專利名稱：圖象捕捉透鏡、圖象捕捉裝置以及圖象捕捉單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖象捕捉透鏡，該透鏡適用于諸如CCD型圖象傳感器或CMOS型圖象傳感器的固態(tài)圖象捕捉裝置的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著采用諸如CCD(電荷耦合器件)型圖象傳感器或CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)型圖象傳感器的固態(tài)圖象捕捉裝置的圖象捕捉設(shè)備的性能提高以及尺寸減小，分別配備有圖象捕捉裝置的蜂窩電話和個(gè)人計(jì)算機(jī)得到廣泛使用。
由于這些蜂窩電話和個(gè)人計(jì)算機(jī)中尺寸減小或功能增強(qiáng)導(dǎo)致的密度增大，越來(lái)越要求圖象捕捉設(shè)備上承載的圖象捕捉透鏡尺寸減小，以用來(lái)實(shí)現(xiàn)小型的圖象捕捉設(shè)備。
作為用于這種小型圖象捕捉設(shè)備的圖象捕捉透鏡，近年來(lái)，三透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡已經(jīng)變得普及，這是由于這種類型的圖象捕捉透鏡與具有單個(gè)透鏡或兩個(gè)透鏡的結(jié)構(gòu)的圖象捕捉透鏡相比具有更高的性能，在三透鏡結(jié)構(gòu)中，具有正折射率的第一透鏡、具有負(fù)折射率的第二透鏡以及具有正折射率的第三透鏡自物體一側(cè)起以這個(gè)順序排列。這種類型的所謂三重型圖象捕捉透鏡例如在TOKKAI No.2001-75006中公開。
然而，在TOKKAI No.2001-75006中描述的這種類型的圖象捕捉透鏡不適于減小圖象捕捉透鏡的總長(zhǎng)度(從整個(gè)圖象捕捉透鏡中最靠近物體側(cè)定位的表面到圖象側(cè)焦點(diǎn)的距離，假設(shè)在圖象捕捉透鏡中孔徑光闌最靠近物體側(cè)定位，則圖象捕捉透鏡的總長(zhǎng)度是從孔徑光闌到圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離)，盡管這是一種可以適當(dāng)校正各種像差，同時(shí)可以確保較寬張角的透鏡。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種三重類型的圖象捕捉透鏡，其中，盡管其尺寸小于傳統(tǒng)類型的透鏡，但它仍然能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ鞣N像差。
在條目(1)中描述的本發(fā)明構(gòu)造中，從物體側(cè)起以如下順序布置了孔徑光闌、具有正折射率的雙凸形式的第一透鏡、具有負(fù)折射率并具有面對(duì)物體側(cè)的凹面的第二透鏡、以及具有面對(duì)物體側(cè)的凸面的新月形第三透鏡。
在前述構(gòu)造中，由于孔徑光闌布置成最靠近物體側(cè)，因此可以保持出射光瞳位置遠(yuǎn)離圖象平面。如果出射光瞳遠(yuǎn)離圖象平面定位，則從透鏡端面發(fā)出的光通量的主要光線以接近垂直的角度入射到固態(tài)圖象捕捉元件上。換句話說(shuō)，可以非常好地保持焦闌特性，并且可以使圖象平面周邊部分上陰影的減小最小。
此外，上述圖象捕捉透鏡的基本構(gòu)造是基于第一正透鏡、第二負(fù)透鏡和第三透鏡。此外，具有相對(duì)大折射率的雙凸形式第一正透鏡和第二負(fù)透鏡布置在前部?jī)?nèi)，以形成與長(zhǎng)焦類型相似的構(gòu)造，由此縮短了整個(gè)圖象捕捉透鏡長(zhǎng)度。
在條目(2)中描述的本發(fā)明構(gòu)造中，該構(gòu)造與條目(1)中描述的相同，并且第三透鏡具有正折射率。由于這種結(jié)構(gòu)，第一正透鏡、第二負(fù)透鏡和第三正透鏡從物鏡側(cè)起以這個(gè)順序布置，形成所謂的三重類型的構(gòu)造。
在條目(3)所描述的本發(fā)明構(gòu)造中，該構(gòu)造與條目(1)或條目(2)中描述的相同，且第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡中任一個(gè)在其至少一側(cè)上具有非球面。
在上述構(gòu)造中，當(dāng)非球面用在第一正透鏡上時(shí)，這將校正球面像差和彗形像差，而當(dāng)非球面用在第二負(fù)透鏡上時(shí)，這會(huì)校正彗形像差和象散。此外，在第三正透鏡中，利用軸上光束和周邊光束由于第三正透鏡布置在最靠近圖象平面的位置而在穿行高度上彼此不同的現(xiàn)象，非球面用來(lái)校正遠(yuǎn)離光軸的周邊屏幕部分內(nèi)的各種像差。
在條目(4)中描述的本發(fā)明為如下構(gòu)造，其中構(gòu)造本身與結(jié)構(gòu)1、2或3中所描述的本發(fā)明的相同，但在光軸上從孔徑光闌到圖象側(cè)焦點(diǎn)的距離由L表示、有效圖象平面的對(duì)角長(zhǎng)度由2Y表示、第一透鏡的焦距由f1表示、第三透鏡的焦距由f3表示、而總透鏡的焦距由f表示時(shí)，滿足以下的條件式(1)～(3)。
L/2Y＜1.50(1)0.50＜f1/＜0.95(2)
1.00＜f3/f＜1.40(3)上述構(gòu)造中的條件式(1)表示規(guī)定圖象捕捉透鏡總長(zhǎng)度并實(shí)現(xiàn)其尺寸減小的條件，當(dāng)不超過(guò)表達(dá)式(1)中的上限值時(shí)，總的圖象捕捉透鏡長(zhǎng)度可以形成得較短，而圖象捕捉透鏡的外徑由于協(xié)同效應(yīng)而可以形成得較小。順便地說(shuō)，用來(lái)計(jì)算條件式(1)的L是從孔徑光闌到圖象側(cè)焦點(diǎn)的距離，而圖象側(cè)焦點(diǎn)意味著當(dāng)平行于光軸的準(zhǔn)直光線進(jìn)入圖象捕捉透鏡時(shí)所形成的像點(diǎn)。此外，在諸如低通濾光片的平行的平板形光學(xué)元件設(shè)置于第三透鏡的圖象側(cè)表面和圖象側(cè)焦點(diǎn)之間的情況下，可以包括如下情況，即在將平行的平板形光學(xué)元件中每一個(gè)的厚度換算到空氣換算的距離時(shí)，滿足條件式(1)?？諝鈸Q算的距離Dc由以下方程獲得Dc＝t/n，其中，t是諸如低通濾光片的厚度，而n是光學(xué)元件的折射率。
