发明内容
本发明就是鉴于上述那样的现有技术的问题点而提出的方案,其目的在于提供一种不仅小型而且还可以良好地修正像差的摄像镜头。
本发明的摄像镜头,从物体侧朝向像面侧依次排列具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、以及具有正光焦度的第三透镜而构成。第一透镜为物体侧的面的曲率半径及像面侧的面的曲率半径均为正的形状,第二透镜为物体侧的面的曲率半径为负、像面侧的面的曲率半径为正的形状,第三透镜为物体侧的面的曲率半径及像面侧的面的曲率半径均为正的形状。在该结构中,在将第一透镜的焦距设为f1、将第二透镜的焦距设为f2、将第三透镜的焦距设为f3、将第一透镜及第二透镜的合成焦距设为f12、将第二透镜及第三透镜的合成焦距设为f23时,本发明的摄像镜头满足以下的条件式(1)~(3)。
f1<|f2| (1)
f1<f3 (2)
-1.0<f12/f23<-0.1 (3)
条件式(1)及(2)是用于缩短摄像镜头在光轴上的长度,实现摄像镜头的小型化的条件。在本发明的摄像镜头中,第一透镜形成为,物体侧的面的曲率半径及像面侧的面的曲率半径均为正的形状、即在光轴附近使凸面朝向物体侧的弯月透镜的形状。通过这样的第一透镜的形状,第一透镜的主点的位置向物体侧移动。另外,如条件式(1)及(2)所示,本发明的摄像镜头为构成镜头系统的三枚透镜中第一透镜的光焦度比其他两枚透镜的光焦度强的结构。因此,通过镜头系统的主点的位置向物体侧移动,可适当地实现摄像镜头的小型化。
条件式(3)是用于实现摄像镜头的小型化的同时,良好地修正像面弯曲及畸变的条件。若超过上限值“-0.1”,则尽管有利于摄像镜头的小型化,但镜头系统的后焦距变短,在摄像镜头与摄像元件之间确保用于配置红外线截止滤光器或保护玻璃等的插入物的空间变得困难。另外,由于第三透镜的光焦度相对变弱,因此像散中弧矢(sagittal)像面的像差量在正方向(像面侧)增加,成像面倾斜向像面侧。因此,难以得到良好的成像性能。此外,在这种情况下,由于从摄像镜头出射的光线向摄像元件的入射角度变大,因此从摄像镜头出射的光线能否充分地摄入摄像元件中取决于摄像元件的规格,有可能产生所谓阴影(shading)现象。
另一方面,若低于下限值“-1.0”,则镜头系统的后焦距变长,尽管确保用于配置上述插入物的空间变得容易,但是摄像镜头的小型化变得困难。另外,由于成像面倾斜向物体侧的同时负的畸变增大,因此难以得到良好的成像性能。
在上述结构的摄像镜头中,在将第三透镜在光轴上的厚度设为D3、将从第一透镜的物体侧的面至第三透镜的像面侧的面的在光轴上的距离设为L13时,优选满足以下条件式(4)。
0.25<D3/L13<0.5 (4)
条件式(4)是用于更加良好地修正畸变、像面弯曲、以及倍率色像差的条件。若超过上限值“0.5”,则轴外光线的倍率色像差变得修正不足(相对于基准波长的成像点,短波长的成像点向接近光轴的方向移动)的同时,负的畸变增大。另一方面,若低于下限值“0.25”,尽管有利于畸变的修正,但由于弧矢像面向物体侧弯曲,像面弯曲变得修正不足。因此,在任何情况下都难以得到良好的成像性能。
在上述结构的摄像镜头中,优选进一步满足以下的条件式(5)。
-1.0<f1/f2<-0.5 (5)
条件式(5)是用于实现摄像镜头的小型化并且将轴上的色像差、轴外的倍率色像差以及像面弯曲抑制在良好的范围内的条件。若超过上限值“-0.5”,则第一透镜的光焦度相对于第二透镜的光焦度相对变强,尽管有利用于摄像镜头的小型化,但是轴上的色像差变得修正不足(相对基准波长的焦点位置,短波长的焦点位置向物体侧移动)的同时,轴外的倍率色像差变得修正不足。另外,由于成像面倾斜向物体侧,因此难以得到良好的成像性能。另一方面,若低于下限值“-1.0”,则尽管有利于轴上的色像差的修正,但是轴外的倍率色像差变得修正过度(相对于基准波长的成像点,短波长的成像点向远离光轴的方向移动)。另外,由于成像面倾斜向像面侧,因此难以得到良好的成像性能。
在上述结构的摄像镜头中,在将第二透镜的物体侧的面的曲率半径设为Rf、将像面侧的面的曲率半径设为Rr时,优选满足以下的条件式(6)。
-0.30<Rf/Rr<0 (6)
