JP2004294910A

JP2004294910A - 二焦点レンズ

Info

Publication number: JP2004294910A
Application number: JP2003089096A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Ebara; 克典江原; Yusuke Hayashi; 佑介林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】コンパクトで高性能な二焦点レンズを提供する。
【解決手段】物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群１０と、正のパワーを有する第２レンズ群２０と、負のパワーを有する第３レンズ群３０とを有する。変倍のとき第１レンズ群１０は固定されており、第２レンズ群２０は光軸上を物体側に移動し、条件式（１）から（３）を満足するよう構成する。
（１）０．４７＜Ａｂｓ（Ｆ_１／Ｔ）＜０．５１
（２）０．２４＜Ａｂｓ（Ｆ_２／Ｔ）＜０．２７
（３）０．３４＜Ａｂｓ（Ｆ_３／Ｔ）＜０．４２
ただし、Ａｂｓ：絶対値、Ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離、Ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離、Ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離、Ｔ：レンズ系の第１面から受光面までの距離である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二焦点レンズに関し、特に、ＣＣＤやＣＯＭＳ等の受光素子を用いた携帯端末搭載カメラ、ＰＣカメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラなどに用いられるコンパクトで、かつ高解像な二焦点レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急峻に携帯電話が普及し、更に小型カメラが搭載されるようになり、画像の取り込み及び瞬時の伝送が可能になっている。カメラの性能が携帯電話の商品としての差別化に結びつくこともあり、この種のカメラモジュールに対する高性能化、高機能化の要求が高まっている。例えば、携帯電話などに搭載を想定したカメラに、ズームレンズを用いる技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。周知のごとく、携帯電話に搭載するためにレンズ系は極めてコンパクトでなければならない。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５５２７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の技術では、光学系は、負、正、正からなる３群構成となっている。この光学系は、コンパクト性を目的としているため、イメージサークルが、φ２．６ｍｍ程度となっている。一般に、イメージサークルが大きくなると、ＣＣＤなどの撮像素子が利用できる領域が大きくなり、解像度の観点から、イメージサークルは大きいものが求められる。コンパクト性とより大きなイメージサークルの実現は常に求められている。
【０００５】
また、撮影条件を拡大するため、ズーム比は３倍程度と大きいものが存在するが、コンパクト性を考慮してレンズ枚数が少なく、例えば、３枚もしくは４枚のレンズで構成されている。しかし、レンズ数が少ない場合、光学系の性能を高くすることは難しく、光学系の品質面で改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、そうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化及び、イメージエリアの拡大を行いつつ、全画面高性能画質を実現する二焦点レンズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、二焦点レンズに関する。この二焦点レンズは、物体側から撮像面へと順に負のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有する第２レンズ群と、負のパワーを有する第３レンズ群とを有し、変倍のとき第１レンズ群は固定されており、第２レンズ群は光軸上を物体側に移動し、第３レンズ群は光軸上を物体側に移動することにより変倍を行うとともに、第１レンズ群は、物体側のレンズが少なくとも非球面を１面有するレンズと、像側のレンズが球面レンズの２枚のレンズからなり、第２レンズ群は、物体側から、接合面を有する接合レンズと、像側に凸面を向けた凸メニスカスからなり、第３レンズ群は、凹面を像側に向けた、凹レンズ１枚からなり、下記条件式（１）から（３）を満足する。
【０００８】
（１）０．４７＜Ａｂｓ（Ｆ_１／Ｔ）＜０．５１
（２）０．２４＜Ａｂｓ（Ｆ_２／Ｔ）＜０．２７
（３）０．３４＜Ａｂｓ（Ｆ_３／Ｔ）＜０．４２
ただし、Ａｂｓ：絶対値、Ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離、Ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離、Ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離、Ｔ：レンズ系の第１面から受光面までの距離、を表す。
【０００９】
また、当該二焦点レンズは、コンパクト性を表す下記条件式（４）を更に満たすことが好ましい。
（４）６＜Ｔ／ｙ’＜６．８
ただし、Ｔ：レンズ系の第１面から受光面までの距離、ｙ’：最大像高、を表す。なお、この条件式（４）は、レンズ系のコンパクト性を表す。
【００１０】
また、第２レンズ群の第２レンズは、像側に凸面を向けた単レンズであり、第３レンズ群は、材料ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）からなり、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
（５）０＜Ａｂｓ（Ｆ_２２＋Ｆ_３）＜０．５
ただし、Ｆ_２２：第２レンズ群の像側に凸面を向けたレンズの焦点距離、を表す。
【００１１】
また、第２レンズ群の第２レンズは、像側に凸面を向けた単レンズであり、第３レンズ群は、両面非球面のレンズであることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１、図２は実施例１の二焦点レンズの構成図を、図５、図６は実施例２の二焦点レンズの構成図を、図９、図１０は実施例３の二焦点レンズの構成図を示している。表１、表２、表３はそれぞれ実施例１、実施例２、実施例３における数値例を示す。
【００１４】
特に、図１、図５、図９は、ワイド端のレンズ配置を光学断面図で示し、ワイド端のレンズ配置を「ｐｏｓｉｔｉｏｎ１」ともいう。図２、図６、図１０はテレ端のレンズ配置を光学断面図で示し、テレ端のレンズ配置を「ｐｏｓｉｔｉｏｎ２」ともいう。実施例１、実施例２、実施例３における二焦点レンズは、レンズの構成は同一で、数値例が異なることから、各光学断面図において、同一のレンズに相当するものには同じ名称及び符号を付している。なお、見やすさを考慮して、ｐｏｓｉｔｉｏｎ２の図面に関して、符号を一部省略している。
【００１５】
二焦点レンズは、物体側から像面側へ、本図では左側から右側へ、負のパワーを有する第１レンズ群１０、正のパワーを有する第２レンズ群２０、負のパワーを有する第３レンズ群３０からなり、その後方には、カバーガラス５０、像面６０が配置される。この二焦点レンズは、各レンズ群間隔を変化させることにより、変倍させる。この二焦点レンズは、ＣＣＤなどの固体撮像素子を備えた携帯電話に搭載されるに好適である。
【００１６】
第１レンズ群１０は、物体側から順に、第１レンズ１１、第２レンズ１２のレンズ２枚から構成される。第１レンズ１１は物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、更に第１レンズ１１の物体側の面は、非球面である。第２レンズ１２は物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズである。
【００１７】
第２レンズ群２０は、物体側から第３レンズ１３及び第４レンズ１４のレンズ２枚から成る接合レンズと、像側に凸面を向けた凸メニスカスレンズである第５レンズ１５からなる。第５レンズ１５の材料はＰＭＭＡである。また、第３レンズ１３の物体側には絞り１７が設けられる。
【００１８】
第３レンズ群３０は、凹面を像側に向けた凹レンズ１枚からなり、第３レンズ群３０を第６レンズ１６ともいう。
【００１９】
なお、図中のｒ_ｉ（ｉ＝１〜１５）は、面番号を示している。ｒ_５は絞り１７を示し、ｒ_１５は受光面を示している。また、表１、表２、表３の面番号に「＊」が付してあるものは、非球面を表している。表１、表２、表３で記述している非球面係数は次の式（６）で表されている。
【００２０】

