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CN1171108C - 摄像透镜 - Google Patents

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CN1171108C
CN1171108C CNB001244280A CN00124428A CN1171108C CN 1171108 C CN1171108 C CN 1171108C CN B001244280 A CNB001244280 A CN B001244280A CN 00124428 A CN00124428 A CN 00124428A CN 1171108 C CN1171108 C CN 1171108C
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faces
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Abstract

本发明目的在于提供一种可确保所需的光学性能，确保足够的反焦距，确保较高的焦阑性，另外可对各种像差进行补偿，容易制造的摄像透镜。其特征在于从物体侧，依次排列有在光轴附近，在物体侧，形成凹面的，具有正放大倍数的第1透镜；光圈；具有负放大倍数的第2透镜和具有正放大倍数的第3透镜。

Description

摄像透镜
本发明涉及摄像透镜，本发明特别是涉及下述由3个透镜构成的摄像透镜，其用于下述摄像装置(比如，存取图像用的CCD摄像机)，该摄像装置设置于便携式的计算机或电视电话等上，采用CCD，CMOS等的固体摄像器件，该摄像透镜确保较宽的视场角，并且可使尺寸与重量减小。
近年来，多媒体的进展显著，比如，用于设置于便携式的计算机或电视电话等上，采用CCD，CMOS等的摄像器件的摄像机，比如CCD摄像机的需求显著增加。由于这种CCD摄像机必须设置于有限的设置空间内，故希望较小的尺寸，并且重量较轻。为此，用于这种CCD摄像机的摄像透镜也同样要求较小的尺寸和较小的重量。
作为这种摄像透镜，在过去，人们采用使用1个透镜的单透镜结构的透镜系统，以及使用2个透镜的双透镜结构的透镜系统。
这些透镜系统对于透镜系统的尺寸减小和重量减轻是极为有利的，但是，近年来，其具有无法适应摄像透镜所要求的高画质，高分辨率的情况。
于是，在过去，采用利用3个透镜的3透镜结构的透镜系统，由此，适应高画质，高分辨率的情况。
这种由3个透镜构成的透镜系统在银盐照相机的领域，具有较长的历史，人们开发了各种结构的光学系统透镜。
但是，由于银盐照相机中的透镜系统的透镜直径较大，另外，焦距较长，即使在将其按照原有形状缩小，从而适合用作摄像器件用的摄像透镜的情况下，仍会产生下述多种不利情况，即透镜的中心厚度或凸缘部分是极薄的，出射光瞳过于靠近像面，反焦距较短等，于是不可能按照原样应用。
为此，在过去，人们开发了摄像器件专用的由3个透镜构成的摄像透镜，作为这样的摄像透镜，比如，从物体侧，依次排列有该物体侧的第1面为凸面，具有负放大倍数的透镜；具有负放大倍数的透镜；具有正放大倍数的透镜。
但是，在这种已有的摄像透镜中，由于第1透镜的第1面为凸面，故具有下述问题，即不能够确保较大的反焦距，不能够适当地对以色像差为中心的各种像差进行补偿，另外难于确保较大的，从像面到出射光瞳的距离，不能够确保焦阑性。
本发明是针对上述情况而提出的，本发明的目的在于提供一种摄像透镜，其可保持所需的光学性能，又可确保足够的反焦距，还可确保较高的焦阑性，另外可对各种像差进行补偿，能够容易制造。
为了实现上述目的，权利要求1所述发明的摄像透镜，特征在于侧物体从依次排列有在光轴附近，在物体侧，形成凹面的，具有正放大倍数的第1透镜；光圈；具有负放大倍数的第2透镜；具有正放大倍数的第3透镜。
按照权利要求1所述的发明，由于第1透镜为在光轴附近，在物体侧，形成凹面，具有正放大倍数的透镜，故可保持所需的光学性能，确保较宽的视场角，可确保足够的反焦距，还可确保从像面到出射光瞳的距离，可确保较高的焦阑性，另外可使整个光学系统的尺寸减小，能够容易制造。此外，由于光圈设置于第1透镜与第2透镜之间，故与将光圈设置于相对第1透镜，物体一侧的场合相比较，可有效地对造成反射光斑等轴外光束的无需光进行补偿，去除。
另外，按照权利要求1，权利要求2所述的发明，特征在于上述第1透镜，在物体侧第1面的中心曲率半径|r1|小于整个光学系统的焦距f1。
按照权利要求2所述的发明，由于满足上述条件，故可确保较大的反焦距，可使整个光学系统的尺寸减小，还可使视场角进一步扩大，形成较短的焦点。
按照权利要求1或2，权利要求3所述的发明，特征在于相对上述第1透镜与第2透镜之间的中间点，靠近第1透镜一侧，设置上述光圈。
