JP6073851B2

JP6073851B2 - 光学撮像系

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Publication number: JP6073851B2
Application number: JP2014250119A
Authority: JP
Inventors: ボーン、マシュー; 李柏徹; 葉致仰; 唐子健
Original assignee: 玉晶光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-12-10
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Description

本開示は、電気機器ならびにその光学撮像レンズに関し、より具体的には、６つのレンズ素子を有する赤外線光学撮像レンズ系ならびにそれが組み込まれた携帯型機器に関するものである。

内蔵デジタルカメラを備えた携帯型電子機器が、ますます普及しつつある。デジタルカメラおよび携帯電話機における小型化の傾向と、さらには電荷結合素子（ＣＣＤ）およびＣＭＯＳによる撮像センサの最近の技術の進歩に伴って、光学レンズ系もまた、そのサイズの縮小が要求される。ところが、光学撮像レンズ系の小型化では、光学性能要件についても考慮されなければならない。

７００ｎｍよりも長い波長は、人間の目によって直接は知覚されない。そのような波長は、妨害対抗能力、低コスト、低消費電力、人間の目で感知されない、という特性を持つ。それらは、遠隔制御装置、赤外線検出システムなどにおいて、よく用いられる。最近は、ユーザとの対話を実現するために、ユーザの動きを検出する赤外線（ＩＲ）検出器を用いた対話型電子機器が開発されている。例えば、特許文献１は、そのようなＩＲ撮像レンズ群について開示しており、その半視野（ＨＦＯＶ）角は約３５度であり、これは、やや狭い。

台湾特許出願公開第２０１１／１１８２８号

本発明は、高品質で、低コスト、かつＦＯＶ角が広いＩＲ撮像レンズ系に関する。

本発明の一部の実施形態は、６つのレンズ素子を有する光学撮像系に関するものである。いくつかの実施形態において、光学撮像系は、物体側から像側へ順に、第１のレンズ素子と、第２のレンズ素子と、第３のレンズ素子と、開口絞りと、第４のレンズ素子と、第５のレンズ素子と、第６のレンズ素子と、を備える。第１のレンズ素子は、光軸近傍において凹状の像側の面を有する。第２のレンズ素子は、負の屈折力を有する。第３のレンズ素子は、光軸近傍において凸状の物体側の面を有する。第４のレンズ素子は、光軸近傍において凸状の物体側の面を有する。第５のレンズ素子は、光軸近傍において凸状の像側の面を有する。第６のレンズ素子は、プラスチックで構成されており、周縁部近傍において凸状の像側の面を有する。いくつかの実施形態において、光学撮像系は、屈折力をそれぞれ有するレンズ素子を６つのみ有する。

６つのレンズ素子の光軸に沿った厚さの和を「ＡＬＴ」と定義でき、第４と第５のレンズ素子間の光軸に沿った空隙を「ＡＣ４５」と定義できる。いくつかの実施形態において、これらの量は、以下の関係を満たしている。
ＡＬＴ／ＡＣ４５≦４５．０

本発明の一部の実施形態は、内蔵デジタルカメラを備えた携帯型電子機器に関するものである。携帯型電子機器は、収容ユニットと、収容ユニットに取り付けられたレンズ鏡筒と、レンズ鏡筒に組み付けられた光学レンズモジュールと、を備える。光学レンズモジュールは、物体側から像側へ順に、第１のレンズ素子と、第２のレンズ素子と、第３のレンズ素子と、開口絞りと、第４のレンズ素子と、第５のレンズ素子と、第６のレンズ素子と、を備えることができる。
第１のレンズ素子は、光軸近傍において凹状の像側の面を有する。第２のレンズ素子は、負の屈折力を有する。第３のレンズ素子は、光軸近傍において凸状の物体側の面を有する。第４のレンズ素子は、光軸近傍において凸状の物体側の面を有する。第５のレンズ素子は、光軸近傍において凸状の像側の面を有する。第６のレンズ素子は、プラスチックで構成されており、外周縁部近傍において凸状の像側の面を有する。

第３のレンズ素子の光軸に沿った厚さを「ＣＴ３」と定義でき、第３と第４のレンズ素子間の光軸に沿った空隙を「ＡＣ３４」と定義できる。いくつかの実施形態において、これらの量は、以下の関係を満たしている。
０．５５≦ＡＣ３４／ＣＴ３

携帯型電子機器は、さらに、基板上に接合された撮像センサ（チップ・オン・ボード）を備えることができる。一部の実施形態では、レンズ鏡筒を、撮像センサに対して光軸方向に可動である。

以下の説明は、添付の図面と共に、請求項に係る発明の特徴および効果について、より良い理解を与えるものである。

本明細書で使用される用語について説明するための例示的なレンズ素子の断面図である。本発明の第１の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図２Ａの実施形態における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の第２の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図３Ａの実施形態における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の第３の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図４Ａの実施形態における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の第４の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図５Ａの実施形態における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の第５の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図６Ａの実施形態における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の第６の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図７Ａの実施形態における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の第７の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図８Ａの実施形態における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の第８の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図９Ａの実施形態における縦収差、サジタル像面湾曲およびタンジェンシャル像面湾曲、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の第９の実施形態による６素子の光学レンズ系の概略断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１０Ａの実施形態における縦収差、サジタル像面湾曲およびタンジェンシャル像面湾曲、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。本発明の一実施形態による内蔵光学撮像モジュールを備えた携帯型電子機器の概略断面図である。本発明の他の実施形態による内蔵光学撮像モジュールを備えた携帯型電子機器の概略断面図である。

