴的入射角是θ I，满足以下表达式1 ；图像传感器，其具有二维安排的像素，并将通过广角透镜对像素成像的拍摄对象转换为图像数据；存储器，其存储从图像传感器输出的图像数据；存储器输出控制器，其根据指定角度从存储器读出图像数据；第一信号处理器，其校正广角透镜的失真；第二信号处理器，其校正广角透镜的横向色差；以及第三信号处理器，其校正广角透镜的调制传递函数(MTF)，40° (度)<ΘΙ<60° (度)···表达式 1。为实现本发明一目的，本发明实施例提供了一种车内相机设备，包括成像装置， 包括广角透镜，包括成像透镜系统，包括安排在物侧的前透镜组；安排在像侧的后透镜组；以及安排在前透镜组和后透镜组之间的孔径，并且前透镜组和后透镜组由总共五个透镜元件构成，其中在前透镜组中，从物侧到孔径侧按顺序安排作为第一和第二透镜元件的分别具有负屈光力的两个透镜元件、和作为第三透镜元件的具有正屈光力的一个透镜元件，并且在后透镜组中，从孔径侧到像侧按顺序安排作为第四和第五透镜元件的分别具有正屈光力的两个透镜元件，其中，穿过孔径的最大视角的主光线到成像透镜系统的光轴的入射角是θ I，满足以下表达式1 ；图像传感器，其具有二维安排的像素，并将通过广角透镜对像素成像的拍摄对象转换为图像数据；存储器，其存储从图像传感器输出的图像数据； 存储器输出控制器，其根据指定角度从存储器读出图像数据；第一信号处理器，其校正广角透镜的失真；第二信号处理器，其校正广角透镜的横向色差；以及第三信号处理器，其校正广角透镜的调制传递函数(MTF)，40° (度)<ΘΙ<60° (度)···表达式 1。
附图被包括用来提供对本发明的进一步理解，并且合并到本说明书中并构成本说明书的一部分。附示本发明的实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。图1是根据本发明的示例1的广角透镜的光学图。图2是图1中图示的广角透镜的局部放大图。图3是图示图1中图示的广角透镜的像散曲线的图。图4是图示图1中图示的广角透镜的失真曲线的图。图5是图示图1中图示的广角透镜的彗形像差曲线的图。图6是根据本发明的示例2的广角透镜的光学图。图7是图6中图示的广角透镜的局部放大图。图8是图示图6中图示的广角透镜的像散曲线的图。图9是图示图7中图示的广角透镜的失真曲线的图。图10是图示图8中图示的广角透镜的彗形像差曲线的图。图11图示根据本发明示例3的成像装置的总的图像处理框图。图12图示图11中图示的图像处理框图的更详细配置。图13是图示图12中图示的信号处理器的更详细配置的框图。图14是根据本发明示例3的成像装置的MTF(调制传递函数)特性曲线图。
具体实施例方式以下参照
根据本发明的广角透镜和使用该广角透镜的成像装置的实施例。(示例 1)图1图示根据本发明的广角透镜的发明实施例的示例1的成像透镜系统。在该图1中，参考标号1表示前透镜组，并且参考标号2表示后透镜组。前透镜组1安排在物侧 (图1的左侧)，后透镜组2安排在像侧(图1的右侧)，并且孔径I安排在两者之间。前透镜组1包括第一透镜元件Li、第二透镜元件L2和第三透镜元件L3。后透镜组2包括第四透镜元件L4和第五透镜元件L5。前透镜组1中包括的透镜元件的数量和后透镜组2中包括的透镜元件的数量总共为5。成像透镜系统由总共这五个透镜元件构成。 从第一透镜元件Ll到第五透镜元件L5的每个透镜元件是单个透镜，而不是粘合透镜。孔径I安排在第三透镜元件L3和第四透镜元件L4之间。在图1中，参考标号rl到r6分别表示广角透镜的第一表面到第六表面，参考标号 r8到rll分别表示广角透镜的第8表面到第11表面，参考标号r7表示第7表面，即，孔径 I。参考标号dl到dl2分别表示相邻表面间隔。参考标号CG表示盖玻片(cover glass), 参考标号3表示像平面。视角设置为200° (度)。第一透镜元件Ll和第二透镜元件L2具有负屈光力(负焦距)。第三透镜元件L3、 第四透镜元件L4和第五透镜元件L5具有正屈光力(正焦距)。
