专利名称：固体摄像元件用广角光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像元件用广角光学系统，特别是涉及适用于手机、PC照相机等上所搭载的使用了摄像元件的摄像装置的固体摄像元件用广角光学系统。
这样的照相机由于必须安装在有限的空间里，所以希望是小型的和轻量的。
为此，也同样希望这样的照相机所使用的光学系统是小型的轻量的。
还有，现在作为手机等里所搭载的固体摄像元件，已知的有称为VGA的约30万相素的高分辨率的和称为CIF的约11万相素的分辨率的元件。
作为用于这样的照相机里的光学系统，在需要得到更高的性能的场合，虽然可以采用由2枚或者3枚镜头组成的光学系统，但是为了实现小型化和低费用，大多采用单球面光学系统，作为这样的单球面光学系统，采用的是将双凸透镜及弯月型透镜等组合构成一枚摄像镜头。
作为这样的单球面光学系统，公知的有，如，作为用了双凸透镜的系统，有特开平06-88939号公报、特开平11-264930号公报以及特许第3122970号公报中所记载的内容，或者，作为用了弯月型透镜的系统，有特开平10-282410号公报中所记载的内容。
但是，这样的现有的单球面光学系统中，从分辨率的观点来看具有相当程度足够的性能，但是缺点是还存在很大的畸变像差。
这种畸变像差在显示画面比较小时不成什么问题，但是随着显示画面变大，由于变得十分明显，因此课题之一就是早日解决该问题。
还有，作为其它单球面光学系统的还有特开昭61-116314号公报、特开平06-118300号公报里所记载的内容。但是这些都不是作为摄像用的光学系统而是作为各种传感器或者测光用的光学系统，与本发明的用途有很大差别。另外，实际情况是，其画面视角也是以狭小的画面视角(例如，最大画面视角为35°左右)为对象，对于摄像用的广角光学系统的上述问题的解决没有任何建议。
为了达到上述目的，本发明第一方案的固体摄像元件用广角光学系统具有的特征是，摄像镜头做成双凸透镜，并且，成像侧的面具有随着从光轴沿径向向外，正的折射力逐渐变弱的非球面形状，进而，其满足条件式(1)1.3≥|r1/r2|≥0.8 (1)其中r1摄像镜头物体侧的面的中心曲率半径；r2摄像镜头成像侧的面的中心曲率半径。
并且，若采用本发明的第一方案，通过使摄像镜头的物体侧的面的中心曲率半径和摄像镜头的成像侧的面的中心曲率半径之比的绝对值满足条件式(1)，就能够维持远心性及背焦距离，同时能有效地修正畸变像差。
而本发明第二方案的固体摄像元件用广角光学系统的特征是上述摄像镜头进一步满足条件式(2)1.5≥d/f1≥0.7(2)其中d摄影镜头的中心厚度；f1摄影镜头的焦点长度。
因此，若采用本发明的第二方案，通过使摄像镜头的中心厚度与焦点距离之比满足条件式(2)，就能进一步抑制像面弯曲的发生，尤其是能够保持周边部位画面质量的良好的同时，能有效地修正畸变像差。
另外，本发明第三方案的固体摄像元件用广角光学系统的特征是，上述摄像镜头还满足条件式(3)1.5≥|r2/f1|≥0.7 (3)
而且，若采用本发明的第三方案，通过使摄影镜头的成像侧面的中心曲率半径与焦点距离之比的绝对值满足条件式(3)，就能够维持远心性及背焦距离，同时能有效地修正畸变像差。
另外，本发明第四方案的固体摄像元件用广角光学系统的特征是，摄像镜头做成双凸透镜，并且，成像侧的面具有随着从光轴沿径向向外，正的折射力逐渐变弱的非球面形状，进而，其满足条件式(2)和(3)1.5≥d/f1≥0.7 (2)1.5≥|r2/f1|≥0.7 (3)其中d摄影镜头的中心厚度；f1摄影镜头的焦点距离；R2摄像镜头的成像侧的面的中心曲率半径。
而且，若采用本发明的第四方案，通过使其结构满足条件式(2)和(3)的条件，就能够维持远心性及背焦距离的同时，能有效地修正畸变像差，进而，就能抑制像面弯曲的发生，尤其是能够保持周边部位良好的画面质量的同时，能有效地修正畸变像差。
