JP2008039886A - 撮像レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広画角を有し周辺に至るまで良好な結像性能を有する撮像レンズ系及び該撮像レンズ系を使用した撮像装置を提供することを課題とする。
【解決手段】物体側から順に、開口絞りＳＰ、両凸形状の正レンズである第１レンズＬ１、像側に凸面を有する負のメニスカスレンズである第２レンズＬ２を配置して構成し、少なくとも前記第１レンズ及び第２レンズの各１面以上は非球面形状を有しており、f1を第１レンズの焦点距離、f2を第２レンズの焦点距離、R1を第１レンズの物体側の面の近軸曲率半径、fを全系の焦点距離、D3を第１レンズと第２レンズとの間の軸上面間隔として、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足する撮像レンズ系１。
（１）0.24＜｜f1/f2｜＜0.68
（２）0.83＜R1/f＜3.68
（３）0.13＜D3/f＜0.31
【選択図】図１

Description

本発明は新規な撮像レンズ系及び撮像装置に関する。詳しくは、小型カメラ、例えば、携帯電話のテレビ電話用カメラやノート型パソコンによるテレビ会議用カメラ等に好適であり、胸から上の上半身を撮影範囲とすることが可能な広画角を有し周辺に至るまで良好な結像性能を有する撮像レンズ系及び該撮像レンズ系を使用した撮像装置に関する。

小型カメラに使用される、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の撮像素子を用いるための撮像レンズ系としては、ガラスレンズではなくプラスチックレンズを用い、さらに、レンズ枚数を少なくし、コストの削減とコンパクト化を図った撮像レンズ系が提案されてきている。

これまでは、カメラの小型化を目的として、レンズの光学長をさらに短くし、また、画質を良質なものにするために、適度に諸収差が補正されている光学系である必要があった。

事実、これまで２群２枚構成でプラスチックレンズを用いた撮像レンズ系は、特許文献１の正負構成のもの、特許文献２の正正構成のもの等、数多く発明報告されている。

特開２００４−６２０１４号公報 特開２００４−１７７９７６号公報

ところで、近年では、小型カメラの用途は、携帯電話のテレビ電話や、ノート型パソコンによるテレビ会議など、多様化してきているため、広画角にして、顔だけでなく、胸から上の上半身が映る範囲を撮影範囲としたいという要求が出てきている。

そこで、本発明は前記した事情に鑑み、胸から上の上半身を撮影範囲とすることが可能な広画角を有し周辺に至るまで良好な結像性能を有する撮像レンズ系及び該撮像レンズ系を使用した撮像装置を提供することを課題とする。

本発明の一実施形態による撮像レンズ系は、物体側から順に、開口絞り、両凸形状の正レンズである第１レンズ、像側に凸面を有する負のメニスカスレンズである第２レンズを配置して構成し、少なくとも前記第１レンズ及び第２レンズの各１面以上は非球面形状を有しており、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足する。
（１）0.24＜｜f1/f2｜＜0.68
（２）0.83＜R1/f＜3.68
（３）0.13＜D3/f＜0.31
但し、
f1：第１レンズの焦点距離
f2：第２レンズの焦点距離
R1：第１レンズの物体側の面の近軸曲率半径
f：全系の焦点距離
D3：第１レンズと第２レンズとの間の軸上面間隔
とする。

また、本発明の一実施形態による撮像装置は、撮像レンズ系と、該撮像レズ系によって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備え、前記撮像レンズ系は、物体側から順に、開口絞り、両凸形状の正レンズである第１レンズ、像側に凸面を有する負のメニスカスレンズである第２レンズを配置して構成し、少なくとも前記第１レンズ及び第２レンズの各１面以上は非球面形状を有しており、以下の条件式（１）0.24＜｜f1/f2｜＜0.68、（２）0.83＜R1/f＜3.68、（３）0.13＜D3/f＜0.31を満足する。

本発明によれば、胸から上の上半身を撮影範囲とすることが可能な広画角を有し周辺に至るまで良好な結像性能を有する。

以下に、本発明撮像レンズ系及び撮像装置を実施するための最良の形態を図面及び表を参照して説明する。

先ず、本発明撮像レンズ系について説明する。

本発明撮像レンズ系は、物体側から順に、開口絞り、両凸形状の正レンズである第１レンズ、像側に凸面を有する負のメニスカスレンズである第２レンズを配置して構成し、少なくとも前記第１レンズ及び第２レンズの各１面以上は非球面形状を有しており、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足する。
（１）0.24＜｜f1/f2｜＜0.68
（２）0.83＜R1/f＜3.68
（３）0.13＜D3/f＜0.31
但し、
f1：第１レンズの焦点距離
f2：第２レンズの焦点距離
R1：第１レンズの物体側の面の近軸曲率半径
f：全系の焦点距離
D3：第１レンズと第２レンズとの間の軸上面間隔
とする。

