具体实施方式
现在将参照附图描述本实用新型的成像镜头的实施例。图1至图8是图示根据本实用新型的实施例的成像镜头的结构示例的横截面。图1至图8分别对应于稍后将被描述的示例1至8中的成像镜头。在图1至图8中图示的示例中基本结构彼此类似,并且采用类似的说明方法。因此,将主要参照图1描述根据本实用新型的实施例的成像镜头。
根据本实用新型的实施例的成像镜头是由五个透镜构成的镜头系统,其中第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5从物体侧以此顺序沿着光轴Z布置。孔径光阑St设置在第三透镜L3和第四透镜L4之间。由于孔径光阑St设置在第三透镜L3和第四透镜L4之间,因此能够减小成像镜头沿径向方向的尺寸。
在图1中,左侧是物体侧,右侧是图像侧。所图示的孔径光阑St没有必要表示孔径光阑St的尺寸或形状,而是表示孔径光阑St在光轴上的位置。在图1中,符号ri(i=1,2,3,…)表示每个透镜表面的曲率半径,符号di(i=1,2,3…)表示表面之间的距离。进一步,图1图示来自无限远处的物体点的近轴光线2和最大视场角处的离轴光线3。
在图1中,考虑将成像镜头应用于成像设备的情况,并且还图示了设置在成像镜头的图像平面Sim处的成像装置5。当成像镜头应用于成像设备时,基于该镜头安装在其上的相机的结构,希望设置盖玻璃和低通滤波器或红外线截止滤波器等。图1图示了其中被假设是这种元件的平行平板形光学构件PP设置在第五透镜L5和成像装置5(图像平面Sim)之间的示例。
第一透镜L1是具有负折射本领的弯月透镜,其物体侧表面是凸起的。其中第一透镜L1是具有负折射本领的弯月透镜并且其物体侧表面是凸起的这种结构对加宽视场角和修正畸变是有好处的。设置在最靠近物体侧的第一透镜L1可能暴露至风雨或用于清洗的溶剂。因此,存在污垢、灰尘、水滴等留在第一透镜L1上的风险。第一透镜L1的物体侧表面的凸面形状有利于减少这种风险。
在图1中图示的示例中,第一透镜L1是球面透镜。可替换地,第一透镜L1可以是非球面透镜。然而,作为设置在最靠近物体侧的第一透镜 L1的材料,玻璃比树脂更理想,如稍后将描述的那样。因此,与其中第一透镜L1是非球面透镜的情况相比,当第一透镜L1是球面透镜时,能够以低的成本制造第一透镜L1。
第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5中的每一个的表面中的至少一个是非球面。第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5中的每一个的表面中的至少一个是非球面时,能够在减小光学系统在光轴方向上的总长度的同时实现高的分辨率。进一步,能够出色地修正各种像差,如球面像差、慧形像差、场曲和畸变,同时采用少量透镜构造该系统。希望的是,第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5中的每一个的两个表面都是非球面以更出色地修正像差。
在第二透镜L2的包括光轴的横截面中为第二透镜L2的物体侧表面和图像侧表面限定弧形形状,每个弧形形状通过两个有效直径最外边缘点和光轴上的点这三个点。当假设第二透镜L2具有其中物体侧表面和图像侧表面分别具有该弧形的曲率半径的整体形状时,第二透镜L2的图像侧表面具有面向图像侧的凹面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领。
参照图1,将描述第二透镜L2的图像侧表面的形状。在图1中,点Q1和点Q2是第二透镜L2的图像侧表面上的两个有效直径最外边缘点,点Q3是第二透镜L2的图像侧表面上的光轴上的点。在图1中,弧C2是通过点Q1、点Q2和点Q3这三个点的弧。
表述“图像侧表面具有面向图像侧的凹面形状”是指当假设第二透镜L2的图像侧表面具有由弧C2限定的透镜表面时,通过点Q1、点Q2和点Q3这三个点的弧C2具有面向图像侧的凹面形状。换句话说,第二透镜L2的图像侧表面具有其中点Q3与点Q1和点Q2相比位于更靠近物体侧位置的形状。进一步,表述“具有负折射本领”是指具有相对于物体侧和图像侧呈现的整体形状的透镜的折射本领是负的。
在第三透镜L3的包括光轴的横截面中为第三透镜L3的物体侧表面和图像侧表面限定弧形形状,每个弧形形状通过两个有效直径最外边缘点和光轴上的点这三个点。当假设第三透镜L3具有其中物体侧表面和图像侧表面分别具有该弧形的曲率半径的整体形状时,第三透镜L3的物体侧表面具有面向图像侧的凸面形状,并且物体侧表面具有正折射本领。
