JP2016110073A - 小型結像レンズ系 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化やハイビジョン化を実現し、広角性能が優れた小型結像レンズ系を提供する。【解決手段】物体側から像側まで順次、絞りＤ１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４を含み、第１レンズＬ１は両凸面形状であり、第２レンズＬ２は像側面が凸半月状の負屈折力を有し、第３レンズＬ３は両凸面形状であり、第４レンズＬ４は負屈折力を有し、像側面は反曲点を有し、光軸において物体側面は凸、像側面は凹であり、且つ光軸に離間する方向に像側面は凸半月状であり、さらに少なくとも三つのレンズの像側面に球面を備え、且つ以下の条件式を満足する。ここで、Ｒ６は第３レンズＬ３の物体側面の曲率半径、Ｒ７は第３レンズＬ３の像側面の曲率半径である。【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は結像レンズ系として、スマートフォンや携帯端末に装着することができ、カメラの機能を改善し、又はデジタルカメラに用いることができる。

近年、スマートフォンや携帯端末の携帯性能はますます重要視されており、表示画面の発展につれて、高解像度を有する小型結像レンズが必要となっている。近年、収差の補正により高性能を確保するために、四つのレンズが用いられることが多い。

四つのレンズが用いられたレンズ系において、光学系の小型化及び高性能化のため、一般に非球面レンズが用いられている。前記非球面レンズの精密加工は困難である。これは最終的に生産性の低下を招いている。なお、見ている物体よりも広さを有するように撮影するために必要な広角性能も要求されている。

本発明は、前記課題を含んだ多くの課題を解決し、加工された小型化やハイビジョン化を実現した小型結像レンズ系を提供することを目的の一つとしている。
本発明は、広角性能が優れた小型結像レンズ系を提供することをもう一つの目的としている。

従って、本発明における実施可能なサンプルの小型結像レンズを参照し、物体側から順次、絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ及び第４レンズを含む。前記第１レンズは正屈折力を有し、且つ両凸面形状である。前記第２レンズは負屈折力を有し、且つ像側面は凸半月状である。前記第３レンズは正屈折力を有し、且つ両凸面形状である。前記第４レンズは負屈折力を有し、且つ像側面は反曲点を有し、光軸方向に近い物体側面は凸であり、且つその像側面は凹であり、光軸に離間する方向において、像側面は凸半月状であり、
この場合に、少なくとも前記三つのレンズの像側面に球面を有し、且つ以下の条件式を満足する。

ここで、Ｒ６は前記第３レンズにおける物体側面の曲率半径であり、Ｒ７は前記第３レンズにおける像側面の曲率半径である。
この場合に、Ｙｃｌを、３８．５度で入射した光線が第４レンズの像側面と交差する点と光軸との垂直高さとし、ｙを、像面の対角長さの半分の長さとするときに、以下の条件式を満足する。

同様に、前記第１レンズは以下の条件式を満足する。

ここで、ＴＴＬは前記第１レンズの第１面から結像面までの距離であり、ｙは像面からの対角線の長さの半分である。
この場合に、前記第４レンズの物体側面は、光軸に正屈折力を有し、光軸の負方向において、さらに凸の反曲点を有する。

一方で、前記第２レンズのアッベ数は前記第１レンズ、第３レンズ及び第４レンズのアッベ数よりも２０〜３０小さい。さらに、前記第１レンズ、第３レンズ及び第４レンズは統一したアッベ数を有する。前記第１、第２、第３、第４レンズはプラスチック材料により製作されてもよい。

本発明の有益な効果は以下のとおりである。本発明によれば、サンプルに基づき、それを容易に小型高解像度イメージセンサを有する携帯端末製品に適用するために、小型化、高性能化及び製造に対する低感度設計は可能である。

図１は本発明における一つの好ましい実例に関する小型結像レンズ系の構成図である。 図２は本発明におけるもう一つの好ましい実例に関する小型結像レンズ系の構成図である。 図３は図１における小型結像レンズ系の縦方向球面収差、非点収差及び歪みに関する収差図である。 図４は図２における小型結像レンズ系の縦方向球面収差、非点収差及び歪みに関する収差図である。 図５は図１に示されたＹｃｌの小型結像レンズ系の構成図である。

以下、図面及び実施形態を組み合わせて、本発明についてさらに説明を行う。
以下、添付の図面を参照し、本発明のサンプルに関する自動機械加工装置を詳細に説明する。本明細書において用いられる用語（ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ） は、適切に本発明の好ましいサンプルを示すために、使用者又は運用者又は本発明の所属分野によって、異なることがある。従って、これらの用語の定義及び上述した内容に基づき、以下の紹介を開始する。

図１及び図２は本発明の第１及び第２サンプルによる小型結像レンズ系を示す。図１及び図２において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…はそれぞれ絞り、レンズ及びフィルターの物体側／像側面の曲率半径を示し、Ｄ１、 Ｄ２、 Ｄ３…は絞り、レンズ及びフィルターの間隔並びに絞り、レンズ及びフィルターの中心の厚さを示す。

