JP2017514179A

JP2017514179A - 光学撮像のためのレンズ組立体

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Publication number: JP2017514179A
Application number: JP2016563990A
Authority: JP
Inventors: イワニソフ，アレキサンダー; トリグボフ，エデュアード
Original assignee: Delta ID Inc
Current assignee: Delta ID Inc
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2017-06-01
Also published as: KR20170012246A; WO2015163973A1; US20150301318A1; US9285569B2; EP3134758A4; CN106461914A; EP3134758A1

Abstract

【解決手段】本発明は、対象側表面及び画像側表面を夫々有する第１の非球面正レンズ素子及び第２の非球面負レンズ素子を、対象側から画像側に順番に含む光学撮像レンズ組立体を提供している。光学撮像レンズ組立体の要素は、(i)T<1.2f、(ii)1.1<f/f1<1.5、(iii) -1.5<f/f2<-0.6、(iv)0.2<R1/f<0.5、及び(v) -0.25<K1<-0.05の関係を満たすように構成されてもよく、f はレンズ組立体の焦点距離であり、f1は第１のレンズ素子の焦点距離であり、f2は第２のレンズ素子の焦点距離であり、R1は第１のレンズ素子の対象側表面の曲率半径であり、K1は第１のレンズ素子の対象側表面のコーニックであり、T は光学レンズの総トラック長である。

Description

本発明は、撮像のための光学レンズ組立体及び光学撮像装置に関する。より具体的には、本発明は、携帯型撮像デバイス又は携帯型電子デバイスに適用する、光学撮像のための小型のレンズ組立体を提供する。

米国特許第5327291 号明細書

光学撮像能力を有する小型の電子デバイスの開発は、小型の撮像レンズ組立体での対応する開発を必要としている。高解像度の小型の光学撮像レンズ組立体が知られているが、このような組立体は多くのレンズ素子を含んでいるため、光学レンズ組立体の総トラック長が増加し、付随してデバイスのサイズに影響を及ぼす。更に先行技術の組立体は一般に、色収差を修正するために２枚の球状のガラスレンズが共に付着されてダブレットを形成してもよいものも含めて、光学素子として球状の表面ガラスレンズを基にしている。このような先行技術の構成により、複雑及び／又は比較的高価な製造要件になる。

従って、比較的狭いスペクトル域で機能して小型化を達成し、画質を維持しながら製造効率を可能にする光学撮像レンズ組立体が必要である。

本発明は、撮像のための光学レンズ組立体及び光学撮像装置に関する。

本発明は、対象側から画像側に順番に、対象側表面及び画像側表面を有する第１の非球面正レンズ素子と、対象側表面及び画像側表面を有する第２の非球面負レンズ素子とを備えている。

本発明の目的のために、ｆは、前記光学撮像レンズ組立体の焦点距離であり、ｆ１は、前記第１のレンズ素子の焦点距離であり、ｆ２は、前記第２のレンズ素子の焦点距離であり、Ｒ１は、前記第１のレンズ素子の対象側表面の曲率半径であり、Ｋ１は、前記第１のレンズ素子の対象側表面のコーニックであり、Ｔ１は、前記第１のレンズ素子の厚さであり、Ｔ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面と前記第２のレンズ素子の対象側表面との距離であり、Ｔ３は、前記第２のレンズ素子の厚さであり、Ｔ４は、前記第２のレンズ素子の画像側表面と画像面との距離であり、Ｔは、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４のような前記光学撮像レンズ組立体の総トラック長である。

Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４は、夫々のレンズ面と前記光学撮像レンズ組立体の光軸との交点間で測定された距離である。Ｒ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面の曲率半径であり、Ｋ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面のコーニックであり、Ｔａは、Ｔａ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３のような前記光学撮像レンズ組立体の総厚さである。

前記光学撮像レンズ組立体の要素は、
・Ｔ＜1.2ｆ、
・1.1＜ｆ／ｆ１＜1.5、
・−1.5＜ｆ／ｆ２＜−0.6、
・0.2＜Ｒ１／ｆ＜0.5、及び
・−0.25＜Ｋ１＜−0.05
の関係を満たすように構成されてもよい。

前記光学撮像レンズ組立体の要素は、
・0.4＜Ｔａ／ｆ＜0.8、
・0.5＜Ｒ２／ｆ＜100、及び
・2.5＜Ｋ２＜50
の関係の一又は複数を満たすように更に構成されてもよい。

前記光学撮像レンズ組立体は、対象面と撮像面との間に配置された開口絞りを更に備えてもよい。本発明の実施形態では、前記開口絞りは、前記対象面と前記第１のレンズ素子との間、又は前記第１のレンズ素子の対象側表面、又は前記第１のレンズ素子の画像側表面、又は前記第１のレンズ素子と前記第２のレンズ素子との間、又は前記第１のレンズ素子の内部に配置されてもよい。

