CN101241225B - 摄像透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紧凑的构成的且具有高成像性能的摄像透镜。该摄像透镜从物体侧起顺次具备：光阑、凸面朝向物体侧的具有正的折射力的第1透镜、凹面朝向物体侧的具有负的折射力的第2透镜、在光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的弯月形的第3透镜，第1透镜、第2透镜及第3透镜各自至少1面为非球面，且满足以下条件式，其中，将f设为全系统的焦距、将f1设为第1透镜的焦距、将f2设为第2透镜的焦距。0.9＜|f2/f|＜11……(1)1.2＜|f3/f|＜100……(2)
Description
技术领域
本发明涉及一种摄像透镜，适合搭载于使用了CCD(Charge CoupledDevice：电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)等摄像元件的数字照相机或使用银盐胶卷的照相机等、小型的摄像装置的定焦摄像透镜。
背景技术
近年来，随着个人电脑在一般家庭等的普及，可以把摄影的风景或人物像等图像信息输入到个人电脑的静物数字照相机(以下简称数字照相机)正在急速地普及。而且，在移动电话机上搭载图像输入用的模组照相机(携带用模组照相机(モジユ一ルカメラ))也越来越多起来。
这样的摄像装置中使用了CCD或CMOS等的摄像元件。近年来，这些摄像元件的紧凑化进展，而使摄像装置全体乃至其上搭载的摄像透镜也被要求紧凑性。而且，同时摄像元件的高像素化也在发展中，所以要求摄像透镜的高分辨性、高性能化。
在此，专利文献1～5公开了利用3片透镜构成且在透镜面使用非球面的摄像透镜。例如，在专利文献5中，在从物体侧依次配置正的第1透镜、负的第2透镜、和负的第3透镜的3片透镜构成中，通过将第2透镜及第3透镜的折射力设定得较强，且在各透镜面至少设置1个非球面，由此实现紧凑化、高性能化。
【专利文献1】特开2002-221659号公报
【专利文献2】特开2004-302058号公报
【专利文献3】特开2005-173319号公报
【专利文献4】特开2005-227755号公报
【专利文献5】特开2005-292235号公报
如上所述，近年的摄像元件的小型化及高像素化正在发展中，伴随于此，尤其对数字照相机用的摄像透镜要求较高的分辨性能和构成紧凑化。另一方面，对携带用模组照相机的摄像透镜以往主要要求成本方面和紧凑性方面，但最近携带用模组照相机也有摄像元件的高像素化发展的倾向，对性能方面的要求也变得高起来了。
因此，期待着开发在成本、成像性能及紧凑性方面被综合改善后的多种多样的透镜，例如，期待着开发确保也可搭载于携带用模组照相机的紧凑性、并关注在性能方面也可搭载于数字照相机的、低成本且高性能摄像透镜。
针对这样的要求，可以考虑例如为了谋求紧凑性及低成本化，采用透镜片数为3片或4片的构成；为了谋求高性能化，积极使用非球面。在该情况下，非球面有助于紧凑化及高性能化，但在制造性方面不利，且容易变为高成本，所以它的使用希望是充分考虑制造性的。在上述各专利文献所述的透镜中，虽然制成由3片构成且使用非球面的构成，但是，例如在成像性能和紧凑性的兼顾这点上是不充分的。另外，通过采用4片构成，虽然与3片构成相比能够提高性能，但易于在成本性、紧凑性方面不利。再有，在专利文献5的摄像透镜中，第2透镜及第3透镜的折射力较强，但在第2透镜及第3透镜的折射力变弱时，可认为也可将透镜最优化。
本发明是鉴于这种问题而提出的，其目的在于，提供一种不仅是紧凑的构成并且具有高成像性能的摄像透镜。
本发明的摄像透镜从物体侧起顺次具备：光阑、凸面朝向物体侧的具有正的折射力的第1透镜、凹面朝向物体侧的具有负的折射力的第2透镜、和在光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的弯月形状的第3透镜，该摄像透镜仅由上述的三片透镜构成，第1透镜、第2透镜及第3透镜各自至少1面为非球面，且满足以下条件式。其中，将f设为全系的焦距，将f1设为第1透镜的焦距，将f2设为第2透镜的焦距。
0.9＜|f2/f|＜11……(1)
1.2＜|f3/f|＜100……(2)
本发明的摄像透镜中，利用全体上3片这样较少的透镜构成，通过适当设定各透镜的形状或光阑的配置，且满足条件式(1)及条件式(2)，可将各透镜的光焦度(折射力)分配最优化，在保持透镜全长较短的状态下可维持较高的像差性能。
在本发明的摄像透镜中，满足以下条件式为优选。由此，有利于透镜全长的短缩化及诸像差的补正。
0.05＜|f1/f2|＜1.0……(3)
进一步，在本发明的摄像透镜中，满足以下条件式为优选。由此，有利于色像差的补正。其中，将v1设为第1透镜相对于d线(波长587.6nm)的阿贝数、将v2设为第2透镜相对于d线的阿贝数。
v1-v2＞20……(4)
而且，在本发明的摄像透镜中，第2透镜在光轴附近为弯月形状为优选。由此，有利于紧凑化及高性能化。
