JP2015049507A

JP2015049507A - 結像用の広角光学系

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Publication number: JP2015049507A
Application number: JP2014013262A
Authority: JP
Inventors: 游鴻國; Hung-Kuo Yu; 楊朝翔; Chao-Hsiang Yang
Original assignee: Ability Opto Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Ability Opto Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-03-16
Also published as: TWI494586B; US9097860B2; US20150062724A1; EP2843457A1; TW201510565A

Abstract

【課題】薄型で画角が広く且つ光学性能の高い広角光学系の提供。【解決手段】物体側から順に、物体側に凸面を向けかつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり正の屈折力を有する第１レンズ、像側に凸面を向けかつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり正の屈折力を有する第２レンズ、物体側に凹面を向けると共に像側に凸面を向けかつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有する第３レンズ、像側に凹面を向けかつ両面とも非球面であり正の屈折力を有し、該両面のうち少なくとも一面において変曲点を有する第４レンズが配置されたレンズユニットと、第２レンズよりも物体側に配置された固定絞りとを具え、かつ、該光学系の最大視野角の半分をＨＦＯＶ（単位?）、全体の焦点距離をｆ（単位ｍｍ）とした時、１５＜ＨＦＯＶ／ｆ＜５０を満たすことを特徴とする広角光学系を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学系に関し、特に薄型で４枚レンズ構成の結像用の広角光学系に関する。

結像用の広角光学系は、撮影機能を有する電子機器、例えば携帯電話、タブレットパソコン、ノートパソコン、ウェブカメラに広く用いられている。これら電子機器の小型化、精密化に伴って、撮影光学系にも小型化、薄型化が求められる。これに応えるため、構成レンズの配置をより緊密にして光学全長を短縮することで光学系の薄型化を図っている。一方、撮影できる角度をより広げるため、また被写界深度を深めて焦点の合う範囲をより広げるため、更なる広角化も求められる。

薄型広角光学系の従来例としては、例えば特許文献１〜３に示されているものが挙げられる。これらは４枚のレンズにより構成された結像用の広角光学系であり、それぞれ薄型化が図られている。

台湾特許出願公開第２０１２１５９４１号公報台湾特許出願公開第２０１２２４５６８号公報台湾特許出願公開第２０１２３９４４３号公報

しかしながら、上記従来例の広角光学系をもってしても、更なる小型化、高性能化が求められる電子機器に組み込むためには、より一層の薄型化、広角化ならびに光学性能の高さが要求される。

そこで、本発明は、より薄型で画角が広く光学性能も高い結像用の広角光学系の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。即ち、結像用の広角光学系であって、光軸に沿って物体側から像側へ順に、
物体側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり光軸付近で正の屈折力を有する第１レンズ、
像側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり光軸付近で正の屈折力を有する第２レンズ、
物体側に凹面を向けると共に像側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり光軸付近で負の屈折力を有する第３レンズ、
像側に凹面を向け、かつ両面とも非球面であり光軸付近で正の屈折力を有し、該両面のうち少なくとも一面において光軸から該一面の周縁の間に少なくとも一つの変曲点を有する第４レンズが配置されたレンズユニットと、
前記第２レンズよりも物体側に配置された固定絞りとを具え、かつ、
該光学系の最大視野角の半分をＨＦＯＶ（単位°）、
該光学系の全体の焦点距離をｆ（単位ｍｍ）とした時、
１５＜ＨＦＯＶ／ｆ＜５０
の条件式を満たすことを特徴とする広角光学系を提供する。

また、当該広角光学系は、
ＨＦＯＶ＞３５°
ｆ＜２．７ｍｍ
の条件式を満たすことが好ましい。

更に、前記第３レンズの屈折率をＮｄ３、前記第３レンズの分散係数をＶ３とした時、
Ｎｄ３＞１．５６
Ｖ３＜２９
前記第２レンズの屈折率をＮｄ２、前記第２レンズの分散係数をＶ２とした時、
Ｎｄ２＜１．５６、
Ｖ２＞２９
の条件式を満たすことが好ましい。

また、前記第３レンズの焦点距離をｆ３（単位ｍｍ）とした時、
０．８＜｜ｆ／ｆ３｜＜２．５
の条件式を満たすことが好ましい。

更に、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズの中心厚さをそれぞれｃｔ１、ｃｔ２、ｃｔ３、ｃｔ４（単位ｍｍ）とした時、
０．３＜ｃｔ１／ｃｔ２＜２．０、
０＜ｃｔ３／ｃｔ４＜１．０
の条件式を満たすことが好ましい。

