攝像透鏡和攝像裝置的製作方法

2023-08-08 12:36:41

專利名稱：攝像透鏡和攝像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種成像透鏡和成像裝置。更具體地，本發明涉及適合於諸如數字照像機或配備了相機的便攜電話裝置的小型成像裝置的成像透鏡和使用該成像透鏡的成像裝置，該小型成像裝置使用固態成像元件，諸如CCD (電荷耦合器件)或CMOS (互補金屬氧化物半導體)。
背景技術：
一般已知諸如配備了相機的便攜電話裝置和數字照像機的成像裝置，該成像裝置使用大約3-5百萬像素固態成像硬體，諸如CXD或CMOS，並且在其上安裝了光圈Fno大約為
2.8的成像透鏡。 現在要求這樣的成像裝置在尺寸上更小，並且，要求在那些成像裝置上安裝的成像透鏡具有比以前更小的尺寸和更短的光學總長。近些年來，在諸如配備了相機的便攜電話裝置的小型成像裝置中，成像元件已經變得更小，並且變得能夠處理較大數量的像素。幾乎等同於數字照像機的具有高像素成像元件的模型已經變得普遍。因此，要求在小型成像裝置上安裝的成像透鏡具有適合於這樣的高像素固態成像裝置的高透鏡性能。而且，存在對於具有更亮的光圈Fno的透鏡的需要，以防止由於在暗處拍攝圖像時引起的噪聲導致的圖像質量變差。這樣的小型和高性能成像透鏡的每個需要具有四透鏡結構或具有更多透鏡的結構(例如，參見專利文件I至5)。引用列表專利文件專利文件I :日本公開專利申請No. 2004-4566專利文件2 :日本公開專利申請No. 2002-365530專利文件3 :日本公開專利申請No. 2006-293324專利文件4 :日本公開專利申請No. 2009-294527專利文件5 :日本公開專利申請No. 2010-2643
發明內容
在專利文件I中公開的傳統透鏡具有三透鏡結構，該結構在縮短光學總長上是最有益的結構。然而，近些年來，存在對於具有高分辨能力和小色(像)差的透鏡的需求，因為成像元件涉及大量的像素。為了實現該兩個特徵，具有三透鏡結構的透鏡沒有足夠的透鏡來校正像差，並且難以使用這樣的三透鏡結構來實現期望的光學性能。在專利文件2中公開的傳統透鏡具有四透鏡結構。該傳統透鏡以優選的方式來校正各種像差，但是其光學總長太長，不能實現小尺寸。而且，在專利文件2中公開的透鏡中，第一透鏡的光焦度和第二透鏡的光焦度很強。因為第二透鏡的光焦度特別強，所以在製造上的靈敏度很高，導致生產率的降低。
而且，在專利文件2中公開的透鏡中，存在當因為第一透鏡的強光焦度導致使得光圈Fno更亮時出現的球面像差和彗形像差的大的不利影響，並且，特別難以保持在外圍部分的高性能。在專利文件3中公開的傳統透鏡具有四透鏡結構，並且具有高水平的像差校正能力。然而，透鏡的總長太大，不能實現小尺寸。而且，在專利文件3中公開的透鏡中，第三透鏡的兩個表面具有凸形狀。因此，難以使用該透鏡來校正像差，並且在製造上的靈敏度高。而且，當外圍光束被專利文件3中公開的透鏡全反射時，全反射的外圍光束被另一個表面進一步反射，並且進入成像元件。結果，幻像可能形成，並且顯著地使得圖像質量變差。在專利文件4中公開的傳統透鏡具有五透鏡結構，並且具有高水平的像差校正能力。然而，透鏡的總長也太大，不能實現小尺寸。一般，通過向具有四透鏡結構的透鏡加上校正透鏡來形成在專利文件4中公開的這個透鏡。如果光學總長縮短，則第一透鏡的光焦度變得太強。結果，不能成功地校正當使得光圈Fno更亮時在第一透鏡中出現的諸如球面·像差或彗形像差的像差。在專利文件5中公開的傳統透鏡有具有高水平的像差校正能力的五透鏡結構。然而，第一透鏡相對於整個系統的焦距的光焦度弱，並且不可能實現在尺寸和高度(厚度)上的有效減小。已經根據上面的情況作出了本發明，並且本發明提出一種很小和薄的成像透鏡和成像裝置，該成像透鏡實現高得足以用於具有8百萬像素或更多的高像素成像元件的光學性能。為了解決上面的問題，本發明的成像透鏡以從物體側起的下述順序包括孔徑光闌(aperture stop);第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度。成像透鏡滿足下面的條件表達式(I)和(2)W0.3〈f1/|f3|〈3.0^&(2)-0. 3<^/^20其中Vd1 :第一透鏡的阿貝數，Vd2 :第二透鏡的阿貝數，以及Vd3 :第三透鏡的阿貝數。在成像透鏡中，整個透鏡系統的焦距和第五透鏡的焦距之間的關係滿足下面的條件表達式(4)(4) O. 5〈 I f51 /f<4. O
