JP6327766B1 - 撮像光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話のカメラに搭載されるレンズであり、全長が短く、大絞りの設計要求を満足することができ、より効果的に背景をぼかすようにし、被写体を目立つようにすることができる撮像光学レンズを提供する。【解決手段】物体側から順に、絞りＳｔ、正の屈折力を有する第１のレンズＬ１、負の屈折力を有する第２のレンズＬ２、正の屈折力を有する第３のレンズＬ３、負の屈折力を有する第４のレンズＬ４、負の屈折力を有する第５のレンズＬ５を備え、前記撮像光学レンズは、０．４＜ｆ１／ｆ＜０．５５、−０．８＜ｆ２／ｆ＜−０．７、２．０＜ｆ３／ｆ＜２．３、−１．９＜ｆ４／ｆ＜−１．７、−１．６＜ｆ５／ｆ＜−１．２、０．３＜ｆ２／ｆ４＜０．４５という条件式を満足する事を特徴とする。【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、モニタ、ＰＣレンズなどの撮像装置に適用される撮像光学レンズに関するものである。

近年、スマートフォンの登場に伴い、小型撮像レンズに対するニーズがますます高まっているが、一般的な撮像レンズの感光素子として、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）又は相補性金属酸化半導体素子（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ、ＣＭＯＳ Ｓｅｎｓｏｒ）の２種類のみが挙げられ、また、半導体製造プロセス技術が進歩したため、感光素子の画素寸法を小さくし、これに加え、現在の電子製品は、機能の良さやコンパクトの外形を発展傾向とするため、良好な結像品質を有する小型化撮像レンズは、現在の市場において、既に主流となっている。

良好な結像品質を獲得するために、従来の携帯電話のカメラに搭載されたレンズは、３枚式又は４枚式のレンズ構造を採用することが多い。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い、感光部材の画素面積が持続的に小さくなり、且つシステムの結像品質に対する要求がますます高まっている場合、５枚式のレンズ構造は、徐々にレンズの設計に現れている。長焦点距離の要求を満たす５枚式レンズの撮像光学レンズは、その光学全長（Ｔｏｔａｌ Ｔｒａｃｋ Ｌｅｎｇｔｈ，ＴＴＬ）も大きく、低いＴＴＬと大絞りの設計要求を満足することができず、マイクロ撮像装置に適用せず、また、背景をぼかす能力が弱く、被写体が好適に目立つようにすることができない。

上記問題に鑑して、本発明の目的は、低いＴＴＬと大絞りの設計要求を満足することができ、より効果的に背景をぼかすようにし、被写体が目立つようにすることができる撮像光学レンズを提供することである。

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する。当該撮像光学レンズは、物体側から像側まで順に、絞り、正の屈折力を有する第１のレンズ、負の屈折力を有する第２のレンズ、正の屈折力を有する第３のレンズ、負の屈折力を有する第４のレンズ、負の屈折力を有する第５のレンズを備え、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、以下の条件式（１）〜（６）を満足する。
０．４＜ｆ１／ｆ＜０．５５ （１）
−０．８＜ｆ２／ｆ＜−０．７ （２）
２．０＜ｆ３／ｆ＜２．３ （３）
−１．９＜ｆ４／ｆ＜−１．７ （４）
−１．６＜ｆ５／ｆ＜−１．２ （５）
０．３＜ｆ２／ｆ４＜０．４５ （６）

本発明の実施形態は、従来技術に対して、上記レンズ配置形態により、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し、像面湾曲を減少させ、これにより、結像品質を向上させることができるだけでなく、この撮像光学レンズの光学全長を短縮させるとともに、大絞りの設計要求を満足することができ、より効果的に背景をぼかすようにし、被写体が目立つようにすることができる。

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、以下の条件式（７）〜（１１）を満足する。
２．４＜ｆ１＜２．７ （７）
−４．１＜ｆ２＜−３．６ （８）
１１＜ｆ３＜１２ （９）
−１０＜ｆ４＜−９ （１０）
−８＜ｆ５＜−７ （１１）

