JP2014085665A - 高分解能撮像光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】６枚の非球面プラスチックレンズを用いて光学系を構成することによって、高分解能及び製作単価を低めることができる、撮像光学系を提供する。
【解決手段】 高分解能撮像光学系は、物体側から順に正屈折力を有し、物体測面が物体側へ凸な第１のレンズＬ１と、負屈折力を有し、上側面が上側へ凹な第２のレンズＬ２と、正屈折力を有する第３のレンズＬ３と、負屈折力を有する第４のレンズＬ４と、正屈折力を有し、上側面が上側へ凸な第５のレンズＬ５と、負屈折力を有し、上側面が上側へ凹な第６のレンズＬ６とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像光学系に関し、特に、６枚のレンズを用いて高分解能を具現可能な撮像光学系に関する。

一般に、移動通信端末、ＰＤＡ、スマトホンなどの移動通信手段は、その使用量が増大し、通信技術によって提供されるサーピスが多様になるにつれ、基本的な通信機能他に多様な形態の付加機能が搭載されている。

特に、移動通信手段に取り付けられるカメラモジュールは、単焦点を利用した単純写真撮影に加えて、高画質の動画撮影、自動焦点調整及びＱＲコード（登録商標）認職などの多様なコンパーサンス機器への要求が増えている。

また、カメラモジュールの大きさが段々小型化され、且つより高い分解能が求められ、イメージセンサーの画素数も徐徐に増加するにつれ高分解能の光学系を要求している。

また、最近には、移動通信機器の単価引下によって、カメラモジュールの製作単価も漸次的に低くなっている。

韓国公開特許第２０１１−２４８７２号公報

カメラモジュールの単価を低めるためには、まずカメラモジュールに内蔵される光学系を構成するレンズ群の製作単価を低めるのが一番望ましい。しかし、前述のような分解能の向上条件を満たすためには、光学性能が優秀なガラス（ｇｌａｓｓ）レンズを適用して光学系を構成しなければならないが、高価のガラスレンズを複数枚使ってカメラモジュールの製作単価を低めることは、不可能であるという不都合がある。

また、分解能の問題を解決するために、ガラスレンズを複数採用した場合、光学系を軽量化することができないという不都合がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、６枚の非球面プラスチックレンズを用いて光学系を構成することによって、高分解能及び製作単価を低めることができる、撮像光学系を提供することに、その目的がある。

また、本発明の他の目的は、６枚のプラスチックレンズに対する光パワーを適宜揃えて高分解能を具現すると共に、コンパクトな光学系を構成することができる、高分解能撮像光学系を提供することにある。

上記の目的を解決するために、本発明によれば、物体側から順に正屈折力を有し、物体測面が物体側へ凸な第１のレンズと、負屈折力を有し、上側面が上側へ凹な第２のレンズと、正屈折力を有する第３のレンズと、負屈折力を有する第４のレンズと、正屈折力を有し、上側面が上側へ凸な第５のレンズと、負屈折力を有し、上側面が上側へ凹な第６のレンズとを含む撮像光学系が提供される。

一実施形態によれば、前記撮像光学系は、第１のレンズの前方、または第１のレンズと第２のレンズとの間に絞りが配設され、前記光学系を入射または経由する光の中に不要な光を遮断する。

また、一実施形態によれば、前記光学系は、光学的パワーに関する条件に対して、次式を満たす。

［式１］
|ｆ４／ｆ|＞２．５

ここで、ｆ４は第４のレンズの焦点距離で、ｆは、全体光学系の焦点距離である。

また、一実施形態によれば、前記光学系は、色収差補正条件に対して次式を満たす。

［式２］
Ｖ１−Ｖ４＜４０

ここで、Ｖ１は第１のレンズのアッベ数で、Ｖ４は第４のレンズのアッベ数である。

また、一実施形態によれば、前記光学系は、第４のレンズの形状に対する条件に対して次式を満たす。

［式３］
０．５＜ＯＡＬ／ｆ＜２．０

ここで、ＯＡＬは第１のレンズの光軸頂点から上面までの距離で、ｆは、全体光学系の焦点距離である。

また、前記光学系は、色収差に関する条件に対して次式を満たす。

［式４］
Ｖ２＜３０

ここで、Ｖ２は、第２のレンズのアッベ数である。

また、前記第１のレンズ〜第６のレンズはプラスチックレンズで構成され、前記第１のレンズ〜第６のレンズの両面のうちの少なくとも一面は非球面で構成されてもよい。望ましくは、第１のレンズ〜第６のレンズの両面が非球面で形成される。