此外，條件式(2)是為了規(guī)定第一正透鏡的折射率。通過(guò)超過(guò)表達(dá)式(2)中的下限值，可以避免第一透鏡的正折射率過(guò)渡增加，并避免過(guò)小的曲率半徑。另一方面，當(dāng)未超過(guò)上限值時(shí)，可以避免第一透鏡的正折射率過(guò)分下降，這對(duì)于減小總的圖象捕捉透鏡長(zhǎng)度是有利的。
條件式(3)是為了規(guī)定第三正透鏡的折射率。通過(guò)超過(guò)表達(dá)式(3)中的下限值，可以避免第三透鏡的正折射率過(guò)渡增大，導(dǎo)致第一和第三透鏡之間的正折射率合理分布(在本發(fā)明中f1＜f3是更優(yōu)選的)。另一方面，當(dāng)未超過(guò)上限值時(shí)，可以避免第三透鏡的正折射率過(guò)分下降。
條目(5)中描述的本發(fā)明是其中構(gòu)造本身與結(jié)構(gòu)1、2、3或4中描述的本發(fā)明相同但同時(shí)滿足以下條件方程的構(gòu)造-0.60＜R3/((N2-1)·f)＜-0.20(4)其中，N2是第二透鏡對(duì)d線(d-line)的折射率，R3是第二透鏡在物體側(cè)的曲率半徑，而f是整個(gè)圖象捕捉透鏡的焦距。
條件式(4)表明了通過(guò)將第二透鏡物體側(cè)的負(fù)折射率設(shè)定為適當(dāng)值，來(lái)輕易校正場(chǎng)曲率并使圖象表面平坦的條件。(在這種情況下，由于第二透鏡在物體側(cè)的焦距利用第二透鏡的曲率半徑(R3)和折射率(N2)以R3/(N2-1)來(lái)計(jì)算，因此條件式(4)為表明第二透鏡在物體側(cè)的角度與總的圖象捕捉透鏡的焦距的比的表達(dá)式)。
當(dāng)R3/((N2-1)·f)的值高于下限時(shí)，第二透鏡在物體側(cè)的負(fù)折射率不會(huì)增長(zhǎng)到比所需的更大，并可以抑制離軸光通量的彗形光斑(coma flare)的產(chǎn)生，這可以獲得極好的圖象質(zhì)量。另一方面，當(dāng)R3/((N2-1)·f)的值低于上限時(shí)，可以保持第二透鏡在物體側(cè)的負(fù)折射率。因此，減小負(fù)Petzval和，并可以輕易校正場(chǎng)曲率。此外，可以適當(dāng)校正第一正透鏡造成的球面像差和彗形像差。
條目(6)中描述的本發(fā)明是如下的構(gòu)造，其中構(gòu)造本身與結(jié)構(gòu)1、2、3、4或5中所描述的本發(fā)明的相同，但是當(dāng)v1表示第一透鏡的阿貝數(shù)，而v2表示第二透鏡的阿貝數(shù)時(shí)，滿足以下表達(dá)式。
25＜v1-v2(5)上述構(gòu)造中的條件式(5)表明校正第一正透鏡和第二負(fù)透鏡的色差的條件，軸向色差和橫向色差是通過(guò)建立超過(guò)表達(dá)式下限值的條件而得以校正的。
條目(7)中的本發(fā)明為如下構(gòu)造，其中構(gòu)造本身與結(jié)構(gòu)1、2、3、4、5或6中描述的本發(fā)明相同，但是第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡中任一個(gè)由塑料材料制成。在此，術(shù)語(yǔ)“由塑料材料制成”包括塑料材料制成的基礎(chǔ)材料的表面為了防止反射或增強(qiáng)表面硬度而經(jīng)歷涂覆處理的情況。在下面描述中，這個(gè)定義以相同方式應(yīng)用。
在制造具有小曲率半徑和小外徑的圖象捕捉透鏡情況下，與玻璃相比，塑料更適于大規(guī)模生產(chǎn)，這是由于可以使用諸如注模的制造方法。因此，在上述構(gòu)造中，第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡中每一個(gè)都是由塑料透鏡構(gòu)成。
雖然應(yīng)用玻璃模制的透鏡被認(rèn)為制造相對(duì)容易的圖象捕捉透鏡，盡管小直徑圖象捕捉透鏡，但是塑料透鏡被認(rèn)為適于制造成本保持較低的大規(guī)模生產(chǎn)。
條目(8)中描述的本發(fā)明為如下構(gòu)造，即構(gòu)造本身與結(jié)構(gòu)7中所描述的本發(fā)明的相同，而第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡中每一個(gè)由塑料材料制成，該塑料材料飽和吸水率為0.7％和更小。
與玻璃透鏡相比，塑料透鏡具有較大的飽和吸水性，因此，存在如下問(wèn)題，即當(dāng)濕度突然變化時(shí)瞬時(shí)導(dǎo)致吸水量的不均勻分布，導(dǎo)致折射率不一致，并且塑料透鏡區(qū)域喪失優(yōu)良的成像能力。因此，對(duì)于圖象捕捉透鏡，通過(guò)利用飽和吸水性較小的塑料來(lái)試圖解決濕度變化所引起的能力下降的問(wèn)題，其中飽和吸水性代表了問(wèn)題的原因所在。
條目(9)中描述的本發(fā)明為如下結(jié)構(gòu)，其中進(jìn)一步設(shè)置了光屏蔽掩膜，其設(shè)置在第一透鏡和第二透鏡之間的空隙以及第二透鏡和第三透鏡之間的空隙中至少一個(gè)空隙內(nèi)，以調(diào)節(jié)周邊光通量。
在很多情況下，塑料透鏡一般具有這樣的形式，其中，塑料透鏡在其周邊部分具有凸緣部分，該凸緣部分對(duì)成像不起作用。當(dāng)光線進(jìn)入這個(gè)凸緣部分時(shí)，導(dǎo)致重影和光斑。因此，優(yōu)選地是將調(diào)節(jié)周邊光通量的光屏蔽掩膜布置在各透鏡之間的兩個(gè)間隙中至少一個(gè)內(nèi)。由此，只允許成像所需的光通量通過(guò)，可以將光向凸緣部分的入射限制到最小，形成對(duì)重影和光斑的產(chǎn)生的控制。
順便地說(shuō)，在此提及的光屏蔽掩膜意味著在其中心部分具有孔隙的光屏蔽元件，該孔隙允許光通過(guò)，而其總體形式并不局限于片狀元件。
條目(10)中所述的本發(fā)明為如下結(jié)構(gòu)，其中，第一透鏡由玻璃材料制成，而第二透鏡和第三透鏡中每一個(gè)由塑料材料制成。
