JP4515728B2

JP4515728B2 - 結像レンズおよび携帯可能な電子機器

Info

Publication number: JP4515728B2
Application number: JP2003285121A
Authority: JP
Inventors: 義次河野; 健雄新井
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd; Sony Corp
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd; Sony Corp
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: JP2005055600A

Description

この発明は「結像レンズ」および「携帯可能な電子機器」に関する。
この発明の携帯可能な電子機器は、デジタルカメラやノート型コンピュータ、携帯電話等として実施できる。

ＣＣＤやＣＭＯＳといった撮像素子が小型化され、ノート型コンピュータや携帯電話等の「携帯可能な電子機器」が撮影機能を持つことが一般化されている。近来、このような携帯可能な電子機器における撮像機能も、撮像素子の画素ピッチの微細化による高画素数化が進み、画質の向上が図られている。

このような状況のもとで、携帯可能な電子機器に搭載される結像レンズも、高性能なものが求められ、従来の１枚構成のものから複数枚構成のものが提案されつつある（特許文献１〜４）。

特許文献１〜３に記載された結像レンズは、性能的には良好であるがレンズ構成枚数が４枚と多く、コンパクト性、コスト面で問題無しとしない。

特許文献４記載の結像レンズは、２枚構成でありコンパクト性やコスト面で有利であるが、歪曲収差が２〜１０％もあり、性能的に必ずしも十分と言えない。

特開２００２−３６５５２９

特開２００２−３６５５３０特開２００２−３６５５３１特開２００３−７５７１９

この発明は、Ｆナンバ：３．５程度と明るく、半画角：３０度以上と広画角で、非点収差：０．０８ｍｍ程度、歪曲収差：±０．３％程度で、画素ピッチ：５μｍ以下の撮像素子に好適に使用可能な、高性能で小型軽量な３枚構成の結像レンズの実現を課題とする。

この発明の結像レンズは、図１に例示するように、大きな共役側（図の左方）から順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３を配してなる。
即ち、結像関係において物体距離・像距離のうち、大なるほうが「大きい共役側」、小なるほうが「小さい共役側」である。

第１レンズＬ１は、大きな共役側の面が凸面の正レンズ、第２レンズＬ２は、小さな共役側（図の右方）に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、第３レンズＬ３は、大きな共役側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである。

請求項１記載の結像レンズの、第３レンズＬ３の「小さな共役側の面（図の右側の面）」は非球面であり、この非球面の形状を図１に示す如く「光軸近傍においては小さな共役側に凹で、軸外において、小さな共役側に凸の形状」とする。

請求項１記載の結像レンズは、第１レンズＬ１の大きな共役側の面から全系の後側主点位置までの光軸上の距離：ＤＨ、第１レンズＬ１の大きな共役側の面から第３レンズＬ３の小さな共役側の面までの光軸上の距離：ＯＡＬ（レンズ全長）が、条件：
（１）０．２＜ＤＨ／ＯＡＬ＜０．４
を満足する。

請求項１記載の結像レンズは、第２レンズＬ２の材質のアッベ数：ν２が、条件：
（２） ν２＜４０
を満足することが好ましい（請求項２）。

請求項１または２記載の結像レンズは、第１レンズＬ１の材質のアッベ数：ν１が、条件：
（３） ν１＞５５
を満足することが好ましい（請求項３）。

請求項１〜３の任意の１に記載の結像レンズは何れも、第１レンズＬ１の、大きな共役側の面
の曲率半径：Ｒ１、小さな共役側の面の曲率半径：Ｒ２が、条件：
（４）０＜Ｒ１／｜Ｒ２｜＜０．３
を満足する（請求項１）。

請求項１〜３の任意の１に記載の結像レンズは、図１に示されたように、第１レンズＬ
１の大きな共役側に「絞り」を有することが好ましい（請求項４）。

請求項１〜４の任意の１に記載の結像レンズは、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とを
プラスチック材料で形成することが好ましい（請求項５）。

この発明の電子機器は、上記請求項１〜５の任意の１に記載の結像レンズを搭載した携
帯可能な電子機器（請求項６）である。

従来から「実使用上、十分な画質を実現できる最小構成枚数のレンズ」として、３枚構成のトリプレット型が知られている。この発明の結像レンズは、トリプレット型レンズを発展させたものである。

