CN102388331A

CN102388331A - 广角透镜和成像装置

Info

Publication number: CN102388331A
Application number: CN2010800161821A
Authority: CN
Inventors: 安部一成; 吉田勇人; 茂庭直树
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: WO2010122882A1; EP2422235A4; EP2422235B1; CN102388331B; JP5369867B2; JP2010256627A; US20120056978A1; EP2422235A1; US8643958B2

Abstract

一种广角透镜，该广角透镜具有超过160度的场角，该广角透镜包括以从对象侧朝向图像侧的顺序布置的前组、孔径光阑和后组。前组包括凸表面面向对象的第一透镜(负凹凸)、第二透镜(负)、第三透镜(负)和第四透镜(正)，将它们从对象侧朝向图像侧的顺序布置。后组包括第五透镜(正)、第六透镜(负)和第七透镜(正)，将它们从孔径侧朝向图像侧的顺序布置。第五和第六透镜被组合在一起以形成具有正的折射屈光度的接合透镜。第五和第六透镜分别由具有大于或等于50和小于或等于30的阿贝数的材料制成。第七透镜面向图像的表面是非球面。

Description

广角透镜和成像装置

技术领域

本发明涉及广角透镜和成像装置。

背景技术

监视器照相机和车载照相机包括成像透镜和区域传感器的组合，并且正在被投入使用。

在监视器照相机或车载照相机中使用的成像透镜优选地具有宽广的成像范围。由此，成像透镜需要具有宽广的场角。

成像透镜还优选地具有高分辨率。

例如，当在车载照相机中使用成像透镜时，成像透镜需要具有足够高的分辨率以用于如下目的。即，成像透镜用于观察近的范围处的路况(以观察是否存在任何小的危险物体，例如钉子和玻璃碎片)，并且用于观察在车辆高速行驶的高速公路上的远距离的路况。

在另一个例子中，当成像透镜用于安全目的的监视器照相机时，成像透镜需要具有足够高的分辨率以用于如下目的，具体地，成像透镜用于清楚地成像/观察人及人的所有物(危险物品，例如刀)。

此外，监视器照相机和车载照相机通常用于户外。由此，环境在白天和夜晚之间亮度显著变化。为了在夜晚成功地执行成像，成像透镜需要具有高亮度。

此外，还需要紧凑的监视器照相机和紧凑的车载照相机。由此，透镜的尺寸是紧凑的非常重要。

通常，成像透镜包括在监视器照相机或车载照相机中使用的七个透镜(见专利文件1和2)。该成像透镜具有广角、相对好的性能、高亮度和相对紧凑的尺寸。

在专利文件1和2中公开的成像透镜均具有超过180度的广角。此外，它们都包括小数目的透镜(7个透镜)，并且由此在尺寸紧凑上是有利的。

然而，为了增加对于车载照相机和监视器照相机具有足够广角的成像透镜的分辨率，需要正确地校正色像差。

在专利文件1中描述的成像透镜中，红光和蓝光之间的色像差大约是0.05mm(50μm)。由此，当使用具有近似6μm的像素间距的成像元件时，红光和蓝光之间的成像位置在相同图像中偏移了八个像素或更大。结果，形成的彩色图像将具有低的分辨率。

关于专利文件2中公开的成像透镜，色像差被校正的程度是未知的，并且由此分辨率是未知的。

专利文件1：日本公开专利申请No.2006-337691

专利文件2：日本公开专利申请No.2005-345577

专利文件3：日本公开专利申请No.2008-276185

发明内容

本发明的实施例的各方面提供了一种广角透镜和成像装置，其解决或减少了由相关领域的限制和缺点所引起的一个或更多的问题。

本发明的一个方面提供一种广角透镜，所述广角透镜的场角超过160度，所述广角透镜包括：按照从对象侧朝向图像侧的规定顺序布置的前组、孔径光阑和后组，其中，前组包括按照从对象侧朝向图像侧的规定顺序布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中第一透镜是负凹凸透镜且第一透镜的凸表面面向对象侧，第二透镜是负透镜，第三透镜是负透镜，第四透镜是正透镜，后组包括按照从孔径光阑侧朝向图像侧的规定顺序布置的第五透镜、第六透镜和第七透镜，其中第五透镜是正透镜，第六透镜是负透镜，第七透镜是正透镜，其中第五透镜和第六透镜被组合在一起以形成具有正的折射屈光度的接合透镜，第一到第七透镜形成了包括总共七个透镜的成像***，第五透镜是由具有大于或等于50的阿贝数vd5的材料制成的，第六透镜是由具有小于或等于30的阿贝数vd5的材料制成的，并且第七透镜面向图像侧的表面是非球面表面。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的广角透镜以及轴上光束和离轴光束；

