JP6785030B2 - 撮像光学レンズ - Google Patents

Description

本発明は、光学レンズ分野に関し、特にスマートフォン、デジタルカメラなどの携帯端末装置と、モニタ、ＰＣレンズなどの撮像装置とに適用される撮像光学レンズに関する。

近年、スマートフォンの登場に伴い、小型化の撮像レンズに対する需要がますます高まっているが、撮像レンズの感光素子は、一般的に、感光結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）又は相補型金属酸化物半導体素子（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ、ＣＭＯＳ Ｓｅｎｓｏｒ）の２種類のみに大別される。また、半導体製造プロセスの技術の進歩により、感光素子の画素サイズが縮小可能であるとともに、現在の電子製品は、優れた機能および軽量化・薄型化・小型化の外観を発展の傾向とする。そのため、良好な結像品質を有する小型化の撮像レンズは、現在の市場において既に主流となっている。

優れた結像品質を得るために、携帯電話のカメラに搭載された従来のレンズは、３枚式のレンズ構造を用いることが多い。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、感光素子の画素面積が縮小しつつあり且つ結像品質に対するシステムからの要求が高くなってきている場合には、４枚式のレンズ構造が徐々にレンズの設計に現れている。よく見られる４枚式のレンズは、良好な光学性能を有しているが、その屈折力、レンズ間隔、およびレンズ形状の設定には依然としてある程度の非合理性があるので、レンズ構造では、良好な光学性能を有すると共に、大口径及び極薄化の設計要求を満たすことができない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、良好な光学性能を有するとともに、大口径及び極薄化の設計要求を満たす撮像光学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、撮像光学レンズを提供する。前記撮像光学レンズは、物体側から像側に向かって順に、絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズとからなり、
前記第４レンズの焦点距離をｆ４、前記第１レンズの物体側面の曲率半径をＲ１、前記第１レンズの像側面の曲率半径をＲ２、前記第２レンズの物体側面の曲率半径をＲ３、前記第２レンズの像側面の曲率半径をＲ４、前記第４レンズの物体側面の曲率半径をＲ７としたときに、以下の条件式（１）〜（３）を満たす。
６２．００＜Ｒ７／ｆ４＜７０．００ （１）
０．１０＜Ｒ１／Ｒ２＜０．４０ （２）
−０．５０＜Ｒ３／Ｒ４＜−０．３０ （３）

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基づいて、異なる屈折力を有するレンズと、特定の形状を有する第１レンズ、第２レンズ及び第４レンズとを使用することによって、光学システムが良好な光学性能を有すると共に、大口径及び極薄化の設計要求を満足することができる。

また、前記第３レンズの物体側面の曲率半径をＲ５、前記第３レンズの像側面の曲率半径をＲ６としたときに、以下の条件式（４）を満たす。
１０．００＜Ｒ５／Ｒ６＜３０．００ （４）

また、前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記第３レンズの軸上厚みをｄ５としたときに、以下の条件式（５）を満たす。
０．６０＜ｄ５／ｆ３＜０．６８ （５）

本発明の第１実施形態における撮像光学レンズの構造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実施形態に係る撮像光学レンズの構造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実施形態の撮像光学レンズの構造を示す模式図である。 図９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９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９に示す撮像光学レンズの像面湾曲およ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、以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態を詳細に説明する。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与えられているが、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。

以下は、第１実施形態である。
図面を参照すると、本発明は、撮像光学レンズ１０を提供する。図１は、本発明の第１実施形態の撮像光学レンズ１０を示す。当該撮像光学レンズ１０は、４枚のレンズを備える。具体的に、前記撮像光学レンズ１０は、物体側から像側に向かって順に絞りＳ１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４からなる。本実施形態では、第４レンズＬ４と像面Ｓｉとの間にガラス平板ＧＦなどの光学素子が設けられていることが好ましく、ガラス平板ＧＦが、カバーガラスであってもよく、光学フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）であってもよい。無論、他の実施形態では、ガラス平板ＧＦが他の位置に設けられることも可能である。

本実施形態では、第１レンズＬ１は、正の屈折力を有し、その物体側面が外へ突出して凸面となり、その像側面が凹面であり、第２レンズＬ２は、負の屈折力を有し、その物体側面が凹面であり、その像側面が凹面であり、第３レンズＬ３は、正の屈折力を有し、その物体側面が凹面であり、その像側面が凸面であり、第４レンズＬ４は、負の屈折力を有し、その物体側面が凹面であり、その像側面が凹面である。

また、レンズの表面は、非球面に設けることができ、非球面は、球面以外の形状に容易に形成でき、より多くの制御変数を得ることができるので、収差を低減し、さらに使用されるレンズの数を減らすことができるため、本発明の撮像光学レンズの全長を効果的に低減することが可能となる。本発明の実施形態では、各レンズの物体側面及び像側面は、いずれも非球面である。

