JP2008107616A - 撮像レンズ、光学モジュール、および携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の全長短縮化を図りつつコストを抑え、さらに良好な画質が得られる撮像レンズを得る撮像レンズを４枚のレンズ構成において実現する。
【解決手段】撮像素子上に像を結像することを対象とした撮像レンズであって、物体側から像側に順に、開口絞り、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第４レンズを有し、前記第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に凸となるメニスカス形状であり、前記第２レンズは負の屈折力を有し、前記第３レンズは正の屈折力を有し、さらに前記第４レンズは正の屈折力を有する撮像レンズとする。
【選択図】図1

Description

本発明は、主にデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、或いは監視カメラ等のように固体撮像素子を用いたカメラに好適なものに関し、特に携帯電話や小型の情報端末機器等に付属するカメラに好適で、コストを抑え、且つ低背の撮像レンズに関する。

近年、撮像素子にＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサを使ったコンパクトなデジタルカメラやデジタルビデオユニットを内蔵したものが種々開発されている。特に情報携帯端末や携帯電話が普及し、それらに使用される撮像ユニットには、携帯性の観点から小型・軽量の撮像レンズが望まれている。

撮像レンズのタイプとしては、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズと負の屈折力の第２レンズの２枚レンズ構成のレンズ系が知られている（例えば特許文献１，２）。

また、レンズ系全体の小型化とともに結像性能の向上も考慮した、撮像レンズとして、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズ、負の屈折力の第３レンズからなる３枚構成の撮像レンズが知られている（例えば特許文献３）。

更に、３枚構成の撮像レンズをさらに結像性能を高めるために４枚のレンズにて構成された撮像レンズも知られている（例えば特許文献４）。
特開２００４−６１５５４号公報 特開２００５−４９４２７号公報 特開２００４−２５２３１２号公報 特開２００４−１８４９８７号公報

特許文献１及び２に開示されている正の屈折力の第１レンズと負の屈折力の第２レンズの２枚構成では、コンパクトではある反面色収差の補正ができず、またペッツバール和が大きくなってしまうため、像面湾曲、非点収差などが大きく発生しやすく、近年高画素化に伴う光学性能の向上に対して満足できる性能が得られないなどの欠点を有している。

また、特許文献３に開示されている正の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズ、負の屈折力の第３レンズからなる３枚構成では、上述した2枚構成に比べて光学性能は向上するが、所望される光学性能に対しては満足できないなどの欠点を有している。

さらに３枚構成として第１レンズを正の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズからなる所謂トリプレット構成の撮像レンズも知られているが、こちらも上述のように所望される光学性能に対しては満足できないなどの欠点を有している。

一方、特許文献４に開示されている負の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズ、負の屈折力の第４レンズからなる４枚構成では、光学設計上では高い結像性能を有するが、球面ガラスを用いており、大量生産において特にレンズ外径に対するバラツキが金型成型レンズより大きくなり、歩留まり、コストに対して不利である。

本発明では、これら従来例の問題点を踏まえた上で、レンズ系の量産性を考慮した構成にすると共に、携帯性の観点から求められる光学系の低背化を実現し、しかも所望の良好な画質が得られる撮像レンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の撮像レンズは、撮像素子上に像を結像することを対象とした撮像レンズであって、物体側から像側に順に、開口絞り、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第４レンズを有し、前記第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に凸となるメニスカス形状であり、前記第２レンズは負の屈折力を有し、前記第３レンズは正の屈折力を有し、さらに前記第４レンズは正の屈折力を有するものである。

好適には、前記第４レンズは、像側のレンズ面が、光軸近傍において像側に凹であり、周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなすレンズであるものである。

好適には、前記撮像レンズを構成する前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズはプラスチックレンズであり、前記第１レンズの材料のアッベ数をν１、前記第２レンズの材料のｄ線における屈折率をN2、アッベ数をν２とするとき、
ν2 ＜ ４０．０
１．５５ ＜ N2 ＜ １．７０
ν１−ν２ ≧ ２０．０
となる条件を満足し、かつ各レンズの少なくとも１面に非球面を有するものである。

好適には、前記第2レンズの焦点距離をｆ２、前記第４レンズの焦点距離をｆ4、全系の焦点距離をｆとするとき、
-２．５ ＜ ｆ２／ｆ ＜ -０．５
３.０＜ ｆ４／ｆ
となる条件を満足するものである。

