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CN102804021B - 摄像透镜、摄像光学装置及数码设备 - Google Patents

摄像透镜、摄像光学装置及数码设备 Download PDF

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CN102804021B
CN102804021B CN201180014710.4A CN201180014710A CN102804021B CN 102804021 B CN102804021 B CN 102804021B CN 201180014710 A CN201180014710 A CN 201180014710A CN 102804021 B CN102804021 B CN 102804021B
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CN
China
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lens
imaging
lens group
focal length
image
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佐野永悟
西田麻衣子
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Konica Minolta Opto Inc
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Abstract

本发明提供一种摄像透镜、摄像光学装置及数码设备，摄像透镜是在第一、第三透镜组相对于像面位置固定的状态下，使第二透镜组沿光轴方向移动而调焦的单焦点透镜。第二透镜组包含正透镜，第三透镜组包含在与光轴的交点以外的位置具有拐点的非球面形状的透镜，由第一、第二透镜组的间隔形成的第一空气透镜具有负的光焦度，由第二、第三透镜组的间隔形成的第二空气透镜具有正的光焦度，并且满足条件式：0≦｜Fi1／Fi2｜－｜Fm1／Fm2｜≦10(Fi1：对无限远物距进行调焦时的第一空气透镜的焦距，Fi2：对无限远物距进行调焦时的第二空气透镜的焦距，Fm1：对最接近物距进行调焦时的第一空气透镜的焦距，Fm2：对最接近物距进行调焦时的第二空气透镜的焦距)。

