專利名稱：圖像拾取透鏡,圖像拾取裝置和便攜式終端設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像拾取透鏡，例如是CCD型圖像傳感器或CMOS型圖像傳感器的固態(tài)圖像拾取元件的光學(xué)系統(tǒng)，涉及一種具有圖像拾取透鏡的圖像拾取裝置，和一種具有圖像拾取裝置的便攜式終端設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年，由于使用固態(tài)圖像拾取元件，例如CCD(電荷耦合裝置)型圖像傳感器或CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)型圖像傳感器的圖像拾取裝置的性能提高和小型化，具有圖像拾取裝置的便攜式終端設(shè)備的個(gè)人計(jì)算機(jī)被廣泛使用。
同時(shí)，由于小型化和在便攜式終端設(shè)備和個(gè)人計(jì)算機(jī)中的功能增加而引起的元件像素的緊密排列，圖像拾取裝置的小型化就迫切地要求安裝在圖像拾取裝置上的圖像拾取透鏡的進(jìn)一步小型化。
近年，由于三透鏡結(jié)構(gòu)具有比單透鏡結(jié)構(gòu)和雙透鏡結(jié)構(gòu)要高的性能，由從物體側(cè)開始依次安排的具有正折射率的第一透鏡，具有負(fù)折射率的第二透鏡和具有正折射率的第三透鏡組成的三合透鏡結(jié)構(gòu)被用作小尺寸圖像拾取裝置的圖像拾取透鏡。日本公開特審專利申請(Tokukai)No.2001-75006中公開了這種三合型圖像拾取透鏡。
不過，在申請No.2001-75006中公開的圖像拾取透鏡中，雖然各種型式的像差得到好的校正，同時(shí)保持寬的視角，但是該圖像拾取透鏡不適于沿光軸縮短總透鏡長度(即，從孔闌到圖像一側(cè)上焦點(diǎn)的距離)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種由多個(gè)透鏡組成的，小型化的圖像拾取透鏡，提供一種圖像拾取裝置和一種便攜式終端設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明第一方面，圖像拾取透鏡包括四個(gè)透鏡，它們的安排次序是從物體側(cè)開始，第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡和第四透鏡。
其中第一透鏡具有正折射率并具有一個(gè)朝向物體側(cè)的凸面，第二透鏡具有正折射率，第三透鏡具有負(fù)折射率并具有一個(gè)朝向物體側(cè)的彎月形的凹面，第四透鏡具有正或負(fù)折射率并且具有一個(gè)朝向物體側(cè)的彎月形的凸面。
在上述結(jié)構(gòu)中，四個(gè)透鏡安排的次序是第一，第二，第三和第四透鏡。在使用中，第一透鏡安排在物體側(cè)，第四透鏡安排在圖像側(cè)。在這種使用條件下，分別具有比較強(qiáng)折射率的正透鏡群和負(fù)透鏡按照從物體側(cè)開始的次序安排，第一透鏡的凸表面朝向物體側(cè)。因此，總透鏡長度被縮短。這里，總透鏡長度是指光軸上從第一透鏡的物體側(cè)表面到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離。不過，具有最靠近物體側(cè)的孔闌的圖像拾取透鏡中，總透鏡長度是指光軸上從孔闌的圖像拾取透鏡中，總透鏡長度是指光軸上從孔闌到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離。這種總透鏡長度的定義，在本說明書和權(quán)利要求書中是有效的。
同時(shí)，彎月形的第三透鏡的凹表面朝向物體側(cè)，彎月形的第四透鏡的凸表面朝向物體側(cè)。因此，在第三透鏡和第四透鏡之間形成具有正折射率的空氣透鏡。因此，總透鏡長度可以被進(jìn)一步縮短，遠(yuǎn)心特性在圖像屏幕的周邊中可以被保持。
這里，第四透鏡具有上述凸表面的形狀和取向并具有正或負(fù)折射率。以后“正或負(fù)折射率”是指可允許正折射率和負(fù)折射率的任何一個(gè)。
最好是，下面的條件公式(1)，(2)和(3)被滿足L/2Y＜1.60 (1)0.40＜f12/f＜0.70 (2)25＜{(ν1+ν2)/2}-ν3 (3)其中L表示光軸上從第一透鏡的物體側(cè)表面到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離，2Y表示有效圖像屏幕上對角線的長度，f12表示第一透鏡和第二透鏡的組合焦點(diǎn)長度，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦點(diǎn)長度，ν1表示第一透鏡的Abbe數(shù)，ν2表示第二透鏡的Abbe數(shù)，ν3表示第三透鏡的Abbe數(shù)。
條件公式(1)-(3)表示獲得像差被很好校正的小型化圖像拾取透鏡的條件。這里，條件公式(1)的L表示在光軸上從第一透鏡的物體側(cè)表面到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離。“圖像側(cè)焦點(diǎn)”表示當(dāng)平行于光軸的平行光射入到圖像拾取透鏡上時(shí)所獲得的圖像點(diǎn)。同時(shí)，當(dāng)平面平行板形光學(xué)元件，例如一個(gè)低通濾光器被安排在最接近圖像側(cè)的圖像拾取透鏡的表面和圖像側(cè)焦點(diǎn)之間的空間中時(shí)，距離L被轉(zhuǎn)化成空氣中的距離L，該空氣中的距離L滿足公式(1)。
條件公式(1)表示實(shí)現(xiàn)總透鏡長度縮短的條件。當(dāng)L/2Y低于條件公式(1)的上限時(shí)，總透鏡長度要被縮短。
同時(shí)，關(guān)于適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第一透鏡和第二透鏡的組合焦點(diǎn)長度的條件公式(2)，當(dāng)f12/f被設(shè)置得高于下限的時(shí)候，第一透鏡和第二透鏡的組合正折射率不被過分增大，可抑制高階球差和彗差兩者的產(chǎn)生。同時(shí)，當(dāng)f12/f被設(shè)置得低于上限的時(shí)候，可以適當(dāng)?shù)孬@得第一透鏡和第二透鏡的組合正折射率，總透鏡長度可以被縮短。
同時(shí)，關(guān)于對具有正折射率的第一和第二透鏡和具有負(fù)折射率的第三透鏡中的色差進(jìn)行校正的條件公式(3)，當(dāng){(ν1+ν2)/2}-ν3被設(shè)置成高于下限時(shí)，軸向色差和橫向色差可以被校正。
最好是，孔闌被安排在最接近物體側(cè)。因?yàn)榭钻@被安排得最接近物體側(cè)，出射光瞳的位置可以偏離圖像表面。因此，從透鏡的最后表面射出的光通量的主光線，以接近直角的角度入射到固態(tài)圖像拾取元件上。即，固態(tài)圖像拾取元件的圖像拾取透鏡所要求的圖像側(cè)遠(yuǎn)心特性可以被很好地獲得，圖像屏幕周邊中的蔭影現(xiàn)象可以被減少。
最好是，圖像拾取透鏡滿足下面的條件公式，(4)，(5)和(6)L′/2Y＜1.60 (4)0.40＜f12/f＜0.70(5)2 5＜{(ν1+ν2)/2}-ν3 (6)其中L′表示在光軸上從孔闌到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離，2Y表示有效圖像屏幕上對角線的長度，f12表示第一透鏡和第二透鏡的組合焦點(diǎn)長度，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦點(diǎn)長度，ν1表示第一透鏡的Abbe數(shù)，ν2表示第二透鏡的Abbe數(shù)，ν3表示第三透鏡的Abbe數(shù)。
條件公式(4)-(6)表示獲得像差被很好較正的小型化圖像拾取透鏡的條件。這里，條件公式(4)的L′表示在光軸上從孔闌到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離?！皥D像側(cè)焦點(diǎn)”表示當(dāng)平行于光軸的平行光線入射到圖像拾取透鏡上的時(shí)候所獲得的圖像點(diǎn)。同時(shí)，當(dāng)平面平行板形光學(xué)元件，例如低通濾光器被安排在最靠近圖像側(cè)的圖像拾取透鏡的表面和圖像側(cè)焦點(diǎn)之間的空間中時(shí)，距離L′被轉(zhuǎn)化成空氣中的距離L′，該空氣中的距離L′滿足公式(4)。
條件公式(4)表示實(shí)現(xiàn)總透鏡長度縮短的條件。當(dāng)L′/2Y低于條件公式(4)的上限時(shí)，總透鏡長度將被縮短。
同時(shí)，關(guān)于適當(dāng)設(shè)置第一透鏡和第二透鏡的組合焦點(diǎn)長度的條件公式(5)，當(dāng)f12/f被設(shè)置得高于下限的時(shí)候，第一透鏡和第二透鏡的組合正折射率不被過分地增大，高階球差和彗差兩者的產(chǎn)生可以被抑制。同時(shí)，當(dāng)f12/f被設(shè)置得低于上限的時(shí)候，適當(dāng)?shù)孬@得第一透鏡和第二透鏡的組合正折射率，總透鏡長度可以被縮短。
同時(shí)，關(guān)于對具有正折射率的第一和第二透鏡和具有負(fù)折射率的第三透鏡中的色差進(jìn)行校正的條件公式(6)，當(dāng){(ν1+ν2)/2}-ν3設(shè)置得高于下限時(shí)，軸向色差和橫向色差可以被校正。
當(dāng)孔闌被安排在最靠近物體側(cè)的時(shí)候，總透鏡長度可被設(shè)置成從孔闌到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離，并且最好根據(jù)總透鏡長度進(jìn)行計(jì)算。
