TWM501567U - 攝像透鏡及包括攝像透鏡的攝像裝置 - Google Patents

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Description

攝像透鏡及包括攝像透鏡的攝像裝置
本新型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靜態式數位照相機(digital still camera)或帶照相機(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)向普通家庭等的普及，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靜態式數位照相機正在迅速普及。而且，移動電話、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緊湊(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畫素化，從而要求攝像透鏡具有高分辨度、高性能化。例如，要求具有可應對5百萬畫素(megapixel)以上、更較佳的是8百萬畫素以上的高畫素的性能。
為了滿足所述要求，提出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至專利文獻3中提出了一種5片結構的攝像透鏡，其中，從物體側起依序包括：具有正折射力的第1透鏡、具有負折射力的第2透鏡、具有正折射力的第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]中國實用新型第202815300號說明書
[專利文獻2]臺灣專利申請公開第201305652號說明書
[專利文獻3]美國專利第8179614號說明書
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，隨著高畫素化的要求，攝像元件的圖像尺寸(image size)逐步大型化。並且，為了適用於滿足此種高畫素化要求且具有大圖像尺寸的攝像元 件，對應於圖像尺寸的透鏡總長的縮短化的要求日益提高。而且，要求實現一種滿足高解析度度化要求、同時還具有更小的光圈值(F number)且更廣角的攝像透鏡。然而，就專利文獻1至專利文獻3中所述的攝像透鏡而言，若要適用於大小滿足高畫素化要求的攝像元件中，則透鏡總長會變得過長，故而不理想。另外，對專利文獻1至專利文獻3中所述的攝像透鏡要求進一步實現廣角化且縮小光圈值。
本新型是鑒於所述情況而完成，其目的在於提供一種能應對大小滿足高畫素化要求的攝像元件而實現對應於圖像尺寸的透鏡總長的縮短化、並且能實現廣角化及小的光圈值、從中心視角至周邊視角實現高成像性能的攝像透鏡、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。
本新型的第1攝像透鏡的特徵在於，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，具有負折射力且為凹面朝向物體側的凹凸(meniscus)形狀；第3透鏡，具有正折射力且為凸面朝向物體側的凹凸形狀；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物體側的凹凸形狀，並且像側的面為在從像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點(inflection point)的非球面形狀；該第1攝像透鏡滿足下述條件式： 1.29<f/f1<3 (1)其中，f為整個系統的焦距；f1為第1透鏡的焦距。
本新型的第2攝像透鏡的特徵在於，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，具有負折射力且為凹面朝向物體側的凹凸形狀；第3透鏡，具有正折射力且為凸面朝向物體側的凹凸形狀；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，凹面朝向像側，且像側的面為在從像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀；該第2攝像透鏡滿足下述條件式：1.26<TTL/(f．tan ω)<1.46 (2)其中，TTL為將後焦點(back focus，Bf)設為空氣換算長度時從第1透鏡的物體側的面至像面的光軸上的距離；f為整個系統的焦距；ω為聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角的半值。
本新型的第1攝像透鏡及第2攝像透鏡中，通過進一步 採用如下較佳的構成，能使光學性能更加良好。
本新型的第1攝像透鏡及第2攝像透鏡中，較佳的是，第1透鏡為雙凸形狀。
本新型的第1攝像透鏡及第2攝像透鏡中，較佳的是，第2透鏡的物體側的面為在從物體側的面與軸上邊緣(marginal)光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀。
本新型的第1攝像透鏡及第2攝像透鏡中，較佳的是，第3透鏡的物體側的面為在從物體側的面與軸上邊緣光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀。
本新型的第1攝像透鏡及第2攝像透鏡中，較佳的是，還包括孔徑光闌，該孔徑光闌配置在比第1透鏡的物體側的面更靠物體側的位置。
本新型的第1攝像透鏡較佳的是，滿足以下的條件式(3)~條件式(7)、條件式(1-1)~條件式(5-1)、條件式(1-2)~條件式(2-2)中的任一個、或任意的組合。本新型的第2攝像透鏡較佳的是，滿足以下的條件式(1)、條件式(3)~條件式(7)、條件式(1-1)~條件式(5-1)、條件式(1-2)~條件式(2-2)中的任一個、或任意的組合。
1.29<f/f1<3 (1)
1.32<f/f1<2.5 (1-1)
