CN101046543A - 摄像透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小型且高性能的摄像透镜，其从物体侧起顺次备有：第1透镜(G1)，其具有正的折射力；第2透镜G2，其凹面向着物体侧并具有负的折射力；第3透镜，其光轴近旁的形状为凸面向着物体侧的正的弯月形状，并满足下述条件式，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)；0.3＜D2/f＜0.5 (2)；1.0＜|f2/f|＜3.0 (3)；1.2＜f3/f＜4.0 (4)从而在维持与高像素化相对应的高像差性能的同时，充分地确保用于配置快门机构的内部间隔。

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低厚度化(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构成的摄像透镜。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。在设置快门时，为了减少光量不均而在光学孔径光阑的附近进行配置是较为有利的。然而，若将快门机构配置于第1透镜之前且最靠近物体侧，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且在第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透镜之间确保足够的空气间隔的同时，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，但是希望开发一种更有利于快门机构的配置且具有高像差性能的透镜。
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。
发明内容
本发明涉及一种摄像透镜，其特征在于，从物体侧起顺次备有：第1透镜，具有正折射力；第2透镜，凹面向着物体侧并具有负的折射力；第3透镜，光轴近旁的形状为凸面向着物体侧的正的弯月形状，第1透镜、第2透镜和所述第3透镜中的至少一个面为非球面，并满足下述条件式：
0.7＜f1/f＜1.3  ……(1)
0.3＜D2/f＜0.5  ……(2)
1.0＜|f2/f|＜3.0……(3)
1.2＜f3/f＜4.0  ……(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。
在本发明所涉及的摄像透镜中，利用整体上3枚这样的较少的透镜结构而使各透镜的形状和折射力合适化，由此谋求小型化。另外，通过满足条件式(2)，较宽地确保了第1透镜和第2透镜之间的间隔，有利于快门机构的配置。另外，通过满足各条件式(1)、条件式(3)和条件式(4)，能够使各透镜的光焦度分配最佳化，并能够持与高像素化对应的高像差性能。
在本发明所涉及的摄像透镜中，优选满足下述条件式：
20＜υ1-υ2    ……(5)
其中，υ1：第1透镜的阿贝数；υ2：第2透镜的阿贝数。由此有利于色差的校正。
另外，在本发明所涉及的摄像透镜中，作为优选，所述第1透镜为物体侧的面在光轴近旁为凸形状且像侧的面随着向周边部行进而正的折射力变强的非球面，所述第2透镜在光轴近旁为弯月形状。由此，容易满足各条件式，并易于寻求高性能化。
根据本发明的摄像透镜，利用整体上3枚这样较少的透镜结构来满足规定的条件式，并谋求各透镜形状和折射力乃至各透镜的配置的最佳化，从而能够提供一种小型且高性能的摄像透镜系统，在维持与高像素化相对应的高像差性能的同时，充分地确保用于配置快门机构的内部间隔。
附图说明
图1是本发明的实施例1涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图2是本发明的实施例2涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图3是本发明的实施例3涉及的摄像透镜相对应的透镜剖面图。
图4是本发明的实施例4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)表示非球面相关的透镜数据。
图6是表示本发明的实施例2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)表示非球面相关的透镜数据。
图7是表示本发明的实施例3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)表示非球面相关的透镜数据。
图8是表示本发明的实施例4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)表示非球面相关的透镜数据。
图9是针对各实施例归纳表示条件式相关的值的图。
图10是表示本发明的实施例1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5(A)、图5(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)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。
作为优选，为了确保远心性而尽可能将将光学孔径光阑St配置于物体侧。在图1、图2、以及图4的构成例中，在第1透镜G1的后侧配置孔径光阑St。在第3构成例中，在第1透镜G1的前侧、透镜系统的最靠近物体侧配置孔径光阑St。快门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滤光器等平板状的光学构件。
第1透镜G1具有正的折射力。第1透镜G1的物体侧的面在光轴近旁为凸形状。在图1和图2的结构中，第1透镜G1在光轴近旁的形状为双凸形状。因此，像侧的面，成为随着向周边部行进而正的折射力变强的非球面形状。在图3和图4的构成例中，第1透镜G1成为光轴近旁的形状为凸面向着物体侧的正的弯月形状。
第2透镜G2为凹面向着物体侧并具有负的折射力。第2透镜G2优选在光轴近旁为弯月形状。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凸面向着物体侧正的弯月形状。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，并易于进行像面弯曲(场曲)和畸变像差(畸变)的校正。另外，易于远心性的确保。为此，使第3透镜G3的像侧的面优选在光轴近旁为凹形状且在周边部为凸形状。
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)
0.3＜D2/f＜0.5  ……(2)
1.0＜|f2/f|＜3.0……(3)
1.2＜f3/f＜4.0  ……(4)
