JP2005189711A - 変倍レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】 光学フィルタを入れるスペースを確保しつつ広角端におけるレンズ全長が短い変倍レンズを提供する。
【解決手段】 本発明に係る変倍レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群L1、正の屈折力を有する第2レンズ群L2、正の屈折力を有する第3レンズ群L3を配置し、第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3のそれぞれにおいて、少なくとも1つのレンズの少なくとも1面を非球面に形成し、広角端におけるレンズ全長をLw、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに2<Lw/fw<3.5の関係をもって3つのレンズ群のうちの少なくとも2つのレンズ群を光軸方向へ移動する構成とした。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明に係る変倍レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群L1、正の屈折力を有する第2レンズ群L2、正の屈折力を有する第3レンズ群L3を配置し、第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3のそれぞれにおいて、少なくとも1つのレンズの少なくとも1面を非球面に形成し、広角端におけるレンズ全長をLw、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに2<Lw/fw<3.5の関係をもって3つのレンズ群のうちの少なくとも2つのレンズ群を光軸方向へ移動する構成とした。
【選択図】 図1
Description
本発明は、主としてCCDやCMOSタイプの固体撮像素子を備えた携帯電話や携帯情報端末等の小型カメラや薄型カメラ等に適用するに好適な変倍レンズに関する。
3群構成で複数枚のレンズにより撮影レンズを構成し、小型でありながら諸収差を補正した高解像度のレンズが開発されている。例えば、特許文献1−3にこの種の変倍レンズが開示されている。
しかしながら、上記特許文献1−3に開示される変倍レンズには、以下の課題がある。特許文献1−3の変倍レンズは、変倍領域で最長となる広角端におけるレンズ全長が10.5mmを超えており、携帯電話や携帯情報端末等に搭載される小型カメラや薄型カメラに採用する場合に、レンズ突出量が大きくなる問題を有している。
そこで本発明は、光学フィルタを入れるスペースを確保しつつ変倍領域でレンズ全長が最長となる広角端におけるレンズ全長を従来より短い変倍レンズを提供することを目的とする。
本発明に係る変倍レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群を配置してあり、第1レンズ群、第2レンズ群および第3レンズ群の3つのレンズ群のそれぞれにおいて、少なくとも1つのレンズの少なくとも1面を非球面に形成し、
広角端におけるレンズ全長をLw、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに条件式(1)の関係をもって変倍時に3つのレンズ群のうちの少なくとも2つのレンズ群を光軸方向へ移動する構成とした。
2<Lw/fw<3.5 -----(1)
広角端におけるレンズ全長をLw、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに条件式(1)の関係をもって変倍時に3つのレンズ群のうちの少なくとも2つのレンズ群を光軸方向へ移動する構成とした。
2<Lw/fw<3.5 -----(1)
条件式(1)は、広角端でのレンズ全系の焦点距離fwに対し、変倍領域で最長となる広角端でのレンズ全長Lwを2倍以上3.5倍以下に規定している。つまり、その比が3.5よりも大きくなると、レンズ全長が長くなりすぎ、レンズ突出量が多くなってしまう。他方、比が2より小さくなると、第1レンズ群および第2レンズ群に強い屈折力が求められ、その結果として収差補正が困難となる。
