CN101046545A - 摄像透镜 - Google Patents
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Abstract
一种摄像透镜，从物体侧顺次具备：光轴附近的形状为两凸形状的第一透镜G1；凹面朝向物体侧的具有负折射力的第二透镜G2；和光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的正或负的弯月形状的第三透镜G3；其满足下述条件式：0.7＜f1/f＜1.3 (1)，0.2≤D2/f＜0.5 (2)。其中，f为整个系统的焦点距离，f1为第一透镜的焦点距离，D2为光轴上的第一透镜和第二透镜的间隔。由此，可提供一种小型且高性能摄像透镜，不仅能够维持与高像素化对应的高像差性能，并且充分确保了用于配置快门机构的内部空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种在使用了CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件的摄像设备，例如数字静物相机、附带相机的移动电话机、以及信息便携终端(PDA：Personal Digital Assistance)等中搭载的摄像透镜。
背景技术
近年来，CCD与CMOS等摄像元件正在迅速向小型化及高像素化发展。因此，摄像设备主体乃至其所搭载的透镜也要求小型且高性能。为了实现小型化，需要全长的短缩化和小径化(与光轴正交的径向的小径化)。而且，一般在摄像光学系统中除小型化外，还要求焦阑性(telecentric)，即要求面向摄像元件的主光线的入射角度相对光轴近似平行(摄像面处的入射角度相对摄像面的法线近似为零)。为了确保焦阑性，有利的做法是尽量将光学孔径光阑配置在物体侧。专利文献1和专利文献2公开了一种整体具有三枚透镜，并将光学孔径光阑配置在最靠近物体侧的构成的摄像透镜。
可是，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发展，为了实现摄像元件中的信号噪声的降低，要求设置机械式的快门(shutter)。在设置快门时，为了减少光量不均，有利的做法是将其配置在光学孔径光阑的附近。另一方面，在3枚结构的摄像透镜中，有利的做法是如上所述那样，为了确保焦阑性而尽量在物体侧例如在第一透镜的前或后配置光学孔径光阑。但是，如果将快门机构配置到第一透镜之前、最靠近物体侧，则不利于小型化。鉴于此，考虑将快门机构配置到透镜系统内部、即第一透镜和第二透镜之间。因此，希望开发一种在3枚结构的摄像透镜中，充分确保用于配置快门机构在第一透镜和第二透镜的空气间隔，并具有与高像素化对应的高像差性能的透镜。虽然专利文献1的实施例3中为第一透镜和第二透镜的间隔被确保得比较宽并有利于快门机构的配置的透镜结构，但希望开发出一种进一步有利于快门机构的配置并且具有高像差功能的透镜。
专利文献1：特开2005-292235号公报
专利文献2：特开2004-240063号公报
发明内容
本发明鉴于该问题点而提出，其目的在于，提供一种小型且高性能的摄像透镜，不仅能够维持高像素化所对应的高像差性能、并且充分确保用于配置快门机构的内部空间。
本发明的摄像透镜，从物体侧起顺次具备：光轴附近的形状为两凸形状的第一透镜；凹面朝向物体侧的具有负的折射力的第二透镜；和光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的正或负的弯月形状的第三透镜，第一透镜、第二透镜以及第三透镜中的至少一个面是非球面，并满足下述条件式：
0.7＜f1/f＜1.3 ……(1)
0.2≤D2/f＜0.5 ……(2)
其中，f为整个系统的焦点距离，f1为第一透镜的焦点距离，D2为光轴上的第一透镜和第二透镜的间隔。
本发明的摄像透镜中，通过在整体为3枚较少的透镜结构中，使各透镜的形状以及折射力适当化，可实现小型化。而且，通过满足条件式(2)可较宽地确保第一透镜和第二透镜的间隔，有利于快门机构的配置。并且，通过第一透镜的光轴附近处的形状形成为两凸形状，与第一透镜的像侧的面为凹形状的情况相比，容易取得用于在第一透镜的后侧进行快门机构的配置的间隔。另外，通过满足条件式(1)，第一透镜的光焦度分配被最优化，可维持与高像素化对应的高像差性能。
