专利名称：透镜装置及摄影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及透镜装置，详细涉及适合向小型摄影装置搭载的透镜装置。另外，涉及摄影装置。
背景技术：
作为目前所使用的摄影装置，存在作为摄像元件而具备CCD(ChargeCoupled Device)图像传感器或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)图像传感器的数码相机。由此，对于摄影装置中使用的透镜装置而言，存在谋求与所谓银盐照相机不同的性能的情况。例如，由于CCD图像传感器或CMOS图像传感器对倾斜的入射光的灵敏度比银盐薄膜低，因而谋求作为入射到摄像元件上的光线的入射角的主光线入射角度(CRAChiefRayAngle)小。另外，伴随着摄像元件的集成度的提高，即使是内置在便携式照相机或移动电话的小型透镜装置，也能谋求图像质量的提高，另一方面，小型化的请求当然强烈。且有，由于内置在便携式照相机或移动电话中的小型透镜装置是能较便宜地供给的商品，故能够将制造成本抑制得较低的结构也变得重要。
在此，为使图像质量提高而需要将诸像差抑制得较低。由此，代替易设计为便携式的3片透镜结构的透镜装置，谋求更易抑制像差的4片透镜结构的透镜装置。日本特开2002-228922号公报、日本特开2006-309043号公报及日本特开2007-11237号公报公开了一种便携式4片透镜结构的透镜装置。
日本特开2002-228922号公报的透镜系统被称为所谓的前光圈型，即在比构成透镜装置的全部透镜更靠近拍摄对象的一侧(以下，称为“物侧”)配设光圈。在该结构中一般公知在配置得比光圈更靠近摄像元件的一侧(以下，称为“像侧”)的各透镜产生中心偏移的情况下，中心偏移对图像质量影响较大。由此，容易产生以中心偏移作为原因的次品，透镜装置制造时的成品率降低且制造成本增加。
日本特开2006-309043号公报的透镜系统被称为在物侧的2片透镜的更后方配置光圈的所谓后光圈型。在该结构中一般公知CRA变大。由于作为数码相机用的透镜装置如上所述强烈谋求CRA小的透镜装置，故需要通过调整各透镜的折射率而减小CRA。但是，若为了调整折射率而增大各透镜的厚度或者增大透镜间的间隔，则不得不延长透镜装置的全长，使透镜装置大型化。
日本特开2007-11237号公报的透镜系统被称为在物侧透镜和从物侧开始的第二片透镜之间配置光圈的所谓中光圈型。在该结构中一般公知与前光圈型透镜装置相比中心偏移难以影响到图像质量，与后光圈型透镜装置相比能减小CRA。
日本特开2007-11237号公报的透镜系统排列形成有由正透镜构成的第一透镜、由使凹面朝向像侧的负透镜构成的第二透镜、由使凹面朝向物侧的双面非球面的正凹凸透镜构成的第三透镜、及由在双面非球面的光轴附近使凸面朝向物侧的凹凸透镜构成的第四透镜(参考权利要求1)。即、日本特开2007-11237号公报教导了通过将第二透镜作为负透镜来抑制由正透镜产生的倍率色差及轴上色差的影响。
在该透镜系统中，为了用第二透镜来抑制色差而需要向第二透镜提供强的负光焦度。一般公知在1片透镜具有强的负光焦度的情况下，透镜的中心偏移容易对图像质量产生影响。由此，日本特开2007-11237号公报的透镜系统的制造需要将中心偏移公差管理得较小、且成品率劣化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过抑制以中心偏移为原因的次品的产生而使产品成品率提高的4片透镜结构的中光圈型的透镜装置。
且有，在本说明书中使用的术语“摄影装置”包括将入射到透镜装置中的光线作为静止图像及运动图像记录在记录介质上的装置、及在显示器等显示装置中进行显示的装置，摄影装置的例子包括所谓的照相机、摄像机及带照相机的移动电话。
本发明及其优点参照优选的实施方式及
