CN100422785C - 摄像透镜 - Google Patents

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CN100422785C CNB2006100999976A CN200610099997A CN100422785C CN 100422785 C CN100422785 C CN 100422785C CN B2006100999976 A CNB2006100999976 A CN B2006100999976A CN 200610099997 A CN200610099997 A CN 200610099997A CN 100422785 C CN100422785 C CN 100422785C
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Abstract

一种摄像透镜，从物体侧依次排列由正透镜构成的第一透镜、由凹面朝向像侧的负透镜构成的第二透镜、由凹面朝向物体侧的两面非球面的正透镜构成的第三透镜、以及由在两面非球面的光轴附近朝向物体侧凸的弯月透镜构成的第四透镜而构成。又，满足以下的条件式(1)～(6)，0.3＜|f1/f2|＜0.8(1)、νdG1-νdG2＞25(2)、|A1|＜1.5×10-5(3)、|A2|＜1.5×10-5(4)、|A3|＞1.5×10-5(5)、|A4|＞1.5×10-5(6)，其中，f1是第一透镜的焦点距离，f2是第二透镜的焦点距离，νdG1是第一透镜的阿贝数，νdG2是第二透镜的阿贝数，A1～A4分别是第一至第四透镜的线膨胀系数。

Description

摄像透镜
技术领域
本发明涉及由比较少的透镜片数构成的紧凑的摄像透镜，特别是，涉及适用于PC或者便携式终端等的图像摄入用透镜中的摄像透镜。
背景技术
一直以来，作为使用于比较薄型的PC用Web照相机、便携式终端等的图像摄入用透镜单元，公知的有排列了3片塑料透镜这一结构的图像摄入用透镜单元。
例如，在下述专利文献1公开的摄像透镜中，虽由3片透镜构成，不过透镜系统的全长较短地构成，进而尤其在最靠近像侧配置有规定形状的两面非球面透镜，以此减小主光线相对于摄像面整个面的入射角，从而可以作为摄像元件进行应用。另外，以往在这种领域中使用单透镜结构的摄像透镜，不过通过专利文献1所述的技术，可以满足摄像元件的高清晰化、放大化的要求。
【专利文献1】特开2003-322792号公报
但是，在使全部3片透镜为塑料透镜的情况下，伴随着使用时的温度变化，在焦点位置产生偏差。为了克服这样的问题，可以考虑采用自动调焦的功能，不过难以在上述薄型的设备(便携式终端等)中采用自动调焦的功能。这是因为，产生透镜单元的空间增大、构造强度降低、作为照相机的机动性降低、制造成本增大的问题。又，因温度变化而导致的焦点位置的偏离可以通过使全部3片透镜为玻璃来解决，不过成本增大，从而不是优选的。
发明内容
本发明正是鉴于上述情况而作成的，其目的在于提供一种着眼于泛焦(pan focus)的摄像透镜，所述泛焦可以良好地修正以色像差为主的各像差，同时抑制伴随着温度变化而产生的焦点位置的变动，且使透镜全长紧凑。
本发明的第一摄像透镜，其特征在于，从物体侧依次排列由通过玻璃材料形成的正透镜构成的第一透镜、由凹面朝向像侧的通过玻璃材料形成的负透镜构成的第二透镜、由凹面朝向物体侧的通过两面非球面的塑料材料形成的正透镜构成的第三透镜、以及由通过两面非球面的塑料材料形成的在光轴附近朝向物体侧凸出的弯月透镜构成的第四透镜而构成，，且满足以下的条件式(1)～(6)：
0.3＜|f1/f2|＜0.8    (1)
vdG1-vdG2＞25        (2)
|A1|＜1.5×10-5      (3)
|A2|＜1.5×10-5      (4)
|A3|＞1.5×10-5      (5)
|A4|＞1.5×10-5      (6)
f1：所述第一透镜的焦点距离
f2：所述第二透镜的焦点距离
vdG1：所述第一透镜的阿贝数
vdG2：所述第二透镜的阿贝数
A1：所述第一透镜的线膨胀系数
A2：所述第二透镜的线膨胀系数
A3：所述第三透镜的线膨胀系数
A4：所述第四透镜的线膨胀系数。
又，本发明的第二摄像透镜，其特征在于，从物体侧依次排列由通过玻璃材料形成的正透镜构成的第一透镜、由凹面朝向像侧的通过玻璃材料形成的负透镜构成的第二透镜、由凹面朝向物体侧的通过两面非球面的塑料材料形成的正透镜构成的第三透镜、以及由通过两面非球面的塑料材料形成的在光轴附近朝向物体侧凸出的弯月透镜构成的第四透镜而构成，且满足以下的条件式(1)以及(2)：
0.3＜|f1/f2|＜0.8    (1)
vdG1-vdG2＞25        (2)
f1：所述第一透镜的焦点距离
f2：所述第二透镜的焦点距离
vdG1：所述第一透镜的阿贝数
vdG2：所述第二透镜的阿贝数。
又，优选上述第一透镜以及上述第二透镜的两面分别作成为球面。不过，在此所谓「球面」也包含平面。
又，上述非球面透镜的正、负表示在光轴附近的折射能力。
(发明的效果)
在本发明的第一摄像透镜中，通过将第一透镜的焦点距离和第二透镜的焦点距离的比控制在条件式(1)的范围内，可以缩短透镜系统的全长。又，第一透镜和第二透镜的阿贝数的差在条件式(2)中大于25，通过满足该条件，可以进行良好的色像差修正。又，通过由以条件式(3)、(4)所示的线膨胀系数比较小的材料形成物体侧的两片透镜，可以作成为能够对应于温度变化的焦点移动少的透镜系统。即，可以作为透镜系统全长短不过具备良好的温度特性的泛焦透镜而构成。
