CN101082695A - 广角摄像透镜 - Google Patents

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CN101082695A CNA2007101081561A CN200710108156A CN101082695A CN 101082695 A CN101082695 A CN 101082695A CN A2007101081561 A CNA2007101081561 A CN A2007101081561A CN 200710108156 A CN200710108156 A CN 200710108156A CN 101082695 A CN101082695 A CN 101082695A
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Abstract

本发明提供一种广角摄像透镜，其从物体侧依次具备：具有负的折射能力的第1透镜(G1)；将凸面朝向物体侧的具有正的折射能力的第2透镜(G2)；光阑(St)；将凸面朝向像侧的具有正的折射能力的第3透镜(G3)；将凸面朝向物体侧的具有正的折射能力的第4透镜(G4)，且满足以下的条件式：N2≥1.7……(1)；N3≥1.7……(2)；N4≥1.7……(3)；其中，N2是第2透镜(G2)相对于d线的折射率、N3是第3透镜(G3)相对于d线的折射率、N4是第4透镜(G4)相对于d线的折射率。从而用较少的透镜片数，将透镜全长抑制为较小，可以确保90°以上的广视角。

Description

广角摄像透镜
技术领域
本发明涉及一种适合于监视用摄像机或车载用摄像机等小型摄像装置的广角摄像透镜。
背景技术
近年来，普及使用CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件的数码摄像机或摄像机等的摄像装置，对于高性能化、及小型化的要求越来越强。并且，装载于车载用或监视用的摄像机透镜，为了观察广范围而要求广视角化。而且，也要求低价格化。而且，在这种透镜中，由于设置场所或使用环境等的限制，要求在使用时不受温度变化的影响(由温度引起的焦点位置的变化等光学性能的变化小)等。
在专利文献1～3中，作为装载于监视用摄像机等的透镜，公开了用4组4片这样较少的片数构成的透镜。在这些文献所述的透镜中，通过在最靠近物体侧前配置负的折射能力的第1透镜而作为反远距型(retrofocus)的结构，而确保为了配置低通滤波器或红外线截止滤光片等比较长的后焦点。更具体而言，在专利文献1、2所述的透镜成为，从物体侧依次配置负·正·正·负的透镜的构成。在专利文献3所述的透镜成为，从物体侧依次配置负·正·正·正的透镜的构成。在专利文献3中，记载有对于第3透镜和第4透镜使用塑料透镜，将构成第3透镜及第4透镜的面的至少1面形成为非球面形状的结构例。
【专利文献1】日本专利公开平5-264895号公报
【专利文献2】日本专利公开平10-39207号公报
【专利文献3】日本专利第3437004号公报
但是，如专利文献3所述的透镜，若使用塑料透镜，则在使用时发生温度变动(由温度引起的焦点位置的变化等光学性能的变化)，或在由保存时的环境引起的负面影响(在高温状态下，施加荷重就会发生形状变化)等的问题。考虑这些使用时的温度变动或保存时的环境等，使用玻璃透镜为理想。其中，如专利文献3所述的透镜，在利用非球面时，成为使用玻璃模具(mould)非球面透镜，从而成为高价。在专利文献1、2所述的透镜中，因只使用玻璃的球面透镜，因此，与使用玻璃模具非球面透镜时相比可以图谋低成本化。然而，在专利文献1、2所述的透镜，由于将后焦点充分延伸作为目的之一，因此，在小型化的方面不利。尤其，对于专利文献1所述的透镜中，虽然确保了视角接近于90°，但是因透镜全长太长而不适合于小型化。在专利文献2所述的透镜中，虽然透镜全长比较小，但视角约60°左右，而在广视角化的方面上还不充分。而且，在专利文献3所述的透镜中，具有上述透镜材料的问题以外，视角为约64°左右而在广视角化的方面上不充分。并且，专利文献1～3所述的透镜中，第2透镜和第3透镜之间的间隔比较宽，在这方面也成为对小型化不利的构成。
发明内容
本发明，鉴于这种问题而提出，其目的在于提供一种广角摄像透镜，其用于以比较少的透镜片数，控制透镜全长为小，且确保90°以上(例如100°前后)的广视角。
