专利名称：摄像透镜以及摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于使用了 CO) (Charge Coupled Devices,电荷f禹合元件)型图像传感器、CMOS (Complementary Metal — Oxide Semiconductor,互补金属氧化物)型图像传感器等固体摄像元件的摄像装置的摄像透镜。
背景技术：
近年来，伴随着使用了 C⑶型图像传感器或CMOS型图像传感器等固体摄像元件的摄像元件的高性能化、小型化，具备摄像装置的移动电话(包括智能手机)、便携式信息终端日益普及。另外，对使搭载于上述摄像装置的摄像透镜进一步小型化、高性能化的要求提高。最近，多在这样的便携式终端搭载高像素、高性能的主相机和低像素、小型的子相机两个相机。作为主相机用的摄像透镜，由于需要高性能化而提出了三片 五片结构的摄像透镜。另一方面，作为子相机用的摄像透镜，目前为止VGA以下的低像素较为常见，因此一片结构的摄像透镜为主，但最近随着子相机的高像素化，除了要求薄型化(全长短)以外，还要求能够应对130万像素、200万像素等高像素的高性能化，因此，提出了相比于一片结构而能够实现高性能化的两片结构的摄像透镜。作为两片结构的摄像透镜，公知有专利文献I 4那样的正负结构的摄像透镜。专利文献1:国际公开第2006/35990号手册专利文献2:日本特开2011 - 28213号公报专利文献3:日本特开 2010 - 113124号公报专利文献4:日本特开2011 — 145491号公报然而，专利文献I所记载的摄像透镜存在如下问题:第二透镜的像侧面的曲率大，到拐点的凹陷量大，从而成形性变差。特别是在玻璃模制透镜那样材料硬的透镜中，若成形性变差则成形时的透镜面形状偏差增大，很难确保足够的光学性能。另外，专利文献2所记载的摄像透镜存在如下问题:由于第二透镜的像侧面的曲率小，所以像差校正不足，为了补充该像差校正不足而增大第二透镜的物体侧面的曲率，从而导致有效直径内的视角增大而成形性变差。另外，专利文献3所记载的摄像透镜存在如下问题:虽然是考虑了成形性的摄像透镜，但第一透镜的像侧面的曲率小，佩茨瓦尔(Petzval)和大，因此像面弯曲的修正不足，并且在缩短了透镜全长的情况下，会引起性能恶化，从而很难应对摄像元件的高像素化。另外，专利文献4所记载的摄像透镜存在由于第二透镜物体侧的曲率过大而使成形性差的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种成形性等比现有类型等良好且修正了像差的两片结构的摄像透镜、以及使用了该摄像透镜的摄像装置。
此处，虽然是小型的摄像透镜的程度，但在本发明中是以满足下式的级别的小型化为目标。通过满足该范围，能够实现摄像装置整体的小型轻薄化。L/2Y<1.00 (7)其中，L:从摄像透镜整个系统的最靠物体侧的透镜面到像侧焦点的光轴上的距离T1:固体摄像元件的摄像面对角线长度(固体摄像元件的矩形有效像素区域的对角线长度)。此处，像侧焦点是指与光轴平行的平行光线入射至摄像透镜的情况下的像点。此夕卜，在摄像透镜的最靠像侧的面与像侧焦点位置之间配置光学低通滤波器、红外截止滤光器或者固体摄像元件封装的密封玻璃等平行平板的情况下，将平行平板部分设为空气换算距离后计算上述L的值。另外，更优选下式的范围。L/2Y<0.90 (7)，技术方案I所记载的摄像透镜从物体侧依次由开口光圈、第一透镜和第二透镜构成，上述第一透镜是在物体侧具有凸面而在像侧具有凹面的正弯月透镜，上述第二透镜是使近轴凹面朝向像侧面的负透镜，上述像侧面具备非球面，该非球面具有拐点且周边具有凸形状，该摄像透镜的特征在于，满足以下的条件式:
