專利名稱：成像透鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及搭載在數碼相機(DSCdigital still camera)等相機上的成像透鏡。
背景技術：
近年來，采用CCD等固態成像元件(solid-state image sensor)的數碼相機以及攝影機等的普及率正在上升。而且，由于搭載所述固態攝像傳感器以及成像透鏡的移動電話以及筆記本電腦等攜帶通訊器械的數量也在增加，故其使用的成像透鏡的需要量激增。隨著攜帶通訊器械的小型化，薄型化以及高效化，其搭載的成像透鏡也被要求小型化，薄型化以及高效化，同時，為了便于普及低成本化也成為被要求的內容。
現有技術中采用兩枚透鏡以滿足對此的要求。例如日本特開2001-174701號公報以及日本特開2002-296495號公報中公開了所述現有技術。
另外，隨著帶攝影功能的移動電話或筆記本電腦，以及PDA等攜帶通訊器械的急速普及，開始對較高光學性能產生要求。因此，各種各樣的透鏡作為成像透鏡被開發出來。這類透鏡公開在，例如，日本特開2002-258155號公報以及日本特開2004-177628號公報中。
發明內容
本發明的成像透鏡是由至少包括第一透鏡、孔徑光闌(aperturestop)以及第二透鏡的透鏡系統而構成的成像透鏡，其中，第一透鏡是在物體側透鏡面上具有凸面的正彎月形透鏡(positivemeniscus lens)，令第一透鏡的焦距為f1、透鏡系統的焦距為f、第一透鏡物體側透鏡面的曲率半徑為r1，則透鏡系統滿足以下的條件
0.5＜f1/f＜1.5 ……(1)，1.0＜f/r1＜4.0 ……(2)。
本發明的成像透鏡是由從物體側依次至少具有孔徑光闌、第一透鏡以及第二透鏡的透鏡系統而構成的成像透鏡，其中，第一透鏡是在物體側透鏡面上具有凸面的正彎月形透鏡，第二透鏡是雙凹透鏡，在第一透鏡以及第二透鏡的任何一個透鏡中，至少其中一方的透鏡面具有非球面形狀，令透鏡系統的焦距為f、第一透鏡的焦距為f1、第一透鏡的折射率(refractive index)為n1、第一透鏡的物體側面的曲率半徑為r1，則透鏡系統滿足以下兩個條件式0.6＜f1/f＜1.0……(3)，1.8＜(n1-1)f/r1＜2.5 ……(4)。
圖1表示的是本發明實施方式1中成像透鏡的截面圖。
圖2A到圖2C表示的是圖1所示的關于成像透鏡的像差圖。
圖3表示的是本發明實施方式2中成像透鏡的截面圖。
圖4A到圖4C表示的是圖3所示的關于成像透鏡的像差圖。
圖5表示的是本發明實施方式3中成像透鏡的截面圖。
圖6A到圖6C表示的是圖5所示的關于成像透鏡的像差圖。
圖7表示的是本發明實施方式4中成像透鏡的截面圖。
圖8A到圖8C表示的是圖7所示的關于成像透鏡的像差圖。
具體實施例方式
首先，對本發明的優選實施方式1和2進行說明。
在所述現有技術的成像透鏡中存在以下問題。即，所述日本特開2001-174701號公報以及日本特開2002-296495號公報中公開的成像透鏡均為2枚結構形式，構成第一透鏡的透鏡成為負功率(也稱為負折射力、負焦距、或者僅稱為負透鏡)或者較弱的正功率(也稱為正折射力、正焦距、或者僅稱為正透鏡)。因此，透鏡全長相對于透鏡系統的焦距的比大，在日本特開2001-174701號公報中所公開的成像透鏡中，其透鏡全長相對于透鏡系統焦距的比大約為2.3倍，而在日本特開2002-296495號公報中所公開的成像透鏡中，其透鏡全長相對于透鏡系統焦距的比大約為1.6倍。因此，特別是作為使用于具有薄型化需求的移動電話等中的成像透鏡，存在缺乏結構小型化的問題。
