JP2004102234A - 撮像レンズ，撮像ユニット及びこれを備える携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より小型であること、また、プラスチックレンズでの温度変化時の像点位置変動を抑えることを課題とする。
【解決手段】物体側から順に配置される第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ，第４レンズを有し、第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に向ける凸面を有し、第２レンズは正の屈折力を有し、第３レンズは負の屈折力を有すると共に物体側に向ける凹面を有するメニスカス形状であり、第４レンズは正又は負の屈折力を有すると共に物体側に向ける凸面を有するメニスカス形状である、という構成を採っている。
【選択図】　　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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とこれを備える携帯端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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端末やパーソナルコンピューターが普及しつつある。
そして、これら携帯端末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。
【０００３】
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枚構成のレンズを備えるいわゆるトリプレットタイプの撮像レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−７５００６号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−７５００６号公報に記載されているタイプのレンズは、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、光軸方向に沿った全長（その開口絞りから像側焦点までの距離）の小型化には向いていなかった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑み、複数レンズで構成される撮像レンズの小型化を図ることを、その目的とする。また、本発明は、小型で諸収差を良好に補正され且つ温度変化時の像点位置変動を抑えた撮像レンズ，撮像ユニット及び携帯端末を提供することを、もう一つの目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、物体側から順に配置される第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ，第４レンズを有し、第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に向ける凸面を有し、第２レンズは正の屈折力を有し、第３レンズは負の屈折力を有すると共に物体側に向ける凹面を有するメニスカス形状であり、第４レンズは正又は負の屈折力を有すると共に物体側に向ける凸面を有するメニスカス形状である、という構成を採っている。
【０００８】
上記構成にあっては、第１〜４の四つのレンズがその番号順に並んで配置されていると共に、その使用時にあっては、第１レンズが物体側に、第４レンズが像側に向けられる。かかる使用状態において、比較的屈折力の大きい正レンズ群と負レンズを物体側から順に配置すること及び第１レンズの凸面を物体側に向けることで、レンズ全長（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、但し請求項３記載の発明のように、撮像レンズ全系の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、開口絞りから撮像レンズ全系の撮像側焦点までの光軸上の距離をいう、請求の範囲を含む本明細書中の全ての記載について同じものとする）の小型化を図っている。
また、メニスカス形状の第３レンズの凹面を物体側に向け、メニスカス形状の第４レンズの凸面を物体側に向ける配置とすると、これらのレンズ間には正の屈折力を有する空気レンズが形成される。従って、これによりさらなるレンズ全長の小型化と画面周辺部でのテレセントリック特性の確保が実現する。
なお、第４レンズについては、その形状及び凸面の向きについては上述の通りであるが、その屈折力については正であっても負であっても良い。以下、「正又は負の屈折力」という場合には、正の屈折力を有する場合と負の屈折力を有する場合のいずれでも良いということを示すものとする。
【０００９】
請求項２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をＬ、有効画面対角線長を２Ｙ、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、第１レンズのアッベ数をν１、第２レンズのアッベ数をν２、第３レンズのアッベ数をν３としたときに、下記の（１），（２），（３）の条件式を満たす、という構成を採っている。
【００１０】
Ｌ／２Ｙ　＜　１．６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
０．４０　＜　ｆ１２／ｆ　＜　０．７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
２５　＜　｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３　　　　　　　　　　　（３）
【００１１】
上記の条件式（１）〜（３）は、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条件式である。なお、条件式中の符号Ｌは第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を示すが、この場合において「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。また、撮像レンズの最も像側の面から像側焦点までの間にローパスフィルタ等の平行平板形状の光学部材が配置された場合には、これを空気換算距離になおした上で（１）式を満たす場合を含むものとする。
まず、条件式（１）はレンズ全長の小型化を達成するための条件式である。条件式（１）の上限値を下回るとレンズ全長が小型化の傾向を示す。
さらに、第１レンズ及び第２レンズの合成焦点距離を適切に設定する条件式（２）により、その下限値を上回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力が必要以上に大きくならず、高次の球面収差やコマ収差の発生が抑えられ、その上限値を下回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力が適度に確保され、レンズ全長の小型化も図られる。
さらに、正の屈折力を有する第１レンズ及び第２レンズと負の屈折力を有する第３レンズでの色収差補正の条件式（３）により、その下限値を上回る設定とすることで、軸上色収差、倍率色収差の補正が図られる。
【００１２】
請求項３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、撮像レンズ全系で最も物体側に配置された開口絞りを備える、という構成を採っている。
最も物体側に開口絞りを配置する構成とすることで、射出瞳位置を像面から遠ざけることができる。これにより、レンズ最終面を射出した光束の主光線が固体撮像素子に垂直に近い角度で入射するようになり、即ち、固体撮像素子に用いる撮像レンズに必要な像面テレセントリック特性を良好に確保でき、画面周辺部におけるシェーディング減少を軽減することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明と同様の構成を備えると共に、開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離をＬ’、有効画面対角線長を２Ｙ、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、第１レンズのアッベ数をν１、第２レンズのアッベ数をν２、第３レンズのアッベ数をν３としたときに、下記の（４），（５），（６）の条件式を満たす、という構成を採っている。
Ｌ’／２Ｙ　＜　１．６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
０．４０　＜　ｆ１２／ｆ　＜　０．７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
２５　＜　｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３　　　　　　　　　（６）
【００１４】
上記の条件式（４）〜（６）は、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条件式である。なお、条件式中の符号Ｌ’は開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離を示すが、この場合において「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。また、開口絞りから像側焦点までの間にローパスフィルタ等の平行平板形状の光学部材が配置された場合には、これを空気換算距離になおした上で（４）式を満たす場合を含むものとする。
また、開口絞りが撮像レンズの最も物体側に配置される場合には、レンズ全長は開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離とすることもでき、このように計算するのが望ましい。
まず、条件式（４）はレンズ全長の小型化を達成するための条件式である。条件式（４）の上限値を下回るとレンズ全長が小型化の傾向を示す。
さらに、第１レンズ及び第２レンズの合成焦点距離を適切に設定する条件式（５）により、その下限値を上回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力が必要以上に大きくならず、高次の球面収差やコマ収差の発生が抑えられ、その上限値を下回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力が適度に確保され、レンズ全長の小型化も図られる。
さらに、正の屈折力を有する第１レンズ及び第２レンズと負の屈折力を有する第３レンズでの色収差補正の条件式（６）により、その下限値を上回る設定とすることで、軸上色収差、倍率色収差の補正が図られる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求１，２，３又は４記載の発明と同様の構成を備えると共に、撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、第３レンズの物体側面の曲率半径をＲ５、第３レンズのｄ線に対する屈折率をＮ３、第３レンズの像側面と第４レンズの物体側面とにより形成される空気レンズの焦点距離をｆａとしたときに、下記の（７），（８）の条件式を満たす、という構成を採っている。
【００１６】
−０．４０　＜　Ｒ５／（（Ｎ３−１）・ｆ）＜−０．２０　　　（７）
０．３０　＜　ｆａ／ｆ　＜　０．５０　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
【００１７】
条件式（７）は、第３レンズ物体側面の負の屈折力を適切に設定することにより、像面湾曲の補正を容易にし、像面を平坦にするための条件である。ここで、第３レンズ物体側面の焦点距離は、曲率半径（Ｒ５）と第３レンズの屈折率（Ｎ３）を用いてＲ５／（Ｎ３−１）で計算され、条件式（７）は第３レンズ物体側面の焦点距離と撮像レンズ全系の焦点距離の比を表している。
条件式（７）における上限値を下回ることで、第３レンズ物体側面の負の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、オーバーな球面収差の過度の発生や、軸外光束のコマフレアの発生の抑制が図られる。一方、下限値を上回ることで、第３レンズ物体側面の負の屈折力を維持できるため、正のペッツバール和が減少し、像面湾曲の補正に加えて軸上色収差や倍率色収差の良好な補正が図られる。
条件式（８）は、第３レンズ像側面と第４レンズ物体側面の間に形成される空気レンズの正の屈折力を適切に設定するためのものである。かかる空気レンズの焦点距離ｆａは、第３レンズのｄ線に対する屈折率をＮ３，第４レンズのｄ線に対する屈折率をＮ４，第３レンズの像側面の曲率半径をＲ６，第４レンズの物体側面の曲率半径をＲ７，第３レンズと第４レンズの軸上の空気間隔をＤ６としたときに、
ｆａ＝Ｒ６・Ｒ７／｛Ｒ７・（１−Ｎ３）＋Ｒ６・（Ｎ４−１）−Ｄ６・（１−Ｎ３）・（Ｎ４−１）｝
で求めることができる。
そして、条件式（８）を満たすことで、像面湾曲や歪曲収差の補正と、像側光束のテレセントリック特性の確保が図られる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明と同様の構成を備えると共に、焦点距離ｆ、曲率半径Ｒ５、屈折率Ｎ３について、下記の（９）の条件式を満たす、という構成を採っている。
−０．４０　＜　Ｒ５／（（Ｎ３−１）・ｆ）＜−０．２５　　　（９）
【００１９】
条件式（９）は、前述した条件式（７）と同様に、第３レンズ物体側面の負の屈折力を適切に設定することにより、像面湾曲の補正を容易にし、像面を平坦にするための条件である。この条件式（９）の上限値を下回ることで、第３レンズ物体側面の負の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、オーバーな球面収差の過度の発生や、軸外光束のコマフレアの発生の抑制が図られる、という点においてより望ましい。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、第４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、第４レンズの像側面のｉ次の非球面係数をＡｉ、第４レンズの像側面の曲率半径をＲ８、第４レンズの像側面の円錐係数をＫ８とした場合に、次式（１１）に表される非球面変位量Ｘと次式（１２）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×０．５＜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（１０）の条件式を満たす、という構成を採っている。
【００２１】
Ｘ−Ｘ０＜０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）
【数３】

