专利名称：广角透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于包括CCD等的摄像元件的数字摄像机，视频摄像机等的广角透镜，特别涉及适用于包括高象素摄像元件的数字摄像机，视频摄像机等的小型的广角透镜。
背景技术：
作为以往的广角透镜，例如，大家熟悉的适合监视用摄像机拍摄动态图像的透镜。这种监视用摄像机，主要用来拍摄动态图像，它的摄像元件的象素数比较少，透镜不需要太高的光学性能。
此外，以往的数字摄像机，视频摄像机等，作为拍摄图像使用，对于薄型化及光学性能的要求并不很高。
但是，近年来，由于摄像元件的技术进步很快，人们对具有高密度化，高象素化，及高光学性能的透镜寄予热望。
特别是，人们将数字摄像机等拍摄的静态图像放入个人电脑进行种种处理，作为数字摄像机，为了对应高解像的显示，需要使用高象素数，高密度的摄像元件。
但是，这些对应高密度化，高象素化的高性能的透镜，需要满足配置少、便宜、小型化、薄型化、高解像度化等诸多要求。特别最近，即使摄影尺寸从1/3英寸以下到1/2.7英寸左右，也对薄型化的要求更加强烈。
此外，在CCD等摄像元件中，为了提高入射光的利用效率，在摄像元件的表面安置微型透镜，在入射光线角度太大时会产生缺角现象，出现光不能进入摄像元件的问题。
本发明是针对以上问题而提出的，其目的是提供能够解消缺角现象，实现小型化、薄型化、轻量化、低成本、光学性能高的广角透镜，特别是，提供适合于200万～300万高象素摄像元件的广角透镜。
发明内容
本发明的广角透镜，从物体侧向像面侧，依次包括第1透镜组，包括具有负屈折力的第1透镜，及具有正屈折力的第2透镜，以及第2透镜组，包括具有负屈折力的第3透镜，及接合在所述第3透镜的具有正屈折力的第4透镜，以及具有正屈折力并在物体侧及像面侧的两方凸面相向、且至少一方的凸面是非球面的第5透镜，满足以下条件式(1)，(2)，(3)，(4)，(5)0.7|R6|＜|R8|＜1.3|R6|，(6)ν1＞ν2，ν3＜ν4，ν5＞50，(7)|f1|＞2f2，(8)2.5f22＞f21＞f22，其中，R6第3透镜的物体侧的面的曲率半径，R8第4透镜的像面侧的面的曲率半径，νi第i透镜的色散系数(i＝1～5)，f1第1透镜组的合成焦点距离，f2第2透镜组的合成焦点距离，f21第2透镜组中的第3、第4透镜的合成焦点距离，f22第2透镜组中的第5透镜的焦点距离。
采用这种结构，可获得能满足在不含后截距状态下，透镜全长小于12mm、后截距大于7mm、射出瞳孔位置大于|20mm|、F标号2.8左右诸条件，小型且薄型、高密度、适合高象素摄像元件的光学性能高的广角透镜。
本发明的广角透镜，从物体侧向像面侧，依次包括第1透镜组，包括具有负屈折力的第1透镜，及具有正屈折力的第2透镜，以及第2透镜组，包括具有负屈折力的第3透镜，及接合在所述第3透镜的具有正屈折力的第4透镜，及具有正屈折力并在物体侧及像面侧的两方凸面相向、且两方的凸面是非球面的第5透镜，满足以下条件式(1)，(2)，(3)，(4)，(1)0.7|R6|＜|R8|＜1.3|R6|，(2)ν1＞ν2，ν3＜ν4，ν5＞50，(3)f1＞4f2，
(4)2.5f22＞f21＞f22，其中，R6第3透镜的物体侧的面的曲率半径，R8第4透镜的像面侧的面的曲率半径，νi第i透镜的色散系数(i＝1～5)，f1第1透镜组的合成焦点距离，f2第2透镜组的合成焦点距离，f21第2透镜组中的第3，第4透镜的合成焦点距离，f22第2透镜组中的第5透镜的焦点距离。
采用这种结构，可获得能满足在不含后截距状态下，透镜全长小于10mm、后截距大于7mm、射出瞳孔位置大于|20mm|，可确保F标号2.8左右的诸条件，小型且薄型、高密度、适合高象素摄像元件的光学性能高的广角透镜。
本发明的前述和其它的目的、特征和优点将参照附图从说明中显而易见，其中相同的标号表示相同的元件。
图1表示本发明的广角透镜的一实施形态的构成图。
图2表示图1所示的广角透镜的球面象差、非点象差、畸变象差、倍率色象差的各象差图。
