摄像镜头的制作方法

摄像镜头的制作方法
【专利摘要】摄像镜头从物体侧开始依次包括正的第1透镜、负的第2透镜、正的第3透镜以及负的第4透镜，第4透镜的物体侧面是凹面或者平面，像侧面是凹面，满足条件式：0.74≤f1/f≤2、0.22≤(r2A+r2B)/(r2A-r2B)≤1.0(f1：第1透镜的焦距、f：摄像镜头全系统的焦距、r2A：第2透镜的物体侧面的曲率半径、r2B：第2透镜的像侧面的曲率半径)，使被摄体像成像于摄像元件的摄像面上。
【专利说明】摄像I竞头 【技术领域】
[0001] 本发明涉及摄像镜头。更详细而言，涉及通过摄像元件（例如(XD(Charge Coupled Device:电荷f禹合器件）型图像传感器、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor:互补金属氧化物半导体）型图像传感器等固体摄像元件）取入被摄体的影 像的摄像光学装置、搭载了该装置的带图像输入功能的数字设备、以及在摄像元件的受光 面上形成被摄体的光学像的小型的摄像镜头。 【背景技术】
[0002] 近年来，在便携终端中搭载使用了 C⑶型图像传感器、CMOS型图像传感器等固体 摄像元件的摄像光学装置，伴随该便携终端的广泛普及，市场中供应起了搭载有使用了具 有高像素数的摄像元件以得到更高画质的图像的摄像光学装置的产品。该具有高像素数的 摄像元件伴随有大型化，但近年来，像素的高细化得到发展，摄像元件变得小型化起来。关 于这样的高细化了的摄像元件中使用的摄像镜头，为了对应于高细化了的像素，要求高的 分辨率。作为这样的用途的摄像镜头，根据相比于2片结构或者3片结构的透镜能够实现 高性能化这样的理由，提出了 4片结构的摄像镜头。
[0003] 作为该4片结构的摄像镜头，例如专利文献1中公开了以高性能化为目的的、所谓 逆额诺星类型（inverted-Ernostar type)的摄像镜头，该摄像镜头从物体侧开始依次包括 具有正的折射力的第1透镜、具有负的折射力的第2透镜、具有正的折射力的第3透镜以及 具有正的折射力的第4透镜。另外，例如专利文献2?4中公开了以摄像镜头全长（摄像 镜头全系统的最靠物体侧的透镜面至像侧焦点的光轴上的距离）的小型化为目的的、所谓 远距型的摄像镜头，该摄像镜头从物体侧开始依次包括具有正的折射力的第1透镜、具有 负的折射力的第2透镜、具有正的折射力的第3透镜以及具有负的折射力的第4透镜。
[0004] 专利文献1 :日本特开2004-341013号公报
[0005] 专利文献2 :日本特开2002-365530号公报
[0006] 专利文献3 :日本特开2005-292559号公报
[0007] 专利文献4 :日本特开2009-20182号公报
【发明内容】

[0008] 但是，上述专利文献1记载的摄像镜头是逆额诺星类型，所以第4透镜是正透镜， 相比于如远距型那样第4透镜是负透镜的情况，光学系统的主点位置为像侧而后焦距变 长。即，是不利于小型化的类型。进而，4片透镜中的具有负的折射力的透镜为1片，佩兹伐 和的校正困难，在图像周边部无法确保良好的性能。另外，上述专利文献2记载的摄像镜头 存在如下问题：除了摄影视场角窄以外，像差校正不充分，如果进一步使透镜全长缩短化， 则难以应对性能的劣化所致的摄像元件的高像素化。
[0009] 在上述专利文献3记载的摄像镜头中，为第4透镜的周边部向像面方向大幅伸出 的形状，所以为了避免和配置在第4透镜与固体摄像元件之间的滤波器（例如光学的低通 滤波器、红外线截止滤波器等）、固体摄像元件封装的密封玻璃等平行平板、固体摄像元件 的基板等的接触，需要使后焦距变长。实际上，上述专利文献3记载的摄像镜头尽管是远距 型，但后焦距长，无法实现充分的小型化。另外，作为高像素化应对，像差校正也不充分。在 专利文献4记载的摄像镜头中，能够实现F2. 8左右的像差校正，但在像素的高细化发展的 便携终端中，仅能够应对不充分的明亮度。
[〇〇1〇] 本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种虽然比以往类型更小型 但诸多像差被良好地校正了的、F2. 4左右的明亮的4片结构的摄像镜头。
[〇〇11]为了实现上述目的，第1发明的摄像镜头用于使被摄体像成像于摄像元件的摄像 面，其特征在于，从物体侧开始依次包括正的第1透镜、负的第2透镜、正的第3透镜以及物 体侧面为凹面或者平面并且像侧面为凹面的负的第4透镜，满足以下的条件式（A1)以及 (A2)。
[0012] 0· 74 彡 fl/f 彡 2... (A1)
[0013] 0. 22 ^ (r2A+r2B) / (r2A-r2B) ^ 1. 0- (A2)
[0014] 其中，
[0015] Π :第1透镜的焦距、
[0016] f :摄像镜头全系统的焦距、
[0017] r2A :第2透镜的物体侧面的曲率半径、
[0018] r2B :第2透镜的像侧面的曲率半径。
[0019] 第2发明的摄像镜头的特征在于，在上述第1发明中，满足以下的条件式（A3)。
[0020] 1. 21 ^ (r3A+r3B) / (r3A-r3B) ^ 1. 82- (A3)
[0021] 其中，
[0022] r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、
[0023] r3B :第3透镜的像侧面的曲率半径。
[0024] 第3发明的摄像镜头的特征在于，在上述第1或者第2发明中，满足以下的条件式 (A4)。
[0025] 0<(r4A+r4B)/ (r4A~r4B) ^ 1··· (A4)
[0026] 其中，
[0027] r4A :第4透镜的物体侧面的曲率半径、
[0028] r4B :第4透镜的像侧面的曲率半径。
