JP6868671B2 - 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、４枚式ひいては５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、６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６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、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、極薄化の設計要求を満たすことができる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、正の屈折力を有する第２レンズと、負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レンズとからなり、
前記第１レンズの軸上厚みをｄ１、前記第１レンズの像側面から前記第２レンズの物体側面までの軸上距離をｄ２、前記第１レンズのアッベ数をｖ１、前記第３レンズのアッベ数をｖ３としたときに、以下の条件式（１）〜（２）を満たす。
８．００≦ｄ１／ｄ２≦１２．００ （１）
２．８０≦ｖ１／ｖ３≦４．００ （２）

本発明は、従来技術に対して、上記レンズの配置方式に基づいて、第１レンズの軸上厚みと第１レンズの像側面から第２レンズの物体側面までの軸上距離との比を規定し、第１レンズのアッベ数と第３レンズのアッベ数との比を規定し、レンズの材料及び厚みを合理的に配分することによって、撮像光学レンズが良好な光学性能を有すると共に、極薄化の設計要求を満たすようになる。

好ましくは、前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第５レンズの焦点距離をｆ５としたときに、以下の条件式（３）を満たす。
３．００≦ｆ５／ｆ１≦５．００ （３）

好ましくは、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としたときに、以下の条件式（４）を満たす。
−５．００≦(Ｒ３＋Ｒ４)／(Ｒ３−Ｒ４)≦−１．００ （４）

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１レンズの焦点距離をｆ１としたときに、以下の条件式（５）を満たす。
０．５０≦ｆ１／ｆ≦０．８０ （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。
１．００≦(Ｒ７＋Ｒ８)／(Ｒ７−Ｒ８)≦３．００ （６）

本発明による撮像光学レンズの第１実施形態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。 本発明による撮像光学レンズの第２実施形態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。 本発明による撮像光学レンズの第３実施形態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。 本発明による撮像光学レンズの第４実施形態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。

（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、６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、第５レンズＬ５及び第６レンズＬ６からなる。本実施形態では、第６レンズＬ６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、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３レンズＬ３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、その物体側面が凸面であり、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、その像側面が凸面である。

ここで、前記第１レンズの軸上厚みをｄ１、前記第１レンズの像側面から前記第２レンズの物体側面までの軸上距離をｄ２、前記第１レンズのアッベ数をｖ１、前記第３レンズのアッベ数をｖ３として定義すると、以下の条件式を満たす。
８．００≦ｄ１／ｄ２≦１２．００ （１）
２．８０≦ｖ１／ｖ３≦４．００ （２）
その中で、条件式（１）は、第１レンズＬ１の軸上厚みｄ１と第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ｄ２との比を規定するものである。この条件式の範囲内にあると、レンズの加工及びレンズの組立に寄与する。
条件式（２）は、第１レンズＬ１のアッベ数ｖ１と第３レンズＬ３のアッベ数ｖ３との比を規定するものである。この条件式の範囲内にあると、光学システムの全長の短縮化に寄与して、極薄化を実現させ、収差の補正に寄与して、システムの結像性能を向上させる。

本実施形態では、上記レンズの配置方式によって、撮像光学レンズが、良好な光学性能を有すると共に、極薄化の設計要求を満たすようになる。

好ましくは、本発明の実施形態において、前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第５レンズの焦点距離をｆ５としたときに、以下の条件式を満たす。
３．００≦ｆ５／ｆ１≦５．００ （３）
条件式（３）は、第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５と第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１との比を規定するものである。この条件式の範囲内にあると、第１レンズと第５レンズの屈折力を合理的に配分することにより、光学システムの結像品質の向上に有利となる。

好ましくは、本実施形態において、前記第２レンズの物体側面の曲率半径Ｒ３と前記第２レンズの像側面の曲率半径Ｒ４が、以下の条件式を満たす。
−５．００≦(Ｒ３＋Ｒ４)／(Ｒ３−Ｒ４)≦−１．００ （４）
条件式（４）は、第２レンズＬ２の形状を規定するものである。条件式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し、収差を効果的に低減することができる。

好ましくは、本実施形態において、前記撮像光学レンズ全体の焦点距離ｆと前記第１レンズの焦点距離ｆ１が、以下の条件式を満たす。
０．５０≦ｆ１／ｆ≦０．８０ （５）
条件式（５）は、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１と撮像光学レンズ全体の焦点距離ｆとの比を規定するものである。この条件式の範囲内にあると、第１レンズの屈折力を効果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、さらに結像品質を向上させる。

