CN204422847U - 摄像透镜及包括摄像透镜的摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种摄像透镜及包括所述摄像透镜的摄像装置。摄像透镜包含5个透镜，即从物体侧起依序包括：具有正折射力且凸面朝向物体侧的第1透镜(L1)，具有负折射力且凹面朝向物体侧的第2透镜(L2)，具有正折射力且为凸面朝向物体侧的凹凸形状的第3透镜(L3)，具有正折射力且为凹面朝向物体侧的凹凸形状的第4透镜(L4)，及具有负折射力、凹面朝向像侧、且像侧的面在从该像侧的面与最大视角的主光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的第5透镜(L5)；所述摄像透镜满足规定的条件式。该摄像透镜能应对大小满足高像素化要求的摄像元件而实现对应于图像尺寸的透镜总长的缩短化、且实现小光圈值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种使被摄物的光学像成像在电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)等摄像元件上的定焦的摄像透镜(1ens)、及搭载该摄像透镜而进行拍摄的静态式数字照相机(digitalstill camera)或带照相机(camera)的手机及信息移动终端(个人数字助理(Personal DigitalAssistance，PDA))、智能手机(smart phone)、平板(tablet)式终端及便携式游戏(game)机等的摄像装置。
背景技术
随着个人计算机(personal computer)向普通家庭等的普及，能将所拍摄的风景或人物像等图像信息输入至个人计算机的静态式数字照相机正在迅速普及。而且，移动电话、智能手机、或者平板式终端中，也多搭载有图像输入用的照相机模块(camera module)。在此种具有摄像功能的设备中，可使用CCD或CMOS等摄像元件。近年来，这些摄像元件越来越紧凑(compact)化，从而，也要求摄像设备整体及搭载于其中的摄像透镜具有紧凑性。而且同时，摄像元件也越来越高像素化，从而要求摄像透镜具有高分辨度、高性能化。例如，要求具有可应对5百万像素(megapixel)以上、更优选的是8百万像素以上的高像素的性能。
为了满足所述要求，提出一种透镜片数相对多的为5片结构的摄像透镜。例如，专利文献1至专利文献3中提出了一种5片结构的摄像透镜，其中，从物体侧起依序包括：具有正折射力的第1透镜、具有负折射力的第2透镜、具有正折射力的第3透镜、具有正折射力的第4透镜、及具有负折射力的第5透镜。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]中国实用新型第202815300号说明书
[专利文献2]台湾专利申请公开第201305652号说明书
[专利文献3]美国专利第8179614号说明书
实用新型内容
[实用新型所要解决的问题]
另一方面，尤其是就使用于移动终端、智能手机或者平板终端等越来越薄型化的装置中的摄像透镜而言，随着高像素化的要求，摄像元件的图像尺寸(image size)逐步大型化。并且，为了适用于满足此种高像素化要求且具有大图像尺寸的摄像元件，对应于图像尺寸的透镜总长的缩短化的要求日益提高。而且，要求实现一种满足高分辨率化要求、具有更小的光圈值(F-number)的摄像透镜。然而，就专利文献1至专利文献3中所述的摄像透镜而言，若要适用于大小满足高像素化要求的摄像元件中，则透镜总长会变得过长，故而不理想。另外，对专利文献1至专利文献3中所述的摄像透镜要求进一步缩小光圈值。
本实用新型是鉴于所述情况而完成，其目的在于提供一种能应对大小满足高像素化要求的摄像元件而实现对应于图像尺寸的透镜总长的缩短化、并且具有小的光圈值、从中心视角至周边视角实现高成像性能的摄像透镜、及搭载该摄像透镜从而能获得高分辨率的摄像图像的摄像装置。
[解决问题的技术手段]
本实用新型的摄像透镜，包含5个透镜，即从物体侧起依序包括：第1透镜，具有正折射力且凸面朝向物体侧；第2透镜，具有负折射力且凹面朝向物体侧；第3透镜，具有正折射力且为凸面朝向物体侧的凹凸(meniscus)形状；第4透镜，具有正折射力且为凹面朝向物体侧的凹凸形状；及第5透镜，具有负折射力、凹面朝向像侧、且像侧的面为在从像侧的面与最大视角的主光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状；所述摄像透镜满足下述条件式：
1.25＜f/f1＜3 (1)
0.57＜f/f4＜3 (2)
-1.87＜f/f5＜-0.5 (3)
1＜TTL/(f·tanω)＜1.56 (4)
其中，
f为整个系统的焦距；
f1为第1透镜的焦距；
f4为第4透镜的焦距；
f5为第5透镜的焦距；
TTL为将后焦点设为空气换算长度时从第1透镜的物体侧的面至像面的光轴上的距离；
ω为合焦于无限远物体的状态下的最大视角的半值。
本实用新型的摄像透镜中，通过进一步采用如下优选的构成，能使光学性能更加良好。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
0.6＜L1f/φ＜0.88 (5)
其中，
L1f为所述第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半径；
φ为入射光瞳的直径。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
1＜f·tanω/L5r＜3 (6)
其中，
L5r为所述第5透镜的像侧的面的近轴曲率半径。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，第2透镜的物体侧的面为在从物体侧的面与轴上边缘(marginal)光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，第3透镜的物体侧的面为在从物体侧的面与轴上边缘光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还包括孔径光阑，该孔径光阑配置在比第1透镜的物体侧的面更靠物体侧的位置。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
