CN101144897B - 照相透镜 - Google Patents

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Abstract

一种用于诸如照相机或照相电话的器件的照相单元的小尺寸照相透镜。所述照相透镜包括：具有正折光力的第一透镜；具有负折光力和面向物体侧的凸面的第二透镜；具有正折光力的第三透镜；以及在中心部分具有负折光力的第四透镜，其中，所述负折光力从第四透镜的中心部分朝向外围部分变弱，并在其外围部分具有正折光力，所述透镜按照距所述物体的位置顺序编号。

Description

照相透镜
技术领域
本发明涉及照相透镜，并且尤其涉及用于具有诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器件的照相机中的小尺寸照相透镜。
背景技术
最近，具有使用固态图像传感器件的数字照相机的移动电话被广泛分布，考虑到照相性能，照相机具有3百万像素或更高的高图像质量。
因此，这种照相机需要可以以低制造成本制造的小而轻的照相透镜。此外，在3百万像素或更高的高像素照相机模块中，需要紧凑并且具有自动调焦功能的照相透镜光学系统。
日本公开专利第2002-365529号和日本公开专利第2003-149547号公开了用于使用固态图像传感器件的照相机的照相透镜。
在日本公开专利第2002-365529号中，照相透镜在其物体侧安排了孔径光阑，按照距物体侧的位置顺序，安排了具有正折光力的第一透镜、具有负折光力的第二透镜、具有正折光力的第三透镜和具有负折光力的第四透镜。
日本公开专利第2003-149547号公开了在其物体侧安排了孔径光阑，并且包括具有正折光力的第一透镜、具有负折光力的第二透镜、具有正折光力的第三透镜和具有正折光力的第四透镜的照相透镜。
具有上述结构的传统照相透镜在提供一种紧凑照相透镜，对置于距镜头较长距离和较短距离的物体保持高质量图像并具有相对较长的后焦距方面具有限制。
发明内容
本发明提供了一种紧凑照相透镜，在距物体较长距离和较短距离(10厘米)处具有高质量图像，并具有长的后焦距，并且因此，当执行自动调焦时，图像质量仍然极好。
根据本发明的一个方面，提供了一种照相透镜，包括：具有正折光力的第一透镜；具有负折光力和面向物体侧的凸面的第二透镜；具有正折光力的第三透镜；和在中心部分具有负折光力的第四透镜，其中，所述负折光力从第四透镜的中心部分向外围部分变弱，并且在其外围部分具有正折光力，其中，所述透镜按照距物体的位置顺序编号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种照相透镜，包括：具有正折光力的第一透镜；在中心部分具有负折光力的第二透镜，其中，所述负折光力从第二透镜的中心部分向外围部分变弱，并且在其外围部分具有正折光力；具有正折光力的第三透镜；和具有负折光力的第四透镜，其中，所述透镜按照距物体的位置顺序编号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种照相透镜，包括：具有正折光力的第一透镜；具有负折光力的第二透镜；具有正折光力的第三透镜；和在中心部分具有负折光力的第四透镜，其中，所述负折光力从第四透镜的中心部分向外围部分变弱，并且在其外围部分具有正折光力，其中，所述透镜按照距物体的位置顺序编号并且所述照相透镜满足条件0.5＜(r4+r5)/(r4-r5)＜1.8，
其中，r4是面向物体的第二透镜表面的曲率半径，并且r5是面向图像的第二透镜表面的曲率半径。
下列条件可以被满足，
1.4≤f/f1≤1.9
0.6≤f/|f2|≤1.5
20＜V1-V2＜50
0.2≤|r7|/f≤0.4
0.5≤r8/f ≤1.0
其中，f表示整个照相透镜的焦距，并且f1和f2表示第一和第二透镜的焦距，V1和V2表示第一和第二透镜的阿贝常数，r7表示面向图像的第三透镜表面的曲率半径，并且r8表示面向物体的第四透镜表面的曲率半径。
附图说明
通过参考附图，详细地描述其中的示范实施例，本发明的上述和其它特征和优势将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明实施例的照相透镜的光学排列的图；
图2示出了图1的照相透镜中的第四透镜的折光力相对于距光轴的径向距离；
图3A到3C分别示出了图1的照相透镜的轴向球面像差、场曲率和畸变像差；
图4是根据本发明的另一个实施例的照相透镜的光学排列的图；
图5示出了图4的照相透镜中的第四透镜的折光力相对于距光轴的径向距离；
图6A到6C分别示出了图4的照相透镜的轴向球面像差、场曲率和畸变像差；
图7是根据本发明的另一个实施例的照相透镜的光学排列的图；
图8示出了图7的照相透镜中的第四透镜的折光力相对于距光轴的径向距离；
图9A到9C分别示出了图7的照相透镜的轴向球面像差、场曲率和畸变像差；
图10是根据本发明的另一个实施例的照相透镜的光学排列的图；
