CN106959501A - 四表面窄视场复合透镜 - Google Patents

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Abstract

四表面窄视场复合透镜包括第一透镜和第二透镜之间的第一双平面基板，第一透镜是平凸的且第二透镜是平凹的。复合透镜还包括第三透镜和第四透镜之间的第二双平面基板，第三透镜是平凸的且第四透镜是平凹的。第二透镜和第三透镜在第一双平面基板和第二双平面基板之间。第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜是共轴的、分别由具有第一、第二、第三和第四阿贝数的材料形成、并分别具有焦距F1、F2、F3和F4。第一阿贝数超过第二阿贝数且第三阿贝数超过第四阿贝数。比值F1/F2可以满足‑0.32＜F1/F2＜‑0.18且比值F4/F3可以满足‑0.72＜F4/F3＜‑0.48。

Description

四表面窄视场复合透镜
技术领域
本公开涉及光学领域，尤其涉及一种四表面窄视场复合透镜。
背景技术
数码照相机模块被用于各种消费者、工业和科学成像设备中以产生静态图像和/或视频。数码照相机模块的应用包括基于图像的识别应用，例如条形码扫描和虹膜识别。针对这些应用的照相机可以包括与传统的透镜相比具有相对大的景深的成像透镜。这样大的景深使得使用照相机识别物体的设备对物体距成像透镜的距离相对不敏感。
对于固定的成像透镜焦距，成像透镜的景深与透镜的f值N近似成线性正比，其中N为透镜的有效焦距与其入瞳直径D的比。参照，例如，Focal出版社于2000年出版的Jacobson等人编写的《The Manual of Photography》(第九版)。具有焦距f的成像透镜和对角长度d的图像传感器的照相机的视场2α为用f值N＝f/D表示，示出对于恒定的入瞳直径D，视场α随f值N增加而降低。由于景深与透镜的f值N近似成线性正比，视场2α也随景深增加而降低。
基于图像的识别设备需要照相机模块具有比传统的照相机模块中的透镜更小的视场(FOV)的透镜、同时产生与传统的照相机模块所形成的图像相比最低限度地减小线宽分辨率的图像。
传统的窄FOV照相机模块通过采用包括数个光学表面的类似望远镜的复合透镜，在保持较大FOV照相机的图像质量的同时实现小的视点。这种照相机模块的缺点是，复合透镜的制造成本随光学表面的数目的增加而增加。
发明内容
公开用于在成像***的像平面处产生物体的图像的四表面窄视场(FOV)复合透镜。在实施例中，复合透镜包括在第一透镜和第二透镜之间的第一双平面基板，第一透镜是平凸的且第二透镜是平凹的。复合透镜还包括第三透镜和第四透镜之间的第二双平面基板，第三透镜是平凸的且第四透镜是平凹的。第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜具有共用光轴。第二透镜和第三透镜在第一双平面基板和第二双平面基板之间。第一透镜具有在第一双平面基板的第一侧的第一平面表面，并由具有第一阿贝数的材料形成。第二透镜具有在第一双平面基板的与第一侧相对的第二侧的第二平面表面，并由具有第二阿贝数的材料形成。第三透镜具有在第二双平面基板的第一侧的第三平面表面，并由具有第三阿贝数的材料形成。第四透镜具有在第二双平面基板的与第一侧相对的第二侧的第四平面表面，并由具有第四阿贝数的材料形成。第一阿贝数超过第二阿贝数且第三阿贝数超过第四阿贝数。
在实施例中，第一阿贝数和第三阿贝数的每个超过50且第二阿贝数和第四阿贝数的每个小于35。在实施例中，第一透镜具有焦距F1，第二透镜具有焦距F2，且比值F1/F2满足-0.32＜F1/F2＜-0.18。在实施例中，第三透镜具有焦距F3，第四透镜具有焦距F4，且比值F4/F3满足-0.72＜F4/F3＜-0.48。在实施例中，第一透镜、第一双平面基板、第二透镜、第三透镜、第二双平面基板和第四透镜共同地具有有效焦距feff使得在位于距光轴和第一透镜的物侧凸表面的交叉点的距离T处的像平面处形成图像，且比值feff/T满足0.85<feff/T<0.95。
附图说明
图1示出根据实施例的使用情景中的示例性窄视场复合透镜。
图2是图1的四表面窄视场复合透镜的实施例的示例性剖视图。
图3是与成像仪的保护玻璃有关、示出图1和2的四表面窄视场复合透镜的实施例的成像***的剖视图。
图4示出图3的复合透镜的示例性参数表。
图5是图3的成像***内复合透镜的纵向像差的图。