另外，在本发明的摄像透镜中，第3透镜在光轴附近具有负的折射力为优选。由此，容易确保充分的后截距。
根据本发明的摄像透镜，利用全体上3片这样较少的透镜构成，将透镜形状或光阑的配置最优化，且满足规定的条件式，所以，能够实现小型的构成且具有高像差性能的透镜系统。
附图说明
图1是本发明的实施例1的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图2是本发明的实施例2的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图3是本发明的实施例3的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图4是本发明的实施例4的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图5是本发明的实施例5的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图6是本发明的实施例6的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图7是本发明的实施例7的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图8是本发明的实施例8的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图9是本发明的实施例9的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图10是本发明的实施例10的摄像透镜所对应的透镜剖面图。
图11是表示本发明的实施例1所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图12是表示本发明的实施例2所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图13是表示本发明的实施例3所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图14是表示本发明的实施例4所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图15是表示本发明的实施例5所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图16是表示本发明的实施例6所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图17是表示本发明的实施例7所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图18是表示本发明的实施例8所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图19是表示本发明的实施例9所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图20是表示本发明的实施例10所涉及的摄像透镜的透镜数据的图，(A)表示基本的透镜数据，(B)表示非球面有关的透镜数据。
图21是将条件式有关的值针对各实施例进行归纳且表示的图。
图22是表示本发明的实施例1所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图23是表示本发明的实施例2所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图24是表示本发明的实施例3所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图25是表示本发明的实施例4所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图26是表示本发明的实施例5所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图27是表示本发明的实施例6所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图28是表示本发明的实施例7所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图29是表示本发明的实施例8所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图30是表示本发明的实施例9所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图31是表示本发明的实施例10所涉及的摄像透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变。