ただし、ｚ：非球面深さ、
ｃ：曲率半径、
Ｋ：円錐係数、
ｈ：ｈ＝ｘ＋ｙ、
Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０：非球面係数
を表す。
【００２１】
理解の容易のために、上述の条件式（１）〜（５）を再度以下に示す。
（１）０．４７＜Ａｂｓ（Ｆ_１／Ｔ）＜０．５１
（２）０．２４＜Ａｂｓ（Ｆ_２／Ｔ）＜０．２７
（３）０．３４＜Ａｂｓ（Ｆ_３／Ｔ）＜０．４２
（４）６＜Ｔ／ｙ’＜６．８
（５）０＜Ａｂｓ（Ｆ_２２＋Ｆ_３）＜０．５
ただし、Ａｂｓ：絶対値、
Ｆ_１：第１レンズ群１０の焦点距離、
Ｆ_２：第２レンズ群２０の焦点距離、
Ｆ_３：第３レンズ群３０の焦点距離、
Ｔ：レンズ系の第１面ｒ_１から受光面ｒ_１５までの距離、
ｙ’：最大像高、
Ｆ_２２：第２レンズ群２０の像側に凸面を向けたレンズの焦点距離、を表す。
【００２２】
条件式（１）〜（３）はレンズ系の性能に関する条件式であり、これら条件式（１）〜（３）の下限を超えると歪曲収差が負方向に急激に増大し、目標となる光学性能が達成されない。また、条件式（１）〜（３）の上限を超えると非点収差がオーバとなり、レンズ系のコンパクト性が崩れるとともに所定の光学性能が得られない。
【００２３】
条件式（４）は、レンズ系全体のコンパクト性、つまりレンズの全長を規定している。周知の如く、受光面ｒ_１５にＣＣＤ等を使用する場合、レンズ系から射出する光束は、テレセントリックであることが望ましいが、最近マイクロレンズをＣＣＤ面上に装備することにより、テレセントリック性はかなり軽減できる。それ故、第３レンズ群３０は厳密に固定することはなく、稼働も可能である。したがって、テレセントリック性を維持するために光学系の全長をそれほど長くする必要はなく、本実施の形態における二焦点レンズの場合、変倍するとき第２レンズ群２０を物体側に移動するとともに、第３レンズ群３０を物体側に移動する。
【００２４】
条件式（５）は、コスト低減を図るとともに、環境の温度変化に対応するものである。すなわち、第２レンズ群２０の像側レンズの材料は、ＰＭＭＡを使用することにより、コスト低減を図る。また、それぞれの焦点距離の和が条件式（５）から外れないように構成する。条件式（５）から外れると温度変化によりピント移動が発生する。更にＰＭＭＡの材料を使用しているレンズは両面非球面にし、十分な収差補正を行うことで、レンズ系全体は、コンパクトでありながら、高性能を達成させることができる。
【００２５】
以下、実施例をもとに二焦点レンズの構成のレンズデータ、レンズ断面図、収差図などを表や図を用いて更に具体的に説明する。
【００２６】
（実施例１）
表１は、実施例１におけるレンズデータを示している。
【表１】

