CN104459954A

CN104459954A - 成像透镜和固态成像设备

Info

Publication number: CN104459954A
Application number: CN201410427520.0A
Authority: CN
Inventors: 上野梨纱子; 本多浩大; 小林光吉; 铃木和拓; 权镐楠; 舟木英之
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2015-03-25
Also published as: US9207365B2; TWI534466B; KR20150032471A; US20150077622A1; TW201523013A; JP2015060068A

Abstract

本发明提供了成像透镜和固态成像设备。根据一个实施例，成像透镜包括第一光学***和微透镜阵列。该第一光学***包括光轴。该微透镜阵列设置在该第一光学***和成像元件之间。微透镜阵列包括设置在第一平面内的微透镜单元。成像元件包括像素组。每一个像素组包括像素。当投影到第一平面上时，微透镜单元分别覆盖像素组。该第一光学***包括孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、和第四透镜。该第一透镜设置在孔径光阑和微透镜阵列之间。该第二透镜设置在第一透镜和微透镜阵列之间。该第三透镜设置在第二透镜和微透镜阵列之间。该第四透镜设置在第三透镜和微透镜阵列之间。

Description

成像透镜和固态成像设备

相关申请的交叉引用

本申请基于2013年9月18日提交的日本专利申请No.2013-193519并要求其优先权的权益；该申请的全部内容通过引用结合于此。

领域

此处描述的实施例一般地涉及成像透镜和固态成像设备。

背景技术

各种方法被用作成像技术，成像技术可获得对象深度方向的长度作为二维信息(范围图像)，诸如使用参考光束来测量来自对象的反射光强度和/或返回时间的技术、使用多个相机的立体测距技术，等等。通过使用范围图像信号而不是使用从一般相机获得的图像信息，更佳的对象识别是可能的。因此，在用于家用电器、游戏、工业应用等的相对不昂贵的产品中，对于范围图像信息作为新的输入信息的应用的要求逐渐增加。

在距离成像方法中，已经提出了包括成像光学***和多个光学***的固态成像设备作为其中单个相机用于获得很多组视差且基于三角测量来执行测距的配置。在这样的固态成像设备中，将多个光学***部署为位于成像光学***和成像元件之间的重新成像光学***。例如，其中在平面上形成很多微透镜的微透镜阵列被用作多个光学***。

多个像素被部署在每一个微透镜之下。通过成像光学***缩小的图像由微透镜阵列在成像元件上进行成像。所成像的单眼图像具有由于每一个微透镜的布置位置引起而存在的视差的量所改变的视点。

通过对于从很多微透镜获得的视差图像组的图像执行信号处理，使用三角测量的原理，对于对象的距离估算是可能的。进一步，通过执行图像处理来将图像链接在一起，可能重建图像作为二维图像。

在成像透镜和固态成像设备中，期望获得高分辨率范围图像和良好的可见的图像。

附图说明

图1是示出根据实施例的固态成像设备的框图；

图2是示出根据实施例的固态成像设备的示意性截面图；

图3A和图3B示出光线组与从对象到成像透镜的距离之间的关系；

图4示出在成像透镜的光轴中心处的微透镜的几何光学关系；

图5A到图5C示出微透镜的重叠视场关系；

图6A到6E示出用于重建二维图像的方法；

图7示出算术平均；

图8示出通过该透镜截面的光线的高度；

图9示出出射光瞳的平坦化；

图10示出根据实施例的成像透镜的配置；

图11是示出微透镜单元的布置的示意性平面图；

图12是微透镜的光线图；

图13是微透镜的光线图；

图14是微透镜的光线图；

图15示出微透镜的象差曲线；

图16是微透镜的光线图；

图17示出微透镜的象差曲线；

图18是微透镜的光线图；

图19示出微透镜的象差曲线；

图20示出根据第一示例的成像透镜的配置；

图21是根据第一示例的成像透镜的各象差图；

图22是根据第一示例的成像透镜的各象差图；

图23示出根据第一示例的成像透镜的出射光瞳位置；

图24示出根据第一示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值；

图25示出根据第二示例的成像透镜的配置；

图26示出根据第二示例的成像透镜的各象差图；

图27是根据第二示例的成像透镜的各象差图；

图28示出根据第二示例的成像透镜的出射光瞳位置；

图29示出根据第二示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值；

图30示出根据第三示例的成像透镜的配置；

图31是根据第三示例的成像透镜的各象差图；

图32是根据第三示例的成像透镜的各象差图；

图33示出根据第三示例的成像透镜的出射光瞳位置；

图34示出根据第三示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值；

图35示出根据第四示例的成像透镜的配置；

图36是根据第四示例的成像透镜的各象差图；

图37是根据第四示例的成像透镜的各象差图；

图38示出根据第四示例的成像透镜的出射光瞳位置；

图39示出根据第四示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值；

图40示出根据第五示例的成像透镜的配置；

图41是根据第五示例的成像透镜的各象差图；

图42是根据第五示例的成像透镜的各象差图；

图43示出根据第五示例的成像透镜的出射光瞳位置；

图44示出根据第五示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值；

图45示出根据第六示例的成像透镜的配置；

图46是根据第六示例的成像透镜的各象差图；

图47是根据第六示例的成像透镜的各象差图；

图48示出根据第六示例的成像透镜的出射光瞳位置；

图49示出根据第六示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值；

图50示出根据第七示例的成像透镜的配置；

图51示出根据第七示例的成像透镜的各象差图；

图52是根据第七示例的成像透镜的各象差图；

图53示出根据第七示例的成像透镜的出射光瞳位置；

图54示出根据第七示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值；

图55示出根据第八示例的成像透镜的配置；

图56是根据第八示例的成像透镜的各象差图；

图57是根据第八示例的成像透镜的各象差图；

图58示出根据第八示例的成像透镜的出射光瞳位置；

图59示出根据第八示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值；

图60示出根据第九示例的成像透镜的配置；

图61是根据第九示例的成像透镜的各象差图；

图62是根据第九示例的成像透镜的各象差图；

图63示出根据第九示例的成像透镜的出射光瞳位置；且

图64示出根据第九示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

具体实施方式

根据一个实施例，成像透镜包括第一光学***和微透镜阵列。该第一光学***包括光轴。该微透镜阵列设置在该第一光学***和成像元件之间。该微透镜阵列包括设置在第一平面内的多个微透镜单元。该成像元件包括多个像素组。每一个像素组包括多个像素。当投影到第一平面上时，微透镜单元分别覆盖像素组。该第一光学***包括孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、和第四透镜。该第一透镜设置在孔径光阑和微透镜阵列之间，且具有正折射率。该第一透镜具有第一表面、和第二表面，该第一表面与孔径光阑相对，第二表面设置在该第一表面和该微透镜阵列之间。该第二透镜设置在第一透镜和微透镜阵列之间，且具有负折射率。该第二透镜具有第三表面、和第四表面，该第三表面与第二表面相对，第四表面设置在该第三表面和该微透镜阵列之间。该第三透镜设置在第二透镜和微透镜阵列之间，且具有正折射率。该第三透镜具有第五表面、和第六表面，该第五表面与第四表面相对，第六表面设置在该第五表面和该微透镜阵列之间。该第四透镜设置在第三透镜和微透镜阵列之间，且具有负折射率。该第四透镜具有第七表面、和第八表面，该第七表面与第六表面相对，第八表面设置在该第七表面和该微透镜阵列之间。该第一表面的曲率半径是正的。该第三表面的曲率半径和该第四表面的曲率半径是正的。该第五表面的曲率半径和该第六表面的曲率半径是负的。该第七表面的曲率半径和该第八表面的曲率半径是正的。选自第一到第八表面的至少一个具有非球面配置。满足公式(1)到(5)，其中f是该第一光学***的焦距，f1是该第一透镜的焦距，f2是该第二透镜的焦距，f3是该第三透镜的焦距，TL是孔径光阑与该成像元件之间的距离，R7是该第七表面的曲率半径，R8是第八表面的曲率半径，且D34是沿光轴在该第三透镜和该第四透镜之间的空隙距离：

0.85≤f1/f<1.0 (1)

1.5<|f2|/f<3.0 (2)

TL/f<1.3 (3)

1<(R7+R8)/(R7-R8)<5 (4)

0<D34/f<0.05 (5)。

在下文中，将参考附图描述各种实施例。在下文描述中，类似部件用类似附图标记来标注，且对于已经描述过的部件，可适当省略描述。

相机模块的配置

图1是示出根据实施例的固态成像设备的框图。

图1中所示出的固态成像设备1，例如是相机模块。

如图1中所示，固态成像设备1包括成像模块单元10和成像信号处理器(下文中，也称为ISP(图像信号处理器))20。

成像模块单元10包括成像光学***(第一光学***)12、微透镜阵列14(下文中也称为MLA(微透镜阵列))、成像元件(固态成像元件16)、和成像电路18。

成像光学***12用作将来自对象的光引导在固态成像元件16上的成像光学***。固态成像元件16用作将由成像光学***12所引导的光转换为信号电荷的元件。沿着光接受表面以二维阵列配置来布置多个像素(如，用作光电转换元件的光电二极管)。

微透镜阵列14包括，例如，多个微透镜单元14a。微透镜单元14a可以是诸如棱镜等的微光学***。微透镜阵列14的各微透镜单元14a将通过成像光学***12成像在成像平面(虚拟成像平面)处的光线组进行缩小。由每一个微透镜单元14a缩小的图像被成像在与微透镜单元14a对应的像素块(多个像素的组)上。

成像电路18包括驱动固态成像元件16的像素阵列的像素的驱动电路单元(未示出)以及处理从像素区域输出的信号的像素信号处理电路单元(未示出)。

驱动电路单元包括，例如，顺序地选择将由水平线(行)单元在垂直方向驱动的像素的垂直选择电路、顺序地选择将由列单元驱动的像素的水平选择电路、以及TG(时序生成器)电路，通过各脉冲来驱动垂直选择电路和水平选择电路。

像素信号处理电路单元包括对于来自像素区域的模拟电信号执行数字转换的AD转换电路、执行增益控制和/或放大器操作的增益控制/放大器电路、以及执行对于数字信号的校正处理的数字信号处理电路等。

ISP 20包括相机模块I/F(接口)22、图像获取单元24、信号处理单元26、以及驱动器I/F 28。图像获取单元24从相机模块I/F 22获取通过图像模块单元10进行成像所获取的原始图像。

信号处理单元26实现由图像获取单元24所获取的原始图像的信号处理。驱动器I/F(接口)28将已经经受了信号处理单元26的信号处理的图像信号输出至未示出的显示器驱动器。显示器驱动器显示由固态成像设备1所成像的图像。

相机模块的部件配置

图2是示出根据实施例的固态成像设备的示意性截面图。

在图2中所示的根据实施例的固态成像设备1中，在半导体衬底16a中形成固态成像元件16。固态成像元件16包括多个像素组16e。多个像素组16e的每一个包括多个像素16b。多个像素16b包括光电二极管且被设置在半导体衬底16a上。互邻的像素16b之间的节距(像素节距)是例如，不小于约0.7微米(μm)且不大于约2.7μm。固态成像元件16的大小为，例如，在纵向方向不小于约3.0毫米(mm)且不大于约6.0mm，且在横向方向不小于约4.0mm且不大于约8.0mm。整个固态成像设备1的体积为例如，约1平方厘米(cm³)。