1.32＜f/f1＜2.32 (1-1)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
1.32＜f/f1＜2 (1-2)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
1.35＜f/f1＜1.86 (1-3)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
0.73＜f/f4＜2.19 (2-1)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
0.8＜f/f4＜1.79 (2-2)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
-1.71＜f/f5＜-0.77 (3-1)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
-1.71＜f/f5＜-0.92 (3-2)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
-1.64＜f/f5＜-0.92 (3-3)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
1.25＜TTL/(f·tanω)＜1.49 (4-1)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
1.34＜TTL/(f·tanω)＜1.49 (4-2)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
1.34＜TTL/(f·tanω)＜1.47 (4-3)。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
0.7＜L1f/φ＜0.85 (5-1)
其中，
L1f为所述第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半径；
φ为入射光瞳的直径。
本实用新型的摄像透镜中，优选的是，还满足以下条件式：
0.75＜L1f/φ＜0.82 (5-2)。
满足以下的条件式(5)～条件式(6)、条件式(1-1)～条件式(5-1)、条件式(1-2)～条件式(5-2)、条件式(1-3)、条件式(3-3)、条件式(4-3)中的任一个、或任意的组合。
1.32＜f/f1＜2.32 (1-1)
1.32＜f/f1＜2 (1-2)
1.35＜f/f1＜1.86 (1-3)
0.73＜f/f4＜2.19 (2-1)
0.8＜f/f4＜1.79 (2-2)
-1.71＜f/f5＜-0.77 (3-1)
-1.71＜f/f5＜-0.92 (3-2)
-1.64＜f/f5＜-0.92 (3-3)
1.25＜TTL/(f·tanω)＜1.49 (4-1)
1.34＜TTL/(f·tanω)＜1.49 (4-2)
1.34＜TTL/(f·tanω)＜1.47 (4-3)
0.6＜L1f/φ＜0.88 (5)
0.7＜L1f/φ＜0.85 (5-1)
0.75＜L1f/φ＜0.82 (5-2)
1＜f·tanω/L5r＜3 (6)
其中，
f为整个系统的焦距；
f1为第1透镜的焦距；
f4为第4透镜的焦距；
f5为第5透镜的焦距；
TTL为将后焦点设为空气换算长度时从第1透镜的物体侧的面至像面的光轴上的距离；
ω为合焦于无限远物体的状态下的最大视角的半值；
L1f为第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半径；
φ为入射光瞳的直径；
L5r为第5透镜的像侧的面的近轴曲率半径。
另外，本实用新型的摄像透镜中，所谓“包括5个透镜”是指还包括如下情况，即，本实用新型的摄像透镜除了5个透镜以外，还包括实质上不具有折射力的透镜、光阑或盖玻璃(coverglass)等透镜以外的光学要素、透镜凸缘(lens flange)、透镜镜筒(barrel)、抖动修正机构等机构部分等。
另外，所述透镜的面形状或折射力的符号是关于包含非球面的情况而在近轴区域内考虑的。而且，曲率半径的符号是将凸面朝向物体侧的面形状视为正，而将凸面朝向像侧的面形状视为负。
而且，所述“拐点”是指，面形状相对于像侧而从凸形状转换为凹形状(或从凹形状转换为凸形状)的点。
本实用新型的摄像装置包括本实用新型的摄像透镜。
[实用新型的效果]
根据本实用新型的摄像透镜，在整体为5片的透镜结构中，使各透镜要素的结构最佳化、尤其良好地构成第1透镜至第5透镜的形状，因此，能实现如下透镜系统，其能应对大小满足高像素化要求的摄像元件而实现对应于图像尺寸的透镜总长的缩短化、并且能实现广角化及小的光圈值、从中心视角至周边视角实现高成像性能。
而且，根据本实用新型的摄像装置，因包括本实用新型的摄像透镜，故而，能缩短摄像透镜的光轴方向上的装置尺寸，且能获得高分辨率的拍摄图像。
附图说明
图1是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第1结构例的图，且为与实施例1对应的透镜截面图。
图2是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第2结构例的图，且为与实施例2对应的透镜截面图。
图3是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第3结构例的图，且为与实施例3对应的透镜截面图。