可以很好地理解。图1是便携式终端不使用时的外观图。图2是便携式终端使用时的外观图，(a)是正面立体图，(b)是背面立体图。图3是实施方式相关的透镜装置的包括光轴在内的面的剖面示意图。图4是中心偏移状态的双凸透镜(bi-convex lens)的光路图。图5是中心偏移状态的凹凸透镜的光路图。图6是实施例1相关的透镜装置的像点图表。图7(a)、(b)分别表示实施例1相关的透镜装置的像面弯曲性能、畸变像差性能。图8是表示实施例1相关的透镜装置的纵像差性能。图9是表示实施例1相关的透镜装置的传输函数(MTF)曲线。图10是实施例2相关的透镜装置的包括光轴在内的面的剖面示意图。图11是表示实施例2相关的透镜装置的像点图表。图12(a)、(b)是分别表示实施例2相关的透镜装置的像面弯曲性能、畸变像差性能。图13是表示实施例2相关的透镜装置的纵像差性能。图14是表示实施例2相关的透镜装置的传输函数(MTF)曲线。图15是实施例3相关的透镜装置的包括光轴在内的面的剖面示意图。图16是表示实施例3相关的透镜装置的像点图表。图17(a)、(b)是分别表示实施例3相关的透镜装置的像面弯曲性能、畸变像差性能。图18是表示实施例3相关的透镜装置的纵像差性能。图19是表示实施例3相关的透镜装置的传输函数(MTF)曲线。
具体实施例方式 如图1所示，一实施方式相关的移动电话能以铰链(hinge)H为中心进行折叠。如图2(a)所示，当打开移动电话时露出显示部81、操作部82。如图1及图2(b)所示，在移动电话的外面经由玻璃窗而露出透镜装置10的防护玻璃罩9。拍摄者以打开移动电话的状态通过使防护玻璃罩9朝向想要拍摄的对象来操作操作部82，从而能够按下快门并拍摄对象物。
如图3所示，透镜装置10是按照从物侧到像侧的顺序由第一透镜1、开口光圈5、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4及防护玻璃罩6等构成的中光圈型透镜装置。且有，防护玻璃罩9或框体等尤其是在说明上不需要的构件省略了记载。另外，虽然CCD图像传感器7不是透镜装置10的构成要素，但是为了表示成像面71而一起记载在图中。同样，也一起记载了入射光8。以下，详细说明透镜装置10的构成。
第一透镜1是具有正光焦度的凹凸透镜、即正凹凸透镜或凸凹凸透镜。第一透镜1的物侧面11(第一面)在物侧是凸形状。第一透镜1的像侧面12(第二面)在像侧是凹形状。第一透镜1是配置在构成透镜装置的全部透镜中最靠近物侧的最前透镜(frontmost lens)。第二透镜2是具有负光焦度的凹凸透镜(即、负凹凸透镜或凹凹凸透镜)。第二透镜2的物侧面21(第四面)在物侧是凸形状。第二透镜2的像侧面22(第五面)在像侧是凹形状。第三透镜3是具有负光焦度的凹凸透镜。第三透镜3的物侧面31(第六面)在物侧是凹形状。第三透镜3的像侧面32(第七面)在像侧是凸形状。第四透镜4是具有正光焦度的非球面透镜。第四透镜4的物侧面41(第八面)及像侧面42(第九面)的每一个都是具有至少一个拐点的非球面形状。第四透镜4的像侧面42包括朝向像侧的凹面。
在一个例子中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4都是塑料透镜。第二透镜2及第三透镜3各自的阿贝常数比第一透镜1的阿贝常数小。
由于第一透镜1是正透镜，故虽然对入射光进行了聚光，但是因为第一透镜1是凹凸透镜，所以与双凸型的透镜相比，中心偏移难以给图像质量产生影响。以下，对第一透镜和双凸型的正透镜的比较进行说明。
一般，在光入射到透镜上时，除了光入射到与透镜的切平面(tangentplane)垂直的方向上的情况以外，产生球面像差等的像差。例如，如图4所示，在与透镜的光轴L0平行的入射光L1入射到双凸透镜的周边部的情况下，在入射面Sin和出射面Sout每一个中产生像差。为了补正相关像差，存在以在后续的透镜中抵消像差的方式构成的方法，或以双凸透镜本身作为非球面并通过在出射面Sout产生的像差来抵消在入射面Sin产生的像差的方式构成的方法。
