CN1296743C - 单焦点镜头 - Google Patents

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Abstract

一种能通过采用较少的透镜块数且有效利用非球面，从而实现高性能且小型的透镜系统的单焦点镜头，其从物体侧起依次配置：例如由玻璃材料构成的正的第1透镜(G1)、光圈(St)、由塑料材料的非球面透镜构成的正的第2透镜(G2)和由塑料材料的非球面透镜构成的负的第3透镜(G3)；且满足以下条件式：0.6＜R1/f＜0.8 (1)；-1.0＜f3/f＜0 (2)；0.60＜tanθ＜0.70 (3)。其中：f表示透镜系统整体的近轴焦距，f3表示第3透镜(G3)的近轴焦距，R1表示第1透镜(G1)的物体侧的面的曲率半径，θ表示最大像高的半视场角。

Description

单焦点镜头
技术领域
本发明涉及适于往例如带相机的便携电话或PDA(Personal DigitalAssistant)等小型信息终端设备中搭载的单焦点镜头。
背景技术
近年来，伴随着个人计算机向一般家庭等普及，可将拍摄的风景和人物像等图像信息输入个人计算机的数码静物相机(以下，只称作数码相机)迅速普及起来。另外，随着便携电话的高功能化，搭载小型摄像模块的带相机的便携电话也迅速普及起来。另外，在PDA等小型信号终端设备中搭载摄像模块也普及起来。
具备这些摄像功能的设备中，采用了CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件。这些摄像元件，近年来向非常小型化发展。从而在采用CCD等摄像元件的摄像设备上，对于设备主体及搭载其上的透镜，也要求小型轻量化。另外，近年来，为了实现高图像品质，而开发像素多的摄像元件，随之，在透镜系统也被要求更高分辨率且高对比度的性能。
作为这种摄像设备所采用的摄像镜头，例如以下的专利文献1所述。该专利文献1中记载了从物体侧依次由第1～第3透镜构成的3块构成的摄像镜头。该摄像镜头中，第3透镜为两凸形状。开口光圈配置在第2透镜和第3透镜之间。
专利文献1：特开平10-48516号公报
如上所述，近年的摄像元件，小型化及高像素化得到发展，与此相伴，特别是在数码相机用的摄像镜头中要求高分辨率性能和构成的紧凑化。另一方面，在带相机的便携电话等小型信息终端设备用的摄像镜头中，现有的主要要求成本方面和紧凑性，而最近在带相机的便携电话等中，摄像元件高像素化也有发展的趋势，例如100万像素以上的与兆位像素对应的装置被实用化，相对于性能方面的要求也高起来。从而，也为了适应使用者的多样性需要，期望开发出综合考虑成本方面、性能方面及紧凑性的多种多样的透镜。例如，期望开发出既满足可以搭载在便携用模块相机上的紧凑性、且在性能方面使往数码相机上搭载也能使用的低成本高性能的摄像镜头。
针对这样的要求，而考虑例如为了谋求紧凑化及低成本化，使透镜块数为3块或4块构成，为了谋求高性能化而积极采用非球面。此时，非球面有助于紧凑化及高性能化，而在制造性方面不利且容易成本高，因此，期望其使用上充分考虑制造性。上述专利文献所述的透镜，为3块构成且采用非球面的构成，而上述的综合性能不足，例如即使性能方面好，也欠缺紧凑性。一般，3块构成的透镜，性能方面即使在便携用模块相机中足够，而作为数码相机用而在性能方面容易产生不足。另外，4块构成的透镜中，可以比3块构成提高性能，但是在成本方面及紧凑性方面容易产生不利。
发明内容
本发明，是鉴于上述问题点而做出的，其目的在于提供一种单焦点镜头，其能通过采用较少的透镜块数、且有效利用非球面，从而实现高性能且低成本的透镜系统。
本发明的单焦点镜头，从物体侧依次具备：物体侧的面为凸面形状且具有正放大率的弯月状的第1透镜，光圈，由塑料材料构成、至少1面为非球面形状且物体侧的面为凹面形状而具有正放大率的弯月状的第2透镜，和由塑料材料构成、两面为非球面形状、且像侧的面在近轴附近为凹面形状而具有负放大率的第3透镜；且其构成满足以下条件式：
0.6＜R1/f＜0.8            (1)