また、条件式(1)の関係をもって変倍時に少なくとも第1レンズ群と第2レンズ群が光軸方向へ移動する構成であり、第1レンズ群の焦点距離をf1、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに条件式(2)を満足することが好ましい。
2.5<|f1|/fw<3.5 -----(2)
2.5<|f1|/fw<3.5 -----(2)
条件式(2)はバックフォーカスの長さに関与するとともに、第2レンズ群および第3レンズ群の屈折力の範囲の規制とも相関している。その比が3.5より大きくなるとバックフォーカスが短くなりすぎ、レンズと固体撮像素子との間に光学フィルタ等を入れるスペースが無くなってしまう。このために固体撮像素子に撮像に関係の無い有害光が入ってしまう恐れがある。更には第2レンズ群と第3レンズ群に強い屈折力が求められ、収差補正が困難となる。他方、その比が2.5より小さくなるとバックフォーカスが長くなりすぎレンズ全長が長くなる。このため、レンズ突出量が多くなってしまう。
また、条件式(1)の関係をもって変倍時に少なくとも第2レンズ群と第3レンズ群が光軸方向へ移動する構成であり、第2レンズ群の焦点距離をf2、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに条件式(3)を満足することが好ましい。
0.5<f2/fw<0.95 -----(3)
0.5<f2/fw<0.95 -----(3)
条件式(3)は第2レンズ群の移動量をより小さく、かつ変倍レンズの屈折力分配を偏らせないための条件である。その比が0.95より大きいとレンズの移動量が多くなり、その分レンズ全長が長くなる。そのため、レンズ突出量が多くなってしまう。他方、その比が0.5より小さくなると変倍レンズの屈折力分配に偏りが生じる。すなわち、第2レンズ群の屈折力が強くなりペッツバル和が大きくなることにより非点収差が大きくなってしまう。このため、画質が劣化してしまう。
また、条件式(1)の関係をもって変倍時に3つのレンズ群のうちの少なくとも2つのレンズ群が移動するとき、第3レンズ群の焦点距離をf3、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに条件式(4)を満足するのが好ましい。
1.5<f3/fw<3.5 -----(4)
1.5<f3/fw<3.5 -----(4)
条件式(4)は像面への入射角の大きさに関連し、その比が3.5より大きいと画面周辺部の入射角が大きくなり画面周辺照度が低くなり画質が劣化する。他方、その比が1.5より小さいとバックフォーカスが短くなり光学フィルタ等を入れるスペースが無くなり、固体撮像素子に撮像に関係の無い有害光が入ってしまう恐れがある。このため、画質が劣化してしまう。
以上説明したように、本発明によれば、光学フィルタを設けるスペースを確保しつつ変倍領域で最長となる広角端でのレンズ全長を短い変倍レンズとすることができる。
次に本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る変倍レンズは、図1〜図4に示されるように、図の左側を物体側とするとき、物体側から順に光軸Oに沿って、両凹レンズの負の屈折力をもつ第1レンズ群L1と、両凸レンズと両凹レンズが組み合わさった正の屈折力をもつ第2レンズ群L2と両凸レンズの正の屈折力をもつ第3レンズ群L3とローパスフィルタやIRカットフィルタ等の平面ガラス製の光学フィルタ5と不図示の固体撮像素子とが配列される。なお、光学フィルタ5はベアチップの固体撮像素子の保護ガラスとしても機能している。第1、第2および第3レンズ群L1,L2,L3のレンズ面は全て非球面で形成されている。また、第1レンズ群L1はレンズ1の1枚、第2レンズ群L2は両凸レンズのレンズ2と両凹レンズのレンズ3との2枚、第3レンズ群L3はレンズ4の1枚で構成されている。第2レンズ群L2が2枚の構成になっているのは、色収差補正を行うためである。また、第1レンズ群L1のレンズ1と第3レンズ群L3のレンズ4とはプラスチックレンズを採用して低コスト化を図っている。