在半导体衬底16a上形成用于驱动像素16b并从像素16b中读取信号的驱动/读出电路(未示出)。

在多个像素16b的每一个上，对于全部像素16b形成具有R(对于红色波长光区域的光具有高透射率)、G(对于绿色波长光区域的光具有高透射率)、B(对于蓝色波长光区域的光具有高透射率)、或W(透射红色、绿色、和蓝色波长的光)的滤色片16c。在每一个像素16b的滤色片16c的上部可以形成像素集中微透镜16d。

将微透镜阵列14部署在滤色片16c上。微透镜阵列14包括透射可见光的衬底14b，且微透镜单元14a形成在该透射可见光的衬底14b上。当从透射可见光的衬底14b看时，微透镜单元14a部署在固态成像元件16一侧。在第一平面14p内设置多个微透镜单元14a。多个微透镜单元14a被布置在透射可见光的衬底14b上的二维阵列配置中。微透镜单元14a被设置为对应于由设置在半导体衬底16a上的多个像素16b制成的像素块。换言之，当被投影到第一平面14p上时，多个微阵列透镜14a各自覆盖多个像素组16e。每一个微透镜单元14a用作执行缩小并在对应的像素块上成像的光学***。

透射可见光的衬底14b被设置为与固态成像元件16分离。在透射可见光的衬底14b和其中形成固态成像元件16的半导体衬底16a之间设置包括树脂材料等的间隔件42。透射可见光的衬底14b经由间隔件42接合至半导体衬底16a。使用对齐标记等作为参考，来执行结合半导体衬底16a和透射可见光的衬底14b时的对齐。

透射可见光的衬底14b可以是不仅透射可见光而且例如切断不必要的近红外光的材料。可在透射可见光的衬底14b中形成透射可见光且反射近红外光的多层膜或单层膜。

而且，按需将滤光片43设置在透射可见光的衬底14b的上部。在该示例中，滤光片43被设置在成像光学***12和微透镜阵列14之间。在透射可见光的衬底14b并不用于切断近红外光的情况下，分离地部署具有类似功能的滤光片43。

进一步，在半导体衬底16a中设置用于读取像素16b的电极垫44。在电极垫44的下部中制成电连接至处理和驱动器芯片的垂直电连接46，从而刺穿半导体衬底16a。

半导体衬底16a经由垂直电连接46和凸起48电连接至处理和驱动器芯片50。在处理和驱动器芯片50中形成驱动固态成像元件16并处理所读取的信号的驱动处理电路(成像电路18)。半导体衬底16a和处理和驱动器电路50之间的电连接并不限于垂直电连接46；且可通过设置在这两个芯片上的电极垫之间的金属线等来制成该电连接。

在透射可见光的衬底14b上设置成像光学***12。成像光学***12包括多个透镜。成像光学***12安装至透镜光柱62。透镜光柱62被安装至透镜支架64。由于***压力和输出图像之间的关系，安装透镜支架64时可调节成像光学***12的安装位置。

在半导体衬底16a、透射可见光的衬底14b、以及处理和驱动器芯片50周围，安装用于遮蔽不必要的光的遮光盖52。在处理和驱动器芯片50的下部设置用于将处理和驱动器芯片50电连接至外部的模块电极54。

微透镜几何光学关系图

现在将描述本实施例的固态成像设备1的光学***(虚拟图像光学***)的几何光学关系。

图3A和图3B示出光线组与从对象到成像透镜的距离之间的关系。

图4示出在成像透镜的光轴中心处的微透镜的几何光学关系。

图5A到图5C示出微透镜的重叠视场关系。

成像光学***12具有光轴Ox。在下文描述中，为简单起见，仅描述与成像光学***12的透镜的光轴邻近的区域。

当仅考虑成像光学***12时，在由成像光学***的焦距f和成像光学***12和对象点100P之间的距离所确定的虚拟成像平面70处，对于来自位于光轴上的对象点P的主光线和来自与主光线相同光线族的***光进行成像，从而满足公式1的关系。

[公式1]

\frac{1}{f} = \frac{1}{A} + \frac{1}{B}

此处，f是成像光学***12的焦距，A是从成像光学***12的物方主平面12a到对象点100P的距离，且B是从成像光学***12的像方主平面12a到虚拟成像点P′70的距离。由下述公式2表达成像光学***12的图像放大(水平放大)。

[公式2]

M = \frac{B}{A}

此处，在该实施例中，成像光学***12的虚拟成像点P′70被放置在固态成像元件16的后侧(位于与对象100相对的一侧上)。换言之，固态成像元件16设置在虚拟成像点P′70和成像光学***12之间。例如，虚拟成像点P′70是位于距离成像光学***12焦距f处的点。在这样的情况下，由于微透镜单元14a部署在虚拟成像点P′70前，光被击中到包括像素且位于虚拟成像平面70之前的固态成像元件16的表面上。在这样的情况下，光线组80和82被缩小且由虚拟成像关系成像。由下述公式3来表达微透镜单元14a的光学成像***。

[公式3]

\frac{1}{g} = - \frac{1}{C} + \frac{1}{D}

此处，g是微透镜单元14a的焦距，C是从微透镜单元14a的物方主平面到虚拟成像点P′70的距离，且D是从微透镜单元14a的像方主平面到微透镜的光学成像点的距离。在这样的情况下，由下述的公式4来表达微透镜单元14a的光学成像***引起的图像放大。

[公式4]

N = \frac{D}{C}

此处，从几何光学关系中引入下述公式5的变量E。在其中光学***是固定焦距光学***的情况下，变量E是固定设计值。

[公式5]

E＝B-C

此处，对于两个相邻的微透镜单元14a，L_ML是微透镜单元14a的布置节距或微透镜单元14a之间的距离。在这样的情况下，从相同对象发出的光线组84a、84b、84c、和86由相邻多个微透镜单元14a分布从而成像在多个图像点p1,p2,p3,...的位置。此处，一侧上L_ML的和图像移位长度△由下述公式6表达，来自图4中所示的每一个微透镜14a的主光线84a、84b、和84c之间的几何光学关系。

[公式6]

\frac{C}{L_{ML}} = \frac{D}{Δ}

从公式1、公式2、和公式6中，图像的移位长度△和成像光学***12到对象的距离A具有下述公式7中所示的关系。

[公式7]

A = {(\frac{1}{f} - \frac{1}{B})}^{- 1} = {(\frac{1}{f} - \frac{1}{E + C})}^{- 1} = {(\frac{1}{f} - \frac{1}{E + \frac{D L_{ML}}{Δ}})}^{- 1}

在公式7中，f、E、和L_ML是设计参数且是已知固定值；且从中唯一地确定△和D。

此处，由于D的变化量相比A的变化量而言极小，可将D认为是固定值D0。D0是从微透镜单元14a的像方主平面到固态成像元件16的表面的距离。在这样的情况下，将公式7表达为下述公式8。

[公式8]

A = {(\frac{1}{f} - \frac{1}{B})}^{- 1} = {(\frac{1}{f} - \frac{1}{E + C})}^{- 1} = {(\frac{1}{f} - \frac{1}{E + \frac{D_{0} L_{ML}}{Δ}})}^{- 1}

因此，由于f、E、D0、和L_ML是设计值且已知，如果可从成像元件表面感测到图像的移位长度△，则对象距离A是可计算的。

使用由成像元件所记录的相邻微透镜的成像之间的图像匹配，来确定当使用成像透镜和微透镜来对从位于p1,p2,p3,...的一个对象点P发出的光线成像时图像之间的移位长度△。

对于图像匹配，可使用众所周知的模板匹配方法，例如检查两个图像之间的类似程度和/或相异程度。进一步，当更为精确地确定移位位置时，可通过内插对于每一个像素单元使用连续匹配函数等且确定其中匹配函数具有最大值和/或最小值的子像素位置而获得的类似程度和/或相异程度，来更为精确地确定移位长度。

用于重建二维图像的方法

现在将参照图5A到图5C来描述当对于同一对象多路地成像时，在微透镜图像组之间没有重叠的情况下，用于重建二维图像的方法。

在其中有三个相邻微透镜单元14a时考虑该情况；且如图5B中所示，这三个相邻微透镜单元14a在固态成像元件16的表面处分别形成微透镜图像91a、91b、和91c。

因此，为了在没有重叠的情况下形成微透镜图像，使得成像光学***12的F数和微透镜的F数匹配就足够了。

虚拟成像平面70处的视场93a、视场93b、和视场93c是其中对于微透镜的图像91a、91b、和91c成像的视场，且是图5C中所示的重叠的区域。图5B和图5C示出其中图像缩小比N为0.5的情况；且每一个视场被放大0.5，由使得每一个对象点重叠两次或更多次的关系被成像。对于该关系N＝0.5，通过将每一个微透镜图像乘以1/N,即乘2，可重现虚拟成像平面70处的图像。

由于可从公式4和公式6的关系中导出上述公式9，在成像后，可从微透镜图像中已知图像缩小比N。

[公式9]

N = \frac{D}{C} = \frac{Δ}{L_{ML}}

由于微透镜的节距L_ML是已知的，通过确定相同对象与图像的移位长度△，可确定图像缩小比N。例如，该节距不小于约10μm且不大于约60μm。

用于重建二维图像的合成方法

现在将描述用于重建二维图像的图像合成方法。

图6A到6E示出用于重建二维图像的方法。

图6A示出图像合成方法的流程图。图6B示出全光图像的示例；图6C示出像素信号的放大和算术平均示例；图6D示出像素信号的坐标对应的示例；且图6E示出二维图像的示例。

首先，如图6A中所示，获得来自成像元件的全光图像(参看图6B)的输出(步骤S101)。例如，该全光图像是原始图像。该全光图像包括多个图画单元(像素)；且多个像素的每一个对应于选自互相不同的多个色彩(如，红、绿、和蓝)的一个。然后，执行对从成像元件输出的全光原始图像输出的白平衡处理，来调节B(蓝)、G(绿)、和R(红)的信号平衡(步骤S102)。换言之，白平衡处理调节多个色彩之间的信号平衡。

继续，例如，由于在R像素的位置处没有G和B信号信息，通过参照R像素周围部署的像素来估算G和B信号来执行去马赛克来制作G和B信号(步骤S103)。换言之，例如，多个像素包括对应于第一色彩(如，红)的第一像素(第一图画单元)。去马赛克通过参照部署在第一像素周围的多个像素的像素，来估算第一像素的第二色彩的信号(如，绿或蓝)。尽管仅执行处理来从周围像素中找到平均是足够的，按需各种方法是可能的，诸如放宽所涉及的像素区域等(参看图6C)。对于G像素和B像素，类似地执行去马赛克。

继续，在合成由成像元件所记录的像素信号值S_p1,S_p2,...,S_pn之后，诸如图6D中所示出的对应于一个对象点P(第一点)的图像点p1,p2,...,pn与信号S′_p之间具有从n到1的对应度(步骤S104)。即，全光图像包括对应于对象的对象点P的多个图像点p1,p2,...,pn。在步骤S104中计算第一点和多个图像点p1,p2,...,pn的每一个之间的对应度。如上所述，通过从图像中感测图像点移位长度△的关系或视场的重叠关系来执行这种对应方法。因此，执行二维图像合成(步骤S105)；获得二维图像(参看图6E)；且流程结束。例如，基于在步骤S104中计算的对应度来合成多个图像点p1,p2,...,pn的像素值。藉此，计算对应于对象点P的合成后信号。因此，计算了二维图像。

现在将描述二维图像合成。

图7示出算术平均。

此处，在说明书中使用像素的像素信号值S_p1,S_p2,...,S_pn和噪声值N_p1,N_p2,...,N_pn。首先，执行对于每一个像素信号值和噪声值的亮度校正处理。然后，分别将亮度校正系数a₁,a₂,...,a_n乘以像素信号值S_p1,S_p2,...,S_pn。

