CN203811883U - 成像透镜和配备有该成像透镜的成像设备 - Google Patents
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Abstract
成像透镜和配备有该成像透镜的成像设备，所述成像透镜实现短的总长和高的分辨率。一种成像透镜主要部分包括5个透镜，所述5个透镜由下述部分构成：具有正折射光焦度的第一透镜（L1）；具有负折射光焦度的第二透镜（L2）；第三透镜（L3），所述第三透镜具有正折射光焦度和面向被摄体侧的凸表面；第四透镜（L4），所述第四透镜具有负折射光焦度和具有面向被摄体侧的凹表面的弯月形状；以及第五透镜（L5），所述第五透镜具有正折射光焦度、具有面向被摄体侧的凸表面的弯月形状和在朝向图像侧的其表面上的至少一个拐点。
Description
技术领域
本发明涉及固定焦距成像透镜，用于将被摄体的光学图像形成到诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的成像元件上，本发明也涉及执行拍摄的、设置有该成像透镜的成像设备，诸如数字照像机、具有内置相机的蜂窝电话、PDA(个人数字助理)、智能电话、平板终端和便携游戏装置。
背景技术
伴随在家庭中的个人计算机的近来的传播，能够向个人计算机内输入诸如所拍摄的场景和肖像的图像数据的数字照像机迅速地变得可用。另外，许多蜂窝电话和智能电话正在配备有用于输入图像的相机模块。在具有拍摄功能的这些装置中采用诸如CCD和CMOS的成像元件。近来，这些成像元件的微型化正在进展，并且需要拍摄装置整体以及要在其上安装的成像透镜的微型化。同时，在成像元件中的像素的数目正在增加，并且需要成像透镜的高分辨率和高性能。期望与5M像素或更大并且更优选地8M像素相对应的性能。
响应于这样的需要，可以考虑具有作为较大数目的透镜的5透镜配置的成像透镜，以便缩短总长并且获得高的分辨率。例如，已经在专利文献1至5以及由本申请人提交的日本专利申请No.2011-133062中提出了由具有正折射光焦度的第一透镜、具有负折射光焦度的第二透镜、具有正折射光焦度的第三透镜、具有负折射光焦度的第四透镜和具有正折射光焦度的第五透镜构成的成像透镜。
[背景技术文献]
专利文献1：
日本未审查专利公布No.2011-085733
专利文献2：
中国实用新型公开No.202110325
专利文献3：
美国专利No.7,274,515
专利文献4：
日本未审查专利公布No.S63(1988)-116112
专利文献5：
日本未审查专利公布No.S63(1988)-274904
发明内容
在此，在如上所述通过较大数目的透镜配置的成像透镜中，并且具体地说在其中期望缩短的总长的PDA中使用的成像透镜中，需要具有能够处理与传统成像元件近似相同大小的大成像元件的图像大小的成像透镜。
优选的是，进一步缩短在专利文献1和3中公开的具有5透镜配置的成像透镜的总长，以便满足该需要。在专利文献2、4和5中公开的透镜具有相对于成像元件的大小大的总长。如果这些透镜被成比例地扩大以对应于较大的成像元件，则其总长将变大。因此，对于进一步缩短这些透镜的总长的需要仍然存在。
已经考虑到上述问题而开发了本发明。本发明的目的是提供一种成像透镜，所述成像透镜可以在具有短的总长和大的图像大小的同时实现从中心视角至外围视角的高的成像性能。本发明的另一个目的是提供配备有所述透镜的成像设备，所述成像设备能够获得高分辨率的拍摄图像。
本发明的一种成像透镜主要部分由5个透镜构成，包括：
第一透镜，所述第一透镜具有正折射光焦度；
第二透镜，所述第二透镜具有负折射光焦度；
第三透镜，所述第三透镜具有正折射光焦度和面向被摄体侧的凸表面；
第四透镜，所述第四透镜具有负折射光焦度和具有面向被摄体侧的凹表面的弯月形状；以及
第五透镜，所述第五透镜具有正折射光焦度、具有面向被摄体侧的凸表面的弯月形状、和在朝向图像侧的其表面上的至少一个拐点。
在本发明的成像透镜中，优化每一个透镜元件的配置，并且特别地，以具有总共5个透镜的透镜配置来有利地配置所述第三透镜和所述第五透镜的形状。因此，可以在缩短其总长的同时实现具有高分辨率性能的透镜系统。
注意，在本发明的成像透镜中，表达“主要部分由5个透镜构成”表示本发明的成像透镜也可以包括：实际上具有任何光焦度的透镜；除了透镜之外的光学元件，诸如孔径光阑和盖玻片；以及，机械组件，诸如透镜凸缘、透镜镜筒、成像元件、模糊校正机构等。
可以通过采用下面的有利配置来进一步改善本发明的所述成像透镜的光学性能。
另外，优选的是，向本发明的成像透镜中的被摄体侧向所述第二透镜的表面的被摄体侧设置孔径光阑。
优选的是，本发明的成像透镜满足下面的条件公式(1)至(9-2)。注意，可以满足条件公式(1)至(9-2)的任何一个，或者，可以满足条件公式(1)至(9-2)的任意组合。
0<f/f3<0.5 (1)
0<f/f3<0.45 (1-1)
0<f/R6<5 (2)
0.2<f/R6<3 (2-1)
νd4<30 (3)
νd4<26 (3-1)
-4<(R6-R7)/(R6+R7)<0.1 (4)
-2.5<(R6-R7)/(R6+R7)<0.05 (4-1)
1<f/f1<2 (5)
1.25<f/f1<1.47 (5-2)
-1.5<f/f2<-0.4 (6)
-0.9<f/f2<-0.63 (6-2)
-2<f/f4<-0.1 (7)
-1<f/f4<-0.17 (7-2)
0<f/f5<2 (8)
0.5<f/f123<2 (9)