另一方面，在本发明的第二摄像透镜中，通过使用由玻璃形成的第一透镜和第二透镜，使用由塑料形成的第三透镜和第四透镜，并且满足条件式(1)、(2)，可以起到与上述第一摄像透镜同等的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施例一的摄像透镜的结构；
图2是表示实施例一的摄像透镜的对应于温度变化的焦点位置的偏离的图表；
图3是表示实施例一的摄像透镜的各像差(球面像差、像散、以及畸变)的像差图；
图4是表示本发明的实施例二的摄像透镜的结构的概略图；
图5是表示实施例二的摄像透镜的对应于温度变化的焦点位置的偏离的图表；
图6是表示实施例二的摄像透镜的各像差(球面像差、像散、以及畸变)的像差图；
图7是表示本发明的实施例三的摄像透镜的结构的概略图；
图8是表示实施例三的摄像透镜的对应于温度变化的焦点位置的偏离的图表；
图9是表示实施例三的摄像透镜的各像差(球面像差、像散、以及畸变)的像差图。
图中，L1～L4-透镜；X-光轴；P-成像位置；1-玻璃罩；2-光圈；3-摄像元件(摄像面)。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的具体实施方式。如图1所示的实施方式(代表性地表示实施方式一的摄像透镜)的摄像透镜是如下的摄像透镜；通过从物体侧依次排列有由正透镜构成的第一透镜L1、由凹面朝向像侧的负透镜构成的第二透镜L2、由凹面朝向物体侧的两面非球面的正的弯月透镜构成的第三透镜L3、以及由两面非球面的弯月透镜构成的第四透镜L4而构成，并使沿着光轴X入射的光束高效地会聚于摄像元件(摄像面)3的成像位置P。又，在第一透镜L1的像侧配置有光圈2，在第四透镜L4和摄像元件3之间配置有玻璃罩(cover glass)1。
另外，各透镜面的非球面形状由下述非球面式表示。
【公式1】
Z = Y 2 / R 1 + 1 - K × Y 2 / R 2 + Σ i = 3 10 B i Y i
其中，
Z：从距离光轴为Y的非球面上的点下划到非球面顶点的切平面(与光轴垂直的平面)的垂线的长度
Y：距离光轴的距离
R：非球面的光轴附近的曲率半径
K：离心率
Bi：非球面系数(i＝3～10)
又，本实施方式的摄像透镜满足以下的条件式(1)～(6)。
0.3＜|f1/f2|＜0.8    (1)
vdG1-vdG2＞25      (2)
|A1|＜1.5×10-5    (3)
|A2|＜1.5×10-5    (4)
|A3|＞1.5×10-5    (5)
|A4|＞1.5×10-5    (6)
其中，
f1：所述第一透镜的焦点距离
f2：所述第二透镜的焦点距离
vdG1：所述第一透镜的阿贝数
vdG2：所述第二透镜的阿贝数
A1：所述第一透镜的线膨胀系数
A2：所述第二透镜的线膨胀系数
A3：所述第三透镜的线膨胀系数
A4：所述第四透镜的线膨胀系数
接着，说明本实施方式的作用效果。
根据本实施方式的摄像透镜，主要是第一透镜L1以及第二透镜L2具有光会聚功能和色像差的修正功能，第二透镜L3以及第四透L4镜具有球面像差等其它像差修正功能。
在本实施方式的摄像透镜中，通过将第一透镜L1的焦点距离f1和第二透镜L2的焦点距离f2的比控制在条件式(1)的范围内，可以缩短透镜系统的全长。又，由条件式(2)可以知道，第一透镜L1和第二透镜L2的阿贝数的差超过25，通过满足该条件，可以进行良好的色像差修正。又，通过在上述专利文献1所示的3片塑料透镜中，只将物体侧的第一透镜L1改变为由以条件式(3)、(4)所示的线膨胀系数比较小的材料构成的2片透镜，可以作成为能够对应于温度变化的焦点移动少的透镜系统。即，在本实施方式的摄像透镜中，可以作为透镜系统全长短不过具备良好的温度特性的泛焦点透镜(pan focus lens)而构成。
另一方面，在本实施方式的摄像透镜中，通过使用由玻璃形成的第一透镜L1和第二透镜L2，并使用由塑料形成的第三透镜L3和第四透镜L4，可以使物体侧的2个透镜为线膨胀系数低的透镜，同时排除由玻璃透镜作成全部的透镜这一情况的弊端。即，作为相对温度变化而对焦点位置的变动产生较大的影响的透镜材料的特性，有折射率和线膨胀系数，不过若作为透镜材料而使用塑料，则通常在塑料材料时对应于温度的上升，折射率大幅地降低，并且线膨胀系数(体膨胀系数)大幅地增加，所以都起到增大距焦点位置的距离的作用。因此，通过由折射率以及线膨胀系数的温度变化小的玻璃材料形成位于物体侧并且主要担负光会聚功能的、第一透镜L1和第二透镜L2，大幅地降低焦点位置的变动。
除此之外，通过满足条件时(1)、(2)，关于透镜系统的全长和色像差修正，可以起到与上述第一摄像透镜同等的效果。
以下，说明针对上述各条件式(1)～(6)的技术意义。
上述条件式(1)规定了将第一透镜L1和第二透镜L2的焦点距离的比控制在0.3～0.8这一情况，以此可以缩短透镜系统的全长。即，若超过该上限，则第一透镜L1和第二透镜L2的合成功率变小，透镜系统的全长变长。另一方面，若超过下限，则变得难以进行充分的色像差修正。
