攝像鏡頭及具備該攝像鏡頭的攝像裝置制造方法
【專利摘要】一種攝像鏡頭，從物體側朝向像側依次由孔徑光闌、在光軸附近凸面朝向物體側且具有正光焦度的第1透鏡、在光軸附近為正的彎月形形狀的第2透鏡、在光軸附近凸面朝向像側且具有正光焦度的第3透鏡及在光軸附近凹面朝向像側且具有負光焦度的第4透鏡構成，所有透鏡的雙面由非球面形成，在第4透鏡的像側的非球面上在光軸上以外的位置具有反曲線點，滿足以下的條件式：0.75<TLA/(2IH)<0.90、0.90<TLA/f<1.30，其中，TLA為拆下配置于第4透鏡和攝像元件之間的濾光片時第1透鏡的物體側的面至攝像元件的攝像面為止的光軸上的距離，IH為最大像高，f為整個攝像鏡頭系統的焦距。本申請還公開了具備上述攝像鏡頭的攝像裝置。
【專利說明】攝像鏡頭及具備該攝像鏡頭的攝像裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及在小型的攝像裝置中使用的、使被攝體的像成像于CCD傳感器或CMOS傳感器的攝像鏡頭，涉及在小型化、薄型化日益發展的便攜電話機或智能手機等便攜終端以及PDA等中搭載的具備攝像鏡頭的攝像裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，替代以通話為主體的便攜電話機，附加有便攜信息終端(PDA)或計算機功能的所謂智能手機得到普及。對于這些便攜終端或智能手機中搭載的攝像鏡頭，要求高分辨率化、小型化、薄型化、低F值化及廣角化等。作為現有的攝像鏡頭的構成，例如已知有4枚構成的攝像鏡頭(專利文獻1、2)。近年來，隨著攝像元件的尺寸變小，攝像鏡頭的小型化、薄型化的要求更加強烈。作為表示攝像鏡頭的小型化的指標，有表示光學全長和最大像高之比的方法。該比率越小，則越是相對于光軸方向實現了小型化的鏡頭系統。在專利文獻1中公開了如下的攝像鏡頭，即，該攝像鏡頭從物體側依次由以下部件構成:物體側為凸面且具有正的光焦度的第1透鏡；孔徑光闌；雙面為非球面且具有負的光焦度的第2透鏡；物體側為凹面的彎月形形狀或雙凸形狀、雙面為非球面且具有正的光焦度的第3透鏡；以及為雙凹形狀、雙面為非球面、且具有負的光焦度的第4透鏡。在第4透鏡的像側的面具有反曲線點，規定了孔徑光闌至攝像面為止的光軸上的距離與光學全長之比的最大值。該攝像鏡頭通過增強第1透鏡的光焦度并使第4透鏡的物體側為凹面，使光學系統的像側主點遠離攝像面，從而實現了光學全長的縮短化。在專利文獻1中，光學全長(TTL)和最大像高(IH)之比(TTL/(2IH))為0.9左右，光學全長和焦距之比為1.2?1.3左右，實現了比較小型化。但是，專利文獻1所公開的攝像鏡頭假定了 1/4英寸以上的攝像元件，光學全長為4_左右。若要以上述光焦度構成和面構成來實現進一步的小型化，則難以確保各透鏡的中心厚度、邊緣厚度。通過注塑成型制造各透鏡時，產生難以填充樹脂的情況。使該攝像鏡頭在將光學全長和最大像高之比維持較小的情況下適應例如1/5英寸以下的小型的攝像元件，在構造上是不可能的。在專利文獻2中公開了如下的攝像鏡頭構成:從物體側依次配置作為第1透鏡的凸面朝向物體側的正彎月形透鏡、亮度光闌、作為第2透鏡的凸面朝向像側的彎月形透鏡、作為第3透鏡的凸面朝向像側的正彎月形透鏡、以及作為第4透鏡的負透鏡而構成，第4透鏡的至少1面為非球面，第4透鏡的近軸區域的光焦度和最大光線高度的光焦度之比、以及第3透鏡和第4透鏡的阿貝數的差被設定在適當的范圍內。該攝像鏡頭通過使第1透鏡的物體側的面為具有較強的正光焦度的彎月形形狀、使第1透鏡的像側主點向物體側移動、并且使第4透鏡的像側的面為凹面，而實現了光學全長的縮短化。在專利文獻2中，光學全長和最大像高的比(TTL/(2IH))為1.17左右，光學全長和焦距之比為1.5左右，未能實現充分的小型化。此外，半視場角為33°，未能實現廣角化。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:United States Patent US7, 826，149，B2[0006]專利文獻2:JP 特開 2004-341512實用新型內容