其中f :整個透鏡系統的焦距，以及f5 :第五透鏡的焦距。這個成像透鏡的基本特徵在於，以從物 體側起的下述順序來提供孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度;第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度，並且，在整個透鏡系統中，正光焦度是向前的。在成像透鏡中，如果將光學總長縮短以減小尺寸，則具有四透鏡結構的第一透鏡的曲率半徑變得更小，並且，光焦度增大。結果，球面像差校正變得困難。而且，在成像透鏡中，如果使得透鏡光圈更大並且使得Fno更小(更亮)以實現較高的圖像質量，則彗形像差校正變得困難。為了有效地校正當尺寸增大並且光圈變大時變得更大的球面像差和彗形像差，具有四透鏡結構的第一透鏡在成像透鏡中被劃分為二。兩個分透鏡(第一透鏡和第二透鏡)彼此以光焦度互補，而與劃分之前相比較，像差校正平面的數量增加二個。利用在成像透鏡中的該布置，通過第二透鏡來抑制已經在第一透鏡中出現的球面像差和彗形像差，並且也可以通過兩個新形成的校正平面來校正其他像差。雖然在成像透鏡中分離，但是第一透鏡和第二透鏡彼此很接近，使得已經在第一透鏡和第二透鏡中出現的色(像)差(chromatic aberration)可以被第三透鏡抵消。在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側具有凹表面。因此，即使當離軸光束被凹表面全反射時，全反射的離軸光束漫射到透鏡外圍部分，並且被防止直接進入諸如CCD或CMOS的固態成像元件。因此，可以防止幻像的形成。而且，在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側上具有凹表面，以有效地校正場曲和彗形像差。而且，在成像透鏡中，第四透鏡有具有正光焦度的彎月形狀，以有效地校正像差，特別是場曲和像散。而且，在成像透鏡中，第五透鏡在光軸附近具有負光焦度。並且因此在校正像差，特別是場曲上有效。第五透鏡也在外圍部分處具有凸表面，並且因此在校正像散和畸變中有效。對於這個成像透鏡指定的條件表達式(I)涉及向第一透鏡和第三透鏡的適當光焦度分配。絕對值被用作第三透鏡的焦距，因為第三透鏡具有負光焦度。如果未達到由條件表達式(I)限定的下限值，則第一透鏡的光焦度變得太強。結果，球面像差(spherical aberration)和離軸彗形像差(coma aberration)出現增加，並且像差校正變得困難。另一方面，如果超過由條件表達式(I)限定的上限值，則第一透鏡的光焦度(power)變得太弱，不允許第一透鏡和第三透鏡執行適當的消色。結果，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。而且，在其中存在強電源的成像環境中，滲色(雜散光)出現，不利地影響圖像質量。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(I )，使得成像透鏡比傳統透鏡更薄，並且可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。對於這個成像透鏡指定的條件表達式(2)是涉及向第一透鏡和第二透鏡的適當光焦度分配的條件表達式。如果未達到由這個條件表達式(2)限定的下限值，則第二透鏡的光焦度變得太弱，並且在第一透鏡上承擔了大比例的負載。結果，球面像差和離軸彗形像差出現增加，並且校正球面像差和離軸彗形像差變得困難。這也阻礙了利用第三透鏡消色，並且因此，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。另一方面，如果超過由條件表達式(2)限定的上限值，則第二透鏡的光焦度變得太強。結果，在製造上的靈敏度變得更高，並且在製造時降低了裝配的容易度。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(2)，使得在優化對於第一透鏡和第二透鏡的光焦度分配的同時，可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。
對於這個成像透鏡指定的條件表達式(3)限定了在d線單波長處的第一至第三透鏡的阿貝數。阿貝數落在由條件表達式(3 )限定的範圍內的這樣的玻璃材料用於第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的每一個，使得可以執行良好的色(像)差校正，而不在每個透鏡的光焦度上有大的增大。如果在成像透鏡中未達到由條件表達式(3)限定的下限值，則滲色(雜散光)出現，不利地影響圖像質量。如果滿足條件表達式(3)，則每個透鏡的光焦度不變得很強。因此，可以在周圍區域中抑制彗形像差和場曲的出現，而且，可以有效地抑制在製造上的靈敏度。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(3)，使得可以執行良好的色(像)差校正，並且，在周圍區域中抑制彗形像差和場曲的出現，以降低在製造上的靈敏度。而且，對於這個成像透鏡指定的條件表達式(4)是涉及相對於整個透鏡系統的光焦度向第五透鏡的適當光焦度分配的條件表達式。