CN100470292C - 摄像透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种摄像透镜，其中，从物体侧顺次备有：第1透镜(G1)，其具有正的折射能力；第2透镜(G2)，其为将凹面向着物体侧，并具有负的折射能力；第3透镜(G3)，其光轴近旁的形状为将凸面向着物体侧的正的弯月形状，并满足以下条件式：0.7＜f1/f＜1.3 ……(1)；0.2＜D2/f＜0.6 ……(2)；0.3＜|f2/f|＜0.8 ……(3)；0.5＜f3/f＜0.8 ……(4)；其中，F是全系统的焦距，f1是第1透镜(G1)的焦距，f2是第2透镜(G2)的焦距，f3是第3透镜(G3)的焦距，D2是光轴上的第1透镜(G1)和第2透镜(G2)的间隔。从而，提供一种小型且高性能的摄像透镜，其能够在维持与高像素化相对应的高像差性能的同时，充分确保用于配置快门机构的内部空间。

Description

摄像透镜
技术领域
本发明涉及一种载置于例如数字静物摄像机、附带摄像机的便携式电话、以及信息携带终端(PDA：个人数字助理)等使用CCD(Charged CoupledDevice)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件的摄像机器中的摄像透镜。
背景技术
CCD和CMOS等摄像元件近年来正向非常小型化和高像素化进展。为此，对摄像机主体，乃至其所载置的透镜，也要求小型且高性能。为了实现小型化，而需要将全长缩短化和小直径化(与光轴垂直的径向方向的小型化)。另外，通常在摄像光学系统中，除了小型化外，还要求远心性即面向摄像元件的主光线的入射角度相对于光轴近似于平行(摄像面中的入射角度相对于摄像面的法线近似为零)。为了确保远心性，将光学孔径光阑尽可能配置于靠近物体侧是较为有利的。在专利文献1中，公开了作为整体具有3枚透镜，并将光学孔径光阑配置于最靠近物体侧的结构的摄像透镜。另外，在专利文献2中，公开了作为整体具有3枚结构，并在第1透镜和第2透镜之间配置光学孔径光阑的结构的摄像透镜。
〔专利文献1〕特开2005—292235号公报
〔专利文献2〕特开2004—302058号公报
然而，在静止像摄影用的摄像装置中，随着摄像元件的高像素化的进展，为了寻求摄像元件中的信号噪声的降低而需要设置机械式快门。在设置快门的情况下，为了减少光量不均，接近于光学孔径光阑而配置是较为有利的。另一方面，在3枚结构的摄像透镜中，为了如上述那样确保远心性，而尽可能在物体侧，例如第1透镜的前或后配置光学孔径光阑是较为有利的。然而，若将快门机构配置于第1透镜之前而最靠近物体侧，则在小型化方面较为不利。因此，考虑将快门机构配置于透镜系统内部而在第1透镜和第2透镜之间。为此，希望开发一种透镜，其在3枚结构的摄像透镜中，在为了配置快门机构而在第1透镜和第2透镜之间充分地确保空气间隔的同时，具有与高像素化相对应的高像差性能。专利文献1的实施例3中，虽然较宽地确保第1透镜和第2透镜的间隔，而成为有利于快门机构配置的结构，但是希望开发一种比此更有利于快门机构的配置且具有高像差性能的透镜。
发明内容
本发明针对所涉及的问题点而提出，其目的为提供一种小型且高性能的摄像透镜，其在维持与高像素化相对应的高像差性能的同时，充分确保了用于配置快门机构的内部间隔。
基于本发明的摄像透镜，从物体侧顺次备有：第1透镜，其具有正的折射能力；第2透镜，其为将凹面向着物体侧，并具有负的折射能力；第3透镜，其光轴近旁的形状为将凸面向着物体侧的正的弯月形状，第1透镜、第2透镜和第3透镜的中的至少一个透镜的至少一面为非球面，并满足以下条件式：
0.7<f1/f<1.3       ……(1)
0.2<D2/f<0.6       ……(2)
0.3<|f2/f|<0.8     ……(3)
0.5<f3/f<0.8       ……(4)
其中，f是全系统的焦距，f1是第1透镜的焦距，f2是第2透镜的焦距，f3是第3透镜的焦距，D2是光轴上的第1透镜和第2透镜的间隔。
在基于本发明的摄像透镜中，作为整体具有以三枚这样的较少构成，使各透镜的形状和折射能力为适当的值，从而寻求小型化。另外，通过满足条件式(2)，较宽地确保了第1透镜和第2透镜的间隔，有利于开门机构的配置。另外，通过满足条件式(1)、条件式(3)和条件式(4)，能够将各透镜的光学能力分配最佳化，并保持与高性能相对应的高像差性能。
