DE60132652T2

DE60132652T2 - Bildaufnahmelinse

Info

Publication number: DE60132652T2
Application number: DE60132652T
Authority: DE
Inventors: Isamu Kawaguchi-shi Kaneko
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: EP1179742B1; DE60132652D1; JP2002055273A; EP1179742A1; US20020054438A1; US6717747B2; ATE385318T1; KR20020012492A; KR100874628B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmelinse und insbesondere auf eine Bildaufnahmelinse einer Einzelstückausführung, die in einem Bildaufnahmegerät, z. B. einer CCD-Kamera verwendet wird, wobei ein Bildaufnahmeelement, wie etwa CCD, CMOS oder dergleichen, das auf einem tragbaren Computer, einem Bildtelefon, einem tragbaren Telefon und dergleichen montiert ist, benutzt wird, und die in Größe und Gewicht reduziert werden kann.
BESCHREIBUNG VERWANDTER TECHNIKEN
In den vergangenen Jahren haben sich die Multimedien bedeutend entwickelt, und die Nachfrage nach einer Kamera, die ein Bildaufnahmeelement wie etwa CCD, CMOS und dergleichen, z. B. eine CCD-Kamera, die auf einem tragbaren Computer, einem Bildtelefon, einem tragbaren Telefon und dergleichen montiert ist, benutzt, ist zum Beispiel bedeutend gestiegen. Eine derartige CCD-Kamera soll in einem begrenzten Raum montiert werden, und aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass die CCD-Kamera klein ist und nicht viel wiegt.
Daher ist es ebenfalls wünschenswert, dass eine Bildaufnahmelinse, die in einer derartigen CCD-Kamera verwendet wird gleichermaßen klein ist und nicht viel wiegt.
Eine so genannte Einzellinse, die durch Verwenden eines Einzellinsenstücks gefertigt ist, wird herkömmlicherweise als eine derartige Bildaufnahmelinse verwendet.
1 zeigt eine derartige herkömmliche Bildaufnahmelinse einer Art eines Einzelstücks. Die Linse umfasst einen Linsenkörper 10, der aus einer positiven Linse besteht. Eine Blende 11 ist an einer Stelle angeordnet, die von dem Linsenkörper 10 zu einem Objekt verschoben ist. Eine erste Abdeckscheibe 12, eine zweite Abdeckscheibe 13 und eine Bildaufnahmeoberfläche 14, die eine Lichtempfangsoberfläche eines Bildaufnahmeelements, wie etwa CCD oder CMOS, ist, sind an Stellen, die von dem Linsenkörper 10 zu einer Bildoberfläche verschoben sind, aufeinander folgend eingerichtet. Linsenflächen des Linsenkörpers 10 werden als eine erste Fläche und eine zweite Fläche bezeichnet, die von der Seite des Objekts in der genannten Ordnung aufeinander folgend eingerichtet sind.

Die Bildaufnahmelinse ist unter den folgenden Bedingungen eingestellt:
f = 4,10 mm; F = 2,2; 2ω = 60,0; Petzval-Summe = 0,681
wobei f eine maximale Brennweite darstellt; F eine Blendenzahl darstellt und 2ω einen Bildwinkel darstellt. Wenn eine X-Achse in einer Richtung einer optischen Achse genommen wird und eine z-Achse in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse genommen wird und wenn eine Richtung des Wegs des Lichts als positiv definiert wird, wird die asphärische Form der Linse in der folgenden Gleichung dargestellt:

wobei jedes von k, a, und b ein asphärischer Faktor ist.

Fläche	Krümmungsradius r	Abstand d	Brechzahl nd	Abbesche Konstante vd
(1) Blende	0,0000	0,629
(2) Erste Fläche der Linse	49,774	2,871	1,584	31,0
(3) Zweite Fläche der Linse	–2,477	1,000
(4) Erste Fläche der ersten Abdeckscheibe	0,000	0,750	1,517	64,0
(5) Zweite Fläche der ersten Abdeckscheibe	0,000	0,250
(6) Erste Fläche der zweiten Abdeckscheibe	0,000	1,200	1,517	64,0
(7) Zweite Fläche der zweiten Abdeckscheibe	0,000	1,518
(8) Bildaufnahmeoberflache	0,000