S卩，前透镜组1按照从物侧起的顺序包括具有负、负和正屈光力的第一透镜元件 Li、第二透镜元件L2和第三透镜元件L3。通过透镜的屈光力特性，可以将从物侧以广角方式入射的光逐渐折射到构成前透镜组1的第一透镜元件Li、第二透镜元件L2和第三透镜元件L3的每个表面。特别地，可以尽可能多地抑制像差的生成，并且使离轴光传递通过孔径 I，并引至构成后透镜组2的透镜元件L4和L5。特别地，具有负屈光力并安排在从前透镜组1的物侧起第二位的第二透镜元件L2 的像侧的表面r4是非球面表面，使得曲率朝向光轴0逐渐变小。因此，可以减小离轴光从表面r4接收的矢状方向(sagittal direction)的屈光力和子午方向(meridional direction)的屈光力之间的差。因此，可以抑制像散的产生， 并且可以改进像平面3上的分辨率。一般地，后透镜组2校正诸如像散、彗形像差和色差之类的光学像差，并具有减小入射到像平面3 (图像传感器3A的像平面3’ )的、最大视角的主光线Pl到光轴0的入射角θ ’的作用，如图2中放大和图示的那样。并且后透镜组2不仅可以减小入射到像平面 3的、最大视角的主光线到光轴0的入射角θ ’，而且可以减小相对大视角的主光线到光轴 0的入射角θ，。在该示例中，后透镜组2从近侧到孔径I按顺序包括具有正、正屈光力的两个透镜元件。因此，有效地执行像差校正，并且改进到图像传感器3的像平面3’上的光的成像效果，并且尽可能多地减少了像平面3 (图像传感器3Α的像平面3’ )的法线和入射到像平面 3(图像传感器3Α的像平面3’)上的主光线Pl之间的角度(主光线Pl到光轴0的入射角 θ ’)。极大地减小了入射到图像传感器3Α上的光通量的光量损失。具体地，由于作为后透镜组2中最靠近像侧并且远离孔径I的第五透镜元件的表面的表面rll是其中到后透镜组2中的每个图像高度的主光线Pl和P2最分离的表面，因此其最好是非球面表面。因此，容易地执行成像透镜系统的失真和像散的像差校正，并且容易地控制到像平面3 (图像传感器3A的像平面3’)上的主光线Pl和P2的入射角。结果，改进了图像传感器3A的像平面3’的分辨率，并且可以通过光学设计容易地将失真设置为目标值，并减少入射到图像传感器3A上的光通量的光量损失。在针对前透镜组1安排从物侧起按顺序具有负、负、正屈光力的透镜元件、并且针对后透镜组2安排从孔径I侧起按顺序具有正、正屈光力的透镜元件的情况下，通过将穿过孔径I的最大图像高度的主光线Pl的入射角θ I设置为大于40°并小于60°，如下面的表达式1中那样，入射到图像传感器3Α的像平面3’上的主光线Pl到光轴0的入射角可以在15°之内。40° < θ I < 60° ····表达式 1S卩，在图像传感器3Α (如CXD (电荷耦合器件)和CMOS (互补金属氧化物半导体)) 的像平面3’上的图像高度的高位置入射的主光线Pl到光轴0的入射角θ，变小，并且可以抑制入射到图像传感器3Α的光量的减小。对于诸如C⑶和CMOS之类的图像传感器以及具有微透镜的图像传感器，入射到像平面的光通量的主光线Pl到光轴的入射角变得越大，则可以引至图像传感器的像平面的像素(光接收部分)的光通量越少，因此，产生了光量损失。
