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CN1580853A - 成像透镜 - Google Patents

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CN1580853A
CN1580853A CNA2004100475897A CN200410047589A CN1580853A CN 1580853 A CN1580853 A CN 1580853A CN A2004100475897 A CNA2004100475897 A CN A2004100475897A CN 200410047589 A CN200410047589 A CN 200410047589A CN 1580853 A CN1580853 A CN 1580853A
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Abstract

在本发明的成像透镜中，满意地校正像差，光程是短的，和保证足够的后焦距。本发明成像透镜的结构是从物体侧到图像侧一个接一个地排列第一透镜L1，孔径光阑S1，第二透镜L2，和第三透镜L3，因此，满足以下的条件：
0.24＜r1/r2＜0.34 (1) 0.08＜D2/f＜0.1 (2)
0.24＜D3/f＜0.29 (3) 1.0＜d/f＜1.5 (4)
其中f是整个透镜系统的焦距，r1是第一透镜L1的物体侧表面在光轴近傍的曲率半径(轴向曲率半径)，r2是第一透镜L1的图像侧表面在光轴近傍的曲率半径(轴向曲率半径)，D2是第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离，D3是第二透镜L2的中心厚度，和d是从第一透镜L1的物体侧表面到图像面的距离(空气中)。

Description

成像透镜
技术领域
本发明涉及成像透镜，具体涉及利用CCD或CMOS作为成像装置适合于安装在便携式电话或个人计算机的图像输入装置，数字摄像机，用于监测的CCD摄像机，勘测装置等中的成像透镜。
背景技术
在这种成像透镜中，定义为从成像透镜物体侧的入射面到图像面(CCD等的图像形成面)距离的光程长必须很短。以下，我们把有短光程长的成像透镜称之为小型化透镜。
取便携式电话作为例子，光程长至少必须短于便携式电话的本体。与此同时，定义为从成像透镜图像侧的出射面到图像面距离的后焦距最好是尽可能地长。这是因为需要在成像透镜与图像面之间插入诸如滤光片的元件。
除了上述的以外，要求校正摄像装置中的透镜以便充分地减小各种像差，使图像畸变在视觉上是不可察觉的，而且，这是成像单元(像素)的集成密度所要求的。满意地校正各种像差的图像可以称之为“满意图像”。
现有技术公开一种用于成像装置中具有三层结构的成像透镜，它利用安装在便携式计算机，可视电话等中的固态成像装置，例如，CCD或CMOS。这些透镜确保宽广的视角，小型化和重量轻。
首先，我们公开一种在确保宽广视角的同时能够获得满意校正像差的成像透镜，称它为第一种三层透镜(例如，见JapaneseUnexamined Patent Applications Publication No.2001-075006)。
然而，在这种成像透镜中，从物体侧开始一个接一个排列的第一透镜，第二透镜和第三透镜构成的三个透镜的折射本领是，第一透镜是正的，第二透镜是负的，和第三透镜是正的。因此，这种成像透镜有这样的结构，其中从物体侧上第一透镜的表面到图像面的距离(光程长)不能缩短。此外，在这种成像透镜中，光阑设置在第一透镜的物体侧表面上，因此，不能减小第三透镜的有效直径。所以，不能制成小型化透镜。
我们还分别公开在确保宽广视角的同时能够满意校正像差和短焦距的成像透镜，称它们为第二种至第四种三层透镜(例如，见Japanese Unexamined Patent Applications Publication No.2003-149548，Japanese Unexamined Patent Applications PublicationNo.2002-221659，和Japanese Unexamined Patent ApplicationsPublication No.2002-244030)。
然而，类似于以上描述的成像透镜，这些由第一透镜，第二透镜，和第三透镜从物体侧开始一个接一个排列构成的成像透镜中三个透镜的折射本领是，第一透镜是正的，第二透镜是负的，和第三透镜为正的。因此，虽然这些成像透镜设置成有短的组合焦距，但后焦距是长的，因此它的光程太长。此外，该成像透镜中的这些透镜利用玻璃材料，所以是昂贵的。
通过正确地设定折射本领分布和表面形状，我们公开一种利用非球面透镜和尺寸减小的成像透镜，称它为第五种三层透镜(例如，Japanese Unexamined Patent Applications Publication No.2003-149545)。
然而，这种由第一透镜，第二透镜，和第三透镜从物体侧开始一个接一个排列构成的成像透镜中三个透镜的折射本领是，第一透镜是负的，第二透镜是正的，和第三透镜是负的。因此，该成像透镜有长的光程。此外，这些透镜利用玻璃材料，所以是昂贵的。
