专利名称：摄像透镜、摄像装置及便携终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用了 CXD型影像传感或CMOS型影像传感等固体摄像元件的小型摄像装置中适用的摄像透镜、摄像装置及备有它们的便携终端。
背景技术：
近年来,随着采用了CCD(Charge Coupled Device)型影像传感或 CMOS(Complementar y Metal Oxide Semic
o n d u c t o r)型影像传感等固体摄像元件的摄像元件的高性能化和小型化，备有摄像装置的手机以及便携信息终端越来越普及。对于搭载在这些摄像装置中的摄像透镜，要 求进一步小型化和高性能化。作为这种用途的摄像透镜，有一种5个结构的摄像透镜被提案，它与3个或4个结构的透镜相比能够实现高性能化。作为这种5个结构的摄像透镜，一种由从物体侧起依次、具有正折射力的第I透镜、具有负折射力的第2透镜、具有正折射力的第3透镜、具有负折射力的第4透镜、具有负折射力的第5透镜构成的摄像透镜已有所公开(请参照例如专利文献I)。另外，一种由从物体侧起依次、具有负折射力的第I透镜、具有正折射力的第2透镜、具有负折射力的第3透镜、具有正折射力的第4透镜、具有负折射力的第5透镜构成的摄像透镜也有所公开(请参照例如专利文献2)。先行技术文献专利文献专利文献I :特开2007 — 264180号公报专利文献2 :特开2007 - 279282号公报
发明内容
发明欲解决的课题但是上述专利文献I记载的摄像透镜中，是由第I透镜至第3透镜承担整个系统的折射力，第4透镜和第5透镜只有作为折射力弱的像场修正透镜的效果，因此像差修正不充分，如果进一步缩短透镜全长的话，由于性能劣化，摄像元件难以适应于高像素化，存在问题。 另外，上述专利文献2记载的摄像透镜中，第I透镜和第2透镜构成的前组是用球面系构成的，所以球面像差和彗形像差的修正不充分，不能确保良好的性能。另外，因为前组及第3透镜后面的后组都具有正折射力，所以，与后组是具有负折射力的望远型结构相t匕，光学系统的主点位置在像侧，后焦点变长，不利于小型化。本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种与以往种类相比，既小型又能够良好地修正各种像差的5个结构的摄像透镜。有关小型摄像透镜的尺度，本发明以满足下式(8)水准的小型化为目标。通过满足该范围，能够实现摄像装置整体的小型轻量化。
L / 2 Y< I. 00 ... (8)。其中，L :从整个摄像透镜最物体侧的透镜面到像侧焦点的光轴上的距离2 Y :固体摄像元件摄像面的对角线长(固体摄像元件矩形实效像素区域的对角线长)像侧焦点是指与光轴平行的平行光线入射到摄像透镜上时的像点。在摄像透镜最像侧的面与像侧焦点位置之间配置光学低通滤器、红外线遮挡滤器或固体摄像元件组件的密封玻璃等平行平板时，平行平板部分作为空气换算距离再计算上述L值。
优选满足下式(8) !L / 2 Y< 0. 90 ... (8)'。用来解决课题的手段第I项记载的摄像透镜，是用来使被摄物体成像于固体摄像元件光电变换部的摄像透镜，其特征在于，由从物体侧起依次、具有正折射力凸面向着物体侧的第I透镜、具有负折射力凹面向着像侧的第2透镜、具有负折射力凸面向着物体侧的凹凸形状的第3透镜、具有正折射力凸面向着像侧的第4透镜、具有负折射力凹面向着像侧的第5透镜组成，所述第5透镜的像侧面为非球面形状，并在与光轴的交点之外的位置具有拐点，所述第I透镜、所述第2透镜、所述第5透镜相对摄像面固定，通过使所述第3透镜和所述第4透镜在光轴方向一体移动进行聚焦，满足以下条件式0. 75 < f 34 / f < I. 30 ... (1)，其中，f 34 :所述第3透镜和所述第4透镜的合成焦距f :所述摄像透镜整体的焦距。