如果未達到由條件表達式(4)限定的下限值，則第五透鏡的光焦度變得太強。結果，適當的場校正(用於實現從軸至周圍區域的均勻的分辨能力的校正)變得困難。而且，光學靈敏度變得較高，並且在製造中降低了裝配容易度。另一方面，如果超過由條件表達式(4)限定的上限值，則第五透鏡的光焦度變得太弱，並且適當的像差校正，特別是場校正(根據Petzval定律)變得困難。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(4)，使得在優化相對於整個透鏡系統向第五透鏡的光焦度分配的同時，可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。在成像透鏡中，第一透鏡具有面向物體側的凸表面，並且具有正光焦度(refractive power)。因此,在提高光焦度的同時,可以使用第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡來實現消色效果。而且，在成像透鏡中，第二透鏡具有面向成像平面側的凸表面，並且具有正或負光焦度。因此，可以使用第二透鏡和第三透鏡來實現消色效果。這個成像透鏡的光學系統其特徵在於是前光闌(front stop)型,但是將光軸方向上的光闌位置設置在從第一透鏡的表面頂點起的有效直徑範圍內(或者，光闌位置比表面頂點更接近成像平面，並且比邊緣表面更接近物體側)。使用該成像透鏡中的該布置，可以比在光闌位於第一透鏡的表面頂點之前的情況保證更高的外圍亮度。而且，可以有益地使得全長更短，以進一步減小尺寸。本發明的成像裝置包括成像透鏡和將由成像透鏡形成的光學圖像轉換為電信號的成像元件。成像透鏡以從物體側起的下述順序包括孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度。成像透鏡滿足下面的條件表達式(I)和(2):W0.3〈f1/|f3|〈3.0^&(2)-0. 3<^/^<4. 5其中:第一透鏡的焦距，f2 :第二透鏡的焦距，以及f3:第三透鏡的焦距。 在這個成像裝置中的成像透鏡的基本特徵在於，以從物體側起的下述順序來提供孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度，並且，在整個透鏡系統中，正光焦度是向前的。在成像透鏡中，如果將光學總長縮短以減小尺寸，則具有四透鏡結構的第一透鏡的曲率半徑變得更小，並且，光焦度增大。結果，球面像差校正變得困難。而且，在成像透鏡中，如果使得透鏡光圈更大並且使得Fno更小(更亮)以實現較高的圖像質量，則彗形像差校正變得困難。為了有效地校正當尺寸增大並且光圈變大時變得更大的球面像差和彗形像差，具有四透鏡結構的第一透鏡在成像透鏡中被劃分為二。兩個分透鏡(第一透鏡和第二透鏡)彼此以光焦度互補，而與在劃分之前相比較，像差校正平面的數量增加二個。利用在成像透鏡中的該布置，通過第二透鏡來抑制已經在第一透鏡中出現的球面像差和彗形像差，並且也可以通過兩個新形成的校正平面來校正其他像差。雖然在成像透鏡中分離，但是第一透鏡和第二透鏡彼此很接近，使得已經在第一透鏡和第二透鏡中出現的色(像)差可以被第三透鏡抵消。在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側具有凹表面。因此，即使當離軸光束被凹表面全反射時，全反射的離軸光束漫射到透鏡外圍部分，並且被防止直接進入諸如CCD或CMOS的固態成像元件。因此，可以防止幻像的形成。而且，在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側上具有凹表面，以有效地校正場曲和彗形像差。而且，在成像透鏡中，第四透鏡有具有正光焦度的彎月形狀，以有效地校正像差，特別是場曲和像散。而且，在成像透鏡中，第五透鏡在光軸附近具有負光焦度。並且因此在校正像差，特別是場曲上有效。第五透鏡也在外圍部分處具有凸表面，並且因此在校正像散和畸變中有效。對於這個成像透鏡指定的條件表達式(I)涉及向第一透鏡和第三透鏡的適當光焦度分配。絕對值被用作第三透鏡的焦距，因為第三透鏡具有負光焦度。如果未達到由條件表達式(I)限定的下限值，則第一透鏡的光焦度變得太強。結果，球面像差和離軸彗形像差出現增加，並且像差校正變得困難。另一方面，如果超過由條件表達式(I)限定的上限值，則第一透鏡的光焦度變得太弱，不允許第一透鏡和第三透鏡執行適當的消色。結果，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。而且，在其中存在強電源的成像環境中，滲色(雜散光)出現，不利地影響圖像質量。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(I )，使得該成像透鏡比傳統透鏡更薄，並且可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。