最好是，下面的條件公式(7)和(8)被滿足-0.40＜R5/((N3-1)·f)＜-0.20 (7)0.30＜fa/f＜0.50 (8)其中，f表示總圖像拾取透鏡的焦點(diǎn)長度，R5表示第三透鏡面對的物體側(cè)表面的曲率半徑，N3表示在d-線上第三透鏡的折射率，fa表示由第三透鏡的圖像側(cè)表面和第四透鏡的物體側(cè)表面形成的空氣透鏡的焦點(diǎn)長度。
當(dāng)?shù)谌哥R物體側(cè)表面的負(fù)折射率被適當(dāng)設(shè)定的時(shí)候，條件公式(7)表示校正圖像表面的曲率和平整圖像表面的條件。這里，第三透鏡物體側(cè)表面的焦點(diǎn)長度通過曲率半徑R5和第三透鏡的折射率N3的表達(dá)式R5/(N3-1)表示。條件公式(7)表示第三透鏡物體側(cè)表面的焦點(diǎn)長度與整個(gè)圖像拾取透鏡的焦點(diǎn)長度的比。
當(dāng)R5/((N3-1)·f)低于條件公式(7)的上限的時(shí)候，第三透鏡物體側(cè)表面的負(fù)折射率不被過分增大，過大的球差和離軸光束的彗差閃耀可以被抑制。當(dāng)R5/((N3-1)·f)高于下限的時(shí)候，第三透鏡物體側(cè)表面的負(fù)折射率被保持。因此，正Petzval′s總和是低的，除了圖像表面的曲率校正以外軸向色差和橫向色差可以被很好地校正。
條件公式8表示設(shè)置第三透鏡的圖像側(cè)表面和第四透鏡的物體側(cè)表面之間形成的空氣透鏡的正折射率的條件。空氣透鏡的焦距fa可以按照下式計(jì)算fa＝R6·R7/{R7·(1-N3)+R6·(N4-1)-D6·(1-N3)·(N4-1)}，其中N3表示在d-線上第三透鏡的折射率，N4表示在d-線上第四透鏡的折射率，R6表示第三透鏡的圖像側(cè)表面的曲率半徑，R7表示第四透鏡的物體側(cè)表面的曲率半徑，D6表示在第三和第四透鏡之間光軸上的空氣空間的間隔。
當(dāng)條件公式(8)被滿足的時(shí)候，圖像表面的曲率和變形可以被校正，圖像側(cè)光束的遠(yuǎn)心特性可以被保持。
最好是，代替條件公式(8)，滿足下面的條件公式(9)-0.40＜R5/((N3-1)·f)＜-0.25 (9)最好是第四透鏡的圖像側(cè)表面滿足下面的條件公式(10)X-XO＜0(10)對于在公式(11)中表示的非球面的位移值XX=h2/R81+1-(1+K8)h2/R82+∑Aihi----(11)]]>和公式(12)中表示的非球面表面的旋轉(zhuǎn)二次表面分量的位移值XOXO=h2/R81+1-(1+K8)h2/R82----(12)]]>在h滿足hmax×0.5＜h＜hmax的范圍中，第四透鏡的圖像側(cè)表面的頂點(diǎn)被設(shè)定為原點(diǎn)，光軸的方向設(shè)定為X軸，h表示垂直于光軸的任意方向中的高度，Ai表示第四透鏡的圖像側(cè)表面的非球面表面的第i階系數(shù)hmax表示最大有效半徑，R8表示第四透鏡圖像側(cè)表面的曲率半徑，K8表示第四透鏡圖像側(cè)表面的二次曲線常數(shù)。
這里，圖像側(cè)表面的頂點(diǎn)表示該表面與光軸的交點(diǎn)。
通常，使用相互組合的一組透鏡。當(dāng)總透鏡長度被縮短的時(shí)候，后焦距也被縮短。因此，難于獲得圖像側(cè)上的光束的遠(yuǎn)心特性。在本發(fā)明中，在透鏡的各表面之中，第四透鏡的，最接近圖像側(cè)的圖像側(cè)表面是非球面形狀的，滿足式(10)，(11)和(12)。因此，高視角的光束的遠(yuǎn)心特性可以被保持。
最好是，第一透鏡由玻璃材料制成，第二，第三和第四透鏡由塑料材料制成。
術(shù)語“由塑料材料制成”包括，在以塑料材料作為主要材料的基片的表面上進(jìn)行涂覆處理，以便達(dá)到抗反射或提高表面硬度的目的。這種規(guī)定可從下面的描述中得到。
通過注塑成型制成的塑料透鏡被用作構(gòu)成圖像拾取透鏡的透鏡，小型輕質(zhì)的圖像拾取透鏡可以以低成本獲得。不過，塑料材料的折射率在很大程度上隨溫度變化。因此，假定塑料透鏡被用于圖像拾取透鏡的所有透鏡，就會出現(xiàn)這樣的問題，整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像點(diǎn)的位置隨溫度而變化。
本發(fā)明使用了許多塑料透鏡，并補(bǔ)償了由于溫度變化而引起的整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像點(diǎn)的位置變化。即，第一正透鏡是由玻璃材料制成的，其折射率幾乎不隨溫度變化，第二，第三和第四透鏡是由塑料材料制成的。第二透鏡具有較強(qiáng)的正折射能力，第三透鏡具有比較強(qiáng)的負(fù)折射能力。因此，第二透鏡對于隨溫度而變化的圖像點(diǎn)位置的影響和第三透鏡的影響抵消，由于溫度變化引起的整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像點(diǎn)的位置變化被抑制到較低程度。
最好是，下面的條件公式(13)被滿足|f/f234|＜0.7 (13)其中f234表示第二，第三和第四透鏡的組合焦距，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距。
條件公式(13)規(guī)定了由塑料材料制成的各透鏡的組合焦距。因?yàn)闇囟茸兓鸬乃芰贤哥R的圖像點(diǎn)的位置變化取決于透鏡的折射程度，所以由塑料材料制成的第一，第二和第三透鏡的組合焦距被設(shè)置成一個(gè)大的值，以將透鏡的折射能力值總和抑制到一個(gè)低值。因此，由于溫度變化引起的圖像點(diǎn)的位置變化可以被抑制到一個(gè)低的程度。
最好是，塑料材料的飽和吸水率不大于0.7％。
因?yàn)樗芰喜牧系娘柡臀时炔ＡР牧系拇?，由于濕度的迅速變化，被吸收的水的不均勻分布會出現(xiàn)在塑料透鏡中。因此，塑料透鏡的折射率不能均勻設(shè)置，不能獲得最好的圖像形成性能。在本發(fā)明中，各透鏡是由低飽和吸水率的塑料材料制成的，所以由濕度變化引起的性能變劣可以減小。
按照本發(fā)明的第二個(gè)方面，圖像拾取透鏡是由四個(gè)透鏡組成的，它們從物體側(cè)開始依次是第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡和第四透鏡。
其中第一透鏡具有正折射能力，具有一面朝物體側(cè)的凸表面，從第二，第三和第四透鏡選擇的一個(gè)透鏡或兩個(gè)透鏡具有正折射能力，從第一，第二，第三和第四透鏡選擇的至少一個(gè)正折射能力的透鏡是由玻璃材料制成的。
正折射能力的其它透鏡和從第一，第二，第三和第四透鏡選出的一個(gè)負(fù)折射能力的透鏡是由塑料材料制成的，第四透鏡的圖像側(cè)表面滿足下面的條件公式(14)X-XO＜0 (14)非球面表面的位移值X用公式(15)表示X=h2/R81+1-(1+K8)h2/R82+∑Aihi----(15)]]>非球面表面的旋轉(zhuǎn)二次表面分量的位移值XO用公式(16)表示XO=h2/R81+1-(1+K8)h2/R82----(16)]]>在h滿足hmax×0.5＜h＜hmax的范圍中，第四透鏡面對的圖像側(cè)表面的頂點(diǎn)被設(shè)為原點(diǎn)，光軸的方向被設(shè)為X-軸，h表示垂直于光軸的任意方向中的高度，Ai表示第四透鏡圖像側(cè)表面的非球面表面的第i階系數(shù)，hmax表示最大有效半徑，R8表示第四透鏡圖像側(cè)表面的曲率半徑，K8表示第四透鏡圖像側(cè)表面的二次曲線常數(shù)。
這里，圖像側(cè)表面的頂點(diǎn)表示該表面與光軸的交點(diǎn)。
在上述結(jié)構(gòu)中，四個(gè)透鏡的安排次序是，第一，第二，第三和第四透鏡。在使用中，第一透鏡安排在物體側(cè)，第四透鏡安排在圖像側(cè)。在這種使用條件下，設(shè)置具有面向圖像側(cè)的凸表面的，最靠近物體側(cè)的第一正透鏡。因此，和具有負(fù)折射能力的第一透鏡的結(jié)構(gòu)比較，該結(jié)構(gòu)有利于縮短總透鏡長度。
同時(shí)，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，從第一，第二，第三和第四透鏡選擇的透鏡是由塑料材料制成的。如上所述，雖然塑料透鏡有利于做成低成本的小型輕質(zhì)的圖像拾取透鏡，但是塑料透鏡有一個(gè)缺點(diǎn)，由于溫度變化引起的透鏡折射率的大變化會使該透鏡的圖像點(diǎn)位置產(chǎn)生大的變化。
因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)使用多個(gè)塑料透鏡，補(bǔ)償由于溫度變化而引起的整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像點(diǎn)的位置變化。在本發(fā)明中，一個(gè)正透鏡是由玻璃材料制成的，它的折射率幾乎不隨溫度變化，包括至少一個(gè)正透鏡和至少一個(gè)負(fù)透鏡的兩個(gè)透鏡是由塑料材料制成的。因此，大的正折射能力可以被分配到玻璃透鏡和塑料透鏡上。同時(shí)，因?yàn)樗芰贤哥R包括強(qiáng)折射能力的正透鏡和負(fù)透鏡，由于溫度變化而引起的正透鏡對于圖像點(diǎn)的位置變化的影響和負(fù)透鏡的影響相抵消，由于溫度變化引起的整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像點(diǎn)的位置變化可被抑制到低的程度。
同時(shí)，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，第四透鏡的圖像側(cè)表面形成為以非球面表面形狀，它滿足公式(14)，(15)和(16)。因此，高視角的光束的遠(yuǎn)心特性可以被保持。
