CN117518400A - 拍摄光学系统、透镜单元以及拍摄装置 - Google Patents

拍摄光学系统、透镜单元以及拍摄装置 Download PDF

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CN117518400A CN202210899228.3A CN202210899228A CN117518400A CN 117518400 A CN117518400 A CN 117518400A CN 202210899228 A CN202210899228 A CN 202210899228A CN 117518400 A CN117518400 A CN 117518400A
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photographing optical
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Abstract

本发明涉及拍摄光学系统、透镜单元以及拍摄装置，在维持小F数以及广视角的同时实现高光学性能以及小尺寸。拍摄光学系统(10)从物体侧起依次具备：具有负的光焦度且物体侧面为凸面的第一透镜(L1)；具有正的光焦度且具有凸面朝向物体侧面的弯月形状的第二透镜(L2)；具有正的光焦度的第三透镜(L3)；具有负的光焦度的第四透镜(L4)；具有正的光焦度的双凸透镜的第五透镜(L5)；以及具有正或负的光焦度且至少像侧面在与光轴的交点以外具有极值的第六透镜(L6)，满足以下的条件式：1.5＜f2/f＜3.5…(1)，其中，f2：第二透镜(L2)的焦距，f：拍摄光学系统(10)整个系统的焦距。

Description

拍摄光学系统、透镜单元以及拍摄装置
技术领域
本发明涉及拍摄光学系统、透镜单元以及拍摄装置。
背景技术
在对比文件1、2中记载了比较广角的六枚透镜结构的拍摄光学系统。
其中，在对比文件1的实施例4所记载的光学系统中，虽然视角为68.5°而较广，但F数为2.43而比较大(透镜较暗)，相对于焦距的光学全长也比较长。
在对比文件2所记载的光学系统中，F数为2.15而比较小(亮)，相对于焦距的光学全长也比较短，但视角为40.7°而比较窄。
专利文献1：中国专利公开第105204144号说明书
专利文献2：中国专利公开第103529538号说明书
发明内容
本发明的目的在于在维持小F数以及广视角的同时实现高光学性能以及小尺寸。
为了实现上述目的，本发明是一种拍摄光学系统，其特征在于，
从物体侧起依次具备：
具有负的光焦度且物体侧面为凸面的第一透镜；
具有正的光焦度且具有凸面朝向物体侧面的弯月形状的第二透镜；
具有正的光焦度的第三透镜；
具有负的光焦度的第四透镜；
具有正的光焦度的双凸透镜的第五透镜；以及
具有正或负的光焦度且至少像侧面在与光轴的交点以外具有极值的第六透镜，
满足以下的条件式：
1.5＜f2/f＜3.5…(1)
其中，
f2：第二透镜的焦距，
f：拍摄光学系统整个系统的焦距。
根据本发明，能够在维持小F数以及广视角的同时实现高光学性能以及小尺寸。
附图说明
图1是实施方式所涉及的拍摄装置的示意性的剖视图。
图2是表示实施方式所涉及的拍摄装置的概略的控制结构的框图。
图3是实施例1的拍摄光学系统的(a)剖视图、(b)纵向像差图。
图4是实施例2的拍摄光学系统的(a)剖视图、(b)纵向像差图。
图5是实施例3的拍摄光学系统的(a)剖视图、(b)纵向像差图。
图6是实施例4的拍摄光学系统的(a)剖视图、(b)纵向像差图。
附图标记说明：10…拍摄光学系统；40…透镜单元；41…镜筒；51…拍摄元件；100…拍摄装置；Ax…光轴；L1…第一透镜；L2…第二透镜；L3…第三透镜；L4…第四透镜；L5…第五透镜；L6…第六透镜；S…开口光圈。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[拍摄装置的整体结构]
图1是本实施方式所涉及的拍摄装置100的示意性的剖视图。
如该图所示，拍摄装置100具备用于形成图像信号的相机模块30。
相机模块30具备内置拍摄光学系统10的透镜单元40、和将通过拍摄光学系统10形成的被拍摄体图像转换为图像信号的传感器部50。