- 1.10< (1- nl) f/r2< - 0.20 (I)- 0.18< (n2 -1) f/r3<0.18 (2)- 0.25< (1- n2) f/r4< - 0.02 (3)其中，nl:上述第一透镜相对于d线的折射率n2:上述第二透镜相对于d线的折射率r2:上述第一透镜像侧面的曲率半径(mm)r3:上述第二透镜物体侧面的曲率半径(mm)r4:上述第二透镜像侧面的曲率半径(mm)f:整个系统的焦距(mm)。通过将第一透镜设为正透镜并将第二透镜设为负透镜的结构而成为所谓长焦型(telephoto type)，因此能够缩短光学全长。并且，通过将第一透镜的形状设为使凸面朝向物体侧的弯月透镜，能够使功率大的第一透镜的主点位置位于物体侧，因此能够进一步缩短光学全长。另外，通常若缩短光学全长则出瞳位置靠近像面，因此焦阑性的确保成为课题，但通过使开口光圈位于最靠物体侧而使出瞳位置靠物体侧，并且通过将第二透镜的像侧面设为具有拐点且周边具有凸形状的非球面(即，周边部具有正的功率)，能够缩小向画面周边部的光线入射角，确保良好的焦阑性。通过使条件式(I)的值低于上限，能够使第一透镜像侧面的凹面具有功率，因此佩茨瓦尔和减小，能够良好地修正像面弯曲。另外，通过使条件式(I)的值高于下限，能够防止凹面变得过强所引起的高阶像差的产生。并且，本发明的摄像透镜优选满足以下的条件式(I，)。
- 0.90< (1- nl) f/r2< - 0.30 (Γ)通过使条件式(2)的值低于上限或高于下限，从而第二透镜的物体侧面的曲率减小，因此光学面的视角缩小，成形性良好。并且，本发明的摄像透镜优选满足以下的条件式(2，)。- 0.15< (n2 -1) f/r3<0.15 (2，)通过使条件式(3)的值低于上限，从而第二透镜的像侧面的功率增强，因此佩茨瓦尔和减小，能够良好地修正像面弯曲。另外，通过使条件式(3)的值高于下限，从而第二透镜像侧面的凹面减弱，因此能够将到达周边的正功率的拐点为止的凹陷量抑制得小，能够确保良好的成形性。并且，本发明的摄像透镜优选满足以下的条件式(3’)。- 0.20< (1- n2) f/r4< - 0.05 (3，)技术方案2所记载的摄像透镜的特征在于，在技术方案I所记载的发明的基础上，满足以下的条件式。- 10.0< (SAG3/f) X 1000<0 (4)其中，SAG3:上述第二透镜物体侧面的有效直径的七成位置处的凹陷量通过以满足(4)式的方式将第二透镜物体侧面的凹陷量抑制得小，能够使光学面成为平缓的面，因此能够良好地确保成形性。此处，“有效直径”是指成像为最高的像高的光线的最外侧光线所通过的位置。技术方案3所记载的摄像透`镜的特征在于，在技术方案I或者2所记载的发明的基础上，在第二透镜的物体侧面具有红外截止涂层。通过使光学面具有红外截止功能，能够省略红外截止滤光器那样的具有红外截止功能的其它部件，因此能降低成本。在对光学面实施红外截止涂层的情况下，由于对透镜赋予曲率，因此会在透镜中心部与周边部产生膜厚差，这是已知的。特别是，由于将满足(2)式、(4)式的面的面角度抑制得小，因此能够将在使红外截止涂层成为光学面时产生的膜厚变化抑制得小，能够将涂层波长特性向短波长侧的偏移抑制为最小限度。技术方案4所记载的摄像透镜的特征在于，在技术方案I 3中任一项所记载的发明的基础上，满足以下的条件式。0.30<d3/f<0.60 (5)其中，d3:上述第二透镜的轴上厚度(mm)通过使条件式(5)的值低于上限，从而第二透镜的厚度不会过厚，能够缩短光学全长。另外，通过使条件式(5)的值高于下限，从而第二透镜的厚度不会过薄，即便像侧面的周边部朝向物体侧而具有凹陷，也能够确保边缘厚度，因此能够良好地确保成形性。并且，本发明的摄像透镜优选满足以下的条件式(5’)。0.35<d3/f<0.50 (5，)技术方案5所记载的摄像透镜，其特征在于，在技术方案I 4中任一项所记载的发明的基础上，满足以下的条件式。- 20.0<f2/f 1< - 5.0 (6)其中，