本発明の一部の実施形態は、６素子の光学レンズ系に関するものであり、それは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ撮像センサを用いる携帯電話機、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、タブレットなどの電子機器において広く適用されるものである。具体的な実施形態のレンズデータおよび他のパラメータについて以下で記載する。本開示とつながりのある当業者であれば、請求項に係る発明の範囲内で、他のレンズ系も設計可能であることは理解できるであろう。

［用語の定義］
「正の屈折力（または負の屈折力）を有するレンズ素子」という表現は、そのレンズ素子が光軸近傍において有する屈折力が、正の屈折力（または負の屈折力）であることを意味する。ある領域において凸状（または凹状）の面を有するレンズ素子とは、その領域に隣接する径方向外側の領域に対して、その領域が凸部（または凹部）を有し、その領域が光軸に沿って***した（凸状の）、または窪んだ（凹状の）面を有することを意味する。

図１は、本明細書で使用される用語について説明するためのレンズ素子の一例の断面図を提示している。図１に示すように、「Ｉ」は、この光軸の周りに回転対称である例示的なレンズ素子の光軸を表している。レンズ素子の物体側の面は、領域Ａに凸面を有し、領域Ｂに凹面を有し、領域Ｃに凸面を有する。領域Ａが凸面を有するのは、領域Ａの表面が、隣接する径方向外側の領域（すなわち、領域Ｂ）に対して、光軸の方向に***しているからである。領域Ｂは、隣接する領域ＡとＣに対して窪んでいる。領域Ｃは、隣接する領域Ｅに対して***している。
「周縁部近傍の領域」という表現は、レンズ素子の周縁部近傍の、撮像光が通過する領域、すなわち領域Ｃを指す。撮像光線は、主光線Ｌｃと周辺光線Ｌｍとを含み得る。
「光軸近傍の領域」という表現は、撮像光が通過する光軸の領域、すなわち領域Ａを指す。
「レンズ素子の外周縁部近傍の領域」という表現は、領域Ｃのような、専ら撮像光を通過させるレンズ素子面の周縁領域近傍を意味する。さらに、レンズ素子は、該レンズ素子をレンズ鏡筒に取り付けるために構成された拡張部またはフランジＥを有し得る。望ましい撮像光線は、拡張部Ｅを通過しない。レンズ素子の拡張部Ｅは、光学撮像系の一部であり得るものの、その説明および略図では、簡潔にするために省略している。

［第１の実施形態］
図２Ａは、本発明の第１の実施形態による６素子の光学レンズ系１００の概略断面図である。光学レンズ系１００は、光軸に沿って物体側から像側へ順に、第１のレンズ素子Ｌ１と、第２のレンズ素子Ｌ２と、第３のレンズ素子Ｌ３と、光学的開口絞りＡＳと、第４のレンズ素子Ｌ４と、第５のレンズ素子Ｌ５と、第６のレンズ素子Ｌ６と、を備える。各レンズ素子Ｌ１〜Ｌ６は、光軸の周りに回転対称であり得る。

第１のレンズ素子Ｌ１は、負の屈折力を有し、光軸近傍において凸状の物体側の面と、外周縁領域において凸状の物体側の面と、光軸近傍において凹状の像側の面と、外周縁領域において凹状の像側の面と、を有する。第２のレンズ素子Ｌ２は、負の屈折力を有し、光軸近傍において凹状の物体側の面と、外周縁領域において凸状の物体側の面と、像側の凹面と、を有する。第２のレンズ素子Ｌ２の像側の凹面は、光軸近傍において凹状の像側の面と、外周縁領域において凹状の像側の面と、を含む。第３のレンズ素子Ｌ３は、正の屈折力を有し、光軸近傍において凸状の物体側の面と、外周縁領域において凸状の物体側の面と、光軸に沿って凹状の像側の面と、を有する。第３のレンズ素子Ｌ３の像側の凹面は、光軸近傍において凹状の像側の面と、外周縁領域において凹状の像側の面と、を含む。第４のレンズ素子Ｌ４は、正の屈折力を有し、光軸近傍において凸状の物体側の面と、外周縁領域において凸状の物体側の面と、を有し、さらに、光軸近傍において凸状の像側の面と外周縁領域において凸状の像側の面とを含む凸状の像側の面を有する。第５のレンズ素子Ｌ５は、正の屈折力を有し、光軸近傍において凸状の物体側の面と、外周縁領域において凸状の物体側の面と、光軸近傍において凸状の像側の面と、外周縁領域において凸状の像側の面と、を有する。第６のレンズ素子Ｌ６は、負の屈折力を有し、光軸近傍において凹状の物体側の面と、外周縁領域において凹状の物体側の面と、光軸近傍において凹状の像側の面と、外周縁領域において凸状の像側の面と、を有する。

光学レンズ系１００は、さらに、可視波長の光の通過を阻むように構成されたフィルタを有する。一部の実施形態では、フィルタは、約７００ｎｍ未満の波長をカットする。光学フィルタは、より短波長の可視スペクトルを遮断し、約７００ｎｍを超える波長を通過させる。フィルタは、他の光源からの干渉を低減することにより、撮像レンズ系１００の赤外線性能を向上させる。フィルタは、第６のレンズ素子と像面との間に配置される単一のフィルタとして示しているが、フィルタは、他のいずれかの位置に配置でき、また、１つ以上のフィルタ要素を有することがある。
Ｒ１とＲ２は、それぞれ第１のレンズ素子Ｌ１の物体側と像側の面である。同様に、Ｒ３とＲ４は、それぞれ第２のレンズ素子Ｌ２の物体側と像側の面である。同様に、Ｒ５とＲ６は、それぞれ第３のレンズ素子Ｌ３の物体側と像側の面である。Ｒ７とＲ８は、それぞれ第４のレンズ素子Ｌ４の物体側と像側の面である。Ｒ９とＲ１０は、それぞれ第５のレンズ素子Ｌ５の物体側と像側の面である。Ｒ１１とＲ１２は、それぞれ第６のレンズ素子Ｌ６の物体側と像側の面である。

