摄像镜头的制作方法

摄像镜头的制作方法
【专利摘要】提供对应小型化并且即使F值小也能良好地校正各种像差且广视场角的摄像镜头。其从物体侧到像侧按顺序包括孔径光阑、第1透镜、第2透镜、第3透镜以及第4透镜，F值小于2.4，满足以下的条件式0.8＜ih/f＜0.95，TLA/2ih＜0.9，-4.0＜r3/r4＜6.0，其中，ih为最大像高，f为整个镜头系统的焦距，TLA为取下滤光片类时的从位于最靠物体侧的位置的光学元件的物体侧的面至像面为止的光轴上的距离(光学全长)，r3为第2透镜的物体侧的面的曲率半径，r4为第2透镜的像侧的面的曲率半径。
【专利说明】摄像I竞头

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种在小型的摄像装置所使用的C⑶传感器、C-MOS传感器的固 体摄像元件上形成被摄体的像的摄像镜头，特别是，涉及推进小型化、薄型化的智能电话、 移动电话和PDA (Personal Digital Assistant:个人数字助理）等移动终端设备等、游戏 机、PC等信息终端设备等、家电产品、可穿戴式设备等所搭载的摄像装置中内置的摄像镜 头。

【背景技术】
[0002] 近年来，围绕小型的摄像装置的市场中向以智能电话为首的移动终端设备、各种 各样的家电产品、近年来被称为可穿戴式的信息终端设备的搭载等有越来越扩大的倾向。 对于这些产品所搭载的照相机的性能，要求对应高像素，同时为了能应用于各种各样的设 备的规格，不仅希望透镜系统是进一步小型化、广视场角化、对应摄像元件的高像素化的明 亮的透镜系统，还希望其是高分辨率的。
[0003] 作为顺应这种高性能化的潮流的摄像镜头，4枚透镜构成的摄像镜头能期望较为 小型化和高性能化，而且低成本化是容易的，因此，以往已提出许多4枚透镜构成的摄像镜 头。
[0004] 例如，在专利文献1中公开了一种摄像镜头，该摄像镜头采用具有正的光焦度的 两面凸出的第1透镜、具有负的光焦度且向被摄体侧凸出的弯月形状的第2透镜、具有正的 光焦度且向像侧凸出的弯月形状的第3透镜和具有负的光焦度的第4透镜的构成，将整个 光学系统的光轴方向的尺寸和第1透镜的焦距与整个光学系统的焦距之比设定为恰当的 范围，由此，期望实现小型化、高性能化。
[0005] 另外，在专利文献2中公开了一种摄像镜头，该摄像镜头从物体侧按顺序配置有 凸面朝向物体侧的具有正的光焦度的第1透镜、进行光量的调节的孔径光阑、具有负的光 焦度的第2透镜、凹面朝向物体侧的具有正的光焦度的第3透镜以及具有负的光焦度的第4 透镜，将整个透镜系统的焦距与第2透镜的焦距之比和第2透镜的焦距与第2透镜的物体 侧的面的曲率半径之比设定为恰当的范围，由此，期望实现小型化、高性能化。
[0006] 现有抟术f献 [0007]专利f献
[0008] 专利文献1 :特开2008-033327号公报
[0009] 专利文献2 :特开2009-265245号公报 实用新型内容
[0010] 实用新型要解决的问是页
[0011] 在专利文献1所记载的摄像镜头中，在上述构成的基础上，还将玻璃材料用于第 2透镜，由此，实现了小型化和高性能化。另外，光学全长与摄像元件的有效摄像面的对角 线的长度之比（以下，称为全长对角比）为1.0的程度，实现了较为小型化。但是，F值为 3. 0,因而较暗，不能说确保了足以对应推进高像素化的摄像元件的明亮度。另外，半视场角 为3Γ至32°，在对应近年来要求的广视场角化方面存在问题。
[0012] 在上述专利文献2所记载的摄像镜头中，全长对角比也为I. 0的程度，实现了较为 小型化。但是，F值为2. 8,不能说确保了足以对应推进高像素化的摄像元件的明亮度。另 夕卜，半视场角为3Γ至32°，在对应近年来要求的广视场角化方面存在问题。
