JP4248429B2

JP4248429B2 - ２焦点レンズ系及び携帯機器

Info

Publication number: JP4248429B2
Application number: JP2004074530A
Authority: JP
Inventors: さゆり野田
Original assignee: 大立光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2005265950A

Description

本発明は、広角側と望遠側に焦点距離を切り替えることができる２焦点レンズ系と、これを内蔵した携帯機器に関するものである。

近年における携帯電話（携帯機器の１例）は、撮影機能を備えたものが一般的になっており、携帯機器に撮影レンズ（光学系）とＣＣＤ（画像読取手段）が設けられている。また、撮影レンズについても単焦点ではなく、焦点距離を切り替えることが可能な光学ズーム機能を有するものが要求されてきている。しかし、光学ズームは携帯機器に要求される薄型化とは相反する機能であり、レンズ駆動やコストの面においても課題が多い。

そこで、本発明では光学ズームではなく、焦点距離を望遠側と広角側とに切替可能な２焦点レンズ系により、必要とされる機能を実現するものである。焦点距離を切り替える光学系の従来技術としては、次のようなものが知られている。

例えば、下記特許文献１に開示されるアタッチメントや、特許文献２に開示されるリアコンバージョンレンズが知られている。これらは、主レンズ系の像側に着脱自在に装着することで、焦点距離を望遠側に変化させるものである。しかし、かかるアタッチメント等を像側に装着すると、画像読取手段としてＣＣＤを使用する場合に要求される像側のテレセントリック性を確保することが難しくなる。なお、アタッチメント等を主レンズ系の物体側に装着するものも知られているが、この場合は、アタッチメント等の装着によりレンズが大型化してしまい、携帯機器には好ましくなう構成である。

また、下記特許文献３，４は、主レンズ系の像側の光軸上に機器に内蔵されたリアコンバージョンレンズを出し入れするタイプのレンズ系を開示する。この場合も、像側のテレセントリック性を確保するのが難しいという問題があることに変わりはない。さらに、特許文献５，６では、光軸上に沿ってレンズ群を移動させることで焦点距離を切り替える光学系を開示する。しかし、この場合はレンズ群を移動するための距離を確保しなければならないため、光学系の全長が長くなるという問題があり、携帯機器に用いるには適さない構成である。
特開平８−１２２６３７号公報特開平７−３１８８０３号公報特開平５−１５０１９２号公報特開平７−２０３６７号公報特開平６−２０１９９３号公報特開平７−２８１０９２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、携帯機器に特に好適であり、小型化を実現でき像側のテレセントリック性も確保できる２焦点レンズ系、及び、これを用い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２焦点レンズ系は、
２つの異なる焦点距離を持つ２焦点レンズ系において、全体として、第１レンズ群、広角側第２レンズ群、望遠側第２レンズ群の３つのレンズ群を有し、
広角側第２レンズ群と望遠側第２レンズ群のいずれかを選択的に撮影光軸上に配置することで焦点距離を切り替えるように構成したことを特徴とするものである。

このレンズ系は、主レンズ系に対してアタッチメントやリアコンバージョンレンズを付加するのではなく、主レンズ系の一部である第２レンズ群を入れ替えることにより焦点距離の切替を行う。すなわち、主レンズ系としては、第１レンズ群と第２レンズ群の２つのレンズ群から構成され、広角側では第１レンズ群と広角側第２レンズ群に組み合わせにより広角側主レンズ系が構成され、望遠側では第１レンズ群と望遠側第２レンズ群により望遠側主レンズ系が構成される。このように主レンズ系の一部を入れ替える構成としたので、レンズ全長を短くすることができる。また、レンズ群のうちの像側に位置する第２レンズ群を入れ替えるようにしたので、像側のテレセントリック性を良好に補正することができる。その結果、小型化を実現でき像側のテレセントリック性を確保できる２焦点レンズ系を提供することができる。

本発明に係る第２レンズ群には、少なくとも１つの非球面が存在することが好ましい。非球面とすることで、像側でのテレセントリック性を良好に補正することができる。

本発明に係る第２レンズ群には、少なくとも１つのプラスチックレンズが使用されることが好ましい。プラスチックレンズを用いることで、コスト低減に寄与することができる。また、非球面の形成も容易に行うことができる。

本発明に係る第１レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成されていることが好ましい。正レンズと負レンズで構成することで、第１レンズ群における色収差を良好に補正することができる。

本発明において、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、広角側でのレンズ系全体の焦点距離をｆｗとした時、
１．０＜ｆ１／ｆｗ＜１．４
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ１／ｆｗ≦１．０の場合は、第１レンズ群のパワーが強くなるため、偏心敏感度が高くなる。第２レンズ群を入れ替える構成のため、第１レンズ群と第２レンズ群の偏心による敏感度をレンズ設計の段階でできるだけ低減しておく必要がある。

