CN100419489C - 单焦点镜头 - Google Patents

Abstract

一种能通过采用较少的透镜块数且有效利用非球面，从而实现高性能、失真不容易显著且极紧凑的透镜系统的单焦点镜头。其从物体侧起依次具备光圈、两面非球面形状的第1透镜(G1)及第2透镜(G2)，且满足条件式(1)～(3)。0.20＜R1/f＜0.70(1)；0.05＜D2/f1＜0.3(2)；0.3＜|(pa-pb)/pa|＜1.3(3)；其中：f表示透镜系统整体的近轴焦距，f1表示第1透镜(G1)的近轴焦距，D2表示光轴上的第1透镜(G1)与第2透镜(G2)的透镜间隔，R1表示第1透镜(G1)的物体侧的面的近轴曲率半径，Pa、pb表示最大像高及50%像高的光学失真。

Description

单焦点镜头

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单焦点镜头。

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镜头，例如以下的专利文献1所述。该专利文献1中记载了2块构成的摄像镜头。

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镜头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镜头中，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镜头，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块构成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。

另外，为了实现更高性能化，期望能良好地矫正失真。此时，通常的摄像镜头，作为失真大多会考虑光学失真而设计，不过也有考虑监视器失真的设计，因而考虑能谋求将拍摄图像实际显示在监视器画面等上时的图像的目视状态的改善。例如，考虑不管光学失真的像差量有多少，利用与监视器失真的平衡而能使图像整体的歪曲不显著。

在此，参照图7关于光学失真与监视器失真的概念进行说明。图7，模式性地表示将矩形状物体介由光学系统成像的状态或显示在监视器画面等上的状态。图7中，符号10所示的虚线表示理想的像形状，符号11所示的实线表示实际的像形状。

如图7所示，若理想像高为y0，实际的像高为y，则光学失真的像差量D一般由以下式所示。即，将实际的像高y与理想像高y0的差除以理想像高y0、以百分率表示。

D＝{(y-y0)/y0}×100(％)

另一方面，监视器失真Dt通常在与监视器关联的光学系统等中采用，如图7所示，将实际的像形状11的长边的弯曲量考虑为歪曲的对象，一般由以下式表示。Δh表示弯曲的深度，h为垂直画面长。

Dt＝(Δh/2h)×100(％)

发明内容

本发明，即是鉴于上述问题点而产生的，其目的在于提供一种单焦点镜头，其能通过采用较少的透镜块数、且有效利用非球面，从而实现高性能、失真不易显著、且极紧凑的透镜系统。

本发明的单焦点镜头，从靠物体侧起依次具备光圈、两面为非球面形状且物体侧的面为凸面形状的具有正放大率的弯月状的第1透镜、和两面为非球面且在近轴附近凸面朝向物体侧的具有正放大率的弯月状的第2透镜；第2透镜，在物体侧的面的有效直径内具有作为负放大率作用的部分。另外，其构成满足以下条件式(1)～(3)：

0.20＜R1/f＜0.70       (1)

0.05＜D2/f1≤0.155     (2)

0.3＜|(pa-pb)/pa|＜1.3 (3)

其中，f表示透镜系统整体的近轴焦距，f1表示第1透镜的近轴焦距，D2表示光轴上的第1透镜与第2透镜的透镜间隔，R1表示第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半径。Pa表示最大像高的光学失真，pb表示最大像高的50％像高的光学失真。

本发明的单焦点透镜，将光圈配置在最靠物体侧，接下来从物体侧依次配置两面非球面形状的第1透镜和第2透镜，且满足涉及第1透镜的焦距和形状等的规定的条件式(1)、(2)，使各透镜的形状、放大率分配适当，因而采用2块这样极少的透镜块数、且有效地利用非球面，而能获得与现有的用于带相机的便携电话等的一般3块构成的透镜同等程度的高光学性能。另外，还能实现比现有的极紧凑型的透镜系统。另外，关于光学失真满足条件式(3)，因而能实现利用与监视器失真的平衡而使失真不易显著的透镜系统。

这里，该单焦点透镜，优选是其构成还满足以下条件式(4)、(5)。由于满足这些条件，因而关于倍率色差和失真等，能获得更好的性能。

0.70＜ΔZF/ΔZR＜1.20(4)

0.85＜db/da＜1.10    (5)

其中，ΔZF表示第1透镜的物体侧的面的最大有效光线高度HF处的光轴方向的形状位移量，ΔZR表示第1透镜的像侧的面的最大有效光线高度HR处的光轴方向的形状位移量。da表示第2透镜的中心厚度，db表示第2透镜的外周部的厚度(第2透镜的物体侧的面的最大有效光线高度H1处和第2透镜的像侧的面的最大有效光线高度H2处之间的光轴方向的距离)。