[0029] 第4发明的摄像镜头的特征在于，在上述第1?第3的任意一个发明中，满足以下 的条件式（A5)。
[0030] 0· 2 彡 f3/f 彡 0· 64…（A5)
[0031] 其中，
[0032] f3 :第3透镜的焦距、
[0033] f :摄像镜头全系统的焦距。
[0034] 第5发明的摄像镜头的特征在于，在上述第1?第4的任意一个发明中，所述第4 透镜的像侧面具有非球面形状，在其中心具有负的折射力，负的折射力随着朝向周边而变 小，具有拐点，满足以下的条件式（A6)。
[0035] 0· 05 彡 T4/f 彡 0· 22... (A6)
[0036] 其中，
[0037] f :摄像镜头全系统的焦距、
[0038] T4 :第4透镜的光轴上的厚度。
[〇〇39] 第6发明的摄像镜头用于使被摄体像成像于摄像元件的摄像面，其特征在于，从 物体侧开始依次包括正的第1透镜、负的第2透镜、正的第3透镜以及物体侧面为凹面或者 平面并且像侧面为凹面的负的第4透镜，满足以下的条件式（B1)以及（B2)。
[0040] -5 彡 f2/f 彡-1. 37... (B1)
[0041] 0. 22 ^ (r2A+r2B) / (r2A-r2B) ^ 1. 0- (B2)
[0042] 其中，
[0043] f2:第2透镜的焦距、
[0044] f :摄像镜头全系统的焦距、
[0045] r2A :第2透镜的物体侧面的曲率半径、
[0046] r2B :第2透镜的像侧面的曲率半径。
[0047] 第7发明的摄像镜头的特征在于，在上述第6发明中，满足以下的条件式（B3)。
[0048] 1. 35 ^ (r3A+r3B) / (r3A-r3B) ^ 1. 98- (B3)
[0049] 其中，
[0050] r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、
[0051] r3B :第3透镜的像侧面的曲率半径。
[0052] 第8发明的摄像镜头的特征在于，在上述第6或者第7发明中，满足以下的条件式 (B4)。
[0053] 0<(r4A+r4B)/ (r4A~r4B) ^ 1··· (B4)
[0054] 其中，
[0055] r4A :第4透镜的物体侧面的曲率半径、
[0056] r4B :第4透镜的像侧面的曲率半径。
[〇〇57] 第9发明的摄像镜头的特征在于，在上述第6?第8的任意一个发明中，满足以下 的条件式（B5)。
[0058] -1. 83 彡 r3A/f 彡-0· 77... (B5)
[0059] 其中，
[〇〇6〇] r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、
[0061] f :摄像镜头全系统的焦距。
[0062] 第10发明的摄像镜头的特征在于，在上述第6?第9的任意一个发明中，所述第 4透镜的像侧面具有非球面形状，在其中心具有负的折射力，负的折射力随着朝向周边而变 小，具有拐点，满足以下的条件式（B6)。
[0063] 0· 05 彡 T4/f 彡 0· 22... (B6)
[0064] 其中，
[0065] f :摄像镜头全系统的焦距、
[0066] T4 :第4透镜的光轴上的厚度。
[〇〇67] 第11发明的摄像镜头的特征在于，在上述第1?第10的任意一个发明中，所述第 1透镜是双凸透镜。
[0068] 第12发明的摄像镜头的特征在于，在上述第1?第11的任意一个发明中，所述第 3透镜是向像面侧凸的弯月形透镜。
[〇〇69] 第13发明的摄像镜头的特征在于，在上述第1?第12的任意一个发明中，透镜全 部由塑料材料形成。
[0070] 第14发明的摄像光学装置的特征在于，具备：上述第1?第13的任意一个发明的 摄像镜头；以及摄像元件，将摄像面上形成的光学像变换为电信号，以在所述摄像元件的摄 像面上形成被摄体的光学像的方式设置有所述摄像镜头。
[0071] 第15发明的数字设备的特征在于，具备上述第14发明的摄像光学装置，从而被附 加了被摄体的静止画面摄影、动画摄影中的至少一方的功能。
[0072] 第16发明的数字设备的特征在于，在上述第15发明中，数字设备是便携终端。
[0073] 通过采用本发明的结构，能够实现虽然比以往类型更小型但诸多像差被良好地校 正了的、F2. 4左右的明亮的4片结构的摄像镜头以及具备该摄像镜头的摄像光学装置。另 夕卜，通过在便携电话、便携信息终端等数字设备中使用本发明的摄像光学装置，能够对数字 设备紧凑地附加高性能的图像输入功能。 【专利附图】

【附图说明】
[0074] 图1是第1实施方式（实施例1)的镜头结构图。
[0075] 图2是实施例1的像差图。
[0076] 图3是第2实施方式（实施例2)的镜头结构图。
[0077] 图4是实施例2的像差图。
[0078] 图5是第3实施方式（实施例3)的镜头结构图。
[0079] 图6是实施例3的像差图。
[0080] 图7是第4实施方式（实施例4)的镜头结构图。
[0081] 图8是实施例4的像差图。
[0082] 图9是第5实施方式（实施例5)的镜头结构图。
[0083] 图10是实施例5的像差图。
[0084] 图11是第6实施方式（实施例6)的镜头结构图。
[0085] 图12是实施例6的像差图。
[0086] 图13是第7实施方式（实施例7)的镜头结构图。
[0087] 图14是实施例7的像差图。
[0088] 图15是第8实施方式（实施例8)的镜头结构图。
[0089] 图16是实施例8的像差图。
[〇〇9〇] 图17是示出搭载了摄像镜头的数字设备的概略结构例的示意图。
[0091] 符号说明
[0092] DU :数字设备；LU :摄像光学装置；LN :摄像镜头；L1?L4 :第1?第4透镜；ST :孔 径光阑（光圈）；SR:摄像元件；SS:受光面（摄像面）；IM:像面（光学像）；AX:光轴；1:信 号处理部；2 :控制部；3 :存储器；4 :操作部；5 :显示部。 【具体实施方式】
