專利名稱：光學(xué)單元和攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于攝像設(shè)備的光學(xué)單元和攝像裝置。
背景技術(shù)：
近年來，要求安裝于移動電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)等的攝像設(shè)備實(shí)現(xiàn)高分辨率、低 成本和小型化。諸如CCD(電荷耦合器件)和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器的圖像 傳感器具有顯著降低的單元間距(cell pitch)。于是，需要光學(xué)系統(tǒng)具有高的圖像形成性 能，從而比起通常的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)像差、尤其是軸向色差得到進(jìn)一步的抑制。目前，許多情況下，移動電話的高端型號使用具有四個(gè)元件分成四組的結(jié)構(gòu)的光 學(xué)系統(tǒng)。隨著最近像素的數(shù)量的增長，即使上述的結(jié)構(gòu)也不能提供足夠的性能。鑒于此，需 要研究五個(gè)元件分成五組的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在日本專利申請公報(bào)2003-3^925號(下文中稱為專利文獻(xiàn)1)中公開的攝 像透鏡中，使第四透鏡和第五透鏡限定有正光焦度。因此，光路長度長。而且所述透鏡的 Fno是3. 9，因此透鏡暗。鑒于上述情況，期望提供一種光學(xué)特性等于或優(yōu)于現(xiàn)有單元的光學(xué)特性、能傳送 更強(qiáng)亮度并且可縮小尺寸的光學(xué)單元，并提供一種攝像裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種光學(xué)單元，其包括作為向物體側(cè)凸出的 正彎月透鏡的第一透鏡；光闌；具有正光焦度的第二透鏡；具有負(fù)光焦度的第三透鏡；具有 正光焦度的第四透鏡；以及具有負(fù)光焦度的第五透鏡；第一透鏡、光闌、第二透鏡、第三透 鏡、第四透鏡和第五透鏡從所述物體側(cè)至像面?zhèn)纫来尾贾?。根?jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種攝像裝置，其包括攝像元件以及用于在 攝像元件上形成物體的圖像的光學(xué)單元。所述光學(xué)單元包括作為向物體側(cè)凸出的正彎月 透鏡的第一透鏡；光闌；具有正光焦度的第二透鏡；具有負(fù)光焦度的第三透鏡；具有正光焦 度的第四透鏡；以及具有負(fù)光焦度的第五透鏡；第一透鏡、光闌、第二透鏡、第三透鏡、第四 透鏡和第五透鏡從所述物體側(cè)至像面?zhèn)纫来尾贾谩８鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了光學(xué)特性等于或優(yōu)于現(xiàn)有單元的光學(xué)特性、能傳 送更強(qiáng)的亮度并且可實(shí)現(xiàn)小型化的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)下面對如附圖所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)會變得更加明顯。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的攝像透鏡的結(jié)構(gòu)性實(shí)施例的圖；圖2是圖示對構(gòu)成根據(jù)第一實(shí)施方式的攝像透鏡的透鏡組的各個(gè)透鏡、對形成攝 像單元的蓋玻璃以及對像面所給定的表面編號的圖；圖3是分別表示在實(shí)施例1中的球面像差、散光和畸變的像差圖；圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的攝像透鏡的結(jié)構(gòu)性實(shí)施例的圖；圖5是分別表示在實(shí)施例2中的球面像差、散光和畸變的像差圖；并且圖6是圖示根據(jù)第三實(shí)施方式的使用包括所述光學(xué)單元的攝像透鏡的攝像裝置 的結(jié)構(gòu)性實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