[0007]本實用新型鑒于上述現有技術的課題而完成，其目的在于提供一種小型、視場角較寬、具有低F值、像差被良好地校正的攝像鏡頭。尤其是提供一種與傳感器尺寸的縮小相對應的薄型的攝像鏡頭。
[0008]本實用新型的固體攝像元件用的攝像鏡頭，從物體側朝向像側依次由在光軸附近凸面朝向物體側且具有正的光焦度的第1透鏡、在光軸附近為正的彎月形形狀的第2透鏡、在光軸附近凸面朝向像側且具有正的光焦度的第3透鏡以及在光軸附近凹面朝向像側且具有負的光焦度的第4透鏡構成，所有透鏡的雙面由非球面形成，在上述第4透鏡的像側的非球面上在光軸上以外的位置具有反曲線點，并滿足以下的條件式(1)、(2):
[0009](1) 0.75<TLA/ (2IH) <0.90
[0010](2)0.90<TLA/f<l.30
[0011]其中，
[0012]TLA:拆下配置于第4透鏡和攝像元件之間的濾光片時第1透鏡的物體側的面至攝像元件的攝像面為止的光軸上的距離
[0013]IH:最大像聞
[0014]f:整個攝像鏡頭系統的焦距。
[0015]另外，反曲線點是指切平面與光軸垂直相交的非球面上的點。
[0016]本實用新型的攝像鏡頭通過使第1、第2、第3透鏡的光焦度為正，縮短了各透鏡間的距離，實現了全長的縮短化。
[0017]此外，通過使第4透鏡的光焦度在光軸附近為負，而確保后焦距。此外，所有的透鏡面采用適當的非球面形狀，從而實現了各像差的良好校正。第4透鏡的像側的面在光軸附近為凹面，在離開光軸的位置具有反曲線點。通過成為這樣的形狀，能夠良好地校正場曲(field curvature)，能夠適當地抑制向攝像元件的光線入射角度。
[0018]孔徑光闌配置在第1透鏡的物體側。通過在鏡頭系統的最靠物體側配置孔徑光闌，能夠使出瞳位置離開像面，因此易于抑制向攝像元件的光線入射角度，能夠獲得像側的良好的遠心性(telecentric)。
[0019]條件式(1)用于規定光學全長與最大像高之比的范圍。若超過條件式(1)的上限值，則相對于最大像高來說光學全長變長，各透鏡所采用的形狀的自由度提高，容易使性能得到提高，但不利于光學全長的縮短化。另一方面，若低于條件式(1)的下限值，則相對于最大像高來說光學全長變得過短，難以確保能夠制造的透鏡厚度，并且包含非球面形狀的各透鏡形狀的自由度減少，因此難以采用用于良好地校正各像差的鏡頭構成。
[0020]條件式(2)用于規定光學全長與整個攝像鏡頭系統的焦距之比的范圍。條件式
(2)的值若超過上限值，則不利于光學全長的縮短化。另一方面，條件式(2)的值若低于下限值，則相對于整個系統的焦距來說光學全長變得過小，攝像鏡頭的像側主點位置過于向物體側移動，因此難以確保能夠制造的透鏡厚度，并且包含非球面形狀的各透鏡形狀的自由度減少，各透鏡的光焦度的平衡被破壞，難以良好地校正各像差。
[0021]本實用新型的攝像鏡頭優選滿足以下的條件式(3):[0022](3)0.4<fl/f3<5.5
[0023]其中，
[0024]fl:第1透鏡的焦距
[0025]f3:第3透鏡的焦距。
[0026]條件式(3)用于規定第1透鏡的焦距與第3透鏡的焦距之比的范圍，是用于在維持適當的后焦距的同時良好地校正畸變、彗差的條件。條件式(3)的值若超過上限值，則第1透鏡的正的光焦度相對變弱，難以確保后焦距，并且不利于光學全長的縮短化。另一方面，條件式(3)的值若低于下限值，則第1透鏡的正的光焦度相對變強，雖然有利于光學全長的縮短化，但難以校正畸變、彗差。
