JP2008070425A - 撮像レンズ、光学モジュール、および携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の全長短縮化を図りつつコストを抑え、さらに良好な画質が得られる撮像レンズを得る撮像レンズを提供する。
【解決手段】物体側から像側へ順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有するレンズ系とし、前記第1レンズは、物体側または像側のいずれかの有効面の曲率をR、全系の焦点距離をｆとするとき｜R／ｆ｜＞１．５となる条件を満足し、前記有効面に波長透過制限を行う膜を形成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、主にデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、或いは監視カメラ等のように固体撮像素子を用いたカメラに好適なものに関し、特に携帯電話や小型の情報端末機器等に付属するカメラに好適で、コストを抑え、且つ低背の撮像レンズに関する。

近年、撮像素子にＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサを使ったコンパクトなデジタルカメラやデジタルビデオユニットを内蔵したものが種々開発されている。特に情報携帯端末や携帯電話が普及し、それらに使用される撮像ユニットには、携帯性の観点から小型・軽量の撮像レンズが望まれている。

撮像レンズのタイプとしては、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズと負の屈折力の第２レンズの２枚レンズ構成のレンズ系が知られている（例えば特許文献１，２）。

また、レンズ系全体の小型化とともに結像性能の向上も考慮した、撮像レンズとして、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズ、負の屈折力の第３レンズからなる３枚構成の撮像レンズが知られている（例えば特許文献３）。

更に、３枚構成の撮像レンズをさらに結像性能を高めるために４枚のレンズにて構成された撮像レンズも知られている（例えば特許文献４）。
特開２００４−６１５５４号公報 特開２００５−４９４２７号公報 特開２００４−２５２３１２号公報 特開２００４−１８４９８７号公報

特許文献１及び特許文献２に開示されている正の屈折力の第１レンズと負の屈折力の第２レンズの２枚構成では、コンパクトではある反面色収差の補正ができず、またペッツバール和が大きくなってしまうため、像面湾曲、非点収差などが大きく発生しやすく、近年高画素化に伴う光学性能の向上に対して満足できる性能が得られないなどの欠点を有している。

一方、特許文献３に開示されている正の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズ、負の屈折力の第３レンズからなる３枚構成では、光学設計上では高い結像性能を有するが、全ての面が曲面で構成されているため、例えば撮像素子を保護ガラスを含むパッケージ品として利用した場合、良好な画質を得る為の赤外カットフィルターを追加で設ける必要があり、全長低背化、コストに対して不利である。

また、３枚構成として第１レンズを正の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズからなる所謂トリプレット構成の撮像レンズも知られているが、こちらも上述のように保護ガラスを含むパッケージ品を利用した場合、良好な画質を得る為の赤外カットフィルターを追加で設ける必要があり、全長低背化、コストに対して不利である。

さらに特許文献４に開示されている負の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズ、負の屈折力の第４レンズからなる４枚構成では、第１レンズと第２レンズとを接合することで鏡枠に組み込む難易度は３枚構成のものと同様になるが、レンズが４枚と多く、光学系の全長短縮化が難しく、上述のように保護ガラスを含むパッケージ品を利用した場合、良好な画質を得る為の赤外カットフィルターを追加で設ける必要があり、コストに対して不利である。

本発明では、これら従来例の問題点を踏まえた上で、レンズ系の量産性を考慮した構成にすると共に、携帯性の観点から求められる光学系の低背化を実現し、しかも所望の良好な画質が得られる撮像レンズを提供することを目的とする。

また、本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、目的とするのは、開口絞りを内部に設置する２群構成によって高い光学性能を持ちつつ、レンズの形状、非球面の形状等を適切に設定することにより、小型、薄型の狭画角撮像レンズを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の撮像レンズは、撮像素子上に像を結像することを対象とした撮像レンズにおいて、物体側から像側へ順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有するレンズ系とし、前記第1レンズは、物体側または像側のいずれかの有効面の曲率をR、全系の焦点距離をｆとするとき、｜R／ｆ｜＞１．５となる条件を満足し、前記有効面に波長透過制限を行う膜を形成することを特徴とする撮像レンズとしたものである。