如果構(gòu)成圖象捕捉透鏡的所有透鏡由注模制造的塑料透鏡構(gòu)成，則對(duì)減小尺寸、減輕重量以及降低圖象捕捉透鏡成本是有利的。但是，溫度變化造成的塑料材料折射率變化較大，因此，如果所有透鏡都由塑料透鏡構(gòu)成，則整個(gè)圖象捕捉透鏡的圖象點(diǎn)的位置會(huì)隨溫度而變化，這就成為一個(gè)弱點(diǎn)。
溫度變化所造成的圖象點(diǎn)位置的這種變化尤其對(duì)于如下的圖象捕捉設(shè)備(所謂的泛焦型圖象捕捉設(shè)備)成為一個(gè)問(wèn)題，該圖象捕捉設(shè)備配備有具有很多象素的圖象捕捉裝置，且未配備有自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)。在具有很多象素的圖象捕捉裝置的情況下，象素間距較小，而與象素間距成比例的焦深(focal depth)較小，這使得用于圖象點(diǎn)位置改變的允許寬度較小。此外，泛焦型圖象捕捉設(shè)備是如下的系統(tǒng)，其中，刻度cm的目標(biāo)最初聚焦為標(biāo)準(zhǔn)距離，而從無(wú)限到最短距離范圍內(nèi)變化的距離由景深所覆蓋。因此，對(duì)位于無(wú)限遠(yuǎn)或最短距離處的物體的成像質(zhì)量稍微低于對(duì)位于標(biāo)準(zhǔn)距離處物體的，而如果圖象點(diǎn)位置隨溫度變化而變化，則對(duì)應(yīng)于無(wú)限遠(yuǎn)或最短距離的圖象質(zhì)量將極度惡化，這不是優(yōu)選地。
在本發(fā)明的構(gòu)造中，第一正透鏡由玻璃材料制成，第二負(fù)透鏡和第三正透鏡由塑料材料制成，通過(guò)使具有相對(duì)大正折射率的第一透鏡為玻璃透鏡，可以忽略第一透鏡折射率隨溫度變化的變化，并從而形成其中整個(gè)圖象捕捉透鏡系統(tǒng)的圖象點(diǎn)位置隨溫度變化的變化可以抑制到很小的構(gòu)造。
此外，通過(guò)為第一透鏡采用玻璃透鏡，就不需要使得容易劃傷的塑料透鏡暴露在外，而這是優(yōu)選結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在，在為第一透鏡采用玻璃模制透鏡的情況下，對(duì)于其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)較高的玻璃，需要使用于模壓的模壓溫度較高，由此用于模制的金屬模具易于損壞。結(jié)果，用于模制的金屬模具的更換數(shù)量和維護(hù)次數(shù)增多，導(dǎo)致成本上升。因此，當(dāng)采用玻璃模制的透鏡時(shí)，優(yōu)選地是使用Tg為400℃或更低的玻璃材料。
條目(11)中描述的本發(fā)明為如下構(gòu)造，其中，滿足以下條件方程f/|f23|＜0.4(6)其中，|f23|為第二透鏡和第三透鏡的復(fù)合焦距，而f是整個(gè)圖象捕捉透鏡的焦距。
條件式(6)規(guī)定了都由塑料形成的第二透鏡和第三透鏡的復(fù)合焦距的距離。通過(guò)使負(fù)荷焦距大到可以滿足條件式，可以有助于使第二負(fù)透鏡和第三正透鏡的溫度變化造成的塑料透鏡圖象點(diǎn)位置的變動(dòng)彼此抵消，從而，可以將溫度變化造成的圖象點(diǎn)位置的變動(dòng)控制到很小。
條目(12)中描述的本發(fā)明為條目(10)中的結(jié)構(gòu)，其中，第二和第三透鏡中每一個(gè)由塑料材料制成，該塑料材料具有0.7％或更小的飽和吸水率。
條目(12)的結(jié)構(gòu)可以獲得與條目(8)相同的功能。
條目(13)中描述的本發(fā)明是條目(10)中的構(gòu)造，其中還進(jìn)一步設(shè)置了光屏蔽掩膜，該掩膜設(shè)置在第一透鏡和第二透鏡之間的間隙及第二透鏡和第三透鏡之間的間隙中任一個(gè)內(nèi)，以調(diào)節(jié)周邊光通量。
條目(13)的結(jié)構(gòu)可以獲得與條目(9)中相同的功能。
條目(14)中描述的本發(fā)明為如下結(jié)構(gòu)，其中，圖象捕捉裝置包括固態(tài)圖象捕捉元件，該元件包括光電轉(zhuǎn)換部分；以及條目(1)到條目(13)中任一個(gè)所述的圖象捕捉透鏡，該透鏡將物體的圖象形成在固態(tài)圖象捕捉元件的光點(diǎn)轉(zhuǎn)換部分上。
通過(guò)條目(14)的結(jié)構(gòu)，可以獲得小型和高性能的圖象捕捉裝置。
圖象捕捉裝置的具體示例包括照相機(jī)和諸如蜂窩電話和PDA的便攜終端。
條目(15)中描述的本發(fā)明是如下構(gòu)造，其中，圖象捕捉單元包括
固態(tài)圖象捕捉元件，該元件包括光電轉(zhuǎn)換部分；條目(1)到條目(13)中任一個(gè)所述的圖象捕捉透鏡，該透鏡將物體的圖象形成在固態(tài)圖象捕捉元件的光點(diǎn)轉(zhuǎn)換部分上；基板，其支撐固態(tài)圖象捕捉元件并包括用于外部連接的端子，以傳送和接收信號(hào)；以及殼體，其具有開口部分和光屏蔽元件，其中來(lái)自物體側(cè)的圖象光線通過(guò)該開口部分入射到殼體內(nèi)，其中，固態(tài)圖象捕捉元件和圖象捕捉透鏡設(shè)置在殼體內(nèi)、安裝到基板上，以便形成一個(gè)單獨(dú)主體，并且圖象捕捉單元沿光軸的高度為10mm或更小。
通過(guò)利用條目1～13中的圖象捕捉透鏡可以獲得具有尺寸減小且圖象質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)的圖象捕捉單元。順便地說(shuō)，“用于光線入射的孔隙”并不局限于形成諸如孔的空隙的結(jié)構(gòu)，而是可以采取這樣的一個(gè)部分，在該部分形成有可以透射來(lái)自物體側(cè)的入射光的區(qū)域。
讓我們認(rèn)為“為10(mm)或更小的上述圖象捕捉單元在圖象捕捉透鏡光軸方向上的高度”意味著配備有所有上述結(jié)構(gòu)的圖象捕捉單元在光軸方向上的總高度。因此，當(dāng)例如殼體設(shè)置到基本的表面上且電子器件安裝到基本背面時(shí)，可以估計(jì)到從殼體在物體側(cè)的前端部到從背面突出的電子器件的前端部的距離為10mm或更小。
在條目(16)中的本發(fā)明為如下構(gòu)造，其中，便攜終端裝置設(shè)置有權(quán)利要求15中所述的圖象捕捉單元。
通過(guò)承載條目15的圖象捕捉單元，可以獲得能夠以較高圖象質(zhì)量捕捉圖象的小型移動(dòng)終端。


