專利名稱:望遠(yuǎn)透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及適于往例如帶相機(jī)的便攜電話或PDA(Personal DigitalAssistant)等小型信息終端設(shè)備中搭載的望遠(yuǎn)透鏡。
背景技術(shù):
近年來,伴隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)向一般家庭等普及,可將拍攝的風(fēng)景和人物像等圖像信息輸入個(gè)人計(jì)算機(jī)的數(shù)碼靜物相機(jī)(以下,只稱作數(shù)碼相機(jī))迅速普及起來。另外,隨著便攜電話的高功能化,搭載小型攝像模塊的帶相機(jī)的便攜電話也迅速普及起來。另外,在PDA等小型信號(hào)終端設(shè)備中搭載攝像模塊也普及起來。
具備這些攝像功能的設(shè)備中,采用了CCD(Charge Coupled Device電荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等攝像元件。這些攝像元件,近年來向非常小型化發(fā)展。從而在采用CCD等攝像元件的攝像設(shè)備上,對(duì)于設(shè)備主體及搭載其上的透鏡,也要求小型輕量化。另外,近年來,為了實(shí)現(xiàn)高圖像品質(zhì),而開發(fā)像素多的攝像元件,隨之,在透鏡系統(tǒng)也被要求更高分辨率且高對(duì)比度的性能。
作為這種攝像設(shè)備所采用的攝像透鏡,例如以下的專利文獻(xiàn)1所述。該專利文獻(xiàn)1中記載了2塊構(gòu)成的攝像透鏡。
專利文獻(xiàn)1特開2000-258684號(hào)公報(bào)如上所述,近年的攝像元件,小型化及高像素化得到發(fā)展,與此相伴,特別是在數(shù)碼相機(jī)用的攝像透鏡中要求高分辨率性能和構(gòu)成的小型化。另一方面,在帶相機(jī)的便攜電話等小型信息終端設(shè)備用的攝像透鏡中,現(xiàn)有的主要要求成本方面和緊湊性,而最近在帶相機(jī)的便攜電話等中,攝像元件高像素化也有發(fā)展的趨勢,例如100萬像素以上的與兆位像素對(duì)應(yīng)的裝置被實(shí)用化,相對(duì)于性能方面的要求也高起來。從而,期望開發(fā)出綜合考慮成本方面、性能方面及緊湊性的多種多樣的透鏡。
作為與高像素對(duì)應(yīng)的小型信息終端設(shè)備用攝像透鏡,現(xiàn)有的開發(fā)出例如由1塊玻璃透鏡和2塊塑料透鏡構(gòu)成的3塊構(gòu)成的透鏡系統(tǒng)和采用3塊以上塑料透鏡的透鏡系統(tǒng)等。不過,為了與近年的小型化要求相對(duì)應(yīng),而期望透鏡系統(tǒng)為少于3塊的透鏡塊數(shù)且在性能方向與現(xiàn)有的同等程度。
上述專利文獻(xiàn)所述的透鏡,是一種以2塊且采用非球面的透鏡構(gòu)成,不過還期望開發(fā)更緊湊且高性能的透鏡系統(tǒng)。特別是采用小型攝像元件時(shí),倍率色差容易顯著,因此,作為其透鏡系統(tǒng)期望能良好地矯正倍率色差。
此外,原來小型信息終端設(shè)備上搭載的透鏡一般多為標(biāo)準(zhǔn)類型(例如按35mm膠片換算表示攝像面時(shí),相當(dāng)于焦距f=35mm的透鏡系統(tǒng)),不怎么開發(fā)望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。然而,為了對(duì)應(yīng)使用者的多種需求,希望開發(fā)在小型信息終端設(shè)備上也可搭載的緊湊的高性能的望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于該問題而做出的,其目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)如下的望遠(yuǎn)系統(tǒng)的望遠(yuǎn)透鏡,其具有較少的透鏡塊數(shù),并且通過有效利用非球面使之高性能且非常緊湊。
