CN102436059A - 成像镜头和成像设备 - Google Patents

Abstract

一种成像镜头，包括：孔径光阑；具有正折射力的第一透镜；具有负折射力的第二透镜；具有正折射力的第三透镜；以及具有负折射力的第四透镜。第一透镜的两个表面、第二透镜的两个表面、第三透镜的两个表面、以及第四透镜的两个表面形成为非球面。满足以下条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式(3)(1)-1.09≤f2/f≤-0.81(2)-1.62≤f2/f1≤-1.42(3)0.65≤f3/f≤0.97其中f1：第一透镜的焦距f2：第二透镜的焦距f3：第三透镜的焦距f：镜头整体系统的焦距。

Description

成像镜头和成像设备

技术领域

本公开涉及成像镜头和成像设备。具体地，本公开涉及成像镜头和包括该成像镜头的成像设备的技术领域，该成像镜头除了高分辨率和缩短光学总长度之外还确保小F数。

背景技术

近年来，诸如蜂窝电话的各种便携式装置已经普遍。相机功能并入了许多这些各种便携式装置中，并且对于并入的相机功能的更高性能的要求高。关于这种便携式装置，对于高分辨率以及用于实现装置的更小厚度的成像镜头(相机模块镜头)的光学总长度的缩短的特定需求高。

作为并入便携式装置的成像镜头，存在例如通过从物方到像方顺序布置四个透镜形成的四透镜配置型的成像镜头。作为这种四透镜配置型的成像镜头，已经提出了具有等价于大约2.8的F数的亮度的、实现高分辨率和光学总长度的缩短的成像镜头作为现有技术。

这些现有技术的成像镜头在例如日本专利公开No.2007-286153、No.2009-69193、No.2009-122634、No.2009-288377和No.2010-102162(下文中，分别称为专利文献1到5)中公开。

发明内容

除了亮光学系统之外确保高分辨率的成像镜头在拍摄方面具有许多优点。因此，近年来，对于这种在拍摄方面具有许多优点的成像镜头的特定需求日益增加。

然而，在上述专利文献1到5中公开的成像镜头的情况下，尽管实现高分辨率和光学总长度的缩短，但是F数是大约2.8。因此，很难说这些成像镜头充分满足用户的需求。

需要一种提供成像镜头和成像设备的技术，该成像镜头和成像设备除了高分辨率和光学总长度的缩短之外还确保小F数。

根据本公开的实施例，提供一种成像镜头，包括：孔径光阑；第一透镜，配置为具有正折射力；第二透镜，配置为具有负折射力。接近光轴的第二透镜的表面具有双凹形状。成像镜头还包括第三透镜，配置为具有正折射力。接近光轴的第三透镜的物方表面凹向物方。成像镜头还包括第四透镜，配置为具有负折射力。接近光轴的第四透镜的物方表面凸向物方。从物方到像方顺序布置孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。第一透镜的两个表面、第二透镜的两个表面、第三透镜的两个表面、以及第四透镜的两个表面形成为非球面。满足以下条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式(3)

(1)-1.09≤f2/f≤-0.81

(2)-1.62≤f2/f1≤-1.42

(3)0.65≤f3/f≤0.97

其中

f1：第一透镜的焦距

f2：第二透镜的焦距

f3：第三透镜的焦距

f：镜头整体系统的焦距。

因此，在该成像镜头中，适当地实现具有正折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、以及具有正折射力的第三透镜之间焦距的分布。

在上述成像镜头中，优选地满足以下条件表达式(4)。

(4)0.68≤R4/f≤0.90

其中

R4：第二透镜的像方表面的曲率半径。

如果成像镜头满足条件表达式(4)，则使得第二透镜的折射力适当。

在上述成像镜头中，优选地满足以下条件表达式(5)。

(5)L/Y≤1.58

其中

L：从第一透镜的物方表面的顶点到像平面的距离

Y：图像高度。

如果成像镜头满足条件表达式(5)，则从第一透镜的物方表面的顶点到像平面的距离相对于图像高度没有变得太长。

在上述成像镜头中，优选的是F数的值设为等于或小于2.47。

通过设置F数的值等于或小于2.47，实现亮光学系统。

根据本公开的另一实施例，提供一种成像设备，包括成像镜头和配置为将由成像镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。成像镜头包括孔径光阑、具有正折射力的第一透镜、以及具有负折射力的第二透镜。接近光轴的第二透镜的表面具有双凹形状。成像镜头还包括具有正折射力的第三透镜。接近光轴的第三透镜的物方表面凹向物方。成像镜头还包括具有负折射力的第四透镜。接近光轴的第四透镜的物方表面凸向物方。从物方到像方顺序布置孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。第一透镜的两个表面、第二透镜的两个表面、第三透镜的两个表面、以及第四透镜的两个表面形成为非球面。满足以下条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式

(3)

