CN110031955B

CN110031955B - 摄像光学系统以及摄像装置

Info

Publication number: CN110031955B
Application number: CN201910013710.0A
Authority: CN
Inventors: 桥本雅文
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2039-01-08
Also published as: JP2019124744A; JP6982276B2; CN110031955A

Abstract

本发明提供摄像光学系统以及摄像装置。提供在为小型的同时能确保宽广的视角、具有良好的光学性能且针对环境温度的变化具有高的稳定性的摄像光学系统。摄像光学系统(10)从物侧起依次实质上包括第1透镜(L1)，具有负的光焦度；第2透镜(L2)；第3透镜(L3)，具有正的光焦度；第4透镜(L4)，具有负的光焦度；第5透镜(L5)，具有正的光焦度，半视角为40度以上，第2透镜(L2)的物侧的面的近轴曲率为负，第2透镜(L2)的像侧的面的近轴曲率为负，满足条件式0.2<f/TTL<0.3…(1)。值f为摄像光学系统整个系统的焦距，值TTL为第1透镜(L1)的物侧面顶点起至像面为止的沿着光轴(AX)的距离。

Description

摄像光学系统以及摄像装置

技术领域

本发明涉及实质上由5片透镜构成的广角类型的摄像光学系统、以及具备该摄像光学系统的摄像装置。

背景技术

近年来，正在推进被搭载于汽车的反射镜的电子化，适于车室内后视镜、车门后视镜的比较小型且为广角的摄像光学系统的需求正在提高。特别在是车室内后视镜的情况下，设想有摄像机有可能会安装于汽车的顶棚、后窗上部而暴露于严酷的环境温度的情况。提出了考虑针对这样的环境温度的稳定性的摄像光学系统(参照专利文献1)。

然而，专利文献1的摄像光学系统的水平视角窄到2ω＝60度左右，且透镜片数也比较多，多达7片，所以对于小型化来说是不够的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-142767号公报

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供在为小型的同时能确保宽广的视角、具有良好的光学性能、且针对环境温度的变化具有高的稳定性的摄像光学系统。

另外，本发明的目的在于提供具备上述摄像光学系统的摄像装置。

为了实现上述目的中的至少一个目的，反映了本发明的一个方面的摄像光学系统从物侧起依次实质上包括：第1透镜，具有负的光焦度；第2透镜；第3透镜，具有正的光焦度；第4透镜，具有负的光焦度；以及第5透镜，具有正的光焦度，半视角为40度以上，第2透镜的物侧的面的近轴曲率为负，第2透镜的像侧的面的近轴曲率为负，满足以下的条件式。

0.2<f/TTL<0.3…(1)

在此，f：摄像光学系统整个系统的焦距，TTL：从第1透镜的物侧面顶点起至像面为止的沿着光轴的距离。

根据上述摄像光学系统，通过使第1透镜成为负，使第3透镜成为正，从而第1透镜具有聚集宽广的视角的光的作用，第3透镜具有将由第1透镜聚集的光适当地进行聚光，并引导到第4透镜以后的透镜的作用。由此，关于第2透镜，能够集中于校正像散等各像差的作用。另外，通过使第4透镜和第5透镜成为负以及正的组合，能够进行色像差的校正，虽然半视角为40度以上的广角，但仍能够实现作为光学系统整体的高性能化。

另外，通过使第2透镜的物侧面以及像侧面处的近轴曲率或者近轴曲率半径成为负，从而第2透镜无需对来自第1透镜的出射光施加大的折射力就能够接收光，无需施加大的折射力就能够将光射出到第3透镜。由此，关于第2透镜，具有不使像差恶化地进行校正的作用。

另外，条件式(1)的值f/TTL低于上述上限，所以光学系统不会变得过小，而能够形成为对于校正各像差足够的透镜结构，能够得到高性能的特性。另一方面，条件式(1)的值f/TTL超过上述下限，所以光学系统不会变得过大，而能够使光学系统小型化。

在本发明的具体的1个方面中，根据上述摄像光学系统，满足以下的条件式。

dn/dT(L1)>3.0×10^-6…(2)

dn/dT(L3)>0.0×10^-6…(3)

dn/dT(L5)<0.0×10^-6…(4)