继续，通过在下述公式10中所示的乘法后的值的算术平均，来计算合成后信号值S′_p。还有，在公式11中示出此时包括在合成后信号值中的噪声值N′_p。

[公式10]

S′_p＝(a₁·S_p1+a₂·S_p2+...+a_n·S_pn)/n

[公式11]

N′_p＝(a₁ ²·n_p1 ²+a₂ ²·n_p2 ²+...+a_n ²·n_pn ²)^0.5/n

测距性能和出射光瞳配置之间的关系

图8示出通过该透镜截面的光线的高度。

图9示出出射光瞳的平坦化。

如图8中所示，成像光学***12包括孔径光阑S、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、和第四透镜L4。该第一透镜L1设置在孔径光阑S和微透镜阵列14之间。该第二透镜L2设置在第一透镜L1和微透镜阵列14之间。该第三透镜L3设置在第二透镜L2和微透镜阵列14之间。该第四透镜L4设置在第三透镜L3和微透镜阵列14之间。

包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、和第四透镜L4的透镜组是主透镜。如图8中所示，在其中虚拟平面部署在第二透镜L2和第三透镜L3之间的离轴光线通过的间隔中的情况下，对于穿过虚拟平面的光线做出下列定义。

例如，考虑在与光轴Ox相交的方向中行进的离轴光线。离轴光线L23包括上光线L23u、下光线L23d、和主光线L23m。在虚拟平面处，下光线L23d位于上光线L23u和光轴Ox之间。在虚拟平面处，主光线L23m位于上光线L23u和下光线L23d之间。

h(G23iCR)是离轴光线的主光线L23m通过虚拟平面的高度。

h(G23iUR)是离轴光线的上光线L23u通过虚拟平面的高度。

h(G23iDW)是离轴光线的下光线L23d通过虚拟平面的高度。

对于传播通过页面的离轴光线的主光线做出下述定义。

hx(G23iURX)是其中垂直平面(穿过矢形面)的光线穿过垂直平面的深度方向的长度。

图9中所示的出射光瞳EP的配置是在离轴光线的虚拟平面处的配置。例如，出射光瞳EP的配置被视为椭圆。在这样的情况下，出射光瞳EP的配置具有第一直径和第二直径。第一直径是沿出射光瞳EP的虚拟平面中的第一方向(X-方向)的直径。第二直径是沿出射光瞳EP的虚拟平面中的第二方向(Y-方向)的直径。对于出射光瞳EP的平坦化做出下列定义。

第一直径的1/2是a。在出射光瞳EP被视为大致圆或椭圆的情况下，第一直径是出射光瞳位置处光瞳长度的大直径；且a＝hx(G23iURX)。

第二直径的1/2是b。在其中出射光瞳EP基本被视为圆或椭圆的情况下，第二直径是出射光瞳位置处光瞳长度的小直径；且b＝(hy(G23iUR)-hy(G23iDW))/2。

对于半径a和半径b，平坦化ρ被定义为ρ＝|1-b/a|。

对于平坦化和测距性能之间的关系而言，通过出射光瞳EP的光线组的一致性是重要的。如图8中所示，对于更高的测距精度，重要的是设计为使得的b′/b″与b/b的比值接近1，其中穿过孔径光阑(孔径光阑S)的光线组的位置比为b/b。

在光轴附近，b′/b″与b/b的比值变化较小；且并不容易发生由于畸变引起的问题。另一方面，在具有高视角的位置处，b′/b″与b/b的比值变化较大；且容易发生由于畸变引起的测距误差。因此，有必要使得光线组的圆形截面不被平坦化或从光轴附近到具有高视角的位置具有尽可能一致的内部。

透镜配置的公式和参数

在下文描述中，将透镜的光轴方向认为是Z-方向；与光轴垂直的一个方向被认为是Y-方向；且对于Z-方向和Y-方向均正交的方向被认为是X-方向。Z-方向的正方向是从主透镜组的对象侧向着图像平面的方向。

从对象侧开始算，第i个表面(包括孔径光阑表面)的曲率半径是Ri；沿着光轴在第i个和第(i+1)个表面之间的表面间距为Di；且从对象侧开始算，第j个透镜的折射率和阿贝数分别是nj和νj。

[公式12]

z = \frac{{cY}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + K) c^{2} Y^{2}}} + a_{4} Y^{4} + a_{6} Y^{6} + . . . + a_{20} Y^{20}

在公式12中，c是非球面顶点的曲率，K是圆锥常数，aI是非球面常数，Y是从光轴开始的高度，且Z是从切平面到位于透镜表面顶点处的非球面表面上的点的距离。

透镜配置

现在将描述特定透镜配置。

图10示出根据实施例的成像透镜的配置。

如图10中所示，成像透镜110包括微透镜阵列MLA(14)和作为第一光学***的成像光学***12。在图10中，S是孔径光阑、R1是位于第一透镜L1的物方的表面(第一表面)、R2是位于第一透镜L1的像方上的表面(第二表面)、R3是位于第二透镜L2的物方的表面(第三表面)、R4是位于第二透镜L2的像方上的表面(第四表面)、R5是位于第三透镜L3的物方的表面(第五表面)、R6是位于第三透镜L3的像方上的表面(第六表面)、R7是位于第四透镜L4的物方的表面(第七表面)、R8是位于第四透镜L4的像方上的表面(第八表面)、R9是位于微透镜阵列MLA的物方的表面(第九表面)、R10是位于微透镜阵列MLA的像方上的表面(第十表面)、且DT是固态成像元件16的成像平面。成像平面是其中提供了多个像素的平面。

第一表面R1与孔径光阑S相对。第二表面R2设置在第一表面R1和微透镜阵列MLA(14)之间。

第三表面R3与第二表面R2相对。第四表面R4设置在第三表面R3和微透镜阵列MLA(14)之间。

第五表面R5与第四表面R4相对。第六表面R6设置在第五表面R5和微透镜阵列MLA(14)之间。

第七表面R7与第六表面R6相对。第八表面R8设置在第七表面R7和微透镜阵列MLA(14)之间。

根据实施例的成像透镜110可获取高精度范围图像和良好可见图像。

成像光学***12包括孔径光阑S、具有正折射率的第一透镜L1、具有负折射率的第二透镜L2、具有正折射率的第三透镜L3、以及具有负折射率的第四透镜L4以此顺序从对象侧向着图像平面侧部署。包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、和第四透镜L4的透镜组是主透镜。

微透镜阵列MLA(14)和固态成像元件16部署在成像光学***12的像方上。

微透镜阵列MLA(14)部署在成像光学***12和包括多个像素的固态成像元件16之间。微透镜阵列MLA(14)设置在成像光学***12和成像光学***12的焦点位置之间。换言之，微透镜阵列MLA(14)部署在成像光学***12的焦点位置的物方。微透镜阵列MLA(14)包括多个微透镜单元14a。从光轴方向看，一个微透镜单元14a与至少两个像素重叠。当透射到第一平面14p上时，多个微透镜单元14a的每一个与多个像素16b的至少两个像素重叠。

在该实施例中，主透镜可包括基本不具有折射率的透镜。整个透镜配置也可包括基本不具有折射率的透镜(如，盖玻璃CG)。

此处，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、和第四透镜L4的取向如下。

第一透镜L1的配置使得物方的表面(第一表面)的曲率半径为正。

第二透镜L2的配置使得物方的表面(第三表面)的曲率半径以及像方上的表面(第四表面)的曲率半径均为正。

第三透镜L3的配置使得物方的表面(第五表面)的曲率半径以及像方上的表面(第六表面)的曲率半径均为负。

第四透镜L4的配置使得物方的表面(第七表面)的曲率半径以及像方上的表面(第八表面)的曲率半径均为正。

期望的是，对于成像光学***12和微透镜阵列MLA(14)之间的布置使得当微透镜阵列MLA(14)使得通过成像光学***12的图像缩小时的缩小比Nf不小于0.001且不大于0.87。

因此，主透镜的基本配置包括正第一透镜L1、负第二透镜L2、正第三透镜L3、和负第四透镜L4。通过这样的配置，获得了具有合适的后焦距和较短的总透镜长度的较薄的成像透镜110。

考虑性能作为最高优先级且尺寸减少作为优先级的结果，主透镜的透镜数量设置为四个。在其中主透镜的透镜数量为两个或更少的情况下，难以减少场曲率；且***性能劣化。在其中主透镜的透镜数量为三个或更多的情况下，性能较好。另一方面，总的长度增加，这可导致重量增加。因此，通过使用其中难以减少场曲率和畸变象差的四透镜配置，减少了主透镜的尺寸且提供了较好的***性能。

期望的是包括在主透镜中的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、和第四透镜L4的表面(R1到R8)的至少一个表面是非球面表面。还有，期望选自对象侧和图像平面侧的至少一个上的表面是非球面表面。

通过在正的第一透镜L1中使用非球面表面、在第二透镜L2中使用具有负折射率的非球面表面、在第三透镜L3中使用具有正折射率的非球面表面、且在第四透镜L4中使用具有负折射率的非球面表面，获得其中校正了各种象差和特定的象散象差和畸变象差的成像透镜；透镜***的总长度较短；且成像在固态成像元件16的成像平面DT上的成像放大对于在微透镜阵列MLA(14)上30度或更少的入射角度具有缩小比。

进一步，通过在具有正折射率的第三透镜L3中使用非球面表面，且通过合适地部署第二透镜L2和第三透镜L3之间的间隔以及第三透镜L3和第四透镜L4之间的间隔，通过利用发生在同轴光线和边缘光线的透射高度之间出现的差异来校正远离光轴的屏幕***部分的各种象差(彗形象差、象散象差、和畸变象差)。

期望的是第一到第四透镜L1到L4由玻璃材料或塑料材料制成。包括玻璃材料和塑料材料的透镜还包括其中涂覆塑料材料的表面来防止反射并增加表面硬度的透镜。

该透镜较小；且在较小透镜的生产中，可通过注模等来制造塑料材料，塑料材料比玻璃材料更适于大规模生产。进一步，塑料透镜适于大规模生产且具有较小制造成本。

孔径光阑S调节通过微透镜阵列MLA(14)并到达固态成像元件16的对象光量。孔径光阑S部署在主透镜的物方。换言之，从对象侧开始，在成像透镜110中，依序部署孔径光阑S、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、和第四透镜L4。

在成像透镜110中，由于孔径光阑S被部署在物方的最远处，减少了在微透镜阵列MLA(14)上的入射角度。即，相对于其中孔径光阑被设置在第一透镜L1和第三透镜L3之间的中间光阑型而言，对于其中孔径光阑S部署在物方最远处的类型，从成像平面到出射光瞳位置的距离可较长。

在其中出射光瞳远离成像平面的情况下，从成像透镜110的最终表面上发出的光线的主光线以近乎垂直的角度入射在微透镜阵列MLA(14)上，即，可减少成像透镜110的出射光瞳和微透镜阵列MLA(14)的单个透镜(微阵列透镜单元14a)的出射光瞳之间的移位；且可确保较好的象差性能。

微透镜阵列MLA(14)部署在成像光学***12和固态成像元件16之间。穿过微透镜阵列MLA(14)的图像被成像在固态成像元件16上作为虚拟图像且以缩小比成像。藉此，可将成像透镜110的原始中心性能和***性能修正地甚至更佳。

