专利名称：摄像镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及在CCD传感器或CMOS传感器等摄像元件上形成拍摄物的像的摄像镜头，涉及适合于装配在移动电话、数字静物摄像机、便携信息終端、安防摄像机、实物投影仪、扫描仪、网络摄像机等中的摄像镜头。
背景技术：
由于ICT (信息通信技术Information and Communication Technology)的发展，信息以及知识的共享化取得进展，近年来出现了以该ICT为基础的ICT设备。其中，能够对教科书或资料等平面物体乃至立体物体进行放大投影的实物投影仪，即所谓的文本摄像机(document camera)正在以教育现场或会议室为中心广泛地普及。通过文本摄像机能够直接放大显示身边的资料或实物，所以例如在会议室中使用时，演讲者能够进行随机应变的演讲，作为另一方的与会者能够容易地理解演讲的内容，掌握作为投影对象的实物等。文本摄像机通常很多时候放置在桌子上，所以当然希望是小型的，并且希望能够精细地投影或显示更多的文字或图形等信息。因此，针对装配在文本摄像机中的摄像镜头，要求能够应对小型化以及高分辨率，以及要求用于应对大的摄像范围的摄像视场角的广角化。但是，作为对于高分辨率的应对，在良好地修正各种像差的同时谋求小型化，并且还要谋求摄像视场角的广角化是困难的。例如，当谋求摄像镜头的小型化吋，因为ー个一个的透镜的光焦度增强，所以难以良好地修正各种像差。因此，在实际设计摄像镜头时，平衡良好地满足这些要求是重要的。作为摄像视场角大的摄像镜头，例如已知在专利文献I中记载的摄像镜头。该摄像镜头从物体侧开始按顺序配置了具有负的光焦度的前组和具有正的光焦度的后组而构成。前组由双凹形状的第一透镜和凹面朝向物体侧的弯月形状的负的第二透镜构成，后组由双凸形状的第三透镜、双凹形状的第四透镜、以及双凸形状的第五透镜构成。在该结构中，通过把前组的合成焦距相对于整个镜头系统的焦距的比、以及后组的合成焦距相对于整个镜头系统的焦距的比分别抑制在理想的范围内，可以在谋求摄像视场角的广角化的同时抑制与该广角化相伴的畸变的増大。专利文献I日本特开2009-134175号公报
发明内容
对于在上述文本摄像机中装配的摄像镜头，強烈要求忠实地对投影对象物的形态进行摄像的能力。根据上述专利文献I记载的摄像镜头，尽管对角视场角宽达130°左右，然而畸变较大，所以难以忠实地拍摄投影对象物的形态。这样的摄影视场角的广角化以及畸变的良好修正的兼顾，不是在上述文本摄像机中装配的摄像镜头所特有的课题，在数字静物摄像机、便携信息終端、安防摄像机、扫描仪、网络摄像机等较小的设备中装配的摄像镜头中也是共同的课题。本发明是鉴于上述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供ー种广角并且能够良好地修正畸变的摄像镜头。为了解决上述课题，在本发明中，从物体侧向像面侧按顺序配置了具有负的光焦度的第一透镜、具有负的光焦度的第二透镜、具有正的光焦度的第三透镜、具有负的光焦度的第四透镜、具有正的光焦度的第五透镜来构成，把第一透镜形成为像面侧的面的曲率半径为正的形状，把第二透镜形成为物体侧的面成为光焦度随着从光轴朝向边缘部而增强的凸面朝向物体侧的形状，并且像面侧的面的曲率半径为正的形状，把第三透镜形成为物体侧的面的曲率半径为正，像面侧的面的曲率半径为负的形状，把第四透镜形成为物体侧的面的曲率半径为负，像面侧的面的曲率半径为正的形状，把第五透镜形成为物体侧的面的曲率半径为正，像面侧的面的曲率半径为负的形状，并且把该像面侧的面形成为具有拐点的非球面形状。