CN1668956A - 镜头装置 - Google Patents

Abstract

一种镜头装置，其包括从对象侧开始依次设置的：凹凸的第一透镜(1)，其朝向所述对象侧凸出；第二透镜(2)，其与所述第一透镜(1)的凹面相对；负的第三透镜(3)，其具有与所述第二透镜(2)相对的凹面；以及正的第四透镜，其具有凸的后表面，其中当v3为第三透镜(3)的阿贝数，v4为第四透镜的阿贝数，Ymax为最大图像高度，f为合成焦距，∑d为从第一透镜(1)的对象侧的第一面到第四透镜(4)的成像平面侧的第二面的距离时，满足以下条件：(1)v3＜v4，(2)0.5＜Ymax/f＜0.8，(3)∑d＜1.5f，所述第一透镜(1)和第四透镜(4)的至少一个面为非球形。

Description

镜头装置

技术领域

本发明总体上涉及镜头装置，更具体地，涉及一种重量轻、尺寸小的镜头装置，其可以安装在便携式计算机、移动电话等上。

背景技术

日本专利申请公报No.4-211215和日本专利申请公报No.6-88939中公开了安装在超紧凑照相机、移动电话等上的尺寸小、重量轻的镜头装置。上述镜头装置中的每一个都由一个或两个透镜构成。然而，图像的周边在质量方面发生了极大的劣化，因此，当在用于获取具有大量像素(超过100万像素)的图像传感器中采用上述镜头装置时，无法获得满意的图像质量。

通常，作为用于四分之一尺寸的图像传感器(其用于获取1到2百万像素的图像)的镜头装置，需要五个或六个透镜，以获得足够的分辨率。因此，难以缩小尺寸以及降低重量。

另外，在宽场角(50度或更大)的情况下，校正图像周边的畸变像差、色差或者慧差是相当困难的。

发明内容

本发明的总的目的是提供一种能够解决上述问题的镜头装置。

根据本发明的镜头装置，透镜的数量为四个或更少，将与对象相对的第一表面和与成像平面相对的第二表面之间的距离设置为1.5f或更短。

根据轴(光线)和大部分离轴光线的主光线之间的交叉点，通过设置在该交叉点后面的一组透镜对由设置在该交叉点面前的另一组透镜产生的像差进行校正，并且第四透镜更长时间地保持出射光瞳的位置。可以通过将第三和第四透镜的阿贝数保持在给定公式的范围内，来保持对侧向色差(lateral chromatic aberration)和横向色差(transverse chromaticaberration)的最佳校正。

附图说明

将参照以下附图详细说明本发明的优选实施例，附图中：

图1是根据本发明第一实施例的镜头装置的结构；以及

图2表示根据本发明第一实施例的镜头像差。

具体实施方式

现将参照附图对本发明的实施例进行说明。

参照图1，根据本发明的镜头装置包括从一对象开始按顺序设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3以及第四透镜4。第一透镜1是玻璃制成的具有与该对象相对的凸面的凹凸透镜。第二透镜2由玻璃制成，紧接着第一透镜1设置，并具有与成像平面相对的凸的后表面。第三透镜3由基于聚碳酸脂的树脂制成，紧接着第二透镜2设置，并具有与该对象相对的凹面。第四透镜4由玻璃制成，紧接着第三透镜3设置，并具有与成像平面相对的凸面。第一透镜1具有与该对象相对的第一表面。第四透镜具有与成像平面相对的第二表面。该第一表面和第二表面都具有非球面形状，并被设置为满足以下条件：

(1)ν3＜ν4

(2)0.5＜Ymax/f＜0.8

(3)∑d＜1.5f

在上述条件中，ν3表示第三透镜3的阿贝数，ν4表示第四透镜4的另一阿贝数，Ymax表示图像的最大高度，f表示合成焦距，而∑d表示第一透镜的第一表面和第四透镜的第二表面之间的距离，该第一表面与该对象相对，而该第二表面与成像平面相对。

表1示出了详细的说明。

表1

曲率半径(ri)	距离(di)	折射率(ni)	阿贝数(ν1)
				r1＝1.034	d1＝0.63	n1＝1.58913	ν1＝61.3
r2＝0.78	d2＝0.25
				光圈
r3＝130.326	d3＝0.64	n2＝1.58913	ν2＝61.3
				r4＝-1.132	d4＝0.1
r5＝-0.922	d5＝0.4	n3＝1.585	ν3＝30
				r6＝-4.255	d6＝0.03
r7＝-6.055	d7＝0.95	n4＝1.58913	ν4＝61.3
				r8＝-1.467	d8＝0.5
r9＝∞	d9＝1.0	nf＝1.5168
				r10＝∞