图6是图3的成像***内复合透镜的f-theta畸变的图。
图7是图3的成像***内复合透镜的Petzval场曲的图。
图8是图3的成像***内复合透镜的横向彩色误差的图。
图9是与成像仪的保护玻璃有关、示出图1和2的四表面窄视场复合透镜的实施例的成像***的剖视图。
图10示出图9的复合透镜的示例性参数表。
图11是图9的成像***内复合透镜的纵向像差的图。
图12是图9的成像***内复合透镜的f-theta畸变的图。
图13是图9的成像***内复合透镜的Petzval场曲的图。
图14是图9的成像***内复合透镜的横向彩色误差的图。
具体实施方式
图1示出移动设备160的照相机模块150内的四表面窄视场复合透镜100对条形码190的成像。由于照相机模块150和复合透镜100在移动设备160的面向条形码190的一侧是可见的，因此其用虚线示出。条形码190的图像191在移动设备160的输出显示161上示出。应该理解的是，窄视场复合透镜100可以被包括在移动设备160上的替代位置，例如在设备160的前面、背面、顶端、底端或侧面。此外，在不脱离其范围的情况下，窄视场复合透镜100可以被包括在其他设备上，其他设备包括但不限于笔记本电脑、平板电脑、条形码扫描仪和基于图像的识别设备。
图2是图1的四表面窄视场复合透镜100的实施例的四表面窄视场复合透镜200的剖视图。复合透镜200包括第一透镜210和第二透镜220之间的第一双平面基板260。第一透镜210是平凸透镜且第二透镜220是平凹透镜。复合透镜200还包括第三透镜230和第四透镜240之间的第二双平面基板265。第三透镜230是平凸的且第四透镜240是平凹的。第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230和第四透镜240具有共用光轴279。第二透镜220和第三透镜230位于第一双平面基板260和第二双平面基板265之间。基板260和265的至少一个可以是整体式的；可选地，基板260和265的至少一个可以由多于一个光学元件形成。
第一透镜210包括凸表面211和平面表面212。平面表面212与第一双平面基板260的平面表面261相邻，第一双平面基板260还包括平面表面262。平面表面262与第二透镜220的平面表面221相邻，第二透镜220还包括凹表面222。第三透镜230包括凸表面231和平面表面232。平面表面232与第二双平面基板265的平面表面266相邻，第二双平面基板265还包括平面表面267。平面表面267与第四透镜240的平面表面241相邻，第四透镜240还包括凹表面242。
表面对212和261、221和262、232和226以及241和267分别示出为彼此直接接触。在不脱离其范围的情况下，表面对的任一个可以在其之间具有光学元件。
第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230和第四透镜240由分别具有第一阿贝数V1、第二阿贝数V2、第三阿贝数V3和第四阿贝数V4的材料形成。在复合透镜200中，阿贝数V1和V3可以各自超过阿贝数V2和V4。具体地，阿贝数V1和V3都可以超过50且阿贝数V2和V4可以小于35。
这些在阿贝数上的约束允许限制包括复合透镜200的成像***(例如，在此讨论的成像***301和成像***901)中的色差至可以被充分地校正的值，用于有效的基于图像的识别。由具有在此范围之外的阿贝数的透镜形成的图像具有超过阈值的色差，超过此阈值的像差不能被充分校正用于有效的基于图像的识别。在此，除非另有限定，所有折射率值和阿贝数对应λd＝587.6nm。
具有Vd＞50的透明光学材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯酸酯(例如，Optrez)和聚环烯烃高分子(例如，APELTM 5014DP、5013和480R)。在不脱离其范围的情况下，具有Vd＞50的透镜材料可以为塑料或非塑料光学材料，例如玻璃。
具有Vd＜35的透明光学材料包括品牌聚碳酸酯、P-1700、品牌聚砜、OKP-4、品牌光学聚酯。在不脱离其范围的情况下，具有Vd＜35的透镜材料可以为塑料或非塑料光学材料，例如玻璃。
透镜210、220、230和240可以通过晶圆级光学复制工艺由焊料回流兼容材料形成。透镜210和230还可以通过注塑成型或本领域已知的其他方法形成。可选地，透镜210和230可以通过精密玻璃成型(也称为超精密玻璃压制)或本领域已知的其他方法由玻璃形成。