我们公开的第六种三层透镜是，其中有一对两个凹面相对的弯月形透镜，这对弯月形透镜是利用塑料透镜构成，且每个透镜至少有一个非球面，其中整个透镜系统有三层结构。这种透镜实现小型化和低成本，并能容易地抑制因温度变化引起的焦点运动(例如，见JapaneseUnexamined Patent Applications Publication No.H10-301022)。
然而，这种由第一透镜，第二透镜，和第三透镜从物体侧开始一个接一个排列构成的成像透镜中三个透镜的折射本领是，第一透镜是弱的，第二透镜是弱的，和第三透镜是正的。因此，这种成像透镜中第一透镜和第二透镜的折射本领不能完全地被单个第三透镜补偿。此外，这种成像透镜中的第三透镜利用玻璃材料，因此，降低成本是不完全的。
我们公开的第七种三层透镜是远程照相型成像透镜，其中整个透镜系统被分成前后两组，前组有正的折射本领，而后组有负的折射本领。这种成像透镜有短的光程，且成本低(例如，见JapaneseUnexamined Patent Applications Publication No.H10-301021)。
然而，这种由第一透镜，第二透镜，和第三透镜从物体侧开始一个接一个排列构成的成像透镜中三个透镜的折射本领是，第一透镜是负的，第二透镜是正的，和第三透镜是负的，且第二透镜与第三透镜之间的距离很宽。因此。成像透镜的光程是长的，使第三透镜的孔径扩大。这种成像透镜不适合于安装在便携式电话或个人计算机的图像输入装置，数字摄像机，用于监测的CCD摄像机，勘测装置等中。
所以，本发明的一个目的是提供这样一种成像透镜，它适合于安装在利用CCD或CMOS作为成像装置的摄像机中，它有短的光程，且能够获得满意的图像。
本发明的另一个目的是提供这样一种成像透镜，其中构成成像透镜的所有(三个)透镜是利用塑料制成的，从而使成本降低和重量轻。
此处，“塑料”是指高聚合物物质，它可以通过加热，加压，或加热和加压发生塑性形变以制成透镜，而且，它对于可见光是透明的。
发明内容
为了实现上述的目的，按照本发明的成像透镜有这样的结构，从物体侧到图像侧开始一个接一个地排列第一透镜L1，孔径光阑S1，第二透镜L2，和第三透镜L3。第一透镜L1是树脂透镜，它有正的折射本领和凸面朝向物体侧的弯月形状。第二透镜L2是树脂透镜，它有正的折射本领和凸面朝向图像侧的弯月形状。第三透镜L3是树脂透镜，它有负的折射本领。
此外，第一透镜L1的两个表面，第二透镜L2的两个表面，和第三透镜L3的两个表面有非球面的结构。
按照本发明的构成例子，这种成像透镜满足以下(1)至(4)的条件：
0.24＜r1/r2＜0.34        (1)
0.08＜D2/f＜0.1          (2)
0.24＜D3/f＜0.29         (3)
1.0＜d/f＜1.5            (4)
其中
f是整个透镜系统的焦距，
r1是第一透镜L1的物体侧表面在光轴近傍的曲率半径(轴向曲率半径)，
r2是第一透镜L1的图像侧表面在光轴近傍的曲率半径(轴向曲率半径)，
D2是第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离，
D3是第二透镜L2的中心厚度，和
d是从第一透镜L1的物体侧表面到图像面的距离(空气中)。
此外，第一透镜L1，第二透镜L2，和第三透镜L3最好是由Abbe数在30至60之间材料制成的透镜构成。而且，第一透镜L1，第二透镜L2，和第三透镜L3最好是利用环烯塑料制成的透镜构成。
上述的条件表达式(1)是用于确定第一透镜L1第一表面的轴向曲率半径r1与第一透镜L1第二表面的轴向曲率半径r2之比率r1/r2。若比率r1/r2大于条件表达式(1)规定的下限，则成像透镜的后焦距足以在成像透镜与图像面之间插入一个元件，例如，盖玻片或滤光片，因此，后焦距可以设置在不影响安装成像透镜的装置小型化的范围内。此外，可以充分地减小畸变，因此，便于加工制造第一透镜L1的第一表面。
若比率r1/r2小于条件表达式(1)规定的上限，则绝对畸变值是充分地小。此外，在这种情况下，在不增大非球面元件数目的条件下可以充分地减小畸变。
上述的条件表达式(2)是用于确定第一透镜L1与第二透镜L2之间间隔D2的可允许范围D2/f，它是利用成像透镜的组合焦距f进行归一化。若D2/f大于条件表达式(2)规定的下限，则第一透镜L1的图像侧表面r2与第二透镜L2的物体侧表面r5之间的距离可以保证插入孔径光阑S1有足够的距离。换句话说，不必因减小第一透镜L1和第二透镜L2的外部形状而使加工制造变得很困难，可以保证插入孔径光阑S1有足够的空间。
若D2/f小于条件表达式(2)规定的上限，则不需要增大第一透镜L1和第二透镜L2的外部形状，因此，可以做成小型化成像透镜。此外，不增大图像面的畸变，因此，可以得到满意的图像。
上述的条件表达式(3)是用于确定第二透镜L2的中心厚度D3的可允许范围D3/f，它是利用成像透镜的组合焦距f进行归一化。若D3/f大于条件表达式(3)规定的下限，则第二透镜L2的中心厚度D3不会变得太薄，因此，不需要减小第二透镜L2外围部分的厚度而使加工制造变得很困难。换句话说，可以充分保证在树脂透镜注模期间注入熔融树脂到模具中使用的闸门孔径，因此，很容易把熔融树脂均匀地注入到模具中。