根據(jù)本發(fā)明的望遠(yuǎn)透鏡,從物體一側(cè)依次包括光圈;兩面為非球面形狀、并且使物體一側(cè)的面為凸面形狀的具有正放大率的彎月形狀的第一透鏡;和兩面為非球面形狀、并且在近軸附近把凸面朝向物體一側(cè)的具有正放大率的彎月形狀的第二透鏡,而且,滿足下面的條件式(1)、(2)0.12<R1/f<0.40 ……… (1)tanθ<0.45 ……… (2)其中,f是透鏡系統(tǒng)整體的近軸焦距,R1是第一透鏡的物體一側(cè)的面的近軸曲率半徑,θ表示主光線的最大入射角度。
根據(jù)本發(fā)明的望遠(yuǎn)透鏡中,將光圈配置在最靠近物體側(cè),接著從物體側(cè)依次配置兩面為非球面形狀的第一透鏡和第二透鏡,并且滿足關(guān)于第一透鏡的形狀等的規(guī)定條件式(1)、(2)來適當(dāng)進(jìn)行各透鏡的形狀、放大率分配等,得到像2塊這樣的極少的透鏡塊數(shù),并且有效利用非球面來獲得與原來帶相機(jī)的便攜電話等中所使用的一般的3塊結(jié)構(gòu)的透鏡相同的高光學(xué)性能。此外,實(shí)現(xiàn)與原來相比非常緊湊的望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。
這里,最好該望遠(yuǎn)透鏡還滿足下面的條件式(3)。通過滿足該條件對(duì)于倍率色差矯正非常有利。
0.70<ΔZF/ΔZR<1.50 ……… (3)其中,ΔZF表示第一透鏡的物體一側(cè)的面在最大有效光線高度HF處的光軸方向的形狀位移量,ΔZR表示第一透鏡的像一側(cè)的面在最大有效光線高度HR處的光軸方向的形狀位移量。
該望遠(yuǎn)透鏡中,優(yōu)選第一透鏡和上述第二透鏡的透鏡材料都為塑料材料。通過使用塑料材料,容易進(jìn)行非球面加工。
通過根據(jù)需要采用這些優(yōu)選結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更高性能并且緊湊的望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的望遠(yuǎn)透鏡,將光圈配置在最靠近物體側(cè),接著從物體側(cè)依次配置兩面為非球面形狀的第一透鏡和第二透鏡,并且滿足關(guān)于第一透鏡的形狀等的規(guī)定條件式(1),(2)來適當(dāng)進(jìn)行各透鏡的形狀、放大率分配等,即使有較少的透鏡塊數(shù),通過有效利用非球面也能得到更高性能并且極其緊湊的望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。
尤其在滿足條件式(3)來構(gòu)成第一透鏡的形狀的情況下,倍率色差的矯正容易進(jìn)行,從而可實(shí)現(xiàn)更高性能并且緊湊的望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。
圖1表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的望遠(yuǎn)透鏡的構(gòu)成例子,是與實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的透鏡剖視圖;圖2表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的望遠(yuǎn)透鏡的另一構(gòu)成例子,是與實(shí)施例2對(duì)應(yīng)的透鏡剖視圖;圖3是關(guān)于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的望遠(yuǎn)透鏡的第一透鏡形狀的說明圖;圖4是表示實(shí)施例1的望遠(yuǎn)透鏡的球面像差、像散、失真和倍率色差的像差圖;圖5是表示實(shí)施例2的望遠(yuǎn)透鏡的球面像差、像散、失真和倍率色差的像差圖。
