專利名稱：透鏡裝置及攝影裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及透鏡裝置，詳細涉及適合向小型攝影裝置搭載的透鏡裝置。另外，涉及攝影裝置。

背景技術：
作為目前所使用的攝影裝置，存在作為攝像元件而具備CCD(ChargeCoupled Device)圖像傳感器或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)圖像傳感器的數碼相機。由此，對于攝影裝置中使用的透鏡裝置而言，存在謀求與所謂銀鹽照相機不同的性能的情況。例如，由于CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器對傾斜的入射光的靈敏度比銀鹽薄膜低，因而謀求作為入射到攝像元件上的光線的入射角的主光線入射角度(CRAChiefRayAngle)小。另外，伴隨著攝像元件的集成度的提高，即使是內置在便攜式照相機或移動電話的小型透鏡裝置，也能謀求圖像質量的提高，另一方面，小型化的請求當然強烈。且有，由于內置在便攜式照相機或移動電話中的小型透鏡裝置是能較便宜地供給的商品，故能夠將制造成本抑制得較低的結構也變得重要。
在此，為使圖像質量提高而需要將諸像差抑制得較低。由此，代替易設計為便攜式的3片透鏡結構的透鏡裝置，謀求更易抑制像差的4片透鏡結構的透鏡裝置。日本特開2002-228922號公報、日本特開2006-309043號公報及日本特開2007-11237號公報公開了一種便攜式4片透鏡結構的透鏡裝置。
日本特開2002-228922號公報的透鏡系統(tǒng)被稱為所謂的前光圈型，即在比構成透鏡裝置的全部透鏡更靠近拍攝對象的一側(以下，稱為“物側”)配設光圈。在該結構中一般公知在配置得比光圈更靠近攝像元件的一側(以下，稱為“像側”)的各透鏡產生中心偏移的情況下，中心偏移對圖像質量影響較大。由此，容易產生以中心偏移作為原因的次品，透鏡裝置制造時的成品率降低且制造成本增加。
日本特開2006-309043號公報的透鏡系統(tǒng)被稱為在物側的2片透鏡的更后方配置光圈的所謂后光圈型。在該結構中一般公知CRA變大。由于作為數碼相機用的透鏡裝置如上所述強烈謀求CRA小的透鏡裝置，故需要通過調整各透鏡的折射率而減小CRA。但是，若為了調整折射率而增大各透鏡的厚度或者增大透鏡間的間隔，則不得不延長透鏡裝置的全長，使透鏡裝置大型化。
日本特開2007-11237號公報的透鏡系統(tǒng)被稱為在物側透鏡和從物側開始的第二片透鏡之間配置光圈的所謂中光圈型。在該結構中一般公知與前光圈型透鏡裝置相比中心偏移難以影響到圖像質量，與后光圈型透鏡裝置相比能減小CRA。
日本特開2007-11237號公報的透鏡系統(tǒng)排列形成有由正透鏡構成的第一透鏡、由使凹面朝向像側的負透鏡構成的第二透鏡、由使凹面朝向物側的雙面非球面的正凹凸透鏡構成的第三透鏡、及由在雙面非球面的光軸附近使凸面朝向物側的凹凸透鏡構成的第四透鏡(參考權利要求1)。即、日本特開2007-11237號公報教導了通過將第二透鏡作為負透鏡來抑制由正透鏡產生的倍率色差及軸上色差的影響。
在該透鏡系統(tǒng)中，為了用第二透鏡來抑制色差而需要向第二透鏡提供強的負光焦度。一般公知在1片透鏡具有強的負光焦度的情況下，透鏡的中心偏移容易對圖像質量產生影響。由此，日本特開2007-11237號公報的透鏡系統(tǒng)的制造需要將中心偏移公差管理得較小、且成品率劣化。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過抑制以中心偏移為原因的次品的產生而使產品成品率提高的4片透鏡結構的中光圈型的透鏡裝置。
且有，在本說明書中使用的術語“攝影裝置”包括將入射到透鏡裝置中的光線作為靜止圖像及運動圖像記錄在記錄介質上的裝置、及在顯示器等顯示裝置中進行顯示的裝置，攝影裝置的例子包括所謂的照相機、攝像機及帶照相機的移動電話。