好ましくは、本実施形態において、前記第４レンズの物体側面の曲率半径Ｒ７と前記第４レンズの像側面の曲率半径Ｒ８が、以下の条件式を満たす。
１．００≦(Ｒ７＋Ｒ８)／(Ｒ７−Ｒ８)≦３．００ （６）
条件式（６）は、第４レンズの形状を規定するものである。この条件式の範囲内にあると、光学システムにおける先頭３枚のレンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）で発生された収差を効果的に補正することができる。

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。

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及び第６レンズＬ６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の光学長ＴＴＬ及び撮像光学レンズ１０の焦点距離ｆは、条件式ＴＴＬ／ｆ≦０．８９を満たす。良好な光学結像性能を有すると共に、極薄化の設計要求を満足することが実現される。

好ましくは、高品質の結像需要を満足するように、前記レンズの物体側面及び／又は像側面には、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。

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。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。

表１、表２は、本発明の第１実施形態に係る撮像光学レンズ１０の設計データを示す。

上記表において、各符号の意味は、以下の通りである。
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 ：ガラス平板ＧＦの物体側面の曲率半径
Ｒ１４ ：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の像側面からガラス平板ＧＦの物体側面までの軸上距離
ｄ１３ ：ガラス平板ＧＦの軸上厚み
ｄ１４ ：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
ｎｄ６ ：第６レンズＬ６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
ｖｇ ：ガラス平板ＧＦのアッベ数

表２は、本発明の第１実施形態に係る撮像光学レンズ１０における各レンズの非球面データを示す。

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。
ＩＨ：像高
ｙ=(ｘ^２／Ｒ)／[１＋{１−(ｋ＋１)(ｘ^２／Ｒ^２)}^１／２]
＋Ａ４ｘ^４＋Ａ６ｘ^６＋Ａ８ｘ^８＋Ａ１０ｘ^１０＋Ａ１２ｘ^１２＋Ａ１４ｘ^１４＋Ａ１６ｘ^１６ （７）

各レンズ面の非球面は、便宜上、上記式(７)で表される非球面を使用している。しかしながら、本発明は、特にこの式（７）の非球面多項式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。

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５５５ｎｍ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。

後の表１７は、各実施例１、２、３、４の諸値及び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、各条件式を満足する。

本実施形態において、前記撮像光学レンズの入射瞳径が２．４７９ｍｍであり、全視野の像高が２．６２８ｍｍであり、対角線方向の画角は４５．１１°であり、良好な光学性能を有すると共に、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６は、本発明の第２実施形態に係る撮像光学レンズ２０における各レンズの非球面データを示す。

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。

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５５５ｎｍ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。

表１７に示すように、第２実施形態は各条件式を満足する。

本実施形態において、前記撮像光学レンズの入射瞳径は２．４７９ｍｍであり、全視野の像高は２．６２８ｍｍであり、対角線方向の画角は４５．１１°であり、良好な光学性能を有すると共に、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。

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。

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５５５ｎｍ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。

表１７に示すように、第３実施形態は各条件式を満足する。

本実施形態において、前記撮像光学レンズの入射瞳径は２．４７９ｍｍであり、全視野の像高は２．６２９ｍｍであり、対角線方向の画角は４５．１１°であり、良好な光学性能を有すると共に、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。

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。

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。

図１４、図１５は、波長４７０ｎｍ、５１０ｎｍ、５５５ｎｍ、６１０ｎｍ及び６５０ｎｍ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５５５ｎｍ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。

表１７に示すように、第４実施形態は各条件式を満足する。

本実施形態において、前記撮像光学レンズの入射瞳径は２．４７９ｍｍであり、全視野の像高は２．６２９ｍｍであり、対角線方向の画角は４５．１１°であり、良好な光学性能を有すると共に、極薄化の設計要求を満たす。

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 (4)

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、正の屈折力を有する第２レンズと、負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レンズとからなり、
   前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第５レンズの焦点距離をｆ５、前記第１レンズの軸上厚みをｄ１、前記第１レンズの像側面から前記第２レンズの物体側面までの軸上距離をｄ２、前記第１レンズのアッベ数をｖ１、前記第３レンズのアッベ数をｖ３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。
   ８．００≦ｄ１／ｄ２≦１２．００ （１）
   ２．８０≦ｖ１／ｖ３≦４．００ （２）
   ３．００≦ｆ５／ｆ１≦５．００ （３）
2. 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。
   −５．００≦(Ｒ３＋Ｒ４)／(Ｒ３−Ｒ４)≦−１．００ （４）
3. 前記撮像光学レンズ全体の焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１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。
   ０．５０≦ｆ１／ｆ≦０．８０ （５）
4. 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。
   １．００≦(Ｒ７＋Ｒ８)／(Ｒ７−Ｒ８)≦３．００ （６）

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