图11示出了图10的照相透镜中的第四透镜的折光力相对于距光轴的径向距离；
图12A到12C分别示出了图10的照相透镜的轴向球面像差、场曲率和畸变像差；以及
图13示出了图10的照相透镜中的第二透镜的折光力相对于距光轴的径向距离。
具体实施方式
现在将参考附图更加全面地描述本发明，其中，示出了本发明的示范实施例。
图1、4、7和10示出了根据本发明实施例的照相透镜的光学排列。
参考附图，根据本发明实施例的照相透镜按照距物体OBJ的位置顺序，包括具有正折光力的第一透镜I、具有负折光力的第二透镜II、具有正折光力的第三透镜III和具有负折光力的第四透镜IV。此外，孔径光阑S被置于第一透镜I和物体OBJ之间。此外，阻止红外波长光的滤光镜V可以被置于第四透镜IV和图像IMG之间。
第二透镜II在物体OBJ侧是凸面并且在图像IMG侧是凹面。此外，第二透镜II可以被制成具有如图1和4所示的照相透镜中的球面，或可以被制成具有如图7和10所示的照相透镜中的非球面。可替换地，第二透镜II的两个表面中的一个可以被制成为非球面。
此外，第四透镜IV在其中心部分具有负折光力，并且所述负折光力朝向第四透镜IV的边缘变弱，并且因此，第四透镜IV在其外围部分具有正折光力。此外，第四透镜IV的至少一个表面可以被制成为非球面。
根据其实施例具有上述结构的照相透镜满足下列条件表达式1到6中的至少一个。
0.5＜(r4+r5)/(r4-r5)＜1.8--------------------------(1)
这里，r4是面向物体OBJ的第二透镜II表面的曲率半径，并且r5是面向图像IMG的第二透镜II表面的曲率半径。表达式1代表第二透镜II的形状，即，具有面向图像IMG的凹面的弯月形透镜。这里，如果表达式1中(r4+r5)/(r4-r5)的值小于0.5，则第二透镜II的折光力变强，并且因此很难补偿离轴像差。另一方面，如果表达式1中(r4+r5)/(r4-r5)的值大于1.8，则第二透镜II的折光力变得过弱。
1.4≤f/f1≤1.9--------------------------(2)
这里，f是整个透镜的焦距，并且f1是第一透镜I的焦距。
表达式2代表第一透镜I的折光力的条件。如果表达式2中f/f1的值小于1.4，则第一透镜I的折光力变弱并且照相透镜系统的总长增加，并且因此，照相透镜不能是紧凑尺寸的。另一方面，如果表达式2中f/f1的值大于1.9，则第一透镜I的折光力大大增加，并且因此，球面像差和色像差增加。
0.6≤f/|f2|≤1.5--------------------------(3)
这里，f是整个透镜的焦距，并且f2是第二透镜II的焦距。
表达式3代表具有负折光力的透镜的折光力的条件。即，在照相透镜中，第二透镜II和第四透镜IV具有负折光力，但是大多数负折光力集中在第二透镜II上。因此，表达式3代表在整个照相透镜系统中，向具有负折光力的透镜分布折光力的条件。
上述表达式3代表补偿第一和第三透镜I和III所生成的色像差和球面像差的条件。如果表达式3中f/|f2|的值大于1.5，则可能过度补偿色像差并且很难形成具有小尺寸的透镜系统。此外，如果表达式3中f/|f2|的值小于0.6，则对色像差的补偿可能不足。
20＜V1-V2＜50--------------------------(4)
这里，V1是第一透镜I的阿贝常数，并且V2是第二透镜II的阿贝常数。
表达式4代表具有正折光力的第一和第二透镜I和II的色散条件。如果表达式4中V1-V2的值小于20，则第一和第二透镜I和II的折光力大，并且透镜的单色像差或制作存在问题。如果表达式4中V1-V2的值大于50，则折光力变得过弱。
0.2≤|r7|/f ≤0.4--------------------------(5)
这里，f是整个透镜的焦距，并且r7是面向图像IMG的第三透镜表面的曲率半径。
表达式5涉及第三透镜III的形状。即，第三透镜III被制成弯月形透镜，其向图像IMG凸起。由于第三透镜III与第一透镜I相比具有相对较低的正折光力，第三透镜III降低了第一和第二透镜I和II的折光力并且补偿了离轴像差。
如果表达式5中|r7|/f的值大于0.4，则离轴主光线的角度减小，并且很难控制第四透镜IV。此外，如果表达式5中|r7|/f的值小于0.2，则透镜的远距离中心性(tele-centricity)得以改善，但是彗差光斑(coma flare)增加并且透镜的性能降低。
0.5≤r8/f≤1.0--------------------------(6)
这里，f是整个透镜的焦距，并且r8是面向物体OBJ的第四透镜IV表面的曲率半径。
表达式6代表涉及第四透镜IV的形状的条件，主要涉及图像IMG的远距离中心性和畸变。在表达式6中，当r8/f的值超过最高值和最低值时，远距离中心性和畸变像差降低。
在下文中，将参考透镜数据和附图来详细描述本发明的实施例。
