CN101806951B - 光学单元和成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学单元和成像设备。该光学单元包括从物侧向像侧依次设置的第一透镜组和第二透镜组，其中，第一透镜组包括从物侧向像侧依次设置的第一透镜元件、第一透明体和第二透镜元件，并且，第二透镜组包括从物侧向像侧依次设置的第三透镜元件、第二透明体和第四透镜元件。

Description

光学单元和成像设备
技术领域
本发明涉及应用于成像器械的光学单元和成像设备。
背景技术
在近年来安装在蜂窝电话、个人计算机(PC)等上的成像器械中，强烈地要求高分辨率、低成本和小型化。
诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等的成像装置的单元间距(cell pitch)已经被急剧地小型化，并且与通常的光学系统相比，要求光学系统具有更高的成像性能，在该光学系统中抑制了光学像差，尤其是轴向色差。
另外，已知有这样一种技术，其中：同时以晶片状态制造大量的透镜，以响应于价格要求而降低成本。
作为每一次以晶片状态制造大量的透镜的实例，例如，有以US2006/0044450A1(专利文献1)中公开的技术为代表的技术。
发明内容
在专利文献1中，存在各种晶片级光学技术，但是，由于该技术起初涉及诸如CIF或VGA的少量的像素，所以对于三百万以上像素，该技术在光学性能方面还没有达到实用的级别。
也就是说，当期望在三百万以上像素的高像素数的情况中引入该技术时，其中充分地减少轴向色差和其它像差的高级光学设计是必要的。
因此，希望提供一种能够以晶片级光学器件(wafer leveloptics)实现最佳透镜的光学单元和成像设备。
根据本发明的一个实施例的光学单元包括从物侧向像侧依次设置的第一透镜组和第二透镜组，其中第一透镜组包括从物侧向像侧依次设置的第一透镜元件、第一透明体和第二透镜元件，并且，其中第二透镜组包括从物侧向像侧依次设置的第三透镜元件、第二透明体和第四透镜元件。
根据本发明的另一实施例的光学单元包括从物侧向像侧依次设置的第一透镜组和第二透镜组，其中第一透镜组包括从物侧向像侧依次设置的第一透镜元件、第一缓冲层、第一透明体和第二透镜元件，并且，其中第二透镜组包括从物侧向像侧依次设置的第三透镜元件、第二透明体、第二缓冲层和第四透镜元件。
根据本发明的又一实施例的成像设备包括成像装置和在成像装置上形成被摄体图像的成像透镜，其中成像透镜包括从物侧向像侧依次设置的第一透镜组和第二透镜组，其中第一透镜组包括从物侧向像侧依次设置的第一透镜元件、第一透明体和第二透镜元件，并且，其中第二透镜组包括从物侧向像侧依次设置的第三透镜元件、第二透明体和第四透镜元件。
根据本发明的实施例，可以以晶片级光学器件实现最佳透镜。
附图说明
图1示出根据本发明第一实施例的成像透镜的配置实例的视图；
图2示意性地示出根据本实施例的第四透镜元件的表面形状的实例的视图；
图3是示出提供给根据本实施例的成像透镜中的各个透镜、形成各个透镜组的基板、以及形成成像单元的盖玻璃(cover glass)的表面编号的视图；
图4A至图4C是示出实例1中的球差、像散和畸变的像差曲线图；
图5是根据本发明第二实施例的成像透镜的配置实例；
图6A至图6C是示出实例2中的球差、像散和畸变的像差曲线图；
图7是根据本发明第三实施例的成像透镜的配置实例；
图8A至图8C是示出实例3中的球差(色差)、像散和畸变的像差曲线图；
图9是示出根据本发明第四实施例的成像透镜的配置实例的视图；
图10是示出根据本发明第五实施例的成像透镜的配置实例的视图；以及
图11是示出应用根据实施例的成像透镜的成像设备的配置实例的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图解释本发明的各实施例。
按照如下顺序进行解释。
1、第一实施例(应用光学单元的成像透镜的第一配置实例)
2、第二实施例(应用光学单元的成像透镜的第二配置实例)
3、第三实施例(应用光学单元的成像透镜的第三配置实例)
4、第四实施例(应用光学单元的成像透镜的第四配置实例)
5、第五实施例(应用光学单元的成像透镜的第五配置实例)
6、第六实施例(成像设备的配置实例)
<1、第一实施例>
图1是示出应用根据本发明第一实施例的光学单元的成像透镜的配置实例的视图。
如图1所示，根据第一实施例的成像透镜100包括从物侧OBJS到像侧依次设置的第一透镜组110、第二透镜组120、盖玻璃130和像面140。
成像透镜100被形成为单焦点透镜。第一透镜组110和第二透镜组120形成光学单元。
第一透镜组110和第二透镜组120中的每一个是通过在透明体的两侧设置包括两个透镜元件的接合体(joined body)而形成的。
具体地说，第一透镜组110包括从物侧OBJS到像面140侧依次设置的第一透镜元件111、第一缓冲层112、第一透明体113和第二透镜元件114，从而通过它们的接合体而形成。
第二透镜组120包括从物侧OBJS到像面140侧依次设置的第三透镜元件121、第二透明体122、第二缓冲层123和第四透镜元件124，从而通过它们的接合体而形成。
第一缓冲层112和第二缓冲层123构成透镜的一部分，并且由与透镜材料相同的材料制成。第一缓冲层112和第二缓冲层123被设计和制造为透镜的没有获得预定精确度的一部分。
如上所述，第一透镜组110和第二透镜组120中的每一个由透镜元件和透明体的接合体形成，因此，成像透镜100总体上包含第一表面SF1、第二表面SF2、第三表面SF3和第四表面SF4，作为透镜表面。
第一表面SF1由第一透镜元件111的物侧表面形成，并且第二表面SF2由第二透镜元件114的像侧表面形成。
第三表面SF3由第三透镜元件121的物侧表面形成，并且第四表面SF4由第四透镜元件124的像侧表面形成。
