JP6501201B1

JP6501201B1 - 撮像光学レンズ

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Publication number: JP6501201B1
Application number: JP2018115078A
Authority: JP
Inventors: 言俊傑
Original assignee: AAC Technologies Pte Ltd
Current assignee: AAC Technologies Pte Ltd
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2038-06-18
Also published as: US20190243105A1; JP2019135542A; US10739566B2

Abstract

【課題】本発明は、光学レンズの分野に関し、撮像光学レンズを提供する。
【解決手段】撮像光学レンズは、物体側から像側に向かって、順に、第１レンズ、絞り、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、及び第５レンズを備え、第１レンズの材質がプラスチックで、第２レンズの材質がガラスで、第３レンズ、第４レンズと第５レンズの材質がすべてプラスチックであり、前記撮像光学レンズは、１＜ｆ１／ｆ＜１．５５、１＜ｆ２／ｆ＜１．５５、１＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜４、１．７５＜ｎ２＜２．２、３５＜ｖ２＜４５、０．０５＜ｄ３／ｔｔｌ＜０．１、０．０５＜ｄ２／ｔｔｌ＜０．１、０．００５＜ｄ４／ｔｔｌ＜０．０１の関係式を満たす。この撮像光学レンズによれば、高結像性能を得ると共に、撮像光学レンズの広角化を兼有することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学レンズの分野に関し、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、モニター、ＰＣレンズなどの撮像装置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ニーズがますます高まっているが、撮像レンズの感光素子は、通常、感光結合素子（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）又は相補型金属酸化物半導体素子（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｃｔｏｒＳｅｎｓｏｒ、ＣＭＯＳＳｅｎｓｏｒ）の２種類程度しかなく、また、半導体製造工程技術の向上により、感光素子の画素サイズが縮小され、さらに、現在の電子製品は、優れた機能および軽量化・薄型化・小型化の外観への要求が高まっているので、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るレンズは、３枚式又は４枚式のレンズ構造を用いることが多い。また、技術の進化及びユーザの多様化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、システムが結像品質に対する要求が高くなってきているなか、５枚式、６枚式のレンズ構造も徐々にレンズの設計に現れている。

しかし、撮像光学レンズは、３枚式、４枚式、５枚式であっても、６枚式であっても、従来技術において、高結像性能を得るとともに、撮像光学レンズの広角化を兼有することができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高結像性能を得るとともに、撮像光学レンズの広角化を兼有する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し、物体側から像側に向かって、順に、正の屈折力を有する第１レンズ、絞り、正の屈折力を有する第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、及び負の屈折力を有する第５レンズから構成される。

第１レンズの材質がプラスチックであり、第２レンズの材質がガラスであり、第３レンズ、第４レンズと第５レンズの材質がすべてプラスチックである。

撮像光学レンズ全体の焦点距離をｆ、第１レンズの焦点距離をｆ１、第２レンズの焦点距離をｆ２、第２レンズの物体側の面の曲率半径をｒ３、第２レンズの像側の面の曲率半径をｒ４、第２レンズの屈折率をｎ２、第２レンズのアッベ数をｖ２、第２レンズの軸上厚みをｄ３、第１レンズの像側の面から第２レンズの物体側の面までの軸上距離をｄ２、前記第２レンズの像側の面から第３レンズの物体側の面までの軸上距離をｄ４、撮像光学レンズの光学全長をｔｔｌにしたときに、以下の関係式を満たす。
１＜ｆ１／ｆ＜１．５５
１＜ｆ２／ｆ＜１．５５
１＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜４
１．７５＜ｎ２＜２．２
３５＜ｖ２＜４５
０．０５＜ｄ３／ｔｔｌ＜０．１
０．０５＜ｄ２／ｔｔｌ＜０．１
０．００５＜ｄ４／ｔｔｌ＜０．０１

従来技術に比べて、本発明の実施形態では、上記のレンズの配置に基づいて、焦点距離、曲率半径、屈折率、アッベ数、軸上厚み、レンズの間隔、撮像光学レンズの光学全長のデータで特定の関係を有するレンズの結合により、撮像光学レンズの高結像性能を得ると共に、撮像光学レンズの広角化を兼有することができる。