该摄像透镜中，优选满足下述条件式。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，通过作为整体由3枚这样较少的透镜结构中在第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。并且为了与高像素的摄像元件相对应，而要求远心性即主光线向摄像元件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，将作为例如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，由此能够适当地进行每个视场角的像差校正，并能够将光束面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，并有利于像面弯曲和畸变像差的校正。
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的光焦度变得过小，全长的缩短化较为困难。另外，若低于该数值范围，像面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，且快门机构配置变得困难，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的光焦度变得过小，全长的缩短化较为困难。另外，若低于该数值范围，则像面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2透镜G3的焦距f3相关，无论该数值范围向上或向下偏离，都会使与第2透镜的光焦度平衡失调，难于在保证全长缩短的状态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差校正，因此并不优选。
如以上所说明的那样，根据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，从而能够寻求各透镜的形状和折射力乃至各透镜的配置的最佳化，因此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。
〔实施例〕
接下来，对本实施方式涉及的摄像透镜的具体的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，在图5(A)、图5(B)中示出。特别是，在图5(A)中示出了该基本的透镜数据，在图5(B)中示出了非球面相关的数据。在图5(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构成要素的面作为第一号并随着面向像侧顺次增加而赋予符号的第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相对应的从物体侧起第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起第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5(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数(FNO.)的值。
实施例1涉及的摄像透镜中，第1透镜L1、第2透镜L2和第2透镜L3两面均为非球面形状。在图5(A)的基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，示出了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”表示其之后的数据是以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表示从距光轴Z1具有高度h的位置上的非球面上的点垂下到非球面的顶点的切向平面(垂直于光轴Z1的平面)的垂线的长度(mm)。实施例1所涉及摄像透镜中，作为非球面系数An有效地使用第3次～第10次的系数A3～A10来表示各非球面。
Z＝C·h2/{1+(1-K·C2·h2)1/2}+∑An·hn  ……(A)
(n＝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6(A)、图6(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7(A)、图7(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在图8(A)、图8(B)中示出。另外，对于实施例2～实施例4所涉及的摄像透镜的任一个，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。
在图9中，针对各实施例归纳表示与上述的各条件式相关的值。从图9可知，各实施例的值位于各条件式的数值范围内。
图10(A)～10(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、以及畸变(畸变像差)。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，实线表示弧矢方向的像差，虚线表示子午方向的像差，F表示F数，ω表示半视场角。
同样，图11(A)～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)～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)～13(C)示出了关于实施例4所涉及的摄像透镜的诸像差。
从以上各数值数据和各像差图可知，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，其利用整体上3枚透镜的结构，使透镜材料、透镜的面形状以及各透镜的光焦度分配最佳化，从而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 (3)

1、一种摄像透镜，
从物体侧起顺次备有：
第1透镜，具有正的折射力；
第2透镜，凹面向着物体侧并具有负的折射力；
第3透镜，光轴近旁的形状为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透镜中的至少一个面为非球面，并满足下述条件式：
0.7＜f1/f＜1.3      ……(1)
0.3＜D2/f＜0.5      ……(2)
1.0＜|f2/f|＜3.0    ……(3)
1.2＜f3/f＜4.0      ……(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，其特征在于，
还满足下述条件式：
20＜υ1-υ2         ……(5)
其中，
υ1：第1透镜的阿贝数；
υ2：第2透镜的阿贝数。
3、根据权利要1或2所述的摄像透镜，其特征在于，
所述第1透镜，为物体侧的面在光轴附近为凸形状且像侧的面随着向周边部行进而正的折射力变强的非球面，
所述第2透镜，在光轴附近是弯月形状。
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