上述条件式(2)规定了第一透镜L1的阿贝数和第二透镜L2的阿贝数的差超过25这一情况，通过使第一透镜L1为低分散透镜，第二透镜L2为高分散透镜，可以良好地进行色像差修正。即，若超过下限，则红色域光过度地覆盖绿色域光，并且蓝色域光过度地变得在绿色域光之下，从而变得难以进行充分的色像差修正。
上述条件式(3)～(6)规定了第一透镜L1和第二透镜L2的线膨胀系数的上限(该条件式(3)、(4))以及第三透镜L3和第四透镜L4的线膨胀系数的下限(该条件式(5)、(6))。特别是，若超过上述(3)、(4)的上限，则焦点移动变大，变得不能够作为透镜系统而充分地发挥功能。
【实施例】
以下，使用具体的实施例，进而说明本发明的摄像透镜。
另外，以下的各实施例所示的数值是以整个系统的焦点距离为1.0mm而归一化得到的值。
<实施例一>
实施例一的摄像透镜的概略结构如图1所示。该摄像透镜从物体侧依次排列有由强曲率的面朝向物体侧的正的弯月透镜构成的第一透镜L1、光圈2、由弱曲率的面朝向物体侧的负的弯月透镜构成的第二透镜L2、由凹面朝向物体侧的两面非球面的正的弯月透镜构成的第三透镜L3、以及由两面非球面的弯月透镜构成的第四透镜L4。另外，第四透镜L4构成为在物体侧的面，在光轴附近具有正的曲率，在周边具有负的曲率，又构成为在像侧的面，虽然曲率变化的比率不同，不过也成为大致同样的曲率符号的变化。又，如本实施例以及下述实施例二的摄像透镜所述，通过作成为将光圈2配置于第一透镜L1和第二透镜L2之间这一中间光圈的结构，可以良好地修正像面弯曲。
该摄像透镜的各透镜面的曲率半径R(mm)、各透镜的中心厚度以及各透镜间的空气间隔(以下，将它们统称为轴上面间隔)D(mm)、各透镜的d线的折射率N以及阿贝数v的值如表1所示。另外，表中的数字表示从物体侧的顺序(第3面是光圈面、第12面是摄像面)。又，表2针对各非球面，表示上述非球面式所示的非球面的各常数K、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10的值。
【表1】
           面编号    R         D         Nd        vd
             1    0.5967    0.15526   1.754999    52.3
             2    3.5220    0.00494
STO(光圈)    3    ∞        0.05273
             4    1.7077    0.14773   1.922860    19.0
             5    0.8033    0.14826
             *6   -0.5427   0.14920   1.508692    56.0
             *7   -0.3636   0.05441
             *8   0.5036    0.16305   1.508692    56.0
             *9   0.3724    0.17405
             10   ∞        0.07458   1.516330    64.0
             11   ∞        0.15640
IMG(摄像面)  12   ∞
             *非球面
【表2】
面编号   K           B3          B4          B6             B9       B7            B8              B9          B10。
6  5.667×10-1   6.695×10-1   -5.055      1.853×10   -3.709×10   -4.941×102    1.216×103   6.840×103    -1.278×104
7  9.955×10-1   7.316×10-1   -3.739      4.445       2.715×10    1.202×10      -1.708×102  1.043×103    3.124×103
8  6.439×10-1   7.877×10-1   -1.819×10  1.272×10   7.734×10    -5.347×10     -2.253×102  1.578×102    1.369×102
9  -8.030×10-2  1.787         -3.231×10  6.636×10   -6.341×10   -1.270×102    1.940×102   1.423×102    -2.995×102
又，根据实施例一的摄像透镜，如表7所示，全部满足条件式(1)～(6)。又，透镜系统的全长作成为1.28mm。
图2表示实施例一的摄像透镜的对应于温度变化的焦点位置的偏离。在以前的塑料透镜(例如，如上述专利文献1所示的透镜，以下相同)中，对应于-20～60℃的温度变化，产生大约±0.05mm的焦点位置的偏离，不过在本实施例中，在该温度变化下，仅产生±0.01mm以内的焦点位置的偏离，从而是良好的。
图3是表示实施例一的摄像透镜的球面像差、像散、以及畸变的像差图。另外，像散图表示相对于径向(sagittal)像面以及切向(tangential)像面的像差。在这些像差图中，ω表示半视场角。如这些像差图明确所示，根据实施例一的摄像透镜，可以良好地修正各像差。