图中：G1-第1透镜，G2-第2透镜，G3-第3透镜，St-光阑，Ri-从物体侧起第i透镜面的曲率半径，Di-从物体侧起第i和第i+1透镜面之间的面间隔，Z1-光轴。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1表示本发明的一实施方式所涉及的摄像透镜的第1的构成例。此构成例对应于下述第1数值实施例(图11(A)、图11(B))的透镜构成。图2是表示第2构成例，对应于下述的第2数值实施例(图12(A)、图12(B))的透镜构成。图3是表示第3构成例，对应于下述的第3数值实施例(图13(A)、图13(B))的透镜构成。图4是表示第4构成例，对应于下述的第4数值实施例(图14(A)、图14(B))的透镜构成。图5是表示第5构成例，对应于下述的第5数值实施例(图15(A)、图15(B))的透镜构成。图6是表示第6构成例，对应于下述的第6数值实施例(图16(A)、图16(B))的透镜构成。图7是表示第7构成例，对应于下述的第7数值实施例(图17(A)、图17(B))的透镜构成。图8是表示第8构成例，对应于下述的第8数值实施例(图18(A)、图18(B))的透镜构成。图9是表示第9构成例，对应于下述的第9数 值实施例(图19(A)、图19(B))的透镜构成。图10是表示第10构成例，对应于下述的第10数值实施例(图20(A)、图20(B))的透镜构成。在图1～图10中，符号Ri表示以光阑St为第0号面按照随着朝向像侧(成像侧)依次增加的方式赋予符号的第i号面(第i面)的曲率半径。符号Di表示第i面与第i+1面在光轴Z1上的面间隔。另外，各构成例的基本构成都一样，因此，下面以图1所示的第1构成例为基础进行说明。
该摄像透镜适于用在使用了CCD和CMOS等摄像元件的各种摄像设备，例如，静物数字照相机、附带照相机的移动电话机、及信息移动终端等。该摄像透镜沿光轴Z1从物体侧起依次具备：光阑St、第1透镜G1、第2透镜G2及第3透镜G3。第1透镜G1、第2透镜G2及第3透镜G3各自至少1面为非球面形状。
光阑St为光学性孔径光阑，配置在比第1透镜G1的像侧的面更靠近物体侧。为了确保焦阑性，即，使主光线对摄像元件的入射角度相对于光轴接近平行(摄像面的入射角度相对于摄像面的法线接近于0)，尽量配置在物体侧为优选。在图1的构成例，光阑St被配置于第1透镜G1的前侧即透镜系统的最靠近物体侧(最物体侧)。但在图2、图4～图6、图8～图10的构成例中，配置在比第1透镜G1的物体侧的面顶点位置更靠近像侧。
CCD等摄像元件配置于该摄像透镜的成像面Simg。在第3透镜G3和摄像元件之间，按照装载透镜的照相机侧的构成而配置各种光学部件GC，例如，摄像面保护用玻璃罩或红外线截止滤光片等的平板状光学部件。
第1透镜G1具有正的折射力。第1透镜G1，在光轴附近为凸面朝向物体侧的形状。在图1的构成例中，第1透镜G1，在光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的正的弯月形状。但图6及图7的构成例中，在光轴附近的形状为两凸形状。而且，在图1的构成例中，像侧的面在周边部朝像侧为凸形状。但是，在图10的构成例中，像侧的面在周边部为凹形状。在图10的构成例中，整体上为弯月形状。
第2透镜G2具有负的折射力。第2透镜G2，在光轴附近为凹面朝向物体侧的形状。而且，第2透镜G2，优选在光轴附近为弯月形状。
第3透镜G3，在光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的弯月形状。第3透镜G3的折射力为正也可，为负也可。但是，如图1的构成例，在光轴附近具有负的折射力为优选。或如图4及图8～10的构成例，在光轴附近具有正的折射力时，其折射力变弱为优选。
第3透镜G3的像侧的面，优选为至少具有1个拐点的非球面形状。在图1的构成例，第3透镜G3的像侧之面，按照在光轴附近朝像侧为凹形状而在周边部朝像侧为凸形状的方式具有1个拐点。另一面，第3透镜G3的物体侧的面至少具有2个拐点为优选。在图1的构成例，第3透镜的物体侧之面，按照在光轴附近朝物体侧为凸形状、从光轴附近至周边部而朝物体侧为凸、凹、凸的形状的方式，具有2个拐点。
该摄像透镜满足以下的条件式。在本实施方式，与以往(专利文献5)的摄像透镜相比，第2透镜G2及第3透镜G3的折射力变弱。其中，将f设为全系统的焦距、f2为第2透镜G2的焦距、f3为第3透镜G3的焦距。
0.9＜|f2/f|＜11 ……(1)
1.2＜|f3/f|＜100……(2)
该摄像透镜，还满足以下条件式为优选。
0.05＜|f1/f2|＜1.0……(3)
该摄像透镜还满足以下条件式为优选。其中，v1为第1透镜G1相对于d线的阿贝数、v2为第2透镜G2相对于d线的阿贝数。
v1-v2＞20……(4)
接着，对如以上那样构成的摄像透镜的作用及效果进行说明。
