JP2020021043A - 撮像光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】光学レンズに関する発明であり、レンズ容積を縮小させることができ、レンズの軽量化と小型化を実現できる撮像光学レンズを提供する。【解決手段】物体側から像面側に向って順に、絞りＳｔ、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５が配置され、且つ、撮像光学レンズ系全体の焦点距離がｆ、第１レンズの焦点距離がｆ１、第３レンズの焦点距離がｆ３、第４レンズの焦点距離がｆ４、屈折率がｎ４、像面側面の有効半径がＳＤ８、第４レンズの像面側面から第５レンズの物体側面までの軸上距離がｄ８、撮像光学レンズ系全体の光学全長がＴＴＬとしたときに、次の条件式を満足する。０．５＜ｆ１／ｆ＜１，１．５５＜ｎ４＜１．７，−３＜ｆ３／ｆ４＜−０．５，０．２＜ＳＤ８／ＩｍｇＨ＜０．５，０．０７＜ｄ８／ＴＴＬ＜０．３。【選択図】図１

Description

本発明は、光学レンズに関し、特にスマートフォン、デジタルカメラなどの携帯型ターミナル装置に好適な撮像光学レンズに関する。

近年、スマートフォンが盛んに興り、小型化撮影レンズの需要が日々に向上している。これに伴い、一般に撮影レンズの感光素子が電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）又は相補型酸化金属半導体素子（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｃｔｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ， ＣＭＯＳ Ｓｅｎｓｏｒ）の２種類しかなく、且つ半導体製造工程技術の向上により、感光素子のピクセル寸法を縮小させて、さらに現時点の電子製品が高性能、且つ小型化を発展傾向としているため、良好な画質を有する小型化の撮像レンズが市場上の主流となっている。

良好な画質を獲得するために、従来の携帯用モジュールカメラに搭載していたレンズでは、ほとんど３枚又は４枚レンズ構成を採用していた。ところが、技術の発展及びユーザーの多様なニーズの増加に伴い、感光素子のピクセル面積が絶えず縮小し、且つシステムに対する画質への要求も絶えず向上しているため、５枚レンズ構成がだんだんレンズデザインに現れてきたが、よく見られる５枚レンズで構成される撮像レンズの有効半径が大きく、レンズ容積が縮小できなくなってしまい、レンズの軽量化と小型化を実現できない。

上記の問題に対して、本発明の目的は、レンズの光学有効半径を減少して、レンズ容積を縮小させ、レンズの軽量化と小型化を実現できる撮像光学レンズを提供する。

上記の技術問題を解決するために、本発明の実施形態は、物体側から像面側に向って順に、絞り、正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する第２レンズ、負のパワーを有する第３レンズ、正のパワーを有する第４レンズ、及び負のパワーを有する第５レンズで配置され、且つ、撮像光学レンズ系全体の焦点距離がｆ、前記第１レンズの焦点距離がｆ１、前記第３レンズの焦点距離がｆ３、前記第４レンズの焦点距離がｆ４、前記第４レンズの屈折率がｎ４、前記第４レンズの像面側面から前記第５レンズの物体側面までの軸上距離がｄ８、前記第４レンズの像面側面の有効半径がＳＤ８、撮像光学レンズ系全体の最大像高がＩｍｇＨ、撮像光学レンズ系全体の光学全長がＴＴＬとしたときに、次の条件式（１）〜（５）を満足することを特徴とする撮像光学レンズを提供した。
０．５＜ｆ１／ｆ＜１ （１）
１．５５＜ｎ４＜１．７ （２）
−３＜ｆ３／ｆ４＜−０．５ （３）
０．２＜ＳＤ８／ＩｍｇＨ＜０．５ （４）
０．０７＜ｄ８／ＴＴＬ＜０．３ （５）

本発明の実施形態は、既存技術と比べると、前記撮像光学レンズの焦点距離、第１レンズの焦点距離、第３レンズの焦点距離、第４レンズの焦点距離、第４レンズの屈折率、第４レンズの有効半径サイズ、第４レンズの像面側面から前記第５レンズの物体側面までの軸上距離、及び撮像光学レンズの光学全長が上記の条件式を満足する時に、各レンズのパワー分配を制御し、調整することができるとともに、第４レンズは高い屈折率の光学材料を採用して、第４レンズの屈折率に上記の条件式を満足させると、第４レンズの有効半径サイズを減少することができ、さらに撮像光学レンズ容積を縮小させることができ、撮像光学レンズの軽量化と小型化を実現する。

