JP4940740B2

JP4940740B2 - 撮像レンズ、撮像レンズを備えた撮像装置及び撮像装置を備えた携帯端末

Info

Publication number: JP4940740B2
Application number: JP2006110565A
Authority: JP
Inventors: 泰成福田; 進山口
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: US7474478B2; CN101055345B; US20070242370A1; JP2007286153A; KR20070101776A; CN101055345A

Description

本発明は、撮像素子に光を導くことのできる撮像レンズ及び撮像装置に関し、さらに撮像装置を備えた携帯端末に関する。

従来、小型で薄型の撮像装置が、携帯電話機やＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）等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（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等が使用される。

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に、高画素数の撮像素子を使用した撮像装置が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装置に対応した撮像レンズとして、２枚または３枚のレンズ構成に比べ、より高性能化が可能な４枚レンズ構成の撮像レンズが提案されている。

４枚レンズ構成の撮像レンズとして、特許文献１には、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、正の屈折力を有する第４レンズで構成して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。また、特許文献２乃至４には、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、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。
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

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くらべ、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が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乃至４に記載の撮像レンズは、撮像画角が狭いことに加え収差補正が不十分で、更に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することが困難となる。

本発明はこのような状況を鑑みてなされたものであり、小型で広画角を確保できるとともに、諸収差が良好に補正され、高画素数の撮像素子に対応可能な撮像レンズ、撮像装置及び携帯端末を提供することを目的とするものである。

上記の課題は次の構成により解決される。

１．被写体からの光を撮像素子上に結像させる撮像レンズにおいて、
物体側から順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第４レンズからなり、
前記第２レンズの像側の面の曲率半径をｒ４、撮像レンズ全系の焦点距離をｆで表すとき、
０．２＜ｒ４／ｆ≦０．４
前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離をｆ１２で表すとき、
１．５３≦ｆ１２／ｆ＜３
の関係を満たすことを特徴とする撮像レンズ。

２．前記第２レンズの像側の面は非球面であり、該非球面が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であることを特徴とする１に記載の撮像レンズ。

３．前記第４レンズの像側の面は非球面であり、該非球面が光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなりレンズ周辺部で変曲点を有する形状であることを特徴とする１または２に記載の撮像レンズ。

４．前記第３レンズの像側の面は非球面であり、該非球面が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であることを特徴とする１乃至３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。

５．前記第３レンズの像側の面の曲率半径をｒ６、前記第４レンズの像側の面の曲率半径をｒ８で表すとき、
−１．５＜ｒ８／ｒ６＜−０．２
の関係を満たすことを特徴とする１乃至４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。

６．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で表すとき、
２０＜ν１−ν２＜６５
の関係を満たすことを特徴とする１乃至５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。

７．前記撮像レンズのうち、少なくとも１枚の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１乃至６のいずれか１項に記載の撮像レンズ。

８．１乃至７のいずれか１項に記載の撮像レンズと、前記撮像レンズを内包し、被写体からの光が入射する開口部を有する遮光性材料で形成された筐体と、前記撮像レンズによって導かれた光を受光する撮像素子を保持するとともに電気信号の送受を行うための接続端子部が形成された基板とを備えることを特徴とする撮像装置。

９．前記撮像装置の光軸方向の長さが１０ｍｍを越えないことを特徴とする８に記載の撮像装置。

１０．８または９に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。

本発明は、物体側から順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第４レンズからなり、撮像レンズ全系の焦点距離に対して第２レンズの像側面の曲率半径を適切な範囲に設定するとともに、第１及び第２レンズの合成焦点距離を適切な範囲に設定することにより、小型で広画角を確保できるとともに、諸収差が良好に補正された撮像レンズ、撮像装置及び携帯端末を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図１、図２に基づいて説明する。図１は本実施形態である撮像装置としての撮像ユニット５０の斜視図を示し、図２は撮像ユニット５０の撮像レンズの光軸に沿った断面図である。