本发明的第五方案的固体摄像元件用广角光学系统的特征是，进一步满足条件式(4)0.4≥SH/f1≥0.2 (4)其中，SH从上述摄像镜头的前侧主点到上述光圈之间的距离。
因此，若采用本发明的第五方案，通过使从摄像镜头的前侧主点到光圈之间的距离与摄像镜头的焦点距离之比满足条件式(4)，进而，能够良好且适当地维持整个光学系统的大小与远心性之间的平衡。
如上所述，采用本发明第一方案的固体摄像元件用广角光学系统，能够维持远心性及背焦距离的同时，可以有效地修正畸变像差，从而能够得到光学性能大幅提高的光学系统。
采用本发明第二方案的固体摄像元件用广角光学系统，除了能得到第一方案的固体摄像元件用广角光学系统的效果外，还能进一步保持周边部分画面质量的良好，从而能够使光学性能更加提高。
采用本发明第三方案的固体摄像元件用广角光学系统，除了能得到第二方案的固体摄像元件用广角光学系统的效果外，还能够维持远心性及背焦距离，能够有效地修正畸变像差，从而能够使光学性能更加提高。
采用本发明第四方案的固体摄像元件用广角光学系统，能够维持远心性及背焦距离的同时，能够有效地修正畸变像差，进而，能够抑制像面弯曲的发生，尤其是能够保持周边部分画面质量的良好的同时，能有效地修正畸变像差，从而能够实现优越的光学性能。
采用本发明第五方案的固体摄像元件用广角光学系统，除了能得到第一方案至第四方案的固体摄像元件用广角光学系统的效果外，能够进一步良好且适当地维持整个光学系统的大小与远心性之间的平衡。
图2是表示本发明的固体摄像元件用广角光学系统的一个实施例中光线从物体侧向成像侧入射状态的与
图1同样的概略构成图。
图3是表示本发明的固体摄像元件用广角光学系统的第1实施例的概略构成图。
图4是表示图3所示的固体摄像元件用广角光学系统的球面像差、像散以及畸变像差的说明图。
图5是表示本发明的固体摄像元件用广角光学系统的第2实施例的概略构成图。
图6是表示图5所示的固体摄像元件用广角光学系统的球面像差、像散以及畸变像差的说明图。
图7是表示本发明的固体摄像元件用广角光学系统的第3实施例的概略构成图。
图8是表示图7所示的固体摄像元件用广角光学系统的球面像差、像散以及畸变像差的说明图。
图9是表示本发明的固体摄像元件用广角光学系统的第4实施例的概略构成图。
图10是表示图9所示的固体摄像元件用广角光学系统的球面像差、像散以及畸变像差的说明图。
图1和图2所示的是本发明的固体摄像元件用广角光学系统的一个实施方式，该固体摄像元件用广角光学系统1是最大画面视角(对角线画面视角)为55°以上的广角光学系统。
另外，本实施方式中的固体摄像元件用广角光学系统1，如图1和图2所示，具有由塑料材料所组成的摄像镜头2，在该摄像镜头2的物体侧配置有光圈3。
另一方面，在摄像镜头2的成像侧配置有作为CCD或CMOS等的固体摄像元件的受光面的摄像面4。
另外，在摄像镜头2和摄像面4之间设有玻璃盖片5。但是，该玻璃盖片5是根据需要而设置，并非一定要设置。还有，除玻璃盖片5外，有时还设有红外截止滤光片和低通滤光片来代替玻璃盖片。
再有，在本实施方式中，摄像镜头2做成双凸透镜，该双凸透镜至少在成像侧的面(第2面)具有随着从光轴6沿径向向外，正的折射力逐渐变弱的非球面形状。再有，摄像镜头2满足以下(1)式所示的条件式。
1.3≥|r1/r2|≥0.8(1)(1)式中，r1是摄像镜头2的物体侧的面(第1面)的中心曲率半径，r2是摄像镜头2的成像侧的面的中心曲率半径。另外，|r1/r2|是摄像镜头2的物体侧的面的中心曲率半径与摄像镜头2的成像侧的面的中心曲率半径之比的绝对值。
这里，一旦|r1/r2|的值增大而超过(1)式中所示的值(1.3)，由于摄像镜头2的成像侧的面的光强过强，就不能有效地修正畸变像差。另一方面，当|r1/r2|的值小于(1)式中所示的值(0.8)时，这时虽然能够修正畸变像差，但是入射到固体摄像元件的光线(光束)相对于光轴6的角度会过大，就不能适当地维持所谓的远心性。另外，由于背焦距离、也就是摄像镜头2的成像侧的面的顶点与摄像面4之间的距离不能维持适当的距离，因此，就有可能导致诸如不能在摄像面4和摄像镜头2之间插入各种滤光片这些构造上的缺陷。