ｆ１／ｆｗ≧１．４の場合は、第２レンズ群のパワーが大きくなってしまい、色収差が悪化する。

本発明において、望遠側第２レンズ群の焦点距離をｆ２ｔとし、望遠側でのレンズ系全体の焦点距離をｆｔとした時、
０．８５３≦｜ｆ２ｔ／ｆｔ｜＜２．３
の条件式を満足する。

｜ｆ２ｔ／ｆｔ｜＜０．８５３の場合は、第２レンズ群のパワーが大きくなるため、望遠側に切り換えた時の色収差が悪くなる。更に、第２レンズ群にプラスチックレンズを使用した場合に、温度変化の影響を強く受けやすくなる。

｜ｆ２ｔ／ｆｔ｜≧２．３の場合は、第１レンズ群のパワーが強くなり、球面収差、コマ収差が悪くなる。

本発明に係る２焦点レンズ系は、携帯電話等の携帯機器に特に好適な構成である。

本発明に係る２焦点レンズ系の好適な実施例を図面を用いて説明する。図１〜図５に、実施例１から実施例５までのレンズ構成図（図１Ａ〜図５Ａ）と、光学系特性データ（図１Ｂ〜図５Ｂ）と、収差図（図１Ｃ〜図５Ｃ）を示す。図６〜８は、各実施例の非球面データを示す図である。本発明に係る２焦点レンズ系は、携帯機器、特に携帯電話に内蔵される光学系として特に好適な構成を備えているものである。

＜レンズ構成図について＞
図１Ａ〜図５Ａには、レンズを広角側（ｗｉｄｅ）にセットした状態と、望遠側（ｔｅｌｅ）にセットした状態の光学系の配置を示す。第１実施例に係る２焦点レンズ系は、広角側にセットした場合、光軸に沿って物体側から順に、開口絞り１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３ｗ、第４レンズＬ４ｗ、平行平面ガラス２、結像面３が配置されている。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２により第１レンズ群Ｇ１が構成され、第３レンズＬ３ｗと第４レンズＬ４ｗにより広角側第２レンズ群Ｇ２ｗが構成される。第１レンズ群Ｇ１は、広角側と望遠側のいずれにおいても使用されるレンズ群である。

望遠側にセットした場合、広角側の第２レンズ群Ｇ２ｗが望遠側の第２レンズ群Ｇ２ｔと入れ替えられる。望遠側第２レンズ群Ｇ２ｔは、第３レンズＬ３ｔと第４レンズＬ４ｔにより構成される。すなわち、撮影光軸上に広角側第２レンズ群Ｇ２ｗと望遠側第２レンズ群Ｇ２ｔのいずれかを選択的に配置するように構成する。なお、添字のｗは広角側を示し、ｔは望遠側を示す。

第２レンズ群のレンズ枚数について第１実施例と第４実施例は同じである。第２実施例では、広角側第２レンズ群Ｇ２ｗは３枚構成であるが、望遠側第２レンズ群Ｇ２ｔは２枚構成となっている。第５実施例も同じである。第３実施例は、広角側も望遠側も第２レンズ群は３枚構成である。

各実施例において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に正レンズと負レンズとにより構成されている。かかる構成により、第１レンズ群Ｇ１における色収差を良好に補正することができる。なお、全実施例において第１レンズ群Ｇ１は２枚構成であるが、ＣＣＤの画素数が上がる場合、３枚以上のレンズ構成にして所望の光学特性が得られるようにしてもよい。

第２レンズ群２Ｇｗ，２Ｇｔには、少なくとも１つの非球面が存在することが好ましい。全長を抑制しつつ像側でのテレセントリック性を良好に補正するためには、非球面を形成することで効果的に行うことができる。なお、すべての実施例において、第２レンズ群２Ｇｗ，２Ｇｔのすべての面を非球面としている（図６〜８参照）。また、第２レンズ群２Ｇｗ，２Ｇｔに含まれるレンズの少なくとも１枚はプラスチックレンズとすることが好ましい。プラスチックレンズを使用することでコスト低減に寄与することができる。また、本実施例の場合は、全ての面が非球面で構成されるので、すべてのレンズをプラスチックとすることが好ましい。

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５Ｂについて説明する。図の一番上にレンズ諸元として、焦点距離ｆ・ＦナンバーＦ・画角２ωが示されている。これらの数値は広角側と望遠側とで異なるので、添字ｗとｔにより識別する。その下の表に、Ｓ，１，２・・・９とあるのは、物体側から順に面の番号を示している（ただし、Ｓは開口絞りを示す）。なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ１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１実施例において第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。

第１実施例において、広角側と望遠側で曲率半径ｒ、面間隔ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数ｖｄは広角側第２レンズ群２Ｇｗと望遠側第２レンズ群２Ｇｔとで異なるので分けて表示している。また、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、望遠側第２レンズ群Ｇ２ｔの焦点距離をｆ２ｔで示している。

