JP4940704B2 - 撮像レンズ、撮像装置及び該撮像装置を備えた携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、撮像レンズに関し、特に携帯端末に内蔵する小型薄型の撮像装置に好適な撮像レンズに関するものである。

従来より、小型で薄型の撮像装置が、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の小型、薄型の電子機器である携帯端末に搭載されるようになり、これにより遠隔地へ音声情報だけでなく画像情報も相互に伝送することが可能となっている。

これらの撮像装置に使用される撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用される。

近年、これら携帯端末の普及の増大に伴い、より高画質の画像が得られるよう、高画素数の撮像素子を使用した撮像装置の搭載されたものが市場に供給されつつある。この撮像装置は、高画素数の撮像素子に対応して、解像度の向上を目的として複数枚のレンズで構成された撮像レンズが用いられているものがある。

このような高画素の撮像素子を備える小型で高性能な撮像装置に使用される撮像レンズとして、２枚〜３枚構成に比べ、より高性能化が可能な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、正の屈折力を有する第４レンズで構成して高性能化をめざした、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、負の屈折力を有する第４レンズで構成して撮像レンズ全長（開口絞りから像側焦点までの光軸上の距離）の小型化をめざした、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２参照）。
特開２００４−３４１０１３号公報 特開２００２−３６５５３０号公報

しかしながら、上記特許文献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枚の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、上記特許文献２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十分で、撮像素子の高画素化に対応するには問題がある。

更に、コスト等を優先して撮像レンズを構成する全てのレンズを、射出成形によるプラスチックレンズで構成すると、撮像レンズの小型化と低コスト化には有利であるが、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、全てのレンズをプラスチックレンズで構成すると、温度により全体の像点位置が変動してしまうという欠点を抱えている。固定焦点式の、所謂パンフォーカス方式の撮像装置では、温度変化時の像点位置の変動が無視できなくなる問題がある。

本発明は上記問題に鑑み、小型で広画角を確保できると共に、諸収差が良好に補正され、温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることのできる、高画素の撮像素子に対応可能な撮像レンズを得ることを目的とするものである。

上記の課題は、以下の構成により解決される。

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、負の屈折力を有する第４レンズからなり、
以下の条件式（１）を満足し、
前記第２レンズは、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする撮像レンズ。

０．８＜ｆ_１／ｆ＜２．０ （１）
０＜（Ｒ _３ ＋Ｒ _４ ）／（Ｒ _３ −Ｒ _４ ）＜２．５ （３）
ただし、
ｆ_１：第１レンズの焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
Ｒ _３ ：第２レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ _４ ：第２レンズの像側の面の曲率半径
２） 前記第３レンズは、以下の条件式（２）を満足する１）の撮像レンズ。

０．３＜ｆ_３／ｆ＜１．５ （２）
ただし、
ｆ_３：第３レンズの焦点距離
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離

３） 前記第４レンズが、以下の条件式（４）を満足する１）又は２）の撮像レンズ。

０．１５＜Ｒ_８／ｆ＜０．５ （４）
ただし、
Ｒ_８：第４レンズの像側の面の曲率半径
ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
４） 前記第１レンズは、ガラス材料で形成されている１）〜３）のいずれかの撮像レンズ。

５） 前記第２レンズと、前記第３レンズと、前記第４レンズとは、プラスチック材料で形成されている１）〜４）のいずれかの撮像レンズ。

６） 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）〜５）のいずれかの撮像レンズと、該撮像レンズを内包し、物体側からの光入射のため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、該撮像装置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装置。

７） ６）の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。

上記１）の発明によれば、テレフォトタイプのレンズ構成とすることにより、光学系の主点位置を物体側に置くことができ、全長の短い撮像レンズを得ることが可能となる。更に、４枚構成のレンズのうち、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、広画角でありながら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。

加えて、最も物体側に開口絞りを配置することにより、射出瞳位置をより遠くに離すことができ、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（主光線と光軸のなす角度）を小さく抑えることができ、所謂テレセン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と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、第１レンズの屈折力を適切に設定するものであり、下限を上回ることで第１レンズの屈折力が必要以上に大きくならず、球面収差やコマ収差を小さく良好に抑えることができる。また上限を下回ることで第１レンズの屈折力が適度に確保され、撮像レンズ全長を短縮でき小型化が可能となる。