图1是根据本发明实施例的照相透镜的光学排列的横断面视图。图2示出了根据距图1的照相透镜中的光轴的径向距离的第四透镜的折光力。参考图1和图2，第四透镜IV在其中心部分具有负折光力，其次，所述折光力朝向第四透镜IV的外围部分变弱。因此，第四透镜IV在其外围部分具有正折光力。
表1和表2示出了构成图1的照相透镜的透镜的曲率半径、透镜厚度或透镜之间的距离(沿光轴)、折射率、色散和非球面透镜的非球面系数。
这里，r代表曲率半径，d是透镜厚度或透镜之间的距离(沿光轴)，Nd是对于589.2nm波长的光的折射率，并且vd表示由等式7定义的阿贝常数。以＊指示的表面数字表示该表面是非球面。此外，r和d值的单位是mm。
v d = N d - 1 N F - N C - - - ( 7 )
这里，NF表示对于486.1nm波长的光的折射率，并且NC表示对于656.3nm波长的光的折射率。
在根据当前实施例的照相透镜中，F数(Fno)是2.65，焦距是6.1mm，并且视角(2ω)是61.1°。
此外，在根据本发明实施例的照相透镜中，每个非球面满足下列等式8。
x = c ′ y 2 1 + 1 - ( K + 1 ) c ′ 2 y 2 + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10 + Ey 12 - - - ( 8 )
这里，x表示在光轴方向上从透镜表面的顶点的位移，y表示在垂直于光轴的方向上的距离，c’表示透镜顶点处的曲率半径的倒数(＝1/r)，K表示二次曲线常数，并且A、B、C、D和E是非球面系数。
[表1]
Figure GA20177018200710084394301D00072
[表2]
  表面   K   A   B   C   D   E
  2   -1.925311   -0.010   -3.32907E-03   4.41693E-04   -6.0272E-04
  3   1.993164   -1.3416E-03   -2.3505E-04   1.26E-05
  6   -2.551042   -8.560   -3.94754E-03   1.52098E-03   4.96E-05   7.26E-05
  7   -1.856752   -8.627   1.1826E-04   -2.04229E-04   2.43248E-04   -2.79E-07
  8   -6.140874   -0.016   2.04705E-03   -9.47E-05   4.46E-07   1.61E-07
  9   -7.346669   -0.010   8.06269E-04   -6.31E-05   2.53E-06   -2.79E-08
图3A到3C示出了根据当前实施例的照相透镜的球面像差、像散场曲率和畸变。
图3A示出了照相透镜的球面像差相对于不同波长的光线。即，相对于具有435.8343nm、486.1327nm、546.0740nm、587.5618nm和656.2725nm波长的光示出球面像差。图3B示出了照相透镜的像散场曲率，即，照相透镜的切线场曲率(T)和弧矢场曲率(S)。图3C示出了照相透镜的百分比畸变(％畸变)。
图4是根据本发明的另一个实施例的照相透镜的光学排列的横断面视图。此外，图5示出了图4的照相透镜中的第四透镜的根据距光轴的径向距离的折光力。参考图4和图5，第四透镜IV在其中心部分具有负折光力，其次，所述负折光力朝向第四透镜IV的外围部分变弱。因此，第四透镜IV在其外围部分具有正折光力。
表3和表4示出了构成图4的照相透镜的透镜的曲率半径、透镜厚度或透镜之间的距离(沿光轴)、折射率、色散和非球面透镜的非球面系数。
这里，r代表曲率半径，d是透镜厚度或透镜之间的距离(沿光轴)，Nd是对于486.1nm波长的光的折射率，并且vd表示阿贝常数。以＊指示的表面数字表示该表面是非球面。此外，r和d值的单位是mm。
在根据当前实施例的照相透镜中，F数(Fno)是2.73，焦距是3.6mm，并且视角(2ω)是63.3°。
[表3]
Figure GA20177018200710084394301D00091
[表4]
表面 K A B C   D
  2   -3.83790983   -0.044274393   -0.008290139   -0.060659342
  3   2.313971646   0.010650736   -0.018720789   -0.010378962
  6   -7.631957952   0.015563449   0.001909292   0.01994465   -0.020044283
  7   -4.249496662   -0.058320073   0.046884303   0.000424818
  8   -5.149200069   -0.122315689   0.035432068   -0.004870119   0.000407197
