JP2005107369A - 望遠レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】 少ないレンズ枚数でありながら、非球面を有効に用いることにより、高性能で、かつ極めてコンパクトな望遠系を実現する。
【解決手段】 物体側より順に、絞りStと、両面非球面形状の第1レンズG1および第2レンズG2とを備え、かつ条件式(1),(2)を満足する。第1レンズG1は、物体側の面を凸面形状とした正のメニスカス形状であり、第2レンズG2は、近軸近傍において物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状となっている。
0.12<R1/f<0.40 ……(1)
tanθ<0.45 ……(2)
fはレンズ系全体の近軸焦点距離、R1は第1レンズの物体側の面の近軸曲率半径、θは主光線の最大入射角度を示す。
【選択図】 図1
【解決手段】 物体側より順に、絞りStと、両面非球面形状の第1レンズG1および第2レンズG2とを備え、かつ条件式(1),(2)を満足する。第1レンズG1は、物体側の面を凸面形状とした正のメニスカス形状であり、第2レンズG2は、近軸近傍において物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状となっている。
0.12<R1/f<0.40 ……(1)
tanθ<0.45 ……(2)
fはレンズ系全体の近軸焦点距離、R1は第1レンズの物体側の面の近軸曲率半径、θは主光線の最大入射角度を示す。
【選択図】 図1
Description
本発明は、例えばカメラ付き携帯電話やPDA(Personal Digital Assistant)等の小型の情報端末機器への搭載に適した望遠レンズに関する。
近年、パーソナルコンピュータの一般家庭等への普及に伴い、撮影した風景や人物像等の画像情報をパーソナルコンピュータに入力することができるデジタルスチルカメラ(以下、単にデジタルカメラという。)が急速に普及しつつある。また携帯電話の高機能化に伴い、小型の撮像モジュールを搭載したカメラ付き携帯電話も急速に普及してきている。その他、PDA等の小型の情報端末機器においても撮像モジュールを搭載したものが普及してきている。
これらの撮像機能を備えた機器では、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの撮像素子が用いられている。これらの撮像素子は近年、非常に小型化が進んでいる。そのため、CCDなどの撮像素子を用いた撮像機器において、機器本体、ならびにそれに搭載されるレンズにも、小型軽量化が求められている。また近年では、高画質を達成するために、画素数の多い撮像素子が開発されており、それに伴いレンズ系にも、より高解像で高コントラストな性能が要求されてきている。
このような撮像機器に用いられる撮像レンズとしては、例えば以下の特許文献1に記載のものがある。この特許文献1には、2枚構成の撮像レンズが記載されている。
特開2000−258684号公報
上述したように近年の撮像素子は、小型化および高画素化が進んでおり、それに伴って、特にデジタルカメラ用の撮像レンズには、高い解像性能と構成のコンパクト化が求められている。一方、カメラ付き携帯電話等の小型の情報端末機器用の撮像レンズには従来、コスト面とコンパクト性が主に要求されていたが、最近ではカメラ付き携帯電話等においても撮像素子の高画素化が進む傾向にあり、例えば100万画素以上のメガピクセル対応のものが実用化され、性能面に対する要求も高くなってきている。このため、コスト面、性能面、およびコンパクト性を総合的に考慮した多種多様なレンズの開発が望まれている。
高画素に対応した小型の情報端末機器用の撮像レンズとしては従来、例えばガラスレンズ1枚とプラスチックレンズ2枚とからなる3枚構成のレンズ系や、プラスチックレンズを3枚以上用いたレンズ系などが開発されている。しかしながら、近年の小型化の要求に応えるためには3枚よりも少ないレンズ枚数で、かつ性能面でも従来と同等のものが望まれている。
上記特許文献記載のレンズは、2枚構成で非球面を用いたレンズ構成となっているが、これよりもさらにコンパクトで高性能なレンズ系の開発が望まれる。特に小型の撮像素子を用いる場合、倍率色収差が目立ちやすくなるので、そのレンズ系として倍率色収差が良好に補正されたものが望まれる。
また従来、小型の情報端末機器に搭載されるレンズは、一般に標準タイプ(例えば撮像面を35mmフィルム換算で表したときに焦点距離f=35mm相当のレンズ系)のものが多く、望遠レンズ系の開発はあまりなされていない。しかしながら、使用者の多様なニーズに応えるためにも、小型の情報端末機器にも搭載可能なコンパクトで高性能な望遠レンズ系の開発が望まれる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、少ないレンズ枚数でありながら、非球面を有効に用いることにより、高性能で、かつ極めてコンパクトな望遠系を実現できる望遠レンズを提供することにある。
本発明による望遠レンズは、物体側より順に、絞りと、両面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凸面形状とした正のパワーを有するメニスカス形状の第1レンズと、両面を非球面形状とし、かつ近軸近傍において物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状の第2レンズとを備え、かつ、以下の条件式(1),(2)を満足するように構成されているものである。
