专利名称：成像透镜和成像设备的制作方法
技术领域：
成像透镜，适用于使用高像素密度固态成像元件的紧凑成像设备；和具有所述成像透镜的成像设备。
背景技术：
图像设备，例如装有照相机的移动电话和数字式静止照相机，其使用如将电荷耦合器件(CXD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)用作固态图像元件的，至今已经是已知的。最近几年，这样成像设备中已经有对于尺寸减小的强烈需要，并且待安装的成像透镜也已经要求通过减小总光学长度而减小尺寸。过去就存在这样具有紧凑成像透镜的成像设备(例如，见日本专利申请公开N0.2005-292559)。同时，最近几年，在小尺寸成像设备中，如装有照相机的移动电话，成像元件的像素密度已经变得特别高。例如，安装所谓百万-像素或更多像素的高像素密度成像元件的成像设备已经普及，高像素密度成像元件具有一百万像素或更大分辨率。因此，待安装的成像透镜要求具有与上述高像素密度成像元件相对应的高透镜性能。使用具有高透镜性能的成像透镜的成像设备过去就存在(例如，见日本专利申请公开N0.2002-365531)。
发明内容
在日本专利申请公开N0.2005-292559中描述的成像透镜具有第四透镜，第四透镜按新月形状形成，具有面对物侧的凸面，从而第四透镜的周缘部分向图像表面极大地伸出。因此，需要是使后焦点较长以避免与在第四透镜与成像元件之间布置的光学低通滤光镜、红外截止滤光镜、固态成像元件封装的密封玻璃等相接触，从而增大整体尺寸以保证后焦点。相应地，很难说实现了足够的尺寸减小。同时，在日本专利申请公开N0.2002-365531中描述的成像透镜，按从物侧到像侧的顺序包括:孔径光阑(aperture stop);具有正屈光力的第一透镜,按双凸形状形成；具有负屈光力的第二透镜；具有正屈光力的第三透镜，具有面对像侧的凸面；以及具有负屈光力的第四透镜。根据这样的透镜布置，尽管在第四透镜的物侧的面设计成凸面，由于凸面的作用，可能难以分布整个成像透镜的慧形象差的补偿，并且满足整个成像透镜的光学性能的象差补偿可能不足。因此，根据本技术实施例的成像透镜和成像设备中，希望克服以上问题并且改进光学特性，同时保证尺寸减小。首先，根据本技术的实施例，提供有一种成像透镜，成像透镜按从物侧到像侧的顺序包括:孔径光阑；第一透镜，按双凸形状形成，具有正屈光力；具有负屈光力的第二透镜，具有在像侧形成为凹面的面；具有正屈光力的第三透镜，按新月形状形成，具有面对像侧的凸面；及具有负屈光力的第四透镜，具有在像侧形成为凹面的面，成像透镜满足如下条件表达式(I)至(5)，(1)0 彡(R2+R1)/(R2-R1) ( I(2) R3 ^ O(3)0.l<D34/f < 0.3(4) -8 ( (R6+R5) / (R6-R5) ( _2(5) R7 ^ O其中 Rl:在第一透镜中在物侧的面的曲率半径，R2:在第一透镜中在像侧的面的曲率半径，R3:在第二透镜中在物侧的面的曲率半径，f:整个透镜系统的焦距，D34:在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔，R5:在第三透镜中在物侧的面的曲率半径，R6:在第三透镜中在像侧的面的曲率半径，及R7:在第四透镜中在物侧的面的曲率半径。因此，在成像透镜中，入射光孔位置可设置在远离图像表面的位置处，并且适当地补偿各种象差。第二，上述成像透镜中，优选的满足如下条件表达式(6)(6)0〈D34-D23其中D23:在第二透镜与第三透镜之间的空气间隔，和D34:在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔。成像透镜满足条件表达式出)，从而第二透镜中像侧的面和第三透镜中物侧的面形成的对称系统的负屈光力是良好平衡的，并且保证良好远摄比率。第三，在上述成像透镜中，优选的，第一透镜、第三透镜、及第四透镜的折射率和阿贝数(Abbe numbers)相同。