若D3/f小于条件表达式(3)规定的上限，则不需要增大第二透镜L2的透镜系统尺寸，因此，可以使成像透镜做成小型化。此外，不增大图像面的畸变，可以得到满意的图像。所以，D3/f满足条件表达式(3)的本发明成像透镜能使熔融树脂在制作透镜时均匀地注入到模具中，因此，可以容易地加工制造成像透镜。此外，可以做成小型化成像透镜。
上述的条件表达式(4)是用于确定从第一透镜L1的物体侧表面到图像面之间距离d(空气中)的可允许范围d/f，它是利用成像透镜的组合焦距f进行归一化。此处，我们还描述从第一透镜L1的物体侧表面到图像面之间的距离d。“距离(空气中)d”表示从第一透镜L1的物体侧表面到图像面之间的距离是在第一透镜L1的物体侧表面与图像面之间除了空气之外不插入透明物体(盖玻片等)的条件下测量的。
若d/f大于条件表达式(4)规定的下限，则不需要减小第一透镜L1，第二透镜L2，和第三透镜L3的厚度，因此，在制成树脂透镜期间把树脂分布到整个模具中是不困难的。若d/f小于条件表达式(4)规定的上限，则不会出现入射到透镜外围的光量少于入射到透镜中心部分光量的问题。因此，在无须增大第一透镜L1，第二透镜L2，和第三透镜L3的外部形状尺寸的条件下，可以增大入射到透镜外围的光量，而这些透镜是成像透镜的透镜组成部分。因此，可以做成小型化成像透镜。
通过提供满足上述条件表达式(1)至(4)中四个条件的透镜结构，可以解决常规成像透镜中存在的问题，从而提供小型化成像透镜，虽然它的体积很小，但能够得到满意的图像。
此外，利用Abbe数在30至60之间材料制成的透镜构成第一透镜L1，第二透镜L2，和第三透镜L3，可以容易地得到满意的图像。此外，若利用环烯塑料制成第一透镜L1，第二透镜L2，和第三透镜L3，由于这种材料的Abbe数是56.2，则可以利用Abbe数在上述30至60范围内的材料制成这些透镜。
按照本发明的成像透镜，可以利用Abbe数在30至60范围内的材料制作透镜，因此，透镜材料不局限于特定的塑料。只要塑料的Abbe数是在30至60范围内，可以利用任何的塑料。
此外，众所周知，环烯塑料适合于按照注模法制作透镜。注模法是用于制作透镜的熟知技术。此外，环烯塑料在本发明成像透镜之外的其他透镜系统有使用的记录，因此，若使用环烯塑料，则可以制作有高可靠性的成像透镜。
附图说明
根据以下结合附图的描述，可以更好地理解本发明的以上和其他目的，特征和优点，其中：
图1是按照本发明成像透镜的剖面图；
图2是第一个实施例成像透镜的剖面图；
图3是第一个实施例成像透镜的畸变图；
图4是第一个实施例成像透镜的像散图；
图5是第一个实施例成像透镜的色差/球面像差图；
图6是第二个实施例成像透镜的剖面图；
图7是第二个实施例成像透镜的畸变图；
图8是第二个实施例成像透镜的像散图；
图9是第二个实施例成像透镜的色差/球面像差图；
图10是第三个实施例成像透镜的剖面图；
图11是第三个实施例成像透镜的畸变图；
图12是第三个实施例成像透镜的像散图；
图13是第三个实施例成像透镜的色差/球面像差图；
图14是第四个实施例成像透镜的剖面图；
图15是第四个实施例成像透镜的畸变图；
图16是第四个实施例成像透镜的像散图；
图17是第四个实施例成像透镜的色差/球面像差图。
具体实施方式
以下参照附图描述本发明的几个实施例。请注意，为了便于对本发明的理解，在附图中仅仅示意地画出在每个组成单元的形状，幅度和位置的关系，以下描述的数字条件和其他条件也仅仅是其优选的例子。所以，本发明并不局限于本发明的这些实施例。
图1是按照本发明成像透镜的构成图。图1中定义的参考符号也用于图2，6，10和14中，这些符号指出表面编号，表面之间的距离，等等。
从物体侧开始计数，利用参考符号L1，L2和L3分别表示第一透镜，第二透镜，和第三透镜。数字10表示构成图像面的成像装置，数字12表示把图像面与透镜系统分开的盖玻片，而符号S1表示孔径光阑。数字14和16分别表示孔径光阑S1的两个表面。在不会引起混淆的条件下，符号r1和r2用于代表轴向曲率半径值的两个变量和识别透镜表面的符号(例如，r1用于代表第一透镜的物体侧表面，等等)。
附图中所示的参数作为以下表1至表4中具体的数字值，例如，ri(i＝1，2，3，...，11)和di(i＝1，2，3，...，10)。后缀i对应于从物体侧到图像面侧一个接一个排列的每个透镜，透镜厚度，透镜之间距离等的表面编号。
更具体地说：
ri是第i个表面的轴向曲率半径；
di是从第i个表面到第i+1个表面的距离；
Ni是第i个表面和第i+1个表面构成透镜介质的折射率；和
vi是第i个表面和第i+1个表面构成透镜介质的Abbe数。
光程d是从距离d1至d7相加在一起并加上后焦距bf得到的值。后焦距bf是在光轴上从第三透镜L3的图像侧表面到图像面的距离。我们假设，焦距bf是在去掉插入在第三透镜L3与图像面之间盖玻片12之后测量的。更具体地说，由于盖玻片的折射率大于1，从第三透镜L3的图像侧表面到图像面的几何距离在插入盖玻片时比去掉盖玻片之后的长。距离增大的程度是由插入盖玻片的折射率和厚度所确定。因此，为了确定后焦距bf作为成像透镜的唯一值且不依赖于是否存在盖玻片，利用去掉盖玻片之后测量的值。第一透镜L1与第二透镜L2之间的间隔D2定义为D2＝d2+d3+d4。
