JP2005077706A - レンズユニット - Google Patents

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賢一 林
Toshiyuki Inoue
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Abstract

【課題】 光軸方向の寸法を拡大することなく、色収差を除去することができるレンズユニットを提案すること。
【解決手段】 ズームレンズユニット１００を構成するレンズ１０〜４０のうち、有効径の小さい第３レンズ３０において絞り５０の側に位置する入射面に軸上色収差を除去する第１の回折格子Ａを形成し、有効径が大きい第１レンズ１０の出射面に軸外色収差を除去する第２の回折格子Ｂを形成する。第１および第２の回折格子Ａ、Ｂのブレーズ形状は、段差が２μｍ以下、格子ピッチが１０μｍ以上であるため、金型製造および樹脂成形を効率よく行うことができ、かつ、高い寸法精度を確保することもできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カメラ付き携帯電話やデジタルカメラに搭載可能な小型のズームレンズユニットあるいは多焦点レンズユニットに関するものである。さらに詳しくは、色収差の解消技術に関するものである。
デジタルカメラが普及する一方、携帯電話にデジタルカメラを搭載した機種が急増し、カメラ付き携帯電話が標準化される気配もある。その結果、市場からは、さらなる高精細化、すなわち画素数の増大が要求されるとともに、ズーム機能などといった高性能化の需要が一層、高まりつつある。
ここで、ズームレンズユニットあるいは多焦点レンズユニットは、通常、複数のレンズで構成され、さらに、可動部も含まれているため、全体として光軸方向に長い構成となる。また、カメラに用いられるズームレンズユニットあるいは多焦点レンズユニットでは、白色光が対象となるため、軸上および軸外の色収差が問題となる。そのため、これらのレンズユニットでは、従来、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて使用されている。
また、レンズにおける屈折作用に対する波長の影響は、回折格子における回折作用に対する影響と互いに逆であるため、回折を併用して色収差を除去する技術が知られているが、製造上の困難性から、広く採用されるには到っていない。
しかしながら、携帯電話機用のデジタルカメラにおいてズームレンズユニットあるいは多焦点レンズユニットを用いる場合には、スペース面での制約が大きいため、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去する構成は採用することができないという問題点がある。すなわち、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去した場合、レンズ枚数が増えた分、レンズユニットの光軸方向における寸法が長いため、携帯電話機が厚くなってしまうからである。しかも、携帯電話機については、今後益々、薄型化、軽量化が望まれることから、屈折レンズを組み合わせて色収差を除去する構成を採用することは困難である。
以上の問題点に鑑みて、光軸方向の寸法を拡大することなく、色収差を除去することができるレンズユニットを提案することにある。
上記の課題を解決するために、本発明は、レンズ軸線方向に移動可能な可動レンズを含む複数のレンズを備えたレンズユニットにおいて、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、第１のレンズ面に軸上色収差を除去するための第１の回折格子が形成されているとともに、前記第１のレンズ面と比較して有効径が大きな第２のレンズ面に軸外色収差を除去するための第２の回折格子が形成されていることを特徴とする。
本発明において、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子はいずれも、同心円状のブレーズ形状を有し、当該ブレーズは、段差が２μｍ以下であり、ピッチが１０μｍ以上であることが好ましい。このように構成すると、段差部分よる回折効率の低下を抑えることができる。また、このようなブレーズ形状であれば、金型製造および樹脂成形を効率よく行うことができ、かつ、高い寸法精度を確保することもできる。
本発明において、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が形成されたレンズは、樹脂成形品であることが好ましい。
本発明において、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子はいずれも、同心円状のブレーズ形状を有し、回折次数が１次であることが好ましい。このように構成すると、可視波長域全体で高い回折効率を得ることができ、色収差を効率よく除去することができる。