  9   -6.47494203   -0.076936991   0.012977885   -0.002194545   4.79E-05
图6A到6C示出了根据当前实施例的照相透镜的球面像差、像散场曲率和畸变。
图7是根据本发明的另一个实施例的照相透镜的光学排列的横断面视图。此外，图8示出了图7的照相透镜的第四透镜的根据距光轴的径向距离的折光力。
表5和表6示出了构成图7的照相透镜的透镜的曲率半径、透镜厚度或透镜之间的距离(沿光轴)、折射率、色散和非球面透镜的非球面系数。这里，r代表曲率半径，d是透镜厚度或透镜之间的距离(沿光轴)，Nd是对于486.1nm波长的光的折射率，并且vd表示阿贝常数。以＊指示的表面数字表示该表面是非球面。此外，r和d值的单位是mm。
在根据当前实施例的照相透镜中，F数(Fno)是2.78，焦距是3.62mm，并且视角(2ω)是62.3°。根据当前实施例的照相透镜包括与根据第一实施例的照相透镜相同的第一到第四透镜，然而，根据当前实施例的照相透镜的第二透镜具有形成为非球面的两个表面。
[表5]
Figure GA20177018200710084394301D00101
 [表6]
  表面 K A B C D E
  2   -8.616130275   -0.063241641   -0.050815281   -0.046599875
  3   3.268773514   -0.077511005   0.074151101   -0.03012975
  4   9.990635194   -0.053540125   0.059450141   0.069117638   -0.057610299
  5   0.220255338   0.046499238   -0.061195188   0.04370191   0.074757948   -0.063781461
  6   -2.95889769   0.162340544   -0.136242178   0.066054647   -0.019301157   0.007619643
  7   -3.723590757   0.022073156   -0.000867466   0.01427323   -0.002719558   -0.000622279
  8   -3.255768137   -0.112096864   0.027897189   -0.000811167   -0.001358061   0.00024817
  9   -7.0443226   -0.061732962   0.008059854   -0.001018756   -8.15E-05   -3.92E-06
图9A到9C示出了根据当前实施例的照相透镜的球面像差、像散场曲率和畸变。
图10是根据本发明的另一个实施例的照相透镜的光学排列的横断面视图。此外，图11示出了图10的照相透镜的第四透镜的根据距光轴的径向距离的折光力，并且图13示出了图10的照相透镜的第二透镜的根据距光轴的径向距离的折光力。
表7和表8示出了构成图10的照相透镜的透镜的曲率半径、透镜厚度或透镜之间的距离(沿光轴)、折射率、色散和非球面透镜的非球面系数。这里，r代表曲率半径，d是透镜厚度或透镜之间的距离(沿光轴)，Nd是对于486.1nm波长的光的折射率，并且vd表示阿贝常数。以＊指示的表面数字表示该表面是非球面。此外，r和d值的单位是mm。
在根据当前实施例的照相透镜中，F数(Fno)是2.81，焦距是3.71mm，并且视角(2ω)是64°。根据当前实施例的照相透镜包括与根据第一实施例的照相透镜相同的第一到第四透镜，但是，根据当前实施例的照相透镜的第二透镜具有形成为非球面的两个表面。
此外，第二透镜与根据前面的实施例的照相透镜的第二透镜不同在于，第二透镜的折光力如图13所示变化。即，第二透镜II在其中心部分具有负折光力，其次，所述负折光力朝向第二透镜II的外围部分变弱。因此，第二透镜II在其外围部分具有正折光力。当第二透镜II被如上述制成时，第一透镜I的球面像差在减小整个照相透镜系统的总长度时也能够被补偿。
[表7]
Figure GA20177018200710084394301D00121
[表8]
  表面   K   A   B   C   D
  2   -0.522121898   -0.033722985   -0.042594075
  3   -3.593909483   -0.100991211   0.022045834
  4   -9.708111147   -0.050825087   0.067053515   0.009401081
  5   3.200913829   0.03552237   -0.008817345   0.010284341   -0.011504409
  6   1.510571533   0.167730049   -0.033457948   0.043400868
