CN101021605A - 摄像透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种摄像透镜，其从物体侧顺次备有：物体侧的面为凸形状的正的第1透镜(G1)；将凹面面向像面侧的负的弯月形状的第2透镜(G2)；将凸面面向像面侧的正的弯月形状的第3透镜(G3)；两面为非球面形状且在光轴近旁像面侧的面为凹形状的正或负的第4透镜(G4)，关于第1和第2透镜(G1、G2)的阿贝数υd1、υd2，第1～第4透镜(G1、G2、G3、G4)的焦距f1、f2、f3、f4，并满足以下的条件：υd1＞50……(1)，υd2＜30……(2)，|f2/f1|＞1……(3)，0.5＜|f3/f4|＜1.5……(4)。从而能够实现与高像素化相对应的小型且高性能的摄像透镜。

Description

摄像透镜
技术领域
本发明涉及使用CCD(Charge Couple Device)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件的摄像机器上所搭载的摄像透镜。
背景技术
CCD和CMOS等摄像元件近年来正向非常小型化和高速化进展着。为此，在摄像机器主体以及搭载于此的透镜上也需要小型且高性能的器件。另外，为了与高像素的摄像元件相对应而寻求远心性(テレセントリック)即向摄像元件的入射角度相对于光轴接近于平行(相对于摄像元件的入射角度接近于垂直)。以往，搭载于例如附有摄像机的便携式电话的摄像透镜，大多由三枚的透镜构成，但是为了与高像素化对应，而存在透镜枚数进一步增加的倾向。在专利文献1中，记载了4枚结构的摄像透镜。在专利文献1中所记载的摄像透镜中，从物体侧起第二号配置的第2透镜，是物体侧的面为凹面形状的负透镜。
〔专利文献1〕特开平2005-208236号公报
然而，专利文献1所记载的摄像透镜，在色像差方面尚有改善的余地。另外，在4枚结构的摄像透镜中，为了确保远心性而考虑尽可能在物体侧配置孔径光阑，但是在这种情况下，假若如专利文献1所记载的摄像透镜那样在第2透镜的物体侧的面为凹面形状，则制造敏感度变高，若在例如制造时存在透镜的位置错位，则容易产生像面变动。
本发明是针对所涉及的问题点而提出的方案，其目的为提供一种摄像透镜，其能够与高像素化相对应的小型且高性能的透镜系统。
发明内容
基于本发明的摄像透镜，从物体侧顺次备有：物体侧的面为凸形状的正的第1透镜；将凹面向着像面侧的负的弯月形状的第2透镜；将凸面面向像面侧的正的弯月形状的第3透镜；两面为非球面形状、且在光轴近旁像面侧的面为凹形状的、正或负的第4透镜，并满足下述的条件式：
υd1＞50          ……  (1)
υd2＜30          ……  (2)
|f2/f1|＞1        ……  (3)
0.5＜|f3/f4|＜1.5 ……  (4)
其中，
υd1：第1透镜的阿贝数；υd2：第2透镜的阿贝数；f1：第1透镜的焦距；f2：第2透镜的焦距；f3：第3透镜的焦距；f4：第4透镜的焦距。
在基于本发明的摄像透镜中，由于作为整体为4枚透镜结构，且能够使透镜材料、透镜的面形状以及各透镜的光学能力分配的最佳化，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。特别是通过满足条件式(1)、(2)，能够得到轴上色像差和倍率色像差的校正效果。另外，通过满足条件式(3)、(4)，能够进行远心性的确保以及倍率和轴上色像差的校正，并有利于透镜系统整体的小型化。另外，通过将第2透镜设计为将凹向朝向像面侧的负的弯月形状，能够降低因制造时的位置错位而产生的像面变动，并能够得到制造适应性的优良。
在基于本发明的摄像透镜中，也可以在比第1透镜的像侧的面更靠近物体侧处备有孔径光阑。或者，也可以在第1透镜和第2透镜之间备有孔径光阑。通过将孔径光阑保持于比较靠前侧，有利于确保远心性。
另外，在基于本发明的摄像透镜中，优选为，第4透镜的像面侧的面在光轴近旁为凹形状，而在周边部为凸形状。由此，特别有利于像面弯曲的校正和远心性的确保。
按照本发明的摄像透镜，由于谋求从物体侧顺次备有：物体侧的面为凸形状的正的第1透镜；将凹面向着像面侧的负的弯月形状的第2透镜；将凸面向着像面侧的正的弯月形状的第3透镜；两面为非球面形状、且在光轴近旁像面侧的面为凹形状的、正或负的第4透镜，并将透镜材料和各透镜的光学能力分配的最佳化，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6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7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8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9是对于各实施例汇总表示与各条件式相关的值的图。
图10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11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12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13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。