η:上述第一透镜的焦距(臟)f2:上述第二透镜的焦距(臟)。条件式(6)是表示第一透镜与第二透镜的功率比的条件式。通过使条件式(6)的值低于上限，从而第一透镜的功率相对于第二透镜的功率变得足够强，能够将光学全长抑制得小。另外，通过使条件式(6)的值高于下限，从而第二透镜相对于第一透镜而具有某种程度的功率，能够减小佩茨瓦尔和，能够良好地修正像面弯曲。另外，能够使整个系统的主点靠近物体侧，所以能够进一步缩短光学全长。并且，本发明的摄像透镜优选满足以下的条件式(6’)。- 17.0<f2/fl< - 8.0 (6，)技术方案6所记载的摄像透镜的特征在于，在技术方案I 5中任一项所记载的发明的基础上，上述第二透镜为玻璃制。对于满足(2)式、(3)式的第二透镜而言，金属模具的加工容易且以玻璃为原材料的情况下的成形性优异。并且，对于玻璃模制透镜那样的材料硬的透镜，若成形性变差则成形时的透镜面形状偏差增大，很难确保足够的光学性能。
技术方案7所记载的摄像透镜的特征在于，在技术方案I 5中任一项所记载的发明的基础上，上述第二透镜为树脂制。满足(2)式、(3)式的第二透镜，即使在成形时收缩也能够确保高精度的面形状。技术方案8所记载的摄像装置的特征在于，具有技术方案I 7中任一项所记载的摄像透镜、和固体摄像元件，并满足以下的式子。L/2Y<1.00 (7)其中，L:从上述摄像透镜整个系统的最靠物体侧的透镜面到像侧焦点的光轴上的距离2Y:上述固体摄像元件的摄像面对角线长度(上述固体摄像元件的矩形有效像素区域的对角线长度)。技术方案9所记载的摄像装置的特征在于，在技术方案8所记载的发明的基础上，满足以下的式子。L/2Y<0.90 (7，)根据本发明，能够提供成形性等比现有类型良好并且修正了各种像差的两片结构的摄像透镜、以及使用了该摄像透镜的摄像装置。
图1是本实施方式所涉及的摄像装置LU的立体图。图2是沿箭头II 一 II线剖切图1的结构并沿箭头方向观察的剖视图。图3是表示移动电话机T的图，图3 Ca)是将折叠的移动电话机打开并从内侧观察的图，图3 (b)是将折叠的移动电话机打开并从外侧观察的图。图4是实施例1所涉及的摄像透镜的剖视图。图5是实施例1所涉及的摄像透镜的球面像差(a)、像散(b)以及失真(C)的像差图。图6是实施例2所涉及的摄像透镜的剖视图。图7是实施例2所涉及的摄像透镜的球面像差(a)、像散(b)以及失真(C)的像差图。图8是实施例3所涉及的摄像透镜的剖视图。图9是实施例3所涉及的摄像透镜的球面像差(a)、像散(b)以及失真(C)的像差图。图10是实施例4所涉及的摄像透镜的剖视图。图11是实施例4所涉及的摄像透镜的球面像差(a)、像散(b)以及失真(C)的像差图。图12是实施例5所涉及的摄像透镜的剖视图。图13是实施例5所涉及的摄像透镜的球面像差(a)、像散(b)以及失真(C)的像差图。图14是实施例6所涉及的摄像透镜的剖视图。图15是实施例6所涉及的摄像透镜的球面像差(a)、像散(b)以及失真(C)的像差图。 图16是实施例7所涉及的摄像透镜的剖视图。图17是实施例7所涉及的摄像透镜的球面像差(a)、像散(b)以及失真(C)的像差图。符号说明:B…操作按键；D1、D2…显示画面；F…红外截止滤光器；LL...第一透镜；L2...第二透镜；L3…第三透镜；LN…摄像透镜；LU…摄像装置；CG…玻璃罩；S…开口光圈；頂…图像传感器；IMa…光电转换部汀…移动电话机。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本实施方式所涉及的摄像装置LU的立体图，图2是沿箭头I1-1I线剖切图1的结构并沿箭头方向观察的剖视图。如图2所示，摄像装置LU具备:具有光电转换部IMa的作为固体摄像元件的CMOS型图像传感器IM ;使该图像传感器IM拍摄被摄体像的摄像透镜LN ;以及发送、接收其电信号的未图示的外部连接用端子(电极)，上述部件一体形成。摄像透镜LN从物体侧(图2中的上方)依次由玻璃或者树脂制的第一透镜L1、和玻璃或者树脂制的第二透镜L2构成。在利用玻璃制作透镜的情况下，能够使用玻璃模制、液滴法来成形透镜。第一透镜LI是在物体侧具有凸面而在像侧具有凹面的正弯月透镜，第二透镜L2是使近轴凹面朝向像侧面的负透镜，像侧面具备非球面，该非球面具有拐点且周边具有凸形状，满足以下的条件式。-1.10 < (l-nl)f/r2 < -0.20 (I)-0.18 < (n2-l)f/r3 < 0.18 (2)-0.25 < (l-n2) f/r4 < _0.05 (3)其中，nl:第一透镜LI对d线的折射率n2:第二透镜L2对d线的折射率r2:第一透镜像侧面的曲率半径(mm)