条件式（１）は、より望ましくは下式の範囲がよい。

０．９＜ｆ_１／ｆ＜１．５
条件式（３）は、第２レンズの形状を適切に設定する条件である。この条件式の範囲内で、第２レンズは物体側の面より像側の面の方が強い負の屈折力を有する形状となる。本発明の撮像レンズは、第１レンズの正の屈折力が比較的弱く、第３レンズの正の屈折力が比較的強く設定した構成をとっているので、第３レンズの方にコマ収差や色収差の発生が多くなる。そこで、第２レンズは物体側の面より像側の面に負の屈折力を強く配分することにより、レンズ全系でのコマ収差や色収差の発生を小さく抑えることができる。
また、下限を上回ることで、第２レンズの像側の面の屈折力を強くすることができ、コマ収差、像面湾曲、非点収差、色収差の補正が容易にできる。一方、第２レンズの物体側の面の曲率は緩くなり、この面の周縁付近を通過する軸外光束の収差を抑えることができる。上限値を下回ることで、第２レンズの像側の面の負屈折力が強くなりすぎるのを抑え、バランスよく収差を補正できる。また、像側の面の曲率半径が小さくなりすぎず、レンズ加工上問題のない形状となる。
条件式（３）は、より望ましくは下式の範囲がよい。
０＜（Ｒ _３ ＋Ｒ _４ ）／（Ｒ _３ −Ｒ _４ ）＜２．０
上記２）の発明の条件式（２）は、第３レンズの屈折力を適切に設定するものである。下限を上回ることで第３レンズの屈折力が過大にならず、光学系の主点が物体側に配置され、レンズ全長を小型化できる。一方、上限を下回ることで、第３レンズの正の屈折力を適度に維持することができ、結果として射出瞳位置を固体撮像素子から物体側へ遠ざけることができるため、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（主光線と光軸のなす角度）を小さく抑えることができ、所謂テレセン性を確保することができる。結果として、撮像面周辺部におい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。

条件式（２）は、より望ましくは下式の範囲がよい。

０．３ ＜ ｆ₃／ｆ ＜ １．０
更に、固体撮像素子の撮像面に結像する光束の主光線入射角度を２３°以下に抑えるためには、条件式（２）は、下式の範囲がより望ましい。

０．３ ＜ ｆ₃／ｆ ＜ ０．７
また、第３レンズは両凸レンズの形状が好ましい。第３レンズを両凸レンズにすると、両面共収斂作用を持つので曲率半径を小さくしなくても正の屈折力を確保することができ、高次収差の発生を抑えることができ、レンズ加工上も問題のない形状となる。

上記３）の発明の条件式（４）は、第４レンズの像側の面の曲率半径を適切に設定する条件である。下限を上回ることで曲率半径が小さくなりすぎず、固体撮像素子の撮像面との間隔を確保でき、レンズ加工上問題のない形状となる。上限を下回ることで、第４レンズの像側の面の負の屈折力を適度に維持することができ、レンズ全長の短縮および像面湾曲や歪曲収差等の軸外諸収差を良好に補正することができる。

条件式（４）は、より望ましくは下式の範囲がよい。

０．１５＜Ｒ_８／ｆ＜０．４
上記４）又は５）の発明によれば、正の屈折力を有する第１レンズを、温度変化時の屈折率変化がほとんど無いガラス材料から形成し、第２レンズ、第３レンズ、第４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ことにより、プラスチックレンズを露出させずに構成でき、第１レンズへの傷等の問題を回避することができ、好ましい構成となる。

なお本発明で言う、「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である。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である。

上記６）の発明によれば、より小型で高画質の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も含むものである。また、「撮像装置の撮像レンズ光軸方向の高さが１０（ｍｍ）以下」とは、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、撮像レンズと、撮像レンズを内包し、物体側からの光入射のための開口部を有する遮光性材料で形成された筐体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である。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１０（ｍｍ）以下となることを意味している。