また、前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記第４レンズの焦点距離をｆ４、及び前記第５レンズの焦点距離をｆ５にしたときに、以下の関係式を満たす。
１＜ｆ１／ｆ＜１．５
１＜ｆ２／ｆ＜１．５
−３＜ｆ３／ｆ＜−１
０．５＜ｆ４／ｆ＜２
−２＜ｆ５／ｆ＜−０．５

また、前記第１レンズの屈折率をｎ１、前記第３レンズの屈折率をｎ３、前記第４レンズの屈折率をｎ４、及び前記第５レンズの屈折率をｎ５にしたときに、以下の関係式を満たす。
１．５＜ｎ１＜１．６５
１．５＜ｎ３＜１．７
１．５＜ｎ４＜１．７
１．５＜ｎ５＜１．７

また、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、前記第４レンズのアッベ数をｖ４、及び前記第５レンズのアッベ数をｖ５にしたときに、以下の関係式を満たす。
４０＜ｖ１＜６５
１５＜ｖ３＜３０
１５＜ｖ４＜３０
１５＜ｖ５＜３０

本発明によれば、撮像光学レンズは、優れた光学特性を有し、極薄で広角であり、色収差が十分に補正される。本発明の撮像光学レンズは、特に高画素用のＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子から構成される携帯電話の撮像レンズ部品とＷＥＢ撮像レンズに適用することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像光学レンズの構造を示す図である。図２は、図１に示す撮像光学レンズの球面収差を示す図である。図３は、図１に示す撮像光学レンズの倍率色収差を示す図である。図４は、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図である。図５は、本発明の第２実施形態に係る撮像光学レンズの構造を示す図である。図６は、図５に示す撮像光学レンズの球面収差を示す図である。図７は、図５に示す撮像光学レンズの倍率色収差を示す図である。図８は、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図である。

本発明の目的、技術方案及び利点をより明確にするために、以下に、図面を参照しながら本発明の各実施形態を詳しく説明する。ただ、本発明の各実施形態において、本発明に対する理解を便宜にするために、多くの技術的細部まで記載されているが、これらの技術的細部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なくても、本発明が保護しようとする技術方案を実現可能であることは、当業者にとっては自明なことである。

図面を参照すれば分かるように、本発明は、撮像光学レンズ１０を提供する。図１には、本発明の第１実施形態の撮像光学レンズ１０を示しており、該撮像光学レンズ１０は、５枚のレンズを備えており、具体的には、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、第１レンズＬ１、絞りＳｔ、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を備える。また、第５レンズＬ５と像面Ｓｉとの間には、光学フィルターＧＦなどの光学素子が設けられてもよい。

第１レンズＬ１は正の屈折力を有し、その物体側の面が近軸において凸面に形成され、像側の面が近軸において凹面に形成され、正の屈折力を有する第１レンズＬ１は、システムの長さを有効的に減少することができる。第２レンズＬ２は正の屈折力を有し、システムの長さを有効的に減少することもでき、本実施形態において、第２レンズＬ２は、その物体側の面が近軸において凹面に形成され、像側の面が近軸において凸面に形成され、絞りＳｔは第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に設けられる。第３レンズＬ３は負の屈折力を有し、本実施形態において、第３レンズＬ３は、その物体側の面が近軸において凹面に形成され、像側の面が近軸において凹面に形成される。第４レンズＬ４は正の屈折力を有し、第４レンズＬ４の物体側の面が近軸において凹面に形成され、像側の面が近軸において凸面に形成される。第５レンズＬ５は負の屈折力を有し、第５レンズＬ５の物体側の面が近軸において凸面に形成され、像側の面が近軸において凹面に形成される。

