JP2018097337A - 撮像光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】優れた光学性能と構造長さを両立することができる撮像光学レンズを提供する。【解決手段】負屈折力を有する第１のレンズＬ１と、正屈折力を有する第２のレンズＬ２と、絞りと、正屈折力を有する第３のレンズＬ３と、負屈折力を有する第４のレンズＬ４と、正屈折力を有する第５のレンズＬ５と、負屈折力を有する第６のレンズＬ６とを備え、撮像光学レンズ全体の焦点距離はｆであり、第１のレンズの焦点距離はｆ１であり、第２のレンズの焦点距離はｆ２であり、第３のレンズの焦点距離はｆ３であり、第４のレンズの焦点距離はｆ４であり、第５のレンズの焦点距離はｆ５であり、第６のレンズの焦点距離はｆ６であり、以下の関係式を満たす。−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．０、２．７＜ｆ２／ｆ＜２．２、１＜ｆ３／ｆ＜２、−３．１＜ｆ４／ｆ＜−１．２、０．９８＜ｆ５／ｆ＜１．１、−２．４＜ｆ６／ｆ＜−１．９。【選択図】図１

Description

本発明は、光学レンズの分野に関し、特に、スマートフォン、デジタルカメラなどの携帯端末機器、及びモニター、ＰＣレンズなどの撮像装置に適用する撮像光学レンズに関する。

近年、スマートフォンの発展に伴って、小型化撮影レンズのニーズが日々高くなっており、一般的な撮影レンズの感光素子は、感光結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）又は相補性金属酸化半導体素子（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｃｔｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ，ＣＭＯＳ Ｓｅｎｓｏｒ）の２種類しかほかない。また、半導体製造プロセス技術の上達に伴って、感光素子の画素サイズが小さくなり、その上、現在の電子製品は、機能が優れ且つ薄型でコンパクトであるという外形を発展傾向としているため、良好な結像品質を有する小型化撮像レンズは、既に現在市場での主流となっている。

良好な結像品質を得るために、従来技術において携帯電話カメラに搭載したレンズは殆ど三枚式又は四枚式レンズ構造を採用している。しかしながら、技術の発展及びユーザの多様化のニーズの増加に伴って、感光素子の画素面積が小さくなりつつあり、システムの結像品質に対する要求が高まりつつある場合、六枚式レンズ構造が徐々にレンズ設計において現れた。然しながら、従来の六枚式レンズ構造の大視野の光学システムは比較的に少なく、優れた光学性能と構造長さを両立することができない。

上記の課題に対して、本発明は、優れた光学性能と構造長さを両立することができる撮像光学レンズを提供することを目的としている。

上記技術的課題を解決するために、本発明の実施形態は、撮像光学レンズを提供している。その撮像光学レンズは、物体側から像側まで順次に、負屈折力を有する第１のレンズと、正屈折力を有する第２のレンズと、絞りと、正屈折力を有する第３のレンズと、負屈折力を有する第４のレンズと、正屈折力を有する第５のレンズと、負屈折力を有する第６のレンズとを備え、撮像光学レンズ全体の焦点距離はｆであり、前記第１のレンズの焦点距離はｆ１であり、前記第２のレンズの焦点距離はｆ２であり、前記第３のレンズの焦点距離はｆ３であり、前記第４のレンズの焦点距離はｆ４であり、前記第５のレンズの焦点距離はｆ５であり、前記第６のレンズの焦点距離はｆ６であり、以下の関係式を満たす。−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．０、 ２．７＜ｆ２／ｆ＜２．２、 １＜ｆ３／ｆ＜２、 −３．１＜ｆ４／ｆ＜−１．２、 ０．９８＜ｆ５／ｆ＜１．１、 −２．４＜ｆ６／ｆ＜−１．９。