微透镜阵列

现在将描述施加至成像透镜110的微透镜阵列MLA。

图11是示出微透镜单元的布置的示意性平面图。

图12到图13是微透镜的光线图。

如图11中所示，微透镜阵列MLA(14)具有使用多个微透镜单元14a的透镜光学***布置。该透镜光学***布置使得每一个微透镜单元14a的轴方向的光到达每一个视场的每一段的相同位置。在多个光学***布置中，从多个光学***布置的中心开始均匀地部署多个光学***，且例如以诸如图11中所示的六边形布置来部署该多个光学***。在其中多个微透镜单元14a被没有重叠地包在六角形布置中的情况下，每一个微透镜单元14a的***的配置是六角形。

微透镜阵列MLA(14)由折射光学***形成。微透镜阵列MLA(14)部署在成像光学***12和固态成像元件16之间；且以虚拟图像放大在成像元件上成像。微透镜阵列MLA(14)在固态成像元件16上对于来自成像光学***12的具有不同视角的光线进行成像。由于位于微透镜阵列MLA(14)内的微透镜单元14a部署为六角形布置，对着视角增加，在视场***处微透镜单元14a上的入射角度增加。

图12是当来自成像光学***12的主光线以0度角度入射在微透镜阵列MLA(14)上时的光线图。

图13是当来自成像光学***12的主光线以30度角度入射在微透镜阵列MLA(14)上时的光线图。

微透镜阵列MLA(14)中形成的折射光学***以合适的虚拟图像放大部署在成像光学***12和固态成像元件12之间，且折射光学***配置为具有合适的焦距长度和F数以使得来自成像光学***12的视场外的光线可尽可能充分地到达成像元件。

在根据实施例的成像透镜110中，微透镜阵列MLA(14)的微透镜单元14a的焦距长度和F数被设置为使得在像方上的主光线的入射角度在20度到30度内的光线可充分地到达固态成像元件16。作为示例，表1示出用0.5倍的虚拟图像放大成像的微透镜阵列MLA(14)的单个透镜(一个微透镜14a)的规格。

表1中列出的参数意味着下述内容。

Nd是透镜的光学材料的d-线(587.6纳米(nm))折射率。

νd是d-线的透镜的光学材料的阿贝数。

R是有效半径(毫米(mm))，即，光线通过其传播的圆形区域的半径。

f是焦距长度(mm)。

[表1]

表面数		半径(Ri)	厚度(Di)	材料
					0	对象表面无限(∞)		-0.17887	空气
1	孔径光阑无限(∞)		0.1500	合成石英(Nd＝1.45844)
					2	无限(∞)	-0.03536	0.03829	空气
3	图像平面

图14是微透镜的光线图。

图14是对于0度的主光线角度，表1中示出的微透镜阵列MLA的单个透镜的光线图。

图15示出微透镜的象差曲线。

图15是表1中所示的微透镜阵列MLA的单个透镜的象差图(对于0度的主光线角度)。

图16是微透镜的光线图。

图16是对于20度的主光线角度，表1中示出的微透镜阵列MLA的单个透镜的光线图。

图17示出微透镜的象差曲线。

图17是表1中所示的微透镜阵列MLA的单个透镜的象差图(对于20度的主光线角度)。

图18是微透镜的光线图。

图18是对于30度的主光线角度，表1中示出的微透镜阵列MLA的单个透镜的光线图。

图19示出微透镜的象差曲线。

图19是表1中所示的微透镜阵列MLA的单个透镜的象差图(对于30度的主光线角度)。

第一光学***(成像光学***12)的条件公式

现在将描述成像光学***12的条件公式。

如图10中所示，根据本实施例的成像透镜110包括，依序从对象侧向着图像平面侧，孔径光阑S、具有正折射率和其中物方的表面的曲率半径为正的配置的第一透镜L1、具有负折射率和其中对象侧表面和像方表面的曲率半径均为正的配置的第二透镜L2、具有正折射率且形成在其中对象侧表面和像方表面的曲率半径均为负的配置中的第三透镜L3、以及具有负折射率且形成在其中对象侧表面和像方表面的曲率半径均为正的配置中的第四透镜L4；且微透镜阵列MLA(14)和固态成像元件16部署在这些透镜之后。

在成像透镜110中，微透镜阵列MLA(14)部署在成像光学***12和固态成像元件16之间。期望的是，在其中由成像光学***12形成的图像将由微透镜阵列MLA(14)缩小的情况下，该放大将不小于0.001且不大于0.87。

在这样的光学***中，成像透镜110满足下述条件公式(1)到(5)。

0.85≤f1/f<1.0 (1)

1.5<|f2|/f<3.0 (2)

TL/f<1.3 (3)

1<(R7+R8)/(R7-R8)<5 (4)

0<D34/f<0.05 (5)

在上述条件公式(1)到(5)中，f是该第一光学***12的焦距，f1是该第一透镜L1的焦距，f2是该第二透镜L2的焦距，f3是该第三透镜L3的焦距，TL是孔径光阑S与该成像元件DT(固态成像元件16)之间的距离，R7是该第七表面的曲率半径，R8是第八表面的曲率半径，且D34是沿光轴Ox在该第三透镜L3和该第四透镜L4之间的空隙距离。

根据本实施例的成像透镜110的透镜配置的基本特性由具有较大正折射率的第一透镜L1、具有相对小的负折射率的第二透镜L2、具有最大正折射率的第三透镜L3、和在最接近于图像的侧上具有较大负折射率的第四透镜L4形成；且折射率布置为正-负-正-负折射率布置和所谓长焦型折射率布置。

进一步，为了校正色差，成像透镜110具有特性在于，使用具有较大正折射率的第三透镜L3和具有较大负折射率的第四透镜L4来执行由于具有较大正折射率的第一透镜L1和具有负折射率的第二透镜L2引起而发生的色差的消色差。

因此，第一透镜L1和第二透镜L2具有主要校正接近于光轴的球面象差、彗形象差、和色差的效果；且第三透镜L3和第四透镜L4具有主要校正作为离轴象差的畸变象差并控制离轴色差和在微透镜阵列MLA(14)上的入射角度的效果。

条件公式(1)和(2)调节最优折射率布置用于获得较好的光学性能。

条件公式(1)是涉及整个透镜***的组合焦距长度的第一透镜L1的折射率的条件公式。在其中第一透镜L1的折射率较强且条件在条件公式(1)的下限之下，则上光线的彗形象差和球面象差、彗形象差、以及色差变得较大；性能不期望地劣化；且因此，校正是困难的；且整个屏幕的对比度减少。

另一方面，在其中第一透镜L1的折射率较弱且超过了条件公式(1)的上限，则后焦点变得较长；透镜***的总长度变得较大；紧凑性没了；光线的彗形象差变得较大；且性能不期望地劣化。因此，难以减少成像透镜110的总长度。

在条件公式(1)中，更有利的是范围0.85<f1/f<0.95，且甚至更有利的是范围0.90<f1/f<0.95。

条件公式(2)是涉及整个透镜***的组合焦距长度的第二透镜L2的折射率的绝对值的条件公式。条件公式(2)调节第二透镜L2的负折射率。有必要使得负第二透镜L2的折射率来校正由于第一透镜L1的正透镜引起的象差。在其中第二透镜L2的负折射率被设置为较强的情况下，性能不期望地劣化，因为相对于负透镜的校正效果而言负折射率是过大的。特定地，光轴处的色差以及放大的色差劣化。另外，在成像平面上的入射角度变得太大。因此，有利的是将第二透镜L2的负折射率设置为相对较弱。因此，有利的是满足条件公式(2)。

在其中第二透镜L2的折射率较强且条件低于条件公式(2)的下限的情况下，总长度变得较长；***光线的光线高度变得较高；对于象散象差的校正变得困难；且整个屏幕的对比度减少。另外，在固态成像元件16上的入射角度变得较大；且不利地难以确保图像平面侧上的远心特性。

在其中超过了条件公式(2)的上限的情况下，同轴象差和离轴象差之间的象差校正劣化；且离轴象差可不容易校正。另外，后焦距变得较长；且难以减少成像透镜的总长度。

在条件公式(2)中，更有利的是范围1.5</f2//f<2.5，且甚至更有利的是范围2.0<|f2|/f<2.5。

条件公式(3)调节成像光学***12的透镜***的总长度。在其中超过了条件公式(3)的上限的情况下，由于总透镜长度变得较长，紧凑性是不可能的。因此，根据满足条件公式(3)的配置，容易使得成像透镜较小且较薄。

在条件公式(3)中，更有利的是当TL/f<1.2时，且甚至更有利的是当TL/f<1.2时。

条件公式(4)是用于合适地设置负的第四透镜L4的配置的条件公式。在条件公式(4)中所示的范围内，第四透镜L4从其中像方上的表面具有比物方的表面更大的折射率的配置(半月板配置，具有负折射率和面对对象侧的凸起表面)改变为其中物方的表面比像方上的表面具有更大的折射率的两面凸的配置。

通过将条件设置为落在条件公式(4)的上限之下，微透镜阵列MLA(14)和从第四透镜L4的最终表面中最突出的最突出部分可确保，同时使得总长度和后焦距较短。

另一方面，通过将条件设置为超过条件公式(4)的下限，可合适地维持通过第四透镜L4的同轴光线和离轴光线的高度，这对于校正纵向色差和离轴色差而言是有利的。

在条件公式(4)中，更有利的是范围1<(R7+R8)/(R7-R8)<4，且甚至更有利的是范围2<(R7+R8)/(R7-R8)<4。

条件公式(5)是调节第三透镜L3和第四透镜L4之间的间距的条件公式。通过将条件设置为在条件公式(5)的上限之下，同轴象差和离轴象差之间的象差校正平衡是可能的；且不仅对于离轴象差的校正而且对于色差的校正都是良好的。另一方面，通过将条件设置为超过条件公式(5)的下限，第三透镜L3和第四透镜L4之间的间距没有变得过小，这对于透镜的总长度的紧凑性而言是有利的。

在条件公式(5)中，更有利的是范围0<D34/f<0.04，且甚至更有利的是范围0.01<D34/f<0.04。

同样，在根据该实施例的成像透镜110中，期望的是通过第三透镜L3的主光线的高度位置满足下述条件公式(6)。

0.3<hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)<0.5(6)

在条件公式(6)中，hc(G3R)是具有最大视角的离轴光线的主光线穿过第三透镜L3的像方上的表面(第六表面)处的高度。换言之，hc(G3R)是光轴Ox和其中离轴光线的主光线与第六表面相交的位置之间的距离。D1+D2+D3+D4+D5是沿着光轴Ox从孔径光阑S到第三透镜L3的像方上的表面(第六表面)的距离。D1是沿光轴Ox的第一透镜L1的厚度。D2是沿光轴Ox在第一透镜L1和第二透镜L2之间的空隙间距。换言之，D2是沿光轴Ox在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离与第一透镜L1和第二透镜L2之间的区域的折射率之间的乘积。D3是沿光轴Ox的第二透镜L2的厚度。D4是沿光轴Ox在第二透镜L2和第三透镜L3之间的空隙间距。换言之，D4是沿光轴Ox在第二透镜L2和第三透镜L2之间的距离与第二透镜L2和第三透镜L3之间的区域的折射率的乘积。D5是沿光轴Ox的第三透镜L3的厚度。

此处，条件公式(6)是用于控制离轴主光线穿过第三透镜L3处的高度的条件公式。条件公式(6)是当穿过成像透镜110的离轴光线入射在微透镜阵列MLA(14)上时尽量防止发生色差的条件；且条件公式(6)限制了离轴光线的出射光瞳的配置。