由于第一透镜、第三透镜、及第四透镜的折射率和阿贝数相同，所以材料的批量差别造成的光学性能的变化最小。第四，上述成像透镜中，优选的，第二透镜的折射率大于第一透镜、第三透镜、及第四透镜的折射率。由于第二透镜的折射率大于第一透镜、第三透镜、及第四透镜的折射率，所以色象差由第二透镜补偿。根据本技术的另一个实施例，提供有一种成像设备，成像设备包括成像透镜和成像元件，成像元件配置成将成像透镜形成的光学像转换成电信号，其中成像透镜按从物侧到像侧的顺序具有:孔径光阑；具有正屈光力的第一透镜，按双凸形状形成；具有负屈光力的第二透镜，具有在像侧形成为凹面的面；第三透镜，按新月形状形成，具有正屈光力，具有面对像侧的凸面；及具有负屈光力的第四透镜，具有在像侧形成为凹面的面，成像透镜满足如下条件表达式(I)至(5)，(1)0 ≤(R2+R1)/(R2-R1) ≤ I(2) R3 ≤ O(3)0.l<D34/f < 0.3(4) -8 ( (R6+R5) / (R6-R5) ≤_2(5) R7 ≤ O其中Rl:在第一透镜中在物侧的面的曲率半径，R2:在第一透镜中在像侧的面的曲率半径，R3:在第二透镜中在物侧的面的曲率半径，f:整个透镜系统的焦距，D34:在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔，R5:在第三透镜中在物侧的面的曲率半径，R6:在第三透镜中在像侧的面的曲率半径，及R7:在第四透镜中在物侧的面的曲率半径。因此，在成像设备中，入射光孔位置可设置在远离图像表面的位置处，并且适当地补偿各种象差。根据本技术实施例的成像透镜和成像设备可改进光学特性，同时保证尺寸减小。本公开的这些和其它目的、特征及优点，鉴于其在附图所表明的最好模式实施例的如下详细描述，将更明显。
图1表示成像透镜的第一实施例的透镜配置；图2表示球面象差、象散(astigmatism)、及失真的数值例子,其中具体数值应用于第一实施例；图3表示成像透镜的第二实施例的透镜配置；图4表示球面象差、象散、及失真的数值例子，其中具体数值应用于第二实施例；图5表示成像透镜的第三实施例的透镜配置；图6表示球面象差、象散、及失真的数值例子，其中具体数值应用于第三实施例；
图7表示成像透镜的第四实施例的透镜配置；图8表示球面象差、象散、及失真的数值例子，其中具体数值应用于第四实施例；图9表示成像透镜的第五实施例的透镜配置；图10表示球面象差、象散、及失真的数值例子，其中具体数值应用于第五实施例；图11表示成像透镜的第六实施例的透镜配置；图12表示球面象差、象散、及失真的数值例子，其中具体数值应用于第六实施例；图13与图14 一起表示移动电话的透视图，根据本技术实施例的成像设备应用于该移动电话 '及图14是方块图。
具体实施例方式下文将描述实现根据本技术实施例的成像透镜和成像设备的适当实施例。[成像透镜的配置]根据本技术实施例的成像透镜，按从物侧到像侧的顺序包括:孔径光阑；第一透镜，按双凸形状形成，具有正屈光力；第二透镜，具有负屈光力、和在像侧上在凹面上形成的面；第三透镜，按新月形状形成，具有正屈光力，具有面对像侧的凸面；及第四透镜，具有负屈光力、和在像侧上在凹面上形成的面。根据本技术实施例的成像透镜中，孔径光阑布置到第一透镜的物侧，从而入射光孔位置可设置在远离图像表面的位置处，并且可保证高远归心性(telecentricity)，使得有可能优化对于图像表面的入射角。在根据本技术实施例的成像透镜中，满足如下条件表达式(I)至(5)，(1)0 彡(R2+R1)/(R2-R1) ( I(2) R3 彡 O(3)0.l<D34/f < 0.3(4) -8 ( (R6+R5) / (R6-R5) ( _2(5) R7 彡 O其中Rl:在第一透镜中在物侧的面的曲率半径，R2:在第一透镜中在像侧的面的曲率半径，R3:在第二透镜中在物侧的面的曲率半径，f:整个透镜系统的焦距，D34:在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔，R5:在第三透镜中在物侧的面的曲率半径，R6:在第三透镜中在像侧的面的曲率半径，及R7:在第四透镜中在物侧的面的曲率半径。