图3表示本发明的广角透镜的另一实施形态的构成图。
图4表示图3所示的广角透镜的球面象差、非点象差、畸变象差、倍率色象差的各象差图。
图5表示本发明的广角透镜的一实施形态的构成图。
图6表示图5所示的广角透镜的球面象差、非点象差、畸变象差、倍率色象差的各象差图。
图7表示本发明的广角透镜的另一实施形态的构成图。
图8表示图7所示的广角透镜的球面象差、非点象差、畸变象差、倍率色象差的各象差图。
标号说明1第1透镜
2第2透镜3第3透镜4第4透镜5第5透镜6开口光圈A第1透镜组B第2透镜组7玻璃滤光片D1～D11光轴上的间隔R1～R12曲率半径S1～S12面X光轴具体实施形态以下，参照附图对本发明的实施形态进行说明。
图1表示本发明的广角透镜的一实施形态的基本构成图。该实施形态中的广角透镜，如图1所示，从物体侧向像面侧，依次配列具有负屈折力的第1透镜1，具有正屈折力的第2透镜2，具有负屈折力的第3透镜3，接合在第3透镜3的具有正屈折力的第4透镜4，具有正屈折力，在物体侧及像面侧的两方凸面相向，且至少一方的凸面是非球面的第5透镜5。
在这一配列构成中，在第2透镜2与第3透镜3间配置开口光圈6，此外，靠近第5透镜5配置着去红外线滤光器，低通滤光器等的玻璃滤光器7。
在所述构成中，由第1透镜1及第2透镜2形成第1透镜组A，由第3透镜3，第4透镜4，及第5透镜5形成第2透镜组B。此外，第1透镜组A的合成焦点距离为f1，第2透镜组B的合成焦点距离为f2。此外，在第2透镜组B，第3透镜3及第4透镜4的合成焦点距离为f21，第5透镜5的焦点距离为f22。
此外，在第1透镜1～第5透镜5中，如图1所示，将透镜的面表示为Si(i＝1～4，6～10)，将各自的面Si的曲率半径表示为Ri(i＝1～4，6～10)，将对d线的第i透镜的折射率表示为Ni及将色散系数表示为νi(i＝1～5)。此外，在玻璃滤光器7，将面表示为Si(i＝11，12)，将面Si的曲率半径表示为Ri(i＝11，12)，将对d线的折射率表示为N6及将色散系数表示为ν6。此外，从第1透镜1到玻璃滤光器7的各自的光轴X方向的间隔(厚度，空气间隔)，如图1所示，以Di(i＝1～11)表示。
构成第2透镜组B的一部份的第3透镜3及第4透镜4，以曲率半径R7相同的面S7接合成一体(贴合)。如果用一透镜取代第3透镜3及第4透镜4，色象差就难以纠正，此外，由于透镜的两面的曲率半径非常接近，自动校对中心也不容易。这样将第3透镜3与第4透镜4分别制造，而后接合成一体，就容易纠正影响高解像度的色象差。此外，由于分别校对中心，可提高透镜的加工性。
第5透镜5，是在物体侧及像面侧的两方，凸面(S9，S10)相向的两个凸透镜，且，形成时应使至少一方的凸面(S9，S10)是非球面。
这里，作为表示非球面的公式，如下式Z＝C y2/[1+(1-εC2y2)1/2]+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10，其中，Z从非球面的顶点的接平面，距光轴X的高度到y的非球面上的点的距离，y离光轴X的高度，C在非球面的顶点的曲率(1/R)，ε圆锥常数，D，E，F，G非球面系数。
这样，由于第5透镜5的至少一方的凸面(S9，S10)是非球面，所以，能纠正上光线侧的彗形象差等各种象差。假设，第5透镜5的面S9，S10是球面，那么，要取得同样效果就要大约2枚透镜。因此，达不到薄型化。因此，要象上面那样使至少一方的凸面(S9，S10)为非球面，就能实现薄型化，缩短透镜的全长，并纠正发生的球面象差、非点象差、彗形象差等各种象差。
此外，在前述构成中，在构成第1透镜组A及第2透镜组B时，应满足以下4式(1)0.7|R6|＜|R8|＜1.3|R6|，
(2)ν1＞ν2，ν3＜ν4，ν5＞50，(3)|f1|＞2f2，(4)2.5f22＞f21＞f22，(其中，R6第3透镜3的物体侧的面S6的曲率半径，R8第4透镜4的像面侧的面S8的曲率半径，νi第i透镜的色散系数(i＝1～5)，f1第1透镜组的合成焦点距离，f2第2透镜组的合成焦点距离，f21第2透镜组中的第3透镜3及第4透镜4的合成焦点距离，f22第2透镜组中的第5透镜5的焦点距离。)由于构成能满足(1)的条件，可纠正球面象差及彗形象差。如果不包括这个条件，就难以纠正球面象差及彗形象差。