上記７）の発明によれば、より小型で高画質の画像を記録できる携帯端末を得ることができる。

即ち、本発明によれば、従来より小型でありながら諸収差が良好に補正されて高画質の画像が得られ、温度変化による焦点移動の問題を解消した、４枚構成の撮像レンズと、これを備えた撮像装置及び携帯端末を得ることが可能となる。

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５０の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る撮像装置５０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に被写体像を結像させる撮像レンズ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。撮像素子５１は、光電変換部５１ａからの信号電荷をデジタルＹＵＶ信号等の画像信号に変換し、ボンディングワイヤＷを介して支持基板５２ａ上の所定の回路に出力する。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、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、負の屈折力を有する第４レンズＬ４からなり、撮像素子５１の光電変換面５１ａに対し、被写体像の結像を行うよう構成されている。なお、図１では、上側が物体側下側が像側であり、図２における一点鎖線が各レンズＬ１〜Ｌ４の共通する光軸である。

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。

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、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間や第４レンズ４と赤外光カットフィルタＦの間に配置することが好ましく、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、フレアの発生を抑えることができる。

図３は、撮像装置５０を備えた携帯端末の一例である携帯電話機１００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１００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、Ｄ２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、上記の実施の形態に適用される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とおりである。

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 ：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として以下の（数１）で表す。

ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数
また、以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^-02）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。また、レンズデータの面番号は第１レンズの物体側を１面として順に付与した。

（実施例１）
実施例１の撮像レンズのレンズデータを表１、表２に示す。

図５は、実施例１に示す撮像レンズの断面図である。同図に示す、Ｓは開口絞り、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レンズを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルターやＩＲカットフィルター、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は、実施例１に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

第１レンズはガラスレンズ、第２レンズ及び第４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。

撮像素子は、１／３．２インチ型、画素ピッチ２．２μｍ、２０４８×１５３６画素を想定している。

なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化を表３に示す。

実施例１に示した撮像レンズは、常温２０（℃）に対して、＋３０（℃）上昇した時の像点位置変動（バックフォーカス変化量（ΔｆＢ））が、−０．０００４（ｍｍ）となる。

なお、この温度上昇時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は、表３に示すプラスチックレンズの屈折率変化に基づいて求めたものである。これは、温度変化時の像点位置変動は、プラスチックレンズの屈折率変化に主に起因するものであり、温度上昇時のプラスチックレンズの熱膨張の影響やレンズを保持する鏡胴の熱膨張の影響については勘案していない。

また、一般的に焦点深度は下式で表される。

焦点深度＝±Ｆナンバー×２×画素ピッチ
実施例１において想定した撮像素子側の焦点深度は±０．０１５８（ｍｍ）であり、実施例１に示す撮像レンズの像点位置変動を、この焦点深度に対し、非常に小さく抑えることができる。像点位置変動は、最大でも焦点深度以下にしなければならず、望ましくは、半分以下に抑える方が好ましいといわれれているが、これに対して実施例１の撮像レンズは焦点深度量に対する像点位置変動量を２．５％程度の小さな値とすることができ、全く問題ないものとすることができる。

（実施例２）
実施例２の撮像レンズのレンズデータを表４、表５に示す。

図７は、実施例２に示す撮像レンズの断面図である。同図に示す、Ｓは開口絞り、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レンズを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルターやＩＲカットフィルター、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は、実施例２に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

第１レンズはガラスレンズ、第２レンズ及び第４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。

撮像素子は、１／３．２インチ型、画素ピッチ２．２μｍ、２０４８×１５３６画素を想定している。

なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化を表６に示す。

実施例２に示す撮像レンズは、常温２０（℃）に対して、＋３０（℃）上昇した時の像点位置変動（バックフォーカス変化量（ΔｆＢ））が、−０．０００５（ｍｍ）となる。

実施例２において想定した撮像素子側の焦点深度は±０．０１４１（ｍｍ）であり、これに対して実施例２の撮像レンズは焦点深度の量に対して像点位置変動量を３．５％程度の小さな値とすることができ、全く問題ないものとすることができる。

（実施例３）
実施例３の撮像レンズのレンズデータを表７、表８に示す。

図９は、実施例３に示す撮像レンズの断面図である。同図に示す、Ｓは開口絞り、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レンズを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルターやＩＲカットフィルター、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は、実施例３に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