图4是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第4结构例的图，且为与实施例4对应的透镜截面图。
图5是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第5结构例的图，且为与实施例5对应的透镜截面图。
图6是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第6结构例的图，且为与实施例6对应的透镜截面图。
图7是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第7结构例的图，且为与实施例7对应的透镜截面图。
图8是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第8结构例的图，且为与实施例8对应的透镜截面图。
图9是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第9结构例的图，且为与实施例9对应的透镜截面图。
图10是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第10结构例的图，且为与实施例10对应的透镜截面图。
图11是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第11结构例的图，且为与实施例11对应的透镜截面图。
图12是表示本实用新型的一实施方式的摄像透镜的第12结构例的图，且为与实施例12对应的透镜截面图。
图13是图1所示的摄像透镜的光路图。
图14是表示本实用新型的实施例1的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图15是表示本实用新型的实施例2的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图16是表示本实用新型的实施例3的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图17是表示本实用新型的实施例4的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图18是表示本实用新型的实施例5的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图19是表示本实用新型的实施例6的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图20是表示本实用新型的实施例7的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图21是表示本实用新型的实施例8的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图22是表示本实用新型的实施例9的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图23是表示本实用新型的实施例10的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图24是表示本实用新型的实施例11的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图25是表示本实用新型的实施例12的摄像透镜的各像差的像差图，且从左起依序表示球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差。
图26是表示包括本实用新型的摄像透镜的作为移动电话终端的摄像装置的图。
图27是表示包括本实用新型的摄像透镜的作为智能手机的摄像装置的图。
[符号的说明]
1、501：摄像装置
2：轴上光束
3：最大视角的光束
4：主光线
100：摄像元件
541：照相机部
CG：光学构件
D1～D13：面间隔
L：摄像透镜
L1～L5：第1透镜～第5透镜
R1～R14：曲率半径
St：孔径光阑
Z1：光轴
ω：最大视角的半值
具体实施方式
以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。
图1表示本实用新型的第1实施方式的摄像透镜的第1结构例。该结构例是与后述的第1数值实施例(表1、表2)的透镜结构对应。同样，图2～图12中表示与后述的第2实施方式至第12实施方式中的数值实施例(表3～表24)的透镜结构对应的第2结构例至第12结构例的截面结构。图1～图12中，符号Ri表示以将最靠物体侧的透镜要素的面作为第1个、随着朝向像侧而依序增加的方式标注有符号的第i个面的曲率半径。符号Di表示第i个面与第i+1个面在光轴Z1上的面间隔。另外，各结构例中的基本结构均相同，因此，以下，以图1所示的摄像透镜的结构例为基础进行说明，且根据需要还对图2～图12的结构例进行说明。而且，图13为图1所示的摄像透镜的光路图，且表示合焦于无限远物体的状态下的轴上光束2、最大视角的光束3的各光路及最大视角的半值ω。另外，最大视角的光束3中，以一点链线表示最大视角的主光线4。
本实用新型的实施方式的摄像透镜L适宜用于采用了CCD或CMOS等摄像元件的各种摄像设备、尤其是相对小型的移动终端设备、例如静态式数字照相机、带照相机的手机、智能手机、平板式终端及PDA等中。该摄像透镜L中，沿光轴Z1，从物体侧起依序包括：第1透镜L1、第2透镜L2、第3透镜L3、第4透镜L4及第5透镜L5。
图26中表示本实用新型的实施方式的摄像装置1即移动电话终端的概略图。本实用新型的实施方式的摄像装置1包括本实施方式的摄像透镜L、及输出与该摄像透镜L所形成的光学像对应的摄像信号的CCD等摄像元件100(参照图1～图12)。摄像元件100配置在该摄像透镜L的成像面。
图27表示本实用新型的实施方式的摄像装置501即智能手机的概略图。本实用新型的实施方式的摄像装置501包括照相机部541，该照相机部541具有本实施方式的摄像透镜L、及输出与该摄像透镜L所形成的光学像对应的摄像信号的CCD等摄像元件100(参照图1～图12)。摄像元件100配置在该摄像透镜L的成像面。