透镜210、220、230和240的至少一个可以是单透镜。在不脱离其范围的情况下，透镜210、220、230和240的至少一个可以是非单透镜。表面211、222、231和242的至少一个可以是非球面表面，在不脱离其范围的情况下，表面211、222、231和242的至少一个可以是球面表面。
可以优化第一透镜210的表面211以收集入射光线、控制那些进入复合透镜200的光线的传播方向，例如，穿过透镜210、220、230和240，并引导穿过孔径光阑225的入射光线。可以优化第二透镜220的表面222以校正由复合透镜200形成的图像的色差和球差。在图2中，为了表述的目的，孔径光阑225被示出为不透明的孔径。可选地，孔径光阑225可以是示于图2中的物理孔径。
在成像***中使用时，复合透镜200可以具有基板260和第二透镜220之间的的孔径光阑225，与相邻表面262和221之间的平面对应。在复合透镜200内放置孔径光阑225帮助保持光椎相对于场坐标的对称性，其降低选定的像差并有助于成像***具有优化的调制传递函数(“MTF”)。
第一透镜210具有焦距F1且第二透镜220具有焦距F2。复合透镜200的实施例可以具有-0.32和-0.18之间的商F1/F2。限制商F1/F2至此范围允许限制由复合透镜200形成的图像中的色差和球差至可以被充分地校正的值，用于有效的基于图像的识别。由具有此范围之外的商F1/F2的透镜形成的图像具有超过阈值的色差和球差，超过此阈值的像差不能被充分地校正用于有效的基于图像的识别。
第三透镜230具有焦距F3且第四透镜240具有焦距F4。复合透镜200的实施例可以具有-0.72和-0.58之间的商F4/F3。限制商F4/F3至此范围允许限制由复合透镜200形成的图像中的像差(例如彗差、像散和畸变)至可以被充分地校正的值，用于有效的基于图像的识别。由具有此范围之外的商F4/F3的透镜形成的图像具有超过阈值的像差，超过此阈值的像差不能被充分地校正用于有效的基于图像的识别。
图2示出将平行光线250聚焦至像平面278上的复合透镜200。会聚光线254在表面242处离开复合透镜200并在像平面278处会聚。进入复合透镜200中光线250和254的延伸在主平面274处相交。图2示出在表面222和232之间的与光轴279相交的主平面274。在不脱离其范围的情况下，复合透镜200的实施例可以具有在透镜210、220、230和240以及基板262和265的一个内与光轴279相交的主平面274。
复合透镜200具有主平面274和像平面278之间的有效焦距276(在此也表示为feff)。平面272在光轴279处与表面211正切并与光轴279垂直。光学总长275定义平面272和像平面278之间的距离T。复合透镜200的实施例可以具有0.88和0.95之间的商feff/T。将商feff/T限制至此范围，限制包括复合透镜200的成像***的长度。
四表面窄视场复合透镜，示例1
图3是成像***301内四表面窄视场复合透镜300的剖视图。复合透镜300是四表面窄视场复合透镜200的实施例。复合透镜300包括第一透镜310和第二透镜320之间的基板360。复合透镜300还包括第三透镜330和第四透镜340之间的基板365。透镜310、320、330和340具有共用光轴379(因此是共轴的)且分别是复合透镜200的透镜210、220、230和240的示例。基板360和365分别是复合透镜200的基板260和265的示例。复合透镜300具有孔径光阑325。直径329是2.98mm。孔径光阑325和直径329与复合透镜200的孔径光阑225和直径229相似。
第一透镜310包括凸表面311和平面表面312。平面表面312与基板360的平面表面361相邻，基板360还包括平面表面362。平面表面362与第二透镜320的平面表面321相邻，第二透镜320还包括凹表面322。第三透镜330包括凸表面311和平面表面332。平面表面332与基板365的平面表面366相邻，基板365还包括平面表面367。平面表面367与第四透镜340的平面表面341相邻，第四透镜340还包括凹表面342。表面311、312、361、362、321、322、331、332、366、367、341和342分别是表面211、212、261、262、221、222、231、232、266、267、241和242的示例。
