TW202136847A - 攝像光學系統、攝像裝置及攜帶終端 - Google Patents

攝像光學系統、攝像裝置及攜帶終端 Download PDF

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戶英和
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Abstract

[課題]在比從前還大口徑、廣角的光學系統中，良好地修正像差並謀求光學全長的小型化。 [解決手段]攝像光學系統(10)具備：具有負的屈光率且凹面朝向物體側的第1透鏡(L1)、具有正的屈光率的第2透鏡(L2)、具有負的屈光率的第3透鏡(L3)、第4透鏡(L4)、具有正的屈光率的第5透鏡(L5)、具有負的屈光率且凹面朝向像側的第6透鏡(L6)。第6透鏡(L6)的像側面為非球面形狀，在與光軸(Ax)的交點以外的位置具有極值。 攝像光學系統(10)滿足以下的條件式：

Description

攝像光學系統、攝像裝置及攜帶終端
本發明係有關於攝像光學系統、攝像裝置及攜帶終端。
近年，在智慧手機等攜帶終端，常搭載廣角透鏡與望遠透鏡等焦距不同的複數單焦點透鏡。 其中，變成搭載比135換算焦距24mm左右的主透鏡還廣角的135換算焦距20mm以下的超廣角透鏡。又，從低照度感度的觀點來看，期望F值為2.0以下的更明亮的透鏡，為了達成該種大口徑，透鏡枚數為6片以上的光學系統增加。 這種大口徑且廣角的光學系統的要求，在攜帶終端以外的製品，例如運動攝影機也增加了。
若，欲得到比從前還大口徑且廣角的光學系統，則在如例如專利文獻1記載第1透鏡具有正的屈光率，物體側面的曲率強的透鏡態樣中，因為廣攝角的光線在物體側面大大地被折射，在像差發生的觀點並不佳。 因此，例如如專利文獻2記載的第1透鏡具有負的屈光率的透鏡態樣較佳。 但是，專利文獻2記載的攝像透鏡中，像差修正不充分，難以說是謀求了充分的小型化。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2014-232147號公報 [專利文獻2]特許第5752856號公報
[發明所欲解決的問題]
本發明為鑑於這種問題點而完成者，目的為在比從前還大口徑、廣角的光學系統中，良好地修正像差並謀求光學全長的小型化。 [解決問題的手段]
為了達成上述目的，本發明的攝像光學系統， 從物體側依序具備： 具有負的屈光率且凹面朝向物體側的第1透鏡； 具有正的屈光率的第2透鏡； 具有負的屈光率的第3透鏡； 第4透鏡； 具有正的屈光率的第5透鏡； 具有負的屈光率且凹面朝向像側的第6透鏡； 前述第6透鏡的像側面為非球面形狀，在與光軸的交點以外的位置具有極值； 該攝像光學系統滿足以下的條件式：
Figure 02_image003
其中， ν6：第6透鏡的阿貝數 f1：第1透鏡的焦距 f：攝像光學系統全系統的焦距。
又，本發明的攝像裝置搭載上述攝像光學系統。 又，本發明的攜帶終端搭載上述攝像裝置。 [發明的效果]
若，根據本發明，則能夠在比從前還大口徑、廣角的光學系統中，良好地修正像差並謀求光學全長的小型化。
以下，參照圖式說明有關本發明的實施形態。
圖1為具備本發明的一實施形態即攝像裝置100的攜帶終端300的剖面圖。 如該圖所示，攝像裝置100具備用來形成影像信號的攝影機模組30。攝影機模組30具備攝像光學系統10與感測部50。
攝像光學系統10為用來在攝像元件51的攝像面(被投影面)I使被攝物體像成像的單焦點光學系統，收容於鏡筒41內。 攝像光學系統10從物體側依序具有第1透鏡L1、第2透鏡L2、第3透鏡L3、第4透鏡L4、第5透鏡L5、第6透鏡L6。 關於攝像光學系統10的構造的詳細將於後述。