条件式(6)是用于实现摄像镜头的小型化并且将慧差抑制在良好的范围内的条件。若超过上限值“0”,则由于镜头系统的主点的位置向像面侧移动,因此摄像镜头的小型化变得困难。另一方面,若低于下限值“-0.30”,则镜头系统的主点的位置向物体侧移动,因此尽管有利于摄像镜头的小型化,但是成像面倾斜向像面侧的同时外方慧差增大。因此,难以得到良好的成像性能。
再有,在上述结构的摄像镜头中,为了实现将摄像镜头的小型化并且将慧差抑制在更加良好的范围内,优选满足以下的条件式(6A)。
-0.15<Rf/Rr<0 (6A)
在上述结构的摄像镜头中,在将第一透镜和第二透镜之间的光轴上的距离设为dA、将第二透镜和第三透镜之间的光轴上的距离设为dB,优选满足以下的条件式(7)。
1.0<dA/dB<3.0 (7)
条件式(7)是用于将畸变、像面弯曲以及倍率色像差抑制在良好的范围内的条件。若超过上限值“3.0”,则第二透镜向像面侧移动,因此尽管从摄像镜头出射的光线向摄像元件的入射角度变小,但负的畸变增大。另外,弧矢像面向物体侧弯曲,像面弯曲变得修正不足。因此,难以得到良好的成像性能。另一方面,若低于下限值“1.0”,则第二透镜向物体侧移动,因此后焦距变长,尽管确保用于配置红外线截止滤光器等的插入物的空间变得容易,但是轴外的倍率色像差变得修正不足。另外,由于像散差(非点隔差)也增大,因此难以得到良好的成像性能。
再有,在上述结构的摄像镜头中,为了将畸变、像面弯曲以及倍率色像差抑制在更加良好的范围内,优选满足以下的条件式(7A)。
1.0<dA/dB<2.5 (7A)
本发明的效果如下。
根据本发明的摄像镜头,能够提供实现了摄像镜头的小型化和良好的像差修正这两者的兼顾,可良好地修正各像差的小型的摄像镜头。
具体实施方式
以下,参照附图对将本发明具体化了的一个实施方式进行详细说明。
图1、图4、图7、图10及图13是分别表示本实施方式的数值实施例1~5的摄像镜头的概略结构的截面图。由于任意一个数值实施例中基本的镜头结构都相同,因此这里参照数值实施例1的概略截面图对本实施方式的摄像镜头的镜头结构进行说明。
如图1所示,本实施方式的摄像镜头从物体侧朝向像面侧依次排列了孔径光阑ST、具有正光焦度的第一透镜L1、具有负光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3构成。在第三透镜L3与摄像元件的像面IM之间配置有滤光器10。此外,该滤光器10也可以省略。
第一透镜L1形成为物体侧的面的曲率半径及像面侧的面的曲率半径均为正的形状、即在光轴X的附近形成为使凸面朝向物体侧的弯月透镜的形状。第二透镜L2形成为,物体侧的面的曲率半径为负、像面侧的面的曲率半径为正的形状、即在光轴X的附近形成为双凹透镜的形状。第三透镜L3形成为,物体侧的面的曲率半径及像面侧的面的曲率半径均为的形状、即在光轴X的附近形成为使凸面朝向物体侧的弯月透镜的形状。此外,在本实施方式中,该第三透镜L3形成为,物体侧的面及像面侧的面均在光轴X的附近在物体侧为凸形状,且在周边部在物体侧为凹形状的非球面形状。
另外,本实施方式的摄像镜头满足以下条件式(1)~(7)。
f1<|f2| (1)
f1<f3 (2)
-1.0<f12/f23<-0.1 (3)
0.25<D3/L13<0.5 (4)
-1.0<f1/f2<-0.5 (5)
-0.30<Rf/Rr<0 (6)
1.0<dA/dB<3.0 (7)
其中:
f1:第一透镜L1的焦距
f2:第二透镜L2的焦距
f3:第三透镜L3的焦距
f12:第一透镜L1及第二透镜L2的合成焦距
f23:第二透镜L2及第三透镜L3的合成焦距
D3:第三透镜L3的光轴上的厚度
L13:从第一透镜L1的物体侧的面至第三透镜L3的像面侧的面在光轴上的距离
Rf:第二透镜L2的物体侧的面的曲率半径
Rr:第二透镜L2的像面侧的面的曲率半径
dA:第一透镜L1和第二透镜L2之间的光轴上的距离
dB:第二透镜L2和第三透镜L3之间的光轴上的距离
在本实施方式的摄像镜头中,为了实现摄像镜头的小型化,并将各像差抑制在更良好的范围内,还满足以下的条件式(6A)及(7A)。
-0.15<Rf/Rr<0 (6A)
1.0<dA/dB<2.5 (7A)
此外,不必满足上述各条件式的全部,通过单独地满足上述各条件式的各个,能够分别得到与各条件式对应的作用效果。
在本实施方式中,以非球面形成第一透镜L1~第三透镜L3的透镜面的全部。这些透镜面所采用的非球面形状在将光轴X方向的轴设为Z、将与光轴X正交的方向的高度设为H、将圆锥系数设为k、将非球面系数设为A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16时,由下式表示。