圖中CG-玻璃罩、St-光圈、Gj-從物體側(cè)起的第j號(hào)透鏡、Ri-從物體側(cè)起的第i號(hào)透鏡面的曲率半徑、Di-從物體側(cè)起的第i號(hào)與第i+1號(hào)透鏡面之間的面間隔、Z1-光軸。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的望遠(yuǎn)透鏡的構(gòu)成例子。該構(gòu)成例子對(duì)應(yīng)后述的第一數(shù)值實(shí)施例(表1、表2)的透鏡結(jié)構(gòu)。此外,圖2表示本實(shí)施方式的望遠(yuǎn)透鏡的另一構(gòu)成例子。圖2的構(gòu)成例子對(duì)應(yīng)后述的第二數(shù)值實(shí)施例(表3、表4)的透鏡結(jié)構(gòu)。此外,圖1、圖2中,符號(hào)Ri表示以光圈St為第0號(hào)、以最近物體側(cè)的透鏡要件面為第1號(hào),隨著朝向像側(cè)(成像側(cè))依次增加地來附加符號(hào)的第i(i=0~6)面的曲率半徑。符號(hào)Di表示第i面和第(i+1)面在光軸Z1上的面間隔。此外,各構(gòu)成例子都為基本相同的結(jié)構(gòu),因此下面基于圖1所示的望遠(yuǎn)透鏡的結(jié)構(gòu)來說明。
該望遠(yuǎn)透鏡搭載在例如帶相機(jī)的便攜電話等小型信息終端設(shè)備、數(shù)字相機(jī)等尤其是使用小型攝像元件的攝像設(shè)備上來使用。該望遠(yuǎn)透鏡是從物體一側(cè)沿著光軸Z1依次配置光圈St、第一透鏡G1和第二透鏡G2的結(jié)構(gòu)。
該望遠(yuǎn)透鏡的成像面(攝像面)上配置未示出的CCD等的攝像元件。CCD的攝像面附近配置保護(hù)攝像面的玻璃罩CG。第二透鏡G2和成像面(攝像面)之間除玻璃罩CG外,還可配置紅外線截止濾波器和低通濾波器等的其他光學(xué)部件。
第一透鏡G1的兩面都為非球面形狀,并且為以物體一側(cè)的面為凸面形狀的具有正放大率的彎月形狀。
第二透鏡G2的兩面都為非球面形狀,并且為在近軸附近將凸面朝向物體一側(cè)的具有正放大率的彎月形狀。關(guān)于第二透鏡G2的非球面形狀,希望是例如在有效半徑范圍內(nèi),物體一側(cè)的面越靠近周邊、正放大率越弱的非球面形狀。由此,第二透鏡G2例如為物體一側(cè)的面在近軸附近為凸面形狀、而在周邊部為凹面形狀。
此外,本實(shí)施方式中,近軸附近的透鏡形狀在例如后述的非球面式(A)中,由系數(shù)K涉及的部分(除了系數(shù)Ai涉及的多項(xiàng)式部分以外的部分)表達(dá)。
該望遠(yuǎn)透鏡滿足下面的條件式(1)、(2)。條件式(1)、(2)中f是透鏡系統(tǒng)整體的近軸焦距,R1是第一透鏡的物體一側(cè)的面的近軸曲率半徑,θ表示主光線的最大入射角度。
0.12<R1/f<0.40 ……… (1)
tanθ<0.45 ……… (2)最好該望遠(yuǎn)透鏡還滿足下面的條件式(3)。
0.70<ΔZF/ΔZR<1.50 ……… (3)這里,如圖3所示,ΔZF表示第一透鏡G1的物體一側(cè)的面在高度HF處的光軸方向的形狀位移量,ΔZR表示第一透鏡G1的像一側(cè)的面在高度HR處的光軸方向的形狀位移量。高度HF是有效光線通過第一透鏡G1的物體一側(cè)的面的最大高度。高度HZ是有效光線通過第一透鏡G1的像側(cè)的面的最大高度。
該望遠(yuǎn)透鏡由于第一透鏡G1和第二透鏡G2的兩面都為非球面形狀,在加工性方面,優(yōu)選第一透鏡G1和上述第二透鏡G2的透鏡材料都為塑料材料。
接著說明以上構(gòu)成的望遠(yuǎn)透鏡的作用和效果。
該望遠(yuǎn)透鏡中,將光圈St配置在最靠近物體側(cè),接著從物體側(cè)依次配置兩面為非球面形狀的第一透鏡G1和第二透鏡G2,并且滿足關(guān)于第一透鏡G1的形狀等的規(guī)定條件式(1)、(2)來適當(dāng)進(jìn)行各透鏡的形狀、放大率分配等,使得其為像2塊這樣的極少的透鏡塊數(shù),并且有效利用非球面,可實(shí)現(xiàn)高性能并且極其緊湊的望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。此外,通過滿足條件式(3),可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的高性能化。
各條件式的作用如下。條件式(1)涉及第一透鏡G1的物體一側(cè)的面的曲率半徑,在該數(shù)值范圍之外時(shí),尤其是難以矯正幀像差和倍率色差,不是適當(dāng)?shù)?。條件式(2)涉及主光線的最大入射角度,在該數(shù)值范圍之外時(shí),該望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)的望遠(yuǎn)效果渺茫,也是不適當(dāng)?shù)摹l件式(3)涉及第一透鏡G1的面形狀,在該數(shù)值范圍之外時(shí),難以矯正倍率色差,不是適當(dāng)?shù)摹?br>
