二焦點切換型成像透鏡的製作方法

2023-05-20 14:38:36

專利名稱：二焦點切換型成像透鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及三組結構的二焦點切換型成像透鏡，尤其涉及廣視角、廣角和望遠的變焦比設為1.9以上、適宜作為搭載於可攜式行動裝置等中的極小型的攝像透鏡的二焦點切換型成像透鏡。
背景技術：
近年，各種搭載於小型的數位相機等中的小型的成像透鏡被開發。
在這些之中，作為具有可變焦距功能、三組六片的簡易的結構、光學性能良好的成像透鏡，已知有下述專利文獻1及下述專利文獻2的成像透鏡。
另一方面，近來，對搭載於行動電話等可攜式行動裝置的攝像透鏡的需求急速提高。
在這種搭載於可攜式行動裝置中的攝像透鏡中，越發與下述專利文獻1及下述專利文獻2所述的數位相機等通常的相機中搭載的攝像透鏡相同程度地希望高畫質化、低畸變化等高性能化，並根據行動裝置的緊湊化、薄型化的要求，對其中搭載的攝像透鏡的緊湊化的要求也變得極其強烈。另外，對於這種可攜式行動裝置中搭載的攝像透鏡，還希望具備變焦功能。
但是，在通過光學的變焦而具備變焦功能的情況下，為了在可變焦距全域內調焦距，最低需要使兩個透鏡組可動，其構造變得複雜，並且無論如何透鏡全長都會變長。
另外，例如，在上述專利文獻1及上述專利文獻2所述的三組結構的可變焦距透鏡中，採用緊湊的結構，但在變焦時通過使第一透鏡組和第二透鏡組的雙方移動，從而構成為抑制基於變焦的像面隨著變焦而產生的變動，因此根據變焦而位於最靠近物體側的第一透鏡組前後地移動。尤其在行動電話等可攜式行動裝置中，從緊湊性等方面也並不希望位於前面的第一透鏡組前後地移動，另外，灰塵等還可能侵入到透鏡系統內，因而是要儘量避免的問題。
專利文獻1特開2004-93647號公報專利文獻2特開2005-84647號公報發明內容本發明鑑於上述情況而實現，目的在於提供一種變焦時第一透鏡組被固定、緊湊性優越、可良好地修正各像差的二焦點切換型成像透鏡。
本發明的二焦點切換型成像透鏡，其從物體側開始依次排列具有負的折射能力的第一透鏡組、具有正的折射能力的第二透鏡組、及具有正的折射能力的第三透鏡組而構成，其特徵在於，所述第一透鏡組從物體側開始依次排列具有負的折射能力的透鏡及具有正的折射能力的透鏡，並且至少任一個透鏡設為非球面透鏡而構成，所述第二透鏡組從物體側開始依次排列接合透鏡、和具有非球面且具有負的折射能力的單個透鏡而構成，所述第三透鏡組由一片正透鏡構成，在兩個焦點位置，所述第二透鏡組移動，另一方面，所述第一透鏡組及所述第三透鏡組大致固定，進而，滿足下述的條件式(1)～(6)22＜(Ww/Wt)/2＜34 ……(1)2＜|f5|/fw……(2)4.5＜TL/YIM＜6.5 ……(3)1.75≤ft/fw≤3.0 ……(4)2.3≤FNOW≤3.5 ……(5)16.0≤v1-v2……(6)其中，Ww在廣角端的半視場角Wt在望遠端的半視場角fw廣角端的整個系統的焦距ft望遠端的整個系統的焦距
f5所述第二透鏡組中的所述單個透鏡的焦距TL整個系統的最大全長(廣角端與望遠端的全長中的最長的全長)YIM像高FNOW廣角端的F值v1所述第一透鏡的阿貝數v2所述第二透鏡的阿貝數。
另外，優選滿足以下的條件式(7)0.65＜(f1G+f2G+dW)/YIM＜1.3……(7)其中，f1G所述第一透鏡組的焦距f2G所述第一透鏡組的焦距dW廣角端的所述第一透鏡組與所述第二透鏡組的組間隔。
另外，優選滿足以下的條件式(8)1.1＜f2G/fw＜1.8 ……(8)。
另外，優選所述第二透鏡組中的所述單個透鏡被設為凸面朝向物體側的兩面非球面的由合成樹脂構成的彎月透鏡。
另外，優選在所述第二透鏡組中的最靠近物體側配設光闌而構成。
進而，優選所述第二透鏡組中的構成所述接合透鏡的像側的透鏡的周邊像側端面、和所述第二透鏡組中的所述單個透鏡的周邊物體側端面均被設為平面，這兩個平面構成為相互抵接、或這兩個平面構成為夾持具有與這些平面具行的表面的平行平面板。
根據本發明的二焦點切換型成像透鏡，變焦通過切換兩個焦點位置而進行，在切換這兩個焦點位置時，第二透鏡組移動，另一方面，第一透鏡組及第三透鏡組大致固定。由此，通過僅使第二透鏡組移動進行變焦操作，尤其是在行動電話等可攜式行動裝置中，更能夠確保緊湊性、簡易性，並且可避免伴隨最前側的透鏡組的移動而灰塵等竄入到透鏡系統內。
另外，將分別構成三個透鏡組的透鏡片數設為適當的片數，並且在適當的位置配設非球面，進而滿足規定的六個條件式，由此確保透鏡系統的緊湊性並且能夠良好地修正各像差。
再有，作為二焦點切換型成像透鏡，例如已知有特開2004-252294號公報等所記載的透鏡，但該透鏡採用三組三片的極其簡單的結構，根據這樣的二焦點切換型成像透鏡，將變焦比設為1.9以上，原本一樣難以大幅度地提高光學性能，進而，在獲得現狀的一百萬像素以上的攝像元件所對應的清晰度及色差方面不足夠，與本發明的二焦點切換型成像透鏡基板的技術思想不同。


