JP2005164899A - 撮影レンズ及び携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 高画素の画像読取手段に好適な撮影レンズであって、バックフォーカスを確保できると共に光学系全長を従来並みに抑えることができる撮影レンズを提供すること。
【解決手段】 物体側から開口絞り１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の順に配置された撮影レンズであって、第１レンズＬ１は、両凸形状の正レンズであり、第２レンズＬ２は、物体側の面が第１レンズＬ１の像側の面と接合された両凹形状、又は、平凹形状の負レンズであり、第３レンズＬ３は、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第４レンズＬ４は、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。
【選択図】 図１A

Description

本発明は、撮影レンズに関し、特に、高画素ＣＣＤを搭載した簡易なデジタルカメラやＰＣ用カメラ、携帯機器等の画像取り込み用に好適に用いられる撮影レンズに関するものである。

近年における携帯電話は、撮影機能を備えたものが一般的になっており、携帯電話に撮影レンズ（光学系）とＣＣＤ（画像読取手段）が設けられている。すなわち、 デジタルカメラと同じような機能が携帯電話に設けられている。携帯電話に撮影機能が搭載された当初は、ＣＣＤの画素数も１１万〜３０万程度であり、ＣＣＤのサイズも１／７〜１／４インチと小さくなっていた。この場合、要求される光学性能に関しては、レンズ構成も１枚から２枚程度のレンズ枚数で足りていた。また、携帯電話本体の厚さから規制される光学全長を守りながら所望のバックフォーカスを確保することが比較的容易に達成できていた。

しかしながら、携帯電話に内蔵されるＣＣＤの画素数も年々高まってきており、メガピクセルの画素数になると、要求される光学性能も高まるため、従来の１〜２枚のレンズ構成では、要求される性能を達成することができない。したがって、レンズ枚数を例えば４枚構成にする必要があるが、その場合、所望の光学全長を守りつつバックフォーカスを確保することができず、赤外カットフィルター等の光学部品を配置できないという問題が生じうる。例えば、４枚構成の撮影レンズとしては、下記特許文献１，２に開示される技術が知られている。これらは、デジタルカメラ用に好適な光学系であるが、例えば１／４インチ以下の小型のＣＣＤを用いることが多い携帯電話用の場合をスケーリングして考えてみると、バックフォーカスが短くなるため、携帯電話用の撮影レンズとして適用することができない。

そこで、バックフォーカスを確保するためには、ＣＣＤのサイズを大きくすると共に、焦点距離も長めの光学系にする方法が考えられる。しかしながら、かかる構成を採用した場合は、光学全長が長くなってしまい、携帯電話という制限されたスペース内には配置することができなくなるか、あるいは、配置したとしてもデザイン性を損ねてしまうということになりかねない。
特許３４２４０３０号 特開２００３−２５５２２２号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、高画素の画像読取手段に好適な撮影レンズであって、バックフォーカスを確保できると共に光学系全長を従来並みに抑えることができる撮影レンズ及びこれを内蔵した携帯機器を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る撮影レンズは、
物体側から開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズの順に配置された撮影レンズであって、
第１レンズは、両凸形状の正レンズであり、
第２レンズは、物体側の面が第１レンズの像側の面と接合された両凹形状、又は、平凹形状の負レンズであり、
第３レンズは、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第４レンズは、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とするものである。

この構成による撮影レンズの作用・効果を説明する。この撮影レンズの光学系は、第１〜第４レンズの４枚のレンズにより構成されている。同じレンズ４枚構成の特許文献２と比較すると、特許文献２では、第２レンズが物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ（負レンズ）により構成され、第２レンズに屈折率１．８以上の高屈折率ガラスを使用している。しかしながら、メニスカスレンズを使用しているため、所望のバックフォーカスを確保するに必要な負のパワーを得ることができていない。本発明では、第２レンズは両凹形状または平凸形状の負レンズを用いており、比較的強い負のパワーを確保し、携帯機器に要求されるバックフォーカスも確保することができる。また、特許文献２では、第１レンズに屈折率の低い（１．７以下）材料を使用しており、これがレンズ厚みを増加させる原因となる。特許文献２のようなデジタルカメラ用の比較的大径のレンズを用いる光学系に、高屈折率のレンズを多用すると、コストアップの原因となる。本発明の撮影レンズは、携帯機器用に好適であり、仮に第１レンズと第２レンズを高屈折率の材料で形成したとしても、サイズが小さいためコストに与える影響は小さい。かかる観点から、本発明は光学全長を短くすることが可能である。