前記光学撮像レンズ組立体は、前記第１のレンズ素子と前記対象面との間、又は前記第１のレンズ素子と前記第２のレンズ素子との間、又は前記第２のレンズ素子と前記画像面との間に配置されている少なくとも１つの平面で平行なレンズ素子を備えてもよい。

本発明は、画像センサ及び光学撮像レンズ組立体を備えた光学撮像装置を更に提供する。前記光学撮像レンズ組立体は、対象側から画像側に順番に、対象側表面及び画像側表面を有する第１の非球面正レンズ素子と、対象側表面及び画像側表面を有する第２の非球面負レンズ素子とを備えている。

前記光学撮像装置内の前記光学撮像レンズ組立体の要素は、
・Ｔ＜1.2ｆ、
・1.1＜ｆ／ｆ１＜1.5、
・−1.5＜ｆ／ｆ２＜−0.6、
・0.2＜Ｒ１／ｆ＜0.5、及び
・−0.25＜Ｋ１＜−0.05
の関係を満たすように構成されてもよい。

実施形態では、前記光学撮像装置内の前記光学撮像レンズ組立体の要素は、
・0.4＜Ｔａ／ｆ＜0.8、
・0.5＜Ｒ２／ｆ＜100、及び
・2.5＜Ｋ２＜50
の関係の一又は複数を満たすように更に構成されてもよい。

前記光学撮像装置は、画像の取込のために対象面を照らすように構成された照明源を更に備えてもよい。前記照明源は、近赤外スペクトルの範囲内であって160 nmまでのスペクトル帯域幅内で波長光を放射するように構成された一又は複数の発光ダイオードを有してもよい。前記光学撮像装置の特定の実施形態では、前記スペクトル帯域幅は、800 nmの波長を含んでいる。

前記光学撮像装置の実施形態では、前記照明源は、第１及び第２の単一ピーク波長発光ダイオードを有してもよく、前記第１の発光ダイオードは、760 nmの波長を含む第１のスペクトル帯域幅内で波長光を放射し、前記第２の発光ダイオードは、850 nmの波長を含む第２のスペクトル帯域幅内で波長光を放射する。

本発明の第１の実施形態に係る光学組立体を示す図である。光学組立体の第１の実施形態の詳細な光学データを示す図である。光学組立体の第１の実施形態の非球面形状データを示す図である。光学レンズ組立体の第１の実施形態の非点収差曲線を示す図である。光学レンズ組立体の第１の実施形態の歪み曲線を示す図である。光学レンズ組立体の第１の実施形態の変調伝達関数を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る光学組立体を示す図である。光学組立体の第２の実施形態の詳細な光学データを示す図である。光学組立体の第２の実施形態の非球面形状データを示す図である。光学レンズ組立体の第２の実施形態の非点収差曲線を示す図である。光学レンズ組立体の第２の実施形態の歪み曲線を示す図である。光学レンズ組立体の第２の実施形態の変調伝達関数を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る光学組立体を示す図である。光学組立体の第３の実施形態の詳細な光学データを示す図である。光学組立体の第３の実施形態の非球面形状データを示す図である。光学レンズ組立体の第１の実施形態の非点収差曲線を示す図である。光学レンズ組立体の第１の実施形態の歪み曲線を示す図である。光学レンズ組立体の第１の実施形態の変調伝達関数を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る光学組立体を示す図である。光学組立体の第４の実施形態の詳細な光学データを示す図である。光学組立体の第４の実施形態の非球面形状データを示す図である。光学レンズ組立体の第４の実施形態の非点収差曲線を示す図である。光学レンズ組立体の第４の実施形態の歪み曲線を示す図である。光学レンズ組立体の第４の実施形態の変調伝達関数を示す図である。

本発明は、光学素子の数が減少した、撮像のための光学レンズ組立体を提供しており、光学素子の内の一又は複数は任意にはプラスチックであってもよい。

本発明の光学レンズ組立体は２つの光学レンズ素子を備えている。光学レンズ組立体は、対象側から画像側に順番に、(i) 対象側凸面及び画像側凹面を有する正メニスカスレンズ（つまり、周縁部より中心部が厚いメニスカスレンズ）を含む第１の非球面正レンズ素子と、(ii) 第２の非球面負レンズ素子とを備えている。

光学レンズ組立体は、(i) 対象と第１のレンズ素子との間、(ii) 第１のレンズ素子の対象側表面、(iii) 第１のレンズ素子の画像側表面、(iv) 第１のレンズ素子と第２のレンズ素子との間、又は(v) 第１のレンズ素子の内部に置かれた開口絞りを更に備えてもよい。