なお、撮像光学レンズ系全体の焦点距離がｆ、前記第１レンズの焦点距離がｆ１、前記第２レンズの焦点距離がｆ２、前記第３レンズの焦点距離がｆ３、前記第４レンズの焦点距離がｆ４、前記第５レンズの焦点距離がｆ５としたときに、次の条件式（６）〜（１０）を満足する。
０．５＜ｆ１／ｆ＜１ （６）
−４＜ｆ２／ｆ＜−１ （７）
−６＜ｆ３／ｆ＜−１．５ （８）
１＜ｆ４／ｆ＜５ （９）
−４＜ｆ５／ｆ＜−１ （１０）

なお、前記第１レンズの屈折率がｎ１、前記第２レンズの屈折率がｎ２、前記第３レンズの屈折率がｎ３、前記第５レンズの屈折率がｎ５としたときに、次の条件式（１１）〜（１４）を満足する。
１．４＜ｎ１＜１．５５ （１１）
１．５５＜ｎ２＜１．７ （１２）
１．５５＜ｎ３＜１．７ （１３）
１．４＜ｎ５＜１．５５ （１４）

なお、前記第１レンズのアッベ数がｖ１、前記第２レンズのアッベ数がｖ２、前記第３レンズのアッベ数がｖ３、前記第４レンズのアッベ数がｖ４、前記第５レンズのアッベ数がｖ５としたときに、次の条件式（１５）〜（１９）を満足する。
５０＜ｖ１＜６５ （１５）
１０＜ｖ２＜３５ （１６）
１０＜ｖ３＜３５ （１７）
１０＜ｖ４＜３５ （１８）
５０＜ｖ５＜６５ （１９）

なお、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ及び第５レンズの材質は全部ともプラスチックである。

本発明の一実施形態に係る撮像光学レンズの構成を示す図である。 図１に示す撮像光学レンズの軸上色収差図である。 図１に示す撮像光学レンズの倍率色収差図である。 図１に示す撮像光学レンズの像面湾曲及び歪曲収差図である。

本発明の目的、技術的事項及び長所をよりはっきりと分かるように、次に図面を参照しつつ本発明の各実施形態について詳しく説明する。ところが、本分野の普通技術人員は理解できるが、本発明の各実施形態において、読者をより良く本発明を理解できるようにたくさんの技術的な細部を提出した。ただし、これらの技術的な細部及び次の各実施形態の様々な変化と修正が無くても、本発明において保護要求される技術的事項を実現することもできる。

図面を参照しつつ、本発明は撮像光学レンズ１０を提供する。本発明実施例の撮像光学レンズ１は図１に示され、この撮像光学レンズ１０は５枚レンズを備えている。具体的に、前記撮像光学レンズ１０は、物体側から像面側に向って順に、絞りＳｔ、正のパワーを有する第１レンズＬ１、負のパワーを有する第２レンズＬ２、負のパワーを有する第３レンズＬ３、正のパワーを有する第４レンズＬ４、及び負のパワーを有する第５レンズＬ５が配置されている。また、第５レンズＬ５と像面Ｓｉとの間に、光学フィルター（ｆｉｌｔｅｒ）ＧＦなどの光学素子を配置することができる。

第１レンズＬ１は正のパワーを有し、有効にシステムの長さを減少することができ、その物体側面が外へ突出している凸面をなし、絞りＳｔは撮影対象物と第１レンズＬ１の間に配置されている。第２レンズＬ２は、負のパワーを有する。第３レンズＬ３は、負のパワーを有する。第４レンズＬ４は、正のパワーを有し、本実施例において、第４レンズＬ４の物体側面と像面側面が全部とも凸面をなしている。第５レンズＬ５は、負のパワーを有し、本実施例において、第５レンズＬ５の物体側面が凸面をなし、像面側面が凹面となしている。