また、特許文献１には、第２レンズのガラスの屈折率が１．８以上となっている実施例が２例ほど開示されているが、第１レンズと第２レンズとが接合タイプではなく、分離タイプとなっている。したがって、その分、光学全長が長くなるという問題がある。また、特許文献１に開示されている接合タイプの実施例は、すべて屈折率が１．８以下となっているが、接合レンズ間の屈折率差を大きく取り、負パワーを強くしてバックフォーカスを長くしようとしているものの、第２レンズ像面側の正パワーにより、それがキャンセルされてしまっている。これに対して本発明の場合は、第１レンズと第２レンズを接合レンズとすると共に、前述したように、接合面は物体側に凹面を向け、更に第２レンズ像側面は像面に凹面を向ける、あるいは、平面としているために、両レンズを高屈折率の材料で形成することができる。その結果、高画素の画像読取手段に好適な撮影レンズであって、バックフォーカスを確保できると共に光学系全長を従来並みに抑えることができる撮影レンズを提供することができる。

本発明において、レンズ全系の合成焦点距離をｆ、第３レンズと第４レンズの合成焦点距離をｆ₃₄とした時、
０．３＜ ｆ／ｆ₃₄ ＜０．６５
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／ｆ₃₄≦０．３だと、第１レンズと第２レンズとからなる接合レンズのパワー負担が過大となり、球面収差やコマ収差の補正が困難となる。ｆ／ｆ₃₄≧０．６５だと、仮に、第３レンズと第４レンズをプラスチックで形成した場合に、温度変化時の焦点位置の移動が大きくなる。

本発明において、レンズ全系の合成焦点距離をｆ、第２レンズの像側の曲率半径をＲ₂₂とした時、
０．０≦ ｆ／Ｒ₂₂ ＜０．７５
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／Ｒ₂₂＜０だと、第２レンズの負のパワーが小さくなるため、充分なバックフォーカスを確保することができなくなる。ｆ／Ｒ₂₂≧０．７５だと、曲率半径Ｒ₂₂が小さくなり、第３レンズ物体側の面とのぶつかり高さを確保するために、第３レンズとの軸上空気間隔を大きくとる必要があり、小型化が困難となる。なお、曲率半径は近軸での数値を表わすものである。

本発明において、レンズ全系の合成焦点距離をｆ、第４レンズの像側の曲率半径をＲ₄₂とした時、
２．０＜ ｆ／Ｒ₄₂ ＜３．７
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ／Ｒ₄₂≧２．０だと、レンズ周辺部（変曲点付近／湾曲部）の形状差が大きくなり、画面中心から周辺部の性能劣化が大きくなる。ｆ／Ｒ₄₂≧３．７だと、周辺部のサグ量が大きくなり、結像面までのフランジバックが短くなる。曲率半径は近軸での数値を表わすものである。

本発明に係る撮影レンズは、携帯電話等の携帯機器用に特に好適な構成である。

本発明に係る撮影レンズの好適な実施例を図面を用いて説明する。図１〜図７に、実施例１から実施例７までのレンズ構成図（図１Ａ〜図７Ａ）と、収差図及び光学系特性データ（図１Ｂ〜図７Ｂ）を示す。図８〜図１０は、各実施例のレンズの非球面データを示す図である。本発明に係る撮影レンズは、携帯機器，特に携帯電話に内蔵される撮影レンズに好適な構造を備えているものである。

＜レンズ構成図について＞
図１Ａ〜図７Ａに示すように、本発明に係る撮影レンズは、４枚のレンズにより構成されている。撮影レンズを構成する部材を物体側から順に説明すると、開口絞り１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、平行平面ガラス２、結像面３の順に配置されている。

