(57)【要約】【課題】  光軸方向の寸法を拡大することなく、色収差を除去することができる固定焦点レンズを提案すること。【解決手段】  固定焦点レンズ２００では、樹脂成形品からなる第１レンズ１０、絞り５０、および樹脂成形品からなる第２レンズ２０がこの順に配置されている。第２レンズ２０において絞り５０の側に位置する入射面（第４面４）には、軸上色収差および軸外色収差を除去するための回折格子Ｂが形成されている。回折格子Ｂは、同心円状のブレーズ形状を有しており、そのブレーズ形状の段差は２μｍ以下、ピッチは１０μｍ以上となっており、可視波長域全域で１次回折効率が高い。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ軸線方向に複数のレンズが配列された固定焦点レンズであって、
前記複数のレンズの少なくとも１つには、色収差を除去するための回折格子が形成されていることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項２】
請求項１において、前記回折格子は、ブレーズ格子であることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項３】
請求項２において、前記回折格子は、回折次数が１次であることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項４】
請求項２または３において、前記ブレーズ格子は、段差が２μｍ以下であり、かつ、ピッチが１０μｍ以上であることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、２枚の前記レンズに挟まれるように絞りが配置され、
前記回折格子は、前記絞りに対して物体側に位置するレンズに形成されて軸上色収差を除去していることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、２枚の前記レンズに挟まれるように絞りが配置され、
前記回折格子は、前記絞りに対して像側に位置するレンズに形成されて軸上色収差および軸外色収差を除去していることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項７】
請求項５または６において、前記回折格子は、前記絞りを挟む２枚のレンズのうちの一方のレンズに形成されていることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項８】
請求項７において、前記回折格子は、前記絞りと対向するレンズ面に形成されていることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、前記複数のレンズのうち、前記回折格子が形成されたレンズは、樹脂成形品であることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかにおいて、前記複数のレンズは、４枚以下であることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項１１】
請求項１０において、前記複数のレンズは、２枚であることを特徴とする固定焦点レンズ。
【請求項１２】
請求項１０において、前記複数のレンズは、３枚であることを特徴とする固定焦点レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ付き携帯電話機やデジタルカメラに搭載可能な小型の固定焦点レンズに関するものである。さらに詳しくは、色収差の解消技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラが普及する一方、携帯電話機にデジタルカメラを搭載した機種が急増し、カメラ付き携帯電話機が標準化される気配もある。従って、市場からは、さらなる高精細化、すなわち画素数の増大が要求されるとともに、薄型化の要求も一層、高まりつつあり、このような特長が携帯電話機などの付加価値のひとつになりつつある。
【０００３】
ここで、カメラに用いられる固定焦点レンズでは、白色光が対象となるため、軸上および軸外の色収差が問題となる。従って、従来の固定焦点レンズでは、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
