CN1940626A - 单焦透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种虽然是较少透镜枚数，但能实现高性能小型化的单焦透镜系统。该单焦透镜从物体侧起顺次具备：第1透镜，其是以物体侧的面为凸面形状的正光焦度的透镜；第2透镜，其是在近轴上以物体侧的面为凹面形状的负弯月透镜；和第3透镜，其是在近轴上以物体侧的面为凸面形状的非球面透镜，并且通过满足规定条件式，来谋求确保小型化的同时使第1透镜和第2透镜的玻璃材料最佳化，由此虽然是3枚这样较少的透镜枚数，但能实现高性能小型化的透镜系统。

Description

单焦透镜
技术领域
本发明涉及一种适用于具有摄像功能的小型设备例如附带摄像机的移动电话机、PDA(Personal Digital Assistant(个人数字助理))和数字静物相机(Digital Still Camera)等的单焦透镜。
背景技术
在数字静物相机等的摄像仪器中，一直使用CCD(Charge CoupledDevice：电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor(互补型金属氧化物半导体))等的摄像元件。近年来，这些摄像元件小型化正以非常速度进行着。因此，对摄像仪器本身及其所搭载的透镜也要求小型轻量化。并且近年来，为了达到高像质而开发有像素数较多的摄像元件，伴随于此也对透镜系统在更高分辨率的情况下要求高对比度的性能。
作为这样的摄像仪器所使用的成像透镜，例如有在以下专利文献1中记载的透镜。在该专利文献1中，记载着从物体侧顺次地由第1～第3透镜构成的3枚结构的成像透镜。在该成像透镜中，第1透镜的光焦度小并且将孔径光阑配置在第2透镜和第3透镜之间。
[专利文献1]日本特开平10-48516号公报
发明内容
如上所述近年来，摄像元件小型化和高像素化一直在进行中，伴随于此对成像透镜要求高分辨性能和结构小型化。上述专利文献1中所记载的成像透镜，利用3枚结构这样的较少枚数来实现某程度的性能和小型化，但是期待着在比此更小型化的状态下开发高性能的透镜系统。
本发明是鉴于这种问题提出的，其目的在于，提供一种虽然是较少透镜枚数但能够实现高性能及小型化的透镜系统的单焦透镜。
本发明涉及的单焦透镜，从物体侧起顺次具备：第1透镜，其是以物体侧的面为凸面形状的正光焦度的透镜；第2透镜，其是在近轴上以物体侧的面为凹面形状的负弯月透镜；和第3透镜，其是在近轴上以物体侧的面为凸面形状的非球面透镜，所述单焦透镜满足以下条件：
1.5＞f1/f＞0.6                                (1)
69＜vdA                                       (2)
24＜vdB＜32                                   (3)
1.55＞NdA                                     (4)
1.65＞NdB＞1.48                               (5)
1.8＞L/D                                      (6)
0.30＜RA/f＜0.40                              (7)
其中，
f：整体的焦距
f1：第1透镜的焦距
vdA：第1透镜的阿贝数
vdB：第2透镜的阿贝数
NdA：第1透镜的d线中的折射率
NdB：第2透镜的d线中的折射率
RA：第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半经
L：从第1透镜的物体侧的面到成像位置为止的光轴上的距离
D：最大像高
本发明涉及的单焦透镜，也可以进一步具备配置在光轴上比第1透镜G1的像侧的面更靠近物体侧的透镜光阑。
在本发明涉及的单焦透镜中，通过满足条件式(1)、(6)、(7)来确保小型化，同时满足条件式(2)、(3)、(4)、(5)使第1透镜和第2透镜的玻璃材料最佳化，由此虽然是3枚这样较少的透镜枚数但以小型化方式实现了高性能的透镜系统。
