专利名称：光学单元及摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于摄像设备的光学单元及一种摄像装置。
背景技术：
近年来，一直要求安装在手机或个人电脑(PC)等上的摄像设备实现高分辨率、低 成本和小型化。例如电荷耦合器件(Charge Coupled Device, CCD)图像传感器和互补型金属氧 化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器等图像传感 器具有已显著减小的单元间距。因此，需要光学系统具有很高的成像性能，以使得与常规 的光学系统相比能够进一步抑制光学像差特别是进一步抑制轴向色差(axial chromatic aberration)0目前有许多情况是高端型号的手机采用了四组四元件结构的光学系统。随着最近像素数量的增加，即便是上述结构也不能提供充足的性能。鉴于此，需要 研究五组五元件结构。然而，在日本专利申请特许公报第2003-329925号(下文中称为专利文件1)中所 披露的摄像镜头中，将第四透镜和第五透镜限定为正光焦度。因此，光程长度很长。另外， 该镜头的F数(Fno 光圈数)为3. 9，该F数比较暗。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是期望提供一种光学单元和一种摄像装置，该光学 单元具有与现有单元相当或比现有单元更好的光学特性，能够传送更明亮的光，并且能够 实现小型化。本发明一实施例提供了一种光学单元，所述光学单元包括从物体侧至像平面侧按 如下顺序布置的第一透镜、第二透镜、光圈、第三透镜、第四透镜和第五透镜。所述第二透镜 具有凸的形状。所述第三透镜具有弯月形状。所述第四透镜具有凸的形状。所述第五透镜 具有负光焦度。本发明另一实施例提供了一种摄像装置，所述摄像装置包括摄像元件和用于在该 摄像元件上形成被拍摄物体的图像的光学单元。该光学单元包括从物体侧至像平面侧按如 下顺序布置的第一透镜、具有凸的形状的第二透镜、光圈、具有弯月形状的第三透镜、具有 凸的形状的第四透镜和具有负光焦度的第五透镜。根据本发明的各实施例，提供了这样的优点本发明的光学单元具有与现有单元相当或比现有单元更好的光学特性，能够传送更明亮的光，并且能够实现小型化。根据下文中对如附图所示的本发明最佳实施例的详细说明，本发明的这些和其它 目的、特征和优点将变得更加明显。
图1示出了本发明第一实施例的摄像镜头的结构示例。图2示出了赋予给用于构成第一实施例的摄像镜头中的透镜组的各透镜的表面 编号、赋予给用于形成摄像单元的保护镜片(cover glass)的表面编号、以及赋予给像平面 的表面编号。图3A至图3C是分别示出了实例1中的球差(spherical aberration)、像散 (astigmatism)和畸变(distortion)的像差图。图4示出了本发明第二实施例的摄像镜头的结构示例。图5A至图5C是分别示出了实例2中的球差、像散和畸变的像差图。图6示出了本发明第三实施例的摄像镜头的结构示例。图7示出了赋予给用于构成第三实施例的摄像镜头中的透镜组的各透镜的表面 编号、赋予给用于形成摄像单元的保护镜片的表面编号、以及赋予给像平面的表面编号。图8A至图8C是分别示出了实例3中的球差、像散和畸变的像差图。图9是示出了第四实施例的摄像装置的结构示例的框图，该摄像装置采用了包含 有光学单元的摄像镜头。
具体实施例方式下面参照附图来说明本发明的各实施例。应注意的是，将按照下面的顺序进行说明。1.第一实施例(采用了光学单元的摄像镜头的第一结构示例)2.第二实施例(采用了光学单元的摄像镜头的第二结构示例)3.第三实施例(采用了光学单元的摄像镜头的第三结构示例)4.第四实施例(摄像装置的结构示例)第一实施例图1示出了本发明第一实施例的采用了光学单元的摄像镜头的结构示例。如图1所示，第一实施例的摄像镜头100包括从物体侧OBJS至像平面侧按如下顺 序布置的第一透镜111、第二透镜112、光圈113、第三透镜114、第四透镜115和第五透镜 116。摄像镜头100还包括保护镜片130和像平面140。摄像镜头100被形成为单焦点镜头。另外，可以将第一组110、第二组120以及夹在它们之间的光圈113定义为光学单元。具体地，第一组110由从物体侧OBJS向着像平面140侧依次布置的第一透镜111 和第二透镜112构成。第二组120由从物体侧OBJS向着像平面140侧依次布置的第三透镜114、第四透镜115和第五透镜116构成。