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1. JP2020109487 - IMAGE CAPTURING OPTICAL LENS

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Description

Title of Invention 撮像光学レンズ CN 201811650595.X 20181231 20201118 G02B 9/00−17/08 G02B 21/02−21/04 G02B 25/00−25/04 米国特許出願公開第2014/0285908(US,A1) 中国実用新案第201133964(CN,Y) 米国特許第08422146(US,B1) 特開2008−158413(JP,A) 特開2013−092584(JP,A) 2020109487 20200716 20191105 岡田 弘

Technical Field

0001  

Background Art

0002   0003  

Summary of Invention

Technical Problem

0004  

Technical Solution

0005   0006   0007   0008  

Brief Description of Drawings

0009  

Description of Embodiments

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056  

Claims

1   2   3  

Drawings

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12    

Description

撮像光学レンズ

CN 201811650595.X 20181231 20201118 G02B 9/00−17/08 G02B 21/02−21/04 G02B 25/00−25/04 patcit 1 : 米国特許出願公開第2014/0285908(US,A1)
patcit 2 : 中国実用新案第201133964(CN,Y)
patcit 3 : 米国特許第08422146(US,B1)
patcit 4 : 特開2008−158413(JP,A)
patcit 5 : 特開2013−092584(JP,A)
2020109487 20200716 20191105 岡田 弘

Technical Field

[0001]
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。

Background Art

[0002]
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。
[0003]
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、4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4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、大口径及び極薄化の設計要求を満たすことができない。

Summary of Invention

Technical Problem

[0004]
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。

Technical Solution

[0005]
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、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レンズとからなり、
前記第4レンズの焦点距離をf4、前記第1レンズの物体側面の曲率半径をR1、前記第1レンズの像側面の曲率半径をR2、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、前記第4レンズの物体側面の曲率半径をR7としたときに、以下の条件式(1)〜(3)を満たす。
62.00<R7/f4<70.00 (1)
0.10<R1/R2<0.40 (2)
−0.50<R3/R4<−0.30 (3)
[0006]
本発明の実施形態は、従来技術に対して、上記レンズの配置方式に基づいて、異なる屈折力を有するレンズと、特定の形状を有する第1レンズ、第2レンズ及び第4レンズとを使用することによって、光学システムが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足することができる。
[0007]
また、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(4)を満たす。
10.00<R5/R6<30.00 (4)
[0008]
また、前記第3レンズの焦点距離をf3、前記第3レンズの軸上厚みをd5としたときに、以下の条件式(5)を満たす。
0.60<d5/f3<0.68 (5)

Brief Description of Drawings

[0009]
[fig. 1] 本発明の第1実施形態における撮像光学レンズの構造を示す模式図である。
[fig. 2] 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。
[fig. 3] 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。
[fig. 4] 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。
[fig. 5] 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模式図である。
[fig. 6] 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。
[fig. 7] 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。
[fig. 8] 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。
[fig. 9] 本発明の第3実施形態の撮像光学レンズの構造を示す模式図である。
[fig. 10] 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。
[fig. 11] 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。
[fig. 12] 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。

Description of Embodiments

[0010]
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。
[0011]
以下は、第1実施形態である。
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、4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及び第4レンズL4からなる。本実施形態では、第4レンズL4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。
[0012]
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、その物体側面が凹面であり、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、その物体側面が凹面であり、その像側面が凹面である。
[0013]
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。
[0014]
ここで、第4レンズL4の焦点距離をf4、第1レンズL1の物体側面の曲率半径をR1、第1レンズL1の像側面の曲率半径をR2、第2レンズL2の物体側面の曲率半径をR3、第2レンズL2の像側面の曲率半径をR4、第4レンズL4の物体側面の曲率半径をR7として定義する。前記f4、R1、R2、R3、R4及びR7は、以下の条件式を満たす。
62.00<R7/f4<70.00 (1)
0.10<R1/R2<0.40 (2)
−0.50<R3/R4<−0.30 (3)
その中で、条件式(1)は、第4レンズL4の形状を規定するものである。このように設けると、光学システムにおける先頭3枚のレンズ(第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3)で発生された収差を効果的に補正することができる。
条件式(2)は、第1レンズL1の形状を規定するものである。R1とR2が条件式(2)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でき、収差を効果的に低減できる。
条件式(3)は、第2レンズL2の形状を規定するものである。このように設けると、コマ収差及び倍率色収差を除去することに寄与できる。
[0015]
本実施形態では、上記レンズの配置方式に基づいて、異なる屈折力を持つ各レンズ(L1、L2、L3、L4)と、特定の形状を有する第1レンズL1、第2レンズL2及び第4レンズL4とを使用することによって、光学システムが、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足できる。
[0016]
具体的には、本実施形態において、第3レンズL3の物体側面の曲率半径R5、第3レンズL3の像側面の曲率半径R6が、以下の条件式を満たす。
10.00<R5/R6<30.00 (4)
条件式(4)は、第3レンズL3の形状を規定するものである。R5とR6が条件式(4)で規定された範囲内にあると、レンズの加工及びレンズの組立に寄与できる。
[0017]
好ましくは、本実施形態において、第3レンズL3の焦点距離をf3、前記第3レンズの軸上厚みをd5としたときに、f3とd5が以下の条件式を満たす。
0.60<d5/f3<0.68 (5)
条件式(5)は、第3レンズL3の寸法及び屈折力を規定するものである。f3とd5が条件式(5)で規定された範囲内にあると、レンズの加工及びレンズの組立に寄与する。
[0018]
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及び第4レンズL4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、材料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の結像光学系は、Fno≦2.10である。撮像光学レンズ10の光学長TTL及び撮像光学レンズ10の像高IHは、条件式TTL/IH≦1.50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足することが実現される。
[0019]
図1は、第1実施形態における撮像光学レンズ10の構造を示す模式図である。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。
[0020]
表1は、本発明の第1実施形態において撮像光学レンズ10を構成する第1レンズL1〜第4レンズL4の物体側及び像側の曲率半径R、レンズの軸上厚み、レンズ間の距離d、屈折率nd及びアッベ数vdを挙げる。表2は、撮像光学レンズ10の円錐係数k及び非球面係数を示す。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。
[0021]
[Table 1]