應(yīng)注意，將以下列順序給出說明。1.第一實(shí)施方式(使用光學(xué)單元的攝像透鏡的第一結(jié)構(gòu)性實(shí)施例)2.第二實(shí)施方式(使用光學(xué)單元的攝像透鏡的第二結(jié)構(gòu)性實(shí)施例)3.第三實(shí)施方式(攝像裝置的結(jié)構(gòu)性實(shí)施例)1.第一實(shí)施方式圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的使用光學(xué)單元的攝像透鏡的結(jié)構(gòu)性實(shí) 施例的視圖。如圖1所示，根據(jù)第一實(shí)施方式的攝像透鏡100包括第一透鏡111、光闌112、第二 透鏡113、第三透鏡114、第四透鏡115和第五透鏡116，它們以指定順序從物體側(cè)OBJS至像 面?zhèn)炔贾谩z像透鏡100還包括蓋玻璃120和像面130，它們以指定順序從物體側(cè)OBJS至像 面?zhèn)炔贾谩z像透鏡100形成為單焦點(diǎn)透鏡。而且，在此實(shí)施方式中，在第一透鏡111和第二透鏡113之間設(shè)置有光闌112。在作為單焦點(diǎn)透鏡的攝像透鏡100中，期望在像面130上設(shè)置諸如C⑶傳感器和 CMOS傳感器的固體攝像傳感器的攝像區(qū)域(圖像接收區(qū))。蓋玻璃120設(shè)置于第五透鏡116的像面?zhèn)鹊谋砻婧拖衩?30之間。在第五透鏡116 的像面?zhèn)鹊谋砻婧拖衩?30之間，可設(shè)置紅外截止濾光片、低通濾光片、由樹脂或玻璃構(gòu)成 的蓋玻璃120或光學(xué)元件。此外，在光闌的附近可設(shè)置諸如相位掩模、編碼孔徑(coded aperture)、液晶快門 和可調(diào)光闌等光學(xué)部件。應(yīng)注意，在此實(shí)施方式中，在圖1中，左側(cè)對應(yīng)于物體側(cè)(前側(cè))并且右側(cè)對應(yīng)于 像面?zhèn)?后側(cè))。物體側(cè)入射的光通量聚集于像面130上。下面，將給出關(guān)于本實(shí)施方式的攝像透鏡的結(jié)構(gòu)和效果的說明。
攝像透鏡100由具有五個(gè)元件分成五組的結(jié)構(gòu)的透鏡構(gòu)成。第一透鏡111由具有向物體側(cè)凸出的凸面的正彎月透鏡形成。第二透鏡113由具有正光焦度的透鏡形成。第三透鏡114由具有負(fù)光焦度的透鏡形成。第四透鏡115由具有正光焦度的透鏡形成。第五透鏡116由具有負(fù)光焦度的透鏡形成。此處，第一透鏡111具有彎月面形狀，因此其曲率半徑朝向光闌，從而降低離軸慧 差(coma aberration)禾口散光。接下來，設(shè)置有光闌112，從而獲得了最優(yōu)結(jié)構(gòu)以向前移動光瞳位置。具有正光焦 度和大阿貝(Abbe)數(shù)的第二透鏡113以及具有負(fù)光焦度和小阿貝數(shù)的第三透鏡114用于 校正色差并擴(kuò)展有效直徑，從而提供使第四透鏡115和第五透鏡116的光學(xué)位置接近所述 光闌的操作。而且，使得第四透鏡115的第二表面L4S2和第五透鏡116的第一表面L5S1的曲 率半徑更靠近光闌，從而降低了離軸慧差和散光。所述操作總體上提供了大的像差校正能力，從而可實(shí)現(xiàn)傳送具體為 ^ο2. 0的亮 度的透鏡。而且，作為單焦點(diǎn)透鏡的本實(shí)施方式的攝像透鏡100配置為滿足以下條件表達(dá)式 ⑴ ⑶。條件表達(dá)式(1)與第一透鏡111的配曲調(diào)整(bending)有關(guān)。如上所述，第一透鏡111由朝物體側(cè)凸出的正彎月透鏡構(gòu)成，并且第一透鏡111的 第一表面LlSl和第二表面L1S2的曲率半徑的中心朝著光闌112 —側(cè)移動。結(jié)果進(jìn)一步校正了離軸慧差和散光。當(dāng)超出條件表達(dá)式(1)的下限時(shí)，不會引起配曲調(diào)整，結(jié)果離軸慧差和散光出現(xiàn) 惡化。當(dāng)超出條件表達(dá)式(1)的上限時(shí)，光焦度減小，并且獲得了類似于反焦透鏡的形式， 結(jié)果性能變得更好，但是光路長度變得更長。[表達(dá)式1]1 ≤ qLl ≤100(1)其中，qLl代表第一透鏡的配曲調(diào)整因數(shù)(qLl = (RL1S2+RL1S1) / (RL1S2-RL1S1)， 其中RLlSl代表第一透鏡111的第一表面LlSl的曲率半徑，并且RL1S2代表第一透鏡111 的第二表面L1S2的曲率半徑)。條件表達(dá)式( 與第二透鏡113的光焦度有關(guān)。當(dāng)超出下限時(shí)，光焦度變得過大， 制造容差縮小并且生產(chǎn)率降低。當(dāng)超出上限時(shí)，光焦度減小并且色差的校正度降低，不適合 高分辨率圖像傳感器。[表達(dá)式2]0. 3 ≤ f2/f ≤10(2)其中f代表總焦距，并且f2代表第二透鏡113的焦距。在與第三透鏡114的光焦度有關(guān)的條件表達(dá)式(3)中，當(dāng)超出下限時(shí)，色差的校正 度降低，不適合高分辨率圖像傳感器。當(dāng)超出上限時(shí)，光焦度變得過大，制造容差縮小并且 生產(chǎn)率降低。
