专利名称：成像光学系统、具有该系统的摄像装置以及信息处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及成像光学系统、具有该成像光学系统的摄像装置以及信息处理装置。
背景技术：
近年来，随着移动电话、便携终端机和笔记本电脑等的薄型化，要求将这些设备具有的光学系统在光轴方向上的长度薄型化到极限的照相机模块。此外，由于摄影元件的技术进步和市场需求的提高，使用高像素数的摄像元件，且要求摄像镜头为高分辨率。为了应对该需求，提出了很多由4个非球面透镜构成的单焦点的光学系统。设为透镜个数是4个的结构，在提高成像性能的同时实现了光学全长的缩短和广角化，作为这样的光学系统，提出了美国专利第7777972号说明书的专利文献I和日本特开2010-060835号公报的专利文献2。这些光学系统由4个非球面透镜构成，实现了高性能化。但是，在以往的光学系统中，在提高成像性能的同时实现了光学全长的缩短和广角化时，需要复杂的非球面透镜。此时，出现在复杂形状的透镜表面产生的反射光和杂散光，从而造成重影或眩光。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种抑制了在实现光学全长的缩短和广角化时可能成为问题的重影、眩光产生的高性能的成像光学系统以及具有该成像光学系统的摄像装置。为了解决上述问题并达到目的，本发明的成像光学系统的特征在于，至少由4个透镜构成，从物体侧起依次配置以下透镜双凸面形状的正屈光力的第I透镜；像侧面为凹面形状的负屈光力的第2透镜；凹面朝向物体侧的弯月形状的正屈光力的第3透镜；以及像侧面为凹面形状的负屈光力的第4透镜，将光圈配置在最靠物体侧，所述成像光学系统满足以下的条件式(I)、( 2 )。Θ 9 < 48 (1)TL/2Y < O. 8 (2)此处，Θ 9是第4透镜的像侧面的有效面内整个范围的面法线与光轴所成的角度的最大值(单位度)，TL是从第I透镜的面顶到像面的距离，Y是最大像闻。在本发明的成像光学系统中，优选的是，光圈相比第I透镜的面顶配置于像侧。在本发明的成像光学系统中，优选的是，满足以下的条件式(3)。
O < (r8+r9) / (r8 — r9) <1. 7 (3)此处，r8是第4透镜的物体侧的近轴曲率半径，r9是第4透镜的像侧的近轴曲率半径。在本发明的成像光学系统中，优选的是，满足以下的条件式(4)。O. 35 < D8sd/D8max < O. 7 (4)此处，D8sd是通过第4透镜的物体侧面的有效直径的垂直于光轴的假想面、和通过第4透镜的像侧面的有效直径的垂直于光轴的假想面之间的间隔，D8max是第4透镜的沿着光轴方向的厚度的最大值。在本发明的成像光学系统中，优选的是，满足以下的条件式(5)。
0.5<φ$ /φ$8<0.7 (5)此处，<ps7是第3透镜的像侧的`有效直径，<ps8是第4透镜的物体侧的有效直径。在本发明的成像光学系统中，优选的是，第I透镜、第2透镜、第3透镜和第4透镜由树脂形成。本发明的摄像装置的特征在于，使上述任意一个成像光学系统和自动对焦机构一体化。本发明的摄像装置的特征在于，使上述任意一个成像光学系统和摄像元件一体化。本发明的信息处理装置包括输入部，其用于对信息处理装置进行操作；处理部，其至少对来自输入部的信息进行处理；摄像装置，其根据来自处理部的信息取得图像信息；图像处理部，其对摄像装置所取得的图像信息进行处理；以及显示部，其对处理后的图像进行显示，其中，摄像装置是前面说明的任意一个摄像装置。在本发明的信息处理装置中，优选的是，信息处理装置还具有通信部，该通信部能够对由摄像装置取得的图像信息进行传送。在本发明的信息处理装置中，优选的是，信息处理装置还具有声音取得部和信息记录部。在本发明的信息处理装置中，优选的是，信息处理装置为便携电子设备。