Description

摄像透镜、摄像光学装置及数码设备
技术领域
本发明涉及一种摄像透镜、摄像光学装置及数码设备。更详细地说，涉及利用摄像元件（例如，CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件)型图像传感器、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor:互补金属氧化物半导体)型图像传感器等固体摄像元件）拍摄被摄体的影像的摄像光学装置、搭载摄像光学装置带图像输入功能的数码设备、在摄像元件的受光面上形成被摄体的光学像的小型的摄像透镜。
背景技术
近年来，随着摄像元件的高性能化、小型化，而逐渐普及具有摄像光学装置的移动电话、便携式终端等带图像输入功能的数码设备。对于搭载在摄像光学装置的摄像透镜，提高对更小型化、高性能化的要求。作为上述用途的摄像透镜，除了三个摄像透镜的结构或四个摄像透镜的结构以外，近年来，也提出了五个摄像透镜的结构。
在以上述那样的小型化为目标的情况下，因为出瞳位置靠近摄像元件，所以存在导致像侧周围光束相对于摄像元件的入射角增大，并且导致由遮光而引起的光量下降的问题。作为解决上述问题的方法，最近专利文献1提出了，在与光轴的交点以外使用具有拐点的非球面形状的透镜，确保像侧光束的远心光路性的五个摄像透镜的结构。另外，作为四个摄像透镜的结构，公知例如专利文献2、3的记载。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：（日本）特开2007－264180号公报
专利文献2：（日本）特开2007－108534号公报
专利文献3：（日本）特开2008－76953号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所记载的具有拐点的非球面形状的透镜中，因为光轴附近的光焦度与周边的光焦度相差很大，所以给场曲带来很大影响。在包含具有上述非球面形状的透镜的结构中，当拍摄有限距离物体时，虽然即使是现有的调整整组透镜的结构，也能够进行画面中心的调焦，但是，因为朝向具有拐点的非球面形状的透镜入射的入射光线发生变化，所以存在周边图像模糊的问题。
专利文献2所记载的摄像透镜构成为，使其一部分移动而对有限距离物体进行调焦，由于主要仅调整第一透镜，所以符合驱动装置的小型化。在专利文献3所记载的摄像透镜中，仅调整四个透镜结构中的第二透镜而进行调焦。但是，专利文献2、3所记载的光学系统都在改变调焦方式的优点的基础上，存在大量由于增大光学系统的负载而导致降低光学性能，或者导致增大光学全长，或者减小数值孔径，或者使接近距离比现有规格长的缺点。
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的在于提供一种抑制对有限距离物体进行调焦时的场曲变动，并且具有F2.4左右足够亮度的良好地校正各种像差的小型的摄像透镜、具备这种摄像透镜的摄像光学装置及数码设备。
用于解决技术问题的技术方案
为了达到上述目的，第一方面发明的摄像透镜，其是从物体侧依次由第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组构成，在所述第一透镜组和所述第三透镜组相对于像面位置固定的状态下，通过使所述第二透镜组沿光轴方向移动而进行调焦的单焦点的摄像透镜，其特征在于，所述第二透镜组至少包含一个正透镜，所述第三透镜组至少包含一个在与光轴的交点以外的位置具有拐点的非球面形状的透镜，由所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的间隔形成的空气透镜具有负的光焦度，从所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的间隔形成的空气透镜具有正的光焦度，并且满足以下的条件式(1)，
0≤｜Fi1／Fi2｜－｜Fm1／Fm2｜≤10…(1)，
其中，在将由所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的间隔形成的空气透镜作为第一空气透镜，将由所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的间隔形成的空气透镜作为第二空气透镜时，
Fi1：对无限远物距进行调焦时的第一空气透镜的焦距，
Fi2：对无限远物距进行调焦时的第二空气透镜的焦距，
Fm1：对最接近物距进行调焦时的第一空气透镜的焦距，
Fm2：对最接近物距进行调焦时的第二空气透镜的焦距。
第二方面发明所述的摄像透镜在第一方面发明的基础上，其特征在于，满足以下的条件式(1a)，
0≤｜Fi1／Fi2｜－｜Fm1／Fm2｜≤3…(1a)。
第三方面发明所述的摄像透镜在第一或第二方面发明的基础上，其特征在于，
满足以下的条件式(2)，
0.1＜fg2／f＜2…(2)，
其中，
fg2：第二透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
第四方面发明所述的摄像透镜在第一~第三方面的任一发明的基础上，其特征在于，
满足以下的条件式(2a)，
0.5＜fg2／f＜1.5…(2a)，
其中，
fg2：第二透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
第五方面发明所述的摄像透镜在第一~第四方面的任一发明的基础上，其特征在于，
孔径光阑位于所述第一透镜组内。
第六方面发明所述的摄像透镜在第一~第五方面的任一发明的基础上，其特征在于，
满足以下的条件式(3)，
1.0＜fg1／f＜3.0…(3)，
其中，
fg1：第一透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
第七方面发明所述的摄像透镜在第一~第六方面的任一发明的基础上，其特征在于，
满足以下的条件式(3a)，
1.3＜fg1／f＜2.0…(3a)，
其中，
fg1：第一透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
第八方面发明所述的摄像透镜在第一~第七方面的任一发明的基础上，其特征在于，
所述第一透镜组包含至少一个的正透镜和至少一个负透镜。
第九方面发明所述的摄像透镜在第一~第八方面的任一发明的基础上，其特征在于，