圖1是表示本發明的實施例1(實施方式)的二焦點切換型成像透鏡的基本結構的示意圖；圖2是本實施方式的二焦點切換型成像透鏡的、從廣角端向望遠端移動了第二透鏡組G2時的焦點位置的變化、以及廣角端及望遠端的無限遠時及最近時的透鏡配置圖；圖3是表示本發明的實施例4的二焦點切換型成像透鏡的基本結構的示意圖；圖4是表示實施例1的二焦點切換型成像透鏡的廣角端及望遠端的各像差(球面像差、像散及畸變)的像差圖；圖5是表示實施例2的二焦點切換型成像透鏡的廣角端及望遠端的各像差(球面像差、像散及畸變)的像差圖；圖6是表示實施例3的二焦點切換型成像透鏡的廣角端及望遠端的各像差(球面像差、像散及畸變)的像差圖；圖7是表示實施例4的二焦點切換型成像透鏡的廣角端及望遠端的各像差(球面像差、像散及畸變)的像差圖。
圖中G1～G3-透鏡組；L1～L6-透鏡；X-光軸；1-成像面；2-光闌；3-濾光器部。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的實施方式的二焦點切換型成像透鏡進行說明。再有，此處，以實施例1的結構為代表例說明實施方式的結構。
圖1表示本實施方式的二焦點切換型成像透鏡的廣角端(WIDE)及望遠端(TELE)的各透鏡的配置。
如圖1所示，本實施方式的三組結構二焦點切換型成像透鏡作為整體構成為從物體側開始依次為具有負的折射能力的第一透鏡組G1、具有正的折射能力的第二透鏡組G2、和具有正的折射能力的第三透鏡組G3，通過使第二透鏡組G2在兩焦點位置間沿光軸X移動，從而使整個系統的焦距f變化，進行廣角端(低倍側)與望遠端(高倍側)的切換，並且使光束高效地聚焦到成像面1上。
即，在從廣角端(低倍側)切換到望遠端(高倍側)時，使第一透鏡組G1與第二透鏡組G2相對靠近地移動，並且使第二透鏡組G2與第三透鏡組G3相對遠離地移動。當進行該切換時，若從廣角端向望遠端，將第二透鏡組G2向物體側移動，則焦點位置一旦移動到物體側後從廣角與望遠的中間區域位置反轉而返回移動到原來位置，結果，構成為廣角端的焦點位置與望遠端的焦點位置在光軸X上一致。因此，通過在該位置配置攝像面，從而能夠避免廣角端、望遠端的各位置上的焦點偏差。
這樣，根據本實施方式的二焦點切換型成像透鏡，變焦是通過切換兩個焦點位置而進行，但此時的變焦操作通過僅由第二透鏡組G2移動而進行。因此，最前側的第一透鏡組G1即使經過變焦操作也不會前後移動，因此尤其是在行動電話等可攜式行動裝置中，更能夠確保緊湊性、簡易性，並且可避免灰塵等竄入到透鏡系統內。
另外，在二焦點切換型變焦系統中，由於也可不考慮中間區域的性能，因此易於提高廣角端與望遠端的性能。另外，第一透鏡組G1被設為固定，由此作為透鏡系統整體的長度不會變動，能夠減小全長上的透鏡外徑。
另外，通常，在使用非球面的、透鏡片數少的變焦成像系統中，若要儘可能構成周邊光線的遮蔽(eclipse)少且清晰度好的透鏡，則前側的第一透鏡組G1的有效直徑無論如何都會增大，難以減小透鏡外徑。但是，如本實施方式這樣，將第一透鏡組G1設為固定組，則無需考慮伴隨透鏡組的移動的有效直徑的變化，另外，由於在透鏡框上也可不安裝驅動機構，因此能夠增大有效直徑相對於透鏡外徑的比例，由此，能夠較小地形成可實現周邊光線的遮蔽少且清晰度好的透鏡的透鏡外徑。
進而，上述第一透鏡組G1從物體側開始依次排列由負透鏡構成的第一透鏡L1、及由正透鏡構成的第二透鏡L2而構成。希望的是從物體側開始依次排列由凹面朝向像面側的負的彎月透鏡構成的第一透鏡L1、及由凸面朝向物體側的正的彎月透鏡構成的第二透鏡L2而構成。
另外，第二透鏡組G2從物體側開始依次排列構成接合透鏡的第三透鏡L3及第四透鏡L4、和由具有非球面的正或負的單個透鏡構成的第五透鏡L5而構成。希望的是構成為從物體側開始依次排列光闌2；接合由兩凸透鏡構成的第三透鏡L3及由強曲率的面朝向物體側的兩凹透鏡構成的第四透鏡L4而構成的接合透鏡；和由凹面朝向像側的、兩面具有非球面的正或負的彎月透鏡構成的第五透鏡L5。再有，希望第五透鏡L5由合成樹脂形成。
進而，也可在該第五透鏡L5的透鏡面上添加衍射光學面(DOE)。
另外，如上所述，光闌2配置在第二透鏡組G2的最靠近物體側，在變焦時與第二透鏡組G2的各透鏡成為一體而移動。
另外，第三透鏡組G3由正透鏡構成的第六透鏡L6構成。希望的是，由強曲率的面朝向物體側的兩凸透鏡或凸面朝向物體側的正的彎月透鏡構成的第六透鏡L6構成。
另外，在第六透鏡L6與成像面(CCD攝像面)1之間配置有包括低通濾光器或紅外線截止濾光器的濾光器部3。