ここに、撮像光学レンズ系全体１０の焦点距離がｆ、前記第１レンズＬ１の焦点距離がｆ１、前記第３レンズＬ３の焦点距離がｆ３、前記第４レンズＬ４の焦点距離がｆ４、前記第４レンズＬ４の屈折率がｎ４、前記第４レンズＬ４の像面側面から前記第５レンズＬ５の物体側面までの軸上距離がｄ８、前記第４レンズＬ４の像面側面の有効半径がＳＤ８、撮像光学レンズ系全体の最大像高がＩｍｇＨ、撮像光学レンズ系全体１０の光学全長がＴＴＬであると定義したときに、条件式０．５＜ｆ１／ｆ＜１、１．５５＜ｎ４＜１．７、−３＜ｆ３／ｆ４＜−０．５、０．２＜ＳＤ８／ＩｍｇＨ＜０．５、０．０７＜ｄ８／ＴＴＬ＜０．３を満足する。

本発明の実施形態は既存技術と比べると、前記撮像光学レンズ１０の焦点距離ｆ、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１、第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３、第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４、第４レンズＬ４の屈折率ｎ４、第４レンズＬ４の像面側面の有効半径ＳＤ８、第４レンズＬ４の像面側面から前記第５レンズＬ５の物体側面までの軸上距離ｄ８、及び撮像光学レンズの光学全長ＴＴＬが上記の条件式を満足する時に、各レンズのパワー分配を制御し、調整することができるとともに、第４レンズＬ４は高い屈折率の光学材料を採用して、第４レンズＬ４の屈折率ｎ４に上記の条件式を満足させる時、第４レンズＬ４の像面側面の有効半径サイズを減少することができ、さらに撮像光学レンズ１０の容積を縮小させることができ、撮像光学レンズ１０の軽量化と小型化を実現する。

具体的に、本発明の実施例において、撮像光学レンズ系全体１０の焦点距離がｆ、前記第１レンズＬ１の焦点距離がｆ１、前記第２レンズＬ２の焦点距離がｆ２、前記第３レンズＬ３の焦点距離がｆ３、前記第４レンズＬ４の焦点距離がｆ４、前記第５レンズＬ５の焦点距離がｆ５とし、単位をミリ（ｍｍ）としたときに、条件式０．５＜ｆ１／ｆ＜１、−４＜ｆ２／ｆ＜−１、−６＜ｆ３／ｆ＜−１．５、１＜ｆ４／ｆ＜５、−４＜ｆ５／ｆ＜−１を満足する。このような設計は、撮像光学レンズ系全体１０の光学全長ＴＴＬをできる限りに短くさせて、小型化の特性を維持することができる。

具体的に、本発明の実施例において、前記第１レンズＬ１の屈折率がｎ１、前記第２レンズＬ２の屈折率がｎ２、前記第３レンズＬ３の屈折率がｎ３、前記第５レンズＬ５の屈折率がｎ５としたときに、条件式１．４＜ｎ１＜１．５５、１．５５＜ｎ２＜１．７、１．５５＜ｎ３＜１．７、１．４＜ｎ５＜１．５５を満足する。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３は高い屈折率の光学材料を採用して、有効的にシステムの色収差を減少できる。第５レンズＬ５は低い屈折率の光学材料を採用して、有効的にシステムの寸法を低減できる。

具体的に、本発明の実施例において、前記第１レンズＬ１のアッベ数がｖ１、前記第２レンズＬ２のアッベ数がｖ２、前記第３レンズＬ３のアッベ数がｖ３、前記第４レンズＬ４のアッベ数がｖ４、前記第５レンズＬ５のアッベ数がｖ５としたときに、条件式５０＜ｖ１＜６５、１０＜ｖ２＜３５、１０＜ｖ３＜３５、１０＜ｖ４＜３５、５０＜ｖ５＜６５を満足する。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４は低いアッベ数の光学材料を採用して、有効的にシステムの色収差を減少できる。

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プラスチックにしても良い。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パワー分配の自由度を増加することができる。レンズの材質がプラスチックである場合、有効的に生産原価を削減することができる。

本発明の実施例において、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ及び第５レンズの材質は全部ともプラスチックであり、有効的に生産原価を削減することができる。

また、レンズの表面は非球面形状とすることができ、非球面は簡単に球面以外の形状に作られ、より多い制御変数を獲得して、諸収差を削減するために用いて、レンズの使用数を縮減するため、有効的に本発明の撮像光学レンズの全長を低減することができる。本発明の実施例において、各レンズの物体側面と像面側面は全部とも非球面とする。

本発明の実施例において、上記の条件式により、各レンズのパワー分配を制御し調整することができるとともに、撮像光学レンズ系全体１０の容積を縮小させることができ、撮像光学レンズ１０の高性能、小型化、頭部狭小化、感度向上を実現する。