(数学式1)
其次,表示本实施方式的摄像镜头的数值实施例。在各数值实施例中,f表示整个镜头系统的焦距,Fno表示F值,ω表示半视场角。此外,i表示从物体侧开始计数的面编号,R表示曲率半径,d表示光轴上的透镜面之间的距离(面间隔),Nd表示对于d线(基准波长)的折射率,vd表示对于d线的阿贝数。另外,在非球面的面上,面编号i之后附加有*(星号)符号来表示。
数值实施例1
以下表示基本的镜头数据。
f=2.82mm、Fno=2.9、ω=31.9°
f1=2.35mm
f2=-3.01mm
f3=4.97mm
f12=4.96mm
f23=-6.24mm
L13=2.445mm
非球面数据
第2面
k=0.000,A4=1.509E-02,A6=-2.582E-01,A8=1.002,A10=-1.583
第3面
k=0.000,A4=2.379E-02,A6=-8.082E-01,A8=2.826,A10=-4.581
第4面
k=0.000,A4=-6.315E-01,A6=2.666E-01,A8=1.399E+01,A10=-7.833E+01,
A12=1.823E+02,A14=-1.657E+02
第5面
k=0.000,A4=-1.248,A6=3.316,A8=-2.896,A10=-4.269,
A12=1.467E+01,A14=-1.081E+01
第6面
k=-1.326E+01,A4=-4.296E-01,A6=1.795E-01,A8=9.618E-02,
A10=2.308E-02,A12=-2.948E-01,A14=-3.504E-02,A16=1.706E-01
第7面
k=7.369E-01,A4=-2.599E-01,A6=6.944E-02,A8=-1.588E-02,
A10=-9.679E-03,A12=2.437E-03,A14=2.126E-03,A16=-9.322E-04
以下表示各条件式的值。
f12/f23=-0.79
D3/L13=0.42
f1/f2=-0.78
Rf/Rr=-0.02
dA/dB=1.73
这样,本数值实施例1的摄像镜头满足条件式(1)~(7)、(6A)以及(7A)。
图2是针对数值实施例1的摄像镜头将对应于各像高与最大像高之比(以下,称为“像高比H”)的横像差分为子午(tangential)方向与弧矢(sagittal)方向来表示(在图5、图8、图11以及图14中相同)。此外,图3是关于数值实施例1的摄像镜头,分别表示其球面像差(mm)、像散(mm)以及畸变(%)的图。在这些像差图中,在横像差图及球面像差图中,表示与g线(435.84nm)、F线(486.13nm)、e线(546.07nm)、d线(587.56nm)、c线(656.27nm)的各波长对应的像差量,在像散图中,分别表示了弧矢像面S中的像差量与子午像面T中的像差量(在图6、图9、图12以及图15中相同)。如图2及图3所示,以本数值实施例1的摄像镜头可良好地修正各像差。
数值实施例2
以下表示基本的镜头数据。
f=2.84mm、Fno=2.9、ω=31.7°
f1=2.36mm
f2=-3.03mm
f3=5.12mm
f12=4.73mm
f23=-6.34mm
L13=2.396mm
非球面数据
第2面
k=0.000,A4=2.309E-02,A6=-2.848E-01,A8=9.845E-01,A10=-1.557
第3面
k=0.000,A4=5.838E-02,A6=-8.978E-01,A8=2.578,A10=-3.913
第4面
k=0.000,A4=-6.303E-01,A6=1.125E-01,A8=1.378E+01,A10=-7.863E+01,
A12=1.811E+02,A14=-1.588E+02
第5面
k=0.000,A4=-1.265,A6=3.276,A8=-2.877,A10=-4.312,
A12=1.396E+01,A14=-9.223
第6面
k=-1.625E+01,A4=-4.316E-01,A6=1.787E-01,A8=7.797E-02,
A10=-1.609E-04,A12=-2.866E-01,A14=-1.022E-02,A16=2.027E-01