本発明に係る光学レンズ組立体は、以下のパラメータの点から理解されてもよい。光学レンズ組立体の焦点距離はｆである。第１のレンズ素子の焦点距離はｆ１である。第２のレンズ素子の焦点距離はf ２である。第１のレンズ素子の対象側表面の曲率半径はＲ１である。第１のレンズ素子の対象側表面のコーニック（つまり、コーニック定数）はＫ１である。第１のレンズ素子の画像側表面の曲率半径はＲ２である。第１のレンズ素子の画像側表面のコーニックはＫ２である。光学レンズ組立体の光軸での第１のレンズ素子の厚さはＴ１である。光学レンズ組立体の光軸に沿った第１のレンズ素子の画像側表面と第２のレンズ素子の対象側表面との距離は、Ｔ２である。光学レンズ組立体の光軸での第２のレンズ素子の厚さはＴ３である。第２のレンズ素子の画像側表面と画像面との距離はＴ４である。光学レンズ組立体の光軸に沿った光学レンズ組立体の総厚さはＴａであり、Ｔａ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３である。光学レンズ組立体の総トラック長（つまり、第１のレンズ素子の対象側表面と画像面との総距離）はＴであり、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４である。上記に記載されている距離は全て、光学レンズ組立体の光軸とのレンズ面の交点間で測定された距離であると理解される。

本発明の光学レンズ組立体は、
・Ｔ＜1.2ｆ．．．制約１
・1.1＜ｆ／ｆ１＜1.5 ．．．制約２
・−1.5＜ｆ／ｆ２＜−0.6 ．．．制約３
・0.2＜Ｒ１／ｆ＜0.5 ．．．制約４
・−0.25＜Ｋ１＜−0.05 ．．．制約５
の制約を満たすように構成されてもよい。

本発明の実施形態に係るレンズ組立体は、第１のレンズ素子の対象側表面から離れた有限距離に置かれた対象、又は代わりに光学的に無限遠に置かれた対象を画像センサに撮像するように構成され得る。

上記の制約に従ってレンズ組立体を構成することにより、従来のコスト効率の良い射出成形レンズ製造技術を使用して製造され得る小型で有効な光学レンズ組立体が提供されることが分かっている。

更に、本発明に従って構成された光学レンズ組立体は、以下を達成することが分かっている。
・F/2.4 以下のＦナンバーを有する口径（つまり入射瞳径）のための回折限界画質、及び少なくとも40度までの対象空間の視野角
・ｆが４mmであるとき、110 lp/mm （ラインペア／ミリメートル）で変調伝達関数MTF が60％より大きい。
・３％未満の低い幾何学的歪み
・（近赤外(IR)スペクトル、可視スペクトル又は紫外スペクトルの範囲内の）単一ピークLED からの照明下で画像の取込に十分な色修正。達成された色修正は一般に、近赤外（近IR）スペクトルの範囲内であって約160 ナノメートル(nm)以下のスペクトル帯域幅での照明下で画像の取込に十分である。

本発明の光学レンズ組立体は更に、
・0.4＜Ｔａ／ｆ＜0.8 ．．．制約６
・0.5＜Ｒ２／ｆ＜100 ．．．制約７
・2.5＜Ｋ２＜50 ．．．制約８
の制約の一又は複数を満たすように構成されてもよい。

上記の制約２、制約３及び制約６を満たすべく本発明の光学レンズ組立体を構成することにより、好ましくは有効焦点距離ｆ未満で、光学レンズ組立体の総トラック長Ｔの減少が達成される。制約４及び制約５を満たすべく光学レンズ組立体を構成することにより、第１のレンズ素子は、色収差が大きくなり過ぎることなく、撮像システムに十分な屈折力を確実に与える。制約１０及び制約１１を満たすべく光学レンズ組立体を構成することにより、第１のレンズ素子は、第２のレンズ素子によって更に修正され得る程度に非点収差を確実に低下させるため、第２のレンズ素子による像面湾曲及び歪みの修正が改善される。

第１のレンズ素子及び第２のレンズ素子の屈折率は、第１のレンズ素子が第２のレンズ素子より小さい屈折率を有するように夫々選択されてもよい。本発明の実施形態では、このような選択は、第１のレンズ素子をポリメチルメタクリレート（PMMA）若しくはシクロオレフィンコポリマ(COC) から製造することにより、及び／又は第２のレンズ素子をポリカーボネート(PC)若しくはポリスチレン(PS)から製造することにより達成されてもよい。実施形態では、両方のレンズ素子が同一の材料（例えばPMMA）から形成されてもよい。