在本示例中，当增加穿过孔径I的最大图像高度的主光线的入射角θ I并通过后透镜组2中具有正屈光力的第四透镜元件L4和第五透镜元件L5的两个透镜元件、从孔径I侧向像平面3逐渐减小主光线Pl到子午平面上的光轴0的入射角时，通过汇聚每个主光线的同心光束(从点光源发射的光束)(即，汇聚每个主光线以及每个主光束的外围光线)，可以维持像平面3上的图像的尺寸并可靠地维持分辨率，并且减小入射到像平面3上的每个主光线到光轴0的入射角Θ’(参见关于“同心光束”的 "Kougaku Nyuumon(Introduction to optics)(Author :Toshiro Kishikawa)Chapter2 Kinjikuryouiki No Ketsuzoukankei (an imaging relationship in a paraxial region) (pp.15)fifth impression of the first edition published on Julyl3,1997 Publisher Optronics Co. , Ltd.，，)。这里，如果延长孔径I 和像平面3之间的距离(d7+d8+d9+dl0+dll+dl2+dl3)，则在未将入射角θ I设置为等于或大于40°的情况下减小了入射到像平面3的主光线到光轴 O的入射角Θ’。然而，如果按照上述那样构造，则物侧的第一透镜元件Ll的表面rl和像平面3之间的距离(即，成像透镜系统的总长度)变得更长，并且不可能使得广角透镜小型化。在示例1中，在包括第四透镜元件L4和第五透镜元件L5的后透镜组2中，构造第四透镜元件L4，以使得相比于入射到在孔径I的近侧安排的第四透镜元件L4上的主光线和光轴0之间的角度，从第四透镜元件L4发射的主光线和光轴0之间的角度变得更小。另外，在包括第四透镜元件L4和第五透镜元件L5的后透镜组2中，第五透镜元件L5由非球面透镜构成，以使得相比于从在孔径I的近侧安排的第四透镜元件L4发射并入射到在孔径 I的远侧安排的第五透镜元件L5的主光线与光轴0之间的角度，从第五透镜元件L5发射的主光线和光轴0之间的角度变得更小。因此，广角透镜的光学系统小型化，并且在维持像平面3上的图像的尺寸并可靠地维持分辨率的状态下，可以减小图像传感器的外围部分的光量损失。此外，当安排在孔径I紧前方的具有正屈光力的第三透镜元件L3的厚度加厚时， 横向色差校正的自由度得到改善(参见日本专利公开No. 2007-25499中的段落编号0033)。然而，当安排在孔径I的紧前方的第三透镜元件L3的厚度加厚时，使用的玻璃材料的量增加，并且成本上升，同时，广角透镜的总重量增加。因此，考虑其中两个透镜相粘合的透镜系统构成的第三透镜元件L3。然而，即使利用上述构造设计广角透镜，制造成本和透镜模块的组装成本也上升，因此，这是不期望的。因此，在该示例1的广角透镜中，第四透镜元件L4的阿贝数v4的条件通过以下表达式表不。v4 > 70. · ·表达式 2。因此，可以有效地减小色差(纵向色差和横向色差)。即，可以减小第三透镜元件 L3的色差校正的负担，结果，可以在不增加第三透镜元件L3的厚度的情况下减小像平面3 上的色差。此外，在该示例中，作为非球面透镜的第二透镜元件L2、第三透镜元件L3和第五透镜元件L5的材料是塑料，第一透镜元件Ll的材料是玻璃。由于塑料的熔点低于玻璃，因此加工容易，并且获得用于第二透镜元件L2、第三透镜元件L3和第五透镜元件L5的压模的
权利要求
1.一种广角透镜，包括 成像透镜系统，包括安排在物侧的前透镜组； 安排在像侧的后透镜组；以及安排在前透镜组和后透镜组之间的孔径，并且前透镜组和后透镜组由总共五个透镜元件构成，其中在前透镜组中，从物侧到孔径侧按顺序安排作为第一和第二透镜元件的分别具有负屈光力的两个透镜元件、和作为第三透镜元件的具有正屈光力的一个透镜元件，并且在后透镜组中，从孔径侧到像侧按顺序安排作为第四和第五透镜元件的分别具有正屈光力的两个透镜元件，并且其中，穿过孔径的最大视角的主光线到成像透镜系统的光轴的入射角是θ I，满足以下表达式1 40° (度)<ΘΙ<60° (度)···表达式 1。
2.如权利要求1所述的广角透镜，其中，入射角θI在子午平面中定义。