第7面
k=6.889E-01,A4=-2.528E-01,A6=6.700E-02,A8=-1.538E-02,
A10=-9.951E-03,A12=2.211E-03,A14=2.013E-03,A16=-8.866E-04
以下表示各条件式的值。
f12/f23=-0.75
D3/L13=0.39
f1/f2=-0.78
Rf/Rr=-0.01
dA/dB=2.14
这样,本数值实施例2的摄像镜头满足条件式(1)~(7)、(6A)以及(7A)。
图5是关于数值实施例2的摄像镜头,是表示与像高比H对应的横像差的图,图6是分别表示球面像差(mm)、像散(mm)、以及畸变(%)的图。如这些图5及图6所示,即使利用本数值实施例2的摄像镜头,也可良好地修正像面,适当地修正各像差。
数值实施例3
以下表示基本的镜头数据。
f=2.77mm、Fno=2.2、ω=32.3°
f1=2.70mm
f2=-4.58mm
f3=5.37mm
f12=4.45mm
f23=-22.59mm
L13=2.214mm
非球面数据
第2面
k=0.000,A4=2.303E-02,A6=-2.305E-01,A8=7.870E-01,A10=-1.130
第3面
k=0.000,A4=3.875E-03,A6=-3.473E-01,A8=1.110,A10=-2.743,
A12=2.235,A14=-2.792
第4面
k=0.000,A4=-7.244E-01,A6=-2.783E-01,A8=1.432E+01,A10=-7.697E+01,
A12=1.702E+02,A14=-1.336E+02,A16=-1.781E+01
第5面
k=0.000,A4=-1.237,A6=2.916,A8=-3.664,A10=-9.759E-01,
A12=9.582,A14=-7.084,A16=2.008E-01
第6面
k=-1.068E+01,A4=-3.921E-01,A6=1.058E-01,A8=-6.539E-02,
A10=1.254E-04,A12=2.452E-03,A14=9.836E-03,A16=1.846E-02
第7面
k=0.000,A4=-3.132E-01,A6=6.928E-02,A8=1.309E-02,A10=-3.238E-02,
A12=-4.128E-04,A14=1.087E-02,A16=-3.547E-03
以下表示各条件式的值。
f12/f23=-0.20
D3/L13=0.32
f1/f2=-0.59
Rf/Rr=-0.22
dA/dB=1.63
这样,本数值实施例3的摄像镜头满足条件式(1)~(7)、(6A)以及(7A)。
图8是关于数值实施例3的摄像镜头,是表示与像高比H对应的横像差的图,图9是分别表示球面像差(mm)、像散(mm)、以及畸变(%)的图。如这些图8及图9所示,以利用本数值实施例3的摄像镜头也可良好地修正像面,可适当地修正各像差。
数值实施例4
以下表示基本的镜头数据。
f=2.85mm、Fno=2.2、ω=31.5°
f1=2.48mm
f2=-4.55mm
f3=12.21mm
f12=3.80mm
f23=-5.97mm
L13=2.350mm
非球面数据
第2面
k=0.000,A4=1.191E-02,A6=-2.284E-01,A8=7.890E-01,A10=-1.164
第3面
k=0.000,A4=1.310E-02,A6=-3.523E-01,A8=1.107,A10=-2.755,
A12=2.303,A14=-2.768
第4面
k=0.000,A4=-7.447E-01,A6=-2.700E-01,A8=1.437E+01,A10=-7.679E+01,
A12=1.709E+02,A14=-1.350E+02,A16=-2.604E+01
第5面
k=0.000,A4=-1.217,A6=2.922,A8=-3.628,A10=-8.850E-01,
A12=9.650,A14=-7.188,A16=-4.541E-02
第6面
k=-1.386E+01,A4=-4.643E-01,A6=1.032E-01,A8=-3.742E-02,
A10=3.700E-03,A12=6.688E-03,A14=1.137E-02,A16=2.661E-02
第7面