[0027]本實用新型的攝像鏡頭優選，全部由塑料材料構成，關于阿貝數滿足以下的條件式⑷、(5):
[0028](4) 50 ≤ v d ≤ 70
[0029](5) v dl= v d2= v d3= v d4
[0030]其中，
[0031]v d:第1透鏡至第4透鏡的阿貝數
[0032]v dl:第1透鏡的阿貝數
[0033]v d2:第2透鏡的阿貝數
[0034]v d3:第3透鏡的阿貝數
[0035]v d4:第4透鏡的阿貝數。
[0036]本實用新型所使用的透鏡材料為色散小的塑料材料，全部采用同一材料，從而有利于加工性以及低成本化。
[0037]本實用新型的攝像鏡頭優選滿足以下的條件式(6):
[0038](6) -20.0〈 (rl+r2) / (rl-r2) <-0.50
[0039]其中，
[0040]rl:第1透鏡的物體側的面的曲率半徑
[0041]r2:第1透鏡的像側的面的曲率半徑。
[0042]條件式(6)的值若超過上限值，則第1透鏡的物體側的面和像側的面的形狀接近對稱，存在色像差惡化的傾向。此外，第1透鏡的像側主點位置向像側移動，因此不利于光學全長的縮短化。另一方面，條件式(6)的值若低于下限值，則第1透鏡的像側主點位置向物體側移動，雖然有助于光學全長的縮短化，但第1透鏡的物體側的面的曲率半徑或者第1透鏡的像側的面的曲率半徑變得過小，制造誤差靈敏度變高，因此不優選。
[0043]本實用新型的攝像鏡頭優選滿足以下的條件式(7):
[0044](7) 1.00<fl23/ | f4 | <1.20
[0045]其中，
[0046]fl23:第1透鏡、第2透鏡、第3透鏡的合成焦距
[0047]f4:第4透鏡的焦距。
[0048]條件式(7)用于規定第1透鏡、第2透鏡、第3透鏡的合成焦距與第4透鏡的焦距之比的范圍。通過滿足條件式(7)，能夠在確保后焦距的同時縮短光學全長，并且良好地校正畸變以及色像差。條件式(7)的值在超過上限值或低于下限值的任一情況下，畸變、色像差均會變大。
[0049]本實用新型的攝像鏡頭優選用于如下的攝像裝置，該攝像裝置包括1/5英寸以下的大小、具有5百萬像素以下的像素數的攝像元件。
[0050]攝像元件的攝像面的對角線長度，在攝像元件的尺寸為1/5英寸時為3.5_左右，1/7英寸時為2.46_左右。若要獲得滿足條件式(1)的攝像鏡頭，則光學全長在1/5英寸時為2.80mm左右、在1/7英寸時為1.97mm左右，成為非常短的光學系統。本實用新型通過使各透鏡的光焦度排列、各透鏡的形狀、以及配置的組合為最佳，能夠在為4枚構成的同時在非常短的空間中組裝透鏡。
[0051]一般來說，公知有對于完成的鏡頭系統不改變折射率、阿貝數而放大、縮小鏡頭系統的縮放(scaling)的方法。對參數乘以一定的系數而獲得新的鏡頭系統時，在縮小尺寸的情況下，可知球面像差、像散、彗差等縮小。但是，若單純縮放，并不能實現小型的鏡頭系統。這是因為，若變得過小，則產生無法確保各透鏡的厚度、空氣間隔的問題，且產生無法確保用于防止重影、光斑產生的遮光板的配置空間等問題。本實用新型以上述非常短的光學全長確保各透鏡的厚度、空氣間隔、遮光板的配置空間在能夠充分制造的范圍內，并且實現了與縮放同樣的效果、即各像差(球面像差、像散、彗差)縮小。
[0052]此外，本實用新型的攝像鏡頭優選，在第1透鏡的物體側的面至第2透鏡的像側的面中的至少1面上設置衍射光學面。衍射光學面利用射出光的折射率的波長依賴性逆轉這一情況來進行色像差校正，通過設置衍射光學面，不用附加新的透鏡就能夠良好地校正軸上色像差及倍率色像差，因此能夠提供無論應用的攝像元件的尺寸大小如何都適當地校正了軸上色像差、倍率色像差的攝像鏡頭。
