JP2006309148A - 撮像レンズユニット、光学モジュール、および携帯端末 - Google Patents
撮像レンズユニット、光学モジュール、および携帯端末 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】十分な明るさを持ち(小さなFナンバー)、全長が短く小型で、各種収差を補正でき、組み立ても容易で、低価格の撮像レンズユニット、光学モジュール、および携帯端末を提供する。
【解決手段】撮像レンズユニット100は、物体側から像面側に向かって、物体側の面が物体側に凸の球面を持つ第1レンズ110、物体側の面が物体側に凸の面を持つ第2レンズ120、両面が物体側に凸で、両面が非球面の樹脂製の第3レンズ130が配設されている。好ましくは、第1レンズ110の前に、開口絞りSが第1レンズ110と間隔D1を隔てて物体側に配設されている。
【選択図】図1
【解決手段】撮像レンズユニット100は、物体側から像面側に向かって、物体側の面が物体側に凸の球面を持つ第1レンズ110、物体側の面が物体側に凸の面を持つ第2レンズ120、両面が物体側に凸で、両面が非球面の樹脂製の第3レンズ130が配設されている。好ましくは、第1レンズ110の前に、開口絞りSが第1レンズ110と間隔D1を隔てて物体側に配設されている。
【選択図】図1
Description
本発明は撮像レンズユニットに関する。
特に、本発明は、たとえば、携帯電話機、小型の撮像装置、携帯端末装置などに好適に適用可能な小型の撮像レンズユニット、光学モジュール、および携帯端末に関するものである。
特に、本発明は、たとえば、携帯電話機、小型の撮像装置、携帯端末装置などに好適に適用可能な小型の撮像レンズユニット、光学モジュール、および携帯端末に関するものである。
携帯電話機、小型の撮像装置、携帯端末装置などに搭載するカメラモジュール需要が高くなっている。このような携帯端末装置の小電力化、小型化が進んでいる。
カメラモジュールに使用する撮像素子も小型化され、かつ、高精度になっている。そのため、カメラモジュールに使用する撮像レンズユニットの小型化が要望されている。
カメラモジュールに使用する撮像素子も小型化され、かつ、高精度になっている。そのため、カメラモジュールに使用する撮像レンズユニットの小型化が要望されている。
撮像レンズユニットを小型にした場合、十分な明るさが重要な要素となる。撮像素子が小型化し、画素の寸法も小さくなったため、十分な光量を撮像素子に与えるにはFナンバーの小さな撮像レンズユニットが要求される。
もちろん、小型ながら、収差が十分に補正して精度の高い像を形成する撮像レンズユニットも要望されている。
もちろん、小型ながら、収差が十分に補正して精度の高い像を形成する撮像レンズユニットも要望されている。
携帯電話機などの低価格の要求が強く、携帯電話機などに搭載される撮像レンズユニットにも低価格が強く要求されている。
撮像レンズユニットの低価格化には、撮像レンズユニットを構成する部材の体価格化とともに、組み立てコストの低価格化も実現しなければならない。
撮像レンズユニットの低価格化には、撮像レンズユニットを構成する部材の体価格化とともに、組み立てコストの低価格化も実現しなければならない。
以上の観点から3枚のレンズを用いた撮像レンズユニットが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特開2004−252312号公報
しかしながら、さらなる改善が求められている。
本発明は、十分な明るさを持ち(小さなFナンバー)、全長が短く小型で、各種収差を補正でき、組み立ても容易で、低価格の撮像レンズユニット、光学モジュール、および携帯端末を提供することを目的とする。
本発明の第1の観点の撮像レンズユニットは、物体側から像側に向かって、開口絞りと、物体側の面が物体側に凸の球面を持つ第1レンズと、物体側の面が物体側に凸の面を持つ第2レンズと、両面が物体側に凸で、両面が非球面の樹脂製の第3レンズとを配置した。
本発明の第2の観点の光学モジュールは、撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズユニットと、前記撮像レンズユニットを保持するレンズ保持体と、を有し、前記撮像レンズユニットの前記撮像光学系は、物体側から像が向かって順に配置された、開口絞りと、物体側の面が物体側に凸の球面を持つ第1レンズと、物体側の面が物体側に凸の面を持つ第2レンズと、両面が物体側に凸で両面が非球面の樹脂製の第3レンズと、を含む。
本発明の第3の観点の携帯端末は、光学モジュールと、前記光学モジュールを収納する筐体と、を有し、前記光学モジュールは、撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズユニットと、前記撮像レンズユニットを保持するレンズ保持体と、を有し、前記撮像レンズユニットの前記撮像光学系は、物体側から像側に向かって順に配置され、開口絞りと、物体側の面が物体側に凸の球面を持つ第1レンズと、物体側の面が物体側に凸の面を持つ第2レンズと、両面が物体側に凸で両面が非球面の樹脂製の第3レンズと、を含む。
本発明によれば、3枚のレンズを上記構成とすることにより、十分な明るさを持ち(小さなFナンバー)、全長が短く小型で、各種収差を補正でき、組み立ても容易で、低価格の撮像レンズユニットが提供できた。
本発明の撮像レンズユニット(または光学系)の好適な実施の形態を下記に述べる。
第1実施の形態
図1に、本発明の第1実施の形態の撮像レンズユニット(または光学系)100の構成を示す。
第1実施の形態の撮像レンズユニット100は、物体側から像側に向かって、光軸O−Oに沿って、開口絞りSと、第1レンズ110と、第2レンズ120と、第3レンズ130と、カバーガラス140とを有する。
この撮像レンズユニット100が、携帯電話機などに搭載されたとき、像側に、たとえば、CCDなどの撮像素子が配置されうる。
図1に、本発明の第1実施の形態の撮像レンズユニット(または光学系)100の構成を示す。
第1実施の形態の撮像レンズユニット100は、物体側から像側に向かって、光軸O−Oに沿って、開口絞りSと、第1レンズ110と、第2レンズ120と、第3レンズ130と、カバーガラス140とを有する。