为了得到小型且良好地修正了像差的摄像透镜，本发明的基本结构由具有正折射力凸面向着物体侧的第I透镜、具有负折射力凹面向着像侧的第2透镜、具有负折射力凸面向着物体侧的凹凸形状的第3透镜、具有正折射力凸面向着像侧的第4透镜、具有负折射力凹面向着像侧的第5透镜组成。这种从物体侧起依次配置第I透镜、第2透镜、第3透镜、第4透镜组成的正透镜组和负的第5透镜之所谓望远型的透镜结构，是有利于摄像透镜全长小型化的结构。并且，通过使5个结构中的3个为负透镜，这样增加具有发散作用的面，使珀兹瓦尔和的修正来得容易，能够得到直至画面周边部确保良好成像性能的摄像透镜。另外，通过使配置在最像侧的第5透镜的像侧面为非球面，这样能够在画面周边部良好地修正诸像差。并且，通过形成是在与光轴的交点之外的位置具有拐点的非球面形状，这样容易确保像侧光束的焦阑特性。这里的“拐点”是有效半径内的透镜截面形状的曲线上，非球面顶点的切平面是垂直于光轴之平面的非球面上的点。通过使第I透镜、第2透镜、第5透镜为固定、只使第3透镜和第4透镜在光轴方向移动，这样能够避免球面像差、色差、像场弯曲等恶化地进行聚焦。另外，与一体伸出整个摄像透镜的所谓整体伸出相比可以减小聚焦移动量，可以实现传动装置的省空间化而且全长不变，因此能够实现光学单元的超小型化。并且能够防止异物进入透镜单元内，还能够实现废止工序从而降低成本、减少不良从而减轻环境负担。条件式(I)是用来确切地设定为聚焦组的第3透镜和第4透镜的合成焦距的条件式。通过条件式(I)的数值小于上限，能够适度维持聚焦组的折射力，能够抑制聚焦移动量为较小。反之，通过条件式(I)的数值大于下限，第3透镜和第4透镜的折射力不会太强，能够抑制聚焦时的像差变动为较小。较优选满足下式0. 80 < f 34 / f < I. 25 ... (I)'。第2项记载的摄像透镜，是第I项中记载的发明，其特征在于，满足以下条件式I. 35 < f 12 / f < I. 95 ... (2)，其中，f 12 :所述第I透镜和所述第2透镜的合成焦距。条件式(2)是用来确切地设定第I透镜和第2透镜的合成焦距的条件式。通过条件式(2)的数值小于上限，能够适度维持第I透镜和第2透镜的正的合成焦距，由此能够将系统整体的主点位置配置在更物体侧，能够缩短摄像透镜全长。反之，通过条件式(2)的数值大于下限，第I透镜和第2透镜的正的合成焦距不会过度太小，能够抑制在第I透镜和第2透镜产生的高次球面像差和彗形像差为较小，通过控制第I透镜、第2透镜的各折射力为适度，能够减小相对制造误差的像场变动。较优选满足下式I. 40 < f 12 / f < I. 85 ... (2)'。第3项记载的摄像透镜，是第I或2项中记载的发明，其特征在于，满足以下条件式0. I < I L 12 / f < 0. 4 ... (3)，其中，I L 12 :从所述第I透镜物体侧面到所述第2透镜像侧面的光轴上的距离。条件式(3)是用来确切地设定从第I透镜物体侧面到第2透镜像侧面的光轴上的 距离的条件式。为了缩短全长及提高性能，第I透镜、第2透镜是容易被薄型化的透镜，由于薄型化而成型性受到影响。对此，通过满足条件式(3)的范围，能够使全长缩短及提高性能与透镜成型性得到两立。较优选满足下式0. 15 < I L 12 / f < 0. 30 ... (3)'。第4项记载的摄像透镜，是第I至3的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述第3透镜的像侧面具有非球面形状，并在与光轴的交点之外的位置具有拐点。通过使第3透镜的像侧面为非球面形状并具有拐点，能够抑制聚焦时的性能劣化为较小。第5项记载的摄像透镜，是第I至4的任何一项中记载的发明，其特征在于，满足以下条件式0. 15 < I P 3 I / P < 0. 55 ... (4)，