所述第一透镜组从物体侧依次由具有正的光焦度且凸面朝向物体侧的第一透镜、具有负的光焦度且凹面朝向像侧的第二透镜构成，所述第二透镜组从物体侧依次由凸面朝向物体侧的第三透镜、具有正的光焦度且凸面朝向像侧的第四透镜构成，所述第三透镜组由具有负的光焦度且凹面朝向像侧的第五透镜构成。
第十方面发明所述的摄像透镜在第一~第九方面的任一发明的基础上，其特征在于，
满足以下的条件式(4)，
0.1＜f1／f＜1.26…(4)，
其中，
f1：最靠物体侧的透镜的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
第十一方面发明所述的摄像透镜在第一~第十方面的任一发明的基础上，其特征在于，
满足以下的条件式(4a)，
0.4＜f1／f＜1.1…(4a)，
其中，
f1：最靠物体侧的透镜的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
第十二方面发明所述的摄像透镜在第一~第十一方面的任一发明的基础上，其特征在于，
所述第一透镜组具有正的光焦度，所述第二透镜组具有正的光焦度，所述第三透镜组具有负的光焦度。
第十三方面发明所述的摄像透镜在第一~第十二方面发明的基础上，其特征在于，
透镜全都由塑料材料形成。
第十四方面发明所述的摄像光学装置，其特征在于，具备第一~第十三方面发明中任一所述的摄像透镜、将形成在摄像面上的光学像转换为电信号的摄像元件，设置所述摄像透镜，以使得在所述摄像元件的摄像面上形成被摄体的光学像。
第十五方面发明所述的数码设备，其特征在于，由于具备第十四方面发明的摄像光学装置，所以附带有被摄体的静止像摄像、动画摄像中任一种功能。
第十六方面发明所述的数码设备在第十五方面发明的基础上，其特征在于，所述数码设备是便携式终端。
发明的效果
通过采用本发明的结构，能够实现抑制对有限距离物体进行调焦时的场曲变动，并且具有F2.4左右的足够的亮度，良好地校正各像差的小型的摄像透镜及具备其的摄像光学装置。由于将本发明的摄像光学装置应用于移动电话、便携式终端等数码设备，所以能够在数码设备紧凑地添加高性能的图像输入功能。
附图说明
图1是第一实施方式（实施例一）的光学结构图。
图2是第二实施方式（实施例二）的光学结构图。
图3是第三实施方式（实施例三）的光学结构图。
图4是第四实施方式（实施例四）的光学结构图。
图5是第五实施方式（实施例五）的光学结构图。
图6是第六实施方式（实施例六）的光学结构图。
图7是第七实施方式（实施例七）的光学结构图。
图8是第八实施方式（实施例八）的光学结构图。
图9是实施例一的无限远物距时的像差图。
图10是实施例二的无限远物距时的像差图。
图11是实施例三的无限远物距时的像差图。
图12是实施例四的无限远物距时的像差图。
图13是实施例五的无限远物距时的像差图。
图14是实施例六的无限远物距时的像差图。
图15是实施例七的无限远物距时的像差图。
图16是实施例八的无限远物距时的像差图。
图17是实施例一的最接近物距时的像差图。
图18是实施例二的最接近物距时的像差图。
图19是实施例三的最接近物距时的像差图。
图20是实施例四的最接近物距时的像差图。
图21是实施例五的最接近物距时的像差图。
图22是实施例六的最接近物距时的像差图。
图23是实施例七的最接近物距时的像差图。
图24是实施例八的最接近物距时的像差图。
图25是表示搭载摄像光学装置的数码设备的简要结构例的模式图。
具体实施方式
以下，对本发明的摄像透镜、摄像光学装置、数码设备等进行说明。本发明的摄像透镜是从物体侧依次由第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组构成，在所述第一透镜组和所述第三透镜组相对于像面进行位置固定的状态下，通过使所述第二透镜组沿光轴方向移动而进行调焦的单焦点的摄像透镜，所述第二透镜组至少包含一个正透镜，所述第三透镜组至少包含一个在与光轴的交点以外的位置具有拐点的非球面形状的透镜，由所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的间隔形成的空气透镜具有负的光焦度，由所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的间隔形成的空气透镜具有正的光焦度。其特征在于，满足以下的条件式(1)。
0≤｜Fi1／Fi2｜－｜Fm1／Fm2｜≤10…(1)
其中，将由所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的间隔形成的空气透镜作为第一空气透镜，将由所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的间隔形成的空气透镜作为第二空气透镜，
Fi1：对无限远物距进行调焦时的第一空气透镜的焦距，
Fi2：对无限远物距进行调焦时的第二空气透镜的焦距，
Fm1：对最接近物距进行调焦时的第一空气透镜的焦距，
Fm2：对最接近物距进行调焦时的第二空气透镜的焦距。
为了得到抑制对有限距离物体进行调焦时的场曲的变动并且良好地校正像差的小型的摄像透镜，作为本发明的基本结构，从物体侧依次由相对于摄像面固定的（即，相对于像面的相对位置固定的）第一透镜组、沿光轴方向能够焦点移动的第二透镜组、相对于摄像面固定的（即，相对于像面的相对位置固定的）第三透镜组构成，采用通过使所述第二透镜组沿光轴方向移动而能够对有限距离物体进行调焦的调焦方式。
由于第二透镜组至少包含一个正透镜，所以能够良好地校正场曲。另外，由于第三透镜组至少包含一个具有非球面形状的透镜，所以能够良好地校正画面周边部的各种像差。而且，由于是在与光轴的交点以外的位置具有拐点的非球面形状，所以容易确保像侧光束的远心光路特性。此处的“拐点”是指，在有效半径内的透镜截面形状的曲线上，非球面顶点的切平面变为与光轴垂直的平面的非球面上的点。因为具有上述拐点的非球面形状的透镜的光轴附近的光焦度与周边的光焦度差别很大，所以给场曲带来很大影响。在本发明的结构中，在对有限距离物体进行调焦时，使配置在比具有上述非球面形状的透镜更靠物体侧的第二透镜组沿光轴方向移动，从而能够调整朝向具有上述非球面形状的透镜入射的入射光，抑制场曲的变动。
条件式(1)是用于在进行调焦的同时，通过改变由各透镜组的间隔构成的空气透镜的焦距来抑制象散的变动，并且适当地设定第二透镜组的移动距离，从而达到缩短摄像透镜全长的条件。通过低于条件式(1)的上限，与对无限远物体进行调焦的情况相比，只不过缩短负的第一空气透镜相对于正的第二空气透镜的焦距，就能够抑制第二透镜组的移动量，并能够达到缩短摄像透镜全长的目的。另一方面，通过提高下限，与对无限远物体进行调焦的情况相比，能够缩短负的第一空气透镜相对于正的第二空气透镜的焦距，在进行调焦的同时校正伯兹伐和，从而能够抑制象散的变动。