根据本实施例的成像透镜100被形成为：使得第一透镜组110和第二透镜组120中的一个透镜组具有正光焦度，而另一个透镜组具有负光焦度。
在作为单焦点透镜的成像透镜100中，假设在像面140上设置诸如CCD传感器、CMOS传感器等的固态成像装置的成像面(图像接收面)。
盖玻璃130被设置在第四表面SF4和像面140之间。此外，优选的是，除了由树脂或玻璃制成的盖玻璃130、红外截止滤波器和低通滤波器以外，在第四表面SF4和像面140之间还设置光学元件。
在本实施例中，在图1中，左侧是物侧(前方)，而右侧是像侧(后方)。
从物侧入射的光通量被成像在像面140上。
在下文中，将解释根据本实施例的成像透镜的配置和操作。
在第一透镜组110中，第一透明体113由板状玻璃基板形成，在该板状玻璃基板中，例如，阿贝数vg1小，而折射率ng1高。
第一缓冲层112被形成在第一透明体(第一玻璃基板)113的物侧表面上，并且，第一透镜元件111进一步被接合在第一缓冲层112的物侧OBJS处。
第一透镜元件111由非球面透镜形成，在该非球面透镜中，形成第一表面SF1的物侧表面为凸形，并且阿贝数vs1大。
第二透镜元件114被接合在第一透明体(第一玻璃基板)113的像侧表面处。
第二透镜元件114由非球面透镜形成，在该非球面透镜中，形成第二表面SF2的像侧表面为凹形。
在第二透镜组120中，第二透明体122由板状玻璃基板形成，在该板状玻璃基板中，例如，阿贝数vg2大，而折射率ng2低。
第三透镜元件121被接合在第二透明体(第二玻璃基板)122的物侧表面处。
第三透镜元件121由非球面透镜形成，在该非球面透镜中，形成第三表面SF3的物侧表面为凹形。
第二缓冲层123被形成在第二透明体(第二玻璃基板)122的像侧表面处，并且，第四透镜元件124进一步被接合在第二缓冲层123的像侧处。
第四透镜元件124由非球面透镜形成，在该非球面透镜中，形成第四表面SF4的像侧表面为凸形，或者为带凹陷和凸起的凹凸形状。
图2是示意性地示出根据本实施例的第四透镜元件124的表面形状的实例的视图。
在图2中，示出了除了第二缓冲层以外的第二透镜组102。
图2的第四透镜元件124由平凹凸透镜形成，在该平凹凸透镜中，物侧是平的(FLAT)，而像侧具有凹陷和凸起。
第四透镜元件124具有凹形部分1241和凸形部分1242，在凹形部分1241中，包括光轴OX的光轴周边被形成为凹形，在凸形部分1242中，凹形部分1241的更外侧的边界被形成为凸形。
而且，第四透镜元件124还具有平部分1243，在平部分1243中，凸形部分1242的更外侧的边界被形成为平的。
在下述解释中，存在这样的情况：即，用同一附图标记将第一透明体113表示为第一玻璃基板，并且，用同一附图标记将第二透明体122表示为第二玻璃基板。
第一透镜元件111、第二透镜元件114、第三透镜元件121和第四透镜元件124由紫外光(UV)固化树脂、热固性树脂、塑料等制成。
这里，第一缓冲层112和第二缓冲层123由与透镜材料相同的材料制成，从而作为透镜的一部分，但是，它们被设计和制造为：分别将没有获得精确度的部分定义为缓冲层。
没有获得精确度的原因是固化时在UV固化树脂、热固性树脂、塑料等中出现5％至7％的收缩，并且，由于这种收缩和与基板的附着的结合而导致难以预测收缩行为。
如上所述，根据第一实施例的成像透镜100由具有两个组和六件的透镜形成。
第一透镜组110由从物侧向像侧的具有凸形和大阿贝数vs1的非球面透镜的第一表面SF1、具有小阿贝数vg1和高折射率ng1的第一透明体(第一玻璃基板)113、以及具有凹形的非球面透镜的第二表面SF2形成。
第二透镜组120由从物侧向像侧的具有凹形的非球面透镜的第三表面SF3、具有大阿贝数vg2和低折射率ng2的第二透明体(第二玻璃基板)122、以及非球面透镜的第四表面SF4形成。
作为单焦点透镜的成像透镜100被配置为满足下述条件式(1)至(13)。
在条件式(1)中，定义第一透镜组110中的第一玻璃基板(第一透明体)113的折射率ng1的条件。
1.65≤ng1≤2.2(1)
在成像透镜100中，在第一透镜组110中使用具有高折射率ng1的第一玻璃基板作为第一透明体113，从而减少通过第一表面SF1的光的入射角以及减少这里产生的像散和彗差。
条件式(1)的上限主要取决于材料的限制。目前已有的材料的折射率的上限是大约2.2，因此，第一玻璃基板113的折射率ng1存在上限。
由条件式(1)表示最佳条件。
在条件式(2)中，定义第一透镜组110中的第一玻璃基板113的阿贝数vg1的条件。
12≤vg1≤45    (2)
在第一透镜组110中，通过形成具有大阿贝数的第一透镜元件111的凸透镜和随后的具有小阿贝数的第一玻璃基板113来减少色差。在第一玻璃基板113的阿贝数vg1大时，难以减少色差，并且，在阿贝数vg1小时，以与上述方式相同的方式，由于材料的限制而存在下限。
由条件式(2)表示最佳条件。
在条件式(3)和(4)中，定义第一透镜组110的焦距fg1和第二透镜组120的焦距fg2的条件。
1.2≤fg1≤4    (3)
-10≤fg2≤-1.2    (4)
为了通过第一透镜组110和第二透镜组120的协同作用来校正各种像差，优选的是，第一透镜组110和第二透镜组120中的一个透镜组具有正光焦度，而另一个透镜组具有负光焦度。
由于这里总光学长度短是必要的，所以希望第一透镜组110具有正光焦度而第二透镜组120具有负光焦度。
然而，超出了这种条件，即使各组之间的极小的偏心(decentering)也会严重地影响特性，从而使制造容差变小。
由条件式(3)和(4)表示最佳条件。
在条件式(5)中，定义形成第一表面SF1的第一透镜元件111的阿贝数vs1的条件。如上所述，第一透镜元件111由具有凸形和大阿贝数vs1的非球面透镜形成。
45≤vs1≤100    (5)