图2示出了根据本发明的另一实施例的广角透镜以及轴上光束和离轴光束；

图3指示了根据实际例子1的广角透镜的规范的数据；

图4指示了根据实际例子1的广角透镜的非球面数据；

图5指示了根据实际例子2的广角透镜的规范的数据；

图6指示了根据实际例子2的广角透镜的非球面数据；

图7示出了根据实际例子1的广角透镜在切线方向和径向(sagittal)方向的水平像差；

图8示出了根据实际例子2的广角透镜在切线方向和径向方向的水平像差；

图9是根据实际例子1的广角透镜的象散图；

图10是根据实际例子2的广角透镜的象散图；

图11示出了根据实际例子1的广角透镜的失真像差；

图12示出了根据实际例子2的广角透镜的失真像差；

图13示出了关于实际例子1的倍率色像差中的相对差；

图14示出了关于实际例子1的倍率色像差中的相对差(以像素为单位)；

图15示出了关于实际例子1的倍率色像差中的相对差(以像素为单位)；

图16示出了关于实际例子2的倍率色像差中的相对差；

图17示出了关于实际例子2的倍率色像差中的相对差(以像素为单位)；

图18示出了关于实际例子2的倍率色像差中的相对差(以像素为单位)；

图19示出了与成像装置的成像元件和电子处理单元相关的部件；

图20示出了指示成像装置的具体配置的电路框图；以及

图21示出了信号处理单元的具体配置。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。

图1示出根据本发明的实施例的广角透镜。该广角透镜对应于下面描述的实际例子1。

广角透镜包括第一透镜L1到第七透镜L7，如图1所示从左侧(接近对象的一侧，即对象侧)向右侧(接近图像的一侧，即图像侧)布置。

第一透镜L1是负凹凸透镜，其凸面面向对象(对象侧表面)。第二透镜L2和第三透镜L3均为负凹凸透镜，其凸面面向对象。第四透镜L4是双凸透镜。第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4形成前组。在前组的屈光度分配是“负/负/负/正”。

孔径光阑S布置在第四透镜L4的图像侧上的位置。在孔径光阑S的图像侧上，布置三个透镜，以形成后组。具体地，第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7以从孔径光阑向图像侧的规定顺序布置。

第五透镜L5是双凸透镜并且第六透镜L6是双凹透镜。第五透镜L5和第六透镜L6被组合在一起(接合在一起)。通过组合第五透镜L5和第六透镜L6而形成的接合透镜具有正的折射屈光度。第七透镜L7在其两侧具有非球面表面，并且在近轴区域成形为双凸透镜。

孔径光阑S被布置在前组和后组之间的位置，即接近第五透镜L5的对象侧表面的位置。

在图1中，CG表示成像元件(CCD区域传感器)的防护玻璃罩，并且IS表示成像平面。成像平面IS对应于彩色成像元件的接收表面。彩色成像元件可以是已知的元件，具有二维布置的像素。彩色成像元件将由广角透镜形成的的目标图像转换为电子图像数据。

LF0表示轴上光束(沿着轴的光束)并且LF1表示最离轴的光束。最离轴的光束LF1进入第一透镜L1的角度示出了该广角透镜具有超过160度的场角。

第一透镜L1到第六透镜L6都是玻璃透镜，并且第七透镜L7是树脂透镜。

图2示出了根据本发明的另一个实施例的广角透镜。该广角透镜对应于下述实际例子2。在图2中，由相同的附图标记表示实质上对应于图1中的元件的元件。

广角透镜包括第一透镜L1到第七透镜L7，如图2所示从左侧(接近对象的一侧，即对象侧)向右侧(接近图像的一侧，即图像侧)布置。

第一透镜L1是负凹凸透镜，其凸面面向对象(对象侧表面)。第二透镜L2和第三透镜L3均为负凹凸透镜，其凸面面向对象。第四透镜L4是正凹凸透镜，其中具有大的曲率的表面面向图像(图像侧表面)。第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4形成前组。在前组的屈光度分配是“负/负/负/正”。