在第5透镜L5与摄像元件100之间，可根据供透镜装设的照相机侧的结构而配置各种光学构件CG。例如，可配置用于保护摄像面的盖玻璃或红外线截止滤光器(infrared cut filter)等平板状的光学构件。这种情况下，作为光学构件CG，例如也可使用对于平板状的盖玻璃实施了具有红外线截止滤光器或中性灰度(Neutral Density，ND)滤光器等滤光器效果的涂布(coat)而得的构件、或具有相同效果的材料。
而且，也可不使用光学构件CG，而通过对第5透镜L5实施涂布等而使其具有与光学构件CG同等的效果。由此，能减少零件数量且缩短总长。
而且，优选的是，该摄像透镜L包括孔径光阑St，该孔径光阑St配置在比第1透镜L1的物体侧的面更靠物体侧的位置。当以所述方式配置孔径光阑St时，尤其是在成像区域的周边部，能抑制穿过光学系统的光线向成像面(摄像元件)的入射角变大。另外，所谓“配置在比第1透镜L1的物体侧的面更靠物体侧的位置”是指，光轴方向上的孔径光阑的位置位于和轴上边缘光线与第1透镜L1的物体侧的面的交点相同的位置、或是比该位置更靠物体侧的位置。
另外，当使孔径光阑St在光轴方向上配置在比第1透镜L1的物体侧的面更靠物体侧的位置时，优选的是，将孔径光阑St配置在比第1透镜L1的物体侧的面顶点更靠像侧的位置。这样，当将孔径光阑St配置在比第1透镜L1的物体侧的面顶点更靠像侧的位置时，能使包含孔径光阑St在内的摄像透镜L的总长缩短化。另外，第1实施方式～第12实施方式的各摄像透镜L是将孔径光阑St配置在比第1透镜L1的物体侧的面更靠物体侧的位置、且将孔径光阑St配置在比第1透镜L1的物体侧的面顶点更靠像侧的位置的结构例。其中，也可将孔径光阑St配置在比第1透镜L1的物体侧的面顶点更靠物体侧的位置。当孔径光阑St配置在比第1透镜L1的物体侧的面顶点更靠物体侧的位置时，与孔径光阑St配置在比第1透镜L1的物体侧的面顶点更靠像侧的情况相比，从确保周边光量的观点出发，略微不利，但在成像区域的周边部，能更好地抑制穿过光学系统的光线向成像面(摄像元件)的入射角变大。另外，图1～图12所示的孔径光阑St未必表示大小或形状，而是表示在光轴Z1上的位置。
该摄像透镜L中，第1透镜L1在光轴附近具有正折射力。因此，有利于使透镜总长缩短化。而且，第1透镜L1在光轴附近使凸面朝向物体侧。因此，能够充分增强承担摄像透镜L的主要成像功能的第1透镜L1的正折射力，从而能更好地实现透镜总长的缩短化。而且，优选的是，使第1透镜L1在光轴附近成为双凸形状。此时，能邻接于在光轴附近为双凸形状的第1透镜L1的像侧而配置在光轴附近使凹面朝向物体侧的第2透镜L2，从而能良好地修正球面像差。而且，也可使第1透镜L1在光轴附近成为凸面朝向物体侧的凹凸形状。此时，能使第1透镜L1的后侧主点位置靠近物体侧，从而能更好地实现总长的缩短化。
第2透镜L2在光轴附近具有负折射力。第2透镜L2在光轴附近使凹面朝向物体侧。因此，能良好地修正球面像差与色像差。而且，能使第2透镜L2在光轴附近成为凹面朝向物体侧的凹凸形状。此时，能更良好地修正球面像差与色像差。而且，也可使第2透镜L2在光轴附近成为双凹形状。此时，能良好地抑制高阶的球面像差的产生。
而且，优选的是，第2透镜L2的物体侧的面为在从物体侧的面与轴上边缘光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状。此时，能使第2透镜L2的物体侧的面构成为在周边部向物体侧凸起的形状，从而能良好地抑制高阶的球面像差的产生。另外，本说明书中，所谓“在从物体侧的面与轴上边缘光线的交点朝向光轴的半径方向内侧”是指，和物体侧的面与轴上边缘光线的交点相同的位置、或是比该位置更朝向光轴的半径方向内侧。在第2透镜L2的物体侧的面，拐点可配置在和轴上边缘光线与第2透镜L2的物体侧的面的交点相同的位置、或是比该位置更朝向光轴的半径方向内侧的任意的位置。
第3透镜L3在光轴附近具有正折射力。因此，能容易地修正球面像差与色像差。而且，第3透镜L3为在光轴附近使凸面朝向物体侧的凹凸形状。因此，能使第3透镜L3的后侧主点位置靠近物体侧，从而能良好地使透镜总长缩短化。
而且，优选的是，第3透镜L3的物体侧的面为在从物体侧的面与轴上边缘光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状。此时，能使第3透镜L3的物体侧的面构成为在周边部向物体侧凹陷的形状，从而能良好地抑制高视角下的像散的产生。而且，在第3透镜L3的物体侧的面，拐点可配置在和轴上边缘光线与第3透镜L3的物体侧的面的交点相同的位置、或是比该位置更朝向光轴的半径方向内侧的任意的位置。
第4透镜L4在光轴附近具有正折射力。此时，尤其能抑制中间视角下穿过光学系统的光线向成像面(摄像元件)的入射角变大。而且，第4透镜L4为在光轴附近使凹面朝向物体侧的凹凸形状。因此，能良好地修正像散。
第5透镜L5在光轴附近具有负折射力。因此，能良好地实现透镜总长的缩短化，而且，能良好地修正像面弯曲。而且，第5透镜L5在光轴附近使凹面朝向像侧。因此，更有利于像面弯曲的修正。为了进一步提高该效果，优选的是，第5透镜L5为在光轴附近使凸面朝向物体侧的凹凸形状。而且，也可使第5透镜L5在光轴附近成为双凹形状。此时，容易构成为使摄像透镜L的配置在最靠像侧的位置的第5透镜L5具备充分强的负折射力，从而能更好地实现总长的缩短化。
而且，第5透镜L5的像侧的面为在从像侧的面与最大视角的主光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状。因此，尤其是在成像区域的周边部，能抑制穿过光学系统的光线向成像面(摄像元件)的入射角变大。而且，通过使第5透镜L5的像侧的面成为在从像侧的面与最大视角的主光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状，能良好地修正畸变像差。另外，本说明书中，所谓“在从像侧的面与最大视角的主光线的交点朝向光轴的半径方向内侧”是指，和像侧的面与最大视角的主光线的交点相同的位置、或是比该位置更朝向光轴的半径方向内侧。而且，第5透镜L5的像侧的面上所设的拐点可配置在和第5透镜L5的像侧的面与最大视角的主光线的交点相同的位置、或是比该位置更朝向光轴的半径方向内侧的任意的位置。
