專利名稱：廣角鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于諸如車內(nèi)照相機(jī)、蜂窩電話照相機(jī)、PC照相機(jī)和監(jiān)控 照相機(jī)等小型照相機(jī)的廣角鏡頭，所述小型照相機(jī)使用諸如CCD(電荷耦合器件)和 CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)的成像器件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，作為將在諸如車內(nèi)照相機(jī)的小型照相機(jī)中使用的鏡頭，需要具有150 度或更大視角的小型且便宜的廣角鏡頭。下面的日本專利公開待審(laid-open)申請(qǐng)No.2005-181596，2006-209028 和 2007-114546公開了使用三個(gè)透鏡來(lái)獲得大視角的鏡頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題在日本專利公開待審申請(qǐng)No.2005-181596中描述的廣角鏡頭中，第一透鏡具有 負(fù)光焦度(power)，并且第二透鏡具有正光焦度。放置為最靠近物體側(cè)的第一透鏡是小 透鏡，其在像平面?zhèn)鹊耐哥R表面的曲率半徑為2.20到2.88mm(參見日本專利公開待審申 請(qǐng)No.2005-181596中的表1A，2A和3A)。為此，難以形成第一透鏡，盡管其是球面透 鏡，并且這將成為一個(gè)問(wèn)題。在日本專利公開待審申請(qǐng)No.2006-209028和2007-114546 中描述的廣角鏡頭通過(guò)增大其畸變來(lái)獲得廣角。在這些廣角鏡頭中，在成像器件的對(duì)角 點(diǎn)處的畸變(絕對(duì)值)遠(yuǎn)超過(guò)50% (參見日本專利公開待審申請(qǐng)No.2006-209028中的圖 3和圖4、以及日本專利公開待審申請(qǐng)No.2007-114546中的圖38到圖49)。這導(dǎo)致在邊 緣的圖像較小且難以被看到，這將成為一個(gè)問(wèn)題。考慮到上述背景而制定的本發(fā)明的目的是提供一種廣角鏡頭，即使當(dāng)鏡頭使用 少量透鏡時(shí)，該廣角鏡頭也能夠容易地被制造并且可以使其畸變較小。解決向題的手段根據(jù)本發(fā)明的廣角鏡頭是透鏡系統(tǒng)，其具有以從物體側(cè)起的順序布置的第一 透鏡、第二透鏡和第三透鏡；以及在第二透鏡和第三透鏡之間提供的光圈，并且該廣角 鏡頭具有如下結(jié)構(gòu)，其中第一透鏡是球面凹凸透鏡，其具有負(fù)光焦度并且其凸面面向 物體；第二透鏡是非球面凹凸透鏡，其沿著光軸具有負(fù)光焦度且在離開光軸處具有正光 焦度，并且其凸面面向物體側(cè)；第三透鏡是具有正光焦度的透鏡；第二透鏡的阿貝數(shù) (Abbe number)為30或更小；放置在透鏡系統(tǒng)的像平面上的成像器件的對(duì)角線長(zhǎng)度D和 整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率f/D為0.26或更??；第三透鏡的焦距β和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率β/f小于1.5。在此結(jié)構(gòu)中，由于第一透鏡和第二透鏡兩者都具有負(fù)光焦度，所以可以在兩個(gè) 透鏡之間分配負(fù)光焦度。這可以增大第一透鏡的在像平面?zhèn)鹊谋砻娴那拾霃?，并便?于第一透鏡的形成。由于第二透鏡是凸面面向物體側(cè)的非球面凹凸透鏡，并且第二透鏡 的在物體側(cè)的凸面是非球面表面，其沿著光軸具有負(fù)光焦度而在離開光軸處具有正光焦 度，因此在凸面的非球面形狀中沒(méi)有形成拐點(diǎn)，并且因此用于第二透鏡的模子(mold)可 以容易地構(gòu)造。另外，由于成像器件的對(duì)角線長(zhǎng)度D和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比 率f/D為0.26或更小，并且由于第三透鏡的焦距β和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率 β/f小于1.5，因此可以提供具有小畸變的廣角鏡頭，并且即使整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f較 短，也可以通過(guò)滿足β/f < 1.5使后焦距較長(zhǎng)。如果f/D大于0.26，則整個(gè)透鏡系統(tǒng)的 焦距f將較長(zhǎng)，因此無(wú)法獲得大的視角，除非增大畸變。如果β/f是1.5或更大，則后焦 距將太短，例如當(dāng)?shù)谌哥R為了焦距調(diào)節(jié)等而移動(dòng)時(shí)，第三透鏡可能與在成像器件和第 三透鏡之間提供的防護(hù)玻璃(coverglass)接觸，并且可能被損壞。如上所述，即使使用 少量透鏡時(shí)，本發(fā)明也允許容易地制造透鏡，并且允許減小畸變。在根據(jù)本發(fā)明的廣角鏡頭中，第三透鏡可以是非球面透鏡。