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WO2004010196A1 - レンズ装置 - Google Patents

レンズ装置 Download PDF

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WO2004010196A1
WO2004010196A1 PCT/JP2003/009016 JP0309016W WO2004010196A1 WO 2004010196 A1 WO2004010196 A1 WO 2004010196A1 JP 0309016 W JP0309016 W JP 0309016W WO 2004010196 A1 WO2004010196 A1 WO 2004010196A1
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WO
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lens
plane
abbe number
convex
facing
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PCT/JP2003/009016
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English (en)
French (fr)
Inventor
Junichi Nio
Hisatsugu Yoshida
Shuji Ogino
Original Assignee
Seiko Precision Inc.
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Filing date
Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Definitions

  • the present invention relates to a small, lightweight, and high-performance lens device that can be mounted on a portable computer, a mobile phone, and the like.
  • An object of the present invention is to solve the above problem by reducing the number of lenses to four or less, and changing the first lens from the first surface on the object side to the second lens on the imaging surface side of the fourth lens.
  • the distance to the surface is kept to 1.5 f or less, and the aberrations generated by the lens group in front of the position where the principal ray of the on-axis (light beam) and the most off-axis light beam intersect are corrected by the rear lens group.
  • the configuration is such that the exit pupil position can be kept longer by the fourth lens.
  • Correction of longitudinal chromatic aberration and lateral chromatic aberration can be kept optimal by setting the dispersion (Abbe number) of the third lens and the fourth lens within the range of the conditional expression.
  • FIG. 1 is a lens configuration diagram showing a first embodiment of the lens apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a lens aberration diagram according to the first example of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the lens device of the present invention includes, in order from the subject side, a first meniscus lens 1 made of glass and convex on the object side, and a rear surface made of glass on the image side.
  • a second lens 2 having a convex shape, a third lens 3 formed of a polycarbonate resin and having a concave surface facing the object side, and a fourth lens 4 having a convex surface formed on the image forming surface made of glass.
  • the first lens 1 and the fourth lens 4 both have an aspherical shape on the first surface on the object side and the second surface on the imaging surface side, and are configured to satisfy the following conditional expression.
  • v 3 is the Abbe number of the third lens
  • V 4 is the Abbe number of the fourth lens
  • Ymax is the maximum image height
  • f is the composite focal length
  • ⁇ d is the object side of the first lens. It shows the distance from a certain first surface to the second surface on the imaging surface side of the fourth lens.
  • the shape of the aspheric surface in Table 1 has the Z axis in the optical axis direction and the X axis in the direction perpendicular to the optical axis, the light traveling direction is positive, and E, a, b, c, and d are the aspheric surface coefficients. Then, it is expressed by the following equation.
  • n 1-4 are the refractive indices of the d-line of the first lens 1, the second lens 2, the third lens 3, and the fourth lens 4, and V 1-4 are the Abbe numbers.
  • An IR cut filter 5 as an optical filter is provided on the image forming surface 6 side of the fourth lens 4. Further, a CCD, which is an example of an imaging device, is provided on the image forming surface 6 side of the IR cut filter 5, and only the image forming surface 6 of the CCD is illustrated. In addition, between the first lens 1 and the second lens 2, a light beam regulating unit 7 is provided as an aperture.
  • the optical path diagram in the lens configuration of the present invention is such that the light flux principal ray having the maximum image height passes near the light flux restricting portion 7 disposed behind the first lens 1, and the front group ( In this embodiment, the first lens 1) and the rear group (the second lens 2 to the fourth lens 4 in this embodiment) cancel out aberrations.
  • the lens configuration of the present invention With the lens configuration of the present invention, a compact, lightweight, low-cost, wide-angle, compact imaging lens with an exit pupil sufficiently longer than the combined focal length and an angle of view of 50 degrees or more can be obtained.
  • the illuminance ratio at the maximum image height is about 50%
  • the resolution around the image (MTF) is 150 lines / mm, and a high-resolution lens device with 50% or more can be obtained.