[0053]根據本實用新型，能夠提供一種為4枚構成、并且小型(薄型)、F值較小、比較廣角、并良好地校正了像差的攝像鏡頭。通過使所有的透鏡由同一塑料材料制造，容易實現高量產性以及低成本化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例1的攝像鏡頭的剖視圖。
[0055]圖2是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例1的各像差圖。
[0056]圖3是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例2的攝像鏡頭的剖視圖。
[0057]圖4是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例2的各像差圖。
[0058]圖5是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例3的攝像鏡頭的剖視圖。
[0059]圖6是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例3的各像差圖。
[0060]圖7是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例4的攝像鏡頭的剖視圖。
[0061]圖8是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例4的各像差圖。
[0062]圖9是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例5的攝像鏡頭的剖視圖。
[0063]圖10是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例5的各像差圖。
[0064]圖11是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例6的攝像鏡頭的剖視圖。
[0065]圖12是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例6的各像差圖。
[0066]圖13是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例7的攝像鏡頭的剖視圖。
[0067]圖14是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例7的各像差圖。[0068]圖15是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例8的攝像鏡頭的剖視圖。
[0069]圖16是本實用新型的第1實施方式所涉及的實施例8的各像差圖。
[0070]圖17是本實用新型的第2實施方式所涉及的實施例9的攝像鏡頭的剖視圖。
[0071]圖18是本實用新型的第2實施方式所涉及的實施例9的各像差圖。
[0072]圖19是本實用新型的第2實施方式所涉及的實施例10的攝像鏡頭的剖視圖。
[0073]圖20是本實用新型的第2實施方式所涉及的實施例10的各像差圖。
[0074]圖21是本實用新型的第2實施方式所涉及的實施例11的攝像鏡頭的剖視圖。
[0075]圖22是本實用新型的第2實施方式所涉及的實施例11的各像差圖。
[0076]符號說明
[0077]ST孔徑光闌
[0078]L1第1透鏡
[0079]L2第2透鏡
[0080]L3第3透鏡
[0081]L4第4透鏡
[0082]IR濾光片