ここで、撮像光学レンズ１０全体の焦点距離をｆ、前記第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、前記第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２、前記第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径をｒ３、前記第２レンズＬ２の像側の面の曲率半径をｒ４、前記第２レンズＬ２の屈折率をｎ２、前記第２レンズＬ２のアッベ数をｖ２、第２レンズＬ２の軸上厚みをｄ３、第１レンズＬ１の像側の面から第２レンズＬ２の物体側の面までの軸上距離をｄ２、前記第２レンズＬ２の像側の面から第３レンズＬ３の物体側の面までの軸上距離をｄ４、前記撮像光学レンズ１０の光学全長をｔｔｌにしたときに、前記ｆ、ｆ１、ｆ２、ｒ３、ｒ４、ｎ２、ｖ２、ｄ３、ｄ２、ｄ４及びｔｔｌは以下の関係式を満たす。
１＜ｆ１／ｆ＜１．５５
１＜ｆ２／ｆ＜１．５５
１＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜４
１．７５＜ｎ２＜２．２
３５＜ｖ２＜４５
０．０５＜ｄ３／ｔｔｌ＜０．１
０．０５＜ｄ２／ｔｔｌ＜０．１
０．００５＜ｄ４／ｔｔｌ＜０．０１

本発明の前記撮像光学レンズ１０の焦点距離、関連レンズの焦点距離、関連レンズの曲率半径、屈折率、アッベ数、軸上厚み、レンズの間隔、撮像光学レンズ１０の光学全長が上記の関係式を満たすことで、撮像光学レンズ１０の高結像性能を得ると共に、撮像光学レンズの広角化を兼有することができる。

具体的には、本発明の実施形態において、撮像光学レンズ全体の焦点距離をｆ、前記第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１、前記第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２、前記第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３、前記第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４、及び前記第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５を以下の関係式を満たすように設定することができる。そのうち、単位はｍｍである。
１＜ｆ１／ｆ＜１．５
１＜ｆ２／ｆ＜１．５
−３＜ｆ３／ｆ＜−１
０．５＜ｆ４／ｆ＜２
−２＜ｆ５／ｆ＜−０．５
このようにすることで、撮像光学レンズ１０全体の光学全長ＴＴＬをできる限り短縮して、小型化の特性を維持することができる。

本発明の実施形態において、第１レンズＬ１の材質がプラスチックであり、第２レンズＬ２の材質がガラスであり、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の材質がすべてプラスチックである。このようにすることで、撮像光学レンズ１０の光学性能を効率的に向上することができ、また異なる温度と湿度の条件下で、良好な安定性を有するようになる。

さらに、本発明の好ましい実施形態において、前記第１レンズＬ１の屈折率をｎ１、前記第３レンズＬ３の屈折率をｎ３、前記第４レンズＬ４の屈折率をｎ４、及び前記第５レンズＬ５の屈折率をｎ５にしたときに、以下の関係式を満たす。
１．５＜ｎ１＜１．６５
１．５＜ｎ３＜１．７
１．５＜ｎ４＜１．７
１．５＜ｎ５＜１．７
このようにすることで、レンズが異なる光学材質を採用する場合でも適切な整合を得る上に、撮像光学レンズ１０の高品質な結像性能を得られる。

なお、本発明の実施形態において、前記第１レンズＬ１のアッベ数ｖ１、前記第３レンズＬ３のアッベ数ｖ３、前記第４レンズＬ４のアッベ数ｖ４、及び前記第５レンズＬ５のアッベ数ｖ５を以下の関係式を満たすように設定することができる。
４０＜ｖ１＜６５
１５＜ｖ３＜３０
１５＜ｖ４＜３０
１５＜ｖ５＜３０
このようにすることで、撮像光学レンズ１０が結像する時の光学色収差現象を効率的に抑えることができる。

上記各レンズの屈折率方案とアッベ数方案はお互いに結合して撮像光学レンズ１０の設計に応用することができる。本実施形態において、前記第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５は高分散材料を採用して、第１と第２レンズの色収差を有効的に補足し、撮像光学レンズ１０の結像品質を大幅に向上することができる。また、本実施形態において、第２レンズＬ２は高い屈折率を有する材料を使用して、システムの広角化を有効的に実現することができる。