  7   -3.810747259   -0.05296124   0.043372534
  8   -0.591785127   -0.102558802   0.020247043   -0.00141217
  9   -7.150607794   -0.05281454   0.005366605   -0.000686898
图12A到12C示出了根据当前实施例的照相透镜的球面像差、像散场曲率和畸变。
此外，在上述实施例中，表达式1到6的值在下面的表9中示出。
[表9]
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
 表达式1   (r4+r5)/(r4-r5)   1.64   1.546   1.459   0.606
 表达式2   f/f1   1.667   1.77   1.59   1.52
 表达式3   f/|f2|   1.042   1.234   0.92   0.9
 表达式4   V1-V2   32.74   29.7   31.8   29.759
 表达式5   |r6|/f   0.275   0.297   0.32   0.3
 表达式6   r7/f   0.815   0.675   0.61   0.74
根据本发明的照相透镜包括分别具有正、负、正和负折光力的第一到第四透镜，并且第一到第四透镜之间的关系满足表达式1到6中的至少一个，并且因此，可以为处于短焦距(大约10cm)的物体和处于长焦距的物体保持高质量图像。此外，本发明的照相透镜具有相对较长的后焦距，并且因此，在自动调焦期间，可以降低清晰度的变化，并且可以制造紧凑尺寸的照相透镜。
尽管本发明被参考其中的示范实施例特别示出和描述，本领域的普通技术人员将理解，在不背离由下面的权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对其中的形式和细节进行不同的改变。

Claims (11)

1.一种照相透镜，包括：
具有正折光力的第一透镜；
在中心部分具有负折光力的第二透镜，其中，所述负折光力从所述第二透镜的中心部分朝向外围部分变弱，并在其外围部分具有正折光力；
具有正折光力的第三透镜；以及
在中心部分具有负折光力的第四透镜，其中，所述负折光力从所述第四透镜的中心部分朝向外围部分变弱，并在其外围部分具有正折光力，
其中，所述透镜按照距所述物体的位置顺序编号。
2.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，满足所述条件1.4≤f/f1≤1.9，
其中，f表示所述整个照相透镜的焦距，以及f1表示所述第一透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，满足条件0.6≤f/|f2|≤1.5，
其中，f表示所述整个照相透镜的焦距，以及f2表示所述第二透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的照相透镜，还包括：
置于所述第一透镜和所述物体之间的孔径光阑。
5.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，满足条件20＜V1-V2＜50，
其中，V1表示所述第一透镜的阿贝常数，以及V2表示所述第二透镜的阿贝常数。
6.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，满足条件0.2≤|r7|/f≤0.4，
其中，f表示所述整个照相透镜的焦距，以及r7表示面向所述图像侧的第三透镜表面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，满足条件0.5≤r8/f≤1.0，
其中，f表示所述整个照相透镜的焦距，以及r8表示面向所述物体侧的第四透镜表面的曲率半径。
8.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，所述第四透镜具有至少一个非球面。
9.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，所述第一到第四透镜中的每一个具有至少一个非球面。
10.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，所述第三透镜是具有面向所述图像侧的凸面的弯月形透镜。
11.根据权利要求1所述的照相透镜，其中，满足条件0.5＜(r4+r5)/(r4-r5)＜1.8，
其中，r4表示面向所述物体的第二透镜表面的曲率半径，以及r5表示面向所述图像侧的第二透镜表面的曲率半径。
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