	K	A	B
2	1.468005e + 003	–1.312730e – 002	–7.674194e – 003
3	–1,315709e + 000	–4,263500e – 002	–1,495094e – 003

Eine derartige herkömmliche Bildaufnahmelinse leidet jedoch unter einem Problem, dass aufgrund einer großen Petzval-Summe und einer großen Bildoberflächenkrümmung keine gute Bildoberfläche bereitgestellt werden kann. Zusätzlich dazu sind verschiedene Aberrationen, wie etwa eine longitudinale chromatische Aberration, eine chromatische Aberration der Vergrößerung, eine sphärische Aberration, ein Astigmatismus und dergleichen groß und können nicht angemessen korrigiert werden, und somit können keine guten optischen Charakteristiken bereitgestellt werden.
2 zeigt chromatische Aberrationen der Vergrößerung in den Lichtstrahlverläufen A, B und C in der in 1 gezeigten Bildaufnahmelinse. Es ist aus 2 ersichtlich, dass jede der chromatischen Aberrationen der Vergrößerung groß ist und insbesondere in einem Bereich um die Bildaufnahmelinse groß ist, wodurch Verschlechterungen der Linsencharakteristiken hervorgerufen werden. Eine sphärische Aberration, ein Astigmatismus und eine Verzerrung bei der Bildaufnahmelinse sind in 3 gezeigt. Es ist aus 3 ersichtlich, dass alle von der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzerrung groß sind, und insbesondere die sphärische Aberration und der Astigmatismus sind groß, und somit können keine hinreichenden optischen Charakteristiken bereitgestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Bildaufnahmelinse bereitzustellen, die in der Größe reduziert werden kann und deren optische Charakteristiken in einer einfachen Konstruktion erheblich verbessert werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Bildaufnahmelinse zur Verwendung in einer Kamera bereitgestellt, die ein Bildaufnahmeelement aufweist, wobei die Linse aus Harz gefertigt ist, und einen Linsenkörper umfasst, der ein erstes Linsenstück, das als eine konkave Linse gebildet ist, und ein zweites Linsenstück, das als eine konvexe Linse gebildet ist, beinhaltet, wobei das erste Linsenstück und das zweite Linsenstück integral miteinander verbunden sind, wobei das erste Linsenstück aus einem Material gebildet ist, das eine relativ große Farbenzerstreuung und eine relativ kleine Abbesche Zahl aufweist, und das zweite Linsenstück aus einem Material gebildet ist, das eine relativ kleine Farbenzerstreuung und eine relativ große Abbesche Zahl aufweist; wobei das erste Linsenstück eine erste Fläche aufweist, die in Verwendung an ein Objekt angrenzt, das abgebildet werden soll, wobei das zweite Linsenstück eine zweite Fläche aufweist, die in Verwendung an eine Bildaufnahmeoberfläche des Bildaufnahmeelements angrenzt; wobei die erste und die zweite Fläche jeweils in einer asphärischen Form gebildet sind und die erste und die zweite Fläche jeweils konvex sind; und wobei mindestens eine der ersten und der zweiten Fläche als eine Fresnelfläche gebildet ist.
Bei einer derartigen Konfiguration kann die Petzval-Summe reduziert werden, um die Bildoberflächenkrümmung zu reduzieren, wodurch eine gute Bildoberfläche bereitgestellt wird. Zusätzlich dazu können verschiedene Aberrationen, wie etwa eine sphärische Aberration und dergleichen, entsprechend korrigiert werden, und somit können die optischen Charakteristiken der Bildaufnahmelinse erheblich verbessert werden.
Vorzugsweise sind das erste Linsenstück und das zweite Linsenstück auf asphärischen Oberflächen davon miteinander verbunden.
Geeigneterweise ist das erste Linsenstück aus einem auf Polyester basierenden Harz gebildet, und das zweite Linsenstück ist aus einem auf Cyclo-Olefin-Copolymeren basierenden Harz gebildet.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Weiteren ersichtlich werden.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung einer herkömmlichen Bildaufnahmelinse;
2 ist ein Diagramm, das chromatische Aberrationen der Vergrößerung der in 1 gezeigten Bildaufnahmelinse zeigt; und
3 ist ein Diagramm, das sphärische Aberrationen, Astigmatismen und Verzerrungen der in 1 gezeigten Bildaufnahmelinse zeigt;
4 ist eine Darstellung einer Anordnung einer Ausführungsform einer Bildaufnahmelinse gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Darstellung eines ersten Beispiels der Bildaufnahmelinse gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Diagramm, das chromatische Aberrationen der Vergrößerung der in 5 gezeigten Bildaufnahmelinse zeigt;
7 ist ein Diagramm, das sphärische Aberrationen, Astigmatismen und Verzerrungen der in 5 gezeigten Bildaufnahmelinse zeigt;
8 ist eine Darstellung eines zweiten Beispiels der Bildaufnahmelinse gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Diagramm, das chromatische Aberrationen der Vergrößerung der in 8 gezeigten Bildaufnahmelinse zeigt; und