作为摄像镜头，根据该结构，通过具有负的光焦度的第一透镜和同样具有负的光焦度的第二透镜谋求摄像视场角的广角化。此外，通过第二透镜的物体侧的面和第五透镜的像面侧的面，合适地修正在第一透镜中产生的畸变。 在上述结构的摄像镜头中，希望以与第一透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜的各个透镜相比光焦度减弱的方式形成第二透镜。一般从物体侧开始按顺序配置具有负的光焦度的两个透镜，当将整个镜头系统的焦距保持一定的同时相对地增强配置在像面侧的透镜的光焦度时，整个镜头系统的主点的位置向远离第二透镜的方向(像面侧)移动，所以后焦距变长。这样的镜头结构不利于摄像镜头的小型化。因此，在本发明中，通过在整个镜头系统中使第二透镜的光焦度最弱，可以在平衡良好地谋求摄像视场角的广角化以及畸变的修正的同时，实现摄像镜头的小型化。在上述结构的摄像镜头中，在把整个镜头系统的焦距设为f，把第二透镜的焦距设为f2时，希望满足以下条件式(I)。-40 < f2/f < -5(1)条件式(I)是用于更合适地谋求摄像镜头的小型化的条件。当超过上限值“_5”时，与整个镜头系统的光焦度相比第二透镜的光焦度增强，所以第一透镜的有效直径増大，难以谋求摄像镜头的小型化。另ー方面，当低于下限值“-40”吋，与整个镜头系统的光焦度相比第二透镜的光焦度减弱，有利于摄像镜头的小型化，但是倍率的色像差变得修正不足(相对于基准波长，短波长向负方向増大)，难以得到良好的成像性能。在上述结构的摄像镜头中，在把第一透镜的像面侧的面的曲率半径设为R2，把第ニ透镜的物体侧的面的曲率半径设为R3时，希望满足以下的条件式(2)。O. 01 < R2/R3 < O. 4(2)条件式(2)是用于把畸变抑制在良好的范围内，同时ー并把像散抑制在良好的范围内的条件。当超过上限值“ O. 4”时，对于修正桶形(负)的畸变有效，但是子午面倒向负方向(物体侧)，像散差増大。因此，难以将像散抑制在良好的范围内。另ー方面，当低于下限值“0.01”时，桶形的畸变増大，并且子午面倒向正方向(像面侧)。此时，像散差也增大，所以难以将像散抑制在良好的范围内。在上述结构的摄像镜头中，当把第一透镜的焦距设为fl，把第二透镜的焦距设为f2时，希望满足以下的条件式(3)。
O. 02 < fl/f2 < 0. 8(3)条件式(3)是用于修正像面弯曲，同时把倍率的色像差抑制在良好的范围内的条件。当超过上限值“O. 8”时，与第二透镜相比第一透镜的光焦度相对减弱，对于修正倍率的色像差有效，但是因为像面倒向负方向(物体侧)，所以难以得到良好的成像性能。另一方面，当低于下限值“O. 02”时，与第二透镜相比第一透镜的光焦度相对增强，所以倍率的色像差成为修正不足。此外，像面倒向正方向(像面侧)，并且像散差増大。因此，此时也难以得到良好的成像性能。 在该结构的摄像镜头中，通过进ー步满足下述条件式(3A)，能够把畸变以及像散抑制在更好的范围内。O. 02 < fl/f2 < O. 5 (3A)在上结构的摄像镜头中，在把整个镜头系统的焦距设为f，把第三透镜的焦距设为f3时，希望满足以下的条件式(4)。O. 5 < f3/f < I. 2(4)条件式(4)是用于把色像差抑制在良好的范围内，同时把像散以及像面弯曲抑制在良好的范围内的条件。当超过上限值“I. 2”时，相对于整个镜头系统的光焦度，第三透镜的光焦度减弱，轴上的色像差成为修正过剩(相对于基准波长，短波长向正方向增大)，轴外的色像差成为修正不足。此外，因为像面倒向正方向，所以难以把像面弯曲抑制在良好的范围内。