專利名稱：：廣角物鏡系統(tǒng)和照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種廣角物鏡系統(tǒng)及帶有這種廣角透鏡系統(tǒng)的廣角照相機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：當(dāng)今，機(jī)動(dòng)車(chē)輛，特別商用車(chē)輛，越來(lái)越多地安裝照相機(jī)以便監(jiān)控車(chē)輛周?chē)膮^(qū)域。用于這種用途的全景照相機(jī)剛性地固定于車(chē)輛上，以使照相機(jī)必須包括寬的視域或廣角視野。為此目的，通常安裝具有價(jià)格較便宜的廣角透鏡系統(tǒng)的照相機(jī)。這些廣角物鏡包括100°或100。以上的很寬的視場(chǎng)角。然而，這種大的視場(chǎng)角，即這種寬廣的觀察范圍，必須以顯示圖像的外側(cè)邊緣中產(chǎn)生相當(dāng)大的失真和降低的亮度為代價(jià)。"失真"或"圖像失真"是指物體的邊緣區(qū)域中的直線在產(chǎn)生的圖像中顯示為曲線。重要的是區(qū)別桶形失真和枕形失真。廣角透鏡系統(tǒng)通常顯示桶形失真，即表示為正圖(positivefigure)。請(qǐng)看圖3，其示出了正反圖像失真的實(shí)例。圖像失真可以表示為卩^)，其中y'表示在未失真情況下的圖像的高度，而y表示帶有像差的圖像^y^度。按一般規(guī)律，只考慮徑向失真，即只考慮沿著徑向距離的長(zhǎng)度變化。在本申請(qǐng)中，失真的%值表示這種徑向的圖像失真。在包括物鏡特別是廣角物鏡之處，所產(chǎn)生的圖像中出現(xiàn)許多誤差或像差，它們被稱為"七種賽德?tīng)栂癫?SeidelAberrations)"，參見(jiàn)賽德?tīng)栒`差理論(SeidelErrorTheory)。這七種賽德?tīng)栂癫羁山M合成三組I)聚焦像差a)球面像差(近軸光線與邊際光線的差別)，b)彗差(面狀光(lightpatching)，帶有成串的拖尾)，c)像散(在多點(diǎn)形成焦線)；II)位置像差d)場(chǎng)曲(由圖像接收器的曲面產(chǎn)生)，e)失真(凸形或凹形輪廓或者桶形或枕形輪廓)，III)色差f)縱向色差g)橫向色差物鏡系統(tǒng)的各透鏡具有各種性能參數(shù)，如玻璃的類型、由兩個(gè)透鏡表面的半徑表示的曲率和透鏡厚度。物鏡系統(tǒng)中的多個(gè)透鏡的設(shè)置結(jié)構(gòu)特征在于一個(gè)透鏡距另一個(gè)透鏡的間距、光圈的位置和后焦點(diǎn)，即最后的透鏡表面到記錄圖像的平面的距離。這些特征被稱為參數(shù)或者自由度。理論上，可使用這些自由度中每一個(gè)來(lái)校正圖像像差。與其相反，各自由度都參與形成所有圖像像差。通過(guò)按照慣例使用光學(xué)軟件，可以計(jì)算各單個(gè)透鏡表面的、成比例的圖像像差。在下文中，將借助于一種相關(guān)實(shí)例來(lái)說(shuō)明光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員的工作方法。這個(gè)實(shí)例非常重要，因?yàn)樗榻B了光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員如何行動(dòng)的構(gòu)思并且它表明光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性仍然是決定性的?？梢岳米钌侔藗€(gè)自主系統(tǒng)參數(shù)來(lái)校正這七種像差。焦距也是這樣一種參數(shù)。就原理而言，三合透鏡即三透鏡物鏡足以進(jìn)行這種校正。三合透鏡通常由兩個(gè)例如由冕玻璃制成的外側(cè)會(huì)聚構(gòu)件和一個(gè)例如由燧石玻璃制成的內(nèi)側(cè)發(fā)散構(gòu)件組成。這種裝置提供了六個(gè)半徑和單個(gè)透鏡之間的兩個(gè)距離。首先，光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員匯集光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)如玻璃的類型、透鏡的厚度、透鏡之間的間距以及玻璃表面的曲率半徑。我們具有六個(gè)透鏡表面，現(xiàn)在可以確定各透鏡表面對(duì)最終圖像的總像差的影響達(dá)到什么程度。很簡(jiǎn)單，我們可以確定，在一種給定情況下，第一透鏡的第二表面的半徑產(chǎn)生球形像差和色像差，而第三透鏡表面的半徑產(chǎn)生彗差和像散。光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在必須對(duì)如何校正這些像差做出決定。他可設(shè)法改變第一透鏡的曲率以便校正球面像差。然而，透鏡的曲率也決定著焦距并且所述焦距不應(yīng)改變。曲率的改變可減小球面像差但同時(shí)彗差將增大。設(shè)計(jì)人員也可以決定將校正分配在多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)上以便改進(jìn)誤差敏感度。如果一個(gè)特定的參數(shù)對(duì)于校正特定像差是極具決定性的，那么在生產(chǎn)透鏡系統(tǒng)期間，在所述參數(shù)超過(guò)容許的公差或余隙范圍之外時(shí)，就會(huì)遇到麻煩。或者，也可以決定將該余隙規(guī)定得十分細(xì)微并且在透鏡系統(tǒng)生產(chǎn)中不能觀察到。