专利名称：成像透镜的制作方法
结合参考本申请专利是在2004年4月27归档的日本专利申请No.2004-131934的35U.S.C§119下面。申请内容在此结合参考它的全部。
背景技术：
本发明涉及成像透镜，用于电子成像装置如使用诸如CCDs和CMOS的固态成像组件的数字静态相机和数字摄影机。尤其是，本发明涉及适用于安装在便携电话、便携信息终端(PDAs)和便携个人计算机中的紧凑移动相机的成像透镜。
使用诸如CCDs的固态成像组件的传统电子成像设备的例子包括监视相机和摄像机。这些设备主要被用于捕获移动图像。为此，对于这些CCDs和成像透镜来说不需要高程度的性能。
然而近年来，由于数字静态相机正变得流行，对高性能固态成像组件和成像透镜的需求已经增长。结果，在诸如CCDs的固态成像组件领域发生了重大的技术进展，它使得可能在获得接近那些胶片相机的图像，同时还能提供紧凑性、在紧凑CCD中的高像素和其它类似。因此，对提供具有高性能而紧凑、薄型、不贵的成像透镜的需求变得更为强烈。
使用如CCDs的固态成像组件，显微透镜被安置在由此光线可以有效进入的表面上。如果入射光线和固态成像组件的角度太大，渐晕会发生，它防止光线进入固态成像组件。因此，对于成像透镜的出射瞳径来说，最好是离成像平面尽可能的远。
同样，必需的是保持后截距的特定长度以在成像透镜和固态成像组件之间提供必要的组件，例如用于防止色斑的低通滤波器和用于修正固态成像组件的光谱敏感度的红外线消除滤镜。
传统地，许多相机使用了三片式的成像透镜，因为这些使用小数量的透镜来提供相对较好的光学特性，同时容易使得设计做得紧凑(例如，见日本公开专利出版物第07-168095号，日本公开专利出版物第10-148516号，日本公开专利出版物第08-234097号，日本公开专利出版物第07-325251号，和日本公开专利出版物第11-52227号)。然而，通过这些三片式的成像透镜，除了保持出射瞳径远离成像平面，及提供非常紧凑的设计以宽画角度之外，很难提供相对长的后截距，发明概述本发明克服了上述传统技术的问题，并提供给成像透镜优良的光学特性，适用于使用非常简单的三组三片结构的便携电话和便携信息终端，并提供能被用于1,000,000像素或更多的固态成像组件的紧凑、薄型、轻便的设计。
依次从物侧到成像表面侧，根据本发明的成像透镜包括，具有预设孔径直径的孔径光栏，具有面向物侧和成像表面侧的凸面表面并拥有正折射本领的双凸第一透镜，具有面向有负折射本领的物侧的凹面的凹凸形状第二透镜，具有面向有正折射本领的物侧的凸面的凹凸形状第三透镜。通过提供有正折射本领的第一透镜和第三透镜，以及有负折射本领的第二透镜，使得降低透镜系统的总长度同时保持适合的后截距成为可能。结果，能在保持所期望光学特性的同时提供紧凑薄型的成像透镜。
在上述的结构中，第二透镜和第三透镜被形成具有在物侧和成像表面侧上的表面是非球面。具有这样的结构，各种像差能被有效修正，因此提供的成像透镜适合高密度固态成像组件。
在上述的结构中，第三透镜被形成具有在成像表面侧上非球面的有效直径内曲率方向中有一个变化的地方的拐点。具有这样的结构，各种像差，尤其是非点象差和畸变象差，能被有效修正，同时减小了出口角。
在上述的结构中，形成第二透镜，使得折射本领朝着物侧上非球面的边缘区域减少。具有这样的结构，各种像差，尤其是非点象差和彗型像差，能被容易地修正。
在上述的结构中，第二透镜和第三透镜可由树脂材料形成。具有这样的结构，与使用玻璃材料相比较，透镜系统能做得更轻和更便宜。尤其是，非球面和有拐点的表面能被容易地模压。