在此，值dn/dT(L1)为第1透镜的d线的折射率的温度变化系数〔1/K〕，值dn/dT(L3)为第3透镜的d线的折射率的温度变化系数〔1/K〕，值dn/dT(L5)为第5透镜的d线的折射率的温度变化系数〔1/K〕。

值dn/dT(L1)以及dn/dT(L3)满足条件式(2)以及(3)，从而第1透镜为负，第3透镜为正，所以能够将温度变化所致的光学系统整体的折射力的变化大致抵消。另外，值dn/dT(L5)满足条件式(4)，从而能够进一步调整在条件式(2)以及(3)下实施的抵消的结果，维持良好的光学性能。

在本发明的另一个方面中，第1透镜至第5透镜的全部透镜由玻璃构成。在该情况下，玻璃的线膨胀系数比树脂材料小，从而能够形成为针对温度变化稳定性高的光学系统。

在本发明的又一个方面中，在第1透镜至第5透镜之中第3透镜具有最强的光焦度。在该情况下，第3透镜承担作为摄像光学系统的大部分聚光功能，关于第1、第2、第4以及第5透镜，能够作为聚光以外的作用来配置。由此，能够得到高性能的光学特性。

在本发明的又一个方面中，满足以下的条件式。

0.08<(R21/R22)/f<0.16…(5)

在此，值R21为第2透镜的物侧面的曲率半径，值R22为第2透镜的像侧面的曲率半径。

值(R21/R22)/f满足条件式(5)，从而不向第2透镜的入射光以及出射光施加过度的折射力，能够不使像差恶化地将来自第1透镜的光引导到第2透镜内，还能够不使像差恶化地将光从第2透镜传递到第3透镜。由此，能够减少产生不需要的像差的情况，能够维持光学性能。

为了实现上述目的中的至少一个目的，反映了本发明的一个方面的摄像装置具备上述摄像光学系统和对摄像光学系统的像进行摄影的摄像元件。

根据上述摄像装置，通过设置上述摄像光学系统，能够在为小型的同时确保宽广的视角，具有良好的光学性能，且针对环境温度的变化具有高的稳定性。

附图说明

图1是说明具备本发明的一个实施方式的摄像光学系统的透镜单元以及摄像装置的图。

图2A是实施例1的摄像光学系统等的剖视图，图2B～2D是像差图。

图3A是实施例2的摄像光学系统等的剖视图，图3B～3D是像差图。

具体实施方式

图1是说明作为本发明的一个实施方式的摄像装置100的剖视图。摄像装置100具备：摄像机模块30，形成图像信号；以及处理部60，通过使摄像机模块30动作，从而作为摄像装置100发挥功能。

摄像机模块30具备：透镜单元40，内置摄像光学系统10；以及传感器部50，将由摄像光学系统10形成的被摄体像变换为图像信号。

透镜单元40具备：作为广角光学系统的摄像光学系统10；以及镜筒41，支承摄像光学系统10。摄像光学系统10包含第1～第5透镜L1～L5。镜筒41由树脂、金属、将玻璃纤维与树脂混合而成的材料等形成，将透镜等容纳于内部并保持。在由金属、将玻璃纤维与树脂混合而成的材料形成镜筒41的情况下，与由树脂形成镜筒41的情况相比，不易热膨胀，能够稳定地固定摄像光学系统10。镜筒41具有使来自物侧的光入射的开口OP。

摄像光学系统10的全视角为80°以上。构成摄像光学系统10的第1～第5透镜L1～L5关于它们的凸缘部或者外周部直接地或者间接地被保持在镜筒41的内表面侧，进行关于光轴AX方向以及与光轴AX垂直的方向的定位。镜筒41还支承光阑ST、滤光片F1这样的除了透镜L1～L5以外的光学部件。