表1至表4的各列中说明非球面数据和表面编号。孔径光阑S1的两个表面r3和r4，盖玻片的两个表面r9和r10，以及r11是平坦面，因此，它们的曲率半径表示为∞。
根据以下的公式可以得到本发明中所用的非球面。
Z＝ch2/[1+[1-(1+k)c2h2]+1/2]+A0h4+B0h6+C0h8+d0h10
其中
Z是表面顶点处切平面的深度，
c是光轴近傍的表面曲率，
h是离光轴的高度，
k是锥形常数，
A0是四级非球面系数，
B0是六级非球面系数，
C0是八级非球面系数，
D0是十级非球面系数。
在这个说明书中，表1至表4的每个表中非球面系数的数字值是用指数表示，例如，“e-1”表示“10-1”。此外，焦距f的值是指第一透镜和第二透镜构成透镜系统的组合焦距。
现在参照图2至图17描述第一个实施例至第四个实施例。图2，6，10，和14是展示透镜构成的示意图。图3，7，11，和15表示畸变曲线，图4，8，12，和16表示像散曲线，而图5，9，13，和17表示色差/球面像差曲线。
畸变曲线指出像差量(横坐标表示不满足正切条件时的百分数)与离光轴距离(纵坐标表示图像平面上离光轴的最大距离的百分数为100)的关系。与畸变像差曲线类似，像散像差曲线指出沿横轴的像差量(毫米单位)与离光轴距离的关系。像散像差曲线还展示子午平面和弧矢平面上的像差量(毫米单位)。色差/球面像差曲线展示沿水平轴的像差量(毫米单位)与纵坐标上入射距离h(F数)的关系。
色差/球面像差曲线还展示C谱线(波长为656.3nm的光)，d谱线(波长为587.6nm的光)，e谱线(波长为546.1nm的光)，F谱线(波长为486.1nm的光)，和g谱线(波长为435.8nm的光)的像差量。折射率是d谱线(波长为587.6nm的光)上的折射率。
以下列出组成第一个实施例至第四个实施例中透镜的曲率半径(mm单位)，透镜表面距离(mm单位)，透镜材料的折射率，透镜材料的Abbe数，透镜的焦距，数值孔径，和非球面系数。
表1：第一个实施例
焦距f＝3.656mm，数值孔径Fno＝3.00
曲率半径(ri)   距离(di) 折射率(Ni) Abbe数(vi)                           非球面系数
  K   A0   B0   C0   D0
r1＝1.34 N1＝1.525 v1＝56.2   0   0.300e-1   -0.200e-1   0.360e-1   0
  d1＝1.0500
r2＝4.61   0   -0.260e-1   0.660   -0.200e+1   0
  d2＝0.0600
r3＝∞   0   0
  d3＝0.0500
r4＝∞   0   0
  d4＝0.2100
r5＝-1.35 N5＝1.525 v5＝56.2   0   0.140e-1   -0.100e+1   0.265e+1   0
  d5＝1.0000
r6＝-1.54   0   -0.100   -0.230   0.230   0
  d6＝0.0200
r7＝2.95 N7＝1.525 v7＝56.2   0   -0.280   -0.540e-1   0.330e-1   0
  d7＝0.7994
r8＝2.17   0   -0.150   0.100e-1   -0.300e-2   0
  d8＝0.5990
r9＝∞ 盖玻片   0   0
  d9＝0.5000
r10＝∞   0   0
  d10＝0.5000
r11＝∞   0   0
表2：第二个实施例
焦距f＝3.697mm，数值孔径Fno＝3.20
曲率半径(ri) 距离(di) 折射率(Ni) Abbe数(vi)                             非球面系数
K A0 B0 C0 D0
r1＝1.36 N1＝1.525 v1＝56.2 0 0.230e-1 -0.150e-1 0.330e-1 0
d1＝1.0700
r2＝4.68 0 -0.240e-1 0.720 -0.210e+1 0
d2＝0.0600
r3＝∞ 0 0
d3＝0.0500
r4＝∞ 0 0
d4＝0.2100
r5＝-1.37  N5＝1.525 v5＝56.2  0 0.330e-1 -0.830 0.190e+1 0
d5＝0.9500
r6＝-1.56  0 -0.160 -0.110 0.160 0
d6＝0.0200
r7＝3.00  N7＝1.525 v7＝56.2  0 -0.310 -0.420e-3 0.890e-2 0
d7＝0.8100
r8＝2.20  0 -0.148 0.121e-1 -0.280e-2 0
d8＝0.6238
r9＝∞ 盖玻片 0 0
d9＝0.5000
r10＝∞ 0 0
d10＝0.5000
r11＝∞ 0 0
表3：第三个实施例
焦距f＝5.428mm，数值孔径Fno＝3.20
曲率半径(ri)   距离(di)   折射率(Ni)   Abbe数(vi)                                  非球面系数
  K   A0   B0   C0   D0
r1＝2.00   N1＝1.525   v1＝56.2   0   0.360e-2   0.630e-3   0.780e-3   0