在基于本发明的摄像透镜中，优选为还满足下述条件式：
20<υ1—υ2    ……(5)
式中，υ1为第1透镜的阿贝数，υ2为第2透镜的阿贝数。
另外，在基于本发明的摄像透镜中，优选为，第1透镜的物体侧的面在光轴近旁是凸形状，第2透镜在光轴近旁是双凹形状。或者，优选为，第1透镜的物体侧的面，在光轴近旁是凸形状，第2透镜在光轴近旁是弯月形状。由此，易于满足各条件式，并易于寻求高性能化。
按照本发明的摄像透镜，作为整体以3枚这样的较少透镜结构满足规定的条件式，从而寻求了各透镜的形状、折射能力乃至各透镜的配置的最佳化，因此能够实现一种小型且高性能的摄像透镜，其能够在维持与高像素化相对应的高像差性能的同时，充分确保用于配置快门机构的内部空间。
附图说明
图1是与本发明的实施例1所涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图2是与本发明的实施例2所涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图3是与本发明的实施例3所涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图4是与本发明的实施例4所涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图5是与本发明的实施例5所涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图6是与本发明的实施例6所涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图7是与本发明的实施例7所涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图8是表示本发明的实施例1所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示与非球面相关的透镜数据。
图9是表示本发明的实施例2所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示与非球面相关的透镜数据。
图10是表示本发明的实施例3所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示与非球面相关的透镜数据。
图11是表示本发明的实施例4所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示与非球面相关的透镜数据。
图12是表示本发明的实施例5所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示与非球面相关的透镜数据。
图13是表示本发明的实施例6所涉及的摄像透镜的基本的透镜数据的图。
图14是表示与本发明的实施例6所涉及的摄像透镜的非球面相关的透镜数据的图。
图15是表示本发明的实施例7所涉及的摄像透镜的基本的透镜数据的图。
图16是表示与本发明的实施例7所涉及的摄像透镜的非球面相关的透镜数据的图。
图17是对于各实施例汇总表示与条件式相关的值的图。
图18是表示本发明的实施例1所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图19是表示本发明的实施例2所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图20是表示本发明的实施例3所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图21是表示本发明的实施例4所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图22是表示本发明的实施例5所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图23是表示本发明的实施例6所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图24是表示本发明的实施例7所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图中：10—快门，G1—第1透镜，G2—第2透镜，G3—第3透镜，St—孔径光阑，Ri—从物体侧起第i号透镜面的曲率半径，Di—从物体侧起第i号透镜面和第i+1号透镜面的面间隔，Z1—光轴。