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、以下の条件式（１２）〜（１６）を満足する。
１．５２＜ｎ１＜１．５６ （１２）
１．６２＜ｎ２＜１．６８ （１３）
１．６２＜ｎ３＜１．６８ （１４）
１．５２＜ｎ４＜１．５６ （１５）
１．５２＜ｎ５＜１．５６ （１６）

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、以下の条件式（１７）〜（２１）を満足する。
５０＜ｖ１＜６０ （１７）
２０＜ｖ２＜２３ （１８）
２０＜ｖ３＜２３ （１９）
５０＜ｖ４＜６０ （２０）
５０＜ｖ５＜６０ （２１）

また、撮像光学レンズの光学全長は、５．０ｍｍ以下である。

また、撮像光学レンズ全体の焦点距離ｆは、以下の条件式（２２）を満足する。
ｆ＞５．３ｍｍ （２２）

また、撮像光学レンズの画角ＦＯＶは、以下の条件式（２３）を満足する。
４７°＜ＦＯＶ＜５２° （２３）

また、撮像光学レンズの絞りＦ値は、２．４以下である。

本発明の第１の実施形態に係る撮像光学レンズ構成を模式的に示す図である。 図１に示す撮像光学レンズの軸上色収差を模式的に示す図である。 図１に示す撮像光学レンズの倍率色収差を模式的に示す図である。 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模式的に示す図である。

本発明の目的、、技術案及びメリットをより明瞭させるために、以下、図面を参照しながら、本考案の各実施形態を詳しく説明する。しかしながら、当業者は、本考案の各実施形態において、読者が本考案をよく理解するために、多くの技術の詳細を提出する。但し、技術の詳細および以下の各実施形態に基づく各種変化及び修正が存在しなくとも、本考案の保護を求めようとする技術案を実現することもできる。

図面を参照し、本発明は、撮像光学レンズを提供する。図１において、本発明の第１の実施例の撮像光学レンズ１０が示されており、当該撮像光学レンズ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、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、正の屈折力を有し、その物体側面が凸面になるように外へ突出しており、絞りＳｔは、被写体と第１のレンズＬ１の間に設けられている。第２のレンズＬ２は、負の屈折力を有し、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、正の屈折力を有し、本実施例において、第３のレンズＬ３の物体側面は凸面である。第４のレンズＬ４は、負の屈折力を有し、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、負の屈折力を有し、システムの像面湾曲を効果的に低減させることができる。本実施例において、第５のレンズＬ５の物体側面は凹面である。

ここで、撮像光学レンズ１０全体の焦点距離をｆ、前記第１のレンズＬ１の焦点距離をｆ１、前記第２のレンズＬ２の焦点距離をｆ２、前記第３のレンズＬ３の焦点距離をｆ３、前記第４のレンズＬ４の焦点距離をｆ４、前記第５のレンズＬ５の焦点距離をｆ５として定義する。前記ｆ、ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４及びｆ５は、以下の条件式（１）〜（６）を満足する。
０．４＜ｆ１／ｆ＜０．５５ （１）
−０．８＜ｆ２／ｆ＜−０．７ （２）
２．０＜ｆ３／ｆ＜２．３ （３）
−１．９＜ｆ４／ｆ＜−１．７ （４）
−１．６＜ｆ５／ｆ＜−１．２ （５）
０．３＜ｆ２／ｆ４＜０．４５ （６）

本発明に係る前記撮像光学レンズ１０の焦点距離及び各レンズの焦点距離が上記条件式を満足する時、それぞれのレンズの屈折力の大小の配置を制御／調整することができ、結像品質を保証するように収差を補正して像面湾曲を低減させるとともに、システムの光学全長の効果的な制御に適し、また、大絞りの設計要求を満足し、良好な感度表現を有し、より効果的に背景をぼかすようにし、フォーカスする被写体が目立つようにすることができる。

