专利名称：摄像用透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及摄像用透镜，特别涉及到用作CCD或CMOS摄像元件的，良好地适合装载于便携式电话机与个人计算机等图像输入装置、数字照相机、监控用CCD摄像机、检查装置等之中的摄像用透镜。
背景技术：
在上述摄像用透镜中，以从其物体侧的入射面到其摄像面(CCD等成像面)的距离定义成的光程长必需很短，以便携式电话机为例，这一光程长至少必须比便携式电话机主体的厚度短。
另一方面，以从摄像用透镜的像侧出射面到其摄像面的距离定义成的后焦距则宜尽可能地长。这是为了需要在摄像用透镜与摄像面之间插入滤光片等部件。
在摄像用透镜中，除以上所述外，还要求进行通过视觉不会意识到图像畸变的而且根据摄像元件(也称作“像素”)的集积密度所要求的充分小的各种像差的校正。下面为简单起见将“通过视觉不会意识到图像畸变的而且根据摄像元件的集积密度所要求的充分小的各种像差的校正”，简单地表示为“对各种像差进行良好的校正”，还将良好地校正了各种像差的图像称作“良好的图像”。
作为满足上述要求的摄像用透镜已提出了减少组成透镜的片数、缩短光程长以谋求紧凑化的透镜组。但已看到有由于采用非球面模压玻璃使成本高的透镜以及为了缩短光程长由于受到曲率半径加工的制约并未减小到最小限度的透镜组。此外还看到有，为了达到短的光程长将透镜片数只取一片而未能完成消除像差的透镜组。
作为用于解决上述问题的摄像用透镜存在有具有适当长度后焦距、广视场角且畸变像差小的2组2片结构的摄像透镜(例如参考特许文献1)，还有后焦距充分地长、能适当地设定物体侧透镜与像侧透镜的折射率且易制造的2组2片结构的透镜(例如参考特许文献2)，以及有小型、轻量、远心性良好、易校正像散且加工组装容易的2组2片结构的摄像透镜(例如参考特许文献3)。
特许文献1特开2001-174701号公报特许文献2特开2000-321489号公报特许文献3特开2002-267928号公报但是，对应于便携式电话机主体的紧凑化，所搭载的摄像用透镜的光程长虽然大体上只有6mm，可仍然要求能获得良好的图像。这就是说，由便携式电话机今后会日益薄型化，当光程长比上述三个特许文献中所公开的摄像用透镜短而且又不能获得良好的图像时，这样的摄像透镜就不能使用。
本发明的目的在于提供具有F值约2.8程度的亮度、由至少两片透镜构成、透镜的光程长不超过6mm且能获得良好图像的摄像用透镜。
此外，通过使构成本发明的摄像用透镜的所有透镜(共两片)都由塑料制成而能提供低成本与轻量化的摄像用透镜。
这里的塑料是通过加热和/或加压经塑性变形成型而形成透镜的高分子物质中可透过可光的材料。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的摄像用透镜按照从物体侧朝向像侧的顺序，取排列着第一透镜L1、孔径光澜S1与第二透镜L2所成的结构。第一透镜L1设定为以凸面朝向物体侧的弯月状的具有正折射率的树脂制透镜。第二透镜L2设为以凸面朝向像侧弯月状的具有正折射率的树脂制透镜。
此外，这种摄像用透镜中，第一透镜L1的两面为非球面而且第二透镜L2的两面也作为非球面，由物体侧的入射面(第一透镜L1的物体侧的面)到摄像面的长度即光程长最大为6mm。
根据本发明的最佳结构例，此摄像用透镜满足以下条件。
0.2＜|r5/f|＜3.1 (1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0 (2)1.0＜d/f＜1.5 (3)0.5＜r1/r2＜2.0(4)0.08＜D2/f＜0.1(5)其中f透镜的总焦距；r5第二透镜L2的物体侧面在光轴附近的曲率半径(轴上曲率半径)；r6第二透镜L2的像侧面在光轴附近的曲率半径(轴上曲率半径)；d从第一透镜L1的物体侧面到像面的距离(空气中)；r1第一透镜L1的物体侧面在光轴附近的曲率半径(轴上曲率半径)；r2第一透镜L1的像侧面在光轴附近的曲率半径(轴上曲率半径)；D2第一透镜L1与第二透镜L2的间隔。
以后，在不发生误会范围内，除将r1、r2、r5与r6用作意味着轴上曲率半径的值的变数外，也用作为识别透镜面的符号(例如第一透镜的物体侧面等)。
上述条件式(1)确定了有关第二透镜L2的第一面(轴上曲率半径为r5的面)和第二面(轴上曲率半径为r6的面)的折射率分配。第二透镜L2的第一面r5/f若比条件式(1)的下限大时，则可使透镜总体的焦距f稳定在实用上最佳的长度内。这样，可不增大球差与慧差，同时使第二面的加工变得容易，若是比上述条件式(1)的下限小，则透镜总体的焦距f将变长，于是必须减小第二面r6的半径。这样，除加大球差与慧差外还会使第二面的加工困难。
若是第一面r5/f超过条件式(1)的上限，则第一面r5的曲率半径变小，结果由于后焦距变长，就能确保在像面与透镜之间确保有配置盖玻璃和红外截止滤光片等的空间。这就是说，当第一面r5/f超过条件式(1)的上限时，第一面r5的曲率半径变大，结果由于后焦距变短，就会造成在像面与透镜之间不能设置玻璃盖与红外截止滤光片等问题。
当第一面r5/f超过条件式(1)的上限时，入射到像面最大半径部分(周边部分)的光线的角度平稳，结果通过CCD、CMOS中设置的微型透镜，光线容易进入受光面，因此可以避免图像的周边部分变暗。这就是说，当第一面r5/f超过条件式(1)的上限时，入射到像面最大半径部(周边部)的光线的角度变得陡削，结果光线通过CCD、CMOS中设置的微型透镜不易进入受光面，从而会引起图像周边部分变暗的现象。
条件式(2)是用于保持良好图像同时获得充分长的反焦距的条件式。这就是说，通过同时改变第二透镜的第一与第二面的曲率半径r5与r6，就可进行不改变透镜的焦距而只改变像差的所谓弯曲操作。在不改变透镜焦距的条件下使r5与r6变化时，由q＝(r5+r6)/(r5-r6)给定的q称作所谓形状系数乃是表示弯曲程度的参数。具体地说，q对于对称透镜(r5＝-r6)为零。非对称性越大其值也越大，是表示偏离对称透镜程度(非对称程度的参数)。
