JP2005275175A - 小型ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯電話、携帯端末、電子スチルカメラ等の撮像機器に用いられる小型ズームレンズに関し、良好な結像性能と歪曲収差特性、十分な周辺光量、適度なバックフォ−カスを持ち、射出瞳位置をできるだけ長くとりながら、その構成が小型であることを第一に優先し実現する小型ズームレンズを提供する。
【解決手段】 物体側より順に、負の第１群と正の第２群よりなり、２つの群間隔を変えることにより変倍を行う２群ズームレンズであり、前記第１群が、物体側より順に、負の第１レンズよりなり、前記第２群が、正の第２レンズ、開口絞り、負の第３レンズ、正の第４レンズよりなり、以下の条件式を満たすことを特徴とする小型ズームレンズとする。
（１） ２．２＜ＴＬｗ／ｆｗ＜３．４
（２） ０．９＜ｆｗ／ｆ２−４＜１．３
ただし
ＴＬｗ：広角端でのレンズ第１面から結像面までの長さ（平行平面部分は空気長換算）
ｆｗ：広角端での全レンズ系の焦点距離
ｆ２−４：第２群の焦点距離
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話、携帯端末、電子スチルカメラ等の撮像機器に用いられる小型ズームレンズに関するものである。

近年普及の著しい携帯電話、携帯端末、電子スチルカメラ等に用いられる撮像機器は、情報通信インフラの整備・拡充、各種電子デバイスの高性能化・小型化に伴い、その利用範囲が急速に拡大し、また多様化してきている。その中でも、携帯電話やＰＤＡと呼ばれる携帯型端末への爆発的な普及には目覚ましいものがある。

特にこれらの携帯電話やＰＤＡ等の携帯端末に撮像機能を付加し、画像デ−タをストレスなく送受信できる環境を実現したことは、携帯電話や携帯端末等の普及に大きく寄与している。

携帯電話やＰＤＡ等においては、小型であることが特徴のひとつである。そのため、それらに搭載する撮像機器も必然的に小型であることが要求されている。

つまり、撮像機器に用いられるＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子に、像を結像させる光学レンズにも、まず小型であることが要求されることになる。その上で、良好な結像性能と歪曲収差特性、十分な周辺光量、適度なバックフォ−カスを持ち、また射出瞳位置ができるだけ長いことも要求される。

結像性能が優れ、小型で、少ないレンズ枚数のＣＣＤカメラに好適な２群ズームレンズが公開されている。（例えば特許文献１、特許文献２参照）

特開平１１−１４２７３４号公報 特開２００１−２１８０６号公報

ところが、近来の携帯電話やＰＤＡ、電子スチルカメラの小型化、薄型化のスピ−ドは極めて速く、撮像機器にも同様な小型化が要求されている。

また、画質についても高解像度化の要求が強く、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の画素数が継続的に増加し続けている。詳細は省略するが、半導体プロセスで製作される前述のセンサにおいては、画素数の増大はシリコンウェハ上でのセンサの取り個数で決まり、画素ピッチはシリコンウェハ上の配線ル−ルで決まるため、両者は同期しない。

そのため、ピッチと画素数の乗に比例する前記センサの物理的な面積は、画素の増大によって一時的に大きくなる場合が多い。ＣＣＤやＣＭＯＳセンサそのもののサイズが大きくなることは、小型化・薄型化への障害となるが、センサの撮像エリアのサイズが大型化することによる幾何光学的な影響のほうが深刻な問題である。

なぜならば、それらの撮像機器の光学系において結像エリアサイズが大きくなると、その結像面での収差補正や明るさ確保のために、レンズの口径や光学全長等の寸法を大きくする必要が生じ、レンズ系全体を小型化することが難しくなってくるからである。