ここで、第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４、第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径をＲ１、第１レンズＬ１の像側面の曲率半径をＲ２、第２レンズＬ２の物体側面の曲率半径をＲ３、第２レンズＬ２の像側面の曲率半径をＲ４、第４レンズＬ４の物体側面の曲率半径をＲ７として定義する。前記ｆ４、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ７は、以下の条件式を満たす。
６２．００＜Ｒ７／ｆ４＜７０．００ （１）
０．１０＜Ｒ１／Ｒ２＜０．４０ （２）
−０．５０＜Ｒ３／Ｒ４＜−０．３０ （３）
その中で、条件式（１）は、第４レンズＬ４の形状を規定するものである。このように設けると、光学システムにおける先頭３枚のレンズ（第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３）で発生された収差を効果的に補正することができる。
条件式（２）は、第１レンズＬ１の形状を規定するものである。Ｒ１とＲ２が条件式（２）で規定された範囲内にあると、レンズを通る光の偏向の程度を緩和でき、収差を効果的に低減できる。
条件式（３）は、第２レンズＬ２の形状を規定するものである。このように設けると、コマ収差及び倍率色収差を除去することに寄与できる。

本実施形態では、上記レンズの配置方式に基づいて、異なる屈折力を持つ各レンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）と、特定の形状を有する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第４レンズＬ４とを使用することによって、光学システムが、良好な光学性能を有すると共に、大口径及び極薄化の設計要求を満足できる。

具体的には、本実施形態において、第３レンズＬ３の物体側面の曲率半径Ｒ５、第３レンズＬ３の像側面の曲率半径Ｒ６が、以下の条件式を満たす。
１０．００＜Ｒ５／Ｒ６＜３０．００ （４）
条件式（４）は、第３レンズＬ３の形状を規定するものである。Ｒ５とＲ６が条件式（４）で規定された範囲内にあると、レンズの加工及びレンズの組立に寄与できる。

好ましくは、本実施形態において、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３、前記第３レンズの軸上厚みをｄ５としたときに、ｆ３とｄ５が以下の条件式を満たす。
０．６０＜ｄ５／ｆ３＜０．６８ （５）
条件式（５）は、第３レンズＬ３の寸法及び屈折力を規定するものである。ｆ３とｄ５が条件式（５）で規定された範囲内にあると、レンズの加工及びレンズの組立に寄与する。

なお、本実施形態に係る撮像光学レンズ１０を構成する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４が、上記した構成とパラメータ関係を有しているため、撮像光学レンズ１０が各レンズの屈折力、面型、材料及び各レンズの軸上厚みなどを合理的に配分でき、様々な種類の収差を補正することができる。本発明における撮像光学レンズ１０の結像光学系は、Ｆｎｏ≦２．１０である。撮像光学レンズ１０の光学長ＴＴＬ及び撮像光学レンズ１０の像高ＩＨは、条件式ＴＴＬ／ＩＨ≦１．５０を満たす。良好な光学結像性能を有すると共に、大口径及び極薄化の設計要求を満足することが実現される。

図１は、第１実施形態における撮像光学レンズ１０の構造を示す模式図である。以下に、本発明の第１実施形態における撮像光学レンズ１０の設計データを示す。

表１は、本発明の第１実施形態において撮像光学レンズ１０を構成する第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４の物体側及び像側の曲率半径Ｒ、レンズの軸上厚み、レンズ間の距離ｄ、屈折率ｎｄ及びアッベ数ｖｄを挙げる。表２は、撮像光学レンズ１０の円錐係数ｋ及び非球面係数を示す。なお、本実施形態では、距離、半径及び軸上厚みの単位は、ミリメートル（ｍｍ）である。

上記表において、各符号の意味は、以下の通りである。
Ｒ ：光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
Ｓ１ ：絞り
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 ：ガラス平板ＧＦの物体側面の曲率半径
Ｒ１０ ：ガラス平板ＧＦの像側面の曲率半径
ｄ ：レンズの軸上厚み、又は、隣接する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の像側面からガラス平板ＧＦの物体側面までの軸上距離
ｄ９ ：ガラス平板ＧＦの軸上厚み
ｄ１０ ：ガラス平板ＧＦの像側面から像面Ｓｉ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
ｎｄｇ ：ガラス平板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
ｖｇ ：ガラス平板ＧＦのアッベ数

表２において、ｋは円錐係数であり、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６は非球面係数である。

なお、本実施形態では、各レンズ面の非球面は、下記式(６)で表される非球面を使用している。しかしながら、下記式（６）の具体例は、一例に過ぎなく、本発明は、特にこの式（６）の非球面多項式に限定されるものではない。
ｙ=(ｘ^２／Ｒ)／[１＋{１−(１＋ｋ)(ｘ^２／Ｒ^２)}^１／２]
＋Ａ４ｘ^４＋Ａ６ｘ^６＋Ａ８ｘ^８＋Ａ１０ｘ^１０＋Ａ１２ｘ^１２＋Ａ１４ｘ^１４＋Ａ１６ｘ^１６ （６）