据此，上述条件式(2)意味着将表示第二透镜弯曲程度的参数q应设定在3.0～19.0。
具体地说，设r5为不超过条件式(2)上限的曲率半径，则球差、子午像面的像散不会过大地变正而能得到良好的图像。当r6设为不超过条件式(2)下限的曲率半径时，则反焦距不会变得过短，入射到CCD像面的光线的角度平缓，因而能避免因微型透镜的全反射致周边变暗的事件发生。此外，加工也变得容易。换言之，取r5为超过条件式(2)上限的曲率半径时。球差、像散的子午像面会过大地变负，以致不能获得良好的图像。此外设r6为超过条件式(2)下限的曲率半径时，结果入射到CCD像面的光线角度变陡，因而会因微透镜的全反射而使周边变暗。
前述条件式(3)用来规定透镜的孔径，若由d给定的光程长(空气中从第一透镜L1的物体侧面到像面的距离)不低于下限，则第一透镜L1与第三透镜L2的厚度变厚，成形加工时不会产生树脂难以通过的问题。此外，当光程长d取不超过上限程度的长度时，则可不必增大第一透镜L1与第二透镜L2的外径，除不会减小周边的光量比之外，还容易使透径小型化。
这就是说，若d给定的光程长低于下限时，第一透镜L1与第二透镜L2的厚度变薄，成形加工时会产生树脂难以通过的问题。当光程长d超过上限时，周边光量比变小。为了充分确保周边光量，需要加大第一透镜L1与第二透镜L2的外径，由此则必须加大透镜的外径，结果就难以使透镜小型化。
前述条件式(4)通过第一透镜L1的物体侧轴上曲率半径与像侧轴上曲率半径之比规定第一透镜L1的形状。若第一透镜L1的r1变大而不低于条件式(4)的下限时，则由于球差不为负而慧差不增大，使校正容易。同时非球面加工也容易。若第一爱镜L1的r2变小而低于条件式(4)的下限，则球差为正，子午像面的像散为正，其绝对值变小，慧差也减小，故容易校正。此外，第一透镜L1的r1变小而不超过上限时，则球差变小，子午像面的像散也变小，从而容易校正。当第一透镜L1的r2变大面不超过上限时，球差还有子午面与矢状面中的像散都变小，此外畸变像差也为正，其绝对值小，容易校正。
这就是说，若第一透镜L1的r1变小而低于条件式(4)的下限，则球差为负，慧差增大，从而难以校正，非球面加工也变难。若第一透镜L1的r2变大而低于条件式(4)的下限时，球差为负，子午像面的像散为负，其绝对值变大，慧差也增大，致使校正困难。若第一透镜L1的r2变小而超过上限时，球差以及子午面与弧矢面中的像散也变大，除此畸变像差也变负，由于其绝对值变大致使校正困难。
上述条件式(5)确定第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2的范围。此条件式(5)给定的条件是用于减少像面变曲像差的条件。若第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2低于下限，则第一透镜L1的像差的面(r2的曲率半径的面)与第二透镜L2的物体侧的面(具有r5的曲率半径的面)不会超过孔径光澜附近。于是不必过多地缩小透镜的外径，在易用模具加工的同时还能确保用于加入孔径光澜的空间。若间隔D2不超过上限时，第一透镜L1的第二面r2与第二透镜L2的第一面r5的透镜直径不会过大，而能使摄像用透镜紧致化。此外像面弯曲不会变大，可获得良好的图像。
这就是说，若第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2低于下限，则第一透镜L1的像侧的面(具有r2的曲率半径的面)和第二透镜L2的物体侧的面(具有r5的曲率半径的面)将超过孔径光澜附近。为此必须减小透镜的外径，除难以进行模具加工时，还不能确保用于加入孔径光澜的空间。当间隔D2超过上限时，第一透镜L1的第二面r2与第二透镜L2的第一面r5的透镜直径变大，这就难以使摄像用透镜紧致化。此外像面弯曲变大而难于获得良好的图像。
通过构成满足上述条件式(1)-(5)中条件的透镜，能提供小型的可获得良好图像的且光程长最大不超过6mm的紧凑的摄像用透镜。
图1是本发明的摄像用透镜的剖面图。
图2是第一实施例的摄像用透镜的剖面图。
图3是第一实施例的摄像用透镜的畸变像差图。
图4是第一实施例的摄像用透镜的像散图。
图5是第一实施例的摄像用透镜的色差/球差图。
图6是第二实施例的摄像用透镜的剖面图。
图7是第二实施例的摄像用透镜的畸变像差图。
图8是第二实施例的摄像用透镜的像散图。
图9是第二实施例的摄像用透镜的色差/球差图。
图10是第三实施例的摄像用透镜的剖面图。
图11是第三实施例的摄像用透镜的畸变像差图。
图12是第三实施例的摄像用透镜的像散图。
图13是第三实施例的摄像用透镜的色差/球差图。
图14是第四实施例的摄像用透镜的剖面图。
图15是第四实施例的摄像用透镜的畸变像差图。
图16是第四实施例的摄像用透镜的像散图。
图17是第四实施例的摄像用透镜的色差/球差图。
图18是第五实施例的摄像用透镜的剖面图。
图19是第五实施例的摄像用透镜的畸变像差图。
图20是第五实施例的摄像用透镜的像散图。
图21是第五实施例的摄像用透镜的色差/球差图。
图22是第六实施例的摄像用透镜的剖面图。
图23是第六实施例的摄像用透镜的畸变像差图。
图24是第六实施例的摄像用透镜的像散图。
图25是第六实施例的摄像用透镜的色差/球差图。
图26是第七实施例的摄像用透镜的剖面图。
图27是第七实施例的摄像用透镜的畸变像差图。
图28是第七实施例的摄像用透镜的像散图。
图29是第七实施例的摄像用透镜的色差/球差图。
具体实施例方式
下面参看