(1)-1.09≤f2/f≤-0.81

(2)-1.62≤f2/f1≤-1.42

(3)0.65≤f3/f≤0.97

其中

f1：第一透镜的焦距

f2：第二透镜的焦距

f3：第三透镜的焦距

f：镜头整体系统的焦距。

因此，在该成像设备中，适当地实现具有正折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、以及具有正折射力的第三透镜之间焦距的分布。

除了高分辨率和光学总长度的缩短外，根据本公开实施例的成像镜头和成像设备可以确保小F数。具体地，可以确保其中F数的值等于或小于2.47的亮成像光学系统。

附图说明

图1是示出根据本公开的第一实施例的成像镜头的透镜配置的图；

图2是示出其中特定数值应用到第一实施例的数值工作示例的球面像差、像散和畸变的图；

图3是示出根据本公开的第二实施例的成像镜头的透镜配置的图；

图4是示出其中特定数值应用到第二实施例的数值工作示例的球面像差、像散和畸变的图；

图5是示出根据本公开的第三实施例的成像镜头的透镜配置的图；

图6是示出其中特定数值应用到第三实施例的数值工作示例的球面像差、像散和畸变的图；

图7是示出根据本公开的第四实施例的成像镜头的透镜配置的图；

图8是示出其中特定数值应用到第四实施例的数值工作示例的球面像差、像散和畸变的图；

图9是示出根据本公开的第五实施例的成像镜头的透镜配置的图；

图10是示出其中特定数值应用到第五实施例的数值工作示例的球面像差、像散和畸变的图；

图11是与图12和图13一起示出应用根据本公开的实施例的成像设备的蜂窝电话的图，并且是示出蜂窝电话的关闭状态的透视图；

图12是示出蜂窝电话的打开状态的透视图；以及

图13是蜂窝电话的框图。

具体实施方式

下面将描述根据用于执行本公开的最佳模式的成像镜头和成像设备。

[成像镜头的配置]

通过从物方到像方顺序布置孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，形成根据本公开实施例的成像镜头。第一透镜具有正折射力。第二透镜具有负折射力，并且接近光轴的第二透镜的表面具有双凹形状。第三透镜具有正折射力，并且接近光轴的第三透镜的物方表面凹向物方。第四透镜具有正折射力，并且接近光轴的第四透镜的物方表面凸向物方。

此外，在根据本公开实施例的成像镜头中，第一透镜的两个表面、第二透镜的两个表面、第三透镜的两个表面、以及第四透镜的两个表面形成为非球面。

此外，根据本公开实施例的成像镜头满足以下条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式(3)。

(1)-1.09≤f2/f≤-0.81

(2)-1.62≤f2/f1≤-1.42

(3)0.65≤f3/f≤0.97

在这些表达式中，参数定义如下。

f1：第一透镜的焦距

f2：第二透镜的焦距

f3：第三透镜的焦距

f：镜头整体系统的焦距

条件表达式(1)是定义具有负折射力的第二透镜的焦距与镜头整体系统的焦距的比率的表达式。

如果该比率超过条件表达式(1)的上限，则Petzval和变得太小，并且像平面向欠校正(under-corrected)侧过度倾斜。

相反，如果该比率低于条件表达式(1)的下限，则Petzval和变得太大，并且像平面向过校正(over-corrected)侧过度倾斜。

条件表达式(2)是定义具有负折射力的第二透镜的焦距与具有正折射力的第一透镜的焦距的比率的表达式。

如果该比率低于条件表达式(2)的下限，则轴向色差的校正变得过度，并且畸变增加。此外，在径向(sagittal)/切向(tangential)的像平面变得过于欠校正。

相反，如果该比率超过条件表达式(2)的上限，则轴向色差的校正变得不足，并且导致分辨率的降低。

如果成像镜头满足条件表达式(1)和条件表达式(2)，则适当地实现具有正折射力的第一透镜和具有负折射力的第二透镜之间焦距的分布。因此，可以有利地校正轴向色差和球面像差。由于轴向色差和球面像差的有利的校正，即使在F数设为小时也可以在到高频区域的范围中确保高分辨率。

条件表达式(3)是定义具有正折射力的第三透镜的焦距与镜头整体系统的焦距的比率的表达式。

如果该比率低于条件表达式(3)的下限，则Petzval和变得太小，并且像平面向欠校正侧过度倾斜。

相反，如果该比率超过条件表达式(3)的上限，则Petzval和变得太大，并且像平面向过校正侧过度倾斜。

如果成像镜头满足条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式(3)，则适当地实现具有正折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、以及具有正折射力的第三透镜之间焦距的分布。因此，可以有利地校正球面像差和像场弯曲，并且可以适当地校正径向/切向的像平面。