10 ist ein Diagramm, das chromatische Aberrationen, Astigmatismen und Verzerrungen der in 8 gezeigten Bildaufnahmelinse zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nun mittels einer in den begleitenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsform beschrieben werden.
4 zeigt eine grundlegende Konstruktion einer Bildaufnahmelinse gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bildaufnahmelinse umfasst einen Linsenkörper 1, der zum Beispiel aus einem Harz, wie etwa einem Kunststoff, gefertigt ist. In der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Linsenkörper 1 ein erstes Linsenstück 2, das als eine konkave Linse gebildet ist und auf der Seite eines Objektes lokalisiert ist, und ein zweites Linsenstück, das als eine konvexe Linse gebildet ist und auf der Seite einer Bildaufnahmeoberfläche lokalisiert ist. Das erste und das zweite Linsenstück 2 und 3 sind integral miteinander verbunden. Das erste Linsenstück 2 ist aus einem Material gebildet, das eine große Farbenzerstreuung und eine kleine Abbesche Zahl aufweist, z. B. aus einem auf Polyester basierenden Harz, und das zweite Linsenstück 3 ist aus einem Material gebildet, das eine kleine Farbenzerstreuung und eine große Abbesche Zahl aufweist, z. B. aus einem auf Cyclo-Olefin-Copolymeren basierenden Harz.
Das erste und das zweite Linsenstück 2 und 3 sind zum Beispiel durch ein ultravioletthärtendes Acrylhaftmittel integral miteinander verbunden. Alternativ dazu können das erste und das zweite Linsenstück 2 und 3 integral miteinander gebildet werden, ohne Verwendung eines Haftmittels durch ein anderes Mittel, zum Beispiel durch Bilden des ersten Linsenstücks 2 zuerst und dann durch Bilden des zweiten Linsenstücks 3 integral mit dem ersten Linsenstück 2.
In der vorliegenden Erfindung sind mindestens die Fläche des ersten Linsenstücks 2, das dem Objekt gegenüberliegt, und die Fläche des zweiten Linsenstücks 3, das der Bildaufnahmeoberfläche gegenüberliegt, in einer asphärischen Form gebildet, und eine zweite Fläche von mindestens dem zweiten Linsenstück 3, die an die Bildaufnahmeoberfläche angrenzt, ist die Fresnelfläche 4. Es ist mehr vorzuziehen, dass die Fresnelfläche 4 eine feinere Rauheit aufweist, aber es ist wünschenswert, dass die Fresnelfläche 4 bei einer Rauheit gebildet ist, die so fein ist, dass sie keine nachteilige Neigung aufgrund von Strahlenbrechung bereitstellt. Des Weiteren kann ein optischer Flächenabschnitt (ein gestufter Abschnitt), der von dem Standpunkt eines optischen Entwurfs nicht verfügbar ist und in der Fresnelfläche 4 vorhanden ist, einer Lichtschutzbehandlung unterzogen werden.
Eine Blende 5 ist an einer Stelle eingerichtet, die von dem Linsenkörper 1 zu einem Objekt verschoben ist, und eine Abdeckscheibe 6 und eine Bildaufnahmeoberfläche 7, die eine Lichtempfangsoberfläche eines Bildaufnahmeelements, wie etwa CCD oder CMOS ist, sind an einer Stelle, die an die zweite Fläche des zweiten Linsenstücks 3 des Linsenkörpers angrenzt, eingerichtet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Linsenkörper 1 durch Verbinden des ersten und des zweiten Linsenstücks 2 und 3 gebildet, die aus den Materialien gebildet sind, die die unterschiedlichen Farbenzerstreuungen und die unterschiedlichen Abbeschen Zahlen aufweisen, und mindestens eine der Flächen, die eine andere ist als die verbundenen Flächen, ist die Fresnelfläche 4. Deswegen kann die Petzval-Summe reduziert werden, um die Krümmung der Bildoberfläche zu reduzieren, wodurch eine gute Bildoberfläche bereitgestellt wird, und verschiedene Aberrationen, insbesondere die chromatischen Aberrationen der Vergrößerung und die sphärische Aberration können reduziert werden, was zu erheblich verbesserten optischen Charakteristiken der Aufnahmelinse führt.
BEISPIELE
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 5 bis 10 unten beschrieben.
In den Beispielen stellt f eine Brennweite dar; F stellt eine Blendenzahl dar; und 2ω stellt einen Bildwinkel dar. Wenn eine Z-Achse in einer Richtung einer optischen Achse genommen wird und eine X-Achse in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse genommen wird, und wenn eine Richtung des Wegs des Lichts als positiv definiert wird, wird die asphärische Form einer Linse in der folgenden Gleichung dargestellt:
wobei jedes von k, a, und b ein asphärischer Faktor ist.
Beispiel 1
5 zeigt ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel ist ein Linsenkörper durch integrales Bilden eines ersten Linsenstücks 2 und eines zweiten Linsenstücks 3 gebildet, wie bei der in 4 gezeigten Bildaufnahmelinse. Eine zweite Fläche des zweiten Linsenkörpers 3, die an eine Bildaufnahmeoberfläche angrenzt, ist eine Fresnelfläche 4.

