專(zhuān)利名稱：成像光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在數(shù)碼照相機(jī)、帶攝像功能的手機(jī)、掃描儀等中使用的成像光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
針對(duì)小型高分辨率的攝像裝置的要求愈加強(qiáng)烈。因此，對(duì)于在這種攝像裝置中使 用的成像光學(xué)系統(tǒng)，也要求小型化及較高的分辨率。這種成像光學(xué)系統(tǒng)例如記述在專(zhuān)利文 獻(xiàn)1 3等中。作為使成像光學(xué)系統(tǒng)小型化的手段，最近存在較多地采用廣角化的方法的趨勢(shì)。 在固體攝像元件中，為了將光線被布線層的壁的遮擋抑制到最小限度，需要限制光線向攝 像元件的入射角度，并且對(duì)應(yīng)于廣角化，需要強(qiáng)制將光線的角度控制在預(yù)定的角度范圍內(nèi)。 一般在由4個(gè)構(gòu)成的小型攝像光學(xué)系統(tǒng)中，利用具有負(fù)光焦度的第2透鏡進(jìn)行軸上色像差 的校正，同時(shí)朝向最大像高大幅改變光線的方向，并利用第4透鏡控制光線向攝像元件的 入射角使其較小。但是，在這種方法中，具有較大的負(fù)光焦度的第2透鏡的公差比較嚴(yán)格， 如果超過(guò)公差的范圍，則隨著接近最大視場(chǎng)而產(chǎn)生較大的像差，結(jié)果導(dǎo)致像的惡化。為了制作這種公差嚴(yán)格的光學(xué)系統(tǒng)，加工及組裝花費(fèi)時(shí)間，在只把制作后的通過(guò) 檢查被視為合格品的光學(xué)系統(tǒng)作為產(chǎn)品的情況下，導(dǎo)致成品率下降。無(wú)論哪種情況，結(jié)果都 導(dǎo)致成像光學(xué)系統(tǒng)的制造成本上升。另一方面，目前通過(guò)開(kāi)發(fā) CMOS(Complementally Metal OxideSemiconductor 互 補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)成像傳感器的背面照射技術(shù)(Backside illumination :BSI)，光線 向傳感器的允許入射角擴(kuò)大，但把該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)作為制造時(shí)的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮出來(lái)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工 作，還處于沒(méi)有進(jìn)展的狀態(tài)?，F(xiàn)行技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本專(zhuān)利3424030號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本專(zhuān)利4032667號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本專(zhuān)利4032668號(hào)公報(bào)因此，對(duì)小型、高分辨率、而且能夠抑制制造成本的成像光學(xué)系統(tǒng)具有需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的成像光學(xué)系統(tǒng)從物體側(cè)起到像面?zhèn)仍O(shè)有具有正光焦度的第1透鏡；凸 向像側(cè)的彎月透鏡即第2透鏡；具有正光焦度的第3透鏡；以及具有負(fù)光焦度的第4透鏡。 對(duì)于第3透鏡的子午方向上的主光線附近的光焦度，具有在近軸區(qū)域?yàn)檎⒃谶h(yuǎn)離光軸的 位置為負(fù)的區(qū)域。對(duì)于第4透鏡的子午方向上的主光線附近的光焦度，具有在近軸區(qū)域?yàn)?負(fù)、在遠(yuǎn)離光軸的位置為正的區(qū)域。第1透鏡在像側(cè)面具有衍射光柵。在設(shè)第2透鏡的焦 距為f2，設(shè)成像光學(xué)系統(tǒng)的合成焦距為fT，設(shè)從光圈面或第1透鏡的物體側(cè)面的頂點(diǎn)中物體 側(cè)的一方到像面的距離為T(mén)TL時(shí)，滿足下述條件(數(shù)1)