【００２２】
ここで、像側面の頂点とは像側面と光軸との交点のことをいうものとする。
一般に複数のレンズを組み合わせて使用する場合において、レンズ全長を小型化していくとバックフォーカスが短くなりがちで、そのため像側光束のテレセントリック特性の確保が困難になりがちである。従って、最も像側に位置する面である第４レンズ像側面を非球面とし、条件式（１０），（１１），（１２）を満たす非球面形状とすることで、特に高画角の光束におけるテレセントリック特性の確保が図られることとなる。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、第１レンズがガラス材料から形成され、第２，第３，第４レンズはいずれも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。
【００２４】
プラスチック材料から形成する、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たコーティング処理を行った場合を含むものとする。以下の記載全ても、同様とする。
撮像レンズを構成するレンズを、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と、撮像レンズの小型軽量化と低コスト化には有利である。しかしながら、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、温度によりレンズ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。
本発明の構成は、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構成である。即ち、正の第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ている。そして、その他の第２〜４レンズをプラスチック材料で形成しているが、これらの中で第２レンズと第３レンズとが比較的屈折力の大きい正レンズと負レンズであるため、温度変化時の像点位置変動への影響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。
【００２５】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明と同様の構成を備えると共に、第２，第３，第４レンズの合成焦点距離をｆ２３４、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとしたときに、下記の（１３）の条件式を満たす、という構成を採っている。
｜　ｆ／ｆ２３４　｜　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１３）
【００２６】
条件式（１３）は、プラスチックから形成されたレンズの合成焦点距離を規定するものである。プラスチック材料によるレンズの温度変化時の像点位置変動は、その屈折力の大きさにより影響を受けるため、プラスチック材料による第２〜４レンズの合成焦点距離を大きく設定して屈折力の総和を低く抑えることにより、それに応じて温度変化時の像点位置変動も小さくなる。
【００２７】
請求項１０記載の発明は、請求項８又は９記載の発明と同様の構成を備えると共に、プラスチック材料を飽和吸水率が０．７％以下の材料とする、という構成を採っている。
プラスチック材料はガラス材料に比べ、飽和吸水率が大きいため、急激な温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。従って、飽和吸水率が少ないプラスチックをレンズの材料と使用することにより、湿度変化による性能劣化の低減を図っている。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、物体側から順に配置される第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ，第４レンズを有し、第１レンズは正の屈折力を有すると共に物体側に凸面を向ける配置とされ、第２，第３，第４レンズの内の一つ又は二つのレンズは正の屈折力を有し、少なくとも、第１から第４のレンズの内、正の屈折力を有する一つのレンズがガラス材料から形成され、正の屈折力を有するもう一つのレンズ及び負の屈折力を有する一つのレンズがプラスチック材料から形成され、第４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、第４レンズの像側面のｉ次の非球面係数をＡｉ、第４レンズの像側面の曲率半径をＲ８、第４レンズの像側面の円錐係数をＫ８とした場合に、次式（１５）に表される非球面変位量Ｘと次式（１６）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×０．５＜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（１４）の条件式を満たす、という構成を採っている。
【００２９】
Ｘ−Ｘ０＜０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１４）
【数４】