従って、この発明の結像レンズもトリプレット型の屈折力配分である「正・負・正」の屈折力配分を有する。

第１レンズＬ１の大きな共役側の面を「凸面」とすることにより、軸上・軸外の光束に対する適度な収束力を与え、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３により補正することにより、全系として良好な収差補正を実現している。

「典型的なトリプレット型レンズ」では、第２レンズの小さい共役側の面は凹面であり、このために軸外光線の「過剰な跳ね上げ」を生じやすいが、この発明の結像レンズでは、第２レンズＬ２において「小さな共役側の面を凸面とする」ことにより、上記軸外光束の過剰な跳ね上げを解消し、全系としての非点収差の幅を小さくすることを可能としている。

さらに、第３レンズＬ３を「大きな共役側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ」とすることにより、軸上光線に対して入射角が小さくなるような状態、即ちコンセントリックな状態を作り出し、非球面化によっても困難な軸上光の収差の増大を抑えている。

請求項１記載の結像レンズでは、第３レンズＬ３の「小さな共役側の面」を非球面とし、この非球面の形状を「光軸近傍においては小さな共役側に凹で、軸外において、小さな共役側に凸の形状」としているが、光軸近傍では、上記の如くレンズ形状を「大きな共役側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ」とすることにより上記の如く軸上光の収差を抑え、軸外では「小さな共役側に凸の形状」とすることにより、軸外光束の撮像素子への入射角が大きくなるのを防ぐことができる。

周知の如く、カラー画像を撮像するためには、撮像素子の手前に３〜４種のカラーフィルタが用いられ、撮像素子への入射角が大きくなると、混色の原因となったり感度の低下を招来したりしやすいが、請求項１記載の結像レンズでは、上記の如く「軸外光束の撮像素子への入射角が大きくなるのを防ぐ」ことができるので、このような混色や感度低下の問題を有効に回避できる。

条件（１）は、高い結像性能とコンパクト性を両立させやすくする条件であり、上限を超えると、後側主点が撮像素子に近くなり、レンズ全長としては長くなってコンパクト性が損なわれる。条件（１）の下限を超えると、後側主点が第１レンズの大きな共役側の面に寄り、レンズタイプとして「テレフォトタイプ」に近くなり「広画角化」が困難になる。

また、条件（２）を満足することにより、軸上色収差・軸外色収差とも良好に補正することができる。

第１レンズＬ１では近軸光線高が他のレンズにおけるよりも際立って高いので、第１レンズで大きな色収差が発生すると、他のレンズによる補正が困難であるが、条件（３）を満足することにより第１レンズにおける過剰な色収差の発生を回避できる。

条件（４）は第１レンズＬ１において発生する球面収差を小さく抑える条件である。条件（４）の範囲内では、軸上光線の入射角が「大きな共役側もしくは小さな共役側で極端に大きくなる」ことが無く、この部分で発生する球面収差を他のレンズで補正するのが容易である。

請求項４記載の結像レンズのように、第１レンズＬ１の大きな共役側に「絞り」を配す
ることにより、短い全長で、広角でありながら、撮像素子への軸外光束の入射角が大きく
なる」のを有効に回避できる。

低分散材料が必要となる第１レンズＬ１以外の、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とを
プラスチック材料で形成することにより（請求項５）、これらを成形で製造することによ
り結像レンズを低コストで実現できる。

上記請求項１〜５の任意の１に記載の結像レンズを搭載することにより、携帯可能な電
子機器（請求項６）を低コスト・コンパクトに実現でき、さらに撮像機能の高性能も実現
できる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を、具体的な実施例により示す。

各実施例において、大きな共役側（被写体側）から数えて第ｉ番目の面（レンズ面及び絞りの面、撮像素子のカバーガラス（ＣＧと略記する）の面を含む。）の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）をＲｉ（ｉ＝１〜９）、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の光軸上の面間隔をＤｉ（ｉ＝８）、大きな共役側から数えて第ｊ番目のレンズの材質の屈折率およびアッベ数をそれぞれ、Ｎｊ、νｊ（ｊ＝１〜３）で表す。