<实施例二>
实施例二的摄像透镜的概略结构如图4所示。该摄像透镜的结构也与实施例一的摄像透镜大致相同，在对应的附图的说明中，针对同一的要素标注同一的符号，省略重复的说明。不过，该摄像透镜，与实施例一相比构成为，第二透镜L2接近第一透镜L1，第三透镜L3接近第二透镜L2。
该摄像透镜的各透镜面的曲率半径R(mm)、各透镜的轴上面间隔D(mm)、各透镜的d线的折射率N以及阿贝数v的值如表3所示。另外，表中的数字表示从物体侧的顺序(第3面是光圈面、第12面是摄像面)。又，表4针对各非球面，表示上述非球面式所示的非球面的各常数K、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10的值。
【表3】
          面编号     R         D         Nd          vd
            1     0.5832     0.22660    1.758435    52.3
            2     ∞         0.00000
STO (光圈)  3     ∞         0.02520
            4     9.8082     0.14917    1.934282    19.0
            5     1.1196     0.07109
            *6    -0.4179    0.15933    1.510810    56.0
            *7    -0.3415    0.15731
            *8    0.5619     0.15175    1.510810    56.0
            *9    0.4274     0.16965
            10    ∞         0.08522    1.518249    64.0
            11    ∞         0.11983
IMG(摄像面) 12    ∞
            *非球面
【表4】
面编号 K               B3           B4          B5           B6           B7          B8           B9            B10
6     2.869         7.047×10-1   -5.459      2.053×10   -4.216×10  -5.762×102  5.710×103    1.545×104   -4.899×104
7     1.004         1.007         -7.736      1.227×10   4.586×10   2.506×10    -1.395×102   1.827×103   5.942×101
8     5.352×10-1   1.588         -2.056×10  1.301×10   8.945×10   -5.717×10   -2.622×102   1.915×102   1.150×102
9     -1.558        3.083         -3.557×10  9.699×10   -7.309×10  -1.484×102  2.352 ×102   1.729×102   -3.789×102
又，根据实施例二的摄像透镜，如表7所示，全部满足条件式(1)～(6)。又，透镜系统的全长作成为1.31mm。
图5表示实施例二的摄像透镜的对应于温度变化的焦点位置的偏离。与实施例一同样地，在以前的塑料透镜中，对应于-20～60℃的温度变化，产生大约±0.05mm的焦点位置的偏离，不过在本实施例中，在该温度变化下，仅产生±0.01mm以内的焦点位置的偏离，从而是良好的。
图6是表示实施例二的摄像透镜的球面像差、像散、以及畸变的像差图。另外，像散图表示相对对于径向像面以及切向像面的像差。在这些像差图中，ω表示半视场角。如这些像差图明确所示，根据实施例二的摄像透镜，可以良好地修正各像差。
<实施例三>
实施例三的摄像透镜的概略结构如图7所示。该摄像透镜的结构也与实施例一的摄像透镜大致相同，在对应的附图的说明中，针对同一的要素标注同一的符号，省略重复的说明。不过，在该摄像透镜中配置为，第一透镜L1和第二透镜L2接合，光圈2接触于第一透镜L1的物体侧的面。即，作成为前光圈的结构。
该摄像透镜的各透镜面的曲率半径R(mm)、各透镜的轴上面间隔D(mm)、各透镜的d线的折射率N以及阿贝数v的值如表5所示。另外，表中的数字表示从物体侧的顺序(第1面是光圈面以及第一透镜L1的物体侧的面、第10面是摄像面)。又，表6针对各非球面，表示上述非球面式所示的非球面的各常数K、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10的值。
【表5】
           面编号  R       D            Nd         vd
STO(光圈)    1    0.5764   0.28716    1.758435    52.3
             2    ∞       0.10652    1.934282    19.0