本发明的广角摄像透镜，从物体侧依次具备：具有负的折射能力的第1透镜、将凸面朝向物体侧的具有正的折射能力的第2透镜、光阑、将凸面朝向像侧的具有正的折射能力的第3透镜、将凸面朝向物体侧的具有正的折射能力的第4透镜，且满足以下的条件式。此处，N2是第2透镜相对于d线的折射率、N3是第3透镜相对于d线的折射率、N4是第4透镜相对于d线的折射率。
N2≥1.7……(1)
N3≥1.7……(2)
N4≥1.7……(3)
在由本发明的广角摄像透镜，以4组4片的比较少的透镜的片数，整体的光学能力配置和透镜材料最适合，而实现小型化和广视角化。尤其，通过使最靠近物体侧的第1透镜成为负透镜，有利于广视角化，通过将紧接的第2透镜～第4透镜都作为正透镜，透镜全长被控制，而有利于小型化。而且，通过满足条件式(1)～(3)，而在有利于广视角度的同时，例如有利于将各透镜形成为玻璃球面透镜等廉价的结构。
并且，在基于本发明的广角摄像透镜中，还根据所要求的说明等，通过适当使用下述理想的条件而满足，更加易满足小型化及广视角化。
在基于本发明的广角摄像透镜中，使第3透镜作为将凸面朝向像侧的正的弯月形透镜、使第4透镜作为将凸面朝向物体侧正的弯月形透镜为理想。由此，有利于像面弯曲等的校正。
而且，满足下述条件式(4)为理想。由此，第2透镜与第3透镜之间的间隔被合适化，有利于诸像差的校正，并且有利于透镜全长的缩短化。此处，D23为第2透镜和第3透镜之间的空气间隔。
0.03＜D23/f＜0.22……(4)
并且，满足下述条件式(5)～(7)为理想。由此，第3透镜及第4透镜的折射能力被合适化，且第1透镜的形状被适合化，诸像差被良好地校正。此处，f为整个系统的焦距、f3为第3透镜的焦距、f4为第4透镜的焦距、R1为第1透镜的物体侧的曲率半径。
0.18＜f/f3＜0.46……(5)
0.27＜f/f4＜0.58……(6)
-0.44＜f/R1＜0.11……(7)
而且，在基于本发明的广角摄像透镜中，第1透镜、第2透镜、第3透镜及第4透镜都为玻璃透镜为理想。由此，比利用塑料透镜时相比，难以受到使用时的温度变动或保存时环境的影响，从而，获得了适合装载于车载用或监视用的摄像机的性能。并且尤其，为了以廉价而构成，将各透镜作为玻璃的球面透镜为理想。通过只使用玻璃的球面透镜，与使用玻璃模具非球面透镜时相比有利于低成本化。
根据本发明的广角摄像透镜，作为以4组4片的较少的透镜片数，将整体的光学能力配置和透镜材料进行最适合化，因此，以比较少的透镜片数，将透镜全长抑制为较小，并且能够确保90°以上的广视角。
尤其，将各透镜以玻璃的球面透镜而构成时，与使用玻璃模具非球面透镜时相比有利于低成本化，并难以受到使用时的温度变动或保存时的环境的影响，从而能够获得适合装载于车载用或监视用的摄像机的性能。
附图说明
图1是对应于与本发明的实施例1有关的广角透镜的透镜剖面图。
图2是对应于与本发明的实施例5有关的广角透镜的透镜剖面图。
图3是对应于与本发明的实施例10有关的广角透镜的透镜剖面图。
图4是表示与本发明的实施例1有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图5是表示与本发明的实施例2有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图6是表示与本发明的实施例3有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图7是表示与本发明的实施例4有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图8是表示与本发明的实施例5有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图9是表示与本发明的实施例6有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图10是表示与本发明的实施例7有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图11是表示与本发明的实施例8有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图12是表示与本发明的实施例9有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图13是表示与本发明的实施例10有关的广角透镜的基本透镜数据的图。
图14是表示与各实施例的条件式有关的值的图。
图15是对于各实施例的整个系统的焦距、F号码及视角进行表示的图。