非球面系数

	ε	a	c
				r1	1.439127	0.5705e-02	-0.1204e-02
r2	2.4248	-0.57017e-01	-0.2326e+01
				r3	1.0	-0.79051e-01	0.4611
r4	2.2523	-0.17911	-0.9416
				r5	-0.002	-0.2405	-0.52979
r8	-0.0007	-0.5558e-02	0.5024e-02

整个镜头的焦距：f＝3.685，FNO＝3.5，场角为：61.6。

在z轴为光轴，x轴垂直于光轴，光沿正方向传播，而ε、a、b、c和d是非球面系数的情况下，说明以下公式。

$Z=\frac{\frac{x^2}{r}}{1+\sqrt{1-\mathrm{\ϵ}\frac{x^2}{r^2}}}+a{x}^4+b{x}^6+c{x}^8+d{x}^{10}+\mathrm{\Λ}$

图1和表1中的标号ri表示从该对象开始的第i表面的曲率半径。类似地，标号di表示从该对象开始的第i表面和第i+1表面之间的距离。标号n1至n4分别表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3以及第四透镜4中的d线的折射率。标号ν1至ν4表示阿贝数。

另外，紧接着第四透镜4，在成像平面6侧设置有IR截止滤光器5。在成像平面6侧，紧接着该IR截止滤光器5安装有CCD(其为拍摄元件的示例)。仅示出了该CCD的成像平面6。在第一透镜1和第二透镜2之间设置有光线控制单元7。该光线控制单元用作为镜头光圈。

在图1中也示出了根据本发明的这种镜头结构中的光路。具有图像最大高度的光线的主光线通过设置在第一透镜1后面的光线控制单元7附近。光圈的前组(根据本发明的透镜1)和后组(根据本发明的第二至第四透镜)相互抵消像差。

在根据本发明的镜头结构中，可以由此获得尺寸小、重量轻，而且成本低的拍摄镜头。该拍摄镜头的出射光瞳比该合成焦距大得多，并且这种紧凑的拍摄镜头具有50度或更大的场角。另外，在图像的最大高度处可以获得约50％的亮度比，并且图像周边的分辨率(MTF)为每毫米150线。由此可以获得50％或更高的高分辨率的镜头装置。

图2表示根据本发明第一实施例的像差。如图2所示，可以获得几乎没有球面像差、像散以及畸变像差的镜头装置。该镜头装置几乎没有色差(color aberration)，这在图中未示出。

在根据本发明的镜头结构中，第三透镜3的凹透镜的负效应在校正像差方面起重要作用。第三透镜3具有与对象相对的凹面。第二透镜2将来自第一透镜1的光线中继到第三透镜3。在第三透镜3的凹面上消除包括第一透镜1和第二透镜2在内的像差。

考虑根据本发明的镜头结构中的色差校正，第三透镜3和第四透镜4相互抵消。可以通过满足ν3＜ν4来充分校正色差。

表2、3和4分别表示根据第二、第三和第四实施例的详细要素。根据第二、第三和第四实施例的镜头结构(未示出)与本发明第一实施例中的结构相同。可以获得能够充分校正像差并具有每毫米150线的分辨率的镜头装置。可以获得高分辨率的镜头装置。

表2

曲率半径(ri)	距离(di)	折射率(ni)	阿贝数(ν1)
				r1＝1.162	d1＝0.63	n1＝1.6935	ν1＝53.3
r2＝0.949	d2＝0.29
				光圈
r3＝-21.21	d3＝0.5	n2＝1.53039	ν2＝55.8
				r4＝-1.4	d4＝0.08
r5＝-0.93	d5＝0.3	n3＝1.585	ν3＝30
				r6＝8.541	d6＝0.03
r7＝5.083	d7＝0.95	n4＝1.6935	ν4＝53.3
				r8＝-1.52	d8＝0.5
r9＝∞	d9＝1.0	nf＝1.5168
				r10＝∞

非球面系数

	ε	a	c
				r1	1.704343	0.10247e-01	0.72515e-03
r2	3.13227	-0.15884e-01	-0.95365
				r3	1.0	-0.39518	0.152767
r4	4.20229	-0.249413	-0.170572e+01
				r5	0.026948	-0.393033	-0.1555e+01
r6	1.0	-0.2497e-01	-0.15731e-01
				r7	1.0	0.24118e-01	0.7077e-02
r8	-0.009549	0.731e-02	0.2944e-01