本發(fā)明及其優(yōu)點參照優(yōu)選的實施方式及

可以很好地理解。圖1是便攜式終端不使用時的外觀圖。圖2是便攜式終端使用時的外觀圖，(a)是正面立體圖，(b)是背面立體圖。圖3是實施方式相關的透鏡裝置的包括光軸在內的面的剖面示意圖。圖4是中心偏移狀態(tài)的雙凸透鏡(bi-convex lens)的光路圖。圖5是中心偏移狀態(tài)的凹凸透鏡的光路圖。圖6是實施例1相關的透鏡裝置的像點圖表。圖7(a)、(b)分別表示實施例1相關的透鏡裝置的像面彎曲性能、畸變像差性能。圖8是表示實施例1相關的透鏡裝置的縱像差性能。圖9是表示實施例1相關的透鏡裝置的傳輸函數(MTF)曲線。圖10是實施例2相關的透鏡裝置的包括光軸在內的面的剖面示意圖。圖11是表示實施例2相關的透鏡裝置的像點圖表。圖12(a)、(b)是分別表示實施例2相關的透鏡裝置的像面彎曲性能、畸變像差性能。圖13是表示實施例2相關的透鏡裝置的縱像差性能。圖14是表示實施例2相關的透鏡裝置的傳輸函數(MTF)曲線。圖15是實施例3相關的透鏡裝置的包括光軸在內的面的剖面示意圖。圖16是表示實施例3相關的透鏡裝置的像點圖表。圖17(a)、(b)是分別表示實施例3相關的透鏡裝置的像面彎曲性能、畸變像差性能。圖18是表示實施例3相關的透鏡裝置的縱像差性能。圖19是表示實施例3相關的透鏡裝置的傳輸函數(MTF)曲線。

具體實施例方式 如圖1所示，一實施方式相關的移動電話能以鉸鏈(hinge)H為中心進行折疊。如圖2(a)所示，當打開移動電話時露出顯示部81、操作部82。如圖1及圖2(b)所示，在移動電話的外面經由玻璃窗而露出透鏡裝置10的防護玻璃罩9。拍攝者以打開移動電話的狀態(tài)通過使防護玻璃罩9朝向想要拍攝的對象來操作操作部82，從而能夠按下快門并拍攝對象物。
如圖3所示，透鏡裝置10是按照從物側到像側的順序由第一透鏡1、開口光圈5、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4及防護玻璃罩6等構成的中光圈型透鏡裝置。且有，防護玻璃罩9或框體等尤其是在說明上不需要的構件省略了記載。另外，雖然CCD圖像傳感器7不是透鏡裝置10的構成要素，但是為了表示成像面71而一起記載在圖中。同樣，也一起記載了入射光8。以下，詳細說明透鏡裝置10的構成。
第一透鏡1是具有正光焦度的凹凸透鏡、即正凹凸透鏡或凸凹凸透鏡。第一透鏡1的物側面11(第一面)在物側是凸形狀。第一透鏡1的像側面12(第二面)在像側是凹形狀。第一透鏡1是配置在構成透鏡裝置的全部透鏡中最靠近物側的最前透鏡(frontmost lens)。第二透鏡2是具有負光焦度的凹凸透鏡(即、負凹凸透鏡或凹凹凸透鏡)。第二透鏡2的物側面21(第四面)在物側是凸形狀。第二透鏡2的像側面22(第五面)在像側是凹形狀。第三透鏡3是具有負光焦度的凹凸透鏡。第三透鏡3的物側面31(第六面)在物側是凹形狀。第三透鏡3的像側面32(第七面)在像側是凸形狀。第四透鏡4是具有正光焦度的非球面透鏡。第四透鏡4的物側面41(第八面)及像側面42(第九面)的每一個都是具有至少一個拐點的非球面形狀。第四透鏡4的像側面42包括朝向像側的凹面。
在一個例子中，第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4都是塑料透鏡。第二透鏡2及第三透鏡3各自的阿貝常數比第一透鏡1的阿貝常數小。
由于第一透鏡1是正透鏡，故雖然對入射光進行了聚光，但是因為第一透鏡1是凹凸透鏡，所以與雙凸型的透鏡相比，中心偏移難以給圖像質量產生影響。以下，對第一透鏡和雙凸型的正透鏡的比較進行說明。
一般，在光入射到透鏡上時，除了光入射到與透鏡的切平面(tangentplane)垂直的方向上的情況以外，產生球面像差等的像差。例如，如圖4所示，在與透鏡的光軸L0平行的入射光L1入射到雙凸透鏡的周邊部的情況下，在入射面Sin和出射面Sout每一個中產生像差。為了補正相關像差，存在以在后續(xù)的透鏡中抵消像差的方式構成的方法，或以雙凸透鏡本身作為非球面并通過在出射面Sout產生的像差來抵消在入射面Sin產生的像差的方式構成的方法。