この撮像レンズユニット100が、携帯電話機などに搭載されたとき、像側に、たとえば、CCDなどの撮像素子が配置されうる。
本発明の第1実施の形態の撮像レンズは、基本的には、第1レンズ110、第2レンズ120および第3レンズ130の3枚のレンズによって構成されている。
第1レンズ110は、物体側に凸で両側球面がメニスカス形状をしており、収束用に用いられ、オートフォーカスするときに図示しない機構により移動可能である。
第2レンズ120は、固定されており、パワーが正となるレンズであり、収束と収差補正の両者の機能を果たしている。
第3レンズ130は、物体側に凸となる両面非球面がメニスカス形状をしており、非点収差、歪曲、色収差など、たとえば、ザイデルの5収差などに代表される各種の収差を補正するレンズである。
カバーガラス140は保護用のガラスであり、本発明の撮像レンズユニットにとって必須ではないが、像が位置する撮像素子との間の保護用に配設されている。
第1レンズ110は、物体側に凸で両側球面がメニスカス形状をしており、収束用に用いられ、オートフォーカスするときに図示しない機構により移動可能である。
第2レンズ120は、固定されており、パワーが正となるレンズであり、収束と収差補正の両者の機能を果たしている。
第3レンズ130は、物体側に凸となる両面非球面がメニスカス形状をしており、非点収差、歪曲、色収差など、たとえば、ザイデルの5収差などに代表される各種の収差を補正するレンズである。
カバーガラス140は保護用のガラスであり、本発明の撮像レンズユニットにとって必須ではないが、像が位置する撮像素子との間の保護用に配設されている。
物体の像は、開口絞りSで絞られて第1レンズ110に入射し、第1レンズ110により収束され、第2レンズ120によりさらに収束され、第3レンズ130において各種の収差が補正されて、カバーガラス140を通過して像として、たとえば、撮像素子に結像する。
撮像素子は、結像した画像を電子信号として取り出す。
撮像素子は、結像した画像を電子信号として取り出す。
第1レンズ110の物体側の面の曲率をR1、像側の面の曲率をR2とする。第2レンズ120の物体側の面の曲率をR3、像側の面の曲率をR4とする。第2レンズ120の物体側の面の曲率をR3、像側の面の曲率をR4とする。第3レンズ130の光軸O−Oにおける物体側の面の曲率をR5、像側の面の曲率をR6とする。カバーガラス140の物体側の面の曲率をR7、像側の面の曲率をR8とする。
なお、本実施の形態において、曲率R7=R8=0であり、カバーガラス140は両面が平坦なガラス板であり、カバーガラス140において像を屈折させない。
第1レンズ110の屈折率をn1 、分散を示すアッベ数をν1 とし、第2レンズ120の屈折率をn2 、アッベ数をν2 とし、第3レンズ130の屈折率をn3 、アッベ数をν3 とし、カバーガラス140の屈折率をn4 、アッベ数をν4 とする。
なお、本実施の形態において、曲率R7=R8=0であり、カバーガラス140は両面が平坦なガラス板であり、カバーガラス140において像を屈折させない。
第1レンズ110の屈折率をn1 、分散を示すアッベ数をν1 とし、第2レンズ120の屈折率をn2 、アッベ数をν2 とし、第3レンズ130の屈折率をn3 、アッベ数をν3 とし、カバーガラス140の屈折率をn4 、アッベ数をν4 とする。
光軸O−Oにおける、第1レンズ110の厚さをD2、第2レンズ120の厚さをD4、第3レンズ130の厚さをD6、カバーガラス140の厚さをD8とする。
開口絞りSと第1レンズ110の物体側の面との間隔(距離)をD1、第1レンズ110の像側の面と第2レンズ120の物体側の面との間隔をD3、第2レンズ120の像側の面と第3レンズ130の物体側の面との間隔をD5、第3レンズ130の像側の面とカバーガラス140の物体側の面との間隔をD7とする。
後述するように、間隔D5を最大にとる。
開口絞りSから像面までの長さ(全長)をLとする。または、開口絞りSから第3レンズ130の像側の面までの長さをL1とする。
この撮像レンズの全体の焦点距離をfで示す。
開口絞りSと第1レンズ110の物体側の面との間隔(距離)をD1、第1レンズ110の像側の面と第2レンズ120の物体側の面との間隔をD3、第2レンズ120の像側の面と第3レンズ130の物体側の面との間隔をD5、第3レンズ130の像側の面とカバーガラス140の物体側の面との間隔をD7とする。
後述するように、間隔D5を最大にとる。
開口絞りSから像面までの長さ(全長)をLとする。または、開口絞りSから第3レンズ130の像側の面までの長さをL1とする。
この撮像レンズの全体の焦点距離をfで示す。
図1に示した撮像レンズユニット100は、図解の便宜のために判りやすく強調して図解しており、縮尺、レンズの形状などは、図1に示した例示的な図解には限定されない。
以下、撮像レンズユニット100の条件を述べ、その後、具体例を示す。
以下、撮像レンズユニット100の条件を述べ、その後、具体例を示す。
開口絞り
開口絞りSを第1レンズ110の前の最も物体側に配置する。それにより、撮像レンズの全長(開口絞りSから像面までの長さ)L(または、開口絞りSから第3レンズ130の像側の面までの長さL1)を短くして、入射瞳を長くとり、撮像素子への入射角度をできるだけ浅くしている。
さらに、開口絞りSと第1レンズ110との間は間隔D1で離隔させている。このように、開口絞りSと第1レンズ110との間に間隔D1を確保することにより、第1レンズ110を移動させてオートフォーカスを行う時に光軸O−Oに沿って移動される第1レンズ110の繰り出し量を確保している。間隔D1を小さくしすぎるとオートフォーカスで困難になり、間隔D1を大きくしすぎると撮像レンズユニット100の全長Lが長くなり、撮像レンズユニット100の小型化が難しい。したがって、間隔D1を適正な値にすることが望まれる。
本発明の第1実施の形態の撮像レンズユニット100を、小型の撮像装置、たとえば、携帯電話機の撮像装置部分、小型デジタルカメラなどに適用する場合、たとえば、下記が望ましい。
開口絞りSを第1レンズ110の前の最も物体側に配置する。それにより、撮像レンズの全長(開口絞りSから像面までの長さ)L(または、開口絞りSから第3レンズ130の像側の面までの長さL1)を短くして、入射瞳を長くとり、撮像素子への入射角度をできるだけ浅くしている。