0.66<f/f123<1.25 (9-2)
其中，f是整个系统的焦距，f1是所述第一透镜的焦距，f2是所述第二透镜的焦距，f3是所述第三透镜的焦距，f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距，f123是所述第一透镜至第三透镜的组合焦距，vd4是所述第四透镜相对于d线的阿贝数，R6是所述第三透镜的朝向被摄体侧的表面的近轴曲率半径，并且R7是所述第三透镜的朝向图像侧的表面的近轴曲率半径。
本发明的一种成像设备配备有本发明的所述成像透镜。
本发明的所述成像设备能够基于由本发明的所述成像透镜获得的高分辨率光学图像来获得高分辨率图像信号。
在本发明的成像透镜中，优化在5透镜配置中的每一个透镜元件的配置，并且具体上，有利地配置了所述第一透镜和所述第五透镜的形状。因此，可以实现具有短的总长、大的图像大小和从中心视角至外围视角的更高的成像性能的透镜系统。
另外，本发明的成像设备输出与由具有高成像性能的本发明的成像透镜形成的光学图像相对应的图像信号。因此，可以获得高分辨率图像。
附图说明
图1是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第一示例的截面图，并且对应于示例1的透镜。
图2是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第二示例的截面图，并且对应于示例2的透镜。
图3是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第三示例的截面图，并且对应于示例3的透镜。
图4是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第四示例的截面图，并且对应于示例4的透镜。
图5是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第五示例的截面图，并且对应于示例5的透镜。
图6是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第六示例的截面图，并且对应于示例6的透镜。
图7是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第七示例的截面图，并且对应于示例7的透镜。
图8是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第八示例的截面图，并且对应于示例8的透镜。
图9是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第九示例的截面图，并且对应于示例9的透镜。
图10是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第十示例的截面图，并且对应于示例10的透镜。
图11是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第十一示例的截面图，并且对应于示例11的透镜。
图12是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第十二示例的截面图，并且对应于示例12的透镜。
图13是图示根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第十三示例的截面图，并且对应于示例13的透镜。
图14是在图1中所示的成像透镜的光线图。
图15是图示示例1的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图16是图示示例2的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图17是图示示例3的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图18是图示示例4的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图19是图示示例5的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图20是图示示例6的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图21是图示示例7的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图22是图示示例8的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图23是图示示例9的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图24是图示示例10的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图25是图示示例11的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图26是图示示例12的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图27是图示示例13的成像透镜的像差的图的集合，其中，(A)图示球面像差，(B)图示像散像差(场曲)，(C)图示畸变，并且(D)图示倍率色差。
