JP4924141B2 - 撮像レンズ、撮像装置及び携帯端末 - Google Patents
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Description
本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサ若しくはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた小型の撮像レンズ、該撮像レンズを有する撮像装置、及び該撮像装置を備えた携帯端末に関する。
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサ若しくは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や携帯情報端末が普及しつつある。また、これらの撮像装置に搭載される撮像レンズには、更なる小型化、高性能化への要求が高まっている。このような用途の撮像レンズとしては、２枚若しくは３枚構成のレンズに比べ高性能化が可能であるということで、４枚構成の撮像レンズが提案されている。
この４枚構成の撮像レンズとして、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、及び正の屈折力を有する第４レンズで構成し、高性能化を目指した、所謂逆エルノスタータイプの撮像レンズが開示されている。（例えば、特許文献１参照）
また、物体側から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、及び負の屈折力を有する第４レンズで構成し、撮像レンズ全長（撮像レンズ全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離）の小型化を目指した、所謂テレフォトタイプの撮像レンズが開示されている。（例えば、特許文献２〜５参照）
特開２００４−３４１０１３号公報
特開２００２−３６５５２９号公報
特開２００２−３６５５３０号公報
特開２００２−３６５５３１号公報
特開２００５−２９２５５９号公報
また、物体側から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、及び負の屈折力を有する第４レンズで構成し、撮像レンズ全長（撮像レンズ全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離）の小型化を目指した、所謂テレフォトタイプの撮像レンズが開示されている。（例えば、特許文献２〜５参照）
しかしながら、特許文献１に記載の撮像レンズは、逆エルノスタータイプであるため、第４レンズが正レンズであり、テレフォトタイプのように第４レンズが負レンズの場合に比べ、光学系の主点位置が像側になり、バックフォーカスが長くなるため、小型化には不利なタイプである。更に、４枚レンズのうち負の屈折力を有するレンズは１枚であり、ペッツバール和の補正が困難で、画面周辺部では良好な性能を確保できていない。
また、特許文献２〜４に記載の撮像レンズは、撮影画角が狭いことに加え収差補正が不充分で、更にレンズ全長を短縮化すると、性能の劣化による撮像素子の高画素化に対応が困難となる問題がある。
更に、特許文献５に記載の撮像レンズは、第４レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状であるため、第４レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出す形状となり、第４レンズと固体撮像素子との間に配置される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や固体撮像素子の基板等との接触を避けるためには、バックフォーカスを長くする必要がある。実際に特許文献５に記載の撮像レンズは、テレフォトタイプであるにもかかわらずバックフォーカスが長く、充分な小型化は達成できていない。また、高画素化対応としては収差補正も不充分である。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、従来タイプより小型でありながらも、諸収差が良好に補正された、４枚構成の撮像レンズ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、撮像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／ｆ＜１．４０ ・・・（１０）
但し、
Ｌ：撮像レンズ全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ここで、像側焦点とは撮像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うえで上記Ｌの値を計算するものとする。また、より望ましくは下式の範囲がよい。
但し、
Ｌ：撮像レンズ全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
ここで、像側焦点とは撮像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うえで上記Ｌの値を計算するものとする。また、より望ましくは下式の範囲がよい。
Ｌ／ｆ＜１．３０
前記目的は、下記に記載した発明により達成される。
１．固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、
物体側より順に、開口絞り、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、及び少なくとも１面が非球面であって負の屈折力を有する両凹形状の第４レンズからなり、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
０．３０＜ｆ１／ｆ＜０．８５ ・・・（１）
０．３０＜ｆ３／ｆ＜１．００ ・・・（２）
−０．９０＜ｆ４／ｆ＜−０．２０ ・・・（５）
０．２８≦（ｒ７＋ｒ８）／（ｒ７−ｒ８）≦０．７９ ・・・（６）’
但し、
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
ｒ７：前記第４レンズ物体側面の曲率半径
ｒ８：前記第４レンズ像側面の曲率半径
１．固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、
物体側より順に、開口絞り、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、及び少なくとも１面が非球面であって負の屈折力を有する両凹形状の第４レンズからなり、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
０．３０＜ｆ１／ｆ＜０．８５ ・・・（１）
０．３０＜ｆ３／ｆ＜１．００ ・・・（２）
−０．９０＜ｆ４／ｆ＜−０．２０ ・・・（５）
０．２８≦（ｒ７＋ｒ８）／（ｒ７−ｒ８）≦０．７９ ・・・（６）’
但し、
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
ｒ７：前記第４レンズ物体側面の曲率半径
ｒ８：前記第４レンズ像側面の曲率半径
２．以下の条件式を満足することを特徴とする１に記載の撮像レンズ。
−４．００＜Ｐａｉｒ／Ｐ＜−０．８０ ・・・（３）
但し、
Ｐ：前記撮像レンズ全系の屈折力
Ｐａｉｒ：第２レンズの像側面（ｒ４）と第３レンズの物体側面（ｒ５）とにより形成される所謂空気レンズの屈折力であり、また、屈折力とは焦点距離の逆数であり、上記Ｐａｉｒは、下記の数式で求めることができる。
但し、
ｎ２：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ３：前記第３レンズのｄ線に対する屈折率
ｒ４：前記第２レンズ像側面の曲率半径
ｒ５：前記第３レンズ物体側面の曲率半径
ｄ２３：前記第２レンズと第３レンズの軸上の空気間隔
−４．００＜Ｐａｉｒ／Ｐ＜−０．８０ ・・・（３）
但し、
Ｐ：前記撮像レンズ全系の屈折力
Ｐａｉｒ：第２レンズの像側面（ｒ４）と第３レンズの物体側面（ｒ５）とにより形成される所謂空気レンズの屈折力であり、また、屈折力とは焦点距離の逆数であり、上記Ｐａｉｒは、下記の数式で求めることができる。
ｎ２：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ３：前記第３レンズのｄ線に対する屈折率
ｒ４：前記第２レンズ像側面の曲率半径
ｒ５：前記第３レンズ物体側面の曲率半径
ｄ２３：前記第２レンズと第３レンズの軸上の空気間隔
３．前記第２レンズの像側面は非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなる形状を持つことを特徴とする１、２の何れか１項に記載の撮像レンズ。