该摄像透镜中，利用全体上3片这样较少的透镜构成，通过适当设定各透镜的形状或折射力并满足规定的条件式，可使各透镜的光焦度分配最优化，并实现透镜全长的短缩化且维持较高的像差性能。而且，通过将光阑St配置在比第1透镜G1的像侧之面更靠近物体侧，从而有利于确保全长的短缩化及焦阑性。一般，为了对应于高性能的摄像元件，由于要求焦阑性，所以通过将光阑St如上述配置而有利于紧凑化及高性能化。
而且，在第3透镜G3中，与第1透镜G1及第2透镜G2相比，将光束按每视角分离。因此，通过将最靠近摄像元件的最终透镜面即第3透镜G3的像侧之面，形成为在光轴附近朝像侧呈凹形状而在周边部朝像侧呈凸 形状，可适当补正每视角的像差，将光束对摄像元件的入射角度控制在一定的角度以下。从而，可以减少在成像面全领域的光量不均，同时有利于场曲或畸变等的补正。
进一步，将第3透镜G3的物体侧之面形成为在光轴附近朝物体侧呈凸形状、而从光轴附近至周边部至少具有2个拐点的形状，由此更加有利于场曲等的补正。而且，在第3透镜G3中通过适当使用非球面，由此更加有利于场曲等的补正及焦阑性的确保。
而且，通过将第3透镜G3按照在光轴附近具有正的弱折射力或具有负的折射力的方式设定，有利于确保后截距。在第3透镜G3具有正的强折射力时，难以确保充分的后截距。以下，对各条件式的具体作用·效果进行说明。
条件式(1)是第2透镜G2的焦距f2有关的式子，当高出此数值范围时，第2透镜G2的光焦度变得过小，且难于进行全长的短缩化。另一方面，当低于此数值范围时，难于补正场曲及像散，所以不优选。
条件式(2)是第3透镜G3的焦距f3有关的式子，当脱离此数值范围时，第2透镜G2和第3透镜G3的光焦度的平衡崩溃，且在保持全长较短的状态下难于补正诸像差，所以不优选。
条件式(3)是第1透镜G1的焦距f1和第2透镜G2的焦距f2有关的式子，当超过此数值范围时，难于进行全长的短缩化，且难于补正场曲或像散等。另一方面，当低于此数值范围时，第1透镜G1的光焦度变得过强，导致球差的增加的同时难于确保后截距，所以不优选。
条件式(4)是第1透镜G1的阿贝数v1和第2透镜G2的阿贝数v2有关的式子，当低于此数值范围时，难于良好地补正色像差。
如以上说明，根据本实施方式所涉及的摄像透镜，利用全体上3片这样较少的透镜构成，满足规定的条件式，且谋求各透镜的形状、材料、及折射力的最优化，所以，能够实现由小型的构成可维持高像差性能的透镜系统。
【实施例】
接着，对本实施方式所涉及的摄像透镜的具体的数值实施例进行说明。在以下，对第1至第10的数值实施例进行归纳说明。
将图1所示的摄像透镜的构成所对应的具体透镜数据作为实施例1表示于图11(A)、图11(B)。尤其，在图11(A)中表示其基本的透镜数据，在图11(B)中表示非球面有关的数据。在图11(A)所示的透镜数据的面编号Si的栏中，表示以光阑St为第0号按照随着朝向像侧依次增加的方式赋予符号的第i号面(第i面)(i＝0～8)的面编号。在曲率半径Ri的栏中，对应于图1中所赋予的符号Ri，表示从物体侧起第i面的曲率半径的值(mm)。对于面间隔Di的栏，也同样表示从物体侧起第i面Si和第i+1面Si+1在光轴上的间隔(mm)。Ndj表示从物体侧起第j(j＝1～4)光学元件相对于d线(波长587.6nm)的折射率的值。在vdj的栏中，表示从物体侧起第j光学元件相对于d线的阿贝数的值。而且，在图11(A)中，作为诸数据也还对全系统的近轴焦距f(mm)、及F数(FNO.)的值进行表示。
实施例1所涉及的摄像透镜，第1透镜G1、第2透镜G2及第3透镜G3的两面全部为非球面形状。在图11(A)的基本透镜数据，作为这些非球面的曲率半径，表示有光轴附近的曲率半径的数值。图11(B)中作为非球面数据所表示的数值中，记号“E”表示其之后的数值是以10为底的“幂指数”，且表示由以10为底的指数函数所表示的数值与“E”之前的数值相乘。
作为非球面数据，记入由以下的式(A)表示的非球面形状之式的各系数An、K的值。详而言之，Z表示从距光轴Z1具有高度h的位置上的非球面上的点垂下到非球面的顶点的切向平面(垂直于光轴Z1的平面)的垂线的长度(mm)。实施例1所涉及的摄像透镜，作为非球面系数An有效地使用第3次～第10次的系数A3～A10来表示各非球面。
Z＝C·h2/{1+(1-K·C2·h2)1/2}+∑An·hn……(A)
(n＝3以上的整数)
其中：
Z：非球面的深度(mm)
h：从光轴到透镜面的距离(高度)(mm)
K：离心率(第2次非球面系数)
C：近轴曲率＝1/R
(R：近轴曲率半径)
An：第n次的非球面系数