透镜单元40具备拍摄光学系统10、和组装有拍摄光学系统10的镜筒41。
拍摄光学系统10具备第一透镜L1～第六透镜L6和光学滤波器F。后述拍摄光学系统10的结构的详细内容。
镜筒41由树脂、金属、在树脂中混合玻璃纤维而得到的材料等形成，在内部收纳有拍摄光学系统10等。镜筒41具有使来自物体侧的光入射的开口OP。镜筒41直接或间接地保持构成拍摄光学系统10的第一透镜L1～第六透镜L6以及光学滤波器F，并将它们在拍摄光学系统10的光轴Ax方向以及垂直于光轴Ax的方向上定位。
传感器部50具备检测通过拍摄光学系统10形成的被拍摄体图像并进行光电转换的拍摄元件(固态摄像元件)51。
拍摄元件51例如是CMOS型的图像传感器。拍摄元件51以相对于光轴Ax定位后的状态被固定。该拍摄元件51具有作为拍摄面I的光电转换部，在其周边形成有未图示的信号处理电路。在光电转换部二维地配置有像素即光电转换元件。此外，拍摄元件51并不局限于上述的CMOS型的图像传感器，也可以是组装有CCD等其它的拍摄元件的部件。
图2是表示拍摄装置100的概略的控制结构的框图。
如该图所示，拍摄装置100具备使相机模块30动作的处理部60。
处理部60具备元件驱动部62、输入部63、存储部64、图像处理部65、显示部66以及控制部67。
元件驱动部62通过从控制部67接受用于驱动拍摄元件51的电压、时钟信号的供给并输出至拍摄元件51所附带的电路等，来使拍摄元件51动作。
输入部63是接收用户的操作或者来自外部装置的指令的部分。
存储部64是保管拍摄装置100的动作所需要的信息、通过相机模块30获取到的图像数据、用于图像处理的透镜修正数据等的部分。
图像处理部65对从拍摄元件51输出的图像信号执行颜色修正、灰度修正、缩放等图像处理。
显示部66是显示应该提示给用户的信息、拍摄到的图像等的部分。此外，显示部66能够兼具输入部63的功能。
控制部67总体地控制元件驱动部62、输入部63、存储部64、图像处理部65、显示部66等的动作，例如对通过相机模块30得到的图像数据进行各种图像处理。
[拍摄光学系统的具体结构]
接着，对拍摄光学系统10更详细地进行说明。
如图1所示，在本实施方式中，拍摄光学系统10从物体侧起依次具备第一透镜L1、第二透镜L2、开口光圈S、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、光学滤波器F而构成。
其中，在本实施方式中，光学滤波器F是设想有光学低通滤波器、红外线截止滤波器、拍摄元件51的密封玻璃等的平行平板。关于光学滤波器F，也可以对构成拍摄光学系统10的任意的透镜面赋予其功能，而省略配置。例如，也可以在一枚或者多枚透镜的表面上施加红外线截止涂层，来作为红外线截止滤波器。
第一透镜L1具有负的光焦度(折射力)。
另外，第一透镜L1的物体侧面是凸面。因此，能够减小轴外光束向该物体侧面的入射角，因此能够抑制在该物体侧面产生的像差，得到良好的光学性能。
第二透镜L2具有正的光焦度。
另外，第二透镜L2具有凸面朝向物体侧面的弯月形状。因此，与将第二透镜L2设为双凸透镜的情况相比，能够缩短主点间隔。并且，第一透镜L1和第二透镜L2的合成系统的光焦度变小，能够减小在第一透镜L1和第二透镜L2产生的像差。
第三透镜L3具有正的光焦度。
第四透镜L4具有负的光焦度。
另外，第三透镜L3和第四透镜L4的各自的物体侧面具有凸形状(物体侧面的至少一部分成为凸面)。
第五透镜L5具有正的光焦度。
另外，第五透镜L5是物体侧和像侧的两面为凸面的双凸透镜。因此，能够使第五透镜L5的光焦度比较强，能够有效地修正色像差等。
第六透镜L6具有正或者负的光焦度。
另外，第六透镜L6的至少像侧面在与光轴Ax的交点以外具有极值(拐点)。这里，“极值”是指在考虑了在面内包含有效半径内的光轴Ax的该第六透镜L6的剖面形状的曲线的情况下，非球面的切线成为与光轴Ax垂直的线段那样的非球面上的点。由此，即使在拍摄元件51需要相对较大的光线入射角度，或相对于像高需要非线性的入射角度特性的情况下，也能够在维持光学性能的同时使CRA(主光线角)与其对应。
另外，拍摄光学系统10满足以下的条件式(1)。
1.5＜f2/f＜3.5…(1)
其中，f2是第二透镜L2的焦距，f是拍摄光学系统10整个系统的焦距。
