CN112305712B - 摄像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摄像镜头，其能够满足广角化的要求，并且具有良好的光学特性。该摄像镜头，从物侧朝向像侧依次包括：第一透镜，在近轴区具有负的光焦度；第二透镜，在近轴区凹面朝向物侧，具有正或负的光焦度；第三透镜，呈在近轴区凸面朝向物侧且凸面朝向像侧的双凸形状，具有正的光焦度；以及第四透镜，在近轴区凸面朝向像侧，具有正的光焦度；满足预定条件式。

Description

摄像镜头
技术领域
本发明涉及一种在摄像装置所使用的CCD传感器或C-MOS传感器的在固体摄像元件上成像被摄体的像的摄像镜头。
背景技术
近年来，在各种各样的产品中普遍搭载有通过近红外光成像的相机功能。该相机功能能够生物测定和夜视监控。预测今后也，当前对于融合了这样的相机功能的商品的开发不断开展。
在这样的设备中搭载的摄像镜头，需要广角也需要高分辨率性能。
作为现有的以高性能化为目标的摄像镜头，例如已知有以下专利文献1的摄像镜头。
专利文献1(日本特开2018-13580号公报)公开了一种摄像镜头，该摄像镜头从物侧依次包括：第一透镜，具有正的光焦度；第二透镜，具有负的光焦度；第三透镜，具有正的光焦度；以及第四透镜，具有正的光焦度；s线的第一透镜的焦距与s线的整个系统的焦距的关系满足一定的条件。
发明内容
发明要解决的问题
在想要通过专利文献1中记载的透镜结构来实现广角化时，非常难以进行周边部的像差校正，不能够获得良好的光学性能。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种满足广角化的要求，且具备良好地校正各像差的高分辨率的摄像镜头。
并且，关于本发明中使用的用语，透镜面的凸面、凹面、平面是指近轴区的形状。光焦度是指近轴区的光焦度。极点是指切平面与光轴垂直相交的光轴上以外的非球面上的点。光学总长是指，从位于最靠物侧的光学元件的物侧面至摄像面为止的光轴上的距离。另外，光学总长及后焦距是通过对配置于摄像透镜与摄像面之间的IR截止滤光片或保护玻璃等的厚度进行空气换算而得到的距离。
用于解决问题的手段
本发明的摄像镜头，从物侧朝向像侧依次包括：第一透镜，在近轴区具有负的光焦度；第二透镜，在近轴区凹面朝向物侧，具有正或负的光焦度；第三透镜，呈在近轴区凸面朝向物侧且凸面朝向像侧的双凸形状，具有正的光焦度；以及第四透镜，在近轴区凸面朝向像侧，具有正的光焦度。
在上述结构的摄像镜头中，通过具有负的光焦度，第一透镜实现广角化。
第二透镜良好地校正彗差、场曲和畸变。另外，通过在近轴区凹面朝向物侧，良好地校正畸变。
第三透镜实现低背化，良好地校正球面像差、像散和畸变。
第四透镜良好地校正彗差、像散、场曲和畸变。另外，通过在近轴区凸面朝向像侧，能够适当地控制光线向摄像元件的入射角。其结果，能够缩小第四透镜的透镜径，能够来实现摄像镜头的小径化。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(1)，
(1)1.60＜|r4|/T2
其中，
r4：第二透镜的像侧面的近轴曲率半径，
T2：第二透镜的像侧面至第三透镜的物侧面为止的光轴上的距离。
条件式(1)将第二透镜的像侧面的近轴曲率半径与第二透镜的像侧面至第三透镜的物侧面为止的光轴上的距离的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(1)的范围，能够维持第二透镜的像侧面的光焦度，能够适当地控制光线向第三透镜的物侧面的入射角，能够良好地校正畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(2)，
(2)2.10＜r5/f＜5.50
其中，
r5：第三透镜的物侧面的近轴曲率半径，
f：摄像镜头整个系统的焦距。
条件式(2)将第三透镜的物侧面的近轴曲率半径规定在适当的范围。通过满足条件式(2)的范围，能够良好地校正球面像差、像散和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(3)，
(3)-1.40＜f1/f4＜-0.01
其中，
f1：第一透镜的焦距，
f4：第四透镜的焦距。
条件式(3)将第一透镜的焦距与第四透镜的焦距的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(3)的范围，将第一透镜的光焦度和第四透镜的光焦度能够适当地平衡。其结果，能够良好地校正色像差、彗差、像散、场曲和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(4)，
(4)2.85＜D3/T3＜12.00
其中，
D3：第三透镜的光轴上的厚度，
T3：第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离。