【００３０】
ここで、像側面の頂点とは像側面と光軸との交点のことをいうものとする。
上記構成にあっては、第１〜４の４つのレンズがその番号順に並んで配置されていると共に、その使用時にあっては、第１レンズが物体側に、第４レンズが像側に向けられる。かかる使用状態において、最も物体側に凸面を向けた正の第１レンズを配置することで、第１レンズを負レンズとした場合に比べ、レンズ全長の小型化に有利な構成となる。
さらに、本発明の構成は、第１〜４レンズの内の一部のレンズをプラスチック材料から形成している。前述したように、プラスチックレンズは、撮像レンズの小型軽量化と低コスト化に有利であるが、温度変化時の屈折率変化の大きさゆえにレンズの像点位置が変動してしまうという欠点を抱えている。
そこで、本発明の構成は、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構成を採っている。本発明では、１枚の正レンズを、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、少なくとも１枚の正レンズ、少なくとも１枚の負レンズを含む２枚のレンズをプラスチック材料で形成している。従って、大きな正の屈折力をガラスレンズとプラスチックレンズとで分担することができ、かつ、プラスチックレンズの中に、比較的屈折力の大きい正レンズと負レンズを含む構成となることから、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。
さらに、本発明の構成では、第４レンズについて、請求項４記載の発明と同様に、その像側面を条件式（１４），（１５），（１６）を満たす非球面形状とすることで、特に高画角の光束におけるテレセントリック特性の確保を図っている。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の発明と同様の構成を備えると共に、正の屈折力を有すると共にガラス材料から形成されたレンズを除く他の全てのレンズはいずれも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。
【００３２】
上記構成では、一枚の正の屈折力を有するレンズのみをガラス材料から形成し、残りの３枚のレンズを全てプラスチック材料から形成することで、プラスチックレンズをより多用することになる。従って、レンズをプラスチック材料で形成する利点をより効果的に実現する。
【００３３】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明と同様の構成を備えると共に、第１のレンズがガラス材料から形成されている、という構成を採っている。
上記構成では、請求項９記載の発明と同様の機能を有し、さらに、最も物体側に位置し、外的要因による損傷を受け易い第１レンズを、傷の付きやすいプラスチック材料ではなくガラス材料とし、傷の発生を低減すると共に傷の付きやすい他のプラスチック材料からなるレンズの保護を図っている。
【００３４】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明と同様の構成を備えると共に、第２，第３，第４レンズの合成焦点距離をｆ２３４、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとしたときに、下記の（１７）の条件式を満たす、という構成を採っている。
｜　ｆ／ｆ２３４　｜　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１７）
【００３５】
条件式（１７）は、前述した式（１３）と同様に、プラスチックから形成されたレンズの合成焦点距離を規定するものである。従って、式（１７）に従って、プラスチック材料による第２〜４レンズの合成焦点距離を大きく設定して合成屈折力の総和を低く抑えることにより、それに応じて温度変化時の像点位置変動も小さくなる。
【００３６】
請求項１５記載の発明は、請求項１１，１２，１３又は１４記載の発明と同様の構成を備えると共に、プラスチック材料を飽和吸水率が０．７％以下の材料とする、という構成を採っている。
請求項１０記載の発明と同様に、飽和吸水率が少ないプラスチックをレンズの材料と使用することにより、湿度変化による性能劣化の解消を図っている。
【００３７】
請求項１６記載の発明は、請求項１１，１２，１３，１４又は１５記載の発明と同様の構成を備えると共に、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をＬ、有効画面対角線長を２Ｙ、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、最も正の屈折力の強いレンズのアッベ数をνＰ、最も負の屈折力の強いレンズのアッベ数をνＮとしたときに、下記の（１８），（１９），（２０）の条件式を満たす、という構成を採っている。
【００３８】
Ｌ／２Ｙ　＜　１．６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１８）
０．４０　＜　ｆ１２／ｆ　＜　０．７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１９）
２５　＜　νＰ−νＮ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２０）
【００３９】
上記の条件式（１８）〜（２０）は、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条件式である。
上記条件式（１８）は前述した式（１）と同様に、レンズ全長の小型化を達成するための条件式である。
さらに、条件式（１９）は、前述した条件式（２）と同様に、第１，第２レンズの合成焦点距離を適切に設定する。即ち、その下限値を上回る設定とすることで、高次の球面収差やコマ収差の発生が抑えられ、その上限値を下回る設定とすることで、レンズ全長の小型化も図られる。
さらに、条件式（２０）は、色収差を良好に補正するため、最も屈折力の強い正レンズのアッベ数と、最も負の屈折力の強い負レンズのアッベ数を規定するものである。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される。
【００４０】
請求項１７記載の発明は、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、第２レンズは正の屈折力を有し、第３レンズは負の屈折力を有する、という構成を採っている。
上記構成では、比較的屈折力の大きい正レンズ群と負レンズを、物体側より順に配置するこのような構成は、レンズ全長（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）を小型化し易い構成である。
【００４１】
請求項１８記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズと、固体撮像素子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を有する基板と、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筐体とが一体的に形成された撮像ユニットであって、撮像レンズの光軸方向における撮像ユニットの長さが１５［ｍｍ］以下であって、撮像レンズは、物体側から順に配置される４枚のレンズから構成されると共に、最も物体側に配置されるレンズは、正の屈折力を有する、という構成を採っている。
【００４２】
上記「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。請求項１９記載の発明についても同様である。