-1.0＜f3/f＜0             (2)
0.60＜tanθ＜0.70         (3)
其中：f表示透镜系统整体的近轴焦距，f3表示第3透镜的近轴焦距，R1表示第1透镜的物体侧的面的曲率半径，θ表示最大像高的半视场角。
该单焦点镜头，其第3透镜，例如在近轴附近为弯月状。另外，在近轴附近也可以为平凹形状或两凹形状。
在有效直径的范围内，物体侧的面为越靠向周边负放大率越强的非球面形状，且像侧的面为越靠向周边正放大率越强的非球面形状。
本发明的单焦点镜头，从物体侧依次配置：物体侧的面为凸面形状、具有正放大率的弯月状的第1透镜，由塑料材料构成、至少1面为非球面形状、且物体侧的面为凹面形状、具有正放大率的弯月状的第2透镜，和由塑料材料构成、两面为非球面形状、且像侧的面在近轴附近为凹面形状、具有负放大率的第3透镜；且将光圈配置在第1透镜与第2透镜之间，满足规定的条件式(1)～(3)，使各透镜的形状、放大率分配适当，因而采用3块这样少的透镜块数而能谋求低成本化，且有效地利用非球面，从而能获得不仅适应于便携用模块相机，也能适应数码相机的高光学性能。
根据需要可适当采用上述的优选构成，从而实现更高性能且小型的透镜系统。
根据本发明的单焦点镜头，从物体侧依次配置：物体侧的面为凸面形状、具有正放大率的弯月状的第1透镜，由塑料材料构成、至少1面为非球面形状、且物体侧的面为凹面形状、具有正放大率的弯月状的第2透镜，和由塑料材料构成、两面为非球面形状、且像侧的面在近轴附近为凹面形状、具有负放大率的第3透镜；且将光圈配置在第1透镜与第2透镜之间，满足规定的条件式(1)～(3)，使各透镜的形状、放大率分配最佳化，因而采用较少的透镜块数而能谋求低成本化，且有效地利用非球面，而能实现高性能且低成本的透镜系统。
附图说明
图1表示本发明的一实施方式的单焦点镜头的构成例的、与实施例1对应的透镜剖视图。
图2表示本发明的一实施方式的单焦点镜头的其他构成例的、与实施例2对应的透镜剖视图。
图3是表示实施例1的单焦点镜头的透镜数据的图。
图4是表示实施例2的单焦点镜头的透镜数据的图。
图5是表示各实施例的单焦点镜头满足的条件式的值的图。
图6是表示实施例1的单焦点镜头的球面像差、像散及失真的像差图。
图7是表示实施例2的单焦点镜头的球面像差、像散及失真的像差图。
图中，CG-玻璃罩；St-光圈；Gj-从物体侧开始第j号透镜；Ri-从物体侧开始第i号透镜面的曲率半径；Di-从物体侧开始第i号和第i+1号透镜面的面间隔；Z1-光轴。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明的一实施方式的单焦点镜头的构成例。该构成例，与后述的第1数值实施例(图3(A)、(B)的透镜构成相对应。另外，图2表示其他构成例。图2的构成例，与后述的第2数值实施例(图4(A)、(B))的透镜构成相对应。还有，图1、图2中，符号Ri，表示以最靠物体侧的构成要素的面作为第1号，随着向像侧(成像侧)依次增加这样赋予符号的第i(i＝1～8)面的曲率半径。符号Di表示第i面和第i+1面的光轴Z1上的面间隔。还有，各构成例其基本构成均相同，因此以下，以图1所示的单焦点镜头的构成为基本进行说明。
该单焦点镜头，搭载在例如带相机的便携电话等小型信息终端设备和数码相机等、特别是采用小型摄像元件的摄像设备中使用。该单焦点镜头，其构成是沿光轴Z1从靠物体侧依次配置第1透镜G1、光圈St、第2透镜G2和第3透镜G3。在该单焦点镜头的成像面(摄像面)上，配置没有图示的CCD等摄像元件。在摄像元件的摄像面附近，配置用于保护摄像面的玻璃罩CG。在第3透镜G3和成像面(摄像面)之间，除玻璃罩CG外还可以配置红外线截止滤波器和低通滤波器等其他光学部件。
第1透镜G1，为例如玻璃材料构成，形成为凸面朝向物体侧的物体侧的面为凸面形状、具有正放大率的弯月状。
第2透镜G2，由塑料材料构成，至少一面为非球面形状。另外，形成为物体侧的面为凹面形状、具有正放大率的弯月状。