最好是，除具有正折射能力的，由玻璃材料制成的透鏡以外的透鏡是由塑料材料制成的。
在上述結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)具有正折射能力的透鏡是由玻璃材料制成的，其它三個(gè)透鏡是由塑料材料制成的。因此，使用多個(gè)塑料透鏡，從而塑料材料制成的透鏡的優(yōu)點(diǎn)可被有效地獲得。
最好是，第一透鏡是由玻璃材料制成的。
在上述結(jié)構(gòu)中，最靠近物體側(cè)安排的，最容易因外部原因而損壞的第一透鏡不是由容易損壞的塑料材料制成的，而是由玻璃材料制成的。因此，第一透鏡的裂紋的產(chǎn)生可以被減少，第一透鏡保護(hù)了由塑料材料制成的其它透鏡。
最好是，滿足下面的條件公式(17)|f/f234|＜0.7 (17)這里f234表示第二，第三和第四透鏡的組合焦距，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距。
如公式9，條件公式(13)規(guī)定了由塑料材料制成的各透鏡的組合焦距。因此，由塑料材料制成的第二，第三和第四透鏡的組合焦距按照條件公式(13)被設(shè)置到一個(gè)高值，以便使透鏡的折射率值的總和被抑制到一個(gè)低值，并且由溫度變化引起的圖像點(diǎn)的位置變化被抑制到一個(gè)低的程度。
最好是，塑料材料的飽和吸水率不大于0.7％。
使用具有低飽和吸水率的塑料作為透鏡材料。因此，不管濕度的變化如何，塑料透鏡的性能不會變劣。
最好是，滿足下面的條件公式(18)，(19)和(20)L/2Y＜1.60 (18)0.40＜f12/f＜0.70(19)25＜νP-νN (20)這里L(fēng)表示在光軸上從第一透鏡物體側(cè)表面到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離，2Y表示有效圖像屏幕上對角線的長度，f12表示第一透鏡和第二透鏡的組合焦距，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距，νP表示具有最強(qiáng)正折射能力的Abbe數(shù)，νN表示具有最強(qiáng)負(fù)折射能力的透鏡的Abbe數(shù)。
條件公式(18)，(19)和(20)表示獲得像差被很好校正的小型化圖像拾取透鏡的條件。
和公式(1)相同，條件公式(18)表示實(shí)現(xiàn)總透鏡長度縮短的條件。
同時(shí)，和公式(2)相同，條件公式(19)表示適當(dāng)設(shè)置第一透鏡和第二透鏡的組合焦距的條件。當(dāng)f12/f被設(shè)置得高于下限的時(shí)候，高階球差和彗差兩者的產(chǎn)生可以被抑制。同時(shí)，當(dāng)f12/f被設(shè)置得低于上限的時(shí)候，總透鏡長度可以被縮短。
同時(shí)，條件公式(20)表示規(guī)定具有最強(qiáng)正折射能力的正透鏡的Abbe數(shù)和具有最強(qiáng)負(fù)折射能力的負(fù)透鏡的Abbe數(shù)以最好地校正色差的條件。當(dāng)νP-νN被設(shè)置得高于下限的時(shí)候，軸向色差和橫向色差可以被均衡校正。
最好是，第二透鏡具有正折射能力，第三透鏡具有負(fù)折射能力。
在上述結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榫哂休^強(qiáng)折射能力的正透鏡和負(fù)透鏡是從物體側(cè)開始安排的，總的透鏡長度容易被縮短。
按照本發(fā)明的第三方面，圖像拾取裝置包括一個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換單元的固態(tài)圖像拾取元件；一個(gè)在固態(tài)圖像拾取元件的光電轉(zhuǎn)換裝置中形成物體圖像的圖像拾取透鏡；一個(gè)固定固態(tài)圖像拾取元件的基片，該基片包括一個(gè)外部接線端，通過它電信號可以被發(fā)送或被接收；一個(gè)由遮光物質(zhì)制成的外殼，它包括一個(gè)進(jìn)入物體側(cè)的入射光的孔，
其中固態(tài)圖像拾取元件，圖像拾取透鏡，基片和外殼相互組合。
在圖像拾取透鏡光軸方向圖像拾取裝置的長度不大于15mm，圖像拾取透鏡包括四個(gè)透鏡，它們按照從物體側(cè)開始的次序安排，并且最靠近物體側(cè)的透鏡具有正折射能力。
“入射光的開孔”不限于空間形成裝置，例如一個(gè)孔，它是指形成一個(gè)區(qū)域的裝置，通過這個(gè)區(qū)域進(jìn)入物體側(cè)的入射光，可以被發(fā)射。這種規(guī)定對于后面描述的本發(fā)明的第四方面用效。
具有上述結(jié)構(gòu)的圖像拾取裝置滿足小型化和重量輕的要求，并被用于安裝在小尺寸便攜式電子設(shè)備上。在這個(gè)裝置中，最靠近物體側(cè)的透鏡是正透鏡，并采用有利于縮短總透鏡長度的結(jié)構(gòu)。該圖像拾取透鏡包括四個(gè)透鏡縮短了沿光軸方向整個(gè)圖像拾取裝置的長度。
“沿光軸方向圖像拾取裝置的長度不大于15mm”是指沿光軸方向具有所有上述元件的圖像拾取裝置的總長度。例如，當(dāng)外殼被安排在基片的前表面，電子元件安排在基片的后表面上時(shí)，從物體側(cè)外殼的端部到從基片的后表面伸出的電子元件的端部的距離不大于15mm。這種規(guī)定對于本發(fā)明的第四部分是有效的。
最好是，多個(gè)透鏡被安排在圖像拾取透鏡中以校正各種型式的像差，改善固態(tài)圖像拾取元件的遠(yuǎn)心特性，提高所形成的圖像的質(zhì)量。不過，安裝在小尺寸電子設(shè)備上的圖像拾取裝置的透鏡數(shù)量一般最多為三個(gè)。因?yàn)楸景l(fā)明的圖像拾取裝置使用四個(gè)透鏡，因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)有利于提高圖像質(zhì)量。
同時(shí)，當(dāng)圖像拾取裝置被小型化的時(shí)候，要求構(gòu)成圖像拾取透鏡的各透鏡小型化，每個(gè)透鏡的曲率半徑必需變小。不過，由于曲率半徑變小保持透鏡制造精度的難度增大。在本發(fā)明中，因?yàn)閳D像拾取透鏡包括四個(gè)透鏡，折射能力被分配到各個(gè)透鏡上，對于降低每個(gè)透鏡的曲率半徑的要求程度可能減小。因此，透鏡的制造精度可以保持得很好，圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)有利于提高圖像質(zhì)量。
同時(shí)，為了減輕整個(gè)圖像拾取裝置的重量，最好是每個(gè)圖像拾取透鏡的透鏡都是由塑料材料制成的代替玻璃材料，并增加塑料透鏡的數(shù)目。
不過，由溫度變化引起的塑料材料的折射率的變化較大。因此，當(dāng)圖像拾取透鏡的所有透鏡都由塑料材料制成時(shí)，就出現(xiàn)一個(gè)問題，整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像點(diǎn)的位置隨溫度變化。這種圖像點(diǎn)的位置變化在圖像拾取裝置(所謂泛焦型圖像拾取裝置)中產(chǎn)生一個(gè)問題，具有緊密安排的像素的固態(tài)圖像拾取元件被安裝在該裝置上而不具有自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)。因?yàn)樵诰哂懈呙芏认袼氐墓虘B(tài)圖像拾取元件中的像素間距小，與像素間距成正比的聚焦深度變小，圖像點(diǎn)的位置變化的容許寬度變窄。同時(shí)，泛焦型圖像拾取裝置在離開該裝置數(shù)十厘米的距離的物體上聚焦，按照場景深，形成離開該裝置無窮遠(yuǎn)到最短接近零的距離的物體的圖像。因此，隔開無窮遠(yuǎn)距離或很短距離的物體的圖像比起隔開參考距離的物體稍稍模糊。當(dāng)圖像點(diǎn)的位置由于溫度變化而變化的時(shí)候，就產(chǎn)生一個(gè)問題，隔開無窮遠(yuǎn)距離或非常短距離的物體的圖像的質(zhì)量極度變劣。
為了解決這個(gè)問題，最好是至少一個(gè)透鏡設(shè)置成玻璃透鏡，包括至少一個(gè)正透鏡和至少一個(gè)負(fù)透鏡的兩個(gè)或多個(gè)透鏡被設(shè)置成塑料透鏡。由此，塑料透鏡的折射能力的值的總和可被抑制到一個(gè)低值同時(shí)保持整個(gè)圖像拾取透鏡的正折射能力，由于溫度變化而引起的正透鏡對于圖像點(diǎn)的位置變化的影響可以和負(fù)透鏡的影響抵消。為了獲得上述圖像拾取透鏡結(jié)構(gòu)，當(dāng)考慮設(shè)計(jì)自由度時(shí)，三合透鏡結(jié)構(gòu)是不合適的，需要具有4合透鏡結(jié)構(gòu)的圖像拾取透鏡。這里，假設(shè)圖像拾取透鏡具有5個(gè)透鏡(五合透鏡結(jié)構(gòu))或更多，大尺寸的圖像拾取單元不可避免地被獲得。因此，5透鏡或更多透鏡的結(jié)構(gòu)是不合適的。
按照本發(fā)明的第四方面，圖像拾取裝置包括一個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換單元的圖像拾取透鏡；一個(gè)上述的圖像拾取透鏡，用于在固態(tài)圖像拾取元件的光電轉(zhuǎn)換單元中形成物體的圖像；一個(gè)用于固定固態(tài)圖像拾取元件的基片，基片包括外部接線端，通過它電信號被發(fā)送或接收；和一個(gè)由遮光物質(zhì)制成的外殼，它包括一個(gè)入射光進(jìn)入物體側(cè)的開孔，其中固態(tài)圖像拾取元件，圖像拾取透鏡，基片和外殼相互組合，并且沿圖像拾取透鏡光軸方向圖像拾取裝置的長度不大于15mm。