さらに、開口絞りSと第1レンズ110との間は間隔D1で離隔させている。このように、開口絞りSと第1レンズ110との間に間隔D1を確保することにより、第1レンズ110を移動させてオートフォーカスを行う時に光軸O−Oに沿って移動される第1レンズ110の繰り出し量を確保している。間隔D1を小さくしすぎるとオートフォーカスで困難になり、間隔D1を大きくしすぎると撮像レンズユニット100の全長Lが長くなり、撮像レンズユニット100の小型化が難しい。したがって、間隔D1を適正な値にすることが望まれる。
本発明の第1実施の形態の撮像レンズユニット100を、小型の撮像装置、たとえば、携帯電話機の撮像装置部分、小型デジタルカメラなどに適用する場合、たとえば、下記が望ましい。
0.25mm≧D1≧0.5mm
・・・ 条件1
・・・ 条件1
オートフォーカス時において第1レンズ110が光軸O−Oに沿って左右に移動すると間隔D1が変化する。それに伴い、第1レンズ110と第2レンズ120との間隔D2も変化する。下記の例における、間隔D1と間隔D2とは、第1レンズ110が基準位置に位置した場合の値を示す。
第3レンズ
第3レンズ130を上述した各種の収差を補正するためのレンズとして使用した場合、第1レンズ110の面と第2レンズ120の面とに非球面数を増やさないと、変曲点を持ち、相当成形が困難な形状をとらざるを得なくなる。第3レンズ130の非球面係数も低次まで抑えると、所望の収差を補正するための性能をだすので困難になる。
このような第3レンズ130をガラスで成形することが難しいので、本実施の形態においては、第3レンズ130を樹脂製のレンズとする。本実施の形態においては、たとえば、樹脂を成形型を入れて成形して第3レンズ130を製造する。
第3レンズ130を樹脂で成形することによって、低価格を達成もしている。
第3レンズ130を上述した各種の収差を補正するためのレンズとして使用した場合、第1レンズ110の面と第2レンズ120の面とに非球面数を増やさないと、変曲点を持ち、相当成形が困難な形状をとらざるを得なくなる。第3レンズ130の非球面係数も低次まで抑えると、所望の収差を補正するための性能をだすので困難になる。
このような第3レンズ130をガラスで成形することが難しいので、本実施の形態においては、第3レンズ130を樹脂製のレンズとする。本実施の形態においては、たとえば、樹脂を成形型を入れて成形して第3レンズ130を製造する。
第3レンズ130を樹脂で成形することによって、低価格を達成もしている。
第1レンズ
撮像レンズユニット100の全長Lを短くして、撮像レンズユニット100の各種の収差を良好にするには第1レンズ110を非球面にすることが望ましい。
しかしながら、第1レンズ110の製造面から考察すると、球面にすることより非球面にすると、選択できる硝材が制限され、製造面の材料選択の自由度が狭まる。さらに、製造の観点からも、非球面は公差が厳しくなり、製造が難しい。歩留りが低下する可能性がある。
そこで、第1実施の形態においては、第1レンズ110の物体側の面は、非球面ではなく、必ず曲率R1の球面に形成する。
撮像レンズユニット100の全長Lを短くして、撮像レンズユニット100の各種の収差を良好にするには第1レンズ110を非球面にすることが望ましい。
しかしながら、第1レンズ110の製造面から考察すると、球面にすることより非球面にすると、選択できる硝材が制限され、製造面の材料選択の自由度が狭まる。さらに、製造の観点からも、非球面は公差が厳しくなり、製造が難しい。歩留りが低下する可能性がある。
そこで、第1実施の形態においては、第1レンズ110の物体側の面は、非球面ではなく、必ず曲率R1の球面に形成する。
このように、第1レンズ110の物体側の面は球面とし、非球面にはしない。
・・・ 条件2
・・・ 条件2
なお、第1実施の形態においては、収束用の第1レンズ110の両面とも、曲率R1,R2の球面にしている。
第2レンズ
第2レンズ120は、パワーが正となるレンズであり、第1レンズ110とともに収束レンズとして機能するほか、両面が非球面の第3レンズ130で補正しきれない諸収差を補正する。そのため、第2レンズ120の少なくとも像面側の面(曲率R4)を非球面にする。
第2レンズ120の像面側の面を非球面にすると、間隔D5がこの撮像レンズにおいて最も長いので、歪曲、非点収差などの各種収差を補正する能力が高まる。
第2レンズ120は、パワーが正となるレンズであり、第1レンズ110とともに収束レンズとして機能するほか、両面が非球面の第3レンズ130で補正しきれない諸収差を補正する。そのため、第2レンズ120の少なくとも像面側の面(曲率R4)を非球面にする。
第2レンズ120の像面側の面を非球面にすると、間隔D5がこの撮像レンズにおいて最も長いので、歪曲、非点収差などの各種収差を補正する能力が高まる。
間隔D5が最大である。
・・・ 条件3
・・・ 条件3
非球面数
歩留り、製造面、硝材の選択の自由度などの観点から上述したように、撮像レンズユニット100全体として非球面の数は少ないほうが好ましい。本実施の形態においては、撮像レンズユニット100全体として、非球面の数を最大4に制限している。
・・・ 条件4
歩留り、製造面、硝材の選択の自由度などの観点から上述したように、撮像レンズユニット100全体として非球面の数は少ないほうが好ましい。本実施の形態においては、撮像レンズユニット100全体として、非球面の数を最大4に制限している。
・・・ 条件4
なお、図1に示した第1実施の形態の撮像レンズユニット100においては、非球面は、第2レンズ120の像側の面、第3レンズ130の両面の合計3面である。
たとえば、収差補正のために、第1レンズ110の像側の面、または、第2レンズ120の物体側の面を非球面にして、撮像レンズユニット100全体で4面を非球面にすることもできる。これらについては、第2実施の形態、第3実施の形態として述べる。
たとえば、収差補正のために、第1レンズ110の像側の面、または、第2レンズ120の物体側の面を非球面にして、撮像レンズユニット100全体で4面を非球面にすることもできる。これらについては、第2実施の形態、第3実施の形態として述べる。
分散