实施方式
以下，参照附图详细地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所涉及的摄像透镜的第1构成例。该构成例与后述的第1数值实施例(图8(A)、图8(B))的透镜构成相对应。图2表示第2构成例。该构成例与后述的第2数值实施例(图9(A)、图9(B))的透镜构成相对应。图3表示第3构成例。该构成例与后述的第3数值实施例(图10(A)、图10(B))的透镜构成相对应。图4表示第4构成例。该构成例与后述的第4数值实施例(图11(A)、图11(B))的透镜构成相对应。图5表示第5构成例。该构成例与后述的第5数值实施例(图12(A)、图12(B))的透镜构成相对应。图6表示第6构成例。该构成例与后述的第6数值实施例(图13、图14)的透镜构成相对应。图7表示第7构成例。该构成例与后述的第7数值实施例(图15、图16)的透镜构成相对应。在图1～图7中，符号Ri表示，将最靠近物体侧的构成要素的面作为第1号并以随着面向像侧(成像侧)而顺次增加的方式附加符号的第i号面的面的曲率半径。符号Di，表示第i号面和第i+1号面的曲率半径。符号Di，表示第i号面和第i+1号面的光轴Z1上的面间隔。另外，对于各构成例基本的构成均相同，因此在以下中将图1所示的第1构成例作为基本而说明。
该摄像透镜，在使用CCD和CMOS等摄像透镜的各种摄像机器，例如数字静物摄像机、附有摄像机(camera)的便携式电话、以及便携式信息终端等中使用较为合适。该摄像透镜，沿光轴Z1从物体侧起顺次备有：第1透镜G1、第2透镜G2、第3透镜G3。第1透镜G1、第2透镜G2和第3透镜G3中的至少一个面为非球面。
优选为，为了确保远心(テレセントリツク)性而尽可能将将光学孔径光阑St配置于物体侧。在图1～图3、以及图5～图7的构成例中，将孔径光阑St配置第1透镜G1的的前侧、透镜系的最靠近物体侧。在图4的构成例中，在第1透镜G1的后侧配置孔径光阑St。快门(shutter)10，配置于第1透镜G1和第2透镜G2之间。
在该摄像透镜的成像面Simg上，配置CCD等摄像元件。在第3透镜G3和摄像元件之间，根据安装透镜的摄像机侧的结构，配置各种光学构件GC。例如，配置摄像面保护用的封罩玻璃和红外线截止滤光器等平板状的光学构件。
第1透镜G1具有正的折射能力。第1透镜G1的物体侧的面在光轴近旁为凸形状。在图1～图3和图5～图7的构成例中，第1透镜G1在光轴近旁的形状为将凸面向着物体侧的正的弯月形状。在图4的构成例中，第1透镜G1的光轴近旁的形状为双凸形状。
第2透镜G2为将凹面向着物体侧，并具有负的折射能力。优选为，第2透镜G2在光轴近旁为双凹形状。或者，如图6和图7那样，优选为在光轴近旁为弯月形状。优选为，第2透镜G2的像侧的面在光轴近旁为凹形状，在周边部为凸形状。由此，易于满足后述的条件式(3)的数值范围。
第3透镜G3，成为在光轴近旁的形状为将凸面向着物体侧的正的弯月形状。第3透镜G3，是被配置于最靠近摄像面侧的透镜。为此，在第3透镜G3中，与第1透镜G1和第2透镜G2相比，对于各视场角光束被分离。因此，在第3透镜G3中，通过适当使用非球面易于对各视场角的每个进行像差校正，并易于进行像场弯曲和畸变像差的校正。另外，易于远心性的确保。在图1～图3和图5～图7的构成例中，在光轴近旁使第3透镜G3的像侧的面为凹形状在周边部为凸形状。
该摄像透镜，满足以下条件。其中，f是全系统的焦距，f1是第1透镜G1的焦距，f2是第2透镜G2的焦距，f3是第3透镜G3的焦距，D2是光轴Z1上的第1透镜G1和第2透镜G2的间隔。
0.7<f1/f<1.3     ……(1)
0.2<D2/f<0.6     ……(2)
0.3<|f2/f|<0.8   ……(3)
0.5<f3/f<0.8     ……(4)
该摄像透镜中，优选为满足下述条件式。式中，υ1为第1透镜G1的阿贝数，υ2为第2透镜G2的阿贝数。
20<υ1—υ2        ……(5)
接下来，说明按照上述那样构成的摄像透镜的作用和效果。