這允許光束在成像 器件的邊緣上的光束的入射角被校正為平行的，并且可以提高性能。在根據(jù)本發(fā)明的廣角鏡頭中，第二透鏡可以由樹脂材料制成。這可以便利于第 二透鏡的形狀的形成。特別的，這可以便利于第二透鏡上的非球面表面的形成，且允許 其是便宜的。在根據(jù)本發(fā)明的廣角鏡頭中，第三透鏡可以由樹脂材料制成。這可以便利于第 三透鏡的形狀的形成。特別的，這可以便利于第三透鏡上的非球面表面的形成，且允許 其是便宜的。在根據(jù)本發(fā)明的廣角鏡頭中，第一透鏡可以由玻璃材料制成。這允許保護(hù)廣角 鏡頭的內(nèi)部免于各種故障，并且允許廣角鏡頭對(duì)各種類型的環(huán)境有抵抗力。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在本發(fā)明中，以從物體側(cè)起的順序布置第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其 中第一透鏡是球面凹凸透鏡，其具有負(fù)光焦度，并且在物體側(cè)的透鏡表面上形成其凸 面；第二透鏡是非球面凹凸透鏡，其沿著光軸具有負(fù)光焦度而在離開光軸處具有正光焦 度，并且在物體側(cè)的透鏡表面上形成該第二透鏡的凸面；第三透鏡是具有正光焦度的透 鏡；第二透鏡的阿貝數(shù)為30或更?。怀上衿骷膶?duì)角線長(zhǎng)度D和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f 之間的比率f/D為0.26或更??；第三透鏡的焦距β和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率 β/f小于1.5。因此，本發(fā)明可以提供一種廣角鏡頭，即使當(dāng)使用少量透鏡時(shí)，該廣角鏡 頭的透鏡也可以容易地被制造，并且可以減小其畸變。存在如下所述的本發(fā)明的其它方面。因此，本發(fā)明的此公開意圖提供本發(fā)明的 多個(gè)方面的一部分，而不打算限制這里描述并且要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。


圖1示出了本發(fā)明的實(shí)施例的廣角鏡頭的結(jié)構(gòu)；圖2A是具有示例1的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的球面像差(aberration)圖2B是具有示例1的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的像散(astigmatism)圖；圖2C是具有示例1的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的畸變圖；圖3A是具有示例2的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的球面像差圖；圖3B是具有示例2的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的像散圖；圖3C是具有示例2的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的畸變圖；圖4A是具有示例3的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的球面像差圖；圖4B是具有示例3的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的像散圖；圖4C是具有示例3的鏡頭數(shù)據(jù)的廣角鏡頭的畸變圖。
具體實(shí)施例方式以下是本發(fā)明的詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，下面描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的示 例，本發(fā)明可以在各個(gè)方面變化。因此，下面公開的特定結(jié)構(gòu)和功能不限制權(quán)利要求。將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的廣角鏡頭。圖1示出了本發(fā)明的實(shí)施例的廣角鏡頭的結(jié)構(gòu)。在圖1中，示出了沿著包含光軸 Z的平面切割的穿過(guò)廣角鏡頭的部件的截面，其中紙的左側(cè)是物體側(cè)，紙的右側(cè)是像平面 側(cè)。如圖1所示，廣角鏡頭100包括具有第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3和光圈4 的光學(xué)系統(tǒng)。以從物體側(cè)起的順序沿光軸Z布置第一透鏡1、第二透鏡2和第三透鏡3。 光圈4被放置在第二透鏡2和第三透鏡3之間。防護(hù)玻璃5和成像器件6被放置在廣角 鏡頭100的像平面?zhèn)取５谝煌哥R1是凹凸形的球面透鏡，其具有負(fù)光焦度，并且其凸面面向物體側(cè)。 優(yōu)選地，第一透鏡1的阿貝數(shù)為40或更大，并且其折射率為1.7或更大。