按照权利要求3所述的发明，由于将光圈设置于上述位置，故可确保足够的，从摄像面到出射光瞳的距离，可防止各透镜，特别第3透镜的尺寸增加。
此外，按照权利要求1，权利要求4所述的发明，特征在于至少上述第2透镜的第1面呈非球状面。
按照权利要求4所述的发明，由于第2透镜，在物体侧的第1面呈非球状面，故可有效对第2透镜进行各种像差的补偿。
按照权利要求1或2，权利要求5所述的发明，特征在于上述第2透镜为下述透镜，其在光轴附近，在物体侧，形成凹面，具有负放大倍数。
按照权利要求5所述的发明，由于第2透镜，在物体侧的面(第1面)为凹面，故可良好地对以轴上色像差为中心的各种像差进行补偿，可缩短光学系统的整个长度，可使出射光瞳远离像面侧，可确保较高的焦阑性。另外，可使第2透镜发生较大的偏心，能够容易制造。
还有，按照权利要求1～4中任何一项，权利要求6所述的发明，在特征在于上述第2透镜为下述透镜，其在光轴附近，在物体侧，形成凸面，具有负放大倍数。
按照权利要求6所述的发明，由于第2透镜，在物体侧的面(第1面)为凸面，故与该面为凹面的场合相比较，在可确保一定程度的，较高的焦阑性的同时，可使整个光学系统的尺寸进一步减小。
图1为本发明摄像透镜一个实施例的结构示意图；
图2为本发明摄像透镜第1实施例的结构示意图；
图3为图2摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差的说明图；
图4为本发明摄像透镜第2实施例的结构示意图；
图5为图4摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差的说明图；
图6为本发明摄像透镜第3实施例的结构示意图；
图7为图6摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差的说明图；
图8为本发明摄像透镜第4实施例的结构示意图；
图9为图8摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差的说明图；
图10为本发明第5实施例的结构示意图；
图11为图10摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差的说明图。
下面参照图1～11，对本发明的实施例进行描述。
图1表示本发明摄像透镜的基本结构，本实施例的摄像透镜从物体侧，依次排列有在光轴附近，在物体侧形成凹面的，具有正放大倍数的第1透镜1，具有负放大倍数的第2透镜2，具有正放大倍数的第3透镜3，该第1透镜1，第2透镜2和第3透镜3中，至少第2透镜2在物体侧的第1面呈非球状面。
另外，在上述第1透镜1和第2透镜2之间，设置有光圈4，在本实施例中，上述光圈4相对第1透镜1和第2透镜2之间的中间点，靠近物体一侧设置。
此外，在第1透镜1的第1面侧，设置有光量限制板5，在第3透镜3的第2面侧，设置有作为摄像器件的CCD。另外，标号6表示CCD的摄像面。
还有，还具有下述场合，虽然该场合在图1中未示出，在该场合，为了保护CCD的摄像面6等，根据需要，在第3透镜3的第2面与CCD的摄像面6之间，设置罩面玻璃。另外，还可在罩面玻璃上附加低通滤色片等，以代替罩面玻璃。
一般，作为固体摄像器件用的光学系统，反焦距最好满足下述条件。
(1)0.5f1≤Bf≤1.2f1，最好f1≤Bf。
其中，f1表示整个光学系统的焦距，Bf表示反焦距。
在上述式(1)中，如果反焦距Bf小于0.5f1，则不能插入各种滤色片等，如果反焦距Bf大于1.2f1，则整个光学系统的尺寸较大。
在本实施例中，上述第1透镜1为在光轴附近，在物体侧形成凹面，具有正放大倍数的透镜，由此，可确保较大的反焦距，从而满足上述式(1)。
此外，上述第1透镜1满足下述条件。
(2)|r1|≤f1
其中，r1表示第1透镜在物体侧的第1面的中心曲率半径，f1表示整个光学系统的焦距。
在本实施例中，上述式(2)为可确保较大的反焦距，并且可使整个光学系统的尺寸较小的条件，通过按照满足该式(2)的方式，规定第1透镜1的第1面中心曲率半径，可确保反焦距，并且可使视场角扩大，使焦点较短。
另外，在本实施例中，由于上述光圈4相对上述第1透镜1与第2透镜2之间的中间点，更靠近第1透镜1设置，故可充分地确保从摄像面到出射光瞳的距离，并且防止相应的透镜1，2，3，特别是第3透镜3的尺寸变大。另外，通过将光圈4设置于第1透镜1与第2透镜2之间，与将光圈4设置于相对第1透镜1的物体侧的场合相比较，可有效地对造成反射光斑等轴外光束的无需光进行补偿，去除。
此外，在本实施例中，也可使第2透镜2在物体侧的第1面呈非球状面，该第2透镜2的第1面为凹面，或凸面中的任何一种。按照此方式，由于第2透镜2在物体侧的第1面呈非球状面，故可对第2透镜2，进行更加有效的像差补偿。