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、以下の条件式（７）〜（１１）を満足するように設計することができ、条件式（７）〜（１１）は、
２．４＜ｆ１＜２．７ （７）
−４．１＜ｆ２＜−３．６ （８）
１１＜ｆ３＜１２ （９）
−１０＜ｆ４＜−９ （１０）
−８＜ｆ５＜−７ （１１）
であり、単位はミリメートル（ｍｍ）である。このように設計すると、撮像光学レンズ１０全体の光学全長ＴＴＬをより短くし、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≦５．０ｍｍである。このように設計すれば、撮像光学レンズ１０の小型化設計の実現により有利である。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、２．４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、低照度環境での結像性能を向上させることができる。

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れば、本発明の光学システムの屈折力配置の自由度を向上させることができ、レンズ材質がブラスチックであれば、生産コストを効果的に削減することができる。

好ましくは、本発明の実施例において、撮像光学レンズ１０全体の焦点距離ｆは、条件式ｆ＞５．３ｍｍを満足し、前記撮像光学レンズ１０は長焦点距離の光学システムであり、背景をより効果的にぼかし、フォーカスする被写体が目立つようにすることができる。

また、本発明の実施例において、撮像光学レンズ１０の画角ＦＯＶは、条件式４７°＜ＦＯＶ＜５２°を満足する。

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、及び前記第５のレンズの屈折率ｎ５は、以下の条件式（１２）〜（１６）を満足する。
１．５２＜ｎ１＜１．５６ （１２）
１．６２＜ｎ２＜１．６８ （１３）
１．６２＜ｎ３＜１．６８ （１４）
１．５２＜ｎ４＜１．５６ （１５）
１．５２＜ｎ５＜１．５６ （１６）

このように設計すると、レンズが材質の面で、適切にマッチングす
ることができ、これにより、当該撮像光学レンズ１０が優れた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、以下の条件式（１７）〜（２１）を満足するように設計することができる。
５０＜ｖ１＜６０ （１７）
２０＜ｖ２＜２３ （１８）
２０＜ｖ３＜２３ （１９）
５０＜ｖ４＜６０ （２０）
５０＜ｖ５＜６０ （２１）

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。

当然ながら、上記各レンズの屈折率の設計案とアッベ数の設計案は、互い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、このようにすると、前記第２のレンズＬ２と第３のレンズＬ３とは、屈折率が高く、アッベ数が低い光学材料を採用して製造され、これにより、システムの色収差を効果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。

なお、レンズの表面は、非球面に設置することができ、非球面が、球面以外の形状に作成し、多くの制御変量を獲得しやすく、収差の低減に用いられ、これにより、レンズの使用数を減少させるため、本発明の撮像光学レンズの全長を効果的に短縮させることができる。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、いずれも非球面である。

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、更に反曲点及び／又は定留点を設置することができ、具体的な実施可能な形態は、下記の説明を参照する。

以下、本発明の実施例１に基づく撮像光学レンズ１０の設計データを示す。

表１、表２は、本発明の実施例１に係る撮像光学レンズ１０の設計データを示す。

ただし、各符号の意味は以下のとおりである。
ｆ：撮像光学レンズ１０の焦点距離
ｆ１：第１のレンズＬ１の焦点距離
ｆ２：第２のレンズＬ２の焦点距離
ｆ３：第３のレンズＬ３の焦点距離
ｆ４：第４のレンズＬ４の焦点距離
ｆ５：第５のレンズＬ５の焦点距離

ここで、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は光学フィルタＧＦ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とおりである。
ｄ０：絞りＳｔから第１のレンズＬ１の物体側面までの軸上距離
ｄ１：第１のレンズＬ１の軸上厚み
ｄ２：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
ｄ３：第２のレンズＬ２の軸上厚み
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
ｄ５：第３のレンズＬ３の軸上厚み
ｄ６：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
ｄ７：第４のレンズＬ４の軸上厚み
ｄ８：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
ｄ９：第５のレンズＬ５の軸上厚み
ｄ１０：第５のレンズＬ５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
ｄ１１：光学フィルタＧＦの軸上厚み
ｄ１２：光学フィルタＧＦの像側面から像面までの軸上距離
ｎｄ１：第１のレンズＬ１の屈折率
ｎｄ２：第２のレンズＬ２の屈折率
ｎｄ３：第３のレンズＬ３の屈折率
ｎｄ４：第４のレンズＬ４の屈折率
ｎｄ５：第５のレンズＬ５の屈折率
ｎｄｇ：光学フィルタＧＦの屈折率
ｖ１：第１のレンズＬ１のアッベ数
ｖ２：第２のレンズＬ２のアッベ数
ｖ３：第３のレンズＬ３のアッベ数
ｖ４：第４のレンズＬ４のアッベ数
ｖ５：第５のレンズＬ５のアッベ数
ｖｇ：光学フィルタＧＦのアッベ数