根据所述摄像透镜L，在整体为5片的透镜结构中，使第1透镜L1至第5透镜L5的各透镜要素的结构最佳化，因此，能实现一种能应对大小满足高像素化要求的摄像元件而实现对应于图像尺寸的透镜总长的缩短化、并且能实现广角化及小的光圈值、从中心视角至周边视角实现高成像性能的透镜系统。
关于该摄像透镜L，为了实现高性能化，适宜使第1透镜L1至第5透镜L5各透镜中的至少一个面成为非球面形状。
而且，优选的是，构成所述摄像透镜L的第1透镜L1至第5透镜L5为单透镜而非接合透镜。若使所有透镜均为单透镜，则与使任一透镜为接合透镜时相比，与空气接触的透镜面数量增多，因此，设计自由度增高，更容易实现对应于图像尺寸的透镜总长的缩短化、小的光圈值。
接着，对与按以上方式构成的摄像透镜L的条件式相关的作用及效果进行更详细的说明。另外，摄像透镜L优选的是，对于下述各条件式，满足各条件式中的任一个或任意的组合。满足的条件式优选的是根据摄像透镜L所要求的事项而适当选择。
首先，优选的是，第1透镜L1的焦距f1及整个系统的焦距f满足以下的条件式(1)：
1.25＜f/f1＜3 (1)。
条件式(1)中指定了整个系统的焦距f与第1透镜L1的焦距f1的比的优选数值范围。通过以不会成为条件式(1)的下限以下的方式确保第1透镜L1的折射力，第1透镜L1的正折射力相对于整个系统的折射力不会变得过弱，能良好地实现透镜总长的缩短化。而且，通过满足条件式(1)的下限，有利于缩小整个系统的焦距f与透镜总长的比。通过以不会成为条件式(1)的上限以上的方式抑制第1透镜L1的折射力，第1透镜L1的正折射力相对于整个系统的折射力不会变得过强，能良好地修正球面像差与像散。而且，通过满足条件式(1)的上限，能良好地修正球面像差，因此有利于进一步缩小光圈值。为了进一步提高该效果，优选的是满足条件式(1-1)，更优选的是满足条件式(1-2)，进而更优选的是满足条件式(1-3)：
1.32＜f/f1＜2.32 (1-1)
1.32＜f/f1＜2 (1-2)
1.35＜f/f1＜1.86 (1-3)。
而且，优选的是，第4透镜L4的焦距f4及整个系统的焦距f满足以下的条件式(2)：
0.57＜f/f4＜3 (2)。
条件式(2)中指定了整个系统的焦距f与第4透镜L4的焦距f4的比的优选数值范围。通过以不会成为条件式(2)的下限以下的方式确保第4透镜L4的折射力，第4透镜L4的正折射力相对于整个系统的折射力不会变得过弱，有利于实现透镜总长的缩短化。而且，通过以不会成为条件式(2)的下限以下的方式确保第4透镜L4的正折射力，第4透镜L4能适度分担摄像透镜L整体的正折射力的一部分，因此能修正球面像差，有利于缩小光圈值。通过以不会成为条件式(2)的上限以上的方式抑制第4透镜L4的折射力，第4透镜L4的正折射力相对于整个系统的折射力不会变得过强，能良好地修正像面弯曲。为了进一步提高该效果，优选的是满足条件式(2-1)，更优选的是满足条件式(2-2)：
0.73＜f/f4＜2.19 (2-1)
0.8＜f/f4＜1.79 (2-2)。
而且，优选的是，第5透镜L5的焦距f5及整个系统的焦距f满足以下的条件式(3)：
-1.87＜f/f5＜-0.5 (3)。
条件式(3)中指定了整个系统的焦距f与第5透镜L5的焦距f5的比的优选数值范围。通过以不会成为条件式(3)的下限以下的方式抑制第5透镜L5的折射力，第5透镜L5的负折射力相对于整个系统的折射力不会变得过强，能抑制中间视角下穿过光学系统的光线向成像面(摄像元件)的入射角变大。而且，随着透镜总长的缩短而有后焦点变短的倾向，但通过满足式(3)的下限，能维持后焦点。通过以不会成为条件式(3)的上限以上的方式确保第5透镜L5的折射力，第5透镜L5的负折射力相对于整个系统的折射力不会变得过弱，能良好地修正像面弯曲。而且，若将第1透镜L1至第4透镜L4视作包含第1透镜L1至第4透镜L4的具有正折射力的第1透镜群，将第5透镜L5视作包含第5透镜L5的具有负折射力的第2透镜群，则摄像透镜L整体上成为摄远(telephoto)型结构。若欲在此种摄远型结构的摄像透镜中缩小光圈值，则有导致第1透镜群在光轴上的长度增大的倾向，结果透镜总长容易变长。通过满足式(3)的上限，能确保第5透镜L5的负折射力，因此变得容易抑制随着小的光圈值的实现而第1透镜群在光轴上的长度变大。为了进一步提高该效果，优选的是满足条件式(3-1)，更优选的是满足条件式(3-2)，进而更优选的是满足条件式(3-3)：
-1.71＜f/f5＜-0.77 (3-1)
-1.71＜f/f5＜-0.92 (3-2)
-1.64＜f/f5＜-0.92 (3-3)。
而且，优选的是，将后焦点设为空气换算长度时从第1透镜L1的物体侧的面至像面的光轴上的距离TTL与近轴像高(f·tanω)满足以下的条件式(4)：
1＜TTL/(f·tanω)＜1.56 (4)。
条件式(4)中指定了从第1透镜L1的物体侧的面至像面的距离TTL(透镜总长)与近轴像高(f·tanω)的比的优选数值范围。另外，将透镜总长中的后焦点(从第5透镜L5的像侧的面顶点至像面的光轴上的距离)设为空气换算长度。通过以不会成为条件式(4)的下限以下的方式确保相对于近轴像高(f·tanω)的、从第1透镜L1的物体侧的面至像面的距离TTL，能良好地修正畸变像差，而且，在成像区域的周边部，能抑制穿过光学系统的光线向成像面(摄像元件)的入射角变大。通过以不会成为条件式(4)的上限以上的方式维持相对于近轴像高(f·tanω)的、从第1透镜L1的物体侧的面至摄像面的距离TTL，能良好地使对应于图像尺寸的透镜总长缩短化。因此，能维持透镜总长、且使图像尺寸大型化，有利于应对满足高像素化要求的摄像元件，而且，还有利于维持图像尺寸且进一步使透镜总长缩短化。为了进一步提高该效果，优选的是满足下述条件式(4-1)，更优选的是满足条件式(4-2)，进而更优选的是满足条件式(4-3)：