図２Ａ〜１０Ａにおいて、ＣＴ１は第１のレンズ素子Ｌ１の厚さであり、ＣＴ２は第２のレンズ素子Ｌ２の厚さであり、ＣＴ３は第３のレンズ素子Ｌ３の厚さであり、ＣＴ４は第４のレンズ素子Ｌ４の厚さであり、ＣＴ５は第５のレンズ素子Ｌ５の厚さであり、ＣＴ６は第６のレンズ素子Ｌ６の厚さである。厚さＣＴ１〜ＣＴ６のそれぞれは、光軸に沿って測定される。
本明細書全体を通して、ＡＣ１２は、第１と第２のレンズ素子間の空隙であり、ＡＣ２３は、第２と第３のレンズ素子間の空隙であり、ＡＣ３４は、第３と第４のレンズ素子間の空隙であり、ＡＣ４５は、第４と第５のレンズ素子間の空隙であり、ＡＣ５６は、第５と第６のレンズ素子間の空隙である。空隙ＡＣ１２〜ＡＣ５６のそれぞれは、光軸に沿って測定される。ＢＦＬは、第６のレンズ素子の像側から像面までの光軸に沿った距離である後側焦点距離を表す。フィルタが第６のレンズ素子と像面との間に配置される場合、ＢＦＬには、光学フィルタの厚さが含まれる。
本開示では、ＥＦＬは、同じく焦点距離として知られる有効焦点距離を表す。光学撮像系の焦点距離は、コリメート光線が焦点に収束する距離として定義される。以下では、この焦点距離を、後側焦点距離（ＢＦＬ）と区別するために、有効焦点距離と呼ぶ。

以下のセクションでは、ＡＬＴは、第１〜第６のレンズ素子の合計の厚さを表し、すなわち、ＡＬＴ＝ＣＴ１＋ＣＴ２＋ＣＴ３＋ＣＴ４＋ＣＴ５＋ＣＴ６である。ＡＡＧは、光軸に沿った第１〜第６のレンズ素子の空隙の合計幅を表し、すなわち、ＡＡＧ＝ＡＣ１２＋ＡＣ２３＋ＡＣ３４＋ＡＣ４５＋ＡＣ５６である。

本発明のいくつかの実施形態によれば、光学レンズ系の全長を縮小するために、レンズ素子の厚さ、およびそれらの間の空隙を縮小するという手段をとることができる。しかしながら、十分な光学性能を維持しつつ、レンズ素子の合計の厚さを縮小することは難しい。そこで、第１のレンズ素子は負の屈折力を有するように設計され、第２のレンズ素子は負の屈折力を有するように設計され、第３のレンズ素子は正の屈折力を有するように設計され、第４のレンズ素子は正の屈折力を有するように設計され、第５のレンズ素子は正の屈折力を有するように設計され、そして第６のレンズ素子は負の屈折力を有するように設計される。製造歩留まりを高めるとともに、製造コストを削減するため、６つすべてのレンズ素子をプラスチックで構成できる。大きな半視野角を得るとともに、レンズ系の性能を向上させるため、第３と第４のレンズ素子間に開口絞りを配置できる。

第１の実施形態によれば、第１のレンズ素子は、像側の光軸近傍に凹面を有し、第２のレンズ素子は、負の屈折力を有し、第３のレンズ素子は、物体側の光軸近傍に凸面を有し、第４のレンズ素子は、物体側の光軸近傍に凸面を有し、第５のレンズ素子は、像側の光軸近傍に凸面を有し、第６のレンズ素子は、像側の外周縁部近傍に凸面を有する。これら６つのレンズ素子の組み合わせによって、レンズ系の求められる品質を提供する。光軸近傍に凹面を有する第２のレンズ素子と、正の屈折力を有するとともに光軸近傍に凸面を有する第５のレンズ素子との組み合わせによって、向上した収差補正が提供される。６つの非球面レンズ素子をプラスチックで構成することによって、製造コストを削減できるとともに、製造工程を簡略化できる。

表１Ａは、本発明の第１の実施形態による光学レンズ系１００のレンズ素子についてのレンズ数値データを示している。

＜表１Ａ＞

第１の実施形態では、有効焦点距離（ＥＦＬ）は１．９５６ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は５５．１４２度である。Ｆナンバーは２．０である。像高は２．８５ｍｍである。ＢＦＬは０．８９７ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの実測による光学系１００の全長は、１１．７１７ｍｍである。

レンズ素子の非球面は、次の式を用いて表すことができる。

ここで、Ｙは、非球面上の点と光軸との間の垂直距離であり、Ｚ（Ｙ）は、レンズ素子の非球面の深さ（非球面の頂点における接平面に対する、光軸から距離Ｙにある非球面上の点の高さ）であり、Ｒは、光軸からレンズ面までの、ミリメートル（ｍｍ）で表す曲率半径であり、Ｋは円錐定数であり、ａ（ｉ）は、ｉ番目の次数（またはｉ次項）の非球面係数である。

