CN100514112C - 摄像透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摄像透镜，该摄像透镜从物体侧起顺次具备：孔径光阑St、凸面朝向物体侧的正弯月形状的第一透镜G1、凹面朝向物体侧的正的或负的弯月形状的第二透镜G2、两面为非球面形状的正的或负的第三透镜G3，并且满足以下的条件：νd1＞50……(1)νd3＞50……(2)0.7＜f1/f＜1.0……(3)-0.9＜f2/{f3·(45-νd2)}＜0.4……(4)其中，νd1为第一透镜G1的阿贝数，νd2为第二透镜G2的阿贝数，νd3为第三透镜G3的阿贝数。f为全系统的焦距，f1为第一透镜G1的焦距，f2为第二透镜G2的焦距，f3为第三透镜G3的焦距。从而实现与高像素化相对应的高性能摄像透镜。

Description

摄像透镜
技术领域
本发明涉及在利用CCD(Charge Couple Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件的摄像机器中搭载的摄像透镜。
背景技术
近年来，CCD或CMOS等摄像元件正在推进其小型化及高像素化。为此，对摄像设备主体以及其上搭载的透镜也谋求小型且高性能。另外，为了与高像素的摄像元件的相对应，也谋求焦阑性即主光线朝向摄像元件的入射角度相对光轴接近平行(摄像面的入射角度相对摄像面的法线接近于零)。以往，作为附带摄像机的移动电话机等上搭载的摄像透镜公知有由3枚的透镜结构的摄像透镜。专利文献1记载有整体上由3枚的透镜结构并且在第一透镜和第二透镜之间配置了孔径光阑的所谓的中间光阑结构的摄像透镜。但是，在中间光阑结构的情况下，如果将透镜系统的全长缩短，则摄像面中的主光线的入射角度增大，而使焦阑性劣化。于是，为了确保焦阑性考虑将孔径光阑配置在最靠近物体侧。专利文献2～4中记载有将孔径光阑配置在最靠近物体侧的3枚结构的摄像透镜。在孔径光阑配置在最靠近物体侧的3枚结构的摄像透镜的情况下，关于第一透镜，像面侧的面为凸形状，尤其大多为双凸形状。
【专利文献1】特开2003—322792号公报
【专利文献2】特开2004—219807号公报
【专利文献3】特开2004—240063号公报
【专利文献4】特开2004—317743号公报
但是，对在3枚结构的摄像透镜中将孔径光阑配置在最靠近物体侧，虽然有利于全长缩短和焦阑性的确保，但是制造敏感度增高例如制造时如果透镜存在位置偏差则易于产生像面变动。尤其当第一透镜的形状为双凸形状时制造敏感度易于增高。另外，近年来，期待着适应高像素化而良好减轻色像差的摄像透镜的开发。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而作成的，其目的在于提供一种摄像透镜，其能够实现与高像素化相对应的小型且高性能的透镜系统。
本发明的摄像透镜，从物体侧起顺次具备：孔径光阑、凸面朝向物体侧的正弯月形状的第一透镜、凹面朝向物体侧的正的或负的弯月形状的第二透镜、两面为非球面形状的正的或负的第三透镜，并且满足以下的条件，
υd1>50……(1)
υd3>50……(2)
0.7<f1/f<1.0……(3)
—0.9<f2/{f3·(45—υd 2)}<0.4……(4)
其中，υd 1为第一透镜的阿贝数，υd 2为第二透镜的阿贝数，υd 3为第三透镜的阿贝数。f为全系统的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距。
对该摄像透镜而言，通过利用整体上3枚这样较少的透镜结构且将孔径光阑配置在最靠近物体侧，从而可获得有利于全长缩短和焦阑性的确保的透镜系统。并且，通过满足各条件式，可谋求透镜材料及各透镜的光焦度分配的最优化，从而可获得与高像素化相对应的小型且高性能的透镜系统。尤其，将第一透镜形成为凸面朝向物体侧的正的弯月形状，并且根据条件式(4)对第二透镜G2及第三透镜G3的光焦度和第二透镜G2的色散进行适当的控制，从而，不仅减轻色像差而且降低制造时位置偏差所引起的像面变动，由此可获得制造适宜性优异的透镜系统。
基于本发明的摄像透镜中，第二透镜及第三透镜优选为塑料透镜。为了利用3枚这样较少的透镜结构校正诸像差，第二透镜及第三透镜优选采用非球面透镜，此时塑料透镜的一方有利于非球面透镜的加工。
另外，本发明所涉及的摄像透镜中，第三透镜的像面侧之面优选在光轴附近为凹形状且在周边部为凸形状。由此，尤其有利于校正像场弯曲和确保焦阑性。
根据本发明的摄像透镜，具备：孔径光阑、将凸面朝向物体侧的正弯月形状的第一透镜、将凹面朝向物体侧的正的或负的弯月形状的第二透镜、两面为非球面形状的正的或负的第三透镜，并且通过满足规定的条件式而使透镜材料和各透镜的光焦度分配最优化，因此能够实现与高像素化相对应的小型且高性能的透镜系统。
