JP2019120864A - 撮像レンズ - Google Patents

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山田 幸香
Yukitaka Yamada
幸香 山田
修 小沼
Osamu Konuma
修 小沼
智幸 菊地
Tomoyuki Kikuchi
智幸 菊地
亮介 神谷
Ryosuke Kamiya
亮介 神谷
金指 康雄
Yasuo Kanezashi
康雄 金指
丸山 晃一
Koichi Maruyama
晃一 丸山
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Abstract

【課題】小型化および高性能の両立を図ることのできる撮像レンズを提供する。【解決手段】レンズ群のうち物体側から視て最初に設けられる第3レンズ13(負レンズ)の、d線に対する屈折率が1.66以上であって、アッベ数が21以下である。【選択図】図1

Description

本発明は、撮像レンズに関する。
近年、音声通話機能に加えて様々なアプリケーションソフトウェアの実行が可能な多機能携帯電話機、いわゆるスマートフォンが普及している。スマートフォン上でアプリケーションソフトウェアを実行することにより、例えばデジタルスティルカメラやカーナビゲーション等の機能をスマートフォン上で実現することが可能である。
このような機能を実現するために、スマートフォンにはカメラが搭載されている。こうしたスマートフォンの製品群は、初級者向けの製品から上級者向けの製品まで様々な仕様の製品から構成されることが多い。このうち上級者向けに開発された製品に組み込まれる撮像レンズには、近年の高画素化された撮像素子にも対応することのできる高い解像度を有するレンズ構成が要求される。
高解像度の撮像レンズを実現する方法の一つとして、撮像レンズを構成するレンズの枚数を増加させる方法がある。しかし、こうしたレンズ枚数の増加は撮像レンズの大型化を招き易く、上述のスマートフォン等の小型のカメラへの組み込みには不利となる。
そこで、従来はレンズ枚数をなるべく抑制する方向で撮像レンズの開発が進められてきた。しかし、昨今では撮像素子の高画素化技術が目まぐるしく進歩しており、撮像レンズの開発の中心は、光学全長の短縮だけでなく、高解像度のレンズ構成の実現も必要となっている。
例えば、6枚のレンズから成るレンズ構成は、撮像レンズを構成するレンズの枚数が多いことから撮像レンズの小型化に関しては若干不利となるものの、設計上の自由度が高いため、諸収差の良好な補正や撮像レンズの小型化をバランスよく実現できる可能性を秘めている。こうした6枚構成の撮像レンズとしては、例えば特許文献1に記載の撮像レンズが知られている。
特開2013−195587号公報
携帯電話機やスマートフォンの高機能化や小型化は年々進展しており、撮像レンズに要求される小型化のレベルは以前にも増して高くなってきている。特許文献1に記載の撮像レンズは第1レンズの物体側の面から撮像素子の像面までの距離が長いため、こうした要求に応えて撮像レンズの小型化を図りつつ良好な収差補正を実現するには自ずと限界が生じる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、小型化および高性能の両立を図ることのできる撮像レンズを提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明に係る撮像レンズは、6枚以下のレンズ群からなる。また、前記レンズ群のうち物体側から視て最初に設けられる負レンズの、d線に対する屈折率が1.66以上であって、アッベ数が21以下である。
上記のように構成した撮像レンズであれば、小型化と高性能の両立を図ることができる。
第1実施形態に係る撮像レンズの概略図である。 実施例1に係る撮像レンズのMTF−像高比特性を示すグラフである。 実施例2に係る撮像レンズのMTF−像高比特性を示すグラフである。 第3レンズの屈折率と撮像レンズの厚みの関係を示すグラフである。 第2レンズの屈折率とF値の関係を示すグラフである。 第2実施形態に係る撮像レンズの概略図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る撮像レンズ1の概略図である。
第1実施形態に係る撮像レンズ1は、図1に示すように、物体側(図1の左側)から順に、絞りS、第1レンズ11、第2レンズ12、第3レンズ13、第4レンズ14、第5レンズ15、および第6レンズ16を有し、6つのレンズ群10から構成されている。
第1レンズ11は、正の屈折力を有する。第1レンズ11の物体側の表面形状は凸であって、像面側の表面形状は凹である。ここで、凹凸とは、光軸部分における形状を指す。
第2レンズ12は、正の屈折力を有する。第2レンズ12の物体側の表面形状は凸であって、像面側の表面形状は凸である。このように、第2レンズ12に対して絞りSが物体側に設けられる撮像レンズ1において、第2レンズ12の物体側の表面形状を凸に、像面側の表面形状を凸にすることによって、収差を低減することができる。