好適には、前記第１レンズは正の屈折力を有し、前記第2レンズは負の屈折力を有し、前記第3レンズは負の屈折力を有するものである。

好適には、前記第１レンズはガラス材料、前記第２レンズ及び第３レンズはプラスチック材料で構成され、前記第１レンズの材料のd線における屈折率をN1、アッベ数をν１、前記第２レンズの材料のアッベ数をν２とするとき、ν１＞４０．０、１．４０＜N1＜１．７０、ν１−ν２≧２０．０となる条件を満足し、かつ各レンズの少なくとも１面に非球面を有するものである。

好適には、前記第1レンズの焦点距離をｆ１、前記第2レンズの焦点距離をｆ２、前記第3レンズの焦点距離をｆ３、全系の焦点距離をｆとするとき、０.５０＜ｆ１／ｆ＜１.００、−５.０＜ｆ２／ｆ＜−１.０、ｆ３／ｆ＜−５．０となる条件を満足するものである。

さらに好適には、前記波長透過制限を行う膜は、多層膜で構成され、赤外領域及び／又は紫外領域の波長透過を制限するものである。

本発明の第２の観点の光学モジュールは、撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズと、前記撮像レンズを保持するレンズ保持体と、を有し、前記撮像レンズの前記撮像光学系は、物体側から像側へ順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有するレンズ系とし、前記第1レンズは、物体側または像側のいずれかの有効面の曲率をR、全系の焦点距離をｆとするとき、｜R／ｆ｜＞１．５となる条件を満足し、前記有効面に波長透過制限を行う膜を形成するものである。

本発明の第３の観点の携帯端末は、光学モジュールと、前記光学モジュールを収納する筐体と、を有し、前記光学モジュールは、撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズと、前記撮像レンズを保持するレンズ保持体と、を有し、前記撮像レンズの前記撮像光学系は、物体側から像側へ順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有するレンズ系とし、前記第1レンズは、物体側または像側のいずれかの有効面の曲率をR、全系の焦点距離をｆとするとき、｜R／ｆ｜＞１．５となる条件を満足し、前記有効面に波長透過制限を行う膜を形成するものである。

本発明によれば、光学系の全長短縮化を図りつつコストを抑え、良好な画質が得られる撮像レンズを達成することができる。

その結果、情報端末、携帯電話機等に搭載可能なコンパクトな撮像レンズを実現することができる。

以下、図面を用いて本発明の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置の実施形態について説明する。
図１は、実施形態１の撮像レンズのレンズ断面図である。図２は、実施形態１の撮像レンズの収差図である。実施形態１は、焦点距離３．３８、Ｆナンバー２．８、光軸から撮像面における最大像高は２．３０mmの撮像レンズである。

図３は、実施形態２の撮像レンズのレンズ断面図である。図４は、実施形態２の撮像レンズの収差図である。実施形態２は、焦点距離３．３８、Ｆナンバー２．８、光軸から撮像面における最大像高は２．３０mmの撮像レンズである。

図５は、実施形態３の撮像レンズのレンズ断面図である。図６は、実施形態３の撮像レンズの収差図である。実施形態３は、焦点距離３．３８、Ｆナンバー３．２、光軸から撮像面における最大像高は２．３０mmの撮像レンズである。

図７は、実施形態４の撮像レンズのレンズ断面図である。図８は、実施形態４の撮像レンズの収差図である。実施形態４は、焦点距離３．３８、Ｆナンバー２．８、光軸から撮像面における最大像高は２．３０mmの撮像レンズである。

図９は、実施形態５の撮像レンズのレンズ断面図である。図１０は、実施形態５の撮像レンズの収差図である。実施形態５は、焦点距離３．３８、Ｆナンバー２．８、光軸から撮像面における最大像高は２．３０mmの撮像レンズである。