圖1示出代表本發(fā)明實(shí)施例的包括圖象捕捉透鏡單元每個(gè)透鏡的光軸的部分的剖面圖；圖2是圖象捕捉單元的透視圖；圖3a和3b是蜂窩電話的視圖；圖4是示出控制單元的方塊圖；圖5是示出示例1中的圖象捕捉透鏡的配置的視圖；
圖6示出示例1中的像差圖(球面像差、象散、扭變、縱向(meridional)彗形像差)；圖7是示出示例2中圖象捕捉透鏡的配置的視圖；圖8示出示例2中的像差圖(球面像差、象散、扭變、縱向彗形像差)；圖9是示出示例3中的圖象捕捉透鏡的配置的視圖；圖10示出示例3中的像差圖(球面像差、象散、扭變、縱向彗形像差)；圖11是示出示例4中的圖象捕捉透鏡的配置的視圖；圖12示出示例4中的像差圖(球面像差、象散、扭變、縱向彗形像差)；圖13是示出示例5中的圖象捕捉透鏡的配置的視圖；圖14示出示例5中的像差圖(球面像差、象散、扭變、縱向彗形像差)；圖15是示出示例6中的圖象捕捉透鏡的配置的視圖；圖16示出示例6中的像差圖(球面像差、象散、扭變、縱向彗形像差)；圖17是示出示例7中的圖象捕捉透鏡的配置的視圖；圖18示出示例7中的像差圖(球面像差、象散、扭變、縱向彗形像差)；具體實(shí)施方式
將基于圖1解釋本發(fā)明的圖象捕捉透鏡單元的實(shí)施例。圖1示出包括圖象捕捉透鏡單元的透鏡1、透鏡2和透鏡3的光軸的部分的剖面圖，該圖象捕捉透鏡單元具有光屏蔽掩膜26；IR(紅外線)濾光片(cut filter)23，其防止來(lái)自物體側(cè)的紅外線入射；圖象捕捉透鏡，其中，光闌S、第一透鏡L1、第二透鏡L2和第三透鏡L3自物體側(cè)起按這個(gè)順序排列；透鏡鏡筒21，其中容放透鏡L1、透鏡L2、和透鏡L3；透鏡架22，其固定在透鏡鏡筒21中布置的透鏡L1、透鏡L2和透鏡L3。這種圖象捕捉透鏡單元是用于進(jìn)行利用包括光闌S和透鏡L1、L2和L3的光學(xué)系統(tǒng)將物體圖象成像到諸如CCD的固態(tài)圖象捕捉裝置上的部件。順便地說(shuō)，讓我們假設(shè)在圖1中，物體側(cè)在頂側(cè)，而圖象側(cè)在底側(cè)，并且圖1中的點(diǎn)劃線表示光軸，該光軸對(duì)透鏡L1、L2和L3是共同的，而固態(tài)圖象捕捉裝置的光接收平面位于沿著光軸傳播的入射光的焦點(diǎn)位置。
上述透鏡鏡筒21由圓柱形主體形成，其具有其上設(shè)置空隙的底部，并且透鏡鏡筒21以其底側(cè)上的端部面對(duì)物體側(cè)而其開口側(cè)的端部面對(duì)圖象側(cè)而使用。
此外，空隙形成在透鏡鏡筒21的底部中心部分處，且這個(gè)空隙作用為光闌S，以確定整個(gè)圖象捕捉透鏡系統(tǒng)的F數(shù)(光圈數(shù))。此外，粘結(jié)矩形的IR濾光片23以將其固定到底部的外側(cè)上。順便地說(shuō)，IR濾光片23也可以是圓形的。
光屏蔽掩膜26使不需要的光的入射減小到盡可能小的功能，并且用粘結(jié)劑固定到透鏡鏡筒21的上部。順便地說(shuō)，可應(yīng)用于本發(fā)明的光屏蔽掩膜不局限于上述光屏蔽掩膜26。例如，光屏蔽掩膜可以通過(guò)將光屏蔽材料涂覆在IR濾光片23的上部而形成。
在透鏡鏡筒21內(nèi)側(cè)，在鏡筒的圓柱形主體的中心線與透鏡L1、L2和L3重合的條件下容放透鏡L1、L2和L3。這種類型的透鏡鏡頭21的內(nèi)側(cè)設(shè)定成其內(nèi)徑隨著內(nèi)徑位置從底側(cè)上的端部向開口端部移動(dòng)而逐漸增大成三個(gè)臺(tái)階。
另一方面，在透鏡L1、L2和L3中任一個(gè)內(nèi)，從透鏡中心到規(guī)定范圍內(nèi)的部分設(shè)定為在作用為透鏡的有效直徑范圍內(nèi)，而在所述部分之外的部分設(shè)定為凸緣部分，該凸緣部分不作用為透鏡(透鏡L1、L2和L3每一個(gè)內(nèi)的陰影部分)。在透鏡鏡筒21的底側(cè)上內(nèi)徑最小的一部分設(shè)定成可以配裝第一透鏡L1的凸緣部分的圓周表面。因此，第一透鏡L1通過(guò)這種結(jié)構(gòu)固定在透鏡鏡筒21的內(nèi)側(cè)。
此外，環(huán)形凹陷部分形成在第一透鏡L1凸緣部分中面對(duì)第二透鏡L2的表面上。與此相對(duì)應(yīng)，可以配裝到第一透鏡L1的上述凹陷部分內(nèi)的凸起部分形成在作為第二透鏡L2的凸緣部分并面對(duì)第一透鏡L1的表面上。當(dāng)凸起部分配裝到該凹陷部分中時(shí)，第一透鏡L1的光軸與第二透鏡L2的光軸可以彼此精確重合。
另外，第三透鏡L3的凸緣部分的外徑設(shè)定成大于第二透鏡L2的凸緣部分的外徑，而凹陷部分形成在作為第三透鏡L3的凸緣部分并面對(duì)第二透鏡L2的表面上。第三透鏡L3的凹陷部分的內(nèi)徑設(shè)定成可以配裝第二透鏡L2凸緣部分的外圓周表面。當(dāng)?shù)诙哥RL2配裝到該凹陷部分中時(shí)，第三透鏡L3的光軸與第二透鏡L2的光軸可以彼此精確重合。
以這種方式，在上述結(jié)構(gòu)中，透鏡L1、L2和L3可以在它們光軸彼此重合的條件下彼此配裝。此外，透鏡鏡筒21為如下結(jié)構(gòu)，即，其中它單獨(dú)用底側(cè)上的最小直徑的內(nèi)圓周表面支撐第一透鏡L1，而其他內(nèi)圓周表面與透鏡L1、L2和L3不接觸。
隨著近年來(lái)減小整個(gè)圖象捕捉設(shè)備的尺寸的目的，已經(jīng)研制了如下的圖象捕捉裝置，其中，即使在圖象捕捉裝置內(nèi)的象素?cái)?shù)量相同時(shí)象素間距也很小，導(dǎo)致影像區(qū)域尺寸較小。用于其影響區(qū)域尺寸較小的圖象捕捉裝置的每個(gè)圖象捕捉透鏡的曲率和外徑被迫也很小，這是由于需要縮短整個(gè)系統(tǒng)的焦距來(lái)確保相同的張角。因此，對(duì)于通過(guò)修勻和拋光過(guò)程制造的玻璃透鏡來(lái)說(shuō)難于經(jīng)歷這樣處理。于是，優(yōu)選地是透鏡L1、L2和L3全部是通過(guò)注模形成，其中材料為塑料。此外，作為圖象捕捉裝置，在溫度波動(dòng)時(shí)要將整個(gè)圖象捕捉系統(tǒng)的成像位置變化抑制到很小的情況下，優(yōu)選地是第一透鏡為玻璃模制透鏡。
在所采用的結(jié)構(gòu)中，透鏡L1、L2和L3的光軸根據(jù)相互配合精度而彼此精確重合。因此，在這種結(jié)構(gòu)中，透鏡L1、L2和L3的光軸可以在注模能夠確保的精度范圍內(nèi)彼此形成重合，而與用于透鏡的諸如透鏡鏡筒21的支撐元件的精度無(wú)關(guān)。此外，由于在軸向上對(duì)透鏡L1、L2和L3的凹陷部分和凸起部分的精度可以形成為注模所確保的精度，因此有可能對(duì)于透鏡L1、L2和L3確保為光軸方向上距離所規(guī)定的精度。因此，可以改善光學(xué)系統(tǒng)的組裝精度。另外，組裝容易進(jìn)行，導(dǎo)致可以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)率。
接著，透鏡夾持元件22為光屏蔽材料制成的環(huán)形元件。在透鏡L1、L2和L3放置到透鏡鏡筒21內(nèi)之后，透鏡夾持元件22以壓力插入到透鏡鏡筒21內(nèi)。此時(shí)，由于透鏡夾持元件22的外徑稍大于透鏡鏡筒21的內(nèi)徑，因此，當(dāng)透鏡夾持元件33在其以壓力插入到透鏡鏡筒21內(nèi)之后而與透鏡L3接觸時(shí)，透鏡夾持元件22由透鏡鏡筒21和透鏡夾持元件22之間的摩擦力固定就位。
透鏡鏡筒托架53是圓柱形主體。在透鏡鏡筒托架53的內(nèi)圓周表面上，形成內(nèi)螺紋部分，該部分與透鏡鏡筒21外圓周表面上形成的外螺紋嚙合。透鏡鏡筒21通過(guò)透鏡鏡筒托架53安裝到基板52上。
此外，在各透鏡L1、L2和L3之間，布置有第一光屏蔽掩膜24和第二光屏蔽掩膜25。第一光屏蔽掩膜24布置在其中心與光軸對(duì)齊的環(huán)形凹槽內(nèi)，而環(huán)形凹槽設(shè)置在第二透鏡L2凸起部分的最前部。這個(gè)第一光屏蔽掩膜24是環(huán)形的，且其中心孔的內(nèi)徑設(shè)定為稍小于第二透鏡L2的物體側(cè)有效直徑。當(dāng)?shù)谝还馄帘窝谀?4布置在上述凹槽內(nèi)時(shí)，第一光屏蔽掩膜24在第一光屏蔽掩膜24的中心線與透鏡L1、L2和L3的光軸重合的條件下固定到第一透鏡L1和第二透鏡L2之間。順便地說(shuō)，上述凹槽的深度形成為稍大于第一光屏蔽掩膜24的厚度，以便第一透鏡L1和第二透鏡L2之間在它們相互接合狀態(tài)下的相互距離不會(huì)受到影響。
