CN100351663C - 望远透镜 - Google Patents
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Abstract
一种以较少的透镜块数通过有效利用非球面而实现高性能且非常紧凑的望远透镜，其从物体一侧依次具有光圈St、两面非球面形状的第一透镜G1和第二透镜G2，并且满足条件式(1)、(2)。第一透镜G1是物体一侧的面为凸面形状的正弯月形状，第二透镜G2是在近轴附近使凸面朝向物体一侧的正弯月形状，第二透镜是在有效半径范围内，物体一侧的面越靠近周边、正放大率越弱的非球面形状。0.12＜R1/f＜0.40 ..........(1)tanθ＜0.45 ..........(2) f是透镜系统整体的近轴焦距，R1是第一透镜的物体一侧的面的近轴曲率半径，θ表示主光线的最大入射角度。
Description
技术领域
本发明涉及适于往例如带相机的便携电话或PDA(Personal DigitalAssistant)等小型信息终端设备中搭载的望远透镜。
背景技术
近年来，伴随着个人计算机向一般家庭等普及，可将拍摄的风景和人物像等图像信息输入个人计算机的数码静物相机(以下，只称作数码相机)迅速普及起来。另外，随着便携电话的高功能化，搭载小型摄像模块的带相机的便携电话也迅速普及起来。另外，在PDA等小型信号终端设备中搭载摄像模块也普及起来。
具备这些摄像功能的设备中，采用了CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件。这些摄像元件，近年来向非常小型化发展。从而在采用CCD等摄像元件的摄像设备上，对于设备主体及搭载其上的透镜，也要求小型轻量化。另外，近年来，为了实现高图像品质，而开发像素多的摄像元件，随之，在透镜系统也被要求更高分辨率且高对比度的性能。
作为这种摄像设备所采用的摄像透镜，例如以下的专利文献1所述。该专利文献1中记载了2块构成的摄像透镜。
专利文献1：特开2000-258684号公报
如上所述，近年的摄像元件，小型化及高像素化得到发展，与此相伴，特别是在数码相机用的摄像透镜中要求高分辨率性能和构成的小型化。另一方面，在带相机的便携电话等小型信息终端设备用的摄像透镜中，现有的主要要求成本方面和紧凑性，而最近在带相机的便携电话等中，摄像元件高像素化也有发展的趋势，例如100万像素以上的与兆位像素对应的装置被实用化，相对于性能方面的要求也高起来。从而，期望开发出综合考虑成本方面、性能方面及紧凑性的多种多样的透镜。
作为与高像素对应的小型信息终端设备用摄像透镜，现有的开发出例如由1块玻璃透镜和2块塑料透镜构成的3块构成的透镜系统和采用3块以上塑料透镜的透镜系统等。不过，为了与近年的小型化要求相对应，而期望透镜系统为少于3块的透镜块数且在性能方向与现有的同等程度。
上述专利文献所述的透镜，是一种以2块且采用非球面的透镜构成，不过还期望开发更紧凑且高性能的透镜系统。特别是采用小型摄像元件时，倍率色差容易显著，因此，作为其透镜系统期望能良好地矫正倍率色差。
此外，原来小型信息终端设备上搭载的透镜一般多为标准类型(例如按35mm胶片换算表示摄像面时，相当于焦距f＝35mm的透镜系统)，不怎么开发望远透镜系统。然而，为了对应使用者的多种需求，希望开发在小型信息终端设备上也可搭载的紧凑的高性能的望远透镜系统。
发明内容
本发明是鉴于该问题而做出的，其目的是提供一种可实现如下的望远系统的望远透镜，其具有较少的透镜块数，并且通过有效利用非球面使之高性能且非常紧凑。