Die Bildaufnahmelinse des ersten Beispiels ist unter den folgenden Bedingungen eingestellt:
f1 = 3,68 mm; F = 2,8; 2ω = 66,4°; und Petzval-Summe = 0,344.

Fläche	Krümmungsradius r	Abstand d.	Brechzahl nd	Abbesche Konstante vd
(1) Blende	0,0000	0,396
(2) Erste Fläche des ersten Linsenstücks	4,024	1,6620	1,620	24,0
(3) Zweite Fläche des ersten Linsenstücks (haftende Schicht)	1,677	0,0200	1,492	58,0
(4) Erste Fläche des zweiten Linsenstücks	1,677	2,0520	1,543	56,0
(5) Zweite Fläche des zweiten Linsenstücks	–2,391	1,0000
(6) Erste Fläche der Abdeckscheibe	0,000	1,0000	1,517	64,0
(7) Zweite Fläche der Abdeckscheibe	0,000	0,8700
(8) Bildaufnahmeoberfläche	0,000

K		A	b
2	0,0000000e + 000	–7,697852e – 003	1,748059e – 003
3	–0,340·6813e + 000	–1,720708e – 002	–6,403819e – 003
4	–0,3406813e + 001	–1,720708e – 002	–6,403819e – 003
5	–2,6885790e + 000	–1,423590e – 002	1,669059e – 003

Chromatische Aberrationen der Vergrößerung bei den Lichtstrahlverläufen A, B und C in der Bildaufnahmelinse des ersten Beispiels unter derartigen Bedingungen sind in 6 gezeigt. Es ist aus 6 ersichtlich, dass die chromatische Aberration der Vergrößerung bei jedem der Lichtstrahlverläufe reduziert wurde.
Zusätzlich dazu sind die sphärische Aberration, der Astigmatismus und die Verzerrung in der Bildaufnahmelinse des ersten Beispiels in 7 gezeigt. Es ist aus 7 ersichtlich, dass alle von der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzerrung im Wesentlichen zufrieden stellende Werte annehmen, und somit können hinreichend optische Charakteristiken bereitgestellt werden.
Beispiel 2
8 zeigt ein zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung.
In diesem Beispiel ist ein Linsenkörper 1 durch Bilden eines ersten Linsenstücks und eines zweiten Linsenstücks und durch Miteineinanderverbinden der beiden konstituiert, wie bei der in 4 gezeigten Bildaufnahmelinse. Jede einer ersten Fläche des ersten Linsenstücks 2, die an ein Objekt angrenzt, und einer zweiten Fläche, die an eine Bildaufnahmeoberfläche 7 angrenzt, ist eine Fresnelfläche 4.