図中において、r1は第1レンズ群L1であるレンズ1の物体側の面の光軸O付近の曲率半径、r2はレンズ1の像側の面の光軸O付近の曲率半径、r3は第2レンズ群L2のうちの1つであるレンズ2の物体側の面の光軸O付近の曲率半径、r4はレンズ2の像側の面の光軸O付近の曲率半径、r5は第2レンズ群L2うちの1つであるレンズ3の物体側の面の光軸O付近の曲率半径、r6はレンズ3の像側の面の光軸O付近の曲率半径、r7は第3レンズ群L3であるレンズ4の物体側の面の光軸O付近の曲率半径、r8はレンズ4の像側の面の光軸O付近の曲率半径を示す。d1はレンズ1の光軸O上の芯厚、d2はレンズ1とレンズ2との光軸O上の間隔、d3はレンズ2の光軸O上の芯厚、d4はレンズ2とレンズ3との光軸O上の間隔、d5はレンズ3の光軸O上の芯厚、d6はレンズ3とレンズ4との光軸O上の間隔、d7はレンズ4の光軸O上の芯厚、d8はレンズと光学フィルタ5との間隔、d9は光学フィルタ5の厚さ、d10は光学フィルタ5と固体撮像素子の結像面Mとの間隔を示す。なお、これらの距離は光軸O上に沿った長さである。
このような構成で、広角端でのレンズ全系の焦点距離fwに対し、第1レンズ群L1の物体側の面から結像面Mまでのレンズ全長が変倍領域で最長となる広角端でのレンズ全長Lwを2倍以上3倍以下となる条件式(1)の関係をもって変倍時に3つのレンズ群のうちの少なくとも2つのレンズ群を光軸方向に移動可能な変倍レンズとする。この変倍レンズを採用することでレンズ突出量が少ない撮像装置を提供することができる。
2<Lw/fw<3.5 -----(1)
2<Lw/fw<3.5 -----(1)
つまり、その比が3.5よりも大きくなると、レンズ全長が長くなりすぎ、携帯電話や携帯情報端末等の小型カメラや薄型カメラに採用するとレンズ突出量が多くなる問題がある。他方、比が2より小さくなると、第1レンズ群L1および第2レンズ群L2の屈折力が強くなり、収差補正が困難となる。このように条件式(1)を満たすようにするとレンズ突出量が少なくて画質のよい変倍レンズとすることができる。
また、条件式(1)の関係をもって変倍時に少なくとも第1レンズ群L1と第2レンズ群L2が光軸方向へ移動する構成であり、第1レンズ群L1の焦点距離をf1、広角端におけるレンズ全長の焦点距離をfwで表すときに条件式(2)を満足することが好ましい。
2.5<|f1|/fw<3.5 -----(2)
2.5<|f1|/fw<3.5 -----(2)
つまり、その比が3.5より大きくなるとバックフォーカスが短くなりすぎ、レンズ4と固体撮像素子との間に光学フィルタ5を入れるスペースが無くなってしまう。光学フィルタ5が入れられないと固体撮像素子に撮像に関係のない有害光が入ってしまう恐れがある。更には第2レンズ群L2と第3レンズ群L3との収差補正が困難となる。他方、その比が2.5より小さくなるとバックフォーカスが長くなりすぎレンズ突出量が多くなる問題がある。このように、条件式(2)を満たすようにすると光学フィルタを設けるスペースを確保しつつもレンズ突出量が少ない変倍レンズとすることができる。
また、条件式(1)の関係をもって変倍時に少なくとも第2レンズ群L2と第3レンズ群L3が光軸方向に移動する構成であり、第2レンズ群L2の焦点距離をf2、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに条件式(3)を満足することが好ましい。
0.5<f2/fw<0.95 -----(3)
0.5<f2/fw<0.95 -----(3)
つまり、その比が0.95より大きいと変倍時におけるレンズの移動量が多くなり、その分レンズ全長が長くなる。そのため、携帯電話等の小型カメラや薄型カメラに採用する場合にレンズ突出量が多くなる問題がある。他方、その比が0.5より小さくなると変倍レンズの屈折力配分に偏りが生じ、第2レンズ群L2の屈折力が強くなりペッツバル和が大きくなることにより非点収差が大きくなってしまう。このため、光学性能が得られなくなってしまう。これにより、条件式(3)を満たすようにするとレンズ突出量が少ないうえに画質がよくなり好ましい。