在第一透镜组110中，通过具有大阿贝数的凸透镜和随后的具有小阿贝数的第一玻璃基板113来减少色差。
在阿贝数小时，难以减少色差，并且，在材料的限制中，不存在具有极大阿贝数的材料。
因此，由条件式(5)表示最佳条件。
在条件式(6)中，定义第二透镜组120中的第二玻璃基板(第二透明体)122的折射率ng2的条件。
1.2≤ng2≤1.65    (6)
在第二透镜组120中，希望以与第一透镜组110相对的方式更多地校正像散和彗差，因此，优选的是，第二玻璃基板122的折射率ng2小。
由此确定第二玻璃基板122的折射率ng2的上限，并且，以与上述方式相同的方式，由于材料的限制而确定下限。
由条件式(6)表示最佳条件。
在条件式(7)中，定义第二透镜组120中的第二玻璃基板122的阿贝数vg2的条件。
35≤vg2≤100    (7)
在第二透镜组120中，通过具有大阿贝数的第二玻璃基板122来执行最佳的整体消色差。在阿贝数小时，即，在色散大时，出现至此为止已经减少了的色差，这是不希望的。以与上述方式相同的方式，通过材料的限制来确定第二玻璃基板122的阿贝数vg2的上限。
因此，由条件式(7)表示最佳条件。
在条件式(8)中，定义第四透镜元件124的像侧表面即第四表面SF4的曲率半径Rs4的条件。如上所述，第四透镜元件124由非球面透镜形成。
Rs4≤-3[mm]或者Rs4≥10[mm]    (8)
在第四表面SF4的曲率半径Rs4为极端正的情况中，作为光轴附近的周边的表面在像侧突出，从而呈容易产生鬼像(ghost)的形状，因为在成像装置上反射的光再次在第四表面SF4上反射。
同时，在上述情况中，由于周边光在更大程度上反射到周边，所以相对于成像装置(传感器)的入射角变尖锐，这是不希望的。
而且，出现这样的问题，即，由于突出部分而导致缩短后焦点(back focus)。此外，在负曲率变得太尖锐时，场曲将是负的，从而难以校正它。
由条件式(8)表示用于通过确保足够的后焦点和满足希望的成像器入射角来获得希望的照相机性能的最佳条件。
在条件式(9)中，定义第一玻璃基板113的厚度Tg1的条件。
0.2≤Tg1≤0.7[mm]    (9)
为了减少第一透镜组110中产生的像散和彗差，优选的是，第一玻璃基板113薄。因此，在第一玻璃基板113的厚度Tg1中产生上限。
当第一玻璃基板太薄时，在基板中出现翘曲(warpage)，从而，难以制造该基板。因此，在第一玻璃基板113中存在下限。
因此，由条件式(9)表示最佳条件。
在条件式(10)中，定义第二玻璃基板122的厚度Tg2的条件。
0.2≤Tg2≤2.5[mm]    (10)
与第一透镜组110不同的是，在第二透镜组120中在更大程度上校正像散和彗差是必要的，因此，优选的是，第二玻璃基板122的厚度Tg2是像差不会变得过大(excessive)的厚度。
厚度Tg2也取决于总光学长度。当第二玻璃基板122的厚度Tg2太厚时，尤其在很大程度上出现彗差，而且特性劣化，并且，当该厚度太薄时，像差校正变得不够。或者，在基板中出现翘曲，从而难以以与上述方式相同的方式制造基板。
因此，由条件式(10)表示最佳条件。
在条件式(11)中，定义第一缓冲层112和第二缓冲层123的厚度Tbuf的条件。
0.005[mm]≤Tbuf≤0.300[mm]    (11)
在凸形或者周边类似于凸形的情况中，缓冲层是必要的。
这是因为在将透镜附着到基板时难以在基板附近的透镜中获得形状的精确度。当缓冲层的厚度Tbuf太厚时，出现像差而且光学特性、尤其像散和彗差劣化，并且，在该厚度太薄时，难以在边界附近获得形状的精确度。
因此，由条件式(11)表示最佳条件。
在条件式(12)中，定义第二透镜元件114的阿贝数vs2的条件。
28≤vs2≤65    (12)
为了校正轴向色差，希望第二透镜元件114的阿贝数vs2小。
阿贝数vs2的下限由第二透镜元件114的材料的限制确定。
另一方面，在阿贝数大时，降低了第一透镜组110和第二透镜组120的光焦度，从而降低对组偏心的灵敏度并使制造容差变宽。因此，存在最佳值。
由条件式(12)表示最佳条件。
在条件式(13)中，定义第三透镜元件121的阿贝数vs3的条件。
28≤vs3≤42    (13)
为了校正轴向色差，希望第三透镜元件121的阿贝数vs3小。
阿贝数vs3的上限由色差确定，并且下限由第二透镜元件114的材料的限制确定。因此，存在最佳值。
由条件式(13)表示最佳条件。
上述条件式(1)至(13)是如下解释的实例1、2和3共有的，并且，根据需要合适地应用上述条件式(1)至(13)中的任意一个，从而实现适合于单独的成像装置或成像设备的优选的成像性能和紧凑型光学系统。
在从物侧向像侧的方向为正，“k”是圆锥系数(coniccoefficient)，A、B、C和D是非球面系数，并且“r”是中心曲率半径时，由下式表示透镜的非球形表面的形状。“y”表示光束离光轴的高度，并且“c”表示中心曲率半径“r”的倒数(1/r)。
X表示切平面与非球面顶部的切平面之间的距离，A表示第四阶非球面系数，B表示第六阶非球面系数，C表示第八阶非球面系数，D表示第十阶非球面系数，E表示第十二阶非球面系数，F表示第十四阶非球面系数。
非球面方程
X = cy 2 1 + 1 - ( 1 + k ) c 2 y 2 + A y 4 + By 6 + Cy 8 + D y 10 + E y 12 + F y 14
图3是示出提供给根据本实施例的成像透镜中的各个透镜、形成各个透镜组的基板、以及形成成像单元的盖玻璃的表面编号的视图。
具体地说，编号1的表面编号被提供给第一透镜元件111的物侧表面(凸表面)，并且，编号2的表面编号被提供给第一透镜元件111的像侧表面与第一缓冲层112的物侧表面之间的界面(接合面)。