携帯電話機用のデジタルカメラに対しては、スペース的な制約から常に薄型化が要求されており、高画素数用の固定焦点レンズであっても、レンズ枚数を極力、少なくして、全長を短くする必要がある。しかしながら、従来のように、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去すると、全長を短くすることができないという問題点がある。また、デジタルカメラの軽量化を図ることができないという問題点がある。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、固定焦点レンズ系ではこれまで一切、採用されていない方式を採用することにより、光軸方向の寸法を拡大することなく、色収差を除去することができる固定焦点レンズを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明では、レンズ軸線方向に複数のレンズが配列された固定焦点レンズにおいて、前記複数のレンズの少なくとも１つには、色収差を除去するための回折格子が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、固定焦点レンズを構成するレンズのレンズ面に色収差を除去するための回折格子を形成したので、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去する必要がない。従って、レンズの枚数を減らすことができる。また、レンズ面に回折格子を形成しているので、回折格子をレンズ間に配置しなくてもよい。それ故、固定焦点レンズの光軸方向の寸法を圧縮することができる。
【０００８】
本発明において、前記回折格子は、ブレーズ格子である。このように構成すると、可視波長領域全体で高い回折効率が得られ、色収差を効果的に除去できる。
【０００９】
本発明において、前記回折格子は、回折次数が１次であることが好ましい。このように構成すると、可視波長域全体で高い回折効率を得ることができ、色収差を効率よく除去することができる。
【００１０】
本発明において、前記ブレーズ格子は、段差が２μｍ以下であり、かつ、ピッチが１０μｍ以上であることが好ましい。段差が２μｍ以下であれば、段差部分に起因する回折効率の低下を抑えることができる。ピッチが１０μｍ以上であれば、不要な次数の回折光の発生を抑えることができる。また、ブレーズ格子であれば、金型製造および樹脂成形を効率よく行うことができ、かつ、高い寸法精度を確保することもできる。
【００１１】
本発明において、２枚の前記レンズに挟まれるように絞りが配置されている場合、前記回折格子は、前記絞りに対して物体側に位置するレンズに形成されて軸上色収差を除去する。すなわち、回折格子を形成しない状態で軸上色収差が発生している場合には、絞りに対して物体側に位置するレンズに回折格子を形成し、軸上色収差を効率よく除去することが好ましい。
【００１２】
本発明において、２枚の前記レンズに挟まれるように絞りが配置されている場合、前記回折格子は、前記絞りに対して像側に位置するレンズに形成されて軸上色収差および軸外色収差を除去している構成であってもよい。すなわち、回折格子を形成しない状態で軸上色収差および軸外色収差が発生している場合には、絞りに対して像側に位置するレンズに回折格子を形成し、軸上色収差および軸外色収差を効率よく除去することが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記回折格子は、前記絞りを挟む２枚のレンズのうちの一方のレンズに形成されていることが好ましい。
【００１４】
この場合、前記回折格子は、前記絞りと対向するレンズ面に形成されていることが好ましい。このように構成すると、色収差を効率よく除去できる。
【００１５】
本発明において、前記複数のレンズのうち、前記回折格子が形成されたレンズは、樹脂成形品であることが好ましい。ガラス成形を行う場合には、超硬に加工して金型を製作する必要があるが、樹脂成形であれば、通常のＮｉ−Ｐめっき層に対する加工により金型を安価に製作できる。
【００１６】
本発明において、前記複数のレンズは、４枚以下、好ましくは、２枚あるいは３枚であることが好ましい。このように、通常の焦点レンズの構成枚数に比べて少ない枚数のレンズで構成すれば、固定焦点レンズの光軸方向における寸法を大幅に圧縮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、固定焦点レンズを構成するレンズのレンズ面に色収差を除去するための回折格子を形成したので、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去した場合と比べて、レンズの枚数を減らすことができる。また、レンズ面に回折格子を形成しているので、回折格子をレンズ間に配置しなくてもよい。従って、固定焦点レンズの光軸方向の寸法を圧縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面を参照して、本発明を適用した固定焦点タイプの固定焦点レンズを説明する。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る携帯電話機用のデジタルカメラや小型デジタルカメラ用の固定焦点タイプの固定焦点レンズの構成図である。図２は、本形態の固定焦点レンズの球面収差、非点収差、および歪率を示すグラフである。