孔径光阑S布置在第四透镜L4的图像侧上的位置。在孔径光阑S的图像侧，布置三个透镜，以形成后组。具体地，第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7以从孔径光阑S向图像侧的规定顺序布置。

孔径光阑S被布置在前组和后组之间的位置，即接近第五透镜L5的对象侧表面的某个位置。

类似于图1，CG表示成像元件(CCD区域传感器)的防护玻璃罩，并且IS表示成像平面。成像平面IS对应于彩色成像元件的接收表面。

LF0表示轴上光束(沿着轴的光束)并且LF1表示最离轴的光束。最离轴的光束LF1进入第一透镜L1的角度示出了该广角透镜具有超过190度的场角。

第一透镜L1到第六透镜L6是玻璃透镜，并且第七透镜L7是树脂透镜。

<实际例子1>

下面给出图1所示的广角透镜的实际例子。下述任何长度的单位都是毫米(mm)。

实际例子1的透镜具有165度的场角(82.5度的半场角)，1.166mm的焦距以及2.0的F数值。

图3示出实际例子1的规范的数据。

图3的表中最左边的列指示表面编号，从面向对象的第一透镜L1的表面开始到成像表面IS。具有表面编号的表面包括透镜的表面、孔径光阑S的表面，防护玻璃罩CG的两个表面和成像表面。

与图1相关联，表面编号1到8对应于第一透镜L1到第四透镜L4的对象侧/图像侧表面。表面编号9对应于孔径光阑S的表面。表面编号10到14对应于第五透镜L5到第七透镜L7的对象侧/图像侧表面。表面编号15和16对应于防护玻璃罩CG的对象侧/图像侧表面。表面编号17对应于成像表面IS的表面。表面编号11对应于第五透镜L5和第六透镜L6接合的表面。

在非球面表面列中的圆圈表示对应的透镜表面是非球面的。如图3所示，第七透镜L7的两个表面(表面编号13和14)是非球面的。用于非球面表面的曲率半径列中的值对应于近轴曲率半径。

非球面表面的形状由下面已知的公式表达，其中与光轴正交的方向上的坐标是h，在光轴方向上的坐标是Z，近轴曲率半径是R，圆锥常数是K，并且高阶非球面表面系数是A、B、C、D、E和F。通过应用K和A到F的值来指定形状。

Z＝(h²/R)/[1+{1-(1+K)(h²/R²)}^1/2]+Ah²+Bh⁴+Ch⁶+Dh⁸+Eh¹⁰+Fh¹²

图4指示实际例子1的非球面表面数据。在图4的表中的最左边的列指示表面编号。

在图4中，例如，9.41E-03意味着9.41×10^-3。这也适用于下述实际例子2。

<实际例子2>

下面给出图2所示的广角透镜的实际例子2。

实际例子2的透镜具有190度的场角(95度的半场角)，0.946mm的焦距以及2.0的F数值。

图5以类似于图3的方式示出实际例子2的规范的数据。

与图2相关联，表面编号1到8对应于第一透镜L1到第四透镜L4的对象侧/图像侧表面。表面编号9对应于孔径光阑S的表面。表面编号10到14对应于第五透镜L5到第七透镜L7的对象侧/图像侧表面。表面编号15和16对应于防护玻璃罩CG的对象侧/图像侧表面。表面编号17对应于成像表面IS的表面。表面编号11对应于第五透镜L5和第六透镜L6接合的表面。

第七透镜L7的两个表面(表面编号13和14)是非球面的，如表中的圆圈所示。

图6以类似于图4的方式示出实际例子2的非球面表面数据。

如前所述，实际例子1和2的每个广角透镜都包括前组、光圈S和后组，以规定顺序从对象侧朝向图像侧布置。前组包括从对象侧朝向图像侧布置的、作为负凹凸透镜并且凸面朝向对象的第一透镜L1、作为负透镜的第二透镜L2和第三透镜L3、以及作为正透镜的第四透镜L4。后组包括从孔径光阑S(孔径光阑侧)朝向图像侧布置的、作为正透镜的第五透镜L5、作为负透镜的第六透镜L6、以及作为正透镜的第七透镜L7。第五透镜L5和第六透镜L6被组合在一起。

在前组中第四透镜L4的材料在实际例子1中具有28.5的阿贝数Vd4，以及在实际例子2中具有26.5的阿贝数Vd4。第六透镜L6的材料在实际例子1中具有20.9的阿贝数vd6，以及在实际例子2中具有23.8的阿贝数Vd6。由此，在这两个例子中，阿贝数都小于30。