在透镜中产生中心偏移时，由于入射面Sin及出射面Sout都偏移，故在入射时及出射时入射光L1不通过预先设计的位置。因此，即使作为以没有中心偏移的状态通过在出射面Sout产生的像差来抵消在入射面Sin产生的像差的结构，以中心偏移的状态通过在出射面Sout产生的像差来抵消在入射面Sin产生的像差的功能也不起作用，反而会使像差增大。
本实施方式的第一透镜1是如图5所示的凹凸透镜。在与光轴L0平行的入射光L1入射到该凹凸透镜的周边部的情况下，在入射面Sin中产生像差。但是，由于在出射面Sout中与出射面Sout大致垂直地出射光，故在出射面Sout中能够抑制像差的产生。为了补正相关的像差，存在采取以在后续的透镜中抵消像差的方式构成的方法或以双凸透镜本身作为非球面并通过在出射面Sout产生的像差来抵消在入射面Sin产生的像差的构成等方法。
即使在凹凸透镜中也产生中心偏移时，由于入射面Sin及出射面Sout都偏移，故在入射时及出射时入射光L1也没有通过预先设计的位置。因此，即使作为以没有中心偏移的状态通过在出射面Sout产生的像差来抵消在入射面Sin产生的像差的结构，在中心偏移的状态下通过在出射面Sout产生的像差来抵消在入射面Sin产生的像差的功能也不起作用。
但是，由于在凹凸透镜中与出射面Sout大致垂直地出射光，故与双凸透镜相比，出射面Sout中的中心偏移的影响轻微。因此，与在入射面Sin及出射面Sout中受到中心偏移的影响的双凸透镜相比，凹凸透镜能够抑制由中心偏移带来的像差的增加。
接着，由于第二透镜2及第三透镜3都是负透镜，故能很好地补正由作为正透镜的第一透镜1产生的色差。特别是，与在仅第二透镜为负透镜的专利文献3中提到的透镜装置不同，由于在实施方式的透镜装置中，第二透镜2和第三透镜3双方都是负透镜，故第二透镜2所要求的负载变轻。因此，可以减小第二透镜2的曲率，能抑制其他像差的产生。另外，由于第二透镜2及第三透镜3各自的阿贝常数比第一透镜1的阿贝常数小，故色差补正的效果进一步增大。
且有，由于第四透镜4是正透镜，故在作为正透镜的第一透镜1中能够抑制正光焦度集中。即、由于能够放缓第一透镜1的曲率，故能够抑制像差的产生。
根据上述实施方式的透镜装置，能够得到以下的效果。
(1)上述实施方式的透镜装置由于不仅第二透镜2具有负光焦度、第三透镜3也具有负光焦度，故与第三透镜为正透镜的上述以往例子相比，能够减小第二透镜2的负光焦度。因此，能减小产生中心偏移时的光路变化，能够抑制以中心偏移为原因的次品的产生。
(2)另外，由于将与双凸透镜相比难以产生中心偏移影响的凹凸透镜用于第一透镜1，故能够进一步抑制以中心偏移为原因的次品的产生。
(3)在上述实施方式中，由于第四透镜4具有正光焦度，故在将实施方式的透镜装置与同一焦点距离的透镜装置相比的情况下能够减小第一透镜1的正光焦度。因此，能够进一步抑制以中心偏移为原因的次品的产生。
(4)在上述实施方式中，由于第二透镜2及第三透镜3各自的阿贝常数比第一透镜1的阿贝常数小，故与上述以往相比能增大色差的补正效果。
(5)在上述实施方式中，由于透镜装置10具有上述效果，故具备了该透镜装置的摄影装置小型且轻，并且容易成为难以受到温度变化带来的影响的摄影装置。
且有，本实施方式也可以如下进行变更。
虽然上述实施方式的第四透镜4为正透镜，但是也可以是其他结构。例如，如果第一透镜1的曲率变大不是问题，则也可以将第四透镜4作为负透镜。通过采取相关结构能够延长背景焦距或凸缘背景，另外容易减小CRA。
在上述实施方式中，虽然第一透镜1～第四透镜4都是塑料透镜，但是如果能保持同等的光学特性，则也可以将一部分或全部作为玻璃透镜。通过使用玻璃透镜，从而耐热性变大。另外，玻璃与塑料相比由于由温度带来的体积变化小，故能够抑制以由透镜形状的温度带来的变化为原因的图像劣化。
在上述实施方式中，虽然在第四透镜4和CCD图像传感器7之间具备了防护玻璃罩6，但是并不是必须的。另外，代替防护玻璃罩6，或者除了防护玻璃罩6以外还可以具备去除红外线的滤波器。