条件式(4)将第三透镜的光轴上的厚度与第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(4)的范围，能够实现低背化，能够适当地控制光线向第四透镜的物侧面的入射角，能够良好地校正彗差、像散和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(5)，
(5)-3.50＜r3/|r4|＜-0.10
其中，
r3：第二透镜的物侧面的近轴曲率半径，
r4：第二透镜的像侧面的近轴曲率半径。
条件式(5)将第二透镜的物侧面的近轴曲率半径与第二透镜的像侧面的近轴曲率半径的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(5)的范围，能够良好地校正彗差、场曲和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(6)，
(6)0.70＜|r7|/f＜5.50
其中，
r7：第四透镜的物侧面的近轴曲率半径，
f：摄像镜头整个系统的焦距。
条件式(6)将第四透镜的物侧面的近轴曲率半径规定在适当的范围。通过满足条件式(6)的范围，能够良好地校正彗差、像散和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(7)，
(7)0.30＜|r7|/(T3+bf)＜2.20
其中，
r7：第四透镜的物侧面的近轴曲率半径，
T3：第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离，
bf：后焦距。
条件式(7)将第四透镜的物侧面的近轴曲率半径与第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离与后焦距的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(7)的范围，能够维持第四透镜的物侧面的光焦度，第四透镜被配置在最佳位置，使该透镜的各像差校正功能变得更有效的。其结果，能够良好地校正彗差、像散、场曲和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(8)，
(8)-1.00＜r2/r8＜-0.10
其中，
r2：第一透镜的像侧面的近轴曲率半径，
r8：第四透镜的像侧面的近轴曲率半径。
条件式(8)将第一透镜的像侧面的近轴曲率半径与第四透镜的像侧面的近轴曲率半径的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(8)的范围，能够良好地校正彗差、像散、场曲和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(9)，
(9)8.00＜(T3/f)×100＜40.00
其中，
T3：第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离，
f：摄像镜头整个系统的焦距。
条件式(9)将第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离规定在适当的范围。通过满足条件式(9)的范围，能够实现低背化，能够适当地控制光线向第四透镜的物侧面的入射角，能够良好地校正像散和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(10)，
(10)0.40＜r2/f＜2.50
其中，
r2：第一透镜的像侧面的近轴曲率半径，
f：摄像镜头整个系统的焦距。
条件式(10)将第一透镜的像侧面的近轴曲率半径规定在适当的范围。通过满足条件式(10)的范围，能够良好地校正畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(11)，
(11)-6.50＜r3/f＜-1.40
其中，
r3：第二透镜的物侧面的近轴曲率半径，
f：摄像镜头整个系统的焦距。
条件式(11)将第二透镜的物侧面的近轴曲率半径规定在适当的范围。通过满足条件式(11)的范围，能够良好地校正彗差、场曲和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(12)，
(12)-5.20＜r3/|r7|＜-0.50
其中，
r3：第二透镜的物侧面的近轴曲率半径，
r7：第四透镜的物侧面的近轴曲率半径。
条件式(12)将第二透镜的物侧面的近轴曲率半径与第四透镜的物侧面的近轴曲率半径的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(12)的范围，能够良好地校正彗差、像散、场曲和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(13)，
(13)10.00＜r5/T3＜28.50