第二光屏蔽掩膜25布置在其中心與光軸一致的環(huán)形凹槽中，環(huán)形凹槽設(shè)置在第三透鏡L3的凹陷部分的內(nèi)側(cè)底面上，這個(gè)第二光屏蔽掩膜25也為環(huán)形，且其中心孔的內(nèi)徑設(shè)定成稍小于第三透鏡L3的物體側(cè)有效直徑。當(dāng)?shù)诙馄帘窝谀?5布置在前述凹槽內(nèi)時(shí)，第二光屏蔽掩膜25在第二光屏蔽掩膜25的中心線與透鏡L1、L2和L3的光軸重合的條件下固定在第二透鏡L2和第三透鏡L3之間。順便地說(shuō)，前述凹槽的深度形成為稍大于第二光屏蔽掩膜25的厚度，以便第二透鏡L2和第三透鏡L3之間在它們接合狀態(tài)下的相互距離不會(huì)受到影響。
前述光闌S和光屏蔽掩膜24和25之間的相互作用防止了通過(guò)光闌S進(jìn)入的光線進(jìn)入透鏡L1、L2和L3的有效直徑的外側(cè)，從而可以抑制重影和光斑的發(fā)生。
用于本發(fā)明圖象捕捉單元的詳細(xì)應(yīng)用實(shí)施例將解釋如下，參照?qǐng)D2，圖2時(shí)代表本實(shí)施例的圖象捕捉單元50的透視圖。圖象捕捉單元50由牢固形成的CMOS型圖象傳感器，圖象捕捉光學(xué)系統(tǒng)10、基板52和透鏡鏡筒托架53構(gòu)成，其中，CMOS型圖象傳感器代表圖象捕捉裝置，其具有光電傳遞部分51a(光電轉(zhuǎn)換部分)；圖象捕捉光學(xué)系統(tǒng)使得圖象傳感器51的光點(diǎn)傳遞部分51a捕捉圖象；基板52具有與外側(cè)54相連接的端子，其固定圖象傳感器51并進(jìn)行電信號(hào)的發(fā)送和接收，而透鏡鏡筒托架53固定透鏡鏡筒，該透鏡鏡筒具有用于入射來(lái)自物體側(cè)的光線的空隙，并由光屏蔽元件構(gòu)成。
相對(duì)于圖象傳感器51，代表光接收部分的光電傳遞部分(光電轉(zhuǎn)換部分)51a形成在光接收側(cè)平面的中心部分上，在光接收部分上，以二維方式布置象素(固態(tài)光電傳遞元件或固態(tài)圖象捕捉元件)，而信號(hào)處理電路51b圍繞光電傳遞部分51a形成。信號(hào)處理電路由驅(qū)動(dòng)電路部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、和信號(hào)處理部分構(gòu)成，其中驅(qū)動(dòng)電路部分依次驅(qū)動(dòng)每個(gè)象素并獲取信號(hào)電荷，A/D轉(zhuǎn)換部分將每個(gè)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而信號(hào)處理部分通過(guò)利用數(shù)字信號(hào)形成信號(hào)輸出。此外，在圖象接收側(cè)的圖象傳感器51的外邊緣附近，布置有多個(gè)焊點(diǎn)(未示出)，它們通過(guò)導(dǎo)線W連接到基板52上。圖象傳感器51將來(lái)自于光電傳遞部分51a的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)變?yōu)橹T如數(shù)字YUV信號(hào)的圖象信號(hào)，并通過(guò)導(dǎo)線W將它們輸出到基板52上的規(guī)定電路上。在這種情況下，Y代表亮度信號(hào)，U(＝R-Y)代表紅色和亮度的色差信號(hào)，而V(＝B-Y)代表藍(lán)色和亮度信號(hào)的色差信號(hào)。
順便地說(shuō)，圖象捕捉裝置不局限于前述CMOS類型的圖象傳感器，而也可以使用其他類型的，如CCD。
基板52由支撐平板52a和撓性基板52b構(gòu)成，支撐平板52a在其平坦表面上支撐圖象傳感器51和外殼53，而撓性基板52b的端部連接到支撐平板52a的后側(cè)(與圖象傳感器51相對(duì)的表面)。
支撐平板52a具有在其表面和后側(cè)上多個(gè)信號(hào)傳輸焊點(diǎn)，且在其平坦表面?zhèn)冗B接到圖象傳感器51的導(dǎo)線W上，而在其后表面?zhèn)冗B接到撓性基板52b上。
撓性基板52b在其一端部與支撐平板52a連接，并通過(guò)設(shè)置在另一端的外部輸出端子54將支撐平板52a與外部電路(例如，其中容放圖象捕捉單元的上級(jí)設(shè)備所擁有的控制電路)相連接，然后，從外部電路接收用于驅(qū)動(dòng)圖象傳感器51的電源和時(shí)鐘信號(hào)，并可以將數(shù)字YUV信號(hào)輸出到輸出電路。此外，撓性基板52b在縱向上的中間部分提供有撓性或變形性，且其變形性為支撐平板52a賦予了方向上或外部輸出端子布置上的自由度。
使用圖象捕捉單元50的實(shí)施例將描述如下。圖3示出圖象捕捉單元50如何安裝到代表移動(dòng)終端的蜂窩電話100上的。圖4是蜂窩電話100的控制方塊圖。
例如，圖象捕捉單元50設(shè)置在液晶顯示部分之下的位置處，且外殼53在圖象捕捉光學(xué)系統(tǒng)物體側(cè)上的端面設(shè)置在蜂窩電話100的背面(前側(cè)是液晶顯示器側(cè))。
圖象捕捉單元50的外部連接端子54連接到蜂窩電話100的控制部分101上，并相控制部分101側(cè)輸出諸如亮度信號(hào)和色差信號(hào)的圖象信號(hào)。
另一方面，蜂窩電話100由控制部分(CPU)101、輸入部分60、顯示部分70、無(wú)線通信部分80、存儲(chǔ)部分(ROM)91、和暫時(shí)存儲(chǔ)部分(RAM)構(gòu)成，其中控制部分101集中控制每個(gè)部分，并執(zhí)行與每個(gè)處理相對(duì)應(yīng)的程序，輸入部分60用以支持通過(guò)按鍵輸入數(shù)字、顯示部分70顯示規(guī)定數(shù)據(jù)之外的所捕捉的圖象，無(wú)線通信部分80用于與外部服務(wù)器實(shí)現(xiàn)各種類型的信息通信，存儲(chǔ)部分91存儲(chǔ)蜂窩電話100的系統(tǒng)程序、各種類型的處理程序以及諸如終端ID的必要數(shù)據(jù)，而暫時(shí)存儲(chǔ)部分92用作工作區(qū)，暫時(shí)存儲(chǔ)控制部分101所執(zhí)行的各種類型的處理程序、數(shù)據(jù)或處理數(shù)據(jù)或由圖象捕捉單元50捕捉的圖象捕捉數(shù)據(jù)。
然后，從圖象捕捉單元50輸入的圖象數(shù)據(jù)由蜂窩電話100的控制系統(tǒng)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部分92中，或顯示在顯示部分70上，或通過(guò)無(wú)線通信部分80作為圖象信息進(jìn)一步傳送到外側(cè)。
接著，基于示例1～7，解釋圖象捕捉透鏡的規(guī)格，然而本發(fā)明不局限于此。用在相應(yīng)示例內(nèi)的符號(hào)如下f: 焦距fB后焦點(diǎn)F F數(shù)(光圈數(shù))2Y有效圖象平面的對(duì)角長(zhǎng)度(固態(tài)圖象捕捉裝置的矩形光接收表面的對(duì)角長(zhǎng)度)R 折射界面的曲率半徑D 折射界面之間的距離Nd透鏡材料在d線處的折射率vd阿貝數(shù)(阿貝常數(shù))此外，在每個(gè)示例中，當(dāng)C表示頂點(diǎn)曲率(vertex curvature)，K表示圓錐常數(shù)(conic constant)時(shí)，非球面的形式由以下“數(shù)字1”表示，非球面系數(shù)由矩形坐標(biāo)中的A4、A6、A8、A10和A12表示，在該矩形坐標(biāo)中，原點(diǎn)由平面的頂點(diǎn)表示，而X軸由光軸的方向代表。
(數(shù)字1)X=Ch31+1-(1+K)C2h2+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12]]>其中h=Y2+Z2]]>(第一示例)透鏡數(shù)據(jù)如表1、表2和表3所示。
(表1)(示例1)