编号3的表面编号被提供给第一缓冲层112的像侧表面与第一透明体(第一玻璃基板)113的物侧表面之间的界面(接合面)，并且编号4的表面编号被提供给第一透明体(第一玻璃基板)113的像侧表面与第二透镜元件114的物侧表面之间的界面(接合面)。编号5的表面编号被提供给第二透镜元件114的像侧表面(凹表面)。编号6的表面编号被提供给第三透镜元件121的物侧表面(凹表面)，并且编号7的表面编号被提供给第三透镜元件121的像侧表面与第二透明体(第二玻璃基板)122的物侧表面之间的界面(接合面)。
编号8的表面编号被提供给第二透明体(第二玻璃基板)122的像侧表面与第二缓冲层123的物侧表面之间的界面(接合面)，并且，编号9的表面编号被提供给第二缓冲层123的像侧表面与第四透镜元件124的物侧表面之间的界面(接合面)。
编号10的表面编号被提供给第四透镜元件124的像侧表面(非球形表面)，并且编号11的表面编号被提供给盖玻璃130的物侧表面。
如图3所示，在根据本实施例的成像透镜100中，第一透镜元件111的物侧表面(编号1)1的中心曲率半径被设定为R1。
第一透镜元件111的像侧表面与第一缓冲层112的物侧表面之间的界面(接合面)2的中心曲率半径被设定为R2。
第一缓冲层112的像侧表面与第一透明体(第一玻璃基板)113的物侧表面之间的界面(接合面)3的中心曲率半径被设定为R3。
第一透明体(第一玻璃基板)113的像侧表面与第二透镜元件114的物侧表面之间的界面(接合面)4的中心曲率半径被设定为R4，并且，第二透镜元件114的像侧表面(凹表面)5的中心曲率半径被设定为R5。
第三透镜元件121的物侧表面(凹表面)6的中心曲率半径被设定为R6，并且，第三透镜元件121的像侧表面与第二透明体(第二玻璃基板)122的物侧表面之间的界面(接合面)7的中心曲率半径被设定为R7。
第二透明体(第二玻璃基板)122的像侧表面与第二缓冲层123的物侧表面之间的界面(接合面)8的中心曲率半径被设定为R8。
第二缓冲层123的像侧表面与第四透镜元件124的物侧表面之间的界面(接合面)9的中心曲率半径被设定为R9。
第四透镜元件124的像侧表面(非球形表面)10的中心曲率半径被设定为R10，并且，盖玻璃130的物侧表面11的中心曲率半径被设定为R11。
请注意，表面2、3、4、7、8、9和11的中心曲率半径R2、R3、R4、R7、R8、R9和R11是无穷大的(INFINITY)。
如图3所示，表面1和表面2之间的光轴OX上的距离，即第一透镜元件111的厚度，被设定为d1，并且，表面2和表面3之间的光轴OX上的距离，即第一缓冲层112的厚度，被设定为d2。
表面3和表面4之间的光轴OX上的距离，即第一透明体(第一玻璃基板)113的厚度，被设定为d3，并且，表面4和表面5之间的光轴OX上的距离，即第二透镜元件114的厚度，被设定为d4。
第二透镜元件114的像侧表面5和第三透镜元件的物侧表面6之间的光轴OX上的距离被设定为d5。
表面6和表面7之间的光轴OX上的距离，即第三透镜元件121的厚度，被设定为d6，并且，表面7和表面8之间的光轴OX上的距离，即第二透明体(第二玻璃基板)122的厚度，被设定为d7。
表面8和表面9之间的光轴OX上的距离，即第二缓冲层123的厚度，被设定为d8，并且，表面9和表面10之间的光轴OX上的距离，即第四透镜元件124的厚度，被设定为d9。
第四透镜元件124的像侧表面10和盖玻璃130的物侧表面11之间的光轴OX上的距离被设定为d10，并且，物侧表面11和像侧表面之间的光轴OX上的距离，即盖玻璃130的厚度，被设定为d11。
如下示出包含成像透镜的特定数值的实例1。在实例1中，图3所示的表面编号被提供给成像透镜100中的各个透镜元件、缓冲层、玻璃基板(透明体)和形成成像单元的盖玻璃130。
[实例1]
在表1、表2、表3和表4中示出实例1的各个数值。实例1的各个数值对应于图1中的成像透镜100。
表1示出对应于根据实例1的成像透镜的各个表面编号的各个透镜元件、缓冲层、玻璃基板(透明体)和形成成像单元的盖玻璃的曲率半径(R：mm)、距离(d：mm)、折射率(nd)和色散值(vd)。
表1
实例1的透镜组成数据
  表面编号   R   d   nd   vd
  1   0.988   0.447   1.51   60.0
  2   无穷大   0.070   1.51   60.0
  3   无穷大   0.400   1.85   23.6
  4   无穷大   0.114   1.57   40.5
  5   3.169   0.374
  6   -2.007   0.076   1.57   40.5
  7   无穷大   1.650   1.52   55.0
  8   无穷大   0.070   1.57   40.5
  9   无穷大   0.500   1.57   40.5
  10   -1100.000   0.100
  11   无穷大   0.500   1.52   64.1
表2示出根据实例1的包括非球形表面的第一透镜元件111的表面1、第二透镜元件114的表面5、第三透镜元件121的表面6和第四透镜元件124的表面10的第四阶、第六阶、第八阶、第十阶、第十二阶和第十四阶非球面系数。
在表2中，K表示圆锥常数(conic constant)，A表示第四阶非球面系数，B表示第六阶非球面系数，C表示第八阶非球面系数，D表示第十阶非球面系数，E表示第十二阶非球面系数，F表示第十四阶非球面系数。
表2
实例1的非球面数据
  第一表面   k：0.417E-1   A：-0.363E-02   B：0.230E-01   C：-0.708E-01   D：0.114E+00
  第五表面   K：0.453E+1   A：0.586E-01   B：0.390E+00   C：-0.153E+01   D：0.362E+01