在透鏡中產生中心偏移時，由于入射面Sin及出射面Sout都偏移，故在入射時及出射時入射光L1不通過預先設計的位置。因此，即使作為以沒有中心偏移的狀態(tài)通過在出射面Sout產生的像差來抵消在入射面Sin產生的像差的結構，以中心偏移的狀態(tài)通過在出射面Sout產生的像差來抵消在入射面Sin產生的像差的功能也不起作用，反而會使像差增大。
本實施方式的第一透鏡1是如圖5所示的凹凸透鏡。在與光軸L0平行的入射光L1入射到該凹凸透鏡的周邊部的情況下，在入射面Sin中產生像差。但是，由于在出射面Sout中與出射面Sout大致垂直地出射光，故在出射面Sout中能夠抑制像差的產生。為了補正相關的像差，存在采取以在后續(xù)的透鏡中抵消像差的方式構成的方法或以雙凸透鏡本身作為非球面并通過在出射面Sout產生的像差來抵消在入射面Sin產生的像差的構成等方法。
即使在凹凸透鏡中也產生中心偏移時，由于入射面Sin及出射面Sout都偏移，故在入射時及出射時入射光L1也沒有通過預先設計的位置。因此，即使作為以沒有中心偏移的狀態(tài)通過在出射面Sout產生的像差來抵消在入射面Sin產生的像差的結構，在中心偏移的狀態(tài)下通過在出射面Sout產生的像差來抵消在入射面Sin產生的像差的功能也不起作用。
但是，由于在凹凸透鏡中與出射面Sout大致垂直地出射光，故與雙凸透鏡相比，出射面Sout中的中心偏移的影響輕微。因此，與在入射面Sin及出射面Sout中受到中心偏移的影響的雙凸透鏡相比，凹凸透鏡能夠抑制由中心偏移帶來的像差的增加。
接著，由于第二透鏡2及第三透鏡3都是負透鏡，故能很好地補正由作為正透鏡的第一透鏡1產生的色差。特別是，與在僅第二透鏡為負透鏡的專利文獻3中提到的透鏡裝置不同，由于在實施方式的透鏡裝置中，第二透鏡2和第三透鏡3雙方都是負透鏡，故第二透鏡2所要求的負載變輕。因此，可以減小第二透鏡2的曲率，能抑制其他像差的產生。另外，由于第二透鏡2及第三透鏡3各自的阿貝常數比第一透鏡1的阿貝常數小，故色差補正的效果進一步增大。
且有，由于第四透鏡4是正透鏡，故在作為正透鏡的第一透鏡1中能夠抑制正光焦度集中。即、由于能夠放緩第一透鏡1的曲率，故能夠抑制像差的產生。
根據上述實施方式的透鏡裝置，能夠得到以下的效果。
(1)上述實施方式的透鏡裝置由于不僅第二透鏡2具有負光焦度、第三透鏡3也具有負光焦度，故與第三透鏡為正透鏡的上述以往例子相比，能夠減小第二透鏡2的負光焦度。因此，能減小產生中心偏移時的光路變化，能夠抑制以中心偏移為原因的次品的產生。
(2)另外，由于將與雙凸透鏡相比難以產生中心偏移影響的凹凸透鏡用于第一透鏡1，故能夠進一步抑制以中心偏移為原因的次品的產生。
(3)在上述實施方式中，由于第四透鏡4具有正光焦度，故在將實施方式的透鏡裝置與同一焦點距離的透鏡裝置相比的情況下能夠減小第一透鏡1的正光焦度。因此，能夠進一步抑制以中心偏移為原因的次品的產生。
(4)在上述實施方式中，由于第二透鏡2及第三透鏡3各自的阿貝常數比第一透鏡1的阿貝常數小，故與上述以往相比能增大色差的補正效果。
(5)在上述實施方式中，由于透鏡裝置10具有上述效果，故具備了該透鏡裝置的攝影裝置小型且輕，并且容易成為難以受到溫度變化帶來的影響的攝影裝置。
且有，本實施方式也可以如下進行變更。
雖然上述實施方式的第四透鏡4為正透鏡，但是也可以是其他結構。例如，如果第一透鏡1的曲率變大不是問題，則也可以將第四透鏡4作為負透鏡。通過采取相關結構能夠延長背景焦距或凸緣背景，另外容易減小CRA。
在上述實施方式中，雖然第一透鏡1～第四透鏡4都是塑料透鏡，但是如果能保持同等的光學特性，則也可以將一部分或全部作為玻璃透鏡。通過使用玻璃透鏡，從而耐熱性變大。另外，玻璃與塑料相比由于由溫度帶來的體積變化小，故能夠抑制以由透鏡形狀的溫度帶來的變化為原因的圖像劣化。
