JP4617744B2

JP4617744B2 - 撮像レンズ、撮像ユニット及びこの撮像ユニットを備える携帯端末

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Publication number: JP4617744B2
Application number: JP2004199306A
Authority: JP
Inventors: 進山口; 永悟佐野
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2024-07-06
Also published as: JP2005242286A

Description

本発明は、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子の光学系として好適な撮像レンズと当該撮像レンズを有する撮像ユニット及びこの撮像ユニットを備える携帯端末に関する。

近年、CCD（Charged Coupled Device）型イメージセンサあるいはCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化、小型化に伴い、撮像装置を備えた携帯電話機やパーソナルコンピューターが普及しつつある。
そして、これら携帯電話機やパーソナルコンピューターの小型化或いは機能の増加による高密度化に伴い、これらの撮像装置の小型化を図るために当該撮像装置に搭載される撮像レンズへのさらなる小型化への要求が高まっている。

このような小型の撮像装置用の撮像レンズとして、１枚あるいは２枚構成の撮像レンズに比べ高性能化が可能という理由から、近年では、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズを配置した３枚構成の撮像レンズが一般的となりつつある。このような、いわゆるトリプレットタイプの撮像レンズは、特許文献１に開示されている。
特開２００１−７５００６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているタイプの撮像レンズは、広い画角を確保しながら諸収差が良好に補正されたタイプではあるが、その一方では撮像レンズ全長（撮像レンズ全系の最も物体側の面から像側焦点までの距離、但し、最も物体側に開口絞りが配置される撮像レンズにおいては、開口絞りから像側焦点までの距離をいう）の小型化には向いていなかった。
本発明はこのような問題点に鑑み、従来タイプより小型でありながらも、諸収差を良好に補正した、３枚構成の撮像レンズ、撮像ユニット及び携帯端末を提供することを目的とする。

ここで、小型の撮像レンズの尺度であるが、本発明では下記の（７）の条件式を満たすレベルの小型化を目指している。この範囲を満たすことで、レンズ全長を短くでき相乗的にレンズ外径も小さくできる。これにより、撮像装置全体の小型軽量化が可能となる。
L／2Y < 1.50 （７）
ただし、
L ：第１レンズの物体側面から撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離
2Y ：固体撮像素子の撮像面対角線長（固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長）
ここで、像側焦点とはレンズに光軸と平行な平行光線が入射した場合の像点をいう。なお、撮像レンズの最も像側の面と像側焦点位置との間に、光学的ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、または固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板が配置される場合には、平行平板部分は空気換算距離とした上で上記Lの値を計算するものとする。
また、より望ましくは、下記の（８）の条件式の範囲がよい。
L／2Y < 1.30 （８）

請求項１に記載の発明は、物体側から順に、正の屈折力を有し、前記物体側に凸面を向けた第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第３レンズからなる撮像レンズであって、
前記第１レンズの焦点距離をf1、撮像レンズ全系の焦点距離をf、前記第１レンズのアッベ数をν1、前記第２レンズのアッベ数をν2、前記第３レンズのアッベ数をν3としたときに、下記の（１）、（２）の条件式を満たし、
前記第３レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状である、という構成を採っている。
0.8 < f1／f < 2.0 （１）
20 < ｛（ν1+ν2）／2｝−ν3 < 70（２）

請求項１に記載の発明によれば、物体側より順に、第１レンズおよび第２レンズからなる正レンズ群と、像側に凹面を向けた負の第３レンズを配置する、いわゆるテレフォトタイプのレンズ構成であるため、レンズ全長の小型化に有利であるとともに、収差を良好に補正することができる。
即ち、収差補正に関しては、正の屈折力を第１レンズと第２レンズで分担しているので、球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。また、開口絞りが第１レンズと第２レンズの間に配置され、第１レンズは物体側に凸面を向けた形状、第２レンズは像側に凸面を向けたメニスカス形状であるため、倍率色収差や歪曲収差を補正しやすい構成となっている。
また、第３レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状であるので、第３レンズの主点位置を像側に移動させることができ、撮像レンズ全系のレンズ全長を小型化しながらも十分なバックフォーカスを確保することができる。
また、第２レンズと第３レンズの間の空気レンズが両凹形状となるため、その正の屈折力により、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。