可以以与已经被描述的第二透镜L2类似的方式考虑第三透镜L3的物体侧表面的形状。具体地,表述“物体侧表面具有面向物体侧的凸面形状”是指当假设第三透镜L3的物体侧表面具有由通过第三透镜L3的物体侧表面上的两个有效直径最外边缘点Q11和Q12以及第三透镜L3的物体侧表面上的光轴上的点Q13这三个点的弧C3限定的透镜表面时,弧C3具有面向物体侧的凸面形状。换句话说,第三透镜L3的物体侧表面具有其中点Q13与点Q11和点Q12相比位于更靠近物体侧位置的形状。进一步,表述“具有正折射本领”是指具有相对于物体侧和图像侧呈现的整体形状的透镜的折射本领是正的。
在第四透镜L4的包括光轴的横截面中为第四透镜L4的物体侧表面和图像侧表面限定弧形形状,每个弧形形状通过两个有效直径最外边缘点和光轴上的点这三个点。当假设第四透镜L4具有其中物体侧表面和图像侧表面分别具有该弧形的曲率半径的整体形状时,第四透镜L4的图像侧表面具有面向图像侧的凸面形状,并且第四透镜L4具有正折射本领。
可以以与已经被描述的第二透镜L2类似的方式考虑第四透镜L4的图像侧表面的形状。具体地,表述“图像侧表面具有面向图像侧的凸面形状”是指当假设第四透镜L4的图像侧表面具有由通过第四透镜L4的图像侧表面上的两个有效直径最外边缘点Q21和Q22以及第四透镜L4的图像侧表面上的光轴上的点Q23这三个点的弧C4限定的透镜表面时,弧C4具有面向图像侧的凸面形状。换句话说,第四透镜L4的图像侧表面具有其中点Q23与点Q21和点Q22相比位于更靠近图像侧位置的形状。进一步,表述“具有正折射本领”是指具有相对于物体侧和图像侧呈现的整体形状的透镜的折射本领是正的。
在第五透镜L5的包括光轴的横截面中为第五透镜L5的物体侧表面和图像侧表面限定弧形形状,每个弧形形状通过两个有效直径最外边缘点和光轴上的点这三个点。当假设第五透镜L5具有其中物体侧表面和图像侧表面分别具有该弧形的曲率半径的整体形状时,第五透镜L5具有其凸表面面向图像侧的弯月形状和负折射本领。
可以以与已经被描述的第二透镜L2类似的方式考虑第五透镜L5的图像侧表面的形状。具体地,表述“其凸表面面向图像侧的弯月形状”是指 这样一种弯月形状,其中指当假设第五透镜L5的图像侧表面具有由通过第五透镜L5的图像侧表面上的两个有效直径最外边缘点Q31和Q32以及第五透镜L5的图像侧表面上的光轴上的点Q33这三个点的弧C5限定的透镜表面时,弧C5朝向图像侧凸起。换句话说,第五透镜L5具有其中点Q33与点Q31和点Q32相比位于更靠近图像侧位置的弯月形状。进一步,表述“具有负折射本领”是指具有相对于物体侧和图像侧呈现的整体形状的透镜的折射本领是负的。
希望的是,第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜和第五透镜L5在光轴附近分别具有负折射本领、正折射本领、正折射本领和负折射本领。然而,在光轴附近的折射本领不限于这些种类的折射本领。
根据本实用新型的一种实施例的成像镜头满足下述条件公式(1)和(2):
0.10<f34/L<0.17…(1);和
0.40<d1-4/L<0.50…(2),其中
f34:第三透镜L3和第四透镜L4的组合近轴焦距,
L:光轴上从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离(第五透镜L5和图像平面之间的距离是空气中的距离),以及
d1-4:光轴上从第一透镜L1的物体侧表面至第二透镜L2的图像侧表面的距离。
如果所述值低于条件公式(1)的下限,则第三透镜L3和第四透镜L4的折射本领的绝对值变得太大,并且关于每个透镜的制造误差和精确配准的要求变高。因此,制造特性变低,并且引起成本增加。如果所述值超过条件公式(1)的上限,整个镜头系统的折射本领变得不足够,并且不能获得必要的视场角。
如果所述值低于条件公式(2)的下限,则第一透镜L1和第二透镜L2定位成在它们的周边部分处彼此靠近,并且变得不能够以合适的方式布置它们。如果所述值超过条件公式(2)的上限,则第一透镜L1的有效直径变大,并且整个镜头系统的总长度和外径变大。
在根据本实用新型的实施例的成像镜头中,如上所述,第一透镜L1至第五透镜L5中的每一个的折射本领和形状在五组五元件镜头结构中被合适地设置。进一步,孔径光阑St设置在第三透镜L3和第四透镜L4之 间。因此,实现足够宽的视场角和足够大的最大孔径,同时成像镜头由少量透镜构成,成像镜头的总长度短,成像镜头的尺寸小,并且成像镜头的成本低。进一步,能够以出色的方式修正各种像差,包括球面像差、慧形像差、场曲和畸变。进一步,根据本实用新型的实施例中的成像镜头,能够在宽范围的图像形成区域中实现高的分辨率。因此,能够应付其分辨率近年来变高的成像装置。
在根据本实用新型的实施例的成像镜头中,希望的是,第一透镜L1的材料关于d线的阿贝数大于或等于40。希望的是,第二透镜L2的材料关于d线的阿贝数大于或等于50。希望的是,第三透镜L3的材料关于d线的阿贝数小于或等于30。希望的是,第四透镜L4的材料关于d线的阿贝数大于或等于50。希望的是,第五透镜L5的材料关于d线的阿贝数小于或等于30。