撮像ユニット５０は、図２に示すように、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、撮像素子としてのＣＣＤ型イメージセンサ５１と、このイメージセンサ５１に被写体像を結像させる撮像レンズ１０と、イメージセンサ５１を保持するとともにその電気信号の送受を行う外部接続用端子５４（図１を参照）を有する基板５２とを備え、これらが一体的に形成されている。なお、撮像素子はＣＣＤ型のイメージセンサに限定されるものではなく、ＣＭＯＳ等の他のものを使用しても良い。

基板５２は支持平板５２ａとフレキシブル基板５２ｂとを備える。支持平板５２ａは、その一平面上でイメージセンサ５１と、赤外線カットフィルタ等のフィルタＦを保持する保持枠２２を介して筐体５３とを支持する。フレキシブル基板５２ｂは、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、支持平板５２ａを介して、イメージセンサ５１に接続している。なお、支持平板５２ａと外部接続用端子５４との接続について、フレキシブル基板５２ｂを介さずに、支持平板５２ａを外部接続用端子５４に直接に接続し、外部接続用端子５４を携帯端末側のソケット部に差し込み、ソケット部に形成されたコネクタ部に接続するようにしてもよい。

次に、筐体５３及び撮像レンズ１０について説明する。筐体５３は外筒５５と内筒２１とを備える。外筒５５が支持平板５２ａ上において保持枠２２を介してイメージセンサ５１を囲むように接着により固定保持され、内筒２１が後述する撮像レンズ１０の開口絞りＳ、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４を固定保持している。そして、内筒２１は、外筒５５の内側に螺入されて、撮像レンズ１０のレンズバックを調整した後に外筒５５に固定保持される。なお、内筒２１に設けられた開口絞りＳは撮像レンズのＦナンバーを決定する。

内筒２１の内部には、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が収容されている。レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３には、光軸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を規定する遮光マスク２４、２５、２６がそれぞれに配設され、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の有効径より外側の部分には、相互にレンズを保持するフランジ部が設定されている。そして、第１レンズＬ１のフランジ部が第２レンズＬ２のフランジ部に嵌め込まれ、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは相互の光軸を精度よく一致させられる。同様に、第２レンズＬ２が第３レンズＬ３のフランジ部に嵌め込まれ、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とは相互の光軸を一致させ、さらに、第３レンズＬ３が第４レンズＬ４のフランジ部に嵌め込まれ、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とは相互の光軸を一致させられる。このように撮像レンズ１０は、各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の光軸を一致させて、また内筒２１の物体側端部で第１レンズＬ１が光軸方向に押し当てられて、第４レンズＬ４が内筒２１に嵌合した状態で接着剤により固定保持される。

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を装備した携帯端末としての携帯電話機１００における制御ブロック図である。携帯電話機１００は、各部を統括的に制御するとともに、各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）１０１と、電話番号等をキーにより指示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、制御部１０１の指示により、一時記憶部９２に記憶され、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、撮像レンズの構成について図４乃至図９に基づいて説明する。

撮像レンズ１０の第１実施形態を図４に示す。図４の撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸形状の正の屈折力を有する第１レンズＬ１、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズＬ２、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第３レンズＬ３、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成される。ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ及びカバーガラスに等価な平行平板Ｆが撮像レンズの像側にある。なお、後述する実施形態においても、同様の平行平板Ｆが撮像レンズの像側に配置されているものとする。

第１レンズＬ１、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４は、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率が０．０１％以下であり、第２レンズＬ２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、飽和吸水率が０．４％である。

第２実施形態を図５に示す。図５の撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸形状の正の屈折力を有する第１レンズＬ１、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズＬ２、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第３レンズＬ３、両凹形状の負の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成される。

第１レンズＬ１はガラスレンズ、第２レンズＬ２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、飽和吸水率が０．４％であり、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４は、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率が０．０１％以下である。

第３実施形態を図６に示す。図６の撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸形状の正の屈折力を有する第１レンズＬ１、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズＬ２、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第３レンズＬ３、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成される。

第４実施形態を図７に示す。図７の撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸形状の正の屈折力を有する第１レンズＬ１、両凹形状の負の屈折力を有する第２レンズＬ２、両凸形状の正の屈折力を有する第３レンズＬ３、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成される。