其中，P 3 :所述第3透镜的折射力P :所述摄像透镜整体的折射力。条件式(4)是用来确切地设定第3透镜折射力的条件式。通过条件式(4)的数值小于上限，第3透镜的负的折射力不会太强，能够抑制聚焦时的性能变动为较小。反之，通过条件式(4)的数值大于下限，能够适度维持第3透镜的负的折射力，有利于全长缩短。较优选满足下式0. 2 < I P 3 I / P < 0. 5 ... (4)'。
第6项记载的摄像透镜，是第I至5的任何一项中记载的发明，其特征在于，满足以下条件式0. 65 < d 25 / f < 0. 95 ... (5)，其中，d 25 :从所述第2透镜像侧面到所述第5透镜物体侧面的光轴上的距离。条件式(5)是用来规定聚焦时相对摄像面固定的第2透镜和第5透镜的光轴上的距离、确切设定聚焦时的间隙的条件式。通过条件式(5)的数值小于上限，能够抑制摄像透镜全长伴随聚焦行程增加而增大。反之，通过条件式(5)的数值大于下限，能够适度确保聚焦时的间隙。较优选满足下式0. 7 < d 25 / f < 0. 9 ... (5)'。第7项记载的摄像透镜，是第I至6的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述摄像透镜的孔径光阑被配置在所述第I透镜与所述第2透镜之间。通过将孔径光阑配置在第I透镜与第2透镜之间，穿过第I透镜物体侧面的周边非主流光线的折射角不会太大，能够使摄像透镜的小型化和良好的像差修正得到两立。第8项记载的摄像透镜，是第I至7的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述第2透镜的像侧面具有非球面形状，持有随着离开光轴到周边而负的折射力减弱的形状。通过将第2透镜的像侧面形成为随着从中心往周边而负的折射力减弱的非球面形状，光线在周边部不会过度弯折，能够良好地修正轴外诸像差，并在周边部确保良好的焦阑特性。第9项记载的摄像透镜，是第I至8的任何一项中记载的发明，其特征在于，满足以下条件式15 < v2 < 31 ... (6),其中，V 2 :所述第2透镜的阿贝数。条件式(6)是用来确切地设定第2透镜的阿贝数的条件式。通过条件式(6)的数值小于上限，能够适当增大第2透镜的色散，能够在抑制第2透镜折射力的同时良好地修正轴上色差、倍率色差等色像差。反之，通过条件式(6)的数值大于下限，能够用容易到手的材料来构成。较优选满足下式15 < v2 < 24 ... (6)'。
更优选满足下式15 < v2 < 21 ... (6)"。第10项记载的摄像透 镜，是第I至9的任何一项中记载的发明，其特征在于，满足以下条件式I. 60 < n 2 < 2. 10 ... (7)，其中，n 2 :所述第2透镜的折射率。条件式(7 )是用来良好地修正摄像透镜整体的色像差和像场弯曲的条件式。通过条件式(7)的数值大于下限，能够适度维持色散较大的第2透镜的折射力，能够良好地修正色像差和像场弯曲。反之，通过条件式(7)的数值小于上限，能够用容易到手的材料来构成。较优选满足下式I. 63 < n 2 < 2. 00 ... (7)'。更优选满足下式I. 649 < n 2 < 2. 00 ... (7)"。第11项记载的摄像透镜，是第I至10的任何一项中记载的发明，其特征在于，所述摄像透镜全部用塑料材料形成。近年来，以固体摄像装置整体的小型化为目的，同样像素的固体摄像元件像素间隔变小，开发了摄像面尺寸较小的摄像元件。由于适应于这种摄像面尺寸小的固体摄像元件的摄像透镜必须把整体的焦距缩短为较短，所以各透镜的曲率半径和外经变得相当小。因此，相比用花费功夫的研磨加工制造的玻璃透镜来说，所有的透镜都用注射成型制造的塑料透镜来构成，这样能够廉价大量生产曲率半径和外经较小的透镜。另外，塑料透镜可以降低模压温度，所以能够抑制成型模具的损耗，这样能够减少成型模具的交换次数和维修次数，实现降低成本。第12项记载的摄像装置，其特征在于，备有光电变换被摄物体像的固体摄像元件；第I至11的任何一项中记载的摄像透镜。通过采用本发明的摄像透镜，能够得到较小型且高性能的摄像装置。第13项记载的便携终端，其特征在于，备有第12项中记载的摄像装置。通过采用本发明的摄像装置，能够得到较小型且高性能的便携终端。发明的效果根据本发明，能够提供一种与以往种类相比既小型又能够良好地修正各种像差的5个结构的摄像透镜、备有它的摄像装置及便携终端。