[0093] 以下，说明本发明的摄像镜头等。第1类型的摄像镜头用于使被摄体像成像于摄 像元件的摄像面（例如固体摄像元件的光电变换部），其特征在于，从物体侧开始依次包括 正的第1透镜、负的第2透镜、正的第3透镜以及物体侧面为凹面或者平面并且像侧面为凹 面的负的第4透镜，满足以下的条件式（A1)以及（A2)。
[0094] 0. 74 ^ fl/f ^ 2- (A1)
[0095] 0. 22 ^ (r2A+r2B) / (r2A-r2B) ^ 1. 0- (A2)
[0096] 其中，
[0097] η :第1透镜的焦距、
[0098] f :摄像镜头全系统的焦距、
[0099] r2A :第2透镜的物体侧面的曲率半径、
[0100] r2B :第2透镜的像侧面的曲率半径。
[〇1〇1]为了得到小型、明亮且像差被更良好地校正了的摄像镜头，第1类型的基本结构 包括正的第1透镜、负的第2透镜、正的第3透镜以及物体侧面为凹面或者平面并且像侧面 为凹面的负的第4透镜。该镜头结构从物体侧依次为包括第1透镜、第2透镜以及第3透 镜的正透镜群、和负的第4透镜，为所谓的远距型的配置，所以是对摄像镜头全长的小型化 有利的结构。进而，通过将4片结构中的2片设为负透镜，增加具有发散作用的面而易于校 正佩兹伐和，能够得到连画面周边部都确保了良好的成像性能的摄像镜头。另外，通过将 第4透镜的物体侧面设为凹面或者平面，第4透镜的周边部不会向像面方向大幅伸出，所以 能够避免和配置在第4透镜与固体摄像元件之间的滤波器（例如光学的低通滤波器、红外 线截止滤波器等）、固体摄像元件封装的密封玻璃等平行平板、固体摄像元件的基板等的接 触，而且能够缩短后焦距，成为对摄像镜头全长的缩短化有利的结构。
[0102] 条件式（A1)是用于通过将第1透镜的焦距设定为适当的范围，而适当地实现摄像 镜头全长的缩短化和像差校正的条件式。通过低于条件式（A1)的上限，能够防止第1透镜 的正焦度（焦度：用焦距的倒数定义的量，此处指折射力）变得过小，能够实现摄像镜头全 长的缩短化。另外，能够抑制入射到第2透镜的光线的高度，所以即使在F值明亮的情况下， 也易于校正球面像差、轴上色像差。另一方面，通过高于条件式（A1)的下限，能够防止第1 透镜的焦度极端变大，能够抑制第1透镜中发生的高次的球面像差、慧形像差。因此，即使 变得明亮而光束直径增加，只要是本结构，也能够实现良好的像差校正。
[0103] 条件式（A2)是用于将第2透镜的面形状设定为适当的范围的条件式。通过低于 条件式（A2)的上限，能够防止第2透镜的像侧面的曲率极端变强（即曲率半径的绝对值极 端变小），能够抑制像侧面发生的高次的球面像差、慧形像差。进而，通过使第1透镜的焦距 处于条件式（A1)的范围，从而能够进一步减小朝向摄像元件周边部的光线的向第2透镜的 物体侧面的入射角，能够抑制慧形像差、畸变像差等。另一方面，通过高于条件式（A2)的下 限，能够适度地维持第2透镜的像侧面的曲率半径，慧形像差、像面弯曲、像散、色像差等的 校正变得容易。进而，通过使第1透镜的焦距处于条件式（A1)的范围，从而能够进一步减 小朝向摄像元件中心部的光线的向第2透镜的物体侧面的入射角，能够抑制球面像差等的 发生。
[0104] 根据上述第1类型的特征的结构，能够实现虽然比以往类型更小型但诸多像差被 良好地校正了的、F2. 4左右的明亮的4片结构的摄像镜头以及具备该摄像镜头的摄像光学 装置。另外，如果在便携电话、便携信息终端等数字设备中使用该摄像光学装置，则能够针 对数字设备紧凑地附加高性能的图像输入功能，能够对其紧凑化、高性能化、高功能化等作 出贡献。以下说明用于平衡良好地得到这样的效果、并且实现更高的光学性能、小型化等的 条件等。
[0105] 更期望满足以下的条件式（Ala)。
[0106] 0· 748 彡 Π/f 彡 1. 63…（Ala)
[0107] 该条件式（Ala)在所述条件式（A1)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（Ala)，从而能够进一步增大上述效果。
[0108] 更期望满足以下的条件式（A2a)。
[0109] 0. 28 ^ (r2A+r2B) / (r2A-r2B) ^ 1. 0- (A2a)
[0110] 该条件式（A2a)在所述条件式（A2)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（A2a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0111] 期望满足以下的条件式（A3)。
[0112] 1. 2K (r3A+r3BV(r3A-r3B) < 1. 82…（A3)
[0113] 其中，
[0114] r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、
[0115] r3B :第3透镜的像侧面的曲率半径。
[0116] 条件式（A3)是用于将第3透镜的面形状设定为适当的范围的条件式。通过低于 条件式（A3)的上限，能够防止第3透镜的像侧面的曲率极端变强，能够抑制像侧面发生的 高次的球面像差、慧形像差。另一方面，通过高于条件式（A3)的下限，能够适度地维持第 3透镜的物体侧面的曲率半径，能够减小朝向摄像元件周边部的光线的向物体侧面的入射 角，所以能够抑制慧形像差、畸变像差等。
[0117] 更期望满足以下的条件式（A3a)。
[0118] 1. 39 < (r3A+r3BV(r3A-r3B) < 1. 69…（A3a)
