JP6768247B2 - 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枚式ひいては5枚式、6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、7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7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。
上記技術問題を解決するために、本発明は、撮像光学レンズを提供する。前記撮像光学レンズは、物体側から像側へ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、正の屈折力を有する第5レンズと、負の屈折力を有する第6レンズと、負の屈折力を有する第7レンズとからなり、撮像光学レンズ全体の焦点距離をf、前記第3レンズの焦点距離をf3、前記第1レンズのアッベ数をv1、前記第2レンズのアッベ数をv2としたときに、以下の条件式(1)〜(2)を満たす。
9.00≦f3/f≦30.00 (1)
2.90≦v1/v2≦5.00 (2)
本発明は、従来技術よりも、第3レンズの焦点距離と撮像光学レンズ全体の焦点距離との比、および、第1レンズと第2レンズとのアッベ数の比を規定する。上記レンズの配置方式により、撮像光学レンズは、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。
好ましくは、前記撮像光学レンズ全体の焦点距離をf、前記第2レンズの焦点距離をf2としたときに、以下の条件式(3)を満たす。
−5.00≦f2/f≦−3.00 (3)
好ましくは、前記第2レンズの軸上厚みをd3、前記第3レンズの軸上厚みをd5、前記撮像光学レンズの光学長をTTLとしたときに、以下の条件式(4)を満たす。
0≦(d3+d5)/TTL≦0.10 (4)
好ましくは、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(5)を満たす。
4.00≦(R5+R6)/(R5−R6)≦11.00 (5)
好ましくは、前記第4レンズの物体側面の曲率半径をR7、前記第4レンズの像側面の曲率半径をR8としたときに、以下の条件式(6)を満たす。
5.00≦(R7+R8)/(R7−R8)≦20.00 (6)
本発明の撮像光学レンズの第1実施形態の構造模式図である。 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。 本発明の撮像光学レンズの第2実施形態の構造模式図である。 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。 本発明の撮像光学レンズの第3実施形態の構造模式図である。 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。 本発明の撮像光学レンズの第4実施形態の構造模式図である。 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。
(第1実施形態)
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、7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、順次に絞り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、第5レンズL5、第6レンズL6及び第7レンズL7からなる。本実施形態では、第7レンズL7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。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、もちろん可能である。
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、その物体側面が凸面であり、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、その物体側面が凸面であり、その像側面が凹面であり、第5レンズL5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6レンズL6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7レンズL7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。
ここで、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3レンズL3の焦点距離をf3、前記第1レンズL1のアッベ数をv1、前記第2レンズL2のアッベ数をv2として定義すると、以下の条件式を満たす。
9.00≦f3/f≦30.00 (1)
2.90≦v1/v2≦5.00 (2)
ただし、条件式(1)は、第3レンズL3の焦点距離と撮像光学レンズ10全体の焦点距離との比を規定するものである。このようにすると、第3レンズL3は、屈折力をより合理的に配分可能であり、システムが像面湾曲に対して良好なバランスを取る能力を得ることに有利となり、更に結像品質を向上させる。
条件式(2)は、第1レンズL1のアッベ数v1と第2レンズL2のアッベ数v2との比を規定するものである。このようにすると、撮像光学レンズの大口径、極薄化への発展に有利であるとともに、光学系の収差の補正にも有利である。
本実施形態では、上記レンズの配置方式により、撮像光学レンズが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。
好ましくは、本発明の実施形態において、前記撮像光学レンズ全体の焦点距離fと前記第2レンズの焦点距離f2は、以下の条件式を満たす。
−5.00≦f2/f≦−3.00 (3)
条件式(3)は、第2レンズL2の焦点距離と撮像光学レンズ10全体の焦点距離との比を規定するものである。この条件範囲内にされると、第1レンズで発生された球面収差とシステムの像面湾曲量とに対してバランスを効果的に取ることができる。
好ましくは、本実施形態では、前記第2レンズの軸上厚みをd3、前記第3レンズの軸上厚みをd5、前記撮像光学レンズの光学長をTTLとしたときに、以下の条件式を満たす。
0≦(d3+d5)/TTL≦0.10 (4)
条件式(4)は、第2レンズL2および第3レンズL3の軸上厚みの和とレンズの光学長TTLとの比を規定するものである。この条件範囲内にされると、極薄化の場合におけるシステムの結像品質の向上に有利である。