条件式(1)是用于适当地设定第二透镜L2的焦距的条件式。
通过f2/f高于条件式(1)的下限，从而第二透镜L2的折射力不会过强。由此，能够抑制在第二透镜L2产生的球面像差、彗形像差、轴上色像差等，或者能够抑制由第二透镜L2的形状误差、偏心误差引起的光学性能的劣化。
另一方面，通过f2/f低于条件式(1)的上限，从而第二透镜L2的折射力不会过弱，因此能够抑制拍摄光学系统10的大型化。
并且，优选拍摄光学系统10满足以下的条件式(2)。
0.35＜CT5/f＜0.60…(2)
其中，CT5是第五透镜L5的中心厚度(光轴Ax上的厚度)，f是拍摄光学系统10整个系统的焦距。
条件式(2)是用于适当地设定第五透镜L5的轴向的厚度的条件式。
通过CT5/f低于条件式(2)的上限，从而第五透镜L5不会过厚，因此能够抑制在变厚时产生的过度的像面弯曲，或者能够抑制拍摄光学系统10的大型化。
通过CT5/f高于条件式(2)的下限，从而第五透镜L5不会过薄，因此能够抑制在变薄时产生的不足的像面弯曲，或者能够确保第五透镜L5的刚度。
并且，优选拍摄光学系统10满足以下的条件式(3)。
－1.25＜f1/f＜－0.30…(3)
其中，f1是第一透镜L1的焦距，f是拍摄光学系统10整个系统的焦距。
条件式(3)是用于适当地设定第一透镜L1的焦距的条件式。
通过f1/f低于条件式(3)的上限，从而第一透镜L1的负的折射力不会过强到必要以上，能够减小周边部中的彗形像差、畸变像差。
另一方面，通过f1/f高于条件式(3)的下限，从而能够适当地维持第一透镜L1的负的折射力，在珀兹伐和的降低、像面弯曲的修正上具有效果。
并且，优选拍摄光学系统10满足以下的条件式(4)。
1.5＜f5/f＜2.5…(4)
其中，f5是第五透镜L5的焦距，f是拍摄光学系统10整个系统的焦距。
条件式(4)是用于适当地设定第五透镜L5的焦距的条件式。
通过f5/f低于条件式(4)的上限，从而第五透镜L5的折射力不会过强到必要以上，能够减小周边部中的彗形像差、畸变像差。
另一方面，通过f5/f高于条件式(4)的下限，从而能够适当地维持第五透镜L5的折射力，因此光学全长不会过大，能够实现拍摄光学系统10的小型化。
并且，优选拍摄光学系统10满足以下的条件式(5)。
0.40＜r3/r4＜0.80…(5)
其中，r3是第二透镜L2的物体侧面的曲率半径，r4是第二透镜L2的像侧面的曲率半径。
条件式(5)是用于适当地设定第二透镜L2中的物体侧面与像侧面的曲率半径之比的条件式。
通过将r3/r4设为条件式(5)的范围内，能够适当地设定第二透镜L2的折射率，能够防止拍摄光学系统10的大型化，进而能够将在第二透镜L2产生的各像差、误差灵敏度抑制得较小。
并且，优选拍摄光学系统10满足以下的条件式(6)。
－3.0＜r10/f＜－1.0…(6)
其中，r10是第五透镜L5的像侧面的曲率半径，f是拍摄光学系统10整个系统的焦距。
条件式(6)是用于适当地设定第五透镜L5的像侧面的曲率半径的条件式。
通过r10/f低于条件式(6)的上限，从而第五透镜L5的折射力不会过强到必要以上，能够减小周边部中的彗形像差、畸变像差。
另一方面，通过r10/f高于条件式(6)的下限，从而能够适当地维持第一透镜L1的折射力，因此光学全长不会过大，能够实现拍摄光学系统10的小型化。
并且，优选拍摄光学系统10满足以下的条件式(7)。
v3－v4＞30.0…(7)
其中，v3是第三透镜L3的阿贝数，v4是第四透镜L4的阿贝数。
条件式(7)是用于适当地设定第三透镜L3和第四透镜L4的阿贝数的条件式。
通过将v3－v4设为条件式(7)的范围内，能够良好地修正拍摄光学系统10整个系统的色像差、像面弯曲。
[本实施方式的技术效果]
如以上那样，根据本实施方式，第一透镜L1的物体侧面是凸面。因此，能够减小轴外光束向该物体侧面的入射角，因此能够抑制在该物体侧面产生的像差，能够得到良好的光学性能。
另外，第二透镜L2具有凸面朝向物体侧面的弯月形状。因此，与将第二透镜L2设为双凸透镜的情况相比，能够缩短主点间隔。并且，第一透镜L1和第二透镜L2的合成系统的光焦度变小，能够减小在第一透镜L1和第二透镜L2产生的像差。
另外，第五透镜L5是双凸透镜。因此，能够使第五透镜L5的光焦度比较强，能够有效地修正色像差等。