好適には、前記第１レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR11、像側のレンズ面の曲率半径をR12、前記第１レンズの焦点距離をｆ１、全系の焦点距離をｆとするとき、
０.５ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ２.０
１．５ ＜ R12／R11
となる条件を満足するものである。

好適には、前記第１レンズと前記第３レンズは同一材料を用いており、前記第１レンズ及び前記第３レンズの材料のアッベ数をν１３、前記第１レンズ及び前記第３レンズの材料のｄ線における屈折率をN１３とするとき
５０．０ ＜ ν１３
１．４５ ＜ N１３ ＜ １．６０
となる条件を満足するものである。

好適には、前記第1レンズの物体側のレンズ有効径（直径）をD、前記第1レンズの物体側のレンズ有効径端と前記第1レンズの物体側面頂点との間隔をHとするとき、
０．０５ ＜ Ｈ／Ｄ ＜ ０．２０
となる条件を満足するものである。

さらに好適には、光軸から撮像面における最大像高をｙ´、光学系の最物体側レンズ面頂より光軸上における前記撮像面までの距離をLとするとき、
０．８ ＜ L／（2×ｙ´） ＜ １．５
となる条件を満足するものである。

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と、前記撮像レンズを保持するレンズ保持体と、を有し、前記撮像レンズの前記撮像光学系は、物体側から像側に順に、開口絞り、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第４レンズを有し、前記第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に凸となるメニスカス形状であり、前記第２レンズは負の屈折力を有し、前記第３レンズは正の屈折力を有し、さらに前記第４レンズは正の屈折力を有するものである。

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と、前記撮像レンズを保持するレンズ保持体と、を有し、前記撮像レンズの前記撮像光学系は、物体側から像側に順に、開口絞り、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第４レンズを有し、前記第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に凸となるメニスカス形状であり、前記第２レンズは負の屈折力を有し、前記第３レンズは正の屈折力を有し、さらに前記第４レンズは正の屈折力を有するものである。

好適には、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ものである。

本発明によれば、光学系の全長短縮化を図りつつコストを抑え、良好な画質が得られる撮像レンズを達成することができる。

その結果、情報端末、携帯電話機等に搭載可能なコンパクトな撮像レンズを実現することができる。

以下、図面を用いて本発明の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置の実施形態について説明する。
図１は実施形態１の撮像レンズのレンズ断面図である。図２は実施形態１の撮像レンズの収差図である。実施形態１は焦点距離４．７５、Ｆナンバー２．９、光軸から撮像面における最大像高は２．９０mmの撮像レンズである。

図３は実施形態２の撮像レンズのレンズ断面図である。図４は実施形態２の撮像レンズの収差図である。実施形態２は焦点距離４．８３、Ｆナンバー２．９、光軸から撮像面における最大像高は２．９０mmの撮像レンズである。

図５は実施形態３の撮像レンズのレンズ断面図である。図６は実施形態３の撮像レンズの収差図である。実施形態３は焦点距離５．０８、Ｆナンバー２．９、光軸から撮像面における最大像高は２．９０mmの撮像レンズである。

図７は実施形態４の撮像レンズのレンズ断面図である。図８は実施形態４の撮像レンズの収差図である。実施形態４は焦点距離４．７１、Ｆナンバー２．９、光軸から撮像面における最大像高は２．９０mmの撮像レンズである。

図９は実施形態５の撮像レンズのレンズ断面図である。図１０は実施形態５の撮像レンズの収差図である。実施形態５は焦点距離４．８６、Ｆナンバー２．９、光軸から撮像面における最大像高は２．９０mmの撮像レンズである。

各実施形態のレンズ断面図において、左方は被写体側（物体側）で、右方が像側（結像面側）である。レンズ断面図において、Ｇ０は撮像レンズであり、正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、正の屈折力の第４レンズＬ４からなっている。ＳＰは開口絞りであり、第１レンズＬ１の物体側に位置している。

Ｇは水晶ローパスフィルターや撮像素子を保護する保護ガラス、赤外カットフィルター等に対応して設計上設けられたガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の感光面が配置される。

収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線（587.56nm）及びｇ線(435.835nm)、△M、△Sはメリディオナル像面及びサジダル像面で表している。

無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、開口絞りSP及びレンズ系全体を物体側へ繰り出すことによって行われる。