本発明の実施形態は、従来技術に対して、上記レンズの配置形態により、異なる屈折力と焦点距離を有するレンズを効果的に利用して収差を補正することにより結像品質を高めることができ、優れた光学性能を取得することができるだけでなく、更に低構造長さのレンズ設計要求を両立すると共に低センシティブの利点を有することができる。

また、前記第１のレンズの焦点距離ｆ１、前記第２のレンズの焦点距離ｆ２、前記第３のレンズの焦点距離ｆ３、前記第４のレンズの焦点距離ｆ４、前記第５のレンズの焦点距離ｆ５、及び前記第６のレンズの焦点距離ｆ６は、以下の関係式を満たす。−３．５＜ｆ１＜−２．２、 ３．１＜ｆ２＜４．１、 １．５＜ｆ３＜２．３、 −３．１＜ｆ４＜−１．８、 １．１＜ｆ５＜２．３、 −３．５＜ｆ６＜−２．１。

また、前記第１のレンズの屈折率ｎ１、前記第２のレンズの屈折率ｎ２、前記第３のレンズの屈折率ｎ３、前記第４のレンズの屈折率ｎ４、前記第５のレンズの屈折率ｎ５、及び前記第６のレンズの屈折率ｎ６は、以下の関係式を満たす。１．５０＜ｎ１＜１．５５、１．５０＜ｎ２＜１．５５、１．５０＜ｎ３＜１．５５、 １．６０＜ｎ４＜１．７０、１．５０＜ｎ５＜１．５５、 １．５０＜ｎ６＜１．５５。

また、前記第１のレンズのアッベ数ｖ１、前記第２のレンズのアッベ数ｖ２、前記第３のレンズのアッベ数ｖ３、前記第４のレンズのアッベ数ｖ４、前記第５のレンズのアッベ数ｖ５、及び前記第６のレンズのアッベ数ｖ６は、以下の関係式を満たす。４０＜ｖ１＜６０、 ４０＜ｖ２＜６０、 ４０＜ｖ３＜６０、 １５＜ｖ４＜３０、 ４０＜ｖ５＜６０、 ４０＜ｖ６＜６０。

本発明の実施形態に係る撮像光学レンズの構造を示す模式図である。 図１に示す撮像光学レンズの像面湾曲及び歪みを示す模式図である。 図１に示す撮像光学レンズのＭＴＦ曲線を示す模式図である。

本発明の目的、技術案とメリットをより明確にするために、以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態を詳細に説明する。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明の各実施形態において、読者に本発明をより良く理解させるために、多くの技術的詳細を提供している。しかし、これらの技術的詳細及び以下の各実施形態に基づく各種の変化と補正がなくても、本発明の保護しようとする技術案も実現することができる。

図面を参照し、本発明は、撮像光学レンズを提供している。図１に示すのは、本発明の第１の実施例に係る撮像光学レンズ１０であり、この撮像光学レンズ１０は、５枚のレンズを備える。具体的には、前記撮像光学レンズ１０は、物体側から像側まで順次に、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、絞りＳｔ、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４、第５のレンズＬ５、及び第６のレンズＬ６を備える。第６のレンズＬ６と像面Ｓｉとの間には、光学フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）ＧＦなどの光学素子が設けられてもよい。

第１のレンズＬ１は、負屈折力を有し、その物体側面が外へ突出し凸面になり、その像側面が凹面であり、大角度の結像光線を集光することに有利である。第２のレンズＬ２は、正屈折力を有し、本実施例において、第２のレンズＬ２の物体側面は凸面である。絞りＳｔは、第２のレンズＬ２と第３のレンズＬ３の間に設けられている。第３のレンズＬ３は、正屈折力を有し、本実施例において、第３のレンズＬ３の像側面は凸面である。第２のレンズＬ２と第３のレンズＬ３は、いずれも正屈折力レンズとされ、システムの主なフォーカルパワーを集中させることができるため、システムの長さを効果的に短縮することができる。第４のレンズＬ４は、負屈折力を有し、本実施例において、第４のレンズＬ４の物体側面は凹面である。第５のレンズＬ５は、正屈折力を有し、本実施例において、第５のレンズＬ５の像側面は凸面である。第６のレンズＬ６は負屈折力を有する。