在第2透镜2的第1面为凹面的场合，可良好地对以轴上色像差为中心的各种像差进行补偿，使光学系统的整个长度缩短，同时使出射光瞳远离像面侧，可确保较高的焦阑性。还有，可使第2透镜2发生较大的偏心，能够容易地制造该第2透镜2。
另外，在第2透镜2的第1面为凸面的场合，与该第1面为凹面的场合相比较，在确保一定程度的，较高的焦阑性的同时，可使整个光学系统的尺寸进一步减小。这是因为：由于第2透镜2的第1面为凸面，可使第3透镜3的有效直径减小，由此，可使整个光学系统的尺寸减小。
另外，第1透镜的焦距f1与整个光学系统的焦距f1应满足下述条件。
(3)f1＜f1。
如果处于这样的关系，则可确保作为摄像透镜在实用中有足够的反焦距。
因此，在本实施例中，由于上述各透镜1，2，3按照上述方式构成，故在保持所需光学性能的同时，可确保足够的反焦距，并且确保从像面到出射光瞳的距离，确保较高的焦阑性，另外可使整个光学系统的尺寸减小，能够容易制造。
再有，本实施例中的光学系统，特别是最好为下述广角光学系统，其中，像面的对角线长度小于10mm。
下面参照图2～11对本发明的实施例进行描述。
在这里，在本实施例中f1表示整个光学系统的焦距，f1表示第1透镜1的焦距，f2表示第2透镜2的焦距，f3表示第3透镜3的焦距，F表示F数，2ω表示对角视场角，r表示各透镜面的曲率半径，d表示透镜厚度或空间间距，nd表示折射率，νd表示阿贝数。
此外，当沿光轴方向，距z轴，光轴的高度由x表示，光的行进方向为正向，k，a，b，c表示非球面系数时，则透镜的非球面形状由下述公式表示。
(公式1)
Z = x 2 r 1 + 1 - ( k + 1 ) x 2 r 2 + ax 4 + bx 6 + cx 8
第1实施例
图2表示本发明的第1实施例，该第1实施例为上述图1所示结构的摄像透镜，在本实施例中，第1透镜1和第3透镜3由降冰片烯系的树脂材料形成，另外，第2透镜2由二苯并茂系的树脂材料形成，第2透镜2在物体侧的面为凹面。该第1实施例的摄像透镜按照下述条件设定。
f1＝4.506mm、F＝3.50、2ω＝54.6°、f1＝5.95mm、f2＝-2.76mm、f3＝3.13mm
       面            曲率半径r    距离d    折射率nd    阿贝数νd
1(光量限制板)          0.000     0.2500
2(第1透镜的第1面)      -3.936    1.5000      1.52        56.0
3(第1透镜的第2面)      -1.954    0.2300
4(光圈)                0.000     1.2000
5(第2透镜的第1面)      -1.635    0.8000      1.62        24.0
6(第2透镜的第2面)      -42.103   0.0800
7(第3透镜的第1面)      13.973    2.0400      1.52        56.0
8(第3透镜的第2面)      -1.742    5.1608
9(CCD面)
            k                a                  b
2   -1.796771e+001    -5.398394e-002     9.428788e-003
5   -2.935990e+000    -1.027686e-001    -1.128442e-002
7    0.000000e+000     3.532775e-003    -5.881568e-004
8   -1.753994e+000    -2.192258e-002     3.061948e-004
          c
2   -8.591703e-003
5    0.000000e+000
7    0.000000e+000
8    0.000000e+000
在上述的条件下，f1/Bf＝0.873，由于插入各种滤色片等，可确保足够的反焦距。
另外，第1透镜在物体侧面(第1面)的曲率半径r1为-3.936，整个光学系统的焦距f1为4.506，满足上述式(2)。
图3表示该第1实施例摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差。
如果按照该像差图，可知道，球面像差，像散，畸变像差中任何一个为可满足的值，从而可获得足够的光学特性。
第2实施例
图4表示本发明的第2实施例，该第2实施例为上述图1所示结构的摄像透镜，在该实施例中，作为第1实施例的替换形式，第1透镜1和第3透镜3由更廉价的树脂PMMA形成，并且第2透镜在物体侧的面(第1面)为凹面。该第2实施例的摄像透镜按照下述条件设定。
