JP2014052631A - 撮像光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】６枚の非球面プラスチックレンズを用いて光学系を構成することによって、高解像度の撮像光学系を提供する。
【解決手段】撮像光学系は、正の屈折力を有し、物体側の面が該物体側へ凸な形状の第１のレンズＬ１と、負の屈折力を有し、像側の面が像側へ凹な形状の第２のレンズＬ２と、負の屈折力を有する第３のレンズＬ３と、正の屈折力を有する第４のレンズＬ４と、正の屈折力を有し、像側の面が像側へ凸な形状の第５のレンズＬ５と、負の屈折力を有し、像側の面が像側へ凹な形状の第６のレンズＬ６とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像光学系に関し、特に、６枚のレンズで構成された撮像光学系に関する。

一般に、移動通信端末、ＰＤＡ、スマートフォンのような移動通信手段は、その使用量が増大され、通信技術を通じて提供されるサービスの多様化に伴って、基本通信機能に加えて多様な形態の付加機能が搭載されている。

特に、移動通信手段に装着されるカメラモジュールは、短焦点を用いる単純な写真撮影の他に、高画質の動画撮影、自動焦点調整、ＱＲコード（登録商標）認識などの多様なコンポジョンス器機への要求が増えている。

また、カメラモジュールの大きさが段々小型化されると共に高い解像度が求められ、移動通信器機の単価引下によってカメラモジュールの製作単価も漸次低くなっている。

韓国公開特許第２００９−１０６２４２号公報

カメラモジュールの単価を低めるためには、まず、カメラモジュールに組み込まれる光学系を構成するレンズ郡の製作単価を低めることが一番望ましい。しかし、前述の解像度の向上条件を満たすためには、光学性能が優秀なガラスレンズを適用して光学系を構成するが、高価のガラスレンズを複数使ってカメラモジュールの製作単価を低めることは不可能になるという問題がある。

また、解像度の問題を解決するためにガラスレンズを複数採用した場合、光学系を軽量化することができないという短所がある。

本発明は、前記の問題点に鑑みて成されたものであって、６枚の非球面プラスチックレンズを用いて光学系を構成することによって、高解像度の撮像光学系を提供することに、その目的がある。

上記目的を解決するために、本発明によれば、正の屈折力を有し、物体（例えば、被写体）側の面が該物体側へ凸な形状の第１のレンズと、負の屈折力を有し、像側の面が物体側へ凹な形状の第２のレンズと、負の屈折力ｆを有する第３のレンズと、正の屈折力を有する第４のレンズと、正の屈折力を有し、像側の面が像側へ凸な形状の第５のレンズと、負の屈折力を有し、像側の面が物体側へ凹な形状の第６のレンズとを含む撮像光学系が提供される。

また、前記光学系は、収差補正及び小型化設計条件に対して次の条件式を満たす。
０．５＜Ｆ１／Ｆ＜１．２
ここで、Ｆは全体光学系の焦点距離で、Ｆ１は第１のレンズの焦点距離である。

また、前記光学系は、色収差条件に対して次の条件式を満たす。
Ｖ１−Ｖ２＞２５
ここで、Ｖ１は、第１のレンズのアッベ数で、Ｖ２は第２のレンズのアッベ数である。

第１のレンズ〜第６のレンズはプラスチックレンズで構成され、前記第１のレンズ〜第６のレンズの両面は非球面で構成される。

また、前記第６のレンズと像面との間には、外部から流入する光の中に含まれた過度な赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルターがコーティングされたカバーガラスの光学フィルターがさらに含まれる。

前述のように、本発明によれば、６枚のレンズを非球面のプラスチックレンズで構成することによって、製造単価を低めると共に収差補正效率を向上させ、色収差を最小化し、高解像度を具現することができるという効果が奏する。

本発明の第１の実施形態によるカメラ用光学系のレンズの配置を示す構成図である。 図１に示す光学系のＭＴＦグラフである。 表１及び図１に示す光学系の収差図である。 本発明の第２の実施形態によるカメラ用光学系のレンズの配置を示す構成図である。 図４に示す光学系のＭＴＦグラフである。 表３及び図４に示す光学系の収差図である。 本発明の第３の実施形態によるカメラ用光学系のレンズの配置を示す構成図である。 図７に示す光学系のＭＴＦグラフである。 表５及び図７に示す光学系の収差図である。