当第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜和第五透镜L5在光轴附近分别具有负折射本领、负折射本领、正折射本领、正折射本领和负折射本领,并且为这些透镜选择具有合适的阿贝数的材料时,能够出色地修正横向色像差,同时实现超过200度的广角镜头。
希望的是,第四透镜L4和第五透镜L5之间的距离短,并且从中心部分至周边部分基本上不变。进一步,希望的是,第五透镜L5在中心部分处的厚度和第五透镜L5在其周边部分处的厚度并非彼此显著不同。那么,光线对于任何视场角以基本上相同的角度通过第四透镜L4的图像侧表面、第五透镜L5的物体侧表面和第五透镜L5的图像侧表面。因此,能够防止由制造误差等突然产生像差。
希望的是,根据本实用新型的实施例成像镜头还包括下述结构或多个结构。理想的模式可以包括下述结构中的一种,或它们中的任意两种或更多种的组合。
希望的是,满足下述条件公式(3):
0.45<d3-11/L<0.54…(3),其中
d3-11:光轴从第二透镜L2的物体侧表面至第五透镜L5的图像侧表面的距离。
如果所述值低于条件公式(3)的下限,则第二透镜L2至第五透镜L5 的厚度以及第二透镜L2至第五透镜L5的透镜间距离需要减小。因此,每个透镜的制造特性恶化,并且变得不能够恰当地设置每个透镜的折射本领。进一步,变得难以以出色的方式修正色像差。如果所述值超过条件公式(3)的上限,则变得不能够实现镜头的尺寸的减小,并且镜头的尺寸变大。
希望的是,满足下述条件公式(4):
0.02<d4-5/L<0.05…(4),其中
d4-5:光轴上从第二透镜L2的图像侧表面至第三透镜L3的物体侧表面的距离。
如果所述值低于条件公式(4)的下限,在第二透镜L2和第三透镜L3彼此太靠近,并且彼此接触的风险增加。进一步,变得难以去除由第二透镜L2的图像侧表面和第三透镜L3的物体侧表面这两个表面引起的重影光。如果所述值超过条件公式(4)的上限,则变得难以减小镜头的总长度。
希望的是,满足下述条件公式(5):
0.012<d6-8/L<0.04…(5),其中
d6-8:光轴上从第三透镜L3的图像侧表面至第四透镜L4的物体侧表面的距离。
如果所述值低于条件公式(5)的下限,则第三透镜L3和第四透镜L4彼此太靠近,并且变得难以在它们之间形成孔径光阑St。如果所述值超过条件公式(5)的上限,则变得难以减小镜头的总长度。
希望的是,满足下述条件公式(6):
L/r3<-6.0…(6),其中
r3:第二透镜L2的物体侧表面在光轴附近的曲率半径。
如果所述值超过条件公式(6)的上限,则变得难以以出色的方式修正球面像差。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,希望的是,满足下述条件公式(7)至(13):
0.08<d4-5/f…(7);
0.04<d10/f…(8);
0.48<f3/f…(9);
0.71<Bf/f…(10);
r10/f<-0.25…(11);
1.2<L/f…(12);和
(r8+r9)/(r8-r9)<2.9…(13),其中
L:光轴上从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离(第五透镜L5和图像平面之间的距离是空气中的距离),
d4-5:光轴上从第二透镜L2的图像侧表面至第三透镜L3的物体侧表面的距离,
f:整个系统的焦距,
d10:第五透镜L5在光轴上的厚度,
f3:第三透镜L3的焦距,
Bf:整个系统的后焦距,
r10:第五透镜L5的物体侧表面在光轴附近的曲率半径,
r8:第四透镜L4的物体侧表面在光轴附近的曲率半径,以及
r9:第四透镜L4的图像侧表面在光轴附近的曲率半径。
在这里,将参照图1描述第二透镜L2的图像侧表面的形状。在图1中,第二透镜L2的图像侧表面上在第二透镜L2的图像侧表面和光轴之间的交叉点Q3附近的点是点X4,点X4处的法线和光轴之间的交叉点是点P4。此时,基于点P4是位于点Q3的物体侧还是位于点Q3的图像侧限定第二透镜L2在点X4处的形状。当点P4位于点Q3的物体侧时,图像侧表面的形状被限定为面向图像侧的凸面形状。当点P4位于点Q3的图像侧时,图像侧表面的形状被限定为面向图像侧的凹面形状。
表述“图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状”是指其中点P4在光轴附近位于点Q3的物体侧的形状。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,能够抑制通过第二透镜L2的图像侧表面的近轴光线的入射角,使得入射角小。因此,能够出色地修正球面像差。