此外，由于构成能满足(2)的条件，可同时纠正轴上色象差及倍率色象差。如果不包括这个条件，就难以纠正轴上色象差及倍率色象差。
此外，由于构成能满足(3)的条件，可纠正畸变象差，此外，可将后截距(BF)设定于期望值。假设，在第1透镜组A的合成焦点距离f1为负值时条件(3)不成立，将使畸变象差增大，纠正它就困难。
假设，在第1透镜组A的合成焦点距离f1为正值时条件(3)不成立，将使后截距(BF)变短，难以配置厚的玻璃滤光器7。由于满足条件(3)，后截距(BF)长，可以配置厚的玻璃滤光器7。在配置薄的玻璃滤光器7(例如，低通滤光器)时，由于空间大，所以利用折叠时后退至空间，使折叠状态下的光轴方向上的尺寸变短，即亦可薄型化。
由于构成能满足(4)的条件，可缩短透镜的全长并具有效地纠正各种象差。如果不包括这个条件，即使采用非球面，也难以确保期望的透镜全长，并纠正各种象差，特别是非点象差。
按照前述构成形成的实施形态的具体的参数，选择实施例1的参数表示如下式实施例1的主要参数表示于表1，各种数据(设定值)表示于表2，关于非球面的数据分别表示于表3。此外，关于该实施例1的球面象差、非点象差、畸变象差、倍率色象差的象差线图，成为图2所示那样的结果。此外，在图2中，d是以d线表示象差，F是以F线表示象差，c是以c线表示象差，此外，SC表示正弦条件的不满足量，此外，DS表示径向平面上的象差，DT表示子午面上的象差。
表1
表2
*非球面表3
在以上实施例1，可得到不含后截距的状态下透镜的全长为11.90mm，后截距(换算成空气中)为7.31mm，射出瞳孔位置为-23.3mm，F标号为2.86，薄型，能良好地纠正各种象差、高密度、适合高象素摄像元件的光学性能高的广角透镜。
图3表示本发明的广角透镜的另一实施形态的基本构成图。在这种广角透镜中，把第5透镜5的两方的凸面(S9，S10)做成非球面，除了变更透镜的各种参数外，与前述的实施形态的构成相同。
采用该实施形态的具体的数值构成的实施例表示如下式图3中的主要参数，各种设定值数据，及具有关非球面的数据分别表示于表4，表5，及表6。具有关图3中的球面象差、非点象差、畸变象差、倍率色象差的象差线图，成为图4中那样的结果。此外，在图4中，d是以d线表示象差，F是以F线表示象差，c是以c线表示象差，此外，SC表示正弦条件的不满足量，此外，DS表示径向平面上的象差，DT表示子午面上的象差。
表4
表5
*非球面表6
在以上图3中，可得到不含后截距的状态下透镜的全长为11.10mm，后截距(换算成空气中)为7.54mm，射出瞳孔位置为-25.3mm，F标号为2.86，薄型，能良好地纠正各种象差、高密度、适合高象素摄像元件的光学性能高的广角透镜。
如上所述，按照本发明的广角透镜，可得到能够解消摄像元件中的缺角现象，实现小型化、薄型化、轻量化、低成本、能良好地纠正各种象差，光学性能高的广角透镜。
特别是，能得到可把透镜的全长(不含后截距的状态)做成12mm以下的薄型，在后截距大于5mm时可配置低通滤光器等，射出瞳孔位置大于|20mm|，可确实防止缺角现象，可确保F标号2.8左右的亮度，适合200万～300万高象素摄像元件的广角透镜。
图5表示本发明的广角透镜的一实施形态的基本构成图。该实施形态中的广角透镜，如图5所示，从物体侧向像面侧，依次配列具有负屈折力的第1透镜1，具有正屈折力的第2透镜2，具有负屈折力的第3透镜3，接合在第3透镜3的具有正屈折力的第4透镜4，具有正屈折力，在物体侧及像面侧的两方凸面相向，且两方的凸面是非球面的第5透镜5。
在这一配列构成中，在第2透镜2与第3透镜3间配置开口光圈6，此外，靠近第5透镜5配置着去红外线滤光器，低通滤光器等的玻璃滤光器7。