图I :本实施方式摄像装置50的立体图。图2 :沿摄像装置50摄像透镜光轴的截面模式示意图。图3 :应用了摄像装置的手机的正面图(a)以及应用了摄像装置的手机的背面图(b)。图4 :图3手机的控制方框图。图5 :实施例I摄像透镜的光轴方向的截面图。
图6 :实施例I的像差图(球面像差(a)、像散(b)、畸变(C)、子午彗形像差(d))。图I :实施例2摄像透镜的光轴方向的截面图。图8 :实施例2的像差图(球面像差(a)、像散(b)、畸变(C)、子午彗形像差(d))。图9 :实施例3摄像透镜的光轴方向的截面图。图10 :实施例3的像差图(球面像差(a)、像散(b)、畸变(C)、子午彗形像差(d))。图11 :实施例4摄像透镜的光轴方向的截面图。图12 :实施例4的像差图(球面像差(a)、像散(b)、畸变(C)、子午彗形像差(d))。图13 :实施例5摄像透镜的光轴方向的截面图。
图14 :实施例5的像差图(球面像差(a)、像散(b)、畸变(C)、子午彗形像差(d))。图15 :实施例6摄像透镜的光轴方向的截面图。图16 :实施例6的像差图(球面像差(a)、像散(b)、畸变(C)、子午彗形像差(d))。
具体实施例方式以下参照附图，说明本发明的实施方式。图I是本实施方式摄像装置50的立体图。图2是沿摄像装置50摄像透镜光轴的截面模式示意图。如图I、图2所示，摄像装置50备有具有光电变换部51a的作为固体摄像元件的CMOS型摄像元件51 ;使被摄物体成像于摄像元件51光电变换部51a的摄像透镜10 ;由支撑摄像元件51并具有进行其电信号接送之外部连接用端子(又称外部连接端子)54 (请参照图I)的基板52和具有来自于物体侧的光入射用之开口部的遮光部件构成的作为镜筒的筐体53 ;它们被形成一体。摄像元件51是在其受光侧的平面中央部分形成了二维配置着像素(光电变换元件)的作为受光部的光电变换部51a，在其周围形成了信号处理回路(没有图示)。这种信号处理回路由下述各部构成依次驱动各像素得到信号电荷的驱动回路部；将各信号电荷变换为数码信号的A/D变换部；采用该数码信号形成图像信号输出的信号处理部等。另外，在摄像元件51受光侧平面的外缘附近配置着多个极垫(图示省略)，经接线W与基板52连接。摄像元件51是将来自于光电变换部51a的信号电荷变换为数码YUV信号等图像信号，经接线W输出到基板52上的所定回路。这里的Y为辉度信号，U (= R — Y)为红与辉度信号的色差信号，V (= B - Y)为青与辉度信号的色差信号。摄像元件并不局限于上述CMOS型的影像传感，也可以使用CXD等其他类型的。基板52备有支撑平板52a，在其上面上支撑摄像元件51及筐体53 ;柔韧基板52b，一端连接在支撑平板52a的下面(摄像元件51的反面)。图中虽然没有出示，支撑平板52a具有多个信号传达用极垫，经没有图示的配线与摄像元件51连接。图I中如上所述，柔韧基板52b —端与支撑基板52a连接，通过另一端设有的外部连接端子54，连接支撑平板52a与外部回路(例如装有摄像装置的上位装置所具有的控制回路)，能够从外部回路接受用来驱动摄像元件51的电压和时钟信号以及向外部回路输出数码YUV信号。柔韧基板52b长度方向的中间部分具备可绕性或变形性，通过变形，使外部连接端子54相对支撑平板52a的朝向和配置自由。