[0013] 本实用新型是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，提供对应小型化并且即使F 值小也能良好地校正各种像差的广视场角的摄像镜头。
[0014] 本实用新型中所说的摄像镜头的小型化，是指如下程度：光学全长比摄像元件的 有效摄像面的对角线的长度短，即全长对角比比I. 0小得多。另外，所谓F值小，是指F2. 4 以下的程度，所谓广视场角，是指能拍摄全视场角为75°以上的被摄体的程度，而如上所 述，在现有技术中，同时满足这些要求是困难的。
[0015] 此外，在本实用新型中，所谓透镜的面形状中的凸面、凹面，是指近轴（光轴近旁） 的形状。另外，所谓形成于非球面的反曲线点，是指切平面与光轴垂直相交的非球面上的 点。
[0016] 用于解决问题的方案
[0017] 本实用新型的摄像镜头从物体侧到像侧按顺序包括孔径光阑、凸面朝向物体侧和 像侧的具有正的光焦度的第1透镜、凹面朝向像侧的具有负的光焦度的第2透镜、凸面朝向 像侧的弯月形状的具有正的光焦度的第3透镜以及凹面朝向像侧的具有负的光焦度的两 面为非球面的第4透镜，F值小于2. 4,构成为满足以下的条件式（1)、（2)、（3):
[0018] (1) 0. 8 <ih/f< 0. 95
[0019] (2)TLA/2ih< 0. 9
[0020] (3) -4. 0 <r3/r4 < 6. 0
[0021] 其中，
[0022] f为整个镜头系统的焦距，
[0023] ih为最大像|1?]，
[0024]TLA为取下滤光片类时的从位于最靠物体侧的位置的光学元件的物体侧的面至像 面为止的光轴上的距离（光学全长），
[0025]r3为第2透镜的物体侧的面的曲率半径，
[0026]r4为第2透镜的像侧的面的曲率半径。
[0027] 上述构成的摄像镜头是从物体侧按顺序以正、负、正、负的光焦度配置的远摄型， 通过恰当地分配各透镜的光焦度并使整个系统的焦距变短，成为能得到广视场角的构成。 另外，通过将各透镜面形成为恰当的形状，使得远摄性提高并实现小型化，成为低F值并且 能良好地进行各种像差的校正的构成。
[0028] 第1透镜形成为双凸形状，通过将正的光焦度恰当地分配给两侧的凸面，使得透 镜面的曲率变小，抑制制造误差敏感度的上升，且实现了光学全长的缩短。另外，第1透镜 也可以在两面形成非球面，在该情况下，能校正发生在第1透镜处的球面像差。
[0029] 第2透镜校正发生在第1透镜处的色像差，并且有效地抑制在轴上附近发生的球 面像差和轴外的像散、彗差的发生。另外，第2透镜也可以在两面形成非球面，在该情况下， 通过非球面形状校正轴外的这些像差，能提高抑制像差的效果。
[0030] 第3透镜和第4透镜负责轴外的像散的校正和像散差的缩小以及畸变等的校正。 另外，通过形成于第4透镜的两面的非球面形状使得向摄像元件的主光线入射角度（以下， 称为CRA :Chief Ray Angle)的控制变得容易。另外，也可以在第3透镜中形成非球面，在 该情况下，能提高校正各种像差的效果。
[0031] 孔径光阑配置在第1透镜的物体侧的面和光轴的交点位置与第1透镜的物体侧的 面的周缘部之间。将孔径光阑的位置配置于透镜系统的最靠物体侧，使射出瞳位置远离像 面，从而将CRA抑制得较小。形成于第4透镜的非球面形状负责CRA控制，但通过将孔径光 阑配置于光学系统的最靠物体侧，防止其成为伴随有急剧的形状变化的非球面形状。其结 果是，能抑制第4透镜的内面反射，重影现象的抑制变得容易。此外，若孔径光阑的位置是 与第1透镜之间设置有空气间隔而进一步配置于物体侧，则能将CRA抑制得较小，但相应地 光学全长会变长，因此，从以小型化为目标的观点出发不优选。