第2レンズ12は、正レンズに相当する。第2レンズ12のd線に対する屈折率は1.54以上であって、アッベ数は55以上である。アッベ数をこのように規定することによって、収差を好適に補正することができる。なお、アッベ数とは、光の分散に対する屈折度の比を示した、光学媒質の定数である。すなわち、アッベ数とは、異なった波長の光を異なった方向へ屈折させる度合いであり、高いアッベ数の媒質は、異なった波長に対しての光線の屈折の度合いによる分散が少なくなる。
第3レンズ13は、負の屈折力を有する。第3レンズ13の物体側の表面形状は凸であって、像面側の表面形状は凹である。このように、第3レンズ13に対して絞りSが物体側に設けられた撮像レンズ1において、第3レンズ13の物体側の表面形状を凸に、像面側の表面形状を凹にすることによって、収差を低減することができる。
第3レンズ13は、負レンズに相当する。第3レンズ13のd線に対する屈折率は1.66以上であって、アッベ数が21以下である。また、第3レンズ13の焦点距離をf3、レンズ群10の焦点距離をfとしたとき、f3/fによって求められる比率は、1.0以上3.0以下であることが好ましい。このような比率にすることによって、ペッツバール和が崩れて像面湾曲が発生することを好適に抑制することができる。
第4レンズ14は、正の屈折力を有する。第4レンズ14の物体側の表面形状は凹であって、像面側の表面形状は凸である。
第5レンズ15は、正の屈折力を有する。第5レンズ15の物体側の表面形状は凹であって、像面側の表面形状は凸である。
第6レンズ16は、負の屈折力を有する。第6レンズ16の光軸近傍における物体側の表面形状は凸であって、像面側の表面形状は凹である。
ここで、6枚のレンズ群10のうち、2枚のレンズ(第3レンズ13、第6レンズ16)の屈折率を負にすることによって、発散作用を有する面を多くしてペッツバール和の補正を容易とし、両面周辺部まで良好な結像性能を確保した撮像レンズ1を得ることができる。
次に、レンズ11〜16の材料について説明する。レンズ11〜16の材料としては、熱可塑性樹脂と無機粒子とを含むことができる。
熱可塑性樹脂の種類は、特に制限されず、たとえば、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ホモポリプロピレン、ランダムコポリマーポリプロピレン、ブロックコポリマーポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ヘミアイソタクチックポリプロピレン、ポリブテン、ステレオブロックポリプロピレン、ポリ−3−メチル−1−ブテン、ポリ−3−メチル−1−ペンテン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン等のα−オレフィン重合体、エチレン−プロピレンのブロックまたはランダム共重合体、インパクトコポリマーポリプロピレン、エチレン−メチルメタクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−ブチルアクリレート共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のα−オレフィン共重合体、ポリオレフィン熱可塑性エラストマーなどのポリオレフィン樹脂;ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)、アクリロニトリル−スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン(MBS)樹脂、耐熱ABS樹脂、アクリロニトリル−アクリレート−スチレン(AAS)樹脂、スチレン−無水マレイン酸(SMA)樹脂、メタクリレート−スチレン(MS)樹脂、スチレン−イソプレン−スチレン(SIS)樹脂、アクリロニトリル−エチレンプロピレンゴム−スチレン(AES)樹脂、スチレン−ブタジエン−ブチレン−スチレン(SBBS)樹脂、メチルメタクリレート−アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(MABS)樹脂、ならびにこれらのブタジエン部分またはイソプレン部分の二重結合を水素添加したスチレン−エチレン−ブチレン−スチレン(SEBS)樹脂、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン(SEPS)樹脂、スチレン−エチレン−プロピレン(SEP)樹脂、スチレン−エチレン−エチレン−プロピレン−スチレン(SEEPS)樹脂等の水素添加樹脂などのポリスチレン樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、塩化ゴム、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−エチレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン−酢酸ビニル三元共重合体、塩化ビニル−アクリル酸エステル共重合体、塩化ビニル−マレイン酸エステル共重合体、塩化