图28是图示作为配备有本发明的成像透镜的成像设备的蜂窝电话的图。
图29是图示作为配备有本发明的成像透镜的成像设备的智能电话的图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述本发明的实施例。
图1图示了根据本发明的一个实施例的成像透镜的配置的第一示例。该示例对应于具有在下述的表1和表14中所示的数值的示例1的透镜的配置。类似地，图2至13是图示根据本发明的实施例的成像透镜的配置的第二至第十三示例的截面图。图2至13的示例对应于具有在表2至13和表15至26中所示的数值的示例2至13的透镜的配置。在图1至13中，符号Ri表示第i表面的曲率半径，i是从被摄体侧向图像侧(成像侧)依序增大的透镜表面编号，其中将最接近被摄体侧的透镜元件的表面指定为第一个。符号Di表示在沿着光轴Z1的第i表面和第i+1表面之间的距离。注意，所述示例的基本配置相同，并且因此，将作为基础给出图1的成像透镜的描述，并且也在必要时描述 图2至13的示例。另外，图14是图1的成像透镜L的光学路径图，并且图示了沿着光轴的光束2和具有从在无限远的被摄体看的最大视角的光束3。
在采用诸如CCD和CMOS的成像元件的各种成像装置中有利地采用本发明的实施例的成像透镜L。本发明的实施例的成像透镜L特别有利于在较为微型的便携终端装置中使用，该便携终端装置诸如是数字照像机、具有内置相机的蜂窝电话、智能电话、平板型终端和PDA。成像透镜L配备有从被摄体侧起以下述顺序的、沿着光轴Z1的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5。
图28示意地图示了根据本发明的一个实施例的作为成像设备1的蜂窝电话。本发明的实施例的成像设备1配备有根据本发明的实施例的成像透镜L和输出与由成像透镜L形成的光学图像相对应的图像信号的、诸如CCD的成像元件100(参见图1)。在成像透镜L的成像表面(图像表面R13)处设置了成像元件100。
图29示意地图示了根据本发明的一个实施例的作为成像设备501的智能电话。本发明的实施例的成像设备501配备有具有根据本发明的实施例的成像透镜L的相机部分541和输出与由成像透镜L形成的光学图像相对应的图像信号的、诸如CCD的成像元件100(参见图1)。在成像透镜L的成像表面(图像表面)处设置了成像元件100。
可以取决于应用透镜的相机的配置来在第五透镜L5和成像元件100之间设置各种光学构件CG。例如，可以提供：平面光学构件CG，诸如盖玻片，用于保护成像表面；以及，红外截止滤波器。在该情况下，可以将具有滤波效果的涂层的平面盖玻片用作光学构件CG，该涂层例如是红外截止滤波器涂层或ND滤波器涂层。
替代地，可以省略光学构件CG，并且可以在第五透镜L5上管理 涂层，以获得与光学构件CG相同的效果。在该情况下，可以减少零件的数目，并且可以缩短总长。
优选的是，成像透镜L配备有比第二透镜L2的表面接近被摄体侧更多地接近被摄体侧的孔径光阑St。通过提供比第二透镜L2的表面接近被摄体侧更多地接近被摄体侧的孔径光阑St，可以防止经过光学系统的光线相对于成像表面(成像元件)的入射角变得过大，特别是在成像区域的外围部分处。为了增大这个有益效果，更优选的是，比第一透镜的表面接近被摄体侧更多地将孔径光阑St设置得接近被摄体侧。注意，将孔径光阑设置得“比第二透镜的表面接近被摄体侧更多地接近被摄体侧”表示孔径光阑沿着光轴方向的位置与在该轴上的边缘光线和第二透镜L2的表面的相交部分接近被摄体侧相同地或更多地接近被摄体侧。另外，将孔径光阑设置得“比第一透镜的表面接近被摄体侧更多地接近被摄体侧”表示孔径光阑沿着光轴方向的位置与在该轴上的边缘光线和第一透镜L1的表面的相交部分接近被摄体侧相同地或更多地接近被摄体侧。
在本实施例中，透镜的第一至第十三示例(图1至图13)是其中将孔径光阑St设置得比第一透镜L1的表面接近图像侧更多地接近被摄体侧。在本实施例中，将孔径光阑St设置得比第一透镜L1的表面的顶点更多地接近图像侧。然而，本发明不限于这样的配置，并且可以将孔径光阑St设置得比第一透镜L1的表面的顶点更多地接近被摄体侧。其中将孔径光阑St设置得比第一透镜L1的表面的顶点更多地接近被摄体侧的配置与下述配置作比较在一定程度上不利：在该配置中，从保证足够数量的外围光的视点看，将孔径光阑St设置得比第一透镜L1的表面的顶点更多地接近图像侧。然而，可以进一步防止经过光学系统的光线相对于成像表面(成像元件)的入射角变得过大，特别是在成像区域的外围部分处。
在成像透镜L中，第一透镜L1在光轴附近具有正折射光焦度。另 外，优选的是，第一透镜L1象在图1中所示的第一实施例的成像透镜中那样在光轴附近是双凸形状的。在第一透镜L1是双凸形状的情况下促进了球面像差的校正。
第二透镜L2在光轴附近具有负折射光焦度。另外，优选的是，第二透镜L2象在图1中所示的第一实施例的成像透镜中那样在光轴附近是双凹形状的。在第二透镜是双凹形状的情况下促进了纵色像差的校正。
第三透镜L3在光轴附近具有正折射光焦度。另外，第三透镜L3在光轴附近具有向被摄体侧凸的表面。可以通过在光轴附近具有向被摄体侧凸的表面的第三透镜L3来将总长缩短更大的程度。而且，优选的是，第三透镜L3象在图1中所示的第一实施例的成像透镜中那样是在光轴附近具有朝向被摄体侧的凸表面的弯月形状的。可以容易地缩短总长，并且可以通过第三透镜是在光轴附近具有朝向被摄体侧的凸表面的弯月形状的来促进球面像差的校正。