在上述實施方式中，雖然在第四透鏡4和CCD圖像傳感器7之間具備了防護玻璃罩6，但是并不是必須的。另外，代替防護玻璃罩6，或者除了防護玻璃罩6以外還可以具備去除紅外線的濾波器。
在上述實施方式中，作為攝像元件雖然使用了CCD圖像傳感器7，但是也可以是其他結構。例如，也可以使用CMOS圖像傳感器。
在上述實施方式中，作為攝像元件雖然使用了CCD圖像傳感器7，但是也可以是其他結構。例如，作為攝像元件通過使用光學濾波器，從而也可以作為銀鹽照片用的攝影裝置。
另外，在上述實施方式中，雖然將攝影裝置50用于便攜式終端中，但是也可以用于普通照相機或個人電腦。另外，也可以不是用作靜止圖像拍攝用而作為運動圖像拍攝用進行使用。
以下示出與上述實施方式對應的實施例。實施例1
如圖3所示，與實施例1相關的透鏡裝置是可適用于上述實施方式中示出的攝影裝置的透鏡裝置的實施例。以下示出該透鏡裝置的設計條件。
整個系統(tǒng)焦點距離3.79mmF值2.8透鏡全長4.28mm背景焦距1.19mm有效像高Φ4.5mm表1中示出透鏡數據(單位為mm)。其中，在表1中，各面的號碼i如圖3所示，將第一透鏡1的物側的面作為第一面，按照向物側的順序被排序。Ri表示各面中的曲率半徑，Di表示第i面與第i+1面之間的面間隔，半徑表示有效徑。
表1
在表1中，在第一透鏡1及第四透鏡4中使用的E48R是日本吉昂(ゼォン)公司制的塑料透鏡材料，折射率nd＝1.531，阿貝常數vd＝56.0。另外，在第二透鏡2及第三透鏡3中使用的SP1516是帝人化學株式會社制的塑料透鏡材料，折射率nd＝1.6142，阿貝常數vd＝26.0。因此，由于第二透鏡2及第三透鏡3各自的阿貝常數比第一透鏡1的阿貝常數小，故色差的補正效果進一步變大。且有，在防護玻璃罩6中使用的B270是肖特(schott)公司制的玻璃板，折射率nd＝1.523，阿貝常數vd＝58.6。
非球面形狀如下式所示。
公式1
其中，在上述公式中，將透鏡的光軸作為z軸，R為曲率半徑，H為與光軸正交的方向的高度，K為圓錐常數，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16分別是4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次的非球面系數。
各面中的非球面系數如以下示出的表2。表2
且有，分別在圖6、圖7(a)、圖7(b)、圖8、圖9中示出該透鏡裝置的光學上的諸特性，即像點圖表、像面彎曲、畸變像差、縱像差、MTF曲線。實施例2
如圖10所示，實施例2相關的透鏡裝置也是可適用于上述實施方式中示出的攝影裝置的透鏡裝置的實施例。以下示出該透鏡裝置的設計條件。
整個系統(tǒng)焦點距離3.702mmF值2.8透鏡全長4.27mm背景焦距1.19mm有效像高Φ4.5mm表3中示出透鏡數據(單位為mm)。其中，在表3中，各面的號碼i如圖10所示，將第一透鏡1的物側的面作為第一面，按照向物側的順序被排序。Ri表示各面中的曲率半徑，Di表示第i面與第i+1面之間的面間隔，半徑表示有效徑。
表3
在表3中，在第一透鏡1及第四透鏡4中使用的E48R是日本吉昂(ゼォン)公司制的塑料透鏡材料，折射率nd＝1.531，阿貝常數vd＝56.0。另外，在第二透鏡2及第三透鏡3中使用的SP1516是帝人化學株式會社制的塑料透鏡材料，折射率nd＝1.6142，阿貝常數vd＝26.0。因此，由于第二透鏡2及第三透鏡3的阿貝常數比第一透鏡1的阿貝常數小，故色差的補正效果進一步變大。且有，在防護玻璃罩6中使用的B270是肖特(schott)公司制的玻璃板，折射率nd＝1.523，阿貝常數vd＝58.6。
非球面形狀如下式所示。
公式2
其中，在上述公式中，將光軸作為z軸，R為曲率半徑，H為與光軸正交的方向的高度，K為圓錐常數，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16分別是4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次的非球面系數。