光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員將會(huì)改變系統(tǒng)參數(shù)直至使剩下的光學(xué)像差足夠小。在另外的步驟中，他將會(huì)試圖同時(shí)利用不同的自由度校正各圖像像差。于是，校正的任務(wù)可被分散在各個(gè)透鏡表面上并且整個(gè)系統(tǒng)不再是不滿意的。在特定限制內(nèi)，光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員可以指定玻璃類型和曲度，但是每種選定的組合產(chǎn)生另一個(gè)方面的總校正。如果三合透鏡設(shè)置成接近于預(yù)定要求，則設(shè)計(jì)人員可以例如確定在圖像邊緣的像散幾乎消失，而是看來(lái)似乎在內(nèi)側(cè)視野中起重要作用。在這一點(diǎn)上，我們遇到了新問(wèn)題。不幸地，光學(xué)像差并非只有上述的七種賽德?tīng)栂癫?。將賽德?tīng)栂癫顦?biāo)示為"第三階圖像像差"。邏輯上，存在更多的高階像差。其中，最重要的是第五階像差和第七階像差。這些像差組通常只有當(dāng)?shù)谝唤M、"第三階"像差得到正確地校正時(shí)才會(huì)遇到。理論上，存在于物體中的很小的點(diǎn)再次被映射成很小的點(diǎn)。實(shí)踐上，這不會(huì)由于所述光學(xué)像差而產(chǎn)生。點(diǎn)不會(huì)再現(xiàn)為點(diǎn)，而是再現(xiàn)為亮度分布變化的小圓盤(pán)。一旦這些圓盤(pán)具有(under-step)—定直徑，像差就變得很明顯。這是一種非常簡(jiǎn)化的解釋。實(shí)際上，這些像差連續(xù)地產(chǎn)生，但是只有當(dāng)三階的殘余像差很小時(shí)才會(huì)引起注意。在視野中像散仍然可見(jiàn)的上述實(shí)例，即"三合透鏡實(shí)例"顯示了這些高階圖像像差的影響。人們可以利用賽德?tīng)枅D像像差的限定的、完全受控的殘余來(lái)補(bǔ)償?shù)谖咫A和第七階誤差或像差。這自然是一種受限的措施，并且只有視場(chǎng)角和/或光圈孔很小時(shí)，三合透鏡才將具有可接受的圖像質(zhì)量。重要的是應(yīng)當(dāng)指出，由透鏡的數(shù)量和結(jié)構(gòu)等限定的有限光學(xué)系統(tǒng)提供了有限的可能校正方案。換句話說(shuō)，這意味著即使對(duì)于高級(jí)的光學(xué)器件軟件和計(jì)算機(jī)能力，也只有有經(jīng)驗(yàn)的光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員會(huì)選擇"正確的"起始參數(shù)。使用計(jì)算機(jī)、軟件和數(shù)值方法來(lái)減小光學(xué)像差。使用這種設(shè)備和程序來(lái)優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)。這樣大量的數(shù)據(jù)可能引起其自身的問(wèn)題。因此，專家或光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員的任務(wù)并沒(méi)有變得更容易。相反，借助于計(jì)算機(jī)，光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員能考慮更多的參數(shù)并更快且更準(zhǔn)確地完成計(jì)算。光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)(透鏡曲率、透鏡厚度、間距、折射率等)的數(shù)量和所述光學(xué)像差的校正程度之間存在特定關(guān)系。分別利用更大的自由度和更多設(shè)計(jì)參數(shù)，光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員相應(yīng)地具有校正系統(tǒng)的更多的可能方案。如果光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員應(yīng)用更大數(shù)量的光學(xué)元件，則能獲得更好的校正程度。然而，這樣會(huì)導(dǎo)致成本顯著增加，而且系統(tǒng)可能在制造余隙方面反應(yīng)強(qiáng)烈或者導(dǎo)致重量增加。于是，光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員必須很好地理解給定構(gòu)造的基本的光學(xué)可能方案。所有構(gòu)造或設(shè)計(jì)需要依照初始設(shè)計(jì)圖進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化或規(guī)劃。如果構(gòu)造并不適合于精確補(bǔ)償像差，則光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員將只會(huì)獲得較低質(zhì)量的產(chǎn)六透鏡物鏡系統(tǒng)具有io個(gè)自由透鏡表面(半徑)、六個(gè)透鏡厚度(每個(gè)透鏡一個(gè))及透鏡之間的四個(gè)間距。另外，每種類型的玻璃具有其自身的折射率和散射數(shù)量。而且，如果需要，要確定光圈的精確位置。利用這36個(gè)參數(shù)即36個(gè)自由度，光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員必須校正超過(guò)60種不同的圖像像差。