成像***301还可以包括保护玻璃350。保护玻璃350包括表面351和352并覆盖位于像平面378处的图像传感器的像素阵列(未示出)。像素阵列和图像传感器的具体类型可以变化，且在此不详细地讨论。
图4示出复合透镜300的每个表面的示例性参数的表400。表400包括列404、406、408、410和421-426。表面列421表示示于图3中的表面311、312、361、362、321、322、331、332、366、341、342、351、352和像平面378。列423包括成像***301的相邻表面之间的轴上厚度值(以毫米为单位)。列423包括第一透镜310、基板360和第二透镜320的中心厚度。具体地，第一透镜310具有等于0.350mm的中心厚度313，基板360具有等于0.400mm的中心厚度363，且第二透镜320具有等于0.050mm的中心厚度323。第二透镜320的表面322和第三透镜330的表面331被分隔开等于5.729mm的距离324。
列423还包括第三透镜330、基板365、第四透镜340和保护玻璃350的中心厚度。具体地，第三透镜330具有等于0.350mm的中心厚度333，基板365具有等于1.100mm的中心厚度363，透镜340具有等于0.020mm的中心厚度343。第四透镜340的表面342和保护玻璃350的表面351被分隔开等于1.561mm的距离354。
保护玻璃350具有等于0.400mm的厚度353。保护玻璃350的表面352和像平面378被分隔开等于0.040mm的距离373。应该理解的是，成像***301不必须包括保护玻璃350，在此情况下，可以重新优化复合透镜300的参数以在没有保护玻璃350的像平面378处形成图像。
表面311、322、331和342由表面凹陷zsag定义，示于等式1。
在等式1中，zsag是径向坐标r的函数，其中方向z和r在图3的坐标轴398中示出。在等式1中，参数c是表面曲率半径rc的倒数：图4的列422列出对于表面311、322、331和342的rc值。参数k表示二次曲线常数，示于列426中。列404、406、408和410分别包含非球面系数α4、α6、α8和α10的值。图3中量的单位与等式1中的zsag一致，以毫米表示。
列424列出在自由空间波长λd＝587.6nm处材料的折射率nd，且列425列出对应的阿贝数Vd。第一透镜310具有折射率nd＝1.511、阿贝数Vd＝57，并包括物侧表面311和像侧表面312。基板360具有折射率nd＝1.52、阿贝数Vd＝63，并包括物侧表面361和像侧表面362。第二透镜320具有折射率nd＝1.59、阿贝数Vd＝30，并包括物侧表面321和像侧表面322。第三透镜330具有折射率nd＝1.51、阿贝数Vd＝57，并包括物侧表面331和像侧表面332。第四透镜340具有折射率nd＝1.59、阿贝数Vd＝30，并包括物侧表面341和像侧表面342。
复合透镜300具有等于10.000mm的光学总长375，其是表400的列423中厚度值的总和。参考图3，光学总长375是在平面372和像平面378之间，其中平面372在光轴379处与表面311正切。进入复合透镜300中光线250(1)和254(1)的延伸在主平面374处相交。
在自由空间波长λ＝587.6nm处，复合透镜300具有主平面374和像平面378之间的等于8.88mm的有效焦距376(feff)。主平面374、光学总长375和有效焦距376分别与主平面274、光学总长275和有效焦距276相似。光学总长375和有效焦距376的比等于0.888。复合透镜300具有等于3.0的工作f值且对于具有1.7mm对角长度的图像传感器，具有10度的视场。
第一透镜310和第二透镜320分别具有焦距F1和F2，可以使用透镜制造商的等式近似得出焦距F1和F2。参考第一透镜310，物侧表面311具有3.749mm的曲率半径，像侧表面312是平面的且因此具有无穷大的曲率半径。使用这些曲率半径、中心厚度313和nd＝1.51，透镜制造商的等式得出F1≈7.35mm。参考第二透镜320，物侧表面321是平面的且因此具有无穷大的曲率半径，像侧表面322具有15.000mm的曲率半径。使用这些曲率半径、中心厚度323和nd＝1.595，透镜制造商的等式得出F2≈-25.42mm。比值F1/F2≈-0.289。