また、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等に見られる色味の偏りやモアレ干渉の発生を低減するために、赤外領域カットフィルタや、ロ−パスフィルタを配置しなければならず、ある程度のバックフォ−カスを確保しなければならない。これも小型化の実現に向け、厳しい状況となる要因である。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、特に、携帯電話、携帯端末、電子スチルカメラ等の撮像機器に用いられる小型ズームレンズに関し、良好な結像性能と歪曲収差特性、十分な周辺光量、適度なバックフォ−カスを持ち、射出瞳位置をできるだけ長くとりながら、その構成が小型であることを第一に優先し実現する小型ズームレンズを提供することを目的とするものである。

物体側より順に、負の第１群と正の第２群よりなり、２つの群間隔を変えることにより変倍を行う２群ズームレンズであり、前記第１群が、物体側より順に、負の第１レンズよりなり、前記第２群が、正の第２レンズ、開口絞り、負の第３レンズ、正の第４レンズよりなり、以下の条件式を満たすことを特徴とする小型ズームレンズとする。
（１） ２．２＜ＴＬｗ／ｆｗ＜３．４
（２） ０．９＜ｆｗ／ｆ２−４＜１．３
ただし
ＴＬｗ：広角端でのレンズ第１面から結像面までの長さ（平行平面部分は空気長換算）
ｆｗ：広角端での全レンズ系の焦点距離
ｆ２−４：第２群の焦点距離

また、前記第１群の第１レンズは両凹レンズであり、以下の条件式を満たすことを特徴とする小型ズームレンズとする。
（３）−０．７＜ｆｗ／ｆ１＜−０．４
（４）０．４＜ｆｗ／Ｒ２＜１．１
（５）４５＜ν１
ただし
ｆｗ：広角端での全レンズ系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
Ｒ２：第１レンズの像側面の近軸曲率半径
ν１：第１レンズ材料のアッベ数

また、前記第２群レンズは、さらに以下の条件式を満たすことを特徴とする小型ズームレンズとする。
（６）０．３＜ｆ２／ｆ４＜０．７
（７）−１．３＜ｆｗ／ｆ３＜−０．５
（８）１．５＜ｆｗ／Ｒ３＜２．５
（９）0．
８＜Ｒ３／Ｒ７＜１．３
（１０）２０＜（ν２＋ν４）／２−ν３
ただし
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ４：第４レンズの焦点距離
ｆｗ：広角端での全レンズ系の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
Ｒ３：第２レンズの物体側面の近軸曲率半径
Ｒ７：第３レンズの像側面の近軸曲率半径
ν２：第２レンズ材料のアッベ数
ν４：第４レンズ材料のアッベ数
ν３：第３レンズ材料のアッベ数

また、前記第１群の第１レンズは、両面非球面形状であることを特徴とする小型ズームレンズとする。

また、前記第２群の第２レンズ、第３レンズ、第４レンズがそれぞれ両面非球面形状であることを特徴とする小型ズームレンズとする。

また、それぞれのレンズが、樹脂材料にて構成されることを特徴とする小型ズームレンズとする。

本発明によれば、良好な結像性能と歪曲収差特性、十分な周辺光量、適度なバックフォ−カスを持ち、射出瞳位置をできるだけ長くとりながら、その構成が小型であることを第一に優先した小型ズームレンズを得ることができる。

以下に本発明における小型ズームレンズの最良の実施例を示すが、本発明の要旨から逸脱しない範囲で、これに限定されるものではない。

以下、本発明に係る２群ズームレンズの実施例を示す。但し、ここで実施例の説明に使用する記号は、下記の通りである。
Ｆ ：レンズのＦナンバー
ＴＬｗ ：広角端でのレンズ第１面から結像面までの長さ（平行平面部分は空気長換算）
ｆ２−４：第２群の焦点距離
ｆｗ ：広角端での全レンズ系の焦点距離
ｆ＊ ：広角端での各レンズの焦点距離 （＊には各レンズに対応する数字がはいる）
Ｒ＊ ：各面の曲率半径 （＊には各面に対応する数字がはいる）
Ｄ＊ ：各面の間隔 （＊には各面に対応する数字がはいる）
Ｎｄ＊ ：各レンズ材料のｄ線での屈折率 （＊には各レンズに対応する数字がはいる）
ν＊ ：各レンズのアッベ数 （＊には各レンズに対応する数字がはいる）
ｆＢ ：レンズ最終面から結像面までの長さ（平行平面部分は空気長換算）
ω ：半画角（単位は度）