3.如权利要求2所述的广角透镜，其中，构造第四透镜元件，以使得从第四透镜元件发射的主光线和光轴之间的角度变为小于入射到第四透镜元件的主光线之间的角度，并且第五透镜元件由非球面透镜构成，以使得从第五透镜元件发射的主光线与光轴之间的角度变为小于从第四透镜元件发射并入射到第五透镜元件的主光线与光轴之间的角度。
4.如权利要求1所述的广角透镜，其中，第四透镜元件的阿贝数是ν4，满足以下表达式2 v4 > 70...表达式 2。
5.如权利要求1所述的广角透镜，其中，广角透镜具有超过180度的视角。
6.如权利要求1所述的广角透镜，其中，第五透镜元件的像侧的表面是非球面表面。
7.如权利要求1所述的广角透镜，其中，第一透镜元件的材料是玻璃。
8.如权利要求1所述的广角透镜，其中，第二透镜元件的像侧的表面是非球面表面。
9.一种成像装置，包括 广角透镜，包括 成像透镜系统，具有安排在物侧的前透镜组；安排在像侧的后透镜组；以及安排在前透镜组和后透镜组之间的孔径，并且前透镜组和后透镜组由总共五个透镜元件构成，其中在前透镜组中，从物侧到孔径侧按顺序安排作为第一和第二透镜元件的分别具有负屈光力的两个透镜元件、和作为第三透镜元件的具有正屈光力的一个透镜元件，并且在后透镜组中，从孔径侧到像侧按顺序安排作为第四和第五透镜元件的分别具有正屈光力的两个透镜元件，并且其中，穿过孔径的最大视角的主光线到成像透镜系统的光轴的入射角是θ I，满足以下表达式1 ；图像传感器，其具有二维安排的像素，并将通过广角透镜对像素成像的拍摄对象转换为图像数据；存储器，其存储从图像传感器输出的图像数据；存储器输出控制器，其根据指定角度从存储器读出图像数据；第一信号处理器，其校正广角透镜的失真；第二信号处理器，其校正广角透镜的横向色差；以及第三信号处理器，其校正广角透镜的调制传递函数(MTF)，40° (度)<ΘΙ<60° (度)···表达式 1。
10. 一种车内相机设备，包括成像装置，包括广角透镜，具有成像透镜系统，具有安排在物侧的前透镜组，安排在像侧的后透镜组，以及安排在前透镜组和后透镜组之间的孔径，并且前透镜组和后透镜组由总共五个透镜元件构成，其中，在前透镜组中，从物侧到孔径侧按顺序安排作为第一和第二透镜元件的分别具有负屈光力的两个透镜元件、和作为第三透镜元件的具有正屈光力的一个透镜元件，并且在后透镜组中，从孔径侧到像侧按顺序安排作为第四和第五透镜元件的分别具有正屈光力的两个透镜元件，并且其中，穿过孔径的最大视角的主光线到成像透镜系统的光轴的入射角是θ I，满足以下表达式1 ；图像传感器，其具有二维安排的像素，并将通过广角透镜对像素成像的拍摄对象转换为图像数据；存储器，其存储从图像传感器输出的图像数据； 存储器输出控制器，其根据指定角度从存储器读出图像数据； 第一信号处理器，其校正广角透镜的失真； 第二信号处理器，其校正广角透镜的横向色差；以及第三信号处理器，其校正广角透镜的调制传递函数(MTF)， 40° (度)<ΘΙ<60° (度)···表达式 1。
全文摘要
一种广角透镜，包括成像透镜系统，包括从物侧到像侧按顺序安排的前透镜组、孔径和后透镜组；其中，所述前透镜组包括从物侧到孔径侧按顺序安排的分别具有负屈光力的第一和第二透镜元件、以及作为正透镜的第三透镜；其中，所述后透镜组包括从孔径侧到像侧按顺序安排的分别具有正屈光力的第四和第五透镜元件；其中，穿过孔径的最大视角的主光线到成像透镜系统的光轴的入射角是θI，满足以下表达式140°(度)＜θI＜60°(度)...表达式1。
文档编号G02B13/04GK102227666SQ20098014728
公开日2011年10月26日 申请日期2009年9月24日 优先权日2008年9月26日
发明者吉田勇人, 安部一成, 茂庭直树 申请人:株式会社理光