好ましくは、高品質の画質ニーズを満足するように、前記レンズの物体側面及び／又は像面側面に変曲点及び／又は停留点を設けることもでき、具体的な実施可能方案は次の説明を参照する。

次には本発明の実施例の撮像光学レンズ１０に基づく設計データを示す。

本発明の実施例の撮像光学レンズ１０のデータを表１、表２に示す。

各記号は次のことを示す。
ｆ：撮像光学レンズ１０の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２：第２レンズＬ２の焦点距離
ｆ３：第３レンズＬ３の焦点距離
ｆ４：第４レンズＬ４の焦点距離
ｆ５：第５レンズＬ５の焦点距離
ｆ１２：第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離

但し、Ｒ１、Ｒ２は第１レンズＬ１の物体側面、像面側面であり、Ｒ３、Ｒ４は第２レンズＬ２の物体側面、像面側面であり、Ｒ５、Ｒ６は第３レンズＬ３の物体側面、像面側面であり、Ｒ７、Ｒ８は第４レンズＬ４の物体側面、像面側面であり、Ｒ９、Ｒ１０は第５レンズＬ５の物体側面、像面側面であり、Ｒ１１、Ｒ１２は光学フィルターＧＦの物体側面、像面側面である。ほかの記号は次のことを示す。
ｄ０：絞りＳｔから第１レンズＬ１の物体側面までの軸上距離
ｄ１：第１レンズＬ１の軸上厚さ
ｄ２：第１レンズＬ１の像面側面から第２レンズＬ２物体側面までの軸上距離
ｄ３：第２レンズＬ２の軸上厚さ
ｄ４：第２レンズＬ２の像面側面から第３レンズＬ３物体側面までの軸上距離
ｄ５：第３レンズＬ３の軸上厚さ
ｄ６：第３レンズＬ３の像面側面から第４レンズＬ４物体側面までの軸上距離
ｄ７：第４レンズＬ４の軸上厚さ
ｄ８：第４レンズＬ４の像面側面から第５レンズＬ５物体側面までの軸上距離
ｄ９：第５レンズＬ５の軸上厚さ
ｄ１０：第５レンズＬ５の像面側面から光学フィルターＧＦ物体側面までの軸上距離
ｄ１１：光学フィルターＧＦの軸上厚さ
ｄ１２：光学フィルターＧＦの像面側面から像面までの軸上距離
ＳＤ１：第１レンズＬ１の物体側面の有効半径
ＳＤ２：第１レンズＬ１の像面側面の有効半径
ＳＤ３：第２レンズＬ２の物体側面の有効半径
ＳＤ８：第２レンズＬ２の像面側面の有効半径
ＳＤ５：第３レンズＬ３の物体側面の有効半径
ＳＤ６：第３レンズＬ３の像面側面の有効半径
ＳＤ７：第４レンズＬ４の物体側面の有効半径
ＳＤ８：第４レンズＬ４の像面側面の有効半径
ＳＤ９：第５レンズＬ５の物体側面の有効半径
ＳＤ１０：第５レンズＬ５の像面側面の有効半径
ｎｄ１：第１レンズＬ１の屈折率
ｎｄ２：第２レンズＬ２の屈折率
ｎｄ３：第３レンズＬ３の屈折率
ｎｄ４：第４レンズＬ４の屈折率
ｎｄ５：第５レンズＬ５の屈折率
ｖ１：第１レンズＬ１のアッベ数
ｖ２：第２レンズＬ２のアッベ数
ｖ３：第３レンズＬ３のアッベ数
ｖ４：第４レンズＬ４のアッベ数
ｖ５：第５レンズＬ５のアッベ数

本発明の実施例の撮像光学レンズ１０の各レンズの非球面データを表３に示す。

本発明の実施例の撮像光学レンズ１０における各レンズの変曲点及び停留点の設計データを表４、表５に示す。但し、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれに第１レンズＬ１の物体側面と像面側面を示し、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれに第２レンズＬ２の物体側面と像面側面を示し、Ｒ５、Ｒ６はそれぞれに第３レンズＬ３の物体側面と像面側面を示し、Ｒ７、Ｒ８はそれぞれに第４レンズＬ４の物体側面と像面側面を示し、Ｒ９、Ｒ１０はそれぞれに第５レンズＬ５の物体側面と像面側面を示す。「変曲点位置」欄に対応するデータは、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光軸までの垂直距離である。「停留点位置」欄に対応するデータは、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光軸までの垂直距離である。