在其中超过条件公式(6)的上限且具有最大视角的离轴光线的主光线穿过第三透镜L3的像方上的表面(第六表面)处的高度变得较高的情况下，入射在第四透镜L4的物方的表面(第七表面)上的入射高度变得较高；且有必要使得第四透镜L4的物方的表面(第七表面)上折射率驰豫(relax)。尽管由于这个部分的折射率变弱，出现彗形象差增加，但是不可较大地改变离轴光线的出射光瞳的配置。

在条件落在条件公式(6)的下限之下的情况下，在第四透镜L4的物方的表面(第七表面)处的光线高度减少；且有必要增加第四透镜L4处光线的折射率。由于这个部分的折射率增加，难以确保光线的入射角度面向预定图像高度，即CRA(主光线角度(在图像平面上的主光线的入射角度))。由于有必要减少第三透镜L3的正折射率来确保在第四透镜L4上的入射高度，发生离轴光线的较大彗形象差；且不期望地较大地改变了离轴光线的出射光瞳的配置。

在条件公式(6)中，更有利的是范围0.3<hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)<0.45，且甚至更有利的是范围0.35<hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)<0.45。

出射光瞳的配置是在成像光学***12的出射光瞳平面处的离轴光线的配置。例如，出射光瞳平面时成像光学***12的出射光瞳成像在此处的平面。例如，出射光瞳的配置被视为椭圆。在这样的情况下，出射光瞳的配置具有第一直径和第二直径。第一直径是沿出射光瞳的出射光瞳平面中的第一方向(X-方向)的直径。第二直径是沿出射光瞳的出射光瞳平面中的第二方向(Y-方向)的直径。

在根据本实施例的成像透镜110中，期望的是在出射光瞳位置处的出射光瞳配置满足下述条件公式(7)。

0≤ρ<0.3(7)

在条件公式(7)中，ρ是平坦化。平坦化ρ是ρ＝|1-b/a|。a是与在出射光瞳位置处穿过出射光瞳的离轴光线的光轴正交的第一方向的半径。b是与在出射光瞳位置处穿过出射光瞳的离轴光线的光轴正交的第二方向(与第一方向正交的方向)的半径。

a是第一直径的1/2倍。当出射光瞳被视为基本圆形或椭圆时，第一直径是出射光瞳位置处光瞳的长度的大直径。半径a被表达为a＝hx(EXTPURX)。

b是第二直径的1/2倍。当出射光瞳被视为基本圆形或椭圆时，第二直径是出射光瞳位置处光瞳的长度的小直径。半径b表达为b＝(hy(EXTPiUR)-hy(EXTPiDW))/2。

h(EXTPiCR)是离轴光线的主光线通过出射光瞳平面处的高度。

h(EXTPiUR)是离轴光线的上光线通过出射光瞳平面处的高度。

h(EXTPiDW)是离轴光线的下光线通过出射光瞳平面处的高度。

hx(EXTPURX)是在与穿过出射光瞳平面的离轴光线的主光线正交的平面内光线的深度方向的长度。hx(EXTPURX)是沿出射光瞳平面内离轴光线L23的第一方向(X方向)的长度。

例如，hy(EXTPiUR)是离轴光线的上光线通过出射光瞳平面处的第二方向的高度。hy(EXTPiUR)是沿所述第二方向(Y-方向)的在光轴Ox和其中上光线L23u穿过出射光瞳面的位置之间的距离。

hy(EXTPiDW)是离轴光线的下光线通过出射光瞳平面处第二方向的高度。hy(EXTPiDW)是沿第二方向的在光轴Ox和其中下光线L23d穿过所述出射光瞳面的位置之间的距离。

条件公式(7)是在根据实施例的成像透镜110的出射光瞳的位置处该出射光瞳的配置的条件公式。

当来自成像光学***12的光线由微透镜阵列MLA(14)缩小且成像在固态成像元件16上时，理想的是成像光学***12的出射光瞳的配置与微透镜阵列MLA(14)上的单个透镜的入射光瞳的配置是匹配的以使得光线充分地达到固态成像元件16。

然而，实际上，由于微透镜阵列MLA(14)的单个透镜的布置具有六角形组装密度，即使微透镜阵列MLA(14)上的单个透镜中心与固态成像元件16的中心对齐，具有较大视角的离轴光线的主光线相对于微透镜阵列MLA(14)的单个透镜的光轴具有较大入射角且相对于微透镜阵列MLA(14)的光轴倾斜20度到30度地入射；且因此，难以将微透镜阵列MLA(14)的入射光瞳位置与成像光学***12的出射光瞳位置对齐。

由于渐晕效应，相对于成像光学***12倾斜地发出的离轴光线的光瞳配置是椭圆(诸如横向长的猫眼之类的配置)。为了使得来自成像光学***12的离轴光线尽可能充分地入射在微透镜阵列MLA(14)的单个透镜上，有必要使得来自成像光学***12的出射光瞳的配置尽可能接近圆。条件公式(8)计算了这样的光瞳配置。

在其中超过了条件公式(7)的上限的情况下，成像光学***12的出射光瞳的配置显著不同于微透镜阵列MLA(14)的单个透镜的出射光瞳的配置。因此，难以使得光线穿过微透镜阵列MLA(14)且充分地达到固态成像元件16。

在条件公式(7)中，更有利的是范围0≤ρ<0.2，且甚至更有利的是范围0≤ρ<0.1。

在根据本实施例的成像透镜110中，期望的是满足下述条件公式(8)。

0≤ν1-ν2 (8)

在条件公式(8)中，ν1是第一透镜L1的阿贝数；且ν2是第二透镜L2的阿贝数。

条件公式(8)调节包括在正第一透镜L1和负第二透镜L2内的材料的阿贝数。通过满足条件公式(8)，可能校正光轴处的色差和放大的离轴色差。

可将根据本实施例的成像透镜10配置为满足下式条件公式(9)。

0°≤αi≤30° (9)

在条件公式(9)中，αi是以最大视角(最大图像高度)入射在图像平面DT上的离轴光线的主光线的入射角。

在根据本实施例的成像透镜110中，在其中组合使用固态成像元件16和微透镜阵列MLA(14)的情况下，当从成像光学***12发出的离轴光线以相对于微透镜阵列MLA(14)较大角度入射且通过微透镜阵列MLA(14)在固态成像元件16上成像时，不期望地显著改变了可由微透镜阵列MLA(14)容差的离轴光线的视角；且在图像中心部分和图像***部分之间图像的亮度是不期望地不同的。当在微透镜阵列MLA(14)上的入射角较小时，减少了这个问题，但是光学***的总长度不期望地变得较大。因此，有利的是满足条件公式(9)。

进一步，可将成像透镜110配置为满足下述条件公式(10)、(11)、和(12)。

0.4<|R4/f|<0.8 (10)

10<|R2/R1|<30 (11)

0.2<|R6|/f<0.6 (12)

在条件公式(10)中，R4是在第二透镜L2的像方上的表面(第四表面)的曲率半径；且f是成像光学***12的焦距长度。条件公式(10)是用于合适地设置位于第二透镜L2的像方上的表面(第四表面)的曲率半径的条件。通过将位于第二透镜L2的像方上的表面(第四表面)设置为强发散面来满足条件公式(10)，通过第二透镜L2可有利地校正由于具有正折射率的第一透镜L1引起的纵向色差。还有，通过将条件设置为超过条件公式(10)的下限，可有利地校正色差的同时维持较小的佩茨瓦尔和。

在条件公式(10)中，更有利的是范围0.4<|R4/f|<0.7，且甚至更有利的是范围0.5<|R4/f|<0.7。

在条件公式(11)中，R1是位于第一透镜L1的物方的表面(第一表面)的曲率半径；且R2是位于第一透镜L1的像方上的表面(第二表面)的曲率半径。条件公式(11)是第一透镜L1来主要校正球面象差的配置的条件公式。因此，在其中超过条件公式(11)的上限的情况下，发生较大的负球面象差；且难以由部署在第一透镜L1之后的透镜进行校正。另外，彗形象差变得过大。尽管当条件落在条件公式(11)的下限之下时对于离轴象差校正是有利的，但是难以校正发生在第一透镜L1的像方上的表面(第二表面)处的过大的球面象差。

在条件公式(11)中，更有利的是范围10<|R2/R1|<20，且甚至更有利的是范围15<|R2/R1|<20。

在条件公式(12)中，R6是在第三透镜L3的像方上的表面(第六表面)的曲率半径；且f是成像光学***12的焦距长度。条件公式(12)是涉及第三透镜L3的配置的条件公式。有必要使得第三透镜L3具有其中凸起表面面对着像方的略微正的半月形配置。通过将第三透镜L3设置为具有略微正的折射率，可在执行离轴象差校正的同时减少第一透镜L1和第二透镜L2的折射率。

在其中超过条件公式(12)的上限的情况下，不能保证在微透镜阵列MLA(14)上的入射角度在0°到30°，因为离轴主光线角度变得太低且第四透镜L4是不可校正的。在其中条件落在条件公式(12)的下限之下的情况下，可确保在微透镜阵列MLA(14)上的入射角度在0°到30°；但是离轴彗形象差增加；且性能劣化。

在条件公式(12)中，更有利的是范围0.2<|R6|/f<0.5，且甚至更有利的是范围0.3<|R6|/f<0.5。

还可将成像透镜110配置为满足下述条件公式(13)。

0.3<|R4/R3|<0.7 (13)

在条件公式(13)中，R3是位于第二透镜L2的物方的表面(第三表面)的曲率半径；且R4是位于第二透镜L2的像方上的表面(第四表面)的曲率半径。条件公式(13)是用于设置位于第二透镜L2的像方上的表面(第四表面)的曲率半径与位于对象侧的上的表面(第三表面)的曲率半径的比值的条件公式。

在其中超过了条件公式(13)的上限的情况下，由于第三透镜和第四透镜的折射率引起的离轴光线的象差校正不够；且难以实现性能。反之，在其中条件落在下限之下的情况下，第二透镜的像方表面的曲率半径变得较小；且因此，离轴光线的象差校正且特定地彗形象差的校正不够；且由第三透镜和第四透镜的折射率进行的校正是困难的。为了执行校正，不仅是第三透镜和第四透镜的折射率要校正，而且要调节透镜间距来可控制光线的入射高度；且总长度不期望地加长。

在条件公式(13)中，更有利的是范围0.3＜|R4/R3|＜0.6，且甚至更有利的是范围0.4＜|R4/R3|＜0.6。

因此，可实现根据本实施例的成像透镜110和包括成像透镜110的固态成像设备1，较少数量的透镜和简单的透镜配置是可能的；可实现诸如较亮的F数等之类的高性能；且透镜***本身可以是紧凑的。还有，可获得高精度范围图像和良好的可视图像。

根据本实施例的成像透镜110和固态成像设备1适用于各种电子设备，诸如例如，便携式终端，诸如移动电话，台式终端、数字相机等、视频设备、工业机器人、机器人手臂、诸如内诊镜之类的医疗设备。

现在将描述成像光学***12的数个示例作为示例。

第一示例

图20示出根据第一示例的成像透镜的配置；

图21和图22是根据第一示例的成像透镜的各象差图。

图23示出根据第一示例的成像透镜的出射光瞳位置。

图24示出根据第一示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

下述表2示出根据第一示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表2]

f 4.88mm F数＝2.2 ω＝30.4°

表面	R i	Di	nd	νd
					孔径光阑 (s)	无限	0.00000
1	2.12473	0.94496	1.51956	64.00
					2	35.44602	0.15571
3	5.82115	0.48504	1.63193	23.33
					4	3.05136	0.76322
5	-5.54887	0.85000	1.54413	55.98
					6	-1.47815	0.06849
7	19.78671	0.79416	1.53438	56.20
					8	1.55091	1.23784
9(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					10	无限	0.3000