r3:第二透镜物体侧面的曲率半径(mm)r4:第二透镜像侧面的曲率半径(mm)f:整个系统的焦点距离(mm)在上述图像传感器IM的受光侧的平面的中央部，形成有二维配置像素(光电转换元件)的、作为受光部的光电转换部Ma，该图像传感器IM与未图示的信号处理电路连接。上述信号处理电路由依次驱动各像素并得到信号电荷的驱动电路部、将各信号电荷转换为数字信号的A/D转换部、以及使用该数字信号形成图像信号输出的信号处理部等构成。另夕卜，在图像传感器頂的受光侧的平面的外缘附近配置有多个垫片(pad)(省略图示)，上述多个垫片经由未图示的电线与图像传感器IM连接。图像传感器IM将来自光电转换部IMa的信号电荷转换为数字YUV信号等的图像信号等，并经由电线(未图示)输出至规定的电路。此处，Y是亮度信号，U (=R — Y)是红色与亮度信号的色差信号，V (=B — Y)是蓝色与亮度信号的色差信号。此外，固体摄像元件并不限定于上述CMOS型的图像传感器，还可以使用CXD等其它类型。图像传感器IM经由外部连接用端子与外部电路(例如安装有摄像装置的便携式终端的上位装置所具有的控制电路)连接，能够从外部电路接受用于驱动图像传感器IM的电压、时钟信号的供给，还能够向外部电路输出数字YUV信号。图像传感器IM的上部被玻璃罩CG密封。在玻璃罩CG的上方(物体侧)隔着间隔件SP3设置有平行平板状的红外截止滤光器F，在该红外截止滤光器F的上方，隔着间隔件SP2以规定的距离固定有第二透镜L2的凸缘部(透镜部的外侧)，并且在该第二透镜L2的上方，隔着间隔件SPl固定有第一透镜LI的凸缘部(透镜部的外侧)。上述透镜L1、L2的外侧被筐体BX覆盖，筐体BX的上部凸缘BXa的下表面与第一透镜LI的凸缘部(透镜部的外侧)的上表面抵接而被支承，筐体BX的下端与玻璃罩CG接触。形成于筐体BX的上部凸 缘BXa的开口构成光圈S。接下来，基于图3的外观图对具备摄像装置的作为便携式终端的一个例子的移动电话机进行说明。其中，图3 (a)是将折叠的移动电话机打开并从内侧观察的图，图3 (b)是将折叠的移动电话机打开并从外侧观察的图。在图3 (a)、图3 (b)中，移动电话机T的具备显示画面D1、D2的作为壳体的上筐体71、和具备操作按键B的下筐体72经由铰链73连结。在本实施方式中，用于对风景等摄影的主摄像装置MC设置于上筐体71的表面侧，上述具备广角的摄像透镜LN的摄像装置LU设置于上筐体71的里面侧且是在显示画面Dl的上方。摄像透镜LN能够利用摄像装置LU对用手将移动电话机以如图3所示那样地与摄像装置LU正对的状态把持的使用者自身的上半身摄像。能够将其图像信号发送至通信的对象方的移动电话机并显示上述用户的图像，并且能够进行通常的通话，从而实现所谓的可视电话。此外，移动电话机T不限定于折叠式。(实施例)接下来，对上述的实施方式所优选的实施例进行说明。其中，本发明不限定于以下所示的实施例。实施例的各符号的含义如下。FL:整个摄像透镜的焦距(mm)BF:后焦距(mm)(其中，将平行平板设为空气换算长度时的、从去除平行平板后的最终光学面到近轴像面的距离)Fno:F 号界:半视角(°)Ymax:固体摄像元件的摄像面对角线长度的一半的长度(mm)TL:整个摄像透镜的从最靠物体侧的透镜面到像侧焦点的光轴上的距离(mm)(其中，“像侧焦点”是指与光轴平行的平行光线入射到摄像透镜的情况下的像点，此时的像点将平行平板设为空气换算长度而求出。)r:折射面的曲率半径(mm)d:轴上的面间隔(mm)nd:透镜材料的d线的常温下的折射率vd:透镜材料的阿贝数ST0:开口光圈在各实施例中，在各面编号之后记载了的面为具有非球面形状的面，对于非球面形状，以面的顶点为原点，在光轴方向上取X轴，将与光轴垂直的方向的高度设为h，利用以下的“式I”表示。[式1]