また、条件式(1)の関係をもって変倍時に3つのレンズ群のうちの少なくとも2つのレンズ群を移動する構成であり、第3レンズ群L3の焦点距離をf3、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに条件式(4)を満足するのが好ましい。
1.5<f3/fw<3.5 -----(4)
1.5<f3/fw<3.5 -----(4)
つまり、その比が3.5より大きいと画面周辺部の入射角が大きくなり画面周辺照度が低くなり画質が劣化する。他方、その比が1.5より小さいとバックフォーカスが短くなり光学フィルタ等を入れるスペースが無くなり、固体撮像素子に撮像に関係の無い有害光が入ってしまう恐れがある。これにより、条件式(4)を満たすようにすると光学フィルタを設けるスペースを確保しつつも画質がよくなり好ましい。
次に本発明の実施例の詳細について説明する。各実施例において、fはレンズ全系の焦点距離、dはレンズとレンズとの間隔あるいはレンズの芯厚、ndは各レンズのd線(587.6nm)に対する屈折率、νdは各レンズのアッベ数である。また、レンズ各面(r1〜r8)は非球面で構成されており、光軸方向の変位量をX、光軸に垂直な方向の高さをY、近軸曲率をC、円錐定数をK、i次数がiのYの係数をAiとしたとき、非球面の形状は式(5)で表される。なお、Yの項は8次までとしており、奇数次のYの項の係数Aiは全て0である。
X=C・Y2/[1+{1−(1+K)・C2・Y}1/2]+ΣAi・Yi -----(5)
X=C・Y2/[1+{1−(1+K)・C2・Y}1/2]+ΣAi・Yi -----(5)
実施例1による変倍レンズは、図1に示す断面構成を有する。図1(a)は焦点距離f=3.54のレンズ位置を、図1(b)は焦点距離f=4.90のレンズ位置を、図1(c)は焦点距離f=6.40のレンズ位置を示している。実施例1では、変倍するときに第1レンズ群L1と第2レンズ群L2とが光軸方向に移動している。第1レンズ群L1〜第3レンズ群L3のレンズデータは図5に示す通りであり、図5の表中左端の1〜10の番号はr1〜r10やd1〜d10の番号に相当している。左端番号1の屈折率ndはレンズ1の屈折率で、左端番号3のndはレンズ2の屈折率である。同様に左端番号5,7はそれぞれレンズ3,4の屈折率に対応している。左端番号1のアッベ数νdはレンズ1のアッベ数で同様に左端番号3,5,7はそれぞれレンズ2,3,4のアッベ数に対応している。A2,A4,A6,A8は非球面のデータを現している。そして、光学フィルタ5の厚さは0.5mmである。この実施例1では、広角端でのレンズ全長が約10.3mmとなっており従来の変倍レンズより突出量が少なくてすむ。
図9乃至図11は、実施例1による諸収差を示し、図9は焦点距離f=3.45の非点収差、球面収差および歪曲収差を示す。図10は焦点距離f=4.90の非点収差、球面収差および歪曲収差を示す。図11は焦点距離f=6.40の非点収差、球面収差および歪曲収差を示す。各図において、非点収差は、タンジェンシャル像面の収差とサジタル像面の収差である。球面収差はd線、F線、C線に対する収差である。歪曲収差はd線に対するものである。なお、以下の実施例2−4においても同様である。
実施例2の変倍レンズの断面構成を図2に示す。図2(a)は焦点距離f=3.40のレンズ位置を、図2(b)は焦点距離f=4.70のレンズ位置を、図2(c)は焦点距離f=6.39のレンズ位置を示している。実施例2では、実施例1と同様に変倍するときに第1レンズ群L1と第2レンズ群L2とが光軸方向に移動している。また、実施例2のレンズデータを図6に示している。実施例1と同様に、図6の表中左端の1〜10の番号はr1〜r10やd1〜d10の番号に相当している。左端番号1の屈折率ndはレンズ1の屈折率で、左端番号3の屈折率ndはレンズ2の屈折率である。同様に左端番号5,7はそれぞれレンズ3,4の屈折率に対応している。左端番号1のアッベ数νdはレンズ1のアッベ数で同様に左端番号3,5,7はそれぞれレンズ2,3,4のアッベ数に対応している。A2,A4,A6,A8は非球面のデータを現している。そして、光学フィルタ5の厚さは0.5mmである。この実施例2では、広角端でレンズ全長が約10.0mmとなっており従来の変倍レンズよりレンズ突出量が少なくてすむ。そして、図12〜図14で実施例2による諸収差を示している。焦点距離f=3.40の諸収差を図12に示し、焦点距離f=4.70の諸収差を図13に示し、焦点距離f=6.39の諸収差を図14に示す。