此外，第五透镜L5的材料在实际例子1中具有55.3的阿贝数Vd5，以及在实际例子2中具有60.1的阿贝数Vd5。由此，在这两个例子中，阿贝数都超过50。

如上所述，F数值在实际例子1和实际例子2中均为2.0。

第四透镜L4的厚度d4和整个成像***的焦距F的比率(参数d4/F)在实际例子1中是5.15(＝6.00/1.166)，以及在实际例子2中是5.89(＝5.57/0.946)。由此，在任一种情况下都满足下面的条件(1)。

(1)5.0＜d4/F＜6.0

如果参数d4/F小于或等于5.0，将引起下面的问题。具体地，很难维持低的球面表面像差和低的慧形像差，同时维持第一到第三透镜的倍率色像差和面向孔径光阑S的第四透镜(用于校正)的表面处的倍率色像差之间的恰当的均衡。由此，会降低分辨率。

如果参数d4/F大于或等于6.0，将会引起下面的问题。具体地，第四透镜L4将会太厚，由此增加广角透镜的总长度。结果，广角透镜的尺寸不是紧凑的。

第七透镜L7是由树脂制成的非球面透镜(两侧均为非球面)。第一到第六透镜L1到L6由玻璃制成。

在实际例子1中后焦点(沿着光轴从第六透镜L6的图像侧到成像表面的长度)是2.654mm，在实际例子2中后焦点是2.3mm。在实际例子1中总光程(沿着光轴从第一透镜L1的对象侧表面到成像表面的长度)是19.854mm，在实际例子2中总光程是20.97mm。

第一透镜L1的有效直径(其限定在光轴的正交方向上广角透镜的尺寸)在实际例子1中是12.8mm，而在实际例子2中是13.2mm。如上所述，根据实际例子1和2的广角透镜具有紧凑的尺寸。

图7示出了实际例子1的水平像差，该水平像差包括在切线方向和径向方向上的慧形像差。图8示出了实际例子2的水平像差，该水平像差包括在切线方向和径向方向上的慧形像差。

图9是实际例子1的象散图。图10是实际例子2的象散图。在图7到图10中，R1和R2对应于具有650nm的波长的光束，G1和G2对应于具有532nm的波长的光束，以及B1和B2对应于具有477nm的波长的光束。R1、G1和B1指示径向方向，并且R2、G2和B2指示切线方向。

如图9和图10所示，在实际例子1和2中都成功地校正象散。在实际例子1中特别成功地校正象散。当成功地校正象散时，可以增加分辨率。

图11和12示出关于各种场角的失真像差。图11与实际例子1相关，以及图12与实际例子2相关。在图11和12的左边的表指示被计算出的值，并且在图11和12的右边的图是失真像差图。在失真像差图中，垂直轴指示半场角(入射光束关于光轴的入射角)，并且水平轴指示失真量(％)。通过立体投影方法在成像元件的垂直方向上指示失真像差。具体地，失真像差由下面的公式表达：

Y＝2f·tan(θ/2)

其中，焦距是f，图像高度是Y，并且半场角是θ。

在图11和12的右侧的失真像差图可以根据需要或请求通过对彩色成像元件输出的电子数据执行电子处理来进行校正。在实际例子1和2中，如图11和12所示故意生成失真像差，使得所显示的图像可以由用户容易地观察到。

图13到15示出了通过使用绿光(波长：532nm)作为参考与实际例子1有关的倍率色像差中的相对差。具体地，示出了在红光(波长：650nm)和绿光之间的倍率色像差(R-G)中的差以及在蓝光(波长：477nm)和绿光之间的倍率色像差(B-G)中的差。图13到15的左边的表指示所计算出的值，并且图13到15的右边的图是曲线图，其中水平轴表示场角并且垂直轴表示倍率色像差。

在图14和15中，曲线图的垂直轴指示像素的数目。

假设在某个场角处的倍率色像差R-G中的差对应于一个像素，这意味着红光R和绿光G的成像位置在这个场角处彼此相对偏移了一个像素。

在图14的例子中，垂直轴的像素单元具有0.006mm(6μm)的像素间距。在图15的例子中，垂直轴的像素单元具有0.003mm的像素间距。

以与图13到图15相同的方式，图13到图18示出了与实际例子2相关的倍率色像差中的相对差。

根据实际例子1或2的广角透镜可以与成像元件相组合以形成成像装置。

如上所述，成像元件是区域传感器类型的元件，例如CCD或CMOS。具体地，成像元件包括二维布置的像素。成像元件将对象的图像转换为图像数据，该对象的图像是由广角透镜在包括像素的表面(即上述成像表面)上形成的。