各面中的非球面系數如以下示出。
表4
且有，分別在圖11、圖12(a)、圖12(b)、圖13、圖14中示出該透鏡裝置的光學上的諸特性，即像點圖表、像面彎曲、畸變像差、縱像差、MTF曲線。實施例3
如圖15所示，實施例3相關的透鏡裝置也是可適用于上述實施方式中示出的攝影裝置的透鏡裝置的實施例。以下示出該透鏡裝置的設計條件。
整個系統(tǒng)焦點距離4.01mmF值2.8透鏡全長4.28mm背景焦距1.21mm有效像高Φ4.5mm表5中示出透鏡數據(單位為mm)。其中，在表5中，各面的號碼i如圖15所示，將第一透鏡1的物側的面作為第一面，按照向物側的順序被排序。Ri表示各面中的曲率半徑，Di表示第i面與第i+1面之間的面間隔，半徑表示有效徑。
表5
在表5中，在第一透鏡1及第四透鏡4中使用的E48R是日本吉昂(ゼォン)公司制的塑料透鏡材料，折射率nd＝1.531，阿貝常數vd＝56.0。另外，在第二透鏡2及第三透鏡3中使用的SP1516是帝人化學株式會社制的塑料透鏡材料，折射率nd＝1.6142，阿貝常數vd＝26.0。因此，由于第二透鏡2及第三透鏡3的阿貝常數比第一透鏡1的阿貝常數小，故色差的補正效果進一步變大。且有，在防護玻璃罩6中使用的B270是肖特(schott)公司制的玻璃板，折射率nd＝1.523，阿貝常數vd＝58.6。
非球面形狀與實施例1及2同樣如上式(1)所示。
各面中的非球面系數如以下示出。
表6
且有，分別在圖16、圖17(a)、圖17(b)、圖18、圖19中示出該透鏡裝置的光學上的諸特性、即像點圖表、像面彎曲、畸變像差、縱像差、MTF曲線。
權利要求
1.一種透鏡裝置，其中包括從物側向像側順序排列的第一透鏡(1)、開口光圈(5)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)及第四透鏡(4)，
所述第一透鏡(1)為具有正光焦度的凹凸透鏡，
所述第二透鏡(2)為具有凸狀物側面(21)和負光焦度的凹凸透鏡，
所述第三透鏡(3)為具有凸狀像側面(32)和負光焦度的凹凸透鏡，
所述第四透鏡(4)具有像側面(42)及物側面(41)，所述像側面(42)及所述物側面(41)的每一個是具有至少一個拐點的非球面形狀，所述像側面(42)包括朝向像側的凹面。
2.根據權利要求1所述的透鏡裝置，其中，
所述第四透鏡具有正光焦度。
3.根據權利要求1所述的透鏡裝置，其中，
所述第四透鏡具有負光焦度。
4.根據權利要求1所述的透鏡裝置，其中，
所述第二透鏡及所述第三透鏡各自的阿貝常數比第一透鏡的阿貝常數小。
5.根據權利要求1所述的透鏡裝置，其中，
所述第一透鏡為最前透鏡。
6.根據權利要求1所述的透鏡裝置，其中，
該透鏡裝置為4片透鏡結構。
7.一種攝影裝置，其中具備權利要求1的透鏡裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種透鏡裝置，包括從物側向像側順序排列的第一透鏡(1)、開口光圈(5)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)及第四透鏡(4)。第一透鏡(1)為具有正光焦度的凹凸透鏡。第二透鏡(2)為具有凸狀物側面(21)和負光焦度的凹凸透鏡。第三透鏡(3)為具有凸狀像側面(32)和負光焦度的凹凸透鏡。第四透鏡(4)的像側面(42)及物側面(41)的每一個是具有至少一個拐點的非球面形狀。所述第四透鏡(4)的像側面(42)包括朝向像側的凹面。
文檔編號G02B13/00GK101762863SQ200910261970
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權日2008年12月24日
發(fā)明者中川洋平 申請人:三洋電機株式會社