根据本发明的望远透镜，从物体一侧依次包括：光圈；两面为非球面形状、并且使物体一侧的面为凸面形状的具有正放大率的弯月形状的第一透镜；和两面为非球面形状、并且在近轴附近把凸面朝向物体一侧的具有正放大率的弯月形状的第二透镜，上述第二透镜是在有效半径范围内，物体一侧的面越靠近周边、正放大率越弱的非球面形状，而且，满足下面的条件式(1)、(2)：
0.12＜R1/f＜0.40 ………(1)
tanθ＜0.45 ………(2)
其中，f是透镜系统整体的近轴焦距，R1是第一透镜的物体一侧的面的近轴曲率半径，θ表示主光线的最大入射角度。
根据本发明的望远透镜中，将光圈配置在最靠近物体侧，接着从物体侧依次配置两面为非球面形状的第一透镜和第二透镜，并且满足关于第一透镜的形状等的规定条件式(1)、(2)来适当进行各透镜的形状、放大率分配等，得到像2块这样的极少的透镜块数，并且有效利用非球面来获得与原来带相机的便携电话等中所使用的一般的3块结构的透镜相同的高光学性能。此外，实现与原来相比非常紧凑的望远透镜系统。
这里，最好该望远透镜还满足下面的条件式(3)。通过满足该条件对于倍率色差矫正非常有利。
0.70＜ΔZF/ΔZR＜1.50 ………(3)
其中，ΔZF表示第一透镜的物体一侧的面在最大有效光线高度HF处的光轴方向的形状位移量，ΔZR表示第一透镜的像一侧的面在最大有效光线高度HR处的光轴方向的形状位移量。
该望远透镜中，优选第一透镜和上述第二透镜的透镜材料都为塑料材料。通过使用塑料材料，容易进行非球面加工。
通过根据需要采用这些优选结构可实现更高性能并且紧凑的望远透镜系统。
根据本发明的望远透镜，将光圈配置在最靠近物体侧，接着从物体侧依次配置两面为非球面形状的第一透镜和第二透镜，并且满足关于第一透镜的形状等的规定条件式(1)，(2)来适当进行各透镜的形状、放大率分配等，即使有较少的透镜块数，通过有效利用非球面也能得到更高性能并且极其紧凑的望远透镜系统。
尤其在满足条件式(3)来构成第一透镜的形状的情况下，倍率色差的矫正容易进行，从而可实现更高性能并且紧凑的望远透镜系统。
附图说明
图1表示本发明一个实施方式的望远透镜的构成例子，是与实施例1对应的透镜剖视图；
图2表示本发明一个实施方式的望远透镜的另一构成例子，是与实施例2对应的透镜剖视图；
图3是关于本发明一个实施方式的望远透镜的第一透镜形状的说明图；
图4是表示实施例1的望远透镜的球面像差、像散、失真和倍率色差的像差图；
图5是表示实施例2的望远透镜的球面像差、像散、失真和倍率色差的像差图。
图中：CG-玻璃罩、St-光圈、Gj-从物体侧起的第j号透镜、Ri-从物体侧起的第i号透镜面的曲率半径、Di-从物体侧起的第i号与第i+1号透镜面之间的面间隔、Z1-光轴。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1表示本发明一个实施方式的望远透镜的构成例子。该构成例子对应后述的第一数值实施例(表1、表2)的透镜结构。此外，图2表示本实施方式的望远透镜的另一构成例子。图2的构成例子对应后述的第二数值实施例(表3、表4)的透镜结构。此外，图1、图2中，符号Ri表示以光圈St为第0号、以最近物体侧的透镜要件面为第1号，随着朝向像侧(成像侧)依次增加地来附加符号的第i(i＝0～6)面的曲率半径。符号Di表示第i面和第(i+1)面在光轴Z1上的面间隔。此外，各构成例子都为基本相同的结构，因此下面基于图1所示的望远透镜的结构来说明。
该望远透镜搭载在例如带相机的便携电话等小型信息终端设备、数字相机等尤其是使用小型摄像元件的摄像设备上来使用。该望远透镜是从物体一侧沿着光轴Z1依次配置光圈St、第一透镜G1和第二透镜G2的结构。
该望远透镜的成像面(摄像面)上配置未示出的CCD等的摄像元件。CCD的摄像面附近配置保护摄像面的玻璃罩CG。第二透镜G2和成像面(摄像面)之间除玻璃罩CG外，还可配置红外线截止滤波器和低通滤波器等的其他光学部件。