如果是具有上述特征的结构，则能够实现抑制对有限距离物体进行调焦时的场曲变动，并且具有F2.4左右的足够的亮度以及良好地校正各像差的摄像透镜及具备其的摄像光学装置。如果将该摄像光学装置应用于移动电话、便携式终端等数码设备，能够在数码设备紧凑地添加高性能的图像输入功能，能够有助于数码设备的紧凑化、高性能化、多功能化等。以下，对平衡性良好地得到上述效果，并且达到更高的光学性能、小型化等的条件等进行说明。
更希望满足以下条件式(1a)。
0≤｜Fi1／Fi2｜－｜Fm1／Fm2｜≤3…(1a)
即使该条件式(1a)处于所述条件式(1)规定的条件范围内，也规定了基于所述观点等更优选的条件范围。因此，优选的是，通过满足条件式(1a)，能够更进一步扩大上述效果。
希望满足以下的条件式(2)。
0.1＜fg2／f＜2…(2)
其中，
fg2：第二透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
条件式(2)规定了在适当地设定作为调焦组的第二透镜组的焦距的基础上的优选条件范围。通过低于条件式(2)的上限，能够适当地维持第二透镜组的光焦度，并且能够减小第二透镜组的移动量，能够缩短摄像透镜全长。另一方面，通过高于条件式(2)的下限，只不过增强了第二透镜组的光焦度，就能够抑制调焦时的场曲、球差的变动。
更希望满足以下的条件式(2a)。
0.5＜fg2／f＜1.5…(2a)
即使该条件式(2a)处于所述条件式(2)规定的条件范围内，也规定了基于所述观点等更优选的条件范围。因此，优选的是，通过满足条件式(2a)，能够更进一步扩大上述效果。
希望孔径光阑位于所述第一透镜组内。通过将孔径光阑设置在第一透镜组内，能够容易地确保像侧光束的远心光路性。
希望满足以下的条件式(3)。
1.0＜fg1／f＜3.0…(3)，
其中，
fg1：第一透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
条件式(3)规定了在设当地设定第一透镜组的焦距的基础上优选的条件范围。通过低于条件式(3)的上限，能够适当地维持第一透镜组的焦距，因此，能够将整个系统的主点位置配置在更靠近物体侧的位置，并且能够缩短摄像透镜全长。另一方面，通过高于条件式(3)的下限，只不过使第一透镜组的焦距缩小到必要以上，就能够抑制在第一透镜组产生的高次的球差、彗差，通过适当地抑制第一透镜组的光焦度，能够减小相对于制造误差的像面变动。
更希望满足以下的条件式(3a)。
1.3＜fg1／f＜2.0…(3a)
即使该条件式(3a)处于所述条件式(3)规定的条件范围内，也规定了基于所述观点等的更优选的条件范围。因此，优选的是，通过满足条件式(3a)，能够更进一步扩大上述效果。
希望所述第一透镜组包含至少一个正透镜和至少一个负透镜。由于第一透镜组包含至少一个正透镜和至少一个负透镜，所以能够有效地校正球差和轴上色差。
希望所述第一透镜组从物体侧依次由具有正的光焦度且凸面朝向物体侧的第一透镜、具有负的光焦度且凹面朝向像侧的第二透镜构成，所述第二透镜组从物体侧依次由凸面朝向物体侧的第三透镜、具有正的光焦度且凸面朝向像侧的第四透镜构成，所述第三透镜组由具有负的光焦度且凹面朝向像侧的第五透镜构成。通过该五个透镜的结构，可以是所谓的摄远型的光焦度配置（光焦度：由焦距的倒数定义的量），因此，能够构成有利于摄像透镜全长的小型化的结构。
希望满足以下的条件式(4)。
0.1＜f1／f＜1.26…(4)
其中，
f1：最靠物体侧的透镜的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
条件式(4)规定了在适当地设定最靠物体侧的透镜的焦距的基础上的优选的条件范围。通过低于条件式(4)的上限，能够适当地维持最靠物体侧的透镜的焦距，并且能够缩短摄像透镜全长。另一方面，通过高于条件式(4)的下限，只不过将最靠物体侧的焦距减小到必要以上，就能够将在第一透镜组产生的高次的球差、彗差抑制到很小。
更希望满足以下的条件式(4a)。
0.4＜f1／f＜1.1…(4a)
即使该条件式(4a)处于所述条件式(4)规定的条件范围内，也规定了基于所述观点等的更优选的条件范围。因此，优选的是，通过满足条件式(4a)，能够更进一步扩大上述效果。
希望所述第一透镜组具有正的光焦度，所述第二透镜组具有正的光焦度，所述第三透镜组具有负的光焦度。该透镜结构是由正光焦度的透镜组和负光焦度的第三透镜组构成的摄远型，因此是有利于摄像透镜全长的小型化的结构，该正光焦度的透镜组由第一透镜组和第二透镜组构成。
希望透镜都是由塑料材料形成。即，希望摄像透镜仅具有塑料透镜作为透镜。近年来，以使包含固体摄像元件的摄像光学装置整体的小型化为目的，即使是相同像素的固体摄像元件，也减小了像素间距，其结果是，开发出了摄像面尺寸小的固体摄像元件。使用上述摄像面尺寸小的固体摄像元件的摄像透镜需要使整个系统的焦距较短，因此，导致相当地减小各透镜的曲率半径和外径。因此，如果与通过耗时的抛光加工而制造的玻璃透镜相比，通过使所有的透镜都由利用注射成型而制造的塑料透镜构成，即使是曲率半径和外径小的透镜，也能够经济地大量生产。另外，因为塑料透镜能够降低冲压温度，所以能够抑制成型金属模的损耗，其结果是，减少成型金属模的更换次数和维护次数，并且能够达到降低成本。
本发明的摄像透镜适合作为带图像输入功能的数码设备（例如，便携式终端）用的摄像透镜而使用，通过将其与摄像元件等组合，构成能够光学地拍下被摄体的影像并作为电信号输出的摄像光学装置。摄像光学装置是用于被摄体的静止像摄像和动画摄像的构成照相机的主要结构部件的光学装置，例如构成为，从物体（即被摄体）侧依次具备形成物体的光学像的摄像透镜、将利用该摄像透镜而形成的光学像转换为电信号的摄像元件。以在摄像元件的受光面（即摄像面）上形成被摄体的光学像的方式配置具有所述特征结构的摄像透镜，从而能够实现小型且低成本的、具有高性能的摄像光学装置和具备其的数码设备（例如，便携式终端）。
作为照相机的一个例子，列举数码相机、摄像机、监控摄像头、车载摄像头、可视电话用摄像头等，另外，列举内置或外置于个人计算机、数码设备（例如，移动电话、移动计算机等小型的能够携带的便携式终端）、其周边设备（扫描仪、打印机等）、其他数码设备等的照相机。从上述例子可知，不仅能够通过使用摄像光学装置而构成照相机，而且也能够通过将摄像光学装置搭载于各种设备而添加照相机功能。例如，能够构成带照相机的移动电话等带图像输入功能的数码设备。