[0119] 该条件式（A3a)在所述条件式（A3)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（A3a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0120] 期望满足以下的条件式（A4)。
[0121] 0<(r4A+r4B)/ (r4A~r4B) ^ 1··· (A4)
[0122] 其中，
[0123] r4A :第4透镜的物体侧面的曲率半径、
[0124] r4B :第4透镜的像侧面的曲率半径。
[0125] 条件式（A4)是用于将第4透镜的面形状设定为适当的范围的条件式。通过低于 条件式（A4)的上限，第4透镜的周边部不会向像面方向大幅伸出，所以能够避免和配置在 第4透镜与固体摄像元件之间的滤波器（例如光学的低通滤波器、红外线截止滤波器等）、 固体摄像元件封装的密封玻璃等平行平板、固体摄像元件的基板等的接触，而且能够缩短 后焦距，能够实现摄像镜头全长的缩短化。另一方面，通过高于条件式（A4)的下限，能够防 止第4透镜的物体侧面的曲率极端变强，能够确保周边光线的像侧光束的焦阑特性。
[0126] 更期望满足以下的条件式（A4a)。
[0127] 0. 49 ^ (r4A+r4B)/ (r4A~r4B) ^ 1··· (A4a)
[0128] 该条件式（A4a)在所述条件式（A4)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（A4a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0129] 期望满足以下的条件式（A5)。
[0130] 0· 2 彡 f3/f 彡 0· 64…（A5)
[0131] 其中，
[0132] f3:第3透镜的焦距、
[0133] f :摄像镜头全系统的焦距。
[0134] 条件式（A5)是用于将第3透镜的焦距设定为适当的范围，从而实现摄像镜头全长 的缩短化和良好的像差校正的条件式。通过低于条件式（A5)的上限，能够防止第3透镜的 正焦度变得过小，能够实现摄像镜头全长的缩短化。另外，第1透镜中无需在所需以上附加 正的焦度，所以成为对慧形像差、畸变像差等有利的结构。另一方面，通过高于条件式（A5) 的下限，能够抑制第3透镜中发生的高次的球面像差、慧形像差。
[0135] 更期望满足以下的条件式（A5a)。
[0136] 0· 37 彡 f3/f 彡 0· 62…（A5a)
[0137] 该条件式（A5a)在所述条件式（A5)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（A5a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0138] 所述第4透镜的像侧面具有非球面形状，在其中心具有负的折射力，负的折射力 随着朝向周边而变小，具有拐点，期望满足以下的条件式（A6)。
[0139] 0· 05 彡 T4/f 彡 0· 22…（A6)
[0140] 其中，
[0141] f :摄像镜头全系统的焦距、
[0142] T4 :第4透镜的光轴上的厚度。
[0143] 通过将第4透镜的像侧面设为随着从光轴向周边前进而负的折射力变小、并且具 有拐点的非球面形状，易于确保像侧光束的焦阑特性。另外，第3透镜的像侧面无需在透镜 周边部过度地减小负的折射力，能够良好地校正轴外像差。此处"拐点"是指，在有效半径 内的透镜剖面形状的曲线中，非球面顶点的切平面成为与光轴垂直的平面那样的非球面上 的点。
[0144] 条件式（A6)是用于将第4透镜的轴上厚度设定为适当的范围，从而适当地实现摄 像镜头的像面性的条件式。在第4透镜中，光轴附近处的折射力和周边处的折射力相比于 其他透镜明显不同，所以轴上厚度对像面弯曲的影响大。通过低于条件式（A6)的上限，能 够防止像面弯曲倒向过侧（over side)。另一方面，通过高于条件式（A6)的下限，能够防止 像面弯曲倒向欠侧（under side)。因此，通过满足条件式（A6)，能够防止摄像镜头的像面 性过于倒向过侧、欠侧。
[0145] 更期望满足以下的条件式（A6a)。
[0146] 0· 11 彡 T4/f 彡 0· 19…（A6a)
[0147] 该条件式（A6a)在所述条件式（A6)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（A6a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0148] 第2类型的摄像镜头用于使被摄体像成像于摄像元件的摄像面（例如固体摄像元 件的光电变换部），其特征在于，从物体侧开始依次包括正的第1透镜、负的第2透镜、正的 第3透镜以及物体侧面为凹面或者平面并且像侧面为凹面的负的第4透镜，满足以下的条 件式（B1)以及（B2)。
[0149] -5 彡 f2/f 彡-1. 37…（B1)
[0150] 0. 22 ^ (r2A+r2B) / (r2A-r2B) ^ 1. 0- (B2)
[0151] 其中，
[0152] f2:第2透镜的焦距、
[0153] f :摄像镜头全系统的焦距、
[0154] r2A :第2透镜的物体侧面的曲率半径、
[0155] r2B :第2透镜的像侧面的曲率半径。
[0156] 为了得到小型、明亮且像差被更良好地校正了的摄像镜头，第2类型的基本结构 包括正的第1透镜、负的第2透镜、正的第3透镜以及物体侧面为凹面或者平面并且像侧面 为凹面的负的第4透镜。该镜头结构从物体侧依次为包括第1透镜、第2透镜以及第3透 镜的正透镜群、和负的第4透镜，成为所谓的远距型的配置，所以是对摄像镜头全长的小型 化有利的结构。进而，通过将4片结构中的2片设为负透镜，增加具有发散作用的面而易于 校正佩兹伐和，能够得到连画面周边部都确保了良好的成像性能的摄像镜头。另外，通过将 第4透镜的物体侧面设为凹面或者平面，第4透镜的周边部不会向像面方向大幅伸出，所以 能够避免和配置在第4透镜与固体摄像元件之间的滤波器（例如光学的低通滤波器、红外 线截止滤波器等）、固体摄像元件封装的密封玻璃等平行平板、固体摄像元件的基板等的接 触，而且能够缩短后焦距，成为对摄像镜头全长的缩短化有利的结构。