另外，在该单焦点透镜中，第1透镜及第2透镜的透镜材料，优选是均为塑料材料。由于采用塑料材料因而容易进行非球面加工。

根据必要可适宜采用这些优选构成，从而实现更高性能且小型的透镜系统。

根据本发明的单焦点镜头，将光圈配置在最靠物体侧，接下来从物体侧起依次配置两面非球面形状的第1透镜和第2透镜，且满足涉及第1透镜的焦距和形状等的规定的条件式(1)、(2)，使各透镜的形状、放大率分配最佳化，因此采用较少的透镜块数、且有效地利用非球面，从而能实现高性能且极紧凑的透镜系统。另外，关于光学失真满足条件式(3)，因而能实现利用与监视器失真的平衡而使失真不易显著的透镜系统。

特别是在使第1透镜及第2透镜的形状满足以下条件式(4)、(5)而构成时，能使倍率色差和失真的性能更好，因此能实现更高性能且小型的透镜系统。

附图说明

图1表示本发明的一实施方式的单焦点镜头的构成例的、与实施例1对应的透镜剖视图。

图2表示本发明的一实施方式的单焦点镜头的其他构成例的、与实施例2对应的透镜剖视图。

图3是关于本发明的一实施方式的单焦点镜头的第1透镜形状的说明图。

图4是关于本发明的一实施方式的单焦点镜头的第2透镜形状的说明图。

图5是表示实施例1的单焦点镜头的球面像差、像散、光学失真及倍率色差的像差图。

图6是表示实施例2的单焦点镜头的球面像差、像散、光学失真及倍率色差的像差图。

图7是用以说明光学失真与监视器失真的图。

图中，CG-玻璃罩；St-光圈；Gj-从物体侧开始第j号透镜；Ri-从物体侧开始第i号透镜面的曲率半径；Di-从物体侧开始第i号和第i+1号透镜面的面间隔；Z1-光轴。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1表示本发明的一实施方式的单焦点镜头的一构成例。该构成例，与后述的第1数值实施例(表1、表2)的透镜构成相对应。另外，图2表示本实施方式的单焦点镜头的其他构成例。图2的构成例，与后述的第2数值实施例(表3、表4)的透镜构成相对应。还有，图1、图2中，符号Ri，表示以光圈St作为第0号，以最靠物体侧的透镜要素的面作为第1号，随着向像侧(成像侧)依次增加这样赋予符号的第i(i＝0～6)面的曲率半径。符号Di表示第i面和第i+1面的光轴Z1上的面间隔。还有，各构成例基本构成均相同，因此以下，以图1所示的单焦点镜头的构成为基本进行说明。

该单焦点镜头，搭载在例如带相机的便携电话等小型信息终端设备和数码相机等、特别是采用小型摄像元件的摄像设备中使用。该单焦点镜头，其构成是沿光轴Z1从靠物体侧依次配置光圈St、第1透镜G1和第2透镜G2。

在该单焦点镜头的成像面(摄像面)上，配置没有图示的CCD等摄像元件。在CCD的摄像面附近，配置用于保护摄像面的玻璃罩CG。第2透镜和成像面(摄像面)之间，除玻璃罩CG外还可以配置红外线截止滤波器和低通滤波器等其他光学部件。

第1透镜G1，两面为非球面形状，且形成使物体侧的面为凸面形状的具有正放大率的弯月状。

第2透镜G2，两面为非球面形状，且形成在近轴附近凸面朝向物体侧的具有正放大率的弯月状。第2透镜G2的非球面形状，关于物体侧的面，具有在有效直径范围内、随着从中心靠向周边而在物体侧从凸形状向凹形状变化弯曲的部分。关于像侧的面，具有在有效直径范围内、随着从中心靠向周边而在物体侧从凹形状向凸形状变化弯曲的部分。从而，第2透镜G2在近轴附近具有正放大率，而在物体侧的面的有效直径内，在近轴以外的部分具有作为负放大率作用的部分。

还有，本实施方式中，近轴附近的透镜形状，例如后述的非球面式(A)中由系数K的部分(除系数A_i的多项式部分以外的部分)表示。

该单焦点镜头，其构成满足以下条件式(1)～(3)。条件式(1)～(3)中，f表示透镜系统整体的近轴焦距，f1表示第1透镜G1的近轴焦距，D2表示光轴上的第1透镜G1与第2透镜G2的透镜间隔，R1表示第1透镜G1的物体侧的面的近轴曲率半径。Pa表示最大像高的光学失真，pb表示最大像高的50％像高的光学失真。