图16是表示与本发明的实施例1有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图17是表示与本发明的实施例2有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图18是表示与本发明的实施例3有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图19是表示与本发明的实施例4有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图20是表示与本发明的实施例5有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图21是表示与本发明的实施例6有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图22是表示与本发明的实施例7有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图23是表示与本发明的实施例8有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图24是表示与本发明的实施例9有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图25是表示与本发明的实施例10有关的广角透镜的诸像差的图，(A)表示球面像差、(B)表示像散、(C)表示畸变。
图中：G1～G4-第1～第4透镜，St-光阑，CG-光学部件，Z1-光轴。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1～图3，是表示与本发明的一实施方式有关的广角摄像透镜的第1～第3结构例。在图1～图3中，符号Ri表示，包含光阑St将最物体侧的构成要素的面作为第1号而随着朝向像侧(成像侧)依次增加的第i(i＝1～11)号构成要素的面的曲率半径，符号Di表示，第i的面和第i+1的面的光轴上的面间隔。
该广角摄像透镜，适合装载于使用CCD或CMOS等的摄像元件的摄像装置，尤其车载用摄像机或监视用摄像机等，沿着光轴Z1，从物体侧依次具备：第1透镜G1、第2透镜G2、光学开口光阑(亮度光阑)St、第3透镜G3及第4透镜G4。并且，在成像面配置未图示的CCD或CMOS等摄像元件。在第4透镜G4和摄像元件的之间，根据安装透镜的摄像机侧的构成，配置用于保护摄像面的防护玻璃罩或红外截止滤光片等的平板状的光学部件CG。
第1透镜G1，具有负的折射能力(光学能力：power)。该第1透镜G1，在第1结构例为双凹形状，在第2的结构例成为将凹面朝向物体侧的负的弯月形状，在第3结构例成为将凸面朝向物体侧的负的弯月形状。第2透镜G2具有正的折射能力。该第2透镜G2，在第1结构例成为双凸形状，在第2、第3的结构例成为将凸面朝向物体侧的正的弯月形状。
第3透镜G3具有正的折射能力。该第3透镜G3为将凹面朝向物体侧的正的弯月形透镜为理想。第4透镜G4具有正的折射能力。该第4透镜G4为将凸面朝向物体侧的正的弯月形透镜为理想。
该广角摄像透镜，满足以下的条件式。此处，N2是第2透镜G2的相对于d线的折射率、N3是第3透镜G3相对于d线的折射率、N4是第4透镜G4相对于d线的折射率。
N2≥1.7……(1)
N3≥1.7……(2)
N4≥1.7……(3)
而且，该广角摄像透镜中，第1透镜G1、第2透镜G2、第3透镜G3及第4透镜G4都以玻璃构成为理想。且尤其，在以廉价构成时，将各透镜作为玻璃球面透镜为理想。
并且，该广角摄像透镜，满足下述条件式(4)为理想。此处，D23作为第2透镜G2与第3透镜G3之间的空气间隔。
0.03＜D23/f＜0.22……(4)
而且，该广角摄像透镜，满足下述条件式(5)～(7)为理想。此处，f是整个系统的焦距、f3是第3透镜G3的焦距、f4是第4透镜G4的焦距、R1是第1透镜G1的物体侧的曲率半径。
0.18＜f/f3＜0.46……(5)
0.27＜f/f4＜0.58……(6)
-0.44＜f/R1＜0.11……(7)
以下，说明如上述的构成的广角摄像透镜的作用及效果。
在该广角摄像透镜中，通过以4组4片这样的较少的透镜的片数，将整体的光学能力配置与透镜材料最合适化，而实现小型化及广视角化。尤其，通过使最靠近物体侧的第1透镜G1具有负的折射能力，而有利于广角化，并且，通过使接续的第2透镜G2、第3透镜G3、及第4透镜G4都具有正的折射能力，透镜全长被控制，而有利于小型化。而且，通过使第3透镜G3成为将凸面朝向像侧的正的弯月形透镜、使第4透镜G4成为将凸面朝向物体侧的正的弯月形透镜，由此，有利于像面弯曲等的诸像差的校正。