４．前記第３レンズの像側面は非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って正の屈折力が弱くなる形状を持つことを特徴とする１〜３の何れか１項に記載の撮像レンズ。
５．前記第４レンズの像側面は非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなり、また変曲点を有することを特徴とする１〜４の何れか１項に記載の撮像レンズ。
４．前記第３レンズの像側面は非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って正の屈折力が弱くなる形状を持つことを特徴とする１〜３の何れか１項に記載の撮像レンズ。
５．前記第４レンズの像側面は非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなり、また変曲点を有することを特徴とする１〜４の何れか１項に記載の撮像レンズ。
６．前記第４レンズの像側面は以下の条件式を満足することを特徴とする５に記載の撮像レンズ。
０．４０＜ＰＨ８／Ｈ＜０．８０ ・・・（７）
但し、
ＰＨ８：前記第４レンズ像側面における変曲点の光軸からの高さ
Ｈ：前記第４レンズ像側面の有効半径
０．４０＜ＰＨ８／Ｈ＜０．８０ ・・・（７）
但し、
ＰＨ８：前記第４レンズ像側面における変曲点の光軸からの高さ
Ｈ：前記第４レンズ像側面の有効半径
７．以下の条件式を満足することを特徴とする１〜６の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１５＜ν１−ν２＜６５ ・・・（８）
但し、
ν１：前記第１レンズのアッベ数
ν２：前記第２レンズのアッベ数
１５＜ν１−ν２＜６５ ・・・（８）
但し、
ν１：前記第１レンズのアッベ数
ν２：前記第２レンズのアッベ数
８．以下の条件式を満足することを特徴とする１〜７の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ ・・・（９）
但し、
ｎ２：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
９．前記撮像レンズは全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１０．前記第１レンズ若しくは前記第３レンズの何れか一方はガラス材料で形成され、それ以外のレンズはプラスチック材料で形成されていることを特徴とする１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１１．前記撮像レンズは全てガラス材料で形成されていることを特徴とする１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１２．前記第１レンズ及び前記第２レンズはガラス材料で形成され、前記第３レンズ及び前記第４レンズはプラスチック材料で形成されていることを特徴とする１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１３．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ための接続用端子部が形成された基板と、１〜１２の何れか１項に記載の撮像レンズと、該撮像レンズを内包し物体側からの光入射用の開口部を有する遮光性材料で形成された筐体とが一体的に形成された撮像装置であって、
前記撮像レンズの光軸方向の高さが１０ｍｍ以下であることを特徴とする撮像装置。
１４．１３に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。
１．６０＜ｎ２＜２．１０ ・・・（９）
但し、
ｎ２：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
９．前記撮像レンズは全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１０．前記第１レンズ若しくは前記第３レンズの何れか一方はガラス材料で形成され、それ以外のレンズはプラスチック材料で形成されていることを特徴とする１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１１．前記撮像レンズは全てガラス材料で形成されていることを特徴とする１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１２．前記第１レンズ及び前記第２レンズはガラス材料で形成され、前記第３レンズ及び前記第４レンズはプラスチック材料で形成されていることを特徴とする１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１３．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ための接続用端子部が形成された基板と、１〜１２の何れか１項に記載の撮像レンズと、該撮像レンズを内包し物体側からの光入射用の開口部を有する遮光性材料で形成された筐体とが一体的に形成された撮像装置であって、
前記撮像レンズの光軸方向の高さが１０ｍｍ以下であることを特徴とする撮像装置。
１４．１３に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。
・請求項１の効果
小型で収差が良好に補正された撮像レンズを得るための本発明の基本構成は、物体側より順に、開口絞り、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、及び負の屈折力を有する両凹形状の第４レンズからなる。物体側より順に、第１レンズから第３レンズからなる正レンズ群と、両凹形状の負の第４レンズを配置する所謂テレフォトタイプのこのレンズ構成は、撮像レンズ全長の小型化には有利な構成である。また、最も像側に配置された第４レンズを両凹形状とすることで、第４レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出すことがなくなり、第４レンズと固体撮像素子との間に配置される、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や固体撮像素子の基板等との接触を避けながらも、バックフォーカスを短くすることができ、撮像レンズ全長の短縮化に有利な構成となる。
小型で収差が良好に補正された撮像レンズを得るための本発明の基本構成は、物体側より順に、開口絞り、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、及び負の屈折力を有する両凹形状の第４レンズからなる。物体側より順に、第１レンズから第３レンズからなる正レンズ群と、両凹形状の負の第４レンズを配置する所謂テレフォトタイプのこのレンズ構成は、撮像レンズ全長の小型化には有利な構成である。また、最も像側に配置された第４レンズを両凹形状とすることで、第４レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出すことがなくなり、第４レンズと固体撮像素子との間に配置される、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や固体撮像素子の基板等との接触を避けながらも、バックフォーカスを短くすることができ、撮像レンズ全長の短縮化に有利な構成となる。
更に、４枚構成のうち２枚を負レンズとすることで、発散作用を有する面を多くしてペッツバール和の補正を容易とし、画面周辺部まで良好な結像性能を確保した撮像レンズを得ることが可能となる。また、最も像側に配置された第４レンズの少なくとも１面を非球面とすることで、画面周辺部での諸収差を良好に補正することができる。
加えて、最も物体側に開口絞りを配置することにより、射出瞳位置を撮像面からより遠くに配置することができ、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の主光線入射角度（主光線と光軸の成す角度）を小さく抑えることができ、所謂テレセントリック特性を確保することができる。また、機械的なシャッタを必要とする場合においても、最も物体側に配置する構成にでき、全長の短い撮像レンズを得ることが可能となる。
条件式（１）は前記第１レンズの焦点距離を適切に設定し、撮像レンズ全長の短縮化と収差補正を適切に達成するための条件式である。
条件式（１）の値が上限を下廻ることで、第１レンズの屈折力を適度に維持することができ、第１レンズから第３レンズの合成主点をより物体側へ配置することができ、撮像レンズ全長を短くすることができる。一方、下限を上廻ることで、第１レンズ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、下記の条件式がより望ましい。