第四透镜L4在光轴附近具有负折射光焦度。另外，第四透镜L4是在光轴附近具有朝向被摄体侧的凹表面的弯月形状的。通过第四透镜是在光轴附近具有朝向被摄体侧的凹表面的弯月形状的来促进在低视角处球面像差的校正。
第五透镜L5在光轴附近具有正折射光焦度。另外，第五透镜L5是在光轴附近具有朝向被摄体侧的凸表面的弯月形状的。在成像透镜L中，通过第五透镜L5是在光轴附近具有朝向被摄体侧的凸表面的弯月形状的，可以实现总长的缩短并且可以有利地校正场曲。另外，优选的是，第五透镜L5在朝向图像侧的其表面上具有至少一个拐点。在第五透镜L5的朝向图像侧的表面上的“拐点”指示下述点：在该点处，第五透镜L5的朝向图像侧的表面的形状相对于图像侧从凸形状向凹形状(或从凹形状向凸形状)改变。拐点的位置可以是在从光轴到朝向 图像侧的第五透镜L5的表面的有效直径的范围内的任意位置。优选的是，在该表面的外围部分处设置至少一个拐点。经过第五透镜L5朝向图像侧的的表面是具有至少一个拐点的形状，可以防止通过光学系统的光线相对于成像表面(成像元件)的入射角变得过大，特别是在成像区域的外围部分处。在此注意，表面的外围部分指的是在径向上的表面的最大有效半径的大约40％的外部的部分。
根据成像透镜L，优化了在5透镜配置中的每个透镜元件的配置，并且具体地说，有利地配置第三透镜和第五透镜的形状。因此，可以实现具有短的总长、大的图像大小和高的分辨率的透镜系统。另外，成像透镜L主要部分由从被摄体侧起的下述顺序的下述部分构成：具有正折射光焦度的第一透镜、具有负折射光焦度的第二透镜、具有正折射光焦度的第三透镜、具有负折射光焦度的第四透镜和具有正折射光焦度的第五透镜。透镜被布置使得透镜的折射光焦度在光轴的方向上被对称地布置为正、负、正、负和正。因此，可以有利地校正倍率色差和畸变。
另外，在象在图1至13中所示的实施例中那样将成像透镜L的第一至第五透镜的每一个的配置设置使得全视角2ω是50度或更大的情况下，例如，可以将成像透镜L有利地应用到经常用于短距离成像的成像设备，诸如蜂窝电话，因为全视角2ω是近似值。
注意，在专利文献4和5中公开的透镜假定采用图像旋转棱镜来校正像散像差。因此，如果这些透镜被独立地用作成像透镜而不采用成像旋转棱镜，则像散像差的校正将变得困难，这不是优选的。另外，在专利文献4和5中公开的透镜的F数大，并且不能实现例如被应用到蜂窝电话的成像透镜所需的、在低光条件下能够成像的足够小的F数。相反，根据本发明的实施例的成像透镜具有比在专利文献4和5中公开的透镜小的F数。另外，可以有利地采用根据本发明的实施例的成像透镜，而不配备有图像旋转棱镜。因此，根据本发明的实施例 的成像透镜可以有利地被应用到诸如蜂窝电话的成像设备。
优选的是，成像透镜L的第一透镜L1至第五透镜L5的每一个的表面的至少一个是非球面，以便改善性能。
另外，优选的是，构成成像透镜L的第一透镜L1至第五透镜L5的每一个是单透镜，而不是胶合透镜。如果该透镜是单个透镜，则非球面的数目将大于在透镜L1至L5的任何一个是胶合透镜的情况下的数目。因此，在每一个透镜的设计中的自由度将增大，并且可以有利地缩短总长。
接下来，将更详细地描述成像透镜L的条件公式的运算和效果。
首先，第三透镜L3的焦距f3和整个系统的焦距f满足下面的条件公式(1)。
0<f/f3<0.5 (1)
条件公式(1)限定了整个系统的焦距f相对于第三透镜L3的焦距f3的比率的数值的优选范围。在f/f3的值小于在条件公式(1)中限定的下限的情况下，球面像差的校正将变得困难。在f/f3的值超过在条件公式(1)中限定的上限的情况下，第三透镜L3的折射光焦度将相对于整个系统的折射光焦度变得过强，并且将变得难以在保持宽的视角的同时缩短成像透镜的总长。因为这些原因，通过满足在条件公式(1)中限定的范围，可以有利地校正球面像差，并且可以在保持宽视角的同时缩短整个透镜系统的长度。优选的是，满足下面的条件公式(1-1)，以便使得这个有益效果变得更显著。
0<f/f3<0.45 (1-1)
另外，整个系统的焦距f将第三透镜的朝向被摄体侧的表面的近轴曲率半径R6满足下面的条件公式(2)。
0<f/R6<5 (2)
条件公式(2)限定了在第三透镜的朝向被摄体侧的表面的近轴曲率半径R6和整个系统的焦距f之间的比率的数值的优选范围。在f/R6的值小于在条件公式(2)中限定的下限的情况下，总长的缩短将变得困难。在f/R6的值超过在条件公式(2)中限定的上限的情况下，球面像差的校正将变得困难。因为这些原因，通过满足在条件公式(2)中限定的范围，可以实现总长的缩短，并且可以有利地校正球面像差。优选的是，满足下面的条件公式(2-1)，以便使得该有益效果变得更显著。
0.2<f/R6<3 (2-1)
优选的是，第四透镜L4相对于d线的阿贝数νd4满足下面的条件公式(3)。
νd4<30 (3)
条件公式(3)限定了第四透镜L4相对于d线的阿贝数νd4的数值的优选范围。如果νd4的值超过在条件公式(3)中限定的上限，则倍率色差的校正将变得困难。可以通过满足条件公式(3)来通过高扩散材料来构成第四透镜L4，并且可以有利地校正倍率色差。从这个视点看，更优选的是，满足下面的条件公式(3-1)。
νd4<26 (3-1)
另外，优选的是，第三透镜L3的朝向被摄体侧的表面的近轴曲率半径R6和第三透镜L3的朝向图像侧的表面的近轴曲率半径R7满足下面的条件公式(4)。
-4<(R6-R7)/(R6+R7)<0.1 (4)