本发明的实施形式例。这些附图只不过是概示能理解本发明程度的结构要素的形状、大小与配置关系，而以下所说明的数值及其他条件仅仅是最佳的例子，本发明是不受其实施形式的任何限制的。
图1是本发明的摄像透镜的结构图，图1中定义的透镜表面序号与表面间隔等的标号，在图2、6、10、14、18、22与26中是共通的。
从物体侧数起的第一透镜与第二透镜分别以L1与L2表示。构成摄像面的摄像元件以10表示，摄像面与透镜组以盖玻璃12分开而孔径光澜以S1表明。
图1中所示的ri(i＝1，2，3，…，8)与di(i＝1，2，3…，8)等参数的具体数值给出于表1-表7中。尾标i是按照从物体侧到像侧的顺序对应于各透镜的表面序号或透镜厚度或透镜的表面间隔面附加的。
具体地说ri为第i面的轴上曲率半径；di为从第i面到第(i+1)面的距离；Hi为由第i面与第(i+1)面组成的透镜介质的折射率；Vi为由第i面与第(i+1)面组成的透镜介质的阿贝数。
光程长d是d1到d5的加和值再加上反焦距bf的值。反焦距bf是光轴上从第二透镜L2的像侧的面到摄像面的距离。但反焦距bf是将第二透镜L2与摄像面之间插入的盖玻璃取下后测量的结果。也就是说，在插入盖玻璃的状态下，从第二透镜L2的像侧的面到摄像面的几何距离由于盖玻璃的折射率比1大因而与没有盖玻璃的状态相比而变长。变长的程度则由插入的盖玻璃的折射率与厚度决定。这样，为了不论盖玻璃的存在与否将反焦距bf定义为摄像用透镜的固有值，采用的是将盖玻璃取下后测量的值。此外，第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2为D2＝d2+d3+d4。
非球面数据分别于表1-表7中在栏内与透镜表面序号一起示明。孔径光澜S1的两面r3与r4以及盖玻璃的两面r7与r8由于是平面，它们的曲率半径以∞表示。
本发明中所用的非球面由下式给定。
Z＝ch2/[1+[1-(1+k)c2h2]+1/2]+A0h4+B0h6+C0h8+D0h10式中，Z相对于面顶点到切平面的深度，c透镜表面的近轴曲率h离光轴的高度k圆锥常数A04次非球面系数，B06次非球面系数，C08次非球面系数，D010次非球面系数，在本说明书的表1至表7中，在表明非球面系数的数值表示中，指数表示例如“e-1”意为10的-1次方。作为焦距f所示的值则是第一与第二透镜组成的透镜组的合焦距。
下面以一览表表明第一-第七实施例有关结构透镜的曲率半径(mm单位)、透镜表面间隔(mm单位)、透镜材料折射率、透镜材料阿贝数、焦距、数值孔径与非球面系数。
表1第1实施例
近轴数据焦距f＝3.718mm孔径数Fno＝2.80
表2第2实施例
近轴数据焦距f＝3.800mm孔径数Fno＝2.80
表3第3实施例
近轴数据焦距f＝3.302mm孔径数Fno＝2.80
表4第4实施例
近轴数据焦距f＝3.073mm孔径数Fno＝2.80
表5第5实施例
近轴数据焦距f＝3.797mm孔径数Fno＝2.80
表6第6实施例
近轴数据焦距f＝3.799mm孔径数Fno＝2.80
表7第7实施例
近轴数据焦距f＝3.792mm孔径数Fno＝2.80
以下参考图2-29分别说明第1-7各实施例。
图2、6、10、14、18、22与26概示透镜的结构。图3、7、11、15、19、23与27示明畸变像差曲线，图4、8、12、16、20、24与28示明像散曲线，而图5、9、13、17、21、25与29示明色差/球差曲线。
畸变像差曲线表明相对于离光轴的距离(纵轴上像面内的光轴的最大距离为100时的百分率表示)的像差量。像散曲线与畸变像差曲线相同，是相对于离光轴的距离对横轴(mm单位)表示的像差量。此外，在像散之中是相对于横轴表示子午面与球缺像面弧矢面中的像差量。在色差/球差曲线中，表明的是相对于C线(波长656.6nm的光)、d线(波长587.6nm的光)、e线(波长546.1nm的光)、F线(波长486.1nm的光)与g线(波长435.8nm的光)的像差值。折射率是指d线(波长587.6nm的光)的折射率。
下面说明各实施例的特征。第一-第四实施例中，在具有以凸面朝向物体侧的弯月形正折射率的第一透镜L1与第二透镜L2之中采用的是环烯系塑料ZEONEX E48R(日本Zeon有限公司注册商标，E48R为商品号，以后简作“ZEONEX”)。在第五实施例中，第一透镜L1用聚碳酸酯，第二透镜L2用ZEONEX。第六实施例中，第一透镜L1用ZEONEX，第二透镜L2用聚碳酸酯。第七实施例中，第一透镜L1与第二透镜L2都用聚碳酸酯。
此外，第一透镜L1的两面以及第二透镜L2的两面设定为非球面，亦即非球面数在各实施例中均为4。
第一透镜L1与第二透镜L2的材料ZEONEXE48K的阿贝数为56(相对于d线的折射率为1.53)，而聚碳酸酯的阿贝数为30(相对于d线的折射率为1.58)。模拟的结果，若这些透镜材料的阿贝数为30-60，可知像差等透镜性能在实质上无差异。由此可知，若阿贝数在上述值范围内，作为本发明的目的的摄像透镜的各种像差与既有的摄像用透镜的各种像差相比能良好地校正，而且可以实现光程最大为6mm的摄像透镜。
在透镜组与摄像面之间，从第一至第七实施例，都分别插入厚0.5mm的滤光片。在第一至第五实施例是把丙烯酸酯(相对于d线的折射率为1.52)用作滤光片的材料。在第二、三、四、六与七实施例中，则将玻璃(相对于d线的折射率为1.49)用作这种滤光片的材料。下面在存在这种滤光片的前提下说明各种像差的计算。