另外，在本实施例中，例如在第一组110的第二透镜112与第二组120的第三透镜 114之间设置有光圈113(例如，可调光圈)。在作为单焦点镜头的摄像镜头100中，假定为像平面140布置有例如CXD传感器 和CMOS传感器等固体图像传感器的摄像区域(图像接收区域)。保护镜片130布置于第五透镜116的像平面侧表面与像平面140之间。在第五透 镜116的像平面侧表面与像平面140之间可以布置有红外截止滤光器(infrared cutoff filter)、低通滤波器、由树脂或玻璃制成的保护镜片130、或者光学部件等。应当注意，在图1中，本实施例中的左侧对应于物体侧(前侧)而右侧对应于像平 面侧(后侧)。入射到物体侧上的光通量被聚集到像平面140上。下面，对本实施例的摄像镜头的结构和作用进行说明。摄像镜头100包括具有五组五元件结构的透镜。第一透镜111由具有向着物体侧凸起的凸面的负弯月状透镜形成。第二透镜112由大致呈凸形的透镜形成。第三透镜114由具有向着像平面侧凸起的凸面形状的负弯月状透镜形成，并且它 的阿贝数(Abbe Number) vL3较小。第四透镜115由凸形透镜形成，并且它的阿贝数vL4较大。第五透镜116由大致呈凹形的负光焦度透镜形成，并且它的阿贝数vL5较小。第一透镜111和第二透镜112构成第一组110，并且第三透镜114、第四透镜115 以及第五透镜116构成第二组120。因为第一透镜111具有负光焦度，所以第一组110能够产生将实际光瞳位置向物 体侧移动的效果，并且特别地，第一透镜111与凸的第二透镜112的配合很好地修正了离轴
慧差及像散。第三透镜114是以其凹面面对着光圈113的方式进行弯曲，并且该凹面的曲率半 径的中心位于光圈113附近，因此很好地修正了慧差及像散。另外，凸的第四透镜115的光焦度和凹的第五透镜116的光焦度非常大。因此，强 有力地修正了色差、像散以及慧差，从而提供了具有F数(Fno)为2. 4的镜头，该F数比较壳。此外，将本实施例的摄像镜头100 (单焦点镜头)配置成满足下面的条件式(1) (10)。特别地，本实施例的摄像镜头100具有这样的特性以非常凸的第四透镜115和非 常凹的第五透镜116来强有力地修正色差、慧差以及像散。在关于第四透镜115的光焦度的条件表达式(1)中，如果超过下限，则光焦度变得 太强，并且对于偏心(eccentricity)的灵敏度等变劣，从而使得无法制造。因此，确定了该 下限。如果超过上限，则可能无法进行像差修正。特别地，由于慧差而导致离轴特性变 劣。表达式(1)
0. 3 ≤ f4/f ≤ 10(1)这里f表示总焦距，f4表示第四透镜115的焦距。在关于第五透镜116的光焦度的条件表达式(2)中，如果超过下限，则可能无法进 行像差修正。特别地，由于慧差而导致离轴特性变劣。如果超过上限，则光焦度变得太强，并且对于偏心的敏感性变劣，从而使得无法制造。表达式(2)-10 ≤ f5/f ≤-0. 3(2)这里f表示总焦距，f5表示第五透镜116的焦距。在关于第二透镜112的光焦度的条件表达式(3)中，如果超过下限，则离轴慧差及 像散被过度修正，从而使离轴特性变劣。另外，光焦度变强，这会使对于偏心的敏感性变劣。如果超过上限，则光焦度变弱，这使得无法对离轴慧差及像散进行修正。结果，导 致了离轴特性的变劣。表达式(3)0. 3 彡 f2/f 彡 10(3)这里f表示总焦距，f2表示第二透镜112的焦距。在条件表达式⑷中，由于对总光程的限制，因此如果超过上限，则变得难以便携 使用。如果超过下限，则难以获得制造公差，这使得无法制造。因此，在这种情况下的条件 是最佳条件。表达式(4)1. 2 彡 TT/f 彡 3(4)其中TT表示总光程，f表示总焦距。在关于第一组110的光焦度的条件表达式(5)中，如果超过下限，则光焦度向前集 中，并且光瞳位置向像平面靠拢。结果，难以确保离轴特性。如果超过上限，则与上述相反，光瞳位置向物体侧靠拢。这有利于确保离轴特性， 但是总光程变得更长，破坏了适销性(merchantability)。表达式(5)0. 6 ≤ fgl/f ≤ 10(5)这里f表示总焦距，fgl表示第一透镜111和第二透镜112的组合焦距(第一组 110的焦距)。在关于第二组120的光焦度的条件表达式(6)中，如果超过下限，则第二组120的 光焦度变强，而第一组110的光焦度变弱，这导致了总长度变长的不利结果。如果超过上限，则光焦度分配就像远距离摄影镜头(tel印hotographiclens)形 状一样，这使得难以确保离轴特性。表达式(6)1. 