ここで、撮像光学レンズ全体の焦点距離はｆであり、前記第１のレンズの焦点距離はｆ１であり、前記第２のレンズの焦点距離はｆ２であり、前記第３のレンズの焦点距離はｆ３であり、前記第４のレンズの焦点距離はｆ４であり、前記第５のレンズの焦点距離はｆ５であり、前記第６のレンズの焦点距離はｆ６であるように設定する。前記ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５及びｆ６は、以下の関係式を満たす。−２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．０、 ２．７＜ｆ２／ｆ＜２．２、 １＜ｆ３／ｆ＜２、 −３．１＜ｆ４／ｆ＜−１．２、 ０．９８＜ｆ５／ｆ＜１．１、 −２．４＜ｆ６／ｆ＜−１．９。

本発明の前記撮像光学レンズ１０の焦点距離が上記関係式を満たす場合、各レンズの屈折力の大きさの配置を制御・調整することができ、収差を補正することにより結像品質を高めると同時に、優れた光学性能を得ることができるだけでなく、低構造長さのレンズ設計要求を両立することができ、低センシティブの利点を有し、大視野の結像システムに適用し、良好な量産性を有する。

具体的には、本発明の実施例において、前記第１のレンズの焦点距離ｆ１、前記第２のレンズの焦点距離ｆ２、前記第３のレンズの焦点距離ｆ３、前記第４のレンズの焦点距離ｆ４、前記第５のレンズの焦点距離ｆ５、及び前記第６のレンズの焦点距離ｆ６は、以下の関係式を満たすように設計することができる。−３．５＜ｆ１＜−２．２、 ３．１＜ｆ２＜４．１、 １．５＜ｆ３＜２．３、 −３．１＜ｆ４＜−１．８、 １．１＜ｆ５＜２．３、 −３．５＜ｆ６＜−２．１、単位：ミリメートル（ｍｍ）。このように設計すれば、撮像光学レンズ１０全体のシステム長さをより短くし、システム小型化の特性を維持することができる。

本発明の撮像光学レンズ１０において、各レンズの材質は、ガラス又はブラスチックであってもよく、レンズの材質がガラスである場合、本発明の光学システムの屈折力配置の自由度を増大させることができ、レンズ材質がブラスチックである場合、生産コストを効果的に削減することができる。

本発明の実施例において、各レンズは、いずれもブラスチックレンズである。更に、本発明の好ましい実施例において、前記第１のレンズの屈折率ｎ１、前記第２のレンズの屈折率ｎ２、前記第３のレンズの屈折率ｎ３、前記第４のレンズの屈折率ｎ４、前記第５のレンズの屈折率ｎ５、及び前記第６のレンズの屈折率ｎ６は、以下の関係式を満たす。１．５０＜ｎ１＜１．５５、 １．５０＜ｎ２＜１．５５、 １．５０＜ｎ３＜１．５５、 １．６０＜ｎ４＜１．７０、 １．５０＜ｎ５＜１．５５、 １．５０＜ｎ６＜１．５５。このように設計すれば、レンズは光学ブラスチック材質において比較的に適当にマッチングされることに有利であり、更に、この撮像光学レンズ１０はより良い結像品質を得ることができる。

なお、本発明の実施例において、前記第１のレンズのアッベ数ｖ１、前記第２のレンズのアッベ数ｖ２、前記第３のレンズのアッベ数ｖ３、前記第４のレンズのアッベ数ｖ４、前記第５のレンズのアッベ数ｖ５、及び前記第６のレンズのアッベ数ｖ６は、以下の関係式を満たすように設計することができる。４０＜ｖ１＜６０、 ４０＜ｖ２＜６０、 ４０＜ｖ３＜６０、 １５＜ｖ４＜３０、 ４０＜ｖ５＜６０、 ４０＜ｖ６＜６０。このように設計すれば、撮像光学レンズ１０の結像時の光学色収差現象を効果的に抑制することができる。ここで、前記第４のレンズには、高屈折率で低アッベ数の光学材料が用いられ、レンズの色収差を効果的に減少することができる。