撮像レンズユニット100内のレンズについて、分散を示すアッベ数νの最大値νmax と最小値νmin との差を、所定範囲νrange にすることが望ましい。その理由は、第3レンズ130を樹脂製のレンズとした場合、分散値の自由度が少なく、色補正を行うには、(νmax −νmin )≧νrange とすることが必要となる。実験によれば下記が好ましい。
撮像レンズユニット100内のレンズについて、分散を示すアッベ数νの最大値νmax と最小値νmin との差を、所定範囲νrange にすることが望ましい。その理由は、第3レンズ130を樹脂製のレンズとした場合、分散値の自由度が少なく、色補正を行うには、(νmax −νmin )≧νrange とすることが必要となる。実験によれば下記が好ましい。
(νmax −νmin )≧30
・・・ 条件5
・・・ 条件5
全長と焦点距離
撮像レンズユニット100の、開口絞りSから像面までの全長Lを短くするには、L/f<a、または、開口絞りSから第3レンズ130までの長さL1を短くするには、L1/f<a1である条件を満たし、かつ、高画素の撮像素子が配置される像面部分の像に十分な光量を得るには撮像レンズユニット100のFナンバーが所定の値Fa以下であることが必要となる。
本実施の形態においては、たとえば、下記にしている。
撮像レンズユニット100の、開口絞りSから像面までの全長Lを短くするには、L/f<a、または、開口絞りSから第3レンズ130までの長さL1を短くするには、L1/f<a1である条件を満たし、かつ、高画素の撮像素子が配置される像面部分の像に十分な光量を得るには撮像レンズユニット100のFナンバーが所定の値Fa以下であることが必要となる。
本実施の形態においては、たとえば、下記にしている。
L/f<1.5(L=1.5×f)、または、
L1/f<1.0(L1=1.0×f)
・・・ 条件6
L1/f<1.0(L1=1.0×f)
・・・ 条件6
Fナンバー<3.0
・・・ 条件7
・・・ 条件7
レンズの厚さ
各レンズの製造、および、これらのレンズを組み立てることを考慮すると、各レンズの厚さは所定値以上が望ましい。
本実施の形態おいては、たとえば、下記にしている。
各レンズの製造、および、これらのレンズを組み立てることを考慮すると、各レンズの厚さは所定値以上が望ましい。
本実施の形態おいては、たとえば、下記にしている。
コバ厚さ≧0.5mm
D2≧0.5mm
D4≧0.5mm
D6≧0.5mm
・・・ 条件8
D2≧0.5mm
D4≧0.5mm
D6≧0.5mm
・・・ 条件8
なお、強度を考慮して、カバーガラス140の間隔(厚さ)D8も下記にしている。
D8≧0.5mm
D8≧0.5mm
表1に、本発明の第1実施の形態の撮像レンズユニット100の具体的な光学パラメータ(数値)を示す。
表1において、曲率R1=1.5886mmは、第1レンズ110の物体側に凸の球面の曲率(物体側に凸の場合を正の曲率とする)を示し、曲率R4=−9.6120mmは、第2レンズ120の像側の物体側に凹(像面側に凸)の非球面の曲率(この場合を負の曲率とする)を示している。カバーガラス140の曲率R7、R8が0.0 は、曲率なし、すなわち、平面であることを示している。
第1レンズ110は両面が球面の屈折率n1 =1.62041 のガラス製レンズである。第2レンズ120は物体側が球面(曲率R2)、像面側が非球面(曲率R3)の屈折率n2 =1.48749 のガラス製レンズである。第1レンズ110の屈折率n1 のほうが、第2レンズ120の屈折率n2 よりも高く収束能力が高い。
第3レンズ130は両面が非球面の屈折率n1 =1.60710 の樹脂製レンズである。
最大アッベ数νmax と最小アッベ数νminvとは条件5を満足している。
焦点距離fは、たとえば、3.77mmであった。開口絞りSからカバーガラス140までの長さL1は4.1755mmと短い。開口絞りSから像面までの全長Lは、たとえば、約5.7 mmであった。このように、条件6を満足している。
その他の条件も、上述した条件1〜8のいずれかを満足している。
第1レンズ110は両面が球面の屈折率n1 =1.62041 のガラス製レンズである。第2レンズ120は物体側が球面(曲率R2)、像面側が非球面(曲率R3)の屈折率n2 =1.48749 のガラス製レンズである。第1レンズ110の屈折率n1 のほうが、第2レンズ120の屈折率n2 よりも高く収束能力が高い。
第3レンズ130は両面が非球面の屈折率n1 =1.60710 の樹脂製レンズである。
最大アッベ数νmax と最小アッベ数νminvとは条件5を満足している。
焦点距離fは、たとえば、3.77mmであった。開口絞りSからカバーガラス140までの長さL1は4.1755mmと短い。開口絞りSから像面までの全長Lは、たとえば、約5.7 mmであった。このように、条件6を満足している。
その他の条件も、上述した条件1〜8のいずれかを満足している。
表2に、第2レンズ120の像側の非球面の円錐定数、および、第3レンズ130の両面の非球面の円錐定数の例を示す。
式1に非球面方程式を示す。
図2(A)、(B)は、上記光学パラメータにおける第1実施の形態の撮像レンズユニット100の歪曲曲線と、非点収差を示すグラフである。
本発明の第1実施の形態によれば、所望の明るさを持ち(小さなFナンバー)、全長L(または長さL1)が短く小型で、歪曲、非点秀才などの各種収差を適切に補正でき、組み立ても容易で、低価格の撮像レンズユニット100が製造できた。
したがって、本実施の形態の撮像レンズユニット100を、小型の撮像装置、たとえば、携帯電話機の撮像部分の撮像レンズユニットに効果的に適用できる。
したがって、本実施の形態の撮像レンズユニット100を、小型の撮像装置、たとえば、携帯電話機の撮像部分の撮像レンズユニットに効果的に適用できる。
第2実施の形態
図3は本発明の第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aの構成図である。図1に示した撮像レンズユニット100との相違は、第2レンズ120の像側の面が物体側に凸の非球面であることである。
表3に本発明の第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aのパラメータ(数値)を示す。
図3は本発明の第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aの構成図である。図1に示した撮像レンズユニット100との相違は、第2レンズ120の像側の面が物体側に凸の非球面であることである。