还可能通过在具有大约2.8的F数的成像光学系统中加宽孔径(孔径光阑的直径)将F设为大约2.4。然而，在此情况下，由于残余像差的影响难以确保高分辨率。此外，如果加宽孔径，则镜头的外围区域中像散和像场弯曲的校正变得不足。特别地，如果像散的校正不足，则其中通过图像处理调整分辨率的所谓孔径控制的效果在切向和径向之间不同。因此，图像变得不自然，并且导致图像质量的劣化。

所以，通过将透镜的适当表面形成为非球面来执行像差校正也将是有效的。然而，如果仅通过非球面尝试像差校正，则透镜的制模(molding)中的可能困难变得更高，并且由于对于透镜的装配和张力的敏感度增加，大规模生产能力降低。

相反，根据本公开实施例的成像镜头通过各个组成透镜之间焦距的分布的优化和非球面系数的使用的方式，具有考虑制造能力和大规模生产能力所做出的设计。

如上所述，根据本公开实施例的成像镜头满足条件表达式(1)、条件表达式(2)以及条件表达式(3)，并且因此适当地实现具有正折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、以及具有正折射力的第三透镜之间焦距的分布。

因此，有利地校正轴向色差、球面像差和像场弯曲，并且可以实现在实现更宽视角情况下的高分辨率成像镜头。

具体地，成像镜头具有大约2.4的F数以及在等价于35mm情况下的等价于28mm的宽视角，并且在到镜头的外围区域的范围中确保高分辨率性能。例如，确保用于作为具有8百万到1千3百万像素的便携式装置的相机的镜头使用的足够高分辨率。

此外，如上所述，根据本公开实施例的成像镜头实现光学总长度的缩短以及亮度和分辨率的提高。

具体地，对于具有1/3.2尺寸的成像元件，光学总长度设为大约4.5mm。

通常，在缩短光学总长度时，关于制造能力和大规模生产能力存在以下问题。

例如，在试图仅通过缩短透镜厚度和透镜之间的气隙来缩短光学总长度时，可能不能实现所要求的光学总长度的缩短，因为存在对于透镜的可制模性和用于支持透镜的镜筒的处理的精度的限制。

此外，在试图通过缩短后焦距来缩短光学总长度的情况下，灰尘、裂纹(flaw)等可能在图像中成像并且是明显的。此外，盖玻璃(cover glass)和红外截止滤光片(cut filter)布置在成像元件和透镜之间。因此，对于通过缩短后焦距来缩短光学总长度也存在限制。

此外，例如在试图在这样宽视角的情况下缩短光学总长度的情况下，该宽视角使得转换的焦距等价于28mm，由于余弦第四定律和渐晕，外围视角处光束的截面区变小。因此，在图像中成像的灰尘可能具有大的尺寸，以至于是显著的，并且灰尘的尺寸变为不可控的级别。

为了避免上述问题出现，考虑足够高的制造能力和大规模生产能力，设计了根据本公开实施例的成像镜头，并且实现光学总长度的缩短以及亮度和分辨率的提高。

在根据本公开的一个实施例的成像镜头中优选地满足以下条件表达式(4)。

(4)0.68≤R4/f≤0.90

在该表达式中，R4定义如下。

R4：第二透镜的像方表面的曲率半径

条件表达式(4)是示出第二透镜的像方表面的曲率半径与镜头整体系统的焦距的比率的表达式。

如果该比率低于条件表达式(4)的下限，则第二透镜的折射力变得太强，并且像平面向过校正侧过度倾斜。

相反，如果该比率超过条件表达式(4)的上限，则第二透镜的折射力变得太弱，并且像平面向欠校正侧过度倾斜。

因此，如果成像镜头满足条件表达式(4)，则使得第二透镜的折射力适当，并且可以有利地校正像场弯曲、球面像差和彗形像差。

在根据本公开的一个实施例的成像镜头中优选地满足以下条件表达式(5)。

(5)L/Y≤1.58

在该表达式中，参数定义如下。

L：从第一透镜的物方表面的顶点到像平面的距离

Y：图像高度

条件表达式(5)是定义从第一透镜的物方表面的顶点到像平面的距离与图像高度的比率的表达式。图像高度示出光轴与像平面中图像点之间的距离，并且表示为成像元件的对角线长度的一半。

如果该比率超过条件表达式(5)的上限，则从第一透镜的物方表面的顶点到像平面的距离相对于图像高度变得太长，并且变得难以在确保高分辨率的情况下实现光学总长度的缩短。

因此，如果成像镜头满足条件表达式(5)，则可以在确保高分辨率的情况下实现光学总长度的缩短。

优选的是在根据本公开的一个实施例的成像镜头中F数的值设为等于或小于2.47。

通过设置F数的值等于或小于2.47，可以在确保高分辨率和光学总长度的缩短的情况下实现亮光学系统。

[成像镜头的数值工作示例]