在上述結(jié)構(gòu)中，每個(gè)上述的圖像拾取透鏡被安裝在圖像拾取裝置上。因此，具有小型，輕質(zhì)和高圖像質(zhì)量的效果的圖像拾取裝置便成為現(xiàn)實(shí)。
按照本發(fā)明的第5個(gè)方面，便攜式終端設(shè)備包括上述的圖像拾取裝置。
在上述結(jié)構(gòu)中，上述的圖像拾取裝置被安裝在便攜式終端設(shè)備上。因此，具有小型，輕質(zhì)和高圖像質(zhì)量效果的便攜式終端設(shè)備便成為現(xiàn)實(shí)。


從下面給出的詳細(xì)描述和僅以圖例方式給出的附圖，本發(fā)明將被充分理解，圖例不打算作為本發(fā)明的限制。其中，圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的圖像拾取裝置的透視圖；圖2是沿圖像拾取裝置的透鏡光軸的截面截取的截面視圖；圖3A是采用圖像拾取裝置的便攜電話機(jī)的的前視圖，圖3B是采用圖像拾取裝置的便攜電話的后視圖；圖4是圖3A和3B所示便攜電話機(jī)的控制方塊圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明例1和例2的小尺寸圖像拾取透鏡的典型的截面視圖；圖6A至6E是根據(jù)例1的各種型式象差的視圖，圖6A是球差，圖6B是像散，圖6C是畸變，圖6D和6E是經(jīng)向彗差；圖7A至7E是例2的各種型式像差的視圖，圖7A是球差，圖7B是像散，圖7C是畸變，圖7D和7E是經(jīng)向彗差；圖8是本發(fā)明第三例的小尺寸圖像拾取透鏡的典型的截面視圖；圖9A到9E是例3的各種型式像差的視圖，圖9A是球差，圖9B是像散，圖9C是畸變，圖9D和9E是經(jīng)向彗差；圖10是本發(fā)明例4的小尺寸圖像拾取透鏡的典型的截面視圖；和圖11A至11E是例4的各種型式像差的視圖，圖11A是球差，圖11B是像散，圖11C是畸變，圖11D和11E是經(jīng)向彗差。
具體實(shí)施例方式
下面參照圖1和2對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行解釋。圖1是實(shí)施例的圖像拾取裝置50的透視圖，圖2是沿圖像拾取裝置50的圖像拾取系統(tǒng)的光軸截取的截面視圖。
圖像拾取裝置50包括一個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換單元51a的CMOS型圖像傳感器51，它起一個(gè)固態(tài)圖像拾取元件的作用，一個(gè)圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)10，用于在圖像傳感器51的光電轉(zhuǎn)換單元51a上形成物體的圖像，一個(gè)固定圖像傳感器51的基板52，它包括一個(gè)外部接線端54，它從圖像傳感器51接收電信號或發(fā)送電信號到圖像傳感器51，一個(gè)由遮光物質(zhì)做成的外殼53，它起一個(gè)透鏡鏡筒作用，它包括一個(gè)入射光進(jìn)入物體側(cè)的開孔。圖像拾取裝置50的這些構(gòu)成元件相互組合。
在圖像傳感器51中，安排有光電轉(zhuǎn)換單元51a，它具有在光接收側(cè)上的平面的中心部分中以兩維形式安排的像素(光電轉(zhuǎn)換元件)，信號處理電路51b安排在光電轉(zhuǎn)換單元51a的周圍。信號處理電路51b包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路單元，用于一個(gè)接一個(gè)地驅(qū)動(dòng)像素從每個(gè)像素獲得信號電荷，一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元，把每個(gè)信號電荷轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，和一個(gè)信號處理單元，用于從數(shù)字信號產(chǎn)生圖像輸出信號。同時(shí)，大量的緩沖墊(未示出)被安排在光接收側(cè)上的圖像傳感器51的平面周圍附近，每個(gè)緩沖墊通過一根導(dǎo)線W與基板52相連接。圖像傳感器51把光電轉(zhuǎn)換單元51a的每個(gè)信號電荷轉(zhuǎn)化成一個(gè)圖像信號，例如是一個(gè)數(shù)字YUV信號并通過電線W把圖像信號輸出到基板52上的指定電路。這里，Y表示亮度信號，U(＝R-Y)表示色差信號，表示紅色和亮度信號的差，和V(＝B-Y)表示色差信號，表示蘭色和亮度信號的差。
固態(tài)圖像拾取元件不限于CMOS型圖像傳感器，最好是，使用其它元件，例如CCD作為固態(tài)圖像拾取元件。
基板52包括一個(gè)支持平板52a，它用于在其前表面上支撐圖像傳感器51和外殼53，包括一個(gè)柔軟的基板52b，其一個(gè)端部被送到支持平板52a的后表面(與前表面相對的表面)。
支持平板52a具有大量的信號傳輸墊片，它們被安排在前和后表面上。每個(gè)墊片被連到前表面上的圖像傳感器51的導(dǎo)線W上，和被連到后表面上的柔軟基板52b上。
如上所述，柔軟基板52b一個(gè)端部，被連到支持平板52a，柔軟基板52b連接支撐平板52a和一個(gè)外部電路(例如，具有圖像拾取裝置的主處理機(jī)的控制電路)，該連接是通過安排在其另一端中的外部接線端54進(jìn)行的。因此，圖像拾取裝置50可以接收外部電路提供的電壓或時(shí)鐘信號以驅(qū)動(dòng)圖像傳感器51。同時(shí)，圖像拾取裝置50可以輸出數(shù)字YUV信號到外部電路。進(jìn)而，柔軟基板52b在其長度方向的中間部分具有柔性和變形性能，中部的變形給予外部接線端54對于支持平板52a的方向和安排一定的自由度。
下面，將描述外殼53和圖像拾取光系統(tǒng)10。圖像傳感器51膠著在支持平板52a的前表面上，同時(shí)被安排在外殼53中，從而圖像傳感器51被固定到支持平板52a上。圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)10被安排和固定在外殼53中，或通過外殼53支撐。
如圖2所示，圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)10包括一個(gè)IR(紅外線)遮斷濾波器24，用于防止紅外線射入系統(tǒng)10，包括一圖像拾取透鏡，圖像拾取透鏡包括從物體側(cè)開始安排在外殼53中，或由外殼53支撐的一個(gè)第一透鏡L1，檔板S，第二透鏡L2，第三透鏡L3和第四透鏡L4。圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)10通過透鏡L1，L2，L3和L4發(fā)射物體的圖像并在圖像傳感器51的光電轉(zhuǎn)換單元51a中產(chǎn)生圖像。這里，在圖2中，左邊是物體側(cè)，右邊是圖像側(cè)，點(diǎn)劃線表示透鏡L1，L2，L3和L4的公共光軸L。
IR遮斷濾波器24是由具有紅外線吸收特性的物質(zhì)制成的，它被膠著在外殼53的物體側(cè)表面上。
同時(shí)，檔板S具有確定整個(gè)圖像拾取透鏡的F數(shù)的功能。
外殼53包括一個(gè)直接固定到基板52的基座主體55，透鏡支架56支撐第四透鏡，透鏡固定件57和透鏡支架56一起固定和支撐所有透鏡L1，L2，L3和L4。透鏡固定件57，透鏡支架56和基座主體55相互連接成一個(gè)圓柱形的整體，并安排它們的中心線在同一軸上。
在圖像產(chǎn)生中，透鏡固定件57，透鏡支架56和基座主體55按照從物體側(cè)開始的順序安排，各自形成近乎圓柱體形狀。基座主體55具有最大的內(nèi)直徑，透鏡支架56放在基座主體55中?；黧w55在其內(nèi)圓周表面上有一個(gè)內(nèi)螺紋，透鏡支架56的外圓周表面上有一個(gè)外螺紋。這些螺紋彼此嚙合以便把基座主體55和透鏡支架56連接。透鏡支架56的內(nèi)直徑大于透鏡固定件57的內(nèi)直徑，透鏡固定件57放在透鏡支架56內(nèi)。透鏡支架56的內(nèi)圓周表面上有一個(gè)內(nèi)螺紋，透鏡固定件57的外圓周表面上有一個(gè)外螺紋。這些螺紋彼此嚙合，把透鏡支架56和透鏡固定件57連在一起。
下面，描述透鏡L1至L4。
在本申請人的日本專利申請No.2002-083880中，所有透鏡都是塑料透鏡，從而可獲得透鏡的高性能和批量生產(chǎn)。不過，塑料透鏡的折射率隨溫度變化，從而出現(xiàn)圖像點(diǎn)大的變化的問題。同時(shí)，具有小尺寸圖像拾取透鏡的小尺寸圖像拾取裝置通常按照泛焦方法進(jìn)行工作，在這種方法中不使用透鏡聚焦機(jī)械。因此，當(dāng)使用具有高圖像質(zhì)量的固態(tài)圖像拾取元件的時(shí)候，溫度變化的影響不可忽略。
因此，在這個(gè)實(shí)施例中，透鏡L1是由玻璃材料制成的，透鏡L2至L4是由塑料材料制成的。透鏡L1至L4將在下面詳細(xì)描述。
近年，為了使圖像拾取裝置小型化而不改變固態(tài)圖像拾取元件的像素?cái)?shù)量，具有縮短像素間距的像素的小尺寸圖像拾取裝置和由縮短的像素間距確定的小圖像屏幕尺寸的光接收單元(光電轉(zhuǎn)換單元)已經(jīng)被研制。在用于小圖像屏幕尺寸的固態(tài)圖像拾取元件的圖像拾取透鏡中，為了獲得與正常圖像屏幕尺寸相應(yīng)的圖像拾取透鏡相同的視角，需要縮短圖像拾取透鏡的焦距。因此，每個(gè)透鏡的曲率半徑和外直徑被大大縮短。結(jié)果，難于通過拋光形成玻璃透鏡，透鏡L2至L4的每一個(gè)通過注塑成型而由塑料制成。