第三透镜330和第四透镜340分别具有焦距F3和F4。参考第三透镜330，物侧表面331具有1.486mm曲率半径，像侧表面332是平面的且因此具有无穷大的曲率半径。使用这些曲率半径、中心厚度333和nd＝1.51，透镜制造商的等式得出F3≈4.45mm。参考第四透镜340，物侧表面341是平面的且因此具有无穷大的曲率半径，且像侧表面342具有1.052mm的曲率半径。使用这些曲率半径、中心厚度343和nd＝1.59，透镜制造商的等式得出F4≈-2.68mm。比值F4/F3≈-0.602。
图5-8分别是由计算的成像***301内复合透镜300的纵向像差、f-theta畸变、场曲和横向彩色误差的图。
图5是成像***301内复合透镜300的纵向像差的图。在图5中，以毫米为单位画出作为归一化径向坐标r/rp的函数的纵向像差，其中rp＝1.5979mm是最大入瞳半径。纵向像差曲线548、558和565分别是在蓝色、黄色和红色夫琅禾费F-、d-和C-谱线：λF＝486.1nm、λd＝587.6nm和λC＝656.3nm处计算的。
图6是成像***301内复合透镜300的f-theta畸变对视场角的图。图6中示出的最大视场角是θmax＝5.103°。畸变曲线648、658和665分别是在波长λF、λd和λC处计算的。
图7是成像***301内复合透镜300的作为视场角的函数的Petzval场曲的图。对于视场角在0和θmax＝5.103°之间的视场角画出场曲。场曲748-S和场曲748-T(实线)分别是在矢面和切面内在波长λF处计算的。场曲758-S和场曲758-T(短虚线)分别是在矢面和切面内在波长λd处计算的。场曲765-S和场曲765-T(长虚线)分别是在矢面和切面内在波长λC处计算的。
图8是成像***301内复合透镜300的横向彩色误差(也称为横向色差)对场高的图。在像平面378中场高的范围从hmin＝0(轴上)到hmax＝0.850mm。横向色差以氦的黄色d夫琅禾费谱线(λd＝587.6nm)为参考：对于所有场高，对λd的横向色差为0。横向色差848是在波长λF处计算的。横向色差865是在波长λC处计算的。
四表面窄视场复合透镜，示例2
图9是成像***901中四表面窄视场复合透镜900的剖视图。复合透镜900是四表面窄视场复合透镜200的实施例。复合透镜900包括第一透镜910和第二透镜920之间的基板960。复合透镜900还包括第三透镜930和第四透镜940之间的基板965。透镜910、920、930和940具有共用光轴979且分别是复合透镜200的透镜210、220、230和240的示例。基板960和965分别是复合透镜200的基板260和265的示例。复合透镜900具有孔径光阑925。直径929是2.16mm。孔径光阑925和直径929与复合透镜200的孔径光阑225和直径229相似。
第一透镜910包括凸表面911和平面表面912。平面表面912与基板960的平面表面961相邻，基板960还包括平面表面962。平面表面962与第二透镜920的平面表面921相邻，第二透镜920还包括凹表面922。第三透镜930包括凸表面931和平面表面932。平面表面932与基板965的平面表面966相邻，基板965还包括平面表面967。平面表面967与第四透镜940的平面表面941相邻，第四透镜940还包括凹表面942。表面911、912、961、962、921、922、931、932、966、967、941和942分别是表面211、212、261、262、221、222、231、232、266、267、241和242的示例。除了包括复合透镜900，成像***901还包括保护玻璃350。
图10示出复合透镜900的每个表面的示例性参数的表1000。表1000包括列1004、1006、1008、1000和1021-1026。表面列1021表示示于图9的表面911、912、961、962、921、922、931、932、966、941、942、351、352和像平面378。列1023包括成像***901的相邻表面之间的轴上厚度值(以毫米为单位)。列1023包括第一透镜910、基板960和第二透镜920的中心厚度。具体地，第一透镜910具有等于0.300mm的中心厚度913，基板960具有等于0.300mm的中心厚度963，第二透镜具有等于0.050mm的中心厚度923。第二透镜920的表面922和第三透镜930的表面931被分隔开等于4.381mm的距离924。