本発明において、前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面は、前記複数のレンズのうち、異なるレンズのレンズ面であることが好ましい。このように構成すると、レンズを製作しやすいという利点がある。
本発明において、前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面は、前記複数のレンズのうち、同一のレンズの各レンズ面であってもよい。
本発明において、前記第２のレンズ面は、例えば、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、有効径が最大のレンズ面であることが好ましい。
本発明において、前記第１のレンズ面は、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、有効径が最小のレンズ面であることが好ましい。
本発明において、前記第２のレンズ面は、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、最も物体側に位置する固定レンズの一方のレンズ面であることが好ましい。このように構成すると、軸外色収差を効率よく除去することができる。
本発明において、前記第１のレンズ面は、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、可動レンズにおいて絞り側に位置するレンズ面であることが好ましい。このように、絞りと一緒に動く可動レンズのレンズ面に第１の回折格子を形成すると、軸上色収差を効率よく除去することができる。
本発明において、前記複数のレンズは、４枚または３枚であることが好ましい。通常のズームレンズユニットあるいは多焦点レンズユニットの構成枚数に比べて、少ない枚数のレンズで構成してあるので、レンズユニットの光軸方向における寸法を圧縮することができる。
本発明では、ズームレンズユニットあるいは多焦点レンズユニットを構成するレンズのレンズ面に、色収差を除去するための第１および第２の回折格子を形成したので、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去した場合と比べて、レンズの枚数を減らすことができる。また、レンズ面に回折格子を形成しているので、回折格子をレンズ間に配置しなくてもよい。従って、レンズユニットの光軸方向の寸法を圧縮することができる。さらに、有効径の小さいレンズ面では、軸外光と軸上光が近づいているので、当該レンズ面に第１の回折格子を形成することにより、軸上と軸外の両方に同等に作用する軸上色収差を高精度に除去することができる。また、有効径が大きいレンズのレンズ面では、軸外光が広がっているので、当該レンズ面に第２の回折格子を形成することにより、軸外光に発生する軸外色収差を効率よく除去することができる。
図面を参照して、本発明を適用したズームレンズユニットを説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るズームレンズユニットの構成図である。図２は、本形態のズームレンズユニットの球面収差、非点収差、および歪率を示すグラフである。
図１に示すように、本形態のズームレンズユニット１００は４枚のレンズから構成されている。すなわち、物体の側から結像面８０に向って、樹脂成形品からなる第１レンズ１０、樹脂成形品からなる第２レンズ２０、樹脂成形品からなる第３レンズ３０、および樹脂成形品からなる第４レンズ４０がこの順に配置され、第１群を構成する第２レンズ２０と、第３レンズ３０の間には絞り５０が配置されている。第１レンズ１０の物体側にはカバーガラス６０が配置され、第４レンズ４０の結像面８０の側にはカバーガラス７０が配置されている。第１レンズ１０は固定レンズであり、他のレンズと比べて有効径が最も大きなレンズである。これに対して、第３レンズ３０は、第２レンズ２０と絞り５０とともに光軸方向に駆動される可動レンズであり、他のレンズと比べて有効径が最も小さなレンズである。
ここで、各光学素子の各面を以下のように称する。
カバーガラス６０ 第１面１
第１レンズ１０の入射面 第２面２
第１レンズ１０の出射面 第３面３
第２レンズ２０の入射面 第４面４
第２レンズ２０の出射面 第５面５
絞り５０ 第６面６
第３レンズ３０の入射面 第７面７
第３レンズ３０の出射面 第８面８
第４レンズ４０の入射面 第９面９
第４レンズ４０の出射面 第１０面１０
カバーガラス７０の入射面 第１１面１１
カバーガラス７０の出射面 第１２面１２
結像面８０ 第１３面１３
このように構成したズームレンズユニット１００において、各面のデータ例を表１に示すとともに、各レンズ面の詳細データを以下に示すように、本形態では、第３レンズ３０において絞り５０の側に位置する入射面（第７面７／第１のレンズ面）には、軸上色収差を除去するための第１の回折格子Ａが形成され、第１レンズ１０の出射面（第３面３／第２のレンズ面）には、軸外色収差を除去するための第２の回折格子Ｂが形成されている。
Figure 2005077706
（レンズ面の構成）
第２面２ EVENASPH
Coeff on r ４ ：０．００３７４８１９９６