【００２０】
図１に示すように、本形態の固定焦点レンズ１００は３枚のレンズから構成されている。すなわち、物体の側から結像面８０に向って、樹脂成形品からなる第１レンズ１０、樹脂成形品からなる第２レンズ２０、および樹脂成形品からなる第３レンズ３０がこの順に配置され、第３レンズ３０の結像面８０の側にはカバーガラス７０が配置されている。また、第１レンズ２０と第２レンズ２０の間には絞り５０が配置されている。
【００２１】
本形態では、各光学素子の各面を以下に示すように称する。従って、第１の第１レンズ１０の入射面側に物体が位置し、第３レンズ３０の出射面側に像が位置することになる。
【００２２】
第１レンズ１０の入射面    第１面１
第１レンズ１０の出射面    第２面２
絞り５０                  第３面３
第２レンズ２０の入射面    第４面４
第２レンズ２０の出射面    第５面５
第３レンズ３０の入射面    第６面６
第３レンズ３０の出射面    第７面７
カバーガラス７０の入射面  第８面８
カバーガラス７０の出射面  第９面９
このように構成した焦点レンズ１００において、各面は、以下に示すように設計されている。なお、設計データ２において、Ｋ、Ａ４、Ａ６Ａ、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２は非球面係数を示し、Ｐ２は光路差関数の２乗の係数を示す。なお、回折レンズ構造による光路長の付加量は、光軸からの高さをｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数をＰn、波長をλとすると、光路差関数φ(ｈ)は、φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋・・)×λにより定義され、設計データ２には、その２乗の係数を示してある。
【００２３】
設計データ１
曲率半径            面間隔
物体          無限                無限
第１面１      １．５７７２８１    ０．９２３５０９
第２面２      １３．７３６８８    ０．１０２９７９
第３面３      無限                ０．４７３１３９
第４面４      −１．３４０９８    １．０１９０１３
第５面５      −０．９６５５４    ０．２
第６面６      ５．０８８３１７    ０．５
第７面７      １．２３１８０９    ０．７
第８面８      無限                ０．５５
第９面９      無限                ０．０６５
像            無限                ０
設計データ２
第１面１
Ｋ        ０
Ａ４      −０．００６７４
Ａ６      −０．００６７７
Ａ８      −０．０００６６
Ａ１０    −０．０１１６３
Ａ１２    −０．００５４６
Ｐ２      ０
第２面２
Ｋ        ０
Ａ４      −０．０４７３４
Ａ６      ０．００５４８７
Ａ８      −０．３７３９７
Ａ１０    ０．８１３８１４
Ａ１２    −０．５７９８１
Ｐ２      −２０．９７３６
第４面４
Ｋ        ０
Ａ４      −０．１１１２８
Ａ６      −０．３３４９６
Ａ８      ０．７９３５０２
Ａ１０    −０．２０３２７
Ａ１２    −１．２２４４３
Ｐ２      ０
第５面５
Ｋ        −１
Ａ４      ０．０６３７５９
Ａ６      −０．１２１０７
Ａ８      ０．１３４２６２
Ａ１０    ０．００２５５７
Ａ１２    −０．０１９４
Ｐ２      ０
第６面６
Ｋ        ０
Ａ４      −０．２４２７６
Ａ６      ０．１４３０５４
Ａ８      −０．０２８７２
Ａ１０    −０．００１６６
Ａ１２    ０．０００６０５
Ｐ２      ０
第７面７
Ｋ        −６．９５３４
Ａ４      −０．１２２９４
Ａ６      ０．０４８９５７
Ａ８      −０．０１８２
Ａ１０    ０．００４８７８
Ａ１２    −０．０００６６
Ｐ２      ０