与以上的实施例1所涉及的摄像透镜同样，作为实施例2，将图2所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图12(A)、图12(B)。而且，同样地作为实施例3将图3所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图13(A)、图13(B)。而且，同样地作为实施例4将图4所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图14(A)、图14(B)。而且，同样地作为实施例5将图5所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图15(A)、图15(B)。而且，同样地作为实施例6将图6所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图16(A)、图16(B)。而且，同样地作为实施例7将图7所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图17(A)、图17(B)。而且，同样地作为实施例8将图8所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图18(A)、图18(B)。而且，同样地作为实施例9将图9所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图19(A)、图19(B)。而且，同样地作为实施例10将图10所示的摄像透镜的构成所对应的具体的透镜数据表示在图20(A)、图20(B)。另外，关于实施例2～实施例10所涉及的任一摄像透镜，与实施例1同样，第1透镜G1、第2透镜G2及第3透镜G3的两面全部为非球面形状。
图21中将上述的各条件式有关的值针对各实施例进行归纳表示。从图21得知，各实施例的值在各条件式的数值范围内。
在图22(A)～图22(C)中分别表示实施例1所涉及的摄像透镜的球差、像散、及畸变(畸变)。在各像差图中表示以d线为基准波长的像差。在球差图中也表示相对于g线(波长435.8nm)、C线(波长656.3nm)的像差。在像散图中，实线表示弧矢方向的像差，而虚线表示子午方向的像差。FNO.表示F数，而ω表示半视角。
同样，将实施例2的摄像透镜有关的诸像差表示在图23(A)～图23(C)，将实施例3的摄像透镜有关的诸像差表示在图24(A)～图24(C)，将实施例4的摄像透镜有关的诸像差表示在图25(A)～图25(C)，将实施例5的摄像透镜有关的诸像差表示在图26(A)～图26(C)，将实施例 6的摄像透镜有关的诸像差表示在图27(A)～图27(C)，将实施例7的摄像透镜有关的诸像差表示在图28(A)～图28(C)，将实施例8的摄像透镜有关的诸像差表示在图29(A)～图29(C)，将实施例9的摄像透镜有关的诸像差表示在图30(A)～图30(C)，将实施例10的摄像透镜有关的诸像差表示在图31(A)～图31(C)。
从以上的各数值数据及各像差图得知，关于各实施例，利用全体上3片透镜的构成，将透镜材料、透镜的面形状及各透镜的折射力最优化，可实现小型且高性能的摄像透镜系统。
另外，本发明不限于上述实施方式及各实施例，可实施种种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔及折射率的值等不限于上述各数值实施例所示的值，可取其他的值。
Claims (7)
1.一种摄像透镜，
从物体侧起顺次具备：光阑、凸面朝向物体侧的具有正的折射力的第1透镜、凹面朝向物体侧的具有负的折射力的第2透镜、和在光轴附近的形状为凸面朝向物体侧的弯月形状的第3透镜，
上述摄像透镜所具备的透镜仅为上述的三片透镜，
上述第1透镜、上述第2透镜及上述第3透镜，各自至少1面为非球面，
并且满足以下条件式：
0.9＜|f2/f|＜11……(1)
1.2＜|f3/f|＜100……(2)
其中，
f：全系统的焦距，
f2：第2透镜的焦距，
f3：第3透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
还满足以下条件式：
0.05＜|f1/f2|＜1.0……(3)
其中，
f1：第1透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
还满足以下条件式：
v1-v2＞20……(4)
其中，
v1：第1透镜相对于波长为587.6nm的d线的阿贝数，
v2：第2透镜相对于波长为587.6nm的d线的阿贝数。
4.根据权利要求2所述的摄像透镜，其特征在于，
还满足以下条件式：
v1-v2＞20……(4)
其中，
v1：第1透镜相对于波长为587.6nm的d线的阿贝数，
v2：第2透镜相对于波长为587.6nm的d线的阿贝数。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的摄像透镜，其特征在于，
上述第2透镜在光轴附近为弯月形状。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的摄像透镜，其特征在于，
上述第3透镜在光轴附近具有负的折射力。
7.根据权利要求5所述的摄像透镜，其特征在于，
上述第3透镜在光轴附近具有负的折射力。
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