また、Ｄ０は「被写体から絞りに至る距離」、ＩＭＧは「撮像素子の撮像面」を表す。ｆは焦点距離、ＦＮｏ．はＦナンバ、ωは半画角を表す。
非球面については、Ｘを高軸方向の座標、ｈを光軸直交方向の座標、Ｒｉを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・を高次の非球面係数として、周知の非球面式：
Ｘ＝（ｈ²／Ｒｉ）／［１＋√{１−(Ｋ＋１)(ｈ/Ｒｉ)²}］
＋Ａ・ｈ⁴＋Ｂ・ｈ^６＋Ｃ・ｈ^８＋Ｄ・ｈ¹⁰＋・・
を用い、近軸曲率半径：Ｒｉ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・を与えて形状を特定する。

なお、計算波長は５４６ｎｍ（緑色）である。また、長さの次元を持つ量の単位はｍｍである。

ｆ＝５．６９ｍｍ、ＦＮｏ．＝３．５０、ω＝３１．６度
ｉＲｉＤｉｊＮｊ νｊ
０ 3000.000
１（絞り） ∞ 0.100
２ 2.902 1.151 １ 1.61800 63.4
３ 32.666 1.091
４（＊） -1.241 0.700 ２ 1.58400 30.8
５（＊） -2.303 0.194
６（＊） 2.427 2.163 ３ 1.49154 57.8
７（＊） 6.003 0.400
８ＣＧ ∞ 0.300 1.51680 64.2
９ＣＧ ∞ 1.494
IMG ∞ 。

非球面（＊印の面）
第４面
Ｋ＝-4.221684
Ａ＝-0.701107Ｅ-1、Ｂ＝ 0.101890Ｅ-0、Ｃ＝-0.488205Ｅ-1、
Ｄ＝ 0.814040Ｅ-2
第５面
Ｋ＝-2.346354
Ａ＝-0.335122Ｅ-2、Ｂ＝ 0.428246Ｅ-1、Ｃ＝-0.131082Ｅ-1、
Ｄ＝ 0.132552Ｅ-2
第６面
Ｋ＝-14.471332
Ａ＝ 0.855285Ｅ-2、Ｂ＝-0.150066Ｅ-2、Ｃ＝ 0.187204Ｅ-3、
Ｄ＝-0.106925Ｅ-4
第７面
Ｋ＝-64.199428
Ａ＝-0.920187Ｅ-3、Ｂ＝-0.139255Ｅ-2、Ｃ＝ 0.212138Ｅ-3、
Ｄ＝-0.106555Ｅ-4 。

上の表記において、例えば「-0.106555Ｅ-4」は「-0.106555×10^-4」を意味する。以下においても同様である。

条件の各パラメータの値
（１）ＤＨ／ＯＡＬ＝０.３２
（２） ν２＝３０.８
（３） ν１＝６３.４
（４）Ｒ１／｜Ｒ２｜＝０.０８９
図１に、実施例１の結像レンズのレンズ構成を示す。また、図２に実施例１の縦収差図、図３に実施例１の横収差図を示す。

ｆ＝５．６９ｍｍ、ＦＮｏ．＝３．５０、ω＝３１．６度
ｉＲｉＤｉｊＮｊ νｊ
０ ∞ 3000.000
１（絞り） ∞ 0.145
２ 2.429 1.240 １ 1.48749 70.4
３ -617.468 1.099
４（＊） -1.035 0.700 ２ 1.58400 30.8
５（＊） -1.910 0.100
６（＊） 2.176 2.115 ３ 1.49154 57.8
７（＊） 4.664 0.400
８ＣＧ ∞ 0.300 1.51680 64.2
９ＣＧ ∞ 1.485
IMG ∞ 。

非球面（＊印の面）
第４面
Ｋ＝-3.505424
Ａ＝-0.896453Ｅ-1、Ｂ＝ 0.109239Ｅ-0、Ｃ＝-0.505875Ｅ-1、
Ｄ＝ 0.819214Ｅ-2
第５面
Ｋ＝-1.743541
Ａ＝-0.410551Ｅ-2、Ｂ＝ 0.428383Ｅ-1、Ｃ＝-0.130681Ｅ-1、
Ｄ＝ 0.139382Ｅ-2
第６面
Ｋ＝-13.340555
Ａ＝ 0.703900Ｅ-2、Ｂ＝-0.124836Ｅ-2、Ｃ＝ 0.155977Ｅ-3、
Ｄ＝-0.100085Ｅ-4
第７面
Ｋ＝-38.350089
Ａ＝-0.299223Ｅ-2、Ｂ＝-0.769406Ｅ-3、Ｃ＝ 0.138697Ｅ-3、
Ｄ＝-0.828460Ｅ-5 。