第１レンズＬ１及び第４レンズＬ４は、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率が０．０１％以下であり、第２レンズＬ２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、飽和吸水率が０．４％であり、第３レンズＬ３はガラスレンズである。

第５実施形態を図８に示す。図８の撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸形状の正の屈折力を有する第１レンズＬ１、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズＬ２、両凸形状の正の屈折力を有する第３レンズＬ３、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成される。

第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３は、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率が０．０１％以下であり、第２レンズＬ２及び第４レンズＬ４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、飽和吸水率が０．４％である。

第６実施形態を図９に示す。図９の撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りＳ、両凸形状の正の屈折力を有する第１レンズＬ１、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズＬ２、両凸形状の正の屈折力を有する第３レンズＬ３、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成される。

上述の第１乃至第７実施形態の撮像レンズの各レンズは非球面を有するが、特に、第２レンズＬ２は、像側面の非球面が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であり、第３レンズＬ３は、像側面の非球面が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であり、第４レンズＬ４は、像側面の非球面が光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなり、軸外光束が通過するレンズ周辺部で変曲点を有する形状である。

ここまで説明した各実施形態の撮像レンズは、物体側から順に、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第４レンズＬ４からなる構成である。

この構成により、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３の合成屈折力が正となり、像側に凹面を向けた負の第４レンズＬ４を配置することにより、いわゆるテレフォトタイプになり、撮像レンズ全長を小型化することができる。さらに、撮像レンズを構成する４枚のレンズのうち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できる。また、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離すことができ、撮像面の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する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。

さらに、第２レンズＬ２の像側の面は、下記の式１を満足するような強い発散面とすることで、正の屈折力を有する第１レンズＬ１で発生した軸上色収差を第２レンズＬ２で良好に補正することができる。
０．２＜ｒ４／ｆ≦０．４・・・式１
ただし、ｒ４は第２レンズＬ２の像側の面の曲率半径、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離である。

式１の下限を上回ることで、第２レンズＬ２の像側面の曲率半径が小さくなりすぎることがなく、加工性を損なわない。逆に、式１の上限を下回ることで、ペッツバール和を小さく保ちながら色収差を良好に補正することができる。

式１に代えて、式１'の関係を満たすようにすると一層好ましい。
０．３＜ｒ４／ｆ≦０．４・・・式１'
また、第２レンズＬ２の像側面が非球面であり、該非球面が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であることにより、撮像面の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、第２レンズＬ２の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４レンズＬ４の像側面が非球面であり、該非球面が光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなりレンズ周辺部で変曲点を有する形状であることにより、第４レンズＬ４の像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなり、また、第２レンズＬ２の像側面のレンズ周辺部において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。なお、「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、第３レンズＬ３の像側面が非球面であり、該非球面が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であることにより、第３レンズＬ３の像側面における入射光線と射出光線とのなす角度、所謂、偏角を小さく保つことができ、撮像面の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。

また、次の式２の関係を満たす構成にすると良い。
１．５３≦ｆ１２／ｆ＜３・・・式２
ただし、ｆ１２は第１レンズＬ１と前記第２レンズＬ２の合成焦点距離である。

式２は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の屈折力を適切に設定するものである。式２の下限を上回ることで、第１レンズＬ１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Ｌ１で発生する高次の球面収差やコマ収差を、第２レンズＬ２の負の屈折力を過度に大きくしなくても、小さく抑えることができる。逆に、式２の上限を下回ることで、第１レンズＬ１の正の屈折力と第２レンズＬ２の負の屈折力を適度に維持することができ、撮像レンズ全長の短縮が可能となる。

また、次の式３の関係を満たす構成にすると良い。
−１．５＜ｒ８／ｒ６＜−０．２・・・式３
ただし、ｒ６は第３レンズＬ３の像側の面の曲率半径、ｒ８は第４レンズＬ４の像側の面の曲率半径である。