传感器部50具备：固体摄像元件51，对由摄像光学系统(广角光学系统)10形成的被摄体像进行光电变换；基板52，支承该固体摄像元件51；传感器支架53，通过基板52保持固体摄像元件51。固体摄像元件51例如为CMOS型的图像传感器。基板52具备用于使固体摄像元件51动作的布线、周边电路等。传感器支架53由除了树脂之外的材料形成，将固体摄像元件51相对于光轴AX进行定位。透镜单元40的镜筒41以定位成与传感器支架53嵌合的状态被固定。

固体摄像元件(摄像元件)51具有作为摄像面I的光电变换部51a，在其周边形成有未图示的信号处理电路。光电变换部51a二维地配置有像素、即光电变换元件。此外，固体摄像元件51并不限于上述CMOS型的图像传感器，也可以是加入了CCD等其它摄像元件的元件。

能够将滤光片等配置于构成透镜单元40的透镜间、或者透镜单元40与传感器部50之间。在图1的例子中，滤光片F1配置于摄像光学系统10的第5透镜L5与固体摄像元件51之间。滤光片F1是设想为光学的低通滤光片、IR截止滤光片、固体摄像元件51的密封玻璃等的平行平板。滤光片F1还能够作为独立的滤光片部件而配置，但能够不配置成独立，而对构成摄像光学系统10的任意的透镜面赋予该功能。例如，在为红外截止滤光片的情况下，也可以在1片或者多片透镜的表面上施加红外截止涂层。

处理部60具备元件驱动部61、输入部62、存储部63、显示部64以及控制部68。元件驱动部61通过将控制信号输出到固体摄像元件51所附带的电路等，从而使固体摄像元件51动作。元件驱动部61还能够从控制部68接受用于驱动固体摄像元件51的电压、时钟信号的供给、或者将与固体摄像元件51的输出信号对应的除了YUV之外的数字像素信号输出到外部电路。输入部62为受理用户的操作的部分，存储部63为保管摄像装置100的动作所需的信息、由摄像机模块30获取到的图像数据等的部分，显示部64为显示应提示给用户的信息、进行摄影而得到的图像等的部分。控制部68综合地控制元件驱动部61、输入部62、存储部63等的动作，例如能够对由摄像机模块30得到的图像数据进行各种图像处理。在将摄像装置100用作例如车载摄像机的情况下，实施适当的图像处理而对驾驶员显示图像。

此外，虽然省略详细的说明，但处理部60的具体的功能根据装载有本摄像装置100的仪器的用途适当地被调整。摄像装置100能够搭载于车载摄像机、监视摄像机等各种用途的装置。

以下，参照图1，说明第1实施方式的摄像光学系统(广角光学系统)10等。此外，在图1中例示出的摄像光学系统10为与后述的实施例1的摄像光学系统10A大致相同的结构。

图示的摄像光学系统(广角光学系统)10从物侧起依次实质上包括：第1透镜L1，具有负的光焦度；第2透镜L2；第3透镜L3，具有正的光焦度；第4透镜L4，具有负的光焦度；以及第5透镜L5，具有正的光焦度。在此，负的第1透镜具有聚集宽广的视角的光的作用，正的第3透镜L3具有将由第1透镜L1聚集的光适当地进行聚光，引导到隔着光阑ST的后群、也就是说第4透镜L4以后的透镜L4、L5等的作用。由此，关于第2透镜L2，能够集中于校正像散等各像差的作用。另外，通过使第4透镜L4和第5透镜L5成为负及正的组合，能够进行色像差的校正，虽然半视角为40度以上的广角，但仍能够实现作为光学系统整体的高性能化。进而，第2透镜L2的物侧面的近轴曲率为负，第2透镜L2的像侧面的近轴曲率也为负。通过使第2透镜L2的物侧面以及像侧面处的近轴曲率或者近轴曲率半径成为负，从而第2透镜L2无需对来自第1透镜L1的出射光施加大的折射力就能够接收光，无需施加大的折射力就能够将光射出到第3透镜L3。也就是说，关于第2透镜L2，具有不使像差恶化地进行校正的作用。

在本摄像光学系统(广角光学系统)10中，第3透镜L3在第1透镜L1至第5透镜L5之中具有最强的光焦度。在此，光焦度的强度以绝对值的形式进行比较。在该情况下，第3透镜L3承担作为摄像光学系统10的大部分的聚光功能，关于第1、第2、第4以及第5透镜L1、L2、L4、L5，能够具有除了聚光以外的作用而配置。由此，能够得到高性能的光学特性。