0.12<R1/f<0.40 ……(1)
tanθ<0.45 ……(2)
ただし、fはレンズ系全体の近軸焦点距離、R1は第1レンズの物体側の面の近軸曲率半径、θは主光線の最大入射角度を示している。
tanθ<0.45 ……(2)
ただし、fはレンズ系全体の近軸焦点距離、R1は第1レンズの物体側の面の近軸曲率半径、θは主光線の最大入射角度を示している。
本発明による望遠レンズでは、絞りを最も物体側に配設し、続いて両面非球面形状の第1レンズと第2レンズとを物体側から順に配設し、かつ、第1レンズの形状などに関する所定の条件式(1),(2)を満たして各レンズの形状、パワー配分などを適切なものにすることで、2枚という極めて少ないレンズ枚数でありながらも、非球面を有効に用い、従来のカメラ付き携帯電話等に用いられている一般的な3枚構成のレンズと同等の高い光学性能が得られる。また、従来よりも極めてコンパクトな望遠レンズ系が実現される。
ここで、この望遠レンズはさらに、以下の条件式(3)を満足するように構成されていることが好ましい。この条件を満足することで特に倍率色収差の補正に有利となる。
0.70<ΔZF/ΔZR<1.50 ……(3)
ただし、ΔZFは第1レンズの物体側の面における、最大有効光線高さHFでの光軸方向の形状変位量、ΔZRは第1レンズの像側の面における、最大有効光線高さHRでの光軸方向の形状変位量を示している。
0.70<ΔZF/ΔZR<1.50 ……(3)
ただし、ΔZFは第1レンズの物体側の面における、最大有効光線高さHFでの光軸方向の形状変位量、ΔZRは第1レンズの像側の面における、最大有効光線高さHRでの光軸方向の形状変位量を示している。
また、この望遠レンズにおいて、第1レンズおよび第2レンズのレンズ材は共に、プラスチック材料であることが好ましい。プラスチック材料を用いることで、非球面加工をしやすくなる。
これらの好ましい構成を必要に応じて適宜採用することで、より高性能、かつコンパクトな望遠レンズ系が実現される。
本発明の望遠レンズによれば、絞りを最も物体側に配設し、続いて両面非球面形状の第1レンズと第2レンズとを物体側から順に配設し、かつ、第1レンズの形状などに関する所定の条件式(1),(2)を満たして各レンズの形状、パワー配分などを最適化するようにしたので、少ないレンズ枚数でありながら、非球面を有効に用いることにより、高性能で、かつ極めてコンパクトな望遠レンズ系を実現できる。
特に、第1レンズの形状を条件式(3)を満足するように構成した場合には、倍率色収差の補正をしやすくなるので、より高性能、かつコンパクトな望遠レンズ系を実現できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る望遠レンズの構成例を示している。この構成例は、後述の第1の数値実施例(表1,表2)のレンズ構成に対応している。また、図2は、本実施の形態に係る望遠レンズの他の構成例を示している。図2の構成例は、後述の第2の数値実施例(表3,表4)のレンズ構成に対応している。なお、図1,図2において、符号Riは、絞りStを0番目、最も物体側のレンズ要素の面を1番目として、像側(結像側)に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目(i=0〜6)の面の曲率半径を示す。符号Diは、i番目の面とi+1番目の面との光軸Z1上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では、図1に示した望遠レンズの構成を基本にして説明する。
この望遠レンズは、例えばカメラ付き携帯電話等の小型の情報端末機器やデジタルカメラ等、特に小型の撮像素子を用いた撮像機器に搭載されて使用されるものである。この望遠レンズは、光軸Z1に沿って、絞りSt、第1レンズG1、および第2レンズG2が、物体側より順に配設された構成となっている。
この望遠レンズの結像面(撮像面)には、図示しないCCDなどの撮像素子が配置される。CCDの撮像面付近には、撮像面を保護するためのカバーガラスCGが配置されている。第2レンズG2と結像面(撮像面)との間には、カバーガラスCGのほか、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの他の光学部材が配置されていても良い。
第1レンズG1は、両面が非球面形状であり、かつ物体側の面を凸面形状とした正のパワーを有するメニスカス形状となっている。
第2レンズG2は、両面が非球面形状であり、かつ近軸近傍において物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状となっている。第2レンズG2の非球面形状は、例えば、有効径の範囲内で、物体側の面が周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状であることが望ましい。これにより、第2レンズG2は、例えば、物体側の面が、近軸近傍では凸面形状で周辺部では凹面形状となっている。
なお、本実施の形態において、近軸近傍におけるレンズ形状は、例えば後述の非球面式(A)において、係数Kに係る部分(係数Aiに係る多項式部分を除いた部分)によって表される。