実施形態では、本発明の光学レンズ組立体は、（限定することなく光学窓又は光学フィルタを含む）一又は複数の平面で平行な光学素子を備えてもよい。一又は複数の平面で平行な光学素子は、(i) 第１のレンズ素子と撮像のための対象との間、(ii) 第１のレンズ素子と第２のレンズ素子との間、又は(iii) 第２のレンズ素子と画像センサとの間に置かれてもよい。一又は複数の平面で平行な光学素子は、光学レンズ組立体の一部として取り付けられてもよく、又はレンズホルダに取り付けられてもよく、又は画像センサパッケージの一部として取り付けられてもよい。

本発明に従って構成された光学レンズ組立体は、レンズ素子の材料の選択に対する感度が低く、ほとんどの光学プラスチックと、光学ガラスのような他の光学材料との使用を可能にする。

本発明の目的のために、光学レンズ組立体内の第１及び第２のレンズ素子の非球面形状は、以下の式（１）によって定められてもよい。
z(r)=(cr²)/(1+√(1-(1+K)c²r²))＋A₁r²＋A₂r⁴＋A₃r⁶＋A₄r⁸＋A₅r¹⁰＋A₆r¹² ...（式(1)）
ここで、
・光軸はｚ方向にあるとみなす、
・z(r)は、表面上の径座標ｒでの表面たるみ（つまり、光軸から距離ｒでの、頂点からの表面の変位のｚ成分）である、
・cは、表面の曲率（つまり、１／表面半径）である、
・Kはコーニック定数である、及び
・係数Ａ_iは、ｃによって特定された軸方向に対称な二次曲面からの表面のずれについて表している。

しかしながら、レンズ素子の非球面形状が他の適切な式によって表現されてもよいことが理解される。

本発明の具体的な実施形態を、添付図面を参照して以下の段落に述べる。

図1Aは、本発明の第１の実施形態に係る光学レンズ組立体100 を示す図である。光学レンズ組立体100 は、２つのレンズ素子、つまり対象側から画像側に順番に、第１の屈折率を有する第１のプラスチックのレンズ素子110 及び第２の屈折率を有する第２のプラスチックのレンズ素子120 と、第１のレンズ素子の対象側表面に配置された開口絞り130 とを備えている。第１のレンズ素子110 は、対象側凸面112 及び画像側凹面114 を有する正メニスカスレンズを含んでいる。第２のレンズ素子120 は、対象側非球面116 及び画像側非球面118 を有する負レンズ素子を含んでいる。図示された実施形態では、第２のレンズ素子120 は負の屈折力を有しており、第１の屈折率は第２の屈折率より小さい。

光学レンズ組立体100 の光軸ｏでの第１のレンズ素子110 の厚さはＴ１である。光軸ｏに沿った第１のレンズ素子110 の画像側凹面114 と第２のレンズ素子120 の対象側非球面116 との距離は、Ｔ２である。光軸ｏでの第２のレンズ素子120 の厚さはＴ３である。第２のレンズ素子の画像側表面と画像面140 との距離は、Ｔ４である。光軸ｏに沿った光学レンズ組立体の総厚さは、Ｔａ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）である。光軸ｏに沿って測定された、第１のレンズ素子110 の対象側表面と画像面140 との総距離は、Ｔ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）である。画像面140 が図1Aに示されているが、画像面は必ずしも光学レンズ組立体100 の要素でなくてもよいことが理解される。

図1Bは、上記に記載されている制約１〜制約５に適合するように構成された光学レンズ組立体100 の詳細な光学データを示す。図1Cは、光学レンズ組立体100 の非球面形状データを示しており、非球面形状データは上記の式（１）に基づいて導き出されている。

図1D、1E及び1Fは夫々、光学レンズ組立体100 の非点収差曲線、歪み曲線及び変調伝達関数を示す。

光学レンズ組立体100 のデータは、(i) ｆが3.9 mmであるような光学レンズ組立体全体の有効焦点距離ｆ、(ii) F/2.4 のＦナンバー、(iii) 視界FOV 、ここでFOVは35°である、及び(iv) 780 nm〜840 nmの照明の波長範囲に基づいてモデル化された。モデル化された光学レンズ組立体の具体的な制約は以下の通りであった。
・ｆ／ｆ１＝1.21
・ｆ／ｆ２＝−0.85
・Ｔａ／ｆ＝0.67
・Ｔ＝3.67
・Ｔ／ｆ＝0.94
・Ｒ１／ｆ＝0.33
・Ｋ１＝0.18547
・Ｒ２／ｆ＝1.78
・Ｋ２＝22.411

図1D、1E及び1Fのデータにより、本発明の第１の実施形態は、(i) F/2.4 のＦナンバーを有する口径（つまり入射瞳径）のための回折限界画質、及び35度の対象空間の視野角、(ii) 110 lp/mm （ラインペア／ミリメートル）で60％より大きい変調伝達関数MTF 、及び(iii) ３％未満の低い幾何学的歪みを達成することが実証されている。