1.35<f/f1<2 (1-2)
1.34<TTL/(f．tan ω)<1.45 (2-1)
1.38<TTL/(f．tan ω)<1.45 (2-2)
0<f/f3<0.27 (3)
0<f/f3<0.21 (3-1)
0<f/(f3．ν d3)<0.012 (4)
0<f/(f3．ν d3)<0.004 (4-1)
0.5<L1f/φ<0.86 (5)
0.6<L1f/φ<0.84 (5-1)
1<f．tan ω/L5r<3 (6)
-1.6<f/f5<-1.22 (7)其中，f為整個系統的焦距；f1為第1透鏡的焦距；f3為第3透鏡的焦距；f5為第5透鏡的焦距；ν d3為第3透鏡的關於d線的阿貝數(Abbe number)；L1f為第1透鏡的物體側的面的近軸曲率半徑；L5r為第5透鏡的像側的面的近軸曲率半徑；φ為入射光瞳的直徑；TTL為將後焦點設為空氣換算長度時從第1透鏡的物體側的面至 像面的光軸上的距離；ω為聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角的半值。
另外，本新型的第1攝像透鏡及第2攝像透鏡中，所謂「實質上包括5個透鏡」是指還包括如下情況，即，本新型的攝像透鏡除了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內考慮者。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。
而且，所述「拐點」是指，面形狀相對於像側而從凸形狀轉換為凹形狀(或從凹形狀轉換為凸形狀)的點。
本新型的攝像裝置包括本新型的攝像透鏡。
根據本新型的攝像透鏡，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透鏡至第5透鏡的形狀，因此，能實現如下透鏡系統，其能應對大小滿足高畫素化要求的攝像元件而實現對應於圖像尺寸的透鏡總長的縮短化、並且能實現廣角化及小的光圈值、從中心視角至周邊視角實現高成像性能。
而且，根據本新型的攝像裝置，因包括本新型的攝像透 鏡，故而，能縮短攝像透鏡的光軸方向上的裝置尺寸，且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
4‧‧‧主光線
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1所示的攝像透鏡的光路圖。
圖8是表示本新型的實施例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是表示包括本新型的攝像透鏡的作為移動電話終端的攝像裝置的圖。
圖15是表示包括本新型的攝像透鏡的作為智慧手機的攝像裝置的圖。
以下，參照圖式對本新型的實施方式進行詳細說明。
圖1表示本新型的第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，各結構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~圖6的結構例進行說明。而且，圖7為圖1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。另外，最大視角的光束3中，以一點鏈線表示最大視角的主光線4。
本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、例如靜態式數位照相機、帶照相機的手機、智慧手機、平板式終端及PDA等中。該攝像透鏡L中，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中表示本新型的實施方式的攝像裝置1即移動電話終端的概略圖。本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配置在該攝像透鏡L的成像面。
圖15表示本新型的實施方式的攝像裝置501即智慧手機的概略圖。本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配置在該攝像透鏡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線截止濾光器(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線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，較佳的是，該攝像透鏡L包括孔徑光闌St，該孔徑光闌St配置在比第1透鏡L1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。另外，所謂「配置在比第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、或是比該位置更靠物體側的位置。
另外，當使孔徑光闌St在光軸方向上配置在比第1透鏡L1的物體側的面更靠物體側的位置時，較佳的是，將孔徑光闌St配置在比第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配置在比第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，第1實施方式~第6實施方式的各攝像透鏡L是將孔徑光闌St配置在比第1透鏡L1的物體側的面更靠物體側的位置、且將孔徑光闌St配置在比第1透鏡L1的物體側的面頂點更靠像側的位置的結構例。其中，也可將孔徑光闌St配置在比第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配置在比第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配置在比第1透鏡L1的物體側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，較佳的是，使第1透鏡L1在光軸附近成為雙凸形狀。此時，能鄰接於在光軸附近為雙凸形狀的第1透鏡L1的像側而配置在光軸附近使凹面朝向物體側的第2透鏡L2，從而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為在光軸附近使凹面朝向物體側的凹凸形狀。因此，能良好地修正球面像差與色像差。