0.20＜R1/f＜0.70      (1)

0.05＜D2/f1＜0.3      (2)

0.3＜|(pa-pb)/pa|＜1.3(3)

该单焦点透镜，优选是其构成还满足以下条件式(4)。

0.70＜ΔZF/ΔZR＜1.20(4)

在此，ΔZF，如图3所示，表示第1透镜G1的物体侧的面的高度HF处的光轴方向的形状位移量，ΔZR表示第1透镜G1的像侧的面的高度HR处的光轴方向的形状位移量。高度HF为在第1透镜G1的物体侧的面通过有效光线的最大高度，高度HR为在第1透镜G1的像侧的面通过有效光线的最大高度。

该单焦点透镜，优选是其构成还满足以下条件式(5)。

0.85＜db/da＜1.10  (5)

在此，da如图4所示，表示第2透镜G2的中心厚度。db表示第2透镜G2的外周部的厚度，具体地说，如图4所示，表示第2透镜G2的物体侧的面的最大有效光线高度H1处和第2透镜G2的像侧的面的最大有效光线高度H2处之间的光轴方向的距离。

该单焦点镜头，第1透镜G1及第2透镜G2的两面为非球面形状，因此出于加工性的考虑，希望第1透镜G1及第2透镜G2的透镜材料均为塑料材料。

下面，关于如以上构成的单焦点镜头的作用及效果进行说明。

该单焦点镜头，将光圈St配置在最靠物体侧，接下来从物体侧起依次配置两面非球面形状的第1透镜G1和第2透镜G2，且满足涉及第1透镜G1的焦距和形状等的规定的条件式(1)、(2)，使各透镜的形状、放大率分配适当，因此采用2块这样极少的透镜块数、且有效地利用非球面，从而也能实现高性能且极紧凑的透镜系统。另外，关于光学失真满足条件式(3)，因而能实现利用与监视器失真的平衡而使失真不易显著的透镜系统。由于还满足以下条件式(4)、(5)，因而能实现更高性能。

各条件式的作用如以下。条件式(1)是关于第1透镜G1的物体侧的面的曲率半径的，若脱离此数值范围，则特别是很难进行帧像差及倍率色差的矫正，因此不作为优选。条件式(2)是关于光轴上的第1透镜G1与第2透镜G2的透镜间隔D2和第1透镜G1的近轴焦距f1的，若脱离此数值范围，则很难抑制全长且确保出射光瞳距离，因此不作为优选。

条件式(3)是关于100％和50％的像高的光学失真的，若脱离此数值范围，则与监视器失真的平衡不好，形成失真显著的像，因此不作为优选。

条件式(4)是关于第1透镜G1的面形状的，若脱离此数值范围，则很难进行倍率色差的矫正，因此不作为优选。条件式(5)是关于第2透镜G2的中心厚度da和外周部的厚度db的，若脱离此数值范围，则很难进行失真的矫正，同时第2透镜G2的制造性变差，因此不作为优选。

如此，根据本实施方式的单焦点镜头，通过采用2块这样极少的透镜块数、且有效地利用非球面，从而能获得与现有的用于带相机的便携电话等的一般3块构成的透镜同等程度的高光学性能。另外，还能实现比现有的极紧凑的透镜系统。

[实施例]

下面，关于本实施方式的单焦点镜头的具体数值实施例进行说明。以下，对第1及第2数值实施例(实施例1、2)进行概括说明。表1、表2表示与图1所示的单焦点镜头的构成相对应的具体透镜数据(实施例1)。还有，表3、表4表示与图2所示的单焦点镜头的构成相对应的具体透镜数据(实施例2)。表1及表3表示其实施例的透镜数据中的基本数据部分，表2及表4表示关于其实施例的透镜数据中非球面形状的数据部分。

[表1]

(*：非球面)(f＝3.94mm，FNO.＝4.0，2ω＝60.7°)

[表2]

[表3]

(*：非球面)(f＝4.08mm，FNO.＝4.0，2ω＝58.9°)

[表4]