另外，第二透鏡組G2中的構成接合透鏡的像面側的透鏡即第四透鏡L4的周邊後端面、和第二透鏡組G2中的由單個透鏡構成的第五透鏡L5的周邊前端面均被設為平面，通過採用相互由這些平面抵接、或這兩個平面夾持具有與這兩個平面平行的表面的平行平面板的任一種結構，能夠實現減輕進行構成第二透鏡組G2的各透鏡的光軸對齊(偏芯軸調整)時的勞力，並提高組裝精度。
再有，在本說明書中，關於透鏡或透鏡面的凸或凹(正或負)的定義意味著在軸上附近的形狀，尤其是在非球面中，並非意味著面整體的形狀。
進而，本實施方式的二焦點切換型成像透鏡滿足下述的條件式(1)～(8)。
22＜(Ww/Wt)/2＜34……(1)2＜|f5|/fw……(2)4.5＜TL/YIM＜6.5 ……(3)
1.75≤ft/fw≤3.0……(4)2.3≤FNOW≤3.5……(5)16.0≤v1-v2……(6)0.65＜(f1G+f2G+dW)/YIM＜1.3……(7)1.1＜f2G/fw＜1.8 ……(8)其中，Ww在廣角端的半視場角Wt在望遠端的半視場角fw廣角端的整個系統的焦距ft望遠端的整個系統的焦距f5第五透鏡L5的焦距TL整個系統的最大全長(廣角端與望遠端的全長中的最長的全長)YIM像高FNOW廣角端的F值f1G第一透鏡組G1的焦距f2G第二透鏡組G2的焦距dW廣角端的第一透鏡組G1與第二透鏡組G2的組間隔v1第一透鏡L1的阿貝數v2第二透鏡L2的阿貝數以下，對上述各條件式的技術意義進行說明。
首先，上述條件式(1)用於規定在廣角端的半視場角與在望遠端的半視場角的相加平均，通過設定為在該條件式的範圍內，可維持良好的光學性能，並且即使在搭載於可攜式行動裝置或數位相機等中時，在變焦各位置上也可確保充分的視場角。
另外，上述條件式(2)用於規定第五透鏡L5的焦距，通過將由廣角端的整個系統的焦距除該第五透鏡L5的焦距後的值設定為在該條件式的範圍內，可良好地保持伴隨變焦的色差的變動。
再有，在良好地保持伴隨變焦的色差的變動的基礎上，更優選將該條件式(2)的下限設為5。
另外，上述條件式(3)是由像高除整個系統的最大全長後的範圍，通過設定為在該條件式的範圍內，可實現透鏡系統的緊湊化。
另外，上述條件式(4)用於規定變焦比，通過設定為在該條件式的範圍內，可維持良好的光學性能，並且即使在搭載於可攜式行動裝置或數位相機等中時，也可確保充分的變焦比。
另外，上述條件式(5)用於規定廣角端的F值，通過設定在該條件式的範圍內，可維持良好的光學性能，並且即使在搭載於可攜式行動裝置或數位相機等中時，也可確保充分的亮度。
另外，上述條件式(6)用於規定第一透鏡L1與第二透鏡L2的阿貝數(d線)的差，若低於該條件式的下限，則尤其是望遠端的軸上色差的修正將變得不充分。該條件尤其在全長短且視角大的本發明的透鏡系統中是必須的。
再有，尤其是，在良好地進行望遠端的軸上色差的修正這一點，更優選將該條件式(6)的下限設為20.8。
另外，上述條件式(7)用於規定第一透鏡組G1的焦距、第二透鏡組G2的焦距、及廣角端的第一透鏡組G1與第二透鏡組G2的組間隔的和，若低於該條件式的下限，則最近的近軸解將不成立。另一方面，若超過該條件式的上限，則難以減小全長。
另外，上述條件式(8)用於規定第二透鏡組G2的焦距，是由廣角端的整個系統的焦距除第二透鏡組G2的焦距的值的範圍。通過設定在該條件式的範圍內，即使變焦也能適當地維持功率配置。即，若超過該條件式的上限，則由於第二透鏡組G2的功率變得比較小，因此也包括調焦過程，在廣角端與望遠端均能維持良好的光學性能，但伴隨變焦的移動量將增大，透鏡系統的全長變長，難以形成緊湊的透鏡系統。另一方面，若低於該條件式的下限，則由於第二透鏡組G2的功率變得比較大，因此在廣角端或望遠端的光學性能，以及調焦過程中的光學性能將大幅度地劣化。
以下，利用實施例1～實施例4，更具體地說明本發明的二焦點切換型成像透鏡。
(實施例1)以下，在表1中表示實施例1的二焦點切換型成像透鏡的各透鏡面的曲率半徑R(mm)、各透鏡的中心厚及各透鏡間的空氣間隔(以下，將這些總稱為軸上面間隔)D(mm)、各透鏡對e線(546.1nm)的折射率Ne及各透鏡對d線的阿貝數v的值。
再有，表中的數字表示從物體側開始的順序(在表3、5、7中相同)。
另外，在表1中表示在廣角端及望遠端的各位置的焦距f′、變焦比、F值FNO、廣角端(W)與望遠端(T)的半視場角ω、及像高的各值(在表3、5、7中相同)。