如下是根据第一示例的成像光学***12的非球面表面数据。

第一表面：

K＝-1.9950652

a4＝0.018367277

a6＝-0.01144917

a8＝0.00184325

a10＝-0.00237814

a12＝-0.00043284

a14＝-0.00035181

第二表面：

K＝-1701.21745

a4＝-0.06279352

a6＝-0.01766232

a8＝0.015362595

a10＝-0.00412161

a12＝-0.00055743

第三表面：

K＝2.992484

a4＝-0.06911947

a6＝0.010362833

a8＝-0.03495753

a10＝0.056227525

a12＝-0.02630633

a14＝0.004111307

第四表面：

K＝-0.259497

a4＝0.002537177

a6＝0.005646072

a8＝-0.00933221

a10＝0.005958687

a12＝0.007204493

a14＝-0.00347005

第五表面：

K＝12.312724

a4＝0.061258053

a6＝-0.01945500

a8＝0.014163829

a10＝-0.00577455

a12＝0.000324330

a14＝0.000246559

第六表面：

K＝-5.3536684

a4＝-0.02292847

a6＝0.019427301

a8＝0.001744590

a10＝-0.00139355

a12＝-0.00002229

a14＝0.000029414

第七表面：

K＝80.9860320

a4＝-0.07366563

a6＝0.007658314

a8＝0.004073979

a10＝-0.00157351

a12＝0.000186398

a14＝-0.00000822

第八表面：

K＝-7.16090373

a4＝-0.05162849

a6＝0.013487546

a8＝-0.00312376

a10＝0.000411202

a12＝-0.00002234

a14＝-0.00000083

f1/f＝0.880

|f2|/f＝2.227

TL/f＝1.177

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.726

D34/f＝0.014

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.427

ρ＝0.069

ν1-ν2＝64-23.3＝40.7

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝26.0°

|R4/f|＝0.624

|R2/R1|＝16.682

|R6/f|＝0.302

|R4/R3|＝0.524

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第一示例的成像光学***12具有良好的性能。

第二示例

图25示出根据第二示例的成像透镜的配置。

图26和图27是根据第二示例的成像透镜的各象差图。

图28示出根据第二示例的成像透镜的出射光瞳位置。

图29示出根据第二示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

下述表3示出根据第二示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表3]

f 4.85mm F数＝2.2 ω＝30.6°

表面	R i	Di	nd	νd
					数值孔径 (s)	无限	0.00000
1	2.16866	0.92357	1.53996	59.46
					2	36.32032	0.13704
3	6.10185	0.55805	1.63193	23.33
					4	3.02017	0.85121
5	-5.48489	0.85000	1.54414	55.99
					6	-1.67118	0.12831
7	11.54043	0.85000	1.53438	56.20
					8	1.66764	1.02915
9(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					10	无限	0.30000

根据第二示例的成像光学***12的非球面表面数据如下。

第一表面：

K＝-2.06799522

a4＝0.01855843

a6＝-0.01006203

a8＝0.0088306

a10＝-0.00260269

a12＝-0.00052668

a14＝-0.00029830

第二表面:

K＝-1191.139073

a4＝-0.06291462

a6＝-0.01799747

a8＝0.01562652

a10＝-0.00393719

a12＝-0.00066197

第三表面:

K＝1.64476863

a4＝-0.06988057

a6＝0.01005532

a8＝-0.03522801

a10＝0.05607947

a12＝-0.02630614

a14＝0.00415417

第四表面：

K＝-0.31819915

a4＝0.0247241

a6＝0.00553316

a8＝-0.00922980

a10＝0.00594848

a12＝0.00716690

a14＝-0.00351395

第五表面：

K＝11.67747158

a4＝0.05294032

a6＝-0.01959305

a8＝0.01415234

a10＝-0.00567885

a12＝0.00035168

a14＝0.00023475

第六表面：

K＝-5.55271877

a4＝-0.02442981

a6＝0.01881547

a8＝0.00180048

a10＝-0.00137555

a12＝-0.00001613

a14＝0.00003129

第七表面：

K＝8.33844106

a4＝-0.06882487

a6＝0.00915850

a8＝0.00417992

a10＝-0.00156627

a12＝0.00019003

a14＝-0.00000773

第八表面：

K＝-5.96611795

a4＝-0.05156994

a6＝0.01412112

a8＝-0.00324227

a10＝0.00039506

a12＝-0.00002137

a14＝-1.0311×10^-7

f1/f＝0.871

|f2|/f＝2.09

TL/f＝1.19

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.876

D34/f＝0.026

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.442

ρ＝0.0071

ν1-ν2＝59.46-23.33＝36.13

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝22.6°

|R4/f|＝0.621

|R2/R1|＝16.74

|R6/f|＝0.344

R4/R3＝0.495

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第二示例的成像光学***12具有良好的性能。

第三示例

图30示出根据第三示例的成像透镜的配置。

图31和图32是根据第三示例的成像透镜的各象差图。

图33示出根据第三示例的成像透镜的出射光瞳位置。

图34示出根据第三示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

下述表4示出根据第三示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表4]

f 4.89mm F数＝2.2 ω＝30.4°

表面	R i	Di	nd	νd
					孔径光阑 (s)	无限	0.00000
1	2.15005	0.95372	1.52305	65.93
					2	44.43164	0.16829
3	5.81997	0.47848	1.63193	23.33
					4	3.33123	0.84775
5	-5.52235	0.85386	1.54414	55.99
					6	-1.78090	0.18307
7	29.64786	0.86830	1.53438	56.20
					8	1.76169	0.92610
9(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					10	无限	0.30000

根据第三示例的成像光学***12的非球面表面数据如下。

第一表面：

K＝-2.10559837

a4＝0.01790709

a6＝-0.01092953

a8＝0.00179489

a10＝-0.00249962

a12＝-0.00047405

a14＝-0.00030073

第二表面：

K＝-2500.419876

a4＝-0.06338023

a6＝-0.01795624

a8＝0.01539966

a10＝-0.00404648

a12＝-0.00055268

第三表面：

K＝2.80849001

a4＝-0.06895896

a6＝0.01016882

a8＝-0.03499867

a10＝0.05620004

a12＝-0.02629145

a14＝0.00413838

第四表面：

K＝-0.38744864

a4＝0.002211225

a6＝0.00588465

a8＝-0.00932198

a10＝0.00594414

a12＝0.00727966

a14＝-0.00340137

第五表面：

K＝11.97621036

a4＝0.05769052

a6＝-0.01962753

a8＝0.01430996

a10＝-0.00570530

a12＝0.00032445

a14＝0.00021721

第六表面：

K＝-6.03303296

a4＝-0.01901123

a6＝0.01957884

a8＝0.00178096

a10＝-0.00139782

a12＝-0.00002293

a14＝0.00002969

第七表面：

K＝152.03688902

a4＝-0.07285680

a6＝0.00886396

a8＝0.00422735

a10＝-0.00155662

a12＝0.00019118

a14＝-0.00000735

第八表面：

K＝-6.5576775

a4＝-0.04916767

a6＝0.01335533

a8＝-0.00326096

a10＝0.00041292

a12＝-0.00002112

a14＝-5.2321×10^-7

f1/f＝0.875

|f2|/f＝2.72

TL/f＝1.17

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.952

D34/f＝0.037

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.436

ρ＝0.058

ν1-ν2＝59.46-23.33＝36.13

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝23.9°

|R4/f|＝0.680

|R2/R1|＝20.67

|R6/f|＝0.363

R4/R3＝0.572

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第三示例的成像光学***12具有良好的性能。

第四示例

图35示出根据第四示例的成像透镜的配置。

图36和图37是根据第四示例的成像透镜的各象差图。

图38示出根据第四示例的成像透镜的出射光瞳位置。

图39示出根据第四示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

下述表5示出根据第四示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表5]

f 4.93mm F数＝2.2 ω＝30.2°

表面	R i	Di	nd	νd
					孔径光阑 (s)	无限	0.00000
1	2.14541	0.94800	1.52305	65.93
					2	40.71011	0.16516
3	5.71921	0.51322	1.63193	23.33
					4	3.12022	0.85012
5	-5.54972	0.84700	1.54414	55.99
					6	-1.62274	0.11058
7	29.74853	0.85000	1.53438	56.20
					8	1.67135	1.03763
9(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					10	无限	0.30000

根据第四示例的成像光学***12的非球面表面数据如下。

第一表面：

K＝-2.06623255

a4＝0.01822393

a6＝-0.01085354

a8＝0.00188490

a10＝-0.00245483

a12＝-0.00043959

a14＝-0.00028741

第二表面：

K＝-1537.779839

a4＝-0.06286657

a6＝-0.01759363

a8＝0.01556027

a10＝-0.00401635

a12＝-0.00057226

第三表面：

K＝2.92759964

a4＝-0.06914205

a6＝0.01014577

a8＝-0.03502288

a10＝0.05620738

a12＝-0.02630101

a14＝0.00412961

第四表面：

K＝-0.33630643

a4＝0.0200859

a6＝0.00584415

a8＝-0.00923723

a10＝0.00604630

a12＝0.00729959

a14＝-0.00342400

第五表面：

K＝11.92735031

a4＝0.05949131

a6＝-0.01958334

a8＝0.01424430

a10＝-0.00572067

a12＝0.00031796

a14＝0.00023355

第六表面：

K＝-5.5030911

a4＝-0.02034009

a6＝0.01956502

a8＝0.00171775

a10＝-0.00139833

a12＝-0.00002347

a14＝0.00002889

第七表面：

K＝162.71849784

a4＝-0.07399224

a6＝0.00838768

a8＝0.00423250

a10＝-0.00155044

a12＝0.00019142

a14＝-0.00000722

第八表面：

K＝-6.89961928

a4＝-0.05099172

a6＝0.01323246

a8＝-0.00322848

a10＝0.00041344

a12＝-0.00002138

a14＝-6.2154×10^-7

f1/f＝0.87

|f2|/f＝2.39

TL/f＝1.17

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.826

D34/f＝0.022

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.433

ρ＝0.0597

ν1-ν2＝65.93-23.33＝42.6

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝24.2°

|R4/f|＝0.632

|R2/R1|＝18.975

|R6/f|＝0.329

|R4/R3|＝0.546

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第四示例的成像光学***12具有良好的性能。

第五示例

图40示出根据第五示例的成像透镜的配置。

图41和图42是根据第五示例的成像透镜的各象差图。

图43示出根据第五示例的成像透镜的出射光瞳位置。

图44示出根据第五示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

下述表6示出根据第五示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表6]

f 4.92mm F数＝2.2 ω＝30.2°

表面	R i	Di	nd	νd
					孔径光阑 (s)	无限	0.00000
1	2.14090	0.94566	1.52305	65.93
					2	40.04468	0.16293
3	5.70095	0.51949	1.63193	23.33
					4	3.04405	0.83755
5	-5.55119	0.85000	1.54414	55.99
					6	-1.54678	0.08162
7	30.50617	0.85000	1.53438	56.20
					8	1.61182	1.08006
9(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					10	无限	0.30000