而且，較佳的是，第2透鏡L2的物體側的面為在從物體側的面與軸上邊緣光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀。此時，能使第2透鏡L2的物體側的面構成為在周邊部向物體側凸起的形狀，從而能良好地抑制高階的球面像差的產生。另外，本說明書中，所謂「在從物體側的面與軸上邊緣光線的交點朝向光軸的半徑方向內側」是指，和物體側的面與軸上邊緣光線的交點相同的位置、或是比該位置更朝向光軸的半徑方向內側。在第2透鏡L2的物體側的面，拐點可配置在和軸上邊緣光線與第2透鏡L2的物體側的面的交點相同的位置、或是比該位置更朝向光軸的半徑方向內側的任意的位置。
第3透鏡L3在光軸附近具有正折射力。因此，有利於總長的縮短化，能容易地修正球面像差。而且，第3透鏡L3為在光軸附近使凸面朝向物體側的凹凸形狀。因此，能使第3透鏡L3的後側主點位置靠近物體側，從而能良好地使透鏡總長縮短化。
而且，較佳的是，第3透鏡L3的物體側的面為在從物體側的面與軸上邊緣光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀。此時，能使第3透鏡L3的物體側的面構成為在周邊部向物體側凹陷的形狀，從而能良好地抑制高視角下的像散的產生。而且，在第3透鏡L3的物體側的面，拐點可配置在和軸上邊緣光線與第3透鏡L3的物體側的面的交點相同的位 置、或是比該位置更朝向光軸的半徑方向內側的任意的位置。
第4透鏡L4在光軸附近具有正折射力。此時，尤其能抑制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為在光軸附近使凹面朝向物體側的凹凸形狀。因此，能良好地修正像散。
第5透鏡L5在光軸附近具有負折射力。因此，能良好地實現透鏡總長的縮短化，而且，能良好地修正像面彎曲。而且，第5透鏡L5在光軸附近使凹面朝向像側。因此，更有利於像面彎曲的修正。為了進一步提高該效果，較佳的是，第5透鏡L5為在光軸附近使凸面朝向物體側的凹凸形狀。
而且，第5透鏡L5的像側的面為在從像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀。因此，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。而且，通過使第5透鏡L5的像側的面成為在從像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀，能良好地修正畸變像差。另外，本說明書中，所謂「在從像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側」是指，和像側的面與最大視角的主光線的交點相同的位置、或是比該位置更朝向光軸的半徑方向內側。而且，第5透鏡L5的像側的面上所設的拐點可配置在和第5透鏡L5的像側的面與最大視角的主光線的交點相同的位置、或是比該位置更朝向光軸的半徑方向 內側的任意的位置。
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，能實現一種能應對大小滿足高畫素化要求的攝像元件而實現對應於圖像尺寸的透鏡總長的縮短化、並且能實現廣角化及小的光圈值、從中心視角至周邊視角實現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各透鏡中的至少一個面成為非球面形狀。
而且，較佳的是，構成所述攝像透鏡L的第1透鏡L1至第5透鏡L5為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，更容易實現對應於圖像尺寸的透鏡總長的縮短化、廣角化及小的光圈值。
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更詳細的說明。另外，攝像透鏡L較佳的是，對於下述各條件式，滿足各條件式中的任一個或任意的組合。滿足的條件式較佳的是根據攝像透鏡L所要求的事項而適當選擇。
首先，較佳的是，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(1)：1.29<f/f1<3 (1)。
條件式(1)中指定了整個系統的焦距f與第1透鏡L1的焦距f1的比的較佳數值範圍。通過以不會成為條件式(1)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，能良好地實現透鏡總長的縮短化。而且，通過滿足條件式(1)的下限，能容易地保證有大的入射光瞳的直徑、且縮短整個系統的焦距，因此，有利於實現廣角化且縮小光圈值。通過以不會成為條件式(1)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，較佳的是滿足條件式(1-1)，更較佳的是滿足條件式(1-2)：1.32<f/f1<2.5 (1-1)
1.35<f/f1<2 (1-2)。
而且，較佳的是，將後焦點設為空氣換算長度時從第1透鏡L1的物體側的面至像面的光軸上的距離TTL與近軸像高(f．tan ω)滿足以下的條件式(2)：1.26<TTL/(f．tan ω)<1.46 (2)。