上記手段によれば、広角光学系が４枚レンズ構成を有する上に、１５＜ＨＦＯＶ／ｆ＜５０の条件式を満たしているので、焦点距離（ｆ値）が短く視野角（画角）が広い上に光学系の全長をより短くして薄型化することができる。

本発明に係る広角光学系の第１の実施形態におけるレンズユニットの構成を示す図。上記第１の実施形態の非点収差および歪曲収差を示す図。上記第１の実施形態の球面収差を示す図。本発明に係る広角光学系の第２の実施形態におけるレンズユニットの構成を示す図。上記第２の実施形態の非点収差および歪曲収差を示す図。上記第２の実施形態の球面収差を示す図。本発明に係る広角光学系の第３の実施形態におけるレンズユニットの構成を示す図。上記第３の実施形態の非点収差および歪曲収差を示す図。上記第３の実施形態の球面収差を示す図。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態および各実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る結像用の広角光学系の一実施形態におけるレンズ構成を示す。本実施形態において、広角光学系は、物体側から順に、固定絞り２、レンズユニット１、光学フィルター３、結像面４を含んでいる。

レンズユニット１は、光軸Ｌに沿って物体側から像側へ順に、第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３、第４レンズ１４を具える４枚構成となっている。

第１レンズ１１は、物体側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり、光軸付近で正の屈折力を有する。

第２レンズ１２は、像側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり、光軸付近で正の屈折力を有する。

第３レンズ１３は、物体側に凹面を向けると共に像側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり光軸付近で負の屈折力を有する。

第４レンズ１４は、像側に凹面を向け、かつ両面とも非球面であり、前記光軸付近で正の屈折力を有する。また、第４レンズ１４は、その両面のうち少なくとも一面において光軸から該一面の周縁の間に少なくとも一つの変曲点を有する。

固定絞り２は、第２レンズ１２よりも物体側に配置されている。つまり、第２レンズ１２と第１レンズ１１の間（図４参照）、あるいは第１レンズ１１の前（図１、図７参照）に配置することができる。

以上の構成を有した上で、本発明に係る広角光学系は、以下の条件式を満たす。
（１）１５＜ＨＦＯＶ／ｆ＜５０
（２）０．８＜｜ｆ／ｆ３｜＜２．５
（３）０．３＜ｃｔ１／ｃｔ２＜２．０
（４）０＜ｃｔ３／ｃｔ４＜１．０

ここで、「ＨＦＯＶ」は、当該光学系の最大視野角（結像面の対角線画角）の半分を示し、単位は°である。「ｆ」は、当該光学系の全体の焦点距離を示し、単位はｍｍである。「ｆ３」は、第３レンズ１３の焦点距離を示し、単位はｍｍである。「ｃｔ１」、「ｃｔ２」、「ｃｔ３」、「ｃｔ４」はそれぞれ、第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３、第４レンズ１４の中心厚さを示し、単位はｍｍである。

加えて、本発明に係る広角光学系は、以下の条件式を満たすことが好ましい。
（５）ＨＦＯＶ＞３５°
（６）ｆ＜２．７ｍｍ

上記の条件式（１）を満たすことは、ＨＦＯＶ値が大きく当該光学系の視野角が広いこと、つまりはより広角化なされていることを示す。またｆ値が小さく当該光学系の全体の焦点距離が短いこと、つまりは当該光学系の薄型化に有利であることを示す。更に条件式（５）および（６）をも満たせば、広角化および薄型化の効果がより顕著となる。

更に、本発明に係る広角光学系は、以下の条件式を満たすことがより好ましい。
（７）Ｎｄ３＞１．５６
（８）Ｖ３＜２９
（９）Ｎｄ２＜１．５６
（１０）Ｖ２＞２９

ここで、「Ｎｄ２」、「Ｎｄ３」はそれぞれ、第２レンズ１２、第３レンズ１３の屈折率（フラウンホーファーのd線に対する）を示す。また、「Ｖ２」、「Ｖ３」はそれぞれ第２レンズ１２、第３レンズ１３の分散係数を示す。