条件公式(4)限定了第三透镜L3的朝向被摄体侧的表面的近轴曲率半径R6和第三透镜L3的朝向图像侧的表面的近轴曲率半径R7 的数值的优选范围。在(R6-R7)/(R6+R7)的值小于在条件公式(4)中限定的下限的情况下，像散像差将变得被过校正，特别是在低的视角处。在(R6-R7)/(R6+R7)的值超过在条件公式(4)中限定的上限的情况下，像散像差将变得被校正不足，特别是在低的视角处。因为这些原因，可以通过满足在条件公式(4)中限定的范围来有利地校正像散像差。优选的是，满足下面的条件公式(4-1)，以便使得这个有益效果变得更显著。
-2.5<(R6-R7)/(R6+R7)<0.05 (4-1)
另外，第一透镜L1的焦距f1和整个系统的焦距f满足下面的条件公式(5)。
1<f/f1<2 (5)
条件公式(5)限定了整个系统的焦距f相对于第一透镜L1的焦距f1的比率的数值的优选范围。在f/f1的值小于在条件公式(5)中限定的下限的情况下，第一透镜L1的折射光焦度将变得相对于整个系统的折射光焦度过弱，并且将变得难以缩短成像透镜的总长。在f/f1的值超过在条件公式(5)中限定的上限的情况下，第一透镜L1的折射光焦度将相对于整个系统的折射光焦度变得过强，并且将变得难以校正像散像差，特别是在低的视角处。因为这些原因，通过满足在条件公式(5)中限定的范围，可以在有利地校正像散像差的同时缩短整个透镜系统的长度。优选的是，满足下面的条件公式(5-1)，并且更优选的是，满足条件公式(5-2)，以便使得这个有益效果变得更显著。
1.1<f/f1<1.7 (5-1)
1.25<f/f1<1.47 (5-2)
另外，第二透镜L2的焦距f2和整个系统的焦距f满足下面的条件公式(6)。
-1.5<f/f2<-0.4 (6)
条件公式(6)限定了整个系统的焦距f相对于第二透镜L2的焦距f2的比率的数值的优选范围。在f/f2的值小于在条件公式(6)中限定的下限的情况下，第二透镜L2的折射光焦度将相对于整个系统的折射光焦度变得过强，并且将变得难以校正球面像差。在f/f2的值超过在条件公式(6)中限定的上限的情况下，第二透镜L2的折射光焦度将相对于整个系统的折射光焦度变得过弱，并且将变得难以校正倍率色差。因为这些原因，通过满足在条件公式(6)中限定的范围，可以有利地校正球面像差和倍率色差。优选的是，满足下面的条件公式(6-1)，并且更优选的是，满足条件公式(6-2)，以便使得这个有益效果变得更显著。
-1<f/f2<-0.55 (6-1)
-0.9<f/f2<-0.63 (6-2)
另外，第四透镜L4的焦距f4和整个系统的焦距f满足下面的条件公式(7)。
-2<f/f4<-0.1 (7)
条件公式(7)限定了整个系统的焦距f相对于第四透镜L4的焦距f4的比率的数值的优选范围。在f/f4的值小于在条件公式(7)中限定的下限的情况下，第四透镜L4的折射光焦度将相对于整个系统的折射光焦度变得过强，并且将变得难以校正球面像差。在f/f4的值超过在条件公式(7)中限定的上限的情况下，第四透镜L4的折射光焦度将相对于整个系统的折射光焦度变得过弱，并且将难以校正倍率色差。因为这些原因，通过满足在条件公式(7)中限定的范围，可以有利地校正球面像差和倍率色差。优选的是，满足下面的条件公式(7-1)，并且更优选地，满足条件公式(7-2)，以便使得这个有益效果变得更显著。
-1.25<f/f4<-0.13 (7-1)
-1<f/f4<-0.17 (7-2)
另外，第五透镜L5的焦距f5和整个系统的焦距f满足下面的条件公式(8)。
0<f/f5<2 (8)
条件公式(8)限定了整个系统的焦距f相对于第五透镜L5的焦距f5的比率的数值的优选范围。在f/f5的值小于在条件公式(8)中限定的下限的情况下，将变得难以校正像散像差。在f/f5的值超过在条件公式(8)中限定的上限的情况下，第五透镜L5的折射光焦度将相对于整个系统的折射光焦度变得过强，并且将变得难以缩短透镜系统的总长。因为这些原因，通过满足在条件公式(8)中限定的范围，可以有利地校正像散像差，并且可以缩短透镜系统的总长。优选的是，满足下面的条件公式(8-1)，并且更优选的是，满足条件公式(8-2)，以便使得这个有益效果变得更显著。
0.05<f/f5<0.2 (8-1)
0.05<f/f5<0.14 (8-2)
另外，整个系统的焦距f和第一至第三透镜的组合焦距f123满足下面的条件公式(9)。
0.5<f/f123<2 (9)
条件公式(9)限定了整个系统的焦距f相对于第一至第三透镜的组合焦距f123的比率的数值的优选范围。在f/f123的值小于在条件公式(9)中限定的下限的情况下，第一透镜L1至第三透镜L3的折射光焦度将变得相对于整个系统的折射光焦度过弱，将变得难以校正像散像差，并且也难以缩短透镜系统的总长。在f/f123的值超过在条件公式(9)中限定的上限的情况下，第一透镜L1至第三透镜L3的折射光焦度将变得相对于整个系统的折射光焦度过强，并且将变得难以校正球面像差。因为这些原因，通过满足在条件公式(9)中限定的范围的情况下，在有利地校正像散像差和球面像差的同时可以缩短透镜系统的总长。优选的是，满足下面的条件公式(9-1)，并且更优选的是， 满足条件公式(9-2)，以便使得这个有益效果变得更显著。
0.5<f/f123<1.43 (9-1)
0.66<f/f123<1.25 (9-2)