第一实施例(A)透镜的总焦距f为f＝3.718mm(B)第二透镜L2的物体侧的曲率半径r5为r5＝-1.5132mm(C)第二透镜L2的像侧曲率半径r6为r6＝-0.9973mm(D)反焦距bf为bf＝2.671mm(E)从第一透镜L1的物体侧面到像面的空气中距离即光程长d为d＝5.021mm(F)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1为r1＝1.1005mm(G)第一透镜L1的像侧曲率半径r2为r2＝0.9969mm(H)第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2为D2＝0.35mm(I)第一透镜L1的焦距f1为f1＝8.68mm(J)第二透镜L2的焦距f2为f2＝3.34mm据此(1)|r5/f|＝|-1.5132/3.718|＝0.407(2)(r5+r6)/(r5-r6)＝(1.5132+0.9973)/(1.5132-0.9973)＝4.866(3)d/f＝5.021/3.718＝1.350(4)r1/r2＝1.1005/0.9969＝1.104(5)D2/f＝0.35/3.718＝0.0941于是第一实施例的透镜组满足下述条件式(1)-(5)全部。
0.2＜|r5/f|＜3.1(1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0 (2)1.0＜d/f＜1.5 (3)0.5＜r1/r2＜2.0 (4)0.08＜D2/f＜0.1 (5)以后提到条件式时便是指上式(1)-(5)共5个式子。
孔径光澜S1如表1所示，设于第一透镜L1的第二面(像侧的面)后方0.18mm(d2＝0.18mm)的位置。数值孔径(F数)为2.8，此外复合焦距f为3.718mm。
图2是第1实施例的摄像用透镜的剖面图。此摄像用透镜的光程光成为5.021mm，该值是在6mm以内。对于后焦距也确保了充分的长度2.671mm。
图3所示的畸变像差曲线20、图4所示的像散曲线(相对于子午面的像差曲线22和相对于弧矢面的像差曲线24)、图5所示的色差/球差曲线(相对于C线的像差曲线26、相对于d线的像差曲线28、相对于e线的像差曲线30、相对于F线的像差曲线32以及相对于g线的像差曲线34)，分别由曲线图表示。
图3与图4中像差曲线的纵轴将像高表示为距光轴距离的百分数。图3与4中，100％、85％、80％、70％、50％与30％分别对应于2.24mm、1.90mm、1.79mm、1.56mm、1.12mm与0.67mm。在第一实施例中，像高2.24mm若换算为主光线入射到透镜组之前与光轴明交角则相当于31.5°。此外，图5中像差曲线的纵轴则表示入射高度h(F数)，最大对应于F2.8。图5中的横轴表示像差的大小。
畸变像差在像高100％(像高2.24mm)位置处的像差量的绝对值最大为1.76％，在像高2.24mm以下的范围内像差量的绝对值在1.76％以内。像散于像高60％(像高1.34mm)位置处在子午面中像差量的绝对值最大为0.0876mm，而在像高2.24mm以下的范围内像差量的绝对值≤0.0876mm。
色差/球差在入射高度h的50％处相对于g线的像差量绝对值最大为0.15mm，像差量的绝对值≤0.15mm。
第二实施例(A)透镜的总焦距f为f＝3.800mm(B)第二透镜L2的物体侧的曲率半径r5为r5＝-1.760mm(C)第二透镜L2的像侧曲率半径r6为r6＝-1.486mm(D)反焦距bf为bf＝1.831mm(E)从第一透镜L1的物体侧面到像面的空气中距离即光程长d为d＝4.231mm(F)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1为r1＝1.020mm(G)第一透镜L1的像侧曲率半径r2为r2＝1.266mm(H)第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2为D2＝0.35mm(I)第一透镜L1的焦距f1为f1＝3.94mm(J)第二透镜L2的焦距f2为f2＝8.29mm据此(1)|r5/f|＝|-1.760/3.800|＝0.463(2)(r5+r6)/(r5-r6)＝(1.760+1.486)/(1.760-1.486)＝11.85(3)d/f＝4.231/3.800＝1.1134(4)r1/r2＝1.020/1.266＝0.806以及(5)D2/f＝0.35/3.800＝0.0921于是第二实施例的透镜组满足下述条件式(1)-(5)全部。
0.2＜|r5/f|＜3.1(1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0 (2)1.0＜d/f＜1.5 (3)0.5＜r1/r2＜2.0 (4)0.08＜D2/f＜0.1 (5)孔径光澜S1如表2所示，设于第一透镜L1的第二面(像侧的面)后方0.15mm(d2＝0.15mm)的位置。数值孔径(F数)为2.8，此外复合焦距f为3.800mm。
图6是第二实施例的摄像用透镜的剖面图。此摄像用透镜的光程光成为4.231mm，该值是在6mm以内。对于后焦距也确保了充分的长度1.831mm。
图7所示的畸变像差曲线36、图8所示的像散曲线(相对于子午面的像差曲线38和相对于弧矢面的像差曲线40)，图9所示的色差/球差曲线(相对于C线的像差42、相对于d线的像差曲线44、相对于e线的像差曲线46、相对于F线的像差曲线48和相对于g线的相差曲线50)，它们都由曲线图表示。图7与8的像差曲线的纵轴将像高表示为至光轴距离的百分数，100％、85％、80％、70％、50％与30％分别对应2.24mm、1.91mm、1.80mm、1.58mm、1.13mm与0.68mm。第二实施例的像高2.24mm换算为主光线入射到透镜组前与光轴的交角相当于31.0°。此外，图5中像差曲线的纵轴则表示入射高度h(F数)，最大对应于F2.8。图9中的横轴表示像差的大小。
畸变像差在像高100％(像高2.24mm)处的像差量的绝对差最大为2.46％，在像高2.24mm以下范围内像差量的绝对值≤2.46％。