０．４５＜ｆ１／ｆ＜０．７５
０．４５＜ｆ１／ｆ＜０．７５
更に、下記の条件式がより望ましい。
０．５０＜ｆ１／ｆ＜０．７３
０．５０＜ｆ１／ｆ＜０．７３
条件式（２）は前記第３レンズの焦点距離を適切に設定するための条件式である。
上限を下廻ることで、第３レンズの屈折力を適度に維持することができるため、射出瞳位置を撮像面からより遠くに配置することができ、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の主光線入射角度（主光線と光軸の成す角度）を小さく抑えることができ、所謂テレセントリック特性を確保することができる。結果として実質的な開口効率が減少する現象（シェーディング）を抑制することができる。一方、下限を上廻ることで、第３レンズの屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、光学系の主点が物体側に配置され、レンズ全長を短縮化することができる。また、下記の条件式がより望ましい。
０．３５＜ｆ３／ｆ＜０．９０
条件式（５）は第４レンズの焦点距離を適切に設定するための条件式である。
上限を下廻ることで、第４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。一方、下限を上廻ることで、第４レンズの負の屈折力を適度に維持することができ、レンズ全長の短縮化及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。また、下記の条件式がより望ましい。
−０．８０＜ｆ４／ｆ＜−０．３０
条件式（６）’は第４レンズの形状を適切に設定するための条件式である。
条件式（６）’に示す範囲において、第４レンズは物体側面に比べ像側面の屈折力が大きいような両凹形状から、平凹形状まで変化する。上限を下廻ることで、第４レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出すことがなくなり、第４レンズと固体撮像素子との間に配置される、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や固体撮像素子の基板等との接触を避けることができる。一方、下限を上廻ることで、第４レンズの主点が像側へ行き過ぎることがなくなり、第４レンズを通過する軸上光線高さを適度に維持することができ、軸上色収差の補正に有利となる。
上限を下廻ることで、第３レンズの屈折力を適度に維持することができるため、射出瞳位置を撮像面からより遠くに配置することができ、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の主光線入射角度（主光線と光軸の成す角度）を小さく抑えることができ、所謂テレセントリック特性を確保することができる。結果として実質的な開口効率が減少する現象（シェーディング）を抑制することができる。一方、下限を上廻ることで、第３レンズの屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、光学系の主点が物体側に配置され、レンズ全長を短縮化することができる。また、下記の条件式がより望ましい。
０．３５＜ｆ３／ｆ＜０．９０
条件式（５）は第４レンズの焦点距離を適切に設定するための条件式である。
上限を下廻ることで、第４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。一方、下限を上廻ることで、第４レンズの負の屈折力を適度に維持することができ、レンズ全長の短縮化及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。また、下記の条件式がより望ましい。
−０．８０＜ｆ４／ｆ＜−０．３０
条件式（６）’は第４レンズの形状を適切に設定するための条件式である。
条件式（６）’に示す範囲において、第４レンズは物体側面に比べ像側面の屈折力が大きいような両凹形状から、平凹形状まで変化する。上限を下廻ることで、第４レンズの周辺部が像面方向に大きく張り出すことがなくなり、第４レンズと固体撮像素子との間に配置される、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や固体撮像素子の基板等との接触を避けることができる。一方、下限を上廻ることで、第４レンズの主点が像側へ行き過ぎることがなくなり、第４レンズを通過する軸上光線高さを適度に維持することができ、軸上色収差の補正に有利となる。
・請求項２の効果
条件式（３）は第２レンズの像側面と第３レンズの物体側面で形成される空気レンズの屈折力を適切に設定するための条件式である。
上限を下廻ることで、空気レンズによる負の屈折力を適度に維持できるため、ペッツバール和が大きくなりすぎず、像面を平坦にすることができ、色収差も良好に補正することができる。一方、下限を上廻ると空気レンズによる負の屈折力が強くなりすぎないので、第２レンズの像側面と第３レンズの物体側面の曲率半径が大きくでき、レンズの加工性が良くなる。更に、軸外で第２レンズの像側面と第３レンズの物体側面が離れるので、軸上間隔を大きくしなくても第２レンズと第３レンズの間にゴースト等の不要光を防止するための遮光部材を挿入するためのスペースの確保が容易となる。また、下記の条件式がより望ましい。
−３．５０＜Ｐａｉｒ／Ｐ＜−０．９０
条件式（３）は第２レンズの像側面と第３レンズの物体側面で形成される空気レンズの屈折力を適切に設定するための条件式である。
上限を下廻ることで、空気レンズによる負の屈折力を適度に維持できるため、ペッツバール和が大きくなりすぎず、像面を平坦にすることができ、色収差も良好に補正することができる。一方、下限を上廻ると空気レンズによる負の屈折力が強くなりすぎないので、第２レンズの像側面と第３レンズの物体側面の曲率半径が大きくでき、レンズの加工性が良くなる。更に、軸外で第２レンズの像側面と第３レンズの物体側面が離れるので、軸上間隔を大きくしなくても第２レンズと第３レンズの間にゴースト等の不要光を防止するための遮光部材を挿入するためのスペースの確保が容易となる。また、下記の条件式がより望ましい。
−３．５０＜Ｐａｉｒ／Ｐ＜−０．９０
・請求項３の効果
第２レンズの像側面を中心から周辺に行くに従って負の屈折力が弱くなるような非球面形状とすることで、周辺部で光線が過度に跳ね上げられることがなくなり、周辺部での良好なテレセントリック特性を確保できる。
・請求項４の効果
第３レンズの像側面を、光軸から周辺に離れるに従って正の屈折力が弱くなるような非球面形状とすることで、入射光線と射出光線の成す角度、所謂偏角を小さく保つことができ、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の軸外収差を小さく抑えることが可能となる。
・請求項５の効果
第４レンズの像側面を、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなり、また変曲点を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなる。また、第２レンズの像側面は、レンズ周辺部で過度に負の屈折力を弱くする必要がなくなり軸外収差を良好に補正することが可能となる。
第２レンズの像側面を中心から周辺に行くに従って負の屈折力が弱くなるような非球面形状とすることで、周辺部で光線が過度に跳ね上げられることがなくなり、周辺部での良好なテレセントリック特性を確保できる。
・請求項４の効果
第３レンズの像側面を、光軸から周辺に離れるに従って正の屈折力が弱くなるような非球面形状とすることで、入射光線と射出光線の成す角度、所謂偏角を小さく保つことができ、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の軸外収差を小さく抑えることが可能となる。
・請求項５の効果
第４レンズの像側面を、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなり、また変曲点を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなる。また、第２レンズの像側面は、レンズ周辺部で過度に負の屈折力を弱くする必要がなくなり軸外収差を良好に補正することが可能となる。
ここで、「変曲点」とは有効半径内でのレンズ断面形状の曲線において、非球面頂点の接平面が光軸と垂直な平面となるような非球面上の点のことである。
また、本明細書中で「有効半径」とは、固体撮像素子の撮像面内に結像する全ての光束において、そのそれぞれの光束の周縁光線が各レンズ面を通過する点の光軸からの高さの最大値をいうものとする。
また、本明細書中で「有効半径」とは、固体撮像素子の撮像面内に結像する全ての光束において、そのそれぞれの光束の周縁光線が各レンズ面を通過する点の光軸からの高さの最大値をいうものとする。