而且，由于像散差増大，所以也难以把像散抑制在良好的范围内。另ー方面，当低于下限值“O. 5”时，相对于整个镜头系统的光焦度，第三透镜的光焦度增强，因此轴上的色像差成为修正不足。此外，像面倒向负方向，并且像散也増大。因此，无论在哪种情况下都难以得到良好的成像性能。在上述结构的摄像镜头中，在把从第二透镜的像面侧的面到第三透镜的物体侧的面的光轴上的距离设为df，把从第三透镜的像面侧的面到第四透镜的物体侧的面的光轴上的距离设为dr时，希望满足以下条件式(5)。O. 8 < df/dr <2.5 (5)条件式(5)是用于平衡良好地把倍率的色像差以及畸变抑制在良好的范围内，并且把像散抑制在良好的范围内的条件。当超过上限值“2. 5”时，倍率的色像差成为修正不足并且桶形的畸变増大，难以得到良好的成像性能。另ー方面，当低于下限值“O. 8”时，里然对于色像差以及桶形的畸变的修正有效，但是像面倒向负方向并且像散差増大，此时也难以得到良好的成像性能。在上述结构的摄像镜头中，在把整个镜头系统的焦距设为f，把第四透镜以及第五透镜的合成焦距设为f45时，希望满足以下条件式(6)。5 < f45/f < 15(6)条件式(6)是用于把从摄像镜头出射的光线向摄像元件的入射角度抑制在预定范围内，并且修正像面弯曲的条件。众所周知，对于能够取入到摄像元件中的光线，在摄像元件的构造上，作为入射角度方面的界限，设置有所谓的最大入射角度。在该最大入射角度的范围外的光线入射到摄像元件时，由于阴影(shading)现象成为周边部暗的图像。因此，需要把从摄像镜头出射的光线向摄像元件的入射角度抑制在预定范围内。在条件式(6)中，当超过上限值“15”吋，相对于整个镜头系统的光焦度，第四透镜以及第五透镜的合成光焦度相对减弱，从摄像镜头出射的光线的射出角度増大，难以把从摄像镜头出射的光线向摄像元件的入射角度抑制在预定范围内。此外，因为像面倒向正方向，所以难以得到良好的成像性能。另ー方面，当低于下限值“5”时，相对于整个镜头系统的光焦度，第四透镜以及第五透镜的合成光焦度相对增强，可以容易地把从摄像镜头出射的光线向摄像元件的入射角度抑制在预定范围内，但是像面倒向负方向并且像散差増大。因此，此时也难以得到良好的成像性能。在上述结构的摄像镜头中，在把第四透镜的阿贝数设为V d4，把第五透镜的阿贝数设为V d5时，希望满足以下条件式(7)。V d4 < 35 并且 45 < v d5 < 80 (7)条件式(J)是用于把色像差抑制在良好的范围内的条件。当超出了条件式(J)的范围时，在轴上以及轴外，色像差都成为修正不足，难以得到良好的成像性能。
此外，在该结构的摄像镜头中，在把第一透镜的阿贝数设为V dl，把第二透镜的阿贝数设为V d2，把第三透镜的阿贝数设为V d3时，希望还满足以下条件式(8)。45 < vdl < 80,45 < 乂(12<80、并且45< v d3 < 80 (8)条件式(8)是用于把色像差抑制在更好的范围内的条件。当超出条件式(8)的范围时，在轴上以及轴外，色像差都成为修正不足，难以得到良好的成像性能。此外，在上述结构的摄像镜头中，在把第四透镜的焦距设为f4，把第五透镜的焦距设为f5时，希望满足以下条件式(9)。 -I. 5 < f4/f5 < -O. 5 (9)条件式(9)是用于把色像差以及像散抑制在良好的范围内的条件。当超过上限值“-O. 5”时，色像差成为修正过剩。此外，子午面倒向正方向，并且像散差増大。因此，难以得到良好的成像性能。另ー方面，当低于下限值“-I. 5”时，色像差成为修正不足。此外，子午面倒向负方向，像散差也増大。因此，此时也难以得到良好的成像性能。根据本发明的摄像镜头，可以提供广角并且良好地修正了畸变的摄像镜头。
