JP6313878B1 - 撮像光学レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】短い光学全長と大きな絞りを備え、良好な感度表現を有する撮像光学レンズを提供する。【解決手段】撮像光学レンズ10は、物体側から像側まで、順次に、絞りと、正屈折力を有する第1のレンズL1と、負屈折力を有する第2のレンズL2と、負屈折力を有する第3のレンズL3と、正屈折力を有する第4のレンズL4と、負屈折力を有する第5のレンズL5とを備え、各レンズの焦点距離、第3のレンズの屈折率、アッベ数、厚さ、第4のレンズの屈折率、厚さ、及び撮像光学レンズの光学全長が所定の関係式を満たしている。【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設備、及びモニタ、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、小型撮像レンズのニードゥが日々高くなっており、一般的な撮像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進歩に伴って、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のカメラに搭載されたレンズは殆ど三枚式又は四枚式の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要求の増加に伴って、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、五枚式レンズ構造が徐々にレンズ設計において現れた。しかし、通常の五枚式のレンズは、低TTL(Total Track Length、光学全長)及び大絞りの設計要求を満たすことができない。
上記の課題に対して、本発明は、低TTLと大絞りとの設計要求を満たすことができ、良好な感度表現を有す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、本発明に係る実施形態は、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、絞りと、正屈折力を有する第1のレンズと、負屈折力を有する第2のレンズと、負屈折力を有する第3のレンズと、正屈折力を有する第4のレンズと、負屈折力を有する第5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、0.70<f1/f<0.80、−2.0<f2/f<−1.7、−14<f3/f<−10、0.59<f4/f<0.62、−0.52<f5/f<−0.48、1.09<(f3−f4)/(f3+f4) <1.12という関係式を満たし、前記第3のレンズのアッベ数はv3であり、前記第3のレンズの屈折率はn3であり、前記第4のレンズの屈折率はn4であり、前記第3のレンズの厚さはT3であり、前記撮像光学レンズの光学全長はTTLであり、前記第4のレンズの厚さはT4であり、以下の関係式を満たす。17<v3/n3<20、1.08<n3/n4<1.20、0.035<T3/TTL<0.05、0.20<T3/T4<0.28。
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有効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るだけでなく、当該撮像光学レンズの光学全長を短縮すると共に、大きな絞りの設計要求を満足し、良好な感度表現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、及び前記第5のレンズの焦点距離f5は、以下の関係式を満たす。2.8<f1<3.0、−7.5<f2<−6.7、−52<f3<−41、2.2<f4<2.4、−1.9<f5<−2.0。
また、前記第3のレンズの屈折率n3は、n3>1.67という関係式を満たす。
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、及び前記第5のレンズの屈折率n5は、以下の関係式を満たす。1.52<n1<1.56、1.63<n2<1.68、1.68<n3<1.72、1.52<n4<1.56、 1.52<n5<1.56。
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、及び前記第5のレンズのアッベ数v5は、以下の関係式を満たす。50<v1<60、20<v2<23、30<v3<32、50<v4<60、50<v5<60。
また、撮像光学レンズの光学全長TTLは、4.4mm ≦TTL≦4.5mmという関係式を満たす。
また、撮像光学レンズの絞りF値は、2.08以下である。
また、前記第1のレンズのアッベ数v1、及び前記第3のレンズのアッベ数v3は、18<V1−V3<28という関係式を満たす。
また、前記第2のレンズの厚さT2、及び第3のレンズの厚さT3は、1.10<T2/T3<1.20という関係式を満たす。
また、前記第1のレンズ、前記第2のレンズ、前記第4のレンズ及び前記第5のレンズの材質は、ブラスチックであり、前記第3のレンズの材質は、ガラスである。
本発明の第1実施形態に係る撮像光学レンズの構成を示す模式図である。 図1に示す撮像光学レンズの軸上色収差を示す模式図である。 図1に示す撮像光学レンズの倍率色収差を示す模式図である。 図1に示す撮像光学レンズの非点収差、像面湾曲及び歪曲を示す模式図である。 本発明の第2実施形態に係る撮像光学レンズの構成を示す模式図である。 図5に示す撮像光学レンズの軸上色収差を示す模式図である。 図5に示す撮像光学レンズの倍率色収差を示す模式図である。 図5に示す撮像光学レンズの非点収差、像面湾曲及び歪曲を示す模式図である。
本発明の目的、技術案及び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しく説明する。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実施例に係る撮像光学レンズ10であり、当該撮像光学レンズ10は、五枚のレンズを含む。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、絞りSt、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3、第4のレンズL4、及び第5のレンズL5を備える。第5のレンズL5と像面Siとの間には、光学フィルター(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、正屈折力を有し、その物体側面が外へ突出し凸面になり、絞りStは、被写体と第1のレンズL1との間に設けられ、第1のレンズL1の物体側面における外へ突出する凸面と協力し、撮像光学レンズ10の光学全長を有効的に減少することができる。第2のレンズL2は、負屈折力を有し、本実施例において、第2のレンズL2の像側面は凹面である。第3のレンズL3は、負屈折力を有し、本実施例において、第3のレンズL3の物体側面と像側面は何れも凹面である。第4のレンズL4は、正屈折力を有し、第1のレンズL1の正屈折力は正屈折力を有する第4のレンズL4に割り当てることができるため、さらにシステムの感度を低下させる。本実施例において、第4のレンズL4は物体側面が凹面であり、像側面が凸面である。第5のレンズL5は、負屈折力を有し、システムの像面湾曲を有効的に減少することができる。本実施例において、第5のレンズL5は物体側面が凹面であり、像側面も凹面である。