各実施形態のレンズ断面図において、左方は被写体側（物体側）で、右方が像側（結像面側）である。レンズ断面図において、Ｇ０は撮像レンズであり、正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、屈折力の弱い第３レンズＬ３からなっている。ＳＰは開口絞りであり、第１レンズＬ１の物体側に位置している。

Ｇは、水晶ローパスフィルターや撮像素子を保護する保護ガラス、赤外カットフィルター等に対応して設計上設けられたガラスブロックである。ＩＰは、像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の感光面が配置される。

また、収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線（587.56nm）及びｇ線(435.835nm)、△M、△Sはメリディオナル像面及びサジダル像面で表している。
なお、各実施形態において、無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、開口絞りSP及びレンズ系全体を物体側へ繰り出すことによって行われる。具体的な動作は後述する。

以下、本実施形態の撮像レンズ（実施形態１〜５の撮像レンズを総称して本実施形態の撮像レンズという）の構成とその作用について説明する。
本実施形態の撮像レンズは、開口絞りSPを撮像レンズG0の物体側に配置する所謂前絞り構成として近年の固体撮像素子に適した長い射出瞳距離を得ている。そして、本発明は、第1レンズL1の物体側または像側のいずれかの有効面が平面または緩い曲面よりなることを特徴とする。この「平面または緩い曲面」は、後述する条件式（１）を満足するものと定義される。なお、実施形態1,2,4,5は、第1レンズＬ１の像側の面を平面または緩い曲面とし、実施形態３は第１レンズＬ１の物体側の面を平面または緩い曲面としている。

さらに、本発明は、上述した平面または緩い曲面に、波長透過制限を行う膜、さらに好ましくは多層膜を形成し、赤外領域及び／又は紫外領域の波長透過を制限することを特徴とする。このように第１レンズL1の少なくとも１面を平面または緩い曲面にすることで赤外領域及び／又は紫外領域の波長透過を制限できる膜（多層膜を含む）を形成することができ、ガラスブロックGを削減することが可能である。

なお、本実施形態では像面IPを保護する保護ガラスをガラスブロックGとして撮像素子と保護ガラスが一体となっているパッケージ品の撮像素子を想定している構成となっている。この場合、ガラスブロックGに赤外カットフィルターを設け、上述した平面または緩い曲面に紫外領域の波長透過を制限する膜を設けてもよい。このようにすることで紫外領域の波長透過を第２レンズL2の手前で遮断することができ、第２レンズＬ２以降のレンズに紫外領域の波長透過による性能劣化が防げ、結果としてレンズの寿命を延ばすことが可能となる。

本実施形態では、膜として多層膜を真空蒸着にて塗布している。このように塗布することで、光学特性として良好であるとともに量産性に優れている。なお、塗布の方法は真空蒸着に限らず、スパッタ蒸着などで行っても良い。
また、本実施形態では多層膜は低屈折材料と高屈折材料とを交互に重ね合わせ、１５層以上で構成した反射防止膜にしている。１５層以下でも所望の波長透過制限が可能な多層膜が構成できるが、リップルなどの問題を加味すると、少なくとも１５層以上の多層膜にした方が好適である。

第2レンズL2は、像側の面に比べ物体側の面の屈折力の絶対値が大きい、物体側の面が凹形状より成っている。
開口絞りＳＰの像側に配置した第1レンズL1と、第1レンズL1の像側に配置した第2レンズL2のレンズ形状を前述の如く設定し、第1レンズL1の像側のレンズ面と第2レンズL2の物体側のレンズ面で構成される空気レンズは像側の面の屈折力の絶対値が大きい形状としている。このようなレンズ構成により光軸付近の光束の収差性能はもちろん、軸外光束における非点収差、コマ収差などの発生を抑え画面全域の結像性能を良好にしている。