接下来，将参考图2至13来描述根据本发明的第二至第十三实施例的成像透镜。注意，根据本发明的第二至第十三实施例的广角透镜的每一个与第一实施例的透镜类似地主要部分由下述部分构成：具有正折射光焦度的第一透镜L1；具有负折射光焦度的第二透镜L2；第三透镜L3，所述第三透镜L3具有正折射光焦度和面向被摄体侧的凸表面；第四透镜L4，所述第四透镜L4具有负折射光焦度和具有面向被摄体侧的凹表面的弯月形状；第五透镜L5，所述第五透镜L5具有正折射光焦度和具有面向被摄体侧的凸表面的弯月形状以及在朝向图像侧的表面上的至少一个拐点。因为这些原因，将仅描述构成第二至第十三实施例的每一个透镜组的透镜的详细结构。另外，对于第一至第十三实施例共同的结构的操作效果相同。因此，将对于低编号的实施例描述结构和其操作效果，并且将对于其他实施例省略公共结构和其操作效果的重复说明。
在图2中所示的根据第二实施例的成像透镜具有与第一实施例相同的第一透镜L1至第五透镜L5的配置。通过第二实施例的成像透镜来获得与通过第一实施例获得的那些操作效果的、与透镜结构的每一个相对应的操作效果。
另外，第一透镜L1可以被配置为与在图3中所示的第三实施例中那样，在光轴附近具有朝向被摄体侧的凸表面的弯月形状的。在第一透镜L1是具有朝向被摄体侧的凸表面的弯月形状的情况下，从缩短透镜系统的总长的视点看这是更有益的。另外，根据第三实施例的成像透镜具有与第一实施例相同的第二透镜L2至第五透镜L5的配置。通过第三实施例的成像透镜来获得与通过第一实施例获得的操作效果相同的、与透镜结构的每一个相对应的操作效果。
另外，与在图4中所示的第四实施例中那样，第二透镜L2可以被配置为在光轴附近具有朝向被摄体侧的凸表面的弯月形状的。在第二透镜L2是具有朝向被摄体侧的凸表面的弯月形状的情况下，从缩短透镜系统的总长的视点看这是更有益的。另外，根据第四实施例的成像透镜与第三实施例相同地具有第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5的配置。通过第四实施例的成像透镜来获得与由第三实施例获得的操作效果相同的、与透镜结构的每一个相对应的操作效果。
另外，第三透镜L3可以被配置为与在图5中所示的第五实施例中一样在光轴附近为双凸形状的。在第三透镜L3被配置为在光轴附近为双凸的情况下，特别是在低视角处可以有利地校正像散像差。另外，根据第五实施例的成像透镜与第一实施例相同地具有第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4和第五透镜L5的配置。通过第五实施例的成像透镜来获得与由第一实施例获得的操作效果相同的、与透镜结构的每一个相对应的操作效果。
另外，成像透镜L可以被配置使得象在图6中所示的第六实施例中那样，第一透镜L1、第四透镜L4和第五透镜L5的配置与第一实施例的那些相同，第二透镜L2的配置与第四实施例的相同，并且第三透镜L3的配置与第五实施例的相同。通过第六实施例的成像透镜来获得与通过第一、第四和第五实施例获得的操作效果相同的、与第六实施例的第一至第五透镜的配置相对应的操作效果。
另外，象在图7中所示的第七实施例中那样，成像透镜L可以被配置使得第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4和第五透镜L5的配置与第六实施例的那些相同，并且第三透镜L3的配置与第四实施例的配置相同。通过第七实施例的成像透镜来获得与由第四和第六实施例获得的操作效果相同的、与第七实施例的第一至第五透镜的配置相对 应的操作效果。
另外，第二透镜L2可以被配置为象在图8中所示的第八实施例中那样在光轴附近具有朝向被摄体侧的凹表面的弯月形状的。在第二透镜L2被配置为在光轴附近具有朝向被摄体侧的凹表面的弯月形状的情况下，可以有利地校正球面像差。另外，根据第八实施例的成像透镜具有与第六实施例相同的第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5的配置。通过第八实施例的成像透镜来获得与通过第六实施例获得的操作效果相同的、与透镜结构的每个相对应的操作效果。
另外，成像透镜L可以被配置使得象在图9中所示的第九实施例中一样，第三透镜L3的配置与第一实施例的那些相同，并且第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4和第五透镜L5的配置与第八实施例的那些相同。通过第九实施例的成像透镜来获得与第一和第八实施例的透镜的配置相对应的相同的操作效果。
另外，成像透镜L可以被配置使得与在图10中所示的第十实施例中一样，第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4和第五透镜L5的配置与第三实施例的那些相同，并且第三透镜L3的配置与第五实施例的那些相同。通过第十实施例的成像透镜来获得与通过第三和第五实施例的获得的操作效果相同的、与第十实施例的第一至第五透镜的配置相对应的操作效果。
另外，成像透镜L可以被配置使得象在图11中所示的第十一实施例中那样，第一透镜L1的配置与第三实施例的相同，并且第二透镜L2至第五透镜L5的配置与第六实施例的那些相同。通过第十一实施例的成像透镜获得与通过第三和第六实施例获得的操作效果相同的、与第十一实施例的第一至第五透镜的配置相对应的操作效果。
另外，成像透镜L可以被配置使得象在图12中所示的第十二实施 例中那样，第一透镜L1的配置与第三实施例的配置相同，并且第二透镜L2至第五透镜L5的配置与第八实施例的那些相同。通过第十二实施例的成像透镜来获得与通过第三和第八实施例获得的操作效果相同的、与第十二实施例的第一至第五透镜的配置相对应的操作效果。