以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。

本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」 とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことに理解されたい。

まず、図１は、本発明による撮像光学系の実施形態を示すレンズ構成図である。同図のように、この実施形態の撮像光学系は、正の屈折力を有する第１のレンズＬ１と、負の屈折力を有する第２のレンズＬ２と、負の屈折力を有する第３のレンズＬ３と、正の屈折力を有する第４のレンズＬ４と、負の屈折力を有する第５のレンズＬ５と、負の屈折力を有する第６のレンズＬ６とを含んで構成される。

前記第１のレンズＬ１は、物体側の面が該物体側へ凸な形状を有し、第２のレンズＬ２は、像側の面が物体側へ凹な形状を有する。

また、第３のレンズＬ３は、物体側の面が凹なメニスコス形状で構成される。第５のレンズＬ５は、像側の面が像側へ凸な形状で、第６のレンズＬ６は像側の面が物体側へ凹な形状で構成される。

また、前記第６のレンズＬ６と像面１５との間には、光学系を経由する光の中に過度な赤外線を遮断するための赤外線フィルターや該赤外線フィルターがコーティングされたカバーガラスで構成された光学フィルターＯＦが設けられる。

また、本発明の光学系は、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６が全てプラスチックレンズで構成される。第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６の両面のうちのいずれか一面または両面が非球面で構成される。

本発明による光学系を構成するレンズのうちのいずれか一面以上を非球面で構成する理由は、色収差を含めた収差補正が容易くなり、製造公差を緩和させることができる設計自由度を向上させるためである。また、第１のレンズＬ１〜第５のレンズＬ５を全てプラスチックレンズで構成する理由は、ガラスレンズに比べて非球面の製作が容易く、主にモバイル機器に装着される光学系の特性上、軽量化が可能になるようにすることによって、モバイル機器に採用可能な撮像光学系を構成するためである。

また、前述のような本発明の撮像光学系は、次の条件式１及び条件式２によって収差補正と複数のレンズを使っても小型化が可能になる。その条件式及び作用效果について詳記する。

［条件式１］０．５＜Ｆ１／Ｆ＜１．２
ここで、Ｆ１は第１のレンズの焦点距離で、Ｆは全体光学系の焦点距離である。

条件式１は、光学系の収差補正と小型化に関する条件であって、全体光学系の焦点距離に対する第１のレンズの焦点距離の比に関する条件式である。

条件式１の下限を脱する場合、第１のレンズの屈折力が大きくなるため、球面収差の補正が難しくなる。また、上限を脱する場合は、球面収差を含めた収差補正には有利するが、光学系の小型化を満足させにくくなる。

［条件式２］Ｖ１−Ｖ２＞２５
ここで、Ｖ１は、第１のレンズのアッベ数で、Ｖ２は、第２のレンズのアッベ数である。

条件式２は、色収差補正に関する条件であって、第１のレンズのアッベ数を第２のレンズのアッベ数より大きくし、色収差補正が容易くなるようにする。条件式２の下限を脱すると、分散値の差が小さくなり、色収差が大きくなる。そのため、本発明で要求される光学的特性、すなわち色収差の補正特性を満足しにくくなる。