第1～第5透镜L1～L5由玻璃形成。玻璃的线膨胀系数比树脂材料小，所以能够使摄像光学系统10成为针对温度变化稳定性高的光学系统。特别在设想了在严酷的环境下使用车载摄像机、监视摄像机等的情况下，优选对第1透镜L1的物侧面实施用于提高强度、耐损伤性、耐化学性的处理，优选施加疏水涂层、亲水涂层。在实施方式的摄像光学系统10中，在第2透镜L2和第5透镜L5中，使物侧面以及像侧面形成为非球面，但配置非球面的部位并不限于上述情况，能够适当地增减。

摄像光学系统10满足以下的条件式(1)。

0.2<f/TTL<0.3…(1)

在此，值f为摄像光学系统10整个系统的焦距，值TTL为从第1透镜L1的物侧面顶点起至像面或者摄像面I为止的沿着光轴AX的距离。

由于条件式(1)的值f/TTL低于上述上限值，所以光学系统不会变得过小，而能够形成为用于校正各像差的足够的透镜结构，能够得到高性能的特性。另一方面，由于条件式(1)的值f/TTL高于上述下限值，所以光学系统不会变得过大，而能够使光学系统小型化。

摄像光学系统10满足以下的条件式(2)～(4)。

dn/dT(L1)>3.0×10^-6…(2)

dn/dT(L3)>0.0×10^-6…(3)

dn/dT(L5)<0.0×10^-6…(4)

在此，关于值dn/dT(L1)，设想温度20℃～40℃而为第1透镜L1的d线的折射率的温度变化系数〔1/K〕，关于值dn/dT(L3)，设想温度20℃～40℃而为第3透镜L3的d线的折射率的温度变化系数〔1/K〕，关于值dn/dT(L5)，设想温度20℃～40℃而为第5透镜L5的d线的折射率的温度变化系数〔1/K〕。

在值dn/dT(L1)以及dn/dT(L3)满足条件式(2)以及条件式(3)的情况下，第1透镜L1为负，第3透镜L3为正，所以能够将温度变化所致的光学系统整体的折射力的变化大致抵消。另外，值dn/dT(L5)满足条件式(4)，从而能够进一步调整由条件式(2)以及(3)实现的抵消的结果，作为摄像光学系统10而维持良好的光学性能。

关于条件式(2)的值dn/dT(L1)，期望的是6.0×10^-6〔1/K〕以下，更期望的是4.5×10^-6〔1/K〕以上且5.0×10^-6〔1/K〕以下。另外，关于条件式(3)的值dn/dT(L3)，期望的是5.5×10^-6〔1/K〕以下，更期望的是1.0×10^-6〔1/K〕以上且5.0×10^-6〔1/K〕以下。关于条件式(4)的值dn/dT(L5)，期望的是-7.0×10^-6〔1/K〕以上，更期望的是-6.5×10^-6〔1/K〕以上且-5.0×10^-6〔1/K〕以下。

摄像光学系统10满足以下的条件式(5)。

0.08<(R21/R22)/f<0.16…(5)

在此，值R21为第2透镜L2的物侧面的曲率半径，值R22为第2透镜L2的像侧面的曲率半径。此外，值(R21/R22)/f的单位为1/mm。

值(R21/R22)/f满足条件式(5)，从而不对第2透镜L2的入射光以及出射光施加过度的折射力，能够不使像差恶化地将来自第1透镜L1的光引导到第2透镜L2内，还能够不使像差恶化地将光从第2透镜L2传递到第3透镜L3。由此，能够减少产生不需要的像差的情况，能够作为摄像光学系统10而维持光学性能。

此外，摄像光学系统10也可以还具有实质上不具有光焦度的其它光学元件(例如透镜、滤光片部件等)。

以上说明的摄像光学系统10具有如上所述的透镜结构，从而在为小型且F数也小(明亮)的光学系统的同时，能确保宽广的视角，具有良好的光学性能、高的分辨率，且针对环境温度的变化具有高的稳定性。