图1是示出本发明的实施例1的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图2A、图2B、图2C、图2D是分别示出实施例1的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。图3是示出本发明的实施例2的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图4A、图4B、图4C、图4D是分别示出实施例2的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。图5是示出本发明的实施例3的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图6A、图6B、图6C、图6D是分别示出实施例3的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。图7是示出本发明的实施例4的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图8A、图8B、图8C、图8D是分别示出实施例4的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。图9是示出本发明的实施例5的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图10A、图10B、图10C、图1OD是分别示出实施例5的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差 (DT)、倍率色差(CC)的图。图11是示出组装了本发明的摄像光学系统的数字照相机40的外观的前视立体图。图12是数字照相机40的后视立体图。图13是示出数字照相机40的光学结构的剖面图。图14是信息处理装置的一例，即电脑300的已打开盖的状态的前视立体图，所述信息处理装置内置有本发明的摄像光学系统来作为物镜光学系统。图15是电脑300的摄影光学系统303的剖面图。图16是电脑300的侧视图。图17A 图17C是示出信息处理装置的一例，即移动电话的图，所述信息处理装置内置有本发明的摄像光学系统来作为摄影光学系统，图17A是移动电话400的主视图，图17B是侧视图，图17C是摄影光学系统405的剖面图。图18是示出本发明的实施方式的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图，且是示出Θ9的图。图19是示出本发明的实施方式的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图，且是示出D8sd、D8max的图。图20是示出信息处理装置的处理部的结构的框图。图21是示出移动电话的处理部的结构的框图。
具体实施例方式首先，在实施例的说明之前，对本实施方式的成像光学系统的作用效果进行说明。
本实施方式的成像光学系统的特征在于，由4个透镜构成，从物体侧起依次配置以下透镜双凸面形状的正屈光力的第I透镜；像侧面为凹面形状的负屈光力的第2透镜；凹面朝向物体侧的弯月形状的正屈光力的第3透镜；以及像侧面为凹面形状的负屈光力的第4透镜，光圈配置在最靠物体侧， 所述成像光学系统满足以下的条件式(I)、( 2 )。Θ 9 < 48 (I)TL/2Y < O. 8 (2)此处，如图18所示，Θ 9是第4透镜的像侧面的有效面内整个范围的面法线N与光轴所成的角度的最大值(单位度)，TL是从第I透镜的面顶到像面的距离，Y是最大像高。另外，第4透镜的 像侧面的有效面内整个范围是指在第4透镜中光束通过的区域。此外，图18是示出本发明的实施方式的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图，且是示出Θ9的图。通过将主点的位置配置于光学系统的物体侧，能够相对于焦距充分减小全长，从而能够实现全长的缩短。通过将光圈配置在最靠物体侧能够使出射光瞳与像面隔开，能够减小入射到摄像元件周边部的光线的角度，因此能够避免摄像元件周边部的周边光量降低。条件式(I)、(2)是为了避免重影而优选的条件。在条件式(1)、(2)的值高于上限值时，第4透镜像侧面上的反射角变大，因此在第4透镜物体面侧引起全反射而产生较强的重影。在本实施方式的成像光学系统中，优选的是，光圈相比第I透镜的面顶配置于像侧。