第１レンズＬ１は、両凸形状の正レンズであり、高屈折率の材料で形成される。第２レンズＬ２は、物体側の面が第１レンズＬ１の像側の面と接合されており、両凹形状の負レンズ、又は、平凹（物体側が凹）形状の負レンズである。実施例２が平凹の負レンズであり、それ以外の実施例が両凹の負レンズとなっている。この第２レンズＬ２も高屈折率の材料で形成される。

第３レンズＬ３は、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第４レンズＬ４は、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズで構成されている。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４は、好ましくは、プラスチック成形により形成され、かつ、低屈折率の材料により形成される。なお、実施例１〜７では、すべて、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４が両面とも非球面形状に形成されている。

平行平面ガラス２は、赤外カットフィルターとしての機能を有する。結像面３には、ＣＣＤ等の画像読取手段が配置される。

＜レンズ諸元・収差図について＞
図１Ｂ〜図７Ｂに関して説明する。図の一番上にレンズ諸元として、焦点距離・Ｆナンバー・画角が示されている。その下の表に、Ｓ，１，２，・・・９とあるのは、物体側から順番に面の番号を示している（ただし、Ｓは開口絞りを示す）。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、接合されているので第２面については、両方に共通した面である。

ｒは、近軸上における曲率半径（ｍｍ）を示している。第８面と第９面は、平行平面ガラスなので、いずれも∞となっている。ｄは、面間隔（ｍｍ）を示す数値である。ｎｄは各レンズ及び平行平面ガラスの屈折率を示し、ｖｄは各レンズ及び平行平面ガラスのアッベ数を示す。

ｆはレンズ全系の合成焦点距離を示す。ｆ₃₄は第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成焦点距離を示す。Ｒ₂₂は第２レンズＬ２の像側の曲率半径を示す。Ｒ₄₂は第４レンズＬ４の像側の曲率半径を示す。

収差図として、球面収差、非点収差、歪曲収差の図を示している。いずれの収差図もｄ線についてのデータであり、非点収差についてはサジタル像面（Ｓ）に関するデータと、メリジオナル像面（Ｍ）に関するデータの両方を示している。

図８〜図１０の非球面形状を説明する。非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを非球面係数として、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位Ｘを、面頂点を基準として表わすと、
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｈ² ／ [１＋｛１−（１＋Ｋ)(Ｈ／Ｒ）² ｝^1/2 ］
＋ＡＨ⁴ ＋ＢＨ⁶ ＋ＣＨ⁸ ＋ＤＨ¹⁰＋ＥＨ¹²＋ＦＨ¹⁴＋ＧＨ¹⁶
となる。Ｒは近軸曲率半径、Ｋはコニカル係数である。非球面係数のＥ−０３などの標記は１０^-3を意味する。

本発明に係る撮影レンズについては、ｆ，ｆ₃₄，Ｒ₂₂，Ｒ₄₂に関する数値範囲を次のように設定することが好ましい。

（１）０．３＜ ｆ／ｆ₃₄ ＜０．６５
ｆ／ｆ₃₄≦０．３だと、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とからなる接合レンズのパワー負担が過大となり、球面収差やコマ収差の補正が困難となる。ｆ／ｆ₃₄≧０．６５だと、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４をプラスチックで形成した場合に、温度変化時の焦点位置の移動が大きくなる。

（２）０．０≦ ｆ／Ｒ₂₂ ＜０．７５
ｆ／Ｒ₂₂＜０だと、第２レンズの負のパワーが小さくなるため、充分なバックフォーカスを確保することができなくなる。ｆ／Ｒ₂₂≧０．７５だと、曲率半径Ｒ₂₂が小さくなり、第３レンズ物体側の面とのぶつかり高さを確保するために、第３レンズとの軸上空気間隔を大きくとる必要があり、小型化が困難となる。したがって、限られた配置スペースしかない携帯電話の内部に組み込むことが困難になる。