关于成像镜头，下面将参照附图和表格描述特定实施例和其中特定数值应用到各实施例的数值工作示例。

在以下各个表格和描述中示出的符号的含义等如下。

“表面号Si”示出从物方向像方计数的第i表面。“曲率半径Ri”示出第i表面的曲率半径。“距离Di”示出第i表面和第i+1表面之间的轴向表面距离(透镜中心的厚度或空气距离)。“折射率Ndi”示出关于d线(λ＝587.6nm)从第i表面开始的透镜等的折射率。“vdi”示出关于d线从第i表面开始的透镜等的阿贝数。

关于“表面号Si”，“STO”示出孔径光阑。关于“曲率半径Ri”，“∞”示出该表面是平面。作为“表面号Si”，从物方起顺序给出从“0”开始的号码。

“K”示出圆锥常数。“A3”、“A4”...示出第三、第四、...非球面系数。

在示出非球面系数的以下各个表格中，“E-n”代表以10作为底数的指数表示，即“10的负n次幂”。例如，“0.12345E-05”代表“0.12345×(10的负5次幂)”。

在各个实施例中使用的成像镜头包括具有形成为非球面的透镜表面的透镜。如果非球面的深度定义为“Z”、距光轴的高度定义为“Y”、曲率半径定义为“R”、“圆锥常数”定义为“K”、并且第i级(i是等于或大于3的整数)非球面系数定义为“Ai”，则通过以下表达式1定义非球面形状。

[表达式1]

$Z=\frac{Y^2/R}{1+\sqrt{1-(1+K){(Y/R)}^2}}+\mathrm{\ΣAi}\·Y^i$

<第一实施例>

图1示出本公开的第一实施例中的成像镜头1的透镜配置。

通过以从物方向像方的顺序布置孔径光阑STO、具有正折射力的第一透镜G1、具有负折射力的第二透镜G2、具有正折射力的第三透镜G3、以及具有负折射力的第四透镜G4，形成成像镜头1。

接近光轴的第一透镜G1的表面形成为双凸形状。第一透镜G1由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。

接近光轴的第二透镜G2的表面形成为双凹形状。第二透镜G2由例如具有等于或高于1.6的折射率和等于或小于26的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。此外，像方表面的曲率半径设为小于物方表面的曲率半径。

接近光轴的第三透镜G3的表面形成为向物方凹并且向像方凸。第三透镜G3由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在像方表面的有效直径中具有反曲点(inflection point)。

接近光轴的第四透镜G4的表面形成为向物方凸并且向像方凹。第四透镜G4由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在物方表面的有效直径和像方表面的有效直径的每个中具有反曲点。

密封玻璃SG布置在第四透镜G4和像平面IMG之间。

在表格1中示出其中特定数值应用到第一实施例的成像镜头1的数值工作示例1的透镜数据。

[表格1]

在成像镜头1中，非球面形成为第一透镜G1的两个表面(第一表面、第二表面)、第二透镜G2的两个表面(第三表面、第四表面)、第三透镜G3的两个表面(第五表面、第六表面)、以及第四透镜G4的两个表面(第七表面、第八表面)。与圆锥常数K一起在表格2中示出数值工作示例1中非球面的非球面系数。

[表格2]

图2示出数值工作示例1的球面像差图、像散图和畸变图。

参照图2，在球面像差图中，分别通过两点链线、实线和点线指示关于g线(波长是435.8400nm)、d线(波长是587.5600nm)以及c线(波长是656.2700nm)的值。在像散图中，径向像平面中的值由实线指示，并且子午像平面中的值由点线指示。

从各个像差图，明显的是数值工作示例1实现了各个像差的有利校正并且具有优良的成像性能。

<第二实施例>

图3示出本公开的第二实施例中的成像镜头2的透镜配置。

通过以从物方向像方的顺序布置孔径光阑STO、具有正折射力的第一透镜G1、具有负折射力的第二透镜G2、具有正折射力的第三透镜G3、以及具有负折射力的第四透镜G4，形成成像镜头2。

接近光轴的第一透镜G1的表面形成为双凸形状。第一透镜G1由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。

接近光轴的第二透镜G2的表面形成为双凹形状。第二透镜G2由例如具有等于或高于1.6的折射率和等于或小于26的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。此外，像方表面的曲率半径设为小于物方表面的曲率半径。

接近光轴的第三透镜G3的表面形成为向物方凹并且向像方凸。第三透镜G3由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在像方表面的有效直径中具有反曲点。

接近光轴的第四透镜G4的表面形成为向物方凸并且向像方凹。第四透镜G4由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在物方表面的有效直径和像方表面的有效直径的每个中具有反曲点。

密封玻璃SG布置在第四透镜G4和像平面IMG之间。

在表格3中示出其中特定数值应用到第二实施例的成像镜头2的数值工作示例2的透镜数据。

[表格2]