レンズが非球面である場合の非球面式は、以下のごとく記述される。

ただし、ｋ＝α１＋１ とし、
Ｃ：非球面頂点の曲率
α１：円錐係数
α２〜α１０：非球面係数
ρ：光軸からの高さ
Ｚ：レンズ面頂点における接平面から光軸方向への距離
である。

図１は本発明に係わる最良の実施形態のレンズ構成図である。左側を物体側、右側を像側として、［Ｗ］が広角端、［Ｍ］が中間、［Ｔ］が望遠端でのレンズ位置関係を示している。

図２はこの実施例の収差図であり、［Ｗ］が広角端、［Ｍ］が中間、［Ｔ］が望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を表している。球面収差図においては、図示しているようにそれぞれｇ線、Ｆ線、ｅ線、ｄ線、Ｃ線に対する球面収差を表している。非点収差図では、図示しているようにサジタル面、タンジェンシャル面での非点収差を表している。

表１−１はこの実施例の物体側から各レンズ面に番号を付け、各面ごとにそれぞれの曲率半径等を記入してまとめた表であり、表１−２は表１−１の面が上述した数式１で記述される場合に、その非球面係数を記載したものである。

表５は、請求項に記載された条件式（１）から（１０）に代入する具体的な数値と、計算された結果をまとめた表である。表５には、実施例１の他、実施例２から４における計算結果も記載してある。また、表５の項目で本発明に直接関与しない計算部分については説明を省略する。

実施例１において、物体側より順に、負の第１群と正の第２群よりなり、２つの群間隔を変えることにより変倍を行う２群ズームレンズである。前記第１群が、物体側より順に、負の第１レンズよりなり、前記第２群が、正の第２レンズ、開口絞り、負の第３レンズ、正の第４レンズで構成されている。

表５から、ＴＬｗ／ｆｗは２．４６１で、ｆｗ／ｆ２−４は１．１６０であり、請求項１に規定される以下の条件式を満足していることがわかる。
（１） ２．２＜ＴＬｗ／ｆｗ＜３．４
（２） ０．９＜ｆｗ／ｆ２−４＜１．３

条件式（１）は、広角端での小型化の条件であり、上限を超えると小型化は達成されず、下限を超えると小型化は可能であるが、各レンズのパワーが過大となり良好な性能は維持できない。条件式（２）は、広角端でのレンズ全系パワーと第２群のパワー比を定義して第２群の正のパワーを規定している。上限を超えると小型化は可能であるが、第２群のパワーが過大となり収差が大きく発生し良好な性能が得られない。下限を超えるとレンズ全長が大きくなり、変倍に伴う第２群の移動量が増え小型化が困難になる。

また、実施例１において、前記第１群の第１レンズは図１でわかるように両凹レンズである。

同様に表５から、ｆｗ／ｆ１は−０．５９９で、ｆｗ／Ｒ２は０．８３１で、ν１は５６．２であり、請求項２に規定される以下の条件式を満足していることがわかる。
（３）−０．７＜ｆｗ／ｆ１＜−０．４
（４）０．４＜ｆｗ／Ｒ２＜１．１
（５）４５＜ν１