條件式(2)中指定了從第1透鏡L1的物體側的面至像面的距離TTL(透鏡總長)與近軸像高(f．tan ω)的比的較佳數值範圍。 另外，將透鏡總長中的後焦點(從第5透鏡L5的像側的面頂點至像面的光軸上的距離)設為空氣換算長度。通過以不會成為條件式(2)的下限以下的方式確保相對於近軸像高(f．tan ω)的、從第1透鏡L1的物體側的面至像面的距離TTL，能良好地修正畸變像差，而且，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。通過以不會成為條件式(2)的上限以上的方式維持相對於近軸像高(f．tan ω)的、從第1透鏡L1的物體側的面至攝像面的距離TTL，能良好地使對應於圖像尺寸的透鏡總長縮短化。因此，能維持透鏡總長、且使圖像尺寸大型化，有利於應對滿足高畫素化要求的攝像元件，而且，還有利於維持圖像尺寸且進一步使透鏡總長縮短化。為了進一步提高該效果，更較佳的是滿足下述條件式(2-1)，進而較佳的是滿足條件式(2-2)：1.34<TTL/(f．tan ω)<1.45 (2-1)
1.38<TTL/(f．tan ω)<1.45 (2-2)。
而且，較佳的是，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<f/f3<0.27 (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的比的較佳數值範圍。通過以不會成為條件式(3)的 下限以下的方式確保第3透鏡L3的折射力，第3透鏡L3的正折射力相對於整個系統的折射力不會變得過弱，有利於實現透鏡總長的縮短化與廣角化。通過以不會成為條件式(3)的上限以上的方式抑制第3透鏡L3的折射力，第3透鏡L3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，更較佳的是滿足條件式(3-1)：0<f/f3<0.21 (3-1)。
而且，較佳的是，整個系統的焦距f、第3透鏡L3的焦距f3、第3透鏡的d線下的阿貝數ν d3滿足以下的條件式(4)：0<f/(f3．ν d3)<0.012 (4)。
條件式(4)中指定了第3透鏡L3的折射力與整個系統的折射力的比(f/f3)和第3透鏡L3的材質的分散率(1/ν d3)的乘積的較佳數值範圍，且表示第3透鏡L3的分散對於整個系統的折射力的貢獻率。通過以不會成為條件式(4)的下限以下的方式設定整個系統的折射力、第3透鏡L3的折射力及第3透鏡L3的分散率，從而有利於實現透鏡總長的縮短化與廣角化。通過以不會成為條件式(4)的上限以上的方式設定整個系統的折射力、第3透鏡L3的折射力及第3透鏡L3的分散率，能良好地修正軸上色像差。為了進一步提高該效果，更較佳的是滿足條件式 (4-1)：0<f/(f3．ν d3)<0.004 (4-1)。
而且，較佳的是，第1透鏡L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f、入射光瞳的直徑φ滿足以下的條件式(5)：0.5<L1f/φ<0.86 (5)。
條件式(5)中指定了相對於入射光瞳的直徑φ的、第1透鏡L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f的較佳數值範圍。通過以不會成為條件式(5)的下限以下的方式設定相對於入射光瞳的直徑φ的、第1透鏡L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f，從而，相對於入射光瞳的直徑φ，第1透鏡L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f的絕對值不會變得過小，能抑制球面像差的產生。通過以不會成為條件式(5)的上限以上的方式設定相對於入射光瞳的直徑φ的、第1透鏡L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f，從而，相對於入射光瞳的直徑φ，第1透鏡L1的物體側的面的近軸曲率半徑L1f的絕對值不會變得過大，有利於實現透鏡總長的縮短化、及小的光圈值。為了進一步提高該效果，更較佳的是滿足條件式(5-1)：0.6<L1f/φ<0.84 (5-1)。
而且，較佳的是，整個系統的焦距f、聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角的半值ω、第5透鏡L5的像側的面的近軸曲率半徑L5r滿足以下的條件式(6)：1<f．tan ω/L5r<3 (6)。
條件式(6)中指定了近軸像高(f．tan ω)與第5透鏡的像側的面的近軸曲率半徑L5r的比的較佳數值範圍。通過以不會成為條件式(6)的下限以下的方式設定相對於第5透鏡的像側的面的近軸曲率半徑L5r的、近軸像高(f．tan ω)，從而，相對於近軸像高(f．tan ω)，攝像透鏡的最靠像側的面即第5透鏡L5的像側的面的近軸曲率半徑L5r的絕對值不會變得過大，能實現透鏡總長的縮短化、且能充分地修正像面彎曲。另外，如各實施方式的攝像透鏡L所示，當使第5透鏡L5成為使凹面朝向像側且具有至少1個拐點的非球面形狀、且滿足條件式(6)的下限時，能良好地修正從中心視角至周邊視角的像面彎曲，故而，能良好地實現廣角化。而且，通過以不會成為條件式(6)的上限以上的方式設定相對於第5透鏡的像側的面的近軸曲率半徑L5r的近軸像高(f．tan ω)，從而，相對於近軸像高(f．tan ω)，攝像透鏡的最靠像側的面即第5透鏡的像側的面的近軸曲率半徑L5r的絕對值不會變得過小，尤其能抑制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，能抑制像面彎曲的修正過度。
較佳的是，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(7)：-1.6<f/f5<-1.22 (7)。
條件式(7)中指定了整個系統的焦距f與第5透鏡L5的焦距f5的比的較佳數值範圍。通過以不會成為條件式(7)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，能抑制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(7)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。