表3に本発明の第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aのパラメータ(数値)を示す。
表4に第2レンズ120の像側の非球面の円錐定数、および、第3レンズ130の両面の非球面の円錐定数の例を示す。
第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aにおいて、第1実施の形態の第2レンズ120とは異なり、第2レンズ120の像側の面を物体側に凸の非球面にしている。曲率R4=50.8521 mm。
各レンズの曲率、厚さ、レンズ間の間隔、屈折率、アッベ数などは、第1実施の形態とは異なる。ただし、撮像レンズユニット100全体の非球面の数は、3面であり、第1実施の形態と同じである。
なお、焦点距離fは、3.85mmである。
第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aも条件1〜8を満足している。
各レンズの曲率、厚さ、レンズ間の間隔、屈折率、アッベ数などは、第1実施の形態とは異なる。ただし、撮像レンズユニット100全体の非球面の数は、3面であり、第1実施の形態と同じである。
なお、焦点距離fは、3.85mmである。
第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aも条件1〜8を満足している。
以上のとおり、第2レンズ120の像側の面を物体側に凸の非球面とすることもできる。すなわち、第1実施の形態における撮像レンズユニット100の第2レンズ120は両凸レンズであったが、第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aにおいては、第2レンズ120は両面とも物体側に凸のメニスカス形状をしている。
第2レンズ120はパワーが正となるレンズであり、第1レンズ110とともに収束の機能を果たすほか、歪曲、非点収差などの収差を補正する機能を果たせば、図1または図3に示した形状のいずれをとることもできる。
第2レンズ120はパワーが正となるレンズであり、第1レンズ110とともに収束の機能を果たすほか、歪曲、非点収差などの収差を補正する機能を果たせば、図1または図3に示した形状のいずれをとることもできる。
図4(A)、(B)は、第2実施の形態の撮像レンズユニット100の歪曲曲線と、非点収差を示すグラフである。
第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aによっても、第1実施の形態同様、所望の歪曲特性、非点収差特性を示す結果が得られた。
第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aによっても、第1実施の形態同様、所望の歪曲特性、非点収差特性を示す結果が得られた。
以上のとおり、本発明の第2実施の形態によっても、所望の明るさを持ち(小さなFナンバー)、全長が短く小型で、各種収差を補正でき、組み立ても容易で、低価格の撮像レンズユニット100Aが製造できた。
したがって、第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aを、小型の撮像装置、たとえば、携帯電話機の撮像部分の撮像レンズユニットに効果的に適用できる。
したがって、第2実施の形態の撮像レンズユニット100Aを、小型の撮像装置、たとえば、携帯電話機の撮像部分の撮像レンズユニットに効果的に適用できる。
第3実施の形態
図5は本発明の第3実施の形態の撮像レンズユニット100Bの構成図である。図1に示した撮像レンズユニット100との相違は、条件2を考慮せず、第1レンズ110の像側の面が物体側に凸の非球面であることである。
第2レンズ120の像側の面は、第1実施の形態の第2レンズ120と同様、像側に凸の非球面である。
表5に本発明の第3実施の形態の撮像レンズユニット100Bのパラメータ(数値)を示す。
図5は本発明の第3実施の形態の撮像レンズユニット100Bの構成図である。図1に示した撮像レンズユニット100との相違は、条件2を考慮せず、第1レンズ110の像側の面が物体側に凸の非球面であることである。
第2レンズ120の像側の面は、第1実施の形態の第2レンズ120と同様、像側に凸の非球面である。
表5に本発明の第3実施の形態の撮像レンズユニット100Bのパラメータ(数値)を示す。
表6に第1レンズ110の像側の非球面の円錐定数、および、第3レンズ130の両面の非球面の円錐定数の例を示す。
第3実施の形態の撮像レンズユニット100Bにおいて、第1実施の形態の第1レンズ110とは異なり、第1レンズ110の像面側の面を物体側に凸の非球面にしている。曲率R2=2.9263828 mm。
各レンズの曲率、厚さ、レンズ間の間隔、屈折率、アッベ数などは、第1実施の形態とは異なる。撮像レンズユニット100B全体の非球面の数は4面であり、第1実施の形態および第2実施の形態とは異なる。
なお、焦点距離fは、3.82mmである。
各レンズの曲率、厚さ、レンズ間の間隔、屈折率、アッベ数などは、第1実施の形態とは異なる。撮像レンズユニット100B全体の非球面の数は4面であり、第1実施の形態および第2実施の形態とは異なる。
なお、焦点距離fは、3.82mmである。
図6(A)、(B)は、第3実施の形態の撮像レンズユニット100Bの歪曲曲線と、非点収差を示すグラフである。
第3実施の形態の撮像レンズユニット100Bによっても、第1実施の形態同様、所望の歪曲特性、非点収差特性を示す結果が得られた。
むしろ、第1レンズ110の像側の面をも非球面にすると、第1実施の形態の撮像レンズユニット100よりも収差の補正が向上することが分かる。
非球面数が4面までならば歩留りも悪化しないことが分かった。
第3実施の形態の撮像レンズユニット100Bによっても、第1実施の形態同様、所望の歪曲特性、非点収差特性を示す結果が得られた。
むしろ、第1レンズ110の像側の面をも非球面にすると、第1実施の形態の撮像レンズユニット100よりも収差の補正が向上することが分かる。
非球面数が4面までならば歩留りも悪化しないことが分かった。