条件表达式(I)是定义第一透镜的在物侧的面和在像侧的面的曲率半径之间关系和限制第一透镜的形状的表达式。第一透镜的形状对于整个成像透镜的象差补偿产生显著影响。具体地，除非形状平衡设置为是在第一透镜中相对于轴线上周缘光线的最小偏差角，否则难以补偿球面象差。当将平衡设置为超过条件表达式(I)时，必需使第二透镜的屈光力大于所必要的，由此在第二透镜中引起显著的慧形象差和象散，慧形象差和象散是离轴象差。结果，当条件表达式(I)的值超过规定范围`时，难以抑制高阶象差的产生，具体地，可能难以补偿球面象差。因此，成像透镜满足条件表达式(1)，这使第二透镜的屈光力不需要大于必要的值，并且抑制在第二透镜中慧形象差和象散的产生，慧形象差和象散是离轴象差；并且有可能抑制高阶象差的产生，具体地，适当地补偿球面象差。应该注意，在根据本技术实施例的成像透镜中，为了通过进一步抑制球面象差等的产生而改进光学性能，更优选的，将条件表达式(I)设置到(I) ' 0.1 < (R2+R1)/(R2-R1)彡 0.8。
此外，根据本技术实施例的成像透镜中，为了通过进一步抑制球面象差等的产生而进一步改进光学性能，更优选的，将条件表达式(1)设置到(1) " 0.229 ( (R2+R1)/(R2-R1) ( 0.648。条件表达式(2)是定义在第二透镜的物侧的面的曲率半径的表达式。在根据本技术实施例的成像透镜中，第二透镜具有比其它透镜小的阿贝数。因此，当第二透镜中在物侧的面的负屈光力被减弱至超过条件表达式⑵的范围而超越规定范围时，相对于F-线和g-线的屈光力变弱，并且轴向色象差可能发生。此外，尽管屈光力可在第二透镜的像侧的面上通过弯曲而共享，但与第二透镜的发散功能试图被提供给两个表面的情况相比，不容易补偿象差。因此，成像透镜满足条件表达式(2)，从而可抑制轴向色象差的产生。应该注意，在根据本技术实施例的成像透镜中，为了通过进一步抑制轴向色象差的产生而进一步改进光学性能，更优选的，将条件表达式⑵设置到
(2)' -1000≤ R3 ≤-4.0。条件表达式(3)是定义在整个透镜系统的焦距f与在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔之间关系的表达式。在根据本技术实施例的成像透镜中，为了减小尺寸，将透镜的屈光力按从物侧到像侧的顺序分布成正、负、正、及负屈光力，并且将在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔尽可能大地进一步加宽，由此实现所谓的远摄类型。此外，由于通过尽可能大地加宽在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔，可减小第四透镜的屈光力，所以有利于补偿整个象差。然而，当条件表达式(3)表示的空气间隔的值超过规定范围时，难以通过减小整个长度来保证从第一透镜到第四透镜的透镜中心的适当厚度，并且制造困难增加。因此，成像透镜满足条件表达式(3)，从而有可能适当地补偿全部象差，并且减少制造困难。应该注意，在根据本技术实施例的成像透镜中，为了保证良好的光学性能和透镜中心的适当厚度，更优选的，将条件表达式(3)设置到(3) ' 0.12〈D34/f < 0.26。条件表达式(4)是定义第三透镜在物侧的面和在像侧的面的曲率半径之间关系和限制第三透镜的形状的表达式。在根据本技术实施例的成像透镜中，通过将在第三透镜中物侧的面形成为凹面，有可能与第二透镜中像侧的凹面一起形成发散表面，发散表面是透镜系统中的对称系统。作为对称系统的典型透镜配置，Gauss型是已知的。通过形成对称系统的透镜表面(发散表面)，可补偿上部和下部光线，并且可良好地补偿球面象差、慧形象差及象场弯曲。