對於這個成像透鏡指定的條件表達式(2)是涉及向第一透鏡和第二透鏡的適當光焦度分配的條件表達式。如果未達到由這個條件表達式(2)限定的下限值，則第二透鏡的光焦度變得太弱，並且在第一透鏡上承擔了負載。結果，球面像差 和離軸彗形像差出現增加，並且校正球面像差和離軸彗形像差變得困難。這也阻礙了利用第三透鏡消色，並且因此，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。另一方面，如果超過由條件表達式(2)限定的上限值，則第二透鏡的光焦度變得太強。結果，在製造上的靈敏度變得更高，並且在製造時降低了裝配的容易度。因此，在成像裝置的成像透鏡中，滿足條件表達式(2)，使得在優化對於第一透鏡和第二透鏡的光焦度分配的同時，可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。根據本發明，成像透鏡以從物體側起的下述順序包括(孔徑光闌；)第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度。成像透鏡滿足下面的條件表達式(I)和(2)W0.3〈f1/|f3|〈3.0^&(2)-0. 3<^/^<4. 5其中:第一透鏡的焦距，f2 :第二透鏡的焦距，以及f3:第三透鏡的焦距。這個成像透鏡的基本特徵在於，以從物體側起的下述順序來提供孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度;第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度，並且，在整個透鏡系統中，正光焦度是向前的。在成像透鏡中，如果將光學總長縮短以減小尺寸，則具有四透鏡結構的第一透鏡的曲率半徑變得更小，並且，光焦度增大。結果，球面像差校正變得困難。而且，在成像透鏡中，如果使得透鏡光圈更大並且使得Fno更小(更亮)以實現較高的圖像質量，則彗形像差校正變得困難。為了有效地校正當尺寸增大並且光圈變大時變得更大的球面像差和彗形像差，具有四透鏡結構的第一透鏡在成像透鏡中被劃分為二。兩個分透鏡(第一透鏡和第二透鏡)彼此以光焦度互補，而與在劃分之前相比較，像差校正平面的數量增加二個。利用在成像透鏡中的該布置，通過第二透鏡來抑制已經在第一透鏡中出現的球面像差和彗形像差，並且也可以通過兩個新形成的校正平面來校正其他像差。雖然在成像透鏡中分離，但是第一透鏡和第二透鏡彼此很接近，使得已經在第一透鏡和第二透鏡中出現的色(像)差可以被第三透鏡抵消。在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側具有凹表面。因此，即使當離軸光束被凹表面全反射時，全反射的離軸光束漫射到透鏡外圍部分，並且被防止直接進入諸如CCD或CMOS的固態成像元件。因此，可以防止幻像的形成。而且，在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側上具有凹表面，以有效地校正場曲和彗形像差。而且，在成像透鏡中，第四透鏡有具有正光焦度的彎月形狀，以有效地校正像差，特別是場曲和像散。而且，在成像透鏡中，第五透鏡在光軸附近具有負光焦度。並且因此在校正像差，特別是場曲上有效。第五透鏡也在外圍部分處具有凸表面，並且因此在校正像散和畸變中有效。對於這個成像透鏡指定的條件表達式(I)涉及向第一透鏡和第三透鏡的適當光焦度分配。絕對值被用作第三透鏡的焦距，因為第三透鏡具有負光焦度。
如果未達到由條件表達式(I)限定的下限值，則第一透鏡的光焦度變得太強。結果，球面像差和離軸彗形像差出現增加，並且像差校正變得困難。另一方面，如果超過由條件表達式(I)限定的上限值，則第一透鏡的光焦度變得太弱，不允許第一透鏡和第三透鏡執行適當的消色。結果，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。而且，在其中存在強電源的成像環境中，滲色(雜散光)出現，不利地影響圖
像質量。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(I )，使得成像透鏡比傳統透鏡更薄，並且可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。對於這個成像透鏡指定的條件表達式(2)是涉及向第一透鏡和第二透鏡的適當光焦度分配的條件表達式。如果未達到由這個條件表達式(2)限定的下限值，則第二透鏡的光焦度變得太弱，並且在第一透鏡上承擔了負載。結果，球面像差和離軸彗形像差出現增加，並且校正球面像差和離軸彗形像差變得困難。這也阻礙了利用第三透鏡消色，並且因此，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。