图2中，筐体53被固定配置在基板52支撑平板52a的设有摄像元件51的面上，覆盖摄像元件51。也就是说，筐体53的摄像元件51侧部分开广口，围着摄像元件51，另一端部(物体侧端部)形成具有小开口的凸缘部53a，摄像元件51侧端部(像侧端部)接触固定在支撑平板52a上。筐体53的摄像元件51侧端部也可以接触固定在摄像元件51的光电变换部51a周围。设有小开口(光入射用开口部)的凸缘部53a向着物体配置的筐体53内部，在摄像透镜10与摄像元件51之间固定配置着为IR (红外线)遮挡滤器的平行平板F。摄像透镜10由从物体侧起依次具有正折射力凸面向着物体侧的第I透镜LI、孔径光阑S、具有负折射力凹面向着像侧的第2透镜L2、具有负折射力凸面向着物体侧的凹凸形状的第3透镜L3、具有正折射力凸面向着像侧的第4透镜L4、具有负折射力凹面向着像侧的第5透镜L5组成。第5透镜L5的像侧面为非球面形状，在与光轴之交点以外的位置具有拐点。第I透镜LI第2透镜L2叠层，中间隔有形成孔径光阑S的部件S M，在该状态下被固定于凸缘部53a。第5透镜L5通过筒状隔件SP固定于筐体53。第3透镜L3第4 透镜L4之间通过筒状联结部件CY联结，由没有图示的传动装置一体驱动在光轴方向聚焦。 摄像透镜10满足下式O. 75 < f 34 / f I. 30 ... (I),其中，f 34 :第3透镜L3与第4透镜L4的合成焦距f摄像透镜10整体的焦距优选透镜LI L5都是塑料制的。图1、2中，上方为物体侧，下方为像侧。虽然没有图示，但也可以在第I透镜LI的物体侧设外部遮光罩，以尽可能减少来自于外部的不要光的入射。另外，孔径光阑S是决定整个摄像透镜之F值的部件。为IR遮挡滤器的平行平板F，是被形成为例如略矩形形状、圆形形状的部件。对上述摄像装置50的动作作说明。图3表示在便携终端一例的手机100中装备摄像装置50的状态。图4是手机100的控制方框图。摄像装置50被配设在相当于液晶显示部下方的位置上，筐体53的物体侧端面被设在手机100的背面(请参照图3 (b))。摄像装置50的外部连接端子54与手机100的控制部101连接(图4中的箭头)， 向控制部101输出辉度信号、色差信号等图像信号。手机100如图4所示，备有控制部(CPU)lOl，统括性控制各部并实行与各种处理相应的程序；输入部60，用来指示并输入号码等；显示部70，显示所定的数据以及拍摄的图像；无线通信部80，用来实现与外部服务器之间的各种信息通信；记忆部(R 0M)91，记忆手机100的系统程序、各种处理程序以及终端ID等必需的各种数据；一时性记忆部(RAM)92， 一时性存储由控制部101实行的各种处理程序、数据或处理数据、摄像装置50拍摄的图像数据等，还用作作业区域。从摄像装置50输入的图像信号经所定处理之后由手机100控制部101记忆到不挥发性记忆部(闪存)93，或显示在显示部70，进一步通过无线通信部80作为图像信息送往外部。手机100上还具有没有图示的输入输出声音的话筒以及扬声器等。实施例以下出示本发明摄像透镜的实施例。各实施例中使用的记号如下
f :摄像透镜整体的焦距f B :后焦点F F值2 Y :固体摄像元件的摄像面对角线长
ENTP :入射光瞳位置(从第I面到入射光瞳位置的距离)EXTP :射出光瞳位置(从摄像面到射出光瞳位置的距离)H I :前侧主点位置(从第I面到前侧主点位置的距离)H 2 :后侧主点位置(从最终面到后侧主点位置的距离)R :曲率半径D轴上面间隔N d :透镜材料对d线的折射率V d :透镜材料的阿贝数各实施例中，各面编号后带有「*」的面是具有非球面形状的面，非球面形状以面顶点为原点、在光轴方向取X轴、以光轴垂直方向的高度为h，用以下「数I」表示。[数I]
权利要求