在该广角摄像透镜中，通过满足条件式(1)～(3)，第2透镜G2、第3透镜G3、及第4透镜G4的透镜材料被最合适化，而在有利于广视角化的同时，例如，容易成为将各透镜由玻璃球面透镜等而形成的廉价的结构。脱离条件式(1)～(3)的范围，例如，在使各透镜为玻璃球面透镜的情况下，难以同时满足小型化及广视角化。其中，若将第1透镜G1、第2透镜G2、第3透镜G3、及第4透镜G4都以玻璃透镜而构成，那么尤其在装载于车载用摄像机等的摄像装置时更有利。这是因为，通过在各透镜利用玻璃透镜，与使用塑料透镜时相比，在使用时或保存时的温度变化严重的环境下，仍然难以发生焦点位置的变动、光学性能的劣化、或由负荷引起的变形等。另外，不管透镜的面形状是球面还是非球面均可。因为，任一构成都能充分得到良好的性能。但，若将各透镜的所有面以球面而构成，则在制造性或费用减低的方面较为有利，因此较为理想。
而且，在该广角摄像透镜中，通过满足条件式(4)，第2透镜G2与第3透镜G3之间的空气间隔被最适合化，有利于诸像差的校正的同时，有利于透镜全长的缩短化。若超出条件式(4)的数值范围，则彗形像差的校正不充分，若低于则因球面像差的校正不充分，所以不理想。
并且，通过满足条件式(5)～(7)，而谋求各透镜的折射能力及形状的最合适化。由此，诸像差被良好地校正，更加容易实现小型化与广视角化。条件式(5)是关于第3透镜G3的焦距的式子，若超过该数值范围则球面像差的校正不充分，若低于则因像面弯曲的校正不充分，所以不理想。条件式(6)是，关于第4透镜G4的焦距，若超过该数值范围则畸变像差的校正不充分，若低则因彗形像差的校正不充分，所以不理想。条件式(7)是，关于第1透镜G1的物体侧的曲率半径，若高于该数值范围则球面像差的校正不充分，若低则因像面弯曲的校正不充分，所以不理想。
如此，根据与本实施方式有关的广角摄像透镜，用以4组4片这样比较少的透镜片数，而将整体的光学能力配置与透镜的材料最合适化，因此，用以较少的片数，而将透镜全长抑制为较小，能够确保90°以上(例如100°前后)的广视角。由此，能够得到适合于小型而高性能的摄像装置，尤其，车载用或监视用的摄像机的性能。
【实施例】
以下，对于与本实施方式有关的广角摄像透镜的具体数值实施例1～10，基于实施例1进行概括而说明。
作为实施例1，图4表示对应于图1所示的广角摄像透镜的构成的基本透镜数据。图4所示的透镜数据的面号码Si的栏表示，包括光阑St地将最靠近物体侧的构成要素的面为第1号而随着朝向像侧依次增加的构成要素的面的号码。曲率半径Ri一栏，对应于图1所示的符号Ri，表示从物体侧起第i号构成要素的面的曲率半径的值(mm)。对于面间隔Di一栏，对应于图1所示的符号，表示从物体侧起第i号面Si和第i+1号面Si+1的光轴上的间隔(mm)。在折射率Ndj一栏，表示从物体侧起第j(j＝1～5)号光学要素的d线(波长587.6nm)的折射率的值。在vdj一栏，表示从物体侧起第j号光学要素相对于d线的阿贝数的值。
与上述实施例1同样，图5～图13表示与实施例2～10有关的广角摄像透镜的基本透镜的数据。与图8所示的实施例5有关的广角摄像透镜，对应于图2所示的第2结构例。在与该实施例5有关的广角摄像透镜中，第1透镜G1成为将凹面朝向物体侧的负的弯月形状。第2透镜G2成为将凸面朝向物体侧的正的弯月形状。与图13所示的实施例10有关的广角摄像透镜，对应于图3所示的第3的结构例。在与该实施例10有关的广角摄像透镜，第1透镜G1成为将凸面朝向物体侧的负的弯月形状，第2透镜G2成为将凸面朝向物体侧的正的弯月形状。
与此外的实施例(实施例2～4及实施例6～9)有关的广角摄像透镜的基本构成，类似于与实施例1有关的广角摄像透镜。另外，在与实施例1有关的广角摄像透镜中，第2透镜G2成为双凸形状，然而，在与实施例3、实施例4、实施例6、及实施例7有关的广角摄像透镜中，第2透镜G2成为将凸面朝向物体侧的正的弯月形状。
另外，在实施例1～10的全部中，第1透镜G1、第2透镜G2、第3透镜G3、及第4透镜G4均由玻璃透镜形成，且所有面均为球面形状。
图14是表示各实施例的对应于上述各条件式的值，图15是表示有关整个系统的焦距f(mm)、F号码(FNO.)、及视角2ω(°)。如图14所示，各实施例的值成为各条件式的范围内，如图15所示，对于各实施例，确保了100°左右的广视角。