像散于像高100％(像高2.24mm)处在子午面中像差量的绝对值最大为0.0696mm，而在像高2.24mm以下范围中，像差量的绝对值≤0.0696mm。
色差/球差在入射高度100％处相对于g线的像差量的绝对值最大为0.12mm，而像差量的绝对值≤0.12mm。
第三实施例(A)透镜的总焦距f为f＝3.302mm。
(B)第二透镜L2的物体侧的曲率半径r5为r5＝-1.976mm。
(C)第二透镜L2的像侧曲率半径r6为r6＝-1.154mm。
(D)反焦距bf为bf＝1.795mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧面到像面的空气中距离即光程长d为d＝4.145mm/(F)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1为r1＝1.0546mm。
(G)第一透镜L1的像侧曲率半径r2为r2＝1.1658mm。
(H)第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2为D2＝0.30mm。
(I)第一透镜L1的焦距f1为f1＝4.78mm。
(J)第二透镜L2的焦距f2为f2＝3.78mm。
据此(1)|r5/f|＝|-1.976/3.302|＝0.598，(2)(r5+r6)/(r5-r6)＝(1.976+1.154)/(1.976-1.154)＝3.808，(3)d/f＝4.145/3.302＝1.2553，(4)r1/r2＝1.0546/1.1658＝0.905，
(5)D2/f＝0.3/3.302＝0.0909。
于是第三实施例的透镜组满足下述条件式(1)-(5)全部。
0.2＜|r5/f|＜3.1(1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0 (2)1.0＜d/f＜1.5 (3)0.5＜r1/r2＜2.0 (4)0.08＜D2/f＜0.1 (5)孔径光澜S1如表3所示，设于第一透镜L1的第二面(像侧的面)后方0.15mm(d2＝0.15mm)的位置。数值孔径(F数)为2.8，此外复合焦距f为3.302mm。
图10是第三实施例的摄像用透镜的剖面图。此摄像用透镜的光程光成为4.145mm，该值是在6mm以内。对于后焦距也确保了充分的长度1.795mm。
图11所示的畸变像差曲线52、图12所示的像散曲线(相对于子午面的像差曲线54和相对于弧矢面的像差曲线56)，图13所示的色差/球差曲线(相对于C线的像差58、相对于d线的像差曲线60、相对于e线的像差曲线62、相对于F线的像差曲线64和相对于g线的相差曲线66)，它们都由曲线图表示。图11与12的像差曲线的纵轴将像高表示为至光轴距离的百分数，100％、85％、80％、70％、50％与30％分别对应2.24mm、1.91mm、1.80mm、1.58mm、1.13mm与0.68mm。第三实施例的像高2.25mm换算为主光线入射到透镜组前与光轴的交角相当于35.0°。此外，图13中像差曲线的纵轴则表示入射高度h(F数)，最大对应于F2.8。图13中的横轴表示像差的大小。
畸变像差在像高100％(像高2.24mm)处的像差量的绝对差最大为2.65％，在像高2.24mm以下范围内像差量的绝对值≤2.65％。
像散于像高100％(像高2.24mm)处在子午面中像差量的绝对值最大为0.066mm，而在像高2.25mm以下范围中，像差量的绝对值≤0.066。
色差/球差在入射高度h 70％处相对于g线的像差量的绝对值最大为0.102mm，而像差量的绝对值≤0.102mm。
第四实施例(A)透镜的总焦距f为f＝3.073mm。
(B)第二透镜L2的物体侧的曲率半径r5为r5＝-1.838mm。
(C)第二透镜L2的像侧曲率半径r6为r6＝-1.073mm。
(D)反焦距bf为bf＝1.675mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧面到像面的空气中距离即光程长d为d＝3.864mm。
(F)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1为r1＝0.981mm。
(G)第一透镜L1的像侧曲率半径r2为r2＝1.084mm。
(H)第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2为D2＝0.279mm。
(I)第一透镜L1的焦距f1为f1＝4.46mm。
(J)第二透镜L2的焦距f2为f2＝3.51mm。
据此(1)|r5/f|＝|-1.838/3.073|＝0.598，(2)(r5+r6)/(r5-r6)＝(1.838+1.073)/(1.838-1.073)＝3.805，(3)d/f＝3.864/3.073＝1.2574，(4)r1/r2＝0.981/1.084＝0.905以及(5)D2/f＝0.279/3.073＝0.0908于是第四实施例的透镜组满足下述条件式(1)-(5)全部。
0.2＜|r5/f|＜3.1(1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0 (2)1.0＜d/f＜1.5 (3)0.5＜r1/r2＜2.0 (4)0.08＜D2/f＜0.1 (5)孔径光澜S1如表4所示，设于第一透镜L1的第二面(像侧的面)后方0.14mm(d2＝0.14mm)的位置。数值孔径(F数)为2.8，此外复合焦距f为3.073mm。
图14是第四实施例的摄像用透镜的剖面图。此摄像用透镜的光程光成为3.864mm，该值是在6mm以内。对于后焦距也确保了充分的长度1.675mm。