各參數(shù)能呈現(xiàn)大約IO，OOO個(gè)各別的值，人們必須計(jì)算用于各參數(shù)變化的大約6,000種不同的光線路徑。這36個(gè)自由度或參數(shù)也并非完全獨(dú)立。某些自由度或參數(shù)必須組合；其它的自由度或參數(shù)會(huì)受到其它參數(shù)的強(qiáng)烈限制。相應(yīng)地，36個(gè)自由度降低至大約20個(gè)，因此任務(wù)變得更復(fù)雜?？紤]到給定的條件和因素，如果沒(méi)有數(shù)千種設(shè)計(jì)，可能產(chǎn)生數(shù)百種設(shè)計(jì)并不令人驚訝，所有設(shè)計(jì)都非常接近或類似于所需的方案或設(shè)計(jì)。借助于每秒能夠計(jì)算10,000個(gè)透鏡表面的快速計(jì)算機(jī)和軟件對(duì)六個(gè)透鏡物鏡系統(tǒng)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)大約要用十年。顯然，這種程序并不可行。為了找出這種無(wú)終止選擇序列的最佳解決方案，光學(xué)器件設(shè)計(jì)人員必須對(duì)所有圖像像差對(duì)顯示圖像的最終圖像質(zhì)量的影響具有固有的認(rèn)識(shí)。此外，他必須能夠了解那些可產(chǎn)生所需光學(xué)系統(tǒng)特征的圖像質(zhì)量的因素。在用于對(duì)車(chē)輛周?chē)闹苯迎h(huán)境全景觀察的廣角物鏡應(yīng)用的情況中，首先，由于照相機(jī)通常剛性地固定至車(chē)輛，所以應(yīng)該有包括最大可能視野的能力，；第二，必將出現(xiàn)的圖像像差不能削弱對(duì)這種廣角透鏡系統(tǒng)的視野內(nèi)的障礙物的識(shí)別情況。而且，廣角物鏡系統(tǒng)不能設(shè)計(jì)得太復(fù)雜，因?yàn)槟菍?duì)于用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛而言價(jià)格太昂貴。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種經(jīng)濟(jì)的廣角物鏡，該廣角物鏡所具有的圖像像差或誤差不會(huì)削弱對(duì)其視野中的障礙物或阻擋物的檢測(cè)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種帶有這種廣角透鏡系統(tǒng)的照相機(jī)。這些目的利用根據(jù)權(quán)利要求1、18和37的廣角物鏡系統(tǒng)和照相機(jī)解決。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中安裝廣角物鏡產(chǎn)生的一個(gè)基本問(wèn)題是這種透鏡所固有的圖像失真。即，圖像失真削弱對(duì)視野內(nèi)的障礙物迅速、容易的識(shí)別。因此，根據(jù)本發(fā)明，利用具有120。對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，通過(guò)廣角透鏡系統(tǒng)自身將失真減少至<10%，優(yōu)選地<5%。利用具有142°對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，通過(guò)廣角透鏡系統(tǒng)自身將失真減少至<17%，優(yōu)選地<15%。盡管由于成本，本發(fā)明的汽車(chē)安裝范圍排除了安裝復(fù)雜、精密的廣角透鏡系統(tǒng)，然而，通過(guò)透鏡系統(tǒng)的適當(dāng)設(shè)計(jì)而不是通過(guò)對(duì)所獲取圖像的電子數(shù)據(jù)處理來(lái)對(duì)所述失真進(jìn)行校正。令人吃驚地，經(jīng)驗(yàn)表明能以可接受的低成本實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，圖像失真的減少主要通過(guò)使用非球面透鏡實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，所述非球面透鏡設(shè)計(jì)為一面凹一面凸的雙非球面，并且所述透鏡定位為廣角物鏡系統(tǒng)中鄰近圖像傳感器的最后的透鏡，就是說(shuō)，剛好位于圖像傳感器的聚焦平面或圖像接收平面之前。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，對(duì)于具有120。的對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，物鏡系統(tǒng)的光學(xué)組件長(zhǎng)度或幾何長(zhǎng)度限于18mm士5mm,而對(duì)于具有142°的對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，物鏡系統(tǒng)的光學(xué)組件長(zhǎng)度或幾何長(zhǎng)度限于21mm士5mm。首先這必須需要簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)；其次這產(chǎn)生了一種結(jié)構(gòu)足夠緊湊以安裝于機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的廣角物鏡系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，廣角物鏡系統(tǒng)包括至多五個(gè)透鏡，其中第一透鏡組包括至多三個(gè)透鏡而第二透鏡組包括至多兩個(gè)透鏡。