［条件式３］Ｆ２／Ｆ＜−０．５０
ここで、Ｆ２は、第２のレンズの焦点距離で、Ｆは、全体光学系の焦点距離である。

条件式３は、光学系の収差補正及び小型化に関する条件であって、全体光学系の焦点距離に対する第２のレンズの焦点距離の比に関する条件式である。

条件式３の上限を脱すると、第２のレンズの負の屈折力が過度に大きく、または小さくなり、収差補正が難しくなる。

［条件式４］−５０＜Ｆ３／Ｆ＜−３
ここで、Ｆ３は、第３のレンズの焦点距離で、Ｆは、全体光学系の焦点距離である。

条件式４は、光学系の収差補正に関する条件であって、全体光学系の焦点距離に対する第３のレンズの焦点距離の比に関する条件式である。

ここで、条件式４の上限及び下限を脱すると、第３のレンズの適正な屈折力を維持しにくくなり、収差補正が難しくなる。

［条件式５］０．５＜Ｆ４／Ｆ＜１０．０
ここで、Ｆ４は、第４のレンズの焦点距離で、Ｆは、全体光学系の焦点距離である。

条件式５は、光学系の収差補正に関する条件であって、全体光学系の焦点距離に対する第４のレンズの焦点距離の比に関する条件式である。

条件式５の上限及び下限を脱すると、第４のレンズの正の屈折力が過度に大きくまたは小さくなり、収差補正が難しくなる。

［条件式６］０．８＜ＯＡＬ／Ｆ＜１．４
ここで、ＯＡＬは第１のレンズの物体側の面から上面までの距離で、Ｆは全体光学系の焦点距離である。

条件式６は、光学系の小型化に関する条件であって、全体光学系の全長に対する焦点距離の比に関する条件式である。

条件式６の上限を脱すると、全体光学系の小型化を具現しにくくなり、下限を脱すると、光学系の有效画角を確保することができないという問題が発生する。

［条件式７］Ｒ１／Ｆ＞０．３５
ここで、Ｒ１は、第１のレンズの物体側の面曲率半径で、Ｆは、全体光学系の焦点距離である。

条件式７は、光学系の形状設計に関する条件であって、全体光学系の焦点距離に対する第１のレンズの物体側の面曲率半径の比に関する条件式である。

条件式７の下限を脱すると、第１のレンズの曲率半径が小さくなり、第１のレンズの設計及び組立て時の公差に敏感になるという問題がある。

［条件式８］Ｒ４／Ｆ＞３０
ここで、Ｒ４は、第２のレンズの像側曲率半径で、Ｆは、全体光学系の焦点距離である。

条件式８は、光学系の収差補正に関する条件であって、全体光学系の焦点距離に対する第２のレンズの像側の面曲率半径の比に関する条件式である。

条件式８の下限内を満たす場合、第２のレンズの負の屈折力が適正に維持されて収差補正が容易くなる。

［条件式９］Ｆ２／Ｆ３＞０．０１
ここで、Ｆ２は、第２のレンズの焦点距離で、Ｆ３は、第３のレンズの焦点距離である。

条件式９は、光学系の収差補正に関する条件であって、第２のレンズと第３のレンズとの焦点距離に関する条件式である。

条件式９の下限を脱する場合、第２のレンズの負の屈折力が過度に大きくなり、収差補正が難しく、収差特性が弱化されるという問題がある。

［条件式１０］Ｄ１／Ｆ＜０．０３
ここで、Ｄ１は、第１のレンズと第２のレンズとの間の空間間隔で、Ｆは、全体光学系の焦点距離である。

条件式１０は、光学系の縦収差補正に関する条件であって、第１及び第２のレンズ間の距離及び全体光学系の焦点距離に関する条件式である。

ここで、条件式１０の上限を脱する場合、全体光学系の縦収差特性が悪くなるという問題が発生する。

以下、具体的な数値実施形態を挙げ、本発明による小型広角光学系について詳記する。

以下の第１〜第３の実施形態は、前述のように、正の屈折力を有し、物体側の面が該物体側へ凸な形状の第１のレンズＬ１と、負の屈折力を有し、像側の面が物体側へ凹な形状の第２のレンズＬ２と、負の屈折力を有する第３のレンズＬ３と、正の屈折力を有する第４のレンズＬ４と、正の屈折力を有し、像側の面が像側へ凸な形状の第５のレンズＬ５と、負の屈折力を有し、像側の面が物体側へ凹な形状の第６のレンズＬ６とで構成される。第６のレンズＬ６と像面１５との間には、赤外線フィルターや該赤外線フィルターがコーティングされたカバーガラスで構成された光学フィルターＯＦが設けられる。

また、前記第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６は、両面が非球面であるプラスチックレンズで構成される。

以下の各実施形態において使われる非球面は、公知の数式１から得られ、コニック定数Ｋと非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆに使われる「Ｅ及びそれに付した数字」は１０の累乗を示す。例えば、Ｅ＋０２は１０^２を、Ｅ−０２は１０^−２を示す。