同時(shí)，因?yàn)長2至L4的每一個(gè)是通過注塑成型形成的，每個(gè)透鏡的周邊上有一個(gè)凸臺部分。第四透鏡具有在各透鏡之中具有最大的外直徑的凸臺部分一個(gè)凹部分形成物體側(cè)凸臺部分的平面上。第三透鏡L3的凸臺部分被緊緊地裝配到第四透鏡L4的凹部分中。這里，凹部分的形成，使得第四透鏡的光軸與第三透鏡L3的一致。
第三透鏡L3具有一個(gè)凸臺部分，其外直徑大于第二透鏡L2的外直徑，一個(gè)凹部分形成在物體側(cè)凸臺部分的平面上。第二透鏡L2的凸臺部分緊緊地裝配到第三透鏡L3的凹部分中。這里，凹部分的形成使得第三透鏡L3的光軸和第二透鏡L2的光軸一致。
第二透鏡L2具有一個(gè)凸臺部分，其外直徑大于第一透鏡L1的外直徑，一個(gè)凹部分形成在物體側(cè)凸臺部分的平面上。第一透鏡L1緊緊地裝配到第二透鏡L2的凹部分中。這里凹部分形成，使第二透鏡L2的光軸與第一透鏡L1的光軸一致。
因此，當(dāng)透鏡L1至L4通過凸臺部分堆積組裝的時(shí)候，透鏡L1至L4的光軸可以彼此一致。
同時(shí)，因?yàn)橛锌赡茉谧⑺艹尚瓦^程中設(shè)定在軸向透鏡L1至L4的每一個(gè)的凹部分和凸部分的位置精度，在光軸方向中每對透鏡的間隔可以保持規(guī)定的精度。因此，光學(xué)系統(tǒng)10的組裝精度可以提高。并且，透鏡可以被容易地組裝，生產(chǎn)率可以提高。
在上述透鏡L1至L4的情況下，重新描述外殼53。
外殼53的透鏡支架56具有一個(gè)在圖像側(cè)上伸出端部，以便形成具有底部的圓柱形形式的透鏡支架56。底的中心部分有一個(gè)大的開孔，外部光穿過這個(gè)開孔。透鏡固定件57具有一個(gè)在物體側(cè)伸出的端部，以便形成具有底的圓柱形形式的透鏡固定件57。底的中心部分有一個(gè)大的開孔，外部光線通過這個(gè)開孔。透鏡支架56的內(nèi)直徑等于第四透鏡L4的外直徑。當(dāng)?shù)谒耐哥RL4被裝配到透鏡支架56的時(shí)候，第四透鏡L4可以這樣安排，使得第四透鏡L4的光軸與透鏡支架56的中心線一致。此后，如上所述，當(dāng)透鏡固定件57在透鏡L1至L4被堆積組裝的情況下被安裝到透鏡支架56上的時(shí)候，堆積組裝的透鏡L1至L4的每一個(gè)被安裝和支承到/在相鄰?fù)哥R或透鏡支架56的底面上，基座主體55，透鏡支架56和透鏡固定件57的中心線和透鏡L1到L4的光軸與同一軸線一致。這里，外殼53被固定到基板52上，使得透鏡支架56的中心線與圖像傳感器51的光電轉(zhuǎn)換平面51a的中心一致。同時(shí)，外殼53在透鏡支架56的內(nèi)圓周表面上和內(nèi)底部表面上支撐第四透鏡L4，并僅在透鏡固定件57的內(nèi)底面上支撐第一透鏡L1的周邊。透鏡固定件57的內(nèi)圓周部分不與透鏡L1至L4的每一個(gè)接觸。
同時(shí)，因?yàn)榛黧w55和透鏡支架56的中心線與透鏡L1至L4的光軸L一致，透鏡L1至L4相對于圖像傳感器51的位置可被調(diào)整，同時(shí)旋轉(zhuǎn)透鏡支架56使聚焦條件達(dá)到最佳。這里，在調(diào)整透鏡L1至L4的位置以后，基座主體55和透鏡支架56通過粘合劑彼此固定。
同時(shí)，一個(gè)第一屏蔽罩21被安排在物體側(cè)外殼53的端平面上，一個(gè)第二屏蔽罩22安排在第二透鏡L2和第三透鏡L3之間，一個(gè)第三屏蔽罩23被安排在第三透鏡L3和第四透鏡L4之間。每個(gè)屏蔽罩21至23具有一個(gè)圓形開孔，用于遮斷無助于產(chǎn)生圖像的不必要的光。
每個(gè)屏蔽罩21至23是由盤形遮光物質(zhì)制成，在盤形物質(zhì)的中心有一個(gè)規(guī)定內(nèi)直徑的圓孔。罩21至23的孔的中心線與透鏡L1至L4的光軸L一致。
如上所述，第一屏蔽罩21安排在物體側(cè)外殼53的端平面上。第二屏蔽罩22被安排在第三透鏡L3的凹部分中并放置和支承在第二和第三透鏡L2和L3之間。第三屏蔽罩23安排在第四透鏡L4的凹處并放置和支承在第三和第四透鏡L3和L4之間。
這里，第三和第四透鏡L3和L4的每一個(gè)在凹部分中有一個(gè)空腔以便安排屏蔽罩22或23。當(dāng)透鏡L2至L4被緊緊地安裝到外殼53上時(shí)，屏蔽罩22和23不影響透鏡L2和L3之間的距離，也不影響透鏡L3和L4之間的距離。
檔板S和屏蔽罩21至23的相互作用防止進(jìn)入物體側(cè)的光射到透鏡L1至L4的有效直徑以外的區(qū)域，可以抑制疊影和閃爍的產(chǎn)生。
現(xiàn)在描述使用圖像拾取裝置50的一個(gè)例子。圖3A和3B是一個(gè)例攜式電話機(jī)100，它起一個(gè)便攜式終端的作用，它裝有圖像拾取裝置50，圖4是便攜式電話機(jī)100的控制方塊圖。
圖像拾取裝置50被安排在前面具有液晶顯示器的便攜式電話機(jī)100中，從而圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)10的外殼53的物體側(cè)端面被安排在便攜式電話機(jī)100的背側(cè)。同時(shí)，圖像拾取單元50被安排在液晶顯示器的下面。
圖像拾取裝置50的外部接線端54被連接到便攜式電話機(jī)100的控制單元101，并輸出圖像信號，例如亮度信號和色差信號到控制單元101。
如圖4所示，便攜式電話機(jī)100包括控制單元(CPU)101，用以執(zhí)行對應(yīng)于每種型式處理的程序，一個(gè)輸入裝置60，用于接收用鍵發(fā)出的數(shù)字，一個(gè)顯示單元70，用于顯示規(guī)定的數(shù)據(jù)和形成的圖像，一個(gè)無線通信單元80，用以執(zhí)行和外部服務(wù)器的各種型式的信息通信，一個(gè)存儲單元(ROM)91，用于存儲便攜式電話機(jī)100的系統(tǒng)程序，各種處理程序和必要數(shù)據(jù)，例如終端ID，和一個(gè)暫時(shí)存儲單元(RAM)92，作為工作區(qū)，用于暫時(shí)存儲各種處理程序，和控制單元101執(zhí)行或使用的數(shù)據(jù)，控制單元101處理的數(shù)據(jù)，在圖像拾取單元50中獲得的圖像數(shù)據(jù)。
在控制單元101的控制下，從圖像拾取裝置50接收到的圖像信號被存儲在存儲單元92中，被顯示在顯示單元70上和/或通過天線通信單元80作為圖像信息被發(fā)送到外邊。例下面根據(jù)例1、2、3和4將具體說明圖像拾取透鏡。這里，圖像拾取透鏡的具體說明不限于這些例子。例中使用的符號表示如下。
f整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距fB后焦距FF數(shù)
2Y有效圖像屏幕上對角線的長度(固態(tài)圖像拾取元件的長方形光接收平面的對角線的長度)R折射表面的曲率半徑D軸上折射表面之間的間隔Ndd-線上透鏡材料的折射率νd透鏡材料的Abbe數(shù)同時(shí)，在例中，非球面表面的形狀用長方形坐標(biāo)系數(shù)表示，表面的頂點(diǎn)定為原點(diǎn)，光軸方向取為X軸，下面公式中，R表示頂點(diǎn)處的非球面表面的曲率并徑，K表示二次曲線常數(shù)，A4，A6，A8，A10和A12表示非球面表面的系數(shù)。X=h2/R1+1-(1+K)h2/R2+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12]]>其中h=Y2+Z2]]>被滿足。
圖5是本發(fā)明例1和2小尺寸圖像拾取透鏡的典型截面視圖。
例1透鏡數(shù)據(jù)示于表1，2和3中。
表1(例1)f＝4.191mm，fB＝1.795mm， F＝2.88，2Y＝5.08mm表面號 R(mm) D(mm) Nd νd1 4.425 1.10 1.5831359.42 -9.128 0.20檔板 ∞ 0.203 -3.2 07 1.20 1.5304056.04 -1.092 0.345 -0.726 0.86 1.5830030.06 -1.524 0.107 2.538 1.14 1.5304056.08 2.712表2
非球面表面的系數(shù)第三表面K＝9.21940A4＝-1.90800×10-2A6＝3.78880×10-2A8＝-1.01770×10-1A10＝1.61350×10-1第四表面K＝-2.43830×10-1A4＝-1.33880×10-1A6＝1.41590×10-2A8＝9.87250×10-3A10＝2.11700×10-2第五表面K＝-1.91890A4＝1.13150×10-1A6＝8.99300×10-3A8＝-3.76430×10-3A10＝6.11200×10-3A12＝-3.26330×10-3第六表面K＝-3.37000×10-1A4＝8.35040×10-2A6＝2.41350×10-2A8＝-5.17700×10-3A10＝-3.05050×10-3A12＝1.39000×10-3第七表面K＝-11.9490A4＝-2.26290×10-2A6＝-1.73770×10-3
A8＝1.64710×10-3A10＝-3.32140×10-4A12＝-1.80240×10-4第八表面K＝-4.42490A4＝-4.22960×10-2A6＝9.36890×10-3A8＝-2.19520×10-3A10＝2.15000×10-4A12＝-1.52000×10-5表3

在圖5中，L1表示第一透鏡，L2表示第二透鏡，L3表示第三透鏡，L4表示第四透鏡，S表示一個(gè)檔板。圖6A至6E是例1的各種型式像差的視圖，圖6A是球差，圖6B是象散，圖6C是畸變，圖6D和6E是經(jīng)向彗差。
第一透鏡L1是由玻璃材料制做的。第二透鏡L2和第四透鏡L4是聚烯烴制成的塑料透鏡，透鏡L2和L4的飽和吸水率分別不大于0.01％。同時(shí)，第三透鏡L3是由聚碳酸酯制成的塑料透鏡，透鏡L3的飽和吸水率是0.4％。