なお、レンズの表面は、非球面とされてもよく、非球面は、球面以外の形状に製造され易く、多くの制御変数を得て、収差を削減し、更にレンズの使用数を削減することができるため、本発明の撮像光学レンズの全長を効果的に短縮することができる。本発明の実施例において、全てのレンズの表面は非球面である。

好ましくは、前記レンズの物体側面及び／又は像側面には、高品質の結像要求を満たすために、更に変曲点及び／又は停留点が設けられてもよく、具体的な実施可能な形態は、以下の通りである。

以下、本発明の実施例１に係る撮像光学レンズ１０の設計データが示されている。

表１、表２には、本発明の実施例１に係る撮像光学レンズ１０のデータが示されている。

ただし、各符号の意味は以下の通りである。
ｆは撮像光学レンズ１０の焦点距離であり、
ｆ１は第１のレンズＬ１の焦点距離であり、
ｆ２は第２のレンズＬ２の焦点距離であり、
ｆ３は第３のレンズＬ３の焦点距離であり、
ｆ４は第４のレンズＬ４の焦点距離であり、
ｆ５は第５のレンズＬ５の焦点距離であり、
ｆ６は第６のレンズＬ６の焦点距離であり、
ｆ１２は第１のレンズＬ１と第２のレンズＬ２の組合せ焦点距離であり、
ｆ３４は第３のレンズＬ３と第４のレンズＬ４の組合せ焦点距離であり、
ｆ５６は第５のレンズＬ５と第６のレンズＬ６の組合せ焦点距離であり、
ｆｆはＳｔｏｐ（絞り）と被写体の間に位置するジオプトリ付きの光学素子の複合焦点距離であり、
ｆｒはＳｔｏｐ（絞り）と像面Ｓｉの間に位置するジオプトリ付きの光学素子の複合焦点距離である。