また、一実施形態によれば、前記第６のレンズと像面との間には、外部から流入する光の中に含まれた過度な赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルタがコーティングされたカバーガラスの光学的フィルタがさらに含まれる。

前述のように、本発明による撮像光学系は、６枚のレンズをプラスチックレンズで構成し、製造単価を低めると共に軽量化が可能であるという効果が奏する。

また、本発明によれば、色収差を含めた収差補正効率を向上させ、色収差を最小化して高分解能を具現することができるという効果が奏する。

また、本発明によれば、光学系を構成する６枚のレンズの両面を非球面で構成することによって、設計自由度を向上させ、また第１〜第６のレンズを全てプラスチックレンズで構成することによって、収差値を減らし、高分解能の光学系を製作することができるという効果が奏する。

本発明の第１の実施形態による撮像光学系のレンズ配設を示す構成図である。 各々表１及び図１に示す光学系の収差図である。 本発明の第２の実施形態による撮像光学系のレンズ配設を示す構成図である。 各々表３及び図３に示す光学系の収差図である。 本発明の第３の実施形態による撮像光学系のレンズ配設を示す構成図である。 各々表５及び図５に示す光学系の収差図である。

以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。

本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことに理解されたい。

まず、図１は、本発明の一実施形態による撮像光学系のレンズ構成図である。同図のように、一実施形態による高分解能撮像光学系は、正屈折力を有する第１のレンズＬ１と、負屈折力を有する第２のレンズＬ２と、正屈折力を有する第３のレンズＬ３と、負屈折力を有する第４のレンズＬ４と、正屈折力を有する第５のレンズＬ５と、負屈折力を有する第６のレンズＬ６とから構成される。

前記光学系を構成するレンズの形状は、第１のレンズＬ１は、物体測面が物体側へ凸な形状で、第２のレンズＬ２は上側面が上側へ凹な形状で、第５のレンズＬ５は上側面が上側へ凸な形状で、第６のレンズＬ６は上側面が上側へ各々凹な形状である。

また、第６のレンズＬ６と像面１５との間には、光学系を経由する光の中に過度な赤外線を遮断するための赤外線フィルタ、または該赤外線フィルタがコーティングされたカバーガラスで構成された光学的フィルタＯＦが設けられる。

また、本発明の光学系は、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６が全てプラスチックレンズで構成され、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６の両面のうちのいずれか一面または両面が非球面で構成される。

本発明による光学系を構成するレンズのうち、第１のレンズＬ１及び第２のレンズＬ２の両面のうちのいずれか一面以上を非球面で構成する理由は、色収差を含めた収差補正が容易にし、製造工差を緩和させる設計自由度を向上させるためである。また、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６を全てプラスチックレンズで構成する理由は、ガラスレンズに比べて非球面の製作が容易になり主にモバイル機器に取り付けられる光学系の特性上、複数のレンズで構成されても軽量化が可能になるようにして、モパイル機器に採用可能な撮像光学系を構成するためである。

また、前述のように、本発明の撮像光学系においては、次式１及び式４によって収差補正と複数のレンズを使うと共に小型化が可能にする。以下、該当式及び作用効果について詳記する。

［式５］
|ｆ４／ｆ|＜２．５

ここで、ｆ４は第４のレンズの焦点距離で、ｆは全体光学系の焦点通りである。

式５は、第４のレンズと全体光学系の光学的パワーに関する条件であって、式５によって第４のレンズの屈折力を調節することによって、全体光学系のコンパクト化することができる。式４の下限を外す場合は、第４のレンズの負のパワーが強まるため、レンズ周辺における解像力の性能確保が難しくなる。そのため、それを補うためには、全体光学系の長さが長くなることがある。

［式６］
Ｖ１−Ｖ４＜４０

ここで、Ｖ１は第１のレンズのアッベ数で、Ｖ４は第４のレンズのアッベ数である。

式６は、光学系の色収差補正に関する条件であって、式６の下限を外す場合は、色収差補正が難しくなるため、光学系全体の高分解能の具現が不可能になる。

［式７］
０．５＜ＯＡＬ／ｆ＜２．０

ここで、ＯＡＬは第１のレンズの光軸頂点から上面までの距離で、ｆは全体光学系の焦点距離である。

式７は、光学系のレンズ形状に関する条件であって、式７の下限を外す場合は、光学系の適切な画角を確保することができなく、画角が小さくなり、上限を超過する場合は、光学系の全長が長くなり、コンパクトな光学系を構成することができない。