根据第五示例的成像光学***12的非球面表面数据如下。

第一表面：

K＝-2.04627602

a4＝0.01838968

a6＝-0.01078306

a8＝0.00192696

a10＝-0.00243825

a12＝-0.00043368

a14＝-0.00028246

第二表面：

K＝-1192.242224

a4＝-0.06264369

a6＝-0.01746845

a8＝0.01563480

a10＝-0.00399775

a12＝-0.00058435

第三表面：

K＝2.85594182

a4＝-0.0692129

a6＝0.01014782

a8＝-0.03499995

a10＝0.05621884

a12＝-0.02629550

a14＝0.00412139

第四表面：

K＝-0.35238878

a4＝0.0193694

a6＝0.00573904

a8＝-0.00923739

a10＝0.00605303

a12＝0.00729970

a14＝-0.00342149

第五表面：

K＝11.94301714

a4＝0.06020103

a6＝-0.01953985

a8＝0.01418102

a10＝-0.00574968

a12＝0.00031443

a14＝0.00023843

第六表面：

K＝-5.32922193

a4＝-0.02118297

a6＝0.01953100

a8＝0.00172252

a10＝-0.00139787

a12＝-0.00002394

a14＝0.00002851

第七表面：

K＝174.8609872

a4＝-0.07330453

a6＝0.00833323

a8＝0.00422176

a10＝-0.00155095

a12＝0.00019155

a14＝-0.00000715

第八表面：

K＝-7.1454874

a4＝-0.05119959

a6＝0.01323256

a8＝-0.00322993

a10＝0.00041346

a12＝-0.00002141

a14＝-6.3325×10^-7

f1/f＝0.871

|f2|/f＝2.27

TL/f＝1.17

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.773

D34/f＝0.017

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.432

ρ＝0.044

ν1-ν2＝65.93-23.33＝42.6

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝24.1°

|R4/f|＝0.62

|R2/R1|＝18.704

|R6/f|＝0.314

R4/R3＝0.534

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第五示例的成像光学***12具有良好的性能。

第六示例

图45示出根据第六示例的成像透镜的配置。

图46和图47是根据第六示例的成像透镜的各象差图。

图48示出根据第六示例的成像透镜的出射光瞳位置。

图49示出根据第六示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

下述表7示出根据第六示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表7]

f 4.86mm F数＝2.2 ω＝30.6°

表面	R i	Di	nd	νd
					孔径光阑 (s)	无限	0.00000
1	2.18594	0.98245	1.54414	55.98
					2	62.07713	0.15503
3	6.14648	0.44849	1.63193	23.33
					4	3.05749	0.80591
5	-5.51893	0.88207	1.54413	55.98
					6	-1.47215	0.06407
7	23.17694	0.79186	1.53438	56.20
					8	1.53405	1.15637
9(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					10	无限	0.30000

根据第六示例的成像光学***12的非球面表面数据如下。

第一表面：

K＝-2.07392069

a4＝0.01787130

a6＝-0.01135135

a8＝0.00202324

a10＝-0.00227321

a12＝-0.00041114

a14＝-0.00038203

第二表面：

K＝-1732.25993

a4＝-0.06294481

a6＝-0.01786001

a8＝0.01531758

a10＝-0.00404588

a12＝-0.00044407

第三表面：

K＝3.12156320

a4＝-0.06908884

a6＝0.01053542

a8＝-0.03486516

a10＝0.05625665

a12＝-0.02629561

a14＝0.00412059

第四表面：

K＝-0.06758017

a4＝0.00353160

a6＝0.00617328

a8＝-0.00910029

a10＝0.00606197

a12＝0.00725369

a14＝-0.00344835

第五表面：

K＝12.48362898

a4＝0.06149396

a6＝-0.01933284

a8＝0.01415655

a10＝-0.00579223

a12＝0.00032084

a14＝0.00025107

第六表面：

K＝-5.43637748

a4＝-0.02276699

a6＝0.01935475

a8＝0.00171344

a10＝-0.00140564

a12＝-0.00002822

a14＝0.00002629

第七表面：

K＝102.12923568

a4＝-0.07425301

a6＝0.00786627

a8＝0.00414421

a10＝-0.00155612

a12＝0.00019134

a14＝-0.00000650

第八表面：

K＝-7.31317716

a4＝-0.05236823

a6＝0.01328854

a8＝-0.00322200

a10＝0.00041276

a12＝-0.00002174

a14＝-0.00000070

f1/f＝0.852

|f2|/f＝2.099

TL/f＝1.18

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.727

D34/f＝0.013

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.432

ρ＝0.0062

ν1-ν2＝55.98-23.33＝32.65

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝24.9°

|R4/f|＝0.629

|R2/R1|＝28.4

|R6/f|＝0.303

|R4/R3|＝0.497

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第六示例的成像光学***12具有良好的性能。

第七示例

图50示出根据第七示例的成像透镜的配置。

图51和图52是根据第七示例的成像透镜的各象差图。

图53示出根据第七示例的成像透镜的出射光瞳位置。

图54示出根据第七示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

下述表8示出根据第七示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表8]

f 4.86mm F数＝2.2 ω＝30.6°

表面	R i	Di	nd	νd
					孔径光阑 (s)	无限	0.00000
1	2.12423	0.93458	1.51990	64.20
					2	37.39501	0.16594
3	5.88465	0.50792	1.63790	23.20
					4	3.05524	0.83653
5	-5.55943	0.80042	1.54413	55.98
					6	-1.48018	0.08598
7	21.83976	0.80006	1.53438	56.20
					8	1.55264	1.13420
9(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					10	无限	0.30000

根据第七示例的成像光学***12的非球面表面数据如下。

第一表面：

K＝-2.01072644

a4＝0.01838989

a6＝-0.01120705

a8＝0.00185685

a10＝-0.00242617

a12＝-0.00046308

a14＝-0.00034961

第二表面：

K＝-1305.96793

a4＝-0.06279411

a6＝-0.01763769

a8＝0.01544627

a10＝-0.00409325

a12＝-0.00059032

第三表面：

K＝3.03239511

a4＝-0.06908079

a6＝0.01037376

a8＝-0.03496048

a10＝0.05621924

a12＝-0.02629639

a14＝0.00412339

第四表面：

K＝-0.35011579

a4＝0.00205137

a6＝0.00550642

a8＝-0.00917968

a10＝0.00604146

a12＝0.00723858

a14＝-0.00346392

第五表面：

K＝12.18532886

a4＝0.06123213

a6＝-0.01934789

a8＝0.01421314

a10＝-0.00576620

a12＝0.00031621

a14＝0.00023828

第六表面：

K＝-5.21074495

a4＝-0.02290518

a6＝0.01943752

a8＝0.00171549

a10＝-0.00140683

a12＝-0.00002655

a14＝0.00002786

第七表面：

K＝81.83620738

a4＝-0.07469087

a6＝0.00777992

a8＝0.00416899

a10＝-0.00154534

a12＝0.00019355

a14＝-0.00000648

第八表面：

K＝-7.1805299

a4＝-0.05132788

a6＝0.01330203

a8＝-0.00322747

a10＝0.00041323

a12＝-0.00002165

a14＝-0.00000068

f1/f＝0.884

|f2|/f＝2.205

TL/f＝1.177

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.726

D34/f＝0.018

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.437

ρ＝0.002

ν1-ν2＝64.2-23.2＝41.0

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝24.5°

|R4/f|＝0.629

|R2/R1|＝17.604

|R6/f|＝0.305

|R4/R3|＝0.519

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第七示例的成像光学***12具有良好的性能。

第八示例

图55示出根据第八示例的成像透镜的配置。

图56和图57是根据第八示例的成像透镜的各象差图。

图58示出根据第八示例的成像透镜的出射光瞳位置。

图59示出根据第八示例的成像透镜的出射光瞳的配置和数值。

下述表9示出根据第八示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表9]

f 4.86mm F数＝2.2 ω＝30.6°

表面	R i	Di	nd	νd
					孔径光阑 (s)	无限	0.00000
1	2.12245	0.93396	1.51990	64.20
					2	36.06678	0.16854
3	5.79982	0.52564	1.65055	21.53
					4	3.04856	0.82517
5	-5.56787	0.80000	1.54413	55.98
					6	-1.48105	0.09316
7	23.66683	0.80000	1.53438	56.20
					8	1.55398	1.1342
9(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					10	无限	0.30000

根据第八示例的成像光学***12的非球面表面数据如下。

第一表面：

K＝-2.01449298

a4＝0.01843795

a6＝-0.01105796

a8＝0.00186031

a10＝-0.00245144

a12＝-0.00046593

a14＝-0.00034403

第二表面：

K＝-1147.538435

a4＝-0.06283036

a6＝-0.01765873

a8＝0.01550469

a10＝-0.00405598

a12＝-0.00060426

第三表面：

K＝3.14844805

a4＝-0.06897041

a6＝0.01039228

a8＝-0.03498819

a10＝0.05620625

a12＝-0.02628939

a14＝0.00412580

第四表面：

K＝-0.44070840

a4＝0.00157574

a6＝0.00543905

a8＝-0.00910431

a10＝0.00611069

a12＝0.00728020

a14＝-0.00344276

第五表面：

K＝12.09442763

a4＝0.06095991

a6＝-0.01939214

a8＝0.01420609

a10＝-0.00576103

a12＝0.00030948

a14＝0.00023678

第六表面：

K＝-5.15217881

a4＝-0.02285392

a6＝0.01946222

a8＝0.00171757

a10＝-0.00140762

a12＝-0.00002669

a14＝0.00002854

第七表面：

K＝89.41103384

a4＝-0.07507780

a6＝0.00774836

a8＝0.00418726

a10＝-0.00154118

a12＝0.00019432

a14＝-0.00000641

第八表面：

K＝-7.14609635

a4＝-0.05186921

a6＝0.01331282

a8＝-0.00322927

a10＝0.00041286

a12＝-0.00002153

a14＝-0.00000069

f1/f＝0.885

|f2|/f＝2.20

TL/f＝1.176

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.725

D34/f＝0.019

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.436

ρ＝0.0198

ν1-ν2＝64.2-21.53＝42.67

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝24.4°

|R4/f|＝0.628

|R2/R1|＝16.993

|R6/f|＝0.305

|R4/R3|＝0.526

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第八示例的成像光学***12具有良好的性能。

第九示例

图60示出根据第九示例的成像透镜的配置。

图61和图62是根据第九示例的成像透镜的各象差图。

图63示出根据第九示例的成像透镜的出射光瞳位置。

下述表10示出根据第九示例的成像光学***12的表面的曲率半径Ri、间距Di、折射率nd、和色散值νd。

[表10]

f 4.69mm F数＝2.2 ω＝31.4°

表面	R i	Di	nd	νd
					孔径光阑 (s)	无限	0.00000
1	2.12938	1.01962	1.54413	55.98
					2	55.48939	0.13984
3	5.68597	0.4059	1.61422	25.58
					4	2.98291	0.77601
5	-5.27774	0.74673	1.54413	55.98
					6	-1.41245	0.04581
7	47.51532	0.74698	1.53438	56.20
					8	1.53048	0.30000
9(CG)	无限	0.78000	1.51680	64.16
					10	无限	0.33883
11(MLA)	无限	0.15000	1.45844	67.83
					12	无限	0.30000