40或更大的阿 貝數(shù)可以便利于色差(chromatic aberration)的校正，較高的折射率允許增大透鏡的曲率半 徑，并且可以便利于透鏡的形成。第一透鏡1由玻璃材料制成。這允許保護(hù)廣角鏡頭的 內(nèi)部免于各種故障，并且允許鏡頭對(duì)于各種類型的環(huán)境有抵抗力。在該實(shí)施例中，第一 透鏡1由玻璃材料制成，但是可選地，第一透鏡1可以由樹脂材料制成。第二透鏡2是凹凸形的非球面透鏡，其凸面面向物體側(cè)。該非球面凸面被形成 為使得其沿著光軸具有負(fù)光焦度并且在離開光軸處具有正光焦度。這允許對(duì)離開光軸的 光束校正倍率(magnification)色差。為了更好地校正色差，優(yōu)選地將第二透鏡2的兩個(gè) 表面(在物體側(cè)的表面和在像平面?zhèn)鹊谋砻?都制造為非球面的。第二透鏡2的阿貝數(shù) 為30或更小。這允許第二透鏡2有效地校正色差。第二透鏡2由樹脂材料制成。這可 以便利于第二透鏡2的形狀的形成。特別的，這可以便利于第二透鏡2上的非球面表面 的形成，并且允許其是便宜的。第二透鏡2可以由樹脂材料或玻璃材料制成。第三透鏡3是具有正光焦度的非球面透鏡。這允許第三透鏡3有效地校正色差 以及將在成像器件邊緣上的光束的入射角校正為平行的，并且可以提高性能。第三透鏡3 的阿貝數(shù)為50或更大。這允許第三透鏡3有效地校正色差。第三透鏡3優(yōu)選地為非球 面透鏡，但是可替換地，可以是球面的。第三透鏡3由樹脂材料制成。這可以便利于第 三透鏡3的形狀的形成。特別的，這可以便利于第三透鏡3上的非球面表面的形成，并 且允許其是便宜的。第三透鏡3可以由樹脂材料或玻璃材料制成。光圈4被放置在第二透鏡2和第三透鏡3之間，并且調(diào)節(jié)從第二透鏡2入射到第三透鏡3上的光量。防護(hù)玻璃5可以具有密封(seal)成像器件6的功能。防護(hù)玻璃5可 以具有作為透射在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的濾波器、或作為低通濾波器的性質(zhì)。成像器件 6被放置在透鏡系統(tǒng)的像平面上，并且使由透鏡系統(tǒng)形成的圖像成像。本實(shí)施例的廣角鏡頭100具有滿足下列表達(dá)式⑴和(2)的條件的光學(xué)特性[數(shù)學(xué)表達(dá)式1]f/D<0.26 (1)[數(shù)學(xué)表達(dá)式2]β/f < 1.5 (2)其中D是成像器件6的對(duì)角線長(zhǎng)度；f是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距；以及β是第三透鏡3的焦距。在根據(jù)該實(shí)施例的廣角鏡頭中，由于第一透鏡1和第二透鏡2兩者都具有負(fù)光焦 度，所以可以在兩個(gè)透鏡之間分配負(fù)光焦度。這可以增大第一透鏡1的在像平面?zhèn)鹊谋?面的曲率半徑，并便利于第一透鏡1的形成。第一透鏡1的物體側(cè)是凸的，這允許光在 第一透鏡1上的入射角接近于垂直。例如，對(duì)于抗反射膜(coating)被蒸鍍(evaporate)在 第一透鏡1的在物體側(cè)的表面上的情況，可以減小角依賴性。由于第二透鏡2是凸面面 向物體側(cè)的非球面凹凸透鏡，并且第二透鏡2的在物體側(cè)的凸面是沿著光軸具有負(fù)光焦 度而在離開光軸處具有正光焦度的非球面表面，因此在凸面的非球面形狀中沒(méi)有形成拐 點(diǎn)，并且因此可以容易地構(gòu)造用于第二透鏡2的模子。第二透鏡2的阿貝數(shù)是30或更小，第二透鏡2的在物體側(cè)的非球面凸面在離開 光軸處具有正光焦度，并且第一透鏡1具有負(fù)光焦度。這允許對(duì)離開光軸的光束校正倍 率色差。因此，整個(gè)透鏡系統(tǒng)的倍率色差可以被減小。如果第二透鏡2的阿貝數(shù)超過(guò) 30，則整個(gè)透鏡系統(tǒng)的倍率色差增大，并且成像器件的邊緣不能提供良好的圖像。另外，由于成像器件的對(duì)角線長(zhǎng)度D和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率f/D為 0.26或更小，并且由于第三透鏡3的焦距β和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率β/f小于 1.5，因此可以提供具有小的畸變的廣角鏡頭，并且，即使整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f較短， 也可以通過(guò)滿足β/f < 1.5使后焦距較長(zhǎng)。如果f/D大于0.26，則整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距 f將較長(zhǎng)，因此無(wú)法獲得大的視角，除非增大畸變。如果β/f為1.5或更大，則后焦距將 太短，例如當(dāng)?shù)谌哥R3為了焦距調(diào)節(jié)等而移動(dòng)時(shí)，第三透鏡3可能與在成像器件6和第 三透鏡3之間提供的防護(hù)玻璃接觸，并且可能被損壞。如上所述，即使當(dāng)使用少至3個(gè)透鏡時(shí)，該實(shí)施例也允許容易地制造透鏡，并 且允許減小畸變。