(表2)


(表3)

圖5是示出第一示例的圖象捕捉透鏡配置的視圖。在圖中，L1表示第一透鏡，L2表示第二透鏡，L3表示第三透鏡，而S表示孔徑光闌。圖6是示例1中的像差(球面像差、象散、扭變、和縱向彗形像差)的視圖。
第一透鏡L1和第三透鏡L3中每一個(gè)是聚烯烴型塑料透鏡，且其飽和吸水率為0.01％或更小，第二透鏡L2是聚碳酸酯型塑料透鏡，且其飽和吸水率為0.4％。
(第二示例)透鏡數(shù)據(jù)如表4、5和6所示。
(表4)
(示例2)

(表5)


(表6)

圖7是示出示例2的圖象捕捉透鏡的配置的視圖，在圖中，L1表示第一透鏡，L2表示第二透鏡，L3表示第三透鏡，而S表示孔徑光闌。圖8是示例2中像差(球面像差、象散、扭變、和縱向彗形像差)的視圖。
第一透鏡L1和第三透鏡L3中每一個(gè)都是丙烯酸型塑料透鏡，其飽和吸水率為1.3％，第二透鏡L2為聚碳酸酯型塑料透鏡，其飽和吸水率為0.4％。
(第三示例)透鏡數(shù)據(jù)如表7、8和9所示。
(表7)
(示例3)

(表8)


(表9)

圖9是示出示例3中圖象捕捉透鏡配置的視圖，在圖中，L1表示第一透鏡，L2表示第二透鏡，L3表示第三透鏡，而S表示孔徑光闌，圖10是示例3中像差(球面像差、象散、扭變、和縱向彗形像差)的視圖。
第一透鏡L1和第三透鏡L3中每一個(gè)都是丙烯酸型塑料透鏡，其飽和吸水率為1.3％，第二透鏡是聚碳酸酯型塑料透鏡，其飽和吸水率為0.4％。順便地說(shuō)，本示例為如下結(jié)構(gòu)的示例，在該結(jié)構(gòu)中，無(wú)色水晶制成的低通濾光片等價(jià)的平面平行板布置成最靠近圖象。
(第四示例)透鏡數(shù)據(jù)如表10、11和12所示。
(表10)(示例4)

(表11)


(表12)

圖11是示例4中圖象捕捉透鏡的剖面圖，在圖中，L1表示第一透鏡，L2表示第二透鏡，L3表示第三透鏡，而S表示孔徑光闌。圖12是示例4中像差(球面像差、象散、扭變、和縱向彗形像差)的視圖。
第一透鏡L1和第三透鏡L3中每一個(gè)是聚烯烴型塑料透鏡，其飽和吸水率為0.01％，而第二透鏡L2是聚碳酸酯型塑料透鏡，其飽和吸水率為0.4％。
(第五示例)透鏡數(shù)據(jù)在表13、14和15中示出。
(表13)(示例5)

(表14)


(表15)


圖13是示出第五示例的圖象捕捉透鏡配置的視圖，圖中，L1表示第一透鏡，L2表示第二透鏡，L3表示第三透鏡，而S表示孔徑光闌。圖14是示例5中像差(球面像差、象散、扭變、和縱向彗形像差)的視圖。
第一透鏡L1是玻璃透鏡，第二透鏡是飽和吸水率為0.7％的聚酯型塑料透鏡，而第三透鏡L3是飽和吸水率為0.01％或更小的聚烯烴型塑料透鏡。
這個(gè)示例是如下的結(jié)構(gòu)示例，其中，在最靠近圖象側(cè)的位置處，設(shè)置了與紅外線濾波片相對(duì)應(yīng)的平行平板和用于固態(tài)圖象捕捉元件的密封玻璃。
(第六示例)透鏡數(shù)據(jù)在表16、17和18中示出。
(表16)(示例6)

(表17)



(表18)

圖15是示出第六示例的圖象捕捉透鏡配置的視圖，圖中，L1表示第一透鏡，L2表示第二透鏡，L3表示第三透鏡，而S表示孔徑光闌。圖16是示例6中的像差(球面像差、象散、扭變、和縱向彗形像差)的視圖。
第一透鏡L1是玻璃透鏡，第二透鏡是飽和吸水率為0.7％的聚酯型塑料透鏡，而第三透鏡L3是飽和吸水率為0.01％或更小的聚烯烴型塑料透鏡。
這個(gè)示例是如下的結(jié)構(gòu)示例，其中，在最靠近圖象側(cè)的位置處，設(shè)置了與紅外線濾波片相對(duì)應(yīng)的平行平板和用于固態(tài)圖象捕捉元件的密封玻璃。
(第七示例)透鏡數(shù)據(jù)在表19、20和21中示出。
(表19)(示例7)


(表20)


(表21)