f2/fT I ^ 3 (1)TTL/fT ^ 1. 2 (2)。根據(jù)本發(fā)明，利用設(shè)于第1透鏡的像面?zhèn)鹊难苌涔鈻胚M(jìn)行軸上色像差的校正(消 色)，由此減小第2透鏡的光焦度的絕對(duì)值，以使?jié)M足式(1)。因此，能夠擴(kuò)大組裝公差，降 低制造成本。并且，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)構(gòu)成為滿足式(2)，能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊的成像光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在設(shè)第4透鏡的焦距為f4，設(shè)第4透鏡的材料的d線折射 率為n4時(shí)，滿足下述條件(數(shù)2)-1. 1 ^ (n4f4) /fT ^ -0· 65 (3)。根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)構(gòu)成為滿足式(3)，珀茲伐(Petzval)和變小，能夠?qū)崿F(xiàn)在 光軸附近像面彎曲較小的成像光學(xué)系統(tǒng)，能夠?qū)⒅钡捷^高的像高位置為止的像面彎曲的變 化控制得平滑且平緩。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，衍射光柵由環(huán)帶構(gòu)成，環(huán)帶數(shù)為10以下。根據(jù)本實(shí)施方式，由于環(huán)帶數(shù)為10以下，所以能夠?qū)?duì)加工限度造成的來(lái)源于其 他次光的雜光(flare)及重影(ghost)的影響抑制到最小限度。


圖1是表示實(shí)施例1的成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示實(shí)施例1的成像光學(xué)系統(tǒng)的像差的圖。圖3是表示實(shí)施例2的成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示實(shí)施例2的成像光學(xué)系統(tǒng)的像差的圖。圖5是表示實(shí)施例3的成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示實(shí)施例3的成像光學(xué)系統(tǒng)的像差的圖。圖7是表示實(shí)施例4的成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖8是表示實(shí)施例4的成像光學(xué)系統(tǒng)的像差的圖。圖9是表示實(shí)施例5的成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是表示實(shí)施例5的成像光學(xué)系統(tǒng)的像差的圖。圖11是表示實(shí)施例6的成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖12是表示實(shí)施例6的成像光學(xué)系統(tǒng)的像差的圖。
具體實(shí)施例方式圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式的成 像光學(xué)系統(tǒng)從物體側(cè)起到像側(cè)設(shè)有第1透鏡101、第2透鏡102、第3透鏡103和第4透鏡 104。光圈相比第1透鏡101的像側(cè)的面靠近物體側(cè)，相比第1透鏡101的物體側(cè)的面的頂 點(diǎn)靠近像側(cè)。具體地講，光圈位于第1透鏡101的物體側(cè)的面上。通過(guò)第1透鏡101、第2 透鏡102、第3透鏡103和第4透鏡104的光，通過(guò)玻璃板105到達(dá)像面106。下面，說(shuō)明本發(fā)明的成像光學(xué)系統(tǒng)的特征。下面，設(shè)i為1 4的整數(shù)，設(shè)第i透 鏡的焦距、透鏡材料的d線(波長(zhǎng)587. 6nm)折射率分別為
(數(shù)3)fi>ni,設(shè)成像光學(xué)系統(tǒng)的合成焦距和從光圈面或第1透鏡的物體側(cè)面的頂點(diǎn)中物體側(cè) 的一方到像面的距離(以下也稱為光學(xué)長(zhǎng)度)分別為(數(shù)4)fT> TTL04個(gè)透鏡的類(lèi)型本發(fā)明的實(shí)施方式的成像光學(xué)系統(tǒng)從物體側(cè)起到像面?zhèn)仍O(shè)有具有正光焦度的第 1透鏡；凸向像側(cè)的彎月透鏡即第2透鏡；具有正光焦度的第3透鏡；和具有負(fù)光焦度的第 4透鏡。其中，透鏡具有正或負(fù)光焦度，是指透鏡在其近軸附近具有正或負(fù)光焦度。第3透鏡的子午方向上的主光線附近的光焦度，具有在近軸區(qū)域?yàn)檎?、在遠(yuǎn)離光 軸的位置為負(fù)的區(qū)域。第4透鏡的子午方向上的主光線附近的光焦度，具有在近軸區(qū)域?yàn)?負(fù)、在遠(yuǎn)離光軸的位置為正的區(qū)域。通過(guò)組合分別具有上述光焦度的第3透鏡和第4透鏡， 能夠控制成為使從近軸區(qū)域到最大視場(chǎng)的像面彎曲較小。衍射光柵本發(fā)明的實(shí)施方式的成像光學(xué)系統(tǒng)在第1透鏡的像側(cè)面具有用于修正軸上色像 差(以下也稱為消色)的環(huán)帶衍射光柵。環(huán)帶數(shù)為10以下。如果環(huán)帶數(shù)大于10，則周緣部 的環(huán)帶的寬度變小，對(duì)加工限度造成的來(lái)源于其他次光的雜光及重影的影響增大。第2透鏡的焦距與合成焦距之比的絕對(duì)值本發(fā)明的實(shí)施方式的成像光學(xué)系統(tǒng)滿足下式。(數(shù) 5)f2/fT I ^ 3 (1)。