・請求項６の効果
条件式（７）は第４レンズの像側面において、変曲点の有効半径に対する光軸からの高さを適切に設定するための条件式である。
条件式（７）は第４レンズの像側面において、変曲点の有効半径に対する光軸からの高さを適切に設定するための条件式である。
上限を下廻ることで、変曲点、すなわち第４レンズの像側面が最も像側方向へ張り出す光軸上からの高さが大きくなりすぎることがなくなり、レンズ周辺部に配置される部材との接触を避けることができる。一方、下限を上廻ることで、変曲点が光軸から適度に離れた位置に設定されるため、周辺部でのテレセントリック特性を確保しやすくなり、周辺部での像面湾曲を良好に補正することができる。また、下記の条件式がより望ましい。
０．４３＜ＰＨ８／Ｈ＜０．７５
０．４３＜ＰＨ８／Ｈ＜０．７５
・請求項７の効果
条件式（８）は撮像レンズ全系の色収差を良好に補正するための条件式である。
条件式（８）は撮像レンズ全系の色収差を良好に補正するための条件式である。
下限を上廻ることで、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。一方で、上限を下廻ることで、入手しやすい硝材で構成することができる。また、下記の条件式がより望ましい。
２０＜ν１−ν２＜６５
２０＜ν１−ν２＜６５
・請求項８の効果
条件式（９）は撮像レンズ全系の色収差及び像面湾曲を良好に補正するための条件式である。
条件式（９）は撮像レンズ全系の色収差及び像面湾曲を良好に補正するための条件式である。
下限を上廻ることで、比較的分散の大きな第２レンズの屈折力を適度に維持することができ、色収差、像面湾曲を良好に補正することができる。一方、上限を下廻ることで、入手しやすい硝材で構成することができる。また、下記の条件式がより望ましい。
１．６０＜ｎ２＜２．００
１．６０＜ｎ２＜２．００
・請求項９の効果
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較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、手間のかかる研磨加工により製造するガラスレンズと比較すれば、全てのレンズを、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安価に大量生産が可能となる。また、プラスチックレンズはプレス温度を低くできることから、成形金型の損耗を抑えることができ、その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数を減少させ、コスト低減を図ることができる。
・請求項１０の効果
正の屈折力を有する第１レンズ若しくは第３レンズの何れか一方を、温度変化時の屈折率変化が殆どないガラス材料から形成し、それ以外のレンズをプラスチック材料で形成することにより、プラスチックレンズを多用しながら、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置変動を補償することができる。より具体的には、プラスチック材料で形成された正の第１レンズ若しくは第３レンズに比較的大きい正の屈折力をもたせ、第２レンズと第４レンズの２枚の負レンズに負の屈折力を分担させることにより、プラスチックレンズの屈折力の配分を最適化することができ、温度変化時の像点位置変動への寄与が相殺する方向に作用し、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置の変動を小さく抑えることができる。
また、第１レンズをガラス材料で形成すると、プラスチックレンズを外部に露出させずに構成できるので、第１レンズへの傷等の問題を回避することができ、より好ましい構成となる。
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、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。また、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を目的として、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させた場合も含むものとする。
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較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、手間のかかる研磨加工により製造するガラスレンズと比較すれば、全てのレンズを、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安価に大量生産が可能となる。また、プラスチックレンズはプレス温度を低くできることから、成形金型の損耗を抑えることができ、その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数を減少させ、コスト低減を図ることができる。
・請求項１０の効果
正の屈折力を有する第１レンズ若しくは第３レンズの何れか一方を、温度変化時の屈折率変化が殆どないガラス材料から形成し、それ以外のレンズをプラスチック材料で形成することにより、プラスチックレンズを多用しながら、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置変動を補償することができる。より具体的には、プラスチック材料で形成された正の第１レンズ若しくは第３レンズに比較的大きい正の屈折力をもたせ、第２レンズと第４レンズの２枚の負レンズに負の屈折力を分担させることにより、プラスチックレンズの屈折力の配分を最適化することができ、温度変化時の像点位置変動への寄与が相殺する方向に作用し、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置の変動を小さく抑えることができる。
また、第１レンズをガラス材料で形成すると、プラスチックレンズを外部に露出させずに構成できるので、第１レンズへの傷等の問題を回避することができ、より好ましい構成となる。
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、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。また、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を目的として、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させた場合も含むものとする。
・請求項１１の効果
全てのレンズをガラス材料で形成することにより、プラスチックレンズに比べ高屈折率で低分散な硝材を選択することが可能となり、全レンズ系の焦点距離を短く保ちながら、色収差を小さく抑えることができる。また温度変化時の屈折率変化が殆どないガラス材料で形成することにより、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置変動をほぼゼロにすることが可能となる。また、第１レンズをガラス材料で形成すると、プラスチックレンズを外部に露出させずに構成できるので、第１レンズへの傷等の問題を回避することができる。
全てのレンズをガラス材料で形成することにより、プラスチックレンズに比べ高屈折率で低分散な硝材を選択することが可能となり、全レンズ系の焦点距離を短く保ちながら、色収差を小さく抑えることができる。また温度変化時の屈折率変化が殆どないガラス材料で形成することにより、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置変動をほぼゼロにすることが可能となる。また、第１レンズをガラス材料で形成すると、プラスチックレンズを外部に露出させずに構成できるので、第１レンズへの傷等の問題を回避することができる。
更に、近年カメラモジュールのユニットを他の回路基板へ実装する際のハンダ付けをリフロー工程を用いた自動実装にすると作業効率を高めることができるため、リフローに耐えられるように、充分な耐熱性を有するカメラモジュールのユニットが求められている。そこで、ガラス材料はリフローに耐える充分な熱耐性を持つため、リフロー工程を用いるカメラモジュールにも使用可能となる効果をも有している。
なお、「ガラス材料から形成されている」とは、ガラス材料を母材として、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。
なお、「ガラス材料から形成されている」とは、ガラス材料を母材として、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１２の効果