Coeff on r ６ ：−９．４０２０９６ｅ−０５
Coeff on r ８ ：−５．４３２１８３３ｅ−０６
Coeff on r １０ ：４．７６８４１５６ｅ−０７
第３面３ BINARY
Diffract Order ：１
Maximum term ：１
Maximum rad ap ：２．５
Term on P to ２：２５０
第４面４ EVENASPH
Coeff on r ４ ：−０．００５４７２１３８４
Coeff on r ６ ：−０．０３０２１７６８
Coeff on r ８ ：０．０３５９９５６５７
Coeff on r １０ ：−０．０２４１９０５１７
第５面５ EVENASPH
Coeff on r ４ ：０．０６４９１１０４８
Coeff on r ６ ：０．１４６７９２２６
Coeff on r ８ ：−０．５７１６０７６９
Coeff on r １０ ：１．８０５８９７１
第７面７ BINARY
Diffract Order ：１
Coeff on r ４ ：０．０２１２２５６９３
Coeff on r ６ ：−０．０３００１８６７８
Maximum term ：１
Maximum rad ap ：０．６
Term on P to ２：−６０
第９面９ EVENASPH
Coeff on r ４ ：−０．０１２４４５４７
Coeff on r ６ ：−０．００６３１４４２３９
Coeff on r ８ ：０．００３４７５７０５７
Coeff on r １０ ：−０．０００３１２５２７
第１０面１０ EVENASPH
Coeff on r ４ ：−０．０１２７２０９２６
Coeff on r ６ ：−０．００１９２６２５
Coeff on r ８ ：６．２４１７５２９ｅ−０５
Coeff on r １０ ：０．０００１３２７５５２６
ここで、第１の回折格子Ａ、および第２の回折格子Ｂは、同心円状のブレーズ形状を有している。第１の回折格子Ａ、および第２の回折格子Ｂのいずれにおいても、ブレーズ形状の段差は２μｍ以下、ピッチは１０μｍ以上となっており、可視波長域全域で１次回折効率が高い。
このように構成したズームレンズユニット１００では、図２に波長４３６ｎｍ、波長５６７ｎｍ、波長６５６ｎｍにおける球面収差を実線Ｌ１１、点線Ｌ１２、一点鎖線Ｌ１３で示し、波長５６７ｎｍにおける非点収差を実線Ｌ１４、点線Ｌ１５で示し、歪率を実線Ｌ１６で示すように、軸上色収差、および軸外色収差が改善されている。
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態では、ズームレンズユニット１００を構成するレンズのレンズ面に、色収差を除去するための第１および第２の回折格子Ａ、Ｂを形成したので、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去した場合と比べて、レンズの枚数を減らすことができる。また、レンズ面に回折格子Ａ、Ｂを形成しているので、回折格子をレンズ間に配置しなくてもよい。従って、ズームレンズユニット１００を４枚のレンズ１０〜４０で構成できるので、ズームレンズユニット１００の光軸方向の寸法を圧縮することができる。
また、有効径の小さい第３レンズ３０において絞り５０の側に位置する入射面（第７面７／第１のレンズ面）では、軸外光と軸上光が近づいており、このレンズ面に第１の回折格子Ａを形成したため、軸上と軸外の両方に同等に作用する軸上色収差を効率よく除去することができる。また、有効径が大きい第１レンズ１０の出射面（第３面３／第２のレンズ面）では、軸外光が広がっており、このレンズ面に第２の回折格子Ｂを形成したため、軸外光に発生する軸外色収差を効率よく除去することができる。
しかも、絞り５０と一緒に動く第３レンズ３０の入射面に第１の回折格子Ａを形成したため、軸上色収差を効率よく除去することができる。一方、最も物体側に位置する第１レンズ１０（固定レンズ）の出射面に第２の回折格子Ｂを形成したので、軸外色収差を効率よく除去することができる。
さらに、第１および第２の回折格子Ａ、Ｂの回折次数は１次であり、回折格子Ａ、Ｂはブレーズ形状に形成されているため、可視波長域全体で高い１次回折効率が得られるので、色収差を効率よく除去することができる。また、第１および第２の回折格子Ａ、Ｂのブレーズ形状の段差は２μｍ以下、格子ピッチは１０μｍ以上であるため、、金型製造および樹脂成形を効率よく行うことができ、かつ、高い寸法精度を確保することもできる。
さらにまた、第１および第２の回折格子Ａ、Ｂをそれぞれ別のレンズに形成したため、レンズを製作しやすいという利点がある。
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るズームレンズユニットの構成図である。図４は、本形態のズームレンズユニットの球面収差、非点収差、および歪率を示すグラフである。