図１１は本実施形態の撮像レンズ（実施形態１〜５の撮像レンズを総称して本実施形態の撮像レンズという）を保持枠（鏡枠）に保持した状態を示す断面図及び第１レンズＬ１の物体側面の特徴を説明するための図である。図中、111は保持枠、Ｄは第１レンズＬ１の物体側のレンズ有効径（直径）、Ｈは第１レンズＬ１の物体側のレンズ有効径端と第１レンズの物体側面頂点との間隔、Ｔは開口絞りＳＰを兼ねている保持枠111の厚さを表している。なお、図11（B）は、図11（A）のA部の拡大図である。

以下、本実施形態の撮像レンズの構成とその作用について説明する。
本実施形態の撮像レンズは、開口絞りSPを撮像レンズG0の物体側に配置する所謂前絞り構成として近年の固体撮像素子に適した長い射出瞳距離を得ている。そして撮像レンズG0は物体側から像側の順に、第1レンズL1は像側の面に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が大きい物体側に凸形状になるようなメニスカス形状より成っている。なお、本発明では、光軸付近において物体側に凸形状となるものを全て「物体側に凸形状」と定義されるものとする。

第２レンズL２は、物体側の面に比べ像側の面の屈折力の絶対値が大きい像側の面が凹形状より成っている。第３レンズL３は、物体側の面に比べ像側の面の屈折力の絶対値が大きい像側の面が凸形状より成っている。

開口絞りＳＰの像側に配置した第1レンズL1と、第1レンズL1の像側に配置した第2レンズL2のレンズ形状を前述の如く設定し、第1レンズL1の像側のレンズ面と第2レンズL2の物体側のレンズ面で構成される空気レンズは第１レンズＬ１の屈折力の弱い面及び第２レンズの屈折力の弱い面とで構成されている形状としている。このようなレンズ構成により組み込み時の偏芯感度が比較的少なく抑えており、結果として量産時の光学性能を良好にしている。

本実施形態の撮像レンズG0は開口絞りSPを保持枠１１１の一部として設け、第1レンズL1、第2レンズL２、第3レンズL3、第４レンズＬ４の順に保持枠１１１に組み込むことでレンズユニットとしている。第1レンズL1を保持する開口絞りSPを兼ねている保持枠１１１は、樹脂材で構成されており、光の遮光及び平坦性の確保を行うために、厚みＴを0.3mm程度は必要となる。この厚みは低背化を求めるユニットとしては弊害となるため、本実施形態の撮像レンズG0を構成する第1レンズL1は、物体側のレンズ面は曲率をきつくしている。これにより第1レンズL1のコバ部分が第1レンズL1の物体側レンズ面の面頂点との差が大きくなり、第1レンズL1のコバ部分で保持枠１１１に組み込む本実施形態では、鏡枠の厚み部分にもレンズ面が入りこみ、結果としてレンズユニットとしての低背化に寄与している。

なお、本実施形態では保持枠１１１は樹脂材を使用したが、金属などを用いても良い。金属なども平坦性の確保を行うためには厚みが必要であり、本実施形態の撮像レンズG0を用いることでレンズユニットの低背化に寄与できる。

なお、図１１（Ａ）のＭ１乃至Ｍ４は、各レンズ間隔を設けるための部材を示し、シート部材やバレルと同部材により形成し、黒色等にして反射光をカットする遮光部材とすればよい。あるいは、各部材Ｍ１乃至Ｍ４を各レンズの一部としてもよい。

また第４レンズL４は物体側のレンズ面と像側のレンズ面の曲率が比較的近い値である屈折力の弱いレンズであり、像側の面は光軸近傍において像側に凹形状よりなっており、周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状を成している。このような非球面形状を成すことで像面湾曲の補正を容易とし、平坦な結像特性を得ている。

そして第４レンズＬ４は像面IPと適切な間隔をとった位置に配置している。像面IPに第４レンズL４を近づけると像面湾曲も補正しやすく、像面IPに入射する光線をテレセントリック性に優れた光学系となるが、反面第４レンズL４の外径が大きくなるため、レンズユニットとしての小型化が成立しない。また、像面IPと第４レンズL４との間隔が近すぎてしまうと、上述しているように本実施形態の撮像レンズG0はフォーカスの際、レンズ系全体を繰り出すことによって行われるため、低温時のフォーカス及び製造時のバラツキが許容できなく製品として成立しない。そのため、本実施形態の撮像レンズG０は像面IPと適切な間隔をとった位置に配置し、像面湾曲を補正している。