另一方面，如果超過由條件表達式(2)限定的上限值，則第二透鏡的光焦度變得太強。結果，在製造上的靈敏度變得更高，並且在製造時降低了裝配的容易度。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(2)，使得在優化對於第一透鏡和第二透鏡的光焦度分配的同時，可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。根據本發明，本發明的成像裝置包括成像透鏡和將由成像透鏡形成的光學圖像轉換為電信號的成像元件。成像透鏡以從物體側起的下述順序包括孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度。成像透鏡滿足下面的條件表達式(I)和
(2)W0.3〈f1/|f3|〈3.0^&(2)-0. 3<^/^<4. 5其中:第一透鏡的焦距，f2 :第二透鏡的焦距，以及f3:第三透鏡的焦距。
在這個成像裝置中的成像透鏡的基本特徵在於，以從物體側起的下述順序來提供孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度，並且，在整個透鏡系統中，正光焦度是向前的。在成像透鏡中，如果將光學總長縮短以減小尺寸，則具有四透鏡結構的第一透鏡的曲率半徑變得更小，並且，光焦度增大。結果，球面像差校正變得困難。而且，在成像透鏡中，如果使得透鏡光圈更大並且使得Fno更小(更亮)以實現較高的圖像質量，則彗形像差校正變得困難。為了有效地校正當尺寸增大並且光圈變大時變得更大的球面像差和彗形像差，具有四透鏡結構的第一透鏡在成像透鏡中被劃分為二。兩個分透鏡(第一透鏡和第二透鏡)彼此以光焦度互補，而與在劃分之前相比較，像差校正平面的數量增加二個。利用在成像透鏡中的該布置，通過第二透鏡來抑制已經在第一透鏡中出現的球面·像差和彗形像差，並且也可以通過兩個新形成的校正平面來校正其他像差。雖然在成像透鏡中分離，但是第一透鏡和第二透鏡彼此很接近，使得已經在第一透鏡和第二透鏡中出現的色(像)差可以被第三透鏡抵消。在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側具有凹表面。因此，即使當離軸光束被凹表面全反射時，全反射的離軸光束漫射到透鏡外圍部分，並且被防止直接進入諸如CCD或CMOS的固態成像元件。因此，可以防止幻像的形成。而且，在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側上具有凹表面，以有效地校正場曲和彗形像差。而且，在成像透鏡中，第四透鏡有具有正光焦度的彎月形狀，以有效地校正像差，特別是場曲和像散。而且，在成像透鏡中，第五透鏡在光軸附近具有負光焦度。並且因此在校正像差，特別是場曲上有效。第五透鏡也在外圍部分處具有凸表面，並且因此在校正像散和畸變中有效。對於這個成像透鏡指定的條件表達式(I)涉及向第一透鏡和第三透鏡的適當光焦度分配。絕對值被用作第三透鏡的焦距，因為第三透鏡具有負光焦度。如果未達到由條件表達式(I)限定的下限值，則第一透鏡的光焦度變得太強。結果，球面像差和離軸彗形像差出現增加，並且像差校正變得困難。另一方面，如果超過由條件表達式(I)限定的上限值，則第一透鏡的光焦度變得太弱，不允許第一透鏡和第三透鏡執行適當的消色。結果，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。而且，在其中存在強電源的成像環境中，滲色(雜散光)出現，不利地影響圖
像質量。因此，在成像裝置的成像透鏡中，滿足條件表達式(I )，使得成像透鏡比傳統透鏡更薄，並且可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。 對於這個成像透鏡指定的條件表達式(2 )是涉及向第一透鏡和第二透鏡的適當光焦度分配的條件表達式。如果未達到由這個條件表達式(2)限定的下限值，則第二透鏡的光焦度變得太弱，並且在第一透鏡上承擔了負載。結果，球面像差和離軸彗形像差出現增加，並且校正球面像差和離軸彗形像差變得困難。這也阻礙了利用第三透鏡消色，並且因此，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。另一方面，如果超過由條件表達式(2)限定的上限值，則第二透鏡的光焦度變得太強。結果，在製造上的靈敏度變得更高，並且在製造時降低了裝配的容易度。因此，在成像裝置的成像透鏡中，滿足條件表達式(2)，使得在優化對於第一透鏡和第二透鏡的光焦度分配的同時，可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。