第一透镜G1的两面都为非球面形状，并且为以物体一侧的面为凸面形状的具有正放大率的弯月形状。
第二透镜G2的两面都为非球面形状，并且为在近轴附近将凸面朝向物体一侧的具有正放大率的弯月形状。关于第二透镜G2的非球面形状，希望是例如在有效半径范围内，物体一侧的面越靠近周边、正放大率越弱的非球面形状。由此，第二透镜G2例如为：物体一侧的面在近轴附近为凸面形状、而在周边部为凹面形状。
此外，本实施方式中，近轴附近的透镜形状在例如后述的非球面式(A)中，由系数K涉及的部分(除了系数Ai涉及的多项式部分以外的部分)表达。
该望远透镜满足下面的条件式(1)、(2)。条件式(1)、(2)中f是透镜系统整体的近轴焦距，R1是第一透镜的物体一侧的面的近轴曲率半径，θ表示主光线的最大入射角度。
0.12＜R1/f＜0.40 ………(1)
tanθ＜0.45 ………(2)
最好该望远透镜还满足下面的条件式(3)。
0.70＜ΔZF/ΔZR＜1.50 ………(3)
这里，如图3所示，ΔZF表示第一透镜G1的物体一侧的面在高度HF处的光轴方向的形状位移量，ΔZR表示第一透镜G1的像一侧的面在高度HR处的光轴方向的形状位移量。高度HF是有效光线通过第一透镜G1的物体一侧的面的最大高度。高度HR是有效光线通过第一透镜G1的像侧的面的最大高度。
该望远透镜由于第一透镜G1和第二透镜G2的两面都为非球面形状，在加工性方面，优选第一透镜G1和上述第二透镜G2的透镜材料都为塑料材料。
接着说明以上构成的望远透镜的作用和效果。
该望远透镜中，将光圈St配置在最靠近物体侧，接着从物体侧依次配置两面为非球面形状的第一透镜G1和第二透镜G2，并且满足关于第一透镜G1的形状等的规定条件式(1)、(2)来适当进行各透镜的形状、放大率分配等，使得其为像2块这样的极少的透镜块数，并且有效利用非球面，可实现高性能并且极其紧凑的望远透镜系统。此外，通过满足条件式(3)，可实现进一步的高性能化。
各条件式的作用如下。条件式(1)涉及第一透镜G1的物体一侧的面的曲率半径，在该数值范围之外时，尤其是难以矫正帧像差和倍率色差，不是适当的。条件式(2)涉及主光线的最大入射角度，在该数值范围之外时，该望远透镜系统的望远效果渺茫，也是不适当的。条件式(3)涉及第一透镜G1的面形状，在该数值范围之外时，难以矫正倍率色差，不是适当的。
这样，根据本实施方式的望远透镜，通过以像2块这样极少的透镜块数来有效利用非球面，可得到与原来带相机的便携电话等中使用的一般的3块结构的透镜同等的高光学性能。此外，可实现与原来相比极其紧凑的望远透镜系统(例如按35mm胶片换算表示摄像面时，相当于焦距f＝70mm的透镜系统)。
【实施例】
接着说明本实施方式的望远透镜的具体数值实施例。下面汇总第一和第二数值实施例(实施例1、2)来说明。表1、表2表示对应图1所示的望远透镜的结构的具体透镜数据(实施例1)。表3、表4表示对应图2所示的望远透镜的结构的具体透镜数据(实施例2)。表1和表3中表示其实施例的透镜数据中基本的数据部分，表2和表4中表示其实施例的透镜数据中与非球面形状相关的数据部分。
表1
| 实施例1.基本透镜数据 | ||||
| Si(面序号) | Ri(曲率半径) | Di(面间隔) | Ndj(折射率) | υdj(阿贝数) |
| 0(光圈)*1*2*3*456 | 0.01.36941.33883.39965.13830.00.0 | 0.101.200.600.853.400.30 | 1.506141.506141.51680 | 56.456.464.2 |
(*：非球面)(f＝6.78mm，FNO.＝5.6，2ω＝37.7°)
表2
| 实施例1.非球面数据 | ||||