本發明是鑒于上述現有技術的問題而提出的，其目的在于提供一種縮短透鏡系統的全長并且具有高性能的成像透鏡。
本發明涉及的成像透鏡是由至少包括第一透鏡、孔徑光闌以及第二透鏡的透鏡系統所構成的成像透鏡，第一透鏡是在物體側透鏡面上具有凸面的正彎月形透鏡。并且，令第一透鏡的焦距為f1、透鏡系統的焦距為f、第一透鏡物體側透鏡面的曲率半徑為r1，則透鏡系統滿足以下條件0.5＜f1/f＜1.5 ……(1)，1.0＜f/r1＜4.0 ……(2)。
涉及上述結構的成像透鏡是由兩枚透鏡，即作為在物體側透鏡面上具有凸面的正(具有功率，折射力或者焦距)彎月形透鏡的第一透鏡、以及作為在圖像側透鏡面上具有凸面的正彎月形透鏡的第二透鏡而形成透鏡系統。另外，孔徑光闌被設置在第一透鏡的前面(物體側)或者后面(圖像側)。
此處，本發明中的條件式(1)是對透鏡系統的前組(前部透鏡)(第一透鏡)的功率(power)配置進行規定的條件式，表示在實現小型化的同時能夠良好地進行各像差(aberration)修正的條件。
即，當第一透鏡的焦距f1與透鏡系統的焦距f的比超過條件式(1)的上限時，針對透鏡系統的前組(前部透鏡)的功率配置變弱，透鏡系統的全長變長。相反，當超過條件式(1)的下限時，由于針對透鏡系統的前組(前部透鏡)的功率配置增強，所以，在前部透鏡產生的各像差無法由后組(后部透鏡)(第二透鏡)來進行修正。
另外，本發明中的條件式(2)是針對透鏡系統的第一透鏡的物體側透鏡面的功率分配進行規定的條件式，表示在具有高度透鏡性能的同時，能夠使其具有良好加工性的條件。
即，當第一透鏡的物體側透鏡面的曲率半徑r1與透鏡系統的焦距f的比例關系超過條件式(2)的上限時，第一透鏡物體側透鏡面的曲率過大，第一透鏡的加工變得困難。另一方面，當超過條件式(2)的下限時，使歪曲像差的修正變得困難，同時，由于在最大視角中的圖像入射角變大，特別是在使用固態成像元件的成像透鏡中產生陰影(shading)(臨邊昏暗等)，因而無法提高透鏡的性能。
由此，經本發明發明人反復研究的結果表明，通過由兩枚透鏡構成透鏡系統，并且透鏡系統的各參數符合條件式(1)而能夠實現小型化，通過滿足條件式(1)(2)而能夠良好地進行各像差的修正，并且，通過滿足條件式(2)，而能夠開發出加工性良好的成像透鏡。通過采用所述透鏡系統，在能夠實現小型化的同時，能夠對各像差進行良好的修正。
這樣，根據涉及本發明的成像透鏡，通過由兩枚透鏡構成透鏡系統并且透鏡系統的各參數滿足條件式(1)而實現小型化，通過滿足條件式(1)(2)而能夠對各像差進行良好的修正，并且，通過滿足條件式(2)而能夠提高加工性能。
以下，參照附圖，對本發明的優選實施方式進行說明。
實施方式1圖1表示的是涉及本發明的實施方式1的成像透鏡的截面圖。
本實施方式的成像透鏡如圖1所示，由從物體側開始依次具有第一透鏡101、孔徑光闌103以及第二透鏡102的透鏡系統所構成。第一透鏡101是在物體側透鏡面(第一透鏡第一面)106上具有凸面的正彎月形透鏡。第二透鏡是102是在圖像側透鏡面(第二透鏡第二面)109上具有凸面的正彎月形透鏡。另外，在第二透鏡102的圖像側透鏡面109與成像面105之間配置有CCD等固體成像元件中的面板(faceplate)或者濾光器等光學部件(面板或者濾光器)104。