在上述实施方式中，作为摄像元件虽然使用了CCD图像传感器7，但是也可以是其他结构。例如，也可以使用CMOS图像传感器。
在上述实施方式中，作为摄像元件虽然使用了CCD图像传感器7，但是也可以是其他结构。例如，作为摄像元件通过使用光学滤波器，从而也可以作为银盐照片用的摄影装置。
另外，在上述实施方式中，虽然将摄影装置50用于便携式终端中，但是也可以用于普通照相机或个人电脑。另外，也可以不是用作静止图像拍摄用而作为运动图像拍摄用进行使用。
以下示出与上述实施方式对应的实施例。实施例1
如图3所示，与实施例1相关的透镜装置是可适用于上述实施方式中示出的摄影装置的透镜装置的实施例。以下示出该透镜装置的设计条件。
整个系统焦点距离3.79mmF值2.8透镜全长4.28mm背景焦距1.19mm有效像高Φ4.5mm表1中示出透镜数据(单位为mm)。其中，在表1中，各面的号码i如图3所示，将第一透镜1的物侧的面作为第一面，按照向物侧的顺序被排序。Ri表示各面中的曲率半径，Di表示第i面与第i+1面之间的面间隔，半径表示有效径。
表1
在表1中，在第一透镜1及第四透镜4中使用的E48R是日本吉昂(ゼォン)公司制的塑料透镜材料，折射率nd＝1.531，阿贝常数vd＝56.0。另外，在第二透镜2及第三透镜3中使用的SP1516是帝人化学株式会社制的塑料透镜材料，折射率nd＝1.6142，阿贝常数vd＝26.0。因此，由于第二透镜2及第三透镜3各自的阿贝常数比第一透镜1的阿贝常数小，故色差的补正效果进一步变大。且有，在防护玻璃罩6中使用的B270是肖特(schott)公司制的玻璃板，折射率nd＝1.523，阿贝常数vd＝58.6。
非球面形状如下式所示。
公式1
其中，在上述公式中，将透镜的光轴作为z轴，R为曲率半径，H为与光轴正交的方向的高度，K为圆锥常数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16分别是4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次的非球面系数。
各面中的非球面系数如以下示出的表2。表2
且有，分别在图6、图7(a)、图7(b)、图8、图9中示出该透镜装置的光学上的诸特性，即像点图表、像面弯曲、畸变像差、纵像差、MTF曲线。实施例2
如图10所示，实施例2相关的透镜装置也是可适用于上述实施方式中示出的摄影装置的透镜装置的实施例。以下示出该透镜装置的设计条件。
整个系统焦点距离3.702mmF值2.8透镜全长4.27mm背景焦距1.19mm有效像高Φ4.5mm表3中示出透镜数据(单位为mm)。其中，在表3中，各面的号码i如图10所示，将第一透镜1的物侧的面作为第一面，按照向物侧的顺序被排序。Ri表示各面中的曲率半径，Di表示第i面与第i+1面之间的面间隔，半径表示有效径。
表3
在表3中，在第一透镜1及第四透镜4中使用的E48R是日本吉昂(ゼォン)公司制的塑料透镜材料，折射率nd＝1.531，阿贝常数vd＝56.0。另外，在第二透镜2及第三透镜3中使用的SP1516是帝人化学株式会社制的塑料透镜材料，折射率nd＝1.6142，阿贝常数vd＝26.0。因此，由于第二透镜2及第三透镜3的阿贝常数比第一透镜1的阿贝常数小，故色差的补正效果进一步变大。且有，在防护玻璃罩6中使用的B270是肖特(schott)公司制的玻璃板，折射率nd＝1.523，阿贝常数vd＝58.6。
非球面形状如下式所示。
公式2
其中，在上述公式中，将光轴作为z轴，R为曲率半径，H为与光轴正交的方向的高度，K为圆锥常数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16分别是4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次的非球面系数。