好ましくは、高品質な結像性能を得られるように、前記レンズの物体側の面及び／又は像側の面に、変曲点及び／又は停留点がさらに設けられていてもよい。具体的な実施方案については、後述する。

以下では、本発明の実施形態１に係る撮像光学レンズ１０の設定データを示す。

表１、表２は、本発明の実施形態１に係る撮像光学レンズ１０のデータを示す。

各符号の意味は、以下の通りである。
ｆ：撮像光学レンズ１０の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２：第２レンズＬ２の焦点距離
ｆ３：第３レンズＬ３の焦点距離
ｆ４：第４レンズＬ４の焦点距離
ｆ５：第５レンズＬ５の焦点距離
ｆ１２：第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の組合焦点距離

ここで、Ｒ１、Ｒ２は、第１レンズＬ１の物体側の面と像側の面であり、Ｒ３、Ｒ４は、第２レンズＬ２の物体側の面と像側の面であり、Ｒ５、Ｒ６は、第３レンズＬ３の物体側の面と像側の面であり、Ｒ７、Ｒ８は、第４レンズＬ４の物体側の面と像側の面であり、Ｒ９、Ｒ１０は、第５レンズＬ５の物体側の面と像側の面であり、Ｒ１１、Ｒ１２は、光学フィルターＧＦの物体側の面と像側の面である。他の各符号の意味は、以下の通りである。
ｄ０：絞りＳｔから第１レンズＬ１の物体側の面までの軸上距離
ｄ１：第１レンズＬ１の軸上厚み
ｄ２：第１レンズＬ１の像側の面から第２レンズＬ２の物体側の面までの軸上距離
ｄ３：第２レンズＬ２の軸上厚み
ｄ４：第２レンズＬ２の像側の面から第３レンズＬ３の物体側の面までの軸上距離
ｄ５：第３レンズＬ３の軸上厚み
ｄ６：第３レンズＬ３の像側の面から第４レンズＬ４の物体側の面までの軸上距離
ｄ７：第４レンズＬ４の軸上厚み
ｄ８：第４レンズＬ４の像側の面から第５レンズＬ５の物体側の面までの軸上距離
ｄ９：第５レンズＬ５の軸上厚み
ｄ１０：第５レンズＬ５の像側の面から光学フィルターＧＦの物体側の面までの軸上距離
ｄ１１：光学フィルターＧＦの軸上厚み
ｄ１２：光学フィルターＧＦの像側の面から像面までの軸上距離
ｎｄ１：第１レンズＬ１の屈折率
ｎｄ２：第２レンズＬ２の屈折率
ｎｄ３：第３レンズＬ３の屈折率
ｎｄ４：第４レンズＬ４の屈折率
ｎｄ５：第５レンズＬ５の屈折率
ｎｄｇ：光学フィルターＧＦの屈折率
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：光学フィルターＧＦのアッベ数

表３は、本発明の実施形態１に係る撮像光学レンズ１０における各レンズの非球面のデータを示す。

表４、表５は、本発明の実施形態１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定データを示す。ここで、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ第１レンズＬ１の物体側の面と像側の面を示し、Ｒ３、Ｒ４は、それぞれ第２レンズＬ２の物体側の面と像側の面を示し、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ第３レンズＬ３の物体側の面と像側の面を示し、Ｒ７、Ｒ８は、それぞれ第４レンズＬ４の物体側の面と像側の面を示し、Ｒ９、Ｒ１０は、それぞれ第５レンズＬ５の物体側の面と像側の面を示す。また、「変曲点位置」欄の対応するデータは、各レンズの表面に設けら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り、「停留点位置」欄の対応するデータは、各レンズの表面に設けら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４８６ｎｍ、５８８ｎｍ及び６５６ｎｍの光が実施形態１に係る撮像光学レンズ１０を通った後の球面収差及び倍率色収差を示す図である。図４は、波長５８８ｎｍの光が実施形態１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図である。