本実施形態の撮像レンズG0は開口絞りSPを鏡枠の一部として設け、第1レンズL1、第2レンズL２、第3レンズL3の順に鏡枠に組み込むことでレンズユニットとしている。第1レンズL1を保持する開口絞りSPを兼ねている鏡枠は、樹脂材で構成されており、光の遮光及び平坦性の確保を行うために、厚みを0.3mm程度は必要となる。この厚みは低背化を求めるユニットとしては弊害となるため、本実施形態の1〜２及び４〜５の撮像レンズG0を構成する第1レンズL1は、物体側のレンズ面は曲率をきつくしている。これにより第1レンズL1のコバ部分が第1レンズL1の物体側レンズ面の面頂点との差が大きくなり、第1レンズL1のコバ部分で鏡枠に組み込む本実施形態では、鏡枠の厚み部分にもレンズ面が入りこみ、結果としてレンズユニットとしての低背化に寄与している。

なお、本実施形態では鏡枠は樹脂材を使用したが、金属などを用いても良い。金属なども平坦性の確保を行うためには厚みが必要であり、本実施形態の撮像レンズG0を用いることでレンズユニットの低背化に寄与できる。

また、本実施形態３のように開口絞りＳＰの像側に配置した第１レンズＬ１と、第１レンズＬ１の像側に配置した第２レンズＬ２のレンズ形状を、いずれの面も開口絞りＳＰに対し、コンセントリックな形状に近づけても良い。このようなレンズ構成にすることでレンズユニットとしての低背化にはそれ以外の実施形態ほどは寄与できないが、より軸外光束における非点収差、コマ収差等の発生を抑え画面全域の結像性能を良好にしている。なお、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面は比較的曲率を緩くすることでコンセントリックな面ではないが収差の発生を極力低減している。また第２レンズＬ２の像側のレンズ面も同様に比較的緩い曲率としているが、像側の面を凸形状として若干コンセントリックな形状に近づけている。このように屈折力の強いレンズ面をコンセントリックにし、コンセントリックから外れるレンズ面は曲率を緩くすることで第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の必要な屈折力を確保しながらレンズ系全体の小型化と良好なる収差補正を両立している。

また第3レンズL3は物体側のレンズ面と像側のレンズ面の曲率が比較的近い値である屈折力の弱いレンズであり、像面IPと適切な間隔をとった位置に配置している。像面IPに第3レンズL3を近づけると像面湾曲も補正しやすく、像面IPに入射する光線をテレセントリック性に優れた光学系となるが、反面第3レンズL3の外径が大きくなるため、レンズユニットとしての小型化が成立しない。また、像面IPと第3レンズL3との間隔が近すぎてしまうと、上述しているように本実施形態の撮像レンズG0はフォーカスの際、レンズ系全体を繰り出すことによって行われるため、低温時のフォーカス及び製造時のバラツキが許容できなく製品として成立しない。そのため、本実施形態の撮像レンズG０は像面IPと適切な間隔をとった位置に配置し、像面湾曲を補正している。

さらに、第3レンズL3は、上述しているように鏡枠に組み込む順番としては最後であり、像面IPに対しての公差が累積として最も大きくなってしまう位置にある。そのため、屈折力の弱いレンズとすることで感度を緩くし、鏡枠での組み込み容易さを向上している。

また本実施形態では、第1レンズL1の材料にガラス材、第2レンズL2、第3レンズL3の材料にプラスチック材を用いている。第1レンズＬ１と第2レンズＬ２はある程度の屈折力を持たせることで正・負の屈折力のテレフォト型の屈折力配置を強めレンズ全長の短縮を図っているが、このような屈折力の強いレンズにおいては曲率、肉厚などの製造誤差に対する要求精度は厳しくなりがちである。しかしながら、組み込み方法を安定することで厳しい要求精度は達成可能である。

