JP2008046526A

JP2008046526A - 撮像レンズ、撮像装置及び携帯端末

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Publication number: JP2008046526A
Application number: JP2006223957A
Authority: JP
Inventors: Eigo Sano; 永悟佐野
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: US20080043346A1; CN101131464A; KR20080017258A; US7535659B2; CN101131464B; JP4977869B2

Abstract

【課題】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。
【解決手段】固体撮像素子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、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、少なくとも１面が非球面形状を有し、負の屈折力を有して物体側に凹面を向けた第４レンズと、からなり、以下の条件式を満足すること。
０．４０＜ｆ１／ｆ＜１．３０
−３．０＜（ｒ７＋ｒ８）／（ｒ７−ｒ８）＜０
但し、ｆ１：前記第１レンズの焦点距離、ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
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
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサあるいは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、撮像装置及びこれを備える携帯端末に関する。

近年、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅｄＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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、さらなる小型化、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枚あるいは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レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとで構成し、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レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズとで構成し、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

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２〜４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、上記特許文献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第４レンズの負の屈折力が比較的弱いため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
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、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、少なくとも１面が非球面形状を有し、負の屈折力を有して物体側に凹面を向けた第４レンズと、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。

０．４０＜ｆ１／ｆ＜１．３０・・・（１）
−３．０＜（ｒ７＋ｒ８）／（ｒ７−ｒ８）＜０・・・（２）
但し、
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
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。

０．０５＜ｄ３４／ｆ＜０．２５・・・（３）
但し、
ｄ３４：前記第３レンズと第４レンズの軸上の空気間隔
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
３．以下の条件式を満足することを特徴とする１又は２に記載の撮像レンズ。

０．３０＜ｒ４／ｆ＜０．８０・・・（４）
但し、
ｒ４：前記第２レンズ像側面の曲率半径
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
４．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有することを特徴とする１〜３の何れか１項に記載の撮像レンズ。
５．前記第４レンズの物体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．以下の条件式を満足することを特徴とする１〜５の何れか１項に記載の撮像レンズ。

２０＜ν１−ν２＜６５・・・（５）
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
７．前記第１レンズ若しくは前記第３レンズの何れか一方のレンズはガラス材料で形成され、他方のレンズはプラスチック材料で形成され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。
８．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１〜６の何れか１項に記載の撮像レンズ。
９．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、１〜８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、該撮像装置の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。
１０．９に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末。

・請求項１の効果
小型で収差の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、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有し物体側に凹面を向けた第４レンズとからなる。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、物体側に凹面を向けた負の第４レンズを配置する、いわゆる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。

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レンズを少なくとも１面の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。

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。

ここで、撮像レンズ全長と第１レンズの焦点距離の関係について説明する。図１のように、本発明でのレンズ構成を、第１レンズから第３レンズを合成し１枚の薄肉正レンズ（焦点距離をｆ１２３とする）、第４レンズを１枚の薄肉負レンズ（焦点距離をｆ４とする）とし、間隔ｄ隔てて配置したレンズ系であると仮定する。すると、レンズ全長Ｌは以下の式で与えられる。

Ｌ＝ｆＢ＋ｄ＝ｆ（１−ｄ／ｆ１２３）＋ｄ
＝ｆ−（（ｆ／ｆ１２３）−１）ｄ
上式より、全系の焦点距離ｆと第１レンズから第３レンズの合成焦点距離ｆ１２３を一定であるとすると、第１レンズから第３レンズの合成レンズと第４レンズの間隔ｄが大きくなると、撮像レンズ全長は短くなることが分かる。つまり、第１レンズから第３レンズの合成主点をより物体側に配置するようにすることで、言い換えると第１レンズの屈折力を比較的強く設定することで、撮像レンズ全長を短くすることが可能となる。

依って、条件式（１）の値が上限を下回ることで、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、下限を上回ることで、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、より望ましくは下式の範囲がよい。

０．５０＜ｆ１／ｆ＜１．２０
条件式（２）は前記第４レンズの形状を適切に設定する条件である。条件式（２）に示す範囲において、前記第４レンズは物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状から、像側面に比べ物体側面の屈折力が大きいような両凹形状まで変化する。上述の通り、全長を短くするためにはｆＢも短くする必要がでてくる。そこで、条件式（２）の上限を下回ることで、ｆＢを短くしながらも、第４レンズの像側面の最凸部と撮像面との間隔を適度に確保することができる。一方、下限を上回ることで、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。また、より望ましくは下式の範囲がよい。