另外，第六透镜L6的至少像侧面在与光轴Ax的交点以外具有极值。因此，能够在维持光学性能的同时使CRA(主光线角)与拍摄元件51对应。
另外，通过第一透镜L1～第六透镜L6的光焦度排列(负、正、正、负、正、正或负)，能够平衡良好地调整各像差，能够提高光学性能。
另外，拍摄光学系统10满足与f2/f相关的上述条件式(1)。由此，能够适当地设定第二透镜L2的折射力，因此能够在维持小F数以及广视角的同时抑制在第二透镜L2产生的各种像差、光学性能的劣化、拍摄光学系统10的大型化。
因此，能够在维持小F数以及广视角的同时实现高光学性能以及小尺寸。
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但能够应用本发明的实施方式并不限定于上述的实施方式及其变形例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当地变更。
【实施例】
以下，示出本发明的拍摄光学系统的实施例。在各实施例中使用的符号如下所示。
f：拍摄光学系统整个系统的焦距
F：F数
2ω：全视角
TTL：光学全长(从第一透镜的物体侧的最凸透镜面到拍摄元件为止的距离)
R：曲率半径
D：轴上面间隔
Nd：透镜材料的相对于d线的折射率
νd：透镜材料的阿贝数
在各实施例中，在透镜面数据的各面编号之后记载有“＊”的面是具有非球面形状的面，将面的顶点作为原点，在光轴方向上取X轴，并将与光轴垂直方向的高度设为h，利用以下的“公式1”表示非球面的形状。
【公式1】
其中，
Ai：i阶的非球面系数
R：曲率半径
K：圆锥常数
(实施例1)
在图3的(a)、(b)中示出实施例1的拍摄光学系统的剖视图以及纵向像差图(球面像差、像散、畸变像差)。
实施例1的拍摄光学系统的整体规格如下所示。
f＝1.73mm
F＝2.04
2ω＝150.0°
TTL＝5.9mm
实施例1的透镜面的数据如以下的表1所示。
[表1]
实施例1的透镜面的非球面系数如以下的表2所示。此外，在其以后(包含表的透镜数据)，有时使用E(例如2.5E-02)表示10的幂(例如2.5×1002)。
[表2]
实施例1的单透镜数据如以下的表3所示。
[表3]
透镜 起始面 焦距(mm)
1 1 -2.07
2 3 4.07
3 6 1.69
4 8 -3.02
5 10 4.10
6 12 -25.78
实施例1的拍摄光学系统中的条件式(1)～(7)的各数值如下所示。
条件式(1)：f2/f＝2.36
条件式(2)：CT5/f＝0.45
条件式(3)：f1/f＝-1.20
条件式(4)：f5/f＝2.38
条件式(5)：r3/r4＝0.66
条件式(6)：r10/f＝-2.12
条件式(7)：v3-v4＝34.37
(实施例2)
在图4的(a)、(b)中示出实施例2的拍摄光学系统的剖视图以及纵向像差图(球面像差、像散、畸变像差)。
实施例2的拍摄光学系统的整体规格如下所示。
f＝1.73mm
F＝2.04
2ω＝150.0°
TTL＝5.8mm
实施例2的透镜面的数据如以下的表4所示。
[表4]
实施例2的透镜面的非球面系数如以下的表5所示。
[表5]
实施例2的单透镜数据如以下的表6所示。
[表6]
透镜 起始面 焦距(mm)
1 1 -2.04
2 3 3.84
3 6 1.70
4 8 -2.97
5 10 3.90
6 12 -15.19
实施例2的拍摄光学系统中的条件式(1)～(7)的各数值如下所示。
条件式(1)：f2/f＝2.22
条件式(2)：CT5/f＝0.43
条件式(3)：f1/f＝-1.18
条件式(4)：f5/f＝2.25
条件式(5)：r3/r4＝0.52
条件式(6)：r10/f＝-1.45
条件式(7)：v3-v4＝34.37
(实施例3)
在图5的(a)、(b)中示出实施例3的拍摄光学系统的剖视图以及纵向像差图(球面像差、像散、畸变像差)。
实施例3的拍摄光学系统的整体规格如下所示。
f＝1.73mm
F＝2.04
2ω＝150.0°
TTL＝5.8mm
实施例3的透镜面的数据如以下的表7所示。
[表7]
实施例3的透镜面的非球面系数如以下的表8所示。
[表8]
实施例3的单透镜数据如以下的表9所示。
[表9]
透镜 起始面 焦距(mm)
1 1 -2.10
2 3 3.99
3 6 1.74
4 8 -3.07