图中：G1-第1透镜，G2-第2透镜，G3-第3透镜，G4-第4透镜，St-孔径光阑，Ri-从物体侧起第i个透镜面的曲率半径，Di-从物体侧起第i面和第i+1透镜面的面间隔，Z1-光轴。
实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
图1表示本发明的一个实施方式所涉及的摄像透镜的第1构成例。该构成例与后述的的第一数值实施例(图5(A)、图5(B))的透镜结构相对应。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6(A)、图6(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7(A)、图7(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8(A)、图8(B))的透镜构成相对应。在图1～图4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)顺次增加的方式而附加符号的第i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。另外，各构成例均是基本结构相同，因此在以下中，以图1所示的第1构成例为基本而说明。
该摄像透镜，用于CCD和CMOS等摄像元件的各种摄像机器，例如移动电话、数字静物摄像机以及数字视频摄像机等较为合适。该摄像透镜，沿光轴Z1从物体侧顺次备有第1透镜G1、第2透镜G2、第2透镜G3、第4透镜G4。光学的孔径光阑St，配置于第1透镜G1的前侧，更详细来说，配置于光轴Z1中比第1透镜G1的像侧的面更靠近物体侧。另外，也可以如图4的第4构成例那样，在光轴Z1中，在第1透镜G1和第2透镜G2之间配置孔径光阑St。
在该摄像透镜的成型面Simg中，配置CCD等摄像元件。在第4透镜G4和摄像元件之间，与安装透镜的摄像机侧的结构相对应地，配置各种光学构件GC。例如，配置摄像面变换用的封罩玻璃和红外线截止滤光器(cutfilter)等平板状的光学构件。
第1透镜G1，是物体侧的面为凸形状的正透镜，例如双凸透镜。第2透镜G2，是将凹面朝向像侧的负的凹凸透镜。第3透镜G3是将凸面朝向像面侧的正的凹凸透镜。第4透镜G4是在光轴近旁像面侧的面为凹形状的正透镜或负透镜。
第3透镜G3的像面侧的面，优选为，在光轴近旁在像面侧是凸形状，并成为随着离开光轴Z1其正的光学能力逐渐变弱的形状。第4透镜G4，优选为两面是非球面形状。第4透镜G4的物体侧的面，优选为在光轴近旁是凸形状。在第4透镜G4的物体侧的面中，周边部的形状为例如随着从光轴Z1远离正的光学能力逐渐变弱的形状。另外，也可以如下那样的形状：即随着从光轴Z1远离从凸形状变化为凹形状，进而再变换为凸形状。第4透镜G4的像面侧的面，优选为，在光轴近旁为凹形状而在周边部为凸形状。
该摄像透镜，满足如下条件：
υd1＞50             ……  (1)
υd2＜30             ……  (2)
|f2/f1|＞1           ……  (3)
0.5＜|f3/f4|＜1.5    ……  (4)
其中，υd1是第1透镜G1的阿贝数；υd2是第2透镜的阿贝数；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；f4是第4透镜G4的焦距。
接下来，说明以上那样构成的摄像透镜的作用和效果。
在该摄像透镜中，作为整体以4枚的透镜结构使透镜材料、透镜的面形状以及各透镜的光学能力分配最佳化，能够得到与高像素化对应的小型且高性能的透镜系统。在该摄像透镜中，通过将光学的孔径光阑St保持到比较靠前侧(物体侧)，确保了远心性。在将孔径光阑St保持于前侧的情况下，制造敏感度变高，例如若制造时透镜的位置存在错位，则容易产生像面变动。但是在该摄像透镜中，通过使第2透镜G2成为将凹面向着像面侧的负的弯月形状，降低了其像面变动，并得到了制造适应性优良的透镜系。另外，在该摄像透镜中，通过使第4透镜G4的像面侧的面在光轴近旁为凹形状在周边部为凸形状，能够对横跨从像面的中心部到周边部的像面弯曲良好地进行校正。另外，也有利于确保远心性，并且横跨从像面的中心部到周边部，光线相对于摄像元件面的入射角度近乎于垂直。
在该摄像元件中，使第1透镜G1为满足条件式(1)那样的低分散的透镜材料，使第2透镜G2为满足条件式(2)那样的高分散透镜材料，由此得到了轴上色像差和倍率色像差的校正效果。若低于条件式(1)的下限，则主要轴上色像差变大且性能劣化，因此并不优选。若超过条件式(2)的上限，则主要倍率色像差变大且性能劣化，因此并不优选。为了更良好地对色像差进行校正，则条件式(2)的上限优选为以下的值。
υd2＜29    ……  (2A)
另外，通过满足条件式(3)、(4)，在进行远心性的确保以及倍率和轴上色像差的校正的同时，实现了透镜系整体的小型化。条件式(3)，规定了物体侧的两个透镜(第1透镜G1和第2透镜G2)的光学能力的合适的关系。若低于条件式(3)的下限，则虽然有利于全长缩短，但是轴上色像差变得较大且性能劣化，因此并不优选。条件式(4)规定了像面侧的两个透镜(第3透镜G3和第4透镜G4)的光学能力的最佳关系，若超过条件式(4)的上限，则光线相对于摄像元件面的入射角度变大且远心性恶化，因此并不优选。相反，若低于下限，虽然有利于全长缩短，但是由于成为倍率和轴上色像差较大的透镜系，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，由于能够寻求透镜材料、透镜的面形状以及各透镜的光学能力分配的最佳化，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〕