式３は、撮像レンズ全系の像面湾曲収差を良好に補正する条件である。式３の下限を上回ることで、第３レンズＬ３の像側の凸面の屈折力が強くなりすぎることなく、像面がアンダーに湾曲しすぎることを防ぎ、また、第３レンズＬ３の像側面の曲率半径が小さすぎることがなく、加工性を損なわない。逆に、式３の上限を下回ることで、第４レンズＬ４の像側の凹面の屈折力が強くなりすぎることなく、像面がオーバーに湾曲しすぎることを防ぎ、また、第４レンズＬ４の像側面の曲率半径が小さすぎることがなく、加工性を損なわない。

式３に代えて、式３'の関係を満たすようにすると一層好ましい。
−１．３＜ｒ８／ｒ６＜−０．５・・・式３'
また、次の式４の関係を満たす構成にすると良い。
２０＜ν１−ν２＜６５・・・式４
ただし、ν１は第１レンズＬ１のアッベ数、ν２は第２レンズＬ２のアッベ数である。

式４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４の下限を上回ることで、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。逆に、式４の上限を下回ることで、入手しやすい硝材で構成することができる。

式４に代えて、式４'の関係を満たすようにすると一層好ましい。
２５＜ν１−ν２＜６５・・・式４'
また、撮像レンズのうち、少なくとも１枚のレンズはプラスチック材料から形成されていると良い。撮像面サイズの小さい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、小径レンズを製造するのにガラスモールドがあるが、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。したがって、撮像レンズの少なくとも１枚は、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り、また、非球面化が容易なため、収差補正上も有利である。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。

さらに、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ので、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、プラスチックレンズは、温度変化時の屈折率変化が大きいため、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。そこで、第２実施形態に示すように、正屈折力の第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、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４をプラスチックレンズとし、かつ第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４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、像点位置変動を軽減することができる。これは、第４実施形態に示す、正屈折力の第３レンズＬ３をガラス材料にて形成し、他のレンズをプラスチックレンズとしても同様の効果が得られる。なお、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、撮像レンズをプラスチックレンズで構成する場合には、正屈折力の第１レンズＬ１、第３レンズＬ３のうちの１枚、またはすべてのプラスチックレンズ（Ｌ１からＬ４）に、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）等の無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いるのが望ましい。この構成により、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できる。

詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に無機の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（ＰＭＭＡ樹脂）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。

屈折率の温度変化をＡで表わすと、屈折率の温度変化Ａは、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率ｎを温度ｔで微分することにより、数１で表される。

ただし、αは線膨張係数、［Ｒ］は分子屈折である。
プラスチック素材の場合は、一般に数１の式の第１項に比べ第２項の寄与が小さく、ほぼ無視できる。例えば、ＰＭＭＡ樹脂の場合、線膨張係数αは７×１０^-5であり、上記式に代入すると、Ａ＝−１．２×１０^-4／℃となり、実測値とおおむね一致する。具体的には、従来は−１．２×１０^-4／℃程度であった屈折率の温度変化Ａを、絶対値で８×１０^-5／℃未満に抑えることが好ましい。好ましくは絶対値で６×１０^-5／℃未満にすることが好ましい。

本発明で適用可能なプラスチック材料の屈折率の温度変化Ａを表１に示す。

ここで、第１実施形態を例にとり、無機粒子を分散させたプラスチックレンズを使用した場合と使用しない場合の温度変化時の像点位置変動、つまりバックフォーカス変化量の違いを示す。まず、無機粒子を分散させたプラスチックレンズを使用しない場合の常温（２０℃）に対し＋３０℃上昇させた時のバックフォーカス変化量は、＋０．０２５ｍｍ、−３０℃下降させた時のバックフォーカス変化量は、−０．０２４ｍｍとなる。次に、第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３に無機粒子を分散させたプラスチック材料を使用し、第２レンズＬ２及び第４レンズＬ４は無機粒子を含まないプラスチックレンズとした場合の、温度による屈折率ｎｄの変化を表２に示す。