在上述的结构中，下面的条件(1)能被满足，在此f是透镜系统的焦距，TL是透镜系统从孔径光栏的前表面到成像表面的总长度(空气转换距离)。
(1)TL/f＜1.8具有这样的结构，透镜系统的总长度能被保持得短小和更紧凑，具有更薄型的设计。
在上述的结构中，下面的条件(2)能被满足，在此v1是第一个透镜的色散系数。
(2)v1＞45具有这样的结构，能提供有效修正，尤其是对倍率色象差的修正，因此提供较佳的光学特性。
在上述的结构中，下面的条件(3)能被满足，在此f是透镜系统的焦距，D3是沿着光轴第一透镜和第二透镜之间的距离，D5是沿着光轴第二透镜和第三透镜之间的距离。
(3)0.05≤(D3+D5)/f≤0.25具有这样的结构，透镜系统的总长度能被保持短小同时能保持合适的焦距和合适的后截距。
具有上述本发明的成像透镜，能为适合于装配在便携电话和便携信息终端的移动相机的透镜系统提供一个更为紧凑、薄型、轻便和低成本的设计。尤其是，能提供具有较高光学特性的透镜系统，其中透镜系统的总长度能被减小，紧凑薄型的设计能被提供，各种类型的像差能被有效修正，有着1,000,000或更多像素的如CCDs的成像组件能被使用。
附图简述本发明的前述和其它的特性将从下面本发明阐述实施例的详细描述和附图中更为容易地显现，其中类似的参考数字表示类似的组件，其中
图1是显示了根据本发明成像透镜的第一实施例的结构图。
图2显示了对于根据第一实施例的成像透镜的球面像差、非点象差、畸变象差和倍率色象差的各像差图。
图3是显示了根据本发明成像透镜的第二实施例的结构图。
图4显示了对于根据第二实施例的成像透镜的球面像差、非点象差、畸变象差和倍率色象差的像差图。
图5是显示了根据本发明成像透镜的第三实施例的结构图。
图6显示了对于根据第三实施例的成像透镜的球面像差、非点象差、畸变象差和倍率色象差的各像差图。
图7是显示了根据本发明成像透镜的第四实施例的结构图。
图8显示了对于根据第四实施例的成像透镜的球面像差、非点象差、畸变象差和倍率色象差的各像差图。
较佳实施例的详细描述将参考附图描述本发明的较佳实施例。
图1是显示了根据本发明成像透镜的一个实施例透镜系统的基本结构图。
在图1中显示的成像透镜中，依次沿着光轴L从物侧到成像表面侧有具有预设孔径直径的孔径光栏1，具有面向物侧和成像表面侧的凸面表面，拥有正折射本领的双凸第一个透镜2，具有面向有负折射本领的物侧的凹面的凹凸形状第二透镜3，和具有面向有正折射本领的物侧的凸面的凹凸形状第三透镜4。
这个排列还包括，在第三透镜4后面，玻璃滤片5和玻璃滤片6，如红外线消除滤镜和低通滤波器。这个后面安置的是成像表面P，如CCD。
在这个三组三片结构的成像透镜中，第一透镜2形成第一个透镜组，第二透镜3形成第二个透镜组，第三透镜4形成第三个透镜组。
对于孔径光栏1、第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、玻璃滤片5和玻璃滤片6，它们各自的表面被标注为Si(i＝1-11)，每个表面Si的曲率半径被标注为Ri(i＝1-11)。第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4以及玻璃滤片5和6的关于d线的折射率是Ni，色散系数是vi(i＝1-5)。此外，孔径光栏1到玻璃滤片6沿着光轴L的距离(厚度，空气距离)被标注为Di(i＝1-10)，从玻璃滤片6到成像表面P的后截距被标注为BF。
这个透镜系统的焦距被标注为f，从孔径光栏1的前表面(物侧的表面S1)到成像表面P沿着光轴L的总长度被标注为TL(空气转换距离)。沿着光轴L在第一透镜2和第二透镜3之间的距离被标注为D3，沿着光轴L在第二透镜3和第三透镜4之间的距离被标注为D5。