在具有上述結構的本實施方式中的成像透鏡的各參數值如表1所示。此處，rj是從物體側開始依次至第j個面序號Rj的曲率半徑(mm)。對于面序號Rj，當j為1時是第一透鏡101的物體側透鏡面106，當j為2時是第一透鏡101的圖像側透鏡面(第一透鏡第二面)107，當j為3時是第二透鏡102的物體側透鏡面(第二透鏡第一面)108，當j為4時是第二透鏡101的圖像側透鏡面109。dj是從物體側開始依次至第j個的面中心間隔(mm)。Nd是d線(波長為0.58756μm的光)中各透鏡的折射率，νd是d線中各透鏡的阿貝數(abbe number)，f是透鏡系統的焦距(mm)，Fno.是全孔徑F值(Full Aperture F Value)，L表示透鏡系統的全長(mm)。其中，面序號旁的*表示非球面。
另外，令距離面頂點的切面的光軸方向的距離(下陷量(sag))為x、距離光軸的高度為h、近軸曲率半徑為r、圓錐常數為κ、第m次的非球面系數為Am(m＝4、6、8、10、12)，則非球面形狀可以通過下式來表示x＝{(1/r)h2}/[1+{1-(1+κ)(1/r)2h2}1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12……(X)。
因此，以下顯示上式(X)中κ和Am值，對非球面形狀進行特定。
表1f＝2.628、Fno＝3.2、L＝3.305透鏡數據
非球面系數
此外，本實施方式中，第一透鏡101的焦距f1為3.542mm，透鏡系統的焦距f為2.628mm。因此，0.5＜f1/f＝1.34＜1.5，滿足條件式(1)。另外，第一透鏡101的物體側透鏡面106的曲率半徑r1為0.700mm。因此，1.0＜f/r1＝3.75＜4.0，滿足條件式(2)。此外，將透鏡系統的全長L通過透鏡系統的焦距f而規格化后的值L/f為1.26。因此，透鏡系統的全長L是焦距f的1.3倍以下，可以實現非常小型化的成像透鏡。
圖2A到圖2C表示的是圖1所示的關于成像透鏡的像差圖。圖2A表示的是球面像差(spherical aberration)，圖2B表示的是像散(ast-igmatism)，圖2C表示的是歪曲像差。
在本實施方式中，與現有技術相比，不僅能夠實現非常小型化的成像透鏡，而且還能夠對各像差進行良好的修正。
此外，在本實施方式的透鏡系統中，透鏡面106、107、108以及109采用的是非球面的透鏡，但本發明并不局限于此，也可以對其進行適當的選擇。
另外，本發明的第一透鏡以及第二透鏡優選使用樹脂材料。通過所有透鏡均使用樹脂材料，而能夠降低造價并便于生產制造。
實施方式2以下，對涉及本發明成像透鏡的實施方式2進行說明。
圖3表示的是本發明實施方式2中的成像透鏡的截面圖。
涉及本實施方式的成像透鏡與實施方式1的不同點在于如圖3所示，本實施方式的孔徑光闌103的位置位于第一透鏡101的前方(物體側)、第二透鏡102的圖像側透鏡面109的形狀不同、以及成像面105的位置位于光學部件(面板以及濾光器)104的端面上。
在具有上述結構的本實施方式中的成像透鏡的各參數值如表2所示。此處，代表各數值的意義與實施方式1相同。
表2f＝2.323、Fno＝2.85、L＝2.632透鏡數據
非球面系數