さらに第４レンズL４は上述しているように保持枠１１１に組み込む順番としては最後であり、像面IPに対しての公差が累積として最も大きくなってしまう位置にある。そのため、屈折力の弱いレンズとすることで感度を緩くし、保持枠１１１での組み込み容易さを向上している。

また本実施形態では、第１レンズL１、第2レンズL２、第3レンズL３、第４レンズＬ４にプラスチック材を用いている。第1レンズＬ１と第2レンズＬ２はある程度の屈折力を持たせることで正・負の屈折力のテレフォト型の屈折力配置を強めレンズ全長の短縮を図っているが、このような屈折力の強いレンズにおいては曲率、肉厚などの製造誤差に対する要求精度は厳しくなりがちである。しかしながら、プラスチック材による成型の安定性は高く、組み込み方法を安定することで厳しい要求精度は達成可能である。

さらにガラス材に比べてプラスチック材は量産性に優れ、コスト面でも有利である点から本実施形態では撮像レンズＧ０を構成する全てのレンズを樹脂材として構成した。またプラスチック材は成型のためローコストながら非球面化が容易である。
この非球面化が容易であるプラスチック材の特徴を活かして、本実施形態では撮像レンズＧ０を構成する各レンズに少なくとも１面を非球面化し、良好な結像特性を得ている。

また本実施形態の撮像レンズでは、第１レンズＬ１と第３レンズＬ３の材料を同一材料としている。同一材料であることを活かして材料管理を簡易化し、低コスト化を達成している。

以上のように、各レンズを所望の屈折力配置と収差補正とを両立するレンズ構成とすることにより、良好な性能を保ちつつ、撮像レンズＧ０及びレンズユニットのコンパクト化を実現している。

更に本実施形態の撮像レンズＧ０では、良好な光学性能を得るため、またレンズ系全体の小型化を図るために、次の諸条件を満足している。

（１−１）以下は低コスト化を図りつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
ν２ ＜ ４０．０ ・・・（条件式１）
１．５５ ＜ N2 ＜ １．７０ ・・・（条件式２）
ν１−ν２ ≧ ２０．０ ・・・（条件式３）
ここで、ν２は第２レンズＬ２の材料のアッベ数を、Ｎ２は第２レンズＬ２の材料のｄ線における屈折率を、ν１は第１レンズＬ１の材料のアッベ数をそれぞれ示している。

条件式（１）および（２）は第２レンズＬ２の材料の屈折率とアッベ数を規定する式である。
条件式（１）の上限値を超えて第２レンズＬ２のアッベ数が大きくなると、ペッツバール和が負の方向に大きくなりすぎて軸上色収差および像面湾曲を補正するのが困難となるので好ましくない。

また、条件式（２）の下限値を超えると屈折力確保のために第２レンズＬ２を構成する曲率がきつくなり、球面収差および非点収差の補正が難しくなり好ましくない。一方、条件式（２）の上限値を超えるとプラスチック材としては現状存在せず、その結果、ガラス材を用いることになり、低コスト化が難しいため好ましくない。

さらに、条件式（３）は第１レンズＬ１の材料のアッベ数と第２レンズＬ２の材料のアッベ数の関係を示す式である。
条件式（３）の下限値を超えて第１レンズＬ１のアッベ数ν１の値に第２レンズＬ２のアッベ数ν２の値が近づくまたは高くなると、ペッツバール和が増大し、軸上色収差の補正および像面湾曲の補正が困難になり好ましくない。

さらに好ましくは、条件式（１），（２），（３）の数値範囲を、以下の条件式（１ａ），（２ａ）、（３ａ）のように設定することが好ましい。
ν２ ＜ ３５．０ ・・・（条件式１a）
１．５８ ＜ N2 ＜ １．６５ ・・・（条件式２a）
２５．０ ＜ ν１−ν２ ＜ ３５．０ ・・・（条件式３a）
これにより、低コスト化を維持しつつ、より光学性能の高い撮像レンズＧ０を形成することが可能となる。

（１−２）以下は製造を容易にし、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
−２．５ ＜ ｆ２／ｆ ＜ −０．５ ・・・（条件式４）
３．０ ＜ ｆ４／ｆ ・・・（条件式５）
ここで、ｆ２は第２レンズL２の焦点距離、ｆ４は第４レンズL４の焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