本発明撮像レンズ系にあっては、上記構成を取ることによって、胸から上の上半身を撮影範囲とすることが可能な広画角を有し周辺に至るまで良好な結像性能を有する。

前記条件式（１）は、第１レンズと第２レンズとのパワー配分を規定するものである。

｜f1/f2｜が上限を超えると、像面湾曲がオーバー側に倒れ、特に像高の高い周辺部の結像性能を満たすことが出来なくなる。また、第１レンズのパワーが小さくなり、バックフォーカスが短くなってしまうため、ピント調整が不可能になってしまう。また、画角も小さくなってしまう。

逆に｜f1/f2｜が下限を超えると、像面湾曲がアンダー側に倒れ、特に像高の高い周辺部の結像性能を満たすことが出来なくなる。また、第１レンズのパワーが大きり、内向性のコマ収差が大きくなり、結像性能を満たすことが出来なくなる。したがって、｜f1/f2｜が上限を超えても、下限を超えても良好な画像を得ることが出来ない。

前記条件式（２）は、第１レンズの物体側の面の曲率半径を全系の焦点距離で規格化したものである。

R1/fが上限を超えると、像面湾曲がオーバー側に倒れ、特に像高の高い周辺部の結像性能を満たすことが出来なくなる。また、第１レンズのパワーが小さくなり、画角が小さくなり、バックフォーカスも短くなってしまう。逆に、R1/fが下限を超えると、像面湾曲がアンダー側に倒れ、特に像高の高い周辺部の結像性能を満たすことが出来なくなる。また、外向性のコマ収差が大きくなってしまうので、結像性能を満たすことが出来なくなる。

前記条件式（３）は、全系の焦点距離に対する第１レンズと第２レンズとの間の空気間隔の比を規格化したものである。D3/fが上限を超えると、バックフォーカスが短くなり、ピント調整が不可能になる。逆にD3/fが下限を超えると、バックフォーカスは長くなるが、組み立て誤差による、バックフォーカスのばらつきが大きくなってしまい、組み立てに不具合が生じる。また、非点収差が大きくなり、サジタル像面とメリジオナル像面における非点収差のバランスが維持できなくなり、結像性能を満たすことが出来なくなる。

なお、第１レンズ及び第２レンズ共にプラスチックレンズとすることによって、安価に構成することができると共に、非球面の成形精度が向上し、設計どうりの性能を出しやすくなる。

また、開口絞りを、本発明撮像レンズ系が組み込まれるカメラ、携帯電話等の筐体に本発明撮像レンズ系を外部に臨ませるために形成した開口部の開口周縁によって代用することによって、より安価に構成することができる。

さらに、本発明撮像レンズ系は、物点の移動によるピントの補正、いわゆるフォーカシングをどのレンズで行ってもよいし、パンフォーカスとして構成してもよい。例えば、携帯電話のテレビ電話用カメラやノート型パソコンによるテレビ会議用カメラ等の限られた撮影範囲で使用する場合、パンフォーカスとして構成すると、安価に構成しながら十分に実用的な性能を発揮する。

以下に、本発明撮像レンズ系を具体化した実施の形態及び該実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例について説明する。

なお、本発明撮像レンズ系において非球面が採用されている。そこで、非球面変形量ΔＨ（ｈ）は、面の頂点を原点とし光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、光軸と直交する方向の高さをｈ、頂点曲率半径をｒ、円錐定数をＫ、４次、６次、８次、１０次の非球面係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたとき、以下の数１式で表される。

図１は本発明撮像レンズ系の第１の実施の形態１のレンズ構成を示す図である。撮像レンズ系１は、物体側から順に、開口絞りＳＰ、両凸形状で両面が非球面で構成された正レンズである第１レンズＬ１、像側に凸面を有し両面が非球面で構成された負メニスカスレンズである第２レンズＬ２が配列されて構成される。また、図１中、ＩＰは撮像面、Ｇは撮像面の物体側に近接して配置されたカバーガラスを兼ねたローパスフィルタである。

