TWI314997B - Imaging lens - Google Patents

Description

1314997 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於由比較少透 鏡，特別是關於適用在PC或攜 的攝影透鏡。 【先前技術】 從先前技術來看，比較薄 及攜帶型終端機等所使用的取 # 3片塑膠透鏡所排列構成的攝j 例如，在下述專利文獻1 以3片透鏡構成外也具有透鏡 更進一步也藉由在最靠近成像 球面透鏡而對於攝影面全面可 成爲可適用於攝影元件的構造 術係使用單透鏡構成的攝影透 所揭露的技術，可因應攝影元 I的需求。 〔專利文獻1〕日本專利ί 【發明內容】 〔發明要解決的課題〕 然而，3片透鏡全都使用 時溫度的變化，焦點位置會出 此種問題，雖然可考慮採用自 型機器（攜帶式終端機等）上 鏡片數所構成之緊密攝影透 帶型終端機等之取像用透鏡 型的PC用Web照相機 '以 像用透鏡模組，已知的有由 杉透鏡。 所揭露的攝影透鏡中，即係 系統全長較短的構造特點， 側配置有規定形狀的兩面非 使主光線的入射角變小，而 。再者，在此領域之先前技 鏡爲主，但經由專利文獻1 件之高解像度化、放大化等 侍開2003-322792號公報 塑膠透鏡之場合，伴隨使用 現參差不齊的情形。爲克服 動聚焦功能，但要在上述薄 採用自動聚焦功能，則有困 1314997 難。這是由於會產生透鏡模組的空間增大，構造強度降低， 作爲照相機時的機動性降低，及製造成本提高等問題點的 緣故。又，溫度變化引起焦點參差不齊的問題，雖可將3 片透鏡全改用玻璃材質獲得解決，但成本會提高也非理想。 本發明乃鑑於上述情況而達成者，目的在提供一種攝 影透鏡，可獲得良好補償以色差爲首的諸像差外，且可抑 制伴隨溫度變化所造成焦點位置的變動，而且可獲得透鏡 全長緊密，可著眼於全焦點攝影。 〔解決課題的手段〕 本發明之第1攝影透鏡，其特徵爲從物體側起係由下 列依序排列所形成：正透鏡組成的第1透鏡；以凹面向著 成像側之負透鏡組成的第2透鏡；第3透鏡，由凹面向著 物體側之兩面非球面之正透鏡所組成；及第4透鏡，在兩 面非球面之光軸附近於物體側是凸的凹凸透鏡（meniscus lens)所組成，且滿足以下（1)〜（6)的條件式： 0.3 < 1 fi/f2 1 < 1 0.8 ⑴ VdG 1 — v d G2> 2 5 (2) 1 A1 1 < 1.5 x 1 Ο 5/K (3) 1 A2 1 < 1.5x Ι 〇 5/K (4) 1 A3 1 > 1 .5 x 10' 5/K (5) 1 A4 1 > 1 .5x 10· 5/K (6) 其中，f!:前述第1透鏡的焦距， f2:前述第2透鏡的焦距， vdGi :前述第1透鏡的阿貝數（Abbe number) 1314997

VdG2:前述第2透鏡的阿貝數， A1:前述第1透鏡的線膨脹係數’ A2 :前述第2透鏡的線膨脹係數’ A3:前述第3透鏡的線膨脹係數， A4:前述第4透鏡的線膨脹係數。 又，本發明之第2攝影透鏡，其特徵爲從物體側起係 由下列依序排列所形成：第1透鏡，由玻璃材料所形成之 正透鏡組成；第2透鏡，以凹面向著成像側由玻璃材料所 Φ 形成之負透鏡組成；第3透鏡，由凹面向著物體側之兩面 非球面由塑膠材料所形成之正透鏡所組成；及第4透鏡’ 在以兩面非球面由塑膠材料所形成之光軸附近由物體側是 凸的凹凸透鏡所組成，且滿足以下（1)及（2)的條件式： 0.3 < | fi/f2 | <0.8 (1)