条件式（３）は、広角端でのレンズ全系パワーと第１群のパワー比を定義して第１群の負のパワーを規定している。上限を超えると収差補正に対しては有利であるが、第１群のパワーが小さくなりレンズ全長が大きくなるため小型化が困難になる。下限を超えると第１群の負のパワーが過大となり倍率色収差、コマ収差の補正が難しくなる。適度な収差で可能な小型化の条件である。条件式（４）は、第２群の絞りまたはＲ３に対して、第１群像面側Ｒ２の近軸曲率半径を同心形状に配置して、コマ収差補正の条件としている。上限を超えると同心性が不足してコマ収差が大きくなり、下限を超えるとコマ収差は補正過剰になる。条件式（５）は、色収差補正の条件である。第１群の第１レンズが負のパワーを有し、第２群が対象性を持っているレトロフォーカスタイプの構成であって、周辺光束に対して第１レンズは低分散材により倍率色収差が抑えられることになる。したがって、下限を超えると倍率色収差が補正困難になる。

また、実施例１において、前記第２群レンズは表５から、ｆ２／ｆ４は０．３７８で、ｆｗ／ｆ３は−１．０７０で、ｆｗ／Ｒ３は０．１６４で、Ｒ３／Ｒ６は０．９６５で、（ν２＋ν４）／２−ν３は２６．２であり、請求項３に規定される以下の条件式を満足していることがわかる。
（６）０．３＜ｆ２／ｆ４＜０．７
（７）−１．３＜ｆｗ／ｆ３＜−０．５
（８）１．５＜ｆｗ／Ｒ３＜２．５
（９）０．８＜Ｒ３／Ｒ７＜１．３
（１０）２０＜（ν２＋ν４）／２−ν３

条件式（６）は、第２群のパワーを、第２群の３枚構成レンズにおいて正、負、正の適正な値に分配するための条件である。上限を超えると第４レンズのパワーが大きくなり過ぎ、下限を超えると第２レンズのパワーが大きくなり過ぎ、同心形状のバランスを悪くし、各種収差が増大する。条件式（７）は、前記第２群の３枚構成レンズの中央に配置するレンズが負のパワーであることを表している。条件によりペッツバール和が最小になり、像面湾曲が補正されている。上限、下限をそれぞれ超えると、当然像面湾曲、非点収差が増大し補正が困難になる。条件式（８）は、第３面近軸曲率半径の大きさを表す条件であり、第１群の負のパワーで発散した光を集光させ、第２面でオーバーに出ていた球面収差、コマ収差をアンダーにしてバランスをとっている。上限を超えると補正過剰になり、下限を超えると第２レンズのパワーが不足し同心形状のバランスも保てなくなる。条件式（９）は、第２群で第２レンズ物体側のＲ３と第３レンズ像面側のＲ７の関係を示しており、Ｒ３で発生した球面収差、コマ収差をＲ７で逆向きにして補正している条件となっている。上限を超えると第２レンズの正のパワーが大きくなりすぎ、発生する収差が補正困難になる。下限を超えると負のパワーが大きくなりすぎ、逆に収差を発生させてしまう。条件式（１０）は、第２群内の色補正条件を表している。第２レンズから順に、正、負、正の構成で、第２レンズと第４レンズの正レンズの材料を低分散材にして、中央の第３レンズを高分散材とする基本的な配置になっている。下限を超えると色収差補正が困難になる。

また、表１−１、表１−２から、第１群の第１レンズが両面非球面形状であることが望ましい。

これは、レトロフォーカスタイプの構成により第１群の第１レンズが負で、第２群が対象性を持っていることから、負の歪曲収差が発生する。それを補正するために第１レンズの両面を非球面形状にすることは、大変有効である。

また、表１−１、表１−２から、第２群のすべてのレンズが両面非球面形状であることが望ましい。

これにより、周辺光束に対しての球面収差、コマ収差の補正を良好にし、射出瞳条件を満足させることができる。

また、表１−１から、すべてのレンズが樹脂材料で形成されている。

これにより、射出成形でのレンズの製造が可能になり、均一で高品質な小型ズームレンズ部品を安く大量生産することができる。

図３は本発明に係わる別の実施形態のレンズ構成図である。左側を物体側、右側を像側として、［Ｗ］が広角端、［Ｍ］が中間、［Ｔ］が望遠端でのレンズ位置関係を示している。