图15所示的畸变像差曲线68、图16所示的像散曲线(相对于子午面的像差曲线70和相对于弧矢面的像差曲线72)，图17所示的色差/球差曲线(相对于C线的像差74、相对于d线的像差曲线76、相对于e线的像差曲线78、相对于F线的像差曲线80和相对于g线的相差曲线82)，它们都由曲线图表示。
图15与16的像差曲线的纵轴将像高表示为至光轴距离的百分数，100％、85％、80％、70％、50％与30％分别对应1.80mm、1.53mm、1.44mm、1.26mm、0.90mm与0.54mm。第四实施例的像高1.80mm换算为主光线入射到透镜组前与光轴的交角相当于31.0°。此外，图17中像差曲线的纵轴则表示入射高度h(F数)，最大对应于F2.8。图17中的横轴表示像差的大小。
畸变像差在像高100％(像高1.80mm)处的像差量的绝对差最大为1.83％，在像高1.80mm以下范围内像差量的绝对值≤1.83％。
像散于像高80％(像高1.44mm)处在矢状面中像差量的绝对值最大为0.039mm，而在像高1.80mm以下范围中，像差量的绝对值≤0.039mm。
色差/球差在入射高度70％处相对于g线的像差量的绝对值最大为0.0924mm，而像差量的绝对值≤0.0924mm。
第五实施例(A)透镜的总焦距f为f＝3.797mm。
(B)第二透镜L2的物体侧的曲率半径r5为r5＝-1.4365mm。
(C)第二透镜L2的像侧曲率半径r6为r6＝-1.0050mm。
(D)反焦距bf为bf＝2.678mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧面到像面的空气中距离即光程长d为d＝5.028mm。
(F)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1为r1＝1.1547mm。
(G)第一透镜L1的像侧曲率半径r2为r2＝1.0521mm。
(H)第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2为D2＝0.350mm。
(I)第一透镜L1的焦距f1为f1＝7.84mm。
(J)第二透镜L2的焦距f2为f2＝3.55mm。
据此(1)|r5/f|＝|-1.436/3.797|＝0.3783，(2)(r5+r6)/(r5-r6)＝(1.4365+1.0050)/(1.4365-1.0050)＝5.6582(3)d/f＝5.028/3.797＝1.3242，(4)r1/r2＝1.1574/1.0521＝1.1001以及(5)D2/f＝0.350/3.197＝0.0922于是第五实施例的透镜组满足下述条件式(1)-(5)全部。
0.2＜|r5/f|＜3.1(1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0 (2)1.0＜d/f＜1.5 (3)0.5＜r1/r2＜2.0 (4)0.08＜D2/f＜0.1 (5)孔径光澜S1如表5所示，设于第一透镜L1的第二面(像侧的面)后方0.18mm(d2＝0.18mm)的位置。数值孔径(F数)为2.8，此外复合焦距f为3.797mm。
图18是第五实施例的摄像用透镜的剖面图。此摄像用透镜的光程光成为5.028mm，该值是在6mm以内。对于后焦距也确保了充分的长度2.678mm。
图19所示的畸变像差曲线84、图20所示的像散曲线(相对于子午面的像差曲线86和相对于弧矢面的像差曲线88)，图21所示的色差/球差曲线(相对于C线的像差90、相对于d线的像差曲线92、相对于e线的像差曲线94、相对于F线的像差曲线96和相对于g线的相差曲线98)，它们都由曲线图表示。
图19与20的像差曲线的纵轴将像高表示为至光轴距离的百分数，100％、85％、80％、70％、50％与30％分别对应2.24mm、1.90mm、1.79mm、1.57mm、1.12mm与0.67mm。第五实施例的像高2.24mm换算为主光线入射到透镜组前与光轴的交角相当于31.3°。此外，图21中像差曲线的纵轴则表示入射高度h(F数)，最大对应于F2.8。图21中的横轴表示像差的大小。
畸变像差在像高h 100％(像高2.24mm)处的像差量的绝对差最大为0.83％，在像高2.24mm以下范围内像差量的绝对值≤0.83％。
像散于像高60％(像高1.34mm)处在子午面中像差量的绝对值最大为0.103mm，而在像高2.24mm以下范围中，像差量的绝对值≤0.103mm。
色差/球差在入射高度100％处相对于g线的像差量的绝对值最大为0.2608mm，而像差量的绝对值≤0.2608mm。
第六实施例(A)透镜的总焦距f为f＝3.799mm。
(B)第二透镜L2的物体侧的曲率半径r5为r5＝-1.7322mm。
(C)第二透镜L2的像侧曲率半径r6为r6＝-1.5507mm。
(D)反焦距bf为bf＝1.835mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧面到像面的空气中距离即光程长d为d＝4.235mm。
(F)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1为r1＝1.005mm。
(G)第一透镜L1的像侧曲率半径r2为r2＝1.250mm。
(H)第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2为D2＝0.350mm。
(I)第一透镜L1的焦距f1为f1＝3.84mm。
(J)第二透镜L2的焦距f2为f2＝8.67mm。