波長４７０ｎｍ、５１０ｎｍ、５５５ｎｍ、６１０ｎｍと６５０ｎｍの光が実施例の撮像光学レンズ１０を通した後の軸上色収差及び倍率色収差をそれぞれに図２、図３に示す。波長５５５ｎｍの光が実施例の撮像光学レンズ１０を通した後の像面湾曲と歪曲収差を図４に示す。

後に登場する表６は、上記の条件式によって本実施例における各条件式に対応する数値を示す。本実施例の撮像光学レンズ１０は上記の条件式を満足するのは明らかである。

本実施例において、前記撮像光学レンズの入射瞳直径が１．８８７７７ｍｍ、撮像光学レンズ系全体の最大像高ＩｍｇＨは３．２３８ｍｍであり、対角線方向の全画角は７７．８１°である。

本分野の普通技術人員は理解できるように、上記の各実施形態は本発明を実現する具体的な実施例であるが、実際の応用には、形式的又は細部的にそれに対して様々な変更を行うことができ、本発明の精神と範囲から逸脱しない。

Claims (5)

1. 物体側から像面側に向って順に、絞り、正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する第２レンズ、負のパワーを有する第３レンズ、正のパワーを有する第４レンズ、及び負のパワーを有する第５レンズが配置され、且つ、撮像光学レンズ系全体の焦点距離がｆ、前記第１レンズの焦点距離がｆ１、前記第３レンズの焦点距離がｆ３、前記第４レンズの焦点距離がｆ４、前記第４レンズの屈折率がｎ４、前記第４レンズの像面側面から前記第５レンズの物体側面までの軸上距離がｄ８、前記第４レンズの像面側面の有効半径がＳＤ８、撮像光学レンズ系全体の最大像高がＩｍｇＨ、撮像光学レンズ系全体の光学全長がＴＴＬとしたときに、次の条件式（１）〜（５）を満足することを特徴とする撮像光学レンズ。
   ０．５＜ｆ１／ｆ＜１ （１）
   １．５５＜ｎ４＜１．７ （２）
   −３＜ｆ３／ｆ４＜−０．５ （３）
   ０．２＜ＳＤ８／ＩｍｇＨ＜０．５ （４）
   ０．０７＜ｄ８／ＴＴＬ＜０．３ （５）
2. 撮像光学レンズ系全体の焦点距離がｆ、前記第１レンズの焦点距離がｆ１、前記第２レンズの焦点距離がｆ２、前記第３レンズの焦点距離がｆ３、前記第４レンズの焦点距離がｆ４、前記第５レンズの焦点距離がｆ５としたときに、次の条件式（６）〜（１０）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像光学レンズ。
   ０．５＜ｆ１／ｆ＜１ （６）
   −４＜ｆ２／ｆ＜−１ （７）
   −６＜ｆ３／ｆ＜−１．５ （８）
   １＜ｆ４／ｆ＜５ （９）
   −４＜ｆ５／ｆ＜−１ （１０）
3. 前記第１レンズの屈折率がｎ１、前記第２レンズの屈折率がｎ２、前記第３レンズの屈折率がｎ３、前記第５レンズの屈折率がｎ５としたときに、次の条件式（１１）〜（１４）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像光学レンズ。
   １．４＜ｎ１＜１．５５ （１１）
   １．５５＜ｎ２＜１．７ （１２）
   １．５５＜ｎ３＜１．７ （１３）
   １．４＜ｎ５＜１．５５ （１４）
4. 前記第１レンズのアッベ数がｖ１、前記第２レンズのアッベ数がｖ２、前記第３レンズのアッベ数がｖ３、前記第４レンズのアッベ数がｖ４、前記第５レンズのアッベ数がｖ５としたときに、次の条件式（１５）〜（１９）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像光学レンズ。
   ５０＜ｖ１＜６５ （１５）
   １０＜ｖ２＜３５ （１６）
   １０＜ｖ３＜３５ （１７）
   １０＜ｖ４＜３５ （１８）
   ５０＜ｖ５＜６５ （１９）
5. 前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ及び第５レンズの材質は全部ともプラスチックであることを特徴とする請求項１記載の撮像光学レンズ。