上記構成は、例えば、可搬性を有する小型の電子機器への搭載等を目的として小型、軽量化の要求に対応するための撮像ユニットであり、上記構成では、最も物体側のレンズを正レンズとすることで、レンズ全長の小型化に有利な構成を採り、撮像ユニット全体の光軸方向長さの小型化を図りながら、撮像レンズを４枚のレンズから構成することを特徴とする。
上述の記載において、「撮像ユニットの長さが１５［ｍｍ］以下」とあるのは、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１５［ｍｍ］以下となることを想定する。なお、後述する請求項１９記載の発明についても同様とする。
撮像レンズを構成するレンズは、各種の収差の補正，固体撮像素子に対するテレセントリック特性の向上等を実現し、撮像画質の向上を図るために、そのレンズ枚数を多く搭載することが望ましいが、小型電子機器等に搭載される撮像ユニットにあってはレンズ枚数はせいぜい３枚程度のものが一般的であり、レンズ枚数を４枚使用する本発明の構成は、上記画質向上のために有利な構成といえる。また、撮像ユニットの小型化を図る場合、その撮像レンズを構成する各レンズの小型化を伴うが、その際、必然的にレンズ面の曲率半径が小さくなってしまう。しかしながら、曲率半径が小さくなればなるほど、レンズの加工精度を維持することが困難となる。本発明では、撮像レンズを４枚構成としているので、複数のレンズを使用して屈折力の分散を図ることにより、各レンズのレンズ面の曲率半径の小型化の要求を緩和することもできるので、レンズの加工精度を維持することが容易となり得、さらなる画質の向上にも有利な構成といえる。
さらに、撮像ユニット全体の軽量化を図るためには、その撮像レンズを構成する各レンズについて、一般的なガラス材料に替えてよりプラスチック材料からなるレンズの枚数を増やしていけば良い。
しかし、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、温度によりレンズ全体の像点位置が変動してしまうという欠点を抱えてしまう。このような温度変化による像点位置の変動は、高画素の固体撮像素子を搭載し、かつオートフォーカス機構を持ち合わせていない撮像装置（いわゆるパンフォーカス方式の撮像装置）において特に問題となる。高画素な固体撮像素子であれば画素ピッチが小さいため、画素ピッチに比例する焦点深度が狭くなるため、像点位置変動の許容幅が狭くなる。また、パンフォーカス方式の撮像装置は、もともと基準距離として数十ｃｍの被写体にピントを合わせ、無限遠方から至近距離を被写界深度でカバーする方式である。従って、無限遠方や至近距離の被写体の画質は、基準距離の被写体の画質にくらべ若干量ピントのぼけた画像になっているため、温度変化時に像点位置変動が生ずると、無限遠方または至近距離の画質が極端に劣化するため好ましくない。
これを解決するためには、少なくとも１枚のレンズをガラスレンズとし、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを含む２枚以上をプラスチックレンズで構成するとよい。これにより、撮像レンズ全系の正の屈折力を確保しながらも、プラスチックレンズの屈折力の総和を小さく抑えることができ、温度変化時の像点位置変動への寄与を正レンズと負レンズで相殺させることが可能となる。撮像レンズをこのような構成とするためには、設計的な自由度という観点から、３枚構成では不適であり４枚構成の撮像レンズが必要となる。なお、撮像レンズを５枚以上の構成とすると、撮像ユニットが大型になりがちで好ましくない。
【００４３】
請求項１９記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズと、固体撮像素子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を有する基板と、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筐体とが一体的に形成された撮像ユニットであって、撮像レンズの光軸方向における撮像ユニットの長さが１５［ｍｍ］以下であり、撮像レンズとして請求項１から１７のいずれか一項に記載の撮像レンズを備える、という構成を採っている。
上記構成では、前述した各請求項記載の撮像レンズを搭載することにより、前述した小型化、軽量化、高画質化等の利点を備える撮像ユニットを実現する。
【００４４】
請求項２０記載の発明は、請求項１８又は１９記載の撮像ユニットを備える、という構成を採っている。かかる構成では、前述した撮像ユニットを搭載することにより、小型化、軽量化及び高画質の撮像可能な携帯端末を実現する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１，２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　に被写体像を結像させる撮像光学系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。
【００４６】
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、固体撮像素子は上記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。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、筐体５３及び撮像光学系１０について説明する。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。そして、撮像光学系１０は筐体５３の内部に格納保持されている。
【００４９】
図２に示すように、撮像光学系１０は、物体側からの赤外線の入射を防ぐＩＲ（赤外線）カットフィルタ２４と、物体側から第１レンズＬ１，絞りＳ，第２レンズＬ２，第３レンズＬ３，第４レンズＬ４の順で筐体５３内に支持配置された撮像レンズと、を有している。この撮像光学系１０は、各レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を通して、イメージセンサ５１の光電変換部５１ａ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２では左側を物体側，右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，Ｌ４の共通する光軸Ｌとする。
上記ＩＲカットフィルタ２４は、赤外線吸収特性を有する材料から形成され、筐体５３の物体側面に接着されている。
また、絞りＳは、撮像レンズ全系のＦナンバーを決定する機能を有している。
【００５０】
筐体５３は、基板５２に直接固定されるベース体５５と、第４レンズＬ４を保持するレンズホルダ５６と、レンズホルダ５６とにより全てのレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を狭持するレンズ抑え５７とを備え、これらが一体的に連結されて全体的に略円筒状を形成する。また、レンズ押さえ５７，レンズホルダ５６，ベース体５５は、一体的に連結された状態で、各々の中心線が同一軸上となるように、設定されている。
上記レンズ押さえ５７，レンズホルダ５６，ベース体５５は、撮像時において、物体側からこの順番となるように配置され、いずれも略筒状を成す。ベース体５５は、内径が最も大きく、その内側に、レンズホルダ５６を格納する。ベース体５５の内周面上には雌ネジが形成され、他方，レンズホルダ５６の外周面上には雄ネジが形成され、これらは相互に螺合して連結される。また、レンズホルダ５６は、レンズ抑え５７よりもその内径が大きく、レンズホルダ５６の内側に、レンズ抑え５７を格納する。レンズホルダ５６の内周面上には雌ネジが形成され、他方，レンズ抑え５７の外周面上には雄ネジが形成され、これらは相互に螺合して連結される。
【００５１】
ここで、各レンズＬ１〜Ｌ４について一部説明する。