図３に示すように、本形態のズームレンズユニット１０１は３枚のレンズから構成されている。すなわち、物体の側から結像面８１に向って、樹脂成形品からなる第１レンズ１１、樹脂成形品からなる第２レンズ２１、および樹脂成形品からなる第３レンズ３１がこの順に配置され、第２レンズ２１と、第３レンズ３１の間には絞り５１が配置されている。第１レンズ１０の物体側にはカバーガラス６１が配置され、第３レンズ３１の結像面８１の側にはカバーガラス７１が配置されている。第１レンズ１１は固定レンズであり、他のレンズと比べて有効径が最も大きなレンズである。これに対して、第２レンズ３１は、絞り５１とともに光軸方向に駆動される可動レンズであり、他のレンズと比べて有効径が最も小さなレンズである。
ここで、各光学素子の各面を以下のように称する。
カバーガラス６１ 第１面１
第１レンズ１１の入射面 第２面２
第１レンズ１１の出射面 第３面３
第２レンズ２１の入射面 第４面４
第２レンズ２１の出射面 第５面５
絞り５１ 第６面６
第３レンズ３１の入射面 第７面７
第３レンズ３１の出射面 第８面８
カバーガラス７１の入射面 第９面９
カバーガラス７１の出射面 第１０面１０
結像面８１ 第１１面１１
このように構成したズームレンズユニット１０１において、各面のデータ例を表２に示すとともに、各レンズ面の詳細データを以下に示すように、本形態では、第２レンズ２１において絞り５１の側に位置する出射面（第５面５／第１のレンズ面）には、軸上色収差を除去するための第１の回折格子Ａが形成され、第１レンズ１１の出射面（第３面３／第２のレンズ面）には、軸外色収差を除去するための第２の回折格子Ｂが形成されている。
Figure 2005077706
（レンズ面の構成）
第３面３ BINARY
Diffract Order ：１
Coeff on r ４ ：−０．００１１２４０４２６
Coeff on r ６ ：−０．００１１６２７９０８
Coeff on r ８ ：０．０００１７３００１２６
Coeff on r １０ ：−１．０３０７７４ｅ−０５
Maximum term ：１
Maximum rad ap ：２．５
Term on P to ２：３００
Aperture ：Floating Aperture
Maximum radius ：２．５７
第４面４ EVENASPH
Coeff on r ４ ：−０．００５５９７８８２８
Coeff on r ６ ：−０．００１８１００３８５
第５面５ BINARY
Diffract Order ：１
Coeff on r ４ ：０．０４３５６１２２３
Coeff on r ６ ：０．０２２５０３５１５
Maximum term ：１
Maximum rad ap ：０．７
Term on P to ２：−７０
第７面７ EVENASPH
Coeff on r ４ ：−０．０２９１９７８５４
Coeff on r ６ ：０．００４５１３５８３７
Coeff on r ８ ：−０．００１２２０３４８２
Coeff on r １０ ：０．０００１２９３２８６９
第８面８ EVENASPH
Coeff on r ４ ：−０．０２０６６８３７３
Coeff on r ６ ：０．０００６２９７８５８３
Coeff on r ８ ：−０．０００３６８７５４２４
Coeff on r １０ ：−２．０２４１９１２ｅ−０５
ここで、第１の回折格子Ａ、および第２の回折格子Ｂは、実施の形態１と同様、同心円状のブレーズ形状を有している。第１の回折格子Ａ、および第２の回折格子Ｂのいずれにおいても、ブレーズ形状の段差は２μｍ以下、ピッチは１０μｍ以上となっており、可視波長域全域で１次回折効率が高い。
このように構成したズームレンズユニット１０１では、図４に波長４３６ｎｍ、波長５６７ｎｍ、波長６５６ｎｍにおける球面収差を実線Ｌ２１、点線Ｌ２２、一点鎖線Ｌ２３で示し、波長５６７ｎｍにおける非点収差を実線Ｌ２４、点線Ｌ２５で示し、歪率を実線Ｌ２６で示すように、軸上色収差、および軸外色収差が改善されている。
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態では、実施の形態１と同様、ズームレンズユニット１０１を構成するレンズのレンズ面に、色収差を除去するための第１および第２の回折格子Ａ、Ｂを形成したので、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去した場合と比べて、レンズの枚数を減らすことができる。また、レンズ面に回折格子Ａ、Ｂを形成しているので、回折格子をレンズ間に配置しなくてもよい。従って、ズームレンズユニット１０１を３枚のレンズ１１〜３１で構成できるので、ズームレンズユニット１０１の光軸方向の寸法を圧縮することができる。
また、有効径の小さい第２レンズ２１において絞り５１の側に位置する出射面（第５面５／第２のレンズ面）に第１の回折格子Ａを形成したため、軸上色収差を効率よく除去することができる。また、有効径が大きい第１レンズ１１の出射面（第３面３／第２のレンズ面）に第２の回折格子Ｂを形成したため、軸外光に発生する軸外色収差を効率よく除去することができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
［その他の実施の形態］