在根據(jù)該實(shí)施例的廣角鏡頭中，第三透鏡3是非球面透鏡，因此光束在成像器 件的邊緣上的入射角可以被校正為平行的，并且可以提高性能。在根據(jù)該實(shí)施例的廣角鏡頭中，第二透鏡2由樹脂材料制成，因此可以便利于 第二透鏡2的形狀的形成。特別的，可以便利于第二透鏡2上的非球面表面的形成，并 且可以使其便宜。在根據(jù)該實(shí)施例的廣角鏡頭中，第三透鏡3由樹脂材料制成，因此可以便利于第三透鏡3的形狀的形成。特別的，可以便利于第三透鏡3上的非球面表面的形成，并 且可以使其便宜。在根據(jù)該實(shí)施例的廣角鏡頭中，第一透鏡1由玻璃材料制成，因此可以保護(hù)廣 角鏡頭的內(nèi)部免于各種故障，并且可以使該廣角鏡頭對(duì)各種類型的環(huán)境有抵抗力。示例下面將描述根據(jù)該實(shí)施例的廣角鏡頭的具體的數(shù)值示例。此處描述的示例1到 3對(duì)應(yīng)于該實(shí)施例，并且示例1到3的透鏡的結(jié)構(gòu)與圖1中所示的結(jié)構(gòu)相同。在下面的描述中，以從物體側(cè)起的順序，假設(shè)表面Sl是第一透鏡1的在物體側(cè) 的表面，表面S2是第一透鏡1的在像平面?zhèn)鹊谋砻?，表面S3是第二透鏡2的在物體側(cè)的 表面，表面S4是第二透鏡2的在像平面?zhèn)鹊谋砻?，表面S5是光圈，表面S6是第三透鏡 3的在物體側(cè)的表面，表面S7是第三透鏡3的在像平面?zhèn)鹊谋砻?，表面S8是防護(hù)玻璃的 在物體側(cè)的表面，以及表面S9是防護(hù)玻璃的在像平面?zhèn)鹊谋砻?。表面S3，S4，S6和S7是非球面屈光面。假設(shè)χ軸與光軸同軸，假設(shè)y軸垂直 于光軸，并且假定光束的傳播方向是正向。于是，通過(guò)下面的等式(3)來(lái)表示非球面表 面的形狀[數(shù)學(xué)表達(dá)式3] /
權(quán)利要求
1.一種包括透鏡系統(tǒng)的廣角鏡頭，所述透鏡系統(tǒng)包括以從物體側(cè)起的順序布置 的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡；以及在所述第二透鏡和所述第三透鏡之間提供的光 圈，其中所述第一透鏡是具有負(fù)光焦度并且凸面面向物體側(cè)的球面凹凸透鏡； 所述第二透鏡是沿著光軸具有負(fù)光焦度而在離開所述光軸處具有正光焦度、并且凸 面面向所述物體側(cè)的非球面凹凸透鏡； 所述第三透鏡是具有正光焦度的透鏡； 所述第二透鏡的阿貝數(shù)為30或更??；放置在所述透鏡系統(tǒng)的像平面上的成像器件的對(duì)角線長(zhǎng)度D和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f 之間的比率f/D為0.26或更??；并且所述第三透鏡的焦距β和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率β/f小于1.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角鏡頭，其中所述第三透鏡是非球面透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廣角鏡頭，其中所述第二透鏡由樹脂材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的廣角鏡頭，其中所述第三透鏡由樹脂材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的廣角鏡頭，其中所述第一透鏡由玻璃材料制成。
全文摘要
一種廣角鏡頭(100)具有以從物體側(cè)起的順序布置的第一透鏡(1)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)和光圈(4)。第一透鏡(1)具有負(fù)光焦度，并且是具有面向物體側(cè)的凸面的球面凹凸透鏡。第二透鏡(2)在光軸上具有負(fù)光焦度，并且是具有面向物體側(cè)的凸面的非球面凹凸透鏡，其中透鏡光焦度在遠(yuǎn)離光軸處從負(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎?。第三透鏡(3)是具有正光焦度的透鏡。第二透鏡(2)的阿貝數(shù)為30或更小。安裝在透鏡系統(tǒng)的成像表面上的成像元件的對(duì)角線長(zhǎng)度D和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率f/D≤0.26，而第三透鏡(3)的焦距f3和整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f之間的比率滿足f3/f＜1.5。因此，即使具有減少的數(shù)量的透鏡，廣角鏡頭也可以被容易地制造，并且具有減小的畸變。
文檔編號(hào)G02B13/18GK102027403SQ20098011768
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者今岡卓也 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社