各面中的非球面系数如以下示出。
表4
且有，分别在图11、图12(a)、图12(b)、图13、图14中示出该透镜装置的光学上的诸特性，即像点图表、像面弯曲、畸变像差、纵像差、MTF曲线。实施例3
如图15所示，实施例3相关的透镜装置也是可适用于上述实施方式中示出的摄影装置的透镜装置的实施例。以下示出该透镜装置的设计条件。
整个系统焦点距离4.01mmF值2.8透镜全长4.28mm背景焦距1.21mm有效像高Φ4.5mm表5中示出透镜数据(单位为mm)。其中，在表5中，各面的号码i如图15所示，将第一透镜1的物侧的面作为第一面，按照向物侧的顺序被排序。Ri表示各面中的曲率半径，Di表示第i面与第i+1面之间的面间隔，半径表示有效径。
表5
在表5中，在第一透镜1及第四透镜4中使用的E48R是日本吉昂(ゼォン)公司制的塑料透镜材料，折射率nd＝1.531，阿贝常数vd＝56.0。另外，在第二透镜2及第三透镜3中使用的SP1516是帝人化学株式会社制的塑料透镜材料，折射率nd＝1.6142，阿贝常数vd＝26.0。因此，由于第二透镜2及第三透镜3的阿贝常数比第一透镜1的阿贝常数小，故色差的补正效果进一步变大。且有，在防护玻璃罩6中使用的B270是肖特(schott)公司制的玻璃板，折射率nd＝1.523，阿贝常数vd＝58.6。
非球面形状与实施例1及2同样如上式(1)所示。
各面中的非球面系数如以下示出。
表6
且有，分别在图16、图17(a)、图17(b)、图18、图19中示出该透镜装置的光学上的诸特性、即像点图表、像面弯曲、畸变像差、纵像差、MTF曲线。
权利要求
1.一种透镜装置，其中包括从物侧向像侧顺序排列的第一透镜(1)、开口光圈(5)、第二透镜(2)、第三透镜(3)及第四透镜(4)，
所述第一透镜(1)为具有正光焦度的凹凸透镜，
所述第二透镜(2)为具有凸状物侧面(21)和负光焦度的凹凸透镜，
所述第三透镜(3)为具有凸状像侧面(32)和负光焦度的凹凸透镜，
所述第四透镜(4)具有像侧面(42)及物侧面(41)，所述像侧面(42)及所述物侧面(41)的每一个是具有至少一个拐点的非球面形状，所述像侧面(42)包括朝向像侧的凹面。
2.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，
所述第四透镜具有正光焦度。
3.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，
所述第四透镜具有负光焦度。
4.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，
所述第二透镜及所述第三透镜各自的阿贝常数比第一透镜的阿贝常数小。
5.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，
所述第一透镜为最前透镜。
6.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，
该透镜装置为4片透镜结构。
7.一种摄影装置，其中具备权利要求1的透镜装置。
全文摘要
本发明提供一种透镜装置，包括从物侧向像侧顺序排列的第一透镜(1)、开口光圈(5)、第二透镜(2)、第三透镜(3)及第四透镜(4)。第一透镜(1)为具有正光焦度的凹凸透镜。第二透镜(2)为具有凸状物侧面(21)和负光焦度的凹凸透镜。第三透镜(3)为具有凸状像侧面(32)和负光焦度的凹凸透镜。第四透镜(4)的像侧面(42)及物侧面(41)的每一个是具有至少一个拐点的非球面形状。所述第四透镜(4)的像侧面(42)包括朝向像侧的凹面。
文档编号G02B13/00GK101762863SQ200910261970
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月23日 优先权日2008年12月24日
发明者中川洋平 申请人:三洋电机株式会社