  第六表面   K：0.195E+1   A：-0.204E+00   B：-0.608E+00   C：0.180E+01   D：-0.5198E+01
  第十表面   K：-0.100E+2   A：0.176E-01   B：-0.460E-01   C：0.235E-01   D：-0.735E-02
  E：0.118E-02   F：-0.746E-04
表3具体地示出根据实例1的成像透镜100的焦距f、数值孔径F、半视角ω和透镜长度H。
这里，焦距f被设定为4.03mm，数值孔径F被设定为2.8，半视角ω被设定为30.1度，并且透镜长度H被设定为4.50mm。
表3
实例1的组成数据
f(焦距)＝4.03mm
F(数值孔径)＝2.8
ω(半视角)＝30.1度
H(透镜长度)＝4.50mm
表4示出在实例1中满足上述各个条件式(1)至(13)。
表4
实例1/条件式的值
  条件式/实例 1
  (1)ng1   1.85
  (2)vg1   23.6
  (3)fg1   2.52
  (4)fg2   -3.54
  (5)vs1   60
  (6)ng2   1.52
  (7)vg2   55
  (8)Rs4   -1100
  (9)Tg1   0.4
  (10)Tg2   1.650
  (11)Tbuf   0.07
  (12)vs2   40.5
  (13)vs3   40.5
如图4所示，在实例1中，第一透镜组110的第一玻璃基板113的折射率ng1被设定为1.85，从而满足由条件式(1)所定义的条件。第一透镜组110的第一玻璃基板113的阿贝数vg1被设定为23.6，从而满足条件式(2)所定义的条件。
第一透镜组110的焦距fg1被设定为2.52，从而满足条件式(3)所定义的条件。第二透镜组120的焦距fg2被设定为-3.54，从而满足条件式(4)所定义的条件。
包含第一表面SF1的第一透镜元件111的阿贝数vs1被设定为60，从而满足条件式(5)所定义的条件。
第二透镜组120的第二玻璃基板122的折射率ng2被设定为1.52，从而满足条件式(6)所定义的条件。第二透镜组120的第二玻璃基板122的阿贝数vg2被设定为55，从而满足条件式(7)所定义的条件。
对应于第四透镜元件124的像侧表面10的第四表面SF4的曲率半径Rs4被设定为-1100，从而满足条件式(8)所定义的条件。
第一玻璃基板113的厚度Tg1被设定为0.4mm，从而满足条件式(9)所定义的条件。第二玻璃基板122的厚度Tg2被设定为1.650mm，从而满足条件式(10)所定义的条件。
第一缓冲层112和第二缓冲层123的厚度Tbuf被设定为0.07mm，从而满足条件式(11)所定义的条件。
第二透镜元件114的阿贝数vs2被设定为40.5，从而满足条件式(12)所定义的条件。
第三透镜元件121的阿贝数vs3被设定为40.5，从而满足条件式(13)所定义的条件。
图4A至图4C是示出实例1中的球差(色差)、像散和畸变的像差曲线图。图4A示出球差(色差)，图4B示出像散，并且图4C示出畸变。
由图4A至图4C可知，根据实例1可以获得包含光学单元的成像透镜，在该光学单元中合适地校正了诸如球差、像散和畸变的各种像差，并且，该光学单元的成像性能优异。
<2、第二实施例>
图5是根据本发明第二实施例的成像透镜的配置实例。
如图5所示的根据第二实施例的成像透镜100A基本上具有与根据第一实施例的成像透镜100相同的配置，并且与成像透镜100的不同之处在于设定值，例如，如下面作为实例2所示的各个部件的参数。
因此，这里省略了对成像透镜100A的详细解释。
下面示出包含成像透镜的具体数值的实例2。在实例2中，图3所示的表面编号被提供给成像透镜100A中的各个透镜元件、缓冲层、玻璃基板(透明体)和形成成像单元的盖玻璃130。
[实例2]
在表5、表6、表7和表8中示出实例2的各个数值。实例2的各个数值对应于图5中的成像透镜100A。
表5示出对应于根据实例2的成像透镜的各个表面编号的各个透镜元件、缓冲层、玻璃基板(透明体)和形成成像单元的盖玻璃的曲率半径(R：mm)、距离(d：mm)、折射率(nd)和色散值(vd)。
表5
实例2的组成数据
  表面编号   R   d   nd   vd
  1   0.859   0.446   1.51   60.0
  2   无穷大   0.035   1.51   60.0
  3   无穷大   0.400   1.81   40.9
  4   无穷大   0.070   1.57   40.5
  5   4.355   0.299
  6   -1.425   0.366   1.57   40.5
  7   无穷大   0.865   1.58   40.7
  8   无穷大   0.035   1.57   40.5
  9   无穷大   0.465   1.57   40.5
  10   -1100.000   0.100
  11   无穷大   0.300   1.52   64.1
表6示出根据实例2的包括非球形表面的第一透镜元件111的表面1、第一玻璃基板113的表面4、第二透镜元件114的表面5和第二玻璃基板122的表面8的第四阶、第六阶、第八阶和第十阶非球面系数。
在表6中，K表示圆锥常数，A表示第四阶非球面系数，B表示第六阶非球面系数，C表示第八阶非球面系数，D表示第十阶非球面系数。
表6
实例2的非球面数据
  第一表面   K：-0.609E+01   A：0.109E+01   B：-0.198E+01   C：-0.336E+01   D：-0.223E+01
  第四表面   K：0.985E+01   A：-0.102E+00   B：0.664E+00   C：-0.768E+01   D：0.151E+02