条件の各パラメータの値
（１）ＤＨ／ＯＡＬ＝０.３１
（２） ν２＝３０.８
（３） ν１＝７０.４
（４）Ｒ１／｜Ｒ２｜＝０.００４
図４に、実施例２の結像レンズのレンズ構成を示す。図５に実施例２の縦収差図、図６に実施例２の横収差図を示す。

各収差図において、Ｇは波長：５４６ｎｍでの収差、Ｒは波長６２０ｎｍでの収差、Ｂは波長：４５０ｎｍでの収差を示し、Ｓは波長：５４６ｎｍでのサジタル像面、Ｔは波長：５４６ｎｍでのタンジェンシャル像面を示す。

即ち、上に示した実施例１、実施例２の結像レンズは、大きな共役側から順に、第１〜第３レンズを配してなり、第１レンズは、大きな共役側の面が凸面の正レンズ、第２レンズは、小さな共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、第３レンズは、大きな共役側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである（請求項１）。

また、第３レンズの小さな共役側の面（第７面）が非球面であり、この非球面が、光軸近傍においては小さな共役側に凹で、軸外において、小さな共役側に凸の形状であり、第１レンズの大きな共役側の面から全系の後側主点位置までの光軸上の距離：ＤＨ、第１レンズの大きな共役側の面から第３レンズの小さな共役側の面までの光軸上の距離：ＯＡＬが、条件：
（１）０．２＜ＤＨ／ＯＡＬ＜０．４
を満足する。

さらに、第２レンズの材質のアッベ数：ν２は、
条件：
（２） ν２＜４０
を満足し、第１レンズの材質のアッベ数：ν１は、条件：
（３） ν１＞５６
を満足する（請求項３）。

第１レンズの、大きな共役側の面の曲率半径：Ｒ１、小さな共役側の面の曲率半径：Ｒ２は、条件：
（４）０＜Ｒ１／｜Ｒ２｜＜０．３
を満足し、第１レンズの大きな共役側に「絞り」を有する。そして、第２レンズと第３レンズとがプラスチック材料で形成されている。

上に示した実施例の結像レンズは、携帯電話に搭載するためのものであり、撮像素子と共に携帯電話に搭載することにより、請求項７記載の携帯可能な電子機器として実施できる。

実施例１の結像レンズの構成を、絞りおよび撮像素子とともに示す図である。実施例１の縦収差図である。実施例１の横収差図である。実施例２の結像レンズの構成を、絞りおよび撮像素子とともに示す図である。実施例２の縦収差図である。実施例２の横収差図である。

符号の説明

Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３第３レンズ

Claims

大きな共役側から順に、第１〜第３レンズを配してなり、
第１レンズは、大きな共役側の面が凸面の正レンズ、
第２レンズは、小さな共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、
第３レンズは、大きな共役側に凸面を向けた正のメニスカスレンズであり、
上記第３レンズの小さな共役側の面が非球面で、この非球面が、光軸近傍においては小さな共役側に凹で、軸外において、小さな共役側に凸の形状であって、
上記第１レンズの大きな共役側の面から全系の後側主点位置までの光軸上の距離：ＤＨ、第１レンズの大きな共役側の面から第３レンズの小さな共役側の面までの光軸上の距離：ＯＡＬが、条件：
（１）０．２＜ＤＨ／ＯＡＬ＜０．４
を満足し、且つ、
第１レンズの、大きな共役側の面の曲率半径：Ｒ１、小さな共役側の面の曲率半径：Ｒ
２が、条件：
（４）０＜Ｒ１／｜Ｒ２｜＜０．３
を満足することを特徴とする結像レンズ。
請求項１に記載の結像レンズにおいて、
第２レンズの材質のアッベ数：ν２が、条件：
（２） ν２＜４０
を満足することを特徴とする結像レンズ。
請求項１または２記載の結像レンズにおいて、
第１レンズの材質のアッベ数：ν１が、条件：
（３） ν１＞５５
を満足することを特徴とする結像レンズ。
請求項１〜３の任意の１に記載の結像レンズにおいて、
第１レンズの大きな共役側に絞りを有することを特徴とする結像レンズ。
請求項１〜４の任意の１に記載の結像レンズにおいて、
第２レンズと第３レンズとがプラスチック材料で形成されることを特徴とする結像レン
ズ。
請求項１〜５の任意の１に記載の結像レンズを搭載した携帯可能な電子機器。