図2Aは、本発明の第２の実施形態に係る光学レンズ組立体200 を示す図である。光学レンズ組立体200 は、２つのレンズ素子、つまり対象側から画像側に順番に、第１の屈折率を有する第１のプラスチックのレンズ素子210 及び第２の屈折率を有する第２のプラスチックのレンズ素子220 と、第１のレンズ素子210 と第２のレンズ素子220 との間に配置された開口絞り230 とを備えている。第１のレンズ素子210 は、対象側凸面212 及び画像側凹面214 を有する正メニスカスレンズを含んでいる。第２のレンズ素子220 は、対象側非球面216 及び画像側非球面218 を有するメニスカスレンズ素子を含んでいる。図示された実施形態では、第２のレンズ素子220 は負の屈折力を有しており、第１の屈折率は第２の屈折率より小さい。

光学レンズ組立体200 の光軸ｏでの第１のレンズ素子210 の厚さはＴ１である。光軸ｏに沿った第１のレンズ素子210 の画像側表面214 と第２のレンズ素子220 の対象側表面216 との距離は、Ｔ２である。光軸ｏでの第２のレンズ素子220 の厚さはＴ３である。第２のレンズ素子220 の画像側表面と画像面240 との距離は、Ｔ４である。光軸ｏに沿った光学レンズ組立体の総厚さは、Ｔａ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）である。光軸ｏに沿って測定された第１のレンズ素子210 の対象側表面と画像面240 との総距離は、Ｔ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）である。画像面240 が図2Aに示されているが、画像面は光学レンズ組立体200 の不可欠な要素として理解されなくてもよいことが理解される。

図2Bは、上記に記載されている制約１〜制約５に適合するように構成された光学レンズ組立体200 の詳細な光学データを示す。図2Cは、光学レンズ組立体200 の非球面形状データを示しており、非球面形状データは上記の式（１）に基づいて導き出されている。

図2D、2E及び2Fは夫々、光学レンズ組立体200 の非点収差曲線、歪み曲線、及び空間周波数に対応する変調伝達関数の変化を示す図である。

光学レンズ組立体200 のデータは、(i) 光学レンズ組立体全体の有効焦点距離ｆ、ここでｆは4.0 である、(ii) F/2.1 のＦナンバー、(iii) 視界FOV 、ここでFOV は30°である、及び(iv) 810 nmの照明の第１波長に基づいてモデル化された。モデル化された光学レンズ組立体の具体的な制約は以下の通りであった。
・ｆ／ｆ１＝1.33
・ｆ／ｆ２＝−1.26
・Ｔａ／ｆ＝0.75
・Ｔ＝3.706
・Ｔ／ｆ＝0.93
・Ｒ１／ｆ＝0.32
・Ｋ１＝−0.3914
・Ｒ２／ｆ＝2.43
・Ｋ２＝13.2890

図2D、2E及び2Fのデータにより、本発明の第２の実施形態は、(i) F/2.1 未満のＦナンバーを有する口径（つまり入射瞳径）のための回折限界画質、及び30度未満の対象空間の視野角、(ii) 110 lp/mm （ラインペア／ミリメートル）で60％より大きい変調伝達関数MTF 、及び(iii) 0.11％未満の低い幾何学的歪みを達成することが実証されている。

図3Aは、本発明の第３の実施形態に係る光学レンズ組立体300 を示す。光学レンズ組立体300 は、２つのレンズ素子、つまり対象側から画像側に順番に、第１の屈折率を有する第１のプラスチックのレンズ素子310 及び第２の屈折率を有する第２のプラスチックのレンズ素子320 と、第１のレンズ素子310 の対象側表面に配置された開口絞り130 とを備えている。第１のレンズ素子310 は、対象側凸面312 及び画像側凹面314 を有する正メニスカスレンズを含んでいる。第２のレンズ素子320 は、対象側表面316 及び画像側非球面318 を有するレンズ素子を含んでいる。図示された実施形態では、第２のレンズ素子320 は負の屈折力を有しており、第１の屈折率は第２の屈折率より小さい。図示された実施形態では、平面で平行なフィルタ350 が、第２のレンズ素子320 と画像面340 との間に配置されており、対象側表面352 及び画像側表面354 を有している。

光学レンズ組立体300 の光軸ｏでの第１のレンズ素子310 の厚さはＴ１である。光軸ｏに沿った第１のレンズ素子310 の画像側表面314 と第２のレンズ素子320 の対象側表面316 との距離は、Ｔ２である。光軸ｏでの第２のレンズ素子320 の厚さはＴ３である。第２のレンズ素子320 の画像側表面と画像面340 との距離は、Ｔ４である。光軸ｏに沿った光学レンズ組立体の総厚さは、Ｔａ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）である。光軸ｏに沿って測定された、第１のレンズ素子310 の対象側表面と画像面340 との総距離は、Ｔ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）である。画像面340 が図3Aに示されているが、画像面は光学レンズ組立体300 の不可欠な要素として理解されなくてもよいことが理解される。