[0157] 条件式（B1)是用于将第2透镜的焦距设定为适当的范围，从而适当地实现摄像镜 头全长的缩短化和像差校正的条件式。如果高于条件式（B1)的上限，则第2透镜的负的焦 度（焦度：用焦距的倒数定义的量，此处指折射力）变得过大，难以实现摄像镜头全长的缩 短化。另外，在第2透镜中将发生高次的球面像差、慧形像差。另一方面，如果低于条件式 (B1)的下限，则第2透镜的负的焦度变得过小，佩兹伐和的校正变得困难，画面周边部的成 像性能将劣化。因此，如果满足条件式（B1)，则即使变得明亮而光束直径增加，也能够实现 良好的像差校正。
[0158] 条件式（B2)是用于将第2透镜的面形状设定为适当的范围的条件式。通过低于 条件式（B2)的上限，能够防止第2透镜的像侧面的曲率极端变强（即曲率半径的绝对值极 端变小），能够抑制像侧面中发生的高次的球面像差、慧形像差。进而，通过使第2透镜的焦 距处于条件式（B1)的范围，能够进一步增大上述效果。另一方面，通过高于条件式（B2)的 下限，能够适度地维持第2透镜的像侧面的曲率半径，慧形像差、像面弯曲、像散、色像差等 的校正变得容易。进而，通过使第2透镜的焦距处于条件式（B1)的范围，从而能够得到连 画面周边部都更良好的成像性能。
[0159] 根据上述第2类型的特征的结构，能够实现虽然比以往类型更小型但诸多像差被 良好地校正了的、F2. 4左右的明亮的4片结构的摄像镜头以及具备该摄像镜头的摄像光学 装置。另外，如果在便携电话、便携信息终端等数字设备中使用该摄像光学装置，则能够针 对数字设备紧凑地附加高性能的图像输入功能，能够对其紧凑化、高性能化、高功能化等作 出贡献。以下说明用于平衡良好地得到这样的效果、并且实现更高的光学性能、小型化等的 条件等。
[0160] 更期望满足以下的条件式（Bla)。
[0161] -3. 98 彡 f2/f 彡-1. 39…（Bla)
[0162] 该条件式（Bla)在所述条件式（B1)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（Bla)，从而能够进一步增大上述效果。
[0163] 更期望满足以下的条件式（B2a)。
[0164] 0. 28 ^ (r2A+r2B) / (r2A-r2B) ^ 1. 0- (B2a)
[0165] 该条件式（B2a)在所述条件式（B2)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（B2a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0166] 期望满足以下的条件式（B3)。
[0167] 1. 35 ^ (r3A+r3B) / (r3A-r3B) ^ 1. 98- (B3)
[0168] 其中，
[0169] r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、
[0170] r3B :第3透镜的像侧面的曲率半径。
[0171] 条件式（B3)是用于将第3透镜的面形状设定为适当的范围的条件式。通过低于 条件式（B3)的上限，能够防止第3透镜的像侧面的曲率极端变强，能够抑制像侧面中发生 的高次的球面像差、慧形像差。另一方面，通过高于条件式（B3)的下限，能够适度地维持第 3透镜的物体侧面的曲率半径，能够减小朝向摄像元件周边部的光线的向物体侧面的入射 角，所以能够抑制慧形像差、畸变像差等。
[0172] 更期望满足以下的条件式（B3a)。
[0173] 1. 39 < (r3A+r3BV(r3A-r3B) < 1. 69…（B3a)
[0174] 该条件式（B3a)在所述条件式（B3)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（B3a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0175] 期望满足以下的条件式（B4)。
[0176] 0<(r4A+r4B)/ (r4A~r4B) ^ 1··· (B4)
[0177] 其中，
[0178] r4A :第4透镜的物体侧面的曲率半径、
[0179] r4B :第4透镜的像侧面的曲率半径。
[0180] 条件式（B4)是用于将第4透镜的面形状设定为适当的范围的条件式。通过低于 条件式（B4)的上限，第4透镜的周边部不会向像面方向大幅伸出，所以能够避免和配置在 第4透镜与固体摄像元件之间的滤波器（例如光学的低通滤波器、红外线截止滤波器等）、 固体摄像元件封装的密封玻璃等平行平板、固体摄像元件的基板等的接触，而且能够缩短 后焦距，能够实现摄像镜头全长的缩短化。另一方面，通过高于条件式（B4)的下限，能够防 止第4透镜的物体侧面的曲率极端变强，能够确保周边光线的像侧光束的焦阑特性。
[0181] 更期望满足以下的条件式（B4a)。
[0182] 0. 49 ^ (r4A+r4B)/ (r4A~r4B) ^ 1··· (B4a)
[0183] 该条件式（B4a)在所述条件式（B4)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，通过优选满足条件式（B4a)，能够进一步增大上述效果。
[0184] 期望满足以下的条件式（B5)。
[0185] -1. 83 彡 r3A/f 彡-0· 77... (B5)
[0186] 其中，