圖I是示出在第一數值示例中的成像透鏡的結構的示意截面圖。圖2示出指示在第一數值示例中的像差的特徵曲線。圖3是示出在第二數值示例中的成像透鏡的結構的示意截面圖。·圖4示出指示在第二數值示例中的像差的特徵曲線。圖5是示出在第三數值示例中的成像透鏡的結構的示意截面圖。圖6示出指示在第三數值示例中的像差的特徵曲線。圖7是示出在第四數值示例中的成像透鏡的結構的示意截面圖。圖8示出指示在第四數值示例中的像差的特徵曲線。圖9是示出在第五數值示例中的成像透鏡的結構的示意截面圖。圖10示出指示在第五數值示例中的像差的特徵曲線。圖11是示出在第六數值示例中的成像透鏡的結構的示意截面圖。圖12示出指示在第六數值示例中的像差的特徵曲線。圖13是示出其上安裝了本發明的成像裝置的便攜電話裝置的外觀的示意透視圖。圖14是示出其上安裝了本發明的成像裝置的便攜電話裝置的外觀的示意透視圖。圖15是示出便攜電話裝置的電路配置的示意框圖。
具體實施例方式下面是用於執行本發明的實施例的說明。以下面的順序來進行說明。I.實施例2.根據該實施例的數值示例(第一至第六數字示例)3.成像裝置和便攜電話裝置的結構4.其他實施例〈I.實施例〉[1-1.成像透鏡的結構]在本發明的成像透鏡中，以從物體側起的下述順序來提供孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度，並且在整個透鏡系統中，正光焦度是向前的。在成像透鏡中，如果將光學總長縮短以減小尺寸，則具有四透鏡結構的第一透鏡的曲率半徑變得更小，並且，光焦度增大。結果，球面像差校正變得困難。而且，在成像透鏡中，如果使得透鏡光圈更大並且使得Fno更小(更亮)以實現較高的圖像質量，則彗形像差校正變得困難。為了有效地校正當尺寸增 大並且光圈變大時變得更大的球面像差和彗形像差，具有四透鏡結構的第一透鏡在成像透鏡中被劃分為二。兩個分透鏡(第一透鏡和第二透鏡)彼此以光焦度互補，而與在劃分之前相比較，像差校正平面的數量增加二個。利用在成像透鏡中的該布置，通過第二透鏡來抑制已經在第一透鏡中出現的球面像差和彗形像差，並且也可以通過兩個新形成的校正平面來校正其他像差。雖然在成像透鏡中分離，但是第一透鏡和第二透鏡彼此很接近，使得已經在第一透鏡和第二透鏡中出現的色(像)差可以被第三透鏡抵消。在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側具有凹表面。因此，即使當離軸光束被凹表面全反射時，全反射的離軸光束漫射到透鏡外圍部分，並且被防止直接進入諸如CCD或CMOS的固態成像元件。因此，可以防止幻像的形成。而且，在成像透鏡中，第三透鏡在成像平面側上具有凹表面，以有效地校正場曲和彗形像差。而且，在成像透鏡中，第四透鏡有具有正光焦度的彎月形狀，以有效地校正像差，特別是場曲和像散。而且，在成像透鏡中，第五透鏡在光軸附近具有負光焦度。並且因此在校正像差，特別是場曲上有效。第五透鏡也在外圍部分處具有凸表面，並且因此在校正像散和畸變中有效。而且，在該成像透鏡中，優選地滿足下面的條件表達式(I)和(2)W0.3〈f1/|f3|〈3.0^&(2)-0. 3<^/^<4. 5其中:第一透鏡的焦距，f2 :第二透鏡的焦距，以及f3:第三透鏡的焦距。如果未達到由條件表達式(I)限定的下限值，則第一透鏡的光焦度變得太強。結果，球面像差和離軸彗形像差出現增加，並且像差校正變得困難。另一方面，如果超過由條件表達式(I)限定的上限值，則第一透鏡的光焦度變得太弱，不允許第一透鏡和第三透鏡執行適當的消色。結果，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。而且，在其中存在強電源的成像環境中，滲色(雜散光)出現，不利地影響圖
像質量。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(I )，使得成像透鏡比傳統透鏡更薄，並且可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。對於這個成像透鏡指定的條件表達式(2)是涉及向第一透鏡和第二透鏡的適當光焦度分配的條件表達式。如果未達到由這個條件表達式(2)限定的下限值，則第二透鏡的光焦度變得太弱，並且在第一透鏡上承擔了負載。結果，球面像差和離軸彗形像差出現增加，並且校正球面像差和離軸彗形像差變得困難。這也阻礙了利用第三透鏡消色，並且因此，不能保持對於高像素成像元件足夠高的光學性能。
另一方面，如果超過由條件表達式(2)限定的上限值，則第二透鏡的光焦度變得太強。結果，在製造上的靈敏度變得更高，並且在製造時降低了裝配的容易度。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(2)，使得在優化對於第一透鏡和第二透鏡的光焦度分配的同時，可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。而且，在該成像透鏡中，優選地滿足下面的條件表達式(3)(3) (Vd^Vd2)/2-vd3>20其中Vd1 :第一透鏡的阿貝數，