図3Bは、上記に記載されている制約１〜制約５に適合するように構成された光学レンズ組立体300 の詳細な光学データを示す。図3Cは、光学レンズ組立体300 の非球面形状データを示しており、非球面形状データは上記の式（１）に基づいて導き出されている。

図3D、3E及び3Fは夫々、光学レンズ組立体300 の非点収差曲線、歪み曲線、及び空間周波数に対応する変調伝達関数の変化を示す図である。

光学レンズ組立体300 のデータは、(i) 光学レンズ組立体全体の有効焦点距離ｆ’、ここでｆ’は4.0 である、(ii) F/2.35のＦナンバー、(iii) 視界FOV 、ここでFOV は35°である、及び(iv) 810 nmの照明の第１波長に基づいてモデル化された。モデル化された光学レンズ組立体の具体的な制約は以下の通りであった。
・ｆ／ｆ１＝1.35
・ｆ／ｆ２＝−0.98
・Ｔａ／ｆ＝0.61
・Ｔ＝3.771
・Ｔ／ｆ＝0.94
・Ｒ１／ｆ＝0.28
・Ｋ１＝−0.1651
・Ｒ２／ｆ＝1.19
・Ｋ２＝10.7151

図3D、3E及び3Fのデータにより、本発明の第２の実施形態は、(i) F/2.35未満のＦナンバーを有する口径（つまり入射瞳径）のための回折限界画質、及び35度未満の対象空間の視野角、(ii) 110 lp/mm （ラインペア／ミリメートル）で60％より大きい変調伝達関数MTF 、及び(iii) 光学レンズ組立体内に平面で平行な光学素子を追加することを含めて１％未満の低い幾何学的歪みを達成することが実証されている。

図4Aは、本発明の第４の実施形態に係る光学レンズ組立体400 を示す。光学レンズ組立体400 は、２つのレンズ素子、つまり対象側から画像側に順番に、第１の屈折率を有する第１のアクリルのレンズ素子410 及び第２の屈折率を有する第２のアクリルのレンズ素子420 と、第１のレンズ素子の対象側表面に配置された開口絞り430 とを備えている。第１のレンズ素子410 は、対象側凸面412 及び画像側凹面414 を有する正メニスカスレンズを含んでいる。第２のレンズ素子420 は、対象側非球面416 及び画像側非球面418 を有する負レンズ素子を含んでいる。図示された実施形態では、第２のレンズ素子420 は負の屈折力を有しており、第１の屈折率は第２の屈折率に等しい。

光学レンズ組立体100 の光軸ｏでの第１のレンズ素子410 の厚さはＴ１である。光軸ｏに沿った第１のレンズ素子410 の画像側表面414 と第２のレンズ素子420 の対象側表面416 との距離は、Ｔ２である。光軸ｏでの第２のレンズ素子420 の厚さはＴ３である。第２のレンズ素子の画像側表面と画像面440 との距離は、Ｔ４である。光軸ｏに沿った光学レンズ組立体の総厚さは、Ｔａ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）である。光軸ｏに沿って測定された、第１のレンズ素子410 の対象側表面と画像面440 との総距離は、Ｔ（つまり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）である。画像面440 が図4Aに示されているが、画像面は必ずしも光学レンズ組立体400 の要素でなくてもよいことが理解される。

図4Bは、上記に記載されている制約１〜制約５に適合するように構成された光学レンズ組立体400 の詳細な光学データを示す。図4Cは、光学レンズ組立体400 の非球面形状データを示しており、非球面形状データは上記の式（１）に基づいて導き出されている。

図4D、4E及び4Fは夫々、光学レンズ組立体400 の非点収差曲線、歪み曲線及び変調伝達関数を示す。

光学レンズ組立体400 のデータは、(i) ｆが3.9 mmであるような光学レンズ組立体全体の有効焦点距離ｆ、(ii) F/2.4 のＦナンバー、(iii) 視界FOV 、ここでFOV は35°である、及び(iv) 780 nm〜840 nmの照明の波長範囲に基づいてモデル化された。モデル化された光学レンズ組立体の具体的な制約は以下の通りであった。
・ｆ／ｆ１＝1.21
・ｆ／ｆ２＝0.83
・Ｔａ／ｆ＝0.67
・Ｔ＝3.67
・Ｔ／ｆ＝0.94
・Ｒ１／ｆ＝0.33
・Ｋ１＝0.1380
・Ｒ２／ｆ＝1.74
・Ｋ２＝25.0935