当所述值低于条件公式(7)的下限时,第二透镜L2和第三透镜L3彼此太靠近,并且彼此接触的风险增加。进一步,变得难以去除由第二透镜 L2的图像侧表面和第三透镜L3的物体侧表面这两个表面引起的重影光。
如果所述值低于条件公式(8)的下限,则第五透镜L5的厚度变得太小,并且制造变得困难。
如果所述值低于条件公式(9)的下限,则第三透镜L3的折射本领变得太强,并且对由形状和偏心率的误差引起像差变化的敏感性变高。因此,变得需要形状和组装具有高的精确度。
如果所述值低于条件公式(10)的下限,则第五透镜L5的图像侧表面和图像平面变得彼此太靠近,并且缺陷,如透镜上的划痕,极大地影响图像。进一步,变得难以以合适的方式布置所述透镜。
如果所述值超过条件公式(11)的上限,则第五透镜L5的物体侧表面在光轴附近的曲率半径的绝对值变得太小。因此,变得难以出色地修正球面像差。进一步,当第五透镜L5的物体侧表面的曲率半径具有合适的值以获得理想的光学性能时,如果所述值超过条件公式(11)的上限,则焦距变长。因此,变得不能够确保必要的视场角。
如果所述值低于条件公式(12)的下限,当光轴上从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离被设置为合适的长度时,焦距变长。因此,变得不能够获得大的视场角。
如果所述值超过条件公式(13)的上限,在第四透镜L4的物体侧表面在光轴附近的曲率半径的绝对值变得太小,或者第四透镜L4的图像侧表面在光轴附近的曲率半径的绝对值变得太小。因此,变得难以出色地修正球面像差。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,希望的是,满足下述条件公式(2-1)或(2-2):
0.11<d1-4/L…(2-1);和
0.40<d1-4/L…(2-2)。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,能够抑制通过第二透镜L2的图像侧表面的近轴光线的入射角,使得入射角小。因此,能够出色地修正球面像差。
如果所述值低于条件公式(2-1)或(2-2)的下限,则第一透镜L1的周边部分和第二透镜L2的周边部分变得彼此靠近。因此,变得不能够以合适的方式布置这些透镜。
当第二透镜L2具有负折射本领,希望的是,满足前述条件公式(2-2)和下述条件公式(2-3):
0.40<d1-4/L<0.60…(2-3)。
如果所述值低于条件公式(2-3)的下限,则第一透镜L1的周边部分和第二透镜L2的周边部分变得彼此靠近。因此,变得不能够以合适的方式布置这些透镜。如果所述值超过条件公式(2-3)的上限,则第一透镜L1的有效直径变大,并且整个镜头系统的总长度和外径变大。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,希望的是,满足下述条件公式(7-1)至(13-1)。当满足条件公式(7-1)至(13-1)时,能够实现类似于通过满足条件公式(7)至(13)能够实现的效果的效果,或进一步增强这些效果:
0.20<d4-5/f<0.60…(7-1);
0.20<d10/f<0.80…(8-1);
2.0<f3/f<20.0…(9-1);
1.5<Bf/f<3.0…(10-1);
-5.0<r10/f<-0.50…(11-1);
5.0<L/f<20.0…(12-1);和
(r8+r9)/(r8-r9)<2.0…(13-1)。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,能够抑制通过第二透镜L2的图像侧表面的近轴光线的入射角,使得入射角小。因此,能够出色地修正球面像差。
如果所述值超过条件公式(7-1)的上限,则该结构不利于最小化镜头的总长度。
如果所述值超过条件公式(8-1)的上限,则该结构不利于减小镜头的总长度。进一步,变得难以提供足够的后焦距。
如果所述值超过条件公式(9-1)的上限,则第三透镜L3的折射本领变 得太弱,并且横向色像差的修正变得不足够。
如果所述值超过条件公式(10-1)的上限,能够在第五透镜L5和图像平面之间提供足够的距离。然而,从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离变长。因此,根据本实用新型的实施例成像镜头的尺寸,和根据本实用新型的实施例的成像镜头已经应用至其上的诸如相机之类的成像设备的尺寸变大。
如果所述值低于条件公式(11-1)的下限,则第四透镜L4和第五透镜L5之间的间距倾向于从光轴朝向外侧变大。因此,通过第五透镜L5的光线远离光轴,并且第五透镜L5的外径变大。因而,选择根据本实用新型的实施例的成像镜头的透镜镜筒的形状的灵活性变低。