在本发明的摄像透镜中，优选还满足下述条件式。由此，第二透镜和第三透镜的光焦度平衡(balance)也被最优化，易于实现高性能化。
0.3＜|f2/f|＜1.0 ……(3)
0.5＜f3/f＜1.0 ……(4)
其中，f为整个系统的焦点距离，f2为第二透镜的焦点距离，f3为第三透镜的焦点距离。
而且，在本发明的摄像透镜中，优选还满足下述条件式。由此，有利于色差的补正。
20＜ν1-ν2 ……(5)
式中，ν1是第一透镜的阿贝数，ν2是第二透镜的阿贝数。
并且，在本发明的摄像透镜中，优选第二透镜在光轴附近是两凹形状。由此，易于满足各条件式，容易实现高性能化。
另外，第二透镜在光轴附近也可以是弯月形状。
根据本发明的摄像透镜，由于在整体为三枚较少的透镜结构中满足了规定的条件式，实现了各透镜的形状、折射力以及各透镜配置的最佳化，所以，可实现小型且高性能的透镜系统，不仅能够维持与高像素化对应的高像素差性能、而且能够充分确保用于配置快门机构的内部间隔。
附图说明
图1是与本发明实施例1所涉及的摄像透镜对应的透镜剖视图。
图2是与本发明实施例2所涉及的摄像透镜对应的透镜剖视图。
图3是与本发明实施例3所涉及的摄像透镜对应的透镜剖视图。
图4是与本发明实施例4所涉及的摄像透镜对应的透镜剖视图。
图5是与本发明实施例5所涉及的摄像透镜对应的透镜剖视图。
图6是与本发明实施例6所涉及的摄像透镜对应的透镜剖视图。
图7是与本发明实施例7所涉及的摄像透镜对应的透镜剖视图。
图8是表示本发明实施例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是表示本发明实施例5所涉及的摄像透镜的基本透镜数据的图。
图13是表示本发明实施例5所涉及的摄像透镜的与非球面相关的透镜数据。
图14是表示本发明实施例6所涉及的摄像透镜的基本透镜数据的图。
图15是表示本发明实施例6所涉及的摄像透镜的与非球面相关的透镜数据。
图16是表示本发明实施例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是针对各实施例统一表示与条件式相关的值的图。
图18是表示本发明实施例1所涉及的摄像透镜的各像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图19是表示本发明实施例2所涉及的摄像透镜的各像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图20是表示本发明实施例3所涉及的摄像透镜的各像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图21是表示本发明实施例4所涉及的摄像透镜的各像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图22是表示本发明实施例5所涉及的摄像透镜的各像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图23是表示本发明实施例6所涉及的摄像透镜的各像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图24是表示本发明实施例7所涉及的摄像透镜的各像差的像差图，(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号的透镜面的曲率半径，Di-从物体侧起第i号和第i+1号的透镜面的面间隔，Z1-光轴。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1表示本发明一个实施方式的摄像透镜的第一结构例。该结构例与后述的第一数值实施例(图8(A)、图8(B))的透镜结构对应。图2表示第二结构例。该结构例与后述的第二数值实施例(图9(A)、图9(B))的透镜结构对应。图3表示第三结构例。该结构例与后述的第三数值实施例(图10(A)、图10(B))的透镜结构对应。图4表示第四结构例。