なお、ガラス材はプラスチック材に比べて耐熱性に優れているため、波長を制限する多層膜を塗布するのに好適である。そのため、本実施形態では第１レンズL1をガラス材としている。

またガラス材に比べてプラスチック材は量産性に優れ、コスト面でも有利である点から本実施形態では撮像レンズＧ０の第２レンズL2、第３レンズL3を樹脂材として構成している。またプラスチック材は成型のためローコストながら非球面化が容易である。

この非球面化が容易であるプラスチック材の特徴を活かして、本実施形態では第3レンズＬ３の少なくとも1面以上の面を非球面化し、詳しくは像側の面が、光軸近傍においては像側に凹であり、周辺部に向かうに従い像側に凸になるような非球面形状をなすレンズにすることで像面湾曲の補正を容易とし、平坦な結像特性を得ている。

また、第3レンズL3は、弱い負の屈折力を持たせることが好ましい。このように構成することで、第2レンズL2で補正しきれない諸収差を補正することができ、さらには第2レンズL2の屈折力を緩和する点から製造誤差に対する要求精度を緩くすることができる。なお、負の屈折力を持たせるのは、近軸付近（近軸領域）であればよい。

さらに第1レンズＬ１と第2レンズＬ２の少なくとも１つの面を非球面にすると更に良好な光学性能が得られる。特に第1レンズＬ１の物体側のレンズ面、第2レンズＬ２の物体側のレンズ面のいずれかもしくは両方の非球面とすると、球面収差、コマ収差を良好に補正できるため高い光学性能を求められるレンズ系の場合に好適である。

またさらに第1レンズＬ１の像側のレンズ面を非球面とすると非点収差、コマ収差の補正能力が高まり、低背化を実施しつつ高い光学性能を求められるレンズ系の場合に特に有効となる。
また、第2レンズＬ２の像側のレンズ面を非球面とすると軸外光束に対しコマ収差補正能力が高まるため、特に画角を大きくした場合に軸外性能を良好にすることができる。

以上のように、各レンズを所望の屈折力配置と収差補正とを両立するレンズ構成とすることにより、良好な性能を保ちつつ、かつ撮像レンズＧ０及びレンズユニットのコンパクト化を実現することができる。

更に本実施形態の撮像レンズＧ０では、良好な光学性能を得るため、またレンズ系全体の小型化を図るために、次の諸条件を満足している。

以下の条件式（１）は、多層膜を平面または緩い曲面に塗布して、所望する領域の波長透過を制限するために好ましい条件である。
｜R／ｆ｜＞１．５ …（１）
ここで、Rは平面または緩い曲面の曲率、ｆは全系の焦点距離である。

条件式（１）の下限値を超えると、多層膜を塗布する面が強い曲面を有してしまい、結果塗布する際に、光軸中心と有効面の縁とで光学特性の異なる多層膜が形成されてしまい、好ましくない。特に斜入射特性が著しく悪化し、所望する領域の波長を制限するどころか求める波長領域での透過率特性をも悪化させてしまうため好ましくない。

なお、更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を、
|R／ｆ｜＞３．０ …（１a）
の如く設定するのが良い。

以下は低コスト化を図りつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
ν１＞４０．０ ・・・（２）
１．４０＜N１＜１．７０ ・・・（３）
ν１−ν２≧２０．０ ・・・（４）
ここで、ν１は第１レンズL1の材料のアッベ数、N１は第１レンズL1の材料のｄ線における屈折率、ν２は第２レンズL2の材料のアッベ数である。

条件式（２）（３）は第１レンズL1の材料の屈折率とアッベ数を規定する式である。条件式（２）の上限値を超えて第１レンズL1のアッベ数が小さくなると、ペッツバール和が大きくなりすぎて軸上色収差及び像面湾曲を補正するのが困難となるので好ましくない。また条件式（３）の下限値を超えると屈折力確保のために第１レンズL1を構成する曲率がきつくなり、球面収差及び非点収差の補正が難しくなり好ましくない。一方、条件式（３）の上限値を超え、条件式（２）に適合する硝材は高価であり、ローコスト化が難しいため好ましくない。

