JP6890644B2 - 撮像光学レンズ - Google Patents

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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、4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、5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5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、極薄化及び広角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、極薄化及び広角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、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有する第5レンズとからなり、
前記撮像光学レンズの焦点距離をf、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3、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(1)〜(3)を満たす。
0.80≦f1/f≦0.90 (1)
70.00≦f3/f≦120.00 (2)
−450.00≦(R5+R6)/(R5−R6)≦−430.00 (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、焦点距離に関して光学レンズ全体とは特定の協調関係を有する第1レンズ、及び焦点距離に関して光学レンズ全体とは特定の協調関係を有して特定の形状を有する第3レンズを使用することによって、第1レンズ及び第3レンズの屈折力を合理的に配分することができ、光学システムの収差の補正に有利であり、光学システムが良好な光学性能を有すると共に、大口径、極薄化及び広角化の設計要求を満足することができる。
また、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としたときに、以下の条件式(4)を満たす。
−1.50≦(R1+R2)/(R1−R2)≦−1.35 (4)
また、前記撮像光学レンズの焦点距離をf、前記第2レンズの物体側面の曲率半径をR3としたときに、以下の条件式(5)を満たす。
−10.70≦R3/f≦−9.50 (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。 本発明の第4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13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13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13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、5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、第4レンズL4及び第5レンズL5からなる。本実施形態では、第5レンズL5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、その物体側面が凸面であり、その像側面が凹面であり、第4レンズL4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5レンズL5は、負の屈折力を有し、その物体側面が凸面であり、像側面が凹面である。
ここで、前記撮像光学レンズ10全体の焦点距離をf、焦点距離の単位をミリメートル(mm)、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3、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として定義すると、前記f、f1、f3、R5及びR6は、以下の条件式を満たす。
0.80≦f1/f≦0.90 (1)
70.00≦f3/f≦120.00 (2)
−450.00≦(R5+R6)/(R5−R6)≦−430.00 (3)
その中で、条件式(1)は、第1レンズL1と撮像光学レンズ10全体との焦点距離の比を規定するものである。このように設けると、第1レンズL1の屈折力を合理的に配分することができ、光学システムの収差の補正に有利であり、さらに結像品質を向上させる。
条件式(2)は、第3レンズL3と撮像光学レンズ10全体との焦点距離の比を規定するものである。このように設けると、第3レンズL3の屈折力を合理的に配分することができ、光学システムの収差の補正に有利であり、さらに結像品質を向上させる。
条件式(3)は、第3レンズL3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2枚のレンズ(第1レンズL1、第2レンズL2)で発生する収差を効果的に補正することができる。
本実施形態では、上記レンズの配置方式に基づいて、異なる屈折力を有する各レンズ、焦点距離に関して撮像光学レンズ10全体とは特定の協調関係を有する第1レンズL1、及び焦点距離に関して撮像光学レンズ10全体とは特定の協調関係を有し且つ特定の形状を有する第3レンズL3を使用することによって、第1レンズL1及び第3レンズL3の屈折力を合理的に配分することができ、光学システムの収差の補正に有利となり、光学システムが、良好な光学性能を有すると共に、大口径、極薄化及び広角化の設計要求を満足することが可能となる。
好ましくは、本実施形態において、第1レンズL1の物体側面の曲率半径R1及び第1レンズL1の像側面の曲率半径R2が、以下の条件式を満たす。
−1.50≦(R1+R2)/(R1−R2)≦−1.35 (4)
条件式(4)は、第1レンズL1の形状を規定するものである。レンズの広角化と大口径化が進行するにつれて、R1とR2が条件式(4)で規定されたる範囲内にあると、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。
好ましくは、本実施形態において、撮像光学レンズ10の焦点距離をf、第2レンズL2の物体側面の曲率半径をR3としたときに、R3とfは、以下の条件式を満たす。
−10.70≦R3/f≦−9.50 (5)
条件式(5)は、第2レンズL2の物体側面の曲率半径と撮像光学レンズ10全体の焦点距離との比を規定するものである。R3とf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。
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光学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。
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、第4レンズL4及び第5レンズL5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≦2.05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。撮像光学レンズ10の画角FOVは、条件式FOV≧76.9°を満たす。良好な光学結像性能を有すると共に、大口径、極薄化及び広角化の設計要求を満足することが実現される。
好ましくは、前記レンズの物体側面及び/又は像側面には、高品質の結像需要を満たすために、変曲点及び/又は停留点が設置されてもよい。具体的な実施案について、下記の説明を参照する。
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5レンズL5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。
Figure 0006890644
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 :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 :ガラス平板GFの物体側面の曲率半径