图25利用模式的截面图表示数码设备DU的简要结构例作为带图像输入功能的数码设备的一例子。搭载于图25所示的数码设备DU的摄像光学装置LU从物体（即被摄体）侧依次具备：形成物体的光学像（像面）IM的摄像透镜LN（AX：光轴）、平行平板PT（根据需要配置的光学低通滤波器、红外（IR）截止滤波器等光学滤光器，相当于摄像元件SR的玻璃盖片等。）、将利用摄像透镜LN形成在受光面（摄像面）SS上的光学像IM转换为电信号的摄像元件SR。在利用该摄像光学装置LU构成带图像输入功能的数码设备DU的情况下，通常，将摄像光学装置LU配置在其机体内部，但是，也可以采用在实现照相机功能时所必须的方式。例如，可以使单元化的摄像光学装置LU相对于数码设备DU的主体装卸自如或旋转自如地构成。
作为摄像元件SR，使用例如具有多个像素的CCD型图像传感器、CMOS型图像传感器等固体摄像元件。因为摄像透镜LN被设置为，在作为摄像元件SR的光电转换部的受光面SS上形成被摄体的光学像IM，所以通过摄像元件SR将由摄像透镜LN形成的光学像IM转换为电信号。
数码设备DU除了摄像光学装置LU以外，还具备信号处理部1、控制部2、存储器3、操作部4、显示部5等。利用信号处理部1，根据需要实施规定的数字图像处理或图像压缩处理等，将由摄像元件SR生成的信号作为数字影像信号存储在存储器3（半导体存储器、光盘等），或者根据情况经由电缆或转换为红外线信号等而传递至其他设备（例如，移动电话的通信功能）。控制部2由微型电子计算机构成，集中进行摄像功能（静止像摄像功能、动画摄像功能等）、图像再生功能等功能的控制以及用于调焦的透镜移动机构的控制等。例如，利用控制部2对摄像光学装置LU进行控制，以进行被摄体的静止像摄像、动画摄像中的至少一种。显示部5是包含液晶监视器等显示器的部分，利用由摄像元件SR转换的图像信号或存储于存储器3的图像信息进行图像显示。操作部4是包含操作按钮（例如，快门按钮），操作盘（例如，摄像模式盘）等操作部件的部分，将操作者操作输入的信息传递至控制部2。
信号处理部1具有图像处理部1a，该图像处理部1a对从摄像光学装置LU获得的图像数据进行电气性加工。由于具有图像处理部1a，所以能够减少未被光学校正完全的像差和周边光亮减少的问题。
希望利用上述图像处理部1a对图像的变形进行校正。通过对图像的变形进行校正，特别减轻靠近像面的透镜的像差负担，从而能够使出瞳位置的控制变得容易，使透镜形状为加工性良好的形状。
希望利用上述图像处理部1a扩大焦深。通过扩大焦深，能够允许部件偏差，从而能够提高生产性。另外，在使用驱动装置的情况下，能够吸收驱动装置的位置误差和偏心误差。
如上所述，摄像透镜LN从物体侧依次由第一透镜组Gr1、第二透镜组Gr2及第三透镜组Gr3构成，并且是在使第一透镜组Gr1和第三透镜组Gr3相对于像面IM（换言之，摄像面SS）位置固定的状态下，通过使第二透镜组Gr2沿光轴AX方向移动而进行调焦的单焦点透镜结构，在摄像元件SR的受光面SS上形成光学像IM。通过使用促动器使第二透镜组Gr2沿光轴AX方向移动而进行摄像透镜LN的调焦，利用该结构，得到抑制上述像面场曲变动、紧凑化、防止灰尘侵入等效果。
通过使应该由摄像透镜LN形成的光学像IM通过例如，由摄像元件SR的像素间距决定的具有规定的截止频率特性的光学低通滤波器（相当于图25中的平行平板PT。），而被调整空间频率特性，从而使转换为电信号时产生的所谓的折返噪点最小。由此，能够抑制产生彩色条纹。其中，如果抑制分辨限界频率周边的性能，即使不使用光学低通滤波器也不需要担心产生噪点，另外，在使用者使用不怎么突出显示噪点的显示系统（例如，移动电话的液晶画面等）进行摄像或欣赏的情况下，不需要使用光学低通滤波器。
接着，列举第一~第八实施方式，对摄像透镜LN的具体的光学结构进行更详细的说明。图1~图8分别利用光学截面表示处于无限远调焦状态的摄像透镜LN（单焦点透镜）的第一~第八实施方式。另外，利用图1~图8中的箭头mF表示从无限远向最接近距离调焦的调焦组的移动。
第一实施方式的摄像透镜LN（图1）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，正的第一透镜组Gr1由第一透镜L1和第二透镜L2构成，正的第二透镜组Gr2由第三透镜L3和第四透镜L4构成，负的第三透镜组Gr3由第五透镜L5构成。配置在摄像透镜LN的像侧的平行平板PT假设是光学低通滤波器、IR截止滤波器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像透镜LN的所有的透镜面都是非球面，所有的透镜都假定塑料材料为光学材料。另外，将自动调焦、微距切换功能等对焦假定为通过移动第三、第四透镜L3、L4（第二透镜组Gr2）进行的内调焦。
第二实施方式的摄像透镜LN（图2）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，正的第一透镜组Gr1由第一透镜L1和第二透镜L2构成，正的第二透镜组Gr2由第三透镜L3和第四透镜L4构成，负的第三透镜组Gr3由第五透镜L5构成。配置在摄像透镜LN的像侧的平行平板PT假定为光学低通滤波器、IR截止滤波器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像透镜LN的所有的透镜面都是非球面，所有的透镜都假定塑料材料为光学材料。另外，将自动调焦、微距切换功能等对焦假定为通过移动第三、第四透镜L3、L4（第二透镜组Gr2）进行的内调焦。
第三实施方式的摄像透镜LN（图3）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，正的第一透镜组Gr1由第一透镜L1和第二透镜L2构成，正的第二透镜组Gr2由第三透镜L3和第四透镜L4构成，负的第三透镜组Gr3由第五透镜L5构成。配置在摄像透镜LN的像侧的平行平板PT假定为光学低通滤波器、IR截止滤波器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像透镜LN的所有的透镜面是非球面，所有的透镜都假定塑料材料为光学材料。另外，将自动调焦、微距切换功能等对焦假定为通过移动第三、第四透镜L3、L4（第二透镜组Gr2）进行的内调焦。