如果所述值超过条件公式(12-1)的上限,则从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离变长。因此,根据本实用新型的实施例成像镜头的尺寸,和根据本实用新型的实施例的成像镜头已经应用至其上的诸如相机之类的成像设备的尺寸变大。
当第二透镜L2具有负折射本领时,希望的是,满足下述条件公式(7-2)和(8-2):
d4-5/f<1.76…(7-2);和
0.08<d10/f<0.54…(8-2)。
如果所述值超过条件公式(7-2)的上限,则第二透镜L2和第三透镜L3之间的距离变得太长,并且整个镜头的尺寸变大。进一步,变得难以修正慧形像差。
如果所述值低于条件公式(8-2)的下限,则第五透镜L5的厚度变得太小,并且制造变得困难。如果所述值超过条件公式(8-2)的上限,则第五透镜L5的厚度变得太大,镜头的尺寸变大。如果试图抑制从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离,则变得难以确保足够的后焦距。
当第二透镜L2具有负折射本领时,更希望的是,满足下述条件公式(7-3)和(8-3)。当满足条件公式(7-3)和(8-3)时,能够增强通过满足条件公式(7-2)和(8-2)能够获得的效果。
0.15<d4-5/f<0.66…(7-3)
0.46<d10/f<0.54…(8-3)
如果所述值低于条件公式(7-3)的下限,则第二透镜L2和第三透镜L3彼此太靠近,并且彼此接触的风险增加。进一步,变得难以去除由第二透镜L2的图像侧表面和第三透镜L3的物体侧表面这两个表面引起的重影光。
当第二透镜L2具有负折射本领时,希望的是,满足下述条件公式(9-2)和(10-2):
4.7<f3/f…(9-2);和
1.84<Bf/f…(10-2)。
如果所述值低于条件公式(9-2)的下限,则第三透镜L3的折射本领变得太强,并且对由形状和偏心率的误差引起像差变化的敏感性变高。因此,变得需要形状和组装具有高的精确度。因而,变得需要形状和组装具有高的精确度。
如果所述值低于条件公式(10-2)的下限,则第五透镜L5的图像侧表面和图像平面变得彼此太靠近,缺陷,如透镜上的划痕,极大地影响图像。进一步,变得难以以合适的方式布置所述透镜。
当第二透镜L2具有负折射本领时,更希望的是,满足下述条件公式(9-3)和(10-3)。当满足条件公式(9-3)和(10-3)时,能够增强通过满足条件公式(9-2)和(10-2)能够获得的效果。
4.7<f3/f<20.0…(9-3)
1.77<Bf/f<2.3…(10-3)
如果所述值超过条件公式(9-3)的上限,则第三透镜L3的折射本领变得太弱,并且横向色像差的修正变得不足够。如果所述值超过条件公式(10-3)的上限,则能够使从第五透镜L5至图像平面的距离足够,但从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离变长。因此,根据本实用新型的实施例成像镜头的尺寸,和根据本实用新型的实施例的成像镜头已经应用至其上的诸如相机之类的成像设备的尺寸变大。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,希望的是,满足下述条件公式(11-2)和(12-2):
-1.33<r10/f<-0.64…(11-2);和
11.9<L/f…(12-2)。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,能够抑制通过第二透镜L2的图像侧表面的近轴光线的入射角,使得入射角小。因此,能够出色地修正球面像差。
如果所述值低于条件公式(11-2)的下限,则当视场角所需要的焦距被合适地设定时,第五透镜L5的物体侧表面在光轴附近的曲率半径变大。因此,修正球面像差的效果变低。如果所述值超过条件公式(11-2)的上限,则第五透镜L5的物体侧表面在光轴附近的曲率半径的绝对值变得太小。因此,变得难以出色地修正球面像差。当五透镜L5的物体侧表面的曲率半径被设置为合适的值,以便能够实现理想的光学性能时,如果所述值超过条件公式(11-2)的上限,则焦距变长。因而,变得不能够确保必要的视场角。
如果所述值低于条件公式(12-2)的下限,则当光轴上从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离被设置为合适的长度时,焦距变长。因而,变得不能够获得大的视场角。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,更希望的是,满足下述条件公式(12-3):
11.9<L/f<20.0…(12-3)。