该结构例与后述的第四数值实施例(图11(A)、图11(B))的透镜结构对应。图5表示第五结构例。该结构例与后述的第五数值实施例(图12、图13)的透镜结构对应。图6表示第六结构例。该结构例与后述的第六数值实施例(图14、图15)的透镜结构对应。图7表示第七结构例。该结构例与后述的第七数值实施例(图16(A)、图16(B))的透镜结构对应。在图1～图7中，符号Ri表示按照将最靠近物体侧的构成要素的面设为第一号，随着朝向像侧(成像侧)而逐次增加的方式来赋予符号的第i号的面(第i面)的曲率半径。符号Di表示第i面与第i+1面的在光轴Z1上的面间隔。另外，由于各构成例其基本的结构都相同，所以，下面以图1所示的第一结构例为基础进行说明。
该摄像透镜优选使用于利用了CCD或CMOS等摄像元件的各种摄像设备，例如数字静态相机、带相机的移动电话机以及信息便携终端等。该摄像透镜沿着光轴Z1从物体侧顺次具备第一透镜G1、第二透镜G2和第三透镜G3。第一透镜G1、第二透镜G2和第三透镜G3中至少一个面为非球面。
为了确保焦阑性，优选光学孔径光阑St尽量配置在物体侧。在图1、图2和图4及图7的结构例中，孔径光阑St配置在第一透镜G1的后侧。在图3、图5和图6的结构例中，孔径光阑St配置在第一透镜G1的前侧、透镜系统的最靠近物体侧。快门10配置在第一透镜G1和第二透镜G2之间。
该摄像透镜的成像面Simg处配置有CCD等摄像元件。根据安装有透镜的相机侧的构成，在第三透镜G3与摄像元件之间设置有各种光学部件GC。例如配置有摄像面保护用的防护玻璃罩或红外截止过滤器等平板状的光学部件。
第一透镜G1具有正的折射力。第一透镜G1在光轴附近的形状呈两凸形状。优选第一透镜G1的像侧的面在光轴附近的形状为凸形状，而且在周边部也为凸形状，随着靠向周边部而正的光焦度增强的形状。
第二透镜G2，凹面朝向物体侧且具有负的折射力。优选第二透镜G2在光轴附近为两凹形状。优选第二透镜G2的像侧的面在光轴附近为凹形状且在周边部为凸形状。由此，容易满足后述条件式(3)的数值范围。另外，也可以如图5和图6及图7的构成例那样，第二透镜G2的像侧的面在光轴附近为凸形状，在光轴附近为弯月形状。
第三透镜G3，其光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的正的弯月形状。但是，如图7的结构例那样，第三透镜G3也可以为负的弯月形状。第三透镜G3是配置在最靠近摄像面侧的透镜。为此，与第一透镜G1和第二透镜G2相比，光束在第三透镜G3中按各视场角被分离。因此，通过在第三透镜G3中恰当地采用非球面，会使按各视场角的像差补正易于进行，从而容易进行场曲(场曲)和畸变像差的补正。而且，容易确保焦阑性。在图3、图5和图6及图7的结构例中，将第三透镜G3的像侧的面在光轴附近形成为凹形状，在周边部形成为凸形状。
该摄像透镜满足以下的条件。其中，f是整个系统的焦点距离，f1是第一透镜G1的焦点距离，D2是在光轴Z1上的第一透镜G1与第二透镜G2的间隔。
0.7＜f1/f＜1.3 ……(1)
0.2≤D2/f＜0.5 ……(2)
优选该摄像透镜进一步满足下述条件式。式中，f2是第二透镜G2的焦点距离，f3是第三透镜G3的焦点距离，ν1是第一透镜G1的阿贝数，ν2是第二透镜G2的阿贝数。
0.3＜|f2/f|＜1.0 ……(3)
0.5＜f3/f＜1.0 ……(4)
2 0＜ν1-ν2 ……(5)
接着，对以上构成的摄像透镜的作用及效果进行说明。
该摄像透镜中，通过在整体为3枚较少的透镜结构中将孔径光阑St配置在第一透镜的前侧或后侧，可得到有利于全长缩短和保持焦阑性的透镜系统。并且，通过满足各条件式，可实现各透镜的折射力以及透镜配置的最佳化，不仅能够维持与高像素化对应的高像差性能，而且可充分确保用于配置快门机构的内部间隔。在该摄像透镜中，通过使第一透镜G1的光轴附近的形状为两凸形状，与第一透镜G1的像侧的面为凹形状的情况相比，容易取得用于在第一透镜G1的后侧进行快门机构的配置的间隔。并且，通过将第一透镜G1的像侧的面在周边部也设为凸形状，并成为随着靠近周边部而正的光焦度增大的形状，可进一步容易取得用于进行快门机构的配置的间隔。