  d1＝1.5800
r2＝6.92   0   -0.190e-1   0.920e-1   -0.130   0
  d2＝0.0900
r3＝∞   0   0
  d3＝0.0500
r4＝∞   0   0
  d4＝0.3400
r5＝-2.02   N5＝1.525   v5＝56.2   0   -0.380e-2   -0.850e-1   0.100e-1   0
  d5＝1.4700
r6＝-2.30   0   -0.350e-1   -0.130e-1   0.650e-2   0
  d6＝0.0300
r7＝4.42   N7＝1.525   v7＝56.2   0   -0.800e-1   -0.340e-3   0.127e-2   0
  d7＝1.2000
r8＝3.25   0   -0.430e-1   0.170e-2   -0.110e-3   0
  d8＝0.7659
r9＝∞   盖玻片   0   0
  d9＝0.5000
r10＝∞   0   0
  d10＝1.0000
r11＝∞   0   0
表4：第四个实施例
焦距f＝6.520mm，数值孔径Fno＝3.30
  曲率半径(ri)   距离(di)   折射率(Ni)   Abbe数(vi)                                非球面系数
  K   A0   B0   C0   D0
  r1＝2.40   N1＝1.525   v1＝56.2   0   0.270e-2   0.390e-4   0.240e-3   0
  d1＝1.8900
  r2＝8.30   0   -0.100e-1   0.340e-1   -0.380e-1   0
  d2＝0.1100
  r3＝∞   0   0
  d3＝0.0500
  r4＝∞   0   0
  d4＝0.4200
  r5＝-2.43   N5＝1.525   v5＝56.2   0   -0.220e-2   -0.430e-1   0.140e-1   0
  d5＝1.7600
  r6＝-2.77   0   -0.240e-1   -0.710e-2   0.250e-2   0
  d6＝0.0360
  r7＝5.30   N7＝1.525   v7＝56.2   0   -0.560e-1   0.110e-2   0.120e-3   0
  d7＝1.4400
  r8＝3.90   0   -0.290e-1   0.130e-2   -0.890e-4   0
  d8＝1.1894
  r9＝∞   盖玻片   0   0
  d9＝0.5000
  r10＝∞   0   0
  d10＝1.0000
  r11＝∞   0   0
以下描述每个实施例的特征。在第一个实施例至第四个实施例的所有实施例中，利用环烯塑料的ZEONEX 480R(“ZEONEX”是日本Zeon公司的注册商标，而480R是产的编号；以下简单地称之为“ZEONEX”)作为第一透镜L1，第二透镜L2，和第三透镜L3的材料。
第一透镜L1的两个表面，以及第二透镜L2和第三透镜L3的两个表面分别是非球面。因此，在每个实施例和比较例子中，非球面的数目是六个。
第一透镜L1，第二透镜L2，和第三透镜L3材料ZEONEX 480R的Abbe数是56.2(d谱线上的折射率是1.525)。
通过模拟我们知道，若透镜材料的Abbe数是在30至60的范围内，则基本不出现透镜性能质量的差异，例如，像差。换句话说，我们知道，只要Abbe数是在这个范围内的值，与常规成像透镜中的像差校正进行比较，可以实现本发明的目的，即，满意地校正成像透镜中的像差。
在第一个至第四个实施例的每个实施例中，厚度为0.5mm的滤光片插入在透镜系统与图像面之间。玻璃(d谱线上的折射率是1.52)用作这个滤光片的材料。在有滤光片的前提下，计算以下描述的各种类型像差。
第一个实施例
(A)整个透镜系统的焦距是f＝3.656mm。
(B)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1是r1＝1.34mm。
(C)第一透镜L1的图像侧曲率半径r2是r2＝4.61mm。
(D)后焦距bf是bf＝1.432mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧表面到图像面的空气中距离或光程长d是d＝4.621mm。
(F)第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离D2是D2＝0.32mm。
(G)第二透镜L2的中心厚度D3是D3＝d5＝1.00mm。
(H)第一透镜L1的焦距f1是f1＝3.24mm。
(I)第二透镜L2的焦距f2是f2＝25.67mm。
(J)第三透镜L3的焦距f3是f3＝-24.15mm。
因此
(1)r1/r2＝1.34/4.61＝0.2907
(2)D2/f＝0.32/3.656＝0.0875
(3)D3/f＝1.00/3.656＝0.2735，和
(4)d/f＝4.621/3.656＝1.2639。