−２．５＜（ｒ７＋ｒ８）／（ｒ７−ｒ８）＜−０．３
・請求項２の効果
条件式（３）は第３レンズと第４レンズの間隔を適切に設定する条件である。前述の通り、第１レンズから第３レンズの合成レンズと第４レンズの間隔ｄが大きくなると、撮像レンズ全長は短くなる。そこで、条件式（３）の値が下限を上回ることで、第３レンズと第４レンズの間隔が小さくなりすぎずレンズ全長の短縮に有利となる。また、第３レンズの像側面と第４レンズの物体側面が接近しすぎることがなくなるので、第３レンズと第４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。更に、オートフォーカスやマクロ切り替え機能等で焦点位置合わせをしようとした場合、通常はレンズ群全系を光軸方向に移動させて行う全体繰り出しが普通であるが、第３レンズと第４レンズのスペースが適度に確保されていることによって、レンズ群の一部分、例えば第１レンズから第３レンズまでを光軸方向に移動させて焦点位置合わせを行う部分群繰り出しが可能となる。部分群繰り出しにすると、移動群がレンズ全体ではなく一部分でよいため、駆動機構を簡略化でき、撮像装置全体の小型軽量化を達成することができる。

一方、上限を下回ることで、第３レンズと第４レンズの間隔が大きくなりすぎず、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。また、より望ましくは下式の範囲がよい。

０．０５＜ｄ３４／ｆ＜０．２２
・請求項３の効果
条件式（４）は第２レンズ像側面の曲率半径を適切に設定する条件である。第２レンズの像側面を、条件式（４）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レンズで発生した軸上色収差を第２レンズで良好に補正することができる。また、下限を上回ることで、曲率半径が小さくなりすぎず、加工性を損なわない。一方で、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。また、より望ましくは下式の範囲がよい。

０．３５＜ｒ４／ｆ＜０．７０
・請求項４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５の効果
第４レンズの物体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、周辺部での良好なテレセントリック特性を確保できる。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。
・請求項６の効果
条件式（５）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よく補正することができる。一方で、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。また、より望ましくは下式の範囲がよい。

２５＜ν１−ν２＜６５
・請求項７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のレンズ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、他方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８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９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１０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。

以下、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
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。

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］
ｆ＝４．７０ｍｍ
ｆＢ＝０．４０ｍｍ
Ｆ＝２．８８
２Ｙ＝５．６３ｍｍ
レンズデータを表１に示し、非球面係数を表２に示す。

なお、これ以降（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。

図２は実施例１のレンズの断面図である。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、ＩＲカットフィルタ、及び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り、５１は光電変換部５１ａを有する固定撮像素子である。図３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。

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。
［実施例２］
ｆ＝３．７９ｍｍ
ｆＢ＝０．４０ｍｍ
Ｆ＝３．２９
２Ｙ＝４．４８ｍｍ
レンズデータを表３に示し、非球面係数を表４に示す。

図４は実施例２のレンズの断面図である。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、ＩＲカットフィルタ、及び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り、５１は光電変換部５１ａを有する固定撮像素子である。図５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。

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。
［実施例３］
ｆ＝４．５８ｍｍ
ｆＢ＝０．９６ｍｍ
Ｆ＝３．２９
２Ｙ＝５．６３ｍｍ
レンズデータを表５に示し、非球面係数を表６に示す。

図６は実施例３のレンズの断面図である。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、ＩＲカットフィルタ、及び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り、５１は光電変換部５１ａを有する固定撮像素子である。図７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。
［実施例４］
ｆ＝４．７３ｍｍ
ｆＢ＝０．３０ｍｍ
Ｆ＝２．８８
２Ｙ＝５．６３ｍｍ
レンズデータを表７に示し、非球面係数を表８に示す。

図８は実施例４のレンズの断面図である。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、ＩＲカットフィルタ、及び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り、５１は光電変換部５１ａを有する固定撮像素子である。図９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。
［実施例５］
ｆ＝４．６８ｍｍ
ｆＢ＝０．５３ｍｍ
Ｆ＝３．２９
２Ｙ＝５．６３ｍｍ
レンズデータを表９に示し、非球面係数を表１０に示す。