好ましくは、本実施形態では、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、以下の条件式を満たす。
4.00≦(R5+R6)/(R5−R6)≦11.00 (5)
条件式(5)は、第3レンズL3の形状を規定するものである。この条件範囲内にされると、第3レンズの成形に有利であり、且つ第3レンズの表面の曲率が大きすぎることによる成形不良及び応力の生成を回避する
好ましくは、本実施形態では、前記第4レンズの物体側面の曲率半径をR7、前記第4レンズの像側面の曲率半径をR8としたときに、以下の条件式を満たす。
5.00≦(R7+R8)/(R7−R8)≦20.00 (6)
条件式(6)は、第4レンズL4の形状を規定するものである。この条件範囲内にされると、軸外画角の収差の補正に有利である。
本実施形態では、第1レンズL1がガラス材質であるため、温度と湿度の信頼性が良いパフォーマンスを示し、且つ、第1レンズL1のアッベ数が大きいため、色収差を効果的に補正しつつ、撮像レンズの光学性能を向上することが可能となる。本実施形態では、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5、第6レンズL6と第7レンズL7の材質がプラスチックであり、生産コストを効果的に低減できる。
また、レンズの表面は、非球面として設置されてもよい。非球面は、球面以外の形状で容易に形成でき、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。
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、第5レンズL5、第6レンズL6及び第7レンズL7が上述した構成とパラメータ関係を有するため、撮像光学レンズ10は、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、それによって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≦1.45を満たす。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≦1.48を満たす。撮像光学レンズ10の画角FOVは、条件式FOV≧76度を満たす。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たすことが実現される。
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ように、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、下記の説明を参照されたい。
以下は、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。説明すべきことは、本実施形態において、距離、半径及び厚みの単位がミリメートル(mm)である。
表1、表2は、本発明の第1実施形態の撮像光学レンズ10の設計データを示す。
Figure 0006768247
ただし、各符号の意味は、下記のようになる。
S1 :絞り
R :光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
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 :第6レンズL6の物体側面の曲率半径
R12 :第6レンズL6の像側面の曲率半径
R13 :第7レンズL7の物体側面の曲率半径
R14 :第7レンズL7の像側面の曲率半径
R15 :ガラス平板GFの物体側面の曲率半径
R16 :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、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の像側面から第6レンズL6の物体側面までの軸上距離
d11:第6レンズL6の軸上厚み
d12:第6レンズL6の像側面から第7レンズL7の物体側面までの軸上距離
d13:第7レンズL7の軸上厚み
d14:第7レンズL7の像側面からガラス平板GFの物体側面までの軸上距離
d15:ガラス平板GFの軸上厚み
d16:ガラス平板GFの像側面から像面までの軸上距離
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
nd6:第6レンズL6のd線の屈折率
nd7:第7レンズL7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
v6:第6レンズL6のアッベ数
v7:第7レンズL7のアッベ数
vg:ガラス平板GFのアッベ数
表2は、本発明の第1実施形態の撮像光学レンズ10における各レンズの非球面データを示す。
Figure 0006768247
ただし、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。
IH :像高
y=(x/R)/[1+{1−(k+1)(x/R)}1/2]+A4x+A6x+A8x+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16+A18x18+A20x20 (7)
便宜上、各レンズ面の非球面として上記式(7)に示す非球面が使用されている。しかし、本発明は、当該式(7)に示す非球面多項式の形態に限定されるものではない。
表3、表4は、本発明の第1実施形態の撮像光学レンズ10における各レンズの変曲点およ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し、P6R1、P6R2は、それぞれ第6レンズL6の物体側面と像側面を示し、P7R1、P7R2は、それぞれ第7レンズL7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 0006768247
Figure 0006768247
図2、図3は、それぞれ波長470nm、510nm、555nm、610nm及び650nmの光が第1実施形態の撮像光学レンズ10を通った後の軸上色収差および倍率色収差を示す模式図である。図4は、波長555nmの光が第1実施形態の撮像光学レンズ10を通った後の像面湾曲および歪曲収差を示す模式図であり、図4の像面湾曲Sがサジタル方向の像面湾曲であり、Tがタンジェンシャル方向の像面湾曲である。
後の表17は、各実例1、2、3、4における各種の数値と条件式で規定されたパラメータに対応する値を示す。