なお、上記形態では、第１および第２の回折格子Ａ、Ｂをそれぞれ別のレンズに形成したが、同一のレンズの反対側の面にそれぞれ第１および第２の回折格子Ａ、Ｂを形成してもよい。
また、複数のレンズの各レンズ面のうち、有効径が最小のレンズ面に第１の回折格子Ａを形成し、有効径が最大のレンズ面に第２の回折格子Ｂを形成するのが最も好ましいが、有効径が比較的小のレンズ面に第１の回折格子Ａを形成し、それより有効径が大のレンズ面に第２の回折格子Ｂを形成した構成を採用してもよい。
さらに、上記形態では、本発明をズームレンズユニットに適用しているが、レンズ軸線方向に移動可能な可動レンズを含む複数のレンズを備えた、多焦点レンズユニットに適用してもよい。
本発明のレンズユニットは、レンズユニットを構成するレンズのレンズ面に、色収差を除去するための第１および第２の回折格子を形成したので、レンズの枚数を減らすことができる。また、有効径の小さいレンズ面に第１の回折格子を形成し、有効径が大きいレンズ面に第２の回折格子を形成したため、軸上色収差および軸外色収差を効率よく除去することができる。それ故、小型、薄型のデジタルカメラ、カメラ付き携帯電話に組み込むことができる。また、監視カメラ、テレビカメラなどズーム機構を搭載可能な機器に組み込むことができる。
本発明に係るズームレンズユニットの構成図である。 図１に係るズームレンズユニットのレンズ性能（球面収差、非点収差、歪率）を示すグラフである。 本発明の実施例１に係るズームレンズユニットの構成図である。 図３に係るズームレンズユニットのレンズ性能（球面収差、非点収差、歪率）を示すグラフである。
符号の説明
１０、１１ 第１レンズ
２０、２１ 第２レンズ
３０、３１ 第３レンズ
４０ 第４レンズ
１００、１０１ ズームレンズユニット
Ａ 第１の回折格子
Ｂ 第２の回折格子

Claims (11)

  1. レンズ軸線方向に移動可能な可動レンズを含む複数のレンズを備えたレンズユニットにおいて、
    前記複数のレンズの各レンズ面のうち、第１のレンズ面に軸上色収差を除去するための第１の回折格子が形成されているとともに、前記第１のレンズ面と比較して有効径が大きな第２のレンズ面に軸外色収差を除去するための第２の回折格子が形成されていることを特徴とするレンズユニット。
  2. 請求項１において、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子はいずれも、同心円状のブレーズ形状を有し、
    当該ブレーズは、段差が２μｍ以下であり、ピッチが１０μｍ以上であることを特徴とするレンズユニット。
  3. 請求項１または２において、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子が形成されたレンズは、樹脂成形品であることを特徴とするレンズユニット。
  4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子はいずれも、同心円状のブレーズ形状を有し、回折次数が１次であることを特徴とするレンズユニット。
  5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面は、前記複数のレンズのうち、異なるレンズのレンズ面であることを特徴とするレンズユニット。
  6. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面は、前記複数のレンズのうち、同一のレンズの各レンズ面であることを特徴とするレンズユニット。
  7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記第２のレンズ面は、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、有効径が最大のレンズ面であることを特徴とするレンズユニット。
  8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記第１のレンズ面は、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、有効径が最小のレンズ面であることを特徴とするレンズユニット。
  9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、前記第２のレンズ面は、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、最も物体側に位置する固定レンズの一方のレンズ面であることを特徴とするレンズユニット。
  10. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記第１のレンズ面は、前記複数のレンズの各レンズ面のうち、可動レンズにおいて絞り側に位置するレンズ面であることを特徴とするレンズユニット。
  11. 請求項１ないし１０のいずれかにおいて、前記複数のレンズは、４枚または３枚であることを特徴とするレンズユニット。
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