其中，
r5：第三透镜的物侧面的近轴曲率半径，
T3:第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离。
条件式(13)将第三透镜的物侧面的近轴曲率半径与第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(13)的范围，能够维持第三透镜的物侧面的光焦度，能够适当地控制光线向第四透镜的物侧面的入射角，能够良好地校正球面像差、像散和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(14)，
(14)-3.00＜|r7|/r8＜-0.10
其中，
r7：第四透镜的物侧面的近轴曲率半径，
r8：第四透镜的像侧面的近轴曲率半径。
条件式(14)将第四透镜的物侧面的近轴曲率半径与第四透镜的像侧面的近轴曲率半径的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(14)的范围，能够良好地校正彗差、像散、场曲和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(15)，
(15)r8/D4＜-1.50
其中，
r8：第四透镜的像侧面的近轴曲率半径，
D4：第四透镜的光轴上的厚度。
条件式(15)将第四透镜的像侧面的近轴曲率半径与第四透镜的光轴上的厚度的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(15)的范围，能够实现低背化，能够良好地校正彗差、像散、场曲和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(16)，
(16)-5.00＜f1/f＜-0.90
其中，
f1：第一透镜的焦距，
f：摄像镜头整个系统的焦距。
条件式(16)将第一透镜的焦距规定在适当的范围。通过满足条件式(16)的范围，能够良好地校正色像差和畸变。
另外，在上述结构的摄像镜头中，优选满足以下的条件式(17)，
(17)-1.20＜f1/|f2|＜-0.15
其中，
f1：第一透镜的焦距，
f2：第二透镜的焦距。
条件式(17)将第一透镜的焦距与第二透镜的焦距的关系规定在适当的范围。通过满足条件式(17)的范围，将第一透镜的光焦度和第二透镜的光焦度能够适当地平衡。其结果，能够良好地校正色像差、彗差、场曲和畸变。
发明的效果
通过本发明，能够获得一种满足广角化的要求，良好地校正各像差，并且具有高分辨率的摄像镜头。
附图说明
图1为表示本发明的实施例1的摄像镜头的概略结构的图。
图2为表示本发明的实施例1的摄像镜头的球面像差、像散、畸变的图。
图3为表示本发明的实施例2的摄像镜头的概略结构的图。
图4为表示本发明的实施例2的摄像镜头的球面像差、像散、畸变的图。
图5为表示本发明的实施例3的摄像镜头的概略结构的图。
图6为表示本发明的实施例3的摄像镜头的球面像差、像散、畸变的图。
附图标记说明
ST 孔径光阑
L1 第一透镜
L2 第二透镜
L3 第三透镜
L4 第四透镜
ih 最大像高
IR 滤光片
CG 保护玻璃
IMG 摄像面
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的实施方式进行详细说明。
图1、图3和图5分别示出本发明的实施方式的实施例1至3所涉及的摄像镜头的概略结构图。
本实施方式的摄像镜头，从物侧朝向像侧依次包括：第一透镜L1，在近轴区具有负的光焦度；第二透镜L2，在近轴区凹面朝向物侧，具有正或负的光焦度；第三透镜L3，呈在近轴区凸面朝向物侧且凸面朝向像侧的双凸形状，具有正的光焦度；以及第四透镜L4，在近轴区凸面朝向像侧，具有正的光焦度。
第四透镜L4与摄像面IMG(即，摄像元件的摄像面)之间配置有红外截止滤光片等滤光片IR或保护玻璃CG。另外，能够省略该滤光片IR和保护玻璃CG。
孔径光阑ST配置在第二透镜L2与第三透镜L3之间，易于来实现径方向的小型化。
通过第一透镜L1具有负的光焦度，来实现广角化。第一透镜L1呈在近轴区凸面朝向物侧且凹面朝向像侧的弯月形状。因此，良好地控制球面像差和畸变。
另外，如图3示出的实施例2所示，第一透镜L1的形状也可以采用在近轴区凹面朝向物侧且凹面朝向像侧的双凹形状。此时，能够更好地校正色像差。
第二透镜L2具有负的光焦度，呈在近轴区凹面朝向物侧且凹面朝向像侧的双凹形状。因此，良好地校正彗差、场曲和畸变。
另外，如图5示出的实施例3所示，第二透镜L2的光焦度也可以为正的值。此时，有利于低背化。
另外，如图5示出的实施例3所示，第二透镜L2的形状也可以采用在近轴区凹面朝向物侧且凸面朝向像侧的弯月形状。此时，能够良好地校正彗差和畸变。
第三透镜L3具有正的光焦度，呈在近轴区凸面朝向物侧且凸面朝向像侧的双凸形状。因此，来实现低背化，良好地校正球面像差、像散和畸变。