因此，第一个实施例的透镜系统满足所有以下的条件表达式(1)至(4)。
0.24＜r1/r2＜0.34           (1)
0.08＜D2/f＜0.1             (2)
0.24＜D3/f＜0.29            (3)
1.0＜d/f＜1.5               (4)
此后，术语“条件表达式”用于表示这四个表达式(1)至(4)。
如表1所示，孔径光阑S1是在第一透镜L1第二表面(图像侧表面)向后的0.06mm(d2＝0.06mm)的位置上。数值孔径(F数)是3.0，而组合焦距f是3.656mm。
图2表示第一个实施例中成像透镜的剖面图。
光程长是4.621mm，因此，这个值保持在9mm以内。后焦距是1.432mm，因此，确保有足够的长度。
图3所示的畸变曲线20，图4所示的像散曲线(与子午面有关的像差曲线22和与弧矢面有关的像差曲线24)，和图5所示的色差/球面像差曲线(与C谱线有关的像差曲线26，与d谱线有关的像差曲线28，与e谱线有关的像差曲线30，与F谱线有关的像差曲线32，和与g谱线有关的像差曲线34)分别用曲线图表示。
图3和图4中像差曲线的纵坐标表示图像高度与离光轴距离的百分比关系。在图3和图4中，100％，80％，70％，和60％分别对应于2.240mm，1.792mm，1.567mm，和1.344mm。图5中像差曲线的纵坐标指出对应于最大值F3.0的入射距离h(F数)。图5中横坐标表示像差的幅度。
关于畸变，在图像高度位置为60％(图像高度为1.344mm)的情况下，像差量绝对值达到的最大值为1.92％，因此在图像高度为2.240mm以下的范围内，像差量的绝对值保持在1.92％以内。
关于像散，在图像高度位置为100％(图像高度为2.240mm)的情况下，弧矢面上像差量绝对值达到的最大值为0.0682mm，因此在图像高度为2.240mm以下的范围内，像差量的绝对值保持在0.0682mm以内。
关于色差/球面像差，在入射距离h为50％的情况下，与g谱线有关的像差曲线34绝对值达到的最大值为0.11mm，因此，像差量的绝对值保持在0.11mm以内。
第二个实施例
(A)整个透镜系统的焦距是f＝3.697mm。
(B)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1是r1＝1.36mm。
(C)第一透镜L1的图像侧曲率半径r2是r2＝4.68mm。
(D)后焦距bf是bf＝1.457mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧表面到图像面的空气中距离或光程长d是d＝4.627mm。
(F)第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离D2是D2＝0.32mm。
(G)第二透镜L2的中心厚度D3是D3＝d5＝0.95mm。
(H)第一透镜L1的焦距f1是f1＝3.29mm。
(I)第二透镜L2的焦距f2是f2＝29.7mm。
(J)第三透镜L3的焦距f3是f3＝-24.12mm。
因此，
(1)r1/r2＝1.36/4.68＝0.2906
(2)D2/f＝0.32/3.697＝0.0866
(3)D3/f＝0.95/3.697＝0.257，和
(4)d/f＝4.627/3.697＝1.2516。
因此，第二个实施例的透镜系统满足所有以下的条件表达式(1)至(4)。
0.24＜r1/r2＜0.34           (1)
0.08＜D2/f＜0.1             (2)
0.24＜D3/f＜0.29            (3)
1.0＜d/f＜1.5               (4)
如表2所示，孔径光阑S1是在第一透镜L1第二表面(图像侧表面)向后的0.06mm(d2＝0.06mm)的位置上。数值孔径(F数)是3.2，而组合焦距f是3.679mm。
图6表示第二个实施例中成像透镜的剖面图。
光程长是4.627mm，因此，这个值保持在9mm以内。后焦距是1.457mm，因此，确保有足够的长度。
图7所示的畸变曲线36，图8所示的像散曲线(与子午面有关的像差曲线38和与弧矢面有关的像差曲线40)，和图9所示的色差/球面像差曲线(与C谱线有关的像差曲线42，与d谱线有关的像差曲线44，与e谱线有关的像差曲线46，与F谱线有关的像差曲线48，和与g谱线有关的像差曲线50)分别用曲线图表示。
图7和图8中像差曲线的纵坐标表示图像高度与离光轴距离的百分比关系。在图7和图8中，100％，80％，70％，和60％分别对应于2.240mm，1.792mm，1.567mm，和1.344mm。图9中像差曲线的纵坐标指出对应于最大值F3.2的入射距离h(F数)。图9中横坐标表示像差的幅度。
关于畸变，在图像高度位置为60％(图像高度为1.344mm)的情况下，像差量绝对值达到的最大值为1.52％，因此在图像高度为2.240mm以下的范围内，像差量的绝对值保持在1.52％以内。
关于像散，在图像高度位置为100％(图像高度为2.240mm)的情况下，弧矢面上像差量绝对值达到的最大值为0.0744mm，因此在图像高度为2.240mm以下的范围内，像差量的绝对值保持在0.0744mm以内。