1.25＜TTL/(f·tanω)＜1.49 (4-1)
1.34＜TTL/(f·tanω)＜1.49 (4-2)
1.34＜TTL/(f·tanω)＜1.47 (4-3)。
而且，优选的是，第1透镜L1的物体侧的面的近轴曲率半径L1f、入射光瞳的直径φ满足以下的条件式(5)：
0.6＜L1f/φ＜0.88 (5)。
条件式(5)中指定了相对于入射光瞳的直径φ的、第1透镜L1的物体侧的面的近轴曲率半径L1f的优选数值范围。通过以不会成为条件式(5)的下限以下的方式设定相对于入射光瞳的直径φ的、第1透镜L1的物体侧的面的近轴曲率半径L1f，从而，相对于入射光瞳的直径φ，第1透镜L1的物体侧的面的近轴曲率半径L1f的绝对值不会变得过小，能抑制球面像差的产生。通过以不会成为条件式(5)的上限以上的方式设定相对于入射光瞳的直径φ的、第1透镜L1的物体侧的面的近轴曲率半径L1f，从而，相对于入射光瞳的直径φ，第1透镜L1的物体侧的面的近轴曲率半径L1f的绝对值不会变得过大，有利于实现透镜总长的缩短化，且有利于实现小的光圈值。为了进一步提高该效果，优选的是满足条件式(5-1)，更优选的是满足条件式(5-2)：
0.7＜L1f/φ＜0.85 (5-1)
0.75＜Lif/φ＜0.82 (5-2)。
而且，优选的是，整个系统的焦距f、合焦于无限远物体的状态下的最大视角的半值ω、第5透镜L5的像侧的面的近轴曲率半径L5r满足以下的条件式(6)：
1＜f·tanω/L5r＜3 (6)。
条件式(6)中指定了近轴像高(f·tanω)与第5透镜的像侧的面的近轴曲率半径L5r的比的优选数值范围。通过以不会成为条件式(6)的下限以下的方式设定相对于第5透镜的像侧的面的近轴曲率半径L5r的、近轴像高(f·tanω)，从而，相对于近轴像高(f·tanω)，摄像透镜的最靠像侧的面即第5透镜L5的像侧的面的近轴曲率半径L5r的绝对值不会变得过大，能实现透镜总长的缩短化、且能充分地修正像面弯曲。另外，如各实施方式的摄像透镜L所示，当使第5透镜L5成为使凹面朝向像侧且具有至少1个拐点的非球面形状、且满足条件式(6)的下限时，能良好地修正从中心视角至周边视角的像面弯曲，故而，能良好地实现广角化。而且，通过以不会成为条件式(6)的上限以上的方式设定相对于第5透镜的像侧的面的近轴曲率半径L5r的近轴像高(f·tanω)，从而，相对于近轴像高(f·tanω)，摄像透镜的最靠像侧的面即第5透镜的像侧的面的近轴曲率半径L5r的绝对值不会变得过小，尤其能抑制中间视角下穿过光学系统的光线向成像面(摄像元件)的入射角变大，而且，能抑制像面弯曲的修正过度。
通过使本实用新型的实施方式的摄像透镜适当地满足所述优选的条件，能实现更高的成像性能。而且，根据本实施方式的摄像装置，输出与本实施方式的高性能的摄像透镜所形成的光学像对应的摄像信号，因此能使装置尺寸缩短化，且获得高分辨率的拍摄图像。
而且，例如，在如第1实施方式～第12实施方式的摄像透镜那样，以合焦于无限远物体的状态下的最大视角为75度以上的方式设定所述摄像透镜L的第1透镜L1至第5透镜L5的各透镜结构时，容易实现对应于图像尺寸的透镜总长的缩短化，从而能良好地将摄像透镜L应用于大小满足移动电话等的高分辨率化要求的摄像元件中。另外，例如，在如第1实施方式～第12实施方式的摄像透镜那样，以使表示透镜总长与近轴像高的比的条件式(4)的值成为1.39～1.46的方式设定所述摄像透镜L的第1透镜L1至第5透镜L5的各透镜结构时，能良好地实现对应于图像尺寸的透镜总长的缩短化，从而能将摄像透镜L更良好地应用于大小满足移动电话等的高像素化的要求的摄像元件中。相对于此，专利文献1至专利文献3中所述的摄像透镜中，最大视角窄，为72.4～73.6，与条件式(4)对应的值大，为1.59～1.69，故而，对应于图像尺寸的透镜总长过长，难以应用于满足高像素化要求的摄像元件中。
而且，例如，在如第1实施方式～第12实施方式的摄像透镜那样，以光圈值小于2.1的方式设定所述摄像透镜L的第1透镜L1至第5透镜L5的各透镜结构时，能良好地应对高分辨率化的要求。相对于此，专利文献1至专利文献3中所述的摄像透镜的光圈值大，约为2.2～2.6，难以充分应对高分辨率化的要求。
接着，对于本实用新型的实施方式的摄像透镜的具体的数值实施例进行说明。以下，对于多个数值实施例进行汇总说明。
后述的表1及表2中表示与图1所示的摄像透镜的结构对应的具体的透镜数据(data)。尤其是表1中表示其基本的透镜数据，表2中表示非球面的相关数据。表1所示的透镜数据中的面编号Si的栏中，关于实施例1的摄像透镜，表示以将最靠物体侧的光学要素的物体侧的面作为第1个、随着朝向像侧而依序增加的方式标注符号的第i个面的编号。曲率半径Ri的栏中，与图1中标注的符号Ri对应地表示从物体侧起的第i个面的曲率半径的值(mm)。面间隔Di的栏中，也同样表示从物体侧起的第i个面Si与第i+1个面Si+1在光轴上的间隔(mm)。Ndj的栏中表示从物体侧起的第j个光学要素相对于d线(波长587.6nm)的折射率的值。vdj的栏中表示从物体侧起的第j个光学要素相对于d线的阿贝数(Abbe number)的值。
表1中还表示孔径光阑St与光学构件CG。曲率半径的符号是将凸面朝向物体侧的面形状视为正，将凸面朝向像侧的面形状视为负。而且，在各透镜数据的框外上部，作为各数据，分别表示整个系统的焦距f(mm)、后焦点Bf(mm)、光圈值Fno.、合焦于无限远物体的状态下的最大视角2ω(°)的值。另外，该后焦点Bf表示经空气换算后的值。
表1的基本透镜数据中，对非球面的面编号标注*标记。该实施例1的摄像透镜中，第1透镜L1至第5透镜L5的双面均成为非球面形状。表1的基本透镜数据中，作为这些非球面的曲率半径，表示光轴附近的曲率半径(近轴曲率半径)的数值。
