光学成像系统、相机和车载相机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及各种相机中用于形成被摄体的图像的单焦光学成像系统、尤其是使用 诸如数字相机或数字摄像机的电成像单元的成像设备的光学成像系统的改进。本发明还设 及并入了运种光学成像系统的相机和车载相机。
【背景技术】
[0002] 在包括光学成像系统和区域传感器的成像设备之中，对安全相机、用于生产线的 监视相机、W及车载相机的需求已经增加。运些相机用于感测目标物体。例如，需要车载相 机来辨识行驶中的车辆的位置、或路面的状态。鉴于此，为了辨识相对小的物体、或者精确 观察相对远的位置的情形的目的，运种相机的成像透镜需要实施高分辨率。此外，为了准确 获取目标物体的包括尺寸和形状的信息，需要具有广视角的成像透镜来适当地在光学上校 正崎变。除了高分辨率和低崎变之外，其必须是具有小F数（F-number)的大直径透镜，W 便即使在如夜晚的黑暗环境中也能够正确地辨识物体。一般地，用于感测的成像设备优选 地在尺寸上较小W便不易被发现。此外，对于车载或监视用途，光学成像系统优选为对热改 变或使用环境的改变具有抵抗力，因为其很有可能在户外使用。
[0003] 日本专利No. 4667269 (参考文献1)和No. 5418745 (参考文献2)、W及日本公开 待审专利申请公开No. 2012-220741 (参考文献3)公开了用于感测的逆焦式（retrofocus) 成像透镜，其中在光学系统与图像传感器之间的空间中布置包括低通过滤器和红外截止过 滤器的过滤器。然而，参考文献1中的成像透镜尽管其良好的透镜性能和低崎变，也不保证 足够的F数。另外，其由于长焦距而不能通过小尺寸传感器获取足够的视角，并且其不够小 巧。同样，参考文献2中的成像透镜实现了低崎变，但是由于长焦距而不能通过小尺寸传感 器获取足够的视角，并且其也不够小巧。参考文献3中的成像透镜是小巧尺寸的，并具有出 色的耐环境性；然而，其不能保证后调焦化ackfocusing)并且不能充分实现低崎变。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种可W实现低崎变的新型光学成像系统。
[0005] 根据一个实施例，具有单个焦点的光学成像系统包括从物侧按顺序布置的负第一 透镜组、孔径光阔、W及正第二透镜组。第一透镜组包括从物侧按顺序布置的包含正单透镜 的正第一前透镜组、W及包含负弯月透镜和至少一个正透镜的负第一后透镜组。第二透镜 组包括从物侧按顺序布置的包含负透镜和正透镜的粘合透镜的正第二前透镜组、W及包含 至少一个正透镜的正第二后透镜组。光学成像系统的所有透镜都是球面玻璃透镜。
【附图说明】
[0006] 参考附图，从下面的详细描述中，本发明的特征、实施例和优点将变得显而易见：
[0007] 图1示出根据第一实施例的光学成像系统的布置；
[000引图2示出根据第二实施例的光学成像系统的布置；
[0009] 图3示出根据第Ξ实施例的光学成像系统的布置；
[0010] 图4示出根据第四实施例的光学成像系统的布置；
[0011] 图5示出根据第一实施例的图1中的光学成像系统的像差曲线；
[0012] 图6示出根据第二实施例的图2中的光学成像系统的像差曲线；
[0013] 图7示出根据第Ξ实施例的图3中的光学成像系统的像差曲线；
[0014]图8示出根据第四实施例的图4中的光学成像系统的像差曲线；
[0015] 图9是如从物体所见的根据第五实施例的数字相机的正面的透视图；
[0016] 图10是如从拍摄者所见的图9中的数字相机的背面的透视图；W及
[0017] 图11是图9和图10中的数字相机的功能的框图。
【具体实施方式】
[0018] 在下文中，将参考附图详细描述光学成像系统、相机和车载相机的实施例。只要有 可能，就将贯穿附图中使用相同附图标号来指代相同或相似的部分。
[0019] 首先，描述根据一个实施例的光学成像系统的原理。光学成像系统用在诸如车载 相机、安全相机、或用于生产线的监视相机的用于感测的成像设备中。光学成像系统是单焦 点成像系统，并包括从物侧按顺序布置的负第一透镜组、孔径光阔、W及正第二透镜组。第 一透镜组包括从物侧按顺序布置的正第一前透镜组W及负第一后透镜组。第一前透镜组包 括具有正屈光力（power)的单透镜，并且第一后透镜组包括弯月透镜和至少一个正透镜并 且具有负屈光力。第二透镜组包括从物侧按顺序布置的正第二前透镜组W及正第二后透镜 组。第二前透镜组包括从物侧起的负透镜和正透镜的粘合透镜。第二后透镜组包括至少一 个正透镜。光学成像系统的所有透镜都是球面玻璃透镜。