透鏡的這種數(shù)量在物鏡的復(fù)雜性進(jìn)而在其價(jià)格與用于校正圖像像差的適當(dāng)可能方案之間提供了令人滿意的折中方案。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，對(duì)于具有120。對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，從入口孔測(cè)量，將光圈定位在透鏡系統(tǒng)的總光學(xué)安裝長(zhǎng)度的60%±10%處。對(duì)于具有142。對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，光圈定位在透鏡系統(tǒng)的總光學(xué)安裝長(zhǎng)度的75%±10%處。經(jīng)驗(yàn)表明，考慮到存在少量的透鏡，光圈的這種位置特別有利于減小發(fā)展成的像差(evolvedaberration),特別是有利于減少圖像失真。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，第一透鏡組和第二透鏡組的透鏡設(shè)置成彼此直接接觸，而沒(méi)有任何間隔元件等。按這種方式，就獲得了特別令人滿意的組件長(zhǎng)度，即透鏡系統(tǒng)的總尺寸減小。另外，由于不存在所述間距，所以以更好的方式保持間隙。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，在具有120。的對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)中，光圈的直徑為1.26mmi0.5mm，而對(duì)于具有142。的對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，光圈的直徑為0.85mmi0.5mm。通過(guò)這種尺寸規(guī)格特別增強(qiáng)了圖像失真的減少。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，第一透鏡組包括三個(gè)透鏡，而第二透鏡組包括兩個(gè)透鏡。各個(gè)透鏡、透鏡的定位和尺寸規(guī)格的這種組合具有產(chǎn)生極大的視野的效果，同時(shí)產(chǎn)生了很小的失真度。其余的圖像像差本身保持在容許限度內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，在根據(jù)本發(fā)明的廣角物鏡系統(tǒng)的失真減少及其他光學(xué)特性方面，根據(jù)權(quán)利要求11和28的所述五個(gè)透鏡的尺寸規(guī)格分別提供了令人滿意的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，光圈利用柱形孔中的圓形開(kāi)口產(chǎn)生。通過(guò)這種措施，避免了由于在成圓錐形開(kāi)孔的光圈孔中的低掠入射光(grazingincidentlight)引起的干擾反射。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，為物鏡設(shè)置了平的、透明的前保護(hù)板，而不是常規(guī)的球形或穹形前蓋。這就需要在計(jì)算廣角物鏡系統(tǒng)時(shí)必須考慮到所述板的光學(xué)特性。然而，與所述球形或穹形透鏡蓋相比，與此相關(guān)的增加成本通過(guò)平板的更少費(fèi)用而得到更多地補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，第二透鏡組的第一透鏡特別設(shè)計(jì)用于校正場(chǎng)曲或圖像隆起。通過(guò)這些校正，廣角物鏡的空間彎曲的圖像表面就與圖像傳感器的平表面適應(yīng)。換句話說(shuō)，由此校正圖像像差并使其最小化。其它從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的更多有利方案。借助于附圖，即借助于圖1和圖2，在以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明中將會(huì)清楚了解本發(fā)朋的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖l為根據(jù)本發(fā)明的帶有電子圖像拍攝單元系統(tǒng)的廣角照相機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖2為圖1的實(shí)施例的光學(xué)功能圖，其中從曝光視野的各不同角度顯示了光路；以及圖3為作為賽德?tīng)栂癫钪皇境龅氖д娴氖疽庑员硎緢D。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下a視場(chǎng)角OBL光學(xué)構(gòu)造長(zhǎng)度OA光軸2第一透鏡組4進(jìn)入孔6光圈8第二透鏡組10圖像表面12圖像傳感器14IR削除過(guò)濾器16-1第一透鏡16-2第二透鏡16-3第三透鏡16-4第四透鏡16-5第五透鏡18透鏡保持支架2018中的盲孔22中間孔(光圈之前)23第二孔24出口孔26透鏡的間隔部件28透鏡支架28-128所用的第一支架28-228所用的第二支架30透明保護(hù)前蓋32-1光路具體實(shí)施方式圖l、圖2示出了本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例。