在成像镜头2中，非球面形成为第一透镜G1的两个表面(第一表面、第二表面)、第二透镜G2的两个表面(第三表面、第四表面)、第三透镜G3的两个表面(第五表面、第六表面)、以及第四透镜G4的两个表面(第七表面、第八表面)。与圆锥常数K一起在表格4中示出数值工作示例2中非球面的非球面系数。

[表格4]

图4示出数值工作示例2的球面像差图、像散图和畸变图。

参照图4，在球面像差图中，分别通过两点链线、实线和点线指示关于g线(波长是435.8400nm)、d线(波长是587.5600nm)以及c线(波长是656.2700nm)的值。在像散图中，径向像平面中的值由实线指示，并且子午像平面中的值由点线指示。

从各个像差图，明显的是数值工作示例2实现了各个像差的有利校正并且具有优良的成像性能。

<第三实施例>

图5示出本公开的第三实施例中的成像镜头3的透镜配置。

通过以从物方向像方的顺序布置孔径光阑STO、具有正折射力的第一透镜G1、具有负折射力的第二透镜G2、具有正折射力的第三透镜G3、以及具有负折射力的第四透镜G4，形成成像镜头3。

接近光轴的第一透镜G1的表面形成为双凸形状。第一透镜G1由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。

接近光轴的第二透镜G2的表面形成为双凹形状。第二透镜G2由例如具有等于或高于1.6的折射率和等于或小于26的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。此外，像方表面的曲率半径设为小于物方表面的曲率半径。

接近光轴的第三透镜G3的表面形成为向物方凹并且向像方凸。第三透镜G3由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在像方表面的有效直径中具有反曲点。

接近光轴的第四透镜G4的表面形成为向物方凸并且向像方凹。第四透镜G4由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在物方表面的有效直径和像方表面的有效直径的每个中具有反曲点。

密封玻璃SG布置在第四透镜G4和像平面IMG之间。

在表格5中示出其中特定数值应用到第三实施例的成像镜头3的数值工作示例3的透镜数据。

[表格5]

在成像镜头3中，非球面形成为第一透镜G1的两个表面(第一表面、第二表面)、第二透镜G2的两个表面(第三表面、第四表面)、第三透镜G3的两个表面(第五表面、第六表面)、以及第四透镜G4的两个表面(第七表面、第八表面)。与圆锥常数K一起在表格6中示出数值工作示例3中非球面的非球面系数。

[表格6]

图6示出数值工作示例3的球面像差图、像散图和畸变图。

参照图6，在球面像差图中，分别通过两点链线、实线和点线指示关于g线(波长是435.8400nm)、d线(波长是587.5600nm)以及c线(波长是656.2700nm)的值。在像散图中，径向像平面中的值由实线指示，并且子午像平面中的值由点线指示。

从各个像差图，明显的是数值工作示例3实现了各个像差的有利校正并且具有优良的成像性能。

<第四实施例>

图7示出本公开的第四实施例中的成像镜头4的透镜配置。

通过以从物方向像方的顺序布置孔径光阑STO、具有正折射力的第一透镜G1、具有负折射力的第二透镜G2、具有正折射力的第三透镜G3、以及具有负折射力的第四透镜G4，形成成像镜头4。

接近光轴的第一透镜G1的表面形成为双凸形状。第一透镜G1由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。

接近光轴的第二透镜G2的表面形成为双凹形状。第二透镜G2由例如具有等于或高于1.6的折射率和等于或小于26的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。此外，像方表面的曲率半径设为小于物方表面的曲率半径。

接近光轴的第三透镜G3的表面形成为向物方凹并且向像方凸。第三透镜G3由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在像方表面的有效直径中具有反曲点。

接近光轴的第四透镜G4的表面形成为向物方凸并且向像方凹。第四透镜G4由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在物方表面的有效直径和像方表面的有效直径的每个中具有反曲点。

密封玻璃SG布置在第四透镜G4和像平面IMG之间。

在表格7中示出其中特定数值应用到第四实施例的成像镜头4的数值工作示例4的透镜数据。

[表格7]

成像镜头4中，非球面形成为第一透镜G1的两个表面(第一表面、第二表面)、第二透镜G2的两个表面(第三表面、第四表面)、第三透镜G3的两个表面(第五表面、第六表面)、以及第四透镜G4的两个表面(第七表面、第八表面)。与圆锥常数K一起在表格8中示出数值工作示例4中非球面的非球面系数。

[表格8]

图8示出数值工作示例4的球面像差图、像散图和畸变图。

参照图8，在球面像差图中，分别通过两点链线、实线和点线指示关于g线(波长是435.8400nm)、d线(波长是587.5600nm)以及c线(波长是656.2700nm)的值。在像散图中，径向像平面中的值由实线指示，并且子午像平面中的值由点线指示。