收容攝像光學系統10的鏡筒41具有使來自物體側的光入射的開口OP。 又，在鏡筒41設有使構成攝像光學系統10的透鏡群沿著該攝像光學系統10的光軸Ax移動的驅動機構42(圖2參照)。驅動機構42藉由使攝像光學系統10在光軸Ax上移動，能夠進行攝像光學系統10的對焦動作。驅動機構42例如具備音圈馬達及軌道。此外，驅動機構42取代音圈馬達而以步進馬達等構成也可以。
感測部50具備將藉由攝像光學系統10形成的被攝物體像進行光電變換的攝像元件(固態攝像元件)51。 攝像元件51是例如CMOS型的影像感測器。攝像元件51以對光軸Ax定位的狀態固定。該攝像元件51具有作為攝像面I的光電變換部，在其周邊形成未圖示的信號處理電路。在光電變換部，畫素也就是光電變換元件2維地配置。此外，攝像元件51不限於上述CMOS型的影像感測器，為組入CCD等其他攝像元件者也可以。
此外，在攝像光學系統10與感測部50之間，配置平行平板F也可以。平行平板F為想定光學低通濾波器、IR截止濾波器、攝像元件51的密封玻璃等的平行平板。平行平板F雖也能夠作為互為個體的濾光片構件來配置，但在構成攝像光學系統10的任何透鏡面附加該機能也可以。例如，紅外線截止濾波器的情形，將紅外線截止塗層施予在1片或複數片的透鏡表面上也可以。
搭載攝像裝置100的攜帶終端300例如是智慧手機。但是，攜帶終端300不限於智慧手機，也可以是行動電話、PHS(Personal Handyphone System)、PDA (Personal Digital Assistant)、平板電腦、行動電腦、數位相機、視訊攝影機、運動攝影機等也可以。
圖2為表示攝像裝置100的概略控制構造的區塊圖。 如該圖所示，攝像裝置100具備使攝影機模組30動作的處理部60。 處理部60具備透鏡驅動部61、元件驅動部62、輸入部63、記憶部64、影像處理部65、顯示部66、控制部67。
透鏡驅動部61，藉由使驅動機構42動作，使攝像光學系統10的透鏡群沿著光軸Ax移動，使攝像光學系統10的對焦等動作進行。 元件驅動部62從控制部67接收用來驅動攝像元件51的電壓及時脈信號的供應向附隨於攝像元件51的電路，輸出藉此使攝像元件51動作。 輸入部63為接受使用者的操作或來自外部裝置的指令的部分。 記憶部64為保管攝像裝置100的動作所必要的資訊、藉由攝影機模組30取得的影像資料、用於影像處理的透鏡修正資料等的部分。 影像處理部65對從攝像元件51輸出的影像信號進行影像處理。影像處理部65，除了色修正、灰階修正、縮放等通常的影像處理以外，還基於從記憶部64讀出的透鏡修正資料對影像信號執行變形修正處理。 顯示部66為顯示應向使用者提示的資訊、攝影到的影像等的部分。此外，顯示部66能夠兼用輸入部63的功能。 控制部67統括控制透鏡驅動部61、元件驅動部62、輸入部63、記憶部64、影像處理部65、顯示部66等的動作，對例如藉由攝影機模組30得到的影像資料進行各種影像處理。
以下，回到圖1，更詳細說明關於攝像光學系統10。 攝像光學系統10，在本實施形態中，實質上由第1～第6透鏡L1～L6、開口光圈S構成。 其中，第1透鏡L1具有負的屈光率，凹面朝向物體側。 第2透鏡L2具有正的屈光率。
第3透鏡L3具有負的屈光率。 又，第3透鏡L3為凹面朝向像側的凹凸形狀較佳。藉此，能夠使第3透鏡L3的主點位置更靠近物體側，能夠縮短攝像光學系統10的光學全長。
第5透鏡L5具有正的屈光率。 又，第5透鏡L5為凸面朝向像側的凹凸形狀較佳。藉此，能夠使從第4透鏡L4出射的光線的在第5透鏡L5的物體側面的折射角縮小，能夠縮小在第5透鏡L5產生的像差。
第6透鏡L6具有負的屈光率，凹面朝向像側。 又，第6透鏡L6其像側面為非球面形狀，在與光軸Ax的交點以外的位置具有極值。在此，「極值」指的是如在有效半徑內的該第6透鏡L6的剖面形狀的曲線中，非球面頂點的接平面成為與光軸Ax垂直的平面的非球面上的點。
又，攝像光學系統10滿足以下的條件式(1)及(2)：
Figure 02_image005