Vd2 :第二透鏡的阿貝數，以及vd3:第三透鏡的阿貝數。條件表達式(3)限定了在d線單波長處的第一至第三透鏡的阿貝數。阿貝數落在由條件表達式(3)限定的範圍內的這樣的玻璃材料用於該成像透鏡的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的每一個，使得可以執行良好的色(像)差校正，而不在每個透鏡的光焦度上有大的增大。如果在成像透鏡中未達到由條件表達式(3)限定的下限值，則滲色(雜散光)出現，不利地影響圖像質量。如果滿足條件表達式(3)，則每個透鏡的光焦度不變得很強。因此，可以在周圍區域中抑制彗形像差和場曲的出現，而且，可以有效地抑制在製造上的靈敏度。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(3)，使得可以執行良好的色(像)差校正，並且，在周圍區域中抑制彗形像差和場曲的出現，以降低製造上的靈敏度。而且，在該成像透鏡中，整個透鏡系統的焦距和第五透鏡的焦距之間的關係優選地滿足下面的條件表達式(4)(4)0. 5<|f5|/f<4. O其中f :整個透鏡系統的焦距，以及f5:第五透鏡的焦距。這個條件表達式(4)是涉及相對於整個透鏡系統的光焦度向第五透鏡的適當光焦度分配的條件表達式。如果未達到由條件表達式(4)限定的下限值，則第五透鏡的光焦度變得太強。結果，適當的場校正(用於實現從軸至周圍區域的均勻的分辨能力的校正)變得困難。而且，光學靈敏度變得較高，並且在製造中降低了裝配容易度。另一方面，如果超過由條件表達式(4)限定的上限值，則第五透鏡的光焦度變得太弱，並且適當的像差校正，特別是場校正(根據Petzval定律)變得困難。因此，在成像透鏡中，滿足條件表達式(4)，使得在優化相對於整個透鏡系統向第五透鏡的光焦度分配的同時，可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。在成像透鏡中，第一透鏡具有面向物體側的凸表面，並且具有正光焦度。因此，在提高光焦度的同時，可以使用第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡來實現消色效果。而且，在成像透鏡中，第二透鏡具有面向成像平面側的凸表面，並且具有正或負光焦度。因此，可以使用第二透鏡和第三透鏡來實現消色效果。這個成像透鏡的光學系統其特徵在於是前光闌型，但是將在光軸方向上的光闌位置設置在從第一透鏡的表面頂點起的有效直徑範圍內(或者，光闌位置比表面頂點更接近成像平面，並且比邊緣表面更接近物體側)。使用在該成像透鏡中的該布置，可以比在光闌位於第一透鏡的表面頂點之前的情況保證更高的外圍亮度。而且，可以有益地使得全長更短，以進一步減小尺寸。在該成像透鏡中，滿足上述的條件，使得可以減小因為幻像和雜散光導致的對比度變差，並且，在使得成像透鏡很小和薄的同時，可以實現對於高像素成像元件足夠高的光學性能。〈2.根據實施例的數值示例〉現在參見附圖和表格，描述了向本發明的成像透鏡應用具體數值的數值示例。要在數值示例中使用的符號的含義如下。 「Fno」表示F數，「f」表示整個透鏡系統的焦距。「2 ω 」表示在相對角處的全場角度，「Si」表示從物體側計數的第i個平面的平面編號。「Ri」表示第i平面的曲率半徑，「di」表示從物體側計數的第i平面和第(i+Ι)平面之間的在軸平面(on-axis plane)間隔，「ni」表示在d線處(在波長587. 6nm處)的第i透鏡的折射率，並且「vi 」表示在d線處(在波長587. 6nm處)的第i透鏡的阿貝數。應當注意，相對於曲率半徑的「 ^指示主平面是平坦平面。在各個數值示例中使用的成像透鏡的一些具有非球面透鏡表面。當「Z」表示非球面的深度、「Y」表示從光軸起的高度、「R」表示曲率半徑，「K」表示圓錐曲線常數並且「Ai」表示第i (i是3或更大的整數)階的非球面係數時，通過下面的數學公式I來限定非球面形狀。
γ 2
R
Z = ----+ Σ A I · Yi ……C I ；
I + fI ~ C I H- K)( 一 ]