根据本发明的单焦透镜，从物体侧起顺次具备：第1透镜，其是以物体侧的面为凸面形状的正光焦度的透镜；第2透镜，其是在近轴上以物体侧的面为凹面形状的负弯月透镜；和第3透镜，其是在近轴上以物体侧的面为凸面形状的非球面透镜，并且通过满足规定条件式，来谋求确保小型化的同时使第1透镜和第2透镜的玻璃材料最佳化，从而虽然是3枚这样较少的透镜枚数，但能实现高性能小型化的透镜系统。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式涉及的单焦透镜的第1结构例的图，是对应于实施例1的透镜剖面图。
图2是表示本发明的一实施方式涉及的单焦透镜的第2结构例的图，是对应于实施例2的透镜剖面图。
图3是表示实施例1涉及的单焦透镜的基本透镜数据的图。
图4是表示实施例1涉及的单焦透镜的有关非球面数据的图。
图5是表示实施例2涉及的单焦透镜的基本透镜数据的图。
图6是表示实施例2涉及的单焦透镜的有关非球面数据的图。
图7是针对各实施例将有关条件式的值概况地表示的图
图8是表示实施例1涉及的单焦透镜的各像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图9是表示实施例2涉及的单焦透镜的各像差的像差图，(A)表示球面像差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图中：CC-光学部件，G1-第1透镜，G2-第2透镜，G3-第3透镜，St-透镜光阑，Ri-从物体侧起第i透镜面的曲率半径，Di-从物体侧起第i透镜面和第i+1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详细地进行说明。
图1表示本发明的一实施方式涉及的单焦透镜的第1结构例的图。该结构例对应于后述的第1数值实施例(图3，图4)的透镜结构。另外，图2表示第2结构例。图2的结构例对应于后述的第2数值实施例(图5，图6)的透镜结构。还有，在图1、图2中，符号Ri表示将最接近物体侧的构成要素的面作为第1号，并随着朝向像侧(成像侧)使标号顺次增加而附加了标号第i号(i＝1～8)的面(第i面)的曲率半径。符号Di表示第i面和第i+1面在光轴Z1上的面间隔。还有，因为各结构例的基本构成都是相同的，所以，以下以图1所示的单焦透镜的结构为基础进行说明。
该单焦透镜适用于搭载在具有摄像功能的小型设备，例如PDA(Personal Digital Assistant(个人数字助理))、摄像机和数字静物相机等上。该单焦透镜，沿光轴Z1从物体侧起顺次地具备第1透镜G1、第2透镜G2和第3透镜G3。将孔径光阑St配置在光轴Z1上比第1透镜G1的像侧的面更靠近物体侧。作为优选，可以将孔径光阑St配置在光轴Z1上第1透镜G1的物体侧的面和像侧的面之间。
在该单焦透镜的成像面(摄像面)上配置有未图示的CCD等摄像元件。在第3透镜G3和摄像面之间，根据安装透镜的摄像机侧的结构，也可以配置各种光学部件GC。例如也可以配置摄像面保护用玻璃罩和各种光学滤光片等平板状的光学部件GC。
第1透镜G1优选为由玻璃材料构成的非球面透镜。第2透镜G2和第3透镜G3优选为由塑料材料构成的非球面透镜。第1透镜G1具有以物体侧的面为凸面形状的正光焦度。第2透镜G2为在近轴上以物体侧的面为凹面形状的负弯月透镜。第3透镜G3为在近轴上以物体侧的面为凸面形状的非球面透镜。
第3透镜G3的物体侧的面优选具有随着向周边延伸而使正的光焦度减弱的形状。第3透镜G3的像侧的面优选具有近轴上在像侧为凹面形状、并随着向周边延伸而使负的光焦度减弱且在周边反转为正的光焦度的形状。
该单焦透镜满足以下条件式。其中，f表示整体的焦距，f1表示第1透镜G1的焦距，vdA表示第1透镜G1的阿贝数，vdB表示第2透镜G2的阿贝数，NdA表示第1透镜G1的d线中的折射率，NdB表示第2透镜G2的d线中的折射率，RA表示第1透镜G1的物体侧的面的近轴曲率半经，L表示从第1透镜G1的物体侧的面到成像位置为止的光轴上的距离，D表示最大像高。还有，将L设为对玻璃罩等光学部件GC的厚度进行空气换算(即换算为空气介质中的厚度)后的值。
1.5＞f1/f＞0.6                                    (1)