表３、表４は、本発明の実施形態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を示す。ここで、Ｐ１Ｒ１、Ｐ１Ｒ２は、それぞれ第１レンズＬ１の物体側面と像側面を示し、Ｐ２Ｒ１、Ｐ２Ｒ２は、それぞれ第２レンズＬ２の物体側面と像側面を示し、Ｐ３Ｒ１、Ｐ３Ｒ２は、それぞれ第３レンズＬ３の物体側面と像側面を示し、Ｐ４Ｒ１、Ｐ４Ｒ２は、それぞれ第４レンズＬ４の物体側面と像側面を示す。「変曲点位置」欄の対応するデータは、各レンズの表面に設置さ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」欄の対応するデータは、各レンズの表面に設置さ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。

また、後の表１３において、第１実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定されたパラメータに対応する値をさらに示す。

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実施形態に係る撮像光学レンズ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る。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、タンジェンシャル方向の像面湾曲である。

本実施形態において、前記撮像光学レンズ１０の全画角が２ωであり、Ｆ値がＦｎｏであり、その中で、２ω＝７３．８７°であり、Ｆｎｏ＝２．０５であり、このように、撮像光学レンズ１０が、大口径かつ極薄であり、且つ、優れた結像性能を有する。

以下は、第２実施形態である。

図５は、本発明の第２実施形態に係る撮像光学レンズ２０の構造を示す模式図である。第２実施形態は、第１実施形態と基本的に同じであり、符号の意味も第１実施形態と同様であるため、相違点のみを以下に示す。

表５、表６は、本発明の第２実施形態に係る撮像光学レンズ２０の設計データを示す。

表７、表８は本発明の実施形態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を示す。

後の表１３において、第２実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定されたパラメータに対応する値をさらに示す。

図６、図７は、それぞれ波長４８６ｎｍ、５８８ｎｍ及び６５６ｎｍの光が第２実施形態に係る撮像光学レンズ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実施形態に係る撮像光学レンズ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。図８の像面湾曲Ｓは、サジタル方向の像面湾曲であり、Ｔは、タンジェンシャル方向の像面湾曲である。

本実施形態の撮像光学レンズ２０において、２ω＝７４．６０°であり、Ｆｎｏ＝２．０５であり、このように、撮像光学レンズ２０が、大口径かつ極薄であり、且つ優れた結像性能を有する。

以下は、第３実施形態である。

図９は、本発明の第３実施形態に係る撮像光学レンズ３０の構造を示す模式図である。第３実施形態は、第１実施形態と基本的に同じであり、符号の意味も第１実施形態と同様であるため、相違点のみを以下に示す。

表９、表１０は、本発明の第３実施形態に係る撮像光学レンズ３０の設計データを示す。

表１１、表１２は本発明の実施形態３に係る撮像光学レンズ３０における各レンズの変曲点及び停留点の設計データを示す。

後の表１３において、第３実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定されたパラメータに対応する値をさらに示す。

図１０、図１１は、それぞれ波長４８６ｎｍ、５８８ｎｍ及び６５６ｎｍの光が第３実施形態に係る撮像光学レンズ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５８８ｎｍの光が第３実施形態に係る撮像光学レンズ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。図１２の像面湾曲Ｓは、サジタル方向の像面湾曲であり、Ｔは、タンジェンシャル方向の像面湾曲である。

本実施形態の撮像光学レンズ３０において、２ω＝７４．８２°であり、Ｆｎｏ＝２．０６であり、このように、撮像光学レンズ３０が、大口径かつ極薄であり、且つ優れた結像性能を有する。

以下、表１３では、上記条件式に従って、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態における各条件式（１）、（２）、（３）、（４）及び（５）に対応する値、及び他の関連パラメータの取り得る値を挙げている。

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、本発明の要旨と範囲から逸脱しない限り、形式及び詳細に対する各種の変更は可能である。

Claims (3)

1. 撮像光学レンズであって、
   物体側から像側に向かって順に、絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズとからなり、
   前記第４レンズの焦点距離をｆ４、前記第１レンズの物体側面の曲率半径をＲ１、前記第１レンズの像側面の曲率半径をＲ２、前記第２レンズの物体側面の曲率半径をＲ３、前記第２レンズの像側面の曲率半径をＲ４、前記第４レンズの物体側面の曲率半径をＲ７としたときに、以下の条件式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする撮像光学レンズ。
   ６２．００＜Ｒ７／ｆ４＜７０．００（１）
   ０．１０＜Ｒ１／Ｒ２＜０．４０ （２）
   −０．５０＜Ｒ３／Ｒ４＜−０．３０ （３）
2. 前記第３レンズの物体側面の曲率半径をＲ５、前記第３レンズの像側面の曲率半径をＲ６としたときに、以下の条件式（４）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。
   １０．００＜Ｒ５／Ｒ６＜３０．００ （４）
3. 前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記第３レンズの軸上厚みをｄ５としたときに、以下の条件式（５）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。
   ０．６０＜ｄ５／ｆ３＜０．６８ （５）

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