其中，在本實施方式中，第一透鏡101的焦距f1為2.669mm，透鏡系統的焦距f為2.323mm。因此，0.5＜f1/f＝0.86＜1.5，滿足條件式(1)。另外，第一透鏡101的物體側透鏡面106的曲率半徑r1為0.782mm。因此，1.0＜f/r1＝2.97＜4.0，滿足條件式(2)。此外，將透鏡系統的全長L通過透鏡系統的焦距f而規格化后的值L/f為1.13。因此，透鏡系統的全長L是焦距f的1.3倍以下，可以實現非常小型化的成像透鏡。
圖4A～圖4C表示的是圖3所示的成像透鏡的像差圖。圖4A表示的是球面像差，圖4B表示的是像散，圖4C表示的是歪曲像差。
在本實施方式中，與現有技術相比，不僅能夠實現非常小型化的成像透鏡，而且還能夠對各像差進行良好的修正。
此外，在本實施方式的透鏡系統中，透鏡面106、107、108以及109采用的是非球面的透鏡，但本發明并不局限于此，可以對其進行適當的選擇。
以下，對本發明的實施方式3和實施方式4進行說明。
最近，特別是伴隨所述攜帶通訊器械的小型化，對成像透鏡而言，在具有較高光學性能的同時更加小型化以及低造價的要求也越來越強烈。因此，人們期望在降低透鏡枚數、實現小型化以及結構簡潔化的同時還具有超過現有技術的高度光學性能的成像透鏡的出現。另外，玻璃成本高于塑料成本兩倍以上，而且在加工玻璃透鏡時，其口徑越小越困難。
本發明是鑒于上述現有技術的問題而提出的，其目的在于提供一種不增加透鏡枚數、能夠實現小型化且能夠對像差進行良好修正的成像透鏡。
涉及本發明的成像透鏡是由從物體側開始依次具有孔徑光闌、第一透鏡以及第二透鏡的透鏡系統所構成的成像透鏡。所述第一透鏡是在物體側凸出并具有正折射力的彎月形透鏡。所述第二透鏡是雙凹透鏡。在所述第一透鏡以及第二透鏡中的任何一個透鏡中，至少其中一方的透鏡面具有非球面形狀，所述透鏡系統滿足以下條件0.6＜f1/f＜1.0……(3)，1.8＜(n1-1)f/r1＜2.5 ……(4)。
其中，f是透鏡系統的焦距，f1是第一透鏡的焦距，n1是第一透鏡的折射率，r1是第一透鏡的物體側的面的曲率半徑。
此處，本發明中的條件式(3)是針對第一透鏡的焦距進行規定的條件式，表示在獲得小型化的同時，具有良好的像差性能的條件。
即，當第一透鏡的焦距與透鏡系統的焦距的比為條件式(3)的下限值以下時，難以對歪曲像差等像差進行修正。另一方便，當為條件式(3)的上限值以上時，設備整體趨于大型化，無法實現小型化透鏡。
另外，本發明中的條件式(4)是針對第一透鏡的折射力進行規定的條件式，表示在獲得小型化的同時，具有良好的像差性能的條件。
即，涉及第一透鏡的物體側面的曲率半徑r1、第一透鏡的折射率n1以及透鏡系統的焦距f的規定值(n1-1)f/r1為條件式(4)的下限值以下時，第一透鏡的軸上芯厚在中心厚度增大，無法實現小型化的透鏡。另一方面，當為條件式(4)的上限值以上時，難以使軸外光束充分地通過第一透鏡，并且使球面像差的修正也變得困難。
根據本發明的成像透鏡，通過使所謂兩組兩枚的結構非常簡單的透鏡系統滿足條件式(3)以及條件式(4)而能夠獲得全長非常短，大約為焦距的1.2倍以下并且具有良好像差性能的成像透鏡。
另外，本發明的第一透鏡以及第二透鏡優選均使用樹脂材料。通過所有透鏡均使用樹脂材料而能夠降低造價并便于生產制造。
以下，參照附圖，對本發明的優選實施方式進行說明。
(實施方式3)圖5表示的是涉及本發明的實施方式3的成像透鏡的截面圖。