整个镜头的焦距：f＝3.682，FNO＝3.5，场角为：66.7。

根据本发明的第二实施例，第二透镜由基于环烯的树脂制成。第三透镜由基于聚碳酸酯的树脂制成。第一透镜1和第四透镜4由玻璃制成。

表3

曲率半径(ri)	距离(di)	折射率(ni)	阿贝数(ν1)
				r1＝1.054	d1＝0.65	n1＝1.58913	ν1＝61.3
r2＝0.927	d2＝0.21
				光圈
r3＝16.874	d3＝0.7	n2＝1.53039	ν2＝55.8
				r4＝-1.124	d4＝0.1
r5＝-0.896	d5＝0.5	n3＝1.585	ν3＝30
				r6＝-13.972	d6＝0.04
r7＝-5.207	d7＝1.02	n4＝1.58913	ν4＝61.3
				r8＝-1.273	d8＝0.5
r9＝∞	d9＝1.0	nf＝1.5168
				r10＝∞

非球面系数

	ε	a	c
				r1	1.086439	0.27211e-01	0.445e-01
r2	2.52395	-0.49324e-01	-0.205717e+01
				r4	2.13567	0.15612	-0.142107
r6	1.0	-0.72885e-01	-0.7911e-02
				r8	0.30816	-0.409e-03	0.4196e-02

整个镜头的焦距：f＝3.678，FNO＝3.5，场角为：61.3。

根据本发明的第三实施例，第二透镜由基于环烯的树脂制成。第三透镜由基于聚碳酸酯的树脂制成。第一透镜1和第四透镜4由玻璃制成。

表4

曲率半径(ri)	距离(di)	折射率(ni)	阿贝数(ν1)
				r1＝1.045	d1＝0.63	n1＝1.58913	ν1＝61.3
r2＝0.887	d2＝0.25
				光圈
r3＝-15.547	d3＝0.64	n2＝1.58913	ν2＝61.3
				r4＝-1.422	d4＝0.1
r5＝-1.042	d5＝0.4	n3＝1.585	ν3＝30
				r6＝-11.164	d6＝0.03
r7＝-9.921	d7＝0.95	n4＝1.58913	ν4＝61.3
				r8＝-1.329	d8＝0.5
r9＝∞	d9＝1.0	nf＝1.5168
				r10＝∞

非球面系数

	ε	a	c
				r1	1.400562	0.18058e-01	0.27879e-01
r2	2.94814	-0.7715e-02	-0.146311e+01
				r3	1.0	0.102458	0.21433e+01
r4	2.66328	0.113946	-0.121192e+01
				r5	-0.037086	-0.197711	-0.1162e+01
r6	1.0	-0.576e-01	0.38232e-01
				r7	1.0	0.79477e-01	0.7293e-03
r8	0.018252	-0.78839e-03	0.18164e-01

整个镜头的焦距：f＝3.685，FNO＝3.5，场角为：61.6。

根据本发明的第四实施例，第三透镜由基于聚碳酸酯的树脂制成。第一透镜1、第二透镜2和第四透镜4由玻璃制成。

根据本发明的本实施例，与对象相对的第一透镜1的第一表面和与成像平面相对的第四透镜4的第二表面都不是球面。然而，对上述非球面并无限制。第一透镜1和第四透镜4中的任何一个可以具有非球形表面。

根据本发明，可以获得由四个透镜构成的尺寸小、重量轻、成本低的镜头装置。场角为至少50度，亮度比为大约50％，并且图像的周边也具有高的分辨率。

本发明并不限于上述实施例，并且在不脱离本发明范围的情况下可以做出其它实施例、变形和修改。

Claims (4)

1、一种镜头装置，其特征为包括：第一透镜，其为具有与一对象相对的凸面的凹凸透镜；第二透镜，与所述第一透镜的凹面相对；第三透镜，其具有与所述第二透镜相对的凹面；以及第四透镜，其为具有凸的后表面的正透镜，

其中满足以下条件：

(1)v3＜v4

(2)0.5＜Ymax/f＜0.8

(3)∑d＜1.5f

其中，v3为所述第三透镜的阿贝数，v4为所述第四透镜的阿贝数，Ymax为图像的最大高度，f为合成焦距，∑d为所述第一透镜的第一表面和所述第四透镜的第二表面之间的距离，所述第一表面与所述对象相对，而所述第二表面与所述成像平面相对，所述第一透镜和所述第四透镜的至少一个表面具有非球形表面。

2、根据权利要求1所述的镜头装置，其特征在于，所述第二透镜具有与所述成像平面相对的凹的后表面。

3、根据权利要求1或2所述的镜头装置，其特征在于，还包括设置在所述第一透镜和所述第二透镜之间的光线控制单元。

4、根据权利要求1至3所述的镜头装置，其特征在于，还包括设置在所述第四透镜和所述成像平面之间的光学滤光器。