JP2020122954A - 広角レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、光学レンズ分野に関し、広角レンズを提供する。【解決手段】当該広角レンズは、物体側から、順に正の屈折力を有する第1レンズ、負の屈折力を有する第2レンズ、負の屈折力を有する第3レンズ、第4レンズ、第5レンズ、及び第6レンズからなり、且つ条件式−1.00≦f1/f2≦−0.30、15.00≦R9/d9≦50.00、−2.00≦f5/f6≦−1.00、2.75≦d1/d3≦5.00を満足する。当該広角レンズは、高結像性能を得ると共に、低TTLを得ることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、撮像レンズに関する発明である。特に、高画素用CCD、CMOSなどの撮像素子を使用した携帯電話カメラモジュール、WEB撮像レンズなどに好適な、良好な光学特性を有し、TTL(光学長)/IH(像高)≦1.50で、極薄であり、且つF値(以下、FNOと略称する)が2.00以下である、6枚のレンズで構成される広角レンズに関する発明である。
近年、CCDやCMOSなどの撮像素子を使用した各種撮像装置が広く普及している。これらの撮像素子の小型化、高性能化に伴い、優れた光学特性を有し、極薄であり、且つ明るいFNOを有する撮像レンズが求められている。
優れた光学特性を有し、極薄であり、且つ明るいFNOである、6枚のレンズで構成される撮像レンズに関する技術開発が進められている。物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ、負の屈折力を有する第2レンズ、負の屈折力を有する第3レンズ、第4レンズ、第5レンズ及び第6レンズで構成された広角レンズが提案されている。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、高結像性能を得るとともに、極薄化と広角化の要求を満たす広角レンズを提供することを目的とする。
上記問題を解決するために、本発明の実施形態は、広角レンズを提供する。前記広角レンズは、物体側から像側にかけて、順に第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、第4レンズ、第5レンズ、及び第6レンズからなり、前記第1レンズが正の屈折力を有し、前記第2レンズが負の屈折力を有し、前記第3レンズが負の屈折力を有し、且つ、以下の条件式(1)〜(4)を満足する。
−1.00≦f1/f2≦−0.30 (1)
15.00≦R9/d9≦50.00 (2)
−2.00≦f5/f6≦−1.00 (3)
2.75≦d1/d3≦5.00 (4)
但し、
f1:前記第1レンズの焦点距離
f2:前記第2レンズの焦点距離
R9:前記第5レンズの物体側面の軸上曲率半径
d9:前記第5レンズの軸上厚み
f5:前記第5レンズの焦点距離
f6:前記第6レンズの焦点距離
d1:前記第1レンズの軸上厚み
d3:前記第2レンズの軸上厚みである。
本発明の実施形態は、従来技術に対して、上記レンズの配置方式により、軸上厚みと曲率半径のデータ上に特定の関係を有するレンズの協働により、広角レンズが高結像性能を得ると共に、極薄化と広角化の要求を満足することができる。
好ましくは、さらに以下の条件式(5)を満足する。
−20.00≦(R7+R8)/(R7−R8)≦−1.00 (5)
但し、
R7:前記第4レンズの物体側面の軸上曲率半径
R8:前記第4レンズの像側面の軸上曲率半径である。
好ましくは、さらに以下の条件式(6)を満足する。
0.50≦f1/f≦2.00 (6)
但し、
f1:前記第1レンズの焦点距離
f:前記広角レンズ全体の焦点距離である。
好ましくは、さらに以下の条件式(7)を満足する。
0.50≦f1/f≦1.00 (7)
好ましくは、さらに以下の条件式(8)を満足する。
1.00≦(R3+R4)/(R3−R4)≦5.00 (8)
但し、
R3:前記第2レンズの物体側面の軸上曲率半径
R4:前記第2レンズの像側面の軸上曲率半径である。
好ましくは、さらに以下の条件式(9)を満足する。
1.00≦(R3+R4)/(R3−R4)≦3.00 (9)
好ましくは、さらに以下の条件式(10)を満足する。
0.10≦Yc62/TTL≦0.55 (10)
但し、
Yc62:前記第6レンズの像側面における停留点から光軸までの垂直距離
TTL:前記広角レンズの光学長である。
好ましくは、前記第4レンズは正の屈折力を有し、前記第5レンズは正の屈折力を有し、前記第6レンズは負の屈折力を有する。
好ましくは、前記広角レンズのFNOは2.00以下である。
本発明は、下記の有利な作用効果を有する。本発明に係る撮像光学レンズは、優れた光学特性を有し、極薄、広角であり且つ色収差が十分に補正され、特に高画素用のCCD、CMOSなどの撮像素子により構成された携帯電話の撮像レンズアセンブリとWEB撮像レンズに適用することができる。