ここで、条件式（１）は、第１レンズの屈折力を規定するものである。式（１）における上限値を下回ることで、第１レンズの正の屈折力を適度に維持することができ、撮像レンズ全長の小型化することができる。一方、下限値を上回ることで、第１レンズの正の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、第１レンズで発生する、高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。また、条件式（１）のf1／fの値は、より望ましくは、下記の（９）の条件式の範囲がよい。
0.8 < f1／f < 1.65 （９）
また、条件式（２）は、撮像レンズ全系の色収差を良好に補正する条件である。式（２）における下限値を上回ることで、軸上色収差、倍率色収差をバランス良く補正することができる。また、式（２）の上限値は、この値を超えるものでレンズ材料として適したものが実際に存在しないことを考慮して設けたものである。
また、条件式（２）の値は、より望ましくは、下記の（１０）の条件式の範囲がよい。
25 < ｛（ν1+ν2）／2｝−ν3 < 70（１０）

また、上記のようなレンズ構成は、各レンズの偏心許容公差を大きめに確保することができる構成のため、例えば、大量生産時において、撮像ユニット等に各レンズの光軸が同一直線上から微少量ずれて組み込まれた場合であっても、画質劣化が生じにくくレンズ性能の維持を適正に行うことができるという効果もある。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、第３レンズの焦点距離をf3としたときに、下記の（３）の条件式を満たす、という構成を採っている。
-1.5 < f3／f < -0.5 （３）

請求項２に記載の発明によれば、条件式（３）は、第３レンズの屈折力を規定するものである。式（３）における下限値を上回ることで、第３レンズの負の屈折力を適度に維持することができ、レンズ全長の小型化および像面湾曲や歪曲収差等の軸外諸収差の補正を良好に行うことができる。一方、上限値を下回ることで、第３レンズの負の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束が過度に跳ね上げられることがなくなり、像側光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。

ここで、像側テレセントリック特性とは、固体撮像素子の撮像面に結像する光束の主光線が、レンズ最終面を射出した後、光軸とほぼ平行になることをいい、換言すれば、撮像レンズの射出瞳位置が像面から十分離れることである。テレセントリック特性が悪くなると、光束が固体撮像素子に対し斜めより入射し、撮像面周辺部において実質的な開口効率が減少するシェーディング現象が生じ、周辺光量不足となってしまう。従って、像側テレセントリック特性とは、固体撮像素子を用いた撮像レンズに必要な特性である。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第２レンズの像側面の曲率半径をR4としたときに、下記の（１１）の条件式を満たす、という構成を採っている。
0.15 < |R4|／f < 0.40 （１１）

請求項３に記載の発明によれば、条件式（１１）は、第２レンズ像面側の曲率半径R4の絶対値を適切に設定するものである。式（１１）における下限値を上回ることにより、第２レンズ像面側の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、軸外光束のコマフレアやたる型の歪曲収差の発生を抑制することができる。更に、第２レンズ像面側の曲率半径が小さくなりすぎず、レンズの加工性の観点からも好ましい。
式（１１）における上限値を下回ることで、第２レンズ像側面の屈折力を適度に確保できるため、負の屈折力を有する第３レンズで発生する軸外諸収差をバランスよく補正することができる。また、像側光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
また、条件式（１１）の値は、より望ましくは、下記の（１２）の条件式の範囲がよい。
0.18 < |R4|／f < 0.30 （１２）

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状である、という構成を採っている。

請求項４に記載の発明によれば、第１レンズと第２レンズの形状が開口絞りを挟んで対称的な形状となり、第１レンズで発生する球面収差やコマ収差を、より良好に補正することができる。また、撮像レンズ全系の倍率色収差や歪曲収差が、より補正し易い構成となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第３レンズの像側面は、当該像側面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸に対して垂直な方向の高さをh、前記第３レンズの像側面のｉ次の非球面係数をAi、前記第３レンズの像側面の曲率半径をR6、前記第３レンズの像側面の円錐係数をK6とした場合に、次式（５）に表される非球面変位量Xと次式（６）に表される非球面の回転２次曲面成分変位量X0とが、最大有効半径hmaxに対してhmax×0.7＜h＜hmaxとなる任意の光軸垂直方向の高さhの範囲で、下記の（４）の条件式を満たす、という構成を採っている。
X − X0 < 0 （４）

ここで、第３レンズの像側面の頂点とは、当該像側面と光軸との交点のことをいうものとする。

請求項５に記載の発明によれば、条件式（４）を満たす非球面形状とすることで、第３レンズ像側面の形状が、光軸から離れ周辺にいくにつれ負の屈折力が弱まる形状（さらには、光軸付近では凹面形状でありながらも周辺部では凸面形状となるような変曲点を有する形状）となるため、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズは、プラスチック材料から形成されている、という構成を採っている。