从各个像差图，明显的是数值工作示例4实现了各个像差的有利校正并且具有优良的成像性能。

<第五实施例>

图9示出本公开的第五实施例中的成像镜头5的透镜配置。

通过以从物方向像方的顺序布置孔径光阑STO、具有正折射力的第一透镜G1、具有负折射力的第二透镜G2、具有正折射力的第三透镜G3、以及具有负折射力的第四透镜G4，形成成像镜头5。

接近光轴的第一透镜G1的表面形成为双凸形状。第一透镜G1由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。

接近光轴的第二透镜G2的表面形成为双凹形状。第二透镜G2由例如具有等于或高于1.6的折射率和等于或小于26的阿贝数的树脂材料或玻璃材料形成。此外，像方表面的曲率半径设为小于物方表面的曲率半径。

接近光轴的第三透镜G3的表面形成为向物方凹并且向像方凸。第三透镜G3由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在像方表面的有效直径中具有反曲点。

接近光轴的第四透镜G4的表面形成为向物方凸并且向像方凹。第四透镜G4由例如具有等于或高于1.5的折射率和等于或大于56的阿贝数的树脂材料形成，并且在物方表面的有效直径和像方表面的有效直径的每个中具有反曲点。

密封玻璃SG布置在第四透镜G4和像平面IMG之间。

在表格9中示出其中特定数值应用到第五实施例的成像镜头5的数值工作示例5的透镜数据。

[表格9]

在成像镜头5中，非球面形成为第一透镜G1的两个表面(第一表面、第二表面)、第二透镜G2的两个表面(第三表面、第四表面)、第三透镜G3的两个表面(第五表面、第六表面)、以及第四透镜G4的两个表面(第七表面、第八表面)。与圆锥常数K一起在表格10中示出数值工作示例5中非球面的非球面系数。

[表格10]

图10示出数值工作示例5的球面像差图、像散图和畸变图。

参照图10，在球面像差图中，分别通过两点链线、实线和点线指示关于g线(波长是435.8400nm)、d线(波长是587.5600nm)以及c线(波长是656.2700nm)的值。在像散图中，径向像平面中的值由实线指示，并且子午像平面中的值由点线指示。

从各个像差图，明显的是数值工作示例5实现了各个像差的有利校正并且具有优良的成像性能。

[成像镜头的条件表达式的各个值]

表格11示出成像镜头1到5中条件表达式(1)到(5)的各个值。

[表格11]

如从表格11明显的，成像镜头1到5满足条件表达式(1)到(5)。

[成像设备的配置]

根据本公开实施例的成像设备包括成像镜头和将由成像镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。通过从物方到像方顺序布置孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜形成成像镜头。第一透镜具有正折射力。第二透镜具有负折射力，并且接近光轴的第二透镜的表面具有双凹形状。第三透镜具有正折射力，并且接近光轴的第三透镜的物方表面凹向物方。第四透镜具有正折射力，并且接近光轴的第四透镜的物方表面凸向物方。

此外，在根据本公开实施例的成像设备的成像镜头中，第一透镜的两个表面、第二透镜的两个表面、第三透镜的两个表面、以及第四透镜的两个表面形成为非球面。

此外，根据本公开实施例的成像设备满足以下条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式(3)。

(1)-1.09≤f2/f≤-0.81

(2)-1.62≤f2/f1≤-1.42

(3)0.65≤f3/f≤0.97

在这些表达式中，参数定义如下。

f1：第一透镜的焦距

f2：第二透镜的焦距

f3：第三透镜的焦距

f：镜头整体系统的焦距

条件表达式(1)是定义具有负折射力的第二透镜的焦距与镜头整体系统的焦距的比率的表达式。

如果该比率超过条件表达式(1)的上限，则Petzval和变得太小，并且像平面向欠校正侧过度倾斜。

相反，如果该比率低于条件表达式(1)的下限，则Petzval和变得太大，并且像平面向过校正侧过度倾斜。

条件表达式(2)是定义具有负折射力的第二透镜的焦距与具有正折射力的第一透镜的焦距的比率的表达式。

如果该比率低于条件表达式(2)的下限，则轴向色差的校正变得过度，并且畸变增加。此外，在径向/切向的像平面变得太欠校正。

相反，如果该比率超过条件表达式(2)的上限，则轴向色差的校正变得不足，并且导致分辨率的降低。

如果成像设备满足条件表达式(1)和条件表达式(2)，则适当地实现具有正折射力的第一透镜和具有负折射力的第二透镜之间焦距的分布。因此，可以有利地校正轴向色差和球面像差。由于轴向色差和球面像差的有利的校正，即使在F数设为小时也可以在到高频区域的范围中确保高分辨率。

条件表达式(3)是定义具有正折射力的第三透镜的焦距与镜头整体系统的焦距的比率的表达式。

如果该比率低于条件表达式(3)的下限，则Petzval和变得太小，并且像平面向欠校正侧过度倾斜。

相反，如果该比率超过条件表达式(3)的上限，则Petzval和变得太大，并且像平面向过校正侧过度倾斜。

如果成像设备满足条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式(3)，则适当地实现具有正折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、以及具有正折射力的第三透镜之间焦距的分布。因此，可以有利地校正球面像差和像场弯曲，并且可以适当地校正径向/切向的像平面。