［式８］
Ｖ２＜３０

ここで、Ｖ２は第２のレンズのアッベ数である。

式８は、光学系の色収差に関する条件であって、式８の下限を外す場合は、色収差補正が難しくなるため、光学系全体の高分解能の具現が不可能である。

以下、具体的な数値実施例を挙げ、本発明による小型広角光学系について詳記する。

以下の第１〜第３の実施形態は全て、前述のように、正屈折力を有し、物体測面が物体側へ凸な形状の第１のレンズＬ１と、負屈折力を有し、上面側が上側へ凹な第２のレンズＬ２と、正屈折力を有する第３のレンズＬ３と、負屈折力を有する第４のレンズＬ４と、正屈折力を有し、上側面が上側へ凸な形状の第５のレンズＬ５と、負屈折力を有し、上側面が上側へ凹な形状の第６のレンズＬ６とから構成される。第６のレンズＬ６と像面１５との間には、赤外線フィルタや該赤外線フィルタがコーティングされたカバーガラスで構成された光学的フィルタＯＦが設けられる。

また、前記第１のレンズＬ１、または第１のレンズＬ１と第２のレンズＬ２との間には、光学系に入射する不要な光を遮断するための絞り（ＡＳ）が設けられる。

また、前記第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６はプラスチックレンズで構成され、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６は、その両面のうちのいずれか一面が非球面で構成される。

以下の各実施例において使われる非球面は公知の数１によって得られ、コニック（Ｃｏｎｉｃ）定数（Ｋ）及び非球面係数（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）に使われる「Ｅ及びこれに続けられる数」は、１０の累乗を示す。例えば、Ｅ＋０２は、１０^２を、Ｅ−０２は１０^−２を示す。

ｚ：レンズの頂点から光軸方向での距離
ｙ：光軸に垂直な方向への距離
ｃ：レンズの頂点での曲率半径（r）の逆数
Ｋ：コニック定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ：非球面係数
＜実施例１＞

下の表１は、本発明の実施例１による数値例を示す。また、図１は、本発明の第１の実施形態による撮像光学系のレンズ配設を示す構成図で、図２は、各々表１及び図１に示す光学系の収差図を示す。

実施例１の場合、全体光学系の有効焦点距離（Ｆ）は４．３ｍｍで、第１のレンズの光軸頂点から上面までの距離（ＯＡＬ）は５．４４９ｍｍであり、画角（ＦＯＶ）は６７．７０である。

また、第１のレンズＬ１の焦点距離は３．１８５ｍｍ、第２のレンズＬ２の焦点距離は−５．０８９ｍｍ、第３のレンズＬ３の焦点距離は１９．７９ｍｍ、第４のレンズＬ４の焦点距離は−２３．４５９ｍｍ、第５のレンズＬ５の焦点距離は２．０６７ｍｍ、第６のレンズＬ６の焦点距離は−２．０５４ｍｍである。

第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６は全てプラスチックレンズで構成される。

表１において、面番号の前の＊表示は非球面を示す。実施例１の場合、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６の両面のうちのいずれか一面または両面は非球面である。

また、数１による実施例１の非球面係数の値は、次の表２の通りである。

＜実施例２＞

下の表３は、本発明の実施例２による数値例を示す。

また、図３は、本発明の第２の実施形態による撮像光学系のレンズ配設を示す構成図で、図４は、各々表３及び図３に示す光学系の収差図を示す。

実施例２の場合、全体光学系の有効焦点距離（Ｆ）は４．５ｍｍで、第１のレンズの光軸頂点から上面までの距離（ＯＡＬ）は５．５９２ｍｍであり、画角（ＦＯＶ）は６５．３０である。

また、第１のレンズＬ１の焦点距離は３．１４４ｍｍ、第２のレンズＬ２の焦点距離は−４．８３６ｍｍ、第３のレンズＬ３の焦点距離は２０．０６４ｍｍ、第４のレンズＬ４の焦点距離は−４８．５３７ｍｍ、第５のレンズＬ５の焦点距離は２．３２８ｍｍ、第６のレンズＬ６の焦点距離は−２．１５７ｍｍである。

第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６は全てプラスチックレンズで構成される。

表３において面番号の前の＊表示は非球面を示す。実施例２の場合、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６の両面のうちのいずれか一面または両面は、非球面である。