             3    1.1228   0.12319
             *4   -0.5131  0.18650    1.510810    56.0
             *5   -0.2948  0.04148
             *6   0.5621   0.13812    1.510810    56.0
             *7   0.3115   0.16718
             8    ∞       0.08398    1.518249    64.0
             9    ∞       0.19186
IMG(摄像面)  10   ∞
             *非球面
【表6】
面编号  K                B3        -B4            B5          B6             B7          B8              B9           B10
4      2.680          7.257×10-1  -5.704      2.177×10   -4.537×10   -6.292×102   3.569×103     -1.011×104   3.250×104
5      5.106×10-1    1.747        -5.922      9.169       7.959        -7.589×10    -2.333×102    2.084×103    2.451×103
6      -8.836×10-2   1.996        -2.258×10  1.495×10   9.958×10    -5.734×10    -2.847×102    2.173×102    1.122×102
7      1.790×10-1    1.300        -3.652×10  1.030×102  -7.890×10   -1.634×102   2.585×102     1.975×102    -4028×102
又，根据实施例三的摄像透镜，如表7所示，全部满足条件式(1)～(6)。又，透镜系统的全长作成为1.32mm。
图8表示实施例三的摄像透镜的对应于温度变化的焦点位置的偏离。在以前的塑料透镜中，对应于-20～60℃的温度变化，产生大约±0.05mm的焦点位置的偏离，不过在本实施例中，在该温度变化下，仅产生±0.005mm以内的焦点位置的偏离，从而在全部实施例中是最好的。
图9是表示实施例三的摄像透镜的球面像差、像散、以及畸变的像差图。另外，像散图表示对于径向像面以及切向像面的像差。在这些像差图中，ω表示半视场角。如这些像差图明确所示，根据实施例二的摄像透镜，可以良好地修正各像差。
【表7】
                实施例1      实施例2         实施例3
f1            0.9302288    0.7689704       0.7599297
f2            -1.7831481   -1.3640829      -1.2017591
f1/f2         -0.5216778   -0.5637270      -0.6323478
vdG1          52.3         52.3            52.3
vdG2          19.0         19.0            19.0
A1(×10-5)    0.58         0.58            0.58
A2(×10-5)    0.67         0.67            0.67
A3(×10-5)    6            6               6
A4(×10-5)    6            6               6

Claims (2)

1. 一种摄像透镜，其特征在于，从物体侧依次排列由通过玻璃材料形成的正透镜构成的第一透镜、由凹面朝向像侧的通过玻璃材料构成的负透镜构成的第二透镜、由凹面朝向物体侧的通过两面非球面的塑料材料形成的正透镜构成的第三透镜、以及由在两面非球面的塑料材料构成的在光轴附近朝向物体侧凸出的弯月透镜构成的第四透镜而构成，且满足以下的条件式(1)～(6)：
0.3＜|f1/f2|＜0.8(1)
vdG1-vdG2＞25   (2)
|A1|＜1.5×10-5(3)
|A2|＜1.5×10-5(4)
|A3|＞1.5×10-5(5)
|A4|＞1.5×10-5(6)
f1：所述第一透镜的焦点距离，
f2：所述第二透镜的焦点距离，
vdG1：所述第一透镜的阿贝数，
vdG2：所述第二透镜的阿贝数，
A1：所述第一透镜的线膨胀系数，
A2：所述第二透镜的线膨胀系数，
A3：所述第三透镜的线膨胀系数，
A4：所述第四透镜的线膨胀系数。
2. 如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，所述第一透镜以及所述第二透镜的两面分别作成为球面。
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