图I是关于本发明的一个实施方式，表示数值实施例I的摄像镜头的概要结构的镜头截面图。图2是表示图I所示的摄像镜头的横像差的像差图。图3是表示图I所示的摄像镜头的球面像差、像散、畸变的像差图。图4是关于同一实施方式，表示数值实施例2的摄像镜头的概要结构的镜头截面图。图5是表示图4所示的摄像镜头的横像差的像差图。图6是表示图4所示的摄像镜头的球面像差、像散、畸变的像差图。图7是关于同一实施方式，表示数值实施例3的摄像镜头的概要结构的镜头截面图。图8是表示图7所示的摄像镜头的横像差的像差图。图9是表示图7所示的摄像镜头的球面像差、像散、畸变的像差图。图10是关于同一实施方式，表示数值实施例4的摄像镜头的概要结构的镜头截面图。图11是表示图10所示的摄像镜头的横像差的像差图。图12是表示图10所示的摄像镜头的球面像差、像散、畸变的像差图。图13是关于同一实施方式，表示数值实施例5的摄像镜头的概要结构的镜头截面图。图14是表示图13所示的摄像镜头的横像差的像差图。
图15是表示图13所示的摄像镜头的球面像差、像散、畸变的像差图。符号说明LI :第一透镜L2 :第二透镜L3 :第三透镜L4:第四透镜L5 :第五透镜10 :滤光片
具体实施例方式以下，參照附图详细说明将本发明具体化而得的一个实施方式。图I、图4、图7、图10、图13分别表示本实施方式的数值实施例I 5所对应的镜头截面图。无论哪个数值实施例，基本的镜头结构都相同，所以在此參照数值实施例I的镜头截面图说明本实施方式的摄像镜头的镜头结构。如图I所示，本实施方式的摄像镜头，从物体侧向像面侧按顺序排列了具有负的光焦度的第一透镜LI、具有负的光焦度的第二透镜L2、具有正的光焦度的第三透镜L3、具有负的光焦度的第四透镜L4以及具有正的光焦度的第五透镜L5而构成。在第五透镜L5与像面頂之间配置滤光片10。也可以省略该滤光片10。此外，在本实施方式的摄像镜头中，在第三透镜L3的像面侧的面上设有孔径光阑。在上述结构的摄像镜头中，把第一透镜LI形成为物体侧的面的曲率半径Rl为负，像面侧的面的曲率半径R2为正的形状，即在光轴X的附近成为双凹透镜的形状。把本实施方式的第一透镜LI的物体侧的面形成为具有拐点(inflection point)的非球面形状。即，第一透镜LI的物体侧的面，在光轴X附近成为凹面朝向物体侧的形状，在边缘部成为凸面朝向物体侧的形状。在本实施方式中，在第一透镜LI的最大有效直径的50%附近设有拐点。此外，并非把该第一透镜LI的形状限定为本实施方式的形状。第一透镜LI的形状只要是像面侧的面的曲率半径R2为正的形状即可，可以形成为上述曲率半径Rl以及上述曲率半径R2都为正的形状，即在光轴X附近凸面朝向物体侧的弯月形透镜的形状。把第二透镜L2形成为物体侧的面的曲率半径R3以及像面侧的面的曲率半径R4都为正的形状，即在光轴X附近成为凸面朝向物体侧的弯月形透镜的形状。本实施方式的第二透镜L2的物体侧的面为非球面，形成为光焦度随着从光轴X朝向边缘部而增强的凸面朝向物体侧的形状。S卩，把第二透镜L2的物体侧的面形成为从光轴X向透镜边缘部曲线半径变小的非球面形状。此外，并非把该第二透镜L2的形状限定为本实施方式的形状。第二透镜L2的形状只要是像面侧的面的曲率半径R4为正的形状即可，可以形成为上述曲率半径R3为负，上述曲率半径R4为正的形状，即在光轴X的附近成为双凹透镜的形状。在本实施方式中，以与第一透镜LI、第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的各个透镜相比光焦度减弱的方式形成上述第二透镜L2。由此，能够平衡良好地谋求摄像视场角的广角化和畸变的修正，并且合适地谋求摄像镜头的小型化。把第三透镜L3形成为物体侧的面的曲率半径R5为正，像面侧的面的曲率半径R6为负的形状，即在光轴X附近成为双凸透镜的形状。