請求項６に記載の発明によれば、第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより、曲率半径や外径の小さなレンズであっても大量生産が可能となる。
即ち、近年では、固体撮像装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として撮像面サイズの小さいものが開発されている。このような撮像面サイズの小さい固体撮像素子向けの撮像レンズは、全系の焦点距離を比例的に短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。従って、研磨加工により製造されるガラスレンズでは加工が困難となる。
また、各レンズを射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより非球面化が容易となり、収差補正を良好に行うことができる。ここで、小径レンズであっても比較的容易に製造できるレンズとして、ガラスモールドレンズの採用も考えられるが、一般にガラス転移点（Tg）が高いガラスではモールドプレスを行う際のプレス温度を高く設定する必要があり、成形金型に損耗が生じやすい。その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数が増加し、コストアップにつながってしまう。

なお、「プラスチック材料から形成されている」とは、プラスチック材料を母材として、プラスチック材料中に無機微粒子が混合されている場合や、その表面に反射防止や表面硬度向上を目的としてコーティング処理を行った場合を含むものとする。

請求項７に記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記光電変換部に被写体像を結像させるための請求項１から６の何れか一項に記載の撮像レンズと、前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、前記物体側からの光入射用の開口部を有し遮光部材からなる筐体と、が一体的に形成された撮像ユニットであって、前記撮像ユニットの前記撮像レンズ光軸方向の高さが10[mm]以下である、という構成を採っている。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１から６の何れか一項に記載の撮像レンズを用いることで、より小型化且つ高画質化等の利点を備える撮像ユニットを得ることができる。
なお、「光入射用の開口部」とは、必ずしも孔等の空間を形成するものに限らず、物体側からの入射光を透過可能な領域が形成された部分を指すものとする。
また、「撮像ユニットの撮像レンズの光軸方向長さが10[mm]以下」とは、上記全ての構成を備えた撮像ユニットの光軸方向に沿った全長を意味するものとする。従って、例えば、基板の表の面上に筐体が設けられ、基板の背面に電子部品等が実装された場合にあっては、筐体の物体側となる先端部から背面上で突出する電子部品の先端部までの距離が10[mm]以下となることを想定する。

請求項８に記載の発明の携帯端末は、請求項７に記載の撮像ユニットを備える、という構成を採っている。

請求項８に記載の発明によれば、前述した請求項７に記載の撮像ユニットを搭載することにより、前述した小型化、軽量化を図ると共に、高画質の撮像が可能な携帯端末を実現することができる。

請求項９記載の発明は、物体側から順に、正の屈折力を有し、前記物体側に凸面を向けた第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第３レンズからなる撮像レンズであって、
前記第１レンズの焦点距離をf1、前記第３レンズの焦点距離をf3、撮像レンズ全系の焦点距離をfとしたときに、下記の（１）、（３）の条件式を満たし、
前記第３レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状である、という構成を採っている。
0.8 < f1／f < 2.0 （１）
-1.5 < f3／f < -0.5 （３）

請求項９に記載の発明によれば、物体側より順に、第１レンズおよび第２レンズからなる正レンズ群と、像側に凹面を向けた負の第３レンズを配置する、いわゆるテレフォトタイプのレンズ構成であるため、レンズ全長の小型化に有利であるとともに、収差を良好に補正することができる。
即ち、収差補正に関しては、正の屈折力を第１レンズと第２レンズで分担しているので、球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。また、開口絞りが第１レンズと第２レンズの間に配置され、第１レンズは物体側に凸面を向けた形状、第２レンズは像側に凸面を向けたメニスカス形状であるため、倍率色収差や歪曲収差を補正しやすい構成となっている。
ここで、条件式（１）は、第１レンズの屈折力を規定するものである。式（１）における上限値を下回ることで、第１レンズの正の屈折力を適度に維持することができ、撮像レンズ全長の小型化することができる。一方、下限値を上回ることで、第１レンズの正の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、第１レンズで発生する、高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。
また、条件式（２）は、第３レンズの屈折力を規定するものである。式（２）における下限値を上回ることで、第３レンズの負の屈折力を適度に維持することができ、レンズ全長の小型化および像面湾曲や歪曲収差等の軸外諸収差の補正を良好に行うことができる。一方、上限値を下回ることで、第３レンズの負の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束が過度に跳ね上げられることがなくなり、像側光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
また、第３レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状であるので、第３レンズの主点位置を像側に移動させることができ、撮像レンズ全系のレンズ全長を小型化しながらも十分なバックフォーカスを確保することができる。
また、第２レンズと第３レンズの間の空気レンズが両凹形状となるため、その正の屈折力により、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。