実施例3の変倍レンズの断面構成を図3に示す。図3(a)は焦点距離f=3.40のレンズ位置を、図3(b)は焦点距離f=4.90のレンズ位置を、図3(c)は焦点距離f=6.40のレンズ位置を示している。実施例3では、実施例1,2とは違い変倍するときに第2レンズ群L2と第3レンズ群L3とが光軸方向に移動している。また、実施例3のレンズデータを図7に示している。実施例1と同様に、図7の表中左端の1〜10の番号はr1〜r10やd1〜d10の番号に相当している。左端番号1の屈折率ndはレンズ1の屈折率で、左端番号3の屈折率ndはレンズ2の屈折率である。同様に左端番号5,7はそれぞれレンズ3,4の屈折率に対応している。左端番号1のアッベ数νdはレンズ1のアッベ数で同様に左端番号3,5,7はそれぞれレンズ2,3,4のアッベ数に対応している。A2,A4,A6,A8は非球面のデータを現している。そして、光学フィルタ5の厚さは0.5mmである。この実施例3では、広角端でレンズ全長が約8.8mmとなっており従来の変倍レンズよりレンズ突出量が少なくてすむ。そして、図15〜図17で実施例3による諸収差を示している。焦点距離f=3.40の諸収差を図15に示し、焦点距離f=4.70の諸収差を図16に示し、焦点距離f=6.40の諸収差を図17に示す。
実施例4の変倍レンズの断面構成を図4に示す。図4(a)は焦点距離f=3.42のレンズ位置を、図4(b)は焦点距離f=4.72のレンズ位置を、図4(c)は焦点距離f=6.38のレンズ位置を示している。実施例4では、実施例3と同様に変倍するときに第2レンズ群L2と第3レンズ群L3とが光軸方向に移動している。また、実施例4のレンズデータを図8に示している。実施例1と同様に、図8の表中左端の1〜10の番号はr1〜r10やd1〜d10の番号に相当している。左端番号1の屈折率ndはレンズ1の屈折率で、左端番号3の屈折率ndはレンズ2の屈折率である。同様に左端番号5,7はそれぞれレンズ3,4の屈折率に対応している。左端番号1のアッベ数νdはレンズ1のアッベ数で同様に左端番号3,5,7はそれぞれレンズ2,3,4のアッベ数に対応している。A2,A4,A6,A8は非球面のデータを現している。そして、光学フィルタ5の厚さは0.5mmである。この実施例4では、広角端でレンズ全長が約8.4mmとなっており従来の変倍レンズよりレンズ突出量が少なくてすむ。そして、図18〜図20で実施例4による諸収差を示している。焦点距離f=3.42の諸収差を図18に示し、焦点距離f=4.72の諸収差を図19に示し、焦点距離f=6.38の諸収差を図20に示す。
本発明の各実施例の変倍レンズは、光学フィルタを設けるスペースは確保されつつ、従来に比べて、変倍領域で最長となる広角端でのレンズ全長が短い変倍レンズとなっている。そして、この変倍レンズを採用することによりレンズ突出量の少ない撮像装置にすることができる。また、第1レンズ群と第3レンズ群とがプラスチックレンズを採用しているため低コストの撮像装置を提供することができる。