Die Bildaufnahmelinse des zweiten Beispiels ist unter den folgenden Bedingungen eingestellt:
f1 = 3,68 mm; F = 2,8; 2ω = 63,6°; und Petzval-Summe = –0,074.

Fläche	Krümmungsradius r	Abstand d	Brechzahl nd	Abbesche Konstante vd
(1) Blende	0,0000	0,0540
(2) Erste Fläche des ersten Linsenstücks	3,906	2,8530	1,620	24,0
(3) Zweite Fläche des ersten Linsenstücks (haftende Schicht)	1,966	0,0200	1,492	58,0
(4) Erste Fläche des zweiten Linsenstücks	1,966	1,6250	1,543	56,0
(5) Zweite Fläche des zweiten Linsenstücks	–2,242	1,0000
(6) Erste Fläche der Abdeckscheibe	0,000	1,0000	1,517	64,0
(7) Zweite Fläche der Abdeckscheibe	0,000	0,4750
(8) Bildaufnahmeoberfläche	0,000

	K	A	b
2	0,0000000e + 000	–2,661284e – 003	1,640092e – 003
3	–4,783934e + 000	4,119274e – 002	–4,120893e – 003
4	–4,783934e + 000	4,119274e – 002	–4,120893e – 003
5	–2,625853e + 000	–1,153677e – 002	1,259310e – 003

Chromatische Aberrationen der Vergrößerung bei den
Lichtstrahlverläufen A, B und C in der Bildaufnahmelinse des vierten Beispiels unter derartigen Bedingungen sind in 9 gezeigt. Es ist aus 9 ersichtlich, dass die chromatischen Aberrationen der Vergrößerung bei allen Lichtstrahlverläufen reduziert wurden.
Zusätzlich dazu sind die sphärische Aberration, der Astigmatismus und die Verzerrung in der Bildaufnahmelinse des vierten Beispiels in
10 gezeigt. Es ist aus 10 ersichtlich, dass alle von der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzerrung im Wesentlichen zufrieden stellende Werte annehmen, und somit können hinreichend optische Charakteristiken bereitgestellt werden.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist und verschiedene Abwandlungen am Entwurf vorgenommen werden können, die lediglich durch den Gegenstand, wie in den Ansprüchen definiert, begrenzt sind.

Claims

Eine Bildaufnahmelinse zur Verwendung in einer Kamera, die ein Bildaufnahmeelement aufweist, wobei die Linse aus Harz gefertigt ist, und einen Linsenkörper umfasst, der ein erstes Linsenstück, das als eine konkave Linse gebildet ist, und ein zweites Linsenstück, das als eine konvexe Linse gebildet ist, beinhaltet, wobei das erste Linsenstück und das zweite Linsenstück integral miteinander verbunden sind, wobei das erste Linsenstück aus einem Material gebildet ist, das eine relativ große Farbenzerstreuung und eine relativ kleine Abbesche Zahl aufweist, und das zweite Linsenstück aus einem Material gebildet ist, das eine relativ kleine Farbenzerstreuung und eine relativ große Abbesche Zahl aufweist; wobei das erste Linsenstück eine erste Fläche aufweist, die in Verwendung an ein Objekt angrenzt, das abgebildet werden soll, wobei das zweite Linsenstück eine zweite Fläche aufweist, die in Verwendung an eine Bildaufnahmeoberfläche des Bildaufnahmeelements angrenzt; wobei die erste und die zweite Fläche jeweils in einer asphärischen Form gebildet sind und die erste und die zweite Fläche konvex sind; und wobei mindestens eine der ersten und der zweiten Fläche als eine Fresnelfläche gebildet ist.
Bildaufnahmelinse gemäß Anspruch 1, wobei das erste Linsenstück und das zweite Linsenstück auf asphärischen Oberflächen davon miteinander verbunden sind.
Bildaufnahmelinse gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das erste Linsenstück aus einem auf Polyester basierenden Harz gebildet ist und das zweite Linsenstück aus einem auf Cyclo-Olefin-Copolymeren basierenden Harz gebildet ist.