表17に示すように、第1実施形態は、各条件式を満たす。
本実施形態では、前記撮像光学レンズの入射瞳径が3.299mmであり、全視野の像高が3.852mmであり、対角線方向の画角が76.98°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。
(第2実施形態)
第2実施形態は、第1実施形態と基本的に同じであり、符号の意味が第1実施形態と同じであり、以下に相違点のみを挙げる。
表5、表6は、本発明の第2実施形態の撮像光学レンズ20の設計データを示す。
Figure 0006768247
表6は、本発明の第2実施形態の撮像光学レンズ20における各レンズの非球面データを示す。
Figure 0006768247
表7、表8は、本発明の第2実施形態の撮像光学レンズ20における各レンズの変曲点および停留点の設計データを示す。
Figure 0006768247
Figure 0006768247
図6、図7は、それぞれ波長470nm、510nm、555nm、610nm及び650nmの光が第2実施形態の撮像光学レンズ20を通った後の軸上色収差および倍率色収差を示す模式図である。図8は、波長555nmの光が第2実施形態の撮像光学レンズ20を通った後の像面湾曲および歪曲収差を示す模式図である。
表17に示すように、第2実施形態は、各条件式を満たす。
在本実施形態では、前記撮像光学レンズの入射瞳径が3.057mmであり、全視野の像高が3.852mmであり、対角線方向の画角が81.61°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。
(第3実施形態)
第3実施形態は、第1実施形態と基本的に同じであり、符号の意味が第1実施形態と同じであり、以下に相違点のみを挙げる。
表9、表10は、本発明の第3実施形態の撮像光学レンズ30の設計データを示す。
Figure 0006768247
表10は、本発明の第3実施形態の撮像光学レンズ30における各レンズの非球面データを示す。
Figure 0006768247
表11、表12は、本発明の第3実施形態の撮像光学レンズ30における各レンズの変曲点および停留点の設計データを示す。
Figure 0006768247
Figure 0006768247
図10、図11は、それぞれ波長470nm、510nm、555nm、610nm及び650nmの光が第3実施形態の撮像光学レンズ30を通った後の軸上色収差および倍率色収差を示す模式図である。図12は、波長555nmの光が第3実施形態の撮像光学レンズ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。
表17に示すように、第3実施形態は、各条件式を満たす。
本実施形態では、前記撮像光学レンズの入射瞳径が3.117mmであり、全視野の像高が3.852mmであり、対角線方向の画角が80.50°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。
(第4実施形態)
第4実施形態は、第1実施形態と基本的に同じであり、符号の意味が第1実施形態と同じであり、以下に相違点のみを挙げる。
表13、表14は、本発明の第4実施形態の撮像光学レンズ40の設計データを示す。
Figure 0006768247
表14は、本発明の第4実施形態の撮像光学レンズ40における各レンズの非球面データを示す。
Figure 0006768247
表15、表16は、本発明の第4実施形態の撮像光学レンズ40における各レンズの変曲点および停留点の設計データを示す。
Figure 0006768247
Figure 0006768247
図14、図15は、それぞれ波長470nm、510nm、555nm、610nmと650nmの光が第4実施形態の撮像光学レンズ40を通った後の軸上色収差および倍率色収差を示す模式図である。図16は、波長555nmの光が第4実施形態の撮像光学レンズ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。
表17に示すように、第4実施形態は、各条件式を満たす。
本実施形態では、前記撮像光学レンズの入射瞳径が3.171mmであり、全視野の像高が3.852mmであり、対角線方向の画角が79.47°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。
Figure 0006768247
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 (5)

  1. 撮像光学レンズであって、
    物体側から像側へ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、正の屈折力を有する第5レンズと、負の屈折力を有する第6レンズと、負の屈折力を有する第7レンズとからなり、
    撮像光学レンズ全体の焦点距離をf、前記第3レンズの焦点距離をf3、前記第1レンズのアッベ数をv1、前記第2レンズのアッベ数をv2としたときに、以下の条件式(1)〜(2)を満たすことを特徴とする撮像光学レンズ。
    9.00≦f3/f≦30.00 (1)
    2.90≦v1/v2≦5.00 (2)
  2. 前記撮像光学レンズ全体の焦点距離をf、前記第2レンズの焦点距離をf2としたときに、以下の条件式(3)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。
    −5.00≦f2/f≦−3.00 (3)
  3. 前記第2レンズの軸上厚みをd3、前記第3レンズの軸上厚みをd5、前記撮像光学レンズの光学長をTTL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。
    0≦(d3+d5)/TTL≦0.10 (4)
  4. 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(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。
    4.00≦(R5+R6)/(R5−R6)≦11.00 (5)
  5. 前記第4レンズの物体側面の曲率半径をR7、前記第4レンズの像側面の曲率半径をR8としたときに、以下の条件式(6)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。
    5.00≦(R7+R8)/(R7−R8)≦20.00 (6)
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