這樣,根據(jù)本實(shí)施方式的望遠(yuǎn)透鏡,通過以像2塊這樣極少的透鏡塊數(shù)來有效利用非球面,可得到與原來帶相機(jī)的便攜電話等中使用的一般的3塊結(jié)構(gòu)的透鏡同等的高光學(xué)性能。此外,可實(shí)現(xiàn)與原來相比極其緊湊的望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)(例如按35mm膠片換算表示攝像面時(shí),相當(dāng)于焦距f=70mm的透鏡系統(tǒng))。
實(shí)施例接著說明本實(shí)施方式的望遠(yuǎn)透鏡的具體數(shù)值實(shí)施例。下面匯總第一和第二數(shù)值實(shí)施例(實(shí)施例1、2)來說明。表1、表2表示對(duì)應(yīng)圖1所示的望遠(yuǎn)透鏡的結(jié)構(gòu)的具體透鏡數(shù)據(jù)(實(shí)施例1)。表3、表4表示對(duì)應(yīng)圖2所示的望遠(yuǎn)透鏡的結(jié)構(gòu)的具體透鏡數(shù)據(jù)(實(shí)施例2)。表1和表3中表示其實(shí)施例的透鏡數(shù)據(jù)中基本的數(shù)據(jù)部分,表2和表4中表示其實(shí)施例的透鏡數(shù)據(jù)中與非球面形狀相關(guān)的數(shù)據(jù)部分。
表1
(*非球面)(f=6.78mm,F(xiàn)NO.=5.6,2ω=37.7°)表2
表3
(*非球面)(f=6.79mm,F(xiàn)NO.=5.6,2ω=37.1°)表4
各表中表示的透鏡數(shù)據(jù)的面序號(hào)Si欄中表示對(duì)于各實(shí)施例的望遠(yuǎn)透鏡,以光圈St為第0個(gè)、以最近物體側(cè)的透鏡要件面為第1號(hào),隨著朝向像側(cè)而順序增加地來附加符號(hào)的第i(i=0~6)面的序號(hào)。曲率半徑符號(hào)Ri欄與圖1,圖2中附帶的符號(hào)Ri對(duì)應(yīng),表示從物體一側(cè)開始的第i號(hào)面的曲率半徑。關(guān)于面間隔Di欄,與圖1、圖2中附帶的符號(hào)對(duì)應(yīng),表示從物體一側(cè)開始第i面Si和第(i+1)面Si+1在光軸Z1上的間隔。曲率半徑Ri和面間隔Di的值的單位是毫米(mm)。Ndj、υdj欄分別表示還包含玻璃罩CG,從物體一側(cè)開始第j號(hào)(j=1~3)透鏡要件的相對(duì)于d線(587.6nm)的折射率和阿貝數(shù)的值。此外,玻璃罩CG的兩面的曲率半徑R5、R6的值為0,這表示平面。此外,光圈St的曲率半徑R0的值為0(零),這表示假想面。
表1和表3中作為諸數(shù)據(jù),同時(shí)表示出整個(gè)系統(tǒng)的近軸焦距f(mm)、F序號(hào)(FNO.)、視場角2ω(ω半視場角)的值。另外,各實(shí)施例的望遠(yuǎn)透鏡在以35mm膠片換算表示攝像面時(shí)具有相當(dāng)于焦距f=70mm的性能。
表1和表3的各透鏡數(shù)據(jù)中,面序號(hào)的左側(cè)附帶的記號(hào)*表示該透鏡面為非球面形狀。各實(shí)施例中第一透鏡G1的兩面S1、S2和第二透鏡G2的兩面S3、S4都為非球面形狀?;就哥R數(shù)據(jù)中,作為這些非球面的曲率半徑,表示出光軸附近(近軸附近)的曲率半徑的數(shù)值。
表2和表4的各非球面數(shù)據(jù)的數(shù)值中,記號(hào)E表示接著其的數(shù)值是以10為底的“冪指數(shù)”,表示將用該以10為底的指數(shù)函數(shù)所示的數(shù)值乘到E之前的數(shù)值。例如,如果是“1.0E-02”,則表示“1.0×10-2”。
各非球面數(shù)據(jù)中記著由下式(A)表示的非球面形狀的式子中的各系數(shù)Ai、K的值。更具體說,Z表示從位于距光軸為高度h的位置處的非球面上的點(diǎn)開始下降到非球面的頂點(diǎn)的接平面(垂直于光軸的平面)的垂線的長度(mm)。