[0022]
上記表において、各符号の意味は、以下の通りである。
R :光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
S1 :絞り
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 :ガラス平板GFの物体側面の曲率半径
R10 :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の像側面からガラス平板GFの物体側面までの軸上距離
d9 :ガラス平板GFの軸上厚み
d10 :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
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
vg :ガラス平板GFのアッベ数
[0023]
[Table 2]


[0024]
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。
[0025]
なお、本実施形態では、各レンズ面の非球面は、下記式(6)で表される非球面を使用している。しかしながら、下記式(6)の具体例は、一例に過ぎなく、本発明は、特にこの式(6)の非球面多項式に限定されるものではない。
y=(x /R)/[1+{1−(1+k)(x /R )} 1/2]
+A4x +A6x +A8x +A10x 10+A12x 12+A14x 14+A16x 16 (6)
[0026]
表3、表4は、本発明の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。
[0027]
[Table 3]


[0028]
[Table 4]


[0029]
また、後の表13において、第1実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定されたパラメータに対応する値をさらに示す。
[0030]
図2、図3は、それぞれ波長486nm、588nm及び656nm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588nm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る。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。
[0031]
本実施形態において、前記撮像光学レンズ10の全画角が2ωであり、F値がFnoであり、その中で、2ω=73.87°であり、Fno=2.05であり、このように、撮像光学レンズ10が、大口径かつ極薄であり、且つ、優れた結像性能を有する。
[0032]
以下は、第2実施形態である。
[0033]
図5は、本発明の第2実施形態に係る撮像光学レンズ20の構造を示す模式図である。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。
[0034]
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。
[0035]
[Table 5]


[0036]
[Table 6]


[0037]
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。
[0038]
[Table 7]


[0039]
[Table 8]


[0040]
後の表13において、第2実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定されたパラメータに対応する値をさらに示す。
[0041]
図6、図7は、それぞれ波長486nm、588nm及び656nm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588nm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。図8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。
[0042]
本実施形態の撮像光学レンズ20において、2ω=74.60°であり、Fno=2.05であり、このように、撮像光学レンズ20が、大口径かつ極薄であり、且つ優れた結像性能を有する。
[0043]
以下は、第3実施形態である。
[0044]
図9は、本発明の第3実施形態に係る撮像光学レンズ30の構造を示す模式図である。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。
[0045]
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。
[0046]
[Table 9]


[0047]
[Table 10]


[0048]
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。
[0049]
[Table 11]


[0050]
[Table 12]


[0051]
後の表13において、第3実施形態における各種パラメータ、及び条件式で規定されたパラメータに対応する値をさらに示す。
[0052]
図10、図11は、それぞれ波長486nm、588nm及び656nm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588nm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。図12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。
[0053]
本実施形態の撮像光学レンズ30において、2ω=74.82°であり、Fno=2.06であり、このように、撮像光学レンズ30が、大口径かつ極薄であり、且つ優れた結像性能を有する。
[0054]
以下、表13では、上記条件式に従って、第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態における各条件式(1)、(2)、(3)、(4)及び(5)に対応する値、及び他の関連パラメータの取り得る値を挙げている。
[0055]
[Table 13]


[0056]
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

[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、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レンズとからなり、
前記第4レンズの焦点距離をf4、前記第1レンズの物体側面の曲率半径をR1、前記第1レンズの像側面の曲率半径をR2、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、前記第4レンズの物体側面の曲率半径をR7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。
62.00<R7/f4<70.00(1)
0.10<R1/R2<0.40 (2)
−0.50<R3/R4<−0.30 (3)
[2]
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(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。
10.00<R5/R6<30.00 (4)
[3]
前記第3レンズの焦点距離をf3、前記第3レンズの軸上厚みをd5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。
0.60<d5/f3<0.68 (5)

Drawings

[ Fig. 1]

[ Fig. 2]

[ Fig. 3]

[ Fig. 4]

[ Fig. 5]

[ Fig. 6]

[ Fig. 7]

[ Fig. 8]

[ Fig. 9]

[ Fig. 10]

[ Fig. 11]

[ Fig. 12]