如圖5所示，本實施方式的成像透鏡由從物體側開始依次具有孔徑光闌503、第一透鏡501、以及第二透鏡502的透鏡系統所構成。第一透鏡501是在物體側透鏡面(第一透鏡第一面)506凸出并具有正折射力的彎月形透鏡。第二透鏡502是雙凹透鏡。在本實施方式中，第一透鏡501以及第二透鏡502均使用樹脂材料，任何一個透鏡面506、507、508、509均具有非球面形狀。
具有所述結構的本實施方式的成像透鏡的各參數值如表3所示。
此處，rj是涉及從物體側開始依次至第j個面序號Rj的曲率半徑(mm)。面序號R1是第一透鏡501的物體側透鏡面506、R2是第一透鏡501的圖像側透鏡面(第一透鏡第二面)507、R3是第二透鏡502的物體側透鏡面(第二透鏡第一面)508、R4是第二透鏡501的圖像側透鏡面(第二透鏡第二面)509。dj是從物體側開始依次至第j個的面的中心間隔(mm)。Nd是涉及d線的透鏡的折射率，νd是d線的各透鏡的阿貝數，f是透鏡系統的焦距(mm)，Fno.是全孔徑F值。
另外，令距離面頂點的切面的光軸方向的距離(下陷量(sag))為x、距離光軸的高度為h、近軸曲率半徑為r、圓錐常數為κ、第m次的非球面系數為Am(m＝4、6、8、10、12)，則非球面形狀可以用下式表示x＝{(1/r)h2}/[1+{1-(1+κ)(1/r)2h2}1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12……(X)。
因此，以下顯示上式(X)中κ和Am值，對非球面形狀進行特定。
表3f＝4.64，Fno＝4.02透鏡數據
非球面系數
此外，本實施方式中，第一透鏡501的焦距f1為4.21mm，透鏡系統的焦距f為4.64mm。因此，0.6＜f1/f＝0.91＜1.0，滿足條件式(3)。另外，第一透鏡501的折射率n1為1.5247，第一透鏡501的物體側面506的曲率半徑r1為1.332mm。因此，1.8＜(n1-1)f/r1＝1.83＜2.5，滿足條件式(4)。
圖6A～圖6C表示的是圖5所示的關于成像透鏡的像差圖。圖6A表示的是球面像差，圖6B表示的是像散，圖6C表示的是歪曲像差。
如圖6所示，由于通過使兩組兩枚的結構非常簡單的透鏡系統滿足條件式(21)以及條件式(22)，而能夠獲得大約為焦距的1.2倍以下且非常短的并且具有良好像差性能的成像透鏡。另外，由于所有的透鏡均使用樹脂材料，所以能夠降低造價并便于生產制造。
(第四實施方式)圖7表示的是涉及本發明實施方式4的成像透鏡的截面圖。
本實施方式4采用與實施方式3相同的透鏡系統而構成。本實施方式中的成像透鏡的各參數值(包括非球面系數)如(表4)所示。
其中，本實施方式中，第一透鏡501的焦距f1為3.316，透鏡系統的焦距f為4.11mm。因此，0.6＜f1/f＝0.81＜1.0，滿足條件式(3)。另外，第一透鏡501的折射率n1為1.5247，第一透鏡501的物體側透鏡面506的曲率半徑r1為1.154mm。因此，1.8＜(n1-1)f/r1＝1.87＜2.5，滿足條件式(4)。
圖8A～圖8C表示的是圖7所示的關于成像透鏡的像差圖。圖8A表示的是球面像差，圖8B表示的是像散，圖8C表示的是歪曲像差。
表4f＝4.11，Fno＝4.03透鏡數據
非球面系數