ここで、Ｚ：レンズの頂点から光軸方向への距離
Ｙ：光軸に垂直な方向への距離
ｃ：レンズの頂点での曲率半径ｒの逆数
Ｋ：コニック定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ：非球面係数
［第１の実施形態］

下記の表１は、本発明の第１の実施形態による数値例を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態によるカメラ用光学系のレンズの配置を示す構成図で、図２は、図１に示す光学系のＭＴＦグラフで、図３は、表１及び図１に示す光学系の収差図を示す。

第１の実施形態において、全体光学系の有效焦点距離Ｆは、４．３０６ｍｍである。また、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６は、全て非球面のプラスチックレンズで構成される。

また、第１の実施形態で採用される第１のレンズの焦点距離Ｆ１は、３．１０５ｍｍで、第２のレンズの焦点距離Ｆ２は、−４．７０８ｍｍであり、第３のレンズの焦点距離Ｆ３は、−１３７．５２１ｍｍで、第４のレンズの焦点距離Ｆ４は、３７．８１５ｍｍである。

また、第１の実施形態で採用される第１のレンズの物体側の面から上面までの距離であるＯＡＬは、５．５４９ｍｍで、第１のレンズと第２のレンズとの間の空間間隔Ｄ１は、０．１０５ｍｍである。

表１において面番号１〜１２の前の「＊」は非球面を表す。第１の実施形態の場合、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６の両面は、非球面である。

また、数式１による第１の実施形態の非球面係数の値は、下記の表２の通りである。

［第２の実施形態］

下記の表３は、本発明の第２の実施形態による数値例を示す。

図４は、本発明の第２の実施形態によるカメラ用光学系のレンズの配置を示す構成図で、図５は、図４に示す光学系のＭＴＦグラフで、図６は、表３及び図４に示す光学系の収差図を示す。

第２の実施形態の場合、全体光学系の有效焦点距離Ｆは、４．２５０ｍｍである。また、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６は、全て非球面のプラスチックレンズで構成される。

また、第２の実施形態で採用される第１のレンズの焦点距離Ｆ１は、３．６００ｍｍで、第２のレンズの焦点距離Ｆ２は、−５．１８２ｍｍであり、第３のレンズの焦点距離Ｆ３は、−４６．９２１ｍｍで、第４のレンズの焦点距離Ｆ４は、６．８６９ｍｍである。

また、第２の実施形態で採用される第１のレンズの物体側の面から上面までの距離であるＯＡＬは、５．６０９ｍｍで、第１のレンズと第２のレンズとの間の空間間隔であるＤ１は、０．１０９ｍｍである。

表３において面番号の前の「＊」は、非球面を表す。第２の実施形態の場合、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６の両面は、非球面である。

また、数式１による第２の実施形態の非球面係数の値は、下記の表２の通りである。

［第３の実施形態］

下記の表５は、本発明の第３の実施形態による数値例を示す。

図７は、本発明の第３の実施形態によるカメラ用光学系のレンズの配置を示す構成図で、図８は、図７に示す光学系のＭＴＦグラフで、図９は、表５及び図７に示す光学系の収差図を示す。

第３の実施形態の場合、全体光学系の有效焦点距離Ｆは、４．３２５ｍｍである。また、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６は、全て非球面のプラスチックレンズで構成される。

また、第３の実施形態で採用される第１のレンズの焦点距離Ｆ１は、３．１１７ｍｍで、第２のレンズの焦点距離Ｆ２は、−４．６２６ｍｍであり、第３のレンズの焦点通りでＦ３は、−４２．５５９ｍｍで、第４のレンズの焦点距離Ｆ４は、１９．８６８ｍｍである。

また、第３の実施形態で採用される第１のレンズの物体側の面から像面までの距離であるＯＡＬは、５．５５７ｍｍで、第１のレンズと第２のレンズとの間の空間間隔であるＤ１は、０．１０５ｍｍである。

表５において面番号の前の「＊」は、非球面を表す。第３の実施形態の場合、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６の両面は、非球面である。