还可能通过在具有大约2.8的F数的成像光学系统中加宽孔径(孔径光阑的直径)将F设为大约2.4。然而，在此情况下，由于残余像差的影响难以确保高分辨率。此外，如果加宽孔径，则镜头的外围区域中像散和像场弯曲的校正变得不足。特别地，如果像散的校正不足，则其中通过图像处理调整分辨率的所谓孔径控制的效果在切向和径向之间不同。因此，图像变得不自然，并且导致图像质量的劣化。

所以，通过将透镜的适当表面形成为非球面来执行像差校正也将是有效的。然而，如果仅通过非球面尝试像差校正，则透镜的制模中的可能困难变得更高，并且由于对于透镜的装配和张力的敏感度增加，大规模生产能力降低。

相反，根据本公开实施例的成像设备具有通过各个组成透镜之间焦距的分布的优化和非球面系数的使用的方式，考虑制造能力和大规模生产能力所做出的设计。

如上所述，根据本公开实施例的成像设备满足条件表达式(1)、条件表达式(2)以及条件表达式(3)，并且因此适当地实现具有正折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、以及具有正折射力的第三透镜之间焦距的分布。

因此，有利地校正轴向色差、球面像差和像场弯曲，并且可以实现在实现更宽视角情况下的高分辨率成像设备。

具体地，成像设备具有大约2.4的F数以及在等价于35mm情况下的等价于28mm的宽视角，并且在到镜头的外围区域的范围中确保高分辨率性能。例如，确保用于作为具有8百到1千3百万像素的便携式装置的相机的镜头使用的足够高分辨率。

此外，如上所述，根据本公开实施例的成像设备实现光学总长度的缩短以及亮度和分辨率的提高。

具体地，对于具有1/3.2尺寸的成像元件，光学总长度设为大约4.5mm。

通常，在缩短光学总长度时，关于制造能力和大规模生产能力存在以下问题。

例如，在试图仅通过缩短透镜厚度和透镜之间的气隙来缩短光学总长度时，可能不能实现所要求的光学总长度的缩短，因为存在对于透镜的可制模性和用于支持镜筒的处理的精度的限制。

此外，在试图通过缩短后焦距来缩短光学总长度时，灰尘、瑕疵等可能在图像中成像并且是明显的。此外，盖玻璃和红外截止滤光片布置在成像元件和透镜之间。因此，对于通过缩短后焦距来缩短光学总长度也存在限制。

此外，例如在试图在这样宽视角的情况下缩短光学总长度的情况下，该宽视角使得抓换的焦距等价于28mm，由于余弦第四定律和渐晕，外围视角处光束的截面区变小。因此，在图像中成像的程度灰尘可能具有大视差，以至于是显著的，并且灰尘的尺寸变为不可控的级别。

为了避免上述问题出现，考虑足够高的制造能力和大规模生产能力，设计了根据本公开实施例的成像设备，并且实现光学总长度的缩短以及亮度和分辨率的提高。

[成像设备的一个实施例]

下面将描述其中根据本公开实施例的成像设备应用到蜂窝电话的本公开的一个实施例(参照图11到13)。

如图11和图12所示，在蜂窝电话10中，显示部分20和主体部分30可折叠地通过铰链部分40相互连接。当被携带时，蜂窝电话10设为如图11所示的状态，其中显示部分20和主体部分30通过折叠关闭。当用于电话呼叫等时，蜂窝电话10设为如图12所示的状态，其中显示部分20和主体部分30打开。

液晶显示面板21布置在显示部分20的一个表面上，并且扬声器22提供在液晶显示面板21上。具有成像镜头1、成像镜头2、成像镜头3、成像镜头4或成像镜头5的成像单元100并入显示部分20。用于通过红外线通信的红外通信单元23提供在显示部分20中。

位于成像单元100的第一透镜G1的物方的盖板玻璃(cover lens)24布置在显示部分20的另一表面。

如数字键和电源键的各种类型的操作键31提供在主体部分30的一个表面上。麦克风32提供在主体部分30的一个表面上。存储卡槽33形成在主体部分30的侧表面，并且存储卡40插入存储卡槽33和从存储卡槽33移除。

图13是示出蜂窝电话10的配置的框图。

蜂窝电话10包括中央处理单元(CPU)50，并且蜂窝电话10的整体的操作通过CPU 50控制。例如，CPU 50将只读存储器(ROM)51中存储的控制程序扩展到随机存取存储器(RAM)52中，并且经由总线53控制蜂窝电话10的操作。