表１Ｂは、本発明の第１の実施形態による光学レンズ系１００の各レンズ面について、円錐定数Ｋおよび非球面係数のレンズ数値データを示している。

＜表１Ｂ＞

図２Ｂ（ａ）、２Ｂ（ｂ）、２Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、図２Ａの光学レンズ系１００における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦球面収差および非点収差は±０．０２５ｍｍ未満であり、歪曲収差は＋２．５パーセント未満である。

［第２の実施形態］
図３Ａは、本発明の第２の実施形態による６素子の光学レンズ系２００の概略断面図である。光学レンズ系２００は、第４のレンズ素子Ｌ４’が、像側の光軸近傍に凸面を有するとともに、像側の外周縁領域に凹面を有すること以外は、光学レンズ系１００と類似した構造を有する。

表２Ａは、本発明の第２の実施形態による光学レンズ系２００のレンズについてのレンズ数値データを示している。

＜表２Ａ＞

第２の実施形態では、有効焦点距離（ＥＦＬ）は１．７３３ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は５８．８２２度である。Ｆナンバーは２．０である。像高は２．８５ｍｍである。ＢＦＬは０．７４ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの全長は、１０．５４９ｍｍである。

表２Ｂは、第２の実施形態の非球面レンズ面のそれぞれについて、円錐定数Ｋおよび非球面係数の数値を示している。

＜表２Ｂ＞

図３Ｂ（ａ）、３Ｂ（ｂ）、３Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、図３Ａの光学レンズ系２００における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦球面収差および非点収差は±０．０２ｍｍ未満であり、歪曲収差は±２．０パーセント未満である。

［第３の実施形態］
図４Ａは、本発明の第３の実施形態による６素子の光学レンズ系３００の概略断面図である。光学レンズ系３００は、光学レンズ系１００と類似した構造を有する。

表３Ａは、本発明の第３の実施形態による光学レンズ系３００のレンズについてのレンズ数値データを示している。

＜表３Ａ＞

第３の実施形態では、有効焦点距離（ＥＦＬ）は２．１３２ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は５３．３０８度である。Ｆナンバーは２．０である。像高は２．８５ｍｍである。ＢＦＬは０．７４８ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの全長は、１２．１６１ｍｍである。

表３Ｂは、第３の実施形態の非球面レンズ面のそれぞれについて、円錐定数Ｋおよび非球面係数の数値を示している。

＜表３Ｂ＞

図４Ｂ（ａ）、４Ｂ（ｂ）、４Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、図４Ａの光学レンズ系３００における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦球面収差は±０．０２ｍｍ未満であり、非点収差は±０．０２５ｍｍ未満であり、歪曲収差は−２．０パーセント未満である。

［第４の実施形態］
図５Ａは、本発明の第４の実施形態による６素子の光学レンズ系４００の概略断面図である。光学レンズ系４００は、光学レンズ系１００と類似した構造を有する。

表４Ａは、本発明の第４の実施形態による光学レンズ系４００のレンズについてのレンズ数値データを示している。

＜表４Ａ＞

第４の実施形態では、有効焦点距離は１．８９２ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は５６．４９９度である。Ｆナンバーは２．０である。像高は２．８５ｍｍである。ＢＦＬは０．８０４ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの全長は、１１．７３５ｍｍである。

表４Ｂは、第４の実施形態の非球面レンズ面のそれぞれについて、円錐定数Ｋおよび非球面係数ａｉの数値を示している。

＜表４Ｂ＞

図５Ｂ（ａ）、５Ｂ（ｂ）、５Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、光学レンズ系の第４の実施形態における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦球面収差は±０．０１５ｍｍ未満であり、非点収差は±０．０２５ｍｍ未満であり、歪曲収差は１．５パーセント未満である。

［第５の実施形態］
図６Ａは、本発明の第５の実施形態による６素子の光学レンズ系５００の概略断面図である。光学レンズ系５００は、光学レンズ系１００と類似した構造を有する。

表５Ａは、本発明の第５の実施形態による光学レンズ系５００のレンズについてのレンズ数値データを示している。

＜表５Ａ＞

第５の実施形態では、有効焦点距離（ＥＦＬ）は２．１６ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は５２．９９９度である。Ｆナンバーは２．０である。像高は２．８５ｍｍである。ＢＦＬは０．６９５ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの全長は、１２．４６１ｍｍである。

表５Ｂは、第５の実施形態の非球面レンズ面のそれぞれについて、円錐定数Ｋおよび非球面係数の数値を示している。

＜表５Ｂ＞

図６Ｂ（ａ）、６Ｂ（ｂ）、６Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、図６Ａの光学レンズ系５００における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦球面収差は±０．０２ｍｍ未満であり、非点収差は±０．０２５ｍｍ未満であり、歪曲収差は１．０パーセント未満である。

［第６の実施形態］
図７Ａは、本発明の第６の実施形態による６素子の光学レンズ系６００の概略断面図である。光学レンズ系６００は、第３のレンズ素子Ｌ３’が、光軸近傍に凸状の物体側の面を有するとともに、外周縁領域に凹状の物体側の面を有し、第４のレンズ素子Ｌ４が、光軸近傍に凸状の像側の面を有するとともに、外周縁領域に凹状の像側の面を有すること以外は、光学レンズ系１００と類似した構造を有する。