在本實施方式種，如圖7，圖8所示，由于通過使兩組兩枚結構非常簡單的透鏡系統滿足條件式(3)以及條件式(4)，而能夠獲得大約為焦距的1.2倍以下且非常短并且具有良好像差性能的成像透鏡。另外，由于所有的透鏡均使用樹脂材料，所以能夠降低造價并便于生產制造。
此外，在以上實施方式中，對第一透鏡501以及第二透鏡502中的任一面均由非球面形狀構成的例子進行說明。但是并不局限于此，也可以采用以下構成方式，即第一透鏡501的透鏡面506以及507中至少任意一方為非球面形狀，并且第二透鏡502的透鏡面508以及509的至少任意一方為非球面形狀。
產業上可利用性本發明的成像透鏡，其透鏡系統由兩枚透鏡構成，能夠實現小型化以及能夠良好對各像差進行修正，而且具有良好的加工性。因此，適于作為搭載在數碼相機以及小型攝影機等裝置中的成像透鏡而進行使用。
權利要求
1.一種成像透鏡，其特征在于其是由至少包括第一透鏡、孔徑光闌以及第二透鏡的透鏡系統構成的成像透鏡，其中，所述第一透鏡是在物體側透鏡面上具有凸面的正彎月形透鏡，令所述第一透鏡的焦距為f1、所述透鏡系統的焦距為f、所述第一透鏡物體側透鏡面的曲率半徑為r1，則所述透鏡系統滿足以下兩個條件0.5＜f1/f＜1.5……(1)，1.0＜f/r1＜4.0……(2)。
2.如權利要求1所述的成像透鏡，其特征在于所述透鏡系統從物體側依次配置有所述第一透鏡、所述孔徑光闌、以及所述第二透鏡，其中，所述第二透鏡具有正折射率。
3.如權利要求1所述的成像透鏡，其特征在于所述透鏡系統從物體側依次配置有所述孔徑光闌、所述第一透鏡、以及所述第二透鏡，其中，所述第二透鏡為負彎月形透鏡。
4.一種成像透鏡，其特征在于，其是從物體側依次至少具有孔徑光闌、第一透鏡以及第二透鏡的透鏡系統而構成的成像透鏡，其中，所述第一透鏡是在物體側透鏡面上具有凸面的正彎月形透鏡，所述第二透鏡是雙凹透鏡，在所述第一透鏡以及所述第二透鏡的任何一個透鏡中，至少其中一方的透鏡面具有非球面形狀，令透鏡系統的焦距為f、第一透鏡的焦距為f1、第一透鏡的折射率為n1、第一透鏡的物體側面的曲率半徑為r1，則所述透鏡系統滿足以下兩個條件式0.6＜f1/f＜1.0 ……(3)，1.8＜(n1-1)f/r1＜2.5……(4)。
5.如權利要求1至4中任一項所述的成像透鏡，其特征在于所述第一透鏡以及第二透鏡均使用樹脂材料。
全文摘要
本發明提供一種不增加透鏡數量便能夠縮短透鏡系統的全長并小型化且能夠對像差進行良好修正的高效成像透鏡。本發明的成像透鏡是由至少包括第一透鏡、孔徑光闌以及第二透鏡的透鏡系統而構成的成像透鏡，第一透鏡在物體側透鏡面上具有凸面，令所述第一透鏡的焦距為f1、所述透鏡系統的焦距為f、所述第一透鏡物體側透鏡面的曲率半徑為r1，則所述透鏡系統滿足以下條件0.5＜f1/f＜1.5…(1)、1.0＜f/r1＜4.0…(2)，另外，第二透鏡是雙凹透鏡，在第一透鏡(1)以及第二透鏡(2)的任何一個透鏡中，至少其中一方的透鏡面具有非球面形狀，令第一透鏡(1)的折射率為n1時，則透鏡系統滿足以下條件0.6＜f1/f＜1.0…(3)、1.8＜(n1－1)f/r1＜2.5…(4)。
文檔編號G02B13/18GK101031836SQ20058003290
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月28日 優先權日2004年9月28日
發明者川田真由美, 山下優年, 伊奈裕彥 申請人:松下電器產業株式會社