[0032] 条件式（1)是规定摄像镜头的视场角的条件式。众所周知，在忽略各种像差的影 响的情况下，在将最大像高设为ih，将整个系统的焦距设为f时，光学系统的半视场角ω由 ωItarT1QlVf)表示。条件式（1)的范围是对应全视场角为77°至87°的较大范围的 拍摄的范围。若超过条件式（1)的上限值，则视场角过大，周边部的像差校正变得困难。另 一方面，若低于条件式（1)的下限值，虽然有利于像差校正，能期待光学性能的提高，但无 法对应近年来要求的广视场角。
[0033] 条件式（2)是用于通过规定摄像镜头的光学全长相对于摄像元件的尺寸的最大 值来维持小型化的条件。通过低于条件式（2)的上限值，能将全长对角比抑制得较小，能应 用于薄型的设备。此外，条件式（2)的最大像高ih作为与摄像元件的有效摄像面的对角线 的长度的一半相同的距离来对待。
[0034] 条件式（3)是规定第2透镜的形状的条件式，是用于抑制第2透镜的制造误差敏 感度而进行良好的像差校正的条件。当成为超过条件式（3)的上限值的双凹形状时，第2 透镜的光焦度过强，制造误差敏感度上升。另一方面，当成为低于条件式（3)的下限值的弯 月形状时，第2透镜的光焦度过弱，球面像差和色像差的校正变得困难。
[0035] 根据上述构成的摄像镜头，既能够维持小型化，又能够抑制伴随低F值和广视场 角化而增大的周边部的像差。
[0036] 另外，优选上述构成的摄像镜头满足以下的条件式（4):
[0037] (4) I. I<fl/f3 <1.6
[0038]其中，
[0039] Π为第1透镜的焦距，
[0040]f3为第3透镜的焦距。
[0041] 条件式（4)是用于规定第3透镜的光焦度与第1透镜的光焦度的关系的条件式， 用于抑制第1透镜的制造误差敏感度的上升且将光学全长抑制得较短。若超过条件式（4) 的上限值，则第1透镜的正的光焦度相对过弱，不利于光学全长的缩短。另一方面，若低于 条件式（4)的下限值，则第1透镜的正的光焦度相对过强，制造误差敏感度上升，因此不优 选。
[0042] 另外，优选上述构成的摄像镜头满足以下的条件式（5):
[0043] (5) 2.0< f2/f4 < 4.0
[0044]其中，
[0045] f2为第2透镜的焦距，
[0046]f4为第4透镜的焦距。
[0047] 条件式（5)是规定第2透镜的光焦度与第4透镜的光焦度的关系的条件式，是用 于抑制第2透镜的制造误差敏感度的上升的条件。若超过条件式（5)的上限值，则第2透 镜的负的光焦度相对变弱，因此，第2透镜的色像差校正变得困难。另一方面，若低于条件 式（5)的下限值，则第2透镜的负的光焦度相对变强，因此，制造误差敏感度上升。
[0048] 另外，优选上述构成的摄像镜头满足以下的条件式（6):
[0049] (6) -4. 5 <r3/f< 5. 5
[0050] 其中，
[0051] r3为第2透镜的物体侧的面的曲率半径。
[0052] 条件式（6)是将第2透镜的物体侧的面的曲率半径与整个系统的焦距之比规定为 恰当的范围的条件式，用于抑制球面像差和抑制第2透镜的制造误差敏感度的上升。在成 为超过条件式（6)的上限值的凸面的情况下和成为低于条件式（6)的下限值的凹面的情况 下，第2透镜的物体侧的面的光焦度变弱，因此，第2透镜的负的光焦度在像侧的面得以维 持，但在该情况下，容易成为制造误差敏感度高的透镜。通过规定为条件式（6)的范围内， 能实现良好的球面像差的校正和制造误差敏感度的抑制。