在以往的與本發(fā)明相同類(lèi)型的成像光學(xué)系統(tǒng)中，在利用透鏡的材質(zhì)的阿貝數(shù)(分 散率)之差來(lái)進(jìn)行消色的情況下，把第1透鏡設(shè)為由低分散的材質(zhì)構(gòu)成的具有正光焦度的 透鏡，把第2透鏡設(shè)為由高分散的材質(zhì)構(gòu)成的具有負(fù)光焦度的透鏡。在該情況下，為了實(shí)現(xiàn) 預(yù)定的消色性能，需要使第2透鏡的負(fù)光焦度在預(yù)定的大小以上。并且，在使用衍射光柵來(lái) 進(jìn)行消色的情況下，為了提高消色的性能，結(jié)合利用了透鏡材質(zhì)的分散的大小之差的消色 和基于衍射光柵的消色來(lái)進(jìn)行消色。根據(jù)以往的方法，設(shè)計(jì)上的分辨率能夠得到充分提高。但是，實(shí)際上制造過(guò)程中的 透鏡的加工公差或組裝公差比較嚴(yán)格，制造比較困難，或者產(chǎn)生制造成本上升的問(wèn)題。發(fā)明者們通過(guò)分析制造過(guò)程，結(jié)果得到以下見(jiàn)解，第1透鏡具有正光焦度，而第2 透鏡具有預(yù)定的大小以上的負(fù)光焦度，這使得這些透鏡的組裝公差變嚴(yán)格。因此，只要能夠 在保持較高分辨率的狀態(tài)下減小第2透鏡的負(fù)光焦度，就能夠降低制造成本。本發(fā)明根據(jù) 上述見(jiàn)解，實(shí)現(xiàn)了在保持較高分辨率的狀態(tài)下，減小第2透鏡的負(fù)光焦度以滿足式(1)的成 像光學(xué)系統(tǒng)。在本發(fā)明中，使衍射光柵具有主要的消色功能，由此減小第2透鏡的負(fù)光焦 度。光學(xué)長(zhǎng)度與合成焦距之比本發(fā)明的實(shí)施方式的成像光學(xué)系統(tǒng)滿足下式。(數(shù) 6)
TTL/fT ^ 1. 2 (2)如果光學(xué)長(zhǎng)度與合成焦距超過(guò)式(2)的上限值，則難以實(shí)現(xiàn)緊湊的成像光學(xué)系 統(tǒng)。第4透鏡的材料的d線折射率和焦距的乘積與合成焦距之比本發(fā)明的實(shí)施方式的成像光學(xué)系統(tǒng)滿足下式。(數(shù)7)-1. 1 ^ (n4f4) /fT ^ -0· 65 (3)一般，為了減小由多個(gè)透鏡構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)的像面彎曲，需要使利用下式表 示的珀茲伐和P接近零。(數(shù) 8)
權(quán)利要求
一種成像光學(xué)系統(tǒng)，從物體側(cè)起到像面?zhèn)仍O(shè)有具有正光焦度的第1透鏡；凸向像側(cè)的彎月透鏡即第2透鏡；具有正光焦度的第3透鏡；以及具有負(fù)光焦度的第4透鏡，其中，對(duì)于第3透鏡的子午方向上的主光線附近的光焦度，具有在近軸區(qū)域?yàn)檎?、在遠(yuǎn)離光軸的位置為負(fù)的區(qū)域，對(duì)于第4透鏡的子午方向上的主光線附近的光焦度，具有在近軸區(qū)域?yàn)樨?fù)、在遠(yuǎn)離光軸的位置為正的區(qū)域，第1透鏡在像側(cè)面具有衍射光柵，在設(shè)第2透鏡的焦距為f2，設(shè)成像光學(xué)系統(tǒng)的合成焦距為fT，設(shè)從光圈面或第1透鏡的物體側(cè)面的頂點(diǎn)中物體側(cè)的一方到像面的距離為T(mén)TL時(shí)，滿足下述條件|f2/fT|≥3(1)TTL/fT≤1.2 (2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，在設(shè)所述第4透鏡的焦距為f4，設(shè)所述 第4透鏡的材料的d線折射率為Ii4時(shí)，滿足下述條件-1. 1 ^ (n4f4)/fT ^ -0. 65 (3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述衍射光柵由環(huán)帶構(gòu)成，環(huán)帶數(shù) 為10以下。
全文摘要
本發(fā)明的成像光學(xué)系統(tǒng)從物體側(cè)起到像面?zhèn)仍O(shè)有具有正光焦度的第1透鏡；凸向像側(cè)的彎月透鏡即第2透鏡；具有正光焦度的第3透鏡；以及具有負(fù)光焦度的第4透鏡。對(duì)于第3透鏡的子午方向上的主光線附近的光焦度，具有在近軸區(qū)域?yàn)檎?、在遠(yuǎn)離光軸的位置光焦度為負(fù)的區(qū)域，對(duì)于第4透鏡的子午方向上的主光線附近的光焦度，具有在近軸區(qū)域?yàn)樨?fù)、在遠(yuǎn)離光軸的位置光焦度為正的區(qū)域。第1透鏡在像側(cè)面具有衍射光柵。在設(shè)第2透鏡的焦距為f2，設(shè)成像光學(xué)系統(tǒng)的合成焦距為fT，設(shè)從光圈面或第1透鏡的物體側(cè)面的頂點(diǎn)中物體側(cè)的一方到像面的距離為T(mén)TL時(shí)，滿足下述各式(數(shù)1)|f2/fT|≥3(1)；TTL/fT≤1.2(2)。
文檔編號(hào)G02B5/18GK101950064SQ20101022483
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者約耳·科維爾, 金井紀(jì)文 申請(qǐng)人:納盧克斯株式會(huì)社