複数レンズ構成の撮像ユニットは、本出願と同一出願人による特願２００２−０８３８８０号にも記載されている。かかる特開２００２−０８３８８０号に記載されているタイプのレンズは、全てのレンズをプラスチックレンズとし、高性能化と大量生産性とを両立したタイプである。しかしながら、その一方で、プラスチックレンズは、温度変化に応じて屈折率変化を生じ、像点位置の変動が大きくなるという問題があった。また、小型の撮像レンズを有する小型の撮像装置においては、レンズの合焦機構を有しない，いわゆるパンフォーカス方式である場合が多く、より高画質な固体撮像素子を用いる際には、上記温度変化よる影響は無視できないものともなりうる。そこで、本実施形態の撮像ユニット５０の光学系に使用される各レンズＬ１〜Ｌ４は、以下に示す構成により上記温度変化に対する影響の抑制を図っている。
上記各レンズＬ１〜Ｌ４は後述するが、Ｌ１がガラス材料から形成され、Ｌ２〜Ｌ４はプラスチック材料から形成されている。
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Ｌ２〜Ｌ４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。そして、レンズＬ２〜Ｌ４は、射出成形により形成されることから、各レンズの外周にフランジ部を設けることが可能である。第４レンズＬ４は、他と比して外形が最も大きなフランジ部を有し、当該フランジ部の物体側の面には凹部が形成されている。そして、この凹部には、第３レンズＬ３がそのフランジ部と共に嵌め込まれる。この際、撮像レンズＬ３と第４レンズＬ４とは、その光軸が一致するように、凹部は形成されている。
第３レンズＬ３は、第２レンズＬ２と比して外形が大きなフランジ部を有し、当該フランジ部の物体側の面には凹部が形成されている。そして、この凹部には、第２レンズＬ２がそのフランジ部と共に嵌め込まれる。この際、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とは、その光軸が一致するように、凹部は形成されている。
第２レンズＬ２は、第１レンズＬ１と比して外形が大きなフランジ部を有し、当該フランジ部の物体側の面には凹部が形成されている。そして、この凹部には、第１レンズＬ１が嵌め込まれる。この際、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは、その光軸が一致するように、凹部は形成されている。
従って、各レンズＬ１〜Ｌ４は、各々のフランジ部を介して、重ね合わせることにより、相互の光軸が全て同一直線上に一致させることが可能である。
そして、各レンズＬ２〜Ｌ４の各凹部及び各凸部の軸方向の精度も射出成形により可能な精度とすることができるので、各レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の光軸方向間隔も所定の精度を維持することが可能である。これらのため、光学系の組み立て精度の向上を図ることが可能となる。さらに、組み立てが容易となり、生産性の向上も図っている。
【００５２】
各レンズＬ１〜Ｌ４について、上記前提をふまえた上で、筐体５３の説明を再開する。
筐体５３のレンズホルダ５６はその像側となる端部が閉塞された有底円筒状であり、その底面の中央部が大きく貫通され、外部光を通過させる。他方、レンズ抑え５７は、その物体側となる端部が閉塞された有底円筒状であり、その底面の中央部が大きく貫通され、外部光を通過させる。そして、レンズホルダ５６の内径は、第４レンズＬ４の外形と等しく設定され、当該第４レンズＬ４を格納することで、レンズホルダ５６の中心線と第４レンズＬ４の光軸とを一致するように位置決めすることが可能である。そして、各レンズＬ１〜Ｌ４は前述したように、重ね合わせられた状態で、レンズホルダ５６にレンズ抑え５７を装着すると、各々の底面により、重ね合わせられた状態のレンズＬ１〜Ｌ４が狭持され、ベース体５５，レンズホルダ５６及びレンズ抑え５７の中心線と各レンズＬ１〜Ｌ４の光軸を全て同一軸上に一致させるが可能である。なお、レンズホルダ５６等の中心線がイメージセンサ５１の光電変換面５１ａの中心と一致するように、筐体５３は、基板５２に対して固定装備される。なお、筐体５３は、レンズホルダ５６の内周面及び内底面のみで第４レンズＬ４を支持し、また、レンズ抑え５７の内底面のみで第１レンズＬ１の外周のみを支持し、その他の内周部のいずれも各レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に接触しない構造となっている。
さらに、ベース体５５とレンズホルダ５６とは相互間のネジ部の中心線が各レンズＬ１〜Ｌ４の光軸と一致するので、レンズホルダ５６の回転操作により合焦状態が最良になるようにイメージセンサ５１に対する各レンズＬ１〜Ｌ４の位置を調整することが可能である。なお、上記レンズの位置調節後には、ベース体５５とレンズホルダ５６とは接着固定される。
【００５３】
また、筐体５３の物体側端面，第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間及び第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間には、それぞれ第１の遮光マスク２１，第２の遮光マスク２２及び第３の遮光マスク２３が配置されている。かかる遮光マスク２１，２２，２３はそれぞれ円形の開口を有し、結像に寄与しない不要光のカットを目的として配置されている。
各マスク２１，２２，２３は、いずれも光を遮断する円板状の部材の中心に所定の内径の貫通穴が設けられており、いずれのマスク２１，２２，２３についても、当該貫通穴の中心線は各レンズＬ１〜Ｌ４の光軸と一致するように装備されている。
【００５４】
第１の遮光マスク２１は、前述したように筐体５３の物体側端面に配設装備されている。第２の遮光マスク２２は、第３レンズＬ３の凹部内に配置され、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とに狭持される。第３の遮光マスク２３は、第４レンズＬ４の凹部内に配置され、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とに狭持される。
なお、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とは、それぞれ凹部内に遮光マスク２２，２３の格納用の窪みが形成されており、各レンズＬ２〜Ｌ４の嵌合状態における相互間距離に影響を及ぼさない構造となっている。
【００５５】
前述した絞りＳと各遮光マスク２１，２２，２３との相互の作用により、物体側から入射した光が各レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のレンズ有効径の外側に入射することを防止し、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。
【００５６】
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。
【００５７】
【実施例】
次に、撮像レンズの仕様について、実施例１，２，３，４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　：有効画面対角線長（固体撮像素子の矩形受光面における対角線長）
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
【００５８】
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をＸ軸とした直交座標系において、頂点曲率半径をＲ、円錐定数をＫ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２として以下の「数５」で表す。
【００５９】
【数５】