図４はこの実施例の収差図であり、［Ｗ］が広角端、［Ｍ］が中間、［Ｔ］が望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を表している。球面収差図においては、図示しているようにそれぞれｇ線、Ｆ線、ｅ線、ｄ線、Ｃ線に対する球面収差を表している。非点収差図では、図示しているようにサジタル面、タンジェンシャル面での非点収差を表している。

表２−１はこの実施例の物体側から各レンズ面に番号を付け、各面ごとにそれぞれの曲率半径等を記入してまとめた表であり、表２−２は表２−１の面が上述した数式１で記述される場合に、その非球面係数を記載したものである。

表５は、請求項に記載された条件式（１）から（１０）に代入する具体的な数値と、計算された結果をまとめた表である。実施例２の欄がこの実施例における計算結果である。

表２−１、表２−２、表５より、実施例１と同様に、すべての条件を満足している。

図５は本発明に係わる別の実施形態のレンズ構成図である。左側を物体側、右側を像側として、［Ｗ］が広角端、［Ｍ］が中間、［Ｔ］が望遠端でのレンズ位置関係を示している。

図６はこの実施例の収差図であり、［Ｗ］が広角端、［Ｍ］が中間、［Ｔ］が望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を表している。球面収差図においては、図示しているようにそれぞれｇ線、Ｆ線、ｅ線、ｄ線、Ｃ線に対する球面収差を表している。非点収差図では、図示しているようにサジタル面、タンジェンシャル面での非点収差を表している。

表３−１はこの実施例の物体側から各レンズ面に番号を付け、各面ごとにそれぞれの曲率半径等を記入してまとめた表であり、表３−２は表３−１の面が上述した数式１で記述される場合に、その非球面係数を記載したものである。

表５は、請求項に記載された条件式（１）から（１０）に代入する具体的な数値と、計算された結果をまとめた表である。実施例３の欄がこの実施例における計算結果である。

この実施例は、表３−１からわかるように、第１群の第１レンズと第２群の第２レンズと第４レンズをそれぞれ通常のアクリル樹脂材料にて実施した例である。

表３−１、表３−２、表５より、実施例１、２と同様に、すべての条件を満足している。

図７は本発明に係わる別の実施形態のレンズ構成図である。左側を物体側、右側を像側として、［Ｗ］が広角端、［Ｍ］が中間、［Ｔ］が望遠端でのレンズ位置関係を示している。

図８はこの実施例の収差図であり、［Ｗ］が広角端、［Ｍ］が中間、［Ｔ］が望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差を表している。球面収差図においては、図示しているようにそれぞれｇ線、Ｆ線、ｅ線、ｄ線、Ｃ線に対する球面収差を表している。非点収差図では、図示しているようにサジタル面、タンジェンシャル面での非点収差を表している。

表４−１はこの実施例の物体側から各レンズ面に番号を付け、各面ごとにそれぞれの曲率半径等を記入してまとめた表であり、表４−２は表４−１の面が上述した数式１で記述される場合に、その非球面係数を記載したものである。

表５は、請求項に記載された条件式（１）から（１０）に代入する具体的な数値と、計算された結果をまとめた表である。実施例４の欄がこの実施例における計算結果である。

この実施例は、表４−１からわかるように、第２群の第３レンズに高屈折率、高分散材料を用いた例である。

表４−１、表４−２、表５より、実施例１、２、３と同様に、すべての条件を満足している。

本発明最良の実施形態を示すレンズ構成図。（実施例１） 本発明最良の実施形態での収差図。（実施例１） Ａ：球面収差を表す収差図 Ｂ：非点収差を表す収差図 Ｃ：歪曲収差を表す収差図 本発明の別の実施形態を示すレンズ構成図。（実施例２） 本発明の別の実施形態での収差図。（実施例２） Ａ：球面収差を表す収差図 Ｂ：非点収差を表す収差図 Ｃ：歪曲収差を表す収差図 本発明の別の実施形態を示すレンズ構成図。（実施例３） 本発明の別の実施形態での収差図。（実施例３） Ａ：球面収差を表す収差図 Ｂ：非点収差を表す収差図 Ｃ：歪曲収差を表す収差図 本発明の別の実施形態を示すレンズ構成図。（実施例４） 本発明の別の実施形態での収差図。（実施例４） Ａ：球面収差を表す収差図 Ｂ：非点収差を表す収差図 Ｃ：歪曲収差を表す収差図