关于色差/球面像差，在入射距离h为50％的情况下，与g谱线有关的像差曲线50绝对值达到的最大值为0.11mm，因此，像差量的绝对值保持在0.11mm以内。
第三个实施例
(A)整个透镜系统的焦距f是f＝5.428mm。
(B)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1是r1＝2.00mm。
(C)第一透镜L1的图像侧曲率半径r2是r2＝6.92mm。
(D)后焦距bf是bf＝2.099mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧表面到图像面的空气中距离或光程d长是d＝6.859mm。
(F)第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离D2是D2＝0.48mm。
(G)第二透镜L2的中心厚度D3是D3＝d5＝1.47mm。
(H)第一透镜L1的焦距f1是f1＝4.82mm。
(I)第二透镜L2的焦距f2是f2＝39.15 mm。
(J)第三透镜L3的焦距f3是f3＝-36.15mm。
因此，
(1)r1/r2＝2.00/6.92＝0.289
(2)D2/f＝0.48/5.428＝0.0884
(3)D3/f＝1.47/5.428＝0.2708，和
(4)d/f＝6.859/5.428＝1.2636。
因此，第三个实施例的透镜系统满足所有以下的条件表达式(1)至(4)。
0.24＜r1/r2＜0.34          (1)
0.08＜D2/f＜0.1            (2)
0.24＜D3/f＜0.29           (3)
1.0＜d/f＜1.5              (4)
如表3所示，孔径光阑S1是在第一透镜L1第二表面(图像侧表面)向后的0.09mm(d2＝0.09mm)的位置上。数值孔径(F数)是3.2，而组合焦距f是5.428mm。
图10表示第三个实施例中成像透镜的剖面图。
光程长是6.859mm，因此，这个值保持在9mm以内。后焦距是2.099mm，因此，确保有足够的长度。
图11所示的畸变曲线52，图12所示的像散曲线(与子午面有关的像差曲线54和与弧矢面有关的像差曲线56)，和图13所示的色差/球面像差曲线(与C谱线有关的像差曲线58，与d谱线有关的像差曲线60，与e谱线有关的像差曲线62，与F谱线有关的像差曲线64，和与g谱线有关的像差曲线66)分别用曲线图表示。
图11和图12中像差曲线的纵坐标表示图像高度与离光轴距离的百分比关系。在图11和图12中，100％，80％，70％，和60％分别对应于3.330mm，2.664mm，2.330mm，和1.998mm。图13中像差曲线的纵坐标指出对应于最大值F3.2的入射距离h(F数)。图13中横坐标表示像差的幅度。
关于畸变，在图像高度位置为70％(图像高度为2.330mm)的情况下，像差量绝对值达到的最大值为1.70％，因此在图像高度为3.330mm以下的范围内，像差量的绝对值保持在1.70％以内。
关于像散，在图像高度位置为100％(图像高度为3.330mm)的情况下，弧矢面上像差量绝对值达到的最大值为0.12mm，因此在图像高度为3.330mm以下的范围内，像差量绝对值保持在0.12mm以内。
关于色差/球面像差，在入射距离h为50％的情况下，与g谱线有关的像差曲线66绝对值达到的最大值为0.15mm，因此，像差量的绝对值保持在0.15mm以内。
第四个实施例
(A)整个透镜系统的焦距f是f＝6.52mm。
(B)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1是r1＝2.4mm。
(C)第一透镜L1的图像侧曲率半径r2是r2＝8.3mm。
(D)后焦距bf是bf＝2.523mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧表面到图像面的空气中距离或光程长d是d＝8.229mm。
(F)第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离D2是D2＝0.58mm。
(G)第二透镜L2的中心厚度D3是D3＝d5＝1.76mm。
(H)第一透镜L1的焦距f1是f1＝5.79mm。
(I)第二透镜L2的焦距f2是f2＝48.22mm。
(J)第三透镜L3的焦距f3是f3＝-43.54mm。
因此，
(1)r1/r2＝2.4/8.3＝0.289
(2)D2/f＝0.58/6.52＝0.089
(3)D3/f＝1.76/6.52＝0.2699，和
(4)d/f＝8.229/6.52＝1.2621。
因此，第四个实施例的透镜系统满足所有以下的条件表达式(1)至(4)。
0.24＜r1/r2＜0.34           (1)
0.08＜D2/f＜0.1             (2)
0.24＜D3/f＜0.29            (3)
1.0＜d/f＜1.5               (4)
如表4所示，孔径光阑S1是在第一透镜L1第二表面(图像侧表面)向后的0.11mm(d2＝0.11mm)的位置上。数值孔径(F数)是3.3，而组合焦距f是6.52mm。
图14表示第四个实施例中成像透镜的剖面图。