由玻璃材料或树脂材料如塑料形成的第一透镜1，是拥有正折射本领的具有物侧表面S2的凸面表面和成像侧表面S3的凸面表面的双凸透镜。
由玻璃材料或树脂材料如塑料形成，最好是由树脂材料形成的第二透镜3，是具有凹面的物侧表面S4和凸面的成像侧表面S5的凹凸形状透镜。物侧表面S4和成像侧表面S5都形成为非球面表面。同样，形成物侧表面S4使得折射率朝向边缘区域减小。
通过对表面S4、S5都以同样的方式使用非球面表面，各种类型的像差能被有效地修正。同样，通过形成物侧表面S4以至于折射率朝向边缘区域减小，像散和彗型像差能被容易地修正。此外，通过由树脂材料形成第二透镜3，复杂的形状能被容易地形成，且设计能做到轻便和便宜。
由玻璃材料或树脂材料如塑料形成，最好是由树脂材料形成的第三透镜4，是具有凸面的物侧表面S6和凹面的成像侧表面S7的凹凸形状透镜，两个表面都形成为非球面表面。同样，成像侧表面S7形成有拐点，在此曲率方向在有效直径范围内变换。
通过以非球面表面形成表面S6、S7，各种类型的像差能被有效地修正。同样，通过形成具有拐点的成像侧表面S7，在此曲率方向在有效直径范围内变换，在出口角减小的时候，各种类型的像差能被有效地修正，尤其是非点象差和畸变象差。此外，通过由树脂材料形成第三透镜4，复杂的形状能被容易地形成，而使得设计做到轻便和便宜。
第二透镜3和第三透镜4的非球面表面有下面的等式定义Z＝Cy2/[1+(1-εC2y2)1/2]+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10在此，Z是非球面表面的顶点的平面切线到非球面表面上距光轴L的高度y的一点的距离；y是距光轴的高度；C是非球面表面的顶点的曲率(I/R)；ε是圆锥常数；D、E、F、G是非球面表面系数。
在这个结构中，设立透镜系统的焦距f和透镜系统的总长度TL(空气转换距离)来满足下面的条件(1)(1)TL/f＜1.8这个条件涉及使得透镜系统做得更薄，并定义了透镜系统沿着光轴L的长度以及整个透镜系统的适合的焦距之间的合适比率。尤其是，通过满足这个条件，透镜系统能做得更薄和更紧凑。
在这个结构中，设立第一透镜2的色散系数v1来满足下面的条件(2)(2)v1＞45这个条件为第一透镜2定义了一个合适的色散系数范围。满足这个条件使得有效修正各种类型的像差，尤其是倍率色象差成为可能。
同样，在这个结构中，沿着光轴L第一透镜2和第二透镜3之间的距离D3，沿着光轴L第二透镜3和第三透镜4之间的距离D5，被设立满足下面的条件(3)
(3)0.05≤(D3+D5)/f≤0.25这个条件定义了透镜系统中的第二透镜3的位置。尤其是，如果(D3+D5)/f的值小于0.05，则画角变得狭小，或者在透镜边缘发生干扰。另一方面，如果(D3+D5)/f的值大于0.25，则透镜系统的总长度变长。因此，通过满足这个条件，透镜系统的总长度能保持短小同时保持合适的焦距和后截距。
对上面结构所使用的特定数值的实施例将在下面以第一实施例、第二实施例、第三实施例、第四实施例的方式描述。同样，关于球面像差、非点象差、畸变象差和倍率色象差的像差图，对于第一实施例的结果在图2中显示，对于第二实施例的结果在图4中显示，对于第三实施例的结果在图6中显示，对于第四实施例的结果在图8中显示。在图2、图4、图6、图8的像差图中，d线的像差由d所指示，g线的像差由g所指示，c线的像差由c所指示。SC表示违反正弦条件，DS表示弧矢平面像差，而DT表示子午平面像差。
图3、图5和图7分别显示了第二实施例、第三实施例和第四实施例的基本结构。因为那些基本结构和图1是一样的，除了对每个实施例的数字数据(设置)的不同以外，对应的描述将在此省略。