附图说明
图1是与本发明的实施例1所涉及的摄像透镜对应的透镜剖面图。
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所涉及的摄像透镜对应的透镜剖面图。
图8是与本发明的实施例8所涉及的摄像透镜对应的透镜剖面图。
图9是与本发明的实施例9所涉及的摄像透镜对应的透镜剖面图。
图10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11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12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13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14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15是表示本发明的实施例6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16是表示本发明的实施例7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17是表示本发明的实施例8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18是表示本发明的实施例9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19是针对各实施例汇总表示与各条件式相关的值的图。
图20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21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22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23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24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25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26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27是表示本发明的实施例8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28是表示本发明的实施例9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：G1—第一透镜，G2—第二透镜，G3—第三透镜，St—孔径光阑，Ri—从物体侧起第i透镜面的曲率半径，Di—从物体侧起第i透镜面和第i+1透镜面之间的面间隔，Z1—光轴。
具体实施方式
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一结构例。该结构例对应于后述的第一数值实施例(图10(A)、图10(B))的透镜结构。图2～图9表示第二～第九的结构例。图2～图9的结构例对应于后述的第二～第九的数值实施例(图11(A)～图18(A)及图11(B)～图18(B))的透镜结构。图1～图9中，符号Ri表示，将最靠近物体侧的结构要素的面作为第1面且以朝向像侧(成像侧)顺次增加的方式赋予符号的第i面的曲率半径。符号Di表示第i面与第i+1面在光轴Z1上的面间隔。还有，各结构例基本结构皆相同，从而以下以图1所示的第一结构例为基本而进行说明。
该摄像透镜优选使用在利用CCD或CMOS等摄像元件的各种摄像设备、例如移动电话机、数字静物摄像机及数字摄像机等上。该摄像透镜沿光轴Z1从物体侧起顺次具备：第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3。将光学孔径光阑St配置在第一透镜G1的前侧，更详细而言配置在光轴上比第一透镜G1的像侧的面更靠近物体侧。
该摄像透镜的成像面Simg上配置有CCD等摄像元件。根据安装透镜的摄像机侧的结构，在第三透镜G3与摄像元件之间配置有各种光学部件GC。例如，配置有摄像面保护用的保护玻璃或红外线截止滤光器等平板状的光学部件。