f1＝4.505mm、F＝3.50、2ω＝53.3°、f1＝5.96mm、f2＝-2.93mm、f3＝3.21mm
  面                 曲率半径r    距离d    折射率nd    阿贝数νd
1(光量限制板)           0.000    0.2500
2(第1透镜的第1面)      -4.109    1.5000      1.49        58.0
3(第1透镜的第2面)      -1.917    0.2300
4(光圈)                 0.000    1.2000
5(第2透镜的第1面)      -1.616    0.8000      1.62        24.0
6(第2透镜的第2面)      -17.585   0.0800
7(第3透镜的第1面)       15.151   2.0400      1.49        58.0
8(第3透镜的第2面)      -1.686    5.0366
9(CCD面)
             k               a                 b
2    -1.488005e+001    -4.713769e-002     4.657617e-003
5    -3.060141e+000    -1.089046e-001    -8.247121e-003
7     0.000000e+000     4.334023e-003    -7.377534e-004
8    -1.511785e+000    -1.830150e-002     1.897080e-006
           c
2    -7.279503e-003
5     0.000000e+000
7     0.000000e+000
8     0.000000e+000
在这样的条件下，f1/Bf＝0.894，由于插入各种滤色片等，可确保足够的反焦距。
另外，第1透镜在物体侧的面(第1面)的曲率半径r1为-4.109，整个光学系统的焦距f1为4.505，满足上述式(2)。
图5表示该第2实施例摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差。
如果按照该像差图，可知道，球面像差，像散，畸变像差中任何一个为可满足的值，从而可获得足够的光学特性。
第3实施例
图6表示本发明的第3实施例，该第3实施例为上述图1所示结构的摄像透镜，在该实施例中，各透镜1，2，3的材质与第1实施例的相同，第2透镜2在物体侧的面(第1面)为凹面，并且第2透镜2的像面侧的面(第2面)也为凹面。该第3实施例的摄像透镜按照下述条件设定。
f1＝4.504mm、F＝3.50、2ω＝53.9°、f1＝6.14mm、f2＝-2.55mm、f3＝2.95mm
    面              曲率半径r     距离d   折射率nd    阿贝数νd
1(光量限制板)          0.000     0.2500
2(第1透镜的第1面)     -4.034     1.5000     1.52        56.0
3(第1透镜的第2面)     -2.005     0.2300
4(光圈)                0.000     1.2000
5(第2透镜的第1面)     -1.706     0.8000     1.62        24.0
6(第2透镜的第2面)     24.905     0.0800
7(第3透镜的第1面)      7.066     2.0400      1.52       56.0
8(第3透镜的第2面)     -1.761     5.1409
9(CCD)
            k                 a                   b
2    -1.126944e+001    -3.986074e-002     2.486513e-003
5    -3.825061e+000    -1.080441e-001    -8.036773e-004
7     0.000000e+000    -2.910279e-003    -6.485261e-005
8    -1.082310e+000    -7.364571e-003     1.041544e-003
          c
2    -5.354397e-003
5     0.000000e+000
7     0.000000e+000
8     0.000000e+000
在这样的条件下，f1/Bf＝0.876，由于插入各种滤色片等，可确保足够的反焦距。