隨塑料材料的溫度變化的折射率示于表4。由此，當(dāng)溫度從正常溫度(20℃)增加+30℃的時(shí)候，后焦距的變化的度數(shù)(ΔfB)是+0.001mm。
表4

例2透鏡數(shù)據(jù)示于表5，6和7表5(例2)f＝4.200mm，fB＝1.791mm，F(xiàn)＝2.88，2Y＝5.08mm表面號 R(mm) D(mm) Nd νd1 3.917 1.10 1.5163364.12 -8.052 0.20檔板 ∞ 0.203 -3.422 1.20 1.5304056.04 -1.083 0.315 -0.732 0.86 1.5830030.06 -1.527 0.107 2.426 1.07 1.5304056.08 2.322表6非球面的系數(shù)第三表面K＝9.31360A4＝-3.44480×10-2A6＝5.08930×10-2A8＝-1.53070×10-1A10＝1.61750×10-1第四表面K＝-4.31080×10-1A4＝1.22030×10-1
A6＝-1.44230×10-2A8＝1.37060×10-2A10＝9.35930×10-3第5表面K＝-2.00120A4＝1.12270×10-1A6＝2.28080×10-3A8＝-8.64850×10-3A10＝7.55610×10-3A12＝-2.07840×10-3第6表面K＝-6.31350×10-1A4＝8.67650×10-2A6＝2.05150×10-2A8＝-8.87260×10-3A10＝-1.70460×10-3A12＝1.04610×10-3第7表面K＝-10.5550A4＝-2.40450×10-2A6＝-1.81580×10-3A8＝1.68150×10-3A10＝-3.21750×10-4A12＝-1.78030×10-4第8表面K＝-4.87370A4＝-4.23390×10-2A6＝9.32800×10-3A8＝-2.20080×10-3A10＝2.16970×10-4A12＝-1.49000×10-5
表7

圖7A至7E是例2的各種型式像差的視圖，圖7A是球差，圖7B是像散，圖7c是畸變，圖7D和7E是經(jīng)向彗差。
第一透鏡L1是由玻璃材料制成的。第二透鏡L2和第四透鏡L4是由聚烯烴塑料透鏡，它們的飽和吸水率分別不大于0.01％。第三透鏡L3是由聚碳酸酯塑料透鏡，透鏡L3的飽和吸水率是0.4％。
隨塑料的溫度而變化的折射率示于表8中。由此，當(dāng)溫度從正常溫度(20℃)被增加+30℃的時(shí)候，后焦距的變化的度(ΔfB)是+0.001mm。
表8

表3透鏡數(shù)據(jù)示于表9，10和11中表9(例3)f＝5.309mm， fB＝0.5 11mm， F＝2.88，2Y＝6.48mm表面號 R(mm) D(mm) Nd νd檔板 ∞0.001 3.227 1.27 1.6968055.52 -87.0500.443 -3.364 1.40 1.5250056.04 -1.626 0.355 -1.021 0.90 1.5830030.06 -2.147 0.107 2.462 1.10 1.5250056.08 2.283 1.009 ∞0.30 1.5163364.110 ∞表10非球面的系數(shù)第三表面K＝-3.69470A4＝-2.00480×10-2A6＝5.93561×10-3A8＝5.22016×10-4A10＝-2.38137×10-4第四表面K＝-8.46375×10-1A4＝-2.02564×10-2A6＝1.62756×10-2A8＝-4.14965×10-3A10＝6.66591×10-4第5表面K＝-8.10560×10-1A4＝6.31710×10-2A6＝4.14530×10-4A8＝4.30470×10-3A10＝-2.38210×10-3
A12＝3.81300×10-4第6表面K＝-4.69690×10-1A4＝1.50160×10-2A6＝9.94400×10-3A8＝-2.33050×10-3A10＝3.92580×10-4A12＝-2.86340×10-5第7表面K＝-8.06986A4＝-1.22203×10-2A6＝-1.10253×10-3A8＝2.97022×10-4A10＝-1.61617×10-5A12＝-1.33104×10-6第8表面K＝-4.95420A4＝-1.49047×10-2A6＝7.29589×10-4A8＝-2.84963×10-4A10＝4.02284×10-5A12＝-2.14994×10-6表11


圖8是本發(fā)明例3的小尺寸圖像拾取透鏡的典型截面圖。圖9A至9E是例3的各種型式像差的視圖。圖9A是球差，圖9B是像散，圖9c是畸變，圖9D和9E是經(jīng)向彗差。
在例3中，孔檔板S安排得最靠近物體側(cè)，相當(dāng)于紅外線遮斷濾波器的平面平行板安排在最接近圖像側(cè)。
第一透鏡L1是由玻璃材料制成。第二透鏡L2和第四透鏡L4是聚烯烴塑料透鏡，透鏡L2和L4的飽和吸水率不大于0.01％。同時(shí)，第三透鏡L3是由聚碳酸酯塑料透鏡，透鏡L3的飽和吸水率是0.4％。
折射率隨塑料材料的溫度的變化示于表12中。由此，溫度從正常溫度(20℃)增加+30℃的時(shí)候，后焦距的變化度(ΔfB)是-0.001mm。
表12

例4透鏡數(shù)據(jù)示于表13，14和15中。
表13(例4)f＝3.952mm， fB＝0.437mm，F(xiàn)＝2.88，2Y＝4.76mm表面號 R(mm) D(mm) Nd νd檔板 ∞ 0.0513.913 0.93 1.6968055.52346.379 0.183 -20.920 1.20 1.5250056.04 -1.410 0.325 -0.566 0.80 1.5830030.06 -1.702 0.107 1.248 1.04 1.52500 56.08 2.707 0.759 ∞0.30 1.51633 64.110∞0.2011∞0.40 1.51633 64.112∞表14非球面的系數(shù)第三表面K＝-1.34157×103A4＝-1.15552×10-2A6＝-9.72350×10-2A8＝1.64161×10-1A10＝-1.69526×10-1A12＝5.93581×10-2第四表面K＝-3.64290A4＝-7.87313×10-2A6＝-8.13418×10-2A8＝6.89382×10-2A10＝-1.35061×10-2A12＝-1.46313×10-3第5表面K＝-2.20465A4＝-1.19476×10-1A6＝1.02295×10-1A8＝-4.96877×10-2A10＝3.08960×10-2A12＝-8.23237×10-3第6表面K＝-1.11107
A4＝3.10033×10-2A6＝2.14144×10-2A8＝-2.26865×10-3A10＝-1.88014×10-3A12＝4.46605×10-4第7表面K＝-4.23704A4＝-8.16271×10-4A6＝1.75735×10-3A8＝-1.91328×10-3A10＝4.88327×10-4A12＝-5.69413×10-5第8表面K＝-8.14983×10-1A4＝-2.99336×10-2A6＝4.55187×10-3A8＝-1.39696×10-3A10＝1.81788×10-4A12＝-1.40282×10-5表15

圖10是本發(fā)明例4的小尺寸圖像拾取透鏡的典型的截面視圖。圖11A至11E是例4的各種型式像差的視圖，圖11A是球差，圖11B是像散，圖11c是畸變，圖11D和11E是經(jīng)向彗差。
在例3中，孔檔板S安排得最靠近物體側(cè)，并且相當(dāng)于紅外線遮斷濾波器的平面平行板被安排。
第一透鏡L1是由玻璃材料制成。第二透鏡L2和第四透鏡L4是由聚烯烴塑料透鏡，透鏡L2和L4的飽和吸水率分別不大于0.01％。同時(shí)，第三透鏡L3是由聚碳酸酯塑料透鏡，透鏡L3的飽和吸水率是0.4％。
由塑料材料的溫度引起的折射率Nd的變化示于表16中。因此，當(dāng)溫度從常溫(20℃)增加+30℃的時(shí)候，后焦距的變化度(ΔfB)是+0.010mm。
表16

這里，計(jì)算由溫度增加引起的后焦距的變化度(ΔfB)，而不考慮由于溫度的增加引起的塑料透鏡的熱膨脹的影響。理由是由溫度增加引起的圖像點(diǎn)的位置變化主要是由塑料透鏡的折射率的變化引起的。
在例1至4中在圖像側(cè)光束的遠(yuǎn)心特性保持的設(shè)計(jì)沒有充分執(zhí)行。遠(yuǎn)心特性是指，在主光線從最后的透鏡表面射出去以后，對應(yīng)于每個(gè)圖像點(diǎn)的光束的主光線變成平行于光軸。換言之，遠(yuǎn)心特性是指，光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳的位置被充分設(shè)置得遠(yuǎn)離圖像表面。當(dāng)遠(yuǎn)心特性變壞的時(shí)候，光束傾斜入射到固態(tài)圖像拾取元件上，減少圖像屏幕的周邊中孔徑效率的蔭蔽現(xiàn)象就會產(chǎn)生，圖像屏幕的周邊中的光量減少。不過，在現(xiàn)有技術(shù)中，蔭蔽現(xiàn)象可以通過重新考慮濾波器的設(shè)計(jì)和固態(tài)圖像拾取元件的微-透鏡陣列而被減小。因此，例1至4的每一個(gè)是減少對遠(yuǎn)心特性的要求的進(jìn)一步小型化的光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)計(jì)例。
在本發(fā)明中，多個(gè)具有較強(qiáng)折射能力的正透鏡和負(fù)透鏡是按照從物體側(cè)開始的順序安排的，從而總透鏡長度容易被縮短。同時(shí)，當(dāng)?shù)谝煌哥R的凸表面朝向物體側(cè)的時(shí)候，總透鏡長度可以被縮短。