  第五表面   K：0.680E+01   A：-0.212E+00   B：-0.161E+01   C：0.585E+01   D：-0.308E+02
  第八表面   K：-0.100E+02   A：-0.107E+00   B：0.620E-01   C：-0.482E-01   D：0.974E-02
表7具体地示出根据实例2的成像透镜100A的焦距f、数值孔径F、半视角ω和透镜长度H。
这里，焦距f被设定为3.21mm，数值孔径F被设定为2.8，半视角ω被设定为30.4度，并且透镜长度H被设定为3.60mm。
表7
实例2的组成数据
f(焦距)＝3.21mm
F(数值孔径)＝2.8
ω(半视角)＝30.4度
H(透镜长度)＝3.60mm
表8示出在实例2中满足上述各个条件式(1)至(13)。
表8
实例2/条件式的值
  条件式/实例   2
  (1)ng1   1.81
  (2)vg1   40.9
  (3)fg1   1.96
  (4)fg2   -2.51
  (5)vs1   60
  (6)ng2   1.58
  (7)vg2   40.7
  (8)Rs4   -1100
  (9)Tg1   0.4
  (10)Tg2   0.865
  (11)Tbuf   0.035
  (12)vs2   40.5
  (13)vs3   40.5
如图8所示，在实例2中，第一透镜组110的第一玻璃基板113的折射率ng1被设定为1.81，从而满足由条件式(1)所定义的条件。第一透镜组110的第一玻璃基板113的阿贝数vg1被设定为40.9，从而满足条件式(2)所定义的条件。
第一透镜组110的焦距fg1被设定为1.96，从而满足条件式(3)所定义的条件。第二透镜组120的焦距fg2被设定为-2.51，从而满足条件式(4)所定义的条件。
包含第一表面SF1的第一透镜元件111的阿贝数vs1被设定为60，从而满足条件式(5)所定义的条件。
第二透镜组120的第二玻璃基板122的折射率ng2被设定为1.58，从而满足条件式(6)所定义的条件。第二透镜组120的第二玻璃基板122的阿贝数vg2被设定为40.7，从而满足条件式(7)所定义的条件。
对应于第四透镜元件124的像侧表面10的第四表面SF4的曲率半径Rs4被设定为-1100，从而满足条件式(8)所定义的条件。
第一玻璃基板113的厚度Tg1被设定为0.4mm，从而满足条件式(9)所定义的条件。第二玻璃基板122的厚度Tg2被设定为0.865mm，从而满足条件式(10)所定义的条件。
第一缓冲层112和第二缓冲层123的厚度Tbuf被设定为0.035mm，从而满足条件式(11)所定义的条件。
第二透镜元件114的阿贝数vs2被设定为40.5，从而满足条件式(12)所定义的条件。
第三透镜元件121的阿贝数vs3被设定为40.5，从而满足条件式(13)所定义的条件。
图6A至图6C是示出实例2中的球差(色差)、像散和畸变的像差曲线图。图6A示出球差(色差)，图6B示出像散，并且图6C示出畸变。
由图6A至图6C可知，根据实例2可以获得包含光学单元的成像透镜，在该光学单元中合适地校正了诸如球差、像散和畸变的各种像差，并且，该光学单元的成像性能优异。
<3、第三实施例>
图7是根据本发明第三实施例的成像透镜的配置实例。
如图7所示的根据第三实施例的成像透镜100B基本上具有与根据第一实施例的成像透镜100相同的配置，并且与成像透镜100的不同之处在于设定值，例如，如下面作为实例3所示的各个部件的参数。
因此，这里省略了对成像透镜100B的详细解释。
下面示出包含成像透镜的具体数值的实例3。在实例3中，图3所示的表面编号被提供给成像透镜100B中的各个透镜元件、缓冲层、玻璃基板(透明体)和形成成像单元的盖玻璃130。
[实例3]
在表9、表10、表11和表12中示出实例3的各个数值。实例3的各个数值对应于图7中的成像透镜100B。
表9示出对应于根据实例3的成像透镜的各个表面编号的各个透镜元件、缓冲层、玻璃基板(透明体)和形成成像单元的盖玻璃的曲率半径(R：mm)、距离(d：mm)、折射率(nd)和色散值(vd)。
表9
实例3的组成数据
  表面编号   R   d   nd   vd
  1   1.04230   0.491   1.51   60.0
  2   无穷大   0.070   1.51   60.0
  3   无穷大   0.494   1.85   23.6
  4   无穷大   0.070   1.51   60.0
  5   2.867   0.438
  6   -2.279   0.070   1.57   40.5
  7   无穷大   1.355   1.52   55.0
  8   无穷大   0.070   1.57   40.5
  9   无穷大   0.591   1.57   40.5
  10   -1100.000   0.100
  11   无穷大   0.500   1.52   64.1
表10示出根据实例3的包括非球形表面的第一透镜元件111的表面1、第二透镜元件114的表面5、第三透镜元件121的表面6和第四透镜元件124的表面10的第四阶、第六阶、第八阶、第十阶、第十二阶和第十四阶非球面系数。
在表10中，K表示圆锥常数，A表示第四阶非球面系数，B表示第六阶非球面系数，C表示第八阶非球面系数，D表示第十阶非球面系数，E表示第十二阶非球面系数，F表示第十四阶非球面系数。
表10
实例3的非球面数据
  第一表面   K：0.917E-01   A：-0.824E-02   B：-0.126E-01   C：0.352E-02   D：0.117E-02
  第五表面   K：0.556E+01   A：0.774E-01   B：0.203E+00   C：-0.498E+00   D：0.198E+01