この望遠レンズは、以下の条件式(1),(2)を満足するように構成されている。条件式(1),(2)において、fはレンズ系全体の近軸焦点距離、R1は第1レンズの物体側の面の近軸曲率半径、θは主光線の最大入射角度を示している。
0.12<R1/f<0.40 ……(1)
tanθ<0.45 ……(2)
0.12<R1/f<0.40 ……(1)
tanθ<0.45 ……(2)
この望遠レンズはさらに、以下の条件式(3)を満足するように構成されていることが好ましい。
0.70<ΔZF/ΔZR<1.50 ……(3)
0.70<ΔZF/ΔZR<1.50 ……(3)
ここで、ΔZFは、図3に示したように、第1レンズG1の物体側の面における高さHFでの光軸方向の形状変位量を示す。ΔZRは、第1レンズG1の像側の面における高さHRでの光軸方向の形状変位量を示している。高さHFは、第1レンズG1の物体側の面を有効光線が通過する最大高さであり、高さHRは、第1レンズG1の像側の面を有効光線が通過する最大高さである。
この望遠レンズは、第1レンズG1および第2レンズG2の両面が非球面形状であるため、加工性の点で、第1レンズG1および第2レンズG2のレンズ材が共に、プラスチック材料であることが望ましい。
次に、以上のように構成された望遠レンズの作用および効果を説明する。
この望遠レンズでは、絞りStを最も物体側に配設し、続いて両面非球面形状の第1レンズG1と第2レンズG2とを物体側から順に配設し、かつ、第1レンズG1の形状などに関する所定の条件式(1),(2)を満たして各レンズの形状、パワー配分などを適切なものにすることで、2枚という極めて少ないレンズ枚数でありながらも、非球面を有効に用い、高性能で、かつ極めてコンパクトな望遠レンズ系を実現できる。さらに条件式(3)を満足することで、より高性能化を実現できる。
各条件式の作用は以下のとおりである。条件式(1)は、第1レンズG1の物体側の面の曲率半径に関するもので、この数値範囲を外れると、特にコマ収差および倍率色収差の補正が困難となるので好ましくない。条件式(2)は、主光線の最大入射角度に関するもので、この数値範囲を外れると、この望遠レンズ系の望遠効果が希薄となるので好ましくない。条件式(3)は、第1レンズG1の面形状に関するもので、この数値範囲を外れると、倍率色収差の補正が困難となるので好ましくない。
このように、本実施の形態に係る望遠レンズによれば、2枚という極めて少ないレンズ枚数で非球面を有効に用いることにより、従来のカメラ付き携帯電話等に用いられている一般的な3枚構成のレンズと同等の高い光学性能を得ることができる。また、従来よりも極めてコンパクトな望遠レンズ系(例えば撮像面を35mmフィルム換算で表したときに焦点距離f=70mm相当のレンズ系)を実現できる。
次に、本実施の形態に係る望遠レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第1および第2の数値実施例(実施例1,2)をまとめて説明する。表1,表2は、図1に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ(実施例1)を示している。また、表3,表4は、図2に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ(実施例2)を示している。表1および表3には、その実施例のレンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、表2および表4には、その実施例のレンズデータのうち非球面形状に関するデータ部分を示す。
各表に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、各実施例の望遠レンズについて、絞りStを0番目、最も物体側のレンズ要素の面を1番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目(i=0〜6)の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、図1,図2で付した符号Riに対応させて、物体側からi番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Diの欄についても、図1,図2で付した符号に対応させて、物体側からi番目の面Siとi+1番目の面Si+1との光軸上の間隔を示す。曲率半径Riおよび面間隔Diの値の単位はミリメートル(mm)である。Ndj,νdjの欄には、それぞれ、カバーガラスCGも含めて、物体側からj番目(j=1〜3)のレンズ要素のd線(587.6nm)に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。なお、カバーガラスCGの両面の曲率半径R5,R6の値が0(ゼロ)となっているが、これは、平面であることを示す。また、絞りStの曲率半径R0の値が0(ゼロ)となっているが、これは、仮想面であることを示す。
表1および表3にはまた、諸データとして、全系の近軸焦点距離f(mm)、Fナンバー(FNO.)、画角2ω(ω:半画角)の値を同時に示す。なお、各実施例の望遠レンズは、撮像面を35mmフィルム換算で表したときに焦点距離f=70mm相当の性能を有している。