ここで、撮像光学レンズ10全体の焦点距離はfであり、前記第1のレンズL1の焦点距離はf1であり、前記第2のレンズL2の焦点距離はf2であり、前記第3のレンズL3の焦点距離はf3であり、前記第4のレンズL4の焦点距離はf4であり、前記第5のレンズL5の焦点距離はf5であるように設定する。前記f、f1、f2、f3、f4及びf5は、以下の関係式を満たす。0.70<f1/f<0.80、−2.0<f2/f<−1.7、−14<f3/f<−10、0.59<f4/f<0.62、−0.52<f5/f<−0.48、1.09<(f3−f4)/(f3+f4) <1.12。また、前記第3のレンズのアッベ数はv3であり、前記第3のレンズの屈折率はn3であり、前記第4のレンズの屈折率はn4であり、前記第3のレンズの厚さはT3であり、前記撮像光学レンズの光学全長はTTLであり、前記第4のレンズの厚さはT4であるように設定する。前記v3、n3、n4、T3、TTL、T4は、以下の関係式を満たす。17<v3/n3<20、1.08<n3/n4<1.20、0.035<T3/TTL<0.05、0.20<T3/T4<0.28。
本発明に係る撮像光学レンズ10の焦点距離及び各レンズ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保証すると同時に、システムの光学全長を有効的に制御すると共に、大きな絞りの設計要求を満たすことに適用し、良好な感度表現を有し、高画素の携帯型撮像装置に適する。
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は、以下の関係式を満たすように設計することができる。2.8<f1<3.0、−7.5<f2<−6.7、−52<f3<−41、2.2<f4<2.4、−1.9<f5<−2.0、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全体の光学全長度TTL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。
好ましくは、本発明の実施例に係る前記撮像光学レンズ10の光学全長TTLは、4.4mm≦TTL≦4.5mmという関係式を満たす。このように設計すれば、撮像光学レンズ10の大きな絞り設計を実現することに有利である。好ましくは、本発明の実施例において、撮像光学レンズの絞りF値は、2.08以下であり、前記撮像光学レンズ10は大口径比を有する光学システムであり、低照度環境における結像性能を向上させることができる。
前記各レンズの材質は、ガラスまたはブラスチックであってもよい。本発明の撮像光学レンズ10において、第3のレンズL3の材質は、ガラスであり、本発明の光学システムの屈折力配置の自由度を増加させることができ、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第4のレンズL4及び第5のレンズL5の材質はブラスチックであり、製造コストを有効的に低下させることができる。
好ましくは、本実施例において、前記第3のレンズの屈折率n3は、n3>1.67という関係式を満たす。さらに、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、及び前記第5のレンズの屈折率n5は、以下の関係式を満たす。1.52<n1<1.56、1.63<n2<1.68、1.68<n3<1.72、1.52<n4<1.56、1.52<n5<1.56。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、及び前記第5のレンズのアッベ数v5は、以下の関係式を満たすように設計することができる。50<v1<60、20<v2<23、30<v3<32、50<v4<60、50<v5<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。
また、上記各レンズの屈折率の設計案とアッベ数の設計案は、相互に組み合わせて撮像光学レンズ10の設計に応用することができる。このように、前記第2のレンズL2と第3のレンズL3は、高屈折率で低アッベ数の光学材料を採用して製造され、システムの色収差を有効的に低減することができ、撮像光学レンズ10の結像品質を大幅に向上させることができる。
また、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、多くの制御変量を得て、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、各レンズの物体側面と像側面は何れも非球面である。
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。
Figure 0006313878
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の焦点距離である。
Figure 0006313878
ただし、Stは、絞りであり、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、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は光学フィルターGFの物体側面、像側面であり、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の軸上厚さであり、
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の軸上厚さであり、
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の軸上厚さであり、
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の軸上厚さであり、
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の軸上厚さであり、
d10は第5のレンズL5の像側面から光学フィルターGFの物体側面までの軸上距離であり、
d11は光学フィルターGFの軸上厚さであり、
d12は光学フィルターGFの像側面から像面までの軸上距離であり、
nd1は第1のレンズL1の屈折率であり、
nd2は第2のレンズL2の屈折率であり、
nd3は第3のレンズL3の屈折率であり、
nd4は第4のレンズL4の屈折率であり、