進而，在本實施例中，在表9中表示全部滿足所述的條件式(1)～(8)的各值。
另外，在本實施例中，在第五透鏡L5的兩面設置有由下述數學式1的非球面式表示的形狀的非球面，還有在第一透鏡L1的兩面設置有由下述數學式2的非球面式表示的形狀的非球面。
Z(r)=r2/R1+1-Kr2/R2+1=25A2ir2i]]>其中，Z(r)從距光軸距離r(r2＝x2+y2)的非球面上的點引到非球面頂點的切平面(垂直於光軸的平面)的垂線的長度R非球面的光軸附近的曲率半徑K偏心率A2i非球面係數(i＝2～5)[數學式2]Z(r)=r2/R1+1-Kr2/R2+1=320Biri]]>其中，Z(r)從距光軸距離r(r2＝x2+y2)的非球面上的點引到非球面頂點的切平面(垂直於光軸的平面)的垂線的長度
R非球面的光軸附近的曲率半徑K偏心率Bi非球面係數(i＝3～20)另外，在下述表2中表示在上述數學式1的非球面式中表示的非球面的各常數K、A4、A6、A8、A10的值；及在上述數學式2的非球面式中表示的非球面的各常數K、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10的值。再有，對上述非球面式中的R代入表1中的1、2、9、10的各面的R值。