これより、常温（２０℃）に対し＋３０℃上昇させた時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は、第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３がＡ＝−８×１０^-5／℃のとき＋０．０１０ｍｍ、第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３がＡ＝−６×１０^-5／℃のとき＋０．００１ｍｍ、−３０℃下降させた時のバックフォーカス変化量は、第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３がＡ＝−８×１０^-5／℃のとき−０．０１０ｍｍ、第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３がＡ＝−６×１０^-5／℃のとき−０．００１ｍｍとなる。

これより、無機粒子を全く含まない場合と比較し、第１レンズＬ１及び第３レンズＬ３に無機粒子を分散させたプラスチック材料を使用し、Ａ＝−６×１０^-5／℃の場合は、温度変化時のバックフォーカス変化量が非常に小さく抑えられていることが分かる。また、第１レンズＬ１から第４レンズＬ４のそれぞれに異なった屈折率の温度変化Ａの値を持つ無機粒子を分散させたプラスチック材料を使用してもよく、その場合は、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、最適なＡの値を選択することによって、撮像レンズ全体で温度変化時の像点位置変動がまったく生じないようにすることも可能となる。

また、第４実施形態では、正屈折力の第３レンズＬ３をガラスモールドレンズとし、正屈折力の第１レンズＬ１、負屈折力の第２レンズＬ２、及び負屈折力の第４レンズＬ４をプラスチックレンズとし、かつ第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第４レンズＬ４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、温度変化時のバックフォーカス変化量を小さくしており、常温（２０℃）に対し＋３０℃上昇させた時のバックフォーカス変化量は＋０．００６ｍｍ、−３０℃下降させた時のバックフォーカス変化量は−０．００６ｍｍである。このことにより、温度変化時のバックフォーカス変化量が非常に小さくなり、像点位置変動を抑えることができる。

次に、撮像素子５１を保持するとともに電気信号の送受を行うための接続端子部が形成された基板５２を備える撮像装置に上述の撮像レンズ１０を用いることにより、より小型かつ高性能な撮像装置を得ることができる。

さらに、撮像装置の光軸方向の長さが１０ｍｍを越えないことにより、さらに小型かつ高性能な撮像装置を得ることができる。なお、撮像装置の光軸方向の長さとは、基板５２の表の面に筐体５３が設けられ、基板５２の背面に電子部品等が実装された場合にあっては、筐体５３の物体側となる先端部から基板５２の背面上で突出する電子部品の先端部までの距離である。

ここで、小型の撮像レンズを得るには、下記の式５を満足させることが好ましい。
Ｌ／２Ｙ＜１．５・・・式５
ただし、Ｌは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、２Ｙは撮像面の対角線長（撮像素子の矩形実行画素領域の対角線長）である。式５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することができ、撮像装置全体の小型軽量化が可能となる。なお、「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。ここでは、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。

式５に代えて、式５'の関係を満たすようにすると一層好ましい。
Ｌ／２Ｙ＜１．３・・・式５
本発明の撮像装置を携帯端末に用いることにより、より小型かつ高性能な携帯端末を得ることができる。

本発明の撮像レンズの構成を、コンストラクションデータ、収差図を挙げて、更に具体的に説明する。ここで実施例として説明する実施例１乃至７は、前述した第１乃至第７の実施形態にそれぞれ対応している。第１乃至第７の実施形態を表すレンズ構成図（図４乃至１０）は、対応する実施例１乃至７のレンズ構成をそれぞれ示している。

表３乃至１４のコンストラクションデータにおいて、曲率半径をｒで示し、物体側から順に番号を付し、軸上間隔をｄで示し、物体側からの軸上間隔を表の上から順に表している。屈折率をＮ、アッベ数をνで示し、物体側からの屈折率、アッベ数を表の上から順に表している。また、屈折率およびアッベ数はｄ線に対するものであり、屈折率およびアッベ数は空気については省略してある。撮像素子が最終面の後ろに配置されている。全系の焦点距離距離（ｆ）、バックフォーカス（ｆＢ）、Ｆナンバー（ＦＮＯ）及び撮像面の対角線長（２Ｙ）を他のデータとともに示す。焦点距離、バックフォーカス、撮像面の対角線長、曲率半径、軸上間隔の単位はｍｍである。