nd5は第5のレンズL5の屈折率であり、
ndgは光学フィルターGF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、
vgは光学フィルターGFのアッベ数である。
表3は、本発明の実施例1に係る撮像光学レンズ10におけるそれぞれのレンズの非球面データである。
Figure 0006313878
表4、表5には、本発明の実施例1に係る撮像光学レンズ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。
Figure 0006313878
Figure 0006313878
図2、図3は、それぞれ、波長486nm、588nm及び656nmの光が実施例1の撮像光学レンズ10を経った後の軸上色収差及び倍率色収差の模式図である。図4は、波長588nmの光が実施例1の撮像光学レンズ10を経った後の非点収差、像面湾曲及び歪曲の模式図である。
以下、表6は、上記条件式に基づいて、本実施例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、本実施例の撮像光学システムは、上記の条件式を満たす。
Figure 0006313878
本実施例において、撮像光学レンズ10の入射瞳径は1.85mmであり、全視野像高は3.261mmであり、対角線方向の画角は79.97°である。
図5は、本発明の第2実施形態に係る撮像光学レンズ20の構成を示す模式図である。以下、本発明の実施例2に係る撮像光学レンズ20の設計データが示されている。
表7、表8には、本発明の実施例2に係る撮像光学レンズ20のデータが示されており、ただし、各符号の意味は、実施例1と同じである。
Figure 0006313878
Figure 0006313878
表9には、本発明の実施例2に係る撮像光学レンズ20における各レンズの非球面データが示されている。
Figure 0006313878
表10、表11には、本発明の実施例2に係る撮像光学レンズ20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。
Figure 0006313878
Figure 0006313878
図6、図7は、それぞれ波長486nm、588nm及び656nmの光が実施例2の撮像光学レンズ20を経った後の軸上色収差及び倍率色収差の模式図である。図8は、波長588nmの光が実施例2の撮像光学レンズ20を経った後の非点収差、像面湾曲及び歪曲の模式図である。
以下、表12には、上記条件式に基づいて、本実施例における対応する各条件式の値が挙げられている。明らかに、本実施例の撮像光学システムは上記の条件式を満たす。
Figure 0006313878
本実施例2において、前記撮像光学レンズの入射瞳径は、1.86mmであり、全視野の像高は3.261mmであり、対角線方向の画角は79.46°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 (10)

  1. 撮像光学レンズであって、
    物体側から像側まで、順次に、絞りと、正屈折力を有する第1のレンズと、負屈折力を有する第2のレンズと、負屈折力を有する第3のレンズと、正屈折力を有する第4のレンズと、負屈折力を有する第5のレンズから構成され
    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、
    0.70<f1/f<0.80、−2.0<f2/f<−1.7、
    −14<f3/f<−10、0.59<f4/f<0.62、
    −0.52<f5/f<−0.48、
    1.09<(f3−f4)/(f3+f4) <1.12という関係式を満たし、
    前記第3のレンズのアッベ数はv3であり、前記第3のレンズの屈折率はn3であり、前記第4のレンズの屈折率はn4であり、前記第3のレンズの厚さはT3であり、前記撮像光学レンズの光学全長はTTLであり、前記第4のレンズの厚さはT4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。
    17<v3/n3<20、1.08<n3/n4<1.20、
    0.035<T3/TTL<0.05、0.20<T3/T4<0.28。
  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、及び前記第5のレンズの焦点距離f5は、以下の関係式を満たし、f1―f5の単位はミリメートル(mm)であることを特徴とする請求項1に記載の撮像光学レンズ。
    2.8<f1 <3.0、−7.5<f2 <−6.7、
    −52<f3<−41、2.2<f4<2.4、
    −1.9<f5<−2.0。
  3. 前記第3のレンズの屈折率n3は、n3>1.67という関係式を満たすこ とを特徴とする請求項1に記載の撮像光学レンズ。
  4. 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、及び前記第5のレンズの屈折率n5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。
    1.52<n1<1.56、1.63<n2<1.68、
    1.68<n3<1.72、1.52<n4<1.56、
    1.52<n5<1.56。
  5. 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、及び前記第5のレンズのアッベ数v5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。
    50<v1<60、20<v2 <23、
    30<v3<32、50<v4<60、50<v5<60。
  6. 撮像光学レンズの光学全長TTLは、4.4mm≦TTL≦4.5mmという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。
  7. 撮像光学レンズの絞りF値は、2.08以下であることを特徴とする請求項1に記載の撮像光学レンズ。
  8. 前記第1のレンズのアッベ数v1、及び前記第3のレンズのアッベ数v3は、18<V1−V3<28という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。
  9. 前記第2のレンズの厚さT2、及び第3のレンズの厚さT3は、1.10<T2/T3<1.20という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。
  10. 前記第1のレンズ、前記第2のレンズ、前記第4のレンズ及び前記第5のレンズの材質は、ブラスチックであり、前記第3のレンズの材質は、ガラスである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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