而且，在该摄像透镜中，通过使各面的非球面最佳化，能够进一步实现有效的像差补正。为了与高像素的摄像元件对应，要求焦阑性、即面向摄像元件的主光线的入射角度相对光轴近似平行(摄像面处的入射角度相对摄像面的法线近似为零)。在该摄像透镜中，通过如图3、图5和图6及图7的结构例那样，例如使最靠近摄像元件的最终透镜面即第三透镜G3的像侧的面在光轴附近为凹形状、在周边部为凸形状的形状，可使按各视场角的像差补正适当化，并使光束朝向摄像元件的入射角度控制为一定角度以下。由此，可以减轻成像面整个区域的光量不均，而且有利于场曲以及畸变的补正。
条件式(1)与第一透镜G1的焦点距离f1相关，如果该数值范围增大，则第一透镜G1的光焦度变得过小，难以实现全长的缩短化。另外，如果降低，则场曲以及像散的补正变得困难，并且出射光瞳(出瞳)角度变得过大，因此不优选。
条件式(2)与第一透镜G1和第二透镜G2之间的间隔D2及整体的焦点距离f相关，如果超过该数值范围则难以实现全长的缩短。另外，如果小于该数值范围，则无法充分确保第一透镜G1和第二透镜G2的间隔D2，难以对快门机构进行配置，因此不优选。
条件式(3)与第二透镜G2的焦点距离f2相关，如果超过该数值范围，则第二透镜G2的光焦度变得过小，难以实现全长的缩短。另外，如果小于该数值范围，则场曲及像散等的补正变得困难，因此不优选。条件式(4)与第三透镜G3的焦点距离f3相关，尤其在第三透镜G3为正透镜时，无论是大于还是小于该数值范围，都会失去与第二透镜G2的光焦度平衡，难以在全长保持得较短的状态下补正各像差，因此不优选。条件式(5)与第一透镜G1和第二透镜G2的阿贝数相关，如果小于该数值范围，则难以实现足够的色差补正，因此不优选。
如以上所说明那样，根据本实施方式的摄像透镜，由于在整体为三枚的较少透镜结构中满足规定的条件式，实现了各透镜的形状、折射力以及各透镜配置的最佳化，所以，可实现小型且高性能的透镜系统，不仅能够维持与高像素化对应的高像差功能，还能充分确保用于配置快门机构的内部间隔的。
【实施例】
接着，对本实施方式的摄像透镜的具体数值实施例进行说明。下面，对第一～第六数值实施例统一进行说明。
与图1所示的摄像透镜的构成对应的具体透镜数据设为实施例1，如图8(A)、图8(B)所示。其中，图8(A)表示其基本的透镜数据，图8(B)表示与非球面相关的数据。在图8(A)所示的透镜数据中的面号码Si一栏中，表示在设最靠近物体侧的构成要素的面为第一号，并按照朝向像侧依次增加的方式赋予符号的第i号(i＝1～8)的面(第i面)的号码。在曲率半径Ri一栏中，与图1中赋予的符号Ri对应，表示了从物体侧起第i面的曲率半径的值(mm)。对于面间隔Di一栏也同样，表示从物体侧起第i面Si与第Si+1面在光轴上的间隔(mm)。Ndj表示从物体侧起第j(j＝1～4)光学要素相对d线(波长587.6nm)的折射率的值。Ndj一栏表示从物体侧起第j光学要素相对d线的阿贝数的值。图5(A)中作为各数据还表示了整个系统的近轴焦点距离f(mm)以及F数(FNO.)的值。
实施例1的摄像透镜，其第一透镜G1、第二透镜G2以及第三透镜G3的两面都为非球面形状。在图8(A)的基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示了光轴附近的曲率半径的数值。图8(B)中作为非球面数据而表示的数值中，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，“1.0E-02”表示“1.0×10-2”。
作为非球面数据，记为由下面式(A)表示的非球面形状的公式中的各系数An、K的值。更详细而言，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Z1的平面)的垂线的长度(mm)。实施例1的摄像透镜，有效地利用第3次～第10次的系数A3～A10作为非球面系数An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(第二次的非球面系数)
C：近轴曲率＝1/R
(R：近轴曲率半径)
An：第n次的非球面系数
