TWM498884U - 攝像鏡頭及具備攝像鏡頭的攝像裝置 - Google Patents

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Motoari Ota
Takuya Tanaka
Sumihiro Nishihata
Michio Cho
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Fujifilm Corp
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Description

攝像鏡頭及具備攝像鏡頭的攝像裝置
本實用新型是有關於使被攝體的光學像成像於電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)等攝像元件上的定焦點的攝像鏡頭、以及搭載該攝像鏡頭進行拍攝的數位靜態相機(digital still camera)或具有相機的行動電話機以及個人數位助理(Personal Digital Assistance，PDA)、智慧型電話(smartphone)、平板(tablet)型終端機以及可攜式遊戲機等攝像裝置。
隨著個人電腦(personal computer)向一般家庭等的普及，可將拍攝的風景或人物像等圖像資訊輸入至個人電腦的數位靜態相機正在快速地普及。又，在行動電話、智慧型電話或平板型終端機中亦大多搭載有圖像輸入用的相機模組(camera module)。在此種具有攝像功能的機器中使用CCD或CMOS等攝像元件。近年來，該等攝像元件越來越小型(compact)化，對攝像機器整體及搭載在其上的攝像鏡頭亦要求小型性。又同時，攝 像元件亦越來越高畫素化，從而要求攝像鏡頭高解析化、高性能化。例如要求應對5百萬畫素(megapixel)以上、進而更佳為8百萬畫素以上的高畫素的性能。
為了滿足所述要求，考慮使攝像鏡頭為鏡頭片數比較多的5片構成。例如，在專利文獻1以及專利文獻2中提出一種5片構成的攝像鏡頭，其自物體側依序包含：第1鏡頭，具有正折射力；第2鏡頭，具有負折射力；第3鏡頭，具有負折射力；第4鏡頭，具有正折射力；以及第5鏡頭，具有負折射力。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]美國專利第8488259號說明書
[專利文獻2]美國專利第8369029號說明書
此處，尤其是關於用於如可攜式終端機、智慧型電話或平板型終端機般的越來越薄型化的裝置的攝像鏡頭，鏡頭總長的縮短化的要求日益提高。因此，專利文獻1以及專利文獻2記載的攝像鏡頭需要使鏡頭總長進一步縮短化。
本實用新型是鑒於所述問題而完成者，其目的在於提供一種攝像鏡頭、以及可搭載該攝像鏡頭而獲取高解析的攝像圖像的攝像裝置，該攝像鏡頭可使鏡頭總長縮短化，並且可自中心視場角(field angle)至周邊視場角實現高成像性能。
本實用新型的攝像鏡頭的特徵在於實質上包含5個鏡頭，即自物體側依序包含：第1鏡頭，具有正折射力，且為使凸面朝向物體側的凹凸形狀；第2鏡頭，為雙凹形狀；第3鏡頭，具有負折射力，且為使凸面朝向像側的凹凸形狀；第4鏡頭，具有正折射力；以及第5鏡頭，具有負折射力，使凹面朝向像側，且像側的面具有至少1個反曲點；且滿足下述條件式。
0.2<f/f4<1.38 (1)
其中設為：f：整個系統的焦點距離；f4：第4鏡頭的焦點距離。
再者，在本實用新型的攝像鏡頭中，「實質上包含5個鏡頭」是指本實用新型的攝像鏡頭除5個鏡頭以外，實質上還包括不具有折射力的鏡頭、光闌或蓋玻璃(cover glass)等鏡頭以外的光學要素、鏡頭凸緣(lens flange)、鏡頭筒(lens barrel)、攝像元件、抖動修正機構等機構部分等。又，所述鏡頭的面形狀或折射力的符號在包含非球面的情況下設為在近軸(paraxial)區域考慮者。
本實用新型的攝像鏡頭中，進一步可藉由採用如下較佳的構成來滿足而使光學性能更良好。
本實用新型的攝像鏡頭中較佳為，第4鏡頭為使凸面朝向像側的凹凸形狀。
又，本實用新型的攝像鏡頭中，第5鏡頭可設為使凹面朝向像側的凹凸形狀。
本實用新型的攝像鏡頭中，較佳為滿足以下的條件式(1-1)至條件式(8)中的任一者。再者，作為本實用新型的較佳形態，亦可為滿足條件式(1-1)至條件式(8)中的任一者，或者亦可滿足任意組合。
0.6<f/f4<1.34 (1-1)
1<f/f4<1.32 (1-2)
-0.86<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.1 (2)
-0.85<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.5 (2-1)
-0.84<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.6 (2-2)
-0.6<(L1r+L2f)/(L1r-L2f)<0.11 (3)
-0.45<(L1r+L2f)/(L1r-L2f)<0.105 (3-1)
0.2<f/f34<1.3 (4)
0.6<f/f34<1.28 (4-1)
0.21<f/L1r<1 (5)
0.23<f/L1r<0.8 (5-1)
1.1<f/f1234<1.42 (6)
1.2<f/f1234<1.42 (6-1)
0.4<f‧tanω/L5r<10 (7)
0.5<f‧tanω/L5r<5 (7-1)
1.3<TTL/(f‧tanω)<1.9 (8)
其中，f：整個系統的焦點距離；f4：第4鏡頭的焦點距離；f34：第3鏡頭與第4鏡頭的合成焦點距離；f1234：自第1鏡頭至第4鏡頭的合成焦點距離；L1f：第1鏡頭的物體側的面的近軸曲率半徑；L1r：第1鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑；L2f：第2鏡頭的物體側的面的近軸曲率半徑；L5r：第5鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑；ω：半視場角；TTL：將後焦點部分設為空氣換算長的情形時的自第1鏡頭的物體側的面至像面為止的光軸上的距離。
本實用新型的攝像裝置具備本實用新型的攝像鏡頭。
根據本實用新型的攝像鏡頭，在整體上為5片的鏡頭構成中，使各鏡頭要素的構成最佳化，尤其是較佳地構成第1鏡頭至第5鏡頭的形狀，因此可實現如下的鏡頭系統，其使鏡頭總長縮短化，並且自中心視場角至周邊視場角具有高成像性能。
又，根據本實用新型的攝像裝置，輸出與藉由本實用新型的具有高成像性能的攝像鏡頭而形成的光學像對應的攝像信號，因此可獲取高解析的攝像圖像。
1、501‧‧‧攝像裝置
2‧‧‧軸上光束
3‧‧‧最大視場角的光束
100‧‧‧攝像元件
541‧‧‧相機部
CG‧‧‧光學構件
D1~D13‧‧‧面間隔
L‧‧‧攝像鏡頭
L1‧‧‧第1鏡頭
L2‧‧‧第2鏡頭
L3‧‧‧第3鏡頭
L4‧‧‧第4鏡頭
L5‧‧‧第5鏡頭
R1~R13‧‧‧曲率半徑
R14‧‧‧像面
St‧‧‧孔徑光闌
Z1‧‧‧光軸
圖1是表示本實用新型的一實施方式的攝像鏡頭的第1構成例的圖，且是與實施例1對應的鏡頭剖面圖。
圖2是表示本實用新型的一實施方式的攝像鏡頭的第2構成例的圖，且是與實施例2對應的鏡頭剖面圖。
圖3是表示本實用新型的一實施方式的攝像鏡頭的第3構成例的圖，且是與實施例3對應的鏡頭剖面圖。
圖4是表示本實用新型的一實施方式的攝像鏡頭的第4構成例的圖，且是與實施例4對應的鏡頭剖面圖。
圖5是表示圖1所示的攝像鏡頭的光路的鏡頭剖面圖。
圖6(A)~圖6(D)是表示本實用新型的實施例1的攝像鏡頭的各像差的像差圖，圖6(A)表示球面像差，圖6(B)表示像散(像面彎曲)，圖6(C)表示畸變像差，圖6(D)表示倍率色像差。
圖7(A)~圖7(D)是表示本實用新型的實施例2的攝像鏡頭的各像差的像差圖，圖7(A)表示球面像差，圖7(B)表示像散(像面彎曲)，圖7(C)表示畸變像差，圖7(D)表示倍率色像差。
圖8(A)~圖8(D)是表示本實用新型的實施例3的攝像鏡頭的各像差的像差圖，圖8(A)表示球面像差，圖8(B)表示像散(像面彎曲)，圖8(C)表示畸變像差，圖8(D)表示倍率色像差。
圖9(A)~圖9(D)是表示本實用新型的實施例4的攝像鏡頭的各像差的像差圖，圖9(A)表示球面像差，圖9(B)表示像散(像面彎曲)，圖9(C)表示畸變像差，圖9(D)表示倍率色像差。
圖10是表示具備本實用新型的攝像鏡頭的行動電話終端機即攝像裝置的圖。
圖11是表示具備本實用新型的攝像鏡頭的智慧型電話即攝像裝置的圖。
以下，參照圖式對本實用新型的實施方式進行詳細說明。
圖1表示本實用新型的第1實施方式的攝像鏡頭L的第1構成例。該構成例對應於下述的第1數值實施例(表1、表2)的鏡頭構成。同樣地，將與下述的第2實施方式至第4實施方式的攝像鏡頭L對應的第2構成例至第4構成例的剖面構成示於圖2~圖4中。第2構成例至第4構成例對應於下述的第2數值實施例至第4數值實施例(表3~表8)的鏡頭構成。圖1~圖4中，符號Ri表示以將最靠物體側的鏡頭要素的面作為第1個，且隨著朝向像側(成像側)而依序增加的方式附上符號的第i個面的曲率半徑。符號Di表示第i個面與第i+1個面的在光軸Z1上的面間隔。再者，各構成例中基本構成均相同，因此以下，以圖1所示的攝像鏡頭L的構成例為基礎進行說明，根據需要亦對圖2~圖4的 構成例進行說明。又，圖5是表示圖1所示的攝像鏡頭L的光路的鏡頭剖面圖。圖5中表示自位於無限遠的距離的物點起的軸上光束2以及最大視場角的光束3的各光路。
本實用新型的實施方式的攝像鏡頭L為適於用於使用有CCD或CMOS等攝像元件的各種攝像機器、尤其是比較小型的可攜式終端機器例如數位靜態相機、具有相機的行動電話、智慧型電話、平板型終端機以及PDA等者。該攝像鏡頭L沿光軸Z1，自物體側依序包括第1鏡頭L1、第2鏡頭L2、第3鏡頭L3、第4鏡頭L4、以及第5鏡頭L5。
圖10中表示本實用新型的實施方式的攝像裝置1即行動電話終端機的概觀圖。本實用新型的實施方式的攝像裝置1包括如下部分而構成，即包括：本實施方式的攝像鏡頭L；以及CCD等攝像元件100(參照圖1)，輸出與藉由該攝像鏡頭L而形成的光學像對應的攝像信號。攝像元件100配置在該攝像鏡頭L的成像面(像面R14)上。
圖11中表示本實用新型的實施方式的攝像裝置501即智慧型電話的概觀圖。本實用新型的實施方式的攝像裝置501包括相機部541而構成，該相機部541包括：本實施方式的攝像鏡頭L；以及CCD等攝像元件100(參照圖1)，輸出與藉由該攝像鏡頭L而形成的光學像對應的攝像信號。攝像元件100配置在該攝像鏡頭L的成像面(像面R14)上。
在第5鏡頭L5與攝像元件100之間，亦可根據安裝攝 像鏡頭的相機側的構成而配置有各種光學構件CG。例如亦可配置有攝像面保護用的蓋玻璃或紅外線截止濾光器(cut filter)等平板狀的光學構件。該情形時，作為光學構件CG，例如亦可使用對平板狀的蓋玻璃實施具有紅外線截止濾光器或中密度濾光器(neutral density filter)等濾光器效果的塗敷而得者、或者具有同樣效果的材料。
又，亦可不使用光學構件CG，而是對第5鏡頭L5實施塗敷等來使之具有與光學構件CG同等的效果。由此，可實現零件件數的削減與鏡頭總長的縮短。
又，該攝像鏡頭L較佳為包括孔徑光闌St，該孔徑光闌St配置在較第2鏡頭L2的物體側的面更靠物體側。藉由將孔徑光闌St如此般配置在較第2鏡頭L2的物體側的面更靠物體側，尤其是在成像區域的周邊部中，可抑制通過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。為了進一步提高該效果，較佳為將孔徑光闌St配置在較第1鏡頭L1的物體側的面更靠物體側。再者，「配置在較第2鏡頭L2的物體側的面更靠物體側」是指，光軸方向上的孔徑光闌的位置位於與軸上邊緣光線和第2鏡頭L2的物體側的面的交點相同的位置或較其更靠物體側。同樣，「配置在較第1鏡頭L1的物體側的面更靠物體側」是指，光軸方向上的孔徑光闌的位置位於與軸上邊緣光線和第1鏡頭L1的物體側的面的交點相同的位置或較其更靠物體側。
進而，在將孔徑光闌St在光軸方向上配置在較第1鏡頭 L1的物體側的面更靠物體側的情形時，較佳為將孔徑光闌St配置在較第1鏡頭L1的面頂點更靠像側。在將孔徑光闌St如此般配置在較第1鏡頭L1的面頂點更靠像側的情形時，可使包含孔徑光闌St的攝像鏡頭L的總長縮短化。再者，第1實施方式的攝像鏡頭L(圖1)為如下構成例，即孔徑光闌St配置在較第1鏡頭L1的物體側的面更靠物體側，且孔徑光闌St配置在較第1鏡頭L1的面頂點更靠像側。又，第2實施方式的攝像鏡頭L(圖2)為如下構成例，即孔徑光闌St配置在較第1鏡頭L1的面頂點更靠物體側。在孔徑光闌St配置在較第1鏡頭L1的面頂點更靠物體側的情形時，與孔徑光闌St配置在較第1鏡頭L1的面頂點更靠像側的情形相比，從確保周邊光量的觀點考慮稍有不利，但在成像區域的周邊部，可更佳地抑制通過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。再者，此處所示的孔徑光闌St未必表示大小或形狀，而是表示在光軸Z1上的位置。
又，亦可如第3實施方式及第4實施方式的攝像鏡頭L(圖3、圖4)般，將孔徑光闌St在光軸方向上配置在第1鏡頭L1與第2鏡頭L2之間。該情形時，可良好地修正像面彎曲。再者，在將孔徑光闌St在光軸方向上配置在第1鏡頭L1與第2鏡頭L2之間的情形時，與將孔徑光闌St在光軸方向上配置在較第1鏡頭L1的物體側的面更靠物體側的情形相比雖不利於確保遠心性(telecentricity)，即不利於形成使主光線為與光軸儘可能平行的狀態(使攝像面上的入射角度接近零)，但藉由應用隨著攝像元 件技術的發展而近年實現的與現有相比由入射角度的增大所引起的受光效率的下降或混色的產生得以降低的攝像元件，而可實現較佳的光學性能。
該攝像鏡頭L中，第1鏡頭L1在光軸附近具有正折射力，且在光軸附近為使凹面朝向像側的凹凸形狀。藉此，可使第1鏡頭L1的後側主點位置靠近物體側，從而可較佳地使鏡頭總長縮短化。
第2鏡頭L2在光軸附近具有負折射力。藉此，可良好地修正在光線通過第1鏡頭L1時產生的球面像差以及軸上的色像差。又，第2鏡頭L2在光軸附近為雙凹形狀。藉由使第2鏡頭L2在光軸附近為雙凹形狀，可較佳地修正球面像差以及軸上色像差。
第3鏡頭L3在光軸附近具有負折射力。藉此，可良好地修正球面像差。又，第3鏡頭L3在光軸附近為使凸面朝向像側的凹凸形狀。藉由將第3鏡頭L3在光軸附近設為使凸面朝向像側的凹凸形狀，可較佳地修正球面像差與像散。
第4鏡頭L4在光軸附近具有正折射力。又，藉由第4鏡頭L4在光軸附近具有正折射力，可較佳地實現鏡頭總長的縮短化。又，第4鏡頭L4較佳為在光軸附近使凸面朝向像側。在第4鏡頭L4在光軸附近具有正折射力，且在光軸附近使凸面朝向像側的情形時，可較佳地修正隨著鏡頭總長的縮短化而易於產生的像散，易於實現鏡頭總長的縮短化與廣視場角化。又，較佳為如各 實施方式所示，第4鏡頭L4在光軸附近為使凸面朝向像側的凹凸形狀。在第4鏡頭L4在光軸附近為使凸面朝向像側的凹凸形狀的情形時，有利於修正像散。
第5鏡頭L5在光軸附近具有負折射力。若將自第1鏡頭L1至第4鏡頭L4視為1個正光學系統，則藉由第5鏡頭L5具有負折射力，而可使攝像鏡頭L整體上為攝遠(telephoto)型構成，因此可使攝像鏡頭L整體的後側主點位置靠近物體側，從而可較佳地使鏡頭總長縮短化。又，藉由第5鏡頭L5在光軸附近具有負折射力，可良好地修正像面彎曲。
進而，如各實施方式所示，第5鏡頭L5在光軸附近使凹面朝向像側。因此，可較佳地修正像面彎曲，有利於鏡頭總長的縮短化。又，較佳為如各實施方式所示，第5鏡頭L5在光軸附近使凹面朝向像側，且將第5鏡頭L5的像側的面設為具有至少1個反曲點的非球面形狀。該情形時，尤其在成像區域的周邊部，可抑制通過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。再者，第5鏡頭L5的像側的面的「反曲點」是指第5鏡頭L5的像側的面形狀相對於像側而自凸形狀切換為凹形狀(或自凹形狀切換為凸形狀)的點。反曲點的位置若為第5鏡頭L5的像側的面的有效直徑內，則可配置在自光軸向半徑方向外側的任意位置。
又，較佳為如第1實施方式所示，使第5鏡頭L5在光軸附近為雙凹形狀。該情形時，可抑制第5鏡頭L5的各面的曲率的絕對值變得過大，並且可充分增強第5鏡頭L5的負折射力。又， 藉由使第5鏡頭L5在光軸附近為雙凹形狀，可良好地修正畸變像差。又，亦可如第2實施方式至第4實施方式所示，將第5鏡頭L5在光軸附近設為使凹面朝向像側的凹凸形狀。該情形時，易於使整個系統的後側主點位置靠近物體側，從而可較佳地使鏡頭總長縮短化。
根據所述攝像鏡頭L，在整體上為5片的鏡頭構成中，使第1鏡頭L1~第5鏡頭L5的各鏡頭要素的構成最佳化，因此可實現如下的鏡頭系統，其實現鏡頭總長的縮短化，並且具有可應用於滿足高解析化的要求的攝像元件的大的影像尺寸，且自中心視場角至周邊視場角具有高成像性能。
該攝像鏡頭L為實現高性能化，較佳為在第1鏡頭L1至第5鏡頭L5的各鏡頭的至少一面使用非球面。
又，構成攝像鏡頭L的各鏡頭L1至鏡頭L5較佳為不為接合鏡頭而為單鏡頭。其原因在於，與將各鏡頭L1至鏡頭L5中的任一者設為接合鏡頭的情形相比非球面數多，因此各鏡頭的設計自由度提高，可較佳地實現鏡頭總長的縮短化。
又，在以例如如第1實施方式~第4實施方式的攝像鏡頭L般使總視場角成為68度以上的方式，設定所述攝像鏡頭L的第1鏡頭L1至第5鏡頭L5的各鏡頭構成的情形時，可實現鏡頭總長的縮短化，並且可將攝像鏡頭L較佳地應用於具有滿足行動電話等的高解析化的要求的大小的攝像元件。
接下來，對與以所述方式構成的攝像鏡頭L的條件式相 關的作用以及效果進行更詳細說明。再者，攝像鏡頭L較佳為滿足以下條件式中的任一者或任意組合。所滿足的條件式較佳為根據對攝像鏡頭L所要求的事項而適當選擇。
第4鏡頭L4的焦點距離f4以及整個系統的焦點距離f，滿足以下的條件式(1)。
0.2<f/f4<1.38 (1)
條件式(1)規定整個系統的焦點距離f相對於第4鏡頭L4的焦點距離f4的比的較佳數值範圍。藉由以不成為條件式(1)的下限以下的方式確保第4鏡頭L4的折射力，而可使第4鏡頭L4的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，尤其在中間視場角，可抑制通過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大，又，可較佳地修正畸變(distortion)(畸變像差)以及倍率色像差。又，藉由不成為條件式(1)的下限以下，可較佳地修正畸變像差以及倍率色像差。藉由以不成為條件式(1)的上限以上的方式維持第4鏡頭L4的折射力，而可使第4鏡頭L4的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過強，尤其可良好地修正球面像差與像散，並且可使鏡頭總長縮短化。為了進一步提高該效果，更佳為滿足條件式(1-1)，進而佳為滿足條件式(1-2)。
0.6<f/f4<1.34 (1-1)
1<f/f4<1.32 (1-2)
又，第1鏡頭L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f與第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r，較佳為滿足以下的 條件式(2)。
-0.86<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.1 (2)
條件式(2)分別規定第1鏡頭L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f與第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r的較佳數值範圍。藉由以不成為條件式(2)的下限以下的方式設定第1鏡頭L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f與第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r，可良好地實現鏡頭總長的縮短化。藉由以不成為條件式(2)的上限以上的方式設定第1鏡頭L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f與第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r，可良好地修正球面像差。為了進一步提高該效果，更佳為滿足下述條件式(2-1)，進而佳為滿足條件式(2-2)。
-0.85<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.5 (2-1)
-0.84<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.6 (2-2)
又，第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r與第2鏡頭L2的物體側的面的近軸曲率半徑L2f，較佳為滿足以下的條件式(3)。
-0.6<(L1r+L2f)/(L1r-L2f)<0.11 (3)
條件式(3)分別規定第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r與第2鏡頭L2的物體側的面的近軸曲率半徑L2f的較佳數值範圍。藉由以不成為條件式(3)的下限以下的方式設定第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r與第2鏡頭L2的物體側的面的近軸曲率半徑L2f，可良好地修正像散。藉由以不成為條 件式(3)的上限以上的方式設定第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r與第2鏡頭L2的物體側的面的近軸曲率半徑L2f，可較佳地抑制高階的球面像差的產生。為了進一步提高該效果，更佳為滿足下述條件式(3-1)。
-0.45<(L1r+L2f)/(L1r-L2f)<0.105 (3-1)
又，第3鏡頭L3與第4鏡頭L4的合成焦點距離f34以及整個系統的焦點距離f，較佳為滿足以下的條件式(4)。
0.2<f/f34<1.3 (4)
條件式(4)規定整個系統的焦點距離f相對於第3鏡頭L3與第4鏡頭L4的合成焦點距離f34的比的較佳數值範圍。藉由以不成為條件式(4)的下限以下的方式確保第3鏡頭L3與第4鏡頭L4的合成焦點距離f34，而可使第3鏡頭L3與第4鏡頭L4的合成折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，有利於修正隨著鏡頭總長的縮短化而易於產生的畸變像差。藉由以不成為條件式(4)的上限以上的方式維持第3鏡頭L3與第4鏡頭L4的合成焦點距離f34，而可使第3鏡頭L3與第4鏡頭L4的合成折射力相對於整個系統的折射力不會變得過強，尤其可良好地修正像面彎曲並且可較佳地實現鏡頭總長的縮短化。為了進一步提高該效果，更佳為滿足條件式(4-1)，進而佳為滿足條件式(4-2)。
0.6<f/f34<1.28 (4-1)
0.8<f/f34<1.27 (4-2)
又，整個系統的焦點距離f與第1鏡頭L1的像側的面 的近軸曲率半徑L1r，更佳為滿足以下的條件式(5)。
0.21<f/L1r<1 (5)
條件式(5)規定整個系統的焦點距離f相對於第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r的比的較佳數值範圍。藉由以不成為條件式(5)的下限以下的方式設定第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r，可較佳地修正球面像差。藉由以不成為條件式(5)的上限以上的方式設定第1鏡頭L1的像側的面的近軸曲率半徑L1r，有利於使鏡頭總長縮短化。為了進一步提高該效果，更佳為滿足條件式(5-1)，進而佳為滿足條件式(5-2)。
0.23<f/L1r<0.8 (5-1)
0.27<f/L1r<0.6 (5-2)
又，自第1鏡頭L1至第4鏡頭L4的合成焦點距離f1234以及整個系統的焦點距離f，較佳為滿足以下的條件式(6)。
1.1<f/f1234<1.42 (6)
條件式(6)規定整個系統的焦點距離f相對於自第1鏡頭L1至第4鏡頭L4的合成焦點距離f1234的比的較佳數值範圍。藉由以不成為條件式(6)的下限以下的方式確保自第1鏡頭L1至第4鏡頭L4的合成焦點距離f1234，而可使包含第1鏡頭L1至第4鏡頭L4的鏡頭群的折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，且可較佳地實現鏡頭總長的縮短化。藉由以不成為條件式(6)的上限以上的方式維持自第1鏡頭L1至第4鏡頭L4的合成焦點距離f1234，而可使包含第1鏡頭L1至第4鏡頭L4 的鏡頭群的折射力相對於整個系統的折射力不會變得過強，且可良好地修正球面像差。為了進一步提高該效果，較佳為滿足條件式(6-1)。
1.2<f/f1234<1.42 (6-1)
又，整個系統的焦點距離f、半視場角ω、第5鏡頭L5的像側的面的近軸曲率半徑L5r，較佳為滿足以下的條件式(7)。
0.4<f‧tanω/L5r<10 (7)
條件式(7)規定近軸像高(f‧tanω)相對於第5鏡頭L5的像側的面的近軸曲率半徑L5r的比的較佳數值範圍。藉由以不成為條件式(7)的下限以下的方式設定相對於第5鏡頭L5的像側的面的近軸曲率半徑L5r的近軸像高(f‧tanωω)，而可使攝像鏡頭L的最靠像側的面即第5鏡頭L5的像側的面的近軸曲率半徑L5r的絕對值相對於近軸像高(f‧tanω)不會變得過大，可實現鏡頭總長的縮短化，並且可充分修正像面彎曲。再者，在如各實施方式的攝像鏡頭L所示，將第5鏡頭L5設為使凹面朝向像側且具有至少1個反曲點的非球面形狀，且滿足條件式(7)的下限的情形時，自中心視場角至周邊視場角可良好地修正像面彎曲，因此可較佳地實現廣視場角化。又，藉由以不成為條件式(7)的上限以上的方式設定相對於第5鏡頭L5的像側的面的近軸曲率半徑L5r的近軸像高(f‧tanω)，而可使攝像鏡頭L的最靠像側的面即第5鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑L5r的絕對值相對於近軸像高(f‧tanω)不會變得過小，尤其在中間視場角，可抑制通過光 學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大，又，可抑制過度修正像面彎曲。為了進一步提高該效果，較佳為滿足條件式(7-1)。
0.5<f‧tanω/L5r<5 (7-1)
又，將後焦點部分設為空氣換算長的情形時的自第1鏡頭L1的物體側的面至像面為止的光軸上的距離TTL、整個系統的焦點距離f、半視場角ω，較佳為滿足以下的條件式(8)。
1.3<TTL/(f‧tanω)<1.9 (8)
條件式(8)規定自第1鏡頭L1的物體側的面至像面為止的光軸上的距離TTL(鏡頭總長)相對於近軸像高(f‧tanω)的比的較佳數值範圍。再者，鏡頭總長中的後焦點部分(自第5鏡頭L5的像側的面頂點至像面為止的光軸上的距離)設為空氣換算長。藉由以不成為條件式(8)的下限以下的方式維持相對於近軸像高(f‧tanω)的自第1鏡頭L1的物體側的面至像面為止的光軸上的距離TTL，而可抑制過度修正像面彎曲。藉由以不成為條件式(8)的上限以上的方式確保相對於近軸像高(f‧tanω)的自第1鏡頭L1的物體側的面至像面為止的光軸上的距離TTL，而有利於鏡頭總長的縮短化。
又，自第2鏡頭L2至第4鏡頭L4的合成焦點距離f234以及整個系統的焦點距離f，較佳為滿足以下的條件式(9)。
0<f/f234<1.1 (9)
條件式(9)規定整個系統的焦點距離f相對於自第2 鏡頭L2至第4鏡頭L4的合成焦點距離f234的比的較佳數值範圍。藉由以不成為條件式(9)的下限以下的方式維持自第2鏡頭L2至第4鏡頭L4的合成焦點距離f234，而可使包含第2鏡頭L2至第4鏡頭L4的鏡頭群的折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，無須過度增強第1鏡頭L1的正折射力，因此有利於修正球面像差。藉由以不成為條件式(9)的上限以上的方式維持自第2鏡頭L2至第4鏡頭L4的合成焦點距離f234，而可使包含第2鏡頭L2至第4鏡頭L4的鏡頭群的正折射力不會變得過強，尤其可良好地修正像面彎曲並且可較佳地實現鏡頭總長的縮短化。
如以上所說明，根據本實用新型的實施方式的攝像鏡頭L，在整體上為5片的鏡頭構成中，使各鏡頭要素的構成最佳化，因此可實現如下的鏡頭系統，其使鏡頭總長縮短化，並且自中心視場角至周邊視場角具有高成像性能。
又，本實用新型的實施方式的攝像鏡頭藉由適當地滿足較佳條件，而可實現更高成像性能。又，根據本實施方式的攝像裝置，輸出與藉由本實施方式的高性能的攝像鏡頭而形成的光學像對應的攝像信號，因此可自中心視場角至周邊視場角獲取高解析的撮影圖像。
接著，對本實用新型的實施方式的攝像鏡頭的具體數值實施例進行說明。以下，匯總說明多個數值實施例。
下述的表1以及表2表示與圖1所示的攝像鏡頭的構成對應的具體的鏡頭資料。尤其是，表1中表示其基本的鏡頭資料， 表2中表示與非球面相關的資料。表1中所示的鏡頭資料的面編號Si的欄，表示針對實施例1的攝像鏡頭以將最靠物體側的鏡頭要素的面作為第1個(將孔徑光闌St設為第1個)，且隨著朝向像側而依序增加的方式附上符號的第i個面的編號。曲率半徑Ri的欄，與圖1中附上的符號Ri對應而表示自物體側第i個面的曲率半徑的值(mm)。至於面間隔Di的欄，亦同樣地表示自物體側第i個面Si與第i+1個面Si+1的於光軸上的間隔(mm)。Ndj的欄表示自物體側第j個光學要素相對於d線(587.6nm)的折射率的值。νdj的欄表示自物體側第j個光學要素相對於d線的阿貝數的值。再者，各鏡頭資料中，作為各資料而分別表示有整個系統的焦點距離f(mm)、及後焦點(back focus)Bf(mm)的值。再者，所述後焦點Bf表示進行空氣換算所得的值。再者，在無特別記載的情形時，焦點距離等因波長而產生變動的數值表示相對於d線的數值。
該實施例1的攝像鏡頭的第1鏡頭L1至第5鏡頭L5的兩面均成為非球面形狀。表1的基本鏡頭資料中，作為該等非球面的曲率半徑而表示有光軸附近的曲率半徑(近軸曲率半徑)的數值。
表2中表示實施例1的攝像鏡頭的非球面資料。作為非球面資料而表示的數值中，記號「E」表示其後續的數值是以10為底數的「冪指數(exponent)」，且表示將以該10為底數的指數函數表示的數值乘以「E」前面的數值。例如，若為「1.0E-02」， 則表示「1.0×10-2 」。
作為非球面資料，記述有藉由以下的式(A)表示的非球面形狀的式中的各係數Ai、KA的值。更詳細而言，Z表示自位於距光軸為高度h的位置的非球面上的點引至非球面的頂點的切平面(與光軸垂直的平面)的垂線的長度(mm)。
其中設為：Z：非球面的深度(mm)；h：自光軸至鏡頭面為止的距離(高度)(mm)；C：近軸曲率=1/R；(R：近軸曲率半徑)Ai：第i次(i為3以上的整數)非球面係數；KA：非球面係數。
與以上的實施例1的攝像鏡頭同樣地，將與圖2~圖4所示的攝像鏡頭的構成對應的具體的鏡頭資料作為實施例2至實施例4而顯示於表3~表8中。這些實施例1~實施例4的攝像鏡頭中，第1鏡頭L1至第5鏡頭L5的兩面均為非球面形狀。
圖6(A)~圖6(D)分別表示實施例1的攝像鏡頭的球面像差、像散(astigmatism)、畸變(畸變像差)、倍率色像差(倍率的色像差)圖。在表示球面像差、像散(像面彎曲)、畸變 (畸變像差)的各像差圖中，表示以d線(波長587.6nm)為基準波長的像差。在球面像差圖、倍率色像差圖中，亦表示有F線(波長486.1nm)、C線(波長656.3nm)的像差。又，在球面像差圖中亦表示有g線(波長435.8nm)的像差。在像散圖中，實線表示弧矢(sagittal)方向(S)的像差，虛線表示正切(tangential)方向(T)的像差。又，Fno.表示F值，且ω表示半視場角。
同樣地，將關於實施例2至實施例4的攝像鏡頭的各像差示於圖7(A)~圖7(D)至圖9(A)~圖9(D)中。
又，表9中對各實施例1~實施例4分別匯總表示與本實用新型的條件式(1)~條件式(9)相關的值。
如自以上各數值資料以及各像差圖所得知般，各實施例中實現有既可使鏡頭總長縮短化又具有高成像性能的攝像鏡頭。
再者，所述各表中記載有以規定位數捨入的數值。作為各數值的單位，對角度使用「°」，且對長度使用「mm」。然而，此為一例，光學系統即便按比例擴大或按比例縮小亦可使用，因此亦可使用其他適當單位。
再者，本實用新型的攝像鏡頭並不限定於實施方式以及各實施例，能以各種變形來實施。例如，各鏡頭成分的曲率半徑、面間隔、折射率、阿貝數(Abbe number)、非球面係數的值等並不限定於各數值實施例中所示的值，可取其他值。
又，各實施例中均以如下情況為前提進行記載，即以定焦點使用，但亦可設為能進行聚焦調整的構成。例如亦可設為將 鏡頭系統整體拉出、或使一部分鏡頭在光軸上移動而可進行自動聚焦(auto focus)的構成。
再者，所述近軸曲率半徑、面間隔、折射率、阿貝數均為光學測定方面的專家利用以下方法測定而求得者。
對於近軸曲率半徑，使用超高精度三維測定機UA3P(松下生產科技(Panasonic Factory Solutions)股份有限公司製造)測定鏡頭，並按照以下順序求出。臨時設定近軸曲率半徑Rm (m為自然數)與圓錐係數Km 並將所設定的數值輸入至UA3P，根據該等數值及測定資料，使用UA3P所擁有的擬合(fitting)功能來算出非球面形狀的式的第n次非球面係數An。在所述非球面形狀的式(A)中，考慮C=1/Rm 、KA=Km -1。根據Rm 、Km 、An及非球面形狀的式，算出與距光軸的高度h對應的光軸方向的非球面的深度Z。在距光軸的各高度h上，求出所算出的深度Z與實測值的深度Z’的差分，並判定該差分是否為規定範圍內，在該差分為規定範圍內的情形時，將所設定的Rm 設為近軸曲率半徑。另一方 面，在差分為規定範圍外的情形時，變更該差分的算出中所使用的Rm 以及Km 中的至少一者的值直至在距光軸的各高度h上算出的深度Z與實測值的深度Z’的差分成為規定範圍內為止，並設定為Rm+1 與Km+1 而輸入至UA3P，進行與所述相同的處理，反覆進行判定在距光軸的各高度h上算出的深度Z與實測值的深度Z’的差分是否為規定範圍內的處理。
再者，將此處所說的規定範圍內設為200nm以內。又，作為h的範圍而設為與鏡頭最大外徑的0~1/5以內對應的範圍。
面間隔是使用組鏡頭測長用的中心厚度與面間隔測定裝置OptiSurf(全歐光學(Trioptics)製造)進行測定而求出。
折射率是使用精密折射計KPR-2000(島津製作所股份有限公司製造)，於使被檢體的溫度為25℃的狀態下進行測定而求出。將利用d線(波長587.6nm)測定時的折射率設為Nd。同樣地，將利用e線(波長546.1nm)測定時的折射率設為Ne，將利用F線(波長486.1nm)測定時的折射率設為NF，將利用C線(波長656.3nm)測定時的折射率設為NC，將利用g線(波長435.8nm)測定時的折射率設為Ng。相對於d線的阿貝數νd藉由如下方法求出，即，將藉由所述測定而得的Nd、NF、NC代入至νd=(Nd-1)/(NF-NC)的式而算出。
100‧‧‧攝像元件
CG‧‧‧光學構件
D1~D13‧‧‧面間隔
L1‧‧‧第1鏡頭
L2‧‧‧第2鏡頭
L3‧‧‧第3鏡頭
L4‧‧‧第4鏡頭
L5‧‧‧第5鏡頭
R1~R13‧‧‧曲率半徑
R14‧‧‧像面
St‧‧‧孔徑光闌
Z1‧‧‧光軸

Claims (20)

  1. 一種攝像鏡頭，其特徵在於實質上包含5個鏡頭，自物體側依序包括：第1鏡頭，具有正折射力，且為使其凸面朝向物體側的凹凸形狀；第2鏡頭，為雙凹形狀；第3鏡頭，具有負折射力，且為使其凸面朝向像側的凹凸形狀；第4鏡頭，具有正折射力；以及第5鏡頭，具有負折射力，使凹面朝向像側，且像側的面具有至少1個反曲點；且滿足下述條件式：0.2<f/f4<1.38 (1)其中設為：f：整個系統的焦點距離；f4：所述第4鏡頭的焦點距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：-0.86<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.1 (2)其中設為：L1f：所述第1鏡頭的物體側的面的近軸曲率半徑；L1r：所述第1鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，更包括 滿足下述條件式：-0.6<(L1r+L2f)/(L1r-L2f)<0.11 (3)其中設為：L1r：所述第1鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑；L2f：所述第2鏡頭的物體側的面的近軸曲率半徑。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：0.2<f/f34<1.3 (4)其中設為：f34：所述第3鏡頭與所述第4鏡頭的合成焦點距離。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：0.21<f/L1r<1 (5)其中設為：L1r：所述第1鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：1.1<f/f1234<1.42 (6)其中設為：f1234：自所述第1鏡頭至所述第4鏡頭的合成焦點距離。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式： 0.4<f‧tanω/L5r<10 (7)其中設為：ω：半視場角；L5r：所述第5鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：1.3<TTL/(f‧tanω)<1.9 (8)其中設為：TTL：將後焦點部分設為空氣換算長的情形時的自所述第1鏡頭的物體側的面至像面為止的光軸上的距離；ω：半視場角。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，其中所述第4鏡頭為使其凸面朝向像側的凹凸形狀。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，其中所述第5鏡頭為使凹面朝向像側的凹凸形狀。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：0.6<f/f4<1.34 (1-1)。
  12. 如申請專利範圍第2項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：-0.85<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.5 (2-1)其中設為： L1f：所述第1鏡頭的物體側的面的近軸曲率半徑；L1r：所述第1鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑。
  13. 如申請專利範圍第3項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：-0.45<(L1r+L2f)/(L1r-L2f)<0.105 (3-1)其中設為：L1r：所述第1鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑；L2f：所述第2鏡頭的物體側的面的近軸曲率半徑。
  14. 如申請專利範圍第4項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：0.6<f/f34<1.28 (4-1)其中設為：f34：所述第3鏡頭與所述第4鏡頭的合成焦點距離。
  15. 如申請專利範圍第5項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：0.23<f/L1r<0.8 (5-1)其中設為：L1r：所述第1鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑。
  16. 如申請專利範圍第6項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：1.2<f/f1234<1.42 (6-1)其中設為： f1234：自所述第1鏡頭至所述第4鏡頭的合成焦點距離。
  17. 如申請專利範圍第7項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：0.5<f‧tanω/L5r<5 (7-1)其中設為：ω：半視場角；L5r：所述第5鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：1<f/f4<1.32 (1-2)。
  19. 如申請專利範圍第12項所述的攝像鏡頭，更包括滿足下述條件式：-0.84<(L1f-L1r)/(L1f+L1r)<-0.6 (2-2)其中設為：L1f：所述第1鏡頭的物體側的面的近軸曲率半徑；L1r：所述第1鏡頭的像側的面的近軸曲率半徑。
  20. 一種攝像裝置，包括如申請專利範圍第1項至第19項中任一項所述的攝像鏡頭。
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