【００６０】
図５は本発明の実施例１，２にかかる小型の撮像レンズの代表的な断面図である。
（第１実施例）
レンズデータを表１，２，３に示す。
【００６１】
【表１】

【００６２】
【表２】

【００６３】
【表３】

【００６４】
図中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。
第１レンズＬ１はガラス材料から形成され、第２レンズＬ２および第４レンズＬ４は、ポリオレフィン系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は０．０１％以下である。また、第３レンズＬ３はポリカーボネイト系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は０．４％である。
なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化は表４に示す通りである。これより、常温（２０［℃］）に対し＋３０［℃］上昇時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は＋０．００１［ｍｍ］となる。
【００６５】
【表４】

【００６６】
（実施例２）
レンズデータを表５，６，７に示す。
【００６７】
【表５】

【００６８】
【表６】

【００６９】
【表７】

【００７０】
図７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。
第１レンズＬ１はガラス材料から形成され、第２レンズＬ２および第４レンズＬ４は、ポリオレフィン系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は０．０１％以下である。また、第３レンズＬ３はポリカーボネイト系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は０．４％である。
なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化は表８に示す通りである。これより、常温（２０［℃］）に対し＋３０［℃］上昇時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は＋０．００１［ｍｍ］となる。
【００７１】
【表８】

【００７２】
（第３実施例）
レンズデータを表９，１０，１１，１２に示す。
【００７３】
【表９】

【００７４】
【表１０】

【００７５】
【表１１】

【００７６】
【表１２】

【００７７】
図８は実施例３にかかる小型の撮像レンズの断面図である。図中Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは絞りを示す。図９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。
本実施例は最も物体側に開口絞りＳを配置し、また、最も像側には、赤外線カットフィルタ相当の平行平板Ｆを配置した設計例である。
第１レンズＬ１はガラス材料から形成され、第２レンズＬ２および第４レンズＬ４はポリオレフィン系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は０．０１％以下である。また、第３レンズＬ３はポリカーボネイト系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は０．４％である。
なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化は表１２に示す通りである。これより、常温（２０［℃］）に対し＋３０［℃］上昇時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は−０．００６［ｍｍ］となる。
【００７８】
（第４実施例）
レンズデータを表１３，１４，１５，１６に示す。
【００７９】
【表１３】