請求項１０記載の発明は、請求項９に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第２レンズの像側面の曲率半径をR4としたときに、下記の（１１）の条件式を満たす、という構成を採っている。
0.15 < |R4|／f < 0.40 （１１）

請求項１０に記載の発明によれば、条件式（１１）は、第２レンズ像面側の曲率半径R4の絶対値を適切に設定するものである。式（１１）における下限値を上回ることにより、第２レンズ像面側の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、軸外光束のコマフレアやたる型の歪曲収差の発生を抑制することができる。更に、第２レンズ像面側の曲率半径が小さくなりすぎず、レンズの加工性の観点からも好ましい。
式（１１）における上限値を下回ることで、第２レンズ像側面の屈折力を適度に確保できるため、負の屈折力を有する第３レンズで発生する軸外諸収差をバランスよく補正することができる。また、像側光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
また、条件式（１１）の値は、より望ましくは、下記の（１２）の条件式の範囲がよい。
0.18 < |R4|／f < 0.30 （１２）

請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状である、という構成を採っている。

請求項１１に記載の発明によれば、第１レンズと第２レンズの形状が開口絞りを挟んで対称的な形状となり、第１レンズで発生する球面収差やコマ収差を、より良好に補正することができる。また、撮像レンズ全系の倍率色収差や歪曲収差が、より補正し易い構成となる。

請求項１２記載の発明は、請求項９から１１の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第３レンズの像側面は、当該像側面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸に対して垂直な方向の高さをh、前記第３レンズの像側面のｉ次の非球面係数をAi、前記第３レンズの像側面の曲率半径をR6、前記第３レンズの像側面の円錐係数をK6とした場合に、次式（５）に表される非球面変位量Xと次式（６）に表される非球面の回転２次曲面成分変位量X0とが、最大有効半径hmaxに対してhmax×0.7＜h＜hmaxとなる任意の光軸垂直方向の高さhの範囲で、下記の（４）の条件式を満たす、という構成を採っている。
X − X0 < 0 （４）

請求項１２に記載の発明によれば、条件式（４）を満たす非球面形状とすることで、第３レンズ像側面の形状が、光軸から離れ周辺にいくにつれ負の屈折力が弱まる形状（さらには、光軸付近では凹面形状でありながらも周辺部では凸面形状となるような変曲点を有する形状）となるため、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。

請求項１３記載の発明は、請求項９から１２の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズは、プラスチック材料から形成されている、という構成を採っている。

請求項１３に記載の発明によれば、第１レンズ、第２レンズ及び第３レンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより、曲率半径や外径の小さなレンズであっても大量生産が可能となる。
即ち、近年では、固体撮像装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として撮像面サイズの小さいものが開発されている。このような撮像面サイズの小さい固体撮像素子向けの撮像レンズは、全系の焦点距離を比例的に短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。従って、研磨加工により製造されるガラスレンズでは加工が困難となる。
また、各レンズを射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより非球面化が容易となり、収差補正を良好に行うことができる。ここで、小径レンズであっても比較的容易に製造できるレンズとして、ガラスモールドレンズの採用も考えられるが、一般にガラス転移点（Tg）が高いガラスではモールドプレスを行う際のプレス温度を高く設定する必要があり、成形金型に損耗が生じやすい。その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数が増加し、コストアップにつながってしまう。

請求項１４記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記光電変換部に被写体像を結像させるための請求項９から１３の何れか一項に記載の撮像レンズと、前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、前記物体側からの光入射用の開口部を有し遮光部材からなる筐体と、が一体的に形成された撮像ユニットであって、前記撮像ユニットの前記撮像レンズ光軸方向の高さが10[mm]以下である、という構成を採っている。

請求項１４に記載の発明によれば、請求項９から１３の何れか一項に記載の撮像レンズを用いることで、より小型化且つ高画質化等の利点を備える撮像ユニットを得ることができる。
なお、「光入射用の開口部」とは、必ずしも孔等の空間を形成するものに限らず、物体側からの入射光を透過可能な領域が形成された部分を指すものとする。
また、「撮像ユニットの撮像レンズの光軸方向長さが10[mm]以下」とは、上記全ての構成を備えた撮像ユニットの光軸方向に沿った全長を意味するものとする。従って、例えば、基板の表の面上に筐体が設けられ、基板の背面に電子部品等が実装された場合にあっては、筐体の物体側となる先端部から背面上で突出する電子部品の先端部までの距離が10[mm]以下となることを想定する。