其中，ν6為第6透鏡L6的阿貝數、f1為第1透鏡L1的焦距、f為攝像光學系統10全系統的焦距。
條件式(1)為用來良好地修正攝像光學系統10全系統的色像差的條件式。將如滿足條件式(1)的範圍的材料適用於第6透鏡L6，藉此能夠良好地修正軸上色像差、倍率色像差。 條件式(2)為用來兼具攝像光學系統10的光學全長的小型化與光學性能的條件式。藉由使f1／f比條件式(2)的下限還高，不會使第1透鏡L1的負的屈光率變得過強，能夠縮短光學全長。另一方面，藉由使f1／f比條件式(2)的上限還低，能夠適度維持第1透鏡L1的負的屈光率，能夠確保為廣角而且到周邊部為止良好的光學性能。
再來，攝像光學系統10除了上述條件式(1)及(2)以外，滿足以下條件式(3)較佳。
Figure 02_image007
其中，f2為第2透鏡L2的焦距、f為攝像光學系統10全系統的焦距。
條件式(3)為用來適切地進行良好的像差修正與光學全長的小型化的條件式。藉由使f2／f比條件式(3)的上限還低，能夠使第2透鏡L2適度地維持正的屈光率，適當地縮小攝像光學系統10的光學全長。另一方面，藉由使f2／f比條件式(3)的下限還高，不會使第2透鏡L2的正的屈光率變得過強，能夠抑制在第2透鏡L2產生的像差。
再來，攝像光學系統10滿足以下條件式(4)較佳。
Figure 02_image009
其中，f3為第3透鏡L3的焦距、f為攝像光學系統10全系統的焦距。
條件式(4)為用來適切地設定第3透鏡L3的焦距f3的條件式。藉由使f3／f比條件式(4)的上限還低，不會使第3透鏡L3的負的屈光率變得比必要以上還過強，能夠縮小在周邊部的彗狀像差及畸變像差。另一方面，藉由使f3／f比條件式(4)的下限還高，能夠適度維持第3透鏡L3的負的屈光率，對珀茲伐和的降低及像面彎曲的修正有效果。
再來，攝像光學系統10滿足以下條件式(5)較佳。
Figure 02_image011
其中，f6為第6透鏡L6的焦距、f為攝像光學系統10全系統的焦距。
條件式(5)為用來適切地設定第6透鏡L6的焦距f6的條件式。藉由使f6／f比條件式(5)的上限還低，不會使第6透鏡L6的負的屈光率變得比必要以上還過大，在攝像元件51的攝像面I周邊部成像的光束不會過度反彈，能夠容易確保像側光束的遠心特性。另一方面，藉由使f6／f比條件式(5)的下限還高，能夠適度維持第6透鏡L6的負的屈光率，能夠良好地進行攝像光學系統10的光學全長的小型化及像面彎曲及畸變像差等的軸外諸像差的修正。
如同以上，若根據本實施形態，則攝像光學系統10從物體側依序由：具有負的屈光率且凹面朝向物體側的第1透鏡L1、具有正的屈光率的第2透鏡L2、具有負的屈光率的第3透鏡L3、第4透鏡、具有正的屈光率的第5透鏡L5、具有負的屈光率且凹面朝向像側的第6透鏡L6構成。 亦即，因為攝像光學系統10為從物體側依序配置由第1～第5透鏡L1～L5組成的正透鏡群、及負的第6透鏡L6之所謂的長焦型的透鏡構造，能夠成為對該光學全長的小型化有利的構造。 又，攝像光學系統10因為在6片透鏡構造之中3片或4片為負透鏡，使具有發散作用的面變多而讓珀茲伐和的修正成為容易，能夠到畫面周邊部為止確保良好成像性能。 又，藉由將第1透鏡L1設為凹面朝向物體側的負透鏡，廣攝角的光線在第1透鏡L1的物體側面被折射，能夠使入射至正的第2透鏡L2時的入射角度縮小。藉此，能夠縮小在屈光率較強的第2透鏡L2產生的諸像差。 又，藉由將配置於最靠近像側的第6透鏡L6的像側面設為非球面形狀，能夠將在畫面周邊部的諸像差良好地修正。再來，藉由將第6透鏡L6的像側面設為在與光軸Ax的交點以外的位置具有極值的非球面形狀，變得容易確保像側光束的遠心特性。 又，藉由使攝像光學系統10滿足條件式(1)，能夠將軸上色像差、倍率色像差良好地修正。 又，藉由使攝像光學系統10滿足條件式(2)，可縮短光學全長，同時確保為廣角而且到周邊部為止良好的光學性能。 因此，即便為比從前還大口徑、廣角的光學系統中，也能夠良好地修正像差並謀求光學全長的小型化。