在与根据实际例子1或2的广角透镜组合的成像元件的一个例子中，接收表面的形状可以是矩形(H指示长的方向，V指示宽的方向)。在H和V方向上像素间距均为6μm，并且像素的数目是640(H方向)×480(V方向)。

在这个例子中，有效的成像面积是2.88mm(V方向)×3.84mm(H方向)×4.80mm(D方向：对角线方向)。

除了广角长度和成像元件之外，电子处理单元也可以被包括在成像装置中。

图19示出了与成像装置的成像元件和电子处理单元相关的部件。

电子处理单元位于由3A指示的成像元件的随后级。电子处理单元包括存储器，用于存储从成像元件3A输出的图像数据；存储器输出控制电路，用于输出与指定的场角对应的图像数据；第一信号处理电路，用于校正广角透镜的失真像差；以及第二信号处理电路，用于校正广角透镜的MTF。

具体地，如图19的典型框图所示，成像元件3A的光电转换信号从传感器(I/O)3B输出。传感器(I/O)3B输出例如SYNC(V-SYNC，HSYNC)信号，DATA信号和CLK(时钟)信号。

例如，对于R、G和B的每一个存在10比特的数据信号，并且CLK信号是25MH。

这些信号被输入到信号处理单元(DSP单元)3C，在此处理这些信号。DSP单元3C包括上述存储器、存储器输出控制电路、第一信号处理电路和第二信号处理电路。

硬件配置可以包括任何元件，只要下述处理可以被实现于FPGA和DSP的可编程逻辑器件并且在例如ASIC的输入信号上执行。时钟产生电路3D将例如100MH的时钟信号输入到DSP单元3C。

从DSP单元3C的输出被后I/F3E进行转换，从而以***所需的格式输出。输出格式可以是例如在数字信号的情况下的YUV422、YUV444和YUV221。在这个例子中，假设信号被转换为NTSC信号。

图20示出了指示成像装置的具体配置的电路框图。

使用成像透镜***(上述在图1和2中分别示出的实际例子1或2的广角透镜)，对象的图像(对象图像)形成在与成像元件3A对应的CCD的图像表面(上述成像表面IS)上。成像元件3A对于对象图像执行光电转换，从而将其转换为电子图像数据。由广角透镜形成的对象图像具有如图11或12所示的失真像差。

预处理单元3F包括自动增益控制器3F1和A/D转换器3F2。自动增益控制器3F1对从成像元件3A输出的图像数据执行自动增益控制。A/D转换器3F2将图像数据转换为数字信号，从而产生数字图像数据。自动增益控制器3F1由控制电路3H进行调节，并且控制电路3H根据对操作单元3G的操作输入被控制。

信号处理单元3I对数字图像数据执行图像处理。图像处理包括用于改善由成像元件3A引起的图像变差的处理以及用于改善由广角透镜引起的图像变差的处理。

例如，以拜尔(Bayer)排列来布置成像元件3A的像素，其中绿色(G)像素的数目大于红色(R)像素的数目或者蓝色(B)像素的数目。当创建R、G和B的彩色图像中的每一个时，如果仅提取R、G和G的图像数据集，并且将它们组合在一起，由于偏移的像素排列，彩色图像将会彼此相对偏移。

首先，信号处理单元3I执行重新布置像素的处理和校正R、G和B之间白平衡(white balance)的处理。由此，执行用于校正由成像元件3A引起的图像变差的处理。随后，信号处理单元3I执行校正引起图像变差的因子的处理，图像变差是由成像透镜***引起的，例如为失真像差和MTF变差。

当执行这些校正处理时，R、G和B的图像数据集被临时存储在帧存储器(存储器)3J中。控制电路3H还用作存储器输出控制电路，用于从存储器输出与所指定的场角相对应的图像数据。从帧存储器3J读取的图像数据根据需要由信号处理单元3I处理。然后从信号处理单元3I输出数字图像数据，输入到视频编码器3K，然后输入到显示器3L。