VdGl- VdG2>25 (2) 其中，fl ··前述第1透鏡的焦距， f2:前述第2透鏡的焦距， ® vd(}1:前述第1透鏡的阿貝數’ vdG2:前述第2透鏡的阿貝數。 又，上述第1透鏡及上述第2透鏡的兩面，理想的是 各設定爲球面。但是，在此的「球面」’亦包含平面在內。 又，上述非球面透鏡中的所謂正、負，乃是表示在光 軸附近的折射率。 〔發明的效果〕 在本發明之第1攝影透鏡中’經由將第1透鏡的焦點 1314997 距離與第2透鏡的焦點距離的比値規定在條件式（1)的範圍 內，可使透鏡系統的全長縮短。又’第1透鏡與第2透鏡 的阿貝數的差値，由條件式（2)須保持在25以上，藉由滿 足此條件可以執行良好的色差補償。又，物體側的2片透 鏡，藉由條件式（3)、（4)所示由線膨脹係數比較小的材料形 成，對應於溫度變化可以獲得焦點移動較小的的透鏡系 統。也就是說，可以構築一種透鏡系統全長較短，具備良 好溫度特性之作爲全焦點攝影（Pan-focus)功能的透鏡。 # 另一方面，在本發明之第2攝影透鏡中，使用由玻璃 所形成的第1透鏡與第2透鏡’以及使用由塑膠所形成的 第3透鏡與第4透鏡之外’再藉由滿足條件式（1)、（2)，可 獲得與上述第1攝影透鏡同等的效果。 【實施方式】 以下，有關本發明的具體實施形態將參照圖式加以說 明。第1圖所示實施形態（以實施例1爲代表而繪示）的 攝影透鏡，係從物體側起依序由下列排列而形成：正透鏡 ® 組成的第1透鏡Li;以凹面向著成像側之負透鏡組成的第 2透鏡L2;第3透鏡L3，由凹面向著物體側之兩面非球面 之正的凹凸透鏡所組成；及第4透鏡L4，由兩面非球面之 負的凹凸透鏡所組成，且該攝影透鏡可將沿著光軸X入射 的光束很有效地集中在攝影元件（攝影面）3的成像位置 P。又，第1透鏡h的成像側配有光圈2，第4透鏡L4與 攝影元件3之間配有玻璃蓋1。 再者，各透鏡面的非球面形狀，係由下述非球面式所 1314997 表示：

z y2/r

1 +小-KxY2/R 10 其中， ζ係在非球面上距離光軸Υ之點向非球面頂點的通過 平面（垂直於光軸的平面）垂下的垂線的長度’ γ係從光軸起的距離， R係非球面之光軸附近的曲率半徑， Κ係離心率"