符号の説明

［Ｗ］ 広角端
［Ｍ］ 中間
［Ｔ］ 望遠端
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
ＬＰＦ ローパスフィルター
Ｉ センサ面（像面）
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｓ 絞り
［Ｗ］ 広角端
［Ｍ］ 中間
［Ｔ］ 望遠端
ｇ ｇ線の波長での球面収差
Ｆ Ｆ線の波長での球面収差
ｅ ｅ線の波長での球面収差
ｄ ｄ線の波長での球面収差
Ｃ Ｃ線の波長での球面収差
Ｓ サジタル面での非点収差
Ｔ タンジェンシャル面での非点収差
Ｙ 像高

Claims (6)

1. 物体側より順に、負の第１群と正の第２群よりなり、２つの群間隔を変えることにより変倍を行う２群ズームレンズであり、前記第１群が、物体側より順に、負の第１レンズよりなり、前記第２群が、正の第２レンズ、開口絞り、負の第３レンズ、正の第４レンズよりなり、以下の条件式を満たすことを特徴とする小型ズームレンズ。
   （１） ２．２＜ＴＬｗ／ｆｗ＜３．４
   （２） ０．９＜ｆｗ／ｆ２−４＜１．３
   ただし
   ＴＬｗ：広角端でのレンズ第１面から結像面までの長さ（平行平面部分は空気長換算）
   ｆｗ：広角端での全レンズ系の焦点距離
   ｆ２−４：第２群の焦点距離
2. 請求項１記載の小型ズームレンズにおいて、前記第１群の第１レンズは両凹レンズであり、以下の条件式を満たすことを特徴とする小型ズームレンズ。
   （３）−０．７＜ｆｗ／ｆ１＜−０．４
   （４）０．４＜ｆｗ／Ｒ２＜１．１
   （５）４５＜ν１
   ただし
   ｆｗ：広角端での全レンズ系の焦点距離
   ｆ１：第１レンズの焦点距離
   Ｒ２：第１レンズの像側面の近軸曲率半径
   ν１：第１レンズ材料のアッベ数
3. 請求項１、２記載の小型ズームレンズにおいて、前記第２群レンズは、さらに以下の条件式を満たすことを特徴とする小型ズームレンズ。
   （６）０．３＜ｆ２／ｆ４＜０．７
   （７）−１．３＜ｆｗ／ｆ３＜−０．５
   （８）１．５＜ｆｗ／Ｒ３＜２．５
   （９）０．８＜Ｒ３／Ｒ７＜１．３
   （１０）２０＜（ν２＋ν４）／２−ν３
   ただし
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   ｆ４：第４レンズの焦点距離
   ｆｗ：広角端での全レンズ系の焦点距離
   ｆ３：第３レンズの焦点距離
   Ｒ３：第２レンズの物体側面の近軸曲率半径
   Ｒ７：第３レンズの像側面の近軸曲率半径
   ν２：第２レンズ材料のアッベ数
   ν４：第４レンズ材料のアッベ数
   ν３：第３レンズ材料のアッベ数
4. 請求項２記載の小型ズームレンズにおいて、前記第１群の第１レンズは、
   両面非球面形状であることを特徴とする小型ズームレンズ。
5. 請求項３記載の小型ズームレンズにおいて、前記第２群の第２レンズ、第３レンズ、第４レンズがそれぞれ両面非球面形状であることを特徴とする小型ズームレンズ。
6. 請求項１、２、３または４記載の小型ズームレンズにおいて、それぞれのレンズが、樹脂材料にて構成されることを特徴とする小型ズームレンズ。

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