（３）２．０＜ ｆ／Ｒ₄₂ ＜３．７
ｆ／Ｒ₄₂≧２．０だと、レンズ周辺部（変曲点付近／湾曲部）の形状差が大きくなり、画面中心から周辺部の性能低下が大きくなる。ｆ／Ｒ₄₂≧３．７だと、周辺部のサグ量が大きくなり、結像面までのフランジバック（レンズを取り付けるフランジ面から後側焦点までの距離のことをいう）が短くなる。その結果、ＩＲフィルターやカバーガラスを挿入するスペースが確保できなくなる。

なお、実施例１〜７の実際のデータは、表１のようになっている。

各実施例のデータを見ても分かるように、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、高屈折率の材料を使用している。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４は、通常の低屈折率の材料でよい。ここで第１・第２レンズの好ましい屈折率の範囲は次のようになっている。

第１レンズ・・・１．８５＞ｎｄ＞１．６５
第２レンズ・・・１．８５＞ｎｄ＞１．７５
かかる範囲の屈折率を選択することで、光学性能を確保すると共に光学全長を抑えることができる。携帯電話に内蔵される光学系の場合、レンズのサイズも小さくなるので、一般的に高価な材料である高屈折率の材料を使用したとしても、コストに対して与える影響は少ない。したがって、コストの面においても、上記範囲の高屈折率の材料を用いたとしても問題はない。

実施例１〜７について、ｄ（面間隔）のデータの総和を光学全長（ただし、平行平面ガラスの部分は空気換算距離に直して求めた。）として考えると、表２のようになる。

この表２からも分かるように、携帯電話に内蔵するのに好適な大きさとなっていることが理解される。また、バックフォーカスについても図１Ａ〜図７Ａの構成図から分かるように十分に確保できている。その結果、高画素ＣＣＤに好適な撮影レンズであって、バックフォーカスを確保できると共に光学系全長を従来並みに抑えることができる。例えば、小型で高画素の撮像素子に対応した撮影レンズとして好適であり、特に携帯電話に内蔵される撮影レンズとして好適である。

実施例１のレンズ構成を示す図 実施例１の収差図・光学系特性データを示す図 実施例２のレンズ構成を示す図 実施例２の収差図・光学系特性データを示す図 実施例３のレンズ構成を示す図 実施例３の収差図・光学系特性データを示す図 実施例４のレンズ構成を示す図 実施例４の収差図・光学系特性データを示す図 実施例５のレンズ構成を示す図 実施例５の収差図・光学系特性データを示す図 実施例６のレンズ構成を示す図 実施例６の収差図・光学系特性データを示す図 実施例７のレンズ構成を示す図 実施例７の収差図・光学系特性データを示す図 実施例１〜実施例３の非球面係数を示す図 実施例４〜実施例５の非球面係数を示す図 実施例６〜実施例７の非球面係数を示す図

符号の説明

１ 開口絞り
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
２ 平行平面ガラス
３ 結像面

Claims (5)

1. 物体側から開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズの順に配置された撮影レンズであって、
   第１レンズは、両凸形状の正レンズであり、
   第２レンズは、物体側の面が第１レンズの像側の面と接合された両凹形状、又は、平凹形状の負レンズであり、
   第３レンズは、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
   第４レンズは、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とする撮影レンズ。
2. レンズ全系の合成焦点距離をｆ、第３レンズと第４レンズの合成焦点距離をｆ₃₄とした時、
   ０．３＜ ｆ／ｆ₃₄ ＜０．６５
   の条件式を満足する請求項１に記載の撮影レンズ。
3. レンズ全系の合成焦点距離をｆ、第２レンズの像側の曲率半径をＲ₂₂とした時、
   ０．０≦ ｆ／Ｒ₂₂ ＜０．７５
   の条件式を満足する請求項１又は２に記載の撮影レンズ。
4. レンズ全系の合成焦点距離をｆ、第４レンズの像側の曲率半径をＲ₄₂とした時、
   ２．０＜ ｆ／Ｒ₄₂ ＜３．７
   の条件式を満足する請求項１〜３のいずれか 1項に記載の撮影レンズ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮影レンズが内蔵された携帯機器。

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