接下来，说明本发明的实施方式所涉及的实现透镜的具体的数值实施例。在以下中汇总第1～第4实施例而说明。
图5(A)、图5(B)，表示实施例1所涉及摄像透镜的数值数据。特别是图5(A)表示其基本透镜数据，图5(B)表示与非球面相关的数据。在图5(A)所示的透镜数据中的面编号Si一栏中，示出了第i面的编号，所述第i面将最靠近物体侧的构成要素的面作为第1面并以随着面向像侧而顺次增加的方式附加符号。在曲率半径Ri一栏，示出了与图1中附加的符号Ri相对应并从物体侧起第i号面Si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表示相邻透镜面间相对于d线(波长587.6nm)的折射率的值。在υdj一栏，示出了从物体侧起第j号(j＝1～5)光学元件相对于d线的阿贝数的值。
实施例1所涉及的摄像透镜中，第1透镜G1、第2透镜G2、第3透镜G3、第4透镜G4的两面，均为非球面形状。在图5(A)的基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示光轴近旁的曲率半径的数值。在图5(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”，表示将该由以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，表示由以下的式(A)所表示的非球面形状的式子中的各系数Bi、KA的值。更详细地说，Z表示从位于离开光轴高度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，各非球面数据作为非球面系数Bi有效地使用第3次～第10次的系数B3～B10而表示。
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：从光轴到透镜面的距离(高度)(mm)；
KA：圆锥常数；
C：近轴曲率＝1/R；
(R：近轴曲率半径)；
Bi：第i次的非球面系数。
另外，与实施例1所涉及的摄像透镜同样，图6(A)、图7(A)、图8(A)示出了实施例2～实施例4所涉及的摄像透镜的基本透镜数据。同样，图6(B)、图7(B)、图8(B)示出了实施例2～4所涉及的与摄像透镜的非球面相关的数据。另外，对于实施例2～实施例4所涉及的摄像透镜的任何一个，与实施例1所涉及的摄像透镜同样，第1透镜G1、第2透镜G2、第3透镜G3、第4透镜G4的两面，均为非球面形状。
图9表示与上述各条件相关的数值。另外，在图9中，f表示整个系统的近轴焦距(mm)。f1、f2、f3、f4分别表示第1透镜G1、第2透镜G2、第3透镜G3、第4透镜G4的近轴焦距(mm)。从图9可知，各实施例的值在各条件式的数值范围内。
图10(A)～图10(C)分别表示实施例1所涉及的摄影透镜中的球面像差、像散(像面弯曲)、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，关于C线(波长656.27nm)、F线(波长486.13nm)的像差。在非点像差图中，S表示弧矢(saggital)方向的像差，T表示切向方向的像差。ω表示半视角。
同样，图11(A)～图11(C)示出了关于实施例2所涉及的摄像透镜的诸像差，图12(A)～图12(C)示出了关于实施例3所涉及的摄像透镜的诸像差，图13(A)～图13(C)示出了关于实施例4所涉及的摄像透镜的诸像差。另外，图12(B)、(C)和图13(B)、(C)中，纵方向表示像高Y(mm)。
如以上的各数值数据和各像差图所明了的那样，对于各实施例，能够实现一种小型且高性能的摄像透镜系统，其作为整体为4枚透镜结构，并使透镜材料、透镜的面形状、以及各透镜的光学能力分配实现了最佳化。
另外，本发明不限于上述实施方式和各实施例，能够作各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔和曲率的值等，不限于上述各数值实施例所示的值，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：
物体侧的面为凸形状的正的第1透镜；
将凹面朝向像面侧的负的弯月形状的第2透镜；
将凸面朝向像面侧的正的弯月形状的第3透镜；
两面为非球面形状、且在光轴近旁像面侧的面为凹形状的、正或负的第4透镜，并满足下述的条件式：
υd1＞50    ……(1)
υd2＜30    ……(2)
|f2/f1|＞1    ……(3)
0.5＜|f3/f4|＜1.5    ……(4)
其中，
υd1：第1透镜的阿贝数；
υd2：第2透镜的阿贝数；
f1：第1透镜的焦距；
f2：第2透镜的焦距；
f3：第3透镜的焦距；
f4：第4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，
在比所述第1透镜的像侧的面更靠近物体侧处备有孔径光阑。
3、根据权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
在所述第1透镜和所述第2透镜之间备有孔径光阑。
4、根据权利要求1～3中任一项所述的摄像透镜，其特征在于，
所述第4透镜的像面侧的面，在光轴近旁为凹形状，而在周边部为凸形状。
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