把第四透镜L4形成为物体侧的面的曲率半径R7为负，像面侧的面的曲率半径R8为正的形状，即在光轴X附近成为双凹透镜的形状。此外，把第五透镜L5形成为物体侧的面的曲率半径R9为正，像面侧的面的曲率半径RlO为负的形状，即在光轴X附近成为双凸透镜的形状。在本实施方式中，第五透镜L5的像面侧的面被形成为具有拐点的非球面形状。即，第五透镜L5的像面侧的面，在光轴X的附近成为凸面朝向像面侧的形状，在边缘部成为凹面朝向像面侧的形状。在本实施方式中，在第五透镜L5的最大有效直径的60%附近设置了拐点。第五透镜L5的像面侧的面的这样的形状与上述第一透镜LI的物体侧的面的形状以及上述第二透镜L2的物体侧的面的形状一同有助于良好地修正畸变。具体地说，入射到第一透镜LI的轴外光线依次穿过第一透镜LI的物体侧的面、第二透镜L2的物体侧的面以及第五透镜L5的像面侧的面，由此修正其光路。结果，把畸变抑制在良好的范围内。此外，根据第五透镜L5的这样的形状，把从第五透镜L5出射的光线向像面頂的入射角度抑制在预定范围内。本实施方式的摄像镜头满足以下所示的条件式(I) (9)。因此，根据本实施方式的摄像镜头，实现了摄像镜头的广角化以及良好的像差修正的兼顾。-40 < f2/f < -5(I)O. 01 < R2/R3 < O. 4(2)O. 02 < fl/f2 < O. 8(3)O. 5 < f3/f < I. 2(4)O. 8 < df/dr < 2. 5(5)5 < f45/f <15(6)vd4 < 35、45 < vd5 < 80(7)45 < vdl < 80、45 < vd2 < 80、并且 45 < vd3 < 80 (8)其中，f :整个镜头系统的焦距fl :第一透镜LI的焦距f2 :第二透镜L2的焦距f3 :第三透镜L3的焦距f45 :第四透镜L4以及第五透镜L5的合成焦距R2 :第一透镜LI的像面侧的面的曲率半径R3 :第二透镜L2的物体侧的面的曲率半径df :从第二透镜L2的像面侧的面到第三透镜L3的物体侧的面的光轴上的距离dr :从第三透镜L3的像面侧的面到第四透镜L4的物体侧的面的光轴上的距离V dl :第一透镜LI的阿贝数
V d2 :第ニ透镜L2的阿贝数V d3 :第三透镜L3的阿贝数V d4 :第四透镜L4的阿贝数V d5 :第五透镜L5的阿贝数在本实施方式的摄像镜头中，为了把畸变以及像散抑制在更好的范围内，满足以下条件式(3A)。O. 02 < fl/f2 < O. 5 (3A)此外，在本实施方式的摄像镜头中，在把第四透镜的焦距设为f4，把第五透镜的焦距设为f5时，满足以下条件式(9)。-I. 5 < f4/f5 < -O. 5(9)不需要满足上述全部的条件式(I) (9)(包含条件式(3A)，以下相同)，通过单独地满足各个条件式，可以分别得到与各条件式对应的作用效果。在本实施方式中，根据需要而通过非球面形成了各透镜的透镜面。在这些透镜中采用的非球面形状，在把光轴方向的轴设为Z，把与光轴垂直的方向的高度设为H，把圆锥系数设为k，把非球面系数设为A4、A6、A8、Altl、A12、A14时，通过下式来表示。数学式I
权利要求