图16(A)～图16(C)是表示对于实施例1的广角摄像透镜的诸像差。具体而言，图16(A)表示球面像差、图16(B)表示像散、图16(C)表示畸变(畸变像差)。在各像差图，表示以e线(波长546.1nm)为标准波长的像差。在球面像差图，表示对于g线(波长435.8nm)、C线(波长656.3nm)的像差图。在像散图，实线表示弧矢方向、虚线表示切向方向的像差。FNO.表示F值，ω表示半视角。
同样，将关于实施例2的广角摄像透镜的诸像差表示在图17(A)～图17(C)，将关于实施例3的Q广角摄像透镜的诸像差表示在图18(A)～图18(C)、将关于实施例4的广角摄像透镜的诸像差表示在图19(A)～图19(C)、将关于实施例5的广角摄像透镜的诸像差表示在图20(A)～图20(C)、将关于实施例6的广角摄像透镜的诸像差表示在图21(A)～图21(C)、将关于实施例7的广角摄像透镜的诸像差表示在图22(A)～图22(C)、将关于实施例8的广角摄像透镜的诸像差表示在图23(A)～图23(C)、将关于实施例9的广角摄像透镜的诸像差表示在图24(A)～图24(C)、将关于实施例10的广角摄像透镜的诸像差表示在图25(A)～图25(C)。
从以上的透镜数据及像差图可以得知，对于各实施例，通过整体以4组4片的透镜构成，而将透镜的形状或折射能力、及透镜材料被最适合化，从而，能够实现视角被确保为100°左右的小型及高性能的广角透镜系统。
另外，本发明不限定于上述实施方式及各实施例，可以进行各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径R、面间隔D、折射率N、及阿贝数v的值等，不限定于上述各数值实施例所示的值，能够获取不同的值。

Claims (9)

1.一种广角摄像透镜，其特征在于，
从物体侧顺次具备：
第1透镜，其具有负的折射能力；
第2透镜，其将凸面朝向物体侧、并具有正的折射能力；
孔径光阑；
第3透镜，其将凸面朝向像侧、并具有的正的折射能力；
第4透镜，其将凸面朝向物体侧、并具有正的折射能力，
且，满足下述条件式：
N2≥1.7……(1)
N3≥1.7……(2)
N4≥1.7……(3)
其中，
N2：第2透镜相对于d线的折射率
N3：第3透镜相对于d线的折射率
N4：第4透镜相对于d线的折射率。
2.根据权利要求1所述的广角摄像透镜，其特征在于，
上述第3透镜是将凸面朝向像侧的正的弯月形透镜，第4透镜是将凸面朝向物体侧的正的弯月形透镜。
3.根据权利要求1所述的广角摄像透镜，其特征在于，
还满足下述条件式：
0.03＜D23/f＜0.22……(4)
其中，
D23：第2透镜与第3透镜之间的空气间隔。
4.根据权利要求1所述的广角摄像透镜，其特征在于，
还满足下述条件式(5)～(7)：
0.18＜f/f3＜0.46……(5)
0.27＜f/f4＜0.58……(6)
-0.44＜f/R1＜0.11……(7)
此处，
f：整个系统的焦距，
f3：第3透镜的焦距，
f4：第4透镜的焦距，
R1：第1透镜的物体侧的曲率半径。
5.根据权利要求2所述的广角摄像透镜，其特征在于，
还满足下述条件式：
0.03＜D23/f＜0.22……(4)
其中，
D23：第2透镜与第3透镜之间的空气间隔。
6.根据权利要求2所述的广角摄像透镜，其特征在于，
还满足下述条件式(5)～(7)：
0.18＜f/f3＜0.46……(5)
0.27＜f/f4＜0.58……(6)
-0.44＜f/R1＜0.11……(7)
此处，
f：整个系统的焦距，
f3：第3透镜的焦距，
f4：第4透镜的焦距，
R1：第1透镜的物体侧的曲率半径。
7.根据权利要求3所述的广角摄像透镜，其特征在于，
还满足下述条件式(5)～(7)：
0.18＜f/f3＜0.46……(5)
0.27＜f/f4＜0.58……(6)
-0.44＜f/R1＜0.11……(7)
此处，
f：整个系统的焦距，
f3：第3透镜的焦距，
f4：第4透镜的焦距，
R1：第1透镜的物体侧的曲率半径。
8.根据权利要求5所述的广角摄像透镜，其特征在于，
还满足下述条件式(5)～(7)：
0.18＜f/f3＜0.46……(5)
0.27＜f/f4＜0.58……(6)
-0.44＜f/R1＜0.11……(7)
此处，
f：整个系统的焦距，
f3：第3透镜的焦距，
f4：第4透镜的焦距，
R1：第1透镜的物体侧的曲率半径。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的广角摄像透镜，其特征在于，
上述第1透镜、上述第2透镜、上述第3透镜及上述第4透镜全部为玻璃透镜。
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