光程长是8.229mm，因此，这个值保持在9mm以内。后焦距是2.523mm，因此，确保有足够的长度。
图15所示的畸变曲线68，图16所示的像散曲线(与子午面有关的像差曲线70和与弧矢面有关的像差曲线72)，和图17所示的色差/球面像差曲线(与C谱线有关的像差曲线74，与d谱线有关的像差曲线76，与e谱线有关的像差曲线78，与F谱线有关的像差曲线80，和与g谱线有关的像差曲线82)分别用曲线图表示。
图15和图16中像差曲线的纵坐标表示图像高度与离光轴距离的百分比关系。在图15和图16中，100％，80％，70％，和60％分别对应于4.000mm，3.200mm，2.798mm，和2.400mm。图17中像差曲线的纵坐标指出对应于最大值F3.3的入射距离h(F数)。图17中横坐标表示像差的幅度。
关于畸变，在图像高度位置为60％(图像高度为2.400mm)的情况下，像差量绝对值达到的最大值为1.39％，因此在图像高度为4.000mm以下的范围内，像差量绝对值保持在1.39％以内。
关于像散，在图像高度位置为100％(图像高度为4.000mm)的情况下，弧矢面上像差量绝对值达到的最大值为0.15mm，因此在图像高度为4.000mm以下的范围内，像差量绝对值保持在0.15mm以内。
关于色差/球面像差，在入射距离h为50％的情况下，与g谱线有关的像差曲线82绝对值达到的最大值为0.17mm，因此，像差量的绝对值保持在0.17mm以内。
因此我们知道，在所有上述实施例的成像透镜中，利用CCD或CMOS作为成像装置，确保安装在小型摄像机中的成像透镜有足够的性能。
从以上对本发明成像透镜的描述中可以清楚地看出，通过设计构成成像透镜的每个透镜满足条件表达式(1)至(4)，可以解决本发明需要解决的问题。换句话说，满意地校正各种像差，并获得有足够后焦距和短光程的成像透镜。
请注意，在以上描述的实施例中，利用塑料ZEONEX 480R制作第一透镜，第二透镜，和第三透镜，但是只要满足这些实施例中描述的各种条件，可以利用这些实施例中所用材料以外的其他塑料和非塑料，例如，玻璃等。
如上所述，按照本发明的成像透镜，其中满意地校正各种像差，光程长的最大值约为9mm(第四个实施例中成像透镜的最大光程长为8.229mm)，因此，它适用于安装在便携式电话中的小型CCD摄像机。换句话说，按照本发明的成像透镜，即使是短的光程长，仍可以得到满意的图像，并可确保足够的后焦距。如在本发明的每个实施例所示，在本发明的成像透镜中，后焦距是足够地长，可以插入厚度约为0.5mm的盖玻片。更具体地说，第一个实施例中的后焦距为1.432mm，第二个实施例中的后焦距为1.457mm，第三个实施例中的后焦距为2.099mm，和第四个实施例中的后焦距为2.523mm。因此，本发明成像透镜的后焦距是足够长，可以插入厚度约为0.5mm的盖玻片。
此外，按照本发明的成像透镜，可以利用环烯塑料或聚碳酸酯作为透镜材料。因此，不需要采用昂贵的模制玻璃，它能降低生产成本和减轻重量。
如上所述，本发明的成像透镜可以用作安装在便携式电话，个人计算机，或数字摄像机中的摄像机透镜，还可以满意地用作安装在PDA(个人数字助理)中的摄像机透镜，安装在包含图像识别功能的玩具中的摄像机透镜，以及安装在监测，勘测和防犯装置中的摄像机透镜。

Claims (4)

1.一种成像透镜，包括：第一透镜L1，孔径光阑S1，第二透镜L2，和第三透镜L3，并有这样的结构，所述第一透镜L1，所述孔径光阑S1，所述第二透镜L2，和所述第三透镜L3是从物体侧到图像侧一个接一个地排列，
其中所述第一透镜L1是树脂透镜，它有正的折射本领和凸面朝向物体侧的弯月形状，
所述第二透镜L2是树脂透镜，它有正的折射本领和凸面朝向图像侧的弯月形状，和
所述第三透镜L3是树脂透镜，它有负的折射本领，
所述第一透镜L1的两个表面是非球面，所述第二透镜L2的两个表面是非球面，和所述第三透镜L3的两个表面是非球面，以及
所述成像透镜满足以下的条件：
0.24＜r1/r2＜0.34            (1)
0.08＜D2/f＜0.1              (2)
0.24＜D3/f＜0.29             (3)
1.0＜d/f＜1.5                (4)
其中
f是整个透镜系统的焦距，
r1是第一透镜L1的物体侧表面在光轴近傍的曲率半径(轴向曲率半径)，
r2是第一透镜L1的图像侧表面在光轴近傍的曲率半径(轴向曲率半径)，
D2是第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离，
D3是第二透镜L2的中心厚度，
d是从第一透镜L1的物体侧表面到图像面的距离(空气中)。
2.按照权利要求1的成像透镜，其中所述第一透镜L1，所述第二透镜L2，和所述第三透镜L3是利用Abbe数在30至60之间的材料制成。
3.按照权利要求1的成像透镜，其中所述第一透镜L1，所述第二透镜L2，和所述第三透镜L3是利用环烯塑料制成。
4.按照权利要求2的成像透镜，其中所述第一透镜L1，所述第二透镜L2，和所述第三透镜L3是利用环烯塑料制成。
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