本発明の第1実施形態に係る広角レンズの構成を示す模式図である。 図1に示す広角レンズの軸上色収差を示す模式図である。 図1に示す広角レンズの倍率色収差を示す模式図である。 図1に示す広角レンズの像面湾曲及び歪曲収差を示す模式図である。 本発明の第2実施形態に係る広角レンズの構成を示す模式図である。 図5に示す広角レンズの軸上色収差を示す模式図である。 図5に示す広角レンズの倍率色収差を示す模式図である。 図5に示す広角レンズの像面湾曲及び歪曲収差を示す模式図である。 本発明の第3実施形態に係る広角レンズの構成を示す模式図である。 図9に示す広角レンズの軸上色収差を示す模式図である。 図9に示す広角レンズの倍率色収差を示す模式図である。 図9に示す広角レンズの像面湾曲及び歪曲収差を示す模式図である。
本発明の目的、解決手段及びメリットがより明瞭になるように、図面を参照しながら、本発明の各実施形態を以下に詳しく説明する。しかし、本発明の各実施形態において、本発明が良く理解されるように多くの技術的詳細が提出されたが、それらの技術的詳細および以下の各実施形態に基づく各種の変化及び修正が存在しなくとも、本発明の保護しようとするものを実現可能であることは、当業者に理解されるべきである。
(第1実施形態)
図面を参照し、本発明は、広角レンズ10を提供する。図1において、本発明の第1実施形態に係る広角レンズ10が示されており、当該広角レンズ10は、6枚のレンズを備える。具体的に、前記広角レンズ10は、物体側から像側にかけて、順次に絞りS1、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5及び第6レンズL6からなる。第6レンズL6と像面Siとの間に光学フィルタ(filter)GFなどの光学素子が設けられても良い。
第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5及び第6レンズL6は、いずれもプラスチック材質である。
前記第1レンズL1は正の屈折力を有し、前記第2レンズL2は負の屈折力を有し、前記第3レンズL3は負の屈折力を有する。
ここで、前記第1レンズL1の焦点距離をf1、前記第2レンズL2の焦点距離をf2として定義すると、当該広角レンズ10は、条件式−1.00≦f1/f2≦−0.30を満足し、これによって第1レンズL1と第2レンズL2の焦点距離の比を規定する。上記条件式の範囲外では、FNOが明るい状態で、小型化が困難となる。好ましくは、条件式−0.75≦f1/f2≦−0.35を満足する。
前記第5レンズの物体側面の軸上曲率半径をR9、前記第5レンズの軸上厚みをd9として定義すると、当該広角レンズ10は条件式15.00≦R9/d9≦50.00を満足し、これによって第5レンズL5の形状を規定する。上記条件式の範囲外では、レンズの極薄広角化が進行することにつれて、収差の補正が困難となる。
前記第5レンズL5の焦点距離をf5、前記第6レンズL6の焦点距離をf6として定義すると、当該広角レンズ10は条件式−2.00≦f5/f6≦−1.00を満足し、これによって第5レンズL5と第6レンズL6の焦点距離の比を規定する。この比を合理的に規定することによって、広角レンズ10がシステム収差を効果的に補正することができる。上記条件式の範囲外では、FNOが明るい状態で、優れた結像性能を得ることが困難となる。好ましくは、条件式−1.60≦f5/f6≦−1.20を満足する。
前記第1レンズの軸上厚みをd1、前記第2レンズの軸上厚みをd3として定義すると、当該広角レンズ10は条件式2.75≦d1/d3≦5.00を満足し、これによって第1レンズL1と第2レンズL2の中心厚の比を規定する。この範囲外では、FNOが明るい状態で、小型化が困難となる。
本発明に係る前記広角レンズ10の軸上厚みと曲率半径が上記条件を満足する場合、広角レンズ10が高性能を有し、且つ、広角、低TTLの設計需要を満足する。具体的に、広角レンズ10全体の焦点距離が5.543mmであり、光学長TTLが6.5mmであり、後焦点距離LBが1.201mmであり、画角が78.048°であり、FNOが1.780である。
本実施形態では、第1レンズL1は、物体側面が近軸において凸面であり、像側面が近軸において凹面であり、正の屈折力を有し、その焦点距離f1が4.215mmである。
当該広角レンズ10は条件式0.50≦f1/f≦2.00を満足し、第1レンズL1の焦点距離f1と広角レンズ10全体の焦点距離fの比を規定するものである。第1レンズL1の正の屈折力を合理的な範囲に規定することで、広角レンズの小型化を実現する。好ましくは、条件式0.50≦f1/f≦1.00を満足する。
第2レンズL2は、物体側面が近軸において凸面であり、像側面が近軸において凹面であり、負の屈折力を有し、その焦点距離f2が−7.176mmである。