図4D、4E及び4Fのデータにより、本発明の第４の実施形態は、(i) F/2.4 のＦナンバーを有する口径（つまり入射瞳径）のための回折限界画質、及び35度の対象空間の視野角、(ii) 110 lp/mm （ラインペア／ミリメートル）で60％より大きい変調伝達関数MTF 、及び(iii) ３％未満の低い幾何学的歪みを達成することが実証されている。

従って、本発明は、携帯型電子デバイス内を含めて、光学撮像のための小型の光学レンズ組立体を提供している。光学レンズ組立体内に非球面レンズ素子を設けることによって、本発明は、時間効率、コスト効率及び労働効率と共に、従来の射出成形技術を使用して製造又は大量生産され得るレンズ組立体を更に可能にしている。

本発明は、上記の実施形態のいずれかに記載されている光学レンズ組立体と、画像センサとを備えている光学撮像装置を更に提供し得る。光学撮像装置の画像センサは画像面を与える。光学撮像装置の実施形態では、光学レンズ組立体に対する画像センサの位置が、光学レンズ組立体の実施形態の上記に記載されている画像面（例えば、画像面140 、画像面240 及び画像面340 参照）の位置と一致する。

光学撮像装置内の光学レンズ組立体は、第１のレンズ素子の対象側表面から有限距離を離して置かれた対象、又は代わりに光学的に無限遠に置かれた対象を画像センサに撮像するように構成されてもよい。

光学撮像装置は、画像の取込のために対象面（及び、ひいては対象面に置かれた対象）を照らすように構成された照明源を更に備えてもよい。実施形態では、照明源は発光ダイオード(LED) を含んでもよい。実施形態では、照明源は、約160 nm以下の光学スペクトル帯域幅内のみで波長光を放射するように選択されてもよい。より具体的な実施形態では、照明源は、近IRスペクトルの範囲内であって約160 nm以下の光学スペクトル帯域幅内のみで波長光を放射するように選択されてもよい。更により具体的な実施形態では、照明源は、約160 nm以下の光学スペクトル帯域幅内のみで波長光を放射するように選択されてもよく、光学スペクトル帯域幅は810 nmの波長を含んでいる。光学撮像装置の実施形態では、照明源は、上記に記載されている光学スペクトル帯域幅内で波長光を放射するように構成された単一ピークLED を有してもよい。別の実施形態では、照明源は、約760 nm及び約850 nmで波長光を放射するように夫々構成された２つの単一ピーク波長LED を有してもよい。更なる実施形態では、照明源は、約850 nmで波長光を放射するように構成された単一ピークLED を有してもよい。代替の実施形態では、照明源は、940 nm〜960 nmの範囲内で波長光を放射するように構成されたLED を有してもよい。

本発明の具体的な実施形態では、光学撮像装置は、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、タブレット、ラップトップ若しくは他の携帯型通信デバイス、バーコードリーダ及びウェブカメラを含むがこれらに限定されない、携帯型電子デバイス、モバイルコンピュータデバイス又はモバイル通信デバイス内に設けられてもよい。小型の光学レンズ組立体によって、本発明は、深さ形状が狭いデバイスに特に適している。特定の実施形態では、本発明に係る光学撮像装置は、（携帯電話、ラップトップ又はタブレットの前面のような）外面を有するデバイスハウジング内に配置されてもよい。好ましい実施形態では、デバイスハウジングの外面は、光学的に透明（つまり透明）であってもよく、又は実質的に光学的に透明（つまり、実質的に透明）であってもよい。

本発明の典型的な実施形態が、本明細書に記載されて例証されているが、このような実施形態は単に例示に過ぎないと認識される。形態及び詳細の様々な変更が、添付の特許請求の範囲によって定義されている本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく又はこれらを損なうことなくなされてもよいことが当業者によって理解される。