[表達(dá)式3]-10 ^ f3/f ^ -0. 4(3)其中f代表總焦距，并且f3代表第三透鏡114的焦距。條件表達(dá)式(4)與第四透鏡115的第二表面L4S2有關(guān)。當(dāng)超出條件表達(dá)式的下限時(shí)，光焦度變得過大，制造容差縮小并且生產(chǎn)率降 低。當(dāng)超出上限時(shí)，離軸慧差和散光出現(xiàn)惡化，不適合高分辨率圖像傳感器。[表達(dá)式4]-3 彡 RL4S2/f 彡—0. 08(4)其中f代表總焦距，并且RL4S2代表第四透鏡115的第二表面L4S2的曲率半徑。條件表達(dá)式(5)與第五透鏡116的第一表面L5S1有關(guān)。當(dāng)超出條件表達(dá)式(5)的下限時(shí)，光焦度變得過大，制造容差縮小并且生產(chǎn)率降 低。當(dāng)超出上限時(shí)，離軸慧差和散光出現(xiàn)惡化，不適合高分辨率圖像傳感器。[表達(dá)式δ]-3 彡 RL5Sl/f 彡—0. 05(5)其中f代表總焦距，并且RL5S1代表第五透鏡116的第一表面L5S1的曲率半徑。在與第一透鏡111的阿貝數(shù)vLl有關(guān)的條件表達(dá)式(6)中，當(dāng)超出下限時(shí)，色差惡 化，并且整體分辨率降低。當(dāng)超出上限時(shí)，材料的成本增加，這不能實(shí)現(xiàn)該情況的目的。[表達(dá)式6]40 彡 vLl 彡 70(6)在與第二透鏡113的阿貝數(shù)vL2有關(guān)的條件表達(dá)式(7)中，當(dāng)超出下限時(shí)，色差惡 化，并且整體分辨率降低。當(dāng)超出上限時(shí)，材料的成本增加，這不能實(shí)現(xiàn)該情況的目的。[表達(dá)式7]40 彡 vL2 彡 70(7)在與第三透鏡114的阿貝數(shù)vL3有關(guān)的條件表達(dá)式(8)中，當(dāng)超出下限時(shí)，材料的 成本增加，這不能實(shí)現(xiàn)該情況的目的。當(dāng)超出上限時(shí)，色差惡化，并且整體分辨率降低。[表達(dá)式8]10 彡 vL3 彡 40(8)在與總光程TT有關(guān)的條件表達(dá)式(9)中，當(dāng)超出上限時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)緊湊的應(yīng)用。當(dāng) 超出下限時(shí)，得不到制造容差，不可能進(jìn)行制造。于是，該條件是最優(yōu)條件。[表達(dá)式9]0. 8 彡 TT/f 彡 5(9)其中TT代表總光程，并且f代表總焦距。條件表達(dá)式⑴ (9)對于下述實(shí)施例1和2是通用的，并且應(yīng)根據(jù)情況使用，從 而實(shí)現(xiàn)適合個(gè)體攝像傳感器或攝像裝置的緊湊的光學(xué)系統(tǒng)和更期望的圖像形成性能。應(yīng)注意，以從物體至像面的方向作為正方向，以下列表達(dá)式表示透鏡的非球面的 形狀。非球面方程式X = , f ,、2 2 + A/ + By6 + Cys + Dy10
1 + yl - (1 + k)c2y
其中k代表二次曲面系數(shù)，A、B、C和D每個(gè)代表非球面系數(shù)，r代表中心曲率半徑。 而且，y代表光束距光軸的高度，并且c代表中心曲率半徑r的倒數(shù)(Ι/r)。而且，在非球面方程式中，X代表從切面至非球面的頂部的距離，A代表四次非球 面系數(shù)，B代表六次非球面系數(shù)，C代表八次非球面系數(shù)，并且D代表十次非球面系數(shù)。圖2是表示對構(gòu)成根據(jù)本實(shí)施方式的攝像透鏡的透鏡組的透鏡、形成攝像單元的 蓋玻璃以及像面給定的表面編號的圖。應(yīng)注意，在該圖中不考慮光闌112。具體地，分別對第一透鏡111的物體側(cè)表面(凸面)和像面?zhèn)鹊谋砻娼o定表面編 號1和2。分別對第二透鏡113的物體側(cè)表面和像面?zhèn)鹊谋砻娼o定表面編號3和4。分別對第三透鏡114的物體側(cè)表面和像面?zhèn)鹊谋砻娼o定表面編號5和6。