在前述构成中，由第1透镜1及第2透镜2形成第1透镜组A，由第3透镜3，第4透镜4，及第5透镜5形成第2透镜组B。此外，第1透镜组A的合成焦点距离为f1，第2透镜组B的合成焦点距离为f2。此外，在第2透镜组B，第3透镜3及第4透镜4的合成焦点距离为f21，第5透镜5的焦点距离为f22。
此外，在第1透镜1～第5透镜5中，如图5所示，将透镜的面表示为Si(i＝1～4，6～10)，将各自的面Si的曲率半径表示为Ri(i＝1～4，6～10)，将对d线的第i透镜的折射率表示为Ni及将色散系数表示为νi(i＝1～5)。此外，在玻璃滤光器7，将面表示为Si(i＝11，12)，将面Si的曲率半径表示为Ri(i＝11，12)，将对d线的折射率表示为N6及将色散系数表示为ν6。此外，从第1透镜1到玻璃滤光器7的各自的光轴X方向的间隔(厚度，空气间隔)，如图5所示，以Di(i＝1～11)表示。
构成第2透镜组B的一部份的第3透镜3及第4透镜4，以曲率半径R7相同的面S7接合成一体(贴合)。如果用一透镜取代第3透镜3及第4透镜4，色象差就难以纠正，此外，由于透镜的两面的曲率半径非常接近，自动校对中心也不容易。这样将第3透镜3与第4透镜4分别制造，而后接合成一体，就容易纠正影响高解像度的色象差。此外，由于分别校对中心，所以可提高透镜的加工性。
第5透镜5，是在物体侧及像面侧的两方上凸面(S9，S10)相向的两个凸透镜，且，形成时应使两方的凸面(S9，S10)是非球面。
这里，作为表示非球面的公式，如下式Z＝C y2/[1+(1-εC2y2)1/2]+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10+Hy12，其中，Z从非球面的顶点的接平面，距光轴X的高度到y的非球面上的点的距离，y离光轴X的高度，C在非球面的顶点的曲率(1/R)，ε圆锥常数，D，E，F，G，H非球面系数。
这样，由于第5透镜5的两方的凸面(S9，S10)是非球面，所以，能纠正上光线侧的彗形象差等各种象差。假设，第5透镜5的面S9，S10是球面，那么，要取得同样效果就要大约2枚透镜。因此，达不到薄型化。因此，要象上面那样使两方的凸面(S9，S10)为非球面，就能实现薄型化，缩短透镜的全长，并纠正发生的球面象差，非点象差，彗形象差等各种象差。
此外，在前述图5及图7的构成中，在构成第1透镜组A及第2透镜组B时，应满足以下4式(1)0.7|R6|＜|R8|＜1.3|R6|，(2)ν1＞ν2，ν3＜ν4，ν5＞50，(3)f1＞4f2，(4)2.5f22＞f21＞f22，(这里，R6第3透镜3的物体侧的面S6的曲率半径，R8第4透镜4的像面侧的面S8的曲率半径，νi第i透镜的色散系数(i＝1～5)，f1第1透镜组的合成焦点距离，f2第2透镜组的合成焦点距离，f21第2透镜组中的第3透镜3及第4透镜4的合成焦点距离，f22第2透镜组中的第5透镜5的焦点距离。)由于构成能满足(1)的条件，可纠正球面象差及彗形象差。如果不包括这个条件，就难以纠正球面象差及彗形象差。
此外，由于构成能满足(2)的条件，可同时纠正轴上色象差及倍率色象差。如果不包括这个条件，就难以共同纠正轴上色象差及倍率色象差。
此外，由于构成能满足(3)的条件，可将后截距(BF)设定于期望值。假设，条件(3)不成立，将使后截距(BF)变短，难以配置厚的玻璃滤光器7。由于满足条件(3)，后截距(BF)长，可以配置厚的玻璃滤光器7。在配置薄的玻璃滤光器7(例如，低通滤光器)时，由于空间大，所以利用折叠时后退至空间，使折叠状态下的光轴方向上的尺寸变短，即亦，可薄型化。
由于构成能满足(4)的条件，可缩短透镜的全长并具有效地纠正各种象差。如果不包括这个条件，即使采用非球面，也难以确保期望的透镜全长，并纠正各种象差，特别是非点象差。
按照前述构成形成的实施形态的具体的参数表示如下式图5的主要参数表示于表7，各种数据(设定值)表示于表8，关于非球面的数据分别表示于表9。此外，关于该图5的球面象差、非点象差、畸变象差、倍率色象差的象差线图，成为图6所示那样的结果。此外，在图6中，d是以d线表示象差，F是以F线表示象差，c是以c线表示象差，此外，SC表示正弦条件的不满足量，此外，DS表示径向平面上的象差，DT表示子午面上的象差。