另外，第1透镜在物体侧的面(第1面)的曲率半径r1为-4.043，整个光学系统的焦距f1为4.504，满足上述式(2)。
图7表示该第3实施例摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差。
如果按照该像差图，可知道，球面像差，像散，畸变像差中任何一个为可满足的值，从而可获得足够的光学特性。
第4实施例
图8表示本发明的第4实施例，该第4实施例为上述图1所示结构的摄像透镜，在该实施例中，各透镜1，2，3的材质与第1实施例的相同，第2透镜2在物体侧的面(第1面)为凸面。该第4实施例的摄像透镜按照下述条件设定。
f1＝4.601mm、F＝2.80、2ω＝54.9°、f1＝10.34mm、f2＝-3.03mm、f3＝2.48mm
    面                曲率半径r    距离d    折射率nd    阿贝数νd
1(光量限制板)           0.000     0.1500
2(第1透镜的第1面)       -3.300    1.5000      1.52       56.0
3(第1透镜的第2面)       -2.358    0.1000
4(光圈)                 0.000     0.4250
5(第2透镜的第1面)       3.798     0.7500      1.62       24.0
6(第2透镜的第2面)       1.162     0.2500
7(第3透镜的第1面)       2.456     1.1500      1.52       56.0
8(第3透镜的第2面)       -2.254    4.8588
9(CCD面)
           k                 a                   b
2    3.997346e+000    5.679938e-002    -4.655795e-003
3    -7.136375e+000   5.261960e-002    0.000000e+000
5    -1.998324e+000    0.000000e+000     0.000000e+000
6    -4.037446e+000    0.000000e+000     0.000000e+000
7    -1.165261e+001    -1.692344e-002    7.483576e-003
8    -2.9001 14e-001   -3.126908e-003    -4.650835e-004
           c
2    4.817045e-003
3    0.000000e+000
5    0.000000e+000
6    0.000000e+000
7    -1.174312e-003
8    3.698844e-004
在这样的条件下，f1/Bf＝0.947，由于插入各种滤色片等，可确保足够的反焦距。
另外，第1透镜的物体侧的面(第1面)的曲率半径r1为-3.300，整个光学系统的焦距f1为4.601，满足上述式(2)。
图9表示该第4实施例摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差。
如果按照该像差图，可知道，球面像差，像散，畸变像差中任何一个为可满足的值，从而可获得足够的光学特性。
第5实施例
图10表示本发明的第5实施例，该第5实施例为上述图1所示结构的摄像透镜，在该实施例中，与第4实施例相同，第2透镜2在物体侧的面(第1面)为凸面，第2透镜2由聚碳酸酯形成，以代替二苯并茂系的树脂材料。该第5实施例的摄像透镜按照下述条件设定。
f1＝4.613mm、F＝2.80、2ω＝53.4°、f1＝12.10mm、f2＝-2.85mm、f3＝2.36mm
  面                   曲率半径f       距离d    折射率nd   阿贝数νd
1(光量限制板)            0.000        0.2500
2(第1透镜的第1面)        -3.035       1.5800      1.52        56.0
3(第1透镜的第2面)        -2.407       0.0500
4(光圈)                  0.000        0.6400
5(第2透镜的第1面)        3.063        0.8100      1.59        30.0
6(第2透镜的第2面)        0.974        0.2400