/1 R j[2-1.第一數值示例]在圖I中，附圖標號I指示在第一數值示例中的整個成像透鏡。以從物體側起的下述順序包括孔徑光闌STO ;第一透鏡G1，其具有正光焦度；第二透鏡G2，其具有正或負光焦度；第三透鏡G3，其具有負光焦度；第四透鏡G4，其具有正光焦度；以及，第五透鏡G5，其具有負光焦度。在整個鏡頭系統中，正光焦度是向前的。在成像透鏡I中，在第五透鏡G5和成像元件的成像平面MG之間設置用於保護成像平面IMG的密封玻璃SG。在這個成像透鏡I中，將具有四透鏡結構的第一透鏡(未示出)劃分為二。兩個分透鏡(第一透鏡Gl和第二透鏡G2)以光焦度彼此互補，而像差校正平面的數量比在劃分前增加二個。利用在成像透鏡I中的該布置，第一透鏡Gl和第二透鏡G2以光焦度彼此互補。因此，可以抑制第一透鏡Gl的曲率半徑的減小，並且也可以抑制光焦度的增大。因此，可以執行球面像差校正。而且，即使使透鏡光圈更大並且使得Fno更小(更亮)以實現更高的圖像質量，也可以執行彗形像差校正。雖然在成像透鏡I中分離，但是第一透鏡Gl和第二透鏡G2彼此很接近，使得已經在第一透鏡Gl和第二透鏡G2中出現的色(像)差可以被第三透鏡G3抵消。在成像透鏡I中，第三透鏡G3在成像平面側具有凹表面。因此，即使當離軸光束(off-axis light beam)被凹表面全反射時,全反射的離軸光束漫射到透鏡外圍部分,並且被防止直接進入諸如CXD或CMOS的固態成像元件的成像平面IMG。因此，可以防止幻像的形成。而且，在成像透鏡I中，第三透鏡G3在成像平面側上具有凹表面，以有效地校正場曲和彗形像差。而且，在成像透鏡I中，第四透鏡G4有具有正光焦度的彎月形狀，以有效地校正像差，特別是場曲和像散。而且，在成像透鏡I中，第五透鏡G5在光軸附近具有負光焦度。並且因此在校正像差，特別是場曲上有效。第五透鏡G5也在外圍部分處具有凸表面，並且因此在校正像散和畸變中有效。這個成像透鏡I的光學系統其特徵在於是將孔徑光闌STO定位在最接近物體側的位置的前光闌型，但是將孔徑光闌STO在光軸方向上的光闌位置設置在從第一透鏡Gl的表面頂點起的有效直徑範圍內(或者，光闌位置比表面頂點更接近成像平面，並且比邊緣表面更接近物體側)。使用在該成像透鏡I的該布置，可以比在孔徑光闌STO位於第一透鏡Gl的表面頂點(物體側)之前的情況保證更高的外圍亮度。而且，可以有益地使得全長更短，以進一步減小尺寸。在下面，表I示出與F數Fno、整個透鏡系統的焦距f和場角2ω相結合的、當向根據實施例的第一數值示例的成像透鏡I應用特定數值時獲得的透鏡數據。在表I中，⑴的每個曲率半徑Ri表示平面是平坦平面。
權利要求
1.一種成像透鏡，以從物體側起的下述順序包括孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度，所述成像透鏡滿足下面的條件表達式(I)和(2) ⑴ O. 3〈4/|&|〈3.0 ;以及(2)-0.3<^/^<4. 5其中 f表示所述第一透鏡的焦距， f2表示所述第二透鏡的焦距，以及 f3表示所述第三透鏡的焦距。
2.根據權利要求I所述的成像透鏡，其中，滿足下面的條件表達式(3) (3)(Vd^Vd2) /2-vd3>20其中 Vd1表示所述第一透鏡的阿貝數， Vd2表示所述第二透鏡的阿貝數，以及 Vd3表示所述第三透鏡的阿貝數。
3.根據權利要求I或2所述的成像透鏡，其中，在整個透鏡系統的焦距和第五透鏡的焦距之間的關係滿足下面的條件表達式(4) (4)0.5< I f51 /f <4. O 其中 f表示所述整個透鏡系統的焦距，以及 f5表示所述第五透鏡的焦距。
4.根據權利要求I至3的任何一項所述的成像透鏡，其中，所述第一透鏡具有面向物體側的凸表面。
5.根據權利要求I至3的任何一項所述的成像透鏡，其中，所述第三透鏡具有面向成像平面側的凹表面。
6.根據權利要求I至3的任何一項所述的成像透鏡，其中，所述第二透鏡具有面向成像平面側的凸表面。
7.根據權利要求I至3的任何一項所述的成像透鏡，其中，所述孔徑光闌定位得比所述第一透鏡的在所述物體側上的表面頂點更接近成像平面側。
8.一種成像裝置，包括成像透鏡和被配置為將由所述成像透鏡形成的光學圖像轉換為電信號的成像元件， 其中，所述成像透鏡以從物體側起的下述順序包括孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度，所述成像透鏡滿足下面的條件表達式(I)和(2)⑴ O. 3〈4/|&|〈3.0 ;以及(2)-0. 3<^/^<4. 5其中 f表示所述第一透鏡的焦距， f2表示所述第二透鏡的焦距，以及f3表示所述第三透 鏡的焦距。
全文摘要
公開了攝像透鏡和攝像裝置，它們具有支持高解析度攝像元件的滿意光學性能，並且高度微型化和輕重量。該攝像裝置以從物體側起的順序由下述部分構成孔徑光闌；第一透鏡，其具有正光焦度；第二透鏡，其具有正或負光焦度；第三透鏡，其具有負光焦度；第四透鏡，其具有正光焦度；以及，第五透鏡，其具有負光焦度，滿足下面的條件公式(1、2)(1)0.3<f1/|f3|<3.0；以及(2)-0.3<f1/f2<4.5；其中，f1是第一透鏡的焦距，f2是第二透鏡的焦距，並且f3是第三透鏡的焦距。
文檔編號G02B13/00GK102959448SQ201180030778
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月10日 優先權日2010年6月28日
發明者岡野英曉 申請人:索尼公司