列1023还包括第三透镜930、基板965、第四透镜940和保护玻璃350的中心厚度。具体地，第三透镜930具有等于0.174mm的中心厚度933，基板960具有等于0.300mm的中心厚度963，第四透镜940具有等于0.020mm的中心厚度943。第四透镜940的表面942和保护玻璃350的表面351被分隔开等于0.722mm的距离954。保护玻璃350的表面352和像平面378被分隔开距离373。
应该理解的是，成像***901不必须包括保护玻璃350，在此情况下，可以重新优化复合透镜900的参数以在没有保护玻璃350的像平面378处形成图像。
表面911、922、931和942由表面凹陷zsag定义，示于等式1。图10的列1022列出对于表面911、922、931和942的rc值。参数k表示二次曲线常数，示于列1026中。列1004、1006、1008和1010分别包含非球面系数α4、α6、α8和α10的值。图9中量的单位与等式1中的zsag一致，以毫米表示。
列1024列出自由空间波长λ＝587.6nm处材料的折射率nd，且列1025列出对应的阿贝数Vd。第一透镜910具有折射率nd＝1.511、阿贝数Vd＝57，并包括物侧表面911和像侧表面912。基板960具有折射率nd＝1.52、阿贝数Vd＝63，并包括物侧表面961和像侧表面962。第二透镜920具有折射率nd＝1.59、阿贝数Vd＝30，并包括物侧表面921和像侧表面922。第三透镜930具有折射率nd＝1.51、阿贝数Vd＝57，并包括物侧表面931和像侧表面932。第四透镜940具有折射率nd＝1.51、阿贝数Vd＝63，并包括物侧表面941和像侧表面942。
复合透镜900具有等于6.687mm的光学总长975，其是表1000的列1023中厚度值的总和。参考图9，光学总长975是在平面972和像平面378之间，其中平面972在光轴979处与表面911正切。进入复合透镜900中光线250(2)和254(2)的延伸在主平面974处相交。
在自由空间波长λd＝587.6nm处，复合透镜900具有主平面974和像平面378之间的等于6.156mm的有效焦距976(feff)。主平面974、光学总长975和有效焦距976分别与主平面274、光学总长275和有效焦距276相似。光学总长975和有效焦距976的比等于0.921。复合透镜900具有等于2.8的工作f值且对于具有1.7mm对角长度的图像传感器，具有15度视场。
第一透镜910和第二透镜920分别具有焦距F1和F2，可以使用透镜制造商的等式近似得出焦距F1和F2。参考第一透镜910，物侧表面911具有9.749mm的曲率半径，像侧表面912是平面的且因此具有无穷大的曲率半径。使用这些曲率半径、中心厚度913和nd＝1.51，透镜制造商的等式得出F1≈5.17mm。参考第二透镜920，物侧表面921是平面的且因此具有无穷大的曲率半径，且像侧表面922具有15.000mm的曲率半径。使用这些曲率半径、中心厚度923和nd＝1.595，透镜制造商的公式得出F2≈-25.42mm。比值F1/F2＝-0.203。
第三透镜930和第四透镜940分别具有焦距F3和F4。参考第三透镜930，物侧表面931具有1.486mm的曲率半径，像侧表面932是平面的且因此具有无穷大的曲率半径。使用这些曲率半径、中心厚度933和nd＝1.51，透镜制造商的等式得出F3≈2.91mm。参考第四透镜940，物侧表面941是平面的且因此具有无穷大的曲率半径，且像侧表面942具有1.052mm的曲率半径。使用这些曲率半径、中心厚度943和nd＝1.59，透镜制造商的等式产生F4≈-2.02mm。比值F4/F3＝-0.694。
图11-14分别是由计算的成像***901内复合透镜900的纵向像差、f-theta畸变、场曲和横向彩色误差的图。
图11是成像***901内复合透镜900的纵向像差的图。在图11中，以毫米为单位画出作为归一化径向坐标r/rp的函数的纵向像差，其中rp＝1.5979mm是最大入瞳半径。纵向像差曲线1148、1158和1165分别是在λF＝486.1nm、λd＝587.6nm和λC＝656.3nm计算的。
图12是成像***901内复合透镜900的f-theta畸变对视场角的图。图12中示出的最大视场角为θmax＝7.601°。畸变曲线1248、1258和1265分别是在波长λF、λd和λC处计算的。