通過使本新型的實施方式的攝像透鏡適當地滿足所述較佳的條件，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。
此處，對於攝像透鏡L的2個較佳的結構例及其效果進行敍述。另外，這2個較佳的結構例均可適當採用所述攝像透鏡L 的較佳的結構。
首先，第1結構例的攝像透鏡L中，實質上包括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、具有負折射力且為凹面朝向物體側的凹凸形狀的第2透鏡L2、具有正折射力且為凸面朝向物體側的凹凸形狀的第3透鏡L3、具有正折射力且為凹面朝向物體側的凹凸形狀的第4透鏡L4、及具有負折射力且為凸面朝向物體側的凹凸形狀、並且像側的面為在從像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀的第5透鏡L5，且該攝像透鏡L滿足條件式(1)。根據該第1結構例，尤其能良好地修正球面像差與像散、且能實現透鏡總長的縮短化。
第2結構例的攝像透鏡L中，實質上包括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、具有負折射力且為凹面朝向物體側的凹凸形狀的第2透鏡L2、具有正折射力且為凸面朝向物體側的凹凸形狀的第3透鏡L3、具有正折射力且為凹面朝向物體側的凹凸形狀的第4透鏡L4、及具有負折射力、凹面朝向像側、且像側的面為在從像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀的第5透鏡L5，且該攝像透鏡L滿足條件式(2)。根據該第2結構例，尤其能良好地修正畸變像差，而且，能抑制周邊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2結構例中，能良好地使對應於圖像尺寸 的透鏡總長縮短化，故而，能維持透鏡總長、且使圖像尺寸大型化，有利於應對滿足高畫素化要求的攝像元件，而且，有利於維持圖像尺寸、且進一步使透鏡總長縮短化。
如以上說明所述，根據本新型的實施方式的攝像透鏡L，在整體為5片的透鏡結構中，使各透鏡要素的結構最佳化，因此，能實現一種實現對應於圖像尺寸的透鏡總長的縮短化與廣角化、且光圈值小、具有高成像性能的透鏡系統。
而且，例如，在如第1實施方式~第6實施方式的攝像透鏡般，以聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角為75度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，容易實現對應於圖像尺寸的透鏡總長的縮短化，從而能良好地將攝像透鏡L應用於大小滿足移動電話等的高解析度化要求的攝像元件中。另外，例如，在如第1實施方式~第6實施方式的攝像透鏡般，以使表示透鏡總長與近軸像高的比的條件式(2)的值成為1.40~1.44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，能良好地實現對應於圖像尺寸的透鏡總長的縮短化，從而能將攝像透鏡L更良好地應用於大小滿足移動電話等的高畫素化的要求的攝像元件中。相對對此，專利文獻1至專利文獻3中所述的攝像透鏡中，最大視角窄，為72.4~73.6，與條件式(2)對應的值大，為1.59~1.69，故而，對應於圖像尺寸的透鏡總長過長，難以應用於滿足高畫素化要求的攝像元件中。
而且，例如，在如第1實施方式~第6實施方式的攝像透鏡般，以光圈值小於2.1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，能良好地應對高解析度化的要求。相對對此，專利文獻1至專利文獻3中所述的攝像透鏡的光圈值大，約為2.2~2.6，難以充分應對高解析度化的要求。
接著，對於本新型的實施方式的攝像透鏡的具體的數值實施例進行說明。以下，對於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所示的透鏡資料中的面編號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(mm)、光圈值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.表示光圈值，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(7)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，從而能實現廣角化，對應於圖像尺寸的總長能縮短化，且光圈值小，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對本新型進行了說明，但本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。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
[表11]
[表12]
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，反覆進行如下處理，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透鏡群的長度的、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
D1~D13‧‧‧面間隔
L1~L5‧‧‧第1透鏡~第5透鏡
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，具有負折射力且為凹面朝向物體側的凹凸形狀；第3透鏡，具有正折射力且為凸面朝向物體側的凹凸形狀；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物體側的凹凸形狀，並且像側的面為在從所述像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀；所述攝像透鏡滿足下述條件式：1.29<f/f1<3 (1)其中，f為整個系統的焦距；f1為所述第1透鏡的焦距。