ただし、Ｒ１、Ｒ２は第１のレンズＬ１の物体側面、像側面であり、Ｒ３、Ｒ４は第２のレンズＬ２の物体側面、像側面であり、Ｒ５、Ｒ６は第３のレンズＬ３の物体側面、像側面であり、Ｒ７、Ｒ８は第４のレンズＬ４の物体側面、像側面であり、Ｒ９、Ｒ１０は第５のレンズＬ５の物体側面、像側面であり、Ｒ１１、Ｒ１２は第６のレンズＬ６の物体側面、像側面である。その他の各符号の意味は以下の通りである。
ｄ０は絞りＳｔから第１のレンズＬ１の物体側面までの軸上距離であり、
ｄ１は第１のレンズＬ１の軸上厚みであり、
ｄ２は第１のレンズＬ１の像側面から第２のレンズＬ２の物体側面までの軸上距離であり、
ｄ３は第２のレンズＬ２の軸上厚みであり、
ｄ４は第２のレンズＬ２の像側面から第３のレンズＬ３の物体側面までの軸上距離であり、
ｄ５は第３のレンズＬ３の軸上厚みであり、
ｄ６は第３のレンズＬ３の像側面から第４のレンズＬ４の物体側面までの軸上距離であり、
ｄ７は第４のレンズＬ４の軸上厚みであり、
ｄ８は第４のレンズＬ４の像側面から第５のレンズＬ５の物体側面までの軸上距離であり、
ｄ９は第５のレンズＬ５の軸上厚みであり、
ｄ１０は第５のレンズＬ５の像側面から第６のレンズＬ６の物体側面までの軸上距離であり、
ｄ１１は第６のレンズＬ６の軸上厚みであり、
ｄ１２は第６のレンズＬ６の像側面から像面までの軸上距離であり、
ＳＡＧは円弧の高さであり、即ちレンズ面上の最高点から最低点までの垂直距離であり、
ＳＡＧ１１は第１のレンズＬ１のＲ１面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ１２は第１のレンズＬ１のＲ２面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ２１は第２のレンズＬ２のＲ３面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ２２は第２のレンズＬ２のＲ４面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ３１は第３のレンズＬ３のＲ５面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ３２は第３のレンズＬ３のＲ６面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ４１は第４のレンズＬ４のＲ７面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ４２は第４のレンズＬ４のＲ８面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ５１は第５のレンズＬ５のＲ９面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ５２は第５のレンズＬ５のＲ１０面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ６１は第６のレンズＬ６のＲ１１面の円弧の高さであり、
ＳＡＧ６２は第６のレンズＬ６のＲ１２面の円弧の高さであり、
ＳＤはレンズ表面の半径パラメータであり、
ｎ１は第１のレンズＬ１の屈折率であり、
ｎ２は第２のレンズＬ２の屈折率であり、
ｎ３は第３のレンズＬ３の屈折率であり、
ｎ４は第４のレンズＬ４の屈折率であり、
ｎ５は第５のレンズＬ５の屈折率であり、
ｎ６は第６のレンズＬ６の屈折率であり、
ｖ１は第１のレンズＬ１のアッベ数であり、
ｖ２は第２のレンズＬ２のアッベ数であり、
ｖ３は第３のレンズＬ３のアッベ数であり、
ｖ４は第４のレンズＬ４のアッベ数であり、
ｖ５は第５のレンズＬ５のアッベ数であり、
ｖ６は第６のレンズＬ６のアッベ数である。

本発明の実施例１において、第６のレンズＬ６の像側面から像面Ｓｉまでの間の距離は０．５７０ｍｍであり、光学フィルタＧＦの厚みは０．２１ｍｍである。

表３、表４には、本発明の実施例１の撮像光学レンズ１０における各レンズの変曲点及び停留点の設計データが示されている。ただし、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ第１のレンズＬ１の物体側面と像側面を表示し、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ第２のレンズＬ２の物体側面と像側面を表示し、Ｒ５、Ｒ６はそれぞれ第３のレンズＬ３の物体側面と像側面を表示し、Ｒ７、Ｒ８はそれぞれ第４のレンズＬ４の物体側面と像側面を表示し、Ｒ９、Ｒ１０はそれぞれ第５のレンズＬ５の物体側面と像側面を表示し、Ｒ１１、Ｒ１２はそれぞれ第６のレンズＬ６の物体側面と像側面を表示する。「変曲点位置」の欄における対応するデータは、各レンズの表面に設けられた変曲点から撮像光学レンズ１０の光軸までの垂直距離である。「停留点位置」の欄における対応するデータは、各レンズの表面に設けられた停留点から撮像光学レンズ１０の光軸までの垂直距離である。

表５には、本発明の実施例１の撮像光学レンズ１０の他のパラメータのデータが示されている。ただし、αＰＥは光学フィルタＧＦの線形膨張係数であり、ＹＣ１は、「光線入射角度が３６度であり、光線が絞りを通過する場合」の光線と第５のレンズの像側面との交差点から光軸までの垂直距離であり、ＳＡＧｃ１１は第１のレンズＬ１の物体側面における停留点での円弧の高さ（ＳＡＧ）であり、ＳＡＧｃ６２は第５のレンズＬ５の像側面における停留点での円弧の高さ（ＳＡＧ）であり、ＥＴ１は第１のレンズＬ１の物体側表面と像側表面の間における、光軸に平行であるが光軸に位置しない最小水平距離であり、ＭＴＦ４００は４００ｌｐ／ｍｍの中心ＭＴＦ値である。