图13是成像***901内复合透镜900的作为视场角的函数的Petzval场曲的图。对于视场角在0和θmax＝7.601°之间的视场角画出场曲。场曲1348-S和场曲1348-T(实线)分别是在矢面和切面内在波长λF处计算的。场曲1358-S和场曲1358-T(短虚线)分别是在矢面和切面内在波长λd处计算的。场曲1365-S和场曲1365-T(长虚线)分别是在矢面和切面内在波长λC处计算的。
图14是成像***901内复合透镜900的横向彩色误差(也称为横向色差)对场高的图。在像平面378中场高的范围从hmin＝0(轴上)至hmax＝0.850mm。横向色差以λd＝587.6nm为参考：对于所有场高，对λd的横向色差为0。横向色差1448是在波长λF处计算的。横向色差1465是在波长λC处计算的。
在不脱离其范围的情况下，上述的和下面所请求的特征可以以各种方式进行组合。以下示例仅示出一些可能的、非限制性的组合：
(A1)公开用于在成像***的像平面处产生物体的图像的四表面窄视场(FOV)复合透镜。在实施例中，复合透镜包括第一透镜和第二透镜之间的第一双平面基板，第一透镜是平凸的且第二透镜是平凹的。复合透镜还包括第三透镜和第四透镜之间的第二双平面基板，第三透镜是平凸的且第四透镜是平凹的。第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜具有共用光轴。第二透镜和第三透镜在第一双平面基板和第二双平面基板之间。第一透镜具有在第一双平面基板的第一侧的第一平面表面、并由具有第一阿贝数的材料形成。第二透镜具有在第一双平面基板的与第一侧相对的第二侧的第二平面表面、并由具有第二阿贝数的材料形成。第三透镜具有在第二双平面基板的第一侧的第三平面表面、并由具有第三阿贝数的材料形成。第四透镜具有在第二双平面基板的与第一侧相对的第二侧的第四平面表面、并由具有第四阿贝数的材料形成。第一阿贝数超过第二阿贝数且第三阿贝数超过第四阿贝数。
(A2)在如(A1)表示的复合透镜中，第一阿贝数和第三阿贝数的每个超过50，且第二阿贝数和第四阿贝数的每个小于35。
(A3)在如(A1)和(A2)的一个表示的任一个复合透镜中，第一透镜具有焦距F1，第二透镜具有焦距F2，其中比值F1/F2满足-0.32＜F1/F2＜-0.18。
(A4)在如(A1)至(A3)的一个表示的任一个复合透镜中，第三透镜具有焦距F3，第四透镜具有焦距F4，比值F4/F3满足-0.72＜F4/F3＜-0.48。
(A5)在如(A1)至(A4)的一个表示的任一个复合透镜中，第一透镜、第一双平面基板、第二透镜、第三透镜、第二双平面基板和第四透镜可以共同地具有有效焦距feff使得在位于距光轴和第一透镜的物侧凸表面的交叉点的距离T处的像平面处形成图像，且比值feff/T满足0.85<feff/T<0.95。
(A6)在如(A1)至(A5)的一个表示的任一个复合透镜中，第二平面表面可以用作孔径光阑。
(A7)在如(A1)至(A6)的一个表示的任一个复合透镜中，第一双平面基板可以具有超过第二平面表面的直径的宽度。
(A8)在如(A1)至(A7)的一个表示的任一个复合透镜中，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的至少一个可以是单透镜。
(A9)在如(A1)至(A8)的一个表示的任一个复合透镜中，第一双平面基板、第二透镜、第三透镜、第二双平面基板和第四透镜可以共同地具有6毫米和9毫米之间的有效焦距。
在不脱离其范围的情况下，可以对上述方法和***做出改变。因此，应该注意的是，在上述描述中包含的或在附图中示出的方式，应该被理解为说明性的且不具有限制意义。所附权利要求旨在覆盖在此描述的所有通用和特定特征，以及本方法和本***的范围的在语言上的所有声明应被认为落入其间。

Claims (15)

1.一种用于在成像***的像平面处产生物体的图像的四表面窄视场(FOV)复合透镜，所述复合透镜包括：
第一双平面基板，在第一透镜和第二透镜之间，所述第一透镜是平凸的且所述第二透镜是平凹的；以及
第二双平面基板，在第三透镜和第四透镜之间，所述第三透镜是平凸的且所述第四透镜是平凹的，
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜具有共用光轴，
所述第二透镜和所述第三透镜在所述第一双平面基板和所述第二双平面基板之间，
所述第一透镜具有在所述第一双平面基板的第一侧的第一平面表面并由具有第一阿贝数的材料形成，
所述第二透镜具有在所述第一双平面基板的与第一侧相对的第二侧的第二平面表面并由具有第二阿贝数的材料形成，