以上のとおり、本発明の第3実施の形態によっても、所望の明るさを持ち(小さなFナンバー)、全長L(または長さL1)が短く小型で、各種収差を補正でき、組み立ても容易で、低価格の撮像レンズユニット100Bが製造できた。
したがって、第2実施の形態の撮像レンズユニット100Bを、小型の撮像装置、たとえば、携帯電話機の撮像部分の撮像レンズユニットに効果的に適用できる。
したがって、第2実施の形態の撮像レンズユニット100Bを、小型の撮像装置、たとえば、携帯電話機の撮像部分の撮像レンズユニットに効果的に適用できる。
本発明の撮像レンズユニット(光学系)は、上述した実施の形態に限定されず、種々の変形態様をとることができる。
もちろん、上述した撮像レンズユニットの光学パラメータは例示にすぎず、本発明は上述した光学パラメータに限定ないことは当業者にとって自明である。
もちろん、上述した撮像レンズユニットの光学パラメータは例示にすぎず、本発明は上述した光学パラメータに限定ないことは当業者にとって自明である。
本発明の上述した実施の形態において、開口絞りSを撮像レンズユニット100、10A、10Bに含めて考察したが、本発明の撮像レンズユニットとして開口絞りSが必須ではないから、開口絞りSを含めないでもよい。
以上説明したような特徴を有する撮像レンズ100,100A,100Bは、撮像素子を用いたデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラ、携帯情報端末搭載カメラといった全長の規制の厳しい撮像装置に適用可能である。
特に、携帯電話機等にも搭載可能な好適なレンズ全長および高い光学性能を有することから、デジタル入力機器(カメラ(光学)モジュール)に適している。
特に、携帯電話機等にも搭載可能な好適なレンズ全長および高い光学性能を有することから、デジタル入力機器(カメラ(光学)モジュール)に適している。
図7および図8は、本実施形態に係る撮像レンズを採用したカメラ(光学)モジュールを搭載した携帯電話機の一実施形態を示す外観斜視図である。携帯電話機1はいわゆる折り畳み式の携帯電話機として構成されており、図7は開状態を、図8は閉状態を示している。
携帯電話機1は、受話筐体2と、送話筐体3とを備え、受話筐体2および送話筐体3は連結部4により開閉可能に連結されている。受話筐体2および送話筐体3は、閉状態で互いに対向する面(正面)側の正面側ケース2c、3cと、その背面側の背面側ケース2d、3dとをそれぞれ備えている。これらケースは、たとえば樹脂によりそれぞれ一体成形される。
受話筐体2には、正面側に画像を表示するメイン表示部5と、その背面側に画像を表示するサブ表示部6とが、それぞれ各面に沿って設けられている。メイン表示部5およびサブ表示部6は、たとえば液晶表示ディスプレイによって構成される。また、受話筐体2には、背面側ケース2dに設けられた開口部2eから被写体を撮像するための光学モジュール7と、背面側から発光するストロボ8とが設けられている。
送話筐体3は正面側に操作部9を備えている。操作部9には、テンキーボタン9a等の携帯電話機1を操作するための各種ボタンが配置されている。携帯電話機1は、テンキーボタン9aへの入力操作に応じて、無線通信や光学モジュール7による撮像を行う。
なお、携帯電話機1の内部には、無線通信用の高周波回路やアンテナ、通話用のマイクやスピーカが設けられているが、図示は省略する。
また、同様に図示は省略しているが、操作部9の反対面にはカバーを有し、カバーを開放すると電池収納部があり、電力供給手段としての電池が収納されている。
本実施形態においては、この電池から光学モジュール7の駆動源に電力を供給することで、部品点数の削減、および携帯電話機1の小型化を実現している。
また、同様に図示は省略しているが、操作部9の反対面にはカバーを有し、カバーを開放すると電池収納部があり、電力供給手段としての電池が収納されている。
本実施形態においては、この電池から光学モジュール7の駆動源に電力を供給することで、部品点数の削減、および携帯電話機1の小型化を実現している。
光学モジュール7には、前述したように、本実施形態に係る撮像レンズ100,100A,100Bを採用している。
以下、光学モジュールの構成例について、図9(A),(B)、および図10に関連付けて説明する。
以下、光学モジュールの構成例について、図9(A),(B)、および図10に関連付けて説明する。
図9(A)は、光学モジュール7の概観斜視図、図9(B)は、図9(A)のIII−III線における断面図である。なお、図9に設定した直交座標系のy軸方向が光軸方向であり、図9(A)の紙面左下側および図9(B)の紙面上方側が物体側(被写体側;図8の紙面上方側)である。
また、図10は、本実施形態の撮像レンズが搭載されるレンズユニットの内部構成を物体側(被写体側)からみた斜視図である。
また、図10は、本実施形態の撮像レンズが搭載されるレンズユニットの内部構成を物体側(被写体側)からみた斜視図である。
光学モジュール7は、光軸方向において、物体側(被写体側)から順に、被写体側カバー11、シャッタユニット12、レンズユニット14、基板カバー15および基板16が積層され、全体形状が光軸方向に薄い薄型直方体に概ね形成されている。
具体的には、被写体側カバー11、レンズユニット14、基板カバー15、基板16は、光軸方向にみて略同程度の大きさの略矩形状に形成されており、これら各部の側面は全体形状の側面を構成し、被写体側カバー11および基板16は全体形状の被写体側の面およびその裏面を構成している。光学モジュール7は比較的小型のモジュールとして構成されており、たとえば、光軸に直交する面の広さは22mm×16mm、光軸方向の厚さは6.9mmである。
なお、光学モジュール7は、図9(B)および図10に示すように、レンズを光軸方向に駆動するためのモータ13を内蔵しており、レンズの光軸方向の移動による合焦位置の調整が可能である。
被写体側カバー11は、全体として矩形の箱体状に形成され、被写体側の板面と、板面の外周を囲む側面とを有している。x軸方向の一端側には、被写体側カバー11の広さの略半分の大きさの矩形状の開口部が開口し、シャッタユニット12の大部分が露出する。被写体側カバー11は、たとえば金属により形成されている。なお、光学モジュール7において、被写体側カバー11は、省略してもよい。
シャッタユニット12は、外形が、全体としてレンズユニット14の略半分の広さを有する薄型の略直方体状に形成されている。