7(第3透镜的第1面)        1.963        1.5300      1.52        56.0
8(第3透镜的第2面)        -2.378       4.8391
9(CCD面)
           k                a                   b
2    1.260039e+000    5.567776e-002     -4.946849e-003
3    -6.682073e+000   4.630250e-002     0.000000e+000
5    -4.523719e+000   0.000000e+000     0.000000e+000
6    -3.153085e+000   0.000000e+000     0.000000e+000
7    -6.580165e+000   -2.089169e-002    1.778772e-002
8    -4.298040e-001   7.491390e-004     -9.743472e-004
          c
2    7.815582e-004
3    0.000000e+000
5    0.000000e+000
6    0.000000e+000
7    -3.035464e-003
8    1.367406e-003
在这样的条件下，f1/Bf＝0.953，由于插入各种滤色片等，可确保足够的反焦距。
另外，第1透镜在物体侧的面(第1面)的曲率半径r1为-3.035，整个光学系统的焦距f1为4.613，满足上述式(2)。
图11表示该第5施例摄像透镜的球面像差，像散，畸变像差。
如果按照该像差图，可知道，球面像差，像散，畸变像差中任何一个为可满足的值，从而可获得足够的光学特性。
此外，本发明不限于上述的实施例，根据需要，可进行各种变换。
按照上面描述，在权利要求1所述的发明摄像透镜中，由于第1透镜在光轴附近，在物体侧形成凹面的，具有正放大倍数的透镜，故可保持所需的光学性能，确保较宽的视场角，可确保足够的反焦距，确保从像面到出射光瞳的距离，确保较高的焦阑性，此外可使整个光学系统的尺寸减小能够容易制造。另外，由于光圈设置于第1透镜与第2透镜之间，与将光圈设置于相对第1透镜的物体侧相比较，可有效地对造成反射光斑的轴外光束的无需光进行补偿，去除。
还有，在权利要求2所述的发明中，由于满足公式的条件，可确保反焦距较大，使整个光学系统的尺寸减小，使视场角进一步扩大，形成较短的焦点。
在权利要求3所述的发明中，由于将光圈设置于相对第1透镜与第2透镜之间中间点的靠近第1透镜一侧，故可确保足够的摄像面到出射光瞳的距离，同时可防止各透镜，特别是第3透镜的尺寸增加。
还有，在权利要求4所述的发明中，由于第2透镜在物体侧的第1面呈非球状面，故可更加有效地对该第2透镜进行像差补偿。
在权利要求5所述的发明中，由于第2透镜在物体侧的面(第1面)为凹面，故可良好地对以轴上色像差为中心的各种像差进行补偿，使光学系统的整个长度缩短，可使出射光瞳远离像面侧，可确保较高的焦阑性。此外，可使第2透镜发生较大偏心，能够容易制造。
再有，在权利要求6所述的发明中，由于第2透镜在物体侧的面(第1面)为凸面，故获得下述效果等，该效果指与该面为凹面的场合相比较，在确保一定程度的，较高的焦阑性的同时，可使整个光学系统的尺寸进一步减小。

Claims (5)

1.一种摄像透镜，其特征在于从物体侧，依次排列有在光轴附近，在物体侧，形成凹面的，具有正放大倍数的第1透镜；光圈；具有负放大倍数的第2透镜；具有正放大倍数的第3透镜，所述的摄像透镜满足以下(1)～(3)条件，即
(1)|r1|≤f1
(2)f1＜f1
(3)0.5f1≤Bf≤1.2f1
其中，r1表示第1透镜在物体侧的第1面的中心曲率半径；
      f1表示整个光学系统的焦距；
      f1表示第1透镜的焦距；
      Bf表示反焦距。
2.根据权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于相对上述第1透镜与第2透镜之间的中间点，靠近第1透镜一侧，设置上述光圈。
3.根据权利要求1～2中任何一项所述的摄像透镜，其特征在于至少上述第2透镜的第1面呈非球状面。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的摄像透镜，其特征在于上述第2透镜为下述透镜，其在光轴附近，在物体侧，形成凹面，具有负放大倍数。
5.根据权利要求1～3中任何一项所述的摄像透镜，其特征在于上述第2透镜为下述透镜，其在光轴附近，在物体侧，形成凸面，具有负放大倍数。
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