圖l示出了帶有根據(jù)本發(fā)明的廣角物鏡系統(tǒng)的廣角照相機(jī)，所示為沿著物鏡光軸的縱向剖面圖。圖2示出了通過(guò)根據(jù)圖1的廣角物鏡系統(tǒng)的光路，所示的光路包含各個(gè)觀察角度，所述觀察角度分別標(biāo)為a和a/2。來(lái)自目標(biāo)物體(在圖1和圖2的右側(cè)，未示出)的光從視場(chǎng)角a會(huì)聚以便進(jìn)入具有入口孔4的第一透鏡組2。沿著從待拍攝(即例如待照相)的物體的入射光的方向，光圈6設(shè)置在第一透鏡組2的后面。接著，第二透鏡組8設(shè)置在光圈6后面。跟隨第二透鏡組8，在平坦的圖像表面10或聚焦平面10處，設(shè)有具有多個(gè)像素的、呈CCD傳感器12形式的電子圖像獲取單元。紅外截止濾鏡(IR-cutfilter)14(IR-紅外)設(shè)置在CCD傳感器12和第二透鏡組8之間。IR光線通過(guò)所述紅外截止濾鏡14過(guò)濾出，因?yàn)镮R光線將會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量降低。在彩色照相機(jī)的情況下，對(duì)于色彩的顯示尤其如此(true)，因?yàn)榇嬖诟弑壤腎R光線，色彩效果的質(zhì)量降低。第一透鏡組2包括第一透鏡16-1、第二透鏡16-2和第三透鏡16-3。第二透鏡組8包括第四透鏡16-4和第五透鏡16-5。第四透鏡16-4特別地設(shè)計(jì)用于校正圖像的膨脹像差或彎曲像差(theaberrationalswellingorcurvature)。第一透鏡組2的透鏡16-1、16-2和16-3相互接觸放置，即這些透鏡之間無(wú)間距或未設(shè)置間隔元件。同樣，第四透鏡16-4和第五透鏡16-5也是按照相同方式鄰接。在這種情況下，較大的第五透鏡16-5用作較小的第四透鏡16-4的支座。所有五個(gè)透鏡16-1至16-5由透鏡保持器18保持就位。透鏡保持器18在所述五個(gè)透鏡16-1至16-5的徑向邊緣處夾持或接觸所述五個(gè)透鏡。透鏡保持器18的左側(cè)開(kāi)口還限定了入口孔4的尺寸。光圈6緊位于第四透鏡16-4的前面。光圈6通過(guò)透鏡保持器18的形狀形成于第三透鏡16-3與第四透鏡16-4之間的空間中。光圈6形成于透鏡保持器18的穿過(guò)光軸OA延伸的部分中。透鏡保持器18的所述部分包括具有柱形形狀的盲孔20，其形成光圈6的入口孔22。在所述柱形盲孔20的底部，設(shè)有第二孔23，其形成允許光穿過(guò)光圈裝置的出口孔24。盲孔20的直徑大于第二孔23的直徑。在所述透鏡保持器18中，盲孔20和第二孔23設(shè)計(jì)成對(duì)稱地圍繞物鏡系統(tǒng)的光軸OA。該出口孔24緊位于第四透鏡16-4之前并且該出口孔24的直徑?jīng)Q定著光圈6的尺寸或直徑。通過(guò)所述孔20的柱形形狀而非常見(jiàn)的圓錐形狀，避免了通過(guò)光圈6傳輸?shù)吐庸?grazinglight)，這種低掠光將會(huì)產(chǎn)生不希望有的反射。在下面，給出本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例的特定數(shù)據(jù)和決定性的光學(xué)參數(shù)。所述兩個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)非常類似，以使圖1和2表示這兩個(gè)實(shí)施例。在第一實(shí)施例中，第一透鏡16-1的形狀為一面凸一面凹的，并且各個(gè)透鏡表面的曲率半徑為Rn和R12，如隨后的表1中可看到。第二透鏡16-2同樣是一面凸一面凹的，其具有第一半徑R^和第二半徑R22。第三透鏡是兩面凸的，其具有第一半徑R^和第二半徑R32。第四透鏡也是兩面凸的形狀，其相應(yīng)的半徑表示為R4hR42。第五透鏡是一面凹一面凸的非球面透鏡。第一透鏡16-1具有11.6mm士S。/o的第一半徑Rn和-5.2mm士S。/o的第二半徑R42;所述第二透鏡16-2具有45.2mm士S。/。的第一半徑R^和-6.1mm士S。/。的第二半徑R22;所述第三透鏡16-3具有44.9mm土S。/。的第一半徑Rw和10.9mm±5%的第二半徑R32;所述第四透鏡16-4具有4.3mm士S。/。的第一半徑R^和7.8mm士S。/。的第二半徑R42;5%介于1%與15%之間的范圍內(nèi)且優(yōu)選地介于1%與5%之間的范圍內(nèi)。五個(gè)透鏡16-1、16-2、16-3、16-4、16-5的厚度、直徑和折射率以及它們的間距示于下表1中表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表3中給出的第五透鏡16-5的直徑為有效光學(xué)直徑。第一實(shí)施例的第五透鏡16-5的非球面系數(shù)"C"和錐形常數(shù)K在下表2中給出表2<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>圓形入口孔4具有14mm的直徑，而光圈6具有1.26mm的直徑。在第二實(shí)施例中，第一透鏡16-1形狀為一面凸一面凹的，并且相應(yīng)透鏡表面的曲率半徑為Ru和R12，如以下表3中可看到。第二透鏡16-2同樣是一面凸一面凹的，其具有第一半徑Ru和第二半徑R22。第三透鏡是一面平一面凸的，其具有第一半徑Rw和第二半徑R32。