成像透镜和固态成像设备制造技术

本发明专利技术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系统和微透镜阵列。该第一光学系统包括光轴。该微透镜阵列设置在该第一光学系统和成像元件之间。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。该第一光学系统包括孔径光阑、以及第一、第二、和第三透镜。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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术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系统和微透镜阵列。该第一光学系统包括光轴。该微透镜阵列设置在该第一光学系统和成像元件之间。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。该第一光学系统包括孔径光阑、以及第一、第二、和第三透镜。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。【专利说明】成像透镜和固态成像设备 相关申请的夺叉引用 本申请基于2013年9月18日提交的日本专利申请No. 2013-193518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。
技术介绍
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系统和多个光学系统的固态成像设 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，将多个光学系统部署为位于成像光学系统和成像元件之间的重新成像光学 系统。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系统。 多个像素被部署在每一个微透镜之下。通过成像光学系统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。 【专利附图】【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不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是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；且 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。 【具体实施方式】 根据一个实施例，成像透镜包括第一光学系统和微透镜阵列。该第一光学系统包 括光轴。该微透镜阵列设置在该第一光学系统和成像元件之间。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。该第一光学系统包括孔径光阑、 第一透镜、第二透镜、和第三透镜。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负的。该第五表面的曲率半径和该第六表 面的曲率半径是正的。选自第一到第六表面的至少一个具有非球面配置。满足公式（1)到 (6)，其中f是该第一光学系统的焦距，Π 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，D2是沿该光轴在该第二透 镜和该第三透镜之间的距离，且D5是沿该光轴的所述第三透镜的厚度： 0. 6<fl/f<0. 9 (I) I. 0<|f2|/f<3. 0 (2) 2. 0<f3/f<200 (3) f/TL<l. 3 (4) 0<D2/f<0. 2 (5) 0<D5/f<0. 5 (6)。 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包括成像光学系统（第一光学系统）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。 成像光学系统12用作将来自对象的光引导在固态成像元件16上的成像光学系 统。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像透镜，包括：第一光学系统，包括光轴；和微透镜阵列，设置在所述第一光学系统和成像元件之间，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，所述第一光学系统包括：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；和第三透镜，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，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负的，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正的，选自第一到第六表面的至少一个具有非球面配置，满足公式(1)到(6)，其中f是所述第一光学系统的焦距，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，D2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，且D5是沿所述光轴的所述第三透镜的厚度：0.6<f1/f<0.9  (1)1.0<|f2|/f<3.0  (2)2.0<f3/f<200  (3)f/TL<1.3  (4)0<D2/f<0.2  (5)0<D5/f<0.5  (6)。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：上野梨纱子，本多浩大，小林光吉，铃木和拓，权镐楠，舟木英之，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP