TWM500897U - 攝像透鏡及包括攝像透鏡的攝像裝置 - Google Patents

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Motoari Ota
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Fujifilm Corp
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Description

攝像透鏡及包括攝像透鏡的攝像裝置
本新型創作涉及一種使被攝物的光學像成像在電荷耦合元件(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的攝像透鏡(lens)、及搭載該攝像透鏡而進行拍攝的數位靜態相機(digital still camera)或附照相機(camera)的手機及資訊移動終端(個人數位助理(Personal Digital Assistance，PDA))、智慧手機(smart phone)、平板(tablet)式終端及可擕式遊戲(game)機等的攝像裝置。
隨著個人電腦(personal computer)於普通家庭等的普及，能將所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迅速普及。而且，行動電話、智慧手機、或者平板式終端中，也多搭載有圖像輸入用的照相機模組(camera module)。在此種具有攝像功能的設備中，可使用CCD或CMOS等攝像元件。近年來，這些攝像元件越來越小型(compact)化， 從而，也要求攝像設備整體及搭載於其中的攝像透鏡具有緊湊性。而且同時，攝像元件也越來越高像素化，從而要求攝像透鏡具有高分辨度、高性能化。例如，要求具有可對應5百萬像素(megapixel)以上、更優選的是8百萬像素以上的高像素的性能。
為了滿足所述要求，提出了一種透鏡片數相對多的為5片結構的攝像透鏡。例如，專利文獻1中提出一種5片結構的攝像透鏡，就該5片結構而言，從物體側起依序包含具有正折射力的第1透鏡、具有負折射力的第2透鏡、具有負折射力的第3透鏡、具有正折射力的第4透鏡、及具有負折射力的第5透鏡。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]美國專利8379324號說明書
[新型創作所要解決的問題]
另一方面，尤其是就使用於移動終端、智慧手機或者平板終端等越來越薄型化的裝置中的攝像透鏡而言，透鏡總長縮短化的要求日益提高。因此，專利文獻1中記載的攝像透鏡要求透鏡總長進一步縮短化。
本新型創作是鑒於所述情況而完成，其目的在於提供一種能對應攝像元件的高像素化、且能實現透鏡總長的縮短化的攝像透鏡、及搭載該攝像透鏡從而能獲得高解析度的攝像圖像的攝 像裝置。
本新型創作的攝像透鏡實質上包含5個透鏡，即從物體側起依序包括：具有正折射力且凸面朝向物體側的第1透鏡L1、具有負折射力且凹面朝向像側的第2透鏡L2、具有負折射力且凹面朝向物體側的第3透鏡L3、具有正折射力且為凹面朝向物體側的凹凸(meniscus)形狀的第4透鏡L4、及具有負折射力且為凸面朝向像側的凹凸形狀的第5透鏡L5，且所述攝像透鏡滿足下述條件式：-1.9<f/f5<0 (1)
其中，f：整個系統的焦距；f5：第5透鏡的焦距。
本新型創作的攝像透鏡中，通過進而採用如下優選的結構，能使光學性能更良好。
本新型創作的攝像透鏡中，優選的是第1透鏡為雙凸形狀。
本新型創作的攝像透鏡中，優選的是第2透鏡為雙凹形狀。
本新型創作的攝像透鏡優選的是滿足以下的條件式(2)~條件式(6)、條件式(1-1)~條件式(6-1)、條件式(1-2)~條件式(5-2)中的任一個、或任意組合：-1.85<f/f5<-0.6 (1-1)
-1.81<f/f5<-1.1 (1-2)
0<f/f4<1.88 (2)
0.33<f/f4<1.69 (2-1)
0.65<f/f4<1.5 (2-2)
-0.19<f/f3<0 (3)
-0.19<f/f3<-0.01 (3-1)
-0.19<f/f3<-0.02 (3-2)
0.78<f/f123<3 (4)
0.78<f/f123<1.5 (4-1)
0.78<f/f123<0.95 (4-2)
0.55<f．P45<3 (5)
0.6<f．P45<2.1 (5-1)
0.65<f．P45<1.2 (5-2)
1<f/f1<3 (6)
1.5<f/f1<1.9 (6-1)
其中，f：整個系統的焦距；f1：第1透鏡的焦距；f3：第3透鏡的焦距；f4：第4透鏡的焦距；f5：第5透鏡的焦距；f123：第1透鏡至第3透鏡的合成焦距； P45：由第4透鏡的像側的面與第5透鏡的物體側的面所形成的空氣透鏡的折射力，且空氣透鏡的折射力是根據以下的式(P)求出。
此處，Nd4：第4透鏡相對於d線的折射率；Nd5：第5透鏡相對於d線的折射率；L4r：第4透鏡的像側的面的近軸曲率半徑；L5f：第5透鏡的物體側的面的近軸曲率半徑；D9：第4透鏡與第5透鏡在光軸上的空氣間隔。
另外，本新型創作的攝像透鏡中，所謂“實質上包含5個透鏡”是指還包括如下情況，即，本新型創作的攝像透鏡除了5個透鏡以外，還包括實質上不具有折射力的透鏡、光闌或蓋玻璃(cover glass)等透鏡以外的光學要素、透鏡凸緣(lens flange)、透鏡鏡筒(barrel)、抖動修正機構等機構部分等。
另外，所述透鏡的面形狀或折射力的符號是關於包含非球面的情況而在近軸區域考慮者。而且，曲率半徑的符號是將凸面朝向物體側的面形狀視為正，而將凸面朝向像側的面形狀視為負。
本新型創作的攝像裝置包括本新型創作的攝像透鏡。
根據本新型創作的攝像透鏡，在整體為5片的透鏡結構 中，使各透鏡要素的結構最佳化、尤其良好地構成第1至第5透鏡的形狀，因此，能實現對應攝像元件的高像素化、且能使透鏡總長縮短化的透鏡系統。
而且，根據本新型創作的攝像裝置，包括本新型創作的攝像透鏡，因此，能使攝像透鏡的光軸方向的裝置尺寸縮短化，能獲得高解析度的拍攝圖像。
1、501‧‧‧攝像裝置
2‧‧‧軸上光束
3‧‧‧最大視角的光束
100‧‧‧攝像元件
541‧‧‧照相機部
CG‧‧‧光學構件
D1~D13‧‧‧面間隔
L‧‧‧攝像透鏡
L1~L5‧‧‧第1透鏡~第5透鏡
R1~R14‧‧‧曲率半徑
St‧‧‧孔徑光闌
Z1‧‧‧光軸
ω‧‧‧最大視角的半值
圖1是表示本新型創作的一實施方式的攝像透鏡的第1結構例的圖，且為與實施例1對應的透鏡截面圖。
圖2是表示本新型創作的一實施方式的攝像透鏡的第2結構例的圖，且為與實施例2對應的透鏡截面圖。
圖3是表示本新型創作的一實施方式的攝像透鏡的第3結構例的圖，且為與實施例3對應的透鏡截面圖。
圖4是表示本新型創作的一實施方式的攝像透鏡的第4結構例的圖，且為與實施例4對應的透鏡截面圖。
圖5是表示本新型創作的一實施方式的攝像透鏡的第5結構例的圖，且為與實施例5對應的透鏡截面圖。
圖6是表示本新型創作的一實施方式的攝像透鏡的第6結構例的圖，且為與實施例6對應的透鏡截面圖。
圖7是圖6所示的攝像透鏡的光路圖。
圖8是表示本新型創作的實施例1的攝像透鏡的各像差的像差圖，且從左起依序表示球面像差、像散、畸變像差、倍率色像差。
圖9是表示本新型創作的實施例2的攝像透鏡的各像差的像差圖，且從左起依序表示球面像差、像散、畸變像差、倍率色像差。
圖10是表示本新型創作的實施例3的攝像透鏡的各像差的像差圖，且從左起依序表示球面像差、像散、畸變像差、倍率色像差。
圖11是表示本新型創作的實施例4的攝像透鏡的各像差的像差圖，且從左起依序表示球面像差、像散、畸變像差、倍率色像差。
圖12是表示本新型創作的實施例5的攝像透鏡的各像差的像差圖，且從左起依序表示球面像差、像散、畸變像差、倍率色像差。
圖13是表示本新型創作的實施例6的攝像透鏡的各像差的像差圖，且從左起依序表示球面像差、像散、畸變像差、倍率色像差。
圖14是表示包括本新型創作的攝像透鏡的作為行動電話終端的攝像裝置的圖。
圖15是表示包括本新型創作的攝像透鏡的作為智慧手機的攝像裝置的圖。
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實施方式的攝像透鏡的第1結構例。該結構例是與後述的第1數值實施例(表1、表2)的透鏡結構對應。同樣，圖2~圖6中表示與後述的第2實施方式至第6實施方式中的數值實施例(表3~表12)的透鏡結構對應的第2結構例至第6結構例的截面結構。圖1~圖6中，符號Ri表示以將最靠物體側的透鏡要素的面作為第1個、隨著朝向像側而依序增加的方式標注有符號的第i個面的曲率半徑。符號Di表示第i個面與第i+1個面在光軸Z1上的面間隔。另外，各構成例中的基本結構均相同，因此，以下，以圖1所示的攝像透鏡的結構例為基礎進行說明，且根據需要還對圖2結構例~圖6結構例進行說明。而且，圖7是圖6所示的攝像透鏡的光路圖，且表示聚焦於無限遠物體的狀態下的軸上光束2、最大視角的光束3的各光路及最大視角的半值ω。
本實用新型的實施方式的攝像透鏡L適宜用於採用了CCD或CMOS等攝像元件的各種攝像設備、尤其是相對小型的移動終端設備、例如數位靜態相機、附照相機的手機、智慧手機、平板式終端及PDA等中。作為該攝像透鏡L，沿光軸Z1，從物體側起依序包括第1透鏡L1、第2透鏡L2、第3透鏡L3、第4透鏡L4及第5透鏡L5。
圖14中表示本實用新型的實施方式的攝像裝置1即行動電話終端的概略圖。本實用新型的實施方式的攝像裝置1包括本實施方式的攝像透鏡L、及輸出與該攝像透鏡L所形成的光學像對應的攝像信號的CCD等攝像元件100(參照圖1~圖6)。攝像元件100配置於該攝像透鏡L的成像面。
圖15表示本實用新型的實施方式的攝像裝置501即智慧手機的概略圖。本實用新型的實施方式的攝像裝置501包括照相機部541，該照相機部541具有本實施方式的攝像透鏡L、及輸出與該攝像透鏡L所形成的光學像對應的攝像信號的CCD等攝像元件100(參照圖1~圖6)。攝像元件100配置於該攝像透鏡L的成像面。
在第5透鏡L5與攝像元件100之間，可根據供透鏡裝設的照相機側的結構而配置各種光學構件CG。例如，可配置用於保護攝像面的蓋玻璃或紅外截止濾光器(infrared cut filter)等平板狀的光學構件。這種情況下，作為光學構件CG，例如也可使用對於平板狀的蓋玻璃實施了具有紅外截止濾光器或中性密度(Neutral Density，ND)濾光器等濾光器效果的塗布(coat)而得的構件、或具有相同效果的材料。
而且，也可不使用光學構件CG，而通過對第5透鏡L5實施塗布等而使其具有與光學構件CG同等的效果。由此，能減少零件數量且縮短總長。
而且，該攝像透鏡L優選的是包括孔徑光闌St，該孔徑 光闌St配置於比第2透鏡L2的物體側的面更靠物體側的位置。當以所述方式配置孔徑光闌St時，尤其是在成像區域的周邊部，能抑制穿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，優選的是，將孔徑光闌St配置於比第1透鏡L1的物體側的面更靠物體側的位置。另外，所謂“配置於比第2透鏡的物體側的面更靠物體側的位置”是指，光軸方向上的孔徑光闌的位置位於和軸上邊緣(marginal)光線與第2透鏡L2的物體側的面的交點相同的位置、或是比該位置更靠物體側的位置。同樣，所謂“配置於比第1透鏡L1的物體側的面更靠物體側的位置”是指，光軸方向上的孔徑光闌的位置位於和軸上邊緣光線與第1透鏡L1的物體側的面的交點相同的位置、或是與比該位置更靠物體側的位置。
進而，當使孔徑光闌St在光軸方向上配置於比第1透鏡L1的物體側的面更靠物體側的位置時，優選的是，將孔徑光闌St配置於比第1透鏡L1的物體側的面頂點更靠像側的位置。這樣，當將孔徑光闌St配置於比第1透鏡L1的物體側的面頂點更靠像側的位置時，能使包含孔徑光闌St在內的攝像透鏡L的總長縮短化。另外，圖2~圖6中分別表示的第2結構例~第6結構例中的攝像透鏡L中，孔徑光闌St配置於比第1透鏡L1的物體側的面更靠物體側的位置，且孔徑光闌St配置於比第1透鏡L1的物體側的面頂點更靠像側的位置。然而，也可將孔徑光闌St配置於比第1透鏡L1的物體側的面頂點更靠物體側的位置。當孔徑光闌 St配置於比第1透鏡L1的物體側的面頂點更靠物體側的位置時，與孔徑光闌St配置於比第1透鏡L1的面頂點更靠像側的情況相比，從確保周邊光量的觀點出發，略微不利，但在成像區域的周邊部，能更好地抑制穿過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。另外，圖1~圖6所示的孔徑光闌St未必表示大小或形狀，而是表示其在光軸Z1上的位置。
該攝像透鏡L中，第1透鏡L1在光軸附近具有正折射力。因此，有利於使透鏡總長縮短化。而且，第1透鏡L1在光軸附近使凸面朝向物體側。因此，能夠充分增強承擔攝像透鏡L的主要成像功能的第1透鏡L1的正折射力，從而能更好地實現透鏡總長的縮短化。而且，優選的是，使第1透鏡L1在光軸附近成為雙凸形狀。此時，能良好地修正球面像差。
第2透鏡L2在光軸附近具有負折射力。而且，第2透鏡L2在光軸附近使凹面朝向像側。因此，能實現透鏡總長的縮短化，而且能良好地修正球面像差與色像差。而且，優選的是使第2透鏡L2在光軸附近為雙凹形狀。此時，能良好地修正色像差、且抑制高階的球面像差的產生。
第3透鏡L3在光軸附近具有負折射力。由此，當從物體側起，將具有正折射力的第1透鏡L1、具有負折射力的第2透鏡L2以及具有負折射力的第3透鏡L3視作1個正的透鏡系統時，可將包含第1透鏡L1~第3透鏡L3的正的透鏡系統設為攝遠型(telephoto)的結構，有利於透鏡總長的縮短化。而且，通過以第 2透鏡L2、及與該第2透鏡L2鄰接的第3透鏡L3均在光軸附近具有負折射力的方式構成，使第2透鏡L2與第3透鏡L3分擔負折射力，從而能適宜地增強包含第2透鏡L2與第3透鏡L3的負的透鏡群的折射力，且能以第2透鏡L2與第3透鏡L3各自的負的折射力不會變得過強的方式進行抑制。因此，能抑制球面像差修正過度的情況。而且，第3透鏡L3在光軸附近使凹面朝向物體側。由此，能良好地修正像散。而且，第3透鏡L3優選的是在光軸附近為凹面朝向物體側的凹凸形狀。此時，能更良好地修正像散。
第4透鏡L4在光軸附近具有正折射力。由此，能適宜地實現透鏡總長的縮短化，且能抑制尤其是中間視角下穿過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。而且，第4透鏡L4在光軸附近為凹面朝向物體側的凹凸形狀。此時，尤其在成像區域的周邊部，能抑制穿過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。
第5透鏡L5在光軸附近具有負折射力。由此，當將攝像透鏡L視作包括第1透鏡~第4透鏡L4的正的透鏡群、且視作包括第5透鏡L5的負的透鏡群時，能使攝像透鏡L整體成為攝遠型結構，從而能適宜地實現透鏡總長的縮短化。而且，通過使第5透鏡L5在光軸附近具有負折射力，能良好地修正像面彎曲。而且，第5透鏡L5在光軸附近為凸面朝向像側的凹凸形狀。因此，能使出射光瞳位置位於距成像面更遠的位置，能抑制低視角下穿 過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大，而且，能良好地修正畸變像差。
根據所述攝像透鏡L，在整體為5片的透鏡結構中，使第1透鏡L1至第5透鏡L5的各透鏡要素的結構最佳化，因此，能實現可達成透鏡總長的縮短化、也可對應攝像元件的高像素化的具有高成像性能的透鏡系統。
關於該攝像透鏡L，為了實現高性能化，適宜使第1透鏡L1至第5透鏡L5各透鏡的至少一個面為非球面形狀。
而且，構成所述攝像透鏡L的第1透鏡L1至第5透鏡L5優選的是單透鏡而非接合透鏡。若使所有透鏡均為單透鏡，則與使任一透鏡為接合透鏡時相比，與空氣接觸的透鏡面數量增多，因此，設計自由度增高，更容易實現透鏡總長的縮短化、高解析度。
而且，例如，如第1實施方式~第6實施方式的攝像透鏡般，當以聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角成為75°以上的方式設定所述攝像透鏡L的第1透鏡L1至第5透鏡L5的各透鏡結構時，能將攝像透鏡L適宜地應用於能實現透鏡總長的縮短化、且滿足行動電話等的高解析度要求的大小的攝像元件中。
接著，對與按以上方式構成的攝像透鏡L的條件式相關的作用及效果進行詳細說明。另外，攝像透鏡L優選的是，對於下述各條件式，滿足各條件式中的任一個或者任意組合。滿足的條件式優選的是根據攝像透鏡L所要求的事項而適當選擇。
首先，優選的是，第5透鏡L5的焦距f5及整個系統的焦距f滿足以下的條件式(1)：-1.9<f/f5<0 (1)。
條件式(1)中指定了整個系統的焦距f與第5透鏡L5的焦距f5的比的優選數值範圍。通過以不會成為條件式(1)的下限以下的方式抑制第5透鏡L5的折射力，第5透鏡L5的負折射力相對於整個系統的折射力不會變得過強，且能抑制成像區域的中間視角下穿過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。通過以不會成為條件式(1)的上限以上的方式確保第5透鏡L5的折射力，第5透鏡L5的負折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，能良好地修正像面彎曲。為了進一步提高該效果，優選的是滿足條件式(1-1)，更優選的是滿足條件式(1-2)：-1.85<f/f5<-0.6 (1-1)；-1.81<f/f5<-1.1 (1-2)。
而且，優選的是，第4透鏡L4的焦距f4及整個系統的焦距f滿足以下的條件式(2)：0<f/f4<1.88 (2)。
條件式(2)中指定了整個系統的焦距f與第4透鏡L4的焦距f4的比的優選數值範圍。通過以不會成為條件式(2)的下限以下的方式確保第4透鏡L4的折射力，第4透鏡L4的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，能適宜地實現透鏡總長的縮短化，而且能在成像區域的周邊部抑制穿過光學系統的 光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。通過以不會成為條件式(2)的上限以上的方式抑制第4透鏡L4的折射力，第4透鏡L4的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過強，能良好地修正倍率色像差與像面彎曲。為了進一步提高該效果，更優選的是滿足條件式(2-1)，進而優選的是滿足條件式(2-2)：0.33<f/f4<1.69 (2-1)；0.65<f/f4<1.5 (2-2)。
而且，優選的是，第3透鏡L3的焦距f3及整個系統的焦距f滿足以下的條件式(3)：-0.19<f/f3<0 (3)。
條件式(3)中指定了整個系統的焦距f與第3透鏡L3的焦距f3的比的優選數值範圍。通過以不會成為條件式(3)的下限以下的方式抑制第3透鏡L3的折射力，第3透鏡L3的負折射力相對於整個系統的折射力不會變得過強，能良好地修正各像差，實現小的光圈數(f-number)，且使透鏡總長縮短化，因此有利。通過以不會成為條件式(3)的上限以上的方式確保第3透鏡L3的折射力，第3透鏡L3的負折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，能良好地修正色像差。為了進一步提高該效果，更優選的是滿足條件式(3-1)，進而優選的是滿足條件式(3-2)：-0.19<f/f3<-0.01 (3-1)；-0.19<f/f3<-0.02 (3-2)。
而且，優選的是，第1透鏡L1至第3透鏡L3的合成焦 距f123及整個系統的焦距f滿足以下的條件式(4)：0.78<f/f123<3 (4)。
條件式(4)中指定了整個系統的焦距f與第1透鏡L1至第3透鏡L3的合成焦距f123的比的優選數值範圍。通過以不會成為條件式(4)的下限以下的方式確保包含第1透鏡L1至第3透鏡L3的透鏡系統的折射力，包含第1透鏡L1至第3透鏡L3的透鏡系統的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，有利於總長的縮短化。通過以不會成為條件式(4)的上限以上的方式抑制包含第1透鏡L1至第3透鏡L3的透鏡系統的折射力，包含第1透鏡L1至第3透鏡L3的透鏡系統的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過強，能良好地修正球面像差。為了進一步提高該效果，更優選的是滿足條件式(4-1)，進而優選的是滿足條件式(4-2)：0.78<f/f123<1.5 (4-1)；0.78<f/f123<0.95 (4-2)。
而且，優選的是整個系統的焦距f及由第4透鏡L4的像側的面與第5透鏡L5的物體側的面所形成的空氣透鏡的折射力P45滿足以下的條件式(5)：0.55<f．P45<3 (5)。
此處，P45可使用第4透鏡L4相對於d線的折射率Nd4、第5透鏡L5相對於d線的折射率Nd5、第4透鏡L4的像側的面的近軸曲率半徑L4r、第5透鏡L5的物體側的面的近軸曲率半徑 L5f、及第4透鏡L4與第5透鏡L5在光軸上的空氣間隔D9且根據以下的式(P)而求出。
折射力為焦距的倒數，因此，若將由第4透鏡L4的像側的面與第5透鏡L5的物體側的面所形成的空氣透鏡的焦距設為f45a，則條件式(5)中指定了整個系統的焦距f相對於該f45a的比的優選數值範圍。通過以不成為條件式(5)的下限以下的方式構成，由第4透鏡L4的像側的面與第5透鏡L5的物體側的面所形成的空氣透鏡的正折射力不會變得過弱，在低視角下，能良好地修正畸變像差，且能抑制穿過光學系統的光線向成像面(攝像元件)的入射角變大。通過以不成為條件式(5)的上限以上的方式構成，由第4透鏡L4的像側的面與第5透鏡L5的物體側的面所形成的空氣透鏡的折射力不會變得過強，能抑制球面像差的產生。為了進一步提高該效果，更優選的是滿足條件式(5-1)，進而更優選的是滿足條件式(5-2)：0.6<f．P45<2.1 (5-1)；0.65<f．P45<1.2 (5-2)。
而且，優選的是，第1透鏡L1的焦距f1及整個系統的焦距f滿足以下的條件式(6)：1<f/f1<3 (6)。
條件式(6)中指定了整個系統的焦距f與第1透鏡L1 的焦距f1的比的優選數值範圍。通過以不會成為條件式(6)的下限以下的方式確保第1透鏡L1的折射力，第1透鏡L1的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，能適宜地實現透鏡總長的縮短化。通過以不會成為條件式(6)的上限以上的方式抑制第1透鏡L1的折射力，第1透鏡L1的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過強，能良好地修正球面像差與像散。為了進一步提高該效果，優選的是滿足條件式(6-1)：1.5<f/f1<1.9 (6-1)。
通過使本實用新型的實施方式的攝像透鏡適當地滿足所述優選的條件，能實現更高的成像性能。而且，根據本實施方式的攝像裝置，輸出與由本實施方式的高性能的攝像透鏡所形成的光學像對應的攝像信號，因此，能使裝置尺寸縮短化，且能在廣視角下獲得高解析度的拍攝圖像。
接著，對於本實用新型的實施方式的攝像透鏡的具體數值實施例進行說明。
以下，對多個數值實施例進行匯總說明。
後述的表1及表2中表示與圖1所示的攝像透鏡的結構對應的具體的透鏡資料(data)。尤其是表1中表示其基本的透鏡資料，表2中表示非球面的相關資料。表1所示的透鏡資料中面編號Si的欄中，關於實施例1的攝像透鏡，表示以將最靠物體側的光學要素的物體側的面作為第1個、隨著朝向像側而依序增加的方式標注符號的第i個面的編號。曲率半徑Ri的欄中，與圖1 中標注的符號Ri對應地表示從物體側起的第i個面的曲率半徑的值(mm)。面間隔Di的欄中，也同樣表示從物體側起的第i個面Si與第i+1個面Si+1在光軸上的間隔(mm)。Ndj的欄中表示從物體側起的第j個光學要素相對於d線(波長587.6nm)的折射率的值。ν dj的欄中表示從物體側起的第j個光學要素相對於d線的阿貝數(Abbe number)的值。
表1中還表示孔徑光闌St與光學構件CG。曲率半徑的符號是將凸面朝向物體側的面形狀視為正，將凸面朝向像側的面形狀視為負。而且，在各透鏡資料的框外上部，作為各資料，分別表示整個系統的焦距f(mm)、後焦點Bf(Backfocus)(mm)、光圈數(f-number)Fno.、聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角2 ω(°)的值。另外，該後焦點Bf表示經空氣換算後的值。
表1的基本透鏡資料中，對非球面的面編號標注*標記。該實施例1的攝像透鏡中，第1透鏡L1至第5透鏡L5的雙面均成為非球面形狀。表1的基本透鏡資料中，作為這些非球面的曲率半徑，表示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的攝像透鏡的非球面資料。在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”，且表示使該以10作為底數的指數函數所表示的數值乘以“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，記述了由以下的式(A)所表示的非球 面形狀的式中的各係數An、KA的值。更詳細而言，Z表示從位於距離光軸的高度為h的位置上的非球面上的點、下引至非球面的頂點的切平面(垂直於光軸的平面)的垂線的長度(mm)。
其中，Z：非球面的深度(mm)；h：從光軸至透鏡面的距離(高度)(mm)；C：近軸曲率=1/R；(R：近軸曲率半徑)；An：第n次(n為3以上的整數)的非球面係數；KA：非球面係數。
與以上的實施例1的攝像透鏡同樣地，將與圖2~圖6所示的攝像透鏡的結構對應的具體的透鏡資料作為實施例2至實施例6而示於表3~表12中。這些實施例1~實施例6的攝像透鏡中，第1透鏡L1至第5透鏡L5的雙面均成為非球面形狀。
圖8中，從左起依序分別示出表示實施例1的攝像透鏡的球面像差、像散、畸變(distortion)(畸變像差)、倍率色像差(倍率的色像差)的像差圖。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)作為基準波長的像差，但在球面像差圖中還表示F線(波長486.1nm)、C線(波長656.3nm)、g線(波長435.8nm)的像差，在 倍率色像差圖中表示F線、C線、g線的像差。在像散圖中，實線表示弧矢(sagittal)方向(S)的像差，虛線表示切線(tangential)方向(T)的像差。而且，Fno.表示光圈數，ω表示聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角的半值。
同樣地，將關於實施例2至實施例6的攝像透鏡的各像差示於圖9至圖13中。圖9至圖13中所示的像差圖均是物體距離無限遠時的圖式。
而且，表13中，針對各實施例1~實施例6分別匯總表示所述各條件式(1)~條件式(6)的對應值。
另外，各表中記載的數值是以規定的位數四捨五入而得。作為各數值的單位，角度使用“°”，長度使用“mm”。然而，此為一例，因光學系統在擴大或者縮小比例的情況下也可使用，所以，也能使用其他適當的單位。
根據各數值資料及各像差圖可知，實施例1~實施例6的攝像透鏡中，聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角為75°以上而能實現廣角化，總長能縮短化，且各像差得到良好的修正，從而能從中心視角至周邊視角實現高成像性能。
以上，列舉了實施方式及實施例而對本實用新型進行說明，但本實用新型的攝像透鏡並不限於所述實施方式及所述實施例，能進行各種變形。例如，各透鏡的曲率半徑、面間隔、折射率、阿貝數、非球面係數的值等並不限於各數值實施例中所示的值，可採用其他值。
而且，各實施例中，均以定焦使用為前提進行記載，但也可為可調焦的結構。例如也可成為抽出透鏡系統整體、或使一部分透鏡在光軸上移動而可自動聚焦(autofocus)的結構。
另外，所述近軸曲率半徑、面間隔、折射率、阿貝數均是光學測量的相關專家按以下方法測量後求出。
近軸曲率半徑是使用超高精度三維測量儀UA3P(松下生產科技股份有限公司製造)對透鏡進行測量、且按以下順序求出。臨時設定近軸曲率半徑Rm (m為自然數)與圓錐係數Km 且輸入至UA3P，根據這些數值及測量資料，使用UA3P附帶的擬合(fitting)功能而算出非球面形狀的式的第n次的非球面係數An。在所述非球面形狀的式(A)中，認為C=1/Rm 、KA=Km -1。根據Rm 、Km 、An與非球面形狀的式，算出與距離光軸的高度h相應的光軸方向的非球面的深度Z。在距離光軸的各高度h下，求出所算出的深度Z與實際值的深度Z’的差值，判斷該差值是否在規定範圍內，當在規定範圍內時，將所設定的Rm作為近軸曲率半徑。另一方面，當差值為規定範圍外時，反復進行如下處理，直至在距離光軸的各高度h下所算出的深度Z與實際值的深度Z’的差值在規定範圍內為止，該處理是指：變更算出該差值時使用的Rm 及Km 中的至少一個值而設定為Rm+1 與Km+1 ，且將它們輸入至UA3P，進行與上文相同的處理，判斷在距離光軸的各高度h下 所算出的深度Z與實際值的深度Z’的差值是否在規定範圍內。另外，此處所述的規定範圍內是指200nm以內。而且，作為h的範圍，是與透鏡最大外徑的0~1/5以內對應的範圍。
面間隔是使用用於測量組合透鏡的長度的、中心厚度及面間隔測量裝置歐菩提沙弗(OptiSurf)(全歐光學(Trioptics)製造)進行測量而求出。
折射率是使用精密折射儀KPR-2000(島津製作所股份有限公司製造)、將被測物的溫度設為25℃的狀態進行測量而求出。將以d線(波長587.6nm)測量時的折射率設為Nd。同樣地，將以e線(波長546.1nm)測量時的折射率設為Ne，將以F線(波長486.1nm)測量時的折射率設為NF，將以C線(波長656.3nm)測量時的折射率設為NC，將以g線(波長435.8nm)測量時的折射率設為Ng。相對於d線的阿貝數ν d是通過將利用所述測量所得的Nd、NF、NC代入至ν d=(Nd-1)/(NF-NC)式中進行計算而求出。
100‧‧‧攝像元件
CG‧‧‧光學構件
L1~L5‧‧‧第1透鏡~第5透鏡
D1~D13‧‧‧面間隔
R1~R14‧‧‧曲率半徑
St‧‧‧孔徑光闌
Z1‧‧‧光軸

Claims (20)

  1. 一種攝像透鏡，其特徵在於，實質上包含5個透鏡，即從物體側起依序包括：第1透鏡，具有正折射力且凸面朝向物體側；第2透鏡，具有負折射力且凹面朝向像側；第3透鏡，具有負折射力且凹面朝向物體側；第4透鏡，具有正折射力且為凹面朝向物體側的凹凸形狀；及第5透鏡，具有負折射力且為凸面朝向像側的凹凸形狀，且所述攝像透鏡滿足下述條件式：-1.9<f/f5<0 (1)；其中，f為整個系統的焦距；f5為所述第5透鏡的焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：0<f/f4<1.88 (2)；其中，f4為所述第4透鏡的焦距。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：-0.19<f/f3<0 (3)； 其中，f3為所述第3透鏡的焦距。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，其特徵在於，進而滿足以下的條件式：0.78<f/f123<3 (4)；其中，f123為所述第1透鏡至所述第3透鏡的合成焦距。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：0.55<f．P45<3 (5)其中，P45為由所述第4透鏡的像側的面與所述第5透鏡的物體側的面所形成的空氣透鏡的折射力，且所述空氣透鏡的折射力是根據以下的式(P)求出， 此處，Nd4為所述第4透鏡相對於d線的折射率；Nd5為所述第5透鏡相對於d線的折射率；L4r為所述第4透鏡的像側的面的近軸曲率半徑；L5f為所述第5透鏡的物體側的面的近軸曲率半徑；D9為所述第4透鏡與所述第5透鏡在光軸上的空氣間隔。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括 滿足以下的條件式：1<f/f1<3 (6)；其中，f1為所述第1透鏡的焦距。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，其中所述第1透鏡為雙凸形狀。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，其中所述第2透鏡為雙凹形狀。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：-1.85<f/f5<-0.6 (1-1)。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：0.33<f/f4<1.69 (2-1)；其中，f4為所述第4透鏡的焦距。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：-0.19<f/f3<-0.01 (3-1)；其中，f3為所述第3透鏡的焦距。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包 括滿足以下的條件式：0.78<f/f123<1.5 (4-1)；其中，f123為所述第1透鏡至所述第3透鏡的合成焦距。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：0.6<f．P45<2.1 (5-1)；其中，P45為由所述第4透鏡的像側的面與所述第5透鏡的物體側的面所形成的空氣透鏡的折射力，且所述空氣透鏡的折射力是根據以下的式(P)求出， 此處，Nd4為所述第4透鏡相對於d線的折射率；Nd5為所述第5透鏡相對於d線的折射率；L4r為所述第4透鏡的像側的面的近軸曲率半徑；L5f為所述第5透鏡的物體側的面的近軸曲率半徑；D9為所述第4透鏡與所述第5透鏡在光軸上的空氣間隔。
  14. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：1.5<f/f1<1.9 (6-1)； 其中，f1為所述第1透鏡的焦距。
  15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：-1.81<f/f5<-1.1 (1-2)。
  16. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：0.65<f/f4<1.5 (2-2)；其中，f4為所述第4透鏡的焦距。
  17. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：-0.19<f/f3<-0.02 (3-2)；其中，f3為所述第3透鏡的焦距。
  18. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式：0.78<f/f123<0.95 (4-2)；其中，f123為所述第1透鏡至所述第3透鏡的合成焦距。
  19. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，更包括滿足以下的條件式： 0.65<f．P45<1.2 (5-2)；其中，P45為由所述第4透鏡的像側的面與所述第5透鏡的物體側的面所形成的空氣透鏡的折射力，且所述空氣透鏡的折射力是根據以下的式(P)求出， 此處，Nd4為所述第4透鏡相對於d線的折射率；Nd5為所述第5透鏡相對於d線的折射率；L4r為所述第4透鏡的像側的面的近軸曲率半徑；L5f為所述第5透鏡的物體側的面的近軸曲率半徑；D9為所述第4透鏡與所述第5透鏡在光軸上的空氣間隔。
  20. 一種攝像裝置，包括根據申請專利範圍第1至19項中任一項所述的攝像透鏡。
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