| 非球面系数 | 面序号 | |||
| 第1面 | 第2面 | 第3面 | 第4面 | |
| KA3A4A5A6A7A8A9A10 | -2.6917E+00-1.7133E-01--4.3960E-02--5.0041E-04-5.0369E-03 | -1.4019E+00-1.5806E-01-1.5350E-01--4.4437E-02-1.6781E-02 | -5.0107E+00-3.4199E-027.2050E-02-1.1363E-014.9707E-026.4963E-021.6065E-03-2.0051E-02-3.9186E-03 | -1.3104E+01-6.1089E-021.4457E-01-1.7482E-014.7195E-024.6892E-02-1.6917E-02-7.1234E-033.7643E-03 |
表3
| 实施例2.基本透镜数据 | ||||
| Si(面序号) | Ri(曲率半径) | Di(面间隔) | Ndj(折射率) | υdj(阿贝数) |
| 0(光圈)*1*2*3*456 | 0.01.34571.55894.51014.11600.00.0 | 0.101.200.600.703.350.30 | 1.490231.490231.51680 | 57.557.564.2 |
(*：非球面)(f＝6.79mm，FNO.＝5.6，2ω＝37.1°)
表4
| 实施例2.非球面数据 | ||||
| 非球面系数 | 面序号 | |||
| 第1面 | 第2面 | 第3面 | 第4面 | |
| KA3A4A5A6A7A8A9A10 | -2.6664E+00-1.8095E-01-4.5645E-02--8.2493E-04-4.8394E-03 | 7.0025E-02-6.3126E-02-1.5779E-01--4.0507E-02-1.7088E-02 | 5.0646E-0 1-5.0729E-025.4714E-02-1.5489E-014.7304E-026.2181E-026.1038E-04-2.1476E-02-4.1619E-03 | -1.2392E+01-6.6929E-021.4304E-01-1.8310E-014.8379E-024.601 1E-02-1.8285E-02-1.0159E-022.9977E-03 |
各表中表示的透镜数据的面序号Si栏中表示对于各实施例的望远透镜，以光圈St为第0个、以最近物体侧的透镜要件面为第1号，随着朝向像侧而顺序增加地来附加符号的第i(i＝0～6)面的序号。曲率半径符号Ri栏与图1，图2中附带的符号Ri对应，表示从物体一侧开始的第i号面的曲率半径。关于面间隔Di栏，与图1、图2中附带的符号对应，表示从物体一侧开始第i面Si和第(i+1)面Si+1在光轴Z1上的间隔。曲率半径Ri和面间隔Di的值的单位是毫米(mm)。Ndj、υdj栏分别表示还包含玻璃罩CG，从物体一侧开始第j号(j＝1～3)透镜要件的相对于d线(587.6nm)的折射率和阿贝数的值。此外，玻璃罩CG的两面的曲率半径R5、R6的值为0，这表示平面。此外，光圈St的曲率半径R0的值为0(零)，这表示假想面。
表1和表3中作为诸数据，同时表示出整个系统的近轴焦距f(mm)、F序号(FNO.)、视场角2ω(ω：半视场角)的值。另外，各实施例的望远透镜在以35mm胶片换算表示摄像面时具有相当于焦距f＝70mm的性能。
表1和表3的各透镜数据中，面序号的左侧附带的记号*表示该透镜面为非球面形状。各实施例中第一透镜G1的两面S1、S2和第二透镜G2的两面S3、S4都为非球面形状。基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示出光轴附近(近轴附近)的曲率半径的数值。