另外，成像透镜L可以被配置使得象在图13中所示的第十三实施例中那样，第三透镜L3的配置与第三实施例的配置相同，并且第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4和第五透镜L5的配置与第十二实施例的那些相同。通过第十三实施例的成像透镜来获得与通过第五和第十二实施例获得的操作效果相同的、与第十三实施例的第一至第五透镜的配置相对应的操作效果。
如上所述，根据本发明的实施例的成像透镜L，优化了具有5透镜配置的每一个透镜元件的配置，并且具体上，有利地配置第三透镜和第五透镜的形状。因此，可以实现具有短的总长、大的图像大小和高的分辨率的透镜系统。
可以通过适当地满足优先条件来实现进一步改善的成像性能。另外，根据本发明的实施例的成像设备输出由根据本发明的实施例的高性能成像透镜L形成的光学图像相对应的图像信号。因此，可以获得具有从中心视角到外围视角的高分辨率的图像。
接下来，将描述本发明的成像透镜的数值的具体示例。将在下面汇总和解释数值的多个示例。
下面的表1和表14示出与在图1中所示的成像透镜的配置相对应的特定透镜数据。表1示出了成像透镜的基本透镜数据，并且表14示出与非球面相关的数据。在表1的透镜数据中，在列Si中示出了从被摄体侧向图像侧依序增大的第i(i＝1、2、3、...)透镜表面编号，其中将在最接近被摄体侧的透镜表面指定为第一(孔径光阑St是编号1)。 在列Ri中示出了与在图1中所示的符号Ri相对应的第i表面的曲率半径(mm)。在列Di中示出了沿着光轴Z在第i表面和第i+1表面之间的距离。在列Ndj中示出了从被摄体侧到图像侧的第j(j＝1、2、3、...)光学元件相对于d线(波长：587.6nm)的折射率。在列νdj中示出第j光学元件相对于d线的阿贝数。注意，整个系统的焦距f(mm)和后焦点Bf(mm)的值被示出为用于每一个透镜数据的数据。注意，后焦点Bf被表示为被转换为空间距离的值。
在示例1的成像透镜中，第一透镜L1至第五透镜L5的表面两者全部在形状上是非球面的。在表1的基本透镜数据中，在光轴附近的曲率半径(近轴曲率半径)的数值被示出为非球面的曲率半径。
表14示出示例1的成像透镜的非球面数据。在被示出为非球面数据的数值中，符号“E”指示其后的数值是以10为基数的“幂指数”，并且由以10为基数目的指数函数表示的数值要乘以在“E”之前的数值。例如，“1.0E-02”指示数值是“1.0·10-2”。
由下面的非球面形状公式(A)表示的系数Ai和K的值被示出为非球面数据。更详细而言，Z是从在具有高度h的非球面上的点向接触该非球面的顶点的平面(垂直于光轴的平面)延伸的法线的长度(mm)。
Z＝C·h2/{1+(1-K·C2·h2)1/2}+ΣAi·hi
其中：Z是非球面的深度(mm)，h是从光轴到透镜的表面的距离(高度)(mm)，C是近轴曲率＝1/R(R是近轴曲率半径)，Ai是第i序号的非球面系数(i是整数3或更大)，并且K是非球面系数。
以与用于示例1的成像透镜的方式相同的方式，与在图2中所示的成像透镜的配置相对应的具体透镜数据在表2和表15中被示出为示例2。类似地，与在图3至13中图示的成像透镜的配置相对应的具体透镜数据在表3至13和表16至26中被示出为示例3至示例13。在示例1至13的成像透镜中，第一透镜L1至第五透镜L5的表面两者全部 是非球面。
图15(A)至15(D)分别是图示示例1的成像透镜的球面像差、像散像差、畸变和倍率色差的图。图示了球面像差、像散像差(场曲)和畸变的图的每一个图示了使用d线(波长：587.6nm)作为标准波长的像差。图示球面像差和倍率色差的图也示出了与F线(波长：486.1nm)和C线(波长：656.27nm)相关的像差。另外，图示了球面像差的图也示出了与g线(波长：435.83nm)相关的像差。在图示色像差的图中，通过实线来指示弧矢方向上的像差(S)，而通过虚线来指示在切线方向上的像差(T)。另外，“Fno.”表示F值，并且ω表示半视角。
类似地，在图16(A)至图16(D)中图示了示例2的成像透镜的像差。另外，在图17(A)至17(D)到图27(A)至27(D)中图示了示例3至13的成像透镜的像差。
表27示出与示例1至13的条件公式(1)至(9)相对应的值。
可以从每组数值数据和从图示像差的图明白，示例的每一个实现高的成像性能和短的总长。
注意，本发明的成像透镜不限于如上所述的实施例和示例，并且各种修改是可能的。例如，曲率半径、在表面之间的距离、折射率、阿贝数、非球面系数等的值不限于与该示例相关地指示的数值，并且可以是其他值。
另外，在示例用于固定聚焦的假设下描述所述示例。然而，也可能采用能够调整焦距的配置。也可以采用例如下述配置：其中，透镜系统的整体被供出，或者透镜的一部分沿着光轴移动以启用自动聚焦。
表1
示例1
f＝4.20,Bf＝1.41
*：非球面
表2
示例2
f＝4.19,Bf＝1.45
*：非球面
表3
示例3
f＝4.21,Bf＝1.42
*：非球面
表4
示例4
f＝4.24,Bf＝1.35
*：非球面
表5
示例5
f＝4.17,Bf＝1.44
*：非球面
表6
示例6
f＝4.20,Bf＝1.38
*：非球面
表7
示例7
f＝4.01,Bf＝1.23
*：非球面
表8
示例8
f＝4.07,Bf＝1.44
*：非球面
表9
示例9
f＝4.20,Bf＝1.40
*：非球面
表10
示例10
f＝4.16,Bf＝1.40
*：非球面
表11
示例11
f＝4.15,Bf＝1.33
*：非球面
表12
示例12
f＝4.32,Bf＝1.49
