[发明专利]具有降低的公差敏感度的三元件摄影物镜

说明书

技术领域

本发明主要涉及广视野摄影透镜系统。更具体地说，本发明涉及一种小型摄影透镜系统，该系统对表面和光学元件的横偏具有降低的公差敏感度。

发明背景

诸如柯克三合物镜等传统摄影物镜设计一般具有在量级上与系统的视场角类似的主光线角度。例如，授予Herzberger的名称为“Photographic Objective”的美国专利2279372和授予Baur等人的名称为“Triplet Wide-Angle Objective Lens”美国专利3087384均公开了用于摄影胶片应用的柯克三合型透镜系统。由于摄影胶片应用不需要降低的主光线角度，因此，这些现有技术发明均具有较大的主光线角度。

今天的摄影物镜可与小格式数字图像传感器一起使用，这些传感器的分辨率一般在640×480像素到1280×960像素之间，其中，像素具有小于0.010mm的尺寸，如同手机相机应用一样。用于此类型应用的成像系统必须具有在50到70度之间的全角视场。另外，成像系统必须满足大小限制，要求在图像平面上的主光线入射角被限制为小于20度。

随着数字成像平面变得越来越小，像素计数保持相同或甚至增大。通过根据图像平面的尺寸的减小来缩放透镜系统以修改成功的35mm格式透镜设计，可开发用于新系统的摄影物镜透镜。例如，35mm胶片画幅的对角线是43.3mm，而四分之一英寸格式的对角线具有5.6mm的图像传感器对角线。因此，透镜系统必须缩小5.6/43.3或大约八的因子，这意味着公差值也必须缩小相同的量以便实现相同的图像质量。这导致对于缩小的透镜系统有严格得多的公差要求，其目前在大规模制造中是可实现的。

过去，设计为用于小格式图像平面的摄影物镜的透镜系统部件由于制造构造误差影响而难以一贯地满足性能规格。以前的设计对对准误差十分敏感。因此，在设计提出的光学元件的精确的对准中心的要求未满足时，图像的清晰度降低量是不可接受的。

在与小格式数字图像传感器一起使用的广角摄影物镜透镜系统中实现对制造公差降低的敏感度的问题一直未得到充分解决。

发明内容

本文公开了一种与小格式数字图像传感器一起使用的小型广视野摄影物镜透镜系统，它适用于手机相机模块应用。要与本发明一起使用的图像传感器的对角线只有4.56mm。此数字摄影成像系统要求在50到70度之间的角视场，同时限制在图像平面上主光线入射的角度小于20度。

本发明具有61度的角视场，并且在图像平面上的主光线角度小于18度。系统的有效焦距是3.85mm，并且透镜系统的f数是2.97。透镜系统具有三个透镜，每个具有两个非球表面。所有三个透镜均由塑料材料制成。离物体最近的透镜和离图像平面最近的透镜由相同的塑料材料制成，并且在这两个透镜之间的透镜由不同的塑料材料制成。在可见光波长范围上，最外部透镜的塑料材料的折射率小于中间透镜的折射率。三个透镜的至少一个非球表面还覆盖多层红外截止滤光片以阻止红外波长到达在图像焦平面的图像传感器。

此透镜系统设计对光学组件的制造失准误差的敏感度小于传统摄影物镜。因此，在采用本发明的制造过程期间更易于一贯地满足图像清晰度要求。

附图说明

图1是根据本发明的优选实施例的三透镜系统的图。还示出的是在0°、21°和31°的输入角通过透镜系统传播的光线束。

图2示出根据本发明的构建的透镜系统的工程制图的横截面。

图3A示出指示对于本发明的优选实施例的作为图像高度的函数的散光量的场曲图。图3B示出指示对于本发明的优选实施例的作为图像高度的函数的光学畸变百分比的畸变图。

图4示出衍射调制传递函数的三个图，对应标称设计性能、对于本发明的优选实施例的90％性能和98％性能。

具体实施方式

本发明公开了用作以小格式数字图像传感器捕捉物体图像的广视野摄影物镜的小型三透镜系统。此透镜形式最有效地使用于带有图像传感器分辨率在640×480像素与1280×960像素之间，且像素尺寸小于0.010mm的相机系统中。