【００８０】
【表１４】

【００８１】
【表１５】

【００８２】
【表１６】

【００８３】
図１０は実施例４にかかる小型の撮像レンズの断面図である。図中Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｓは絞りを示す。図１１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。
本実施例は最も物体側に開口絞りＳを配置し、また、最も像側には、赤外線カットフィルタ及び固体撮像素子のシールガラス相当の平行平板Ｆ，Ｐを配置した設計例である。
第１レンズＬ１はガラス材料から形成され、第２レンズＬ２および第４レンズＬ４はポリオレフィン系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は０．０１％以下である。また、第３レンズＬ３はポリカーボネイト系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は０．４％である。
なお、プラスチック材料の温度による屈折率ｎｄの変化は表１６に示す通りである。これより、常温（２０［℃］）に対し＋３０［℃］上昇時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は＋０．０１０［ｍｍ］となる。
【００８４】
（その他）
ここで、上記各実施例における温度上昇時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）であるが、計算上は温度上昇時のプラスチックレンズの熱膨張の影響は無視して求めた値である。なぜなら、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からである。
【００８５】
なお、上記各実施例は、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。テレセントリック特性とは、各像点に対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、換言すれば光学系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、画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）が生じ、周辺光量不足となってしまう。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、前述のシェーディング現象を軽減することができる。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。
【００８６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、比較的屈折力の大きい正レンズ群と負レンズが物体側より順に配置されることとなり、かかる構成によりレンズ全長の小型化を容易に行うことが可能である。さらに、第１レンズの凸面を物体側に向けることでよりレンズ全長の小型化を図ることが可能である。
さらに、収差補正に関しては、正の屈折力を有する第１レンズ、第２レンズの２枚の正レンズを最も物体側に配置することで、正の屈折力を分担でき、球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。
また、第３レンズを物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとすることで、球面収差、コマ収差、非点収差を良好に補正することができる。さらに、第４レンズを物体側に凸面を向けたメニスカス形状とすることで、画面周辺部での像側光束のテレセントリック特性の確保が容易になる。
【００８７】
請求項２記載の発明は、条件式（１）に従うことにより、その上限値を下回る設定とすることで、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。従って、これにより、撮像装置全体の小型軽量化が可能となる。
また、条件式（２）に従うことにより、その下限値を上回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力の大きさを適度に抑え、高次の球面収差やコマ収差の発生を小さく抑えることが可能となり、上限値を下回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力を適度に確保でき、レンズ全長の短縮が可能となる。
さらに、条件式（３）に従うことにより、その下限値を上回る設定とすることで、軸上色収差、倍率色収差をバランス良く補正することが可能となる。
【００８８】
条件式（１）〜（３）は、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条件式である。即ち、条件式（１）はレンズ全長の小型化を達成するための条件式である。条件式（１）の上限値を下回るとレンズ全長が小型化の傾向を示す。なお、条件式中の符号Ｌは第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を示すが、この場合において「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。
【００８９】
請求項３記載の発明は、撮像レンズ全系で最も物体側に配置された開口絞りを備えているため、射出瞳位置を像面から遠ざけて、レンズ最終面を射出した光束の主光線を固体撮像素子に垂直に近い角度で入射させることができ、固体撮像素子に用いる撮像レンズに必要な像面テレセントリック特性を良好に確保でき、画面周辺部におけるシェーディング減少を軽減することが可能となる。
【００９０】
請求項４記載の発明は、条件式（４）に従うことにより、その上限値を下回る設定とすることで、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。従って、これにより、撮像装置全体の小型軽量化が可能となる。
また、条件式（５）に従うことにより、その下限値を上回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力の大きさを適度に抑え、高次の球面収差やコマ収差の発生を小さく抑えることが可能となり、上限値を下回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力を適度に確保でき、レンズ全長の短縮が可能となる。
さらに、条件式（６）に従うことにより、その下限値を上回る設定とすることで、軸上色収差、倍率色収差をバランス良く補正することが可能となる。
【００９１】
条件式（４）〜（６）は、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条件式である。即ち、条件式（４）はレンズ全長の小型化を達成するための条件式である。条件式（４）の上限値を下回るとレンズ全長が小型化の傾向を示す。なお、条件式中の符号Ｌ’は開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離を示すが、この場合において「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。
【００９２】
請求項５記載の発明によれば、条件式（７）に従って、その上限値を下回る設定とすることで、第３レンズ物体側面の負の屈折力が過大となることを回避し、オーバーな球面収差の過度の発生や、軸外光束のコマフレアの発生を抑制することができ、良好な画質が得ることが可能となる。また、下限値を上回る設定することで、第３レンズ物体側面の負の屈折力を維持でき、正のペッツバール和が減少し、像面湾曲の補正及び軸上色収差や倍率色収差の補正を良好に行うことが可能となる。
さらに、条件式（８）に基づいて、第３レンズ−第４レンズ間に形成される空気レンズの正の屈折力を適切に設定することができ、像面湾曲や歪曲収差の補正と像側光束のテレセントリック特性の確保をバランスよく行うことが可能となる。
【００９３】
請求項６記載の発明は、Ｒ５／（（Ｎ３−１）・ｆ）の値の上限値をより望ましい値とすることにより、第３レンズ物体側面の負の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、オーバーな球面収差の過度の発生や、軸外光束のコマフレアの発生の抑制が図られる。
【００９４】
請求項７記載の発明によれば、最も像側に位置する面である第４レンズ像側面を条件式（１０）を満たす非球面形状とすることで、特に高画角の光束におけるテレセントリック特性の確保が図ることが可能となる。
【００９５】
請求項８記載の発明によれば、正の第１レンズは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すると共に、他の第２〜４レンズをプラスチック材料で形成しているが、第２レンズと第３レンズとが比較的屈折力の大きい正レンズと負レンズであることから、温度変化時の像点位置変動への影響を相殺することができ、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可能である。
従って、プラスチック材料による影響を低減した上で、プラスチック材料がもたらす効果である小型軽量化と低コスト化を実現することが可能となる。
また、第１レンズをガラスレンズとすることで、傷つきやすいプラスチックレンズを露出させる必要がなく保守性の向上を図ることが可能である。
さらに、第１レンズと第２レンズとはいずれも正の屈折力を有し、それぞれにて必要となる屈折力を分担しているため、各レンズの曲率半径を極端に小さくしなくとも良いので、第１レンズたるガラスレンズの加工を容易とし、生産性の向上を図ることが可能となる。
さらに、第２〜４レンズをプラスチック材料とすることから、一体成形によりレンズ有効径外側のフランジ部の形状を自由に設計することも可能となる。仮に、各レンズのフランジ部を相互に嵌合自在とした場合には、複数枚のレンズの光軸を容易に一致させることができる構造をとることができる。さらに、フランジが各レンズ間隔を規定する構造とした場合には、スペーサーを不要とし、部品点数の軽減により生産性の向上を図ることが可能となる。
また、レンズをプラスチック材料を形成することからレンズに非球面を容易に形成することが可能となり、収差補正を容易に行うことが可能となる。
【００９６】
請求項９記載の発明は、条件式（１３）を満たすように設定することにより、プラスチックレンズの合成焦点距離を大きく設定して屈折力の総和を小さく抑え、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。
【００９７】
請求項１０記載の発明では、プラスチック材料として飽和吸水率が０．７％以下のものを用いることにより、急激な湿度変化による屈折率の不均一化を抑制し、より良好な結像性能を維持しながら、プラスチックレンズの利点をも得ることが可能となる。
【００９８】
請求項１１記載の発明では、最も物体側に凸面を向けた正の第１レンズを配置することで、第１レンズを負レンズとした場合に比べ、レンズ全長の小型化を図ることが可能である。
さらに、１枚の正レンズをガラスレンズ、もう１枚の正レンズと１枚の負レンズをプラスチックレンズとすることで、大きな正の屈折力をガラスレンズとプラスチックレンズとで分担することができ、かつ、正負の屈折力を有するプラスチックレンズ同士により温度変化時の像点位置変動への影響を相殺させ、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可能である。従って、本発明により、温度変化の影響を排除しつつ、プラスチックレンズによる小型軽量化、量産化等、請求項５記載の発明とほぼ同様の効果を得ることが可能である。
さらに、本発明は、第４レンズ像側面を所定の非球面形状とすることで、特に高画角の光束におけるテレセントリック特性の確保が実現することが可能となっている。
【００９９】
請求項１２記載の発明によれば、第１〜４レンズの内の三つのレンズをプラスチック材料から形成することから、レンズがプラスチック材料であることの利点、レンズの小型軽量化，量産性による低コスト化，非球面形成の容易化等をより効果的に実現することが可能である。
【０１００】
請求項１３記載の発明は、第１レンズをガラス材料とすることにより、最も損傷を受けやすい配置にあってその傷の発生を低減すると共に、他のブラスチック材料からなるレンズの保護を図り、保守性の向上を図っている。
【０１０１】
請求項１４記載の発明は、条件式（１７）を満たすように設定することにより、プラスチックレンズの合成焦点距離を大きく設定して屈折力の総和を小さく抑え、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。
【０１０２】
請求項１５記載の発明では、プラスチック材料として飽和吸水率が０．７％以下のものを用いることにより、急激な湿度変化による屈折率の不均一化を抑制し、より良好な結像性能を維持しながら、プラスチックレンズの利点をも得ることが可能となる。
【０１０３】
請求項１６記載の発明は、条件式（１８）によりレンズ全長を短くでき、撮像装置全体の小型軽量化が可能となる。
また、条件式（１９）により、高次の球面収差やコマ収差の発生を小さく抑えつつも適度にレンズ全長の短縮が可能となる。
さらに、条件式（２０）により、軸上色収差、倍率色収差をバランス良く補正することが可能となる。
【０１０４】
請求項１７記載の発明では、比較的屈折力の大きい正レンズ群と負レンズを、物体側より順に配置したことにより、レンズ全長の小型化を図ることが可能である。
【０１０５】
請求項１８記載の発明は、最も物体側となるレンズを正の屈折力を有するレンズとして光軸方向の小型化を図りつつ、４枚のレンズにより撮像レンズを構成している。
そして、レンズ枚数を４枚とすることにより、各種の収差の補正、テレセントリック特性の向上、屈折力の分散等への対応を容易とすると共に、プラスチックレンズの使用枚数の増加にも容易に対応可能とし、小型化、高画質化、軽量化に有利な撮像ユニットを提供することを可能としている。
【０１０６】
請求項１９記載の発明によれば、上述した各効果を実現可能な撮像レンズを搭載することにより、小型化、軽量化、高画質化等の利点を備える撮像ユニットを提供することが可能である。
【０１０７】
請求項２０記載の発明によれば、請求項１８又は１９記載の発明による各効果を実現可能な撮像ユニットを搭載することにより、小型化、軽量化及び高画質の撮像可能な携帯端末を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施形態たる撮像ユニットの斜視図である。
【図２】撮像レンズ部の各レンズの光軸を含む断面における断面図を示している。
【図３】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４】図３の携帯電話機の制御ブロック図である。
【図５】本発明の実施例１，２にかかる小型の撮像レンズの代表的な断面図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】実施例３にかかる小型の撮像レンズの断面図である。
【図９】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。
【図１０】実施例４にかかる小型の撮像レンズの断面図である。
【図１１】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。
【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
Ｓ　開口絞り
５０　撮像ユニット
１００　携帯電話機（携帯端末）