权利要求
1.一种摄像透镜，其从物体侧依次由开口光圈、第一透镜以及第二透镜构成， 所述第一透镜是在物体侧具有凸面而在像侧具有凹面的正弯月透镜， 所述第二透镜是使近轴凹面朝向像侧面的负透镜，所述像侧面具备非球面，该非球面具有拐点且周边具有凸形状， 该摄像透镜的特征在于，满足以下的条件式: -1.10< (1- nl) f/r2< - 0.20 (I) -0.18< (n2 -1)f/r3<0.18 (2) -0.25< (1- n2) f/r4< - 0.02 (3) 其中， nl:所述第一透镜相对于d线的折射率 n2:所述第二透镜相对于d线的折射率 r2:所述第一透镜像侧面的曲率半径(mm) r3:所述第二透镜物体侧面的曲率半径(mm) r4:所述第二透镜像侧面的曲率半径(mm) f:整个系统的焦距(mm)。
2.根据权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于， 满足以下的条件式:-10.0< (SAG3/f) X1000<0 (4) 其中， SAG3:所述第二透镜物体侧面的有效直径的七成位置处的凹陷量。
3.根据权利要求1或者2所述的摄像透镜，其特征在于， 在第二透镜的物体侧面具有红外截止涂层。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的摄像透镜，其特征在于， 满足以下的条件式: 0.30<d3/f<0.60 (5) 其中， d3:所述第二透镜的轴上厚度(mm)。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的摄像透镜，其特征在于， 满足以下的条件式: -20.0<f2/f 1< - 5.0 (6) 其中， Π:所述第一透镜的焦距(mm) f2:所述第二透镜的焦距(mm)。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的摄像透镜，其特征在于， 所述第二透镜为玻璃制。
7.根据权利要求1 5中任一项所述的摄像透镜，其特征在于， 所述第二透镜为树脂制。
8.一种摄像装置，其特征在于， 具有权利要求1 7中任一项所述的摄像透镜、和固体摄像元件，并满足以下的式子:L/2Y<1.0O (7) 其中， L:从所述摄像透镜整个系统的最靠物体侧的透镜面到像侧焦点的光轴上的距离2Y:所述固体摄像元件的摄像面对角线长度(所述固体摄像元件的矩形有效像素区域的对角线长度)。
9.根据权利要求8所述的摄像装置，其特征在于， 满足以下的式子: L/2Y<0.90 (7，)。
全文摘要
本发明提供一种摄像透镜以及使用了该摄像透镜的摄像装置，该摄像透镜是成形性等良好且修正了各种像差的两片结构的摄像透镜。摄像透镜从物体侧依次由开口光圈、第一透镜以及第二透镜构成，上述第一透镜是在物体侧具有凸面而在像侧具有凹面的正弯月透镜，上述第二透镜是使近轴凹面朝向像侧面的负透镜，上述像侧面具备非球面，该非球面具有拐点且周边具有凸形状，该摄像透镜满足以下的条件式﹣1.10<(1﹣n1)f/r2<﹣0.20 (1)；﹣0.18<(n2﹣1)f/r3<0.18(2)；﹣0.25<(1﹣n2)f/r4<﹣0.02 (3)；其中，n1上述第一透镜相对于d的线折射率n2上述第二透镜相对于d线的折射率r2上述第一透镜像侧面的曲率半径(mm)r3上述第二透镜物体侧面的曲率半径(mm)r4上述第二透镜像侧面的曲率半径(mm)。
文档编号G02B13/18GK103229086SQ201280003492
公开日2013年7月31日 申请日期2012年10月9日 优先权日2011年10月13日
发明者川崎贵志 申请人:柯尼卡美能达株式会社