因此，采用本实施方式，通过使|r1/r2|的值满足条件式(1)，就能够维持远心性及背焦距离的同时，能有效地修正畸变像差。
再有，该|r1/r2|的值最好是1.2≥|r1/r2|≥0.9。
再有，本实施方式中，摄像镜头2还进一步满足(2)式所示的条件式。
1.5≥d/f1≥0.7 (2)(2)式中d是摄影镜头2中心厚度，f1是摄影镜头2的焦点距离。另外，d/f1是摄影镜头2中心厚度与焦点距离之比。
这里，一旦d/f1的值增大而超过(2)式中所示的值(1.5)，由于摄像镜头2的大小不仅在光轴6(厚度)方向而且在与光轴垂直的径向也都增大，这就使得光学系统难以小型化。另外，由于还会产生像面弯曲，虽然在显示图像的中心部分能够维持良好的画面质量，但在显示图像的周边部分则不能维持良好的画面质量。
另一方面，当d/f1的值比(2)式中所示的值(0.7)更小时，就不能有效地修正畸变像差。
因此，采用本实施方式，通过使d/f1的值满足条件式(2)，就能进一步抑制像面弯曲的发生，尤其是能够保持周边部分的画面质量的良好的同时，能有效地修正畸变像差。
再有，该d/f1的值最好是1.3≥|d/f1|≥0.8。
另外，本实施方式中，摄像镜头2还进一步满足(3)式所示的条件式。
1.5≥|r2/f1|≥0.7 (3)其中，r2是前述摄像镜头2的成像侧的面的中心曲率半径，f1是摄影镜头2的焦点距离。另外，|r2/f1|是摄像镜头2的成像侧的面的中心曲率半径与焦点距离之比的绝对值。
这里，一旦|r2/f1|的值比(3)式所示的值(0.7)更小，由于摄像镜头2的成像侧的面的光强过强，则不能有效地修正畸变像差。另一方面，当|r2/f1|的值增大而超过(3)式中所示的值(1.5)时，这时虽然能够修正畸变像差，但是入射到固体摄像元件用的传感器的光线(光束)相对于光轴6的角度会过大，就不能适当地维持所谓的远心性。另外还难以维持适当的背焦距离。
因此，采用本实施方式，通过使|r2/f1|的值满足条件式(3)，就能够维持远心性及背焦距离的同时，能有效地修正畸变像差。再有，此效果与前述的满足(1)式时的效果几乎一样。
再有，该|r2/f1|的值最好是1.3≥|r2/f1|≥0.8。
再有，本实施方式中，还进一步满足(4)式所示的条件式。
0.4≥SH/f1≥0.2 (4)其中，SH是从摄像镜头的前侧主点到上述光圈之间的距离，f1是如前述的摄像镜头2的焦点距离。另外，SH/f1是从摄像镜头2的前侧主点到上述光圈之间的距离与摄像镜头2的焦点距离之比。
这里，一旦SH/f1的值增大而超过(4)式所示的值(0.4)，整个光学系统就变大，就难以实现摄像装置自身的小型化。另一方面，当SH/f1的值比(4)式所示的值(0.2)更小时，就不能维持良好的远心性。
因此，采用本实施方式，通过使从摄像镜头2的前侧主点到光圈之间的距离与摄像镜头2的焦点距离之比满足条件式(4)，能够进一步维持整个光学系统的大小(不会大型化)的同时，能够更适当地维持远心性。
再有，本发明所采用的摄像镜头中，对其焦点距离没有特别的限定，但为了使本发明的特征更加明显，从良好地修正畸变像差的观点来看，摄像镜头2的焦点距离在2.5mm以下时能够比较好地适应本发明。
下面，参照图3至图10对本发明的具体实施例加以说明。
这里，在实施例中，f1是摄像镜头2的焦点距离(mm)，FNo表示的是F数值。另外，i表示从物体侧往成像侧按顺序数的第i个光学面。另外，ri(mm)表示第i个光学面的中心曲率半径，di(mm)表示从物体侧按顺序数时的第i个光学面到下一个光学面之间的距离。再有，ω表示半画面视角，其两倍的2ω是全画面视角(对角线画面视角)，nd表示摄像镜头2的折射率，vd表示阿贝数。