第3透镜G3，以前大多具有正放大率，而在该单焦点镜头中，第3透镜G3，是使像侧的面在近轴附近为凹面形状、具有负放大率的构成。第3透镜G3，例如在近轴附近形成弯月状。另外，也可以在近轴附近为平凹形状或两凹形状。
另外，第3透镜G3，由塑料材料构成，两面为非球面形状。第3透镜G3的非球面形状，优选是例如在有效直径范围内、物体侧的面越靠向周边负放大率越强的形状，且像侧的面越靠向周边正放大率越强的形状。从而，第3透镜G3，优选：例如像侧的面在近轴附近为凹面形状，而周边部为凸面形状。
还有，本实施方式中，近轴附近的透镜形状，例如在后述的非球面式(A)中由系数K的部分(除系数Ai的多项式部分以外的部分)表示。
该单焦点镜头，其构成满足以下条件式(1)～(3)。而式(1)～(3)中，f表示透镜系统整体的近轴焦距，f3表示第3透镜G3的近轴焦距，R1表示第1透镜G1的物体侧的面的曲率半径，θ表示最大像高的半视场角。
0.6＜R1/f＜0.8                   (1)
-1.0＜f3/f＜0                    (2)
0.60＜tanθ＜0.70                (3)
下面，关于如以上构成的单焦点镜头的作用及效果进行说明。
该单焦点镜头，从物体侧依次配置：例如由玻璃材料构成的具有正放大率的第1透镜G1、由塑料材料的非球面透镜构成的具有正放大率的第2透镜G2、和由塑料材料的非球面透镜构成的具有负放大率的第3透镜G3；且将光圈St配置在第1透镜G1与第2透镜G2之间，满足规定的条件式(1)～(3)，使各透镜的形状、放大率分配适当，因而采用3块这样少的透镜块数而能谋求低成本化，且能实现高性能和紧凑化的透镜系统。
该单焦点镜头，为了主要提高轴上的性能，而将光圈St配置在第1透镜G1和第2透镜G2之间，使第1透镜G1的物体侧的面呈凸面形状。
另外，该单焦距镜头，在第2透镜G2及第3透镜G3上采用非球面，因而能获得较大的像差矫正效果。此时，第2透镜G2及第3透镜G3为塑料材料，因而容易加工，在制造性方面有利。特别是使第3透镜G3的非球面形状在近轴附近和周边部的、形状及放大率不同这种特殊形状时，像面弯曲的矫正以及像差矫正能获得更大的效果。
各条件式的作用如以下。条件式(1)是关于第1透镜G1的物体侧的面的曲率半径的。若超过条件式(1)的上限，则全长变长，若不足下限，则很难进行像面弯曲及球面像差等的矫正，因此不作为优选。条件式(2)是关于第3透镜G3的放大率的，若脱离此数值范围，则特别是很难进行像面弯曲的矫正，因此不作为优选。条件式(3)是关于最大像高的半视场角、即主光线的最大入射角度的，规定该单焦点镜头的视场角范围。
如此，根据本实施方式的单焦点镜头，通过采用3块这样少的透镜块数、且有效地利用非球面，从而能实现既满足可以搭载在便携用模块相机上的紧凑性、且在性能方面往数码相机中搭载也能使用的低成本高性能的摄像镜头。
[实施例]
下面，关于本实施方式的单焦点镜头的具体数值实施例进行说明。以下，对第1及第2数值实施例(实施例1、2)进行概括说明。图3(A)、(B)表示与图1所示的单焦点镜头的构成相对应的具体透镜数据(实施例1)。还有，图4(A)、(B)表示与图2所示的单焦点镜头的构成相对应的具体透镜数据(实施例2)。图3(A)及图4(A)表示其实施例的透镜数据中的基本数据部分，图3(B)及图4(B)表示关于其实施例的透镜数据中非球面形状的数据部分。
各透镜数据的面号码Si栏，关于各实施例的单焦点镜头，表示以最靠物体侧的透镜要素的面作为第1号，随着向像侧依次增加这样赋予符号的第i(i＝1～8)面的面号。曲率半径Ri栏，与图1、图2中赋予的符号Ri相对应，表示从物体侧开始的第i面的曲率半径的值。关于面间隔Di栏，也与图1、图2中赋予的符号相对应，表示从物体侧开始的第i面Si和第i+1面Si+1的光轴上的间隔。曲率半径Ri及面间隔Di的值的单位为毫米(mm)。Ndj、νdj栏分别表示也包括玻璃罩CG在内、从物体侧开始的第j(j＝1～4)透镜要素的相对于d线(587.6nm)的折射率及阿贝数的值。
图3(A)及图4(A)中，作为诸数据，还同时表示整个系统的近轴焦距f(mm)、F号码(FNO.)、视场角2ω(ω：半视场角)的值。