通过相比透镜的面顶在像侧配置光圈，能够减小轴外光束的上方光线相对于第I透镜物体侧面的入射角，因此能够抑制彗形像差。在本实施方式的成像光学系统中，优选满足以下的条件式(3 )。O < (r8+r9) / (r8 — r9) < 17 (3)此处，r8是第4透镜的物体侧的近轴曲率半径，r9是第4透镜的像侧的近轴曲率半径。条件式(3)是为了抑制光线从第4透镜像侧的面出射的出射角度，避免周边光量降低，并且增宽视场角而优选的条件。在条件式(3)的值低于下限值时，第4透镜的像侧的近轴曲率半径变得过小，由此轴外光束从第4透镜的像侧的面出射的出射角变大。其结果，入射到摄像元件周边部的光线的角度变大，从而难以避免周边光量降低。
在条件式(3)的值高于上限值时，第4透镜的物体侧的负的近轴曲率半径变得过小，由此第4透镜的主点位置靠近物体侧，从而难以缩短光学系统整个系统的合成焦距和增宽视场角。并且，可以满足以下的条件式(3’)。O. 2 < (r8+r9) / (r8 - r9) <1. 5 (3，)而且，还可以满足以下的条件式(3”)。O. 5 < (r8+r9) / (r8 - r9) <1. 3 (3，，)在本实施方式的成像光学系统中，优选满足以下的条件式(4 )。O. 35 < D8sd/D8max < O. 7 (4)此处，如图19所示，D8sd是通过第4透镜的物体侧面的有效直径的垂直于光轴的假想面、和通过第4透镜的像侧面的有效直径的垂直于光轴的假想面的间隔，如图19所示，D8max是第4透镜的沿着光轴方向的厚度的最大值。
此处，图19是示出本发明的实施方式的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图，且是示出D8sd、D8max的图。在缩短光学系统的光轴方向的全长时，轴外光束在第4透镜中的入射角变大，从而上侧光线的光路长度比下侧光线的光路长度要长，因此为了校正彗形像差，需要在第4透镜中赋予相反的光路长度差。在条件式(4)的值高于上限值时，不能在通过第4透镜的轴外光束的上侧光线与下侧光线之间充分赋予上述光路长度差，从而难以校正彗形像差。在低于条件式(4)的下限值时，第4透镜的厚度不等比例变大，从而成形性恶化。并且，可以满足以下的条件式(4’)。O. 4 < D8sd/D8max < O. 65 (4，)而且，还可以满足以下的条件式(4”)。O. 45 < D8sd/D8max < O. 6 (4”)在本实施方式的成像光学系统中，优选满足以下的条件式(5 )。
0.5<fs7/fs8<0,7 (5)此处，<| 7是第3透镜的像侧的有效直径，fsS是第4透镜的物体侧的有效直径ο条件式(5)是为了良好校正轴外光束的像差而优选的条件式。为了同时确保光学系统的小型化和远心性，第4透镜的物体侧面和像侧面不得不分别为具有拐点的形状。在该状况下高于条件式(5)的上限值时，入射到第4透镜的轴外光束的直径变大。其结果，容易受到第4透镜的曲率变动的影响，从而彗形像差和高次的像面弯曲的产生显著。在低于条件式(5)的下限值时，轴外光束在第3透镜像侧面上的光线高度没有变得足够大。其结果，难以校正彗形像差和高次的像面弯曲。在本实施方式的成像光学系统中，优选的是，第I透镜、第2透镜、第3透镜和第4透镜由树脂形成。
能够通过使用树脂来提供价廉的摄像镜头。本实施方式的摄像装置的特征在于，使上述任意一个成像光学系统和自动对焦机构一体化。本实施方式的摄像装置的特征在于，使上述任意一个成像光学系统和摄像元件一体化。本发明的信息处理装置包括输入部，其用于对信息处理装置进行操作；处理部，其至少对来自输入部的信息进行处理；摄像装置，其根据来自处理部的信息取得图像信息；图像处理部，其对摄像装置所取得的图像信息进行处理；以及显示部，其对处理后的图像进行显示，其中，摄像装置是前面说明的任意一个摄像装置。在本发明的信息处理装置中，优选的是，信息处理装置还具有通信部，能够对由摄像装置取得的图像信息进行传送。在本发明的信息处理装置中，优选的是，信息处理装置还具有声音取得部和信息记录部。在本发明的信息处理装置中，优选的是，信息处理装置为便携电子设备。另外，在后述的实施例中，光圈位于相比第I透镜的像侧的面更靠物体侧的位置，更具体而言，位于第I透镜的物体侧的面与像侧的面之间。这种光圈的位置也包含在“将光圈配置在最靠物体侧”中。