据此(1)|r5/f|＝|-1.7322/3.799|＝0.456，(2)(r5+r6)/(r5-r6)＝(1.7322+1.5507)/(1.7322-1.5507)＝18.09(3)d/f＝4.235/3.799＝1.1148，(4)r1/r2＝1.005/1.250＝0.804以及(5)D2/f＝0.350/3.799＝0.0921。
于是第六实施例的透镜组满足下述条件式(1)-(5)全部。
0.2＜|r5/f|＜3.1(1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0 (2)1.0＜d/f＜1.5 (3)
0.5＜r1/r2＜2.0(4)0.08＜D2/f＜0.1(5)孔径光澜S1如表6所示，设于第一透镜L1的第二面(像侧的面)后方0.15mm(d2＝0.15mm)的位置。数值孔径(F数)为2.8，此外复合焦距f为3.799mm。
图22是第六实施例的摄像用透镜的剖面图。此摄像用透镜的光程光成为4.235mm，该值是在6mm以内。对于后焦距也确保了充分的长度1.835mm。
图23所示的畸变像差曲线100、图24所示的像散曲线(相对于子午面的像差曲线102和相对于弧矢面的像差曲线104)，图25所示的色差/球差曲线(相对于C线的像差106、相对于d线的像差曲线108、相对于e线的像差曲线110、相对于F线的像差曲线112和相对于g线的相差曲线114)，它们都由曲线图表示。
图23与24的像差曲线的纵轴将像高表示为至光轴距离的百分数，100％、85％、80％、70％、50％与30％分别对应2.24mm、1.90mm、1.79mm、1.57mm、1.12mm与0.67mm。第六实施例的像高2.24mm换算为主光线入射到透镜组前与光轴的交角相当于30.8°。此外，图25中像差曲线的纵轴则表示入射高度h(F数)，最大对应于F2.8。横轴表示像差的大小。
畸变像差在像高100％(像高2.24mm)处的像差量的绝对差最大为0.91％，在像高2.24mm以下范围内像差量的绝对值0.91％。
像散于像高100％(像高2.24mm)处在子午面中像差量的绝对值最大为0.056mm，而在像高2.24mm以下范围中，像差量的绝对值≤0.056mm。
色差/球差在入射高度h 100％处相对于g线的像差量的绝对值最大为0.129mm，而像差量的绝对值≤0.129mm。
第七实施例(A)透镜的总焦距f为f＝3.792mm。
(B)第二透镜L2的物体侧的曲率半径r5为r5＝-1.9498mm。
(C)第二透镜L2的像侧曲率半径r6为r6＝-1.6027mm。
(D)反焦距bf为bf＝1.844mm。
(E)从第一透镜L1的物体侧面到像面的空气中距离即光程长d为d＝4.244mm。
(F)第一透镜L1的物体侧曲率半径r1为r1＝1.0807mm。
(G)第一透镜L1的像侧曲率半径r2为r2＝1.2496mm。
(H)第一透镜L1与第二透镜L2的间隔D2为D2＝0.350mm。
(I)第一透镜L1的焦距f1为f1＝4.04mm。
(J)第二透镜L2的焦距f2为f2＝7.69mm。
据此(1)|r5/f|＝|-1.9498/3.792|＝0.5142，(2)(r5+r6)/(r5-r6)＝(1.9498+1.6027)/(1.9498-1.6027)＝10.2348(3)d/f＝4.244/3.792＝1.1192，(4)r1/r2＝1.0807/1.2496＝0.8648以及(5)D2/f＝0.350/3.792＝0.0923于是第七实施例的透镜组满足下述条件式(1)-(5)全部。
0.2＜|r5/f|＜3.1(1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0 (2)1.0＜d/f＜1.5 (3)0.5＜r1/r2＜2.0 (4)0.08＜D2/f＜0.1 (5)以后提到条件式时便是指上式(1)-(5)共5个式子。
孔径光澜S1如表7所示，设于第一透镜L1的第二面(像侧的面)后方0.15mm(d2＝0.15mm)的位置。数值孔径(F数)为2.8，此外复合焦距f为3.792mm。
图26是第七实施例的摄像用透镜的剖面图。此摄像用透镜的光程光成为4.244mm，该值是在6mm以内。对于后焦距也确保了充分的长度1.844mm。
图27所示的畸变像差曲线116、图28所示的像散曲线(相对于子午面的像差曲线118和相对于弧矢面的像差曲线120)，图29所示的色差/球差曲线(相对于C线的像差122、相对于d线的像差曲线124、相对于e线的像差曲线126、相对于F线的像差曲线128和相对于g线的相差曲线130)，它们都由曲线图表示。
图27与28的像差曲线的纵轴将像高表示为至光轴距离的百分数，100％、85％、80％、70％、50％与30％分别对应2.24mm、1.90mm、1.79mm、1.57mm、1.12mm与0.67mm。第七实施例的像高2.24mm换算为主光线入射到透镜组前与光轴的交角相当于30.8°。此外，图29中像差曲线的纵轴则表示入射高度h(F数)，最大对应于F2.8。横轴表示像差的大小。
畸变像差在像高100％(像高2.24mm)处的像差量的绝对差最大为0.96％，在像高2.24mm以下范围内像差量的绝对值≤0.96％。
像散于像高100％(像高2.24mm)处在子午面中像差量的绝对值最大为0.0693mm，而在像高2.24mm以下范围中，像差量的绝对值≤0.0693mm。
色差/球差在入射高度h 100％处相对于g线的像差量的绝对值最大为0.1993mm，而像差量的绝对值≤0.1993mm。
由此可知，以上所有实施例的摄像透镜都能确保装载于以CCD或CMOS用作摄像元件的小型摄像机中透镜的必需性能。
这样，从上述本发明的摄像透镜的说明可知，通过使摄像透镜的各结构透镜设计成满足条件式(1)-(5)，就能解决本发明想解决的课题。这就是说，能获得可良好校正各种像差、求得充分的反焦距且可保持短的光程的摄像透镜。