k=0.000,A4=-3.548E-01,A6=7.583E-02,A8=1.624E-02,A10=-3.585E-02,
A12=-1.212E-03,A14=1.097E-02,A16=-3.207E-03
以下表示各条件式的值。
f12/f23=-0.64
D3/L13=0.34
f1/f2=-0.55
Rf/Rr=-0.07
dA/dB=1.64
这样,本数值实施例4的摄像镜头满足条件式(1)~(7)、(6A)以及(7A)。
图11是关于数值实施例4的摄像镜头,是表示与像高比H对应的横像差的图,图12是分别表示球面像差(mm)、像散(mm)、以及畸变(%)的图。如这些图11及图12所示,以利用本数值实施例4的摄像镜头也可良好地修正像面,可适当地修正各像差。
数值实施例5
以下表示基本的镜头数据。
f=2.84mm、Fno=2.2、ω=31.7°
f1=2.70mm
f2=-5.01mm
f3=6.92mm
f12=4.20mm
f23=-14.21mm
L13=2.251mm
非球面数据
第2面
k=0.000,A4=2.122E-02,A6=-2.467E-01,A8=7.469E-01,A10=-1.056
第3面
k=0.000,A4=-1.157E-02,A6=-3.989E-01,A8=1.022,A10=-2.821,
A12=2.338,A14=-2.634
第4面
k=0.000,A4=-7.859E-01,A6=-2.902E-01,A8=1.432E+01,A10=-7.735E+01,
A12=1.697E+02,A14=-1.317E+02,A16=-1.662E+01
第5面
k=0.000,A4=-1.218,A6=2.868,A8=-3.680,A10=-8.028E-01,
A12=9.477,A14=-7.365,A16=6.498E-01
第6面
k=-8.395,A4=-4.092E-01,A6=1.125E-01,A8=-5.610E-02,A10=4.718E-03,
A12=2.809E-03,A14=1.501E-02,A16=6.365E-03
第7面
k=0.000,A4=-3.518E-01,A6=8.036E-02,A8=1.547E-02,A10=-3.412E-02,
A12=-1.808E-03,A14=1.073E-02,A16=-3.154E-03
以下表示各条件式的值。
f12/f23=-0.30
D3/L13=0.31
f1/f2=-0.54
Rf/Rr=-0.20
dA/dB=1.30
这样,本数值实施例5的摄像镜头满足条件式(1)~(7)、(6A)以及(7A)。
图14是关于数值实施例5的摄像镜头,是表示与像高比H对应的横像差的图,图15是分别表示球面像差(mm)、像散(mm)、以及畸变(%)的图。如这些图14及图15所示,以利用本数值实施例5的摄像镜头也可良好地修正像面,可良好地修正各像差。
然而,伴随摄像元件的高像素化,对摄像镜头要求广角。通过将将广角的摄像镜头组装在摄像机上,不言而喻,能够对宽阔的范围进行摄影,在摄影后,可利用硬盘或软盘将所希望的范围(视场角)的图像读出。在利用了高像素的摄像元件的情况下,所读出的图像也具有足够的分辨率,因此,能够得到当初以所希望的视场角拍摄的图像和出色的图像。这作为对摄像机的新添加功能而倍受注目。本实施方式的摄像镜头由于具有比较宽阔的视场角,因此对于这样的要求也能够充分地应对。
另外,由于在高像素的摄像元件中各像素的受光面积减小,因此具有所拍摄的图像变暗的倾向。作为用于对此进行修正的方法,具有使用电路来提高摄像元件的受光灵敏度的方法。然而,若受光灵敏度提高,则因对图像的形成不直接带来影响的噪音成分也被放大而大多需要新的用于降低噪音的电路。由于本实施方式的摄像镜头具有比较小的F值,因此即使不设置这些电路等,也能够得到足够清晰的图像。
因此,在将本实施方式的摄像镜头应用到移动电话、数码静物相机、便携式信息终端、安全监控摄像机、车载摄像机、网络摄像机等摄像光学系统上时,能够实现该摄像机等的高功能化和小型化两者的兼顾。
此外,本发明的摄像镜头并不限定于上述实施方式。在上述实施方式中,虽然将第一透镜L1~第三透镜L3的全部的面做成非球面,但并不需要一定将全部的面做成非球面。
本发明能够应用于作为摄像镜头要求小型化及良好的像差修正能力的设备,例如组装在移动电话或数码静物相机等设备上的摄像镜头。