1.一种摄像镜头，其特征在于， 从物体侧向像面侧按顺序配置了具有负的光焦度的第一透镜、具有负的光焦度的第二透镜、具有正的光焦度的第三透镜、具有负的光焦度的第四透镜、具有正的光焦度的第五透镜而构成， 把所述第一透镜形成为像面侧的面的曲率半径为正的形状， 把所述第二透镜形成为物体侧的面成为光焦度随着从光轴朝向边缘部而增强的凸面朝向物体侧的形状，并且像面侧的面的曲率半径为正的形状， 把所述第三透镜形成为物体侧的面的曲率半径为正，像面侧的面的曲率半径为负的形状， 把所述第四透镜形成为物体侧的面的曲率半径为负，像面侧的面的曲率半径为正的形状， 把所述第五透镜形成为物体侧的面的曲率半径为正，像面侧的面的曲率半径为负的形状，并且把像面侧的面形成为具有拐点的非球面形状。
2.根据权利要求I所述的摄像镜头，其特征在干， 以与所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜的各个透镜相比光焦度减弱的方式形成所述第二透镜。
3.根据权利要求I或2所述的摄像镜头，其特征在干， 在把整个镜头系统的焦距设为f，把所述第二透镜的焦距设为f2时，满足-40 < f2/fく-5 。
4.根据权利要求I 3的任意ー项所述的摄像镜头，其特征在干， 在把所述第一透镜的像面侧的面的曲率半径设为R2，把所述第二透镜的物体侧的面的曲率半径设为R3时，满足0.01 < R2/R3 < 0. 4。
5.根据权利要求I 4的任意ー项所述的摄像镜头，其特征在干， 在把所述第一透镜的焦距设为H，把所述第二透镜的焦距设为f2时，满足 002 < fl/f2 < 08。
6.根据权利要求I 5的任意ー项所述的摄像镜头，其特征在干， 在把整个镜头系统的焦距设为f，把所述第三透镜的焦距设为f3时，满足0. 5 < f3/f< 1. 2。
7.根据权利要求I 6的任意ー项所述的摄像镜头，其特征在干， 在把从所述第二透镜的像面侧的面到所述第三透镜的物体侧的面的光轴上的距离设为df ，把从所述第三透镜的像面侧的面到所述第四透镜的物体侧的面的光轴上的距离设为dr时,满足 0.8 < df/dr < 2. 5 o
8.根据权利要求I 7的任意ー项所述的摄像镜头，其特征在干， 在把整个镜头系统的焦距设为f，把所述第四透镜和所述第五透镜的合成焦距设为f45时，满足5< f45/f < 15。
9.根据权利要求I 8的任意ー项所述的摄像镜头，其特征在于，在把所述第四透镜的阿贝数设为V d4，把所述第五透镜的阿贝数设为Vd5时，满足 V d4 < 35 45 < vd5 < 80。
10.根据权利要求9所述的摄像镜头，其特征在干， 在把所述第一透镜的阿贝数设为V dl，把所述第二透镜的阿贝数设为vd2，把所述第三透镜的阿贝数设为vd3时，满足45 < vdl < 8045 < V d2 < 8045 < vd3 < 80。
全文摘要
本发明提供广角并且能够良好地修正畸变的摄像镜头。从物体侧起按顺序配置了在光轴附近为双凹形状的第一透镜(L1)、在光轴附近使凸面朝向物体侧的弯月形状的负的第二透镜(L2)、在光轴附近为双凸形状的第三透镜(L3)、在光轴附近为双凹形状的第四透镜(L4)、在光轴附近为双凸形状的第五透镜(L5)。在该结构中，把第二透镜(L2)的物体侧的面形成为光焦度随着从光轴X朝向边缘部而增强的凸面朝向物体侧的形状，把第五透镜(L5)的像面侧的面形成为具有拐点的非球面形状。
文档编号G02B7/02GK102650726SQ20111016233
公开日2012年8月29日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年2月28日
发明者久保田洋治, 久保田贤一, 伊势善男, 平野整, 栗原一郎, 福田纯男 申请人:康达智株式会社, 株式会社光学逻辑