さらに条件式（４）は第1レンズL１の材料のアッベ数と第2レンズL2の材料のアッベ数の関係を示す式である。条件式（４）の下限値を超えて第1レンズL1のアッベ数ν１の値に第２レンズL2のアッベ数ν２の値が近づく又は高くなると、ペッツバール和が増大し、軸上色収差の補正及び像面湾曲の補正が困難になり好ましくない。

なお、更に好ましくは条件式（２），（３），（４）の数値範囲を、
ν１＞５８．０ ・・・（２a）
１．４８＜N2＜１．６０ ・・・（３a）
ν１−ν２≧３０．０ ・・・（４a）
の如く設定するのが良い。

以下は製造を容易にし、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
０．５＜ｆ１／ｆ＜１．０ ・・・（５）
−５．０＜ｆ２／ｆ＜−１．０ ・・・（６）
ｆ３／ｆ＜−５．０ ・・・（７）
ここで、ｆ１は第１レンズL1の焦点距離、ｆ２は第２レンズL2の焦点距離、ｆ３は第３レンズL3の焦点距離、ｆは全系の焦点距離である。

条件式（５）は第1レンズL1の屈折力を規定する式である。条件式（５）の下限値を超えて第1レンズL1の屈折力が強くなると諸収差が増大し、補正困難となるので好ましくない。一方、条件式（５）の上限値を超えると、第1レンズL1の屈折力が弱まり、レンズ系が大きくなってしまうためレンズ系の小型化・低背化を狙うには好ましくない。

条件式（６）は第２レンズＬ２の屈折力に関する式である。条件式（６）の下限値を超えて第２レンズＬ２の屈折力が弱すぎるとペッツバール和が大きくなりすぎアンダーの像面彎曲が発生するため好ましくない。また上限値を超えて第２レンズＬ２の屈折力が強すぎると球面収差がオーバー側に補正過剰となり好ましくない。また製造誤差に起因する第２レンズＬ２の偏芯による中心コマ、片ボケ等の発生も課題となってくる。

条件式（７）は第３レンズL3の屈折力に関する式である。条件式（７）の上限値を超えると、第3レンズL3の屈折力が増大してしまい、結果感度も高くなってしまうため好ましくない。特に製造誤差に起因する第3レンズL3の偏芯及び曲率変化による像面湾曲、コマ収差、片ボケなどの発生が顕著となり好ましくない。

更に好ましくは条件式（５），（６），（７）の数値範囲を、
０．６＜ｆ１／ｆ＜０．９ ・・・（５a）
−４．５＜ｆ２／ｆ＜−１．５ ・・・（６a）
ｆ３／ｆ＜−６．５ ・・・（７a）
の如く設定するのが良い。

以下に、実施形態１〜５にそれぞれ対応する数値実施例１〜５の数値データを表１〜表５に示す。各数値実施例において、ｆは焦点距離、ｆｎｏはＦナンバー、ｙ´は光軸から撮像面における最大像高を表す。ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉは第ｉ面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間隔、ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側の２面は水晶ローパスフィルター、保護ガラス等に相当し、設計上設けられたガラスブロックＧである。また、非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、以下の式で表される。但しＲは近軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数、Ｋは円錐定数である。また、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表６に示す。

尚、以上の各実施形態において、開口絞りSPの開口径が固定のときは開口絞りSPを別部材として設けず、第１レンズL1のレンズ保持枠を代用させても良い。また、本発明の撮像レンズにおいては、物体側もしくは像面側に収差変動のあまり影響しない１つ以上のレンズを付加するようにしても良い。さらに、ワイドコンバーターレンズやテレコンバーターレンズ等を物体側もしくは像側に配置しても良い。