在该摄像透镜中，通过作为整体为3枚这样的透镜结构并在第1透镜的前侧或后侧配置孔径光阑St，由此能够实现有利于全长缩短和远心性的确保的透镜系统。并且，通过满足各条件式，能够在寻求各透镜的折射能力乃至各透镜的配置的最佳化，维持与高像素化对应的高像差性能的同时，充分确保用于配置快门机构的内部间隔。并且，在该摄像透镜中，通过将各面的非球面最佳化，能够进行更有效的像差校正。为了与高像素的摄像元件相对应，而需要远心性即主光线向摄像元件的入射角度相对于光轴接近于平行(摄像面中的入射角度相对于摄像面的法线接近于零)。在该摄像透镜中，如图1～图3以及图5～图7的构成那样，例如将作为最靠近摄像元件的最终透镜面的第3透镜G3的像侧的面设计为如下形状：即在光轴近旁在像侧为凹形状而在周边部在像侧为凸形状，由此能够适当地对各视场角的每个进行像差校正，并能够将光束向摄像元件的入射角度控制为一定的角度以下。由此，能够减轻成像面全区域中的光量不均，并有利于像场弯曲和基本像差的校正。
条件式(1)是关于第1透镜G1的焦距f1的条件式，若超过该数值范围，则第1透镜G1的光学能力变得过小，全长的缩短化较为困难。另外，若低于该数值范围，像场弯曲和像散的校正较为困难，并且出射光瞳角度变得过大，而并不优选。
条件式(2)是关于第1透镜G1和第2透镜G2间的间隔D2与全体焦距f的条件式，若超过该数值范围，则全长的缩短化较为困难。另外，若低于该数值范围，则不能够充分确保第1透镜G1和第2透镜G2的间隔D2，而难于配置快门机构，因此并不优选。
条件式(3)是关于第2透镜G2的焦距f2的条件式，若超过该数值范围，则第2透镜G2的光学能力变得过小，全长的缩短化较为困难。另外，若低于该数值范围，则像场弯曲和像散等的校正较为困难，因此并不优选。条件式(4)与第3透镜G3的焦距f3相关，无论在上下偏离该数值范围，则与第2透镜的光学能力平衡将会失调，难于在较短地保证全长的情况下对诸像差进行校正，因此并不优选。条件式(5)，是与第1透镜G1和第2透镜G2的阿贝数相关的条件式，若低于该数值范围，则难于进行充分的色像差校正，因此并不优选。
如以上所说明的那样，按照本实施方式所涉及的摄像透镜，作为整体以3枚这样的较少透镜结构满足规定的条件式，从而寻求了各透镜的形状、折射能力乃至各透镜的配置的最佳化，因此能够实现一种小型且高性能的摄像透镜，其能够在维持与高像素化相对应的高像差性能的同时，充分确保用于配置快门机构的内部空间。
〔实施例〕
接下来，对本实施方式所涉及的摄像透镜的具体的数值实施例进行说明。以下，汇总对第1～第7数值实施例进行说明。
将与图1所示的摄像透镜的构成相对应的具体的透镜数据作为实施例1，而在图8(A)、图8(B)中示出。特别是，在图8(A)中示出了其基本的透镜数据，在图8(B)中示出了与非球面相关的数据。在图8(A)所示的透镜数据中的透镜数据中的面编号Si一栏中，示出了将最靠近物体侧的结构要素的面作为第一号并随着面向像侧顺次增加而附加符号的第i号(i＝1～8)面的编号。在曲率半径Ri一栏，示出了与图1中附加的符号Ri相对应地从物体侧数第i号面的曲率半径的值(mm)。对于面间隔Di一栏，同样地表示从物体侧数第i号面Si和第i+1号面Si+1在光轴上的间隔(mm)。Ndj，表示从物体侧起第j(j＝1～4)号的光学要素相对于d线(波长587.6nm)的折射率的值。υdj一栏，表示从物体侧起第j号(j＝1～6)光学要素相对于d线(波长587.6nm)的阿贝数的值。图8(A)中，另外，作为诸数据，示出了整个系统的近轴焦距f(mm)以及F号码(FNO.)的值。
实施例1所涉及的摄像透镜中，第1透镜G1、第2透镜G2和第2透镜G3两面均为非球面形状。在图8(A)的基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，示出了光轴近旁的曲率半径的数值。在图8(B)中作为非球面数据而示出的数值中，记号“E”，表示紧接着它的数据是以10为底的“幂指数”，表示将由该以10为底的指数函数所表示的数值乘以“E”前的数值。例如，如果是“1.0E—02”，则表示“1.0×10-2”。
作为非球面数据，表示以下的式(A)所表示的非球面形状的式子中的各系数An、K的值。更详细地说，Z表示从位于离开光轴Z1高度h的位置的非球面上点向非球面的顶点的切平面(垂直于光轴Z1的平面)所画的垂线的长度(mm)。实施例1所涉及摄像透镜中，各非球面作为非球面系数An有效地使用第3次～第10次的系数A3～A10而表示。
Z＝C·h2/{1+(1-K·C2·h2)1/2}+∑An·hn    ……(A)
(i＝3以上的整数)