  • FIG. 2 shows an aberration diagram of the first embodiment.
  • a spherical lens, astigmatism, and distortion are sufficiently small, and although not shown, a high-performance lens device having almost no chromatic aberration can be obtained.
  • the subject of the third lens 3 the operation of the negative lens concave on the side is important for aberration correction, and the second lens 2 is a light beam from the first lens 1. Is relayed to the third lens 3, and the aberration including the second lens 2 is absorbed by the concave surface of the third lens 3.
  • the correction of chromatic aberration in the lens configuration of the present invention works so that the third lens 3 and the fourth lens 4 cancel each other, and can be sufficiently corrected by satisfying V3 ⁇ V4.
  • Tables 2, 3, and 4 show the detailed specifications of Examples 2, 3, and 4. Although the respective lens configurations are the same as in Embodiment 1 and are not shown, aberration correction can be sufficiently performed, and a high-performance lens device with a resolution (MTF) of 150 lines / mm and 50% or more can be obtained.
  • MTF resolution
  • the second lens is formed of a cycloolefin resin
  • the third lens is formed of a polycarbonate resin
  • glass lenses are used as the first and fourth lenses. Table 3
  • the second lens is formed of a cycloolefin resin
  • the third lens is formed of a polycarbonate resin
  • the first lens and the fourth lens are glass. It uses a lens made of. Table 4
  • the third lens is formed of polycarbonate resin
  • the first lens, the second lens, and the fourth lens are glass lenses.
  • the first lens 1 and the fourth lens 4 both have an aspherical shape on the first surface on the subject side and the second surface on the imaging surface side, but the present invention is not limited to this. At least one surface of the first lens and the fourth lens may have an aspheric shape.
  • a small, lightweight, low-cost lens having four lenses, an angle of view of 50 ° or more, an illuminance ratio at the maximum image height of about 50%, and a high-resolution lens device around the image are provided. Can be obtained.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