以上，雖說明有關本發明的一實施形態，但能適用本發明的實施形態，不限於上述實施形態，在不逸脫本發明的要旨的範圍可以適宜地進行變更。 [實施例]
以下，示出本發明的攝像光學系統的實施例。於各實施例使用的記號如同下述。 f     ：攝像光學系統全系統的焦距 fB   ：後焦點 F    ：F值 2Y  ：固態攝像元件的攝像面對角線長 R    ：曲率半徑 D    ：軸上面間隔 Nd  ：透鏡材料相對於d線的折射率 νd   ：透鏡材料的阿貝數 各實施例中，在透鏡面資料的各面編號之後記載有「＊」的面為具有非球面形狀的面，非球面的形狀，係將面的頂點設為原點，在光軸方向取X軸、將與光軸垂直的方向的高度設為h，用以下的「數1」表示。
Figure 02_image013
其中， Ai：i次的非球面係數 R：曲率半徑 K：圓錐常數
(實施例1) 圖3表示實施例1的攝像光學系統的剖面圖及像差圖。其中，(a)為實施例1的攝像光學系統的剖面圖、(b)為實施例1的縱像差圖(球面像差、像散像差、畸變像差)、(c)為實施例1的子午彗狀像差圖。
實施例1的攝像光學系統的全體諸元示於以下。 f=4.21mm fB=0.15mm F=2.0 2Y=9.25mm
實施例1的透鏡面的資料示於以下表1。
Figure 02_image015
實施例1的透鏡面的非球面係數示於以下表2。此外，至此以後(包含表的透鏡資料)，設為將10的冪數(例如2.5×10-02 )使用E(例如2.5E-02)表示者。
Figure 02_image017
實施例1的單透鏡資料示於以下表3。
Figure 02_image019
實施例1的攝像光學系統之中的條件式(1)～(5)的各數值示於以下。 條件式(1)：ν6=23.9 條件式(2)：f1／f=-3.80 條件式(3)：f2／f=0.85 條件式(4)：f3／f=-1.95 條件式(5)：f6／f=-0.92
(實施例2) 圖4表示實施例2的攝像光學系統的剖面圖及像差圖。其中，(a)為實施例2的攝像光學系統的剖面圖、(b)為實施例2的縱像差圖(球面像差、像散像差、畸變像差)、(c)為實施例2的子午彗星像差圖。
實施例2的攝像光學系統的全體諸元示於以下。 f=5.14mm fB=0.40mm F=2.4 2Y=9.25mm
實施例2的透鏡面的資料示於以下表4。
Figure 02_image021
實施例2的透鏡面的非球面係數示於以下表5。
Figure 02_image023
實施例2的單透鏡資料示於以下表6。
Figure 02_image025
實施例2的攝像光學系統之中的條件式(1)～(5)的各數值示於以下。 條件式(1)：ν6=30.0 條件式(2)：f1／f=-4.23 條件式(3)：f2／f=0.73 條件式(4)：f3／f=-1.52 條件式(5)：f6／f=-0.83
(實施例3) 圖5表示實施例3的攝像光學系統的剖面圖及像差圖。其中，(a)為實施例3的攝像光學系統的剖面圖、(b)為實施例3的縱像差圖(球面像差、像散像差、畸變像差)、(c)為實施例3的子午彗星像差圖。
實施例3的攝像光學系統的全體諸元示於以下。 f=4.17mm fB=0.21mm F=1.9 2Y=9.25mm
實施例3的透鏡面的資料示於以下表7。
Figure 02_image027
實施例3的透鏡面的非球面係數示於以下表8。
Figure 02_image029
實施例3的單透鏡資料示於以下表9。
Figure 02_image031
實施例3的攝像光學系統之中的條件式(1)～(5)的各數值示於以下。 條件式(1)：ν6=23.9 條件式(2)：f1／f=-7.62 條件式(3)：f2／f=0.98 條件式(4)：f3／f=-2.27 條件式(5)：f6／f=-0.76