表2和表4的各非球面数据的数值中，记号E表示接着其的数值是以10为底的“幂指数”，表示将用该以10为底的指数函数所示的数值乘到E之前的数值。例如，如果是“1.0E-02”，则表示“1.0×10-2”。
各非球面数据中记着由下式(A)表示的非球面形状的式子中的各系数Ai、K的值。更具体说，Z表示从位于距光轴为高度h的位置处的非球面上的点开始下降到非球面的顶点的接平面(垂直于光轴的平面)的垂线的长度(mm)。
Z＝C·h2/{1+(1-K·C2·h2)1/2}+A3·h3+A4·h4+A5·h5+A6·h6+A7·h7+A8·h8+A9·h9+A10·h10……(A)
其中，
Z：非球面的深度(mm)
h：从光轴到透镜面的距离(高度)(mm)
K：离心率
C：近轴曲率＝1/R(R：近轴曲率半径)
Ai：第i次(i＝3～10)的非球面系数
各实施例中，第一透镜G1的两面S1、S2的非球面形状是仅将偶数次的系数A4，A6，A8，A10有效用作非球面系数。第二透镜G2的两面S3，S4的非球面形状是仅将奇数次的系数A3，A7，A9有效用作非球面系数。
此外，下面的表5中表示对于各实施例汇总上述条件式(1)～(3)涉及的值。如表5所示，各实施例的值在各条件式(1)～(3)的数值范围内。
表5
| 条件式涉及的值 | |||
| 条件式(1)R1/f | 条件式(2)tanθ | 条件式(3)ΔZF/ΔZR | |
| 实施例1 | 0.20 | 0.34 | 0.85 |
| 实施例2 | 0.20 | 0.34 | 1.06 |
图4(A)～(D)表示实施例1的望远透镜的球面像差、像散、失真(歪曲像差)和倍率色差。各像差图中表示以d线为基准波长的像差，但球面像差图和倍率色差图中也表示对于g线(波长435.8nm)、C线(波长656.3nm)的像差。像散图中，实线表示径向的像差、虚线表示切线方向的像差。ω表示半视场角。同样，关于实施例2的各个像差也表示在图5(A)～(D)中。
从以上各数值数据和各像差图可知，对于各实施例，可实现很少透镜块数、且进行良好地像差矫正、极其紧凑的望远透镜系统。
此外，本发明不限定于上述各实施方式和各实施例，可实施各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔和折射率的值等不限定于上述各数值实施例所示的值，可取其他值。
Claims (3)
1.一种望远透镜，其特征在于，
从物体一侧依次具有：光圈，两面为非球面形状、并且物体一侧的面设成凸面形状的具有正放大率的弯月形状的第一透镜，和两面为非球面形状、并且在近轴附近将凸面朝向物体一侧具有正放大率的弯月形状的第二透镜，上述第二透镜是在有效半径范围内，物体一侧的面越靠近周边、正放大率越弱的非球面形状，
而且，满足下面的条件式(1)、(2)：
0.12＜R1/f＜0.40 ………(1)
tanθ＜0.45 ………(2)
其中，f为透镜系统整体的近轴焦距、R1为第一透镜的物体一侧的面的近轴曲率半径、θ为主光线的最大入射角度。
2.根据权利要求1所述的望远透镜，其特征在于：还满足下面的条件式(3)：
0.70＜ΔZF/ΔZR＜1.50………(3)
其中，ΔZF为第一透镜的物体一侧的面在最大有效光线高度HF处的光轴方向的形状位移量；
ΔZR为第一透镜的像一侧的面在最大有效光线高度HR处的光轴方向的形状位移量。
3.根据权利要求1或2所述的望远透镜，其特征在于：上述第一透镜和上述第二透镜的透镜材料都是塑料材料。
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