表３には、本発明の実施例１に係る撮像光学レンズ１０におけるそれぞれのレンズの非球面データが示されている。

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反曲点及び定留点の設計データが示されている。ここで、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す。「反曲点位置」欄の対応するデータは、それぞれのレンズの表面に設置された反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。「定留点位置」欄の対応するデータは、それぞれのレンズの表面に設置された定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。

図２、図３には、それぞれ波長４８６ｎｍ、５８８ｎｍ、６５６ｎｍの光が実施例１の撮像光学レンズ１０を通った後の軸上色収差及び倍率色収差を模式的に示されている。図４には、波長５８８ｎｍの光が実施例１の撮像光学レンズ１０を通った後の非点収差、像面湾曲及び歪曲を模式的に示されている。

以下、表６は、上記条件式に従って本実施例における対応する各条件式の値を示す。明らかに、本実施例の撮像光学システムは上記条件式を満足する。

本実施例において、前記撮像光学レンズの全視野の像高は２．６１９ｍｍであり、対角線方向の画角は５１．１０°である。

当業者にとっては、上記各実施形態が本考案を実現するための具体的な実施例であり、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改変を行うことができる。

Claims (8)

1. 撮像光学レンズであって、
   物体側から像側まで順に、絞り、正の屈折力を有する第１のレンズ、負の屈折力を有する第２のレンズ、正の屈折力を有する第３のレンズ、負の屈折力を有する第４のレンズ、負の屈折力を有する第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、以下の条件式（１）〜（６）を満足することを特徴とする撮像光学レンズ。
   ０．４＜ｆ１／ｆ＜０．５５ （１）
   −０．８＜ｆ２／ｆ＜−０．７ （２）
   ２．０＜ｆ３／ｆ＜２．３ （３）
   −１．９＜ｆ４／ｆ＜−１．７ （４）
   −１．６＜ｆ５／ｆ＜−１．２ （５）
   ０．３＜ｆ２／ｆ４＜０．４５ （６）
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、以下の条件式（７）〜（１１）を満足し、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。
   ２．４＜ｆ１＜２．７ （７）
   −４．１＜ｆ２＜−３．６ （８）
   １１＜ｆ３＜１２ （９）
   −１０＜ｆ４＜−９ （１０）
   −８＜ｆ５＜−７ （１１）
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、及び前記第５のレンズの屈折率ｎ５は、以下の条件式（１２）〜（１６）を満足する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 （１２）
   １．６２＜ｎ２＜１．６８ （１３）
   １．６２＜ｎ３＜１．６８ （１４）
   １．５２＜ｎ４＜１．５６ （１５）
   １．５２＜ｎ５＜１．５６ （１６）
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、及び前記第５のレンズのアッベ数ｖ５は、以下の条件式（１７）〜（２１）を満足する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 （１７）
   ２０＜ｖ２＜２３ （１８）
   ２０＜ｖ３＜２３ （１９）
   ５０＜ｖ４＜６０ （２０）
   ５０＜ｖ５＜６０ （２１）
5. 撮像光学レンズの光学全長は、５．０ｍｍ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。
6. 撮像光学レンズ全体の焦点距離ｆは、以下の条件式（２２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像光学レンズ。
   ｆ＞５．３ｍｍ （２２）
7. 撮像光学レンズの画角ＦＯＶは、以下の条件式（２３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像光学レンズ。
   ４７°＜ＦＯＶ＜５２° （２３）
8. 撮像光学レンズの絞りＦ値は、２．４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。
   
   
   

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