なお、変倍レンズは、3つのレンズ群(L1,L2,L3)を有し、そのうちの少なくとも2つのレンズ群を変倍のために移動する構成であればよい。すなわち、第1および第2の2つのレンズ群L1,L2を変倍のために移動してもよい。そのときの焦点調節は、第3レンズ群L3を移動させてもよいし、2つのレンズ群L1,L2の相対距離を変えずにその2つのレンズ群L1,L2を移動させてもよい。また、第2および第3のレンズ群L2,L3を変倍のために移動してもよい。そのときの焦点調節は、第1レンズ群L1を移動させてもよいし、2つのレンズ群L2,L3の相対距離を変えずにその2つのレンズ群L2,L3を移動させてもよい。また、3つのレンズ群L1,L2,L3を変倍のために移動してもよい。そのときの焦点調節は、各レンズ群L1,L2,L3の相対距離を変えずにその3つのレンズ群L1,L2,L3を移動することになる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば本実施の形態では、全てのレンズ1〜4のそれぞれ2面とも非球面形状としているが、これに限らず、3つのレンズ群のそれぞれにおいて、少なくとも1つのレンズの少なくとも1面が非球面形状となっていればよい。また、第1レンズ群L1を1枚、第2レンズ群L2を2枚、第3レンズ群L3を1枚の構成としたが、各群のレンズ枚数はこれに限らず適宜な枚数でよい。また、第1レンズ群L1と第3レンズ群L3を変倍のために移動可能としてもよい。
L1 第1レンズ群
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
r1〜r8 各レンズの光軸付近の曲率半径
d1 第1レンズ群の光軸上の芯厚
d2 第1レンズ群と第2レンズ群の光軸上の間隔
d3 第2レンズ群の内の1つのレンズの光軸上の芯厚
d4 第2レンズ群の1つレンズと他のレンズとの光軸上の間隔
d5 第2レンズ群の内の他のレンズの光軸上の芯厚
d6 第2レンズ群と第3レンズ群の光軸上の間隔
d7 第3レンズ群の光軸上の芯厚
d8 第3レンズ群と光学フィルタとの光軸上の間隔
d9 光学フィルタの厚さ
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
r1〜r8 各レンズの光軸付近の曲率半径
d1 第1レンズ群の光軸上の芯厚
d2 第1レンズ群と第2レンズ群の光軸上の間隔
d3 第2レンズ群の内の1つのレンズの光軸上の芯厚
d4 第2レンズ群の1つレンズと他のレンズとの光軸上の間隔
d5 第2レンズ群の内の他のレンズの光軸上の芯厚
d6 第2レンズ群と第3レンズ群の光軸上の間隔
d7 第3レンズ群の光軸上の芯厚
d8 第3レンズ群と光学フィルタとの光軸上の間隔
d9 光学フィルタの厚さ
Claims (4)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群を配置してあり、
前記第1レンズ群、前記第2レンズ群および前記第3レンズ群の前記3つのレンズ群のそれぞれにおいて、少なくとも1つのレンズの少なくとも1面を非球面に形成し、
広角端におけるレンズ全長をLw、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに2<Lw/fw<3.5の関係をもって変倍時に前記3つのレンズ群のうちの少なくとも2つのレンズ群を光軸方向へ移動する構成とした
ことを特徴とする変倍レンズ。 - 請求項1において、変倍時に少なくとも前記第1レンズ群および前記第2レンズ群が光軸方向へ移動する構成であり、前記第1レンズ群の焦点距離をf1、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに2.5<|f1|/fw<3.5の関係を満たすことを特徴とする変倍レンズ。
- 請求項1において、変倍時に少なくとも前記第2レンズ群および前記第3レンズ群が光軸方向へ移動する構成であり、前記第2レンズ群の焦点距離をf2、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに0.5<f2/fw<0.95の関係を満たすことを特徴とする変倍レンズ。
- 請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記第3レンズ群の焦点距離をf3、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をfwで表すときに1.5<f3/fw<3.5の関係を満たすことを特徴とする変倍レンズ。
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