同時(shí)，關(guān)于像差校正，分別具有正折射能力的第一透鏡和第二透鏡的兩個(gè)正透鏡被安排得最靠近物體側(cè)。因此，正折射能力可以被分配到第一和第二透鏡，球差和彗差的產(chǎn)生可以被抑制。
同時(shí)，第三透鏡的凹表面朝向物體側(cè)，第三透鏡被安排成具有彎月形的負(fù)透鏡(即，具有負(fù)折射能力的透鏡)。因此，球差，彗差和像散可以很好地被校正。進(jìn)一步，第四透鏡的凸表面朝向物體側(cè)，第四透鏡被制成彎月形。因此，在圖像屏幕的周邊上在圖像側(cè)光束的遠(yuǎn)心特性容易被保持。
同時(shí)，當(dāng)通過滿足條件公式(1)或(4)而使L/2Y或L′/2Y被設(shè)置成低于上限的時(shí)候，總透鏡長度可以被縮短，透鏡外直徑可以通過倍數(shù)效應(yīng)被縮短。因此，整個(gè)圖像拾取裝置可以小型化，輕質(zhì)化。
同時(shí)，當(dāng)通過滿足條件公式(2)或(5)而使f12/f被設(shè)置得高于下限的時(shí)候，第一透鏡和第二透鏡的組合正折射能力被適當(dāng)?shù)匾种?。因此，高階球差和彗差的產(chǎn)生可被抑制到低的程度。進(jìn)而，f12/f被設(shè)置得低于上限。因此，第一透鏡和第二透鏡的組合正折射能力被適當(dāng)?shù)孬@得，總透鏡長度可以被縮短。
同時(shí)，當(dāng)滿足條件公式(3)或(6)式{(ν1+ν2)}-ν3而被設(shè)置成高于下限時(shí)，軸向色差和橫向色差可以被很好地平衡校正。
條件公式(1)至(3)和(4)至(6)表示獲得像差被很好校正的小尺寸圖像拾取透鏡的條件。具體地說，條件公式(1)和(4)表示實(shí)現(xiàn)總透鏡長度縮短的條件。當(dāng)L/2Y或L′/2Y低于條件公式(1)或(4)的上限的時(shí)候，總透鏡長度將被縮短。這里條件公式(1)的符號L表示光軸上從第一透鏡物體側(cè)表面到整個(gè)圖像拾取透鏡圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離。條件公式(4)的符號L′表示光軸上從孔闌到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離。這時(shí)，“圖像側(cè)焦點(diǎn)”表示當(dāng)平行于光軸的平行光射入到圖像拾取透鏡上的時(shí)候所獲得的圖像點(diǎn)。
同時(shí)，當(dāng)滿足條件公式(7)或(9)R5/((N3-1)·f)而被設(shè)置得低于上限時(shí)，第三透鏡物體側(cè)表面的過量負(fù)折射能力可以避免。因此，過量球差和離軸光束彗差閃爍可以被抑制，好的圖像質(zhì)量可以被獲得。再者，當(dāng)R5/((N3-1)·f)被設(shè)置得高于條件公式(7)或(9)的下限的時(shí)候，第三透鏡物體側(cè)表面的負(fù)折射能力可以保持，正Petzval′s總和被降低。因此，圖像表面的曲率，軸向色差和橫向色差可被很好地校正。
同時(shí)，在第三透鏡和第四透鏡之間形成的空氣透鏡的正折射能力可根據(jù)條件公式(8)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。因此，圖像表面的曲率和畸變的校正和圖像側(cè)光束遠(yuǎn)心特性的保持可以很好地平衡。
同時(shí)，安排得最靠近圖像側(cè)的，第四透鏡的圖像側(cè)表面是非球面形的，滿足條件公式(10)，高視角的光束的遠(yuǎn)心特性可以被保持。
同時(shí)，正的第一透鏡是由玻璃材料制成，它的折射率幾乎不隨溫度變化，第二，第三和第四透鏡是由塑料材料制成的。第二透鏡是正透鏡，具有比較強(qiáng)的折射能力，第三透鏡是具有比較強(qiáng)的折射能力的負(fù)透鏡。因此，第二透鏡對于由于溫度變化圖像點(diǎn)的位置的影響可以和第三透鏡的影響抵消，溫度變化引起的整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像點(diǎn)的位置變化可以被抑制到低的程度。
因此，塑料材料的影響被減小，由于塑料材料的效果，低成本的小型輕質(zhì)的圖像拾取透鏡可以被獲得。
同時(shí)，因?yàn)榈谝煌哥R被設(shè)置為玻璃透鏡，就沒有容易被劃傷的塑料透鏡暴露在外邊。因此，圖像拾取透鏡的保養(yǎng)可以改善。
同時(shí)，第一透鏡和第二透鏡分別具有正折射能力，所要求的折射能力被分配到第一和第二透鏡。因此，在每個(gè)透鏡中不需要極低的曲率半徑。從而，作為第一透鏡的玻璃透鏡的生產(chǎn)可以容易地進(jìn)行，第一透鏡的生產(chǎn)率可以提高。
同時(shí)，第二，第三和第四透鏡是由塑料材料制成的。因此，透鏡有效直徑區(qū)域外安排的每個(gè)透鏡的凸臺部分的形狀可以自由設(shè)計(jì)，而整體形成凸臺部分和透鏡。假設(shè)透鏡和凸臺部分容易相互裝配，透鏡的結(jié)構(gòu)就可以被獲得，從而使透鏡的光軸彼此一致。進(jìn)而，當(dāng)透鏡的結(jié)構(gòu)被設(shè)置成使每個(gè)凸臺確定對應(yīng)透鏡對的間隔時(shí)，就不需要隔板了。因此，可以減少圖像拾取透鏡的部件數(shù)，圖像拾取透鏡的生產(chǎn)率可以提高。
同時(shí)，因?yàn)橥哥R是由塑料材料制成的，每個(gè)透鏡可以容易地以非球面形狀形成，容易進(jìn)行像差校正。
同時(shí)，各透鏡被設(shè)置得滿足條件公式(13)。因此，各塑料透鏡的組合焦距可以被設(shè)置到一個(gè)大的值，以便抑制各透鏡的折射能力的值的總和到一個(gè)低值，由于溫度變化引起的圖像點(diǎn)的位置變化可以被抑制到低的程度。
同時(shí)，具有不大于0.7％的飽和吸水率的塑料材料被使用。因此，由于濕度的快速變化引起的透鏡的折射率的不均勻性可以被抑制，塑料透鏡的效果可以被獲得，同時(shí)保持較好的圖像形成性能。
同時(shí)，具有凸表面的第一正透鏡被安排得最靠近物體側(cè)和面對物體側(cè)。因此，總透鏡長度與第一負(fù)透鏡相比可以被縮短。
同時(shí)，一個(gè)具有正折射能力的正透鏡被設(shè)置為玻璃透鏡，另一個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡被設(shè)置成塑料透鏡。因此，大的正折射能力可以被分配到玻璃透鏡和塑料透鏡。進(jìn)而，具有正折射能力的塑料透鏡對于由于溫度變化引起的，圖像點(diǎn)的位置變化的影響和具有負(fù)折射能力的塑料透鏡的影響相抵消。因此，由于塑料透鏡，可實(shí)現(xiàn)透鏡的小型化，輕質(zhì)化和批量生產(chǎn)。
同時(shí)，在本發(fā)明中，第四透鏡的圖像側(cè)表面是非球面形狀。因此，高視角的光束的遠(yuǎn)心特性可以被保持。
在本發(fā)明中，從第一，第二，第三和第四透鏡中選擇的三個(gè)透鏡是由塑料材料制成的。因此，由于透鏡是塑料材料制成的，小型化，輕質(zhì)，基于批量生產(chǎn)的低成本的效果和非球面表面容易形成的效果都可以被獲得。
同時(shí)，第一透鏡是由玻璃材料制成的。極易損壞的位置上的第一透鏡中的裂縫的產(chǎn)生可以被減少。第一透鏡保護(hù)由塑料材料制成的其他各透鏡，并且第一透鏡的保養(yǎng)可以被提高。
同時(shí)，各透鏡設(shè)置得滿足條件公式(17)。因此，各塑料透鏡的組合焦距被設(shè)置成一個(gè)大的值，以便抑制透鏡的折射能力的值的總和到一個(gè)低值，由溫度變化引起的圖像點(diǎn)的位置變化可被抑制到低的程度。
同時(shí)，具有不大于0.7％的飽和吸水率的塑料材料被使用。因此，由于濕度迅速變化引起的透鏡的折射率的不均勻性可以被抑制，塑料透鏡的優(yōu)點(diǎn)可以被獲得，同時(shí)保持最好的圖像形成性能。
同時(shí)，按照條件公式(18)總透鏡長度可以被縮短，整個(gè)圖像拾取裝置可以被小型化和輕質(zhì)化。
同時(shí)，按照條件公式(19)總透鏡長度可以被適當(dāng)縮短同時(shí)把高階球差和彗差抑制到一個(gè)低的程度。
同時(shí)，按照條件公式(20)，軸向色差和橫向色差可以被好的平衡校正。
同時(shí)，多個(gè)具有較強(qiáng)折射能力的正透鏡和負(fù)透鏡按照從物體側(cè)開始的次序安排，從而總透鏡長度可以容易地被縮短。
同時(shí)，安排得最靠近物體側(cè)的透鏡具有正折射能力以便縮短沿光軸方向長度，并且圖像拾取透鏡包括四個(gè)透鏡。
因?yàn)橥哥R的數(shù)目是四個(gè)，各種型式的像差校正，遠(yuǎn)心特性的提高和折射能力的分配可以容易地被獲得，圖像拾取裝置有利于小型化，高的圖像質(zhì)量和輕便性可以被提供。
在本發(fā)明中，具有上述效果的圖像拾取透鏡被安排在圖像拾取裝置上。因此，可以提供具有小型化，輕便性和高圖像質(zhì)量的圖像拾取裝置。
在本發(fā)明中，上述的圖像拾取裝置安排在便攜終端設(shè)備中。因此能夠形成高圖像質(zhì)量的圖像的小型輕便的便攜式終端設(shè)備可以被提供。