第１レンズはガラスレンズ、第２レンズ及び第４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。

撮像素子は、１／３．２インチ型、画素ピッチ２．２μｍ、２０４８×１５３６画素を想定している。

なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化を表９に示す。

実施例３に示す撮像レンズは、常温２０（℃）に対して、＋３０（℃）上昇した時の像点位置変動（バックフォーカス変化量（ΔｆＢ））が、−０．００７７（ｍｍ）となる。

実施例３において想定した撮像素子側の焦点深度は±０．０１５８（ｍｍ）であり、これに対して実施例３の撮像レンズは焦点深度の量に対して像点位置変動量を焦点深度の半分以下とすることができ、問題のないものとすることができる。

（実施例４）
実施例４の撮像レンズのレンズデータを表１０、表１１に示す。

図１１は、実施例４に示す撮像レンズの断面図である。同図に示す、Ｓは開口絞り、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レンズを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルターやＩＲカットフィルター、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は、実施例４に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

第１レンズはガラスレンズ、第２レンズ及び第４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。

撮像素子は、１／３．２インチ型、画素ピッチ２．２５μｍ、２０４８×１５３６画素を想定している。

なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化を表１２に示す。

実施例４に示す撮像レンズは、常温２０（℃）に対して、＋３０（℃）上昇した時の像点位置変動（バックフォーカス変化量（ΔｆＢ））が、−０．００１２（ｍｍ）となる。

実施例４において想定した撮像素子側の焦点深度は±０．０１４４（ｍｍ）であり、これに対して実施例４の撮像レンズは焦点深度の量に対して像点位置変動量を８．３％程度の小さな値とすることができ、全く問題ないものとすることができる。

（実施例５）
実施例５の撮像レンズのレンズデータを表１３、表１４に示す。

図１３は、実施例５に示す撮像レンズの断面図である。同図に示す、Ｓは開口絞り、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レンズを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルターやＩＲカットフィルター、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は、実施例５に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

第１レンズはガラスレンズ、第２レンズ及び第４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。

撮像素子は、１／３．２インチ型、画素ピッチ２．２μｍ、２０４８×１５３６画素を想定している。

なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化を表１５に示す。

実施例５に示す撮像レンズは、常温２０（℃）に対して、＋３０（℃）上昇した時の像点位置変動（バックフォーカス変化量（ΔｆＢ））が、＋０．００４７（ｍｍ）となる。

実施例５において想定した撮像素子側の焦点深度は±０．０１４１（ｍｍ）であり、これに対して実施例５の撮像レンズは焦点深度の量に対して像点位置変動量を焦点深度の半分以下とすることができ、問題のないものとすることができる。

（実施例６）
実施例６の撮像レンズのレンズデータを表１６、表１７に示す。

図１５は、実施例６に示す撮像レンズの断面図である。同図に示す、Ｓは開口絞り、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レンズを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルターやＩＲカットフィルター、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は、実施例６に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

第１レンズはガラスレンズ、第２レンズ及び第４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。

撮像素子は、１／３．２インチ型、画素ピッチ２．２μｍ、２０４８×１５３６画素を想定している。

なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化を表１８に示す。

実施例６に示す撮像レンズは、常温２０（℃）に対して、＋３０（℃）上昇した時の像点位置変動（バックフォーカス変化量（ΔｆＢ））が、−０．００４２（ｍｍ）となる。

実施例６において想定した撮像素子側の焦点深度は±０．０１４１（ｍｍ）であり、これに対して実施例６の撮像レンズは焦点深度の量に対して像点位置変動量を焦点深度の半分以下とすることができ、問題のないものとすることができる。

（実施例７）
実施例７の撮像レンズのレンズデータを表１９、表２０に示す。

図１７は、実施例７に示す撮像レンズの断面図である。同図に示す、Ｓは開口絞り、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レンズを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルターやＩＲカットフィルター、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は、実施例７に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