69＜vdA                        (2)
24＜vdB＜32                    (3)
1.55＞NdA                      (4)
1.65＞NdB＞1.48                (5)
1.8＞L/D                       (6)
0.30＜RA/f＜0.40               (7)
接着，对如上那样构成的单焦透镜的作用和效果进行说明。
在单焦透镜中，如以下说明的那样，通过满足条件式(1)、(6)、(7)来确保小型化，同时满足条件式(2)、(3)、(4)、(5)而使第1透镜G1和第2透镜G2的玻璃材料的折射率及色散特性最佳化，由此虽然是3枚这样较少的透镜枚数但以小型化方式实现了高性能的透镜系统。
条件式(1)与第1透镜G1的焦距有关，当超过该数据范围时全长就过于变长，当低于该数据范围时光瞳就过于变短，这些不作为优选。条件式(6)表示光轴Z1上光学全长L和最大像高D之比，当超过该数据范围时就不能够使整个透镜系统充分小型化。条件式(7)与第1透镜G1的前面的曲率半径有关，当超过该数据范围时要缩短透镜全长就变得困难，当低于该数据范围时要校正球面像差、场曲就变得困难，由此不作为优选。在该单焦透镜中，将第1透镜G 1的前面的曲率半径减小就可将比较光焦度增大，由此可谋求全长缩短。
条件式(2)、(4)与第1透镜G1的玻璃材料特性有关，按照满足这些条件的方式，对具有正光焦度的第1透镜G1使用阿贝数大折射率小的玻璃材料，由此能够较好地校正色差、场曲。条件式(3)、(5)与第2透镜G2的玻璃材料的特性有关，只要在这些数值范围内，通过与第1透镜G1的组合而对于色差、场曲就都能够得到所需充分的性能。另外，关于第3透镜G3，选择所谓的丙烯树脂或者环烯聚合物这样的阿贝数大致55～60的且廉价又容易到手的光学稳定(低畸变等)的材料，由此能够得到良好的性能。
另外，在该单焦透镜中，将孔径光阑St配置在光轴Z1上比第1透镜G1的像侧的面更靠近物体侧，进一步优选配置在光轴Z1上第1透镜G1的物体侧的面和像侧的面之间，由此可以使也包括孔径光阑St的全长缩短。并且在该单焦透镜中，通过对各透镜适当地使用非球面，从而能够得到较大的像差校正效果。特别是，关于第3透镜G3的非球面形状使近轴形状和周边形状设定为适当的形状，由此开始校正场曲，从而有关像差校正可获得更大的效果。
如以上所说明的那样，根据本实施方式涉及的单焦透镜，通过满足规定条件式来进行第1透镜G1和第2透镜G2的玻璃材料的最佳化和光焦度分配的最佳化等，由此虽然是3枚这样较少的透镜枚数，但能实现高性能小型化的透镜系统。
[实施例]
接着，对本实施方式涉及的单焦透镜的具体的数值实施例进行说明。以下，对2个数值实施例(实施例1、2)概括地进行说明。
图3、图4表示对应于图1所示的单焦透镜结构的具体的透镜数据(实施例1)。尤其在图3中表示其基本的透镜数据，在图4中表示有关非球面的数据。另外，图5、图6表示对应于图2所示的单焦透镜结构的具体的透镜数据(实施例2)。尤其在图5中表示其基本的透镜数据，在图6中表示有关非球面的数据。
在图3、图5所示的透镜数据中的面序号Si栏中，表示有关各实施方式涉及的单焦透镜、将最接近物体侧的构成要素的面作为第1面并随着朝向像侧以顺次增加方式而附加了标号的第i(i＝1～8)面的序号。在曲率半径Ri栏中，表示对应于图1、图2中附加的符号Ri而从物体侧起第i面的曲率半径的值。面间隔Di栏也同样表示从物体侧起第i面Si和第i+1面Si+1在光轴上的间隔。曲率半径Ri和面间隔Di的值的单位是毫米(mm)。在Ndj、vdj栏中，分别表示也包括光学部件GC从物体侧起第j(j＝1～4)光学要素相对于d线(波长587.6nm)的折射率和阿贝数的值。另外，在图3、图5中，作为各数据也表示整个系统的近轴焦距f(mm)、F数(FNO.)和视场角2ω(ω：半视场角)的值。
还有，在实施例1涉及的单焦透镜中，将孔径透镜光阑St配置在光轴Z1上从第1透镜G1的物体侧的面向像面侧退进0.05mm的位置上。在实施例2涉及的单焦透镜中，将孔径透镜光阑St配置在光轴Z1上从第1透镜G1的物体侧的面向像面侧退进0.1mm的位置上。