比較的屈折力の強い第１レンズ及び第２レンズをガラス材料で形成することにより、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置変動を小さくしながらも、プラスチックレンズを第３レンズ及び第４レンズに使用することで、撮像レンズ全体のコストを少なく抑えることができる。また、第１レンズをガラス材料で形成すると、プラスチックレンズを外部に露出させずに構成できるので、第１レンズへの傷等の問題を回避することができる。
・請求項１３の効果
本発明の撮像レンズを用いることで、より小型且つ高性能な撮像装置を得ることができる。ここで、「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さすものとする。また、「該撮像装置の前記撮像レンズ光軸方向の高さが１０ｍｍ以下」とは、上記全ての構成を備えた撮像装置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１０ｍｍ以下となることを想定する。
比較的屈折力の強い第１レンズ及び第２レンズをガラス材料で形成することにより、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置変動を小さくしながらも、プラスチックレンズを第３レンズ及び第４レンズに使用することで、撮像レンズ全体のコストを少なく抑えることができる。また、第１レンズをガラス材料で形成すると、プラスチックレンズを外部に露出させずに構成できるので、第１レンズへの傷等の問題を回避することができる。
・請求項１３の効果
本発明の撮像レンズを用いることで、より小型且つ高性能な撮像装置を得ることができる。ここで、「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さすものとする。また、「該撮像装置の前記撮像レンズ光軸方向の高さが１０ｍｍ以下」とは、上記全ての構成を備えた撮像装置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１０ｍｍ以下となることを想定する。
・請求項１４の効果
本発明の撮像装置を用いることで、より小型且つ高性能な携帯端末を得ることができる。
本発明の撮像装置を用いることで、より小型且つ高性能な携帯端末を得ることができる。
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本実施の形態に係る撮像装置の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る撮像装置の撮像レンズの光軸に沿った断面を模式的に示した図である。
図１又は図２に示すように、撮像装置５０は光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型撮像素子５１と、この撮像素子５１の光電変換部５１ａに被写体像を撮像する撮像レンズ１０と、物体側からの光入射用の開口部を有する遮光部材からなる鏡筒としての筐体５３と、撮像素子５１を保持する支持基板５２ａと、その電気信号の送受を行う外部接続用端子（外部接続端子とも称す）５４を有するフレキシブルプリント基板５２ｂとを備え、これらが一体的に形成されている。
図２に示すように、撮像素子５１はその受光側の面の中央部に画素（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、その周囲には信号処理回路５１ｂが形成されている。この信号処理回路５１ｂ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。
撮像素子５１の受光側の面の外縁近傍には、不図示の多数のパッドが設けられており、ボンディングワイヤＷを介して支持基板５２ａに接続されている。なお、撮像素子は、上述のＣＭＯＳ型のイメージセンサに限るものでなく、ＣＣＤ等の他のものを適用したものでもよい。
基板５２は、その一方の面で撮像素子５１と筐体５３を支持する硬質の支持基板５２ａと支持基板５２ａの他方の面（撮像素子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プリント基板５２ｂとで構成されている。支持基板５２ａは、表裏両面に多数の信号伝達用パッドが設けられており、一方の面でボンディングワイヤＷを介して撮像素子５１と接続され、他方の面でフレキシブルプリント基板５２ｂと接続されている。
フレキシブルプリント基板５２ｂは、図１に示すように、一端部が支持基板５２ａと接続され、他方の端部に設けられた外部接続端子５４を介して支持基板５２ａと不図示の外部回路（例えば、撮像装置を実装した上位装置が有する制御回路）とを接続し、外部回路から撮像素子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している。更に、フレキシブルプリント基板５２ｂは、可撓性を有し中間部が変形して支持基板５２ａに対し外部接続端子５４の向きや配置に自由度を与えている。
図２に示したように、筐体５３は、支持基板５２ａの撮像素子５１側の面に撮像素子５１を覆うように固定配置されている。即ち、筐体５３は、撮像素子５１側は撮像素子５１を囲むように広く開口されて支持基板５２ａに当接固定され、他端部が小開口を有するフランジ付きの筒状に形成されている。
筐体５３の内部には、撮像レンズ１０と撮像素子５１との間に赤外光カットフィルタ等の光学フィルタＦが固定配置されている。
撮像レンズ１０は、物体側より順に、開口絞りＳ、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズからなり、撮像素子５１の光電変換面５１ａに、被写体像が結像されるよう構成されている。
なお、図２における一点鎖線は各レンズＬ１〜Ｌ４の光軸である。
撮像レンズ１０を構成する各レンズＬ１〜Ｌ４は、鏡枠５５に保持されている。筐体５３は、この鏡枠５５及び鏡枠５５に保持された撮像レンズ１０を内包し、鏡枠５５はその外周で筐体５３と嵌合され、筐体５３の小開口を有するフランジ部で突き当てられ位置決めされている。
なお、撮像装置５０を他の回路基板と接続する際に、リフロー工程が用いられる場合には、外部接続用端子（外部接続端子とも称す）５４及びフレキシブルプリント基板５２ｂは不要である。また、筐体５３や鏡枠５５は、リフローに耐える耐熱性を有する材料で形成される。
また、図２に示す撮像装置の場合、図示Ｈが撮像装置の撮像レンズ光軸方向の高さとなる。
更に、図示していないが、各レンズＬ１〜Ｌ４の間に、不要光をカットする固定絞りを配置してもよい。特に、光線経路の外側に矩形の固定絞りを配置することで、ゴースト及びフレアの発生を抑えることができる。
図３は、本実施の形態に係る撮像装置を備えた携帯端末の一例である携帯電話機の外観図である。
同図に示す携帯電話機１００は、表示画面Ｄ１及びＤ２を備えたケースとしての上筐体７１と、入力部である操作ボタン６０を備えた下筐体７２とがヒンジ７３を介して連結されている。撮像装置５０は、上筐体７１内の表示画面Ｄ２の下方に内蔵されており、撮像装置５０が上筐体７１の外表面側から光を取り込めるよう配置されている。
なお、この撮像装置の位置は上筐体７１内の表示画面Ｄ２の上方や側面に配置してもよい。また携帯電話機は折りたたみ式に限るものではないのは、勿論である。
図４は、携帯電話機の制御ブロック図である。
同図に示すように、撮像装置５０の外部接続端子５４（図示矢印）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へ出力する。
一方、携帯電話機１００は、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、番号等を指示入力するための入力部である操作ボタン６０と、所定のデータ表示や撮像した画像を表示する表示画面Ｄ１、Ｄ２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により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、撮像装置５０による画像データ等を一時的に格納したり、作業領域として用いられる一時記憶部（ＲＡＭ）９２を備えている。
また、撮像装置５０から入力された画像信号は、携帯電話機１００の制御部１０１により、記憶部９１に記憶されたり、或いは表示画面Ｄ１に表示されたり、更には、無線通信部８０を介し画像情報として外部へ送信されるようになっている。
以下に本発明の撮像レンズの実施例を示す。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
ω：最大半画角
２Ｙ：固体撮像素子の撮像面対角線長
ＥＮＴＰ：入射瞳位置（第１面から入射瞳位置までの距離）
ＥＸＴＰ：射出瞳位置（撮像面から射出瞳位置までの距離）
Ｈ１：前側主点位置（第１面から前側主点位置までの距離）
Ｈ２：後側主点位置（最終面から後側主点位置までの距離）