Bi係非球面係數（i = 3〜10)。 又，本實施形態之攝影透鏡，滿足以下（1)〜（6)@條件 式： 0.3 < I fl/f2 1 < 0.8 (l) VdG 1 一 V d G 2 > 2 5 (2) 1 A1 | < 1.5 X 1 〇·5/κ (3) 1 A2 | < 1 .5 X 1 0*5/Κ (4) 1 A3 | > 5x10 丨·5/κ (5) 1 A4 1 > 1 .5 X 1 ο·5/κ (6) 其中，f!:前述第1透鏡的焦距， f2:前述第2透鏡的焦距， vdG1 :前述第1透鏡的阿貝數， vdG2 :前述第2透鏡的阿貝數， -10- 1314997 A1:前述第1透鏡的線膨脹係數， A2:前述第2透鏡的線膨脹係數， A3:前述第3透鏡的線膨脹係數， A4:前述第4透鏡的線膨脹係數。 其次，說明本實施形態之作用及效果。 藉由本實施形態之攝影透鏡，主要是第1透鏡川及第 2透鏡L2具有光收束功能與色差的補償功能；第3透鏡L3 及第4透鏡L4則具有球面像差等的其他像差補償功能。 Φ 在本實施形態之攝影透鏡中，經由將第1透鏡Li的焦 距h與第2透鏡L2的焦距f2的比値規定在條件式（1)的範 圍內，可使透鏡系統的全長縮短。又，第1透鏡L!與第2 透鏡。的阿貝數的差値，由條件式（2)須保持在25以上’ 藉由滿足此條件可以執行良好的色差補償。又，上述專利 文獻1所示3片塑膠透鏡中，若僅將物體側的第1透鏡 變更爲藉由條件式（3)、（4)所示由線膨脹係數小的材料所形 成的2枚透鏡，則對應於溫度變化可以獲得焦點移動較小 ^ 的的透鏡系統。亦即，可使本實施形態的攝影透鏡成爲一 種透鏡系統全長較短，且具備良好溫度特性之作爲全焦點 攝影的透鏡。 另一方面，在本實施形態之攝影透鏡中，藉由使用由 玻璃所形成的第1透鏡與第2透鏡L2,以及由塑膠所形 成的第3透鏡L3與第4透鏡L4,也將物體側的2個透鏡以 線膨脹係數低的材料作成，則可將所有透鏡皆作成玻璃透 鏡的弊害，予以排除。亦即，溫度變化之所以造成焦點位 -11- 1314997 . 置的變動，主要來自透鏡材料特性的折射率與線膨脹係數 使然’透鏡材料若使用塑膠，一般而言溫度上升時折射率 會大幅降低，同時線膨脹係數（體膨脹係數）會大幅增加， 因此任何一者之作用均會拉大到焦點位置的距離。在此， 放置在物體側主要擔負光收束功能的第1透鏡與第2透 鏡L2 ’則是由折射率及線膨脹係數對溫度變化皆變動小的 玻璃材料來形成，藉由此，可使焦點位置的變動大幅降低。 除了上述之外，再藉由條件式（1)、（2)的滿足，使得透 • 鏡系統的全長與色差補償，可獲得與上述第1攝影透鏡同 等的效果。 以下，關於上述各條件式（1)〜（6)在技術上的意義，加 以說明。 上述條件式（1)，係在規定第1透鏡Li與第2透鏡L2 的焦距的比値應在0.3〜0.8內，經由此，可使透鏡系統的 全長變短。亦即，若比値若超過此上限，則第1透鏡1^與 第2透鏡L2的合成功率變小，透鏡系統的全長也變長。另 ® —方面，若超過下限，則要充分的作色差補償變成有困難。 上述條件式（2)，係在規定第1透鏡L!的阿貝數與第2 透鏡L2的阿貝數的差値大於25者，藉由將第1透鏡川作 成低分散、將第2透鏡L2作成高分散透鏡，則可獲得色差 補償良好的透鏡。也就是說，差値若超過下限，則紅色區 光相對於綠色區光變成過度補償外，藍色區光相對於綠色 區光變成補償不足，要充分的作色差補償變爲有困難。 上述條件式（3)〜（6)，係在規定第1透鏡h與第2透 -12- 1314997 鏡L2的線膨脹係數之上限（該條件式（3)、（4))以及第3 透鏡L3與第4透鏡L4的線膨脹係數之下限者（該條件式 (5)、（6))。特別是，若超過上式（3)、（4)的上限’則焦點 移動變大，透鏡系統不能發揮充分的功能。 〔實施例〕 以下，利用具體實施例，進一步說明本發明之攝影透 鏡。 再者，以下各實施例所示的數，係將全透鏡系統的焦 Φ 距以1. Omm作爲規格化後的値。 <實施例1 > 實施例1之攝影透鏡的槪略構成如第1圖所示。此攝 影透鏡，從物體側起依序由：第1透鏡Li，以強曲率面向 著物體側之正的凹凸透鏡所組成；光圈2;第2透鏡L2, 以弱曲率面向著物體側之負的凹凸透鏡所組成；第3透鏡 L3，以凹面向著物體側之雨面非球面之正的凹凸透鏡所組 成；及第4透鏡L4,以兩面非球面之負的凹凸透鏡所組成， ® 排列而形成。再者，第4透鏡L4的物體側之面，其具有在 光軸附近係正、在周邊係負曲率的構造，又在其成像側之 面，也具有曲率變化比例不同、但約略同樣曲率符號變化 的構造。又，本實施例及下述實施例2的攝影透鏡同樣， 係藉由將光圈2配置於第1透鏡Μ與第2透鏡L2之間而 具有中光圈的構成，可使像面彎曲得到更良好的補償。 此攝影透鏡之各透鏡面的曲率半徑R(mm)、各透鏡的 中心厚度及各透鏡間的空氣間隔（以下這些總稱爲軸上面 -13- 1314997 間隔）D(mm)、各透鏡的d線之折射率N及阿貝數v之値 如表1所示。再者，表中的數字係從物體側的順序來表示 者（第3面係光圈面，第12面係攝影面）。又，表2係關 於各非球面之上述非球面式所表示之非球面的各常數K、

B 3、B 4、B 5 、B 6、 B 7 ' B 8 、B 9、B 1 〇 之値。 〔表1〕 鏡面序號 R D Nd Vd 1 0.5967 0.15526 1.754999 52.3 2 3.5220 0.00494 ST0(光圈） 3 00 0.05273 4 1.7077 0.14773 1.922860 19.0 5 0.8033 0.14826 *6 -0.5427 0.14920 1.508692 56.0 *7 -0.3636 0.05441 *8 0.5036 0.16305 1.508692 56.0 *9 0.3724 0.17405 10 00 0.07458 1.516330 64.0 11 00 0.15640 IMG(攝影面）12 〇〇 *非球面 〔表2〕 鏡面號碼 κ β3 β4 β5 β6 Β7 Bg β9 Βίο 6 5.667X10'1 6.695Χ10'1 •5.055 1.853x10 -3.709x10 -4.941x1ο2 1.216χ102 6.84〇χ103 -1.278χ104 7 9.955x10' 7.316x10·' -3.793 4.445 2.715x10 1.202x10 -1.708x1ο2 1.043 χΙΟ3 3.124χ103 8 6.439x10'' 7.877x1ο·1 -1.819x10 1.272x10 7.734x10 -5.347x10 -2.253x1ο2 1.578x1ο2 1.369χ103 9 -8.03〇χ1〇·2 1.787 -3.231x10 8.636x10 -6.341x10 -1.27〇χ102 1.94〇χ102 1.423χ102 -2.995χ102 -14- 1314997 又，依據實施例1的攝影透鏡，如表7所示’條件式 (1)〜（6)全都獲得滿足。又，透鏡系統的全長係爲1.28 mm。 第2圖係表示實施例1之攝影透鏡其對應於溫度變化 之焦點位置的偏移。先前技術的塑膠透鏡（例如上述專利 文獻1所揭露的透鏡，以下同），對於-20〜60°C的溫度變 化，大約有±〇.〇5mm的焦點位置偏移，本實施例在該溫度 變化下則偏移在±0.0 1mm以內，良好許多。 第3圖係表示實施例1之攝影透鏡的球面像差、像散、 ^ 及失真（distortion)之像差圖》再者，於像散圖中，對於縱 切（sagittal)像面及正切（tangential)像面皆表示有像差。於 此等像差圖中，ω係表示半畫角。從此等像差圖可明顯看 出，依據實施例1的攝影透鏡，各像差皆可作良好的補償。 <實施例2 > 實施例2之攝影透鏡的槪略構成如第4圖所示。此攝 影透鏡的構成與實施例1者約略相同，在對應圖式的說明 中’同一構件賦予同一符號，而省略重複的說明。但是， I 此攝影透鏡與實施例1相比，具有：第2透鏡1^2較接近於 第1透鏡Ιμ，第3透鏡L3較接近於第2透鏡L2的構造。 此攝影透鏡之各透鏡面的曲率半徑R(mm)、各透鏡的 軸上面間隔D(mm)、各透鏡的d線之折射率N及阿貝數v 之値如表3所示。再者，表中的數字係從物體側的順序來 表示者（第3面係光圈面，第12面係攝影面）。又，表4 係關於各非球面之上述非球面式所表示之非球面的各常數 K、B3、b4、B5、Be、B7、B$、B9、Bi〇 之値。 -15- 1314997 〔表3〕 鏡面序號 R 1 0.5832 2 00 STO(光圈） 3 00 4 9.8082 5 1.1196 *6 -0.4179 *7 -0.3415 *8 0.5619 *9 0.4274 10 00 11 00 IMG(攝影面）12 00 D Nd Vd 0.22660 1.758435 52.3 0.00000 0.02520 0.14917 1.934282 19.0 0.07109 0.15933 1.510810 56.0 0.15731 0.15175 1.510810 56.0 0.16965 0.08522 1.518249 64.0 0.11983