第四透鏡也是兩面凸的形狀，其相應(yīng)的半徑表示為R4i、R42。第五透鏡是一面凹一面凸的非球面透鏡。所述第一透鏡16-1具有13.7mm士S。/。的第一半徑Ru和-4.7mm土5。/。的第二半徑Ri2;所述第二透鏡16-2具有153.4廳±5%的第一半徑尺21和-6.0薩±5%的第二半徑R22;所述第三透鏡16-3具有w的第一半徑R31和8.5mm士5。/。的第二半徑R32;所述第四透鏡16-4具有6.8mm士S。/。的第一半徑R^和4.2mm±So/。的第二半徑R42;5%介于1%與15%之間的范圍內(nèi)且優(yōu)選地介于1%與5%之間的范圍內(nèi)。五個(gè)透鏡16-1、16-2、16-3、16-4、16-5的厚度、直徑和折射率以及它們的間距示于下表3中表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>在第二實(shí)施例中，圓形入口孔4的直徑為15.6mm，而光圈6的直徑為0.85mm。關(guān)于第五透鏡16-5的非球面表面的數(shù)學(xué)表達(dá)式，兩個(gè)實(shí)施例都參考教科書(shū)1987年出版的Naumann/Schr6der光學(xué)構(gòu)件(BauelementderOptik)，工程光學(xué)小冊(cè)子(TaschenbuchforTechnischenOptik)，第5巻，第145ff頁(yè)。在兩個(gè)實(shí)施例中，第五透鏡16-5由塑料構(gòu)成并且構(gòu)造為單件。第五透鏡16-5包括透鏡部件26和保持裝置28。透鏡部件26包括非球面的凹凸透鏡，用于提供第五透鏡16-5的光學(xué)功能。保持裝置28自身呈圓形延伸遠(yuǎn)離透鏡部件26，因此，在剖面圖(請(qǐng)看圖l)中，所述保持部分28包括兩個(gè)T形元件，所述T形元件(請(qǐng)看圖1)沿向上和向下兩個(gè)方向從透鏡部件26的邊緣延伸。相應(yīng)地，保持裝置28包括橫截面為矩形的、呈圓環(huán)狀的第一部分28-1，該第一部分28-l自身直接連接于透鏡部件26的邊緣上。連接至第一部分28-1的外側(cè)的是具有矩形橫截面的柱形第二部分28-2。第二部分28-2相對(duì)于第一部分28-1橫向設(shè)置。保持裝置28的第二部分28-2抵靠著透鏡支撐結(jié)構(gòu)18。環(huán)狀第一部分28-1用作第四透鏡16-4的支撐表面。第四透鏡16-4由此與第五透鏡16-5直接接觸而在其間沒(méi)有間隔元件，并且第四透鏡16-4抵靠著第五透鏡16-5的第一環(huán)形部分28-l。透鏡保持器18的圍繞著光圈6的出口孔24的部分保持并支撐著第四透鏡16-4。此外，第一透鏡16-1、第二透鏡16-2和第三透鏡16-3的邊緣周邊彼此互相支撐，并且沿徑向還由透鏡支架或透鏡保持器18支撐。緊靠第一透鏡16-1之前設(shè)置著呈具有平行表面的板30形式的透明保護(hù)蓋。所述板30保護(hù)廣角物鏡免受環(huán)境影響。設(shè)置具有平行表面的透明板30，而不是常規(guī)型照相機(jī)所用的常見(jiàn)裝置即球形或穹形前蓋，就引入了在計(jì)算廣角透鏡時(shí)必須考慮板30的光學(xué)特性的條件。然而，當(dāng)將其費(fèi)用與所述球形保護(hù)透明蓋進(jìn)行比較時(shí)，這種附加的費(fèi)用由具有平行表面的板30的較低成本完全補(bǔ)償。圖2示出了圖1中所示的實(shí)施例的光學(xué)功能圖并示出了五個(gè)透鏡16-1至16-5沿著根據(jù)本發(fā)明的廣角物鏡系統(tǒng)的光軸OA的設(shè)置。在圖2中，示出了廣角透鏡系統(tǒng)的光學(xué)構(gòu)造長(zhǎng)度，即第一透鏡16-1的前邊緣和圖像傳感器12或聚焦平面10的圖像表面之間的距離。在本發(fā)明的第一實(shí)施例的情況下，光學(xué)構(gòu)造長(zhǎng)度為18mm，在第二實(shí)施例的情況下，光學(xué)構(gòu)造長(zhǎng)度為21.4mm。在圖2中，示出了五個(gè)不同的視野角度a的光路32-l至32-5。最大視野角度a由光路32-l表示。為清楚起見(jiàn)，在圖2中，只示出了a/2的符號(hào)，其為光軸OA和相應(yīng)的入射光路32-i之間的角度。另外，在圖2中，示出了各個(gè)透鏡16-1至16-5的厚度和徑向范圍。權(quán)利要求1.一種廣角物鏡系統(tǒng)，包括第一透鏡組(2)，其帶有用于在120°±10°的對(duì)角線視場(chǎng)角(a)的范圍內(nèi)匯聚來(lái)自物體的光的入口孔(4);光圈(6)，其設(shè)置在所述第一透鏡組(2)之后，以及第二透鏡組(8)，其設(shè)置在所述光圈(6)之后，所述第二透鏡組(8)投射來(lái)自所述第一透鏡組(2)的、經(jīng)過(guò)所述光圈(6)的光，以使所述光以小于5%，優(yōu)選地小于3%的圖像失真照射到圖像表面(10)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第二透鏡組(8)包括用于校正所述圖像失真的非球面透鏡(16-5)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述非球面透鏡(16-5)為雙非球面透鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述非球面透鏡具有一面凹一面凸的彎曲。