第四实施方式的摄像透镜LN（图4）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、负的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，正的第一透镜组Gr1由第一透镜L1和第二透镜L2构成，正的第二透镜组Gr2由第三透镜L3和第四透镜L4构成，负的第三透镜组Gr3由第五透镜L5构成。配置在摄像透镜LN的像侧的平行平板PT假定为光学低通滤波器、IR截止滤波器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像透镜LN的所有的透镜面都是非球面，所有的透镜都假定塑料材料为光学材料。另外，将自动调焦、微距切换功能等对焦假定为通过移动第三、第四透镜L3、L4（第二透镜组Gr2）进行的内调焦。
第五实施方式的摄像透镜LN（图5）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、负的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，正的第一透镜组Gr1由第一透镜L1和第二透镜L2构成，正的第二透镜组Gr2由第三透镜L3和第四透镜L4构成，负的第三透镜组Gr3由第五透镜L5构成。配置在摄像透镜LN的像侧的平行平板PT假定为光学低通滤波器、IR截止滤波器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像透镜LN的所有的透镜面都是非球面，所有的透镜都假定塑料材料为光学材料。另外，将自动调焦、微距切换功能等对焦假定为通过移动第三、第四透镜L3、L4（第二透镜组Gr2）进行的内调焦。
第六实施方式的摄像透镜LN（图6）从物体侧依次由孔径光阑ST、正的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、负的第四透镜L4构成，正的第一透镜组Gr1由第一透镜L1和第二透镜L2构成，正的第二透镜组Gr2由第三透镜L3构成，负的第三透镜组Gr3由第四透镜L4构成。配置在摄像透镜LN的像侧的平行平板PT假定为光学低通滤波器、IR截止滤波器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像透镜LN的所有的透镜面都是非球面，所有的透镜都假定塑料材料为光学材料。另外，将自动调焦、微距切换功能等对焦假定为通过移动第三透镜L3（第二透镜组Gr2）进行的内调焦。
第七实施方式的摄像透镜LN（图7）从物体侧依次由孔径光阑ST、正的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、负的第四透镜L4构成，正的第一透镜组Gr1由第一透镜L1和第二透镜L2构成，正的第二透镜组Gr2由第三透镜L3构成，负的第三透镜组Gr3由第四透镜L4构成。配置在摄像透镜LN的像侧的平行平板PT假定为光学低通滤波器、IR截止滤波器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像透镜LN的所有的透镜面都是非球面，所有的透镜都假定塑料材料为光学材料。另外，将自动调焦、微距切换功能等对焦假定为通过移动第三透镜L3（第二透镜组Gr2）进行的内调焦。
第八实施方式的摄像透镜LN（图8）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，正的第一透镜组Gr1由第一透镜L1和第二透镜L2构成，正的第二透镜组Gr2由第三透镜L3和第四透镜L4构成，负的第三透镜组Gr3由第五透镜L5构成。配置在摄像透镜LN的像侧的平行平板PT假定为光学低通滤波器、IR截止滤波器、固体摄像元件的密封玻璃等。构成摄像透镜LN的所有的透镜面都是非球面，所有的透镜都假定塑料材料为光学材料。另外，将自动调焦、微距切换功能等对焦假定为通过移动第三、第四透镜L3、L4（第二透镜组Gr2）进行的内调焦。
但是，因为塑料材料在温度变化时的折射率变化大，所以如果所有的透镜都由塑料透镜构成，在周围温度变化时，存在使摄像透镜整个系统的像点位置变动的问题。但是，最近公开有，如果在塑料材料中混合无机微粒，则能够减小塑料材料受温度变化的影响。详细地说，通常如果在透明的塑料材料混合微粒子，因为产生光的散射而降低穿透率，所以很难作为光学材料使用，但是，如果使微粒子的大小小于透过光束的波长，能够实际上并不产生散射。
另外，塑料材料由于温度上升而使折射率下降，但是，无机粒子如果温度上升则折射率上升。因此，通过利用上述温度依存性彼此抵消地作用，能够几乎不产生折射率变化。具体地说，在作为母材的塑料材料分散最大长度为20纳米以下的无机粒子，从而能够形成使折射率的温度依存性极低的塑料材料。例如，通过在丙烯酸树脂分散氧化铌（Nb2O5）的微粒子，能够减小由于温度变化而引起的折射率变化。
在本发明的摄像透镜LN中，通过在光焦度较大的正透镜（例如，第一透镜L1）或所有的透镜使用分散上述无机粒子的塑料材料，能够抑制摄像透镜LN整个系统的温度变化时的像点位置变动。
上述各实施方式和后述的各实施例设计为，向固体摄像元件的摄像面入射的光束的主光线入射角在摄像面周边部不一定足够小。但是，在最近的技术中，通过重新排列固体摄像元件的滤色器和单片微透镜阵列，能够减小遮光。具体地说，相对于摄像元件的摄像面的像素间距，如果将滤色器和单片微透镜阵列的排列的间距设定得稍小，因为越靠近摄像面的周边部，相对于各像素，滤色器和单片微透镜阵列越向摄像透镜光轴侧偏移，所以能够将斜入射的光束有效地导入各像素的受光部。由此，能够将在固体摄像元件产生的遮光抑制得很小。在后述的各实施例中，放松所述要求的部分是以更小型化为目标的设计例。
实施例
以下，列举实施例的构成数据等，对实施本发明的摄像透镜的结构数据等进行更具体的说明。在此列举的实施例一~八（EX1~8）是分别对应于所述第一~第八实施方式的数值实施例，表示第一~第八实施方式的光学结构图（图1~图8）分别表示对应的实施例一~八的透镜结构。
在各实施例的构成数据中，作为面数据，从左侧一栏依次表示为：面序号、曲率半径r（mm）、轴上面间隔d（mm）、涉及调焦时的可变间隔的最接近物距时（物距：10cm）的轴上面间隔dm（mm）、涉及d线（波长：587．56nm）的折射率nd、涉及d线的阿贝数vd、有效半径（mm）。面序号带*的面为非球面，通过使用以面顶点为原点的局部直角坐标系（X、Y、Z）的以下的公式(AS)来定义其面形状。作为非球面数据，表示非球面系数等。另外，在各实施例的非球面数据中，表中未标记项目的系数为0，所有的数据都是E－n＝×10－n。
[数1]