[0083]IM攝像面
[0084]IH最大像聞
【具體實施方式】
[0085]本實用新型所涉及的實施方式由兩個實施方式構成。第1實施方式為從物體側朝向像側依次由具有正的光焦度的3枚透鏡和具有負的光焦度的1枚透鏡構成的攝像鏡頭。第2實施方式與第1實施方式同樣從物體側朝向像側依次由具有正的光焦度的3枚透鏡和具有負的光焦度的1枚透鏡構成，并在第1透鏡的物體側的面至第2透鏡的像側的面中的至少1面上設有衍射光學面。
[0086]第1實施方式
[0087]參照附圖對將本實用新型具體化的第1實施方式進行詳細說明。
[0088]圖1、圖3、圖5、圖7、圖9、圖11、圖13、圖15為與本實用新型的第1實施方式的實施例1?8相對應的鏡頭剖視圖。
[0089]在第1實施方式的所有實施例中，孔徑光闌ST配置于第1透鏡L1的物體側的面rl的有效直徑周緣部。在第4透鏡L4的像側的面r8和攝像面頂之間配置有由r9、rl0構成的濾光片IR。圖中X表示光軸。另外，在計算光軸上的距離時，拆下由r9、rl0構成的濾光片IR來計算。
[0090]在本實施方式中，所有的透鏡面由非球面形成。這些透鏡面所采用的非球面形狀，在設光軸方向的軸為Z、與光軸正交的方向的高度為H、圓錐系數為k、非球面系數為A2i時，通過數式1來表示。
[0091][數式1]
【權利要求】
1.一種固體攝像元件用的攝像鏡頭，其特征在于，從物體側朝向像側依次由在光軸附近凸面朝向物體側且具有正的光焦度的第1透鏡、在光軸附近為正的彎月形形狀的第2透鏡、在光軸附近凸面朝向像側且具有正的光焦度的第3透鏡以及在光軸附近凹面朝向像側且具有負的光焦度的第4透鏡構成，所有透鏡的雙面由非球面形成，在上述第4透鏡的像側的非球面上在光軸上以外的位置具有反曲線點，并滿足以下的條件式(1)、(2):(1)0.75〈TLA/(2IH)〈0.90(2)0.90<TLA/f<l.30其中，TLA:拆下配置于第4透鏡和攝像元件之間的濾光片時第1透鏡的物體側的面至攝像元件的攝像面為止的光軸上的距離IH:最大像聞f:整個攝像鏡頭系統的焦距。
2.根據權利要求1所述的攝像鏡頭，其特征在于，滿足以下的條件式(3):(3)0.4<fl/f3<5.5其中，Π:第1透鏡的焦距f3:第3透鏡的焦距。
3.根據權利要求1或2所述的攝像鏡頭，其特征在于，滿足以下的條件式(4)、(5):(4)50 ≤ v d ≤ 70(5)v dl= v d2= v d3= v d4其中，v d:第1透鏡至第4透鏡的阿貝數vdl:第1透鏡的阿貝數vd2:第2透鏡的阿貝數vd3:第3透鏡的阿貝數vd4:第4透鏡的阿貝數。
4.根據權利要求1或2所述的攝像鏡頭，其特征在于，滿足以下的條件式(6):(6)-20.0〈(rl+r2)/(rl-r2)<_0.50其中，rl:第1透鏡的物體側的面的曲率半徑r2 --第1透鏡的像側的面的曲率半徑。
5.根據權利要求1或2所述的攝像鏡頭，其特征在于，滿足以下的條件式(7):(7)1.00<fl23/ | f4 I <1.20其中，Π23:第1透鏡、第2透鏡、第3透鏡的合成焦距f4:第4透鏡的焦距。
6.根據權利要求1或2所述的攝像鏡頭，其特征在于，在上述第1透鏡的物體側的面至上述第2透鏡的像側的面中的至少1面上設置衍射光學面。
7.一種攝像裝置，其特征在于，包括:權利要求1或2所述的攝像鏡頭；以及1/5英寸以下的大小、且具有5百萬像 素以下的像素數的攝像元件。
【文檔編號】G02B13/00GK203519917SQ201320459620
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年7月30日 優先權日:2012年7月31日
【發明者】關根幸男, 鈴木久則 申請人:康達智株式會社