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述廣角物鏡系統(tǒng)包含最多五個(gè)透鏡(16-i)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組(2)包含最多三個(gè)透鏡(16-1、16-2、16-3)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第二透鏡組包含最多兩個(gè)透鏡(16-4、16-5)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述廣角物鏡系統(tǒng)的光學(xué)構(gòu)造長(zhǎng)度(OBL)為18.0mm土5mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述光圈(6)相對(duì)于所述入口孔(4)設(shè)置于所述光學(xué)構(gòu)造長(zhǎng)度(OBL)的60%±10%處。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述光圈(6)的直徑為1.26mm士0.5mm。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組(2)包括第一透鏡(16-1)、第二透鏡(16-2)和第三透鏡(16-3)，而所述第二透鏡組(8)包括第四透鏡(16-4)和第五透鏡(16-5);所述第一透鏡(16-1)為一面凸一面凹的透鏡，其具有11.6mm土5。/o的第一半徑(R)和-5.2mm土S。/。的第二半徑(R12);所述第二透鏡(16-2)為一面凸一面凹的透鏡，其具有45.2mm士S。/。的第一半徑(R21)禾口-6.1mm土S。/o的第二半徑(R22);所述第三透鏡(16-3)為兩面凸的透鏡，其具有44.9mm士S。/。的第一半徑(R31)和10.9mm土5。/o的第二半徑(R32);所述第四透鏡(16-4)為兩面凸的透鏡，其具有4.3mm士5y。的第一半徑(R4i)和7.8mm士S。/。的第二半徑;所述第五透鏡(16-5)為一面凸一面凹的雙非球面，3%介于1%與15%之間的范圍內(nèi)且優(yōu)選地介于1%與5%之間的范圍內(nèi)。12.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡(16-1)的折射率為1.79。13.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第二透鏡(16-2)的折射率為1.77。14.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第三透鏡(16-3)的折射率為1.84。15.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第四透鏡(16-4)的折射率為1.77。16.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第五透鏡(16-5)的折射率為1.53。17.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第四透鏡(16-4)特別地設(shè)計(jì)用于校正圖像的膨脹像差或彎曲像差。18.—種廣角物鏡系統(tǒng)，包括第一透鏡組(2)，其帶有用于在142°±10°的對(duì)角線視場(chǎng)角(a)的范圍內(nèi)匯聚來(lái)自物體的光的入口孔(4);光圈(6)，其設(shè)置在所述第一透鏡組(2)之后；以及第二透鏡組(8)，其設(shè)置在所述光圈(6)之后，所述第二透鏡組(8)投射來(lái)自所述第一透鏡組(2)的、經(jīng)過(guò)所述光圈(6)的光，以使光以小于17%，優(yōu)選地小于15。/。的圖像失真照射到圖像表面(10)上。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第二透鏡組(8)包括用于校正所述圖像失真的非球面透鏡(16-5)。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述非球面透鏡(16-5)為雙非球面透鏡。21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述非球面透鏡具有一面凹一面凸的彎曲。22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述廣角物鏡系統(tǒng)包含最多五個(gè)透鏡(16-0。23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組(2)包含最多三個(gè)透鏡(16-1、16-2、16-3)。24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第二透鏡組包含最多兩個(gè)透鏡(16-4、16-5)。25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述廣角物鏡系統(tǒng)的光學(xué)構(gòu)造長(zhǎng)度(OBL)為21.4mm士5mm。26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述光圈(6)相對(duì)于所述入口孔(4)設(shè)置于光學(xué)構(gòu)造長(zhǎng)度(OBL)的75%±10%處。27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述光圈的直徑為0.85mm士0.5醒。