請求項１５記載の発明は、請求項１４に記載の撮像ユニットを備える、という構成を採っている。

請求項１５に記載の発明によれば、前述した請求項１４に記載の撮像ユニットを搭載することにより、前述した小型化、軽量化を図ると共に、高画質の撮像が可能な携帯端末を実現することができる。

本発明によれば、従来タイプより小型でありながらも、諸収差を良好に補正した、３枚構成の撮像レンズ、撮像ユニット及び携帯端末を得られる。

本発明の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は本実施形態たる撮像ユニット５０の斜視図を示し、図２は撮像ユニット５０の撮像光学系の光軸に沿った断面を模式的に示した図である。
上記撮像ユニット５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型イメージセンサ５１と、このイメージセンサ５１の光電変換部５１ａに被写体像を撮像させる撮像レンズとしての撮像光学系１０と、イメージセンサ５１を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子５４を有する基板５２と、物体側からの光入射用の開口部を有し遮光部材からなる鏡筒としての筐体５３とを備え、これらが一体的に形成されている。

上記イメージセンサ５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が2次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａが形成されており、その周囲には信号処理回路５１ｂが形成されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するA/D変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。また、イメージセンサ５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤWを介して基板５２に接続されている。イメージセンサ５１は、光電変換部５１ａからの信号電荷をデジタルＹＵＶ信号等の画像信号等に変換し、ワイヤWを介して基板５２上の所定の回路に出力する。ここで、Ｙは輝度信号、Ｕ（＝Ｒ−Ｙ）は赤と輝度信号との色差信号、Ｖ（＝Ｂ−Ｙ）は青と輝度信号との色差信号である。
なお、撮像素子は上記ＣＭＯＳ型のイメージセンサに限定されるものではなく、ＣＣＤ等の他のものを使用しても良い。

基板５２は、その一平面上で上記イメージセンサ５１及び筐体５３を支持する支持平板５２ａと、支持平板５２ａの背面（イメージセンサ５１と反対側の面）にその一端部が接続されたフレキシブル基板５２ｂとを備えている。
支持平板５２ａは、表裏面に設けられた多数の信号伝達用パッドを有しており、その一平面側で前述したイメージセンサ５１のワイヤＷと接続され、背面側でフレキシブル基板５２ｂと接続されている。
フレキシブル基板５２ｂは、上記の如くその一端部が支持平板５２ａと接続され、その他端部に設けられた外部出力端子５４を介して支持平板５２ａと外部回路（例えば、撮像ユニットを実装した上位装置が有する制御回路）とを接続し、外部回路からイメージセンサ５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルＹＵＶ信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。さらに、フレキシブル基板５２ｂの長手方向の中間部が可撓性又は変形性を備え、その変形により、支持平板５２ａに対して外部出力端子の向きや配置に自由度を与えている。

筐体５３は、基板５２の支持平板５２ａにおけるイメージセンサ５１が設けられた平面上に当該イメージセンサ５１をその内側に格納した状態で接着により固定装備されている。即ち、筐体５３は、イメージセンサ５１側の部分がイメージセンサ５１を囲むように広く開口されると共に他端部が開口を有する有底の筒状に形成されており、支持平板５２ａ上にイメージセンサ５１側の端部が当接固定されている。なお、筐体５３のイメージセンサ５１側の端部が、イメージセンサ５１上における光電変換部５１ａの周囲に当接固定されていても良い。
また、筐体５３は、開口が設けられた他端部を物体側に向けて使用され、当該開口の内側に、後述する撮像光学系１０のＩＲ（赤外線）カットフィルタ２３が設けられている。
そして、筐体５３の内部に、撮像光学系１０が格納保持されている。

撮像光学系１０は、物体側からの赤外線の入射を防ぐＩＲカットフィルタ２３と、物体側から、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第１レンズL1、正の屈折力を有し、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズL2、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第３レンズL3の順に配置された撮像レンズと、第１レンズL1、第２レンズL2との間に配設された開口絞りＳとを有している。
この撮像光学系１０は、開口絞りＳ及び各レンズL1、L2、L3を光学系として、固体撮像素子に対して被写体像の結像を行うためのものである。なお、図１では上側を物体側、下側を像側としており、図２における一点鎖線を各レンズL1、L2、L3の共通する光軸とする。

