JP4248379B2 - Photography lenses and portable devices - Google Patents
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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。 The present invention relates to a photographic lens, and more particularly to a photographic lens suitably used for capturing an image of a simple digital camera, a PC camera, a portable device or the like equipped with a high pixel CCD.
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。 In recent years, cellular phones having a photographing function are generally used, and a cellular phone is provided with a photographing lens (optical system) and a CCD (image reading means). In other words, mobile phones have the same functions as digital cameras. When a mobile phone was equipped with a photographing function, the number of CCD pixels was about 110,000 to 300,000, and the CCD size was also reduced to 1/7 to 1/4 inch. In this case, with respect to the required optical performance, a lens configuration of one to two lenses is sufficient. In addition, it has been relatively easy to secure a desired back focus while protecting the optical total length regulated by the thickness of the mobile phone body.
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。
However, the number of pixels of a CCD built in a mobile phone has been increasing year by year, and when the number of pixels is megapixels, the required optical performance is also increased. Therefore, the conventional one or two lens configuration is required. Unable to achieve performance. Therefore, it is necessary to configure the number of lenses, for example, four. In this case, there is a problem in that the back focus cannot be ensured while keeping the desired optical total length, and optical components such as an infrared cut filter cannot be arranged. Can occur. For example, as a four-lens photographic lens, techniques disclosed in
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。
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a problem thereof is a photographic lens suitable for a high-pixel image reading unit, which can secure a back focus and can suppress the overall length of an optical system to the same level as in the past. To provide a photographing lens and a portable device incorporating the same.
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。
In order to solve the above problems, a photographic lens according to the present invention provides
A photographing lens arranged in order of an aperture stop, a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens from the object side,
The first lens is a biconvex positive lens,
The second lens is a biconcave shape in which the object side surface is joined to the image side surface of the first lens, or a negative lens having a planoconcave shape,
The third lens is a positive meniscus lens in which at least one refracting surface has an aspherical shape and a convex surface faces the image side,
The fourth lens is a positive meniscus lens having an aspherical shape at least one refracting surface and a convex surface facing the object side.
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。
The operation and effect of the photographic lens with this configuration will be described. The optical system of this photographic lens is composed of four lenses, first to fourth lenses. Compared with
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。
Further,
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。
In the present invention, when the combined focal length of the entire lens system is f and the combined focal length of the third lens and the fourth lens is f 34 ,
0.3 <f / f 34 <0.65
It is preferable to satisfy the following conditional expression.
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。 When f / f 34 ≦ 0.3, the power burden of the cemented lens including the first lens and the second lens becomes excessive, and it becomes difficult to correct spherical aberration and coma. When f / f 34 ≧ 0.65, if the third lens and the fourth lens are made of plastic, the movement of the focal position when the temperature changes becomes large.
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。
In the present invention, when the total focal length of the entire lens system is f, and the radius of curvature of the image side of the second lens is R 22 ,
0.0 ≦ f / R 22 <0.75
It is preferable to satisfy the following conditional expression.
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。 When f / R 22 <0, the negative power of the second lens becomes small, so that sufficient back focus cannot be secured. When f / R 22 ≧ 0.75, the radius of curvature R 22 decreases, and it is necessary to increase the on-axis air clearance with the third lens in order to secure the height of the collision with the surface on the third lens object side. Therefore, downsizing becomes difficult. The radius of curvature represents a paraxial numerical value.
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。
When in the present invention, a combined focal length of the entire lens system f, and the radius of curvature of the image side of the fourth lens and the R 42,
2.0 <f / R 42 <3.7
It is preferable to satisfy the following conditional expression.
f/R 42 ≦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。 When f / R 42 ≦ 2.0 , the shape difference between the lens peripheral part (near the inflection point / curved part) becomes large, and the performance deterioration from the screen center to the peripheral part becomes large. When f / R 42 ≧ 3.7, the amount of sag at the peripheral portion increases, and the flange back to the image plane becomes shorter. The radius of curvature represents a numerical value on the paraxial axis.
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。 The photographic lens according to the present invention is particularly suitable for portable devices such as mobile phones.
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。 Preferred embodiments of the taking lens according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 7 show lens configuration diagrams (FIGS. 1A to 7A) from Example 1 to Example 7, aberration diagrams, and optical system characteristic data (FIGS. 1B to 7B). 8 to 10 are diagrams showing aspherical data of the lenses of the respective examples. The photographic lens according to the present invention has a structure suitable for a photographic lens built in a portable device, particularly a mobile phone.
<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。
<Lens configuration diagram>
As shown in FIGS. 1A to 7A, the photographing lens according to the present invention is configured by four lenses. The members constituting the photographic lens will be described in order from the object side. The
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。 The first lens L1 is a biconvex positive lens and is made of a material having a high refractive index. The second lens L2 is a biconcave negative lens or a plano-concave (object side concave) negative lens in which the object side surface is cemented with the image side surface of the first lens L1. Example 2 is a plano-concave negative lens, and other examples are biconcave negative lenses. The second lens L2 is also formed of a material having a high refractive index.
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。 The third lens L3 is a positive meniscus lens in which at least one refracting surface has an aspherical shape and a convex surface faces the image side. The fourth lens L4 is a positive meniscus lens having at least one refracting surface having an aspherical shape and a convex surface facing the object side. The third lens L3 and the fourth lens L4 are preferably formed by plastic molding and formed of a low refractive index material. In all of Examples 1 to 7, the third lens L3 and the fourth lens L4 are both formed in an aspheric shape.