5 10 3.74
6 12 -16.21
实施例3的拍摄光学系统中的条件式(1)～(7)的各数值如下所示。
条件式(1)：f2/f＝2.30
条件式(2)：CT5/f＝0.43
条件式(3)：f1/f＝-1.21
条件式(4)：f5/f＝2.16
条件式(5)：r3/r4＝0.61
条件式(6)：r10/f＝-1.35
条件式(7)：v3-v4＝34.37
(实施例4)
在图6的(a)、(b)中示出实施例4的拍摄光学系统的剖视图以及纵向像差图(球面像差、像散、畸变像差)。
实施例4的拍摄光学系统的整体规格如下所示。
f＝1.73mm
F＝2.04
2ω＝150.0°
TTL＝5.8mm
实施例4的透镜面的数据如以下的表10所示。
[表10]
实施例4的透镜面的非球面系数如以下的表11所示。
[表11]
实施例4的单透镜数据如以下的表12所示。
[表12]
透镜 起始面 焦距(mm)
1 1 -2.07
2 3 3.91
3 6 1.71
4 8 -2.92
5 10 3.74
6 12 -17.46
实施例4的拍摄光学系统中的条件式(1)～(7)的各数值如下所示。
条件式(1)：f2/f＝2.26
条件式(2)：CT5/f＝0.43
条件式(3)：f1/f＝-1.20
条件式(4)：f5/f＝2.16
条件式(5)：r3/r4＝0.60
条件式(6)：r10/f＝-1.38
条件式(7)：v3-v4＝34.37。

Claims (10)

1.一种拍摄光学系统，其特征在于，
从物体侧起依次具备：
具有负的光焦度且物体侧面为凸面的第一透镜；
具有正的光焦度且具有凸面朝向物体侧面的弯月形状的第二透镜；
具有正的光焦度的第三透镜；
具有负的光焦度的第四透镜；
具有正的光焦度的双凸透镜的第五透镜；以及
具有正或负的光焦度且至少像侧面在与光轴的交点以外具有极值的第六透镜，
所述拍摄光学系统满足以下的条件式：
1.5＜f2/f＜3.5…(1)
其中，
f2：第二透镜的焦距，
f：拍摄光学系统整个系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的拍摄光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式：
0.35＜CT5/f＜0.60…(2)
其中，
CT5：第五透镜的中心厚度，
f：拍摄光学系统整个系统的焦距。
3.根据权利要求1所述的拍摄光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式：
－1.25＜f1/f＜－0.30…(3)
其中，
f1：第一透镜的焦距，
f：拍摄光学系统整个系统的焦距。
4.根据权利要求1所述的拍摄光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式：
1.5＜f5/f＜2.5…(4)
其中，
f5：第五透镜的像侧面的焦距，
f：拍摄光学系统整个系统的焦距。
5.根据权利要求1所述的拍摄光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式：
0.40＜r3/r4＜0.80…(5)
其中，
r3：第二透镜的物体侧面的曲率半径，
r4：第二透镜的像侧面的曲率半径。
6.根据权利要求1所述的拍摄光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式：
－3.0＜r10/f＜－1.0…(6)
其中，
r10：第五透镜的像侧面的曲率半径，
f：拍摄光学系统整个系统的焦距。
7.根据权利要求1所述的拍摄光学系统，其特征在于，
满足以下的条件式：
v3－v4＞30.0…(7)
其中，
v3：第三透镜的阿贝数，
v4：第四透镜的阿贝数。
8.根据权利要求1所述的拍摄光学系统，其特征在于，
所述第三透镜以及所述第四透镜的各自的物体侧面具有凸形状。
9.一种透镜单元，其特征在于，具备：
权利要求1所记载的拍摄光学系统；以及
镜筒，保持所述拍摄光学系统。
10.一种拍摄装置，其特征在于，具备：
权利要求9所记载的透镜单元；以及
拍摄元件，检测通过所述拍摄光学系统形成的像。
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