图21示出了信号处理单元3I的具体配置。该具体配置仅示出了第一信号处理电路和第二信号处理单元。

第一信号处理单元由主转换电路3I1构成。第二信号处理电路由FIR滤波器电路3I2构成。

主转换电路3I1接收R、G和B的数字图像数据集，该数字图像数据集已经经过了校正由成像元件3A的硬件配置引起的图像变差的处理。主转换电路3I1对这些R、G和B的数字图像数据集执行了主转换处理。主转换处理是考虑由失真像差引起的对象图像的失真，通过执行映射将输入图像数据的坐标转换为输出图像数据的坐标的坐标变换处理。由此，执行校正失真像差的处理。

失真像差被指定为在设计装置时广角透镜的属性之一。由此，失真像差可能是已知的，或者可以通过实际测量透镜来获得。基于失真像差属性，可以确定用于将输入图像数据的坐标转换为输出图像数据的坐标的坐标变换公式。通过根据该公式进行校正，可以消除失真像差，即，图像数据中的失真可以被校正。例如，可以使用多项式等式来近似变换公式。

在某些情况下，由于根据该公式压缩/解压缩像素可以改变光量分配，并且可以出现阴影。由此，可以通过将每个像素的亮度乘以与每个像素的区域的放大因子相对应的系数来校正光量中的不一致。

如上所述已经校正了失真像差的数字图像数据然后被输入到下一级的FIR滤波器电路3I2。FIR滤波器电路3I2对从主转换电路3I1输出的数字图像数据执行处理，例如去卷积。

由此，校正MTF的变差。维那(Weiner)滤波器或简单HPF(高通滤波器)可以被用作FIR滤波器。

如图11和12所示，实际例子1和2的广角透镜的失真像差被成功地校正。然而，可以根据需要/请求有目的地产生失真像差，在这种情况下不需要校正失真像差。可以选择地执行失真像差的校正。

根据本发明的实施例，场角超过160度的广角透镜包括前组、孔径光阑和后组，它们以从对象侧朝向图像侧的规定顺序布置。

前组包括作为负凹凸透镜的并且凸表面面向对象侧的第一透镜、作为负透镜的第二透镜、作为负透镜的第三透镜、以及作为正透镜的第四透镜，这些透镜以从对象侧朝向图像侧的规定顺序布置。由此，折射屈光度分配是负/负/负/正。

通过在前组中在对象侧布置三个负透镜，以大的角度(关于光轴)进入第一透镜的最大场角的光束可以被有效地校正以变成平行于光轴。为了该目的，凸表面面向对象侧的负凹凸透镜被用作第一透镜，其中入射场角是大的。

后组包括作为正透镜的第五透镜，作为负透镜的第六透镜，以及作为正透镜的第七透镜，这些透镜以从孔径光阑侧朝向图像侧的规定顺序布置。第五透镜和第六透镜被组合在一起，以形成具有正的折射屈光度的接合透镜。

后组包括具有正的折射屈光度的接合透镜和作为正透镜的第七透镜，并且由此具有整体的正的折射屈光度。

第五透镜由具有大于或等于50的阿贝数vd5的材料制成。第六透镜由具有小于或等于30的阿贝数vd6的材料制成。

第七透镜面向图像侧的表面是非球面表面。

第四透镜优选地由具有小于或等于30的阿贝数vd4的材料制成。

第四透镜的厚度d4和整个成像***的焦距F优选地满足下面的条件(1)。

(1)5.0＜d4/F＜6.0。

第七透镜面向图像侧的非球面表面主要具有调节失真像差的功能。

场角可以超过180度。

广角透镜具有基本上2.0(例如1.9到2.4)的F数值。

第一到第六透镜由光学玻璃制成，并且第七透镜由树脂制成。

根据本发明的实施例的成像装置包括广角透镜和成像元件。

成像装置中包括的广角透镜可以是根据本发明的实施例的上述广角透镜中的任一个。

成像装置中包括的成像元件包括二维布置的像素。成像元件被配置以执行将由广角透镜形成的成像目标的图像转换为图像数据的转换处理。例如CCD或CMOS的区域传感器可以被用作成像元件。

成像装置可以进一步包括电子处理单元，用于对由成像元件执行的转换处理获得的图像数据执行电子处理。

对图像数据执行的电子处理(其作为成像元件的转换处理的结果被获得)可以是任何已知的成像处理或传输处理，例如如专利文件3中描述的校正像差和MTF的处理。

如上所述，根据本发明的实施例，在具有超过160度场角的广角透镜中，正确地校正色像差，由此提供了高分辨率的广角镜头。此外，广角镜头优选地具有高亮度，该高亮度具有低F数值。