所述第三透镜具有在所述第二双平面基板的第一侧的第三平面表面并由具有第三阿贝数的材料形成，
所述第四透镜具有在所述第二双平面基板的与第一侧相对的第二侧的第四平面表面并由具有第四阿贝数的材料形成，
所述第一阿贝数超过所述第二阿贝数且所述第三阿贝数超过所述第四阿贝数。
2.根据权利要求1所述的复合透镜，所述第一阿贝数和所述第三阿贝数的每个超过50、所述第二阿贝数和所述第四阿贝数的每个小于35。
3.根据权利要求1所述的复合透镜，所述第一透镜具有焦距F1，所述第二透镜具有焦距F2，比值F1/F2满足-0.32＜F1/F2＜-0.18。
4.根据权利要求1所述的复合透镜，所述第三透镜具有焦距F3，所述第四透镜具有焦距F4，比值F4/F3满足-0.72＜F4/F3＜-0.48。
5.根据权利要求1所述复合透镜，所述第一透镜、所述第一双平面基板、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第二双平面基板和所述第四透镜共同地具有有效焦距feff使得在位于距所述光轴和所述第一透镜的物侧凸表面的交叉点的距离T处的所述像平面处形成图像，且比值feff/T满足0.85<feff/T<0.95，用于限制距离T。
6.根据权利要求1所述的复合透镜，所述第二平面表面用作孔径光阑。
7.根据权利要求1所述的复合透镜，所述第一双平面基板具有超过所述第二平面表面的直径的宽度。
8.根据权利要求1所述的复合透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的至少一个是单透镜。
9.根据权利要求1所述的复合透镜，所述第一透镜、所述第一双平面基板、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第二双平面基板和所述第四透镜共同地具有6毫米和9毫米之间的有效焦距。
10.根据权利要求1所述的复合透镜，具有2.5和3.5之间的f值。
11.一种用于在成像***的像平面处产生物体的图像的四表面窄视场(FOV)复合透镜，所述复合透镜包括：
第一双平面基板，在第一透镜和第二透镜之间，所述第一透镜是平凸的且所述第二透镜是平凹的；以及
第二双平面基板，在第三透镜和第四透镜之间，所述第三透镜是平凸的且所述第四透镜是平凹的，
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜具有共用光轴，
所述第二透镜和所述第三透镜在所述第一双平面基板和所述第二双平面基板之间，
所述第一透镜具有在所述第一双平面基板的第一侧的第一平面表面和焦距F1并由具有第一阿贝数的材料形成，
所述第二透镜具有在所述第一双平面基板的与第一侧相对的第二侧的第二平面表面和焦距F2并由具有第二阿贝数的材料形成，
所述第三透镜具有在所述第二双平面基板的第一侧的第三平面表面和焦距F3并由具有第三阿贝数的材料形成，
所述第四透镜具有在所述第二双平面基板的与第一侧相对的第二侧的第四平面表面和焦距F4并由具有第四阿贝数的材料形成，
比值F1/F2满足-0.32＜F1/F2＜-0.18，
比值F4/F3满足-0.72＜F4/F3＜-0.48
所述第一阿贝数和所述第三阿贝数的每个超过50、所述第二阿贝数和所述第四阿贝数的每个小于35，
所述第一透镜、所述第一双平面基板、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第二双平面基板和所述第四透镜共同地具有有效焦距feff使得在位于距所述光轴和所述第一透镜的物侧凸表面的交叉点的距离T处的所述像平面处形成图像，且比值feff/T满足0.85<feff/T<0.95，用于限制距离T。
12.根据权利要求11所述的复合透镜，所述第二平面表面用作孔径光阑。
13.根据权利要求11所述的复合透镜，所述第一双平面基板具有超过所述第二平面表面的直径的宽度。
14.根据权利要求11所述的复合透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的每个是单透镜。
15.根据权利要求11所述的复合透镜，所述第一透镜、所述第一双平面基板、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第二双平面基板和所述第四透镜共同地具有6毫米和9毫米之间的有效焦距。
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