図２は、それぞれ図１に示す撮像光学レンズの像面湾曲及び歪みの模式図を示している。図３は、図１に示す撮像光学レンズのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）曲線模式図を示している。

以下、表６には、上記条件式に基づいて本実施例１における各条件式に対応する値が挙げられている。明らかに、本実施例１に係る撮像光学システムは上記の条件式を満たす。

本実施例において、前記撮像光学レンズの入射瞳径は０．６０３ｍｍであり、全視野の像高は２．２９７ｍｍであり、対角線方向の画角は１３０°であり、主光線出射角（Ｃｈｉｅｆ Ｒａｙ Ａｎｇｌｅ，ＣＲＡ）は３２．２°である。

当業者にとって明らかなように、上記各実施形態は、本発明を実現する具体的な実施例であり、実際な応用時に、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、形態や細部において各種の変更を行うことができる。

Claims (5)

1. 物体側から像側まで順次に、負屈折力を有する第１のレンズと、正屈折力を有する第２のレンズと、絞りと、正屈折力を有する第３のレンズと、負屈折力を有する第４のレンズと、正屈折力を有する第５のレンズと、負屈折力を有する第６のレンズとを備える撮像光学レンズであって、
   撮像光学レンズ全体の焦点距離はｆであり、前記第１のレンズの焦点距離はｆ１であり、前記第２のレンズの焦点距離はｆ２であり、前記第３のレンズの焦点距離はｆ３であり、前記第４のレンズの焦点距離はｆ４であり、前記第５のレンズの焦点距離はｆ５であり、前記第６のレンズの焦点距離はｆ６であり、以下の関係式を満たすことを特徴とする撮像光学レンズ。
   −２．５＜ｆ１／ｆ＜−１．０、 ２．７＜ｆ２／ｆ＜２．２、
   １＜ｆ３／ｆ＜２、 −３．１＜ｆ４／ｆ＜−１．２、
   ０．９８＜ｆ５／ｆ＜１．１、 −２．４＜ｆ６／ｆ＜−１．９。
2. 前記第１のレンズの焦点距離ｆ１、前記第２のレンズの焦点距離ｆ２、前記第３のレンズの焦点距離ｆ３、前記第４のレンズの焦点距離ｆ４、前記第５のレンズの焦点距離ｆ５、及び前記第６のレンズの焦点距離ｆ６は、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学レンズ。
   −３．５＜ｆ１＜−２．２、 ３．１＜ｆ２＜４．１、
   １．５＜ｆ３＜２．３、 −３．１＜ｆ４＜−１．８、
   １．１＜ｆ５＜２．３、 −３．５＜ｆ６＜−２．１。
3. 前記第１のレンズの屈折率ｎ１、前記第２のレンズの屈折率ｎ２、前記第３のレンズの屈折率ｎ３、前記第４のレンズの屈折率ｎ４、前記第５のレンズの屈折率ｎ５、及び前記第６のレンズの屈折率ｎ６は、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学レンズ。
   １．５０＜ｎ１＜１．５５、 １．５０＜ｎ２＜１．５５、
   １．５０＜ｎ３＜１．５５、 １．６０＜ｎ４＜１．７０、
   １．５０＜ｎ５＜１．５５、 １．５０＜ｎ６＜１．５５。
4. 前記第１のレンズのアッベ数ｖ１、前記第２のレンズのアッベ数ｖ２、前記第３のレンズのアッベ数ｖ３、前記第４のレンズのアッベ数ｖ４、前記第５のレンズのアッベ数ｖ５、及び前記第６のレンズのアッベ数ｖ６は、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学レンズ。
   ４０＜ｖ１＜６０、 ４０＜ｖ２＜６０、
   ４０＜ｖ３＜６０、 １５＜ｖ４＜３０、
   ４０＜ｖ５＜６０、 ４０＜ｖ６＜６０。
5. 撮像光学レンズの絞りＦ値は、２．５より小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学レンズ。

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