[0053] 另外，优选上述构成的摄像镜头满足以下的条件式（7):
[0054] (7) 2. 8 <r5/r6 < 5. 0
[0055] 其中，
[0056] r5为第3透镜的物体侧的面的曲率半径，
[0057] r6为第3透镜的像侧的面的曲率半径。
[0058] 条件式（7)是规定第3透镜的形状的条件式，是用于确保小型化和后焦距的条件。 若超过条件式（7)的上限值，则第3透镜的光焦度过强，后焦距的确保变得困难。另一方面， 若低于条件式（7)的下限值，则第3透镜的光焦度过弱，将光学全长抑制得较短变得困难。
[0059] 另外，优选上述构成的摄像镜头满足以下的条件式（8):
[0060] (8) -0. 05 <f12/f34 < 0. 80
[0061]其中，
[0062] Π2为第1透镜和第2透镜的合成焦距，
[0063] f34为第3透镜和第4透镜的合成焦距。
[0064] 条件式（8)是将第1透镜和第2透镜的合成焦距与第3透镜和第4透镜的合成焦 距之比规定为恰当的范围的条件式，用于将以色像差为首的像差抑制在良好的范围内。若 超过条件式（8)的上限值，则第1透镜和第2透镜的合成焦距相对于第3透镜和第4透镜的 合成焦距相对变长，色像差等的校正变得困难，得到良好的成像性能变得困难。另一方面， 若低于条件式（8)的下限值，则第1透镜和第2透镜的合成焦距相对于第3透镜和第4透 镜的合成焦距相对变短，透镜系统的光焦度集中于第1透镜和第2透镜，因此，制造误差敏 感度变高而不优选。
[0065] 实用新型效果
[0066] 根据本实用新型，能够得到对应小型化并且即使F值小也能良好地校正各种像差 且广视场角的摄像镜头。

【专利附图】

【附图说明】
[0067] 图1是示出实施例1的摄像镜头的概略构成的图。
[0068] 图2是示出实施例1的摄像镜头的球面像差的图。
[0069] 图3是示出实施例1的摄像镜头的像散的图。
[0070] 图4是示出实施例1的摄像镜头的畸变的图。
[0071] 图5是示出实施例2的摄像镜头的概略构成的图。
[0072] 图6是示出实施例2的摄像镜头的球面像差的图。
[0073] 图7是示出实施例2的摄像镜头的像散的图。
[0074] 图8是示出实施例2的摄像镜头的畸变的图。
[0075] 图9是示出实施例3的摄像镜头的概略构成的图。
[0076] 图10是示出实施例3的摄像镜头的球面像差的图。
[0077] 图11是示出实施例3的摄像镜头的像散的图。
[0078] 图12是示出实施例3的摄像镜头的畸变的图。
[0079] 图13是示出实施例4的摄像镜头的概略构成的图。
[0080] 图14是示出实施例4的摄像镜头的球面像差的图。
[0081] 图15是示出实施例4的摄像镜头的像散的图。
[0082] 图16是示出实施例4的摄像镜头的畸变的图。
[0083] 图17是示出实施例5的摄像镜头的概略构成的图。
[0084] 图18是示出实施例5的摄像镜头的球面像差的图。
[0085] 图19是示出实施例5的摄像镜头的像散的图。
[0086] 图20是示出实施例5的摄像镜头的畸变的图。
[0087] 图21是示出实施例6的摄像镜头的概略构成的图。
[0088] 图22是示出实施例6的摄像镜头的球面像差的图。
[0089] 图23是示出实施例6的摄像镜头的像散的图。
[0090] 图24是示出实施例6的摄像镜头的畸变的图。
[0091] 附图标记说明
[0092] ST孔径光阑
[0093] Ll第1透镜
[0094] L2第2透镜
[0095] L3第3透镜
[0096] L4第4透镜
[0097] IR滤光片
[0098] 頂像面
[0099] ih最大像 1?