*非球面 〔表4〕 鏡面號碼 K b3 b4 B5 6 2.869 7.047X10'1 5.459 2.053x10 7 1.004 1.007 -7.736 1.227x10 8 5.352xl0_1 1.588 -2.056x10 1.301x10 9 -1.558 3.083 -3.557x10 9.699x10 B6 b7 Bg b9 Bio -4.216x10 -5.762xl02 5.71〇xl03 1.545xl04 -4.899xl04 4.586x10 2.506x10 -1.395X102 1.827xl03 5.942xl03 8.945x10 -5.717x10 -2.622X102 1.915xl02 1.15〇xl03 -7.309x10 -1.484xl02 2.352xl02 1.729xl02 -3.789xl0:

又，依據實施例2的攝影透鏡，如表7所示，條件式 (1)〜（6)全都獲得滿足。又，透鏡系統的全長係爲1.31mm。 第5圖係表示實施例2之攝影透鏡其對應於溫度變化 -16- 1314997 之焦點位置的偏移。與實施例1同樣，先前技術的塑膠透 鏡，對於-20〜60 °C的溫度變化，大約有±0.05 mm的焦點位 置偏移者，本實施例在該溫度變化下則偏移在±〇.〇linm以 內，良好許多。 第6圖係表示實施例2之攝影透鏡的球面像差、像散、 及失真之像差圖。再者，於像散圖中，對於縱切像面及正 切像面皆表示有像差。於此等像差圖中，ω係表示半畫角。 從此等像差圖可明顯看出，依據實施例2的攝影透鏡，各 ^ 種像差皆可作良好的補償。 <實施例3 > 實施例3之攝影透鏡的槪略構成如第7圖所示。此攝 影透鏡的構成與實施例1者約略相同，在對應圖式的說明 中，同一構件賦予同一符號，而省略重複的說明。但是， 於此攝影透鏡中，第1透鏡L!係與第2透鏡L2接合著， 光圏2貼合於第1透鏡的物體側之面般地被配設。亦即， 被作成屬於前光圈的構造。 此攝影透鏡之各透鏡面的曲率半徑R(mm)、各透鏡的 軸上面間隔D(mm)、各透鏡的d線之折射率N及阿貝數v 之値如表5所示。再者’表中的數字係從物體側的順序來 表示者（第1面係光圈面及第1透鏡k的物體側之面，第 面係攝影面）。又’表6係關於各非球面之上述非球面 式所表示之非球面的各常數k、b3、b4、b5、b6、b7、b8、 B 9、B i 〇 之値。 1314997 〔表5〕 鏡面序號 R STO(光圈） 1 0.5764 2 00 3 1.1228 *4 -0.5131 *5 -0.2948 *6 0.5621 0.3115 8 00 9 00 IMG(攝影面） 10 00 *非球面