根据第一实施例的透镜系统的基本结构在图1中显示。各种规格在表1中显示，各种数字数据(设置)在表2中显示，关于非球面表面的数字数据在表3中显示。
在这个实施例中，每个条件的数字数据如下(1)TL/f＝5.79/4.10-1.41；(2)v1＝70.4；(3)(D3+D5)/f＝(0.41+0.13)/4.1＝0.13表1
表2
*非球面表面表3
在第一实施例中，透镜系统的总长度(孔径光栏1的前表面S1到成像表面P)是5.79mm(空气转换距离)，后截距(空气转换)是1.41mm，数字F是4.0，画角(2ω)是58°。因此，这里提供了一个成像透镜，有着较高光学属性的，薄型，具有很短的总长度，那些各种类型像差被有效修正。
根据第二实施例的透镜系统的基本结构在图3中显示。各种规格在表4中显示，各种数字数据(设置)在表5中显示，关于非球面表面的数字数据在表6中显示。
在这个实施例中，每个条件的数字数据如下(1)TL/f＝6.05/4.30＝1.41；(2)v1＝70.4；(3)(D3+D5)/f＝(0.43+0.10)/4.3＝0.12表4
表5
*非球面表面表6
在第二实施例中，透镜系统的总长度(孔径光栏1的前表面S1到成像表面P)是6.05mm(空气转换距离)，后截距(空气转换)是1.64mm，数字F是4.0，画角(2ω)是58°。因此，这里提供了一个成像透镜，具有较高光学特性的、薄型、具有很短的总长度且那些各种类型像差被有效修正。
根据第三实施例的透镜系统的基本结构在图5中显示。各种规格在表7中显示，各种数字数据(设置)在表8中显示，关于非球面表面的数字数据在表9中显示。
在这个实施例中，每个条件的数字数据如下(1)TL/f＝5.44/3.75＝1.45；(2)v1＝70.4；(3)(D3+D5)/f＝(0.49+0.10)/3.75＝0.16表7
表8
*非球面表面表9
在第三实施例中，透镜系统的总长度(孔径光栏1的前表面S1到成像表面P)是5.44mm(空气转换距离)，后截距(空气转换)是1.70mm，数字F是2.8，画角(2ω)是65°。因此，这里提供了一个成像透镜，具有较高光学特性、薄型、具有很短的总长度，且那些各种类型像差被有效修正。
根据第四实施例的透镜系统的基本结构在图7中显示。各种规格在表10中显示，各种数字数据(设置)在表11中显示，关于非球面表面的数字数据在表12中显示。在这个实施例中，每个条件的数字资料如下(1)TL/f＝5.37/3.80＝1.41；(2)v1＝56.4；(3)(D3+D5)/f＝(0.44+0.10)/3.80＝0.14表10
表11
*非球面表面表12
在第四实施例中，透镜系统的总长度(孔径光栏1的前表面S1到成像表面P)是5.37mm(空气转换距离)，后截距(空气转换)是1.76mm，数字F是2.85，画角(2ω)是62°。因此，这里提供了一个成像透镜，有着较高光学特性的，薄型，具有很短的总长度，那些各种类型像差被有效修正。
在此描述根据本发明的成像透镜能被用作电子成像设备如配备诸如CCDs的固态成像组件的数字静态相机和数字摄影机的成像透镜。尤其是，本发明能被用作安装在便携电话、便携个人计算机和便携信息终端(PDA)及类似设备中的紧凑移动相机的成像透镜。
权利要求
1.一种成像透镜，它依次从物侧到成像表面侧包括具有预设孔径直径的孔径光栏；具有面向上述物侧和上述成像表面侧的凸面表面，拥有正折射本领的双凸第一透镜；具有面向有负折射本领的上述物侧的凹面的凹凸形状第二透镜；和具有面向有正折射本领的上述物侧的凸面的凹凸形状第三透镜。