このように本形態では、第１レンズ１０において絞り５０の側に位置する出射面（第２面２）には、軸上色収差を除去するための回折格子Ａが形成されている。回折格子Ａは、それを用いない状態で発生していた軸上色収差を除去している。ここで、回折格子Ａは、同心円状のブレーズ形状を有しており、そのブレーズ形状の段差は２μｍ以下、ピッチは１０μｍ以上となっており、可視波長域全域で１次回折効率が高い。なお、対象となる白色光に含まれる可視波長の略中央波長を基準に段差を設定して高い一次回折効率を得ようとすると１．１μｍ〜１．２μｍの段差に相当する。従って、少なくとも１．６μｍの段差であれば十分であり、本形態では、可視波長域全域をカバーでき、かつ、段差が不必要に高くならないようにという観点から段差を２μｍ以下に設定してある。
【００２４】
このように構成した焦点レンズ１００では、図２に波長４３６ｎｍ、波長４７６ｎｍ、波長５６７ｎｍ、波長５９７ｎｍ、波長６５６ｎｍにおける球面収差を実線Ｌ１１〜Ｌ１５で示し、非点収差を実線Ｌ２１〜Ｌ２５および点線Ｌ３１〜Ｌ３５で示し、歪率を実線Ｌ４１〜Ｌ４５で示すように、３メガピクセル程度の携帯電話機用のデジタルカメラや小型デジタルカメラ用の固定焦点タイプの固定焦点レンズ系として用いるのに十分なレベルにまで軸上色収差が改善されている。
【００２５】
以上説明したように、本形態では、固定焦点レンズ１００を構成する第１レンズのレンズ面（第２面２）に、色収差を除去するための回折格子Ａを形成したので、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去する必要がない。従って、レンズの枚数を減らすことができる。また、レンズ面に回折格子Ａを形成しているので、回折格子をレンズ間に配置しなくてもよい。それ故、固定焦点レンズ１００を３枚のレンズ１０〜３０のみで構成できるので、固定焦点レンズ１００の光軸方向の寸法を５ｍｍ〜５．５ｍｍまで大幅に圧縮することができる。
【００２６】
しかも、レンズ枚数が少なく、かつ、全てのレンズ１０〜３０を樹脂成形品で構成したので、焦点レンズ１００の軽量化を図ることができ、携帯電話機用のデジタルカメラや小型デジタルカメラ用の固定焦点タイプの固定焦点レンズ系として用いるのに適している。
【００２７】
また、回折格子Ａはブレーズ形状に形成されているため、可視波長域全体で高い１次回折効率が得られるので、色収差を効率よく除去することができる。また、回折格子Ａのブレーズ形状の段差は２μｍ以下、格子ピッチは１０μｍ以上であるため、金型製造および樹脂成形を効率よく行うことができ、かつ、高い寸法精度を確保することもできる。さらに、段差面は段差近傍に入射する光線の方向とほぼ一致させているため、段差部分による効率のロスを最低限に抑えている。
【００２８】
さらに、回折格子が形成された第１レンズ１０は、樹脂成形品であるため、それを製作する際の金型代が安価である。すなわち、ガラス成形品を用いる場合には、超硬に加工して金型を製作する必要があるが、樹脂成形であれば、通常のＮｉ−Ｐめっき層に対する加工により金型を安価に製作できる。
【００２９】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る携帯電話機用のデジタルカメラや小型デジタルカメラ用の固定焦点タイプの固定焦点レンズの構成図である。図４は、本形態の固定焦点レンズの球面収差、非点収差、および歪率を示すグラフである。
【００３０】
図３に示すように、本形態の固定焦点レンズ２００は２枚のレンズから構成されている。すなわち、物体の側から結像面８０に向って、樹脂成形品からなる第１レンズ１０、および樹脂成形品からなる第２レンズ２０がこの順に配置され、第２レンズ２０の結像面８０の側にはカバーガラス７０が配置されている。また、第１レンズ１０と第２レンズ２０の間には絞り５０が配置されている。
【００３１】
本形態では、各光学素子の各面を以下に示すように称する。従って、第１の第１レンズ１０の入射面側に物体が位置し、第２レンズ２０の出射面側に像が位置することになる。
【００３２】
第１レンズ１０の入射面    第１面１
第１レンズ１０の出射面    第２面２
絞り５０                  第３面３
第２レンズ２０の入射面    第４面４
第２レンズ２０の出射面    第５面５
カバーガラス７０の入射面  第６面６
カバーガラス７０の出射面  第７面７
このように構成した固定焦点レンズ２００において、各面は、以下に示すように構成されている。
【００３３】
設計データ１
曲率半径            面間隔
物体          無限                無限
第１面１      １．１９８７        １
第２面２      １．２８６８        ０．１
第３面３      無限                ０．１５
第４面４      −１．９４３２      １．６
