[发明专利]透镜及其应用

说明书

相关申请数据

本申请按照35U.S.C.§119(e)要求在2009年6月11日提交的美国临时专利申请No.61/186,273的优先权，其通过引用被整体包含在此。

技术领域

本发明涉及用在光学设备和系统中的透镜。

背景技术

在光学设备和系统中使用的透镜的成像特性会受到诸如像散、色像差、畸变、场曲和球面像差的一种或多种光学像差的影响。可以通过几种技术来减轻光学像差，该几种技术包括与透镜相结合的各种结构的使用。在一种技术中，在透镜的物体侧之前布置外部光阑，以有助于校正离轴像差。而且，可以使用另外的透镜结构来校正第一透镜的光学像差。例如，可以使用消色差双透镜(achromat doublet)来最小化第一透镜的色像差。

在提供用于校正光学像差的更大自由度的同时，与基于单个元件(单：singlet)透镜设计的光学设备作比较，包括复合透镜(compound lens)布置和/或外部光阑的光学设备显示出成本和制作上的缺点。由于需要多个部件来完成设备，多个透镜和/或外部光阑的使用会增加制造成本。另外，由于多个透镜和/或外部光阑要求精确的对准并且受到严格的公差限制，这些部件会增加制造时间。而且，有缺陷的透镜或外部光阑，或者未对准的透镜或外部光阑可以使得光学设备不完善，由此增大制造的低效。

发明内容

根据上述缺点，本发明提供了一种单透镜(singlet lens)，该单透镜在一些实施例中可以有助于减轻一种或多种光学像差。在一些实施例中，在此所述的单透镜不与外部光阑相结合地工作以减小一种或多种光学像差。

在一个实施例中，该单透镜包括物体侧光学表面和像侧光学表面，该物体侧光学表面在该表面的顶点处具有凸形状，并且该像侧光学表面在该表面的顶点处具有凸形状，该单透镜满足等式(I)：

t_c≥xD    (I)

其中，t_c是该单透镜的中心厚度，D是从该单透镜的该像平面至该物体侧光学表面的透镜顶点的距离，并且x至少是0.30。在一些实施例中，x的范围是从0.30至0.75。在另一个实施例中，x的范围是从0.40至0.60。在一些实施例中，x的范围是从0.45至0.55。距离D有时被称为轨道长度(track length)。

在一些实施例中，该单透镜的该物体侧光学表面是非球面的。在一些实施例中，该单透镜的该像侧光学表面是非球面的。在一些实施例中，该单透镜的该物体侧和该像侧光学表面是非球面的。而且，在一个实施例中，该像侧光学表面的非球面度(asphericity)大于所述透镜的该物体侧光学表面的非球面度。在一些实施例中，通过等式(II)来表示本发明的单透镜的非球面。

S(r)＝a₁r²+a₂r⁴+a₃r⁶+a₄r⁸+a₅r¹⁰+a₆r¹²+a₇r¹⁴+a₈r¹⁶    (II)

其中，a₁至a₈是非球面度系数，并且r是表面相对于光轴的高度。

在一些实施例中，在该物体侧光学表面和该像侧光学表面之间基本上等分所述单透镜的光焦度。例如，在一些实施例中，所述单透镜的该物体侧光学表面和该像侧光学表面满足等式(III)：

|(|^oa₁|-|ⁱa₁|)|＜|^o，ia₁|    (III)

其中，^oa₁是根据等式(II)的物体侧光学表面的r²项的系数，ⁱa₁是根据等式(II)的像侧光学表面的r²项的系数，并且，^o，ia₁是根据等式(II)的物体侧光学表面和像侧光学表面两者中具有较小幅值(magnitude)的那个的r²项的系数。