在以上各实施例中，第一透镜与第二透镜采用的是ZEONEX E48R这样的塑料，但显然除实施例公开以外的塑料，或即使不是塑料而只要是能满足由实施例等所说明的各个条件的材料，包括玻璃等其他材料都是可用的。
如上所述，本发明能实现良好校正各种像差、光程长最大约6mm(即使是最长的第五实施例的摄像透镜也只是5.028mm)、特别适用于极适合装载于电话机等之上的小型CCD摄像机的摄像用透镜。
另一方面，特许文献1所公开的，具有适当长度的后焦距和广的视场角且畸变像差小的2组2片结构的摄像用透镜的光程长，在其所有实施例中最小的一例(特许文献1的第一实施例)也是6.56mm。在本实施例中，从配置于物体侧的透镜的在物体侧这一面到配置于像侧的透镜的在物体侧这一面的距离为2.9mm(将透镜的厚度与透镜间隔等加和而为1.30mm+0.30mm+0.20mm+1.10mm＝2.9mm)，由于反焦距为3.66mm，它们的和给出的光程长即6.56mm。
特许文献2中公开的除使后焦距充分长之外还能适当地设定物体侧透镜与像侧透镜的折射率且易制造的2组2片结构的摄像用透镜，其光程长在所有实施例中为最小的一例(特许文献2的实施例3)为11.179mm(将透镜的厚度与透镜间隔等加和而为1.15mm+3.15mm+1.25mm+5.629mm＝11.179mm)。
此外，特许文献3公开的小型、轻量、远心性良好、易校正像散且容易加工组装的2组2片结构的摄像用透镜的光程，在其所有实施例中为最小的那个实施例(特许文献3的实施例5)中也为5.92mm(将透镜的厚度与透镜的间隔等加和而为0.80mm+0.30mm+0.20mm+0.10mm+1.30mm+3.22mm＝5.92mm)。但是特许文献3中公开的摄像透镜中，光程为5.92mm的摄像透镜其畸变像差有约5％，相对于g线的球差量的绝对值超过0.2mm而像散也超过0.2mm(参考特许文献3的图10)。这些畸变像差、球差与像散的差远大于本发明第一至第七实施例所公开的摄像用透镜各相应的像差值。
这样，在各已有例子中，要求是光程超过了6mm，要末是光程长虽不到6mm但却不能充分消除像差，故不适宜于安装到新近的便携式电话机等之上。
但本发明的摄像用透镜虽具有短的光程，却能获得良好的图像，还可保证有充分的后焦距。也就是说，采用本发明的摄像用透镜，如上述本发明各实施例所述，能确保有充分的长度来插入厚约0.5mm的盖玻璃。具体而言，在第一、二、三、四、五、六与七实施例中都确保有充分的长度，依序为2.671mm，1.831mm，1.795mm，1.675mm，2.678mm，1.835mm与1.844mm而能用于插入约0.5mm的盖玻璃。
此外，本发明的摄像用透镜能采用阿贝数30-60的光学材料形成的透镜，从而可把环烯系塑料或聚碳酸酯用作透镜材料，于是可以不必应用价高的非球面模制玻璃，而能以低的成本进行生产，还能谋求轻量化。
根据以上所述，本发明的摄像用透镜除能用作便携式电话机、个人计算机或数码相机中内置的摄像机用透镜外，还能良好地用作PDA(个人数字助理器)中内置的摄像机用透镜、具有图像识别功能的玩具中内置的摄像机用透镜以及监视、检查或防把装置等之中内置的摄像机用透镜。
权利要求
1.一种摄像用透镜，它具有第一透镜L1、孔径光澜S1与第二透镜L2，从物体侧朝像侧按该第一透镜L1、该孔径光澜S1与该第二透镜L2的顺序排列构成；该第一透镜L1是以凸面朝向物体侧的弯月形的具有正折射率的树脂制透镜，该第二透镜L2是以凸面朝向像侧的弯月形的具有正折射率的树脂制透镜，而于空气中从上述第一透镜物体侧的入射面到像面的最大距离为6mm。
2.根据权利要求1所述的摄像用透镜，其中上述第一透镜L1的两面为非球面，上述第二透镜L2的两面也均为非球面。
3.根据权利要求1或2所述的摄像用透镜，其中上述透镜满足以下条件0.2|r5/f|＜3.1(1)3.0＜(r5+r6)/(r5-r6)＜19.0(2)1.0＜d/f＜1.5 (3)0.5＜r1/r2＜2.0 (4)0.08＜D2/f＜0.1 (5)其中f透镜的总焦距；r5第二透镜L2的物体侧面在光轴附近的曲率半径(轴上曲率半径)；r6第二透镜L2的像侧面在光轴附近的曲率半径(轴上曲率半径)；d从第一透镜L1的物体侧面到像面的距离(空气中)；r1第一透镜L1的物体侧面在光轴附近的曲率半径(轴上曲率半径)；r2第一透镜L1的像侧面在光轴附近的曲率半径(轴上曲率半径)；D2第一透镜L1与第二透镜L2的间隔。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的摄像用透镜，其中构成该摄像用透镜的第一透镜L1与前述第二透镜的阿贝数为30-60。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的摄像用透镜，其中构成该摄像用透镜的上述第一透镜与第二透镜是以环烯系塑料或聚碳酸酯为材料形成。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的摄像用透镜，其中进行了像差校正使像高2.25mm以下的畸变像差大小≤3.00％。
全文摘要
提供了能良好校正各种像差、光程最大也只约6mm且能确保充分后焦距的摄像用透镜。此摄像用透镜从物体侧朝向像侧包括顺次排列的第一透镜、孔径光澜与第二透镜。第一透镜是以凸面朝向物体侧的弯月形的具有正折射率的树脂制透镜。第二透镜是以凸面朝向像侧的弯月形的具有正折射率的树脂制透镜。
文档编号G02B9/08GK1517738SQ20041000250
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年1月22日
发明者堂智, 智 堂 申请人:里程碑株式会社, 堂智