シャッタユニット12のレンズユニット14側には、光路を中心とする円形の凹部12aが設けられており、凹部12aには本実施形態の撮像レンズに相当するレンズ群21が挿入され、凹部12aはレンズ群21の移動領域の一部を規定することも可能である。
シャッタユニット12のレンズユニット14側には、光路を中心とする円形の凹部12aが設けられており、凹部12aには本実施形態の撮像レンズに相当するレンズ群21が挿入され、凹部12aはレンズ群21の移動領域の一部を規定することも可能である。
モータ13は、光軸に対してシャッタユニット12と並列に、すなわち、光軸に直交する方向においてシャッタユニット12とモータ13とが配列されるようにレンズユニット14の被写体側に設けられている。また、モータ13はレンズ群21の径方向外側に位置する。
レンズユニット14は、レンズ群21と、レンズ群21を保持するレンズ保持体22と、レンズ保持体22をレンズ群21の光軸方向に移動可能に保持する図示しないレンズ用基体とを備えている。
レンズ群21は、図1に示すように、たとえば、3枚の光学レンズを含んで構成され、被写体側から第1レンズ23(図1等の第1レンズ110)、第2レンズ24(図1等の第2レンズ120)、第3レンズ25(図1等の第3レンズ130)の順に積層されている。第1レンズ23、第2レンズ24、第3レンズ25は、被写体側から徐々に径が大きくなるように構成されている。なお、単一のレンズがレンズ保持体22に保持されていてもよい。
レンズ保持体22は、各レンズ23、24、25がそれぞれ嵌合挿入されるように、階段状に縮径する円形の凹部を有している。当該凹部に第1レンズ23、第2レンズ24、第3レンズ25の順に各レンズが収納されて積層され、さらにリング状のリテーナ26が積層されるとともに、リテーナ26がレンズ保持体22に接着剤等の固定手段により固定されることにより、レンズ群21はレンズ保持体22に保持される。レンズ保持体22は、たとえば樹脂により形成されている。
基板カバー15は、たとえば樹脂により形成され、全体形状は概ね薄型の直方体である。基板カバー15には、光路を確保するための開口部15aが設けられている。また、基板カバー15の基板16側には、基板16に設けられる各種の部品を収容可能な凹部15b(図9(B)参照)が複数設けられている。なお、基板カバー15のレンズユニット14側にはIRカットフィルタが設けられている。
基板16は、硬質の基板材料により剛体の基板として構成され、全体として略矩形状に形成されている。基板16は、たとえば硬質の樹脂により形成された絶縁層に、パターン層、グランド層、電源層が積層された多層式のプリント基板である。
なお、図9(A)および図9(B)に示すように、基板16は、光学モジュール7の全体形状における被写体側の反対側の面を構成しており、光学モジュール7が携帯電話機1に実装される際には、たとえば、基板16の被写体側と反対側の面16aが、携帯電話機1の内部に設けられた不図示の基板等の適宜な部材に当接し、携帯電話機1に保持される。フレキシブルプリント配線基板(FPC27)には、携帯電話機1の内部に設けられた基板等と接続するためのコネクタ28が設けられている。
撮像素子29は、たとえばCCDやCMOSセンサにより形成され、受光した光に応じた信号を出力する。撮像素子29により出力された信号は、基板16およびFPC27を介して携帯電話機1の表示部用の基板等に設けられた画像処理部に出力されて処理される。そして光像の画像はメイン表示部5またはサブ表示部6に表示される。
この撮像素子29は、図1等の撮像レンズ100,100A,100Bの撮像素子150に相当する。
この撮像素子29は、図1等の撮像レンズ100,100A,100Bの撮像素子150に相当する。
レンズ保持体22は、レンズ21の径方向外側に突出する被案内部22a、22bを備えている。被案内部22aには貫通孔22cが設けられ、当該貫通孔22cにガイド軸51が挿通されている。ガイド軸51は光軸方向に延びてレンズ用基体に固定されており、被案内部22aを光軸方向に案内する。被案内部22bは、レンズ用基体に設けられた凹状のレール部に挿入されている。
モータ13は、たとえばステッピングモータにより構成され、ロータ等を含むモータ本体13aと、モータ本体13aから延出し、回転駆動される出力軸13bとを有している。モータ本体13aはたとえば略円筒形に形成され、出力軸13bは当該円筒形の端面から延出する。
図10に示すように、モータ本体13aは、出力軸13b方向の長さが出力軸13bに直交する方向の幅よりも大きい。また、モータ本体13aの長さと出力軸13bの長さとを積算した長さは、レンズ群21の径よりも大きく、モータ本体13aの出力軸13bに直交する方向の幅はレンズ群21の光軸方向の厚さよりも小さい(図9(B)参照)。
モータ13は、出力軸13bが、光軸に直交する方向であってシャッタユニット12との配列方向に対して直交する方向(z軸方向)に沿って延びるように配置されている。すなわち、モータ13の全体形状における長手方向を光軸に直交に、短手方向を光軸に平行にして配置されている。
モータ本体13aのシャッタユニット12と反対側の側面には、端子フォルダ52が設けられており、端子フォルダ52の端子52aは、FPCに接続されている。
モータ13の動作は、携帯電話機1の不図示の制御部により、FPC27や基板16、端子フォルダ52を介して制御される。
モータ13の動作は、携帯電話機1の不図示の制御部により、FPC27や基板16、端子フォルダ52を介して制御される。
図10に示すように、レンズユニット14には、モータ13の出力軸13bの回転を光軸方向の直線運動に変換してレンズ保持体22に伝達する伝達機構53が設けられている。
伝達機構53は、モータ13の出力軸13bに設けられるウォーム54と、ウォーム54と噛合するウォームホイール55と、ウォームホイール55と噛合するカムギア56とを備えている。なお、ウォーム54、ウォームホイール55およびカムギア56は後述するカム部56bを駆動するカム駆動部として機能する。
ウォーム54とウォームホイール55とはウォーム歯車装置を構成し、出力軸13bの光軸に直交する軸回りの回転を光軸に平行な軸回りの回転に変換する。すなわち、ウォーム54は光軸に直交する軸回りに回転し、ウォームホイール55はウォーム54により伝達された駆動力により光軸に平行な軸回りに回転する。