【具体实施方式】
[0100] 以下，参照附图对本实用新型所涉及的实施方式进行详细说明。
[0101] 图1、图5、图9、图13、图17、图21分别示出本实施方式的实施例1至6的摄像镜 头的概略构成图。各实施例的摄像镜头的基本的透镜构成是同样的，因此，在此主要参照实 施例1的概略构成图对本实施方式的摄像镜头构成进行说明。
[0102] 如图1所示，本实施方式的摄像镜头从物体侧到像侧依次由孔径光阑ST、凸面朝 向物体侧和像侧的具有正的光焦度的第1透镜L1、凹面朝向像侧的具有负的光焦度的第2 透镜L2、凸面朝向像侧的弯月形状的具有正的光焦度的第3透镜L3以及凹面朝向像侧的具 有负的光焦度的两面为非球面的第4透镜L4构成。这样的光焦度的排列接近所谓的远摄 型，是容易缩短光学全长的构成。此外，孔径光阑ST的位置配置于第1透镜Ll的物体侧。
[0103] 另外，在第4透镜L4与像面頂之间配置有滤光片IR。此外，该滤光片IR也能省 略。本实施方式中的光学全长、后焦距设为将滤光片IR按空气进行换算后的值。
[0104] 在上述4枚透镜构成的摄像镜头中，第1透镜Ll形成为双凸形状，通过将正的光 焦度恰当地分配给两侧的凸面，既使得透镜面的曲率变小而抑制制造误差敏感度的上升， 又实现了光学全长的缩短。另外，第1透镜Ll在两面形成有恰当的非球面形状，能校正在 第1透镜Ll所产生的球面像差。
[0105] 第2透镜L2形成为双凹形状，有效地校正在第1透镜Ll所产生的色像差，并且有 效地抑制了轴上附近的球面像差和轴外的像散、彗差的发生。另外，第2透镜L2的两面形成 为非球面，更好地校正了轴外的各种像差。此外，第2透镜L2的形状不限于双凹形状。例 如，图13、图17、图21所示的实施例4、实施例5、实施例6是物体侧的面为凸面而像侧的面 为凹面的弯月形状的例子。
[0106] 第3透镜L3形成为凸面朝向像侧的弯月形状，第4透镜L4形成为凹面朝向像侧 的弯月形状。每个透镜在两面形成有恰当的非球面形状，进行轴外的像散的校正和像散差 的缩小以及畸变等的校正。另外，第4透镜L4的像侧的面为在光轴X上以外的位置具有反 曲线点的非球面形状，具有控制CRA和校正场曲的功能。第4透镜L4不限于上述的形状， 例如也可以如图9所示的实施例3那样为双凹形状。
[0107] 孔径光阑ST配置在第1透镜Ll的物体侧的面和光轴X的交点位置与第1透镜Ll 的物体侧的面的周缘部之间。通过将孔径光阑ST配置在光学系统的最靠物体侧，使射出瞳 位置远离像面頂，从而将CRA抑制得较小。
[0108] 在本实施方式的摄像镜头中，所有的透镜均采用塑料材料，因此制造是容易的，能 以低成本大量生产。另外，所有的透镜面均以非球面形成，因此，能进行更合适的像差校正。
[0109] 本实施方式的摄像镜头通过满足以下的条件式（1)至（8)，能够起到优良的效果：
[0110] (1) 0. 8 <ih/f< 0. 95
[0111] (2)TLA/2ih< 0. 9
[0112] (3) -4. 0 <r3/r4 < 6. 0
[0113] (4) I.I< fl/f3 <1.6
[0114] (5) 2. 0 < f2/f4 < 4. 0
[0115] (6) -4. 5 <r3/f< 5. 5
[0116] (7) 2. 8 < r5/r6 < 5. 0
[0117] (8) -0. 05 <f12/f34 < 0. 80
[0118] 其中，
[0119]f为整个镜头系统的焦距，
[0120] ih为最大像 |1?]，
[0121]TLA为取下滤光片IR时的从位于最靠物体侧的位置的光学元件的物体侧的面至 像面IM为止的光轴上的距离（光学全长），
[0122] Π为第1透镜Ll的焦距，
[0123]f2为第2透镜L2的焦距，
[0124]f3为第3透镜L3的焦距，
[0125]f4为第4透镜L4的焦距，
[0126]r3为第2透镜L2的物体侧的面的曲率半径，
[0127]r4为第2透镜L2的像侧的面的曲率半径，
[0128]r5为第3透镜L3的物体侧的面的曲率半径，
[0129]r6为第3透镜L3的像侧的面的曲率半径，
[0130]Π2为第1透镜Ll和第2透镜L2的合成焦距，
[0131]f34为第3透镜L3和第4透镜L4的合成焦距。