圖17是示出第七示例的圖象捕捉透鏡配置的視圖，圖中，L1表示第一透鏡，L2表示第二透鏡，L3表示第三透鏡，而S表示孔徑光闌。圖18是示例7中像差(球面像差、象散、扭變、和縱向彗形像差)的視圖。
第一透鏡L1和第三透鏡L3是聚烯烴型塑料透鏡，其飽和吸水率為0.01％或更小，而第二透鏡L2是聚酯型塑料透鏡，其飽和吸水率為0.7％。
這個(gè)示例是如下結(jié)構(gòu)示例，其中在最靠近圖象側(cè)的位置處，設(shè)置了與紅外線濾光片相對(duì)應(yīng)的平行平板以及用于固態(tài)圖象捕捉元件的密封玻璃。
順便地說(shuō)，本示例不總是用于圖象側(cè)光通量的焦闌特性的充分結(jié)構(gòu)。焦闌特性意味著對(duì)每個(gè)圖象點(diǎn)的光通量的主要光線在從圖象捕捉透鏡最后一個(gè)表面發(fā)出后變成基本平行于光軸，即，光學(xué)系統(tǒng)出射光瞳的位置距圖象表面足夠遠(yuǎn)。當(dāng)焦闌特性惡化時(shí)，光通量?jī)A斜進(jìn)入圖象捕捉裝置，導(dǎo)致在圖象區(qū)域周邊部分上的孔徑效率顯著減小的現(xiàn)象(底色失真(shading))，這導(dǎo)致象場(chǎng)邊緣亮度不足。然而，在最近技術(shù)中，可以通過(guò)考察固態(tài)圖象捕捉裝置的濾色片和微透鏡陣列的排列來(lái)消弱底色失真現(xiàn)象。因此，本示例為旨在減小尺寸同時(shí)輕易滿足焦闌特性的結(jié)構(gòu)的示例。
當(dāng)本發(fā)明用作固態(tài)圖象捕捉裝置的圖象捕捉透鏡時(shí)，例如，由于出射光瞳的位置可以通過(guò)將孔徑光闌最靠近物體布置而遠(yuǎn)離圖象表面，因此，條目1中描述的本發(fā)明可以確保固態(tài)圖象捕捉裝置所需的圖象側(cè)焦闌特性。
此外，由于具有相對(duì)大折射率的雙凸形式的正第一透鏡和負(fù)第二透鏡布置在朝向物體的最前側(cè)上，因此在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)了整個(gè)圖象捕捉透鏡長(zhǎng)度的減小。
通過(guò)使第一透鏡為雙凸形式，可以減小在使用具有大折射率的第一透鏡時(shí)導(dǎo)致的球面相差。
此外，通過(guò)使負(fù)第二透鏡的凹面面對(duì)第一透鏡，第二透鏡可以布置成靠近其凸面面對(duì)第二透鏡的第一透鏡，這使得可以適當(dāng)并簡(jiǎn)單地校正各種像差，如球面像差、彗形像差和色差。
由于第三透鏡形成為新月形式，其中凸面面對(duì)物體，因此可以適當(dāng)?shù)卮_保圖象側(cè)周邊部分上的焦闌特性。
基于以上描述，本發(fā)明可以有效減小各種像差，如球面像差、彗形像差和色差，并可以提供一種這樣的圖象捕捉透鏡，其中，可以實(shí)現(xiàn)在光軸方向上減小，同時(shí)適當(dāng)?shù)乇３纸龟@特性。
條目2中描述的本發(fā)明由于其結(jié)構(gòu)而是所謂的三重類型的圖象捕捉透鏡構(gòu)造，其中第三透鏡具有正折射率，并可以校正各種離軸，如扭變，并確保了焦闌特性。
條目3中描述的本發(fā)明可以通過(guò)在第一正透鏡上采用非球面來(lái)校正球面像差和彗形像差，并可以通過(guò)在第二透鏡上采用非球面來(lái)校正彗形像差和象散。
此外，在第三正透鏡中，可以利用軸向光線和周邊光線之間的傳播高度差，由非球面來(lái)校正圖象區(qū)域周邊部分上的各種像差，而不會(huì)影響軸向性能，該高度差是由定位成最靠近圖象表面的第三正透鏡造成的。尤其是，可以有效地校正枕形畸變，并可以校正場(chǎng)曲率，其中這種枕形畸變是在第二透鏡的負(fù)折射率設(shè)定得較強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生的。換句話說(shuō)，也可以使第二透鏡的負(fù)折射率較強(qiáng)。
于是，本發(fā)明可以適當(dāng)?shù)匦Ｕ癫睢?br> 通過(guò)設(shè)定成不超過(guò)規(guī)定了整個(gè)圖象捕捉透鏡的長(zhǎng)度的條件式(1)的上限值，條目4中描述的本發(fā)明可以縮短整個(gè)圖象捕捉透鏡的長(zhǎng)度，并可以由于協(xié)同效應(yīng)而使圖象捕捉透鏡的外徑較小，并實(shí)現(xiàn)尺寸減小。因此，這導(dǎo)致整個(gè)圖象捕捉設(shè)備在尺寸上形成得較小，且在重量上較輕。
通過(guò)設(shè)定為超過(guò)規(guī)定第一透鏡正折射率的條件式(2)的下限值，進(jìn)一步可能抑制第一透鏡正折射率的增大，并控制第一透鏡較小時(shí)造成的球面像差和彗形像差。此外，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)小的曲率半徑，這從圖象捕捉透鏡容易制造的角度來(lái)看是優(yōu)選的。另一方面，通過(guò)設(shè)定成不超過(guò)條件式(2)的上限值，可以控制第一透鏡的折射率的過(guò)分下降，這對(duì)于減小整個(gè)圖象捕捉透鏡的長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)是有利的。
此外，通過(guò)設(shè)定成超過(guò)規(guī)定了第三正透鏡折射率的條件式(3)的下限值，可以抑制第三透鏡正折射率的過(guò)分增大，這使得第一和第三透鏡之間的正折射率分布變得適當(dāng)，且可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)圖象捕捉透鏡長(zhǎng)度的減小。另一方面，通過(guò)設(shè)定為不超過(guò)上限值，可以防止第三透鏡正折射率過(guò)分下降，從而可以正確校正畸變，并可以確保圖象側(cè)光通量的焦闌特性。
在條目5所描述的本發(fā)明中，當(dāng)R3/((N2-1)·f)的值高于下限時(shí)，第二透鏡在物體側(cè)的負(fù)折射率不會(huì)增大到超過(guò)所需，從而可以約束離軸光通量的光斑的產(chǎn)生，這可以獲得優(yōu)異的圖象質(zhì)量。另一方面，當(dāng)R3/((N2-1)·f)的值低于上限時(shí)，可以保持第二透鏡在物體側(cè)的負(fù)折射率，因此，減小了正Petzval和，并且可以輕易校正場(chǎng)曲率。此外，可以適當(dāng)?shù)匦Ｕ谝徽哥R上造成的球面像差和彗形像差。
條目6中描述的本發(fā)明通過(guò)設(shè)定為超過(guò)用于校正第一正透鏡和第二負(fù)透鏡上的色差的條件式(5)的下限值，可以校正軸向色差和橫向色差。
在條目7中描述的本發(fā)明中，第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡中所有透鏡由通過(guò)注模制造的塑料透鏡構(gòu)成。因此，對(duì)于這些透鏡，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，透鏡中每一個(gè)曲率半徑和外徑較小，這與通過(guò)校平和拋光過(guò)程制造的透鏡不同。
此外，由于容易在塑料透鏡上形成非球面，因此可以更容易并精確地進(jìn)行像差校正。
另外，利用塑料透鏡的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)為要安裝的零件數(shù)量得以減小，這是由于圖象捕捉透鏡的有效直徑外側(cè)的凸緣部分的形式可以自由設(shè)計(jì)。由此，可以通過(guò)采用如下結(jié)構(gòu)，改善光學(xué)系統(tǒng)的組裝精度，即，其中利用該結(jié)構(gòu)，安裝誤差可得以有效減小，且每個(gè)透鏡的光軸可以容易地彼此重合。此外，組裝可以容易進(jìn)行且提高了生產(chǎn)率。
在條目8中描述的本發(fā)明中，通過(guò)為每個(gè)透鏡采用飽和吸水率為0.7％或更小的塑料材料，可以防止由于濕度突然變換而造成的折射率均勻性喪失，并可以在保持良好成像能力的同時(shí)獲得塑料透鏡的優(yōu)點(diǎn)。