また、数１による実施例２の非球面係数の値は、次の表４の通りである。

＜実施例３＞

下の表５は、本発明の実施例３による数値例を示している。

また、図５は、本発明の第３の実施形態による撮像光学系のレンズ配設を示す構成図で、図６は、各々表５及び図５に示す光学系の収差図を示す。

実施例３の場合、全体光学系の有効焦点距離（Ｆ）は４．３７ｍｍで、第１のレンズの光軸頂点から上面までの距離（ＯＡＬ）は５．６８４ｍｍで、画角（ＦＯＶ）は６７．４０である。

また、第１のレンズＬ１の焦点距離は３．０８９ｍｍ、第２のレンズＬ２の焦点距離は−４．３６３ｍｍ、第３のレンズＬ３の焦点距離は９．９３７ｍｍ、第４のレンズＬ４の焦点距離は−１４．４０６ｍｍ、第５のレンズＬ５の焦点距離は２．１３６ｍｍ、第６のレンズＬ６の焦点距離は−２．１４１ｍｍである。

第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６は全てプラスチックレンズで構成される。

表５において、面番号の前の＊表示は非球面を示す。実施例３の場合、第１のレンズＬ１〜第６のレンズＬ６の両面のうちのいずれか一面または両面は、非球面である。

また、数１による実施例３の非球面係数の値は、次の表６の通りである。

実施例１〜３における各式の値は、次の表７の通りである。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範間によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ｌ１ 第１のレンズ
Ｌ２ 第２のレンズ
Ｌ３ 第３のレンズ
Ｌ４ 第４のレンズ
Ｌ５ 第５のレンズ
Ｌ６ 第６のレンズ
ＯＦ 光学的フィルタ
１、２、３、４、…８、９、１０ 面番号

Claims (9)

1. 物体側から像面側へ順に、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、第４のレンズ、第５のレンズ、及び第６のレンズを含み、
   前記第１のレンズは、正屈折力を有し、物体側の面が物体側へ凸であり、
   前記第２のレンズは、負屈折力を有し、前記像面側の面が前記像面側へ凹であり、
   前記第３のレンズは、正屈折力を有し、
   前記第４のレンズは、負屈折力を有し、
   前記第５のレンズは、正屈折力を有し、前記像面側の面が前記像面側へ凸であり、
   前記第６のレンズは、負屈折力を有し、前記像面側の面が前記像面側へ凹である
   高分解能撮像光学系。
2. 前記撮像光学系は、前記第１のレンズの前記像面側、または前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に絞りが配設される、請求項１に記載の高分解能撮像光学系。
3. 前記撮像光学系は、光学的パワーに関する条件に対して次式、
   |ｆ４／ｆ|＞２．５
   （ここで、ｆ４は、前記第４のレンズの焦点距離で、ｆは全体光学系の焦点距離である）
   を満たす請求項１または２に記載の高分解能撮像光学系。
4. 前記撮像光学系は、色収差補正条件に対して次式、
   Ｖ１−Ｖ４＜４０
   （ここで、Ｖ１は前記第１のレンズのアッベ数で、Ｖ４は前記第４のレンズのアッベ数である）
   を満たす請求項１から３の何れか１項に記載の高分解能撮像光学系。
5. 前記撮像光学系は、前記第４のレンズの形状に対する条件に対して次式、
   ０．５＜ＯＡＬ／ｆ＜２．０
   （ここで、ＯＡＬは前記第１のレンズの光軸頂点から前記像面までの距離で、ｆは全体光学系の焦点距離である）
   を満たす請求項１から４の何れか１項に記載の高分解能撮像光学系。
6. 前記撮像光学系は、色収差に関する条件に対して次式、
   Ｖ２＜３０
   （ここで、Ｖ２は前記第２のレンズのアッベ数である）
   を満たす請求項１から５の何れか１項に記載の高分解能撮像光学系。
7. 前記第１のレンズ〜前記第６のレンズはプラスチックレンズで構成される、請求項１から６の何れか１項に記載の高分解能撮像光学系。
8. 前記第１のレンズ〜前記第６のレンズにおいて、前記第１のレンズ〜第６のレンズの両面のうちの少なくとも１つの一面または両面は非球面で構成される、請求項７に記載の高分解能撮像光学系。
9. 前記第６のレンズと前記像面との間には、外部から流入する光の中に含まれた過度な赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルタがコーティングされたカバーガラスの光学的フィルタがさらに設けられる、請求項１から８の何れか１項に記載の高分解能撮像光学系。

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