与以上实施例1的摄像透镜同样地，将与图2所示的摄像透镜的构成对应的具体透镜数据设为实施例2，如图9(A)、图9(B)表示。而且，同样将与图3所示的摄像透镜的构成对应的具体透镜数据设为实施例3，如图10(A)、图10(B)所示。并且，同样地将与图4所示的摄像透镜的构成对应的具体透镜数据设为实施例4，如图11(A)、图11(B)所示。并且，同样地将与图7所示的摄像透镜的构成对应的具体透镜数据设为实施例7，如图16(A)、图16(B)所示。另外，对于实施例2～实施例4及实施例7的摄像透镜的每一个，都与实施例1同样，使第一透镜G1、第二透镜G2以及第三透镜G3的两面都形成为非球面形状。
并且，将与图5所示的摄像透镜的构成对应的具体透镜数据设为实施例5，如图12、图13所示。同样将与图6所示的摄像透镜的构成对应的具体透镜数据设为实施例6，如图14、图15所示。另外，对于实施例5和实施例6的摄像透镜的每一个，都与实施例1同样，使第一透镜G1、第二透镜G2以及第三透镜G3的两面都形成为非球面形状，但在这些实施例中，第二透镜G2的两面(第三面、第四面)和第三透镜G3的两面(第五面、第六面)有效地利用第三次～第十六次的系数A3～A16作为非球面系数An进行表示。
图17是针对各实施例统一表示与上述的条件式相关的值的图。由图17可知，关于实施例1～6，在各条件式的数值范围内。关于实施例7，除条件式(4)外在数值范围内。
图18(A)～图18(B)分别表示实施例1的摄像透镜的球面像差、像散以及畸变(distortion)。在各像差图中，表示以d线为基准波长的像差。在球面像差图中，还表示了针对g线(波长435.8nm)、C线(波长656.3nm)的像差。在像散图中，实线表示弧矢的、虚线表示子午的像差。FNO.表示F值，ω表示半视场角。
同样，图19(A)～图19(C)表示实施例2的摄像透镜的各像差，图20(A)～图20(C)表示实施例3的摄像透镜的各像差，图21(A)图～21(C)表示实施例4的摄像透镜的各像差。而且同样，图22(A)～图22(C)表示实施例5的摄像透镜的各像差，图23(A)～图23(C)表示实施例6的摄像透镜的各像差。图24(A)～图24(C)表示实施例7的摄像透镜的各像差。
由以上的各数值数据以及各像差图可知，对各实施例而言，可实现在整体为三枚的透镜结构中，透镜材料、透镜的面形状以及各透镜的光焦度被最佳化，并且能够充分确保用于配置快门机构的内部空间的小型、高性能的摄像透镜系统。
另外，本发明不限定于上述实施方式以及各实施例，能够进行各种的变形。例如，各透镜成份的曲率半径、面间隔以及折射率的值等，不限定于上述各数值实施例中所表示的值，还可以取其他的值。
Claims (5)
1、一种摄像透镜，
从物体侧起顺次具备：
光轴附近的形状为两凸形状的第一透镜；
凹面朝向物体侧的具有负的折射力的第二透镜；和
光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的正或负的弯月形状的第三透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜中的至少一个面是非球面，并满足下述条件式：
0.7＜f1/f＜1.3 ……(1)
0.2≤D2/f＜0.5 ……(2)
其中，f为整个系统的焦点距离，f1为第一透镜的焦点距离，D2为光轴上的第一透镜和第二透镜的间隔。
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：
0.3＜|f2/f|＜1.0 ……(3)
0.5＜f3/f＜1.0 ……(4)
其中，f为整个系统的焦点距离，f2为第二透镜的焦点距离，f3为第三透镜的焦点距离。
3、根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，
进而满足下述条件式：
20＜ν1-ν2 ……(5)
式中，ν1是第一透镜的阿贝数，ν2是第二透镜的阿贝数。
4、根据权利要求1～3中任意一项所述的摄像透镜，其特征在于，
所述第二透镜在光轴附近是弯月形状。
5、根据权利要求1～3中任意一项所述的摄像透镜，其特征在于，
所述第二透镜在光轴附近是两凹形状。
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