表2中表示实施例1的摄像透镜的非球面数据。在作为非球面数据而表示的数值中，记号“E”表示其后续的数值是以10为底数的“幂指数”，且表示使该以10作为底数的指数函数所表示的数值乘以“E”前面的数值。例如，若为“1.0E-02”，则表示“1.0×10-2”。
作为非球面数据，记述了由以下的式(A)所表示的非球面形状的式中的各系数An、KA的值。更详细而言，Z表示从位于距离光轴的高度为h的位置上的非球面上的点、下引至非球面的顶点的切平面(垂直于光轴的平面)的垂线的长度(mm)。
[数1]
其中，
Z：非球面的深度(mm)
h：从光轴至透镜面的距离(高度)(mm)
C：近轴曲率＝1/R
(R：近轴曲率半径)
An：第n次(n为3以上的整数)的非球面系数
KA：非球面系数
与以上的实施例1的摄像透镜同样地，将与图2～图12所示的摄像透镜的结构对应的具体的透镜数据作为实施例2至实施例12而示于表3～表24中。这些实施例1～实施例12的摄像透镜中，第1透镜L1至第5透镜L5的双面均成为非球面形状。
图14中，从左起依序分别示出表示实施例1的摄像透镜的球面像差、像散、畸变(distortion)(畸变像差)、倍率色像差(倍率的色像差)的像差图。在表示球面像差、像散(像面弯曲)、畸变(畸变像差)的各像差图中，表示以d线(波长587.6nm)作为基准波长的像差，但在球面像差图中还表示F线(波长486.1nm)、C线(波长656.3nm)、g线(波长435.8nm)的像差，在倍率色像差图中表示F线、C线、g线的像差。在像散图中，实线表示弧矢(sagittal)方向(S)的像差，虚线表示切线(tangential)方向(T)的像差。而且，Fno.表示光圈值，ω表示合焦于无限远物体的状态下的最大视角的半值。
同样地，将关于实施例2至实施例12的摄像透镜的各像差示于图15至图25中。图15至图25所示的像差图均是物体距离无限远时的图。
而且，表25中，针对各实施例1～实施例12分别汇总表示所述各条件式(1)～条件式(6)的对应值。
另外，各表中记载的数值是以规定的位数四舍五入而得。作为各数值的单位，角度使用“°”，长度使用“mm”。然而，此为一例，因光学系统在扩大或者缩小比例的情况下也可使用，所以，也能使用其他适当的单位。
根据各数值数据及各像差图可知，实施例1～实施例12的摄像透镜中，合焦于无限远物体的状态下的最大视角为75°以上，从而能实现广角化，对应于图像尺寸的总长能缩短化，且光圈值小，各像差得到良好的修正，从而能从中心视角至周边视角实现高成像性能。
以上，列举了实施方式及实施例对本实用新型进行了说明，但本实用新型的摄像透镜并不限于所述实施方式及所述实施例，能进行各种变形。例如各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、阿贝数、非球面系数的值等并不限于各数值实施例中所示的值，可采用其他值。
而且，各实施例中，均以定焦使用为前提进行记载，但也可为可调焦的结构。例如也可成为抽出透镜系统整体、或使一部分透镜在光轴上移动而可自动聚焦(autofocus)的结构。
[表1]
实施例1
f＝3.767，Bf＝1.094，Fno.＝2.00，2ω＝76.4
*：非球面
[表2]
[表3]
实施例2
f＝3.660，Bf＝1.109，Fno.＝2.02，2ω＝79.4
*：非球面
[表4]
[表5]
实施例3
f＝3.788，Bf＝1.069，Fno.＝2.03，2ω＝77.6
*：非球面
[表6]
[表7]
实施例4
f＝3.750，Bf＝1.187，Fno.＝2.02，2ω＝78.0
*：非球面
[表8]
[表9]
实施例5
f＝3.789，Bf＝1.093，Fno.＝2.04，2ω＝77.4
*：非球面
[表10]
[表11]
实施例6
f＝3.669，Bf＝1.199，Fno.＝2.02，2ω＝78.6
*：非球面
[表12]
[表13]
实施例7
f＝3.826，Bf＝1.028，Fno.＝2.01，2ω＝76.6*：非球面
[表14]
[表15]
实施例8
f＝3.742，Bf＝1.187，Fno.＝2.05，2ω＝78.0
*：非球面
[表16]
[表17]
实施例9
f＝3.769，Bf＝1.083，Fno.＝2.01，2ω＝78.0
*：非球面
[表18]
[表19]
实施例10
f＝3.787，Bf＝1.055，Fno.＝2.04，2ω＝78.6
*：非球面
[表20]
[表21]
实施例11
f＝3.767，Bf＝1.082，Fno.＝2.03，2ω＝77.8
*：非球面
[表22]
[表23]
实施例12
f＝3.810，Bf＝1.047，Fno.＝2.01，2ω＝76.4
*：非球面
[表24]
[表25]
另外，所述近轴曲率半径、面间隔、折射率、阿贝数均是光学测量的相关专家按以下方法测量后求出。
近轴曲率半径是使用超高精度三维测量仪UA3P(松下生产科技股份有限公司制造)对透镜进行测量、且按以下顺序求出。临时设定近轴曲率半径Rm(m为自然数)与圆锥系数Km且输入至UA3P，根据这些数值及测量数据，使用UA3P附带的拟合(fitting)功能而算出非球面形状的式的第n次的非球面系数An。在所述非球面形状的式(A)中，认为C＝1/Rm、KA＝Km-1。根据Rm、Km、An与非球面形状的式，算出与距离光轴的高度h相应的光轴方向的非球面的深度Z。在距离光轴的各高度h下，求出所算出的深度Z与实际值的深度Z′的差值，判断该差值是否在规定范围内，当在规定范围内时，将所设定的Rm作为近轴曲率半径。另一方面，当差值为规定范围外时，反复进行如下处理，直至在距离光轴的各高度h下所算出的深度Z与实际值的深度Z′的差值在规定范围内为止，该处理是指：变更算出该差值时使用的Rm及Km中的至少一个值而设定为Rm+1与Km+1，且将它们输入至UA3P，进行与上文相同的处理，判断在距离光轴的各高度h下所算出的深度Z与实际值的深度Z′的差值是否在规定范围内。另外，此处所述的规定范围内是指200nm以内。而且，作为h的范围，是与透镜最大外径的0～1/5以内对应的范围。
面间隔是使用用于测量透镜群的长度的、中心厚度及面间隔测量装置欧菩提沙弗(OptiSurf)(全欧光学(Trioptics)制造)进行测量而求出。