分別對第四透鏡115的物體側(cè)表面和像面?zhèn)鹊谋砻娼o定表面編號7和8。分別對第五透鏡116的物體側(cè)表面和像面?zhèn)鹊谋砻娼o定表面編號9和10。對蓋玻璃120的物體側(cè)表面給定表面編號11，并且對像面130給定表面編號12。此外，如圖2所示，在根據(jù)本實(shí)施方式的攝像透鏡100中，將第一透鏡111的物體 側(cè)表面(1號)的中心曲率半徑設(shè)為R1，并且將第一透鏡111的像面?zhèn)鹊谋砻娴闹行那拾?徑設(shè)為R2。將第二透鏡113的物體側(cè)表面的中心曲率半徑設(shè)為R3，并且將第二透鏡113的像 面?zhèn)鹊谋砻娴闹行那拾霃皆O(shè)為R4。將第三透鏡114的物體側(cè)表面的中心曲率半徑設(shè)為R5，并且將第三透鏡114的像 面?zhèn)鹊谋砻娴闹行那拾霃皆O(shè)為R6。將第四透鏡115的物體側(cè)表面的中心曲率半徑設(shè)為R7，并且將第四透鏡115的像 面?zhèn)鹊谋砻娴闹行那拾霃皆O(shè)為R8。將第五透鏡116的物體側(cè)表面的中心曲率半徑設(shè)為R9，并且將第五透鏡116的像 面?zhèn)鹊谋砻娴闹行那拾霃皆O(shè)為R10。將蓋玻璃120的物體側(cè)表面11的中心曲率半徑設(shè)為Rl 1。將像面130的表面12的中心曲率半徑設(shè)為Rl2。應(yīng)注意，表面11的中心曲率半徑Rll和表面12的中心曲率半徑R12是無窮大的 (INFINITY)。而且，如圖2所示，在光軸OX上的介于表面1和表面2之間的距離設(shè)為dl，其對應(yīng) 于第一透鏡111的厚度，并且在光軸OX上的介于第一透鏡111的像面?zhèn)鹊谋砻?和第二透 鏡113的物體側(cè)表面3之間的距離設(shè)為d2。在光軸OX上的介于表面3和表面4之間的距離設(shè)為d3，其對應(yīng)于第二透鏡113的 厚度，并且在光軸OX上的介于第二透鏡113的像面?zhèn)鹊谋砻?和第三透鏡114的物體側(cè)表 面5之間的距離設(shè)為d4。在光軸OX上的介于表面5和表面6之間的距離設(shè)為d5，其對應(yīng)于第三透鏡114的 厚度，并且在光軸OX上的介于第三透鏡114的像面?zhèn)鹊谋砻?和第四透鏡115的物體側(cè)表 面7之間的距離設(shè)為d6。在光軸OX上的介于表面7和表面8之間的距離設(shè)為d7，其對應(yīng)于第四透鏡115的
8厚度，并且在光軸OX上的介于第四透鏡115的像面?zhèn)鹊谋砻?和第五透鏡116的物體側(cè)表 面9之間的距離設(shè)為d8。在光軸OX上的介于表面9和表面10之間的距離設(shè)為d9，其對應(yīng)于第五透鏡116 的厚度，并且在光軸OX上的介于第五透鏡116的像面?zhèn)鹊谋砻?0和蓋玻璃120的物體側(cè) 表面11之間的距離設(shè)為dlO。在光軸OX上的介于蓋玻璃120物體側(cè)表面11和像面?zhèn)鹊谋砻嬷g的距離設(shè)為 dll，其對應(yīng)于蓋玻璃120的厚度。在光軸OX上的介于蓋玻璃120的像面?zhèn)鹊谋砻婧拖衩?30的表面12之間的距離 設(shè)為dl2。下面將描述實(shí)施例1和2。在實(shí)施例1和2中，表示了用于1/4尺寸、Llym間距 和8m的CMOS成像器的攝像透鏡的設(shè)計(jì)示例。下面說明其中指定了攝像透鏡的具體數(shù)值的實(shí)施例1。應(yīng)注意，在實(shí)施例1中，對 攝像透鏡100的各個(gè)透鏡、形成攝像單元的蓋玻璃120和像面130給定如圖2所示的相同
表面編號。在該設(shè)計(jì)示例中，除第四透鏡115之外的透鏡可由塑料透鏡形成，從而可以以低 成本制造透鏡。而且，凸的第四透鏡115由玻璃形成，從而得到其他透鏡的光焦度的期望平 衡以及總焦距對溫度的依賴性較低的優(yōu)異溫度特性。實(shí)施例1表1、2、3和4表示了實(shí)施例1的數(shù)值。實(shí)施例1的數(shù)值對應(yīng)于在圖1中所示的攝 像透鏡100。表1表示對應(yīng)于在實(shí)施例1中的攝像透鏡的表面號的各個(gè)透鏡、蓋玻璃和像面的 曲率半徑(R :mm)、距離(d :mm)、折射率(nd)和方差值(vd)。