表１に、前記第１の実施の形態１に具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデータを全系の焦点距離「ｆ」、半画角「ω」、Ｆナンバー「Ｆｎｏ」と共に示す。なお、表１及びレンズデータを示す以下の表において、「面番号」は物体側からｉ番目の面を、「Ｒ」は近軸曲率半径を、「Ｄ」は第ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を、「Ｎｄ」は第ｉ番目の面を物体側に有する硝材のｄ線（λ=587.6nm）に対する屈折率を、「νｄ」は第ｉ番目の面を物体側に有する硝材のｄ線に対するアッベ数を示し、近軸曲率半径Ｒに関し「∞」は当該面が平面であることを示す。

第１レンズＬ１の両面（第２面、第３面）、第２レンズＬ２の両面（第４面、第５面）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを円錐定数κと共に表２に示す。なお、表２及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10⁻⁵」を表している。

図２は数値実施例１における各種収差を示すものであり、球面収差図において実線はｄ線に対する球面収差を、破線はｇ線（435.84nm）に対する球面収差を示し、非点収差図において実線はザジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。

図３は本発明撮像レンズ系の第２の実施の形態２のレンズ構成を示す図である。撮像レンズ系２は、物体側から順に、開口絞りＳＰ、両凸形状で両面が非球面で構成された正レンズである第１レンズＬ１、像側に凸面を有し両面が非球面で構成された負メニスカスレンズである第２レンズＬ２が配列されて構成される。また、図２中、ＩＰは撮像面、Ｇは撮像面の物体側に近接して配置されたカバーガラスを兼ねたローパスフィルタである。

表３に、前記第２の実施の形態２に具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデータを全系の焦点距離「ｆ」、半画角「ω」、Ｆナンバー「Ｆｎｏ」と共に示す。

第１レンズＬ１の両面（第２面、第３面）、第２レンズＬ２の両面（第４面、第５面）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを円錐定数κと共に表４に示す。

図４は数値実施例２における各種収差を示すものであり、球面収差図において実線はｄ線に対する球面収差を、破線はｇ線に対する球面収差を示し、非点収差図において実線はザジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。

前記数値実施例１及び２共に、条件式（１）〜（３）を満足し、６５度以上の画角を有し、図２及び図４に示すように、周辺部に至るまで諸収差が良好に補正された優れた結像性能を示す。

次に、本発明撮像装置について説明する。

本発明撮像装置は、撮像レンズ系と、該撮像レズ系によって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備え、前記撮像レンズ系は、物体側から順に、開口絞り、両凸形状の正レンズである第１レンズ、像側に凸面を有する負のメニスカスレンズである第２レンズを配置して構成し、少なくとも前記第１レンズ及び第２レンズの各１面以上は非球面形状を有しており、条件式（１）0.24＜｜f1/f2｜＜0.68、（２）0.83＜R1/f＜3.68、（３）0.13＜D3/f＜0.31を満足する。

図５乃至図７に本発明撮像装置を携帯電話のカメラ部に適用した実施の形態を示す。

図５及び図６は携帯電話１０の外観を示すものである。

携帯電話１０は、表示部２０と本体部３０とが中央のヒンジ部で折り畳み可能に連結されて構成され、携行時には図５に示すように折り畳んだ状態とし、通話時等の使用時には図６に示すように表示部２０と本体部３０とを開いた状態とする。

表示部２０の背面側の一側部に寄った位置には基地局との間で電波の送受信を行うためのアンテナ２１が出し入れ自在に設けられ、また、表示部２０の内側面には該内側面のほぼ全体を占める大きさの液晶表示パネル２２が配置され、該液晶表示パネル２２の上方にはスピーカ２３が配置されている。さらに、この表示部２０にはデジタルカメラ部の撮像ユニット１Ａが配置されており、該撮像ユニット１Ａの撮像レンズ系１（又は撮像レンズ系２）が表示部２０の背面に形成された臨ませ孔２４を介して外方に臨んでいる。なお、ここで撮像ユニットの用語は、撮像レンズ１と撮像素子４とによって構成されるものとして使用している。すなわち、撮像レンズ１と撮像素子４とは同時に表示部２０内に設けられる必要があるが、デジタルカメラ部を構成するその他の部分、例えば、カメラ制御部や記録媒体等は本体部３０に配置されても良いことを明確にするために用いたのが撮像ユニットなる概念である。なお、上記撮像素子４としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。また、前記臨ませ孔２４の開口周縁２４ａが前記撮像レンズ系１（又は撮像レンズ系２）の開口絞りＳＰとなる。

さらにまた、表示部２０の先端部には赤外通信部２５が配置され、該赤外通信部には、図示しないが、赤外線発光素子と赤外線受光素子を備えている。

本体部３０の内側面には「０」乃至「９」の数字キー、発呼キー、電源キー等の操作キー３１、３１、・・・が設けられており、操作キー３１、３１、・・・が配置された部分の下方にはマイクロフォン３２が配置されている。また、本体部３０の側面にはメモリカードスロット３３が設けられ、該メモリカードスロット３３を介してメモリカード４０を本体部３０に挿脱することができるようになっている。