如果所述值超过条件公式(12-3)的上限,则从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离变长。因此,根据本实用新型的实施例成像镜头的尺寸变大。进一步,根据本实用新型的实施例的成像镜头已经应用至其上的诸如相机之类的成像设备的尺寸变大。
当第二透镜L2的图像侧表面在光轴附近具有面向图像侧的凸面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,希望的是,满足下述条件公式(13-2)和(12-4):
0.75<(r8+r9)/(r8-r9)<2.96…(13-2);和
1.6<L/f<15.7…(12-4)。
在这里,可以以与第二透镜L2的图像侧表面的形状类似的方式考虑第二透镜L2的物体侧表面的形状。在图1中,第二透镜L2的物体侧表面 和光轴之间的交叉点是Q13,第二透镜L2的物体侧表面上在点Q13附近的点是点X3。进一步,点X3处的法线和光轴之间的交叉点是点P3。此时,基于点P3是位于点Q13的物体侧还是位于点Q13的图像侧限定第二透镜L2在点X3处的形状。当点P3位于点Q13的物体侧时,物体侧表面的形状被限定为面向物体侧的凹面形状。当点P3位于点Q13的图像侧时,物体侧表面的形状被限定为面向物体侧的凸面形状。
表述“物体侧表面在光轴附近具有面向物体侧的凹面形状”是至其中点P3在光轴附近位于点Q13的物体侧的形状。
当第二透镜L2的物体侧表面在光轴附近具有面向物体侧的凹面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,能够抑制通过第二透镜L2的图像侧表面的近轴光线的入射角,使得入射角小。因此,能够出色地修正球面像差。
如果所述值低于条件公式(13-2)的下限或超过条件公式(13-2)的上限,则第四透镜L4的物体侧表面在光轴附近的曲率半径的绝对值变得太小,或者第四透镜L4的图像侧表面在光轴附近的曲率半径的绝对值变得太小。因此,变得难以出色地修正球面像差。
如果所述值低于条件公式(12-4)的下限,则当光轴上从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离被设置为合适的长度时,焦距变长。因此,变得不能够获得大的视场角。如果所述值超过条件公式(12-4)的上限,则当确保必要的视场角时,从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面的距离变得太长。因此,根据本实用新型的实施例成像镜头的尺寸,和根据本实用新型的实施例的成像镜头已经应用至其上的诸如相机之类的成像设备的尺寸变大。
当第二透镜L2的物体侧表面在光轴附近具有面向物体侧的凹面形状,并且第二透镜L2具有负折射本领时,更希望的是,满足下述条件公式(13-3)和(12-5)。当满足条件公式(13-3)和(12-5)时,能够进一步增强通过满足条件公式(13-2)和(12-4)能够实现的效果。
0.75<(r8+r9)/(r8-r9)<2.0…(13-3)
5.0<L/f<20.0…(12-5)
希望的是,根据本实用新型的实施例的成像镜头完整视场角大于200 度。该完整视场角是由最大视场角处的离轴光线3的主光线和光轴Z形成的角度的两倍。当镜头系统具有宽的视场角,完整视场角大于200度时,该镜头系统可以应付近年来对更宽视场角的需求。
在根据本实用新型的实施例的成像镜头中,希望的是,第一透镜L1至第五透镜L5中的每一个是单透镜,其不是粘合透镜,例如,如在图1的示例中所示,当希望根据本实用新型的实施例的成像镜头用在恶劣环境条件中,用在车内相机或监视相机中时,希望的是,成像镜头不包括任何粘合透镜。当成像镜头不包括任何粘合透镜时,能够以低的成本制造成像镜头。
当根据本实用新型的一种实施例的成像镜头用在恶劣环境条件中,用在车内相机或监视相机中时,设置在最靠近物体侧的第一透镜L1需要采用抵抗由风雨对表面的恶化和由直射阳光引起的温度变化的材料。进一步,该材料需要耐化学物,如油脂和清洁剂。换句话说,该材料需要高度抗水、耐气候、耐酸、耐化学物等。例如,希望采用借助于由日本光学玻璃制造商协会(Japan Optical Glass Manufacturers’Association)指导的粉末法测得耐水性是1的材料。进一步,在一些情况中,第一透镜L1需要采用坚硬且不易破裂的材料。如果第一透镜L1的材料是玻璃,则能够满足这些需要。可替换地,透明陶瓷可以用作第一透镜L1的材料。
在这里,保护装置可以应用于第一透镜L1的物体侧表面以增强该表面的强度、抗划伤性和耐化学性。在该情况中,第一透镜L1的材料可以是塑料。保护装置可以是硬涂层或防水涂层。