Z=C·h2/{1+(1-K·C2·h2)1/2}+A3·h3+A4·h4+A5·h5+A6·h6+A7·h7+A8·h8+A9·h9+A10·h10……(A)其中,Z非球面的深度(mm)h從光軸到透鏡面的距離(高度)(mm)K離心率C近軸曲率=1/R(R近軸曲率半徑)Ai第i次(i=3~10)的非球面系數(shù)各實(shí)施例中,第一透鏡G1的兩面S1、S2的非球面形狀是僅將偶數(shù)次的系數(shù)A4,A6,A8,A10有效用作非球面系數(shù)。第二透鏡G2的兩面S3,S4的非球面形狀是僅將奇數(shù)次的系數(shù)A3,A7,A9有效用作非球面系數(shù)。
此外,下面的表5中表示對(duì)于各實(shí)施例匯總上述條件式(1)~(3)涉及的值。如表5所示,各實(shí)施例的值在各條件式(1)~(3)的數(shù)值范圍內(nèi)。
表5
圖4(A)~(D)表示實(shí)施例1的望遠(yuǎn)透鏡的球面像差、像散、失真(歪曲像差)和倍率色差。各像差圖中表示以d線為基準(zhǔn)波長的像差,但球面像差圖和倍率色差圖中也表示對(duì)于g線(波長435.8nm)、C線(波長656.3nm)的像差。像散圖中,實(shí)線表示徑向的像差、虛線表示切線方向的像差。ω表示半視場角。同樣,關(guān)于實(shí)施例2的各個(gè)像差也表示在圖5(A)~(D)中。
從以上各數(shù)值數(shù)據(jù)和各像差圖可知,對(duì)于各實(shí)施例,可實(shí)現(xiàn)很少透鏡塊數(shù)、且進(jìn)行良好地像差矯正、極其緊湊的望遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。
此外,本發(fā)明不限定于上述各實(shí)施方式和各實(shí)施例,可實(shí)施各種變形。例如,各透鏡成分的曲率半徑、面間隔和折射率的值等不限定于上述各數(shù)值實(shí)施例所示的值,可取其他值。
權(quán)利要求
1.一種望遠(yuǎn)透鏡,其特征在于,從物體一側(cè)依次具有光圈,兩面為非球面形狀、并且物體一側(cè)的面設(shè)成凸面形狀的具有正放大率的彎月形狀的第一透鏡,和兩面為非球面形狀、并且在近軸附近將凸面朝向物體一側(cè)具有正放大率的彎月形狀的第二透鏡,而且,滿足下面的條件式(1)、(2)0.12<R1/f<0.40 ..........(1)tanθ<0.45 ..........(2)其中,f為透鏡系統(tǒng)整體的近軸焦距、R1為第一透鏡的物體一側(cè)的面的近軸曲率半徑、θ為主光線的最大入射角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的望遠(yuǎn)透鏡,其特征在于還滿足下面的條件式(3)0.70<ΔZF/ΔZR<1.50 ..........(3)其中,ΔZF為第一透鏡的物體一側(cè)的面在最大有效光線高度HF處的光軸方向的形狀位移量;ΔZR為第一透鏡的像一側(cè)的面在最大有效光線高度HR處的光軸方向的形狀位移量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的望遠(yuǎn)透鏡,其特征在于上述第一透鏡和上述第二透鏡的透鏡材料都是塑料材料。
全文摘要
一種以較少的透鏡塊數(shù)通過有效利用非球面而實(shí)現(xiàn)高性能且非常緊湊的望遠(yuǎn)透鏡,其從物體一側(cè)依次具有光圈St、兩面非球面形狀的第一透鏡G1和第二透鏡G2,并且滿足條件式(1)、(2)。第一透鏡G1是物體一側(cè)的面為凸面形狀的正彎月形狀,第二透鏡G2是在近軸附近使凸面朝向物體一側(cè)的正彎月形狀。0.12<R1/f<0.40..........(1);tanθ<0.45..........(2)。f是透鏡系統(tǒng)整體的近軸焦距,R1是第一透鏡的物體一側(cè)的面的近軸曲率半徑,θ表示主光線的最大入射角度。
文檔編號(hào)G02B1/04GK1834716SQ200510065660
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
發(fā)明者佐藤賢一 申請(qǐng)人:富士能株式會(huì)社