上記の条件式（７）〜（１０）を満たすことは、当該光学系において、第３レンズ１３の屈折力の絶対値が第２レンズ１２の屈折力の絶対値よりも大きいことを示す。

本発明に係る広角光学系において、第１レンズ１１〜第４レンズ１４がそれぞれ有する非球面は、その表面形状が、以下の条件式（１１（即ち数式１））、を満たす。

上記の条件式（１１）において、「ｚ」は光軸Ｌの方向に沿った光軸Ｌからの高さｈの位置に対する非球面頂点の接平面（光軸Ｌに垂直な平面）の位置座標値であり、「ｋ」は円錐定数、「ｃ」は曲率半径の逆数、「Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ…」は高次非球面係数を表す。上記の条件式（１１）を満たすことは、収差の改善と公差範囲の拡張に繋がり、また更なる広角化に利する。

以下に、本発明に係る結像用の広角光学系の具体的な実施例を提示する。

図１、図２、図３は本発明の実施例１に係り、レンズユニット１の構成（図１）、非点収差および歪曲収差の計測結果（図２）、球面収差の計測結果（図３）をそれぞれ示す。

実施例１における広角光学系の各パラメーターは以下の通りである。
ｆ１＝２．１９ｍｍ（第１レンズ１１の焦点距離）
ｆ２＝２．０５ｍｍ（第２レンズ１２の焦点距離）
ｆ３＝−１．１６ｍｍ（第３レンズ１３の焦点距離）
ｆ４＝１．５２ｍｍ（第４レンズ１４の焦点距離）
ｆ＝１．６０ｍｍ（当該光学系全体の焦点距離）
ｃｔ１＝０．２８４ｍｍ（第１レンズ１１の中心厚さ）
ｃｔ２＝０．３６８ｍｍ（第２レンズ１２の中心厚さ）
ｃｔ３＝０．１９０ｍｍ（第３レンズ１３の中心厚さ）
ｃｔ４＝０．４７２ｍｍ（第４レンズ１４の中心厚さ）
ＨＦＯＶ＝４４° （当該光学系の最大視野角（結像面の対角線画角）の半分）

また、実施例１における広角光学系は、上記の条件式（１）〜（１１）をすべて満たす。具体的には以下の通りである。
ＨＦＯＶ／ｆ＝２７．５
｜ｆ／ｆ３｜＝１．３８
ｃｔ１／ｃｔ２＝０．７７
ｃｔ３／ｃｔ４＝０．４０
Ｎｄ２＝１．５３５
Ｎｄ３＝１．６３６
Ｖ２＝５６．０７
Ｖ３＝２３．８９

更に、実施例１でのレンズユニット１の構成に係るパラメーターを下記表１に、また該レンズユニット１における各レンズ１１〜１４の表面形状に係るパラメーターを表２にそれぞれ示す。

図３、図４、図５は本発明の実施例２に係り、レンズユニット１の構成（図３）、非点収差および歪曲収差の計測結果（図４）、球面収差の計測結果（図５）をそれぞれ示す。

実施例２における広角光学系の各パラメーターは以下の通りである。
ｆ１＝２．３９ｍｍ
ｆ２＝２．０８ｍｍ
ｆ３＝−１．４５ｍｍ
ｆ４＝１．８５ｍｍ
ｆ＝１．６０ｍｍ
ｃｔ１＝０．２７６ｍｍ
ｃｔ２＝０．３９２ｍｍ
ｃｔ３＝０．２０４ｍｍ
ｃｔ４＝０．４５０ｍｍ
ＨＦＯＶ＝４４°

また、実施例２における広角光学系は、上記の条件式（１）〜（１１）をすべて満たす。具体的には以下の通りである。
ＨＦＯＶ／ｆ＝２７．５
｜ｆ／ｆ３｜＝１．１０
ｃｔ１／ｃｔ２＝０．７０
ｃｔ３／ｃｔ４＝０．４５
Ｎｄ２＝１．５３５
Ｎｄ３＝１．６３６
Ｖ２＝５６．０７
Ｖ３＝２３．８９

更に、実施例２でのレンズユニット１の構成に係るパラメーターを下記表３に、また該レンズユニット１における各レンズ１１〜１４の表面形状に係るパラメーターを表４にそれぞれ示す。