根据第九示例的成像光学***12的非球面表面数据如下。

第一表面：

K＝-2.07979281

a4＝0.02094394

a6＝-0.00584305

a8＝0.0128969

a10＝-0.00343039

a12＝0.00007679

第二表面：

K＝0.000

a4＝-0.04801788

a6＝-0.02226239

a8＝0.02187110

a10＝-0.00683319

a12＝-0.00000771

第三表面：

K＝3.3647356

a4＝-0.07035952

a6＝0.01835518

a8＝-0.04842281

a10＝0.07717032

a12＝-0.03752560

a14＝0.00602166

第四表面：

K＝-0.01144097

a4＝-0.01511522

a6＝0.01382556

a8＝-0.00948128

a10＝0.00363352

a12＝0.00911895

a14＝-0.00304805

第五表面：

K＝12.89250473

a4＝0.04518569

a6＝-0.0319430

a8＝0.01874454

a10＝-0.00610893

a12＝0.00015106

a14＝0.00007946

第六表面：

K＝-5.50850265

a4＝-0.06312643

a6＝0.02019360

a8＝0.00531823

a10＝-0.00159110

a12＝-0.00000414

a14＝-0.00000252

第七表面：

K＝0.00000

a4＝-0.11383384

a6＝0.01446762

a8＝0.00712047

a10＝-0.00183171

a12＝0.00011129

第八表面：

K＝-7.81669316

a4＝-0.06252056

a6＝0.01564798

a8＝-0.00396550

a10＝0.00057440

a12＝-0.00003921

f1/f＝0.86

|f2|/f＝2.307

TL/f＝1.224

(R7+R8)/(R7-R8)＝1.731

D34/f＝0.0098

hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)＝0.431

ρ＝0.106

ν1-ν2＝55.98-25.58＝30.4

CRA(在图像平面上主光线的入射角度)(31度的视角)＝26.4°

|R4/f|＝0.635

|R2/R1|＝26.06

|R6/f|＝0.301

|R4/R3|＝0.525

如下所述，在该示例中满足了上述条件公式(1)到(13)。如上所述，可见根据第九示例的成像光学***12具有良好的性能。

表11和12示出这些示例的条件公式的值。

[表11]

	第一示例	第二示例	第三示例	第四示例	第五示例
						条件公式 (1)	0.880	0.871	0.875	0.870	0.871
条件公式 (2)	2.227	2.090	2.720	2.390	2.27
						条件公式 (3)	1.177	1.190	1.170	1.170	1.170
条件公式 (4)	1.726	1.876	1.952	1.826	1.773
						条件公式 (5)	0.014	0.026	0.037	0.022	0.017
条件公式 (6)	0.427	0.442	0.436	0.433	0.432
						条件公式 (7)	0.069	0.007	0.058	0.06	0.04
条件公式 (8)	40.70	36.13	36.13	42.60	42.60
						条件公式 (9)	26.0°	22.6°	23.9°	24.2°	24.1°
条件公式 (10)	0.624	0.621	0.680	0.632	0.620
						条件公式 (11)	16.682	16.740	20.670	18.975	18.704
条件公式 (12)	0.302	0.344	0.363	0.329	0.314
						条件公式 (13)	0.524	0.495	0.572	0.546	0.53

[表12]

	第六示例	第七示例	第八示例	第九示例
					条件公式 (1)	0.852	0.884	0.885	0.860
条件公式 (2)	2.099	2.205	2.200	2.307
					条件公式 (3)	1.180	1.177	1.176	1.224
条件公式 (4)	1.727	1.726	1.73	1.731
					条件公式 (5)	0.013	0.018	0.019	0.010
条件公式 (6)	0.432	0.437	0.436	0.431
					条件公式 (7)	0.062	0.002	0.020	0.11
条件公式 (8)	32.65	41.00	42.67	30.40
					条件公式 (9)	24.9°	24.5°	24.4°	26.4°
条件公式 (10)	0.629	0.629	0.628	0.635
					条件公式 (11)	28.40	17.60	16.99	26.06
条件公式 (12)	0.303	0.305	0.305	0.301
					条件公式 (13)	0.497	0.519	0.526	0.525

如表11和12中所示，在第一到第九示例中满足了上述条件公式(1)到(13)中的每一个。

根据上述实施例的成像透镜和固态成像设备，可获得高精度范围图像和良好的可视图像。

尽管在此上述了实施例和示例，本发明并不限于这些示例。例如，尽管上述实施例和示例说明了其中设置盖玻璃(CG)和微透镜阵列(MLA)的示例，但是可使用仅包括微透镜阵列(MLA)的配置。还有，上述示例中所说明的值仅仅是示例；且只要满足本发明的条件，可使用其他值。进一步，本领域技术人员参看上述实施例和示例适当地做出的对于实施例的组件的添加、删除、或设计修改、或者特征的合适的组合，在包括本发明的精神的程度内，均落在本发明范围内。

尽管描述了特定实施例，但这些实施例只是作为示例呈现，并且不旨在限制本发明的范围。实际上，在本文中所描述的新颖实施例可以各种其他形式体现，此外，可作出以本文中所描述的实施例的形式的各种省略、替换和改变而不背离本发明的精神。所附权利要求书及其等效物旨在覆盖可落入本发明的范围和精神的这些形式或修改。

Claims

1.一种成像透镜，包括：

第一光学***，包括光轴；和

微透镜阵列，设置在所述第一光学***和成像元件之间，

所述微透镜阵列包括设置在第一平面内的多个微透镜单元，

所述成像元件包括多个像素组，

所述像素组的每一个包括多个像素，

当投影到所述第一平面上时，所述微透镜单元分别覆盖所述像素组，

所述第一光学***包括：

孔径光阑；

第一透镜，设置在所述孔径光阑和所述微透镜阵列之间，所述第一透镜具有第一表面、第二表面、以及正折射率，所述第一表面与所述孔径光阑相对，所述第二表面设置在所述第一表面和所述微透镜阵列之间；

第二透镜，设置在所述第一透镜和所述微透镜阵列之间，所述第二透镜具有第三表面、第四表面、以及负折射率，所述第三表面与所述第二表面相对，所述第四表面设置在所述第三表面和所述微透镜阵列之间；

第三透镜，设置在所述第二透镜和所述微透镜阵列之间，所述第三透镜具有第五表面、第六表面、以及正折射率，所述第五表面与所述第四表面相对，所述第六表面设置在所述第五表面和所述微透镜阵列之间；和

第四透镜，设置在所述第三透镜和所述微透镜阵列之间，所述第四透镜具有第七表面、第八表面、以及负折射率，所述第七表面与所述第六表面相对，所述第八表面设置在所述第七表面和所述微透镜阵列之间，

所述第一表面的曲率半径是正的，

所述第三表面的曲率半径和所述第四表面的曲率半径的每一个都是正的，

所述第五表面的曲率半径和所述第六表面的曲率半径的每一个都是负的，

所述第七表面的曲率半径和所述第八表面的曲率半径的每一个都是正的，

选自第一到第八表面的至少一个具有非球面配置，

满足公式(1)到(5)，其中

f是所述第一光学***的焦距，

f1是所述第一透镜的焦距，

f2是所述第二透镜的焦距，

f3是所述第三透镜的焦距，

TL是所述孔径光阑与所述成像元件之间的距离，

R7是所述第七表面的曲率半径，

R8是所述第八表面的曲率半径，且

D34是沿所述光轴在所述第三透镜和所述第四透镜之间的空隙距离：

0.85≤f1/f<1.0 (1)

1.5<|f2|/f<3.0 (2)

TL/f<1.3 (3)

1<(R7+R8)/(R7-R8)<5 (4)

0<D34/f<0.05 (5)。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，

所述微透镜阵列将由所述第一光学***形成的图像进行缩小，且

由于所述微透镜阵列引起的所述图像的缩小比不小于0.001且不大于0.87。

3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，

满足公式(6)，其中

所述光轴与离轴光线的主光线与所述第六平面相交的位置之间的距离为hc(G3R)，所述离轴光线与所述光轴相交，

沿所述光轴在所述孔径光阑与所述第六表面之间的距离为D1+D2+D3+D4+D5，

D1是沿所述光轴的所述第一透镜的厚度，

D2是第一距离与第一折射率的乘积，所述第一距离是沿所述光轴在所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离，所述第一折射率是所述第一透镜和所述第二透镜之间的区域的折射率，

D3是沿所述光轴的所述第二透镜的厚度，

D4是第二距离与所述第二折射率的乘积，所述第二距离是沿所述光轴在所述第二透镜和所述第三透镜之间的距离，所述第二折射率是所述第二透镜和所述第三透镜之间的区域的折射率，且

D5是沿所述光轴的所述第三透镜的厚度：

0.3<hc(G3R)/(D1+D2+D3+D4+D5)<0.5 (6)。

4.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，

所述第一透镜包括选自玻璃和树脂中的至少一个，且

所述第二透镜、所述第三透镜、和所述第四透镜的每一个均包括树脂。

5.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，

在所述第一光学***的出射光瞳面处的离轴光线的配置在被视为椭圆时具有第一直径和第二直径，所述离轴光线与所述光轴相交，所述第一直径沿着所述出射光瞳面中的第一方向，所述第二直径沿着与所述第一方向正交且在所述出射光瞳面中的第二方向，

满足公式(7)，其中

a是所述第一直径的1/2，

b是所述第二直径的1/2，

ρ是扁平率，

a＝hx(EXTPURX),

b＝(hy(EXTPiUR)-hy(EXTPiDW))/2,且

ρ＝|1-b/a|,

所述离轴光线包括：

上光线；

下光线，在所述出射光瞳面处位于所述上光线和所述光轴之间；和

主光线，在所述出射光瞳面处位于所述上光线和所述下光线之间，

hy(EXTPiUR)是沿所述第二方向的在所述光轴和所述上光线穿过所述出射光瞳面的位置之间的距离，

hy(EXTPiDW)是沿所述第二方向的在所述光轴和所述下光线穿过所述出射光瞳面的位置之间的距离，且

hx(EXTPURX)是在所述出射光瞳面处沿所述第一方向的所述离轴光线的长度的1/2：

0≤ρ<0.3 (7)。

6.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，

满足公式(8)，其中

ν1是所述第一透镜的阿贝数，且

ν2是所述第二透镜的阿贝数，且

0≤ν1-ν2 (8)。

7.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，

满足公式(9)，其中

αi是主光线在提供像素的表面上的入射角度，且

所述主光线是在最大视角处的离轴光线的主光线，所述离轴光线在与所述光轴相交的方向中行进：

0°≤αi≤30° (9)。

8.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，还包括设置在所述第一光学***和所述微透镜阵列之间的滤光片。

9.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述成像元件设置在所述第一光学***和所述第一光学***的虚像点之间。

10.一种固态成像设备，包括：

如权利要求1所述的成像透镜；以及

固态成像元件，用于将通过所述成像透镜的光转换为电信号。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述固态成像元件输出全光图像。

12.如权利要求11所述的器件，其特征在于，

所述全光图像包括多个图画单元，

每一个图画单元对应于选自多个色彩的一个，所述色彩彼此不同，且

所述设备调节所述全光图像的色彩之间的信号平衡。

13.如权利要求11所述的器件，其特征在于，

所述全光图像包括多个图画单元，所述图画单元包括对应于第一色彩的信号的第一图画单元，且

所述设备通过参照部署在所述第一图画单元周围的图画元素来估算所述第一图画单元的第二色彩的信号，所述第二色彩不同于所述第一色彩。

14.如权利要求11所述的器件，其特征在于，

所述全光图像包括多个图像点，所述图像点对应于对象上的第一点，且

所述设备计算所述第一点和每一个图像点之间的对应度。

15.如权利要求14所述的器件，其特征在于，

所述设备通过基于所述对应度来合成每一个图像点的图画单元值且计算与所述第一点对应的合成后信号，来计算二维图像。