ビニル−シクロヘキシルマレイミド共重合体などの含ハロゲン樹脂;石油樹脂、クマロン樹脂、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート等のポリアルキレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等のポリアルキレンナフタレート樹脂等の芳香族ポリエステル樹脂、ポリテトラメチレンテレフタレート等の直鎖ポリエステル樹脂、ポリヒドロキシブチレート、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリコール酸、ポリジオキサン、ポリ(2−オキセタノン)などのポリエステル樹脂;ポリフェニレンオキサイド、ポリカプロラクタムおよびポリヘキサメチレンアジパミド等のポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリカーボネート/ABS樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリウレタン樹脂、繊維素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、シクロオレフィンポリマー、液晶ポリマー等が挙げられる。これら熱可塑性樹脂は、単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。
上述した熱可塑性樹脂は、100℃〜160℃のガラス転移点を備えることが好ましい。
無機粒子の種類は、特に制限されず、金属酸化物、金属硫化物、金属セレン化物、金属テルル化物等が挙げられる。
これらの中でも、本発明の効果を得やすいという観点から、金属酸化物が好ましく、Si、Al、Ti、Zn、Sn、Zr、Y、Ce、Ba、Sr、C、B、La、Gd、Nb、Mg、Ca、およびTaからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む金属酸化物であることが好ましい。
無機粒子のさらに具体的な例としては、たとえば、酸化ジルコニウム、イットリア添加酸化ジルコニウム、ジルコン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸スズ、酸化スズ、酸化ビスマス、酸化ニオブ、酸化タンタル、タンタル酸カリウム、酸化タングステン、酸化セリウム、酸化ランタン、酸化ガリウム等、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。無機粒子は、単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。
有機無機複合組成物を光学用途に用いる場合には、無機粒子は、屈折率が高いことが好ましく、屈折率が1.8以上の無機粒子を用いることが好ましい。具体的には、無機粒子は、酸化チタン、チタン酸バリウム(屈折率=約2.4)、酸化ジルコニウム(屈折率=約2.1)、酸化セリウム(屈折率=約2.2)であることが好ましい。酸化チタンは、主にルチル型(屈折率=約2.7)とアナターゼ型(屈折率=約2.5)の2種類の結晶構造を有するが、アナターゼ型の酸化チタンは光触媒活性が高く、光学的な用途への使用にはあまり適さないためルチル型の酸化チタンであることが好ましい。また、酸化チタンの光触媒活性を低下させるために表面がシリカなどでコーティングされた酸化チタン粒子を用いてもよい。
本発明のレンズ11〜16の製造方法は特に制限されないが、熱可塑性樹脂、無機粒子、および必要に応じて添加剤を溶融混練して製造する方法が好ましい。溶融混練に用いることができる装置としては、ラボプラストミル、ブラベンダー、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等のような密閉式混練装置、またはバッチ式混練装置を挙げることができる。また、単軸押出機、二軸押出機等のように連続式の溶融混練装置を用いることもできる。
熱可塑性樹脂と無機粒子とは、一括で添加し混練してもよいし、段階的に分割添加して混練してもよい。この場合、押出機などの溶融混練装置では、段階的に添加する成分をシリンダーの途中から添加することも可能である。また、予め混練を行った後、熱可塑性樹脂以外の成分で添加しなかった成分(たとえば無機粒子、上記の添加剤など)を添加してさらに溶融混練してもよい。この際、これらの成分は一括で添加して、混練してもよいし、段階的に分割添加して混練してもよい。分割して添加する方法も、一成分を数回に分けて添加する方法も採用でき、一成分は一括で添加し、異なる成分を段階的に添加する方法も採用でき、それらを組み合わせた方法でもよい。
レンズ11〜16の厚みとしては特に限定されないが、0.2mm以上であることが好ましい。このように厚みを0.2mm以上にすることによって、レンズ11〜16を射出成型によって容易に製造することができる。
<実施例>
次に、第1実施形態に係る撮像レンズ1の具体的な数値実施例を示す。以下では複数の数値実施例をまとめて説明する。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