作为亮度的指标的F数值是焦距除以入射的孔径直径。为了减小F数值以增加亮度，焦距要被减小并且入射的孔径直径要被增大。然而，在任一种情况下，轴上光束和离轴光束之间的角度增加，这可以增加色像差(特别地，倍率色像差)。结果，由成像装置形成的图像的质量可能变坏。

已知通过组合使用高阿贝数的材料制成的正透镜和低阿贝数的材料制成的负透镜，可以减小色像差。此外，已知通过将这样的正透镜和负透镜粘结在一起以形成接合的透镜，可以进一步减小色像差。

然而，传统接合的透镜(例如见专利文件1和2)具有下面的问题。在孔径光阑的图像侧布置的接合透镜包括面向对象侧并由低阿贝数材料制成的负透镜和面向图像侧并由高阿贝数的材料制成的正透镜。如果透镜以这种方式组合，透镜接合的表面(接合表面)将具有朝向孔径光阑突出的凸形状。由此，在各个场角处的主要光束将相对于接合表面的法线以大的角度进入透镜。结果，通常发生彗形像差。

在根据本发明的实施例的广角透镜中，在孔径光阑的图像侧布置的接合透镜包括面向孔径光阑侧并由高阿贝数的材料制成的正透镜(第五透镜)和面向图像侧并由低阿贝数的材料制成的负透镜(第六透镜)。

由此，由于第五透镜(正透镜)和第六透镜(负透镜)的材料的阿贝数的差异，可以正确地校正色像差。此外，接合表面的凹表面面向孔径光阑侧。由此，通过孔径光阑中心的主要光束以相对于接合表面的法线的小角度进入接合表面(即，处于同轴状态)。由此，可以有效地减小彗形像差。

为了使得第五和第六透镜如上所述有效地工作，第五透镜优选地由具有大于或等于50的阿贝数vd5的材料制成，并且第六透镜优选地由具有小于或等于30的阿贝数vd6的材料制成。

当第五透镜由具有小于50的阿贝数d5的材料制成时，即使第五透镜与由具有小于或等于30的阿贝数Vd6的材料制成的第六透镜组合，也不能充分地校正色像差。同时，当第五透镜由具有大于或等于65的阿贝数的材料制成时，将超过需要地校正色像差。

当第六透镜由具有超过30的阿贝数vd6的材料制成时，即使第六透镜与由具有大于或等于50的阿贝数vd5的材料制成的第五透镜组合，也不能充分地校正色像差。同时，当第六透镜具有小于或等于15的阿贝数时，很难通过现有的玻璃材料形成第六透镜。即使第六透镜由现有玻璃材料制成，将超过需要地校正色像差。

本发明的实施例提供了一种广角透镜，其能够正确地校正色像差，由此获得高分辨率。在前组中，三个负透镜(第一到第三透镜)从对象侧被布置，并且正透镜(第四透镜)被布置在这三个负透镜的图像侧。

三个负透镜(第一到第三透镜)具有使得场角变宽的功能，从而获得超过160度的宽的角度。第四透镜被布置在三个负透镜的图像侧，具有在其孔径光阑侧表面上消除在三个负透镜(第一到第三透镜)处生成的倍率色像差的功能，以校正色像差。

为了使得第四透镜如上所述有效地工作，第四透镜优选地由具有小于或等于30的阿贝数vd4的材料制成。

当第四透镜由具有超过30的阿贝数的材料制成时，在前组中的负透镜(第一到第三透镜)的组中生成的色像差不能被有效地校正。当第四透镜由小于或等于15的阿贝数的材料制成时，很难利用现有的玻璃材料形成第四透镜。即使第四透镜由现有玻璃材料制成，将超过需要地校正色像差。

通过使得第四透镜具有大厚度，前组中的光束可以被以适度的方式引导到孔径光阑。特别地，第四透镜在对象侧的表面优选地具有适度的曲率。由此，可以减小像差，例如球面表面像差和彗形像差。

关于第四透镜的厚度，第四途径的厚度d4和整个成像***的焦距F的比率(参数d4/F)优选地满足下面的条件(1)。

(1)5.0＜d4/F＜6.0

当参数d4/F小于或等于下限5.0时，很难保持低的球面表面像差和低的彗形像差，同时保持第一到第三透镜的倍率色像差和第四透镜(用于校正)面向孔径光阑的表面的倍率色像差之间的正确平衡。由此，减小分辨率。