また、図10に示すように、レンズユニット14には、カムギア56の回転位置の検出、ひいてはレンズ保持体22の光軸方向の位置の検出をするための光電センサ61が設けられている。
カムギア56は、外周部の一部にギア部56aを、外周部の他の一部にカム部56bを備えている。ギア部56aおよびカム部56bは、それぞれカムギア56の略半周に亘って形成されている。ギア部56aはウォームホイール55と噛合し、カムギア56は光軸に平行な軸回りに回転する。
カム部56bは、カムギア56の回転軸に直交する面に対して傾斜する、すなわち、光軸に直交する面に傾斜するカム面56cを有している。一方、レンズ保持体22は、カム面56cに当接する当接部22dを有しており、当接部22dはカムギア56の回転に伴ってカム面56cに摺動可能である。
このように、本実施形態の撮像レンズ100,100A,100Bは、撮像素子を用いたデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラ、携帯情報端末搭載カメラといった全長の規制の厳しい撮像装置に容易に搭載可能である。
また、撮像レンズ100,100A,100Bは、携帯電話機等にも搭載可能な好適なレンズ全長を有していることはもとより、高い光学性能を有することから、高精度な画像を得ることが可能である。
また、撮像レンズ100,100A,100Bは、携帯電話機等にも搭載可能な好適なレンズ全長を有していることはもとより、高い光学性能を有することから、高精度な画像を得ることが可能である。
100,100A,100B・・・撮像レンズユニット(光学系)
110・・・第1レンズ、
120・・・第2レンズ、
130・・・第3レンズ、
140・・・カバーガラス
S・・・開口絞り
1・・・携帯電話機
7・・・光学モジュール
110・・・第1レンズ、
120・・・第2レンズ、
130・・・第3レンズ、
140・・・カバーガラス
S・・・開口絞り
1・・・携帯電話機
7・・・光学モジュール
Claims (12)
- 物体側から像側に向かって、
開口絞りと、
物体側の面が物体側に凸の球面を持つ第1レンズと、
物体側の面が物体側に凸の面を持つ第2レンズと、
両面が物体側に凸で両面が非球面の樹脂製の第3レンズとを配置した、
ことを特徴とする撮像レンズユニット。 - 前記開口絞りと前記第1レンズとの間隔が0.25〜0.50mmの範囲にある、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像レンズユニット。 - 前記第1レンズの像面側の面と、前記第2レンズの両面との少なくとも1面が非球面である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像レンズユニット。 - 第1実施の形態
前記第1レンズの像面側の面が球面であり、
前記第2レンズ120の物体側の面が物体側に凸であり、像面側の面が物体側に凹である非球面である、
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像レンズユニット。 - 前記第1レンズの像面側の面が球面であり、
前記第2レンズ120の物体側の面が物体側に凸の非球面であり、像面側の面が物体側に凸の非球面である、
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像レンズユニット。 - 前記第1レンズの像面側の面が物体側に凸の非球面であり、
前記第2レンズ120の物体側の面が物体側に凸の非球面であり、像面側の面が物体側に凸の非球面である、
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像レンズユニット。 - 前記開口絞りから像面までの距離をLとして、当該撮像レンズユニットの焦点距離をfとしたとき、L/fが1.5より小さい(L/f<1.5)、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の撮像レンズユニット。 - 当該撮像レンズユニットのレンズのFナンバーが3.0未満である、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の撮像レンズユニット。 - 当該撮像レンズユニット内のレンズの分散値の最大値と最小値との差が30以上である、
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の撮像レンズユニット。 - 撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズユニットと、
前記撮像レンズユニットを保持するレンズ保持体と、を有し、
前記撮像レンズユニットの前記撮像光学系は、物体側から像が向かって順に配置された、
開口絞りと、
物体側の面が物体側に凸の球面を持つ第1レンズと、
物体側の面が物体側に凸の面を持つ第2レンズと、
両面が物体側に凸で両面が非球面の樹脂製の第3レンズと、を含む
光学モジュール。 - 光学モジュールと、
前記光学モジュールを収納する筐体と、を有し、
前記光学モジュールは、
撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズユニットと、
前記撮像レンズユニットを保持するレンズ保持体と、を有し、
前記撮像レンズユニットの前記撮像光学系は、物体側から像側に向かって順に配置された、
開口絞りと、
物体側の面が物体側に凸の球面を持つ第1レンズと、
物体側の面が物体側に凸の面を持つ第2レンズと、
両面が物体側に凸で両面が非球面の樹脂製の第3レンズと、を含む
携帯端末。 - 電力供給手段を有し、
前記光学モジュールは前記電力供給手段により電力の供給を受ける
請求項11記載の携帯端末。
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2006
- 2006-01-25 JP JP2006016453A patent/JP2006309148A/ja active Pending
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