在條目9中描述的本發(fā)明中，因此，優(yōu)選地在各透鏡之間的兩個(gè)間隙的至少一個(gè)內(nèi)布置光屏蔽掩膜，該掩膜調(diào)節(jié)周邊光通量。由此，只允許成像所需的光通量穿過(guò)，且光線向凸緣部分上的入射被抑制到最小，形成對(duì)重影和光斑的控制。
在條目10所描述的本發(fā)明中，第一正透鏡由玻璃材料制成，而第二負(fù)透鏡和第三正透鏡由塑料材料制成。通過(guò)使具有相對(duì)大正折射率的第一透鏡為玻璃透鏡，可以忽略第一透鏡在溫度變化中的折射率變化，并可以構(gòu)建如下構(gòu)造，其中整個(gè)圖象捕捉透鏡圖象點(diǎn)位置由溫度變化造成的變動(dòng)可以被抑制到最小。
此外，通過(guò)為第一透鏡采用玻璃透鏡，就不需要使容易劃傷的塑料透鏡暴露出來(lái)，這為一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。
在條目11描述的本發(fā)明中，通過(guò)使第二和第三透鏡的復(fù)焦距較大來(lái)滿足條件式，可以有助于使溫度變化造成的塑料透鏡圖象點(diǎn)位置變動(dòng)由第二負(fù)透鏡和第三正透鏡相互抵消，可以將溫度變化造成的圖象點(diǎn)變動(dòng)控制到很小。
在條目12描述的本發(fā)明中，可以獲得與條目(8)相同的功能。
在條目13描述的本發(fā)明中，可以獲得與條目(9)相同的功能。
在條目14描述的本發(fā)明中，可以獲得小型且高性能的圖象捕捉裝置。
在條目15描述的本發(fā)明中，通過(guò)利用條目1～13中的圖象捕捉透鏡，可以獲得具有尺寸減小且圖象質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)的圖象捕捉單元。
在條目16描述的本發(fā)明中，通過(guò)帶有條目15的圖象捕捉單元，可以獲得能夠以高圖象質(zhì)量捕捉圖象的小型移動(dòng)終端。
權(quán)利要求
1.一種圖象捕捉透鏡，以捕捉物體的圖象，包括孔徑光闌，其具有孔徑，通過(guò)該孔徑捕捉圖象；第一透鏡，其具有正折射率，其中，第一透鏡的兩個(gè)表明成形為凸面；第二透鏡，其具有負(fù)折射率，其中，第二透鏡的物體側(cè)表面成形為凹面；以及第三透鏡，其為新月形透鏡，其凸面面對(duì)物體側(cè)；其中，孔徑光闌、第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡以此順序自物體側(cè)排列。
2.如權(quán)利要求1所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，第三透鏡具有正折射率。
3.如權(quán)利要求1所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，第一、第二和第三透鏡中每一個(gè)在其至少一個(gè)表面上具有非球形表面。
4.如權(quán)利要求1所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，滿足以下關(guān)系式L/2Y＜1.500.50＜f1/f＜0.951.00＜f3/f＜1.40其中，L是光軸上從孔徑光闌到圖象側(cè)焦點(diǎn)的距離，2Y是有效屏幕尺寸的對(duì)角線長(zhǎng)度，f1是第一透鏡的焦距，f3是第三透鏡的焦距，而f是整個(gè)圖象捕捉透鏡的焦距。
5.如權(quán)利要求1所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，滿足以下關(guān)系式-0.60＜R3/((N2-1)·f)＜-0.20其中，N2是第二透鏡對(duì)d線(d-line)的折射率，R3是第二透鏡在物體側(cè)的曲率半徑，而f是整個(gè)圖象捕捉透鏡系統(tǒng)的焦距。
6.如權(quán)利要求1所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，滿足以下關(guān)系式25＜v1-v2其中，v1是第一透鏡的阿貝數(shù)，而v2是第二透鏡的阿貝數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，第一、第二和第三透鏡由塑料材料制成。
8.如權(quán)利要求7所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，塑料材料具有0.7％或更小的飽和吸水度百分比。
9.如權(quán)利要求7所述的圖象捕捉透鏡，還包括光屏蔽掩膜，其設(shè)置在第一透鏡和第二透鏡之間的空間以及第二透鏡和第三透鏡之間空間中的至少一個(gè)內(nèi)，以調(diào)節(jié)周邊光通量。
10.如權(quán)利要求1所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，第一透鏡由玻璃材料制成，而第二和第三透鏡中每一個(gè)由塑料材料制成。
11.如權(quán)利要求10所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，滿足以下關(guān)系式f/f23|＜0.4其中，|f23|為第二透鏡和第三透鏡的復(fù)合焦距，而f是整個(gè)圖象捕捉透鏡的焦距。
12.如權(quán)利要求10所述的圖象捕捉透鏡，其特征在于，第二和第三透鏡中每一個(gè)由飽和吸水度百分比為0.7％或更小的塑料材料制成。
13.如權(quán)利要求10所述的圖象捕捉透鏡，還包括光屏蔽掩膜，其設(shè)置在第一透鏡和第二透鏡之間的空間以及第二透鏡和第三透鏡之間空間中的至少一個(gè)內(nèi)，以調(diào)節(jié)周邊光通量。
14.一種圖象捕捉裝置，包括固態(tài)圖象捕捉元件，該元件包括光電轉(zhuǎn)換部分；以及如權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的圖象捕捉透鏡，該透鏡在固態(tài)圖象捕捉元件的光電轉(zhuǎn)換部分上形成物體的圖象。
15.一種圖象捕捉單元，包括固態(tài)圖象捕捉元件，該元件包括光電轉(zhuǎn)換部分；如權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的圖象捕捉透鏡，該透鏡在固態(tài)圖象捕捉元件的光電轉(zhuǎn)換部分上形成物體的圖象；基板，其支承固態(tài)圖象捕捉元件，并包括用于外部連接的端子，以發(fā)送和接收電信號(hào)；以及殼體，其具有開口部分和光屏蔽元件，其中來(lái)自物體側(cè)的圖象光線通過(guò)該開口部分入射到殼體內(nèi)，其中，固態(tài)圖象捕捉元件和圖象捕捉透鏡設(shè)置在殼體內(nèi)、安裝到基板上，以便形成一個(gè)單獨(dú)主體，并且圖象捕捉單元沿光軸的高度為10mm或更小。
16.一種設(shè)置有如權(quán)利要求15所述的圖象捕捉單元的便攜終端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖象捕捉透鏡，以捕捉物體的圖象，該透鏡設(shè)置有孔徑光闌，其具有孔徑，而圖象通過(guò)該孔徑得以捕捉；具有正折射率的第一透鏡，其中，第一透鏡的兩個(gè)表面成形為凸形；具有負(fù)折射率的第二透鏡，其中，第二透鏡的物體側(cè)表面成形為凹形；以及新月形透鏡的第三透鏡，其凸面面對(duì)物體側(cè)，其中，孔徑光闌、第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡以此順序從物體側(cè)排列。
文檔編號(hào)G02B13/00GK1447144SQ0310729
公開日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25日
發(fā)明者山口進(jìn) 申請(qǐng)人:柯尼卡株式會(huì)社