[0132] 另外，本实施方式的摄像镜头通过满足以下的条件式（Ia)至（8a)，能够起到更好 的效果：
[0133] (Ia) 0. 8 <ih/f< 0. 90
[0134] (2a) TLA/2ih<0. 8
[0135] (3a) -3. 7 <r3/r4 < 5. 5
[0136] (4a) I. 2 < fl/f3 <1.6
[0137] (5a) 2.I < f2/f4 < 3. 6
[0138] (6a) -3. 9 <r3/f < 4. 9
[0139] (7a) 3. I < r5/r6 < 4. 5
[0140] (8a) -0. 03<f 12/f34<0. 70
[0141] 其中，各条件式的记号与上述的条件式（I)至（8)中的说明是同样的。
[0142] 另外，本实施方式的摄像镜头通过满足以下的条件式（Ib)至（8b)，能够起到特别 好的效果：
[0143] (Ib) 0. 81 ^ih/f^ 0. 86
[0144] (2b)TLA/2ih^ 0. 78
[0145] (3b) -3. 37 ^r3/r4 ^ 5. 04
[0146] (4b) I. 34 ^ fl/f3 ^I. 52
[0147] (5b) 2. 31 ^ f2/f4 ^ 3. 28
[0148] (6b) -3. 57 ^r3/f^ 4. 47
[0149] (7b) 3. 47 ^ r5/r6 ^ 4. 10
[0150] (8b) -0. 01 ^fl2/f34 ^ 0. 60
[0151] 其中，各条件式的记号与上述的条件式（I)至（8)中的说明是同样的。
[0152] 在本实施方式中，所有的透镜面均以非球面形成。这些透镜面采用的非球面形状 在将光轴方向的轴设为Z，将与光轴正交的方向的高度设为H，将圆锥系数设为k，将非球面 系数设为A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16时，由下式表示。
[0153] 数学式I

【权利要求】
1. 一种摄像镜头，其特征在于， 从物体侧到像侧按顺序包括孔径光阑、凸面朝向物体侧和像侧的具有正的光焦度的第 1透镜、凹面朝向像侧的具有负的光焦度的第2透镜、凸面朝向像侧的弯月形状的具有正的 光焦度的第3透镜以及凹面朝向像侧的具有负的光焦度的两面为非球面的第4透镜，F值 小于2. 4,满足以下的条件式： 0. 8 <ih/f< 0. 95 TLA/2ih< 0. 9 -4. 0 <r3/r4 < 6. 0 其中， ih为最大像_，f为整个镜头系统的焦距， TLA为取下滤光片类时的从位于最靠物体侧的位置的光学元件的物体侧的面至像面为 止的光轴上的距离，即光学全长， r3为第2透镜的物体侧的面的曲率半径，r4为第2透镜的像侧的面的曲率半径。
2. 根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式： 1. 1 <fl/f3 < 1. 6 其中， fl为第1透镜的焦距，f3为第3透镜的焦距。
3. 根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式： 2. 0 <f2/f4 < 4. 0 其中， f2为第2透镜的焦距，f4为第4透镜的焦距。
4. 根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式： -4. 5 <r3/f< 5. 5 其中， r3为第2透镜的物体侧的面的曲率半径。
5. 根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式： 2. 8 <r5/r6 < 5. 0 其中， r5为第3透镜的物体侧的面的曲率半径，r6为第3透镜的像侧的面的曲率半径。
6. 根据权利要求1所述的摄像镜头，其特征在于， 满足以下的条件式： -0. 05 <f12/f34 < 0. 80 其中， fl2为第1透镜和第2透镜的合成焦距，f34为第3透镜和第4透镜的合成焦距。
【文档编号】G02B13/00GK204178038SQ201420675861
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】汤座慎吾 申请人:康达智株式会社