第一透镜G1为将凸面朝向物体侧的正的弯月透镜。第二透镜G2为将凹面朝向物体侧的正的或负的弯月透镜。第三透镜G3为两面呈非球面形状的正透镜或负透镜。
优选为，第三透镜G3的物体侧的面在光轴附近呈凸形状且在周边部呈凹形状。另外，第三透镜G3的像面侧的面优选为在光轴附近呈凹形状且在周边部呈凸形状。还有，为了校正诸像差，第一透镜G1和第二透镜G2也优选为非球面透镜。尤其，为了由3枚这样较少的透镜结构校正诸像差，第二透镜G2及第三透镜G3的双方优选为非球面透镜。此时，由于塑料透镜有利于非球面透镜的加工，因此，优选为第二透镜G2及第三透镜G3为塑料透镜。
该摄像透镜满足以下条件。其中，υd 1为第一透镜G1的阿贝数，υd2为第二透镜G2的阿贝数，υd 3为第三透镜G3的阿贝数。f为全系统的焦距，f1为第一透镜G1的焦距，f2为第二透镜G2的焦距，f3为第三透镜G3的焦距。
υd1>50……(1)
υd3>50……(2)
0.7<f1/f<1.0……(3)
—0.9<f2/{f3·(45—υd 2)}<0.4……(4)
接着，对如以上那样而构成的摄像透镜的作用及效果进行说明。
在该摄像透镜中，通过利用整体上3枚这样较少的透镜结构且将孔径光阑St配置在最靠近物体侧，从而可获得有利于全长缩短和确保焦阑(テレセン)性的透镜系统。并且，通过满足各条件式，可谋求透镜材料及各透镜的光焦度(power)分配的最优化，从而可获得与高像素化相对应的小型且高性能的透镜系统。该摄像透镜中，通过将光学孔径光阑St保持在最靠近物体侧从而确保焦阑性，但是当孔径光阑St保持在前侧时，制造敏感度增高，例如制造时如果存在透镜的位置偏差则易于产生像面变动。该摄像透镜中，将第一透镜G1形成为将凸面朝向物体侧的正的弯月形状，并且通过条件式(4)对第二透镜G2及第三透镜G3的光焦度和第二透镜G2的色散进行适当的控制，从而，不仅减轻色像差而且降低由位置偏差所引起的像面变动，由此可获得制造适宜性优异的透镜系统。另外，该摄像透镜中，将最接近摄像面侧的第三透镜G3的非球面形状变化成在中心部和在周边部不同的形状，从而能在从像面的中心部至周边部的范围内良好地校正像场弯曲。另外，有利于确保焦阑性，并且在从像面的中心部至周边部的范围内光线相对于摄像元件面的入射角度接近垂直。
条件式(1)、(2)规定第一透镜G1及第三透镜G3的适当的透镜材料。如果低于条件式(1)、(2)的下限，则倍率色像差的均衡(balance)无法获得，从而不作为优选。条件式(3)规定位于最靠近物体侧的第一透镜G1的适当的光焦度。虽然若低于条件式(3)的下限则有利于全长缩短，但是由于无理由地硬将全长缩短，所以弧矢方向的像场弯曲和切向(タンジェンシヤル)方向的像场弯曲的均衡变得劣化。相反，当超过上限时色像差变得良好，但是全长增长，也不作为优选。
条件式(4)规定第二透镜G2的光焦度(1/f2)及第三透镜G3的光焦度(1/f3)和第二透镜G2的分散之间的适当的均衡，有助于透镜系统整体的色像差减轻。如果偏离条件式(4)的上限及下限则会失去轴上及倍率色像差的均衡。为了减轻整体的色像差，第二透镜G2和第三透镜G3的光焦度均衡较为重要，此时，优选为，对第二透镜G2使用阿贝数较小的材料时第二透镜G2的光焦度减弱，相反地在第二透镜G2的阿贝数υd2较大时第二透镜G2的光焦度增强。通过满足条件式(4)，将阿贝数υd2的值以45为边界，从而可适当控制第二透镜G2的光焦度和第三透镜G3的光焦度。
如以上所说明的那样，根据本实施方式所涉及的摄像透镜，由于利用整体上3枚这样较少的透镜结构且将孔径光阑St配置在最靠近物体侧，并且通过满足规定的条件式而使透镜材料和各透镜的光焦度分配最优化，因此能够实现与高像素化相对应的小型且高性能的透镜系统。
〔实施例〕
接着，对本实施方式相关的摄像透镜的具体数值实施例进行说明。以下，对第一～第九的数值实施例进行统一说明。
图10(A)、图10(B)表示实施例1相关的摄像透镜的数值数据。尤其，图10(A)表示其基本的透镜数据，图10(B)表示非球面相关的数据。在图10(A)所示的透镜数据中的面序号Si栏表示，将最靠近物体侧的构成要素的面设为第1面并以朝向像侧(成像侧)顺次增加的方式赋予符号的第i面(i＝1～9)的面序号。曲率半径Ri栏对应图1中赋予的符号Ri，表示自物体侧起第i面的曲率半径之值(mm)。面间隔Di栏同样表示自物体侧起第i面Si与第i+1面Si+1在光轴上的间隔(mm)。Ndi表示相邻的透镜面间的相对于d线(波长587.6nm)的折射率之值。υdj一栏表示从物体侧起第j号(j＝1～4)的光学要素相对于d线的阿贝数。