また、数式１による第３の実施形態の非球面係数の値は、下記の表２の通りである。

前記第１〜第３の実施形態における各条件式の値は、下記の表７の通りである。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ｌ１ 第１のレンズ
Ｌ２ 第２のレンズ
Ｌ３ 第３のレンズ
Ｌ４ 第４のレンズ
Ｌ５ 第５のレンズ
Ｌ６ 第６のレンズ
ＯＦ 光学フィルター
１〜１２ 面番号

Claims (14)

1. 正の屈折力を有し、物体側の面が該物体側へ凸な形状の第１のレンズと、
   負の屈折力を有し、像側の面が前記物体側へ凹な形状の第２のレンズと、
   前記負の屈折力を有する第３のレンズと、
   前記正の屈折力を有する第４のレンズと、
   前記正の屈折力を有し、前記像側の面が前記像側へ凸な形状の第５のレンズと、
   前記負の屈折力を有し、前記像側の面が前記物体側へ凹な形状の第６のレンズと
   を含むことを特徴とする撮像光学系。
2. 前記撮像光学系は、収差補正及び小型化設計条件に対して次の条件式、
   ０．５＜Ｆ１／Ｆ＜１．２
   （ここで、Ｆは全体光学系の焦点距離、Ｆ１は前記第１のレンズの焦点距離である）
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
3. 前記撮像光学系は、色収差条件に対して次の条件式、
   Ｖ１−Ｖ２＞２５
   （ここで、Ｖ１は前記第１のレンズのアッベ数、Ｖ２は前記第２のレンズのアッベ数である）
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像光学系。
4. 前記撮像光学系は、収差補正条件及び小型化に対して次の条件式
   Ｆ２／Ｆ＜−０．５０
   （ここで、Ｆ２は前記第２のレンズの焦点距離、Ｆは全体光学系の焦点距離である）
   を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像光学系。
5. 前記撮像光学系は、収差補正条件に対して次の条件式、
   −５０＜Ｆ３／Ｆ＜−３
   （ここで、Ｆ３は前記第３のレンズの焦点距離、Ｆは全体光学系の焦点距離である）
   を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像光学系。
6. 前記撮像光学系は、収差補正条件に対して次の条件式
   ０．５＜Ｆ４／Ｆ＜１０．０
   （ここで、Ｆ４は前記第４のレンズの焦点距離、Ｆは全体光学系の焦点距離である）
   を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像光学系。
7. 前記撮像光学系は、小型化に関する条件に対して次の条件式、
   ０．８＜ＯＡＬ／Ｆ＜１．４
   （ここで、ＯＡＬは前記第１のレンズの物体側の面から像面までの距離、Ｆは全体光学系の焦点距離である）
   を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像光学系。
8. 前記撮像光学系は、形状設計に関する条件に対して次の条件式、
   Ｒ１／Ｆ＞０．３５
   （ここで、Ｒ１は前記第１のレンズの物体側の面曲率半径で、Ｆは全体光学系の焦点距離である）
   を満たすことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像光学系。
9. 前記撮像光学系は、収差補正に関する条件に対して次の条件式、
   Ｒ４／Ｆ＞３０
   （ここで、Ｒ４は前記第２のレンズの像側曲率半径、Ｆは全体光学系の焦点距離である）
   を満たすことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の撮像光学系。
10. 前記撮像光学系は、収差補正に関する条件に対して次の条件式、
    Ｆ２／Ｆ３＞０．０１
    （ここで、Ｆ２は前記第２のレンズの焦点距離、Ｆ３は前記第３のレンズの焦点距離である）
    を満たすことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の撮像光学系。
11. 前記撮像光学系は、縦収差補正に関する条件に対して次の条件式、
    Ｄ１／Ｆ＜０．０３
    （ここで、Ｄ１は前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間の空間間隔、Ｆは全体光学系の焦点距離である）
    を満たすことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の撮像光学系。
12. 前記第１のレンズ〜前記第６のレンズは、プラスチックレンズで構成されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の撮像光学系。
13. 前記第１のレンズ〜前記第６のレンズの両面は、非球面で構成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の撮像光学系。
14. 前記第６のレンズと像面との間には、外部から流入する光の中に含まれた過度な赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルターがコーティングされたカバーガラスの光学フィルターをさらに含むことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の撮像光学系。

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