第2レンズL2の物体側面の軸上曲率半径をR3、第2レンズL2の像側面の軸上曲率半径をR4として定義すると、条件式1.00≦(R3+R4)/(R3−R4)≦5.00を満足し、これによって第2レンズL2の形状を規定する。この範囲外では、FNOが明るい状態で、小型化が困難となる。好ましくは、条件式1.00≦(R3+R4)/(R3−R4)≦3.00を満足する。
第3レンズL3は、その物体側面が近軸において凸面であり、その像側面が近軸において凹面であり、負の屈折力を有し、その焦点距離f3が−52.379mmである。
第4レンズL4は、物体側面が近軸において凸面であり、像側面が近軸において凹面であり、正の屈折力を有し、その焦点距離f4が23.353mmである。
第4レンズL4の物体側面の軸上曲率半径をR7、第4レンズL4の像側面の軸上曲率半径をR8として定義すると、条件式−20.00≦(R7+R8)/(R7−R8)≦−1.00を満足し、これによって第4レンズL4の形状を規定する。この範囲外では、FNOが明るい状態で、システム収差の補正が困難となる。好ましくは、条件式−18.00≦(R7+R8)/(R7−R8)≦−3.00を満足する。
第5レンズL5は、物体側面が近軸において凸面であり、像側面が近軸において凸面であり、正の屈折力を有し、その焦点距離f5が4.023mmである。
第6レンズL6は、物体側面が近軸において凹面であり、像側面が近軸において凹面であり、負の屈折力を有し、その焦点距離f6が−2.929mmである。
第6レンズL6の像側面における停留点から光軸までの垂直距離Yc62が1.715mmであり、広角レンズ10の光学長TTLが6.500mmであり、条件式0.10≦Yc62/TTL≦0.55を満足し、これによって第6レンズL6の停留点の位置と光学長の比を規定する。この範囲外では、広角レンズ10の収差と歪曲収差の補正が困難となる。
広角レンズ10のFNOが2.00以下である。FNOが広角レンズの絞りF値であり、この条件を満足することで、広角レンズ10が良好な明るさを有し、絞りが大きいである需要を満足するとともに、夜間撮影の効果がより良くなる。
このように設計すると、広角レンズ10全体の光学長TTLをできる限り短くし、広角化と小型化の特性を維持するとともに、絞りが大きいである需要を満足する。
以下、本発明に係る広角レンズ10について、さらに説明する。各実施形態に記載の記号は以下の通りである。焦点距離、軸上距離、曲率半径、軸上厚み、変曲点位置、停留点位置の単位がmmであり、全画角の単位が°である。
f:広角レンズ10全体の焦点距離
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
FNO:F値
2ω:全画角
S1 :絞り
R :光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
R1 :第1レンズL1の物体側面の曲率半径
R2 :第1レンズL1の像側面の曲率半径
R3 :第2レンズL2の物体側面の曲率半径
R4 :第2レンズL2の像側面の曲率半径
R5 :第3レンズL3の物体側面の曲率半径
R6 :第3レンズL3の像側面の曲率半径
R7 :第4レンズL4の物体側面の曲率半径
R8 :第4レンズL4の像側面の曲率半径
R9 :第5レンズL5の物体側面の曲率半径
R10:第5レンズL5の像側面の曲率半径
R11 :第6レンズL6の物体側面の曲率半径
R12 :第6レンズL6の像側面の曲率半径
R13 :光学フィルタGFの物体側面の曲率半径
R14 :光学フィルタGFの像側面の曲率半径
d :レンズの軸上厚み、又は、レンズ間の軸上距離
d0:絞りS1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の軸上厚み
d2:第1レンズL1の像側面から第2レンズL2の物体側面までの軸上距離
d3:第2レンズL2の軸上厚み
d4:第2レンズL2の像側面から第3レンズL3の物体側面までの軸上距離
d5:第3レンズL3の軸上厚み
d6:第3レンズL3の像側面から第4レンズL4の物体側面までの軸上距離
d7:第4レンズL4の軸上厚み
d8:第4レンズL4の像側面から第5レンズL5の物体側面までの軸上距離
d9:第5レンズL5の軸上厚み
d10:第5レンズL5の像側面から第6レンズL6の物体側面までの軸上距離
d11:第6レンズL6の軸上厚み
d12:第6レンズL6の像側面から光学フィルタGFの物体側面までの軸上距離
d13:光学フィルタGFの軸上厚み
d14:光学フィルタGFの像側面から像面までの軸上距離
nd :d線の屈折率
nd1 :第1レンズL1のd線の屈折率
nd2 :第2レンズL2のd線の屈折率
nd3 :第3レンズL3のd線の屈折率
nd4 :第4レンズL4のd線の屈折率
nd5 :第5レンズL5のd線の屈折率
nd6:第6レンズL6のd線の屈折率
ndg:光学フィルタGFのd線の屈折率