表7
表8
*非球面表9
在以上图5，可得到不含后截距的状态下透镜的全长为9.90mm，后截距(换算成空气中)为7.52mm，射出瞳孔位置为-20.9mm，F标号为3.19，薄型，能良好地纠正各种象差，高密度，适合高象素摄像元件的光学性能高的广角透镜。
图7表示本发明的广角透镜的另一实施形态的基本构成图。在这种广角透镜中，除了变更透镜的各种参数外，与前述的实施形态的构成相同。
采用该实施形态的具体的数值构成的实施例，选择图7的实施例表示如下式图7的主要参数，各种设定值数据，及具有关非球面的数据分别表示于表10，表11，及表12。具有关图7中的球面象差、非点象差、畸变象差、倍率色象差的象差线图，成为图8中那样的结果。此外，在图8中，d是以d线表示象差，F是以F线表示象差，c是以c线表示象差，此外，SC表示正弦条件的不满足量，此外，DS表示径向平面上的象差，DT表示子午面上的象差。
表10
表11
*非球面表12
在以上图7，可得到不含后截距的状态下透镜的全长为9.95mm，后截距(换算成空气中)为7.71mm，射出瞳孔位置为-20.2mm，F标号为3.19，薄型，能良好地纠正各种象差，高密度，适合高象素摄像元件的光学性能高的广角透镜。
如上所述，按照本发明的广角透镜，可得到能够解消摄像元件中的缺角现象，实现小型化、薄型化、轻量化、低成本、能良好地纠正各种象差，光学性能高的广角透镜。
特别是，能得到可把透镜的全长(不含后截距的状态)做成10mm以下的薄型，在后截距大于7mm时可配置较厚的低通滤光器等，射出瞳孔位置大于|20mm|，可确实防止缺角现象，适合200万～300万高象素摄像元件的广角透镜。
权利要求
1.一种广角透镜，其特征在于，从物体侧向像面侧，依次包括第1透镜组，包括具有负屈折力的第1透镜，及具有正屈折力的第2透镜，以及第2透镜组，包括具有负屈折力的第3透镜，及接合在所述第3透镜的具有正屈折力的第4透镜，以及具有正屈折力并在物体侧及像面侧的两方凸面相向、且至少一方的凸面是非球面的第5透镜，满足以下条件式(1)，(2)，(3)，(4)，(1)0.7|R6|＜|R8|＜1.3|R6|，(2)ν1＞ν2，ν3＜ν4，ν5＞50，(3)|f1|＞2f2，(4)2.5f22＞f21＞f22，其中，R6第3透镜的物体侧的面的曲率半径，R8第4透镜的像面侧的面的曲率半径，νi第i透镜的色散系数(i＝1～5)，f1第1透镜组的合成焦点距离，f2第2透镜组的合成焦点距离，f21第2透镜组中的第3、第4透镜的合成焦点距离，f22第2透镜组中的第5透镜的焦点距离。
2.一种广角透镜，其特征在于，从物体侧向像面侧，依次包括第1透镜组，包括具有负屈折力的第1透镜，及具有正屈折力的第2透镜，以及第2透镜组，包括具有负屈折力的第3透镜，及接合在所述第3透镜的具有正屈折力的第4透镜，及具有正屈折力并在物体侧及像面侧的两方凸面相向、且两方的凸面是非球面的第5透镜，满足以下条件式(1)，(2)，(3)，(4)，(1)0.7|R6|＜|R8|＜1.3|R6|，(2)ν1＞ν2，ν3＜ν4，ν5＞50，(3)f1＞4f2，(4)2.5f22＞f21＞f22，其中，R6第3透镜的物体侧的面的曲率半径，R8第4透镜的像面侧的面的曲率半径，νi第i透镜的色散系数(i＝1～5)，f1第1透镜组的合成焦点距离，f2第2透镜组的合成焦点距离，f21第2透镜组中的第3、第4透镜的合成焦点距离，f22第2透镜组中的第5透镜的焦点距离。
全文摘要
提供适合于高象素摄像元件的高性能的薄型的广角透镜。该广角透镜从物体侧依次包括具有负屈折力的第1透镜1、正屈折力的第2透镜2的第1透镜组，以及具有负屈折力的第3透镜3，接合在第3透镜的正屈折力的第4透镜4，及具有正屈折力、其两侧的凸面的至少一方的凸面是非球面的第5透镜5的第2透镜组。
文档编号G02B9/60GK1424612SQ02157418
公开日2003年6月18日 申请日期2002年12月13日 优先权日2001年12月14日
发明者阿部泰彦 申请人:日本电产科宝株式会社