図７は携帯電話１０の構成を示すブロック図である。

携帯電話１０はＣＰＵ（Central Processing Unit）５０を備え、該ＣＰＵ５０が携帯電話１０の全体の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ５０はＲＯＭ（Read Only Memory）５１に記憶されている制御プログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）５２に展開し、バス５３を介して携帯電話１０の動作を制御する。

カメラ制御部６０は撮像レンズ系１と撮像素子４から成る撮像ユニット１Ａを制御して静止画及び動画等の画像の撮影を行うもので、得られた画像情報に関してＪＰＥＧ、ＭＰＥＧ等への圧縮加工等を行った後、バス５３に載せる。バス５３に乗せられた画像情報は、上記ＲＡＭ５２に一時的に保存され、必要に応じてメモリカードインターフェース４１に出力され、メモリカードインターフェース４１によってメモリカード４０に保存されたり、或いは、表示制御部５４を介して液晶表示パネル２２に表示される。また、撮影時に同時にマイクロフォン３２を通じて収録された音声情報も音声コーデック７０を介して画像情報と共にＲＡＭ５２へ一時的に保存されたり、メモリカード４０へ保存され、また、液晶表示パネル２２への画像表示と同時に音声コーデック７０を介してスピーカ２３から出力される。さらに、上記画像情報や音声情報は、必要に応じて、赤外線インターフェース５５に出力され、該赤外線インターフェース５５によって赤外線通信部２５を介して外部に出力され、同じような赤外線通信部を備えた機器、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の外部の情報機器へ伝達される。なお、ＲＡＭ５２やメモリカード４０に保存されている画像情報に基づいて液晶表示パネル２２に動画あるいは静止画を表示するときには、カメラ制御部６０において、ＲＡＭ５２やメモリカード４０に保存されているファイルのデコードや解凍を行った後の画像データがバス５３を介して表示制御部５４に送られる。

通信制御部８０はアンテナ２１を介して基地局との間で電波の送受信を行い、音声通話モードにおいては、受信した音声情報を処理した後音声コーデック７０を介してスピーカ２３に出力し、また、マイクロフォン３２が集音した音声を音声コーデック７０を介して受領して所定の処理を施した後送信する。

上記した撮像レンズ系１（又は撮像レンズ系２）は奥行を短く構成することが出来るので、携帯電話１０のように厚さに制約のある機器にも容易に搭載することが出来る。また、広い画角を有するので、１画面に多くの情報を取り込むことができ、携帯型情報機器である携帯電話の撮像系として好適である。

なお、上記した実施の形態及び数値実施例において示した具体的な構造及び形状並びに数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

本発明撮像レンズ系の第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 本発明撮像レンズ系の第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 図６及び図７と共に本発明撮像装置を携帯電話のカメラ部に適用した実施の形態を示すものであり、本図は非使用状態又は待ち受け状態を示す斜視図である。 使用状態を示す斜視図である。 内部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…撮像レンズ系、２…撮像レンズ系、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、ＳＰ…開口絞り、１０…携帯電話（撮像装置）、４…撮像素子

Claims (2)

1. 物体側から順に、開口絞り、両凸形状の正レンズである第１レンズ、像側に凸面を有する負のメニスカスレンズである第２レンズを配置して構成し、
   少なくとも前記第１レンズ及び第２レンズの各１面以上は非球面形状を有しており、
   以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする撮像レンズ系。
   （１）0.24＜｜f1/f2｜＜0.68
   （２）0.83＜R1/f＜3.68
   （３）0.13＜D3/f＜0.31
   但し、
   f1：第１レンズの焦点距離
   f2：第２レンズの焦点距離
   R1：第１レンズの物体側の面の近軸曲率半径
   f：全系の焦点距離
   D3：第１レンズと第２レンズとの間の軸上面間隔
   とする。
2. 撮像レンズ系と、該撮像レズ系によって形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、
   前記撮像レンズ系は、物体側から順に、開口絞り、両凸形状の正レンズである第１レンズ、像側に凸面を有する負のメニスカスレンズである第２レンズを配置して構成し、
   少なくとも前記第１レンズ及び第２レンズの各１面以上は非球面形状を有しており、
   以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする撮像装置。
   （１）0.24＜｜f1/f2｜＜0.68
   （２）0.83＜R1/f＜3.68
   （３）0.13＜D3/f＜0.31
   

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