*：非球面
表13
示例13
f＝4.19,Bf＝1.42
*：非球面
表14
表15
表16
表17
表18
表19
表20
表21
表22
表23
表24
表25
表26
Claims (19)
1.一种成像透镜，所述成像透镜主要部分由5个透镜构成，包括：
第一透镜，所述第一透镜具有正折射光焦度；
第二透镜，所述第二透镜具有负折射光焦度；
第三透镜，所述第三透镜具有正折射光焦度和面向被摄体侧的凸表面；
第四透镜，所述第四透镜具有负折射光焦度和具有面向所述被摄体侧的凹表面的弯月形状；以及
第五透镜，所述第五透镜具有正折射光焦度、具有面向被摄体侧的凸表面的弯月形状和在朝向图像侧的其表面上的至少一个拐点；
并且满足下面的条件公式：
0<f/f3<0.5 (1)
其中，f是整个系统的焦距，并且f3是所述第三透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
0<f/R6<5 (2)
其中，f是整个系统的焦距，并且R6是所述第三透镜的朝向所述被摄体侧的表面的近轴曲率半径。
3.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
νd4<30 (3)
其中，vd4是所述第四透镜相对于d线的阿贝数。
4.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
-4<(R6-R7)/(R6+R7)<0.1 (4)
其中，R6是所述第三透镜的朝向所述被摄体侧的表面的近轴曲率半径，并且R7是所述第三透镜的朝向所述图像侧的表面的近轴曲率半 径。
5.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
1<f/f1<2 (5)
其中，f是整个系统的焦距，并且f1是所述第一透镜的焦距。
6.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
-1.5<f/f2<-0.4 (6)
其中，f是整个系统的焦距，并且f2是所述第二透镜的焦距。
7.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
-2<f/f4<-0.1 (7)
其中，f是整个系统的焦距，并且f4是所述第四透镜的焦距。
8.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
0<f/f5<2 (8)
其中，f是整个系统的焦距，并且f5是所述第五透镜的焦距。
9.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
0.5<f/f123<2 (9)
其中，f是整个系统的焦距，并且，f123是所述第一透镜至第三透镜的组合焦距。
10.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步包括：
向所述第二透镜的朝向所述被摄体侧的表面的所述被摄体侧设置孔径光阑。
11.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
0<f/f3<0.45 (1-1)
其中，f是整个系统的焦距，并且f3是所述第三透镜的焦距。
12.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
0.2<f/R6<3 (2-1)
其中，f是整个系统的焦距，并且R6是所述第三透镜的朝向所述被摄体侧的表面的近轴曲率半径。
13.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
νd4<26 (3-1)
其中，vd4是所述第四透镜相对于d线的阿贝数。
14.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
-2.5<(R6-R7)/(R6+R7)<0.05 (4-1)
其中，R6是所述第三透镜的朝向所述被摄体侧的表面的近轴曲率半径，并且R7是所述第三透镜的朝向所述图像侧的表面的近轴曲率半径。
15.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
1.25<f/f1<1.47 (5-2)
其中，f是整个系统的焦距，并且f1是所述第一透镜的焦距。
16.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
-0.9<f/f2<-0.63 (6-2)
其中，f是整个系统的焦距，并且f2是所述第二透镜的焦距。
17.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
-1<f/f4<-0.17 (7-2)
其中，f是整个系统的焦距，并且f4是所述第四透镜的焦距。
18.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的成像透镜，进一步满足下面的条件公式：
0.66<f/f123<1.25 (9-2)
其中，f是整个系统的焦距，并且f123是所述第一透镜至第三透镜的组合焦距。
19.一种成像设备，所述成像设备配备有如在权利要求1至18中的任一项中所述的成像透镜。
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