  第六表面   K：0.643E+00   A：-0.219E+00   B：-0.651E-01   C：-0.318E+00   D：-0.484E+00
  第十表面   K：-0.100E+2   A：0.594E-02   B：-0.337E-01   C：0.219E-01   D：-0.884E-02
  E：0.177E-02   F：-0.140E-03
表11具体地示出根据实例3的成像透镜100B的焦距f、数值孔径F、半视角ω和透镜长度H。
这里，焦距f被设定为4.04mm，数值孔径F被设定为2.8，半视角ω被设定为30.1度，并且透镜长度H被设定为4.50mm。
表11
实例3的组成数据
f(焦距)＝4.04mm
F(数值孔径)＝2.8
ω(半视角)＝30.1度
H(透镜长度)＝4.50mm
表12示出在实例3中满足上述各个条件式(1)至(13)。
表12
实例3/条件式的值
  条件式/实例   3
  (1)ng1   1.85
  (2)vg1   23.6
  (3)fg1   2.685
  (4)fg2   -4.02
  (5)vs1   60
  (6)ng2   1.52
  (7)vg2   55
  (8)Rs4   -1100
  (9)Tg1   0.494
  (10)Tg2   1.355
  (11)Tbuf   0.07
  (12)vs2   60
  (13)vs3   40.5
如图12所示，在实例3中，第一透镜组110的第一玻璃基板113的折射率ng1被设定为1.85，从而满足由条件式(1)所定义的条件。第一透镜组110的第一玻璃基板113的阿贝数vg1被设定为23.6，从而满足条件式(2)所定义的条件。
第一透镜组110的焦距fg1被设定为2.685，从而满足条件式(3)所定义的条件。第二透镜组120的焦距fg2被设定为-4.02，从而满足条件式(4)所定义的条件。
包含第一表面SF1的第一透镜元件111的阿贝数vs1被设定为60，从而满足条件式(5)所定义的条件。
第二透镜组120的第二玻璃基板122的折射率ng2被设定为1.52，从而满足条件式(6)所定义的条件。第二透镜组120的第二玻璃基板122的阿贝数vg2被设定为55，从而满足条件式(7)所定义的条件。
对应于第四透镜元件124的像侧表面10的第四表面SF4的曲率半径Rs4被设定为-1100，从而满足条件式(8)所定义的条件。
第一玻璃基板113的厚度Tg1被设定为0.494mm，从而满足条件式(9)所定义的条件。第二玻璃基板122的厚度Tg2被设定为1.355mm，从而满足条件式(10)所定义的条件。
第一缓冲层112和第二缓冲层123的厚度Tbuf被设定为0.07mm，从而满足条件式(11)所定义的条件。
第二透镜元件114的阿贝数vs2被设定为60，从而满足条件式(12)所定义的条件。
第三透镜元件121的阿贝数vs3被设定为40.5，从而满足条件式(13)所定义的条件。
图8A至图8C是示出实例3中的球差(色差)、像散和畸变的像差曲线图。图8A示出球差(色差)，图8B示出像散，并且图8C示出畸变。
由图8A至图8C可知，根据实例3可以获得包含光学单元的成像透镜，在该光学单元中合适地校正了诸如球差、像散和畸变的各种像差，并且，该光学单元的成像性能优异。
<4、第四实施例>
图9是根据本发明第四实施例的成像透镜的配置实例。
如图9所示的根据第四实施例的成像透镜100C示出其中没有示出图1所示的根据第一实施例的成像透镜100的缓冲层的状态，从而图示了通过实际设计形成的成像透镜的实例。
图9的成像透镜100C在成像透镜的功能上等同于图1中的成像透镜100，尽管成像透镜100C在第一透明体(第一玻璃基板)113和第二透明体(第二玻璃基板)122的形状方面不同，但是这种差异不是本质的。
这里省略对成像透镜100C的详细解释。
此外，在根据第四实施例的成像透镜100C中，可以获得与图4A至图4C所示的像差特性相同的像差特性。
也就是说，在第四实施例中，也可以获得包含光学单元的成像透镜，在该光学单元中合适地校正了诸如球差、像散和畸变的各种像差，并且，该光学单元的成像性能优异。
<5、第五实施例>
图10是根据本发明第五实施例的成像透镜的配置实例。
如图10所示的根据第五实施例的成像透镜100D示出其中没有示出图5所示的根据第二实施例的成像透镜100A的缓冲层的状态，从而图示了通过实际设计形成的成像透镜的实例。
图10的成像透镜100D在成像透镜的功能上等同于图5中的成像透镜100A，尽管成像透镜100D在第二透镜元件114的形状方面不同，但是这种差异不是本质的。
这里省略对成像透镜100D的详细解释。
此外，在根据第五实施例的成像透镜100D中，可以获得与图6A至图6C所示的像差特性相同的像差特性。
也就是说，在第五实施例中，也可以获得包含光学单元的成像透镜，在该光学单元中合适地校正了诸如球差、像散和畸变的各种像差，并且，该光学单元的成像性能优异。
上述的成像透镜100包括从物侧OBJS向像面140侧依次设置的第一透镜组110和第二透镜组120。
第一透镜组110包括从物侧OBJS向像面140侧依次设置的第一透镜元件111、第一缓冲层112、第一透明体113和第二透镜元件114。
第二透镜组120包括从物侧OBJS向像面140侧依次设置的第三透镜元件121、第二透明体122、第二缓冲层123和第四透镜元件124。
因此，根据本实施例可以获得下述优点。
根据本实施例的成像透镜100，可以以晶片级光学器件实现最佳透镜(光学设计)。
在本实施例中，在抑制光学像差的同时，光学长度短，从而允许第一透镜组具有强的正光焦度并且允许第二透镜组具有强的负光焦度。
分别在第一透镜组和第二透镜组中抑制色差以具有最佳配置，从而表现出良好的性能。
使最后表面的第四表面的形状相对于像面为近似凸的形状，从而防止产生鬼像。