以下の表６には、上述の条件式に従って本実施例における各条件式に対応する値を示す。当然、本実施形態の撮像光学システムは、上述の条件式を満たしている。

本実施形態において、前記撮像光学レンズの入射瞳径が１．６４２ｍｍであり、全視野の像高が３．２４ｍｍであり、対角線方向の画角が８８．５２°である。

以下では、本発明の実施形態２に係る撮像光学レンズ２０の設定データを示す。

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のデータを示す。

表９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非球面のデータを示す。

表１０、表１１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定データを示す。「変曲点位置」欄の対応するデータは、各レンズの表面に設けられた変曲点から撮像光学レンズ２０の光軸までの垂直距離であり、「停留点位置」欄の対応するデータは、各レンズの表面に設けられた停留点から撮像光学レンズ２０の光軸までの垂直距離である。

図６、図７は、それぞれ波長４８６ｎｍ、５８８ｎｍ及び６５６ｎｍの光が実施形態２に係る撮像光学レンズ２０を通った後の球面収差及び倍率色収差を示す図である。図８は、波長５８８ｎｍの光が実施形態２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図である。

以下の表１２には、上述の条件式に従って本実施例における各条件式に対応する値を示す。当然、本実施形態の撮像光学システムは、上述の条件式を満たしている。

本実施形態において、前記撮像光学レンズの入射瞳径が１．６５１ｍｍであり、全視野の像高が３．２４ｍｍであり、対角線方向の画角が８８．５２°である。

上記の各実施形態は本発明を実現するための具体的な実施形態であるが、実際の応用において、本発明の主旨及び範囲から逸脱しない範囲での形式及び細部に対する各種の変更は、いずれも本発明の保護範囲に属することは、当業者であれば理解できるはずである。

Claims

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、正の屈折力を有する第１レンズ、絞り、正の屈折力を有する第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、及び負の屈折力を有する第５レンズから構成され、
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、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第２レンズの物体側の面の曲率半径をｒ３、前記第２レンズの像側の面の曲率半径をｒ４、前記第２レンズの屈折率をｎ２、前記第２レンズのアッベ数をｖ２、前記第２レンズの軸上厚みをｄ３、前記第１レンズの像側の面から前記第２レンズの物体側の面までの軸上距離をｄ２、前記第２レンズの像側の面から前記第３レンズの物体側の面までの軸上距離をｄ４、前記撮像光学レンズの光学全長をｔｔｌにしたときに、以下の関係式を満たすことを特徴とする撮像光学レンズ。
１＜ｆ１／ｆ＜１．５５
１＜ｆ２／ｆ＜１．５５
１＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜４
１．７５＜ｎ２＜２．２
３５＜ｖ２＜４５
０．０５＜ｄ３／ｔｔｌ＜０．１
０．０５＜ｄ２／ｔｔｌ＜０．１
０．００５＜ｄ４／ｔｔｌ＜０．０１
前記第１レンズの材質がプラスチックであり、前記第２レンズの材質がガラスであり、前記第３レンズ、前記第４レンズと前記第５レンズの材質がすべてプラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学レンズ。
前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記第４レンズの焦点距離をｆ４、及び前記第５レンズの焦点距離をｆ５にしたときに、以下の関係式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＜ｆ１／ｆ＜１．５
１＜ｆ２／ｆ＜１．５
−３＜ｆ３／ｆ＜−１
０．５＜ｆ４／ｆ＜２
−２＜ｆ５／ｆ＜−０．５
前記第１レンズの屈折率をｎ１、前記第３レンズの屈折率をｎ３、前記第４レンズの屈折率をｎ４、及び前記第５レンズの屈折率をｎ５にしたときに、以下の関係式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。
１．５＜ｎ１＜１．６５
１．５＜ｎ３＜１．７
１．５＜ｎ４＜１．７
１．５＜ｎ５＜１．７
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、前記第４レンズのアッベ数をｖ４、及び前記第５レンズのアッベ数をｖ５にしたときに、以下の関係式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。
４０＜ｖ１＜６５
１５＜ｖ３＜３０
１５＜ｖ４＜３０
１５＜ｖ５＜３０