ＩＲカットフィルタ２３は、例えば、略矩形状や円形状に形成された部材である。なお、図示は省略するが、このＩＲカットフィルタ２３よりもさらに物体側に、外部からの不要光の入射をできるだけ少なくするための外部遮光マスクが設けられていても良い。
開口絞りＳは、撮像レンズ全系のＦナンバーを決定する部材である。

各レンズL1、L2、L3は、その光軸と筐体５３の中心線とが一致した状態で筐体の内部に収容されている。
これらレンズL1、L2、L3は、図示は省略するが、例えば、各々の中心から所定範囲までが撮像レンズとしての機能を有する有効径の範囲に設定され、それよりも外側の部分が撮像レンズとして機能しないフランジ部に設定されていても良い。この場合、各レンズL1、L2、L3は、そのフランジ部の外周部を筐体５３の所定位置にはめ込むことによって、筐体５３の内部に保持可能となる。

近年では、撮像装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として受光部（光電変換部）の画面サイズの小さいものが開発されている。このような画面サイズの小さい固体撮像素子向けの撮像レンズは、同じ画角を確保するためには、全系の焦点距離を短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。従って、研磨加工により製造されるガラスレンズでは加工が困難となる。従って、各レンズL1、L2、L3はいずれもプラスチックを素材として射出成形により形成されていることが望ましい。また、撮像装置として、温度変化時の撮像レンズ全系の像点位置変動を小さく抑えたい場合においては、第１レンズをガラスモールドレンズとすることが望ましい。
なお、各レンズL1、L2、L3の詳細な仕様は、後述する実施例において複数の具体例を用いて説明する。

さらに、図示は省略するが、ＩＲカットフィルタ２３と第１レンズL1との間、第２レンズL2と第３レンズL3との間の各々に、遮光マスクが配置されていても良く、この場合には、これら各遮光マスクと開口絞りＳとの相互の作用により、ＩＲカットフィルタから入射した光が第１レンズL1の撮像レンズ有効径の外側に入射することを防止し、且つ、開口絞りＳから入射した光が第２レンズL2及び第３レンズL3の撮像レンズ有効径の外側に入射することを防止して、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。

上述した撮像ユニット５０の使用態様について説明する。図３は、撮像ユニット５０を携帯端末或いは撮像装置としての携帯電話機１００に装備した状態を示す。また、図４は携帯電話機１００の制御ブロック図である。
撮像ユニット５０は、例えば、撮像光学系における筐体５３の物体側端面が携帯電話機１００の背面（液晶表示部側を正面とする）に設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置に配設される。
そして、撮像ユニット５０の外部接続端子５４は、携帯電話機１００の制御部１０１と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部１０１側に出力する。
一方、携帯電話機１００は、図４に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）１０１と、番号等をキーにより支持入力するための入力部６０と、所定のデータの他に撮像した映像等を表示する表示部７０と、外部サーバとの間の各種情報通信を実現するための無線通信部８０と、携帯電話機１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）９１と、制御部１０１によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像ユニット５０により撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部（ＲＡＭ）９２とを備えている。
そして、撮像ユニット５０から入力された画像信号は、上記携帯電話機１００の制御系により、記憶部９２に記憶されたり、或いは表示部７０で表示され、さらには、無線通信部８０を介して映像情報として外部に送信される。

次に、撮像レンズの仕様について、実施例１〜５に基づいて説明するが、各仕様はこれに限定されるものではない。ここで、各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｆB ：バックフォーカス
F ：Ｆナンバー
2Y ：固体撮像素子の撮像面対角線長
R ：屈折面の曲率半径
D ：屈折面の軸上面間隔
Nd ：レンズ材料のｄ線での屈折率
νd ：レンズ材料のアッベ数

また、各実施例において、非球面の形状は面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをh、頂点曲率半径をＲ、円錐定数をK、i次の非球面係数をAiとして以下の「数３」で表す次式に示す。

（第１実施例）
撮像レンズデータを表１、２に示し、各条件式に対応する数値を表３に示す。

図５は第１実施例の撮像レンズ配置を示す説明図である。図中L1は第１レンズ、L2は第２レンズ、L3は第３レンズ、Sは開口絞りを示す。図６は実施例１の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

（実施例２）
撮像レンズデータを表４、５に示し、各条件式に対応する数値を表６に示す。

図７は実施例２の撮像レンズ配置を示す説明図である。図中L1は第１レンズ、L2は第２レンズ、L3は第３レンズ、Sは開口絞りを示す。図８は実施例２の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