〔实施例〕

以下，示出本发明的摄像光学系统等的实施例。各实施例所使用的记号如下。

f：整个系统的焦距

F：F数

2w：最大全视角

TTL：光学全长

R：曲率半径

D：轴上面间隔

Nd：与透镜材料的d线相对的折射率

vd：透镜材料的阿贝数

在各实施例中，在各面编号之后记载有“*”的面是具有非球面形状的面，关于非球面的形状，以面的顶点为原点，取光轴方向为X轴，将与光轴垂直的方向的高度设为h，用以下的“式1”表示。

【式1】

其中，

A_i：i次的非球面系数

R：曲率半径

K：圆锥常数

(实施例1)

以下示出实施例1的摄像光学系统的整体参数。

f＝5.46mm

F＝2.00

2w＝90.5°

TTL＝23.0

以下的表1示出实施例1的摄像光学系统的透镜面的数据。此外，在以下的表1等中，用“Surf.N”表示面编号，用“ST”表示孔径光阑，用“INF”表示无穷大。

〔表1〕

以下的表2示出实施例1的透镜面的非球面系数。此外，此后(包括表的透镜数据)，使用E(例如2.5E-02)来表示10的幂值(例如2.5×10^-02)。

〔表2〕

第3面

K＝0.45406E+01，A4＝0.14301E-02，A6＝-0.61767E-04，

A8＝0.12024E-03，A10＝-0.28394E-04，A12＝0.32997E-05，

A14＝-1.24773E-07，A16＝0.00000E+00

第4面

K＝-0.15205E+02，A4＝0.16527E-03，A6＝-0.44815E-04，

A8＝0.90563E-04，A10＝-0.19032E-04，A12＝0.18825E-05，

A14＝-7.14977E-08，A16＝0.00000E+00

第10面

K＝0.68512E+01，A4＝-0.59757E-03，A6＝0.56013E-03，

A8＝-0.15395E-03，A10＝0.28412E-04，A12＝-0.31270E-05，

A14＝1.89402E-07，A16＝-4.75915E-09

第11面

K＝-0.33189E+02，A4＝-0.15927E-01，A6＝0.46538E-02，

A8＝-0.10369E-02，A10＝0.15702E-03，A12＝-0.14550E-04，

A14＝0.73934E-06，A16＝-0.15535E-07

以下的表3示出实施例1的单透镜数据。

〔表3〕

图2A是实施例1的摄像光学系统10A等的剖视图。摄像光学系统10A具备：具有负的光焦度且向物侧凸的弯月型的第1透镜L1；具有负的光焦度且向像侧凸的弯月型的第2透镜L2；具有正的光焦度且双凸的第3透镜L3；具有负的光焦度且向物侧凸的弯月型的第4透镜L4；以及具有正的光焦度且双凸的第5透镜L5。第2以及第5透镜L2、L5具有非球面，作为光学面。第1～第5透镜L1～L5全部由玻璃形成。在第3透镜L3与第4透镜L4之间配置有孔径光阑ST。在第5透镜L5与固体摄像元件51之间配置有适当的厚度的滤光片F1。滤光片F1是设想为光学的低通滤光片、IR截止滤光片、固体摄像元件51的密封玻璃等的平行平板。附图标记I表示作为固体摄像元件51的被投影面的摄像面。此外，关于附图标记F1、I，在以后的实施例中也相同。

图2B～2D示出了实施例1的摄像光学系统10A的像差图(球面像差、像散以及畸变像差)。

(实施例2)