图3(A)及图4(A)的各透镜数据，附在面号码左侧的记号“*”，表示其透镜面为非球面形状。各实施例均是第2透镜G2的两面S3、S4和第3透镜G3的两面S5、S6形成非球面形状。基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示光轴附近(近轴附近)的曲率半径的数值。如数据所表明的，第3透镜G3在实施例1中，近轴附近形成弯月状。在实施例2中，近轴附近为两凹形状。
图3(B)及图4(B)的各非球面数据的数值，记号“E”表示接在其下的数值是以10为底的“幂指数”，表示其以10为底的指数函数所表示的数值与“E”前的数值相乘。例如若为“1.0E-02”，则表示“1.0×10-2”。
各非球面数据，记下由以下式(A)表示的非球面形状的式的各系数Ai、K的值。更详细地说，Z表示从距光轴高h位置的非球面上的点向下至非球面顶点的接平面(与光轴垂直的平面)的垂线的长度(mm)。
Z＝C·h2/{1+(1-K·C2·h2)1/2}+A3·h3+A4·h4+A5·h5+A6·h6+A7·h7+A8·h8+A9·h9+A10·h10       (A)
其中，
Z：非球面的深度(mm)
h：从光轴到透镜面的距离(高度)(mm)
K：离心率
C：近轴曲率＝1/R(R：近轴曲率半径)
Ai：第i次(i＝3～10)的非球面系数
各实施例均是：第2透镜G2的两面S3、S4的非球面形状，作为非球面系数，只有效利用偶数次的A4、A5、A8、A10表示。第3透镜G3的两面S5、S6的非球面形状，还有效利用奇数次的A3、A7、A9表示。
图5中，对上述条件式(1)～(3)涉及的值，关于各实施例概括表示。如表5所示，各实施例的值，在各条件式(1)～(3)的数值范围内。
图6(A)～(C)表示实施例1的单焦点镜头的球面像差、像散及失真(歪曲像差)。各像差图，表示以d线为基准波长的像差，而球面像差图及倍率色差图，还表示关于g线(波长435.8nm)、C线(波长656.3nm)的像差。像散图中，实线表示径向(sagittal)的像差、虚线表示切线方向的像差。ω表示半视场角。同样，关于实施例2的诸像差如图7(A)～(C)所示。
如以上的各数值数据及各像差图所表明的那样，关于各实施例，采用较少的透镜块数能良好地矫正像差、实现小型的镜头系统。
还有，本发明并不限定于上述各实施方式及各实施例，可以进行各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔及折射率的值等，并不限定于上述各数值实施例所示的值，也可以取其他值。

Claims (4)

1.一种单焦点镜头，其特征在于：
从物体侧起依次具备：
具有正放大率的弯月状的第1透镜，其物体侧的面为凸面形状，
光圈，
具有正放大率的弯月状的第2透镜，其由塑料材料构成，至少1面为非球面形状，且物体侧的面为凹面形状，和
具有负放大率的第3透镜，其由塑料材料构成，两面为非球面形状，且像侧的面在近轴附近为凹面形状；
并且，其构成满足以下条件式：
0.6＜R1/f＜0.8                    (1)
-1.0＜f3/f＜0                     (2)
0.60＜tanθ＜0.70                 (3)
其中：f为透镜系统整体的近轴焦距、f3为第3透镜的近轴焦距、R1为第1透镜的物体侧的面的曲率半径、θ为最大像高的半视场角。
2.根据权利要求1所述的单焦点镜头，其特征在于：上述第3透镜，在近轴附近为弯月状。
3.根据权利要求1所述的单焦点镜头，其特征在于：上述第3透镜，在近轴附近为平凹形状或两凹形状。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的单焦点镜头，其特征在于：上述第3透镜，在有效直径的范围内，物体侧的面为越靠向周边负放大率越强的非球面形状，且像侧的面为越靠向周边正放大率越强的非球面形状。
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