包括說明書，權(quán)利要求書，附圖和摘要的2002年7月18日申請的日本專利申請No.Tokugan 2002-209625的整個(gè)公開文件被全面引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種圖像拾取透鏡，包括四個(gè)透鏡，從物體側(cè)開始依次是第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡和第四透鏡，其中第一透鏡具有正折射能力，具有一個(gè)朝向物體側(cè)的凸表面，第二透鏡具有正折射能力，第三透鏡具有負(fù)折射能力，具有一個(gè)朝向物體側(cè)的彎月形的凹表面，第四透鏡具有正或負(fù)折射能力，具有朝向物體側(cè)的彎月形的凸表面。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像拾取透鏡；其中下面的條件公式(1)，(2)和(3)得到滿足L/2Y＜1.60 (1)0.40＜f12/f＜0.70(2)25＜{(ν1+ν2)/2}-ν3(3)其中，L表示在光軸上從第一透鏡物體側(cè)表面到整個(gè)圖像拾取透鏡圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離，2Y表示有效圖像屏幕上對角線的長度，f12表示第一透鏡和第二透鏡的組合焦距，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距，ν1表示第一透鏡的Abbe數(shù)，ν2表示第二透鏡的Abbe數(shù)，ν3表示第三透鏡的Abbe數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像拾取透鏡，其中孔闌被安排得最靠近物體側(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像拾取透鏡；其中下面的條件公式(4)，(5)和(6)被滿足L′/2Y＜1.60 (4)0.40＜f12/f＜0.70 (5)25＜{(ν1+ν2)/2}-ν3 (6)其中，L′表示在光軸上從孔闌到整個(gè)圖像拾取透鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離，2Y表示有效圖像屏幕上對角線的長度，f12表示第一透鏡和第二透鏡的組合焦距，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距，ν1表示第一透鏡的Abbe數(shù)，ν2表示第二透鏡的Abbe數(shù)，ν3表示第三透鏡的Abbe數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像拾取透鏡，其中下面的條件公式(7)和(8)被滿足-0.40＜R5/((N3-1)·f)＜-0.20 (7)0.30＜fa/f＜0.50 (8)其中f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距，R5表示第三透鏡物體側(cè)表面的曲率半徑，N3表示在d-線上第三透鏡的折射率，fa表示由第三透鏡圖像側(cè)表面和第四透鏡物體側(cè)表面形成的空氣透鏡的焦距。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像拾取透鏡；其中下面的條件公式(9)被滿足-0.40＜R5/((N3-1)·f)＜-0.25 (9)
7.如權(quán)利要求1所述的圖像拾取透鏡；其中第四透鏡的圖像側(cè)表面滿足下面的條件公式(10)X-XO＜0(10)非球面表面的位移值X用下面的公式(11)表示X=h2/R81+1-(1+K8)h2/R82+∑Aihi----(11)]]>非球面表面的旋轉(zhuǎn)二次表面分量的位移值XO用公式(12)表示XO=h2/R81+1-(1+K8)h2/R82----(12)]]>在滿足hmax×0.5＜h＜hmax的h的范圍內(nèi)，其中第四透鏡圖像側(cè)表面的頂點(diǎn)被設(shè)置成原點(diǎn)，光軸的方向取X軸，h表示垂直于光軸的任意方向上的高度，Ai表示第四透鏡圖像側(cè)表面的非球面表面的第i階系數(shù)，hmax表示最大有效半徑，R8表示第四透鏡圖像側(cè)表面的曲率半徑，K8表示第四透鏡圖像側(cè)表面的二次曲線常數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像拾取透鏡，其中第一透鏡是由玻璃材料制成，第二，第三和第四透鏡由塑料材料制成。
9.如權(quán)利要求8所述的圖像拾取透鏡；其中下面的條件公式(13)被滿足|f/f234|＜0.7 (13)，其中f234表示第二，第三和第四透鏡的組合焦距，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距。
10.如權(quán)利要求8所述的圖像拾取透鏡；其中塑料材料的飽和吸水率不大于0.7％。
11.一種圖像拾取透鏡，包括四個(gè)透鏡，從物體側(cè)開始依次是第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡和第四透鏡，其中第一透鏡具有正折射能力，并具有一個(gè)朝物體側(cè)的凸表面，從第二，第三和第四透鏡選出的一個(gè)透鏡或兩個(gè)透鏡具有正折射能力，從第一，第二，第三和第四透鏡中選擇的至少一個(gè)正折射能力的透鏡是由玻璃材料制成的，從第一，第二，第三和第四透鏡選擇的另一正折射能力的透鏡和一個(gè)負(fù)折射能力的透鏡是由塑料材料制成的，和第四透鏡的圖像側(cè)表面滿足下面的條件公式(14)X-XO＜0(14)非球面表面的位移值X用公式(15)表示X=h2/R81+1-(1+K8)h2/R82+∑Aihi----(15)]]>非球面表面的旋轉(zhuǎn)二次表面分量的位移值XO用公式(16)表示XO=h2/R81+1-(1+K8)h2/R82----(16)]]>在滿足hmax×0.5＜h＜hmax的h的范圍內(nèi)，其中第四透鏡圖像側(cè)表面的頂點(diǎn)被設(shè)置成原點(diǎn)，光軸的方向取X軸，h表示垂直于光軸的任意方向上的高度，Ai表示第四透鏡圖像側(cè)表面的非球面表面的第i階系數(shù)，hmax表示最大有效半徑，R8表示第四透鏡圖像側(cè)表面的曲率半徑，K8表示第四透鏡圖像側(cè)表面的二次曲線常數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的圖像拾取透鏡，其中除具有正折射能力和由玻璃材料制成的透鏡以外的透鏡是由塑料材料制成的。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像拾取透鏡，其中第一透鏡是由玻璃材料制成的。
14.如權(quán)利要求13所述的圖像拾取透鏡，其中下面的條件公式(17)被滿足|f/f234|＜0.7 (17)，這里，f234表示第二，第三和第四透鏡的組合焦距，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距。
15.如權(quán)利要求11所述的圖像拾取透鏡，其中塑料材料的飽和吸水率不大于0.7％。
16.如權(quán)利要求11所述的圖像拾取透鏡，其中下面的條件公式(18)，(19)和(20)被滿足L/2Y＜1.60 (18)0.40＜f12/f＜0.70 (19)25＜νP-νN(20)其中L表示光軸上從第一透鏡的物體側(cè)表面到整個(gè)圖像拾取透鏡圖像側(cè)焦點(diǎn)的距離，2Y表示有效圖像屏幕上對角線的長度，f12表示第一透鏡和第二透鏡的組合焦距，f表示整個(gè)圖像拾取透鏡的焦距，νP表示具有最強(qiáng)正折射能力的透鏡的Abbe數(shù)，νN表示具有最強(qiáng)負(fù)折射能力的透鏡的Abbe數(shù)。
17.如權(quán)利要求11所述的圖像拾取透鏡，其中第二透鏡具有正折射能力，第三透鏡具有負(fù)折射能力。
18.一種圖像拾取裝置，包括一個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換單元的固態(tài)圖像拾取元件；一個(gè)圖像拾取透鏡，用于在固態(tài)圖像拾取元件的光電轉(zhuǎn)換單元中形成物體的圖像；一個(gè)用于支承固態(tài)圖像拾取元件的基片，基片包括一個(gè)外部接線端，通過它，電信號可以被發(fā)射或接收；和一個(gè)由遮光物質(zhì)作成的外殼，它包括一個(gè)入射光進(jìn)入物體側(cè)的開孔，其中，固態(tài)圖像拾取元件，圖像拾取透鏡，基片和外殼是彼此組合在一起的，在圖像拾取透鏡的光軸的方向上圖像拾取裝置的長度不大于15mm，圖像拾取透鏡包括四個(gè)透鏡，按照從物體側(cè)開始的次序安排，和最靠近物體側(cè)的透鏡具有正折射能力。
19.一種圖像拾取裝置，包括一個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換單元的固態(tài)圖像拾取元件；權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16或17的圖像拾取透鏡，用于在固態(tài)圖像拾取元件的光電轉(zhuǎn)換單元中形成物體的圖像；一個(gè)用于固定固態(tài)圖像拾取元件的基片，該基片包括一個(gè)外部接線端，通過它電信號被發(fā)送或接收；和一個(gè)由遮光物質(zhì)制成的外殼，它包括一個(gè)入射光進(jìn)入物體側(cè)的開孔，其中固態(tài)圖像拾取元件，圖像拾取透鏡，基片和外殼相互組合在一起。
20.一種包括權(quán)利要求18的圖像拾取裝置的便攜式終端設(shè)備。
全文摘要
一種圖像拾取透鏡，它具有四個(gè)透鏡，從物體側(cè)開始安排的次序是第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡和第四透鏡。第一透鏡具有正折射能力，具有面向物體側(cè)的凸表面，第二透鏡具有正折射能力，第三透鏡具有負(fù)折射能力，并具有朝向物體側(cè)的彎月形狀的凹表面，第四個(gè)透鏡具有正或負(fù)的折射能力，并具有朝向物體側(cè)的彎月形狀的凸表面。
文檔編號G02B9/34GK1475828SQ0314387
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者山口進(jìn) 申請人:柯尼卡株式會社