以下示出实施例2的摄像光学系统的整体参数。

f＝5.51mm

F＝2.00

2w＝90.5°

TTL＝23.0

以下的表4示出实施例2的摄像光学系统的透镜面的数据。

〔表4〕

以下的表5示出实施例2的透镜面的非球面系数。

〔表5〕

第3面

K＝0.76399E+00，A4＝-0.34570E-03，A6＝-0.61748E-04，

A8＝0.23425E-04，A10＝-0.41354E-05，A12＝0.81764E-07，

A14＝0.00000E+00，A16＝0.00000E+00

第4面

K＝-0.31129E+01，A4＝0.10753E-02，A6＝0.19749E-04，

A8＝0.15197E-04，A10＝-0.19415E-05，A12＝0.97258E-07，

A14＝0.00000E+00，A16＝0.00000E+00

第10面

K＝0.30518E+01，A4＝0.17640E-03，A6＝0.99106E-04，

A8＝0.12277E-04，A10＝-0.55739E-05，A12＝0.78716E-06，

A14＝-4.68843E-08，A16＝1.01483E-09

第11面

K＝0.39541E+00，A4＝0.68150E-03，A6＝0.26369E-03，

A8＝-0.71120E-04，A10＝0.15424E-04，A12＝-0.18434E-05，

A14＝0.11522E-06，A16＝-0.28316E-08

以下的表6示出实施例2的单透镜数据。

〔表6〕

图3A是实施例2的摄像光学系统10B等的剖视图。摄像光学系统10B具备具有负的光焦度且向物侧凸的弯月型的第1透镜L1；具有负的光焦度且向像侧凸的弯月型的第2透镜L2；具有正的光焦度且双凸的第3透镜L3；具有负的光焦度且向物侧凸的弯月型的第4透镜L4；以及具有正的光焦度且双凸的第5透镜L5。第2以及第5透镜L2、L5具有非球面，作为光学面。第1～第5透镜L1～L5全部由玻璃形成。在第3透镜L3与第4透镜L4之间配置有孔径光阑ST。在第5透镜L5与固体摄像元件51之间配置有适当的厚度的滤光片F1。

图3B～3D示出了实施例2的摄像光学系统10B的像差图(球面像差、像散以及畸变像差)。

以下的表7是为了参考而将与各条件式(1)～(5)对应的各实施例1以及2的值进行汇总而成的表。

〔表7〕

以上，依照实施方式而说明了摄像光学系统等，但本发明的摄像光学系统并不限于上述实施方式或者实施例，能够进行各种变形。例如，在上述实施例中，第2透镜L2不限于具有负的光焦度的例子，能够采用具有正的光焦度的透镜。

另外，在上述实施例中，滤光片F1还能够在车载摄像机、监视摄像机等的用途中在可见光或者近红外光下摄像时，将滤光片F1分割成两片而分别采用具有不同作用等的结构。

Claims

1.一种摄像光学系统，从物侧起依次实质上包括：

第1透镜，具有负的光焦度；

第2透镜；

第3透镜，具有正的光焦度；

第4透镜，具有负的光焦度；以及

第5透镜，具有正的光焦度，

半视角为40度以上，

所述第2透镜的物侧的面的近轴曲率为负，

所述第2透镜的像侧的面的近轴曲率为负，

所述摄像光学系统满足以下的条件式，

0.2<f/TTL<0.3… (1)，

在此，

f：摄像光学系统整个系统的焦距，

TTL：从所述第1透镜的物侧面顶点起至像面为止的沿着光轴的距离，

所述摄像光学系统满足以下的条件式，

dn/dT(L1)>3.0×10^-6… (2)，

dn/dT(L3)>0.0×10^-6… (3)，

dn/dT(L5)<0.0×10^-6… (4)，

在此，

dn/dT(L1)：所述第1透镜的d线的折射率的温度变化系数，

dn/dT(L3)：所述第3透镜的d线的折射率的温度变化系数，

dn/dT(L5)：所述第5透镜的d线的折射率的温度变化系数。

2.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，

所述第1透镜至所述第5透镜的全部透镜由玻璃构成。

3.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，

在所述第1透镜至第5透镜之中，所述第3透镜具有最强的光焦度。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的摄像光学系统，其中，

所述摄像光学系统满足以下的条件式，

0.08<(R21/R22)/f<0.16… (5)，

在此，

R21：所述第2透镜的物侧面的曲率半径，

R22：所述第2透镜的像侧面的曲率半径，

f：摄像光学系统整个系统的焦距。

5.一种摄像装置，具备：

权利要求1至4中的任意一项所述的摄像光学系统；以及

摄像元件，对所述摄像光学系统的像进行摄影。