k、a、b、c、d表示下式(5)中的系数。即，镜头的非球面形状在设定其光轴方向为Z轴、与光轴垂直的方向为X轴、光的前进方向为正、k为圆锥系数，并将a、b、c、及d设定为非球面系数时可以用下式表示。
Z(x)＝cx2/[1+{1-(k+1)c2x2}1/2]+ax4+bx6+cx8+dx10(5)
再有，本第1实施例的摄像镜头2设定以下条件。
f1＝1.50mm、FNo＝2.4、2ω＝70°i r1 d1 nd vd1(光圈) 0.000 0.002(摄像镜头第1面) 1.200 1.30 1.513 58.03(摄像镜头第2面) -1.370 0.304(玻璃盖片第1面) 0.000 0.70 1.518 64.05(玻璃盖片第2面) 0.000 0.196(摄像面) 0.000 0.00非球面系数i k ab c d2 -2.00e-0011.75e-001-5.82e+0003.59e+001 -1.00e+0013 -9.30e-0012.67e-0012.33e-003 2.76e-001 3.00e-001在这样的条件下，|r1/r2|＝0.87，满足上述(1)式。另外，d/f1＝0.867，满足上述(2)式。再有，|r2/f1|＝0.913、SH/f1＝0.323，满足上述(3)式及(4)式。
在该第1实施例的固体摄像元件用广角光学系统1中，其球面像差、像散以及畸变像差如图4所示。由此可以看出，畸变像差能够被充分地抑制，从而能够发挥良好的性能。另外，球面像差和像散也能够得到满意的结果。
再有，本第二实施例的摄像镜头2设定以下条件。
f1＝1.60mm、FNo＝2.8、2ω＝67°i r1 d1 nd vd1(光圈)0.0000.002(摄像镜头第1面) 1.4501.45 1.52556.03(摄像镜头第2面) -1.325 0.304(玻璃盖片第1面) 0.0000.70 1.51864.05(玻璃盖片第2面) 0.0000.296(摄像面) 0.0000.0000非球面系数i k abcd2 -2.44e-0009.00e-002-1.80e+000 7.05e+000-5.00e+0003 -2.33e+0001.27e-001-2.43e-001 6.51e-0010.00e+000在这样的条件下，|r1/r2|＝1.094，满足上述(1)式。另外，d/f1＝0.906，满足上述(2)式。再有，|r2/f1|＝0.828、SH/f1＝0.378，满足上述(3)式及(4)式。
在该第2实施例的固体摄像元件用广角光学系统1中，其球面像差、像散以及畸变像差如图6所示。由此可以看出，畸变像差能够被充分地抑制，从而能够发挥良好的性能。另外，球面像差和像散也能够得到满意的结果。实施例3图7所示的是本发明的第3实施例，本实施例中，与图1所示的固体摄像元件用广角光学系统1同样，分别在摄像镜头2的物体侧设有光圈3，在成像侧设有玻璃盖片5。
再有，本第3实施例中的摄像镜头2设定以下条件。
f1＝2.00mm、FNo＝2.8、2ω＝67°ir1 d1nd vd1(光圈) 0.000 0.002(摄像镜头第1面) 1.650 1.41 1.525 56.03(摄像镜头第2面) -2.060 0.304(玻璃盖片第1面) 0.000 0.70 1.518 64.05(玻璃盖片第2面) 0.000 0.656(摄像面)0.000 0.00非球面系数i k a bc d2 6.51e+000 2.34e-001 -8.51e+000 3.49e+001 1.00e+0003 -1.32e+0001.96e-001 -2.30e-001 4.13e-001 3.88e-002在这样的条件下，|r1/r2|＝0.801，满足上述(1)式。另外，d/f1＝0.825，满足上述(2)式。再有，|r2/f1|＝1.030、SH/f1＝0.236，满足上述(3)式及(4)式。