X = h 2 / R 1 + 1 - ( 1 + K ) h 2 / R 2 + Σ A i h i . . . ( AS )
…(AS)
其中，
h：垂直于X轴（光轴AX）的方向的高度（h2＝Y2＋Z2），
X：高度h位置的光轴AX方向的下垂量（面顶点为基准），
R：基准曲率半径（相当于曲率半径r。），
K：圆锥常量，
Ai：i次的非球面系数。
作为各种数据，表示整个系统的焦距（f，mm）、F数（Fno．）、半视场角（ω，°）、摄像元件SR的摄像面SS的对角线长（2Y’，mm；Y’：最大像高）、后焦点（fB，mm）、入瞳位置（ENTP，从第一面到入瞳位置的距离，mm）、出瞳位置（EXTP，从摄像面SS到出瞳位置的距离，mm）、前侧主点位置（H1，从第一面到前侧主点位置的距离，mm）、后侧主点位置（H2，从最终面到后侧主点位置的距离，mm）。整个系统的焦距及F值表示为无限远物距时（物距：∞）和最接近物距时（物距：10cm）两者的调焦状态下的值。后焦点fB表示为从平行平板PT的像侧面到像面IM的距离。而且，单透镜数据及透镜组数据表示为各透镜和各透镜组的焦距。另外，表1表示与各条件式对应的实施例的值等。
图9~图16是实施例一~八（EX1~8）的无限远物距时（物距：∞）的像差图，图17~图24是实施例一~八（EX1~8）的最接近物距（物距：10cm）的像差图。在图9~图24中，（A）都是球差图，（B）都是象散图，（C）都是畸变图。球差图是利用相对于实线所示的d线（波长587．56nm）的球差量及相对于虚线所示的g线（波长435．84nm）的球差量分别从近轴像面偏移的光轴AX方向的偏移量（单位：mm）表示，纵轴表示以其最大高度将向瞳孔的入射高度进行规格化的值（即相对瞳孔高度）。在象散图中，虚线或双点划线T利用从近轴像面偏移的光轴AX方向的偏移量（单位：mm）表示相对于d线的子午像面，实线S利用从近轴像面偏移的光轴AX方向的偏移量（单位：mm）表示相对于d线的弧矢像面，纵轴表示像高（IMG HT，单位：mm）。在畸变图中，横轴表示相对于d线的畸变（单位：％），纵轴表示像高（IMGHT，单位：mm）。另外，像高IMG HT的最大值相当于像面IM的最大像高Y’（摄像元件SR的受光面SS的对角长的一半）。
实施例一的摄像透镜LN（图1）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，透镜面全都是非球面。在利用近轴的面形状观察各透镜的情况下，第一透镜L1是双凸的正透镜，第二透镜L2是向像侧凹的负凹凸透镜，第三透镜L3是向物体侧凸的正凹凸透镜，第四透镜L4是向像侧凸的正凹凸透镜，第五透镜L5是向像侧凹的负凹凸透镜。
实施例二的摄像透镜LN（图2）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，透镜面全都是非球面。在利用近轴的面形状观察各透镜的情况下，第一透镜L1是双凸的正透镜，第二透镜L2是向像侧凹的负凹凸透镜，第三透镜L3是向物体侧凸的正凹凸透镜，第四透镜L4是向像侧凸的正凹凸透镜，第五透镜L5是向像侧凹的负凹凸透镜。
实施例三的摄像透镜LN（图3）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，透镜面全都是非球面。在利用近轴的面形状观察各透镜的情况下，第一透镜L1是双凸的正透镜，第二透镜L2是向像侧凹的负凹凸透镜，第三透镜L3是向物体侧凸的正凹凸透镜，第四透镜L4是向像侧凸的正凹凸透镜，第五透镜L5是向像侧凹的负凹凸透镜。
实施例四的摄像透镜LN（图4）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、负的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，透镜面全都是非球面。在利用近轴的面形状观察各透镜的情况下，第一透镜L1是向物体侧凸的正凹凸透镜，第二透镜L2是向像侧凹的负凹凸透镜，第三透镜L3是向像侧凹的负凹凸透镜，第四透镜L4是向像侧凸的正凹凸透镜，第五透镜L5是向像侧凹的负凹凸透镜。
实施例五的摄像透镜LN（图5）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、负的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，透镜面全都是非球面。在利用近轴的面形状观察各透镜的情况下，第一透镜L1是双凸的正透镜，第二透镜L2是向像侧凹的负凹凸透镜，第三透镜L3是向像侧凹的负凹凸透镜，第四透镜L4是双凸的正透镜，第五透镜L5是向像侧凹的负凹凸透镜。
实施例六的摄像透镜LN（图6）从物体侧依次由孔径光阑ST、正的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、负的第四透镜L4构成，透镜面全都是非球面。在利用近轴的面形状观察各透镜的情况下，第一透镜L1是双凸的正透镜，第二透镜L2是向像侧凹的负凹凸透镜，第三透镜L3是双凸的正透镜，第四透镜L4是向像侧凹的负凹凸透镜。
实施例七的摄像透镜LN（图7）从物体侧依次由孔径光阑ST、正的第一透镜L1、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、负的第四透镜L4构成，透镜面全都是非球面。在利用近轴的面形状观察各透镜的情况下，第一透镜L1是双凸的正透镜，第二透镜L2是向像侧凹的负凹凸透镜，第三透镜L3是向像侧凸的正凹凸透镜，第四透镜L4是向像侧凹的负凹凸透镜。
实施例八的摄像透镜LN（图8）从物体侧依次由正的第一透镜L1、孔径光阑ST、负的第二透镜L2、正的第三透镜L3、正的第四透镜L4、负的第五透镜L5构成，透镜面全都是非球面。在利用近轴的面形状观察各透镜的情况下，第一透镜L1是双凸的正透镜，第二透镜L2是向像侧凹的负凹凸透镜，第三透镜L3是双凸的正透镜，第四透镜L4是向像侧凸的正凹凸透镜，第五透镜L5是向像侧凹的负凹凸透镜。
实施例一
单位：mm
实施例2
单位：mm
实施例3
单位：mm
实施例4
单位：mm
实施例5
单位：mm
实施例6
单位：mm
实施例7
单位：mm
实施例8
单位：mm
[表1]
附图标记说明
DU数码设备
LU摄像光学装置
LN摄像透镜
Gr1~Gr3第一~第三透镜组
L1~L5第一~第五透镜
ST孔径光阑（光阑）
SR摄像元件
SS受光面（摄像面）
IM像面（光学像）
AX光轴
1信号处理部
1a图像处理部
2控制部
3存储器
4操作部
5显示部