R12 :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の像側面からガラス平板GFの物体側面までの軸上距離
d11 :ガラス平板GFの軸上厚み
d12 :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
nd5 :第5レンズL5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
v5 :第5レンズL5のアッベ数
vg :ガラス平板GFのアッベ数
Figure 0006890644
表2において、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/R)/[1+{1−(1+k)(x/R)}1/2]
+A4x+A6x+A8x+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16+A18x18++A20x20 (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し、P5R1、P5R2は、それぞれ第5レンズL5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。
Figure 0006890644
Figure 0006890644
また、後の表17において、第1実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定し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435nm、486nm、546nm、587nm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546nm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、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=76.90°であり、Fno=2.04であり、このように、撮像光学レンズ10が、良好な光学性能を有すると共に、大口径、極薄化及び広角化の設計要求を満足する。
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、異なる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。
Figure 0006890644
Figure 0006890644
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。
Figure 0006890644
Figure 0006890644
後の表17において、第2実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定し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435nm、486nm、546nm、587nm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546nm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=77.09°であり、Fno=2.02であり、このように、撮像光学レンズ20が、良好な光学性能を有すると共に、大口径、極薄化及び広角化の設計要求を満足する。
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、異なる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。
Figure 0006890644
Figure 0006890644
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。
Figure 0006890644
Figure 0006890644
後の表17において、第3実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定し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435nm、486nm、546nm、587nm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546nm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り、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=76.89°であり、Fno=2.04であり、このように、撮像光学レンズ30が、良好な光学性能を有すると共に、大口径、極薄化及び広角化の設計要求を満足する。
以下は、第4実施形態である。
図13は、本発明の第4実施形態に係る撮像光学レンズ40の構造を示す模式図である。第4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、異なる点のみを以下に示す。
表13、表14は、本発明の第4実施形態に係る撮像光学レンズ40の設計データを示す。
Figure 0006890644
Figure 0006890644
表15、表16は本発明の実施形態4に係る撮像光学レンズ40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。
Figure 0006890644
Figure 0006890644
後の表17において、第4実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定したパラメータに対応する値をさらに示す。
図14、図15は、それぞれ波長435nm、486nm、546nm、587nm及び656nmの光が第4実施形態に係る撮像光学レンズ40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16は、波長546nmの光が第4実施形態に係る撮像光学レンズ40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16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40において、2ω=76.90°であり、Fno=2.03であり、このように、撮像光学レンズ40が、良好な光学性能を有すると共に、大口径、極薄化及び広角化の設計要求を満足する。
以下、表17では、上記条件式に従って、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、及び第4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。
Figure 0006890644
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、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有する第5レンズとからなり、
    前記撮像光学レンズの焦点距離をf、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3、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(1)〜(3)を満たすことを特徴とする撮像光学レンズ。
    0.80≦f1/f≦0.90 (1)
    70.00≦f3/f≦120.00 (2)
    −450.00≦(R5+R6)/(R5−R6)≦−430.00 (3)
  2. 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。
    −1.50≦(R1+R2)/(R1−R2)≦−1.35 (4)
  3. 前記撮像光学レンズの焦点距離をf、前記第2レンズの物体側面の曲率半径をR3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。
    −10.70≦R3/f≦−9.50 (5)
JP2019201023A 2018-12-28 2019-11-05 撮像光学レンズ Active JP6890644B2 (ja)

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