如果参数d4/F大于或等于6.0，将引起下面的问题。具体地，第四透镜可能过厚，由此增加广角透镜的总长度。结果，不能获得紧凑的广角透镜。

只要色像差可以被校正从而获得高分辨率，第四和第六透镜的材料不必须具有小于或等于30的阿贝数。然而，为了获得低至基本上2.0的F数值，第四和第六透镜优选地具有小于或等于30的阿贝数。

无需多言，除了色像差之外的像差也需要被校正以改善图像质量。根据本发明的实施例的广角透镜包括五个单独的透镜和通过将两个透镜粘结在一起而形成的一个接合透镜。由此，存在具有不同参数的13个透镜表面。由此，广角透镜可以具有多个设计参数。由此，设计用于校正像差的结构可以提供较高的自由度。

第七透镜在图像侧的表面是成像光束通过的最后一个透镜。由此，通过对该表面使用非球面表面，可以有效地校正在第一到第六透镜中已经生成的各种像差。

在典型的成像透镜中，各种像差被优选地校正，以使得减小像差。还优选地校正失真像差。

然而，由于车载照相机和监视器照相机中的成像透镜具有广角，所显示的图像覆盖宽广的场角。由此，具有减小的失真像差的显示屏幕页不能总是易于观察。存在如下情况：当存在一定量的失真像差时，所显示的屏幕页更容易观察。这可以依赖于显示屏幕的尺寸。

在第七透镜在图像侧的表面，轴上主要光束和离轴主要光束是分开的。由此，通过根据成像光束的位置恰当地形成非球面表面的形状，可以调节失真像差。在上述实际例子中，第七透镜的两个表面均为非球面表面。第七透镜优选地由树脂制成，因为第七透镜被形成为具有非球面表面。

本发明的实施例提供了一种广角透镜，其可以正确地校正色像差，由此获得高的分辨率。根据上述实际例子的广角透镜具有165度和190度的宽广的场角、高分辨率(因为色像差被恰当地校正)、以及具有2.0的F数值的高亮度。

本发明不局限于所述特定实施例，可以进行变形和修改而不偏离本发明的范围。

本申请是基于2009年4月24日向日本专利局提交的日本优先权申请No.2009-106706，全部内容并入此处作为参考。

Claims

1.一种广角透镜，所述广角透镜的场角超过160度，所述广角透镜包括：

按照从对象侧朝向图像侧的规定顺序布置的前组、孔径光阑和后组，其中，

前组包括按照从对象侧朝向图像侧的规定顺序布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中第一透镜是负凹凸透镜且第一透镜的凸表面面向对象侧，第二透镜是负透镜，第三透镜是负透镜，第四透镜是正透镜，

后组包括按照从孔径光阑侧朝向图像侧的规定顺序布置的第五透镜、第六透镜和第七透镜，其中第五透镜是正透镜，第六透镜是负透镜，第七透镜是正透镜，其中第五透镜和第六透镜被组合在一起以形成具有正的折射屈光度的接合透镜，

第一到第七透镜形成了包括总共七个透镜的成像***，

第五透镜是由具有大于或等于50的阿贝数vd5的材料制成的，

第六透镜是由具有小于或等于30的阿贝数vd5的材料制成的，并且

第七透镜面向图像侧的表面是非球面表面。

2.根据权利要求1所述的广角透镜，其中，

第四透镜是由具有小于或等于30的阿贝数vd4的材料制成的。

3.根据权利要求1所述的广角透镜，其中，

第四透镜的厚度d4和整个成像***的焦距F满足5.0＜d4/F＜6.0的条件。

4.根据权利要求1所述的广角透镜，其中，

5.根据权利要求1所述的广角透镜，其中，

所述场角超过180度。

6.根据权利要求1所述的广角透镜，其中，

所述广角透镜具有实质上2.0的F数值。

7.根据权利要求1所述的广角透镜，其中，

第一到第六透镜是由光学玻璃制成的，并且

第七透镜是由树脂制成的。

8.一种成像装置，包括：

根据权利要求1所述的广角透镜；以及

包括二维布置的像素的彩色成像元件，所述彩色成像元件被配置为执行将由广角透镜形成的成像目标的图像转换为图像数据的转换处理。

9.根据权利要求8所述的成像装置，还包括：

电子处理单元，被配置为对由彩色成像元件执行的转换处理而获得的图像数据进行电子处理。