条件式（４）は第２レンズＬ２の屈折力に関する式である。条件式（４）の下限値を超えて第２レンズＬ２の屈折力が弱すぎるとペッツバール和が大きくなりすぎアンダーの像面彎曲が発生するため好ましくない。また上限値を超えて第２レンズＬ２の屈折力が強すぎると球面収差がオーバー側に補正過剰となり好ましくない。また製造誤差に起因する第２レンズＬ２の偏芯による中心コマ、片ボケ等の発生も課題となってくる。

条件式（５）は第４レンズL４の屈折力に関する式である。条件式（５）の下限値を超えると、第3レンズL3の屈折力が増大してしまい、結果感度も高くなってしまうため好ましくない。特に製造誤差に起因する第４レンズL４の偏芯及び曲率変化による像面湾曲、コマ収差、片ボケなどの発生が顕著となり好ましくない。

さらに好ましくは、条件式（４），（５）の数値範囲を、以下の条件式（４ａ），（５ａ）のように設定することが好ましい。
−２．３ ＜ ｆ２／ｆ ＜ −０．６ ・・・（条件式４ａ）
４．０ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ９０．０ ・・・（条件式５ａ）
これにより、製造を容易にし、より光学性能の高い撮像レンズＧ０を形成することが可能となる。

（１−３）以下は光学全長を低く（短く）しつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
０．５ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ２．０ ・・・（条件式６）
１．５ ＜ R12／R11 ・・・（条件式７）
ここで、R１１は第１レンズL1の物体側のレンズ面の曲率半径、R１２は第１レンズL1の像側のレンズ面の曲率半径、ｆ１は第１レンズL1の焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

条件式（６）は第1レンズL1の屈折力を規定する式である。条件式（６）の下限値を超えて第1レンズL1の屈折力が強くなると諸収差が増大し、補正困難となるので好ましくない。一方、条件式（６）の上限値を超えると、第1レンズL1の屈折力が弱まり、レンズ系が大きくなってしまうため光学系の小型化・低背化を狙うには好ましくない。

条件式（７）は第1レンズL1の物体側のレンズ面の曲率と像側の曲率の比を規定する式である。条件式（７）の下限値を超えて第1レンズL1の物体側と像側の曲率が近づくと、屈折力が弱まり、レンズ系が大きくなってしまうため光学系の小型化・低背化を狙うには好ましくない。

さらに好ましくは、条件式（６），（７）の数値範囲を、以下の条件式（６ａ），（７ａ）のように設定することが好ましい。
０．８ ＜ ｆ１／ｆ ＜ １．５ ・・・（条件式６ａ）
１．８ ＜ R12／R11 ＜ ２５．０ ・・・（条件式７ａ）
これにより、光学全長を低くしつつ、より光学性能の高い撮像レンズＧ０を形成することが可能となる。

（１−４）以下は光学全長を低く（短く）しつつ、低コスト化及び光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
５０．０ ＜ ν１３ ・・・（条件式８）
１．４５ ＜ N１３ ＜ １．６０ ・・・（条件式９）
ここで、ν１３は第１レンズL1及び第３レンズＬ３の材料のアッベ数、N１３は第１レンズL1及び第３レンズＬ３の材料のｄ線における屈折率である。

条件式（８）（９）は第１レンズL1及び第３レンズＬ３に用いられている材料の屈折率とアッベ数を規定する式である。条件式（８）の下限値を超えて第１レンズL1のアッベ数が小さくなると、ペッツバール和が大きくなりすぎて軸上色収差及び像面湾曲を補正するのが困難となるので好ましくない。また条件式（９）の下限値を超えると屈折力確保のために第１レンズL1を構成する曲率がきつくなり、球面収差及び非点収差の補正が難しくなり好ましくない。また第３レンズＬ３を構成する曲率もきつくなり、全長の低背化に対して不利である。一方、条件式（９）の上限値を超え、条件式（８）に適合する硝材は高価であり、ローコスト化が難しいため好ましくない。

さらに好ましくは、条件式（８），（９）の数値範囲を、以下の条件式（８ａ），（９ａ）のように設定することが好ましい。
５５．０ ＜ ν１３ ＜ ６０．０ ・・・（条件式８ａ）
１．４８ ＜ N１３ ＜ １．５５ ・・・（条件式９ａ）
これにより、光学全長を低くしつつ、低コスト化を図れ、より光学性能の高い撮像レンズＧ０を形成することが可能となる。