在该第3实施例的固体摄像元件用广角光学系统1中，其球面像差、像散以及畸变像差如图8所示。由此可以看出，畸变像差能够被充分地抑制，从而能够发挥良好的性能。另外，球面像差和像散也能够得到满意的结果。
图9所示的是本发明的第3实施例，本实施例中，与图1所示的固体摄像元件用广角光学系统1同样，分别在摄像镜头2的物体侧设有光圈3，在成像侧设有玻璃盖片5。
再有，本第4实施例中的摄像镜头2设定以下条件。
f1＝2.20mm、FNo＝2.8、2ω＝60°ir1d1nd vd1(光圈) 0.000 0.002(摄像镜头第1面) 1.650 2.35 1.525 56.03(摄像镜头第2面) -2.0000.304(玻璃盖片第1面) 0.000 0.70 1.518 64.05(玻璃盖片第2面) 0.000 0.366(摄像面)0.000 0.00非球面系数i k a bcd2 -1.02e+0012.13e-001 3.90e-001-2.48e+000 1.00e+0003 3.45e-001 8.00e-002 9.31e-002-7.32e-002 3.88e-002在这样的条件下，|r1/r2|＝0.825，满足上述(1)式。另外，d/f1＝1.068，满足上述(2)式。再有，|r2/f1|＝0.919、SH/f1＝0.405，满足上述(3)式及(4)式。
在该第4实施例的固体摄像元件用广角光学系统1中，其球面像差、像散以及畸变像差如图10所示。由此可以看出，畸变像差能够被充分地抑制，从而能够发挥良好的性能。另外，球面像差和像散也能够得到满意的结果。
再有，本发明并不限于上述实施例，可以按照需要做各种各样的变更。
权利要求
1.一种固体摄像元件用广角光学系统，该系统具有摄像镜头和配置在该摄像镜头的物体侧的光圈，其特征在于，摄像镜头做成双凸透镜，并且，成像侧的面具有随着从光轴沿径向向外，正的折射力逐渐变弱的非球面形状，进而，其满足条件式(1)1.3≥|r1/r2|≥0.8 (1)其中r1摄像镜头物体侧的面的中心曲率半径，r2摄像镜头成像侧的面的中心曲率半径。
2.如权利要求1所述的固体摄像元件用广角光学系统，其特征在于，上述摄像镜头进一步满足条件式(2)1.5≥d/f1≥0.7(2)其中d摄影镜头的中心厚度，f1摄影镜头的焦点距离。
3.如权利要求2所述的固体摄像元件用广角光学系统，其特征在于，上述摄像镜头进一步满足条件式(3)1.5≥|r2/f1|≥0.7 (3)
4.一种固体摄像元件用广角光学系统，该系统具有摄像镜头和配置在该摄像镜头物体侧的光圈，其特征在于，摄像镜头做成双凸透镜，并且，成像侧的面具有随着从光轴沿径向向外，正的折射力逐渐变弱的非球面形状，进而，其满足条件式(2)和(3)1.5≥d/f1≥0.7(2)1.5≥|r2/f1|≥0.7(3)其中d摄影镜头中心的厚度，f1摄影镜头的焦点距离，r2摄像镜头成像侧的面的中心曲率半径。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的固体摄像元件用广角光学系统，其特征在于，进一步满足条件式(4)0.4≥SH/f1≥0.2 (4)其中SH从摄像镜头的前侧主点到上述光圈之间的距离。
全文摘要
本发明涉及固体摄像元件用广角光学系统，特别是涉及适用于手机、PC照相机等上所搭载的使用了摄像元件的摄像装置的固体摄像元件用广角光学系统。本发明提供的固体摄像元件用广角光学系统能够很好地修正畸变像差。摄像镜头2做成双凸透镜，并且，成像侧的面具有随着从光轴沿径向向外，正的折射力逐渐变弱的非球面形状，进而，其满足条件式(1)1.3≥|r
文档编号G02B9/02GK1461959SQ0313607
公开日2003年12月17日 申请日期2003年5月19日 优先权日2002年5月29日
发明者齊藤共啓 申请人:恩普乐股份有限公司