上述の通り、実施例１に関する光学断面図に関して、図１がワイド端のレンズ配置を、図２がテレ端のレンズ配置を示している。レンズデータの構成は、面番号、半径、面間隔、硝子からなる。なお、第ｎ番目の面と第ｎ＋１番目の面の光軸上の間隔を面間隔ｔｈｉ［ｎ］と表している。上述の通り、面番号に付してある「＊」は、その面が非球面であることを表し、その非球面係数はレンズデータ構成に続いて記述している。それぞれの非球面係数は上述の式（６）で表される。また、硝子の項目において、先頭に「ｎ」または「ｏ」の文字が付してあるものは、ＯＨＡＲＡ製の硝子で、「ｈ」が付してあるものはＨＯＹＡ製の硝子である。また、コード「５２５００．５６３」は、ＰＭＭＡの屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄを、つまり、Ｎｄ＝１．５２５００、Ｖｄ＝５６．３を表している。
【００２７】
なお、二焦点レンズの広角側の状態と望遠側の状態は、それぞれ第１レンズ群１０と第２レンズ群２０との面間隔ｔｈｉ４、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０との面間隔ｔｈｉ１０、第３レンズ群３０とカバーガラス５０との面間隔ｔｈｉ１２を変化させることによって得られる。それら３種類の面間隔の具体的な数値は、「ＺＯＯＭＤＡＴＡＬＩＳＴ」として記載している。上述の通り、ｐｏｓｉｔｉｏｎ１に関するデータはワイド端、つまり広角側の状態を表し、ｐｏｓｉｔｉｏｎ２に関するデータはテレ端、つまり望遠側の状態を表す。図３は、広角側の光線収差図を表し、図４は、望遠側の光線収差図を表している。
【００２８】
それぞれの収差図は、左から球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率の色収差を表している。球面収差のグラフにおいて縦軸はレンズの明るさ（ＦＮＯ）を。そして横軸は収差量を表している。また、球面収差は、ｄ（５８７．５６ｎｍ）、ｇ（４３５．８３ｎｍ）、Ｃ（６５６．２７ｎｍ）の３波長について同時に表している。非点収差のグラフでは、見易さを考慮して、基準波長ｄ線のみを示し、縦軸は像高を表し、横軸は収差量を表している。その中で実線はメリディオナル非点収差（Ｍ）を、破線はサジタル非点収差（Ｓ）を表す。歪曲収差のグラフにおいて縦軸は像高を表し、横軸は収差を表す。そして、倍率色収差のグラフは、基準波長ｄ線の主光線に対するＣ線およびｇ線のそれぞれの差として表している。
【００２９】
（実施例２）
表２は、実施例２におけるレンズデータを示している。
【表２】

なお、表２に記載のレンズデータの構成は表１の構成と同一である。上述の通り、実施例２に関する光学断面図に関して、図５がワイド端のレンズ配置を、図６がテレ端のレンズ配置を示している。図７は、広角側の光線収差図を表し、図８は、望遠側の光線収差図を表している。
【００３０】
（実施例３）
表３は、実施例３におけるレンズデータを示している。
【表３】