实施例下面，根据附图来详细地说明本发明的成像光学系统和电子摄像装置的实施例。另外，本发明不受该实施例限定。接着，说明本发明的实施例1的摄像光学系统。图1是示出本发明的实施例1的摄像光学系统在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图2A、图2B、图2C、图2D是分别示出实施例1的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。并且，FIY表示像高。另外，像差图中的符号也在后述的实施例中共用。如图1所示，实施例1的摄像光学系统从物体侧起依次由以下部件构成亮度(孔径)光圈S、双凸正透镜L1、凹面朝向像侧的负弯月透镜L2、凹面朝向物体侧的正弯月透镜L3和双凹负透镜L4，整体具有正屈光力。另外，在下面的全部实施例中，在镜头首I]面图中，CG表不玻璃罩，I表不电子摄像元件的摄像面。双凸正透镜LI的两面、负弯月透镜L2的两面、正弯月透镜L3的两面和双凹负透镜L4的两面这8个面被设置成非球面。接着，说明本发明的实施例 2的变焦镜头。图3是示出本发明的实施例2的变焦镜头在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图4A、图4B、图4C、图4D是分别示出实施例2的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。如图3所示，实施例2的变焦镜头从物体侧起依次由以下部件构成亮度(孔径)光圈S、双凸正透镜L1、双凹负透镜L2、凹面朝向物体侧的正弯月透镜L3和双凹负透镜L4，整体具有正屈光力。双凸正透镜LI的两面、双凹负透镜L2的两面、正弯月透镜L3的两面和双凹负透镜L4的两面这8个面被设置成非球面。接着，说明本发明的实施例3的变焦镜头。图5是示出本发明的实施例3的变焦镜头在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图6A、图6B、图6C、图6D是分别示出实施例3的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。如图5所示，实施例3的变焦镜头从物体侧起依次由以下部件构成亮度(孔径)光圈S、双凸正透镜L1、凹面朝向像侧的负弯月透镜L2、凹面朝向物体侧的正弯月透镜L3和凹面朝向像侧的负弯月透镜L4，整体具有正屈光力。双凸正透镜LI的两面、负弯月透镜L2的两面、正弯月透镜L3的两面和负弯月透镜L4的两面这8个面被设置成非球面。接着，说明本发明的实施例4的变焦镜头。图7是示出本发明的实施例4的变焦镜头在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图8A、图8B、图8C、图8D是分别示出实施例4的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。如图7所示，实施例4的变焦镜头从物体侧起依次由以下部件构成亮度(孔径)光圈S、双凸正透镜L1、双凹负透镜L2、凹面朝向物体侧的正弯月透镜L3和双凹负透镜L4，整体具有正屈光力。双凸正透镜LI的两面、双凹负透镜L2的两面、正弯月透镜L3的两面和双凹负透镜L4的两面这8个面被设置成非球面。接着，说明本发明的实施例5的变焦镜头。图9是示出本发明的实施例5的变焦镜头在无限远物点对焦时的光学结构的、沿着光轴的剖面图。图10A、图10B、图10C、图1OD是分别示出实施例5的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图。如图9所示，实施例5的变焦镜头从物体侧起依次由以下部件构成亮度(孔径)光圈S、双凸正透镜L1、双凹负透镜L2、凹面朝向物体侧的正弯月透镜L3和双凹负透镜L4，整体具有正屈光力。双凸正透镜LI的两面、双凹负透镜L2的两面、正弯月透镜L3的两面和双凹负透镜L4的两面这8个面被设置成非球面。下面示出构成上述各个实施例的摄像光学系统的光学部件的数值数据。另外，在各个实施例的数值数据中，rl、 r2、…表示各个透镜面的近轴曲率半径，dl、d2、…表示各个透镜的厚度或者空气间隔，ndl、nd2、…表示各个透镜对于d线的折射率，vdl、vd2、…表示各个透镜的阿贝数，焦距表示整个系统的焦距。并且，*表示非球面。此外，fb (后焦距)是空气换算出的距离。另外，在把光轴方向设为z，把与光轴垂直的方向设为y，把圆锥系数设为K，把非球面系数设为A4、A6、A8、A10时,利用下式(I)表示非球面形状。