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(第2次的非球面系数)；
C：近轴曲率＝1/R；
(R：近轴曲率半径)；
An：第n次的非球面系数。
与上述的实施例1所涉及的摄像透镜同样，将与图2中示出的摄像透镜的结构相对应的具体的透镜数据作为实施例2，在图9(A)、图9(B)中示出。另外，同样将与图3中示出的摄像透镜的结构相对应的具体的透镜数据作为实施例3在图10(A)、图10(B)中示出。并且，同样将与图4中示出的摄像透镜的结构相对应的具体的透镜数据作为实施例4，而在图11(A)、图11(B)中示出。并且，同样将与图5中示出的摄像透镜的结构相对应的具体的透镜数据作为实施例5，而在图12(A)、图12(B)中示出。并且，同样将与图6中示出的摄像透镜的结构相对应的具体的透镜数据作为实施例6，而在图13、图14中示出。并且，同样将与图7中示出的摄像透镜的结构相对应的具体的透镜数据作为实施例7，而在图15、图16中示出。另外，对于实施例2～实施例7所涉及的摄像透镜的其中之一，与实施例1同样，第1透镜G1、第2透镜G2、第3透镜G3的两面均为非球面形状。其中，关于实施例6的摄像透镜的非球面系数，第1面和第2面使用第3次～第10次的系数A3～A10而表示，第3面～第6面使用第3次～第16次的系数A3～A16而表示。对于实施例7，第1面～第5面使用与实施例6同样的系数而表示，第6面有效地使用第3次～第20次的系数A3～A20而表示。
在图17中，对于各实施例汇总表示与上述的各条件式相关的值。如从图17可以明了那样，各实施例的值位于各条件式的数值范围内。
图18(A)～18(C)分别表示实施例1所涉及的摄像透镜中的球面像差、像散(像场弯曲)、以及畸变(歪曲像差)。在各像差图中，示出了以d线为基准波长的像差。在球面像差图中，也示出了g线(波长435.8nm)和C线(波长656.3nm)的像差。在像散图中，实线表示弧矢(サジタル)方向的像差，F表示切向方向的像差。FNO.表示F值，ω表示半视角。
同样，图19(A)～19(C)示出了关于实施例2所涉及的摄像透镜的诸像差，图20(A)～20(C)示出了关于实施例3所涉及的摄像透镜的诸像差，图21(A)～21(C)示出了关于实施例4所涉及的摄像透镜的诸像差，图22(A)～22(C)示出了关于实施例5所涉及的摄像透镜的诸像差，图23(A)～23(C)示出了关于实施例6所涉及的摄像透镜的诸像差，图24(A)～24(C)示出了关于实施例7所涉及的摄像透镜的诸像差。
如从以上各数值数据和各像差图所明了的那样，对于各实施例，能够得到一种小型且高性能的摄像透镜系统，其作为整体以3枚透镜结构，使得透镜材料、透镜的面形状以及各透镜的光学能力分配最佳化，且充分确保用于配置快门机构的内部间隔。
另外，本发明，不限于上述实施方式和各实施例，各种变形的实施例也是可能的。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔、以及折射率的值等，不限于由上述各数值实施例所示出的值，可以采用其他的值。

Claims (4)

1、一种摄像透镜，其特征在于，
从物体侧顺次备有：
第1透镜，其具有正的折射能力；
第2透镜，其为将凹面向着物体侧，并具有负的折射能力；
第3透镜，其光轴近旁的形状为将凸面向着物体侧的正的弯月形状，
所述第1透镜、所述第2透镜和所述第3透镜的中的至少一个透镜的至少一面为非球面，并满足以下条件式：
7<f1/f<1.3   ……(1)
2<D2/f<0.6   ……(2)
3<|f2/f|<0.8 ……(3)
5<f3/f<0.8   ……(4)
其中，
f：全系统的焦距，
f1：第1透镜的焦距，
f2：第2透镜的焦距，
f3：第3透镜的焦距，
D2：光轴上的第1透镜和第2透镜的间隔。
2、根据权利要求1所述的摄像透镜，特征在于，
还满足下述条件式：
20<υ1—υ2     ……(5)
式中，υ1为第1透镜的阿贝数，υ2为第2透镜的阿贝数。
3、根据权利要求1或2所述的摄像透镜，特征在于，
所述第1透镜的物体侧的面在光轴近旁是凸形状，所述第2透镜在光轴近旁是双凹形状。
4、根据权利要求1或2所述的摄像透镜，特征在于，
所述第1透镜的物体侧的面在光轴近旁是凸形状，所述第2透镜在光轴近旁是弯月形状。
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