Ｒ ：曲率半径
Ｄ ：軸上面間隔
Ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸を取り、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の数式で表す。
ｆＢ：バックフォーカス
Ｆ ：Ｆナンバー
ω：最大半画角
２Ｙ：固体撮像素子の撮像面対角線長
ＥＮＴＰ：入射瞳位置（第１面から入射瞳位置までの距離）
ＥＸＴＰ：射出瞳位置（撮像面から射出瞳位置までの距離）
Ｈ１：前側主点位置（第１面から前側主点位置までの距離）
Ｈ２：後側主点位置（最終面から後側主点位置までの距離）
Ｒ ：曲率半径
Ｄ ：軸上面間隔
Ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸を取り、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の数式で表す。
但し、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数
（実施例１）
全体諸元を以下に示す。
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数
（実施例１）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝３．７７ｍｍ
ｆＢ＝０．５６ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．１°
２Ｙ＝４．４８ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−２．５１ｍｍ
Ｈ１＝−０．８５ｍｍ
Ｈ２＝−３．２１ｍｍ
レンズデータを表１に示す。
ｆＢ＝０．５６ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．１°
２Ｙ＝４．４８ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−２．５１ｍｍ
Ｈ１＝−０．８５ｍｍ
Ｈ２＝−３．２１ｍｍ
レンズデータを表１に示す。
非球面係数を表２に示す。
なお、１０のべき乗数（例えば２．５×１０-02）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）と表す。他の表も同様である。
単レンズデータを表３に示す。
図５に実施例１のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図６に実施例１のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズ、第３レンズ及び第４レンズ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２レンズ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。
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。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率が全て０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。
（実施例２）
全体諸元を以下に示す。
（実施例２）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝４．７８ｍｍ
ｆＢ＝０．５４ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．０°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．０８ｍｍ
Ｈ１＝−１．５３ｍｍ
Ｈ２＝−４．２４ｍｍ
レンズデータを表４に示す。
ｆＢ＝０．５４ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．０°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．０８ｍｍ
Ｈ１＝−１．５３ｍｍ
Ｈ２＝−４．２４ｍｍ
レンズデータを表４に示す。
非球面係数を表５に示す。
単レンズデータを表６に示す。
図７に実施例２のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図８に実施例２のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズはガラスモールドレンズである。第２レンズ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。第３レンズ、及び第４レンズ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。
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。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率が全て０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。
（実施例３）
全体諸元を以下に示す。
（実施例３）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝４．８１ｍｍ
ｆＢ＝０．６４ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３０．７°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．３９ｍｍ
Ｈ１＝−０．９４ｍｍ
Ｈ２＝−４．１７ｍｍ
レンズデータを表７に示す。
ｆＢ＝０．６４ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３０．７°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．３９ｍｍ
Ｈ１＝−０．９４ｍｍ
Ｈ２＝−４．１７ｍｍ
レンズデータを表７に示す。
非球面係数を表８に示す。
単レンズデータを表９に示す。
図９に実施例３のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図１０に実施例３のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズ、第３レンズ、及び第４レンズ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２レンズ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。
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。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率が全て０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。
（実施例４）
全体諸元を以下に示す。
（実施例４）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝４．７４ｍｍ
ｆＢ＝０．５０ｍｍ
Ｆ＝３．２９
ω＝３１．１°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．２９ｍｍ
Ｈ１＝−１．１８ｍｍ
Ｈ２＝−４．２４ｍｍ
レンズデータを表１０に示す。
ｆＢ＝０．５０ｍｍ
Ｆ＝３．２９
ω＝３１．１°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．２９ｍｍ
Ｈ１＝−１．１８ｍｍ
Ｈ２＝−４．２４ｍｍ
レンズデータを表１０に示す。
非球面係数を表１１に示す。
単レンズデータを表１２に示す。
図１１に実施例４のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図１２に実施例４のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズ、及び第４レンズ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２レンズ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。第３レンズはガラスモールドレンズである。
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。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率が全て０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。