　被写体側より順に、被写体側に凸のメニスカス状の第１レンズ１と、第１レンズ１の凹面に対向する第２レンズ２と、第２レンズ２に対向する凹面を有する負の第３レンズ３と、後面が凸で正の第４レンズ４とからなり、ν３を第３レンズ３のアッベ数、ν４を第４レンズ４のアッベ数、Ｙｍａｘを最大像高、ｆを合成焦点距離、Σｄを第１レンズ１の被写体側にある第１面から第４レンズ４の結像面側にある第２面までの間隔としたとき、（１）ν３＜ν４、（２）０．５＜Ｙｍａｘ／ｆ＜０．８、（３）Σｄ＜１．５ｆの条件を満足し、かつ第１レンズ１と第４レンズ４の少なくとも１面は非球面形状としたものである。

Description

明 細 書 レンズ装置 技術分野
本発明は、 携帯型のコンピュータや携帯電話などに搭載しうる小型軽量で高性 能なレンズ装置に関する。 背景技術
従来、 超コンパクトカメラや携帯電話などに搭載される小型軽量なレンズ装置 としては、 例えば特開平 4一 2 1 1 2 1 5号、 特開平 6 _ 8 8 9 3 9号等に示さ れるようなレンズ枚数が 1、 2枚構成のものがあるが、 画像の周辺部の性能の劣 化が大きく、 1 0 0万画素以上の高画素ィメージセンサ用のレンズ装置として満 足する画質は得られなかった。
1 0 0万画素〜 2 0 0万画素クラスの 1 Z4インチサイズイメージセンサ用の レンズ装置として満足する解像度を得るには、 一般に 5、 6枚のレンズ構成にす る必要があり、 小型軽量化することは困難であった。
また、 画角も 5 0度以上の広角領域では、 歪曲収差、 画像の周辺部のコマ収差 または色収差をネ 正することが極めて困難であった。 発明の開示
本発明のレンズ装置は、 上記! を解決することを目的とし、 レンズ枚数を 4 枚以下にし、 第 1レンズの被写体側にある第 1面から第 4レンズの結像面側にあ る第 2面までの間隔を 1 . 5 f以下に抑えると共に、 軸上 （光束） と最軸外光束 の主光線の交わる位置に対し、 その前方にあるレンズ群で発生した収差を後方に あるレンズ群で補正すると共に、 第 4レンズにより射出瞳位置をより長く保たせ るように構成している。 縦色収差と横色収差の補正は、 第 3レンズと第 4レンズ の分散 （ァッべ数） を条件式の範囲とすることにより最適に保てる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明のレンズ装置の第 1実施例を示すレンズ構成図である。
図 2は本発明の第 1実施例のレンズ収差図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1に示すように、 本発明のレンズ装置は、 被写体側より順に、 ガラス製の被 写体側に凸のメニスカス状の第 1レンズ 1と、 その後方にガラス製の後面が結像 面側に凸の第 2レンズ 2と、 ポリカーボネート系樹脂により形成された被写体側 に凹面を向けた第 3レンズ 3と、 その後方にガラス製の結像面側に凸の第 4レン ズ 4からなり、 第 1レンズ 1と第 4レンズ 4とは被写体側の第 1面と結像面側の 第 2面とも非球面形状としている共に、 次の条件式を満足するよう構成されてい る。
(1) V 3< V 4
(2) 0. 5<Yma x/f <0. 8
(3) ∑ d< 1. 5 f
ここに、 v 3は第 3レンズのァッべ数、 V 4は第 4レンズのァッべ数、 Ym a xは最大像高、 f は合成焦点距離、 ∑ dは第 1レンズの被写体側にある第 1面か ら第 4レンズの結像面側にある第 2面までの間隔を示す。
その詳細諸元を表 1に示す。
Figure imgf000005_0001
非球面係数
Figure imgf000005_0002
レンズ全体の焦点距離 f=3.685 FNO=3.5 画角： 61.6
また、 表 1の非球面の形状は光軸方向に Z軸、 光軸と垂直方向に X軸をとり、 光の進行方向を正とし、 E , a, b, c, dを非球面係数としたとき、 次式で表 される。
X
Z r + a x4+ b x6+ c x8+ d x1 °+Λ
x
1 + Jl -ε 図 1及び表 1の記号 r iは被写体から数えて i番目の面の曲率半径を示し、 d iは同様に被写体から数えて i番目と i + 1番目の面までの軸上間隔を示す。 n 1〜4はそれぞれ第 1レンズ 1、 第 2レンズ 2、 第 3レンズ 3、 第 4レンズ 4の d線の屈折率と V 1〜 4はァッべ数である。
そして、 第 4レンズ 4の結像面 6側には、 光学フィルタである I Rカットフィ ルタ 5が設けられている。 I Rカットフィルタ 5のさらに結像面 6側には撮像素 子の一例である C C Dが設けられており、 C C Dの結像面 6のみを図示している。 また、 第 1レンズ 1と第 2レンズ 2との間には絞りとして光束規制部 7が設けら れている。