[0187] r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、
[0188] f :摄像镜头全系统的焦距。
[0189] 条件式（B5)是用于将第3透镜的物体侧面的曲率半径设定为适当的范围的条件 式。通过低于条件式（B5)的上限，能够防止第3透镜的物体侧面的曲率半径的绝对值变得 过小，第2透镜的像侧面中发生的像差、即朝向摄像元件周边部的光线的像差（例如慧形像 差、倍率色像差）的校正变得容易。另外，能够避免针对作为曲率强的凹面的第2透镜的像 侧面的有效径附近处的接触，对摄像镜头全系统的缩短化也有利。另一方面，通过高于条件 式（B5)的下限，能够适度地维持第3透镜的物体侧面的曲率半径，能够减小朝向摄像元件 周边部的光线的向物体侧面的入射角，所以能够抑制第3透镜的物体侧面中发生的慧形像 差、畸变像差等。
[0190] 更期望满足以下的条件式（B5a)。
[0191] -1. 66 彡 r3A/f 彡-0· 98…（B5a)
[0192] 该条件式（B5a)在所述条件式（B5)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（B5a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0193] 期望所述第4透镜的像侧面具有非球面形状，在其中心具有负的折射力，负的折 射力随着朝向周边而变小，具有拐点，并满足以下的条件式（B6)。
[0194] 0· 05 彡 T4/f 彡 0· 22…（B6)
[0195] 其中，
[0196] f :摄像镜头全系统的焦距、
[0197] T4 :第4透镜的光轴上的厚度。
[0198] 通过将第4透镜的像侧面设为随着从光轴向周边前进而负的折射力变小、并且具 有拐点的非球面形状，易于确保像侧光束的焦阑特性。另外，第3透镜的像侧面无需在透镜 周边部过度地减小负的折射力，能够良好地校正轴外像差。此处"拐点"是指，在有效半径 内的透镜剖面形状的曲线中，非球面顶点的切平面成为与光轴垂直的平面那样的非球面上 的点。
[0199] 条件式（B6)是用于将第4透镜的轴上厚度设定为适当的范围，从而适当地实现摄 像镜头的像面性的条件式。在第4透镜中，光轴附近处的折射力和周边处的折射力相比于 其他透镜明显不同，所以轴上厚度针对像面弯曲的影响大。通过低于条件式（B6)的上限， 能够防止像面弯曲倒向过侧。另一方面，通过高于条件式（B6)的下限，能够防止像面弯曲 倒向欠侧。因此，通过满足条件式（B6)，能够防止摄像镜头的像面性过于倒向过侧、欠侧。
[0200] 更期望满足以下的条件式（B6a)。
[0201] 0· 11 彡 T4/f 彡 0· 19…（B6a)
[0202] 该条件式（B6a)在所述条件式（B6)所规定的条件范围中，规定了基于上述观点等 的更优选的条件范围。因此，优选满足条件式（B6a)，从而能够进一步增大上述效果。
[0203] 接下来，以下说明用于在所述第1或者第2类型的特征的结构中平衡性良好地得 到上述效果、并且实现更高的光学性能、小型化等的条件、优选的方式等。
[0204] 期望所述第1透镜是双凸透镜。为了全长的缩短化，需要将第1透镜的焦度保持 得较大。如果通过将第1透镜设为双凸形状而使两面分担焦度分配，则能够防止单侧的曲 率极端变强。由此，能够抑制高次的球面像差、慧形像差的发生。
[0205] 期望所述第3透镜是向像面侧凸的弯月形透镜。通过将第3透镜设为使凸面朝向 像面侧的弯月形形状，能够减小朝向摄像元件周边部的光线的向物体侧面的入射角。由此， 能够抑制慧形像差、畸变像差等。
[0206] 期望透镜全部由塑料材料形成。即，期望摄像镜头作为透镜仅具有塑料透镜。近 年来，以包括固体摄像元件的摄像光学装置整体的小型化为目的，开发了虽然是相同的像 素数的固体摄像元件，但像素间距小，作为结果而摄像面尺寸小的固体摄像元件。面向这样 的摄像面尺寸小的固体摄像元件的摄像镜头，需要将全系统的焦距设得比较短，所以各透 镜的曲率半径、外径相当小。因此，如果与通过麻烦的研磨加工而制造的玻璃透镜比较，则 通过用由射出成型制造的塑料透镜构成全部的透镜，即使是曲率半径、外径小的透镜，也能 够廉价地大量生产。另外，关于塑料透镜，能够降低加压温度，所以能够抑制成型模具的损 耗，其结果，能够减少成型模具的更换次数、维护次数，实现成本降低。
[0207] 本发明的摄像镜头适合用作带图像输入功能的数字设备（例如便携终端）用的摄 像镜头，通过将其与摄像元件等组合，能够构成光学地取入被摄体的影像并输出为电信号 的摄像光学装置。摄像光学装置是构成被摄体的静止画面摄影、动画摄影所使用的照相机 的主要的构成要素的光学装置，例如，通过从物体（即被摄体）侧依次具备形成物体的光学 像的摄像镜头、和将由该摄像镜头形成的光学像变换为电信号的摄像元件而构成。另外，通 过以在摄像元件的受光面（即摄像面）上形成被摄体的光学像的方式，配置具有上述特征 结构的摄像镜头，能够实现小型、低成本且具有高的性能的摄像光学装置、具备该摄像光学 装置的数字设备。
[0208] 作为带图像输入功能的数字设备的例子，可以例举出数字照相机、摄像机、监视照 相机、车载照相机、电视电话用照相机等照相机，并且，可以例举出个人计算机、便携终端 (例如便携电话、移动式计算机等小型且可便携的信息设备终端）、它们的周边设备（扫描 仪、打印机等）、其他数字设备等中内置或者外装的照相机。根据这些例子可知，不仅能够使 用摄像光学装置而构成照相机，而且还能够通过对各种设备搭载摄像光学装置来附加照相 机功能。例如，能够构成带照相机的便携电话等带图像输入功能的数字设备。