（実施例５）
全体諸元を以下に示す。
（実施例５）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝４．７２ｍｍ
ｆＢ＝０．６６ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．３°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．１７ｍｍ
Ｈ１＝−１．０８ｍｍ
Ｈ２＝−４．０６ｍｍ
レンズデータを表１３に示す。
ｆＢ＝０．６６ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．３°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．１７ｍｍ
Ｈ１＝−１．０８ｍｍ
Ｈ２＝−４．０６ｍｍ
レンズデータを表１３に示す。
非球面係数を表１４に示す。
単レンズデータを表１５に示す。
図１３に実施例５のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図１４に実施例５のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズ、第３レンズ及び第４レンズ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２レンズ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。
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。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率が全て０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。
（実施例６）
全体諸元を以下に示す。
（実施例６）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝５．６５ｍｍ
ｆＢ＝０．７５ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．９°
２Ｙ＝７．１３ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．３９ｍｍ
Ｈ１＝−２．０５ｍｍ
Ｈ２＝−４．９０ｍｍ
レンズデータを表１６に示す。
ｆＢ＝０．７５ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．９°
２Ｙ＝７．１３ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．３９ｍｍ
Ｈ１＝−２．０５ｍｍ
Ｈ２＝−４．９０ｍｍ
レンズデータを表１６に示す。
非球面係数を表１７に示す。
単レンズデータを表１８に示す。
図１５に実施例６のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図１６に実施例６のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズはガラスモールドレンズである。第２レンズ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。第３レンズ、及び第４レンズ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。
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。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率が全て０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。
（実施例７）
全体諸元を以下に示す。
（実施例７）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝５．７０ｍｍ
ｆＢ＝０．６７ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．８°
２Ｙ＝７．１３ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．１８ｍｍ
Ｈ１＝−２．７３ｍｍ
Ｈ２＝−５．０３ｍｍ
レンズデータを表１９に示す。
ｆＢ＝０．６７ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．８°
２Ｙ＝７．１３ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．１８ｍｍ
Ｈ１＝−２．７３ｍｍ
Ｈ２＝−５．０３ｍｍ
レンズデータを表１９に示す。
非球面係数を表２０に示す。
単レンズデータを表２１に示す。
図１７に実施例７のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図１８に実施例７のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズから第４レンズの全てがガラスモールドレンズである。本実施例のように、第レンズから第４レンズの全てをガラス材料で形成したレンズとすることにより、充分な耐熱性を有した撮像レンズとすることができ、撮像装置を他の回路基板へ実装する際のハンダ付けをリフロー工程を用いて自動実装する場合にも対応可能なものとすることができる。
（実施例８）
全体諸元を以下に示す。
（実施例８）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝４．７４ｍｍ
ｆＢ＝０．８１ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．１°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．２１ｍｍ
Ｈ１＝−０．８５ｍｍ
Ｈ２＝−３．９３ｍｍ
レンズデータを表２２に示す。
ｆＢ＝０．８１ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３１．１°
２Ｙ＝５．６７ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．２１ｍｍ
Ｈ１＝−０．８５ｍｍ
Ｈ２＝−３．９３ｍｍ
レンズデータを表２２に示す。
非球面係数を表２３に示す。
単レンズデータを表２４に示す。
図１９に実施例８のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図２０に実施例８のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズ、第３レンズ及び第４レンズ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２レンズ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。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。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率が全て０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。
（実施例９）
全体諸元を以下に示す。
（実施例９）
全体諸元を以下に示す。
ｆ＝５．２１ｍｍ
ｆＢ＝０．９２ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３４．４°
２Ｙ＝７．１３ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．１２ｍｍ
Ｈ１＝−１．５１ｍｍ
Ｈ２＝−４．２９ｍｍ
レンズデータを表２５に示す。
ｆＢ＝０．９２ｍｍ
Ｆ＝２．８８
ω＝３４．４°
２Ｙ＝７．１３ｍｍ
ＥＮＴＰ＝０．００ｍｍ
ＥＸＴＰ＝−３．１２ｍｍ
Ｈ１＝−１．５１ｍｍ
Ｈ２＝−４．２９ｍｍ
レンズデータを表２５に示す。
非球面係数を表２６に示す。
単レンズデータを表２７に示す。
図２１に実施例９のレンズの断面図を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは開口絞りである。また、Ｆは光学的ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。