表６Ａは、本発明の第６の実施形態による光学レンズ系６００のレンズについてのレンズ数値データを示している。

＜表６Ａ＞

第６の実施形態では、有効焦点距離（ＥＦＬ）は２．２６６ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は５１．５９３度である。Ｆナンバーは２．０である。像高は２．８５ｍｍである。ＢＦＬは０．６８６ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの全長は、１４．８３４ｍｍである。

表６Ｂは、第６の実施形態の非球面レンズ面のそれぞれについて、円錐定数Ｋおよび非球面係数の数値を示している。

＜表６Ｂ＞

図７Ｂ（ａ）、７Ｂ（ｂ）、７Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、図７Ａの光学レンズ系６００における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦球面収差は±０．０２５ｍｍ未満であり、非点収差は±０．０５０ｍｍ未満であり、歪曲収差は−２．０パーセント未満である。

［第７の実施形態］
図８Ａは、本発明の第７の実施形態による６素子の光学レンズ系７００の概略断面図である。光学レンズ系７００は、第４のレンズ素子Ｌ４”が、光軸近傍に凸状の像側の面を有するとともに、外周縁領域に凹状の像側の面を有すること以外は、光学レンズ系１００と類似した構造を有する。

表７Ａは、本発明の第７の実施形態による光学レンズ系７００のレンズについてのレンズ数値データを示している。

＜表７Ａ＞

第７の実施形態では、有効焦点距離は１．８５８ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は５７．１６４度である。Ｆナンバーは２．０である。像高は２．８５ｍｍである。ＢＦＬは０．８０８ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの全長は、１２．６４５ｍｍである。

表７Ｂは、第７の実施形態の非球面レンズ面のそれぞれについて、円錐定数Ｋおよび非球面係数の数値を示している。

＜表７Ｂ＞

図８Ｂ（ａ）、８Ｂ（ｂ）、８Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、図８Ａの光学レンズ系における縦球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦球面収差は±０．０２ｍｍ未満であり、非点収差は±０．０２５ｍｍ未満であり、歪曲収差は±２．５パーセント未満である。

［第８の実施形態］
図９Ａは、本発明の第８の実施形態による６素子の光学レンズ系８００の概略断面図である。光学レンズ系８００は、第５のレンズ素子Ｌ５’が、光軸近傍に凹状の物体側の面と外周縁領域に凹状の物体側の面とを含む凹状の物体側の面を有すること以外は、光学レンズ系１００と類似した構造を有する。

表８Ａは、本発明の第８の実施形態による光学レンズ系８００のレンズについてのレンズ数値データを示している。

＜表８Ａ＞

第８の実施形態では、有効焦点距離は２．４３３ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は４９．０７９度である。Ｆナンバーは２．１０である。像高は２．７５４ｍｍである。ＢＦＬは１．２１９ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの全長は、１１．５３３ｍｍである。

表８Ｂは、第８の実施形態の非球面レンズ面のそれぞれについて、円錐定数Ｋおよび非球面係数の数値を示している。

＜表８Ｂ＞

図９Ｂ（ａ）、９Ｂ（ｂ）、９Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、図９Ａの光学レンズ系８００における縦収差、サジタル像面湾曲およびタンジェンシャル像面湾曲、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦収差は±０．０２ｍｍ未満であり、サジタル収差およびタンジェンシャル収差は±０．０５ｍｍ未満であり、歪曲収差は−０．５パーセント未満である。

［第９の実施形態］
図１０Ａは、本発明の第９の実施形態による６素子の光学レンズ系９００の概略断面図である。光学レンズ系９００は、第２のレンズ素子Ｌ２’が、光軸近傍に凸状の物体側の面と外周縁領域に凸状の物体側の面とを含む凸状の物体側の面を有すること以外は、光学レンズ系１００と類似した構造を有する。

表９Ａは、本発明の第９の実施形態による光学レンズ系９００についてのレンズデータを示している。

＜表９Ａ＞

第９の実施形態では、有効焦点距離は２．４０７ｍｍであり、半視野（ＨＦＯＶ）は４８．９６６度である。Ｆナンバーは２．２７である。像高は２．７５４ｍｍである。ＢＦＬは１．２５７ｍｍである。第１のレンズ素子の物体側の面から像面までの全長は、１１．５３５ｍｍである。

表９Ｂは、第９の実施形態の非球面レンズ面のそれぞれについて、円錐定数Ｋおよび非球面係数の数値を示している。

＜表９Ｂ＞

図１０Ｂ（ａ）、１０Ｂ（ｂ）、１０Ｂ（ｃ）は、９４０ｎｍの波長について、図１０Ａの光学レンズ系９００における縦収差、サジタル像面湾曲およびタンジェンシャル像面湾曲、歪曲収差をそれぞれ示すグラフである。縦収差は±０．０２ｍｍ未満であり、サジタル収差およびタンジェンシャル収差は±０．０８ｍｍ未満であり、歪曲収差は−２．０パーセント未満である。