权利要求
1.一种成像光学系统，其由4个透镜构成，从物体侧起依次配置如下透镜 双凸面形状的正屈光力的第I透镜； 像侧面为凹面形状的负屈光力的第2透镜； 凹面朝向物体侧的弯月形状的正屈光力的第3透镜；以及 像侧面为凹面形状的负屈光力的第4透镜，光圈配置在最靠物体侧， 所述成像光学系统满足如下的条件式(I)、( 2 )，Θ 9 < 48 (I)TL/2Y < O. 8 (2) 此处，Θ 9是所述第4透镜的像侧面的有效面内整个范围的面法线与光轴所成的角度的最大值，Θ 9的单位是度，TL是从所述第I透镜的面顶到像面的距离，Y是最大像高。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，所述光圈相比所述第I透镜的面顶配置于像侧。
3.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足如下的条件式(3)，O < (r8+r9) / (r8 - r9) <1. 7 (3) 此处，r8是所述第4透镜的物体侧的近轴曲率半径，r9是所述第4透镜的像侧的近轴曲率半径。
4.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足如下的条件式(4),0.35 < D8sd/D8max < O. 7 (4) 此处，DSsd是通过所述第4透镜的物体侧面的有效直径的垂直于光轴的假想面、和通过所述第4透镜的像侧面的有效直径的垂直于光轴的假想面之间的间隔，DSmax是所述第4透镜的沿着光轴方向的厚度的最大值。
5.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，所述成像光学系统满足如下的条件式(5)，
6.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，所述第I透镜、所述第2透镜、所述第3透镜和所述第4透镜由树脂形成。
7.一种摄像装置，其中，权利要求1所述的成像光学系统和自动对焦机构是一体化的。
8.一种摄像装置，其中，权利要求1所述的成像光学系统和摄像元件是一体化的。
9.一种信息处理装置，其包括 输入部，其用于对所述信息处理装置进行操作； 处理部，其至少对来自所述输入部的信息进行处理； 摄像装置，其根据来自所述处理部的信息取得图像信息； 图像处理部，其对所述摄像装置所取得的图像信息进行处理；以及显示部，其对所述处理后的图像进行显示，在该信息处理装置中，所述摄像装置是权利要求7或8所述的摄像装置。
10.根据权利要求9所述的信息处理装置，其中，所述信息处理装置还具有通信部，该通信部能够对由所述摄像装置取得的图像信息进行传送。
11.根据权利要求10所述的信息处理装置，其中，所述信息处理装置还具有声音取得部和信息记录部。
12.根据权利要求11所述的信息处理装置，其中，所述信息处理装置是便携电子设备。
全文摘要
本发明提供成像光学系统、具有该系统的摄像装置以及信息处理装置，该成像光学系统由4个透镜构成，从物体侧起依次配置如下透镜双凸面形状的正屈光力的第1透镜；像侧面为凹面形状的负屈光力的第2透镜；凹面朝向物体侧的弯月形状的正屈光力的第3透镜；以及像侧面为凹面形状的负屈光力的第4透镜，光圈配置在最靠物体侧，并满足预定的条件式。
文档编号G02B1/04GK103064176SQ20121038999
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月15日 优先权日2011年10月19日
发明者阿部健一朗 申请人:奥林巴斯株式会社