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。
The plane
<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。
<Lens specifications and aberration diagrams>
1B to 7B will be described. At the top of the figure, the focal length, F number, and angle of view are shown as lens specifications. In the table below, S, 1, 2,... 9 indicate surface numbers in order from the object side (where S indicates an aperture stop). Since the first lens L1 and the second lens L2 are cemented, the second surface is a surface common to both.
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。 r represents the radius of curvature (mm) on the paraxial axis. Since the 8th surface and the 9th surface are parallel plane glasses, both are infinite. d is a numerical value indicating the surface separation (mm). nd represents the refractive index of each lens and parallel plane glass, and vd represents the Abbe number of each lens and plane parallel glass.
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。 f represents the combined focal length of the entire lens system. f 34 denotes a third lens L3 of the composite focal length of the fourth lens L4. R 22 represents the radius of curvature of the second lens L2 on the image side. R 42 represents a radius of curvature of the image side of the fourth lens L4.
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。 As aberration diagrams, diagrams of spherical aberration, astigmatism, and distortion are shown. Each aberration diagram is data about the d-line, and astigmatism shows both data about the sagittal image plane (S) and data about the meridional image plane (M).
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。
The aspheric shape of FIGS. 8 to 10 will be described. The aspherical shape is expressed as follows: A, B, C, D, E, F, G are aspheric coefficients, and the displacement X in the optical axis direction at the position of the height H from the optical axis is expressed with respect to the surface vertex. ,
X = (1 / R)
+ AH 4 + BH 6 + CH 8 + DH 10 + EH 12 + FH 14 + GH 16
It becomes. R is a paraxial radius of curvature, and K is a conical coefficient. An aspherical coefficient such as E-03 means 10 −3 .
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。 For the photographic lens according to the present invention, it is preferable to set the numerical ranges relating to f, f 34 , R 22 , and R 42 as follows.
(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。
(1) 0.3 <f / f 34 <0.65
When f / f 34 ≦ 0.3, the power burden of the cemented lens composed of the first lens L1 and the second lens L2 becomes excessive, and it becomes difficult to correct spherical aberration and coma. When f / f 34 ≧ 0.65, when the third lens L3 and the fourth lens L4 are made of plastic, the movement of the focal position when the temperature changes becomes large.
(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。
(2) 0.0 ≦ f / R 22 <0.75
When f / R 22 <0, the negative power of the second lens becomes small, so that sufficient back focus cannot be secured. When f / R 22 ≧ 0.75, the radius of curvature R 22 decreases, and it is necessary to increase the on-axis air clearance with the third lens in order to secure the height of the collision with the surface on the third lens object side. Therefore, downsizing becomes difficult. Therefore, it becomes difficult to incorporate the mobile phone into a mobile phone having a limited arrangement space.
(3)2.0< f/R42 <3.7
f/R 42 ≦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。
(3) 2.0 <f / R42 <3.7
When f / R 42 ≦ 2.0 , the shape difference between the lens peripheral part (near the inflection point / curved part) increases, and the performance degradation from the center of the screen to the peripheral part increases. When f / R 42 ≧ 3.7, the amount of sag at the peripheral portion is increased, and the flange back to the imaging surface (referred to as the distance from the flange surface to which the lens is attached to the rear focal point) is shortened. As a result, a space for inserting the IR filter and the cover glass cannot be secured.
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。 The actual data of Examples 1 to 7 are as shown in Table 1.
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。
First lens: 1.85>nd> 1.65
Second lens: 1.85>nd> 1.75
By selecting a refractive index in such a range, optical performance can be ensured and the optical total length can be suppressed. In the case of an optical system built in a mobile phone, the size of the lens is also small, so even if a high-refractive index material, which is generally an expensive material, is used, there is little impact on the cost. Therefore, in terms of cost, there is no problem even if a material having a high refractive index in the above range is used.
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。 Regarding Examples 1 to 7, when the total sum of d (surface spacing) data is considered as the optical total length (however, the portion of the plane parallel glass was obtained by correcting the air conversion distance), it is as shown in Table 2.
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
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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り、
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f 34 とした時、
0.3< f/f 34 <0.65
の条件式を満足し、
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R 22 とした時、
0.0≦ f/R 22 <0.75
の条件式を満足し、
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R 42 とした時、
2.0< f/R 42 <3.7
の条件式を満足することを特徴とする撮影レンズ。 A photographing lens arranged in order of an aperture stop, a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens from the object side,
The first lens is a biconvex positive lens,
The second lens is a biconcave shape in which the object side surface is joined to the image side surface of the first lens, or a negative lens having a planoconcave shape,
The third lens is a positive meniscus lens in which at least one refracting surface has an aspherical shape and a convex surface faces the image side,
The fourth lens at least one refractive surface an aspherical shape, Ri positive meniscus lens der having a convex surface directed toward the object side,
When the combined focal length of the entire lens system is f and the combined focal length of the third lens and the fourth lens is f 34 ,
0.3 <f / f 34 <0.65
Is satisfied,
When the total focal length of the entire lens system is f and the radius of curvature of the image side of the second lens is R 22 ,
0.0 ≦ f / R 22 <0.75
Is satisfied,
When the entire lens system in the composite focal distance f, and the radius of curvature of the image side of the fourth lens and the R 42,
2.0 <f / R 42 <3.7
A photographic lens satisfying the following conditional expression:
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