  2. 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，具有負折射力且為凹面朝向物體側的凹凸形狀； 第3透鏡，具有正折射力且為凸面朝向物體側的凹凸形狀；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，凹面朝向像側，且像側的面為在從所述像側的面與最大視角的主光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀；所述攝像透鏡滿足下述條件式：1.26<TTL/(f．tan ω)<1.46 (2)其中，TTL為將後焦點設為空氣換算長度時從所述第1透鏡的物體側的面至像面的光軸上的距離；f為整個系統的焦距；ω為聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角的半值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：1.29<f/f1<3 (1)其中，f1為所述第1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，還滿足以下條件式：0<f/f3<0.27 (3)其中，f3為所述第3透鏡的焦距。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：0<f/(f3．ν d3)<0.012 (4)其中，f3為所述第3透鏡的焦距；ν d3為所述第3透鏡的關於d線的阿貝數。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：0.5<L1f/φ<0.86 (5)其中，L1f為所述第1透鏡的物體側的面的近軸曲率半徑； φ為入射光瞳的直徑。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：1<f．tan ω/L5r<3 (6)其中，ω為聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角的半值；L5r為所述第5透鏡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項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：-1.6<f/f5<-1.22 (7)其中，f5為所述第5透鏡的焦距。
  9. 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。
  10. 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透鏡的物體側的面為在從所述物體側的面與軸上邊緣光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀。
  11. 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3透鏡的物體側的面為在從所述物體側的面與軸上邊緣光線的交點朝向光軸的半徑方向內側具有至少1個拐點的非球面形狀。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，其中還包括孔徑光闌，所述孔徑光闌配置在比所述第1透鏡的物體側的面更靠物體側的位置。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：1.32<f/f1<2.5 (1-1)其中，f1為所述第1透鏡的焦距。
  14. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：1.34<TTL/(f．tan ω)<1.45 (2-1)其中，TTL為將後焦點設為空氣換算長度時從所述第1透鏡的物體側的面至像面的光軸上的距離； ω為聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角的半值。
  15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：0<f/f3<0.21 (3-1)其中，f3為所述第3透鏡的焦距。
  16. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：0<f/(f3．ν d3)<0.004 (4-1)其中，f3為所述第3透鏡的焦距；ν d3為所述第3透鏡的關於d線的阿貝數。
  17. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：0.6<L1f/φ<0.84 (5-1)其中， L1f為所述第1透鏡的物體側的面的近軸曲率半徑；φ為入射光瞳的直徑。
  18. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：1.35<f/f1<2 (1-2)其中，f1為所述第1透鏡的焦距。
  19. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的攝像透鏡，還滿足以下條件式：1.38<TTL/(f．tan ω)<1.45 (2-2)其中，TTL為將後焦點設為空氣換算長度時從所述第1透鏡的物體側的面至像面的光軸上的距離；ω為聚焦於無限遠物體的狀態下的最大視角的半值。
  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透鏡。
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