(實施例4) 圖6表示實施例4的攝像光學系統的剖面圖及像差圖。其中，(a)為實施例4的攝像光學系統的剖面圖、(b)為實施例4的縱像差圖(球面像差、像散像差、畸變像差)、(c)為實施例4的子午彗星像差圖。
實施例4的攝像光學系統的全體諸元示於以下。 f=4.17mm fB=0.23mm F=2.0 2Y=9.25mm
實施例4的透鏡面的資料示於以下表10。
Figure 02_image033
實施例4的透鏡面的非球面係數示於以下表11。
Figure 02_image035
實施例4的單透鏡資料示於以下表12。
Figure 02_image037
實施例4的攝像光學系統之中的條件式(1)～(5)的各數值示於以下。 條件式(1)：ν6=23.9 條件式(2)：f1／f=-8.53 條件式(3)：f2／f=1.2 條件式(4)：f3／f=-2.44 條件式(5)：f6／f=-0.89
(實施例5) 圖7表示實施例5的攝像光學系統的剖面圖及像差圖。其中，(a)為實施例5的攝像光學系統的剖面圖、(b)為實施例5的縱像差圖(球面像差、像散像差、畸變像差)、(c)為實施例5的子午彗星像差圖。
實施例5的攝像光學系統的全體諸元示於以下。 f=4.19mm fB=0.10mm F=2.1 2Y=9.25mm
實施例5的透鏡面的資料示於以下表13。
Figure 02_image039
實施例5的透鏡面的非球面係數示於以下表14。
Figure 02_image041
實施例5的單透鏡資料示於以下表15。
Figure 02_image043
實施例5的攝像光學系統之中的條件式(1)～(5)的各數值示於以下。 條件式(1)：ν6=23.9 條件式(2)：f1／f=-2.51 條件式(3)：f2／f=0.60 條件式(4)：f3／f=-1.38 條件式(5)：f6／f=-1.33
(實施例6) 圖8表示實施例6的攝像光學系統的剖面圖及像差圖。其中，(a)為實施例6的攝像光學系統的剖面圖、(b)為實施例6的縱像差圖(球面像差、像散像差、畸變像差)、(c)為實施例6的子午彗星像差圖。
實施例6的攝像光學系統的全體諸元示於以下。 f=4.24mm fB=0.10mm F=2.1 2Y=9.25mm
實施例6的透鏡面的資料示於以下表16。
Figure 02_image045
實施例6的透鏡面的非球面係數示於以下表17。
Figure 02_image047
實施例6的單透鏡資料示於以下表18。
Figure 02_image049
實施例6的攝像光學系統之中的條件式(1)～(5)的各數值示於以下。 條件式(1)：ν6=23.9 條件式(2)：f1／f=-5.63 條件式(3)：f2／f=0.70 條件式(4)：f3／f=-1.02 條件式(5)：f6／f=-1.52
(實施例7) 圖9表示實施例7的攝像光學系統的剖面圖及像差圖。其中，(a)為實施例7的攝像光學系統的剖面圖、(b)為實施例7的縱像差圖(球面像差、像散像差、畸變像差)、(c)為實施例7的子午彗星像差圖。
實施例7的攝像光學系統的全體諸元示於以下。 f=4.17mm fB=0.20mm F=2.1 2Y=9.25mm
實施例7的透鏡面的資料示於以下表19。
Figure 02_image051
實施例7的透鏡面的非球面係數示於以下表20。
Figure 02_image053
實施例7的單透鏡資料示於以下表21。
Figure 02_image055
實施例7的攝像光學系統之中的條件式(1)～(5)的各數值示於以下。 條件式(1)：ν6=23.9 條件式(2)：f1／f=-4.73 條件式(3)：f2／f=0.89 條件式(4)：f3／f=-1.99 條件式(5)：f6／f=-0.66
(實施例8) 圖10表示實施例8的攝像光學系統的剖面圖及像差圖。其中，(a)為實施例8的攝像光學系統的剖面圖、(b)為實施例8的縱像差圖(球面像差、像散像差、畸變像差)、(c)為實施例8的子午彗星像差圖。