図６、図７、図８は本発明の実施例３に係り、レンズユニット１の構成（図６）、非点収差および歪曲収差の計測結果（図７）、球面収差の計測結果（図８）をそれぞれ示す。

実施例３における広角光学系の各パラメーターは以下の通りである。
ｆ１＝２．５５ｍｍ
ｆ２＝０．８６ｍｍ
ｆ３＝−０．６１ｍｍ
ｆ４＝０．９８ｍｍ
ｆ＝１．１３ｍｍ
ｃｔ１＝０．２３９ｍｍ
ｃｔ２＝０．２６６ｍｍ
ｃｔ３＝０．１８７ｍｍ
ｃｔ４＝０．４２９ｍｍ
ＨＦＯＶ＝４４°

また、実施例３における広角光学系は、上記の条件式（１）〜（１１）をすべて満たす。具体的には以下の通りである。
ＨＦＯＶ／ｆ＝３９．０
｜ｆ／ｆ３｜＝１．８５
ｃｔ１／ｃｔ２＝０．９０
ｃｔ３／ｃｔ４＝０．４４
Ｎｄ２＝１．５３５
Ｎｄ３＝１．６３６
Ｖ２＝５６．０７
Ｖ３＝２３．８９

更に、実施例３でのレンズユニット１の構成に係るパラメーターを下記表５に、また該レンズユニット１における各レンズ１１〜１４の表面形状に係るパラメーターを表６にそれぞれ示す。

上記総括すると、本発明に係る結像用の広角光学系は、上記のレンズ構成を有する上に、１５＜ＨＦＯＶ／ｆ＜５０の条件式を満たしているので、焦点距離が短く、つまりは視野角が広い。即ち、本発明に係る結像用の広角光学系は、広角である上にレンズ構成が緊密であり全体の厚みが薄い。加えて、上記条件式（２）〜（１１）を満たしており、光学性能も高い。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明に係る広角光学系は、更なる小型化が求められる電子機器、例えば携帯電話、タブレットパソコン、ノートパソコン、ウェブカメラ等に組み込むための光学系として有用である。

１レンズユニット
１１第１レンズ
１２第２レンズ
１３第３レンズ
１４第４レンズ
２固定絞り
３光学フィルター
４結像面
Ｌ光軸

Claims

結像用の広角光学系であって、光軸に沿って物体側から像側へ順に、
物体側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり光軸付近で正の屈折力を有する第１レンズ、
像側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり光軸付近で正の屈折力を有する第２レンズ、
物体側に凹面を向けると共に像側に凸面を向け、かつ両面のうち少なくとも一面が非球面であり光軸付近で負の屈折力を有する第３レンズ、
像側に凹面を向け、かつ両面とも非球面であり光軸付近で正の屈折力を有し、該両面のうち少なくとも一面において光軸から該一面の周縁の間に少なくとも一つの変曲点を有する第４レンズが配置されたレンズユニットと、
前記第２レンズよりも物体側に配置された固定絞りとを具え、かつ、
該光学系の最大視野角の半分をＨＦＯＶ（単位°）、
該光学系の全体の焦点距離をｆ（単位ｍｍ）とした時、
１５＜ＨＦＯＶ／ｆ＜５０
の条件式を満たすことを特徴とする広角光学系。
ＨＦＯＶ＞３５°
の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の広角光学系。
ｆ＜２．７ｍｍ
の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の広角光学系。
前記第３レンズの屈折率をＮｄ３、前記第３レンズの分散係数をＶ３とした時、
Ｎｄ３＞１．５６、
Ｖ３＜２９
の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の広角光学系。
前記第２レンズの屈折率をＮｄ２、前記第２レンズの分散係数をＶ２とした時、
Ｎｄ２＜１．５６、
Ｖ２＞２９
の条件式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の広角光学系。
前記第３レンズの焦点距離をｆ３（単位ｍｍ）とした時、
０．８＜｜ｆ／ｆ３｜＜２．５
の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の広角光学系。
前記第１レンズの中心厚さをｃｔ１（単位ｍｍ）、
前記第２レンズの中心厚さをｃｔ２（単位ｍｍ）、
前記第３レンズの中心厚さをｃｔ３（単位ｍｍ）、
前記第４レンズの中心厚さをｃｔ４（単位ｍｍ）とした時、
０．３＜ｃｔ１／ｃｔ２＜２．０、
０＜ｃｔ３／ｃｔ４＜１．０
の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の広角光学系。