Claims (20)

1. 物体側から順に配置される第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ，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向ける凸面を有し、前記第２レンズは正の屈折力を有し、前記第３レンズは負の屈折力を有すると共に物体側に向ける凹面を有するメニスカス形状であり、前記第４レンズは正又は負の屈折力を有すると共に物体側に向ける凸面を有するメニスカス形状であることを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記第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をＬ、有効画面対角線長を２Ｙ、前記第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、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），（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。
   Ｌ／２Ｙ　＜　１．６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
   ０．４０　＜　ｆ１２／ｆ　＜　０．７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
   ２５　＜　｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３　　　　　　　　　（３）
3. 撮像レンズ全系で最も物体側に配置された開口絞りを備えることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
4. 前記開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離をＬ’、有効画面対角線長を２Ｙ、前記第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、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（４），（５），（６）の条件式を満たすことを特徴とする請求項３記載の撮像レンズ。
   Ｌ’／２Ｙ　＜　１．６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
   ０．４０　＜　ｆ１２／ｆ　＜　０．７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
   ２５　＜　｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３　　　　　　　　　（６）
5. 撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、前記第３レンズの物体側面の曲率半径をＲ５、前記第３レンズのｄ線に対する屈折率をＮ３、前記第３レンズの像側面と第４レンズの物体側面とにより形成される空気レンズの焦点距離をｆａとしたときに、下記の（７），（８）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の撮像レンズ。
   −０．４０　＜　Ｒ５／（（Ｎ３−１）・ｆ）＜−０．２０　　　（７）
   ０．３０　＜　ｆａ／ｆ　＜　０．５０　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
6. 前記焦点距離ｆ、前記曲率半径Ｒ５、前記屈折率Ｎ３、前記焦点距離をｆａについて、下記の（９）の条件式を満たすことを特徴とする請求項５記載の撮像レンズ。
   −０．４０　＜　Ｒ５／（（Ｎ３−１）・ｆ）＜−０．２５　　　（９）
7. 前記第４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４レンズの像側面のｉ次の非球面係数をＡｉ、前記第４レンズの像側面の曲率半径をＲ８、前記第４レンズの像側面の円錐係数をＫ８とした場合に、
   次式（１１）に表される非球面変位量Ｘと次式（１２）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×０．５＜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（１０）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
   Ｘ−Ｘ０＜０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）
   

   
8. 前記第１レンズがガラス材料から形成され、前記第２，第３，第４レンズはいずれも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７のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
9. 前記第２，第３，第４レンズの合成焦点距離をｆ２３４、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとしたときに、下記の（１３）の条件式を満たすことを特徴とする請求項８記載の撮像レンズ。
   ｜　ｆ／ｆ２３４　｜　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１３）
10. 前記プラスチック材料は、飽和吸水率が０．７％以下の材料であることを特徴とする、請求項８又は９記載の撮像レンズ。
11. 物体側から順に配置される第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ，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面を向ける形状とされ、
    前記第２，第３，第４レンズの内の一つ又は二つのレンズは正の屈折力を有し、
    少なくとも、前記第１から第４のレンズの内、正の屈折力を有する一つのレンズがガラス材料から形成され、正の屈折力を有するもう一つのレンズ及び負の屈折力を有する一つのレンズがプラスチック材料から形成され、
    前記第４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４レンズの像側面のｉ次の非球面係数をＡｉ、前記第４レンズの像側面の曲率半径をＲ８、前記第４レンズの像側面の円錐係数をＫ８とした場合に、
    次式（１５）に表される非球面変位量Ｘと次式（１６）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×０．５＜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（１４）の条件式を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
    Ｘ−Ｘ０＜０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１４）
    

    
12. 前記正の屈折力を有すると共にガラス材料から形成されたレンズを除く他の全てのレンズはいずれも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１１記載の撮像レンズ。
13. 前記第１のレンズが、ガラス材料から形成されていることを特徴とする請求項１２記載の撮像レンズ。
14. 前記第２，第３，第４レンズの合成焦点距離をｆ２３４、撮像レンズ全系の焦点距離をｆとしたときに、下記の（１７）の条件式を満たすことを特徴とする特徴とする請求項１０記載の撮像レンズ。
    ｜　ｆ／ｆ２３４　｜　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１７）
15. 前記プラスチック材料はいずれも飽和吸水率０．７％以下であることを特徴とする、請求項１１，１２，１３又は１４記載の撮像レンズ。
16. 前記第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をＬ、有効画面対角線長を２Ｙ、前記第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、撮像レンズ全系の焦点距離をｆ、最も正の屈折力の強いレンズのアッベ数をνＰ、最も負の屈折力の強いレンズのアッベ数をνＮとしたときに、下記の（１８），（１９），（２０）の条件式を満たすことを特徴とする請求項８，９，１０，１１又は１２記載の撮像レンズ。
    Ｌ／２Ｙ　＜　１．６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１８）
    ０．４０　＜　ｆ１２／ｆ　＜　０．７０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１９）
    ２５　＜　νＰ−νＮ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２０）
17. 前記第２レンズは正の屈折力を有し、前記第３レンズは負の屈折力を有することを特徴とする請求項１１から１６のいずれか一項に記載の撮像レンズ。
18. 光電変換部を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズと、前記固体撮像素子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を有する基板と、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、
    前記撮像レンズの光軸方向における前記撮像ユニットの長さが１５［ｍｍ］以下であり、
    前記撮像レンズは、物体側から順に配置される４枚のレンズから構成されると共に、最も物体側に配置されるレンズは、正の屈折力を有することを特徴とする撮像ユニット。
19. 光電変換部を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズと、前記固体撮像素子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を有する基板と、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、
    前記撮像レンズの光軸方向における前記撮像ユニットの長さが１５［ｍｍ］以下であり、
    前記撮像レンズとして請求項１から１７のいずれか一項に記載の撮像レンズを備えることを特徴とする撮像ユニット。
20. 請求項１８又は１９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。

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