第四透镜L4具有正的光焦度，呈在近轴区凸面朝向物侧且凸面朝向像侧的双凸形状。因此，来实现低背化，良好地校正彗差、像散、场曲和畸变。另外，通过在近轴区凸面朝向像侧，控制光线向摄像元件的入射角。其结果，能够缩小第四透镜L4的透镜径，能够来实现摄像镜头的小径化。
在本实施方式的摄像镜头中，优选第一透镜L1至第四透镜L4的所有透镜由各自单个透镜构成。仅由单个透镜构成能够更多使用非球面。在本实施方式中，通过全部透镜面形成为适当的非球面，良好地校正各像差。另外，与采用接合透镜时相比，因为能够减少工时，所以能够以低成本进行制作。
另外，本实施方式的摄像镜头在所有的透镜中采用塑料材料从而容易进行制造，且能够以低成本进行大批量生产。
另外，所采用的透镜材料并不限定于塑料材料。通过采用玻璃材料，能够期待更高性能化。另外，优选将所有的透镜面形成为非球面，但也可以根据所要求的性能而采用容易制造的球面。
本实施方式中的摄像镜头满足以下的条件式(1)至(17)，从而发挥较佳的效果。
(1)1.60＜|r4|/T2
(2)2.10＜r5/f＜5.50
(3)-1.40＜f1/f4＜-0.01
(4)2.85＜D3/T3＜12.00
(5)-3.50＜r3/|r4|＜-0.10
(6)0.70＜|r7|/f＜5.50
(7)0.30＜|r7|/(T3+bf)＜2.20
(8)-1.00＜r2/r8＜-0.10
(9)8.00＜(T3/f)×100＜40.00
(10)0.40＜r2/f＜2.50
(11)-6.50＜r3/f＜-1.40
(12)-5.20＜r3/|r7|＜-0.50
(13)10.00＜r5/T3＜28.50
(14)-3.00＜|r7|/r8＜-0.10
(15)r8/D4＜-1.50
(16)-5.00＜f1/f＜-0.90
(17)-1.20＜f1/|f2|＜-0.15
其中，
D3：第三透镜L3的光轴X上的厚度，
D4：第四透镜L4的光轴X上的厚度，
T2：第二透镜L2的像侧面至第三透镜L3的物侧面为止的光轴X上的距离，
T3：第三透镜L3的像侧面至第四透镜L4的物侧面为止的光轴X上的距离，
bf：后焦距，
f：摄像镜头整个系统的焦距，
f1：第一透镜L1的焦距，
f2：第二透镜L2的焦距，
f4：第四透镜L4的焦距，
r2：第一透镜L1的像侧面的近轴曲率半径，
r3：第二透镜L2的物侧面的近轴曲率半径，
r4：第二透镜L2的像侧面的近轴曲率半径，
r5：第三透镜L3的物侧面的近轴曲率半径，
r7：第四透镜L4的物侧面的近轴曲率半径，
r8：第四透镜L4的像侧面的近轴曲率半径。
此外，没必要全部满足上述各条件式，通过单独满足每个条件式，能够得到与各条件式相对应的作用效果。
并且，本实施方式中摄像镜头满足以下的条件式(1a)至(17a)，从而发挥更佳的效果。
(1a)2.00＜|r4|/T2＜40.00
(2a)2.50＜r5/f＜4.40
(3a)-1.25＜f1/f4＜-0.03
(4a)3.70＜D3/T3＜10.00
(5a)-2.60＜r3/|r4|＜-0.30
(6a)1.10＜|r7|/f＜4.00
(7a)0.45＜|r7|/(T3+bf)＜1.90
(8a)-0.65＜r2/r8＜-0.20
(9a)13.00＜(T3/f)×100＜30.00
(10a)0.65＜r2/f＜2.00
(11a)-5.80＜r3/f＜-2.10
(12a)-4.20＜r3/|r7|＜-0.75
(13a)13.00＜r5/T3＜24.00
(14a)-2.00＜|r7|/r8＜-0.20
(15a)-18.00＜r8/D4＜-2.50
(16a)-3.50＜f1/f＜-1.40
(17a)-1.00＜f1/|f2|＜-0.25
其中，各条件式的符号与前段中的说明相同。
本实施方式中，在透镜面的非球面上采用的非球面形状在将光轴方向的轴设为Z，将与光轴正交的方向的高度设为H，将近轴曲率半径设为R，将圆锥系数设为k，将非球面系数设为A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16时，通过数学式1来表示。
[数学式1]
Figure BDA0002615843600000131
接着，示出本实施方式所涉及的摄像镜头的实施例。各实施例中，f表示摄像镜头整个系统的焦距，Fno表示F值，ω表示半视场角，ih表示最大像高，TTL表示光学总长。而且，i表示从物侧数起的面序号，r表示近轴曲率半径，d表示光轴上的透镜面之间的距离(面间隔)，Nd表示d线(基准波长)的折射率，νd表示相对于d线的色散系数。另外，关于非球面，在面序号i的后面附加*(星号)符号来表示。
[实施例1]
将基本的透镜数据示于以下的表1。
[表1]
实施例1
单位mm
f＝0.39
Fno＝2.60
ω(°)＝57.0
ih＝0.59
TTL＝2.98
面数据
Figure BDA0002615843600000141
组成透镜数据
Figure BDA0002615843600000142