vd :アッベ数
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
v6:第6レンズL6のアッベ数
vg:光学フィルタGFのアッベ数
TTL:光学長(第1レンズL1の物体側面から結像面までの軸上距離、単位がmmである)
LB:第6レンズL6の像側面から像面までの軸上距離(光学フィルタGFの厚みを含む)
IH:像高
y=(x/R)/[1+{1−(k+1)(x/R)}1/2]
+A4x+A6x+A8x+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16+A18x18+A20x20 (11)
ここで、kは円錐係数であり、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20は非球面係数であり、xは非球面曲線上の点と光軸との垂直距離であり、yが非球面深さ(非球面上の光軸からの距離がxである点と、非球面の光軸上の頂点に接する接平面との両者間の垂直距離)である。
各レンズ面の非球面は、便宜上、上記式(11)で表される非球面を使用している。しかしながら、特に、この式(11)の非球面多項式に限定するものではない。
好ましくは、高品質の結像需要を満足するように、前記レンズの物体側面及び/又は像側面には変曲点及び/又は停留点(Stationary point)を設置することができる。具体的な実施案について、下記の説明を参照する。
表1、表2は、本発明の第1実施形態に係る広角レンズ10の設計データを示す。
表2は、本発明の第1実施形態に係る広角レンズ10における各レンズの非球面データを示す。
図2、図3は、それぞれ波長486nm、588nm、及び656nmの光が第1実施形態に係る広角レンズ10を通った後の軸上色収差及び倍率色収差を示す模式図である。図4は、波長588nmの光が第1実施形態に係る広角レンズ10を通った後の像面湾曲及び歪曲収差を示す模式図であり、図4の像面湾曲Sはサジタル方向の像面湾曲であり、Tは子午方向の像面湾曲である。
後の表7は、各実施形態の各条件式で規定したパラメータに対応する値を示す。
表7に示すように、第1実施形態は、各条件式を満足する。
本実施形態において、前記広角レンズの入射瞳径ENPDが3.114mmであり、全視野の像高IHが4.560mmであり、対角線方向の画角2ωが78.048°であり、広角、極薄であり、その軸上、軸外色収差が十分に補正され、且つ優れた光学特性を有する。
(第2実施形態)
第2実施形態は第1実施形態と基本的に同じであり、記号の意味も第1実施形態と同じであり、以下、異なる点のみを示す。
表3、表4は本発明の第2実施形態に係る広角レンズ20の設計データを示す。
表4は本発明の第2実施形態に係る広角レンズ20における各レンズの非球面データを示す。
図6、図7は、それぞれ波長486nm、588nm、及び656nmの光が第2実施形態に係る広角レンズ20を通った後の軸上色収差及び倍率色収差を示す模式図である。図8は、波長588nmの光が第2実施形態に係る広角レンズ20を通った後の像面湾曲及び歪曲収差を示す模式図である。
表7に示すように、第2実施形態は、各条件式を満足する。
本実施形態において、第1レンズL1の焦点距離f1が4.813mmであり、第2レンズL2の焦点距離f2が−9.585mmであり、第3レンズL3の焦点距離f3が−159.751mmであり、第4レンズL4の焦点距離f4が57.481mmであり、第5レンズL5の焦点距離f5が3.762mmであり、第6レンズL6の焦点距離f6が−2.894mmであり、第6レンズL6の像側面上の停留点から光軸までの垂直距離Yc62が1.545mmである。
広角レンズ10全体の焦点距離が5.607mmであり、光学長TTLが6.500mmであり、後焦点距離LBが1.200mmであり、FNOが1.763であり、前記広角レンズの入射瞳径ENPDが3.180mmであり、全視野の像高IHが4.560mmであり、対角線方向の画角2ωが77.40°であり、広角、極薄であり、その軸上、軸外色収差が十分に補正され、且つ優れた光学特性を有する。
(第3実施形態)
第3実施形態は第1実施形態と基本的に同じであり、記号の意味も第1実施形態と同じであり、以下、異なる点のみを示す。
表5、表6は本発明の第3実施形態に係る広角レンズ30の設計データを示す。
表6は本発明の第3実施形態に係る広角レンズ30における各レンズの非球面データを示す。
図10、図11は、それぞれ波長486nm、588nm、及び656nmの光が第3実施形態に係る広角レンズ30を通った後の軸上色収差及び倍率色収差を示す模式図である。図12は、波長587.6nmの光が第3実施形態に係る広角レンズ30を通った後の像面湾曲及び歪曲収差を示す模式図である。
下記の表7には上記の条件式により本実施形態において各条件式に対応する値を示している。明らかに、本実施形態の撮像光学システムは、上記の条件式を満足する。