（実施例３）
撮像レンズデータを表７，８に示し、各条件式に対応する数値を表９に示す。

図９は実施例３の撮像レンズ配置を示す説明図である。図中L1は第１レンズ、L2は第２レンズ、L3は第３レンズ、Sは開口絞りを示す。図１０は実施例３の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

（実施例４）
撮像レンズデータを表１０，１１に示し、各条件式に対応する数値を表１２に示す。

図１１は実施例４の撮像レンズ配置を示す説明図である。図中L1は第１レンズ、L2は第２レンズ、L3は第３レンズ、Sは開口絞りを示す。図１２は実施例４の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

（実施例５）
撮像レンズデータを表１３，１４に示し、各条件式に対応する数値を表１５に示す。

図１３は実施例５の撮像レンズ配置を示す説明図である。図中L1は第１レンズ、L2は第２レンズ、L3は第３レンズ、Sは開口絞りを示す。図１４は実施例５の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

上記の実施例１、２、３において、第１レンズL1および第２レンズL2は、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01％以下である。第３レンズL3は、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4％である。
ここで、プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べ、飽和吸水率が大きいため、急激な湿度変化があると過渡的に吸水量の不均一分布が発生し、屈折率が均一にならず良好な結像性能が得られなくなる傾向にある。そのため、湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率がすべて0.7％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。

上記の実施例４において、第１レンズL1はガラス材料から形成される。第２レンズL2はポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01％以下、第３レンズL3はポリエステル系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.7％である。
また、上記の実施例５において、第１レンズL1はガラス材料から形成される。第２レンズL2はポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.01％以下、第３レンズL3は、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.4
％である。

また、プラスチック材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、第１レンズL1、第２レンズL2および第３レンズL3の全てをプラスチックレンズで構成すると、周囲温度が変化した際に、撮像レンズレンズ全系の像点位置が変動してしまうという問題を抱えてしまう。この像点位置変動が無視できない仕様の撮像ユニットにおいては、例えば正の第１レンズL1をガラス材料にて形成されるレンズ（例えばガラスモールドレンズ）とし、正の第２レンズL2と負の第３レンズL3をプラスチックレンズとし、かつ第２レンズL2と第３レンズL3とで温度変化時の像点位置変動を相殺するような屈折力配分とすることで、この温度特性の問題を軽減することができる。ガラスモールドレンズを用いる場合は、成形金型の消耗をできるだけ防ぐために、ガラス転移点（Tg）が400℃（摂氏400度）以下のガラス材料を使用するのが望ましい。

また最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させ、プラスチック材料の屈折率の温度変化を小さく抑えることができることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。
具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が20ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低いプラスチック材料となる。例えばアクリルに酸化ニオブ(Nb₂O₅)の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。
本発明において、２枚の正レンズ(L1,L2)のうちの1枚、または全てのレンズ(L1,L2,L3)に、このような無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、撮像レンズ全系の温度変化時の像点位置の変動を小さく抑えることが可能となる。

また、上述の実施例１、２は撮像レンズの像側に光学的ローパスフィルタや赤外線カットフィルタを配置しない設計例であるが、実施例３は、撮像レンズの像側に、物体側面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタＦを配置した設計例である。また実施例４および実施例５は、撮像レンズの像側に前述の赤外カットフィルタＦおよび固体像素子パッケージのシールガラスＰを配置した設計例である。もちろん各実施例について必要に応じ光学的ローパスフィルタを配置しても構わない。

なお、本実施例は、像側光束のテレセントリック特性については必ずしも十分な設計にはなっていない。しかし、最近の技術では、固体撮像素子の色フィルタやマイクロレンズアレイの配列の見直し等によって、シェーディングを軽減することができ、撮像面の周辺部において主光線と光軸とのなす角度が25°程度以下であれば、目立つようなシェーディングが生じない固体撮像素子も開発されている。従って、本実施例は、テレセントリック特性の要求が緩和された分について、より小型化を目指した設計例となっている。

本発明の実施形態たる撮像ユニットの斜視図である。本発明の実施形態たる撮像ユニットの各レンズの光軸を含む断面における模式的な断面図を示している。図３（Ａ）は撮像ユニットを適用した携帯電話機の正面図、図３（Ｂ）は撮像ユニットを適用した携帯電話機の背面図を示す。図３の携帯電話機の制御ブロック図である。実施例１のレンズ配置を示す説明図である。実施例１の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。実施例２の撮像レンズ配置を示す説明図である。実施例２の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。実施例３のレンズ配置を示す説明図である。実施例３の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。実施例４のレンズ配置を示す説明図である。実施例４の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。実施例５のレンズ配置を示す説明図である。実施例５の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