いくつかの実施形態において、広い視野角を得るとともに、レンズ系の性能を向上させるため、第３と第４のレンズ素子間に開口絞りが配置される。光学レンズ系は、屈折力を有するレンズ素子を６つのみ備える。第１のレンズ素子は、像側の光軸近傍に凹面を有する。第２のレンズ素子は、負の屈折力を有する。第３のレンズ素子は、物体側の光軸近傍に凸面を有する。第４のレンズ素子は、物体側の光軸近傍に凸面を有し、第５のレンズ素子は、像側の光軸近傍に凸面を有し、第６のレンズ素子は、像側の外周縁部近傍に凸面を有する。
これら６つのレンズ素子の組み合わせによって、レンズ系の品質を提供する。また、第６のレンズ素子をプラスチックで構成することによって、レンズ系の重量を軽減できるとともに、製造を簡略化できる。光軸近傍に凹面を有する第２のレンズ素子と、正の屈折力を有するとともに光軸近傍に凸面を有する第５のレンズ素子との組み合わせによって、向上した収差補正が提供される。一部の実施形態では、すべてのレンズ素子がプラスチックで構成され得ることで、さらに、製造コストおよび重量が削減される。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＬＴ／ＡＣ４５比は、４５．００以下である。ＡＬＴは、光軸に沿った第１〜第６のレンズ素子の合計の厚さである。合計の厚さを縮小することによって、レンズ系の長さが縮小される。光路を考慮すると、比較的小径の第４のレンズ素子から比較的大径の第５のレンズ素子へ光を通過させるためには、第４と第５のレンズ素子間の空隙（ＡＣ４５）は十分に大きくなければならず、これによって、空隙ＡＣ４５には下限が課される。合計の厚さは、比較的多く縮小できるので、ＡＬＴ／ＡＣ４５比には、４５．０という上限値が設定される。ＡＬＴ／ＡＣ４５比は、１．５０〜４５．０の範囲内とすることができ、好ましくは２．０〜４５．０の範囲内とすることができる。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＣ３４／ＣＴ３比は、０．５５以上である。第３と第４のレンズ素子間には開口絞りが配置されるため、これによって、第３と第４のレンズ素子間の空隙（ＡＣ３４）には下限が課され、一方、第３のレンズ素子の厚さ（ＣＴ３）は、比較的縮小が可能である。よって、ＡＣ３４／ＣＴ３比に下限値を設定して、０．５５〜７．５０の範囲内とすることができる。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＣ１２／ＡＣ４５比は、４．０以下である。上述のように、第４のレンズ素子の直径が、第５のレンズ素子の直径よりも小さいことから、第４のレンズ素子を通過する光を完全に第５のレンズ素子にも通過させるためには、第４と第５のレンズ素子間の空隙（ＡＣ４５）は比較的大きくなければならない。第１と第２のレンズ間の空隙（ＡＣ１２）には、そのような制限がなく、空隙ＡＣ１２は縮小が可能である。一部の実施形態では、空隙ＡＣ１２とＡＣ４５の比は、０．５〜４．０の間に設定される。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＣ３４／ＣＴ１比は、０．８以上である。上述のように、第３と第４のレンズ素子間に開口絞りが存在することから、第３と第４のレンズ素子間の空隙（ＡＣ３４）の縮小には、下限が課される。一方、第１のレンズ素子の厚さには、そのような制限がなく、第１のレンズ素子の厚さは縮小が可能である。一部の実施形態では、ＡＣ３４／ＣＴ１比は、０．８以上とすることができ、好ましくは０．８〜５．５の間とすることができる。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＡＧ／ＣＴ６比は、３．７以上である。光路および像品質を考慮すると、空隙の和（ＡＡＧ）には、何らかの下限長さが課される。第６のレンズ素子の厚さは縮小が可能である。よって、ＡＡＧ／ＣＴ６比に下限値を設定できる。一部の実施形態では、ＡＡＧ／ＣＴ６比は、３．７〜２７．０の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＡＧ／ＡＣ１２比は、２．７以上である。良好な像品質を確保するとともに、レンズ系において光路を維持するために、ＡＡＧには、何らかの下限長さが課される。第１と第２のレンズ素子間の空隙は、設計自由度がより高いので、ＡＡＧ／ＡＣ１２比に下限値を設定できる。一部の実施形態では、ＡＡＧ／ＡＣ１２比は、２．７０〜６．５０の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＢＦＬ／ＡＣ４５比は、３．５以下である。ＢＦＬは、第６のレンズ素子の像側の面から像面までの光軸に沿って測定される距離である。ＢＦＬを短縮することで、レンズ系の物理的長さを短縮できる。一方、第４と第５のレンズ素子の直径が異なることから、空隙ＡＣ４５には下限が課される。よって、ＢＦＬ／ＡＣ４５比には上限値が設定される。一部の実施形態では、ＢＦＬ／ＡＣ４５比は、０．４〜３．５０の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＥＦＬ／ＣＴ４比は、１．２０以上である。光路および像品質を考慮すると、ＥＦＬには、何らかの下限長さが課される。第４のレンズ素子は、直径が比較的小さいことから、その厚さＣＴ４も比較的小さくできる。よって、ＥＦＬ／ＣＴ４比には下限値が設定される。一部の実施形態では、ＥＦＬ／ＣＴ４比は、１．２〜３．５の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＡＧ／ＣＴ３比は、３．５以上である。上述のように、レンズ系において光路を維持するとともに、良好な像品質を確保するために、ＡＡＧには、何らかの下限長さが課される。第３のレンズ素子の厚さには、そのような制限がないので、ＡＡＧ／ＣＴ３比に下限値を設定できる。一部の実施形態では、ＡＡＧ／ＣＴ３比は、３．５〜２７．０の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＥＦＬ／ＣＴ２比は、２．９５以上である。上述のように、ＥＦＬには、何らかの下限長さが課される。第２のレンズ素子の厚さは、より高い設計自由度を有し得るので、ＥＦＬ／ＣＴ２比に下限値を設定できる。一部の実施形態では、ＥＦＬ／ＣＴ２比は、２．９５〜６．５０の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＡＧ／ＣＴ４比は、４．２０以上である。上述のように、レンズ系において光路を維持するとともに、良好な像品質を確保するために、ＡＡＧには、何らかの下限長さが課される。第４のレンズ素子の厚さには、そのような制限がないので、ＡＡＧ／ＣＴ４比に下限値を設定できる。一部の実施形態では、ＡＡＧ／ＣＴ４比は、４．２０〜１２．０の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＣ３４／ＣＴ２比は、１．８５以上である。上述のように、第３と第４のレンズ素子間に開口絞りが配置されることから、空隙ＡＣ３４には、何らかの下限距離が課される。一方、第２のレンズ素子は、負の屈折力を有するため、その厚さは比較的小さくでき、ＡＣ３４／ＣＴ２比に下限値が設定される。一部の実施形態では、ＡＣ３４／ＣＴ２比は、１．８５〜６．７０の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＥＦＬ／ＣＴ３比は、１．８０以上である。上述のように、光路ならびに像品質を確保するために、ＥＦＬには、何らかの下限長さが課される。第３のレンズ素子の厚さは、比較的小さくできるので、ＥＦＬ／ＣＴ３比に下限値を設定できる。一部の実施形態では、ＥＦＬ／ＣＴ３比は、１．８０〜７．５０の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＣ４５／ＣＴ２比は、１．８０以上である。第４のレンズ素子を通過する光のすべてを第５のレンズ素子にも確実に通過させるために、第４と第５のレンズ素子間の空隙（ＡＣ４５）には、何らかの下限距離が課される。一方、第２のレンズ素子は、負の屈折力を有するため、その厚さは比較的小さくできるので、ＡＣ４５／ＣＴ２比に下限値が設定される。一部の実施形態では、ＡＣ４５／ＣＴ２比は、１．８０〜４．００の範囲内である。