结果，当条件表达式(4)的值超过规定范围时，难以抑制高阶象差的产生，具体地，可能难以补偿球面象差和慧形象差。因此，成像透镜满足条件表达式(4)，从而抑制高阶象差的产生，并且可良好地补偿球面象差和慧形象差。条件表达式(5)是定义在第四透镜的物侧的面的曲率半径的表达式。在根据本技术实施例的成像透镜中，通过将第四透镜中在物侧的面形成为凹面，可使主要光线的入射角在从轴线到最大周缘图像高度的视角中几乎是竖直的。光线通过的方式可避免光线折射大于必需的程度，并且可补偿失真。此外，凹面的效果对于在纵向(sagittal)方向上的光线特别有益，并且可抑制在宽视角下容易发生的纵向慧形张开。结果，当条件表达式(5)的值超过规定范围时，周缘光线入射在物侧的面上的角变大，并且难以补偿失真和纵向慧形象差。因此，成像透镜满足条件表达式(5)，从而可避免比必需程度更大的光线折射，可补偿失真-这对于在纵向方向上的光线是有益的，及可良好地补偿纵向慧形象差。应该注意，在根据本技术实施例的成像透镜中，为了通过进一步补偿象差而改进光学性能，更优选的，将条件表达式(5)设置到(5) ' -65 ^ R7 ^ -2。如以上描述的那样，根据本技术实施例的成像透镜按从物侧到像侧的顺序包括:孔径光阑；第一透镜，按双凸形状形成，具有正屈光力；第二透镜，具有负屈光力、和在像侧形成为凹面的面；第三透镜，按新月形状形成，具有正屈光力，具有面对像侧的凸面；及第四透镜，具有负屈光力、和在像侧形成为凹面的面，成像透镜满足条件表达式(I)至(5)。因此，由于入射光孔位置可设置在远离图像表面的位置，所以优化对于图像表面的入射角，并且可得到一种紧凑成像透镜，具有被适当地补偿的各种象差和良好光学特性。根据本技术的实施例，优选的，成像透镜满足如下条件表达式(6):(6)0<D34-D23
其中D23:在第二透镜与第三透镜之间的空气间隔，和D34:在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔。条件表达式(6)是定义在第二透镜与第三透镜之间的空气间隔和在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔的平衡的表达式。当超过条件表达式出)的范围时，失去在第二透镜中在像侧的面和在第三透镜中在物侧的面形成的对称系统的负屈光力的平衡，难以补偿球面象差和慧形象差，减小在第三透镜与第四透镜之间的空间，这使远摄比率偏移，并且使得难以减小整个光学系统的尺寸。因此，成像透镜满足条件表达式出)，从而有可能减小总光学长度和改进光学性倉泛。应该注意，在根据本技术实施例的成像透镜中，为了保证良好屈光力平衡和减小总光学长度，更优选的，将条件表达式(6)设置到(6) ' 0〈D34-D23〈0.65。在根据本技术实施例的成像透镜中，优选的，第一透镜、第三透镜、及第四透镜的折射率和阿贝数相同。第一透镜、第三透镜、及第四透镜由相同材料形成，并且折射率和阿贝数相同，从而可降低制造成本，并且可使材料的批量差别造成的光学性能的变化最小。在根据本技术实施例的成像透镜中，优选的，第二透镜的折射率大于第一透镜、第三透镜、及第四透镜的折射率。由于第二透镜的折射率大于第一透镜、第三透镜、及第四透镜的折射率，色象差由第二透镜适当地补偿。[成像透镜的数值例子]
下文，参照附图和表格，将描述根据本技术实施例的成像透镜的具体实施例和数值例子，这些数值例子中，具体数据应用于相应实施例。应该注意，下文在表格和描述中将表示的符号的意思等如下。“Si”代表从物侧到像侧计数的第i表面的表面号，“Ri”代表第i表面的傍轴曲率半径，“Di”代表在第i表面与第i+Ι表面之间的轴向表面间隔(透镜中心厚度或空气间隔)，“Ni”代表从第i表面开始在透镜等的d-线(λ=587.6ηπι)中的折射率，及“vi ”代表从第i表面开始在透镜等的d-线中的阿贝数。就“Si”而论，“ASP”表示表面是非球形面。就“Ri”而论，“c ”表示表面是平面。“k”表示锥形常数，并且“A3”至“A16”分别代表3阶至16阶非球形面系数。“Fno”代表F-数，“f ”代表焦距，及“ ω ”代表半视角。实施例中使用的某些成像透镜具有非球形透镜表面。非球形面形状由如下表达式I定义:
权利要求
1.一种成像透镜，按从物侧到像侧的顺序包括: 孔径光阑； 具有正屈光力的第一透镜，按双凸形状形成； 具有负屈光力的第二透镜，具有在像侧形成为凹面的面； 具有正屈光力的第三透镜，按新月形状形成，具有面对像侧的凸面；及具有负屈光力的第四透镜，具有在像侧形成为凹面的面，成像透镜满足如下条件表达式⑴至(5)，(1)0≤(R2+R1)/(R2-R1) ≤ I(2)R3 ≤ O(3)0.l<D34/f < 0.3(4)-8≤(R6+R5)/(R6-R5) ≤ -2(5)R7 ≤ O其中 Rl是在第一透镜中在物侧的面的曲率半径， R2是在第一透镜中在像侧的面的曲率半径， R3是在第二透镜中在物侧的面的曲率半径， f是整个透镜系统的焦距， D34是在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔， R5是在第三透镜中在物侧的面的曲率半径， R6是在第三透镜中在像侧的面的曲率半径，及 R7是在第四透镜中在物侧的面的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的成像透镜，还满足如下条件表达式(6)，(6)0〈D34-D23其中 D23是在第二透镜与第三透镜之间的空气间隔，和 D34是在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔。
3.根据权利要求1所述的成像透镜，其中第一透镜、第三透镜、及第四透镜具有相同的折射率和阿贝数。
4.根据权利要求3所述的成像透镜，其中第二透镜的折射率大于第一透镜、第三透镜及第四透镜的折射率。
5.—种成像设备,包括: 成像透镜；和 成像元件，配置成将成像透镜形成的光学像转换成电信号，成像透镜按从物侧到像侧的顺序包括: 孔径光阑； 具有正屈光力的第一透镜，按双凸形状形成； 具有负屈光力的第二透镜，具有在像侧形成为凹面的面； 具有正屈光力的第三透镜，按新月形状形成，具有面对像侧的凸面；及 具有负屈光力的第四透镜，具有在像侧形成为凹面的面，成像透镜满足如下条件表达式⑴至(5)，(1)0( (R2+R1)/(R2-R1) ≤I(2)R3 ≤O(3)0.l<D34/f < 0.3(4)-8≤(R6+R5)/(R6-R5) ≤-2(5)R7 ≤O其中 Rl是在第一透镜中在物侧的面的曲率半径， R2是在第一透镜中在像侧的面的曲率半径， R3是在第二透镜中在物侧的面的曲率半径， f是整个透镜系统的焦距， D34是在第三透镜与第四透镜之间的空气间隔， R5是在第三透镜中在物侧的面的曲率半径， R6是在第三透镜中在像侧的面的曲率半径，及 R7是在第四透镜中在物侧的面的曲率半径。
全文摘要
成像透镜，从物侧到像侧包括孔径光阑；具有正屈光力的第一透镜，按双凸形状形成；具有负屈光力的第二透镜，在像侧形成为凹面；具有正屈光力的第三透镜，有面对像侧的凸面；及具有负屈光力的第四透镜，在像侧形成为凹面，成像透镜满足:0≤(R2+R1)/(R2-R1)≤1，R3≤0，0.1<D34/f＜0.3，-8≤(R6+R5)/(R6-R5)≤-2，R7≤0，R1和R2是第一透镜在物侧、像侧面的曲率半径，R3是第二透镜在物侧面的曲率半径，f是透镜系统的焦距，D34是第三透镜与第四透镜之间的空气间隔，R5、R6是第三透镜在物侧、像侧面的曲率半径，R7是第四透镜在物侧面的曲率半径。
文档编号G02B13/00GK103163631SQ20121051505
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月5日 优先权日2011年12月13日
发明者山崎贵之, 冈野英晓 申请人:索尼公司