相机控制器60具有通过控制成像单元100拍摄静态图像和运动图像的功能。相机控制器60对于通过拍摄获得的图像信息执行到JPEG(联合图像专家组)、MPEG(运动画面专家组)等的压缩处理，然后发出压缩数据到总线53。成像单元100除了成像镜头1、成像镜头2、成像镜头3、成像镜头4或成像镜头5外，还具有如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)元件的成像元件101。

发出到总线53的图像信息临时存储在RAM 52中。根据需要，图像信息输出到存储卡接口51，以便通过存储卡接口41存储在存储卡40中，或者经由显示控制器54显示在液晶显示面板21上。此外，在拍摄时，经由麦克风32同时记录的音频信息也临时存储在RAM 52中，并且经由音频编解码器70存储在存储卡40中。此外，与图像在液晶显示面板21上显示同时音频信息经由音频编解码器70从扬声器22输出。

根据需要，图像信息和音频信息输出到红外接口55，并且通过红外接口55经由红外通信单元23输出到外部，以便传输到具有红外通信单元的另一装置，如蜂窝电话、个人计算机或个人数字助理(PDA)。当基于RAM 52或存储卡40中存储的图像信息在液晶显示面板21上显示运动图像或静态图像时，从RAM 52中或相机控制器60中的存储卡40存储的文件的解码和解压缩得到的图像数据经由总线53发出到显示控制器54。

通信控制器80经由显示部分20中包括的天线(未示出)传输无线电波到基站和从基站接收无线电波。在音频电话呼叫模式中，通信控制器80处理接收的音频信息，然后经由音频编解码器70将处理的信息输出到扬声器22。此外，通信控制器80经由音频编解码器70接收由麦克风32收集的音频，以执行对于音频的预定处理，然后传输音频。

在上述成像镜头1、成像镜头2、成像镜头3、成像镜头4和成像镜头5中，如上所述可以实现光学总长度的缩短。因此，这些镜头可以容易地并入希望具有更小厚度的成像设备，如蜂窝电话10。

在上述实施例中，示出了成像设备应用到蜂窝电话的示例。然而，成像设备的应用范围不限于蜂窝电话，并且成像设备可以广泛地应用于各种类型的数字输入/输出装置，如数字摄像机、数字相机、其中并入相机的个人计算机、以及其中并入相机的PDA。

在上述各个实施例中示出的各个组件的形状和数值全部仅是用于执行本公开的具体化的一个示例，并且不应以受限的方式理解本公开的技术范围。

本公开包含于2010年9月29日向日本专利局提交的日本优选权专利申请JP 2010-219962中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (5)

1.一种成像镜头，包括：

孔径光阑；

第一透镜，配置为具有正折射力；

第二透镜，配置为具有负折射力，接近光轴的第二透镜的表面具有双凹形状；

第三透镜，配置为具有正折射力，接近光轴的第三透镜的物方表面凹向物方；以及

第四透镜，配置为具有负折射力，接近光轴的第四透镜的物方表面凸向物方，

其中

从物方到像方顺序布置孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，

第一透镜的两个表面、第二透镜的两个表面、第三透镜的两个表面、以及第四透镜的两个表面形成为非球面，并且

满足条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式(3)

(1)-1.09≤f2/f≤-0.81

(2)-1.62≤f2/f1≤-1.42

(3)0.65≤f3/f≤0.97

其中

f1：第一透镜的焦距

f2：第二透镜的焦距

f3：第三透镜的焦距

f：镜头整体系统的焦距。

2.如权利要求1所述的成像镜头，其中满足条件表达式(4)

(4)0.68≤R4/f≤0.90

其中

R4：第二透镜的像方表面的曲率半径。

3.如权利要求1所述的成像镜头，其中满足条件表达式(5)

(5)L/Y≤1.58

其中

L：从第一透镜的物方表面的顶点到像平面的距离

Y：图像高度。

4.如权利要求1所述的成像镜头，其中

F数的值设为等于或小于2.47。

5.一种成像设备，包括：

成像镜头；以及

成像元件，配置为将由成像镜头形成的光学图像转换为电信号，

其中

成像镜头包括

孔径光阑；

具有正折射力的第一透镜，

具有负折射力的第二透镜，接近光轴的第二透镜的表面具有双凹形状，

具有正折射力的第三透镜，接近光轴的第三透镜的物方表面凹向物方，以及

具有负折射力的第四透镜，接近光轴的第四透镜的物方表面凸向物方，

从物方到像方顺序布置孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，

第一透镜的两个表面、第二透镜的两个表面、第三透镜的两个表面、以及第四透镜的两个表面形成为非球面，并且

满足条件表达式(1)、条件表达式(2)和条件表达式(3)

(1)-1.09≤f2/f≤-0.81

(2)-1.62≤f2/f1≤-1.42

(3)0.65≤f3/f≤0.97

其中

f1：第一透镜的焦距

f2：第二透镜的焦距

f3：第三透镜的焦距

f：镜头整体系统的焦距。

Images