図２２に実施例８のレンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）を示す。
本実施例において、第１レンズ及び第２レンズはガラスモールドレンズである。第３レンズ及び第４レンズ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。
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。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率が全て０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。
次に、条件式（１）〜（１０）に対応する各実施例の値を表２８に示す。
ここで、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、上述の実施例１，３，５，８のように、第１レンズから第４レンズ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、例えば実施例６のような正の第１レンズ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、第２レンズ、第３レンズ及び第４レンズをプラスチックレンズとし、且つ第２レンズ、第３レンズ及び第４レンズとで温度変化時の像点位置変動をある程度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℃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温度変化を小さく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、屈折率変化が殆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，Ｌ３）のうち１枚、または全てのレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）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変動を小さく抑えることが可能となる。
なお、本実施例は、固体撮像素子の撮像面に入射する光束の主光線入射角については、撮像面周辺部において必ずしも充分小さい設計になっていない。しかし、最近の技術では、固体撮像素子の色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列の見直しによって、シェーディングを軽減することができるようになってきた。具体的には撮像素子の撮像面の画素ピッチに対し、色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列のピッチをわずかに小さく設定すれば、撮像面の周辺部にいくほど各画素に対し色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイが撮像レンズ光軸側へシフトするため、斜入射の光束を効率的に各画素の受光部に導くことができる。これにより固体撮像素子で発生するシェーディングを小さく抑えることができる。本実施例は、前記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。
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｆ 平行平板
５０ 撮像装置
５１ａ 光電変換部
１００ 携帯電話機
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｆ 平行平板
５０ 撮像装置
５１ａ 光電変換部
１００ 携帯電話機
Claims (14)
- 固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させるための撮像レンズであって、
物体側より順に、開口絞り、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、及び少なくとも１面が非球面であって負の屈折力を有する両凹形状の第４レンズからなり、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
０．３０＜ｆ１／ｆ＜０．８５
０．３０＜ｆ３／ｆ＜１．００
−０．９０＜ｆ４／ｆ＜−０．２０
０．２８≦（ｒ７＋ｒ８）／（ｒ７−ｒ８）≦０．７９
但し、
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
ｒ７：前記第４レンズ物体側面の曲率半径
ｒ８：前記第４レンズ像側面の曲率半径 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
−４．００＜Ｐａｉｒ／Ｐ＜−０．８０
但し、
Ｐ：前記撮像レンズ全系の屈折力
Ｐａｉｒ：第２レンズの像側面（ｒ４）と第３レンズの物体側面（ｒ５）とにより形成される所謂空気レンズの屈折力であり、また、屈折力とは焦点距離の逆数であり、上記Ｐａｉｒは、下記の数式で求めることができる。
ｎ２：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ３：前記第３レンズのｄ線に対する屈折率
ｒ４：前記第２レンズ像側面の曲率半径
ｒ５：前記第３レンズ物体側面の曲率半径
ｄ２３：前記第２レンズと第３レンズの軸上の空気間隔 - 前記第２レンズの像側面は非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなる形状を持つことを特徴とする請求項１及び２の何れか１項に記載の撮像レンズ。
- 前記第３レンズの像側面は非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って正の屈折力が弱くなる形状を持つことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の撮像レンズ。
- 前記第４レンズの像側面は非球面形状を有し、光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなり、また変曲点を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の撮像レンズ。
- 前記第４レンズの像側面は以下の条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載の撮像レンズ。
０．４０＜ＰＨ８／Ｈ＜０．８０
但し、
ＰＨ８：前記第４レンズ像側面における変曲点の光軸からの高さ
Ｈ：前記第４レンズ像側面の有効半径 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の撮像レンズ。１５＜ν１−ν２＜６５
但し、
ν１：前記第１レンズのアッベ数
ν２：前記第２レンズのアッベ数 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の撮像レンズ。
１．６０＜ｎ２＜２．１０
但し、
ｎ２：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率 - 前記撮像レンズは全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
- 前記第１レンズ若しくは前記第３レンズの何れか一方はガラス材料で形成され、それ以外のレンズはプラスチック材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
- 前記撮像レンズは全てガラス材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
- 前記第１レンズ及び前記第２レンズはガラス材料で形成され、前記第３レンズ及び前記第４レンズはプラスチック材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の撮像レンズ。
- 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ための接続用端子部が形成された基板と、請求項１〜１２の何れか１項に記載の撮像レンズと、該撮像レンズを内包し物体側からの光入射用の開口部を有する遮光性材料で形成された筐体とが一体的に形成された撮像装置であって、
前記撮像レンズの光軸方向の高さが１０ｍｍ以下であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項１３に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。
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