D Nd vd 0.28716 1.758435 52.3 0.10652 1.934282 19.0 0.12319 0.18650 1.510810 56.0 0.04148 0.13812 1.510810 56.0 0.16718 0.08398 1.518429 64.0 0.19186 〔表 6〕 鏡面號碼 K β3 β4 β5 Be Β7 Bg β9 Βίο 4 2.680 7.257Χ10·1 -5.704 2.177x10 -4.537x10 -6.292x1ο2 3.569χ103 -ι.οιίχίο4 3.25〇χ104 5 5.108x10·' 1.747 -5.922 9.169 7.959 -7.589x10 -2.333Χ102 2.084χ103 2.451x10s i 6 -8,836χ1〇·2 1.996 -2.258x10 1.495x10 9.958x10 -5.734x10 -2.847Χ102 2.173χ102 1.122χ102 7 1.790χ10·2 1.300 -3.652x10 1.030χ102 -7.890x10 -1.634x1ο2 2·585χ102 1.975χ102 -4.028x10: 又，依據實施例3的攝影透鏡，如表7所示，條件式 (1)〜（6)全都獲得滿足。又，透鏡系統的全長係爲1.32 mm。 第8圖係表示實施例3之攝影透鏡其對應於溫度變化 之焦點位置的偏移。先前技術的塑膠透鏡，對於-20〜6 (TC 的溫度變化，大約有±〇.〇 5mm的焦點位置偏移，本實施例 在該溫度變化下則偏移在±〇.〇〇5mm以內，在所有實施例 -18- 1314997 中，是最良好者。 第9圖係表示實施例3之攝影透鏡的球面像差、像散、 及失真之像差圖。再者，於像散圖中，對於縱切像面及正 切像面皆表示有像差。於此等像差圖中，ω係表示半畫角。 從此等像差圖可明顯看出，依據實施例3的攝影透鏡，各 種像差皆可作良好的補償。 〔表7〕 實施例1 實施例2 實施例3 fl 0.9302288 0.7689704 0.7599297 f2 -1.7831481 -1.3640829 -1.2017591 fl/f2 -0.5216778 -0.5637270 -0.6323478 VtJGl 52.3 52.3 52.3 Vd02 19.0 19.0 19.0 Al(xl〇·5) 0.58 0.58 0.58 A2(xlO·5) 0.67 0.67 0.67 A3(xl〇·5) 6 6 6 A4(xl〇·5) 6 6 6 【圖式簡單說明】 第1圖係表示本發明實施例1之攝影透鏡的構成之槪 略圖。 第2圖係表示實施例丨之攝影透鏡其對應於溫度變化 之焦點位置偏移的圖形。 第3圖係表示實施例〗之攝影透鏡的諸像差（球面像 差、像散、及失真）之像差圖。 第4圖係表示本發明實施例2之攝影透鏡的構成之槪 -19- 1314997 略圖。 第5圖係表示實施例2之攝影透鏡其對應於溫度變化 之焦點位置偏移的圖形。 第6圖係表示實施例2之攝影透鏡的諸像差（球面像 差、像散、及失真）之像差圖》 第7圖係表示本發明實施例3之攝影透鏡的構成之槪 略圖。 第8圖係表示實施例3之攝影透鏡其對應於溫度變化 ^ 之焦點位置偏移的圖形。 第9圖係表示實施例3之攝影透鏡的諸像差（球面像 差、像散、及失真）之像差圖。 【元件符號說明】

Li〜L4 透鏡 X 光軸 p 成像位置 ^ 1 玻璃蓋 2 光圈 3 攝影元件（攝影面） -20-

Claims (1)

1314997 第95 1 24092號「攝影透鏡」專利案 (2009年6月19日修正） 十、申請專利範圍： 1. 一種攝影透鏡’其特徵爲： 從物體側起依序排列如下者所形成：正透鏡組成的第1 透鏡；以凹面向著成像側之負透鏡組成的第2透鏡；第3 透鏡，由凹面向著物體側之兩面非球面之正的透鏡所組 成；及第4透鏡’由在光軸附近凸向物體側之兩面非球 面的凹凸透鏡所組成’ 且滿足以下（1)〜（6)的條件式： 0.3 < | ίχΙΪ! \ < 0-8 (1) V dG 1 — v d G 2 > 2 5 (2) 1 A1 I < l.5xl〇-5/K (3) 1 A2 I < i.5xl〇'5/K (4) 1 A3 I > i.5xl〇'5/K (5) 1 A4 I > i.5xl〇*5/K (6) 中，fi :前述第1透鏡的焦距 : 前述第2透鏡的焦距， vdG1 :前述第1透鏡的阿貝數’ VdG 2 :前述第2透鏡的阿貝數’ A1:前述第1透鏡的線膨脹係數’ A2:前述第2透鏡的線膨脹係數’ A3:前述第3透鏡的線膨脹係數’ A 4 :前述第4透鏡的線膨脹係數。 1314997 2·—種攝影透鏡，其特徵爲：從物體側起依序排列如下者 所形成：第1透鏡，由玻璃材料所形成之正透鏡組成； 第2透鏡，由凹面向著成像側之玻璃材料所形成之負透 鏡組成；第3透鏡，由凹面向著物體側之兩面非球面的 塑膠材料所形成之正透鏡所組成；及第4透鏡，由塑膠 材料所形成之在光軸附近凸向物體側之兩面非球面的凹 凸透鏡所組成， 且滿足以下（1)及（2)的條件式： 3 < | fi/f2 | < 0.8 (1) VdGlw VdG2>25 (2) 其中，fi :前述第1透鏡的焦距， f2:前述第2透鏡的焦距， vdG1 :前述第1透鏡的阿貝數， VdG2:前述第2透鏡的阿貝數。 3·如申請專利範圍第1或2項之攝影透鏡，其中前述第1 透鏡及第2透鏡的兩面各被作成球面。