折射率是使用精密折射仪KPR-2000(岛津制作所股份有限公司制造)、将被测物的温度设为25℃的状态进行测量而求出。将以d线(波长587.6nm)测量时的折射率设为Nd。同样地，将以e线(波长546.1nm)测量时的折射率设为Ne，将以F线(波长486.1nm)测量时的折射率设为NF，将以C线(波长656.3nm)测量时的折射率设为NC，将以g线(波长435.8nm)测量时的折射率设为Ng。相对于d线的阿贝数vd是通过将利用所述测量所得的Nd、NF、NC代入至vd＝(Nd-1)/(NF-NC)式中进行计算而求出。
Claims (20)
1.一种摄像透镜，其特征在于，包含5个透镜，即从物体侧起依序包括：
第1透镜，具有正折射力且凸面朝向物体侧；
第2透镜，具有负折射力且凹面朝向物体侧；
第3透镜，具有正折射力且为凸面朝向物体侧的凹凸形状；
第4透镜，具有正折射力且为凹面朝向物体侧的凹凸形状；及
第5透镜，具有负折射力，凹面朝向像侧，且像侧的面为在从所述像侧的面与最大视角的主光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状；
所述摄像透镜满足下述条件式：
1.25＜f/f1＜3 (1)
0.57＜f/f4＜3 (2)
-1.87＜f/f5＜-0.5 (3)
1＜TTL/(f·tanω)＜1.56 (4)
其中，
f为整个系统的焦距；
f1为所述第1透镜的焦距；
f4为所述第4透镜的焦距；
f5为所述第5透镜的焦距；
TTL为将后焦点设为空气换算长度时从所述第1透镜的物体侧的面至像面的光轴上的距离；
ω为合焦于无限远物体的状态下的最大视角的半值。
2.根据权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
0.6＜L1f/φ＜0.88 (5)
其中，
L1f为所述第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半径；
φ为入射光瞳的直径。
3.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
1＜f·tanω/L5r＜3 (6)
其中，
L5r为所述第5透镜的像侧的面的近轴曲率半径。
4.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，所述第2透镜的物体侧的面为在从所述物体侧的面与轴上边缘光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状。
5.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，所述第3透镜的物体侧的面为在从所述物体侧的面与轴上边缘光线的交点朝向光轴的半径方向内侧具有至少1个拐点的非球面形状。
6.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，还包括孔径光阑，所述孔径光阑配置在比所述第1透镜的物体侧的面更靠物体侧的位置。
7.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
1.32＜f/f1＜2.32 (1-1)。
8.根据权利要求7所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
1.32＜f/f1＜2 (1-2)。
9.根据权利要求8所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
1.35＜f/f1＜1.86 (1-3)。
10.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
0.73＜f/f4＜2.19 (2-1)。
11.根据权利要求10所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
0.8＜f/f4＜1.79 (2-2)。
12.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
-1.71＜f/f5＜-0.77 (3-1)。
13.根据权利要求12所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
-1.71＜f/f5＜-0.92 (3-2)。
14.根据权利要求13所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
-1.64＜f/f5＜-0.92 (3-3)。
15.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
1.25＜TTL/(f·tanω)＜1.49 (4-1)。
16.根据权利要求15所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
1.34＜TTL/(f·tanω)＜1.49 (4-2)。
17.根据权利要求16所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
1.34＜TTL/(f·tanω)＜1.47 (4-3)。
18.根据权利要求1或2所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
0.7＜L1f/φ＜0.85 (5-1)
其中，
L1f为所述第1透镜的物体侧的面的近轴曲率半径；
φ为入射光瞳的直径。
19.根据权利要求18所述的摄像透镜，其特征在于，还满足以下条件式：
0.75＜L1f/φ＜0.82 (5-2)。
20.一种摄像装置，其特征在于，包括根据权利要求1至19中任一项所述的摄像透镜。
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