專(zhuān)利名稱(chēng)：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(lái)，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(chēng)作數(shù)碼相機(jī))迅速普及起來(lái)。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(lái)。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(lái)。
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(lái)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(lái)，為了實(shí)現(xiàn)高圖像品質(zhì)，而開(kāi)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(zhuān)利文獻(xiàn)1所述。該專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載了2塊構(gòu)成的攝像透鏡。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)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(shì)，例如100萬(wàn)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(lái)。從而，期望開(kāi)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(kāi)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(guò)，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(zhuān)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(guò)還期望開(kāi)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(lái)小型信息終端設(shè)備上搭載的透鏡一般多為標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)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(kāi)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(kāi)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(wèn)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(guò)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(lái)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(lái)獲得與原來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)使用塑料材料，容易進(jìn)行非球面加工。
通過(guò)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(lái)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(guò)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(lái)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(shuō)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(shuō)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(lái)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(lái)說(shuō)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(lái)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(guò)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(guò)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(shuō)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(lái)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(guò)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)?。條件式(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(guò)以像2塊這樣極少的透鏡塊數(shù)來(lái)有效利用非球面，可得到與原來(lái)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(lái)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(shuō)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(lái)說(shuō)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(chǎng)角2ω(ω半視場(chǎng)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。基本透鏡數(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(shuō)，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(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)435.8nm)、C線(波長(zhǎng)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(chǎng)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(guò)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(kāi)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