1.一种摄像透镜，是用来使被摄物体成像于固体摄像元件光电变换部的摄像透镜，其特征在于， 由从物体侧起依次、具有正折射力凸面向着物体侧的第I透镜、具有负折射力凹面向着像侧的第2透镜、具有负折射力凸面向着物体侧的凹凸形状的第3透镜、具有正折射力凸面向着像侧的第4透镜、具有负折射力凹面向着像侧的第5透镜组成， 所述第5透镜的像侧面为非球面形状，并在与光轴的交点之外的位置具有拐点，所述第I透镜、所述第2透镜、所述第5透镜相对摄像面固定，通过使所述第3透镜和所述第4透镜在光轴方向一体移动进行聚焦，满足以下条件式0.75 < f 34 / f < I. 30 ... (I), 其中， f 34 :所述第3透镜和所述第4透镜的合成焦距 f :所述摄像透镜整体的焦距。
2.如权利要求I中记载的摄像透镜，其特征在于，满足以下条件式1.35 < f 12 / f < I. 95 ... (2)， 其中， f 12 :所述第I透镜和所述第2透镜的合成焦距。
3.如权利要求I或2中记载的摄像透镜，其特征在于，满足以下条件式 O. I < Σ L 12 / f < O. 4 ... (3)， 其中， Σ L 12 :从所述第I透镜物体侧面到所述第2透镜像侧面的光轴上的距离。
4.如权利要求I至3的任何一项中记载的摄像透镜，其特征在于，所述第3透镜的像侧面具有非球面形状，并在与光轴的交点之外的位置具有拐点。
5.如权利要求I至4的任何一项中记载的摄像透镜，其特征在于，满足以下条件式 O. 15 < I P 3 I / P < O. 55 …(4)， 其中， P 3 :所述第3透镜的折射力 P :所述摄像透镜整体的折射力。
6.如权利要求I至5的任何一项中记载的摄像透镜，其特征在于，满足以下条件式 O. 65 < d 25 / f < O. 95 ... (5)， 其中， d 25 :从所述第2透镜像侧面到所述第5透镜物体侧面的光轴上的距离。
7.如权利要求I至6的任何一项中记载的摄像透镜，其特征在于，所述摄像透镜的孔径光阑被配置在所述第I透镜与所述第2透镜之间。
8.如权利要求I至7的任何一项中记载的摄像透镜，其特征在于，所述第2透镜的像侧面具有非球面形状，持有随着离开光轴到周边而负的折射力减弱的形状。
9.如权利要求I至8的任何一项中记载的摄像透镜，其特征在于，满足以下条件式 、15 < v2 < 31... (6)， 其中， V 2:所述第2透镜的阿贝数。
10.如权利要求I至9的任何一项中记载的摄像透镜，其特征在于，满足以下条件式 I. 60 < η 2 < 2. 10... (7)， 其中， η 2:所述第2透镜的折射率。
11.如权利要求I至10的任何一项中记载的摄像透镜，其特征在于，所述摄像透镜全部用塑料材料形成。
12.—种摄像装置，其特征在于，备有对被摄物体像进行光电变换的固体摄像元件；如权利要求I至11的任何一项中记载的摄像透镜。
13.一种便携终端，其特征在于，备有如权利要求12项中记载的摄像装置。
全文摘要
为了提供一种与以往种类相比既小型又能够良好地修正各种像差的5个结构的摄像透镜、备有它的摄像装置及便携终端，摄像透镜由从物体侧起依次、具有正折射力凸面向着物体侧的第1透镜、具有负折射力凹面向着像侧的第2透镜、具有负折射力凸面向着物体侧的凹凸形状的第3透镜、具有正折射力凸面向着像侧的第4透镜、具有负折射力凹面向着像侧的第5透镜组成，第5透镜的像侧面为非球面形状，并在与光轴的交点之外的位置具有拐点，通过使第3透镜和第4透镜在光轴方向一体移动进行聚焦，满足以下条件式(1)0．75＜ｆ34／ｆ＜1．30…(1)，其中，ｆ34第3透镜和第4透镜的合成焦距，ｆ摄像透镜整体的焦距。
文档编号G02B13/18GK102713716SQ20108006100
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年1月13日
发明者佐野永悟, 西田麻衣子 申请人:柯尼卡美能达先进多层薄膜株式会社