本明細書に記載の実施形態では、ＡＣ５６／ＣＴ１比は、０．８０以上である。これは、良好な像品質を確保するとともに、光路を維持する助けとなる。一部の実施形態では、ＡＣ５６／ＣＴ１比は、０．８０〜５．００の範囲内である。

表１０は、上述の９通りの実施形態に関するデータをまとめたものである。

本発明の一部の実施形態は、小型かつ軽量の内蔵光学撮像モジュールを備えた電子機器に関するものである。図１１は、本発明の一実施形態による内蔵光学撮像モジュールを備えた電子機器１１００を示している。電子機器１１００は、ハウジング１１０と、ハウジング内に取り付けられた光学撮像モジュール１２０と、を備える。電子機器１１００は、携帯電話機、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）などであり得る。
光学撮像モジュール１２０は、光学レンズ系１と、レンズ鏡筒ユニット１３０と、レンズ鏡筒ユニットを取り付けるためのモジュール収容ユニット１４０と、モジュール収容ユニット１４０を固定するための基板１７３と、光学レンズ系１に面するように基板１７３の表面上に配置された撮像センサ７２と、を有している。撮像センサ７２は、受光素子または相補型金属酸化膜半導体素子などの電子撮像センサとすることができる。撮像センサ７２は、像面７１を有する。
一実施形態において、光学レンズ系１は、上記の９通りの実施形態のいずれかのような６素子の光学レンズ系を含み得る。

一部の実施形態において、撮像センサ７２は、チップ・オン・ボード（ＣＯＢ）技術を用いて基板１７３に直接接続され得る。必須ではないものの、ＣＯＢによれば、従来のチップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）に比して、いくつかの利点があり、ＣＯＢでは、撮像センサ７２を保護するためのカバーガラスが不要である。

なお、記載した実施形態では光学フィルタ７０を提示しているが、当然のことながら、光学フィルタは、望ましい場合には省くことができる。ハウジング１１０、レンズ鏡筒ユニット１３０、および／またはモジュール収容ユニット１４０は、１つのコンポーネントで構成するか、または複数のコンポーネントで組み立てることができる。

一実施形態において、光学レンズ系１は、６つのレンズ素子１０、２０、３０、４０、５０、６０を備え、それらは、相互間に空隙を有して、レンズ鏡筒ユニット１３０内に配置されている。レンズ鏡筒ユニット１３０は、レンズ素子１０、２０、３０、４０、５０、６０を定位置に保持するとともに空隙を維持するような、形状とすることができる。モジュール収容ユニット１４０は、レンズ鏡筒ユニットを保持するためのレンズ胴１４１と、レンズ胴１４１と撮像センサ７２との間に配置されるリアベース１４６と、を含んでいる。一部の実施形態では、リアベース１４６を省くことができる。レンズ鏡筒ユニット１３０とレンズ胴１４１は、光軸Ｉ−Ｉ’に沿って同心状に配置され、レンズ鏡筒ユニット１３０は、レンズ胴１４１の内周面に配置される。

光学レンズモジュール１の全長が約１３．０ｍｍであることから、本実施形態において、携帯型機器１１００は、良好な光学特性および性能を提供しつつ、小型かつ軽量に構成できる。よって、いくつかの実施形態により、構成材料量が削減されることに加えて、さらに消費者需要を満たす小型かつ軽量の設計を提供できる。