なお、表３に記載のレンズデータの構成は、表１および表２の構成と同一である。上述の通り、実施例３に関する光学断面図に関して、図９がワイド端のレンズ配置を、図１０がテレ端のレンズ配置を示している。図１１は広角側の光線収差図を表し、図１２は望遠側の光線収差図を表している。
【００３１】
以上、本実施の形態によれば、コンパクトで高性能な二焦点レンズを実現できるとともに、変倍比２．４倍程度のレンズ系が実現できる。また、イメージサークルがφ５ｍｍ以上ありながら、３５ｍｍ換算でワイド側３２ｍｍ以下の焦点距離を有する広角を達成しつつ、レンズユニット全長を約１５ｍｍ程度、沈胴時約１０ｍｍ以下というコンパクトを達成させつつ、諸収差も極めて小さく補正を行っている。この二焦点レンズは、携帯電話のみならず、デジタルスチルカメラ、情報携帯端末など、小型化と高性能化の要請が大きい装置に搭載するに好適である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、二焦点レンズの各レンズ群のレンズ構成を適切に設定するとともに、各条件式を満足させることにより、小型化を図ることができるとともに高性能な二焦点レンズを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における、二焦点レンズの広角側のレンズ構成図である。
【図２】実施例１における、二焦点レンズの望遠側のレンズ構成図である。
【図３】実施例１における、二焦点レンズの広角側の光線収差図である。
【図４】実施例１における、二焦点レンズの望遠側の光線収差図である。
【図５】実施例２における、二焦点レンズの広角側のレンズ構成図である。
【図６】実施例２における、二焦点レンズの望遠側のレンズ構成図である。
【図７】実施例２における、二焦点レンズの広角側の光線収差図である。
【図８】実施例２における、二焦点レンズの望遠側の光線収差図である。
【図９】実施例３における、二焦点レンズの広角側のレンズ構成図である。
【図１０】実施例３における、二焦点レンズの望遠側のレンズ構成図である。
【図１１】実施例３における、二焦点レンズの広角側の光線収差図である。
【図１２】実施例３における、二焦点レンズの望遠側の光線収差図である。
【符号の説明】
１０第１レンズ群、１１第１レンズ、１２第２レンズ、１３第３レンズ、１４第４レンズ、１５第５レンズ、１６第６レンズ、１７絞り、２０第２レンズ群、３０第３レンズ群、５０カバーガラス、６０像面。

Claims

物体側から撮像面へと順に負のパワーを有する第１レンズ群と、
正のパワーを有する第２レンズ群と、
負のパワーを有する第３レンズ群と、を有し、
変倍のとき前記第１レンズ群は固定されており、前記第２レンズ群は光軸上を物体側に移動し、前記第３レンズ群は光軸上を物体側に移動することにより変倍を行うとともに、
前記第１レンズ群は、物体側のレンズが少なくとも非球面を１面有するレンズと、像側のレンズが球面レンズの２枚のレンズからなり、
前記第２レンズ群は、物体側から、接合面を有する接合レンズと、像側に凸面を向けた凸メニスカスからなり、
前記第３レンズ群は、凹面を像側に向けた、凹レンズ１枚からなり、下記条件式（１）から（３）を満足することを特徴とする二焦点レンズ：
（１）０．４７＜Ａｂｓ（Ｆ_１／Ｔ）＜０．５１
（２）０．２４＜Ａｂｓ（Ｆ_２／Ｔ）＜０．２７
（３）０．３４＜Ａｂｓ（Ｆ_３／Ｔ）＜０．４２
ただし、Ａｂｓ：絶対値、Ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離、Ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離、Ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離、Ｔ：レンズ系の第１面から受光面までの距離、
を表す。
当該二焦点レンズは、下記条件式（４）を更に満たすことを特徴とする請求項１に記載の二焦点レンズ：
（４）６＜Ｔ／ｙ’＜６．８
ただし、Ｔ：レンズ系の第１面から受光面までの距離、ｙ’：最大像高、
を表す。
前記第２レンズ群の第２レンズは、像側に凸面を向けた単レンズであり、前記第３レンズ群は、材料ＰＭＭＡからなり、下記条件式（５）を更に満足することを特徴とする請求項１または２に記載に記載の二焦点レンズ：
（５）０＜Ａｂｓ（Ｆ_２２＋Ｆ_３）＜０．５
ただし、Ｆ_２２：第２レンズ群の像側に凸面を向けたレンズの焦点距離、
を表す。
前記第２レンズ群の第２レンズは、像側に凸面を向けた単レンズであり、前記第３レンズ群は両面非球面のレンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の二焦点レンズ。