實施例8的攝像光學系統的全體諸元示於以下。 f=4.18mm fB=0.20mm F=2.0 2Y=9.25mm
實施例8的透鏡面的資料示於以下表22。
Figure 02_image057
實施例8的透鏡面的非球面係數示於以下表23。
Figure 02_image059
實施例8的單透鏡資料示於以下表24。
Figure 02_image061
實施例8的攝像光學系統之中的條件式(1)～(5)的各數值示於以下。 條件式(1)：ν6=23.9 條件式(2)：f1／f=-4.17 條件式(3)：f2／f=0.86 條件式(4)：f3／f=-1.98 條件式(5)：f6／f=-1.21
10:攝像光學系統 51:攝像元件 100:攝影裝置 300:攜帶終端 Ax:光軸 I:攝像面 L1:第1透鏡 L2:第2透鏡 L3:第3透鏡 L4:第4透鏡 L5:第5透鏡 L6:第6透鏡
[圖1]具備本實施形態的攝像裝置的攜帶終端的剖面圖。 [圖2]表示本實施形態的攝像裝置的概略控制構造的區塊圖。 [圖3]實施例1的攝像光學系統的(a)剖面圖、(b)縱像差圖、(c)子午彗狀像差圖。 [圖4]實施例2的攝像光學系統的(a)剖面圖、(b)縱像差圖、(c)子午彗狀像差圖。 [圖5]實施例3的攝像光學系統的(a)剖面圖、(b)縱像差圖、(c)子午彗狀像差圖。 [圖6]實施例4的攝像光學系統的(a)剖面圖、(b)縱像差圖、(c)子午彗狀像差圖。 [圖7]實施例5的攝像光學系統的(a)剖面圖、(b)縱像差圖、(c)子午彗狀像差圖。 [圖8]實施例6的攝像光學系統的(a)剖面圖、(b)縱像差圖、(c)子午彗狀像差圖。 [圖9]實施例7的攝像光學系統的(a)剖面圖、(b)縱像差圖、(c)子午彗狀像差圖。 [圖10]實施例8的攝像光學系統的(a)剖面圖、(b)縱像差圖、(c)子午彗狀像差圖。
10:攝像光學系統
30:攝影機模組
41:鏡筒
50:感測部
51:攝像元件
100:攝影裝置
300:攜帶終端
Ax:光軸
I:攝像面
L1:第1透鏡
L2:第2透鏡
L3:第3透鏡
L4:第4透鏡
L5:第5透鏡
L6:第6透鏡
F:F值
S:開口光圈
OP:開口

Claims (8)

  1. 一種攝像光學系統， 係從物體側依序具備： 具有負的屈光率且凹面朝向物體側的第1透鏡； 具有正的屈光率的第2透鏡； 具有負的屈光率的第3透鏡； 第4透鏡； 具有正的屈光率的第5透鏡； 具有負的屈光率且凹面朝向像側的第6透鏡； 前述第6透鏡的像側面為非球面形狀，在與光軸的交點以外的位置具有極值； 該攝像光學系統滿足以下的條件式：
    Figure 03_image001
    其中， ν6：第6透鏡的阿貝數 f1：第1透鏡的焦距 f：攝像光學系統全系統的焦距。
  2. 如請求項1記載的攝像光學系統，其中，前述第3透鏡為凹面朝向像側的凹凸形狀。
  3. 如請求項1或2記載的攝像光學系統，其中，前述第5透鏡為凸面朝向像側的凹凸形狀。
  4. 如請求項1~3中任1項記載的攝像光學系統，其中，滿足以下的條件式：
    Figure 03_image064
    其中， f2：第2透鏡的焦距 f：攝像光學系統全系統的焦距。
  5. 如請求項1~4中任1項記載的攝像光學系統，其中，滿足以下的條件式：
    Figure 03_image066
    其中， f3：第3透鏡的焦距 f：攝像光學系統全系統的焦距。
  6. 如請求項1~5中任1項記載的攝像光學系統，其中，滿足以下的條件式：
    Figure 03_image068
    其中， f6：第6透鏡的焦距 f：攝像光學系統全系統的焦距。
  7. 一種攝像裝置，係搭載如請求項1~6中任1項記載的攝像光學系統。
  8. 一種攜帶終端，係搭載如請求項7記載的攝像裝置。
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