本発明のレンズ構成における光路図は、 図 1に示すように、 第 1レンズ 1の後 方に配設の光束規制部 7近傍で最大像高の光束主光線が通過し、 絞りの前群 （本 実施例では第 1レンズ 1 ) と後群 （本実施例では第 2レンズ 2〜第 4レンズ 4 ) とで収差を打ち消し合うようになっている。
本発明のレンズ構成により、 小型軽量、 低コストで、 射出瞳が合成焦点距離よ りも十分長く、 画角も 5 0度以上の広角でコンパクトな撮像レンズが得られる。 また、 最大像高における照度比も 5 0 %程度とれ、 画像周辺の解像度 (MT F) も 1 5 0本/ mmで 5 0 %以上の高解像度のレンズ装置が得られる。
図 2は実施例 1の収差図を示す。 図のように球面収差、 非点収差、 歪曲収差は 十分小さく、図示しないが色収差もほとんど無い高性能のレンズ装置が得られる。 本発明のレンズ構成にぉレ、て、 第 3レンズ 3の被写体:側に凹の負のレンズの作 用が収差補正の上で重要であり、 第 2レンズ 2は第 1レンズ 1からの光束を第 3 レンズ 3にリレーする機能で、 第 2レンズ 2まで含めた収差が第 3レンズ 3の凹 面で吸収される。
本発明のレンズ構成における色収差の補正は、 第 3レンズ 3と第 4レンズ 4で お互いに打ち消し合うように働き、 V 3く V 4を満足させることにより十分に補 正できる。
実施例 2 , 3， 4の詳細諸元を表 2 , 3 , 4に示す。 それぞれレンズ構成は実 施例 1と同様であり図示しないが、 十分に収差補正ができ、 解像度 (MT F) も 1 5 0本/ mmで 5 0 %以上の高性能なレンズ装置が得られる。 表 2
Figure imgf000007_0001
非球面係数
Figure imgf000007_0002
レンズ全体の焦点距離 f==3.682 FNO=3.5 画角： 66.7
この実施例 2では、 第 2レンズがシクロォレフイン系樹脂、 第 3レンズがポリ カーボネート系樹脂により形成され、 第 1レンズおよび第 4レンズとしてガラス 製レンズを採用している。 表 3
Figure imgf000008_0001
非球面係数
Figure imgf000008_0002
レンズ全体の焦点距離 f=3.678 FNO=3.5 画角： 61.3 この実施例 3では、 第 2レンズがシクロォレフィン系樹脂、 第 3レンズがポリ カーボネート系樹脂により形成され、 第 1レンズおよび第 4レンズとしてガラス 製レンズを採用している。 表 4
Figure imgf000009_0001
非球面係数
Figure imgf000009_0002
レンズ全体の焦点距離 f=3.685 FNO=3.5 画角： 61.6 この実施例 4では、 第 3レンズがポリカーボネート系樹脂により形成され、 第 1レンズ、 第 2レンズおょぴ第 4レンズとしてガラス製レンズを採用してレヽる。 本実施例では、 第 1レンズ 1と第 4レンズ 4とは被写体側の第 1面及び結像面 側の第 2面とも非球面形状とするようにしたが、 これに限られるものではなく、 第 1レンズと第 4レンズの少なくとも 1面は非球面形状としてあればよい。 本発明によれば、 レンズ枚数が 4枚の小型軽量、 低コストで、 画角が 5 0度以 上、 最大像高における照度比も 5 0 %程度とれ、 画像周辺も高解像度のレンズ装 置を得ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 被写体側より順に、 被写体側に凸のメニスカス状の第 1レンズと、 前記第 1 レンズの凹面に対向する第 2レンズと、 fflt己第 2レンズに対向する凹面を有する 負の第 3レンズと、 後面が凸で正の第 4レンズとからなり、
V 3を第 3レンズのァッべ数、 V 4を第 4レンズのァッべ数、 Ym a を最大像 高、 f を合成焦点距離、 ∑ dを第 1レンズの被写体側にある第 1面から第 4レン ズの結像面側にある第 2面までの間隔としたとき、
(1) V 3< 4
(2) 0. 5<Yma x/f < 0. 8
(3) ∑ d< 1. 5 f
の条件を満足し、 カゝっ前記第 1レンズと lift己第 4レンズの少なくとも 1面は非 球面形状' 2. 請求項 1において、 前記第 2レンズは結像面側の後面が結像面側に凸である レンズ装置。
3. 請求項 1又は 2において、 前記第 1レンズと前記第 2レンズとの間に光束規 制部を設けたレンズ装置。
4. 請求項 1乃至 3の！/、ずれかにおレ、て、 fflt己第 4レンズと前記結像面との間 光学フィルタを設けたレンズ装置。
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