圖4是表示實施例1的二焦點切換型成像透鏡的廣角端及望遠端的各像差(球面像差、像散及畸變)的像差圖。再有，在各像散圖中，表示相對於弧矢像面及子午像面的像差(對圖5、6、7也相同)。
如從該圖4可明確，根據實施例1的二焦點切換型成像透鏡可知，在整個變焦區域內進行良好的像差修正。
(實施例2)以下，對實施例2的二焦點切換型成像透鏡進行說明。
該實施例2的透鏡採用與上述實施例1的透鏡大致相同的透鏡結構。
在表3中表示該實施例2中的各透鏡面的曲率半徑R(mm)、各透鏡的軸上面間隔D(mm)、各透鏡對e線(546.1nm)的折射率Ne及各透鏡對d線的阿貝數v的值。


進而，在本實施例中，在表9中表示全部滿足所述的條件式(1)～(8)的各值。
另外，在本實施例中，在第五透鏡L5的兩面設置有由上述數學式1的非球面式表示的形狀的非球面，還有在第一透鏡L1的兩面設置有由上述數學式2的非球面式表示的形狀的非球面。
另外，在下述表4中表示在上述數學式1的非球面式中表示的非球面的各常數K、A4、A6、A8、A10的值；及在上述數學式2的非球面式中表示的非球面的各常數K、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10的值。再有，對上述非球面式中的R代入表3中的1、2、9、10的各面的R值。


圖5是表示實施例2的二焦點切換型成像透鏡的廣角端及望遠端的各像差(球面像差、像散及畸變)的像差圖。
如從該圖5可明確，根據實施例2的二焦點切換型成像透鏡，可在整個變焦區域內進行良好的像差修正。
(實施例3)以下，對實施例3的二焦點切換型成像透鏡進行說明。
該實施例3的透鏡採用與上述實施例1的透鏡大致相同的透鏡結構。
在表5中表示該實施例3中的各透鏡面的曲率半徑R(mm)、各透鏡的軸上面間隔D(mm)、各透鏡對e線(546.1nm)的折射率Ne及各透鏡對d線的阿貝數v的值。


進而，在本實施例中，在表9中表示全部滿足所述的條件式(1)～(8)的各值。
另外，在本實施例中，在第一透鏡L1及第五透鏡L5的各兩面設置有由上述數學式1的非球面式表示的形狀的非球面。
另外，在下述表6中表示在上述數學式1的非球面式中表示的非球面的各常數K、A4、A6、A8、A10的值。再有，對上述非球面式中的R代入表5中的1、2、9、10的各面的R值。


圖6是表示實施例3的二焦點切換型成像透鏡的廣角端及望遠端的各像差(球面像差、像散及畸變)的像差圖。
如從該圖6可明確，根據實施例3的二焦點切換型成像透鏡，可在整個變焦區域內進行良好的像差修正。
(實施例4)以下，對實施例4的二焦點切換型成像透鏡進行說明。
如圖3所示，該實施例4的透鏡採用與上述實施例1的透鏡大致相同的透鏡結構。其中，主要的不同之處在於，構成第三透鏡組G3的第六透鏡L6由設為兩面非球面透鏡、強曲率的面朝向物體側的正的彎月透鏡構成。
在表7中表示該實施例4中的各透鏡面的曲率半徑R(mm)、各透鏡的軸上面間隔D(mm)、各透鏡對e線(546.1nm)的折射率Ne及各透鏡對d線的阿貝數v的值。