図１０は実施例５のレンズの断面図である。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、ＩＲカットフィルタ、及び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り、５１は光電変換部５１ａを有する固定撮像素子である。図１１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。

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。

前述の条件式（１）〜（６）に対応する各実施例の値をまとめて表１１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２、４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かかえてしまう。この像点位置変動が無視できない仕様の撮像装置においては、例えば実施例１、５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。これは、実施例３のような正の第３レンズをガラス材料にて形成されるレンズとしても同様の効果が得られる。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、Ｌ３）のうち１枚、またはすべてのレンズ（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。

ここで、屈折率の温度変化について詳細に説明する。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２で表される。

但し、
α ：線膨張係数
［Ｒ］：分子屈折
プラスチック素材の場合は、一般に式中第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（＝ｄｎ／ｄＴ）を表１２に示す。

ここで、実施例２の撮像レンズを例にとり、上記微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バックフォーカス変化量の違いを示す。

まず、実施例２の撮像レンズに上記微粒子を分散させたプラスチックレンズを全く使用しない場合の常温（２０℃）に対し＋３０℃上昇時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は、＋０．０１９ｍｍ、−３０℃下降時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は、−０．０１９ｍｍとなる。

次に、第１レンズ及び第３レンズに上記微粒子を分散させたプラスチック材料を使用し、第２レンズ及び第４レンズは上記微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１３に示す。

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、第１レンズおよび第２レンズがＡ＝−８×１０−⁵／℃のとき＋０．００６ｍｍ、第１レンズおよび第２レンズがＡ＝−６×１０−⁵／℃のとき−０．００３ｍｍ、−３０℃下降時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は、第１レンズおよび第２レンズがＡ＝−８×１０−⁵／℃のとき−０．００６ｍｍ、第１レンズおよび第２レンズがＡ＝−６×１０−⁵／℃のとき＋０．００３ｍｍとなる。

これより、上記微粒子を全く含まない場合と比較し、第１レンズ及び第２レンズに上記微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（ΔｆＢ）が大幅に抑えられていることが分かる。

また、第１レンズから第４レンズのそれぞれに異なった屈折率の温度変化Ａの値を持つ上記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、上述の実施例３は、正の第３レンズをガラスモールドレンズとし、正の第１レンズ、負の第２レンズ、及び負の第４レンズをプラスチックレンズとし、且つ第１レンズ、第２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、温度変化時のバックフォーカス変化量を非常に小さくしている例である。実施例３における常温（２０℃）に対し＋３０℃上昇時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は、−０．０００ｍｍ、−３０℃下降時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ）は、＋０．０００ｍｍである。

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。

撮像レンズ全長と第１レンズの焦点距離の関係についての説明図である。実施例１のレンズの断面図である。実施例１のレンズの収差図である。実施例２のレンズの断面図である。実施例２のレンズの収差図である。実施例３のレンズの断面図である。実施例３のレンズの収差図である。実施例４のレンズの断面図である。実施例４のレンズの収差図である。実施例５のレンズの断面図である。実施例５のレンズの収差図である。

符号の説明

Ｓ開口絞り
１第１レンズ
２第２レンズ
３第３レンズ
４第４レンズ
Ｆ平行平板
５１固定撮像素子
５１ａ光電変換部

Claims

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、
開口絞りと、
正の屈折力を有する第１レンズと、
負の屈折力を有する第２レンズと、
正の屈折力を有する第３レンズと、
少なくとも１面が非球面形状を有し、負の屈折力を有して物体側に凹面を向けた第４レンズと、
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。
０．４０＜ｆ１／ｆ＜１．３０
−３．０＜（ｒ７＋ｒ８）／（ｒ７−ｒ８）＜０
但し、
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
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。
０．０５＜ｄ３４／ｆ＜０．２５
但し、
ｄ３４：前記第３レンズと第４レンズの軸上の空気間隔
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像レンズ。
０．３０＜ｒ４／ｆ＜０．８０
但し、
ｒ４：前記第２レンズ像側面の曲率半径
ｆ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
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有する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レンズの物体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。
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の撮像レンズ。
２０＜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
前記第１レンズ若しくは前記第３レンズの何れか一方のレンズはガラス材料で形成され、他方のレンズはプラスチック材料で形成され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。
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１〜６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１〜８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、該撮像装置の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。