在图3、图5的各透镜数据中，附加在面序号左侧的记号“*”表示该透镜面是非球面形状。各实施例涉及的单焦透镜，第1透镜G1、第2透镜G2和第3透镜G3的两面所有皆是非球面形状。从而，在图3、图5的基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示着光轴附近的曲率半径的数值。
在图4、图6中表示实施例1、2涉及的单焦透镜中的非球面数据。在作为非球面数据所示的数值中，记号“E”表示其之后的数据是以10为底的“幂指数”，表示由以10为底的指数函数表示的数值与“E”前的数值相乘。例如，如果是“1.0E-02”，则表示“1.0×10-2”的数值。
作为非球面数据，表记由下式(A)表示的非球面形状的公式中的各系数Ai、K的值。更详细而言，Z表示从距光轴具有高度h的位置上的非球面上的点垂下到非球面的顶点的切向平面(与光轴垂直的平面)的垂直线的长度(mm)。各实施例涉及的单焦透镜，皆通过有效地使用作为非球面系数的偶数次的系数A4、A6、A8、A10和奇数次的系数A3、A5、A7、A9来表示各非球面。
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：从光轴到透镜面为止的距离(高度)(mm)
K：离心率
C：近轴曲率＝1/R
(R近轴曲率半径)
Ai：第i次的非球面系数
将上述各条件式有关的值针对各实施例概括地表示在图7中。从图7可清楚那样，各实施例的值位于各条件式的数据范围内。
图8(A)～图8(C)表示实施例1涉及的单焦透镜中的球面像差、像散和畸变(畸变像差)。在各像差图中，表示将d线作为基准波长的像差，但是在球面像差图中，也表示针对g线(波长435.8nm)、C线(波长656.3nm)的像差。在像散图中，实线表示径向方向的像差，虚线表示切向方向的像差。ω表示半视场角。同样地，在图9(A)～图9(C)中表示实施例2涉及的单焦透镜的有关各像差。
如从以上各数值数据和各像差图可清楚那样，关于各实施例，虽然是较少透镜枚数，但是可较好地进行像差校正，由此可实现小型化的透镜系统。
还有，本发明，并非限定于上述实施方式和各实施例而可以进行各种变形。例如，各透镜组成成分的曲率半径、面间隔和折射率值等不限定于上述各数值实施例中所示的值，可以采用另外的值。

Claims (2)

1.一种单焦透镜，其特征在于，从物体侧起顺次具备：第1透镜，其是以物体侧的面为凸面形状的正光焦度的透镜；第2透镜，其是在近轴上以物体侧的面为凹面形状的负弯月透镜；和第3透镜，其是在近轴上以物体侧的面为凸面形状的非球面透镜，所述单焦透镜满足以下条件：
1.5＞f1/f＞0.6                                    (1)
69＜vdA                                           (2)
24＜vdB＜32                                       (3)
1.55＞NdA                                         (4)
1.65＞NdB＞1.48                                   (5)
1.8＞L/D                                          (6)
0.30＜RA/f＜0.40                                  (7)
其中，
f：整体的焦距
f1：第1透镜的焦距
vdA：第1透镜的阿贝数
vdB：第2透镜的阿贝数
NdA：第1透镜的d线中的折射率
NdB：第2透镜的d线中的折射率
RA：第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半经
L：从第1透镜的物体侧的面到成像位置为止的光轴上的距离
D：最大像高。
2.根据权利要求1所述的单焦透镜，其特征在于，
进一步具备：配置在光轴上比第1透镜的像侧的面更靠近物体侧的透镜光阑。
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