根据上述内容，放松了相对于传感器的入射角以获得最佳光学性能，从而采取足够的后焦点。
应用以晶片级光学器件制造透镜的最佳配置，从而实现低成本的批量生产。
与具有相同光学长度的通常的光学系统相比，根据本发明实施例的光学单元具有优异的光学特性，所述通常的光学系统即为诸如三件塑料配置或者三件玻璃-塑料-塑料配置的三组/三件配置的通常的光学系统。
还可以将透镜切成与成像器类似的形状，从而实现小型化，因此，本发明在尺寸方面也是优异的。
而且，由于本技术采用基板，所以可以更加廉价地进行生产，因此，与通常的光学系统相比，可以廉价地制造具有相同光学性能的光学系统。根据本发明，晶片级光学器件具有更多的优点。
根据本发明的实施例，可以实现具有短长度的紧凑的、且像差特性优异的成像透镜。
包含上述特性的成像透镜100、100A至100D可以被应用到用于使用诸如CCD或CMOS传感器的成像装置的数字照相机(尤其是要安装在诸如蜂窝电话的小电子器械上的照相机)的透镜。
图11是示出应用根据本实施例的包含光学单元的成像透镜的成像设备的配置实例的框图。
如图1所示，成像设备200包括应用根据本发明实施例的成像透镜100、100A至100D的光学系统210和可以应用CCD或CMOS图像传感器(固态成像传感器)的成像装置220。
光学系统210将入射光引入到包含成像装置220的像素区域的成像表面，以形成被摄体图像。
成像设备200还包括驱动成像装置220的驱动电路(DRV)230和处理成像装置220的输出信号的信号处理电路(PRC)240。
驱动电路230包括定时发生器(timing generator)(未示出)，该定时发生器产生驱动成像装置220中的电路的包括起动脉冲和计时脉冲的各种定时信号，从而通过规定的定时信号来驱动成像装置220。
信号处理电路240对成像装置220的输出信号执行规定的信号处理。
将在信号处理电路240中处理的图像信号记录在诸如存储器的记录介质中。通过打印机等来硬拷贝(hard-copy)在记录介质中记录的图像信号。另外，在信号处理电路240中处理的图像信号在包括液晶面板等的监视器上作为动画(moving picture)被输出。
如上所述，上述的成像透镜100、100A至100D作为光学系统210被安装在诸如数字静止照相机的成像设备上，从而实现具有较低功耗的高度精确的照相机。
本申请包含与分别在2009年2月13日和2009年6月26日提交到日本专利局的日本在先专利申请JP 2009-032046和JP 2009-152090中公开的主题相关的主题，这些专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其它因素，可以进行各种变形、组合、子组合和替换，只要它们在本发明的范围内即可。

Claims (10)

1.一种成像透镜单元(100)，由以下部件构成：
从物侧(OBJS)向像侧(140)依次设置的第一透镜组(110)和第二透镜组(120)，
其中，第一透镜组(110)包括：
从物侧(OBJS)向像侧(140)依次设置的第一透镜元件(111)、第一透明体(113)和第二透镜元件(114)，并且
其中第二透镜组(120)包括：
从物侧(OBJS)向像侧(140)依次设置的第三透镜元件(121)、第二透明体(122)和第四透镜元件(124)，以及
其中，第一透镜组(110)的第一透明体(113)的折射率ng1和阿贝数vg1满足如下条件：
1.65≤ng1≤2.0及
12≤vg1≤45
其中，第一透明体(113)和第二透明体(122)为板状，
其中，第一透镜组(110)由第一透镜元件(111)、第一透明体(113)和第二透镜元件(114)的接合体形成；
其中，第二透镜组(122)由第三透镜元件(121)、第二透明体(122)和第四透镜元件(124)的接合体形成。
2.根据权利要求1所述的成像透镜单元(100)，
其中，第一透镜元件(111)是平/凸透镜，在该平/凸透镜中，物侧(OBJS)是凸的，而像侧(140)是平的。
3.根据权利要求1所述的成像透镜单元(100)，
其中，第二透镜元件(114)是平/凹透镜，在该平/凹透镜中，物侧(OBJS)是平的，而像侧(140)是凹的。
4.根据权利要求1所述的成像透镜单元(100)，
其中，第三透镜元件(121)是平/凹透镜，在该平/凹透镜中，物侧(OBJS)是凹的，而像侧(140)是平的。
5.根据权利要求1所述的成像透镜单元(100)，
其中，第四透镜元件(124)是平/凸透镜，在该平/凸透镜中，物侧(OBJS)是平的，而像侧(140)是凸的。
6.根据权利要求1所述的成像透镜单元(100)，
其中，第四透镜元件(124)是平凹凸透镜，在该平凹凸透镜中，物侧(OBJS)是平的，而像侧(140)具有凹陷和凸起。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的成像透镜单元(100)，
其中，第一透镜组(110)的焦距fg1满足如下条件式：
1.2mm≤fg1≤4mm    。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的成像透镜单元(100)，
其中，第一透镜组(110)的第一透镜元件(111)的阿贝数vs1满足如下条件：
45≤vs1≤100。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的成像透镜单元(100)，
其中，第二透镜元件(114)的阿贝数vs2满足如下条件：
28≤vs2≤65。
10.一种成像设备(200)，包括：
成像装置(220)；和
根据权利要求1-9中任一项所述的成像透镜单元(100，210)，该成像透镜单元使被摄体图像形成在成像装置(220)上。
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