R:曲率半径(非球面については近軸曲率半径)
D:面間隔
Nd:d線に対する屈折率
νd:アッベ数
なお、面データにおいて、R、Dの単位はmmである。
また、回転対称非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にX軸をとり、光軸と垂直方向の高さをhとして以下の「数1」で表される。
ただし、
Ai:i次の非球面係数
R:曲率半径
K:円錐状数
また、非球面係数において、10のべき乗数をEを用いて表す。
(実施例1)
実施例1における撮像レンズの面データを以下に示す。
実施例1において、第2レンズ12(正レンズ)の屈折率は、1.545であって、アッベ数は56である。また、第3レンズ13(負レンズ)の屈折率は、1.7であって、アッベ数は20である。
撮像レンズの非球面係数を以下に示す。
図2は、実施例1に係る撮像レンズ1のMTF−像高比特性を示すグラフである。MTF(Modulation Transfer Function:変調伝達関数)とは、像面を光軸方向に移動させていったときの、像面に形成される像のコントラスト変化を示す指標である。このMTFが大きいほど、像面に形成された像が、高い解像力によって結像されていると判断することができる。
図2に示すグラフは、横軸に像高比を示しており、像高比0〜1に関する、タンジェンシャル像面およびサジタル像面における各特性を示している。また、図2において、「T1」はタンジェンシャル像面かつ周波数が40サイクル/mmの場合の特性を示し、「S1」はサジタル像面かつ周波数が40サイクル/mmの場合の特性を示し、「T2」はタンジェンシャル像面かつ周波数が80サイクル/mmの場合の特性を示し、「S2」はサジタル像面かつ周波数が80サイクル/mmの場合の特性を示し、「T3」はタンジェンシャル像面かつ周波数が100サイクル/mmの場合の特性を示し、「S3」はサジタル像面かつ周波数が100サイクル/mmの場合の特性を示し、「T4」はタンジェンシャル像面かつ周波数が120サイクル/mmの場合の特性を示し、「S4」はサジタル像面かつ周波数が120サイクル/mmの場合の特性を示し、「T5」はタンジェンシャル像面かつ周波数が140サイクル/mmの場合の特性を示し、「S5」はサジタル像面かつ周波数が140サイクル/mmの場合の特性を示し、「T6」はタンジェンシャル像面かつ周波数が160サイクル/mmの場合の特性を示し、「S6」はサジタル像面かつ周波数が160サイクル/mmの場合の特性を示す。
(実施例2)
実施例2における撮像レンズの面データを以下に示す。
実施例2において、第2レンズ12(正レンズ)の屈折率は、1.545であって、アッベ数は56である。また、第3レンズ13(負レンズ)の屈折率は、1.68であって、アッベ数は19.3である。
撮像レンズの非球面係数を以下に示す。
図3は、実施例2に係る撮像レンズのMTF−像高比特性を示すグラフである。図3は、実施例2に係る撮像レンズの図2に対応するグラフである。
図2および図3を比較すると、実施例1に係る撮像レンズおよび実施例2に係る撮像レンズの、MTF−像高比特性は略同一であることが分かった。ここで、実施例2に係る撮像レンズの第3レンズ13(負レンズ)の屈折率1.68は、実施例1に係る撮像レンズの第3レンズ13(負レンズ)の屈折率1.70よりも小さい。一方、実施例2に係る撮像レンズの第3レンズ13(負レンズ)のアッベ数19.3は、実施例1に係る撮像レンズの第3レンズ13(負レンズ)のアッベ数20よりも小さい。すなわち、実施例2の負レンズは、実施例1の負レンズよりも屈折率が低いが、アッベ数が低くなったことで、同等の性能を維持していることが分かる。
次に、図4を参照して、第3レンズ13(負レンズ)の屈折率と撮像レンズ1の厚みの関係について説明する。図4において、横軸は第3レンズ13の屈折率を、縦軸は撮像レンズ1の厚みをそれぞれ示している。
図4に示すように、第3レンズ13の屈折率が1.7のとき撮像レンズの厚みは4.65mm、第3レンズ13の屈折率が1.75のとき撮像レンズの厚みは4.55mm、第3レンズ13の屈折率が1.8のとき撮像レンズの厚みは4.5mmであった。また、比較例として第3レンズの屈折率が1.65のとき、撮像レンズの厚みは4.9mmであった。この結果から、第3レンズ13の屈折率を1.66以上とすることによって、撮像レンズの厚みを好適に薄くすることができる。
次に、図5を参照して、第2レンズ12(正レンズ)の屈折率と撮像レンズ1の厚みの関係について説明する。図5において、横軸は第2レンズ12の屈折率を、縦軸はF値をそれぞれ示している。まあ、図5において、黒塗りの四角形状は、実施例を示し、白塗りのひし形形状は、比較例を示している。実施例としては、撮像レンズの厚みが4.2mmであって、比較例としては、撮像レンズの厚みが4.9mmである。