各表中所示的透镜数据的面号码Si栏，关于各实施例的单焦点镜头，表示以光圈St作为第0号，以最靠物体侧的透镜要素的面作为第1号，随着向像侧(成像侧)依次增加这样赋予符号的第i(i＝0～6)面的面号。曲率半径Ri栏，与图1、图2中赋予的符号Ri相对应，表示从物体侧开始的第i面的曲率半径的值。关于面间隔Di栏，与图1、图2中赋予的符号相对应，表示从物体侧开始的第i面Si和第i+1面Si+1的光轴上的间隔。曲率半径Ri及面间隔Di的值的单位为毫米(mm)。Ndj、vdj栏分别表示包括玻璃罩CG在内、从物体侧开始的第j(j＝1～3)透镜要素的相对于d线(587.6nm)的折射率及阿贝数的值。还有，玻璃罩CG的两面的曲率半径R5、R6的值为0(零)，这表示为平面。另外，光圈St的曲率半径R0的值为0(零)，这表示为假想面。

表1及表3中，作为诸数据，还同时表示整个系统的近轴焦距f(mm)、F号码(FNO.)、视场角2ω(ω：半视场角)的值。还有，各实施例的单焦点镜头，具有相当于将摄像面用35mm薄膜换算表示时焦距f＝35mm的性能。

表1及表3的各透镜数据，附在面号码左侧的记号“＊”，表示其透镜面为非球面形状。各实施例均是第1透镜G1的两面S1、S2和第2透镜G2的两面S3、S4形成非球面形状。基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示光轴附近(近轴附近)的曲率半径的数值。

表2及表4的各非球面数据的数值，记号“E”表示接在其下的数值是以10为底的“幂指数”，表示其以10为底的指数函数所表示的数值与“E”前的数值相乘。例如若为“1.0E-02”，则表示“1.0×10^-2”。

各非球面数据，记下由以下式(A)表示的非球面形状的式的各系数A_i、K的值。更详细地说，Z表示从距光轴高h位置的非球面上的点向下至非球面顶点的接平面(与光轴垂直的平面)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)

A_i：第i次(i＝3～10)的非球面系数

各实施例均是：第1透镜G1的两面S1、S2的非球面形状，作为非球面系数，只有效利用偶数次的A₄、A₆、A₈、A₁₀表示。第2透镜G2的两面S3、S4的非球面形状，还有效利用奇数次的A₃、A₇、A₉表示。

另外，以下表5中，对上述条件式(1)～(5)涉及的值，关于各实施例概括表示。如表5所示，各实施例的值，在各条件式(1)～(5)的数值范围内。

[表5]

图5(A)～(D)表示实施例1的单焦点镜头的球面像差、像散、光学失真(歪曲像差)及倍率色差。各像差图，表示以d线为基准波长的像差，而球面像差图及倍率色差图，还表示关于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(sagittal)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的诸像差如图6(A)～(D)所示。

如以上的各数值数据及各像差图所表明的那样，关于各实施例，采用较少的透镜块数就能实现良好地矫正像差、极紧凑的透镜系统。

还有，本发明并不限定于上述各实施方式及各实施例，可以进行各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔及折射率的值等，并不限定于上述各数值实施例所示的值，也可以取其他值。

Claims (3)

1. 一种单焦点镜头，其特征在于：从物体侧起依次具备光圈、两面为非球面形状且物体侧的面为凸面形状的具有正放大率的弯月状的第1透镜、和两面为非球面且在近轴附近凸面朝向物体侧的具有正放大率的弯月状的第2透镜；

上述第2透镜，在物体侧的面的有效直径内，具有作为负放大率作用的部分；且其构成满足以下条件式(1)～(3)：

0.20＜R1/f≤0.372                       (1)

0.05＜D2/f1≤0.155                      (2)

0.3＜|(pa-pb)/pa|≤0.66                 (3)

其中：f为透镜系统整体的近轴焦距、f1为第1透镜的近轴焦距、D2为光轴上的第1透镜与第2透镜的透镜间隔、R1为第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半径、Pa为最大像高的光学失真、Pb为最大像高的50％像高的光学失真。

2. 根据权利要求1所述的单焦点镜头，其特征在于：其构成还满足以下条件式(4)、(5)：

0.70＜ΔZF/ΔZR≤0.90                 (4)

0.85＜db/da≤0.92                     (5)

其中：ΔZF为第1透镜的物体侧的面的最大有效光线高度(HF)处的光轴方向的形状位移量、ΔZR为第1透镜的像侧的面的最大有效光线高度(HR)处的光轴方向的形状位移量、da为第2透镜的中心厚度、db为第2透镜的外周部的厚度即第2透镜的物体侧的面的最大有效光线高度(H1)处和第2透镜的像侧的面的最大有效光线高度(H2)处之间的光轴方向的距离。

3. 根据权利要求1或2所述的单焦点镜头，其特征在于：上述第1透镜及上述第2透镜的透镜材料均为塑料材料。

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