28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡組(2)包括第一透鏡(16-1)、第二透鏡(16-2)和第三透鏡(16-3)，而所述第二透鏡組(8)包括第四透鏡(16-4)和第五透鏡(16-5);所述第一透鏡(16-1)為一面凸一面凹的透鏡，其具有13.7mm士SQ/o的第一半徑(Ru)和-4.7腿±5%的第二半徑(R12);所述第二透鏡(16-2)為一面凸一面凹的透鏡，其具有153.4mm土S。/o的第一半徑(R21)和-6.0mm士5。/o的第二半徑(R22);所述第三透鏡(16-3)為一面平一面凸的透鏡，其具有^的第一半徑(R3》和8.5mm士So/。的第二半徑(R32);所述第四透鏡(16-4)為兩面凸的透鏡，其具有6.8mm土5。/。的第一半徑(R41)和4.2mm士S。/。的第二半徑(R^);所述第五透鏡(16-5)為一面凸一面凹的雙非球面，5%介于1%與15%之間的范圍內(nèi)且優(yōu)選地介于1%與5%之間的范圍內(nèi)。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡(16-1)的折射率為1.77。30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第二透鏡(16-2)的折射率為1.79。31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第三透鏡(16-3)的折射率為1.85。32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第四透鏡(16-4)的折射率為1.75。33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第五透鏡(16-5)的折射率為1.53。34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第四透鏡(16-4)特別地設(shè)計(jì)用于校正圖像的膨脹像差或彎曲像差。35.根據(jù)權(quán)利要求1或18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組(2)內(nèi)的透鏡(16-1、16-2、16-3)和/或第二透鏡組(8)內(nèi)的透鏡(16-4、16-5)彼此直接連續(xù)接觸而在其間沒(méi)有間隔元件。36.根據(jù)權(quán)利要求1或18所述的廣角物鏡系統(tǒng)，其中所述光圈(6)由透鏡保持支架(18)中的柱形孔(20)構(gòu)成，光圈孔位于所述柱形孔(20)的底部，并且所述柱形孔(20)的直徑大于所述光圈的直徑。37.—種用于監(jiān)視機(jī)動(dòng)車(chē)輛和商用車(chē)輛的直接環(huán)境的廣角照相機(jī)，包括具有廣角物鏡系統(tǒng)的電子圖像獲取單元(12)，其中由所述圖像獲取單元(12)獲取的圖像的像差由所述廣角物鏡系統(tǒng)校正。38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的廣角照相機(jī)，其中所述廣角物鏡系統(tǒng)為根據(jù)前述權(quán)利要求1至37中任一項(xiàng)所述的廣角物鏡系統(tǒng)。39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的廣角照相機(jī)，其中在所述圖像獲取單元(12)之前設(shè)有IR過(guò)濾器(14)。40.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的廣角照相機(jī)，其中在所述入口孔(4)之前設(shè)有透明保護(hù)板(30)。41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的廣角照相機(jī)，其中所述透明保護(hù)板為具有平行表面的板(30)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種廣角物鏡系統(tǒng)以及一種帶有該廣角透鏡系統(tǒng)的照相機(jī)。廣角物鏡系統(tǒng)特別適用于汽車(chē)領(lǐng)域中的廣角照相機(jī)，其包括第一透鏡組(2)，其帶有用于在對(duì)角線視場(chǎng)角(α)的范圍內(nèi)匯聚來(lái)自物體的光的入口孔(4)；光圈(6)，其設(shè)置在所述第一透鏡組(2)之后，以及第二透鏡組(8)，其設(shè)置在所述光圈(6)之后，所述第二透鏡組(8)投射來(lái)自所述第一透鏡組(2)的、經(jīng)過(guò)所述光圈(6)的光。根據(jù)本發(fā)明，利用具有120°對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，通過(guò)該廣角透鏡系統(tǒng)自身將失真減少至小于10％，優(yōu)選地小于5％；利用具有142°對(duì)角線視野的廣角透鏡系統(tǒng)，通過(guò)該廣角透鏡系統(tǒng)自身將失真減少至小于17％，優(yōu)選地小于15％。文檔編號(hào)G02B27/00GK101122672SQ20071014090公開(kāi)日2008年2月13日申請(qǐng)日期2007年8月10日優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日發(fā)明者克勞斯·埃克勒,托馬斯·賴因哈德,米夏埃兒·維茨克,維爾納·朗申請(qǐng)人:梅克拉-朗兩合公司