非球面は次の式６で定義している。
Ｘ＝（ｈ²／ｒ）／〔１＋｛１−（１＋Ｋ）ｈ²／ｒ²｝^1/2〕＋ΣＡ_iｈⁱ ・・・式６
ここで、ｈは光軸に対して垂直な方向の高さ、Ｘは高さｈの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ_iはｉ次の非球面係数である。非球面に関するデータを表４、６、８、１０、１２、１４に示し、データに付された文字Ｅは、該当する数値の指数部分を表し、例えば、１．０Ｅ−０２であれば１．０×１０を示す。

第１乃至第７実施例の図１０乃至１５に示す収差図について、球面収差の線ＣはＣ線の収差、線ｄはｄ線の収差、線ｇはｇ線の収差を表し、また、非点収差の線ＤＭおよび線ＤＳはそれぞれメリディオナル面およびサジタル面での収差である。単位は、歪曲の横軸のみ百分率であり、他の軸については全てｍｍである。

条件式に対応する各実施例の値を表１５に示し、各実施例はすべて条件式を満たしている。
＜実施例１＞

［非球面データ］

＜実施例２＞

［非球面データ］

＜実施例３＞

［非球面データ］

＜実施例４＞

［非球面データ］

＜実施例５＞

［非球面データ］

＜実施例６＞

［非球面データ］

［条件式対応値］

本発明の実施形態の撮像装置の斜視図。本発明の実施形態の撮像レンズの断面図。本発明の撮像装置を適用した携帯端末の制御ブロック図。第１実施形態の撮像レンズの構成を示す図。第２実施形態の撮像レンズの構成を示す図。第３実施形態の撮像レンズの構成を示す図。第４実施形態の撮像レンズの構成を示す図。第５実施形態の撮像レンズの構成を示す図。第６実施形態の撮像レンズの構成を示す図。第１実施形態の撮像レンズの収差を示す図。第２実施形態の撮像レンズの収差を示す図。第３実施形態の撮像レンズの収差を示す図。第４実施形態の撮像レンズの収差を示す図。第５実施形態の撮像レンズの収差を示す図。第６実施形態の撮像レンズの収差を示す図。

１０撮像レンズ
５０撮像ユニット
５１撮像素子
５２基板
５３筐体
１００携帯電話機
Ｌ１〜Ｌ４レンズ
Ｓ開口絞り
Ｆフィルタ
ｒ１〜ｒ１０面

Claims

被写体からの光を撮像素子上に結像させる撮像レンズにおいて、
物体側から順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、負の屈折力を有し像側に凹面を向けた第４レンズからなり、
前記第２レンズの像側の面の曲率半径をｒ４、撮像レンズ全系の焦点距離をｆで表すとき、
０．２＜ｒ４／ｆ≦０．４
前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離をｆ１２で表すとき、
１．５３≦ｆ１２／ｆ＜３
の関係を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
前記第２レンズの像側の面は非球面であり、該非球面が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であることを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
前記第４レンズの像側の面は非球面であり、該非球面が光軸から周辺に離れるに従って負の屈折力が弱くなりレンズ周辺部で変曲点を有する形状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。
前記第３レンズの像側の面は非球面であり、該非球面が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であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
前記第３レンズの像側の面の曲率半径をｒ６、前記第４レンズの像側の面の曲率半径をｒ８で表すとき、
−１．５＜ｒ８／ｒ６＜−０．２
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
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で表すとき、
２０＜ν１−ν２＜６５
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
前記撮像レンズのうち、少なくとも１枚の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乃至６のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像レンズと、前記撮像レンズを内包し、被写体からの光が入射する開口部を有する遮光性材料で形成された筐体と、前記撮像レンズによって導かれた光を受光する撮像素子を保持するとともに電気信号の送受を行うための接続端子部が形成された基板とを備えることを特徴とする撮像装置。
前記撮像装置の光軸方向の長さが１０ｍｍを越えないことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
請求項８または９に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。