一部の実施形態において、可変焦点を可能とするため、光学レンズアセンブリは、撮像センサに対して可動とすることができる。例えば、図１２は、光学撮像モジュール１２０と類似した光学撮像モジュール１２００を示しており、このため、対応する部材は、同じ参照符号を用いて示している。光学撮像モジュール１２００では、レンズ胴１４１は、第１の胴ユニット１４２と、第２の胴ユニット１４３と、コイル１４４と、磁性部品１４５と、を含んでいる。
第１の胴ユニット１４２と、レンズ鏡筒ユニット１３０の外周面とは、互いに隣接（および連動）して、光軸Ｉ−Ｉ’に沿って同心状に配置される。第２の胴ユニット１４３は、物体側に向いた第１の終端と、像側に向いた第２の終端とを有し、第１の胴ユニット１４２の外周面を取り囲むように、光軸Ｉ−Ｉ’に沿って配置される。コイル１４４は、第１の胴ユニット１４２の外周面と第２の胴ユニット１４３の内周面との間に配置される。磁性部品１４５は、コイル１４４の外面と第２の胴ユニット１４３の内面との間に配置される。

第１の胴ユニット１４２は、レンズ鏡筒ユニット１３０を、そのレンズ鏡筒ユニット１３０に装着された光学レンズ系１と共に、光軸方向に前後に移動させる。例えば、コイル１４４の電流によって、磁性部品１４５に作用する力を生じさせる磁界を生成でき、その結果として、レンズ鏡筒１３０が動く。リアベース１４６と第２の胴ユニット１４３とは、相互に連結されている。（オプションである）フィルタ７０は、７００ｎｍ超の波長を通し得るものであって、リアベース１４６に取り付けられている。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、添付の請求項の範囲内に含まれるあらゆる変形および均等物を網羅するものとする。

Claims

光学撮像系であって、
第１のレンズ素子と、第２のレンズ素子と、第３のレンズ素子と、開口絞りと、第４のレンズ素子と、第５のレンズ素子と、第６のレンズ素子とを、光軸に沿って物体側から像側へ当該順に配置して備え、
当該光学撮像系のうち前記第１乃至第６のレンズ素子の６つのみが屈折力を有し、
前記第１のレンズ素子は、前記光軸近傍において凹状をなす像側の面を有し、
前記第２のレンズ素子は、負の屈折力を有するとともに、外周縁領域において凸状をなす物体側の面を有し、
前記第３のレンズ素子は、前記光軸近傍において凸状をなす物体側の面と外周縁領域において凹状をなす像側の面とを有し、
前記第４のレンズ素子は、前記光軸近傍において凸状をなす物体側の面を有し、
前記第５のレンズ素子は、前記光軸近傍において凸状をなす像側の面を有し、
前記第６のレンズ素子は、プラスチックで構成されるとともに、前記第５のレンズ素子の前記像側の面との間に空隙を有する物体側の面と、外周縁部近傍において凸状をなすとともに前記光軸近傍において凹状をなす像側の面とを有し、
前記第６のレンズ素子の像側の面から像面までの後側焦点距離を示すＢＦＬと、前記第４のレンズ素子と前記第５のレンズ素子との間の前記光軸に沿った空隙を示すＡＣ４５とは、関係ＢＦＬ／ＡＣ４５≦３．５０を満たす
ことを特徴とする光学撮像系。
前記第１乃至第６のレンズ素子のそれぞれの前記光軸に沿った厚さの和を示すＡＬＴと、前記ＡＣ４５とは、関係
ＡＬＴ／ＡＣ４５≦４５．０
を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の光学撮像系。
前記第３のレンズ素子と前記第４のレンズ素子との間の前記光軸に沿った空隙を示すＡＣ３４と、前記第３のレンズ素子の前記光軸に沿った厚さを示すＣＴ３とは、関係
０．５５≦ＡＣ３４／ＣＴ３
を満たしていることを特徴とする請求項２に記載の光学撮像系。
前記第１のレンズ素子と前記第２のレンズ素子との間の前記光軸に沿った空隙を示すＡＣ１２と、前記ＡＣ４５とは、関係
ＡＣ１２／ＡＣ４５≦４．０
を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の光学撮像系。
前記ＡＣ３４と、前記第１のレンズ素子の前記光軸に沿った厚さを示すＣＴ１とは、関係
０．８０≦ＡＣ３４／ＣＴ１
を満たしていることを特徴とする請求項４に記載の光学撮像系。
前記第１のレンズ素子から前記第６のレンズ素子までの前記光軸に沿って隣り合うレンズ素子どうしの空隙の和を示すＡＡＧと、前記第６のレンズ素子の前記光軸に沿った厚さを示すＣＴ６とは、関係
３．７０≦ＡＡＧ／ＣＴ６
を満たしていることを特徴とする請求項５に記載の光学撮像系。
前記第１のレンズ素子から前記第６のレンズ素子までの前記光軸に沿って隣り合うレンズ素子どうしの空隙の和を示すＡＡＧと、前記第１のレンズ素子と前記第２のレンズ素子との間の前記光軸に沿った空隙を示すＡＣ１２とは、関係
２．７０≦ＡＡＧ／ＡＣ１２
を満たしていることを特徴とする請求項２に記載の光学撮像系。
当該光学撮像系の有効焦点距離を示すＥＦＬと、前記第４のレンズ素子の前記光軸に沿った厚さを示すＣＴ４とは、関係
１．２０≦ＥＦＬ／ＣＴ４
を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の光学撮像系。
前記ＡＣ４５と、前記第２のレンズ素子の前記光軸に沿った厚さを示すＣＴ２とは、関係
１．８０≦ＡＣ４５／ＣＴ２
を満たしていることを特徴とする請求項８に記載の光学撮像系。