表1および表3の各レンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「*」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。各実施例共に、第1レンズG1の両面S1,S2と、第2レンズG2の両面S3,S4とが非球面形状となっている。基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍(近軸近傍)の曲率半径の数値を示している。
表2および表4の各非球面データの数値において、記号“E”は、その次に続く数値が10を底とした“べき指数”であることを示し、その10を底とした指数関数で表される数値が“E”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「1.0E−02」であれば、「1.0×10-2」であることを示す。
各非球面データには、以下の式(A)によって表される非球面形状の式における各係数Ai,Kの値を記す。Zは、より詳しくは、光軸から高さhの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面(光軸に垂直な平面)に下ろした垂線の長さ(mm)を示す。
Z=C・h2/{1+(1−K・C2・h2)1/2}+A3・h3+A4・h4+A5・h5+A6・h6+A7・h7+A8・h8+A9・h9+A10・h10 ……(A)
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
h:光軸からレンズ面までの距離(高さ)(mm)
K:離心率
C:近軸曲率=1/R
(R:近軸曲率半径)
Ai:第i次(i=3〜10)の非球面係数
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
h:光軸からレンズ面までの距離(高さ)(mm)
K:離心率
C:近軸曲率=1/R
(R:近軸曲率半径)
Ai:第i次(i=3〜10)の非球面係数
各実施例共に、第1レンズG1の両面S1,S2の非球面形状は、非球面係数として、偶数次の係数A4,A6,A8,A10のみを有効に用いて表されている。第2レンズG2の両面S3,S4の非球面形状は、さらに奇数次の非球面係数A3,A7,A9をも有効に用いている。
また、以下の表5に、上述の条件式(1)〜(3)に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。表5に示したように、各実施例の値が、各条件式(1)〜(3)の数値範囲内となっている。
図4(A)〜(D)は、実施例1の望遠レンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、および倍率色収差を示している。各収差図には、d線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、g線(波長435.8nm),C線(波長656.3nm)についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ωは、半画角を示す。同様に、実施例2についての諸収差を図5(A)〜(D)に示す。
以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、少ないレンズ枚数でありながら、良好に収差補正がなされ、極めてコンパクトな望遠レンズ系が実現されている。
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
CG…カバーガラス、St…絞り、Gj…物体側から第j番目のレンズ、Ri…物体側から第i番目のレンズ面の曲率半径、Di…物体側から第i番目と第i+1番目のレンズ面との面間隔、Z1…光軸。
Claims (3)
- 物体側より順に、
絞りと、
両面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凸面形状とした正のパワーを有するメニスカス形状の第1レンズと、
両面を非球面形状とし、かつ近軸近傍において物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状の第2レンズと
を備え、
かつ、以下の条件式(1),(2)を満足するように構成されている
ことを特徴とする望遠レンズ。
0.12<R1/f<0.40 ……(1)
tanθ<0.45 ……(2)
ただし、
f:レンズ系全体の近軸焦点距離
R1:第1レンズの物体側の面の近軸曲率半径
θ:主光線の最大入射角度 - さらに、以下の条件式(3)を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の望遠レンズ。
0.70<ΔZF/ΔZR<1.50 ……(3)
ただし、
ΔZF:第1レンズの物体側の面における、最大有効光線高さHFでの光軸方向の形状変位量
ΔZR:第1レンズの像側の面における、最大有効光線高さHRでの光軸方向の形状変位量 - 前記第1レンズおよび前記第2レンズのレンズ材が共に、プラスチック材料である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の望遠レンズ。
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2005
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