（１−５）以下はレンズユニットの全長を低くしつつ良好な光学性能を得るために好ましい条件である。
０．０５ ＜ Ｈ／Ｄ ＜ ０．２０ ・・・（条件式１０）
ここで、Ｄは第1レンズＬ１の物体側のレンズ有効径（直径）、Ｈは第1レンズＬ１の物体側のレンズ有効径端と第1レンズＬ１の物体側面頂点との間隔である。

条件式（１０）の上限値を超えると、第1レンズＬ１の物体側から保持する保持枠１１１より第1レンズＬ１の物体側面頂点が出っ張ることがあり、傷防止の観点から好ましくない。一方、条件式（１０）の下限値を超えると、物体側保持枠の厚み部分にレンズ面が入りこめなくなり、結果としてレンズユニットの低背化に寄与する割合が少なくなり好ましくない。

さらに好ましくは、条件式（１０）の数値範囲を、以下の条件式（１０ａ）のように設定することが好ましい。
０．０９ ＜ Ｈ／Ｄ ＜ ０．１４ ・・・（条件式１０ａ）
これにより、レンズユニットの全長を低くすることが可能となる。

（１−６）以下は光学全長を低く（短く）しつつ良好な光学性能を得るために好ましい条件である。
０．８ ＜ L／（２×ｙ´） ＜ １．５ …（条件式１１）
ここで、Ｌは光学系の最物体側レンズ面頂より光軸上における前記撮像面までの距離を、ｙ´は光軸から撮像面における最大像高をそれぞれ示している。

条件式（１１）の上限値を超えると、光学全長が長くなり、結果として撮像ユニットがコンパクト化できないことから、携帯性が乏しく好ましくない。一方、条件式（１１）の下限値を超えると、撮像レンズＧ０を構成する各レンズの屈折力を強くしなければならなく、結果として収差補正が難しくなり高い光学性能を求められるレンズ系に好ましくない。

さらに好ましくは、条件式（１１）の数値範囲を、次の条件式（１１ａ）のように設定することが好ましい。
１．０ ＜ Ｌ／（２×ｙ´） ＜ １．２ …（条件式１１a）
これにより、低背化したより光学性能の高い光学モジュールを形成することが可能となる。

以下に、実施形態１〜５にそれぞれ対応する数値実施例１〜５の数値データを示す。各数値実施例において、ｆは焦点距離、ｆｎｏはＦナンバー、ｙ´は光軸から撮像面における最大像高を表す。ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉは第ｉ面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間隔、ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側の２面は水晶ローパスフィルター、保護ガラス等に相当し、設計上設けられたガラスブロックＧである。また、非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、以下の式で表される。但し、Ｒは近軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数、Ｋは円錐定数である。

また、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１〜表６に示す。

なお、以上の各実施形態において、開口絞りSPの開口径が固定のときは開口絞りSPを別部材として設けず、第１レンズL1のレンズ保持枠を代用させても良い。

また、本発明の撮像レンズにおいては、物体側もしくは像面側に収差変動のあまり影響しない１つ以上のレンズを付加するようにしても良い。

さらに、ワイドコンバーターレンズやテレコンバーターレンズ等を物体側もしくは像側に配置しても良い。

以上説明した本実施形態の撮像レンズによれば、固体撮像素子を用いた撮影系、特に携帯性を重視した携帯情報端末や携帯電話向けの撮像ユニットに好適であり、高い光学性能が求められ、かつ多量生産に適した低背の撮像レンズが実現できる。

以上説明したような特徴を有する撮像レンズは、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。

図１２および図１３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１２は開状態を、図１３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。

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Ｌ１〜Ｌ４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１４（Ａ），（Ｂ）、および図１５に関連付けて説明する。

図１４（Ａ）は、光学モジュール７の概観斜視図、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。なお、図１４に設定した直交座標系のｙ軸方向が光軸方向であり、図１４（Ａ）の紙面左下側および図１４（Ｂ）の紙面上方側が物体側（被写体側；図１３の紙面上方側）である。また、図１５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１４（Ｂ）および図１５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。

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、４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Ｌ１）、第２レンズ２４（図１等の第２レンズＬ２）、第３レンズ２５（図１等の第３レンズＬ３）、第４レンズ２６（図１等の第４レンズＬ４）の順に積層されている。第１レンズ２３〜第４レンズ２６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。