進而，在本實施例中，在表9中表示全部滿足所述的條件式(1)～(8)的各值。
另外，在本實施例中，在第一透鏡L1、第五透鏡L5及第六透鏡L6的各兩面設置有由上述數學式1的非球面式表示的形狀的非球面。
另外，在下述表8中表示在上述數學式1的非球面式中表示的非球面的各常數K、A4、A6、A8、A10的值。再有，對上述非球面式中的R代入表7中的1、2、9、10、11、12的各面的R值。


圖7是表示實施例4的二焦點切換型成像透鏡的廣角端及望遠端的各像差(球面像差、像散及畸變)的像差圖。
如從該圖7可明確，根據實施例4的二焦點切換型成像透鏡，可在整個變焦區域內進行良好的像差修正。


權利要求
1.一種二焦點切換型成像透鏡，其從物體側開始依次排列具有負的折射能力的第一透鏡組、具有正的折射能力的第二透鏡組、及具有正的折射能力的第三透鏡組而構成，其特徵在於，所述第一透鏡組從物體側開始依次排列具有負的折射能力的透鏡及具有正的折射能力的透鏡，並且至少任一個透鏡設為非球面透鏡而構成，所述第二透鏡組從物體側開始依次排列接合透鏡、和具有非球面且具有負的折射能力的單個透鏡而構成，所述第三透鏡組由一片正透鏡構成，在兩個焦點位置之間進行切換時，使所述第二透鏡組移動，另一方面，所述第一透鏡組及所述第三透鏡組大致固定，進而，滿足下述的條件式(1)～(6)22＜(Ww/Wt)/2＜34……(1)2＜|f5|/fw……(2)4.5＜TL/YIM＜6.5 ……(3)1.75≤ft/fw≤3.0 ……(4)2.3≤FNOW≤3.5……(5)16.0≤v1-v2……(6)其中，Ww在廣角端的半視場角Wt在望遠端的半視場角fw廣角端的整個系統的焦距ft望遠端的整個系統的焦距f5所述第二透鏡組中的所述單個透鏡的焦距TL整個系統的最大全長(廣角端與望遠端的全長中的最長的全長)YIM像高FNOW廣角端的F值v1所述第一透鏡的阿貝數v2所述第二透鏡的阿貝數。
2.根據權利要求1所述的二焦點切換型成像透鏡，其特徵在於，滿足以下的條件式(7)0.65＜(f1G+f2G+dW)/YIM＜1.3……(7)。其中，f1G所述第一透鏡組的焦距f2G所述第一透鏡組的焦距dW廣角端的所述第一透鏡組與所述第二透鏡組的組間隔。
3.根據權利要求1或2所述的二焦點切換型成像透鏡，其特徵在於，滿足以下的條件式(8)1.1＜f2G/fw＜1.8……(8)。
4.根據權利要求1～3中的任一項所述的二焦點切換型成像透鏡，其特徵在於，所述第二透鏡組中的所述單個透鏡設為凸面朝向物體側的兩面非球面的由合成樹脂構成的彎月透鏡。
5.根據權利要求1～4中的任一項所述的二焦點切換型成像透鏡，其特徵在於，在所述第二透鏡組中的最靠近物體側配設光闌而構成。
6.根據權利要求1～5中的任一項所述的二焦點切換型成像透鏡，其特徵在於，所述第二透鏡組中的構成所述接合透鏡的像側的透鏡的周邊像側端面、和所述第二透鏡組中的所述單個透鏡的周邊物體側端面均被設為平面，這些兩個平面構成為相互抵接、或這些兩個平面構成為夾持具有與這些平面平行的表面的平行平面板。
全文摘要
一種二焦點切換型成像透鏡，其由負的第一組(G
文檔編號G02B13/18GK1940632SQ20061015437
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月26日 優先權日2005年9月28日
發明者野田隆行 申請人:富士能株式會社