[0209] 在图17中，作为带图像输入功能的数字设备的一个例子，用示意性的剖面示出数 字设备DU的概略结构例。搭载于图17所示的数字设备DU的摄像光学装置LU从物体（即 被摄体）侧开始依次具备形成物体的光学像（像面）IM的摄像镜头LN(AX :光轴）、平行平 板PT (摄像元件SR的罩玻璃；与根据需要配置的光学的低通滤波器、红外截止滤波器等光 学滤波器等相当）、以及将通过摄像镜头LN而形成在受光面（摄像面）SS上的光学像IM变 换为电信号的摄像元件SR。在由该摄像光学装置LU构成带图像输入功能的数字设备DU的 情况下，通常在其主体内部配置摄像光学装置LU，但在实现照相机功能时，能够采用与需要 对应的方式。例如，能够针对数字设备DU的主体，装卸自如或者转动自如地构成单元化了 的摄像光学装置LU。
[0210] 如上所述，摄像镜头LN由从物体侧开始依次包括第1?第4透镜L1?L4的单焦 点的4片结构构成，成为在摄像元件SR的受光面SS上形成光学像IM的结构。作为摄像元 件SR，使用具有例如多个像素的CCD型图像传感器、CMOS型图像传感器等固体摄像元件。 摄像镜头LN被设置成在作为摄像元件SR的光电变换部的受光面SS上形成被摄体的光学 像頂，所以由摄像镜头LN形成的光学像頂通过摄像元件SR被变换为电信号。
[0211] 数字设备DU除了摄像光学装置LU以外，还具备信号处理部1、控制部2、存储器3、 操作部4、显示部5等。在信号处理部1中，根据需要对由摄像元件SR生成的信号实施规 定的数字图像处理、图像压缩处理等，并作为数字影像信号而记录到存储器3 (半导体存储 器、光盘等）中，根据情况，经由电缆或者变换为红外线信号等而传送到其他设备（例如便 携电话的通信功能）。控制部2由微型计算机构成，集中地进行摄影功能（静止画面摄影 功能、动画摄影功能等）、图像再生功能等功能的控制、用于对焦的透镜移动机构的控制等。 例如，通过控制部2进行针对摄像光学装置LU的控制，以进行被摄体的静止画面摄影、动画 摄影中的至少一方。显示部5是包括液晶监视器等显示器的部分，使用由摄像元件SR变换 后的图像信号或者记录在存储器3中的图像信息进行图像显示。操作部4是包括操作按钮 (例如释放按钮）、操作拨盘（例如摄影模式拨盘）等操作部件的部分，将操作者操作输入 了的信息传递给控制部2。
[0212] 接下来，例举第1?第8实施方式，更详细地说明摄像镜头LN的具体的光学结构。 在图1、图3、图5、图7、图9、图11、图13、图15中，用光学剖面分别示出处于无限远对焦状 态的摄像镜头LN的第1?第8实施方式。第j透镜Lj是从物体侧起位于第j个位置的透 镜，关于配置于摄像镜头LN的像侧的平行平板PT，设想了光学的低通滤波器、IR截止滤波 器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像镜头LN的全部透镜面是非球面，关于全部透镜， 将塑料材料设想为光学材料。另外，设想了整体对焦，该整体对焦使第1透镜L1至第4透 镜L4 一体地移动来进行自动对焦、微距切换功能等中的对焦。
[0213] 在第1?第8实施方式的摄像镜头LN中，从物体侧开始，按照正的第1透镜L1、负 的第2透镜L2、正的第3透镜L3以及负的第4透镜L4的顺序配置。其中，第4透镜L4都 设为物体侧面为凹面或者平面、并且像侧面为凹面。另外，第4透镜的像侧面成为具有非球 面形状、在其中心具有负的折射力、负的折射力随着朝向周边而变小、具有拐点的结构。
[0214] 但是，关于塑料材料，温度变化时的折射率变化大，所以如果用塑料透镜构成全部 透镜，则存在如下问题：在周围温度变化了时，摄像镜头全系统的像点位置变动。但是，最近 了解到，如果在塑料材料中混合无机微粒，则能够减小塑料材料受到的温度变化的影响。如 果详细说明，一般在透明的塑料材料中混合微粒时，产生光的散射而透射率降低，所以难以 用作光学材料，但如果使微粒的大小小于透过光束的波长，则实质上能够防止发生散射。
[0215] 另外，虽然塑料材料由于温度上升而折射率降低，但关于无机粒子，如果温度上升 则折射率上升。因此，通过利用这些的温度依赖性以相互抵消的方式作用，能够做到几乎不 产生折射率变化。具体而言，通过在作为母材的塑料材料中分散最大长度为20纳米以下的 无机粒子，能够设为折射率的温度依赖性极其低的塑料材料。例如，通过在丙烯酸树脂中分 散氧化铌（Nb 205)的微粒，能够减小温度变化所致的折射率变化。
[0216] 通过在本发明的摄像镜头LN中使用折射力比较大的正透镜（即第1透镜L1、第3 透镜L3)、或者在全部透镜（第1?第4透镜L1?L4)中使用这样的分散了无机粒子的塑 料材料，能够将摄像镜头LN全系统的温度变化时的像点位置变动抑制得较小。
[0217] 在上述各实施方式、后述各实施例中，入射到固体摄像元件的摄像面的光束的主 光线入射角，在摄像面周边部中未必成为充分小的设计。但是，在最近的技术中，通过重新 研究固体摄像元件的滤色片、片上微透镜阵列的排列，能够减轻暗影（Shading)。具体而言， 如果相对摄像元件的摄像面的像素间距，将滤色片、片上微透镜阵列的排列的间距设定得 小一点，则越接近摄像面的周边部，针对各像素，滤色片、片上微透镜阵列越向摄像镜头光 轴侧偏移，所以能够将斜入射的光束有效地导入到各像素的受光部。由此，能够将固体摄像 元件中发生的暗影抑制得较小。在后述各实施例中，与所述要求被缓和相应地，成为以更小 型化为目的的设计例。
[0218] 实施例
[0219] 以下，例举出实施例的构造数据等，更具体地说明实施本发明的摄像镜头的结构 等。此处例举出的实施例1?8(EX1?8)是与上述第1?第8实施方式分别对应的数值 实施例，示出第1?第8实施方式的镜头结构图（图1、图3、图5、图7、图9、图11、图13、图 15)分别表示对应的实施例1?8的透镜剖面形状、透镜配置等。