レンズ保持体２２は、各レンズ２３、２４、２５、２６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４レンズ２６を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３０が積層されるとともに、リテーナ３０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１４（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カットフィルターが設けられている。

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１４（Ａ）および図１４（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。

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１５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１４（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。

図１５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１５に示すように、レンズユニット１４には、カムギア５６のカム部５６ｂの内側の突起部の有無検出により、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Ｌ１〜Ｌ４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Ｌ１〜Ｌ４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。

本発明の実施形態１の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態１の撮像レンズの収差図である。 本発明の実施形態２の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態２の撮像レンズの収差図である。 本発明の実施形態３の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態３の撮像レンズの収差図である。 本発明の実施形態４の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態４の撮像レンズの収差図である。 本発明の実施形態５の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態５の撮像レンズの収差図である。 本実施形態の保持枠（鏡枠）に保持されるレンズ系の構成および第１レンズの物体側面の特徴を説明するための図である。 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って、開状態を示す図である。 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って、閉状態を示す図である。 本実施形態に係る光学モジュールの概観斜視図と断面図である。 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。

符号の説明

G０ 撮像レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
１ 携帯電話機
７ 光学モジュール
１１１ 保持枠

Claims (11)

1. 撮像素子上に像を結像することを対象とした撮像レンズであって、
   物体側から像側に順に、開口絞り、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第４レンズを有し、前記第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に凸となるメニスカス形状であり、前記第２レンズは負の屈折力を有し、前記第３レンズは正の屈折力を有し、さらに前記第４レンズは正の屈折力を有することを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記第４レンズは、像側のレンズ面が、光軸近傍において像側に凹であり、周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなすレンズであることを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
3. 前記撮像レンズを構成する前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズはプラスチックレンズであり、前記第１レンズの材料のアッベ数をν１、前記第２レンズの材料のｄ線における屈折率をN2、アッベ数をν２とするとき、
   ν2 ＜ ４０．０
   １．５５ ＜ N2 ＜ １．７０
   ν１−ν２ ≧ ２０．０
   となる条件を満足し、かつ各レンズの少なくとも１面に非球面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
4. 前記第2レンズの焦点距離をｆ２、前記第４レンズの焦点距離をｆ4、全系の焦点距離をｆとするとき、
   -２．５ ＜ ｆ２／ｆ ＜ -０．５
   ３.０＜ ｆ４／ｆ
   となる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像レンズ。
5. 前記第１レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR11、像側のレンズ面の曲率半径をR12、前記第１レンズの焦点距離をｆ１、全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０.５ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ２.０
   １．５ ＜ R12／R11
   となる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像レンズ。
6. 前記第１レンズと前記第３レンズは同一材料を用いており、前記第１レンズ及び前記第３レンズの材料のアッベ数をν１３、前記第１レンズ及び前記第３レンズの材料のｄ線における屈折率をN１３とするとき
   ５０．０ ＜ ν１３
   １．４５ ＜ N１３ ＜ １．６０
   となる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像レンズ。
7. 前記第1レンズの物体側のレンズ有効径（直径）をD、前記第1レンズの物体側のレンズ有効径端と前記第1レンズの物体側面頂点との間隔をHとするとき、
   ０．０５ ＜ Ｈ／Ｄ ＜ ０．２０
   となる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像レンズ。
8. 光軸から撮像面における最大像高をｙ´、光学系の最物体側レンズ面頂より光軸上における前記撮像面までの距離をLとするとき、
   ０．８ ＜ L／（2×ｙ´） ＜ １．５
   となる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の撮像レンズ。
9. 撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズと、
   前記撮像レンズを保持するレンズ保持体と、を有し、
   前記撮像レンズの前記撮像光学系は、物体側から像側に順に、開口絞り、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第４レンズを有し、前記第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に凸となるメニスカス形状であり、前記第２レンズは負の屈折力を有し、前記第３レンズは正の屈折力を有し、さらに前記第４レンズは正の屈折力を有することを特徴とする光学モジュール。
10. 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と、
    前記撮像レンズを保持するレンズ保持体と、を有し、
    前記撮像レンズの前記撮像光学系は、物体側から像側に順に、開口絞り、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第４レンズを有し、前記第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に凸となるメニスカス形状であり、前記第２レンズは負の屈折力を有し、前記第３レンズは正の屈折力を有し、さらに前記第４レンズは正の屈折力を有することを特徴とする携帯端末。
11. 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ことを特徴とする請求項１０記載の携帯端末。

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