0 ≤ fg2/f ≤ 100 (6)这里f表示总焦距，fg2表示第三透镜114、第四透镜115和第五透镜116的组合 焦距(第二组120的焦距)。在关于第二透镜112的阿贝数vL2的条件表达式(7)中，如果超过下限，则色差变劣，并且整体分辨率降低。如果超过上限，则材料成本增加，无法达到本例的目的。表达式(7)40 彡 vL2 彡 70(7)在关于第三透镜114的阿贝数vL3的条件表达式⑶中，如果超过下限，则材料成 本增加，无法达到本例的目的。如果超过上限，则色差变劣，并且整体分辨率降低。表达式(8)10 彡 vL3 彡 40(8)在关于第四透镜115的阿贝数vL4的条件表达式(9)中，如果超过下限，则色差变 劣，并且整体分辨率降低。如果超过上限，则材料成本增加，无法达到本例的目的。表达式⑶40 彡 vL4 彡 70(9)在关于第五透镜116的阿贝数vL5的条件表达式(10)中，如果超过下限，则材料 成本增加，无法达到本例的目的。如果超过上限，则色差变劣，并且整体分辨率降低。表达式(10)10 彡 vL5 彡 40(10)上述的条件表达式⑴ (10)为下文中所说明的实例1、实例2、实例3所共用， 并且可酌情运用，因此实现了紧凑的光学系统以及更理想的适合于单个摄像传感器或摄像 装置的成像性能。应当注意的是，透镜的非球面形状通过下面的表达式来表示，其中将从物体至像 平面的方向设为正方向。非球面方程式χ = cy2/ (1 + Vl - (1 + k)c2y2 )+Ay4+By6+Cy8+Dy10这里k表示圆锥系数，A、B、C和D分别表示非球面系数，r表示中心曲率半径。另 外，y表示光束离光轴的高度，并且c表示中心曲率半径r的倒数1/r。更进一步，在上述非球面方程式中，X表示从切平面到该非球面顶点的距离，A表 示4次项非球面系数，B表示6次项非球面系数，C表示8次项非球面系数，D表示10次项 非球面系数。图2示出了赋予给用于构成本实施例摄像镜头中的透镜组的各透镜的表面编号、 赋予给用于形成摄像单元的保护镜片的表面编号、以及赋予给像平面的表面编号。应注意，在该图中没有考虑光圈113。具体地，分别将表面编号1和2赋予给第一透镜111的物体侧表面(凸面)和像 平面侧表面。分别将表面编号3和4赋予给第二透镜112的物体侧表面和像平面侧表面。分别将表面编号5和6赋予给第三透镜114的物体侧表面和像平面侧表面。
分别将表面编号7和8赋予给第四透镜115的物体侧表面和像平面侧表面。分别将表面编号9和10赋予给第五透镜116的物体侧表面和像平面侧表面。将表面编号11赋予给保护镜片130的物体侧表面，并且将表面编号12赋予给像 平面140。另外，如图2所示，在本实施例的摄像镜头100中，将第一透镜111的物体侧表面 (编号1)的中心曲率半径设为R1，并且将第一透镜111的像平面侧表面的中心曲率半径设 为R2。将第二透镜112的物体侧表面的中心曲率半径设为R3，并且将第二透镜112的像 平面侧表面的中心曲率半径设为R4。将第三透镜114的物体侧表面的中心曲率半径设为R5，并且将第三透镜114的像 平面侧表面的中心曲率半径设为R6。将第四透镜115的物体侧表面的中心曲率半径设为R7，并且将第四透镜115的像 平面侧表面的中心曲率半径设为R8。将第五透镜116的物体侧表面的中心曲率半径设为R9，并且将第五透镜116的像 平面侧表面的中心曲率半径设为R10。将保护镜片130的物体侧表面11的中心曲率半径设为Rl 1。将像平面140的表面12的中心曲率半径设为R12。应注意，表面11的中心曲率半径Rll和表面12的中心曲率半径R12为无限大 (INFINITY)。另外，如图2所示，将表面1与表面2之间的在光轴OX上的距离(对应于第一透 镜111的厚度)设为dl，并且将第一透镜111的像平面侧表面2与第二透镜112的物体侧 表面3之间的在光轴OX上的距离设为d2。将表面3与表面4之间的在光轴OX上的距离(对应于第二透镜112的厚度)设 为d3，并且将第二透镜112的像平面侧表面4与第三透镜114的物体侧表面5之间的在光 轴OX上的距离设为d4。将表面5与表面6之间的在光轴OX上的距离(对应于第三透镜114的厚度)设 为d5，并且将第三透镜114的像平面侧表面6与第四透镜115的物体侧表面7之间的在光 轴OX上的距离设为d6。将表面7与表面8之间的在光轴OX上的距离(对应于第四透镜115的厚度)设 为d7，并且将第四透镜115的像平面侧表面8与第五透镜116的物体侧表面9之间的在光 轴OX上的距离设为d8。将表面9与表面10之间的在光轴OX上的距离(对应于第五透镜116的厚度)设 为d9，并且将第五透镜116的像平面侧表面10与保护镜片130的物体侧表面11之间的在 光轴OX上的距离设为dlO。