第１レンズはガラスレンズ、第２レンズ及び第４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。

撮像素子は、１／３．２インチ型、画素ピッチ２．２μｍ、２０４８×１５３６画素を想定している。

なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化を表２１に示す。

実施例７に示す撮像レンズは、常温２０（℃）に対して、＋３０（℃）上昇した時の像点位置変動（バックフォーカス変化量（ΔｆＢ））が、−０．００７３（ｍｍ）となる。

実施例７において想定した撮像素子側の焦点深度は±０．０１５８（ｍｍ）であり、これに対して実施例７の撮像レンズは焦点深度の量に対して像点位置変動量を焦点深度の半分以下とすることができ、問題のないものとすることができる。

以下の表２２に、上記実施例１〜７における、各条件式に対応した値を示す。

上記の実施例１〜７において、第１レンズはガラスレンズ、第２レンズ及び第４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。

また、第１レンズにガラスモールドレンズを用いる場合は、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。これにより、成形金型の消耗をできるだけ防ぐことができ、金型耐久性を向上することができる。

本発明では、温度変化による撮像レンズ全系の像点位置の変動を抑えるために、正の第１レンズをガラスレンズ、第２レンズ、第３レンズおよび第４レンズをプラスチックレンズとし、温度変化時の像点位置変動をある程度相殺するように、プラスチックレンズの屈折力を配分することで、温度特性の問題を解消している。

なお、近年では、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、これら双方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。

上記の実施例においても、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も可能であり、温度変化時の撮像レンズ全系の像点位置変動を、より小さく抑えることが可能となる。

また、第２レンズ、第３レンズ及び第４レンズ以外にも、第１レンズに上記無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることも可能であり、温度変化時の像点位置変動をある程度相殺するように、それぞれの屈折力を配分することで、温度変化時の撮像レンズ全系の像点位置変動を、より小さく抑えることが可能となる。

更に、それぞれのプラスチックレンズに、異なった屈折率の温度変化の値を持つ上記微粒子を分散させたプラスチック材料を用いてもよく、その場合、それぞれのレンズの温度変化時の像点位置変動の寄与の大きさを考慮して屈折力の配分をすることで、温度変化時の撮像レンズ全系の像点位置変動を、全く生じないようにすることも可能となる。

なお、上記の実施例においては、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十分に小さい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るようになっている。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。

本実施の形態に係る撮像装置の斜視図である。 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。 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。 携帯電話機の制御ブロック図である。 実施例１に示す撮像レンズの断面図である。 実施例１に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 実施例２に示す撮像レンズの断面図である。 実施例２に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 実施例３に示す撮像レンズの断面図である。 実施例３に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 実施例４に示す撮像レンズの断面図である。 実施例４に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 実施例５に示す撮像レンズの断面図である。 実施例５に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 実施例６に示す撮像レンズの断面図である。 実施例６に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 実施例７に示す撮像レンズの断面図である。 実施例７に示す撮像レンズの収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｆ 赤外光カットフィルタ
Ｓ 開口絞り
５０ 撮像装置
５１ 撮像素子
５２ 基板
５３ 筐体
５５ 鏡枠

Claims (7)

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、負の屈折力を有する第４レンズからなり、
   以下の条件式（１）を満足し、
   前記第２レンズは、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   ０．８＜ｆ_１／ｆ＜２．０ （１）
   ０＜（Ｒ _３ ＋Ｒ _４ ）／（Ｒ _３ −Ｒ _４ ）＜２．５ （３）
   ただし、
   ｆ_１：第１レンズの焦点距離
   ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
   Ｒ _３ ：第２レンズの物体側の面の曲率半径
   Ｒ _４ ：第２レンズの像側の面の曲率半径
2. 前記第３レンズは、以下の条件式（２）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。
   ０．３＜ｆ_３／ｆ＜１．５ （２）
   ただし、
   ｆ_３：第３レンズの焦点距離
   ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
3. 前記第４レンズが、以下の条件式（４）を満足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。
   ０．１５＜Ｒ_８／ｆ＜０．５ （４）
   ただし、
   Ｒ_８：第４レンズの像側の面の曲率半径
   ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
4. 前記第１レンズは、ガラス材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
5. 前記第２レンズと、前記第３レンズと、前記第４レンズとは、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１〜４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
6. 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１〜５のいずれか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のため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、
   該撮像装置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装置。
7. 請求項６に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。

Images