図１Ｃ〜図５Ｃは、広角側と望遠側の夫々について、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６〜図８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）Ｈ^２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］
＋ＡＨ^４＋ＢＨ^６＋ＣＨ^８＋ＤＨ^１０＋ＥＨ^１２＋ＦＨ^１４＋ＧＨ^１６
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などの表記は１０^−３を意味する。

本発明において、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、広角側でのレンズ系全体Ｇ２ｗの焦点距離をｆｗとした時、
１．０＜ｆ１／ｆｗ＜１．４
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ１／ｆｗ≦１．０の場合は、第１レンズ群Ｇ１のパワーが強くなるため、偏心敏感度が高くなる。第２レンズ群Ｇ２を入れ替える構成のため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の偏心による敏感度をレンズ設計の段階でできるだけ低減しておく必要がある。

ｆ１／ｆｗ≧１．４の場合は、第２レンズ群Ｇ２ｗのパワーが大きくなってしまい、色収差が悪化する。

本発明において、望遠側第２レンズ群の焦点距離をｆ２ｔとし、望遠側でのレンズ系全体Ｇ２ｔの焦点距離をｆｔとした時、
０．８＜｜ｆ２ｔ／ｆｔ｜＜２．３
の条件式を満足することが好ましい。

｜ｆ２ｔ／ｆｔ｜≦０．８の場合は、第２レンズ群Ｇ２ｔのパワーが大きくなるため、望遠側に切り換えた時の色収差が悪くなる。更に、第２レンズ群Ｇ２ｔにプラスチックレンズを使用した場合に、温度変化の影響を強く受けやすくなる。

｜ｆ２ｔ／ｆｔ｜≧２．３の場合は、第１レンズ群Ｇ１のパワーが強くなり、球面収差、コマ収差が悪くなる。以上の点を表にしてまとめると、表１のようになる。

実施例１〜５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、広角側と望遠側のいずれにおいても携帯電話に搭載するのに好適な大きさになっていることがわかる。

表３は、各実施例について最周辺像高の主光線が像面に入射する角度を表すものである。そのうちの実施例１についてのみ図９に光線図を示す。ＣＣＤを用いる場合、入射角度は２５゜以下にすることが好ましく、本発明の場合は全実施例で２２゜以下となっている。従って、必要とされるテレセントリック性を確保できている。

以上のように、光学系全長を抑制しつつ、像側のテレセントリック性を確保することのできる２焦点レンズ系を提供することができ、携帯電話等の携帯機器に搭載するのに特に好適な構成を実現することができた。

本発明において、第２レンズ群を切り替えるためのメカニズムについては、特定の構造のものに限定されるものではなく、任意の構造を採用することができる。例えば、先にあげた従来技術に開示されている構造を採用することができる。

実施例１のレンズ構成を示す図実施例１の光学系特性データを示す図実施例１の収差図を示す図実施例２のレンズ構成を示す図実施例２の光学系特性データを示す図実施例２の収差図を示す図実施例３のレンズ構成を示す図実施例３の光学系特性データを示す図実施例３の収差図を示す図実施例４のレンズ構成を示す図実施例４の光学系特性データを示す図実施例４の収差図を示す図実施例５のレンズ構成を示す図実施例５の光学系特性データを示す図実施例５の収差図を示す図実施例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１の光線図を示す図

符号の説明

１開口絞り
２平行平面ガラス
３結像面
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２ｗ広角側第２レンズ群
Ｇ２ｔ望遠側第２レンズ群
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３ｗ第３レンズ（広角側）
Ｌ４ｗ第４レンズ（広角側）
Ｌ５ｗ第５レンズ（広角側）
Ｌ３ｔ第３レンズ（望遠側）
Ｌ４ｔ第４レンズ（望遠側）
Ｌ５ｔ第５レンズ（望遠側）

Claims

２つの異なる焦点距離を持つ２焦点レンズ系において、全体として、第１レンズ群、広角側第２レンズ群、望遠側第２レンズ群の３つのレンズ群を有し、
広角側第２レンズ群と望遠側第２レンズ群のいずれかを選択的に撮影光軸上に配置することで焦点距離を切り替えるように構成した２焦点レンズ系において、
第１レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成され、かつ、
第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、広角側でのレンズ系全体の焦点距離をｆｗとした時、
１．０＜ｆ１／ｆｗ＜１．４
の条件式を満足し、
第２レンズ群には、少なくとも１つの非球面が存在するとともに、少なくとも１つのプラスチックレンズが使用され、かつ、
望遠側第２レンズ群の焦点距離をｆ２ｔとし、望遠側でのレンズ系全体の焦点距離をｆｔとした時、
０．８５３≦｜ｆ２ｔ／ｆｔ｜＜２．３
の条件式を満足する２焦点レンズ系。
請求項１に記載の２焦点レンズ系が内蔵された携帯機器。