[0220] 在各实施例的构造数据中，作为面数据，从左侧的栏开始依次示出面编号、曲率半 径r(mm)、轴上面间隔d(mm)、与d线（波长：587. 56nm)有关的折射率nd、与d线有关的阿贝 数vd、有效半径（mm)。对面编号附加了 *的面是非球面，其面形状通过使用了以面顶点为原 点的局部的正交坐标系（X，Y，Z)的以下的式（AS)定义。作为非球面数据，示出非球面系数 等。另外，在各实施例的非球面数据中无记载的项的系数是0,关于全部数据E-n= X 10'
[0221] 【数学式1】
[0222]
【权利要求】
1. 一种摄像镜头，用于使被摄体像成像于摄像元件的摄像面，其特征在于， 从物体侧开始依次包括正的第1透镜、负的第2透镜、正的第3透镜、以及物体侧面为 凹面或者平面并且像侧面为凹面的负的第4透镜，满足以下的条件式（A1)以及（A2)， 0. 74 ^ fl/f ^ 2- (A1) 0. 22 ^ (r2A+r2B) / (r2A-r2B) ^ 1. 0- (A2) 其中， Π :第1透镜的焦距、 f :摄像镜头全系统的焦距、 r2A :第2透镜的物体侧面的曲率半径、 r2B :第2透镜的像侧面的曲率半径。
2. 根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式（A3)， 1. 21 ^ (r3A+r3B) / (r3A-r3B) ^ 1. 82- (A3) 其中， r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、 r3B :第3透镜的像侧面的曲率半径。
3. 根据权利要求1或者2所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式（A4)， 0<(r4A+r4B)/ (r4A-r4B) ^1··· (A4) 其中， r4A :第4透镜的物体侧面的曲率半径、 r4B :第4透镜的像侧面的曲率半径。
4. 根据权利要求1?3中的任意一项所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式（A5)， 0· 2 彡 f3/f 彡 0· 64…（A5) 其中， f3 :第3透镜的焦距、 f :摄像镜头全系统的焦距。
5. 根据权利要求1?4中的任意一项所述的摄像镜头，其特征在于， 所述第4透镜的像侧面具有非球面形状，在其中心具有负的折射力，负的折射力随着 朝向周边而变小，具有拐点，满足以下的条件式（A6)， 0· 05 彡 T4/f 彡 0· 22…（A6) 其中， f :摄像镜头全系统的焦距、 T4 :第4透镜的光轴上的厚度。
6. -种摄像镜头，用于使被摄体像成像于摄像元件的摄像面，其特征在于， 从物体侧开始依次包括正的第1透镜、负的第2透镜、正的第3透镜、以及物体侧面为 凹面或者平面并且像侧面为凹面的负的第4透镜，满足以下的条件式（B1)以及（B2)， -5 彡 f2/f 彡-1. 37…（B1) 0. 22 ^ (r2A+r2B) / (r2A-r2B) ^ 1. 0- (B2) 其中， f2 :第2透镜的焦距、 f :摄像镜头全系统的焦距、 r2A :第2透镜的物体侧面的曲率半径、 r2B :第2透镜的像侧面的曲率半径。
7. 根据权利要求6所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式（B3)， 1. 35 < (r3A+r3BV(r3A-r3B) < 1. 98…（B3) 其中， r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、 r3B :第3透镜的像侧面的曲率半径。
8. 根据权利要求6或者7所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式（B4)， 0<(r4A+r4B)/ (r4A-r4B) ^1··· (B4) 其中， r4A :第4透镜的物体侧面的曲率半径、 r4B :第4透镜的像侧面的曲率半径。
9. 根据权利要求6?8中的任意一项所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式（B5)， -1. 83 彡 r3A/f 彡-0· 77... (B5) 其中， r3A :第3透镜的物体侧面的曲率半径、 f :摄像镜头全系统的焦距。
10. 根据权利要求6?9中的任意一项所述的摄像镜头，其特征在于， 所述第4透镜的像侧面具有非球面形状，在其中心具有负的折射力，负的折射力随着 朝向周边而变小，具有拐点，满足以下的条件式（B6)， 0· 05 彡 T4/f 彡 0· 22…（B6) 其中， f :摄像镜头全系统的焦距、 T4 :第4透镜的光轴上的厚度。
11. 根据权利要求1?10中的任意一项所述的摄像镜头，其特征在于， 所述第1透镜是双凸透镜。
12. 根据权利要求1?11中的任意一项所述的摄像镜头，其特征在于， 所述第3透镜是向像面侧凸的弯月形透镜。
13. 根据权利要求1?12中的任意一项所述的摄像镜头，其特征在于， 透镜全部由塑料材料形成。
14. 一种摄像光学装置，其特征在于，具备： 权利要求1?13中的任意一项所述的摄像镜头；以及 摄像元件，将形成在摄像面上的光学像变换为电信号， 以在所述摄像元件的摄像面上形成被摄体的光学像的方式，设置有所述摄像镜头。
15. -种数字设备，其特征在于， 具备权利要求14所述的摄像光学装置，从而被附加了被摄体的静止画面摄影、动画摄 影中的至少一方的功能。
16. 根据权利要求15所述的数字设备，其特征在于， 所述数字设备是便携终端。
【文档编号】G02B13/00GK104105992SQ201380006226
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2012年1月25日
【发明者】田中宏明 申请人:柯尼卡美能达株式会社