図１及び図２を参照し、物体側から像側までの順番で、順次、絞りＳｔ、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４を含む。前記第４レンズＬ４と結像面Ｓｉとの間にフィルター（ｆｉｌｔｅｒ）ＬＦのような光学部材をさらに含むことができる。

第１レンズＬ１は正屈折力を有する両凸面形状のレンズである。
第２レンズＬ２は負屈折力を有し、且つ像側面は凸半月状のレンズである。
第３レンズＬ３は正屈折力を有する両凸面形状のレンズである。この場合に、前記第３レンズの像側面は球面である。前記第３レンズの像側面は球面に形成されることにより、加工精密度をより緩和することができ、誤差を低減することができるため、高い信頼性を有するレンズ系を製造することができる。

この場合に、Ｒ６が第３レンズの物体側面の曲率半径とされ、Ｒ７が第３レンズの像側面の曲率半径とされるときに、以下の条件式１を満足する。

公式１において、第３レンズの像側面は球面であり、これは光学系性能を向上させる最も良い条件である。即ち、|Ｒ６／Ｒ７|が２．６ 以上又は２．４ 以下である場合、球面収差、非点収差、像面湾曲及び歪曲の回数増加を招き、光学系の収差補正の難しさを増大させ、高性能のレンズ系が構成しにくくなる。

第４レンズＬ４は負屈折力を有する。前記第４レンズＬ４の像側面は反曲点を有することができる。例えば、像側面は反曲点を有し、従って、前記第４レンズＬ４の像側面は光軸の正方向において陥没状であるが、光軸の負方向において凸半月状のレンズである。これにより、像面に挿入された主光線の入射角を減少させることができ、球面収差及び非点収差を減少させ、レンズの解像能力を向上させることができる。

前記第４レンズＬ４の物体側面は反曲点を有することができる。即ち、前記第４レンズＬ４の物体側面は光軸の正方向において凸起状であるが、離間する負方向において、凹半月状である。第３レンズの物体側面は球面に製作されるため、球面収差の発生、非点収差及び像面歪曲を低減することができる。

本発明によれば、第１レンズＬ１は両凸面形状である。これによりわかるように、第１レンズが容易に加工可能である。第２レンズＬ２が負屈折力を有するため、光学全長を短縮することができ、周囲に発散した中心光線の有効像高及び高さも機能することができる。さらに、第３レンズＬ３の像側面を球面とし、その精密加工度を低下させる。

この場合は図５に示された場合と同様に、３８．５度の方向において、絞りの中心を通る主光線の第４レンズの像面における交差点と光軸との垂直高さはＹｃｌとされ、ｙは像面の対角長さの半分とされ、以下の条件式２を満足することを期待することができる。

公式２において、レンズの被写界深度は広角を現れさせる。Ｙｃｌ／ｙは０．７５以上になると、被写界深度が広すぎるため、収差が増大し、性能が低下する。また、Ｙｃｌ／ｙは０．６５以下になると、被写界深度が狭すぎるため、広角レンズ群を構成することができなくなる。

本発明の結像レンズによれば、前記第１レンズＬ１が以下の条件式２を満足することを期待することができる。

ここで、ＴＴＬは前記第１レンズの物体側面から結像面までの距離であり、ｙは前記小型結像系の最大結像高さであり、即ち、前記小型結像系における有効画素検知領域の対角線の長さの半分であり、これによりわかるように、２ｙは結像面からセンサ対角線までの長さを示す。

ＴＴＬ／２ｙ ＞ ０．９５であると、光学系の全長の増加のため、光学系の小型化を実現することができなくなる。なお、ＴＴＬ／２ｙ ＜ ０．８０であると、レンズの屈折力は大きくなりすぎ、第１レンズ及び第３レンズにより収差補正が難しくなり、且つ、最終的に高性能の結像レンズ系が構成することができなくなる。

第１レンズＬ１の物体側面に設置されるのと比べ、絞りＳｔが物体側に設置されるのは小型結像レンズ系の全体の長さ（全長）を短縮することができるだけでなく、レンズの外径を短縮することにより、小型化を実現することもできる。

一方で、前記第１レンズＬ１は５０以上のアッベ数を有し、前記第２レンズＬ２は２０〜３０のアッベ数を有することができる。これにより、焦点距離の増大に伴う収差の増加を効果的に補正することができる。前記第１レンズＬ１が前記第２レンズＬ２とのアッベ数の差は２０を超えると、コントラスト（Ｃｏｎｔｒａｓｔ）を低下させる光スポットを削減することができる。この場合に、２２〜２５のアッベ数と比べ、前記第２レンズＬ２が２３〜２４のアッベ数を有することをより期待することができる。

それとともに、前記第３レンズＬ３及び前記第４レンズＬ４はアッベ数が５０以上の素材により構成されることにより、より容易に色収差を補正することができる。
この場合に、前記第１、第３及び第４レンズは同様なプラスチック材料により製作することができる。それとともに、前記第２レンズはプラスチック材料により製作することができる。