第５面５      −１．２９４２      １．７
第６面６      無限                ０．５
第７面７      無限                ０．３５３
像            無限                ０
設計データ２
第１面１
Ｋ        ０．４７９１７１
Ａ４      ０
Ａ６      ０
Ａ８      ０
Ａ１０    ０
Ｐ２      ０
第２面２
Ｋ        ３．８２５５５
Ａ４      −０．０８９
Ａ６      ０．４３１３１８
Ａ８      ０
Ａ１０    ０
Ｐ２      ０
第４面４
Ｋ        −３７．４４９５
Ａ４      −０．７０３１６
Ａ６      １．２４２３０４
Ａ８      ０
Ａ１０    ０
Ｐ２      −４７．７４６５
第５面５
Ｋ        ０
Ａ４      ０．０２５３３
Ａ６      −０．０３７１７
Ａ８      ０．０２７４２６
Ａ１０    −０．００９２５
Ｐ２      ０
このように本形態では、第２レンズ２０において絞り５０の側に位置する入射面（第４面４）には、軸上色収差および軸外色収差を除去するための回折格子Ｂが形成されている。すなわち、回折格子Ｂは、それを用いない状態で発生していた軸上色収差および軸外色収差を除去している。ここで、回折格子Ｂは、同心円状のブレーズ形状を有しており、そのブレーズ形状の段差は２μｍ以下、ピッチは１０μｍ以上となっており、可視波長域全域で１次回折効率が高い。
【００３４】
このように構成した焦点レンズ２００では、図４に波長４３６ｎｍ、波長４７６ｎｍ、波長５６７ｎｍ、波長５９７ｎｍ、波長６５６ｎｍにおける球面収差を実線Ｌ１１〜Ｌ１５で示し、非点収差を実線Ｌ２１〜Ｌ２５および点線Ｌ３１〜Ｌ３５で示し、歪率を実線Ｌ４１〜Ｌ４５で示すように、１メガピクセル程度の携帯電話機用のデジタルカメラや小型デジタルカメラ用の固定焦点タイプの固定焦点レンズ系として用いるのに十分なレベルにまで軸上色収差および軸外色収差が改善されている。
【００３５】
以上説明したように、本形態では、固定焦点レンズ２００を構成する第２レンズ２０のレンズ面（第４面）に、色収差を除去するための回折格子Ｂを形成したので、凸タイプと凹タイプの屈折レンズを組み合わせて色収差を除去する必要がない。従って、レンズの枚数を減らすことができる。また、レンズ面に回折格子Ｂを形成しているので、回折格子をレンズ間に配置しなくてもよい。それ故、固定焦点レンズ２００を２枚のレンズ１０、２０で構成できるので、固定焦点レンズ２００の光軸方向の寸法を５ｍｍ〜５．５ｍｍまで圧縮することができる。また、レンズ枚数が少なく、かつ、レンズ１０、２０として樹脂成形品を用いたので、固定焦点レンズ２００の軽量化を図ることができる。
【００３６】
さらに、回折格子Ｂはブレーズ形状に形成されているため、可視波長域全体で高い１次回折効率が得られるので、色収差を効率よく除去することができる。また、回折格子Ｂのブレーズ形状の段差は２μｍ以下、格子ピッチは１０μｍ以上であるため、金型製造および樹脂成形を効率よく行うことができ、かつ、高い寸法精度を確保することもできるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。さらに、段差面は段差近傍に入射する光線の方向とほぼ一致させているため、段差部分による効率のロスを最低限に抑えている。
【００３７】
［他の実施の形態］
上記形態では、携帯電話機用のデジタルカメラや小型デジタルカメラ用の固定焦点タイプの固定焦点レンズに本発明を適用したが、監視カメラやテレビカメラなどといった記録を行わない光学機器に用いる固定焦点レンズに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固定焦点レンズの構成図である。
【図２】図１に係る固定焦点レンズのレンズ性能（球面収差、非点収差、歪率）を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る固定焦点レンズの構成図である。
【図４】図３に係る固定焦点レンズのレンズ性能（球面収差、非点収差、歪率）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  第１レンズ
２０  第２レンズ
３０  第３レンズ
５０  絞り
１００、２００  固定焦点レンズ
Ａ、Ｂ  回折格子
【図１】
2005301048.tif 000003
【図２】
2005301048.tif 000004
【図３】
2005301048.tif 000005
【図４】
2005301048.tif 000006