Claims

光学撮像レンズ組立体であって、対象側から画像側に順番に、
対象側表面及び画像側表面を有する第１の非球面正レンズ素子と、
対象側表面及び画像側表面を有する第２の非球面負レンズ素子と
を備えており、
前記光学撮像レンズ組立体の要素は、
Ｔ＜1.2ｆ、
1.1＜ｆ／ｆ１＜1.5、
−1.5＜ｆ／ｆ２＜−0.6、
0.2＜Ｒ１／ｆ＜0.5、及び
−0.25＜Ｋ１＜−0.05
の関係を満たすように構成されており、
ｆは、前記光学撮像レンズ組立体の焦点距離であり、ｆ１は、前記第１のレンズ素子の焦点距離であり、ｆ２は、前記第２のレンズ素子の焦点距離であり、Ｒ１は、前記第１のレンズ素子の対象側表面の曲率半径であり、Ｋ１は、前記第１のレンズ素子の対象側表面のコーニックであり、Ｔ１は、前記第１のレンズ素子の厚さであり、Ｔ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面と前記第２のレンズ素子の対象側表面との距離であり、Ｔ３は、前記第２のレンズ素子の厚さであり、Ｔ４は、前記第２のレンズ素子の画像側表面と画像面との距離であり、Ｔは、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４のような前記光学撮像レンズ組立体の総トラック長であり、
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４は、夫々のレンズ面と前記光学撮像レンズ組立体の光軸との交点間で測定された距離であることを特徴とする光学撮像レンズ組立体。
前記光学撮像レンズ組立体の要素は、
0.4＜Ｔａ／ｆ＜0.8、
0.5＜Ｒ２／ｆ＜100、及び
2.5＜Ｋ２＜50
の関係の一又は複数を満たすように構成されており、
Ｒ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面の曲率半径であり、Ｋ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面のコーニックであり、Ｔａは、Ｔａ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３のような前記光学撮像レンズ組立体の総厚さであることを特徴とする請求項１に記載の光学撮像レンズ組立体。
対象面と撮像面との間に配置された開口絞りを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学撮像レンズ組立体。
前記開口絞りは、前記対象面と前記第１のレンズ素子との間、又は前記第１のレンズ素子の対象側表面、又は前記第１のレンズ素子の画像側表面、又は前記第１のレンズ素子と前記第２のレンズ素子との間、又は前記第１のレンズ素子の内部に配置されてもよいことを特徴とする請求項３に記載の光学撮像レンズ組立体。
前記第１のレンズ素子と前記対象面との間、又は前記第１のレンズ素子と前記第２のレンズ素子との間、又は前記第２のレンズ素子と前記画像面との間に配置されている少なくとも１つの平面で平行なレンズ素子を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学撮像レンズ組立体。
光学撮像装置であって、
画像センサと、
対象側から画像側に順番に、
対象側表面及び画像側表面を有する第１の非球面正レンズ素子、及び
対象側表面及び画像側表面を有する第２の非球面負レンズ素子
を含んでいる光学撮像レンズ組立体と
を備えており、
前記光学撮像レンズ組立体の要素は、
Ｔ＜1.2ｆ、
1.1＜ｆ／ｆ１＜1.5、
−1.5＜ｆ／ｆ２＜−0.6、
0.2＜Ｒ１／ｆ＜0.5、及び
−0.25＜Ｋ１＜−0.05
の関係を満たすように構成されており、
ｆは、前記光学撮像レンズ組立体の焦点距離であり、ｆ１は、前記第１のレンズ素子の焦点距離であり、ｆ２は、前記第２のレンズ素子の焦点距離であり、Ｒ１は、前記第１のレンズ素子の対象側表面の曲率半径であり、Ｋ１は、前記第１のレンズ素子の対象側表面のコーニックであり、Ｔ１は、前記第１のレンズ素子の厚さであり、Ｔ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面と前記第２のレンズ素子の対象側表面との距離であり、Ｔ３は、前記第２のレンズ素子の厚さであり、Ｔ４は、前記第２のレンズ素子の画像側表面と前記画像センサに設けられた画像面との距離であり、Ｔは、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４のような前記光学撮像レンズ組立体の総トラック長であることを特徴とする光学撮像装置。
前記光学撮像レンズ組立体の要素は、
0.4＜Ｔａ／ｆ＜0.8、
0.5＜Ｒ２／ｆ＜100、及び
2.5＜Ｋ２＜50
の関係の一又は複数を満たすように構成されており、
Ｒ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面の曲率半径であり、Ｋ２は、前記第１のレンズ素子の画像側表面のコーニックであり、Ｔａは、Ｔａ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３のような前記光学撮像レンズ組立体の総厚さであることを特徴とする請求項６に記載の光学撮像装置。
画像の取込のために対象面を照らすように構成された照明源を更に備えていることを特徴とする請求項６に記載の光学撮像装置。
前記照明源は、近赤外スペクトルの範囲内であって160 nmまでのスペクトル帯域幅内で波長光を放射するように構成された一又は複数の発光ダイオードを有していることを特徴する請求項８に記載の光学撮像装置。
前記スペクトル帯域幅は、800 nmの波長を含んでいることを特徴とする請求項９に記載の光学撮像装置。
前記照明源は第１及び第２の単一ピーク波長発光ダイオードを有しており、前記第１の発光ダイオードは、760 nmの波長を含む第１のスペクトル帯域幅内で波長光を放射し、前記第２の発光ダイオードは、850 nmの波長を含む第２のスペクトル帯域幅内で波長光を放射することを特徴とする請求項９に記載の光学撮像装置。