本発明のサンプルにあった非球面の定義は以下のとおりである。
本発明のサンプルにおけるレンズの非球面形状に基づき、光軸方向をＺ軸とし、光軸に垂直な方向をＨ軸とするときに、光線が進行する方向は正であり、且つ、以下の数学式１で示すことができる。ここで、Ｚはレンズの頂点から光軸方向までの距離であり、Ｒは光軸に垂直な方向までの距離であり、Ｃはレンズの頂点における曲率半径の逆数であり、a１は円錐定数（ｃｏｎｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり、a４、a６、a８、a１０及びa１２は非球面係数である。

以下、本発明のサンプルに基づいた小型結像レンズ系の設計データを示す。
表１は図１に示された小型撮像レンズ群の設計データを示し、表２は非球面データを示す。表１において、曲率半径は図１におけるＲ１、Ｒ２……に示され、厚さ及び距離は図１において、Ｄ１、Ｄ２……に示される。表１において、絞りと第１レンズの物体側面との間の距離Ｄ１は０であり、これは絞り面と第１レンズの物体側面とは同一の面にあることを示す。

図３は図１における小型結像レンズ系のレンズ系（１００）の縦方向球面収差（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）、非点収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）及び歪み（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を示す。

縦方向球面収差は波長が約６５６．２８ｎｍ、５８７．５６ｎｍ、５４６．０７ｎｍ、４８６．１３ｎｍ、４３５．８３ｎｍの光線の図示であり、非点収差及び歪みは５８７．５６ｎｍの光線の図示である。

表３は図２に示された小型撮像レンズ群の設計データを示し、表４は非球面データを示す。表３において、曲率半径は図１におけるＲ１、Ｒ２……に示され、厚さ及び距離は図２において、Ｄ１、Ｄ２……に示される。表３において、絞りと第１レンズの物体側面との間の距離Ｄ１は０であり、これは絞り面と第１レンズの物体側面とは同一の面にあることを示す。

図４は図２における小型結像レンズ系のレンズ系（１００）の縦方向球面収差（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）、非点収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）及び歪み（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を示す。

縦方向球面収差は波長が約６５６．２８ｎｍ、５８７．５６ｎｍ、５４６．０７ｎｍ、４８６．１３ｎｍ、４３５．８３ｎｍの光線の図示であり、非点収差及び歪みは５８７．５６ｎｍの光線の図示である。

次の表５は条件式１乃至３における各サンプルに基づいた差異数値を示す。

本発明は上述した好ましいサンプルに関し、且つそれについて説明を行ったが、本発明の趣旨及び範囲を逸脱せず、多様な修整又は改変を施すことができる。従って、添付の特許請求の範囲は一つの本発明の趣旨に属するような修正又は変更を含む。

上述したのは本発明の実施形態のみであり、ここで、明確すべきことは、当業者にとって、本発明の創造的な発想を逸脱しない前提の下で、改善を行うことができるが、これらはいずれも本発明の保護範囲に含まれる。

Claims (7)

1. 小型結像レンズ系であって、前記小型結像レンズ系は物体側から像側まで順次、
   絞りと、
   正屈折力を有し、且つ両凸面形状をなしている第１レンズと、
   負屈折力を有し、且つ像側面が凸半月状である第２レンズと、
   正屈折力を有し、且つ両凸面形状をなしている第３レンズと、
   負屈折力とを有し、像側面は反曲点を有し、光軸において、物体側面が凸であり、且つ像側面が凹であり、光軸に離間する方向において、像側面が凸半月状になった第４レンズを含み、
   少なくとも前記三つのレンズの像側面に球面を有し、且つ前記小型結像レンズ系は以下の条件式を満足し、
   

   

   ここで、Ｒ６は前記第３レンズにおける物体側面の曲率半径であり、Ｒ７は前記第３レンズにおける像側面の曲率半径であることを特徴とする小型結像レンズ系。
2. 前記小型結像レンズ系は以下の条件式を満足し、
   

   

   ここで、Ｙｃｌは３８．５度で入射した光線が第４レンズ像側面と交差する点と光軸との垂直高さであり、ｙは前記小型結像系における有効画素検知領域の対角線の長さの半分であることを特徴とする請求項１に記載の小型結像レンズ系。
3. 前記小型結像レンズ系は以下の条件式を満足し、
   

   

   ここで、ＴＴＬは前記第１レンズの物体側面から結像面までの距離であり、ｙは前記小型結像系における有効画素検知領域の対角線の長さの半分であることを特徴とする請求項１に記載の小型結像レンズ系。
4. 前記第４レンズの物体側面は光軸に沿って正屈折力を有し、且つ光軸に離間する方向において凸の反曲点を有することを特徴とする請求項１に記載の小型結像レンズ系。
5. 前記第２レンズのアッベ数は第１レンズ、第３レンズ及び第４レンズのアッベ数よりも２０〜３０小さいことを特徴とする請求項１に記載の小型結像レンズ系。
6. 前記第１レンズ、第３レンズ及び第４レンズのアッベ数は５０〜６０であることを特徴とする請求項１に記載の小型結像レンズ系。
7. 前記第１、第２、第３及び第４レンズはプラスチック材料により製作されることを特徴とする請求項１に記載の小型結像レンズ系。

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