図5に示すように、実施例では、第2レンズ12の屈折率が1.54のときF値は2で、屈折率が1.57のときF値は1.96で、屈折率が1.61のときF値は1.89で、屈折率が1.65のときF値は1.78であった。一方、比較例では、第2レンズの屈折率が1.54のとき、F値は1.92であった。このように第2レンズ12の屈折率を1.54以上にすることによって、撮像レンズの厚みを抑えつつ、F値を下げることができる。
<第2実施形態>
図6は、第2実施形態に係る撮像レンズ2の概略図である。
第2実施形態に係る撮像レンズ2は、図6に示すように、物体側から順に、絞りS、第1レンズ21、第2レンズ22、第3レンズ23、第4レンズ24、および第5レンズ25を有し、5つのレンズ群から構成されている。
第1レンズ21は、正の屈折力を有する。第1レンズ21の物体側の表面形状は凸であって、像面側の表面形状は凸である。
第1レンズ21は、正レンズに相当する。第1レンズ21のd線に対する屈折率は1.54以上であって、アッベ数は55以上である。
第2レンズ22は、負の屈折力を有する。第2レンズ22の物体側の表面形状は凸であって、像面側の表面形状は凹である。
第2レンズ22は、負レンズに相当する。第2レンズ22のd線に対する屈折率は1.66以上であって、アッベ数が21以下である。また、第2レンズ22の焦点距離をf3、レンズ群10の焦点距離をfとしたとき、f3/fによって求められる比率は、1.0以上3.0以下であることが好ましい。
第3レンズ23は、屈折力を有する。第3レンズ23の物体側の表面形状は凹であって、像面側の表面形状は凸である。
第4レンズ24は、屈折力を有する。第4レンズ24の物体側の表面形状は凹であって、像面側の表面形状は凸である。
第5レンズ25は、屈折力を有する。第5レンズ25の光軸近傍における物体側の表面形状は凸であって、像面側の表面形状は凹である。
レンズ21〜25の材料については、第1実施形態のレンズ11〜16の材料と同一のものを用いることができる。
<実施例>
次に、第2実施形態に係る撮像レンズ2の具体的な数値実施例を示す。以下では複数の数値実施例をまとめて説明する。
(実施例3)
実施例3における撮像レンズの面データを以下に示す。
実施例3において、第1レンズ21(正レンズ)の屈折率は、1.544であって、アッベ数は55.6である。また、第2レンズ22(負レンズ)の屈折率は、1.8であって、アッベ数は20である。
撮像レンズの非球面係数を以下に示す。
(実施例4)
実施例4における撮像レンズの面データを以下に示す。
実施例4において、第1レンズ21(正レンズ)の屈折率は、1.65であって、アッベ数は70である。また、第2レンズ22(負レンズ)の屈折率は、1.8であって、アッベ数は20である。
撮像レンズの非球面係数を以下に示す。
本発明は、上述した実施形態にのみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
例えば、上述した実施形態では、撮像レンズは、5枚または6枚のレンズ群によって構成されていたが、4枚以下のレンズ群によって構成されていてもよい。
1、2 撮像レンズ、
11 第1レンズ、
12 第2レンズ(正レンズ)、
13 第3レンズ(負レンズ)、
14 第4レンズ、
15 第5レンズ、
16 第6レンズ、
21 第1レンズ(正レンズ)、
22 第2レンズ(負レンズ)、
23 第3レンズ、
24 第4レンズ、
25 第5レンズ、
S 絞り。

Claims (8)

  1. 6枚以下のレンズ群からなる撮像レンズであって、
    前記レンズ群のうち物体側から視て最初に設けられる負レンズの、d線に対する屈折率が1.66以上であって、アッベ数が21以下である、撮像レンズ。
  2. 前記負レンズにおいて、前記物体側の光軸近傍の表面形状が凸、像面側の光軸近傍の表面形状が凹である、請求項1に記載の撮像レンズ。
  3. 前記負レンズの焦点距離をf3、前記レンズ群の焦点距離をfとしたとき、f3/fによって求められる比率が、1.0以上3.0以下である、請求項1または2に記載の撮像レンズ。
  4. 前記レンズ群のうち、前記負レンズの前記物体側に隣り合う正レンズの、d線に対する屈折率が1.54以上であって、アッベ数が55以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
  5. 前記正レンズについて、前記物体側の表面形状が凸である、請求項4に記載の撮像レンズ。
  6. 前記レンズ群のうち、厚みが最小であるレンズの厚みは0.2mm以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
  7. 前記レンズ群を構成するレンズの材料は、100℃〜180℃のガラス転移点を有する熱可塑性樹脂である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
  8. 前記レンズ群を構成するレンズの材料は、ガラス転移点を有する熱可塑性樹脂と無機粒子の混合物である請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
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