实施例1相关的摄像透镜，其第一透镜G1、第二透镜G2及第三透镜G3的两面全部为非球面形状。图10(A)的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的曲率半径的数值。图10(B)中作为非球面数据所示的数值中，记号“E”表示其后所接续的数据是以10为底的“幂指数”，表示由以10为底的指数函数表示的数值与“E”前的数值相乘。例如，如果为“1.0E—02”，则表示“1.0×10-2”。
作为非球面数据，表记为由以下的式(A)表示的非球面形状的式的各系数Bi、KA之值。更详细而言，Z表示从离开光轴高度h的位置的非球面上的点向非球面的顶点的切平面(与光轴Z1垂直的平面)所引垂线的长度(mm)。实施例1相关的摄像透镜中，作为非球面系数Bi有效利用第3次～第10次的系数B3～B10来表示各非球面。
Z＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑Bi·hi……(A)
(i＝3～10)
其中，
Z：非球面的深度(mm)，
h：从光轴至透镜面为止的距离(高度)(mm)，
KA：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)，
Bi：第i次的非球面系数。
与以上的实施例1所涉及的摄像透镜同样，图11(A)～图18(A)表示实施例2～实施例9所涉及的摄像透镜的基本透镜数据。另外同样，图11(B)～图18(B)表示与实施例2～实施例9所涉及的摄像透镜的非球面相关的数据。还有，实施例2～实施例9相关的摄像透镜均与实施例1同样，第一透镜G1、第二透镜G2及第三透镜G3的两面全部为非球面形状。
图19表示与上述各条件式相关的值。还有，图19中，f表示全系统的近轴焦距(mm)。f1、f2、f3分别表示第一透镜G1、第二透镜G2及第三透镜G3的近轴焦距(mm)。从图19可知，各实施例的值位于各条件式的数值范围内。
图20(A)～图20(C)分别表示实施例1所涉及的摄像透镜的球差、像散(像场弯曲)及畸变(distortion)。各像差图中，以d线为基准波长，也表示针对C线(波长656.27nm)及F线(波长486.13nm)的像差。在像散图中，S表示弧矢方向的像差、T为切向方向的像差。ω表示半视场角。还有，图20(A)中纵方向表示入射光瞳直径(mm)。
同样，图21(A)～图21(C)表示实施例2所涉及的摄像透镜有关的诸像差，图22(A)～图22(C)表示实施例3所涉及的摄像透镜有关的诸像差，图23(A)～图23(C)表示实施例4所涉及的摄像透镜有关的诸像差，图24(A)～图24(C)表示实施例5所涉及的摄像透镜有关的诸像差，图25(A)～图25(C)表示实施例6所涉及的摄像透镜有关的诸像差，图26(A)～图26(C)表示实施例7所涉及的摄像透镜有关的诸像差，图27(A)～图27(C)表示实施例8所涉及的摄像透镜有关的诸像差，图28(A)～图28(C)表示实施例9所涉及的摄像透镜有关的诸像差。
如从以上的各数值数据及各像差图所明了的那样，对于各实施例，利用整体3枚的透镜结构，可使透镜材料、透镜的面形状及各透镜的光焦度分配最优化，并且能够实现小型且高性能的摄像透镜系统。
还有，本发明并非限定于上述实施方式及各实施例，可进行各种各样的变形实施。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔及折射率之值等，并非限定于上述各数值实施例所示之值，也可取其他的值。

Claims (3)

1、一种摄像透镜，
从物体侧起顺次具备：孔径光阑；将凸面朝向物体侧的正的弯月形状的第一透镜；将凹面朝向物体侧的正的或负的弯月形状的第二透镜；两面为非球面形状的正的或负的第三透镜，
并且满足以下的条件，
vd1>50……(1)
vd3>50……(2)
0.7<f1/f<1.0……(3)
—0.9<f2/{f3·(45—vd2)}<0.4……(4)
其中，
vd1：第一透镜的阿贝数，
vd2：第二透镜的阿贝数，
vd3：第三透镜的阿贝数，
f：全系统的焦距，
f1：第一透镜的焦距，
f2：第二透镜的焦距，
f3：第三透镜的焦距。
2、根据权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
上述第二透镜及上述第三透镜为塑料透镜。
3、根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，
上述第三透镜的像面侧之面，在光轴附近为凹形状且在周边部为凸形状。
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