非球面数据
Figure BDA0002615843600000143
实施例1的摄像镜头如表4所示，满足条件式(1)至(17)。
图2针对实施例1的摄像镜头，示出球面像差(mm)、像散(mm)、畸变(％)。球面像差图表示相对于800nm、850nm、900nm的各波长的像差量。并且，像散图中分别示出弧矢像面S上的d线的像差量(实线)、及子午像面T上的d线的像差量(虚线)(图4及图6中均相同)。如图2所示，可知各像差得到了良好的校正。
[实施例2]
将基本的透镜数据示于以下的表2。
[表2]
实施例2
单位mm
f＝0.39
Fno＝2.60
ω(°)＝57.0
ih＝0.59
TTL＝2.74
面数据
Figure BDA0002615843600000161
组成透镜数据
Figure BDA0002615843600000162
非球面数据
Figure BDA0002615843600000163
实施例2的摄像镜头如表4所示，满足条件式(1)至(17)。
图4针对实施例2的摄像镜头，示出球面像差(mm)、像散(mm)、畸变(％)。如图4所示，可知各像差得到了良好的校正。
[实施例3]
将基本的透镜数据示于以下的表3。
[表3]
实施例3
单位mm
f＝0.39
Fno＝2.60
ω(°)＝57.0
ih＝0.59
TTL＝2.81
面数据
Figure BDA0002615843600000181
组成透镜数据
Figure BDA0002615843600000182
非球面数据
Figure BDA0002615843600000183
实施例3的摄像镜头如表4所示，满足条件式(1)至(17)。
图6针对实施例3的摄像镜头，示出球面像差(mm)、像散(mm)、畸变(％)。如图6所示，可知各像差得到了良好的校正。
表4示出实施例1至实施例3所涉及的条件式(1)至(17)的值。
[表4]
Figure BDA0002615843600000191
产业上的可利用性
将本发明所涉及的摄像镜头应用于附设有相机功能的产品的情况下，能够有助于该相机的广角化，并且能够实现相机的高性能化。

Claims (6)

1.一种摄像镜头，其特征在于，从物侧朝向像侧依次组成为：
第一透镜，在近轴区具有负的光焦度；
第二透镜，在近轴区凹面朝向物侧，具有正或负的光焦度；
第三透镜，呈在近轴区凸面朝向物侧且凸面朝向像侧的双凸形状，具有正的光焦度；以及
第四透镜，在近轴区凸面朝向像侧，具有正的光焦度；
满足以下的条件式(1)、(2)和(3)：
(1)1.60＜|r4|/T2
(2)2.10＜r5/f＜5.50
(3)-1.40＜f1/f4＜-0.01
(9)8.00＜(T3/f)×100＜40.00
其中，
r4：第二透镜的像侧面的近轴曲率半径，
T2：第二透镜的像侧面至第三透镜的物侧面为止的光轴上的距离，
T3：第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离，
r5：第三透镜的物侧面的近轴曲率半径，
f：摄像镜头整个系统的焦距，
f1：第一透镜的焦距，
f4：第四透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，满足以下的条件式(4)：
(4)2.85＜D3/T3＜12.00
其中，
D3：第三透镜的光轴上的厚度，
T3：第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离。
3.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，满足以下的条件式(5)：
(5)-3.50＜r3/|r4|＜-0.10
其中，
r3：第二透镜的物侧面的近轴曲率半径，
r4：第二透镜的像侧面的近轴曲率半径。
4.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，满足以下的条件式(6)：
(6)0.70＜|r7|/f＜5.50
其中，
r7：第四透镜的物侧面的近轴曲率半径，
f：摄像镜头整个系统的焦距。
5.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，满足以下的条件式(7)：
(7)0.30＜|r7|/(T3+bf)＜2.20
其中，
r7：第四透镜的物侧面的近轴曲率半径，
T3：第三透镜的像侧面至第四透镜的物侧面为止的光轴上的距离，
bf：后焦距。
6.根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于，满足以下的条件式(8)：
(8)-1.00＜r2/r8＜-0.10
其中，
r2：第一透镜的像侧面的近轴曲率半径，
r8：第四透镜的像侧面的近轴曲率半径。
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