[表1]實(shí)施例1，透鏡結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)單元，其包括第一透鏡，其為向物體側(cè)凸出的正彎月透鏡； 光闌；具有正光焦度的第二透鏡； 具有負(fù)光焦度的第三透鏡； 具有正光焦度的第四透鏡；以及具有負(fù)光焦度的第五透鏡，所述第一透鏡、所述光闌、所述第二透鏡、所述第三透鏡、所 述第四透鏡和所述第五透鏡從所述物體側(cè)至像面?zhèn)纫来尾贾谩?br> 2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)單元，其中，所述第一透鏡的配曲調(diào)整因數(shù)滿足以下條件表達(dá)式(1)， 1 彡 qLl 彡 100(1)這里qLl代表所述第一透鏡的所述配曲調(diào)整因數(shù)，并且由下式表示， qLl = (RL1S2+RL1S1)/(RL1S2-RL1S1)這里RLlSl代表所述第一透鏡的第一表面的曲率半徑，并且RL1S2代表所述第一透鏡 的第二表面的曲率半徑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)單元， 其中，所述第二透鏡滿足以下條件表達(dá)式0)， 0. 3 彡 f2/f 彡 10(2)這里f代表總焦距，并且f2代表所述第二透鏡的焦距。
4.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)單元， 其中，第三透鏡滿足以下條件表達(dá)式(3)， -10 彡 f3/f 彡-0. 4(3)這里f代表總焦距，并且f3代表所述第三透鏡的焦距。
5.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)單元，其中，所述第四透鏡具有第二表面，所述第四透鏡的第二表面的曲率半徑滿足以下條 件表達(dá)式⑷，-3 ≤ RL4S2/f ≤-0. 08(4)這里f代表總焦距，RL4S2代表所述第四透鏡的第二表面的所述曲率半徑。
6.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)單元，其中，所述第五透鏡具有第一表面，所述第五透鏡的第一表面的曲率半徑滿足以下條 件表達(dá)式(5)，-3 ≤ RL5Sl/f ≤-0. 05(5)這里f代表總焦距，RL5S1代表所述第五透鏡的第一表面的所述曲率半徑。
7.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)單元，其中，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡分別具有阿貝數(shù)vLl、vL2和vL3， 而所述vLl、vL2和vL3分別滿足以下條件表達(dá)式(6)、(7)和(8)， .40 ≤ vLl ≤ 70(6).40 ≤ vL2 ≤ 70(7).10 ≤ vL3 ≤ 40(8)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)單元， 其中，總光程長滿足以下條件表達(dá)式(9)，0. 8 ≤ TT/f ≤ 5(9)這里f代表總焦距，并且TT代表總光程長。
9.一種攝像裝置，其包括 攝像元件；以及光學(xué)單元，其用于在所述攝像元件上形成物體的圖像，所述光學(xué)單元包括 第一透鏡，其為向物體側(cè)凸出的正彎月透鏡； 光闌；具有正光焦度的第二透鏡； 具有負(fù)光焦度的第三透鏡； 具有正光焦度的第四透鏡；以及具有負(fù)光焦度的第五透鏡，所述第一透鏡、所述光闌、所述第二透鏡、所述第三透鏡、所 述第四透鏡和所述第五透鏡從所述物體側(cè)至像面?zhèn)纫来尾贾谩?br> 全文摘要
本發(fā)明提供了一種光學(xué)單元和使用所述光學(xué)單元的攝像裝置。所述光學(xué)單元包括第一透鏡、光闌、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡。第一透鏡是朝物體側(cè)凸出的正彎月透鏡。第二透鏡具有正光焦度。第三透鏡具有負(fù)光焦度。第四透鏡具有正光焦度。第五透鏡具有負(fù)光焦度。第一透鏡、光闌、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡從物體側(cè)至像面?zhèn)纫来尾贾?。本發(fā)明提供了光學(xué)特性等于或優(yōu)于現(xiàn)有單元的光學(xué)特性、能傳送更強(qiáng)的亮度并且可實(shí)現(xiàn)小型化的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G03B17/12GK102109661SQ20101059369
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者馬場友彥 申請人:索尼公司