希望的是,塑料用作第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5的材料。在这种情况中,能够精确地制造非球面的形状并且可以降低重量和成本。
当选择塑料作为所述材料时,希望选择具有低的吸水性的材料以最小化由于水的吸收引起的性能变化。进一步,希望的是,该材料的引起分辨率下降的双折射特性低。作为满足这些条件的材料,希望选择环烯基塑料用于第二透镜L2和第四透镜L4,选择聚碳酸酯基塑料或聚酯基塑料用于第三透镜L3和第五透镜L5。
当塑料用作第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5 中的至少一个的材料时,作为该材料,可以采用其中小于光波长的粒子混合到塑料中的所谓纳米复合材料。
在根据本实用新型的一种实施例的成像镜头中,抗反射涂层可以涂敷至每个透镜以减少重影光等。在该情况中,例如,在图1中图示的成像镜头中,由第一透镜L1的图像侧表面的周边部分的切线和光轴形成的角度、由第二透镜L2的图像侧表面的周边部分的切线和光轴形成的角度、以及由第三透镜L3的物体侧表面的周边部分的切线和光轴形成的角度小。因此,周边部分中的抗反射涂层的厚度小于中心部分中的抗反射涂层的厚度。因此,通过将抗反射涂层涂敷至这三个表面中包括第一透镜L1的图像侧表面的至少一个表面,使得中心附近的反射系数最低时的波长长于或等于600nm且短于或等于900nm,能够在整个有效直径内均匀地减小反射系数。因而,能够减少重影光。
如果中心附近的反射系数最低时的波长短于600nm,则周边部分中的反射系数最低时的波长变得太短。因此,长波长侧的反射系数变高。因而,倾向于产生红色重影。如果中心附近的反射系数最低时的波长长于900nm,则中心部分中的反射系数最低时的波长变得太长。因此,短波长侧的反射系数变高。因而,图像的色调变得完全红色,并且倾向于产生蓝色重影。
进一步,在根据本实用新型的一种实施例的成像镜头中,通过透镜之间的有效直径的外侧的光线可能变为杂散光,并到达图像平面。进一步,杂散光可能变为重影。因此,希望的是,如果需要,设置用于阻挡杂散光的光屏蔽装置。例如,通过将不透明颜料涂敷至透镜的图像侧的有效直径之外的一部分,或者通过在那里设置不透明板构件,可以设置光屏蔽装置。可替换地,作为光屏蔽装置的不透明板构件可以设置在将变为杂散光的光线的光程中。
在这里,基于成像镜头的使用目的,截断紫外光至蓝光的滤波片,或截断的IR(红外)截止滤波片可以插入镜头系统和成像装置5之间。可替换地,具有类似于所述滤光片的特性的特性的涂层可以涂敷至透镜表面。
图1图示了其中假设至各种滤光片的光学构件PP插入镜头系统和成像装置5之间的情况。代替地,各种滤光片可以设置在透镜之间。可替换地,具有与各种滤光片类似的作用的涂层可以涂敷至成像镜头中包括的透 镜中的一个的透镜表面。
接下来,将描述本实用新型的成像镜头的数值示例。在图1至图8中分别图示了示例1至示例8的成像镜头的透镜横截面。
表1示出示例1的成像镜头的透镜数据和非球面表面数据。类似地,表2至8分别示出示例2至8的成像镜头的透镜数据和非球面表面数据。接下来,将通过采用示例1作为示例描述表的符号的含义。符号的含义对示例2至8来说基本上相同。
在表1的透镜数据中,“表面”栏示出第i(i=1,2,3,…)个表面的表面编号。组成元件中的最靠近物体侧表面是第一个表面,并且表面编号向着图像侧顺序地增加。ri栏示出第i个表面的曲率半径,di栏示出第i个表面和第(i+1)个表面之间在光轴Z上的距离。在这里,当表面向着物体侧凸起时曲率半径的符号是正的,并且当表面向着图像侧凸起时曲率半径的符号是负的。在每个示例中,透镜数据的表面中的符号ri,di(i=1,2,3,…)对应于透镜横截面中的符号ri,di。
在表1的透镜数据中,Ndj线示出第j(j=1,2,3,…)个透镜关于e线(波长是546.07nm)的折射率。最靠近物体侧透镜是第一透镜,编号j向着图像侧顺序地增加。Ndj栏示出第j个光学元件关于d线(波长是587.6nm)的阿贝数。在这里,透镜数据包括孔径光阑St。在曲率半径中,符号“∞”是针对对应于孔径光阑St的表面写下的。
在图1至图8中,布置在第五透镜L5和图像平面Sim之间的光学构件PP假设是盖玻璃、滤波片等。在全部示例1至8中,光学构件PP采用具有1.52的折射率的玻璃材料,光学构件PP的厚度是0.3mm。
表1的透镜数据示出作为非球面表面的曲率半径的光轴附近的曲率半径的数值(近轴曲率半径)。非球面表面数据示出非球面表面的表面编号和与相应的非球面表面相关联的非球面表面系数。在非球面表面数据中,“E-n”(其中n是整数)表示“×10-n”,“E+n”表示“×10n”。在这里,非球面系数是下述非球面表面方程中的系数K,Am(其中m=3,4,5,…,20)的值:
Zd=C·h2/{1+(1-K·C2·h2)1/2}+Σam·hm,其中
Zd:非球面表面的深度(从非球面表面上位于高度h处的点至接触该 非球面表面的顶点并垂直于光轴的平面的垂直长度),
h:高度(从光轴至透镜表面的长度),
C:近轴曲率,和
K,am:非球面表面系数(m=3,4,5,…20)。
表6
表8
在示例1至8中,第一透镜L1的材料是光学玻璃,并且第一透镜L1的两个表面都是球面。因此,第一透镜L1具有出色的耐气候特性,并且第一透镜L1不容易被灰尘和沙子等损伤。进一步,能够以相对地的成本制造第一透镜L1。在示例1至8中,选择环烯基塑料作为第二透镜L2和第四透镜L4的材料。进一步,选择聚碳酸酯基塑料作为第三透镜L3和第五透镜L5的材料。因而,具有低的吸水特性的材料被选择以最小化由于水的吸收引起的性能变化。
表9示出对应于示例1至8的成像镜头中的条件公式(1)至(13)的各种数据和值。在示例1至8中,e线是参考波长,并且表9示出关于该参考波长的值。
在表9中,f是整个系统的焦距,Bf是光轴上从最靠近图像侧透镜的图像侧表面至图像平面的距离(对应于后焦距),L是光轴上从第一透镜L1的物体侧表面至图像平面Sim的距离,2ω是完整视场角。Bf是空气中的距离。具体地,Bf示出通过采用空气中的等效长度作为光学构件PP的厚度计算的值。类似地,空气中的距离用作L的后焦距部分。如表9所示,所有的示例1至8都满足条件公式(1)至(13)。
表9
在每个表中,数值被四舍五入到预定数位。作为每个数值的单位,“°”用于角度,“mm”用于长度。然而,这些单位仅是示例性的。由于光学系统可以通过成比例地放大或缩小该光学系统而被使用,因此可以采用其它合适的单位。
图9(A)至(G)图示了示例1的成像镜头的像差示意图。图9(A)至(D)分别图示了球面像差、像散、畸变(畸变像差)和横向色像差(放大色像差)。图9(E)至(G)图示了针对每个半视场角的沿切向方向的横向像差。每个像差示意图图示了e线是参考波长时像差。然而,球面像差的示意图和横向色像差的示意图还图示了关于g线(波长是436nm)和C线(波长是656.27nm)的像差。在球面像差的示意图中,Fno.表示F数,并且在其中示意图中,ω表示半视场角。
类似地,图10(A)至(G)、图11(A)至(G)、图12(A)至(G)、图13(A)至(G)、图14(A)至(G)、图15(A)至(G)、以及图16(A)至(G)分别图示了示例2至8的成像镜头的球面像差、像散、畸变(畸变像差)、横向色像差和横向像差的像差示意图。
畸变的像差示意图采用整个系统的焦距f和半视场角(变量,)图示从理想图像高度的偏移量2×f×tan()。因此,所述值在周边部分中是负的。然而,示例1至8中的成像镜头的畸变在通过采用基于等距投影的图像高度作为参考计算畸变时是大的正值。这是因为与被以用于抑制基于等距投影的图像高度处的畸变的方式设计的镜头相比,示例1至8的成像镜头被设计成使得周边部分中的图像大。
如这些数据所示,示例1至8的每个成像镜头由五个透镜构成,这是少量的透镜,并且尺寸小,成本低。进一步,能够实现约220度的极其宽的完整视场角。进一步,F数是2.0,这是小的。进一步,成像镜头具有出色的光学性能,其中每种像差已经被以出色的方式修正,并且分辨率高。这些成像镜头适合用在监视相机、车内相机中,用于对汽车等的前侧、横向侧、后侧的图形进行成像。
图17图示了作为使用示例的将包括本实用新型的实施例的成像镜头的成像设备安装在驾驶室100中的方式。在图17中,驾驶室100包括用于对驾驶员在靠近驾驶员的座位侧的盲点进行成像的外部相机101、用于 对驾驶员在驾驶室100后侧的盲点进行成像的外部相机102、和用于对与驾驶员的视野相同的范围进行成像的内部相机103。内部相机103连接至后视镜的背侧。外部相机101、外部相机102和内部相机103是根据本实用新型的一种实施例的成像设备,并且它们包括根据本实用新型的一种示例的成像镜头和用于将由成像镜头形成的光学图像转换成电信号的成像装置。
根据本实用新型的示例的成像镜头具有前述优点。因此,外部相机101和102以及内部相机103可以被以小的尺寸和低的成本构成,并具有宽的视场角。进一步,它们可以以高的分辨率获得优质图像。
到目前为止,已经通过采用多个实施例和示例描述了本实用新型。然而,本实用新型不限于上述实施例和示例,并且多种修改是可行的。例如,每个透镜元件的曲率半径、表面之间的距离、折射率、阿贝数和非球面系数的值不限于上述数值示例中的值,而是可以是其它值。进一步,透镜的材料不限于每个数值示例中使用的材料,而是可以是其它材料。
在成像设备的实施例中,参照附图描述了其中本实用新型应用于车内相机的情况。然而,本实用新型的用途不限于这种目的。例如,本实用新型可以应用于用于移动终端的相机、监视相机等。