[0020] 优选地，第一透镜组包括从物侧按顺序布置的在物侧具有凸面的正透镜、在物侧 具有凸面的负弯月透镜、W及在物侧具有凸面的正透镜。第一透镜组被配置为满足W下条 件：
[00引](1)2. 5<flF/f<7. 1
[0022] (2)-3. 7<flR/f<-0. 8
[0023] 其中，f是整个系统相对于d线的焦距，fIF是第一前透镜组的焦距，而flR是第一 后透镜组的焦距。
[0024] 优选地，第二前透镜组的粘合透镜在物侧具有凹面W及在像侧具有凸面，并且第 二前透镜组被配置为满足W下条件：
[00巧] (3)2. 0<f2F/f<12. 6
[0026] 其中，f是整个系统相对于d线的焦距，而f2F是第二前透镜组的焦距。
[0027] 优选地，第二后透镜组包括在像侧具有凸面的正弯月透镜、W及在物侧具有凸面 的正透镜。
[002引此外，优选地，光学成像系统被配置为满足W下条件：
[0029] (4)2. 9<L/f<4. 6
[0030] 其中，f是整个系统相对于d线的焦距，而L是第一透镜组的透镜在物侧的表面与 像平面之间的距离。注意，距离L不是空气转换长度，而是实际长度。此外，可W提供包括 光学成像系统的相机。相机可W将被摄体的图像转换为数字信息。光学成像系统是逆焦类 型的。
[0031] 一般地，具有广视角和大直径的逆焦式光学成像系统难W校正各种像差。相对于 孔径光阔，将具有负屈光力的正透镜组放置在物侧，并且将具有正屈光力的后透镜组放置 在像侧。系统的总屈光力因此是不对称的。由此，很有可能发生放大率（magnification) 的崎变和色差。此外，将前透镜组设置为具有大的负屈光力（re化activepower),W便实现 长的后焦点，导致大量难平衡方式正确校正的像差。根据一个实施例的光学成像系统 不仅可W实现大直径和广视角，而且还可W实现尺寸缩小和低崎变。通过将布置在物侧的 第一透镜组配置为具有负屈光力，可W实现小巧、广视角的光学成像系统。可W由第一前透 镜组和第一后透镜组来正确校正崎变。为了平衡第一透镜组的崎变的目的，将作为第一前 透镜组的单个正透镜布置为最靠近物体。具有负屈光力的第一后透镜组作用W校正由于大 透镜直径引起的球面像差。在包括负透镜和正透镜的第一后透镜组中，将较大厚度的正透 镜布置为与孔径光阔相邻W校正崎变。
[0032] 第二透镜组作为整体具有正屈光力。第二前透镜组作用W校正球面像差和色差， 并且为了不影响离轴像差而校正整个系统的球面像差的目的而包括引起负球面像差的一 个或多个负透镜。第二前透镜组的正粘合透镜作用W校正轴向色差。第二后透镜组具有正 屈光力W保证出瞳距离并校正由比第二后透镜组更靠近物体的透镜组引起的像差。而且， 在像侧具有凸面的正弯月透镜可W减小球面像差。第二后透镜组在像差上与第一透镜组的 负透镜相互作用，并适当地校正离轴像差。因此，如上配置的光学成像系统可W正确校正各 种像差W保证良好的图像特性（propedy)。
[0033] 此外，包括玻璃透镜的光学成像系统不易受到环境改变的影响，因此适合于车载 用途。由于具有大的线性膨胀系数，塑料透镜的表面可能在高环境溫度下变形，从而不能满 足期望的光学性能。在透镜表面上也很有可能发生诸如涂层裂纹的损坏（degradation)。 根据本发明的光学成像系统的所有透镜都由玻璃制成，使得甚至在高溫下透镜变形或膨胀 也可W较小。在使用环境改变的方面，此光学成像系统是高度可靠的。此外，优选地布置成 像透镜的透镜W满足W下条件：
[0034] (1)2. 5<flF/f<7. 1
[0035] (2)-3. 7<flR/f<-0. 8
[0036] (3)2. 0<f2F/f<12. 6
[0037] (4)2. 9<L/f<4. 6
[0038] 条件（1)定义了第一前透镜组的正屈光力相对于整个光学成像系统的焦距的适 当范围。在条件（1)的fliVf超过上限值的情况下，第一前透镜组的正屈光力相对弱，并且 光学成像系统的像散和崎变很可能增大。而且，第一前透镜组的正透镜的直径很有可能增 大，运使得难W缩短光学成像系统的总长。第一透镜组的太大的正屈光力阻碍保证足够的 后焦点。在条件（1)的fliVf低于下限值的情况下，第一前透镜组的正屈光力相对太强，并 且光学成像系统的像散和崎变不能被充分校正。如果第一后透镜组的负屈光力相对太大， 则光学成像系统的球面像差、图像曲率和崎变不能被充分校正，尽管可W充分保证后焦点。
[0039] 条件（2)定义了第一后透镜组的负屈光力相对于整个光学成像系统的焦距的范 围。在fl