2.如权利要求1所述的成像透镜，其特征在于，上述第二透镜和上述第三透镜被形成具有在上述物侧和上述成像表面侧上的非球面。
3.如权利要求2所述的成像透镜，其特征在于，上述第三个透镜被形成具有在上述成像表面侧上上述非球面的有效直径内曲率方向中有变化的拐点。
4.如权利要求2所述的成像透镜，其特征在于，形成上述第二透镜，使得折射本领朝着上述物侧上上述非球面的边缘区域减少。
5.如权利要求1所述的成像透镜，其特征在于，上述第二透镜和上述第三透镜用树脂材料形成。
6.如权利要求1所述的成像透镜，其特征在于，TL/f＜1.8，在此f是上述透镜系统的焦距，TL是上述透镜系统从上述孔径光栏的前表面到成像表面的总长度(空气转换距离)。
7.如权利要求1所述的成像透镜，其特征在于，vl＞45，在此vl是上述第一透镜的色散系数。
8.如权利要求1所述的成像透镜，其特征在于，0.05≤(D3+D5)/f≤0.25，在此f是上述透镜系统的焦距。D3是沿着光轴的上述第一透镜和第二透镜之间的距离，D5是沿着上述光轴的上述第二透镜和上述第三透镜之间的距离。
9.如权利要求2所述的成像透镜，其特征在于，上述第二透镜和上述第三透镜用树脂材料形成。
10.如权利要求3所述的成像透镜，其特征在于，上述第二透镜和上述第三透镜用树脂材料形成。
11.如权利要求4所述的成像透镜，其特征在于，上述第二透镜和上述第三透镜用树脂材料形成。
12.如权利要求2所述的成像透镜，其特征在于，TL/f＜1.8，在此f是上述透镜系统的焦距，TL是上述透镜系统从上述孔径光栏的前表面到成像表面的总长度(空气转换距离)。
13.如权利要求3所述的成像透镜，其特征在于，TL/f＜1.8，在此f是上述透镜系统的焦距，TL是上述透镜系统从上述孔径光栏的前表面到成像表面的总长度(空气转换距离)。
14.如权利要求4所述的成像透镜，其特征在于，TL/f＜1.8，在此f是上述透镜系统的焦距，TL是上述透镜系统从上述孔径光栏的前表面到成像表面的总长度(空气转换距离)。
15.如权利要求5所述的成像透镜，其特征在于，TL/f＜1.8，在此f是上述透镜系统的焦距，TL是上述透镜系统从上述孔径光栏的前表面到成像表面的总长度(空气转换距离)。
16.如权利要求2所述的成像透镜，其特征在于，vl＞45，在此vl是上述第一透镜的色散系数。
17.如权利要求3所述的成像透镜，其特征在于，vl＞45，在此vl是上述第一透镜的色散系数。
18.如权利要求4所述的成像透镜，其特征在于，vl＞45，在此vl是上述第一透镜的色散系数。
19.如权利要求5所述的成像透镜，其特征在于，vl＞45，在此vl是上述第一透镜的色散系数。
20.如权利要求6所述的成像透镜，其特征在于，vl＞45，在此vl是上述第一透镜的色散系数。
全文摘要
本发明包括从物侧到成像平面侧，具有预设直径的孔径光栏，具有正折射本领和具有面向物侧和成像平面侧的凸面的双凸镜片形状的第一透镜，形成具有面对有负折射本领的物侧的凹面的凹凸形状的第二透镜，和形成具有面对有正折射本领的物侧的凸面的凹凸形状的第三透镜。通过使第一透镜和第三透镜具有正折射本领，第二透镜具有负折射本领，可以保持适当的后截距，同时减少透镜系统的总长度。成像透镜是薄而紧凑的，且具有适用于安装在便携电话和PDAs中的移动相机的优良光学特性。
文档编号G02B13/18GK1690733SQ20051006859
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月27日 优先权日2004年4月27日
发明者永井洋平, 阿部泰彦 申请人:日本电产科宝株式会社