Claims (16)

1.一种摄像透镜，其是从物体侧依次由第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组构成，在所述第一透镜组和所述第三透镜组相对于像面位置固定的状态下，通过使所述第二透镜组沿光轴方向移动而进行调焦的单焦点的摄像透镜，其特征在于，
所述第二透镜组至少包含一个正透镜，所述第三透镜组至少包含一个在与光轴的交点以外的位置具有拐点的非球面形状的透镜，由所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的间隔形成的空气透镜具有负的光焦度，从所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的间隔形成的空气透镜具有正的光焦度，并且满足以下的条件式(1)，
0≤｜Fi1／Fi2｜－｜Fm1／Fm2｜≤10…(1)，
其中，在将由所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的间隔形成的空气透镜作为第一空气透镜，将由所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的间隔形成的空气透镜作为第二空气透镜时，
Fi1：对无限远物距进行调焦时的第一空气透镜的焦距，
Fi2：对无限远物距进行调焦时的第二空气透镜的焦距，
Fm1：对最接近物距进行调焦时的第一空气透镜的焦距，
Fm2：对最接近物距进行调焦时的第二空气透镜的焦距。
2.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
满足以下的条件式(1a)，
0≤｜Fi1／Fi2｜－｜Fm1／Fm2｜≤3…(1a)。
3.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
满足以下的条件式(2)，
0.1＜fg2／f＜2…(2)，
其中，
fg2：第二透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
4.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
满足以下的条件式(2a)，
0.5＜fg2／f＜1.5…(2a)，
其中，
fg2：第二透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
5.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
孔径光阑位于所述第一透镜组内。
6.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
满足以下的条件式(3)，
1.0＜fg1／f＜3.0…(3)，
其中，
fg1：第一透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
7.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
满足以下的条件式(3a)，
1.3＜fg1／f＜2.0…(3a)，
其中，
fg1：第一透镜组的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
8.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
所述第一透镜组包含至少一个的正透镜和至少一个负透镜。
9.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
所述第一透镜组从物体侧依次由具有正的光焦度且凸面朝向物体侧的第一透镜和具有负的光焦度且凹面朝向像侧的第二透镜构成，所述第二透镜组从物体侧依次由凸面朝向物体侧的第三透镜和具有正的光焦度且凸面朝向像侧的第四透镜构成，所述第三透镜组由具有负的光焦度且凹面朝向像侧的第五透镜构成。
10.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
满足以下的条件式(4)，
0.1＜f1／f＜1.26…(4)，
其中，
f1：最靠物体侧的透镜的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
11.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
满足以下的条件式(4a)，
0.4＜f1／f＜1.1…(4a)，
其中，
f1：最靠物体侧的透镜的焦距，
f：摄像透镜整个系统的焦距。
12.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
所述第一透镜组具有正的光焦度，所述第二透镜组具有正的光焦度，所述第三透镜组具有负的光焦度。
13.如权利要求1所述的摄像透镜，其特征在于，
透镜全都由塑料材料形成。
14.一种摄像光学装置，其特征在于，具备权利要求1~13中任一项所述的摄像透镜和将形成在摄像面上的光学像转换为电信号的摄像元件，设置所述摄像透镜，以使得在所述摄像元件的摄像面上形成被摄体的光学像。
15.一种数码设备，其特征在于，利用具备权利要求14所述的摄像光学装置，而附带有被摄体的静止像摄像、动画摄像中至少一种功能。
16.如权利要求15所述的数码设备，其特征在于，
所述数码设备是便携式终端。
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Application publication date: 20121128

Assignee: Konica Minolta optical instrument (Shanghai) Co., Ltd.

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Denomination of invention: Imaging lens, imaging optical device, and digital equipment

Granted publication date: 20141126

License type: Common License

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Assignee: Zhejiang Shunyu Optical Co., Ltd.

Assignor: Konica Minolta Opto, Inc.

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Denomination of invention: Imaging lens, imaging optical device, and digital equipment

Granted publication date: 20141126

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