符号の説明

１０撮像光学系（撮像レンズ）
５０撮像ユニット
５１イメージセンサ（固体撮像素子）
５１ａ光電変換部
５２基板
５３筐体
５４外部接続用端子
１００携帯電話機（携帯端末）
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３第３レンズ
Ｓ開口絞り

Claims

物体側から順に、正の屈折力を有し、前記物体側に凸面を向けた第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第３レンズからなる撮像レンズであって、
前記第１レンズの焦点距離をf1、撮像レンズ全系の焦点距離をf、前記第１レンズのアッベ数をν1、前記第２レンズのアッベ数をν2、前記第３レンズのアッベ数をν3としたときに、下記の（１）、（２）の条件式を満たし、
前記第３レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする撮像レンズ。
0.8 < f1／f < 2.0 （１）
20 < ｛（ν1+ν2）／2｝−ν3 < 70（２）
前記第３レンズの焦点距離をf3としたときに、下記の（３）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
-1.5 < f3／f < -0.5 （３）
前記第２レンズの像側面の曲率半径をR4としたときに、下記の（１１）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
0.15 < |R4|／f < 0.40 （１１）
前記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の撮像レンズ。
前記第３レンズの像側面は、当該像側面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸に対して垂直な方向の高さをh、前記第３レンズの像側面のｉ次の非球面係数をAi、前記第３レンズの像側面の曲率半径をR6、前記第３レンズの像側面の円錐係数をK6とした場合に、
次式（５）に表される非球面変位量Xと次式（６）に表される非球面の回転２次曲面成分変位量X0とが、最大有効半径hmaxに対してhmax×0.7＜h＜hmaxとなる任意の光軸垂直方向の高さhの範囲で、下記の（４）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の撮像レンズ。
X − X0 < 0 （４）
前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズは、プラスチック材料から形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の撮像レンズ。
光電変換部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記光電変換部に被写体像を結像させるための請求項１から６の何れか一項に記載の撮像レンズと、
前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、
前記物体側からの光入射用の開口部を有し遮光部材からなる筐体と、が一体的に形成された撮像ユニットであって、
前記撮像ユニットの前記撮像レンズ光軸方向の高さが10[mm]以下であることを特徴とする撮像ユニット。
請求項７に記載の撮像ユニットを備えることを特徴とする携帯端末。
物体側から順に、正の屈折力を有し、前記物体側に凸面を向けた第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第３レンズからなる撮像レンズであって、
前記第１レンズの焦点距離をf1、前記第３レンズの焦点距離をf3、撮像レンズ全系の焦点距離をfとしたときに、下記の（１）、（３）の条件式を満たし、
前記第３レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする撮像レンズ。
0.8 < f1／f < 2.0 （１）
-1.5 < f3／f < -0.5 （３）
前記第２レンズの像側面の曲率半径をR4としたときに、下記の（１１）の条件式を満たすことを特徴とする請求項９に記載の撮像レンズ。
0.15 < |R4|／f < 0.40 （１１）
前記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の撮像レンズ。
前記第３レンズの像側面は、
当該像側面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸に対して垂直な方向の高さをh、前記第３レンズの像側面のｉ次の非球面係数をAi、前記第３レンズの像側面の曲率半径をR6、前記第３レンズの像側面の円錐係数をK6とした場合に、
次式（５）に表される非球面変位量Xと次式（６）に表される非球面の回転２次曲面成分変位量X0とが、最大有効半径hmaxに対してhmax×0.7＜h＜hmaxとなる任意の光軸垂直方向の高さhの範囲で、下記の（４）の条件式を満たすことを特徴とする請求項９から１１の何れか一項に記載の撮像レンズ。
X − X0 < 0 （４）
前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズは、プラスチック材料から形成されていることを特徴とする請求項９から１２の何れか一項に記載の撮像レンズ。
光電変換部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記光電変換部に被写体像を結像させるための請求項９から１３の何れか一項に記載の撮像レンズと、
前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、
前記物体側からの光入射用の開口部を有し遮光部材からなる筐体と、が一体的に形成された撮像ユニットであって、
前記撮像ユニットの前記撮像レンズ光軸方向の高さが10[mm]以下であることを特徴とする撮像ユニット。
請求項１４に記載の撮像ユニットを備えることを特徴とする携帯端末。