将保护镜片130的物体侧表面11与像平面侧表面之间的在光轴OX上的距离(对 应于保护镜片130的厚度)设为dll。将保护镜片130的像平面侧表面与像平面140的表面12之间的在光轴OX上的距 离设为dl2。下面将会对实例1至实例3进行说明。在实例1至实例3中，示出了用于1/4大小、1. 1 μ m间距以及8m的CMOS成像器的摄像镜头的设计实例。在下文中，在给出的实例1中，示出了摄像镜头的具体数值。应注意，在实例1中， 将与图2所示的那些表面编号相同的表面编号赋予给摄像镜头100的各透镜、赋予给用于 形成摄像单元的保护镜片130以及赋予给像平面140。实例1表1、表2、表3和表4示出了实例1的数值。实例1的数值与图1所示的摄像镜 头100相对应。表1示出了与实例1中的摄像镜头的表面编号相对应的各透镜、保护镜片和像平 面的曲率半径(R :mm)、距离(d :mm)、折射率(nd)及方差值(vd)。表1实例1，镜头结构数据
权利要求
1.一种光学单元，其包括从物体侧至像平面侧按如下顺序布置的各构件第一透镜；第二透镜，它具有凸的形状； 光圈；第三透镜，它具有弯月形状； 第四透镜，它具有凸的形状；以及 第五透镜，它具有负光焦度。
2.根据权利要求1所述的光学单元，其中，所述第四透镜和所述第五透镜满足下列条 件表达式⑴和⑵0. 3 彡 f4/f 彡 10(1)-10 彡 f5/f 彡-0. 3(2)这里f表示总焦距，f4表示所述第四透镜的焦距，f5表示所述第五透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的光学单元，其中，所述第二透镜满足下列条件表达式(3)0.3 彡 f2/f 彡 10(3)这里f表示总焦距，f2表示所述第二透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的光学单元，其中，总光程满足下列条件表达式(4)1.2 彡 TT/f 彡 3(4) 这里f表示总焦距，TT表示总光程。
5.根据权利要求1所述的光学单元，其中， 所述第一透镜和所述第二透镜构成第一组，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜构成第二组，并且 所述第一组和所述第二组满足下列条件表达式(5)和(6)0.6 彡 fgl/f 彡 10(5)1.0 彡 fg2/f 彡 100 (6)这里f表示总焦距，fgl表示所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，fg2表示所述 第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距。
6.根据权利要求1所述的光学单元，其中，所述第二透镜的阿贝数vL2、所述第三透镜 的阿贝数vL3、所述第四透镜的阿贝数vL4和所述第五透镜的阿贝数vL5分别满足下列条件 表达式(7)、(8)、(9)和(10)40 彡 vL2 彡 70(7)10 彡 vL3 彡 40(8)40 彡 vL4 彡 70(9)10 彡 vL5 彡 40(10)。
7.根据权利要求1所述的光学单元，其中，在所述第二透镜和所述第三透镜之间设置 的是可调光圈。
8.根据权利要求1所述的光学单元，其中，在所述第二透镜和所述第三透镜之间设置 有用于增大景深的部件。
9.一种摄像装置，其包括 摄像元件；以及光学单元，它用于在所述摄像元件上形成被拍摄物体的图像，所述光学单元包括从物 体侧至像平面侧按如下顺序布置的各构件第一透镜；第二透镜，它具有凸的形状； 光圈；第三透镜，它具有弯月形状； 第四透镜，它具有凸的形状；以及 第五透镜，它具有负光焦度。
全文摘要
本发明公开了光学单元及摄像装置。所述光学单元包括从物体侧至像平面侧按如下顺序布置的第一透镜、第二透镜、光圈、第三透镜、第四透镜和第五透镜。所述第二透镜具有凸的形状。所述第三透镜具有弯月形状。所述第四透镜具有凸的形状。所述第五透镜具有负光焦度。所述摄像装置包括摄像元件以及上述光学单元，该光学单元用于在所述摄像元件上形成被拍摄物体的图像。所述光学单元具有与现有单元相当或比现有单元更好的光学特性，能够传送更明亮的光，并且能够实现小型化。
文档编号G02B13/00GK102109659SQ20101059123
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月24日
发明者马场友彦 申请人:索尼公司