本実施形態において、第1レンズL1の焦点距離f1が4.939mmであり、第2レンズL2の焦点距離f2が−12.216mmであり、第3レンズL3の焦点距離f3が−67.867mmであり、第4レンズL4の焦点距離f4が40.013mmであり、第5レンズL5の焦点距離f5が4.182mmであり、第6レンズL6の焦点距離f6が−2.984mmであり、第6レンズL6の像側面上の停留点から光軸までの垂直距離Yc62が1.615mmである。
本実施形態において、広角レンズ10全体の焦点距離が5.664mmであり、光学長TTLが6.498mmであり、後焦点距離LBが1.198mmであり、FNOが1.780、前記広角レンズの入射瞳径ENPDが3.182mmであり、全視野の像高IHが4.56mmであり、対角線方向の画角2ωが77.047°であり、広角、極薄であり、その軸上、軸外色収差が十分に補正され、且つ優れた光学特性を有する。
表7には、各数値実施例の各条件式で規定されるパラメータに対応する数値を示している。
当業者であれば分かるように、上記各実施形態が本発明を実現するための具体的な実施形態であり、実際の応用において、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、形式及び細部に対して各種の変更を行うことができる。

Claims (9)

  1. 広角レンズであって、
    物体側から、順に第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、第4レンズ、第5レンズ、及び第6レンズからなり、前記第1レンズは正の屈折力を有し、前記第2レンズは負の屈折力を有し、前記第3レンズは負の屈折力を有し、且つ以下の条件式(1)〜(4)を満足することを特徴とする広角レンズ。
    −1.00≦f1/f2≦−0.30 (1)
    15.00≦R9/d9≦50.00 (2)
    −2.00≦f5/f6≦−1.00 (3)
    2.75≦d1/d3≦5.00 (4)
    但し、
    f1:前記第1レンズの焦点距離
    f2:前記第2レンズの焦点距離
    R9:前記第5レンズの物体側面の軸上曲率半径
    d9:前記第5レンズの軸上厚み
    f5:前記第5レンズの焦点距離
    f6:前記第6レンズの焦点距離
    d1:前記第1レンズの軸上厚み
    d3:前記第2レンズの軸上厚みである。
  2. 以下の条件式(5)をさらに満足することを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
    −20.00≦(R7+R8)/(R7−R8)≦−1.00 (5)
    但し、
    R7:前記第4レンズの物体側面の軸上曲率半径
    R8:前記第4レンズの像側面の軸上曲率半径である。
  3. 以下の条件式(6)をさらに満足することを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
    0.50≦f1/f≦2.00 (6)
    但し、
    f1:前記第1レンズの焦点距離
    f:前記広角レンズ全体の焦点距離である。
  4. 以下の条件式(7)をさらに満足することを特徴とする請求項3に記載の広角レンズ。
    0.50≦f1/f≦1.00 (7)
  5. 以下の条件式(8)をさらに満足することを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
    1.00≦(R3+R4)/(R3−R4)≦5.00 (8)
    但し、
    R3:前記第2レンズの物体側面の軸上曲率半径
    R4:前記第2レンズの像側面の軸上曲率半径である。
  6. 以下の条件式(9)をさらに満足することを特徴とする請求項5に記載の広角レンズ。
    1.00≦(R3+R4)/(R3−R4)≦3.00 (9)
  7. 以下の条件式(10)をさらに満足することを特徴とする請求項3に記載の広角レンズ。
    0.10≦Yc62/TTL≦0.55 (10)
    但し、
    Yc62:前記第6レンズの像側面上の停留点から光軸までの垂直距離
    TTL:前記広角レンズの光学長である。
  8. 前記第4レンズは、正の屈折力を有し、前記第5レンズは、正の屈折力を有し、前記第6レンズは、負の屈折力を有することを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
  9. 前記広角レンズのFNOは2.00以下であることを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。
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