以上説明したような特徴を有する本発明の撮像レンズは、撮像素子を用いたデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラ、携帯情報端末搭載カメラといった全長の規制の厳しい撮像装置に適用可能である。特に、携帯電話機等にも搭載可能な好適なレンズ全長および高い光学性能を有することから、デジタル入力機器（カメラ（光学）モジュール）に適している。

図１１および図１２は、本実施形態に係る撮像レンズを採用したカメラ（光学）モジュールを搭載した携帯電話機の一実施形態を示す外観斜視図である。携帯電話機１はいわゆる折り畳み式の携帯電話機として構成されており、図１１は開状態を、図１２は閉状態を示している。

携帯電話機１は、受話筐体２と、送話筐体３とを備え、受話筐体２および送話筐体３は連結部４により開閉可能に連結されている。受話筐体２および送話筐体３は、閉状態で互いに対向する面（正面）側の正面側ケース２ｃ、３ｃと、その背面側の背面側ケース２ｄ、３ｄとをそれぞれ備えている。これらケースは、たとえば樹脂によりそれぞれ一体成形される。

受話筐体２には、正面側に画像を表示するメイン表示部５と、その背面側に画像を表示するサブ表示部６とが、それぞれ各面に沿って設けられている。メイン表示部５およびサブ表示部６は、たとえば液晶表示ディスプレイによって構成される。また、受話筐体２には、背面側ケース２ｄに設けられた開口部２ｅから被写体を撮像するための光学モジュール７と、背面側から発光するストロボ８とが設けられている。

送話筐体３は正面側に操作部９を備えている。操作部９には、テンキーボタン９ａ等の携帯電話機１を操作するための各種ボタンが配置されている。携帯電話機１は、テンキーボタン９ａへの入力操作に応じて、無線通信や光学モジュール７による撮像を行う。

なお、携帯電話機１の内部には、無線通信用の高周波回路やアンテナ、通話用のマイクやスピーカが設けられているが、図示は省略する。

また、同様に図示は省略しているが、操作部９の反対面にはカバーを有し、カバーを開放すると電池収納部があり、電力供給手段としての電池が収納されている。

本実施形態においては、この電池から光学モジュール７の駆動源に電力を供給することで、部品点数の削減、および携帯電話機１の小型化を実現している。

光学モジュール７には、前述したように、本実施形態に係る撮像レンズを採用している。

以下、光学モジュールの構成例について、図１３（Ａ），（Ｂ）、および図１４に関連付けて説明する。

図１３（Ａ）は、光学モジュール７の概観斜視図、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。なお、図１３に設定した直交座標系のｙ軸方向が光軸方向であり、図１３（Ａ）の紙面左下側および図１３（Ｂ）の紙面上方側が物体側（被写体側；図１２の紙面上方側）である。

また、図１４は、本実施形態の撮像レンズが搭載されるレンズユニットの内部構成を物体側（被写体側）からみた斜視図である。

光学モジュール７は、光軸方向において、物体側（被写体側）から順に、被写体側カバー１１、シャッタユニット１２、レンズユニット１４、基板カバー１５および基板１６が積層され、全体形状が光軸方向に薄い薄型直方体に概ね形成されている。

具体的には、被写体側カバー１１、レンズユニット１４、基板カバー１５、基板１６は、光軸方向にみて略同程度の大きさの略矩形状に形成されており、これら各部の側面は全体形状の側面を構成し、被写体側カバー１１および基板１６は全体形状の被写体側の面およびその裏面を構成している。光学モジュール７は比較的小型のモジュールとして構成されており、たとえば、光軸に直交する面の広さは２２ｍｍ×１６ｍｍ、光軸方向の厚さは６．９ｍｍである。

なお、光学モジュール７は、図１３（Ｂ）および図１４に示すように、レンズを光軸方向に駆動するためのモータ１３を内蔵しており、レンズの光軸方向の移動による合焦位置の調整が可能である。

被写体側カバー１１は、全体として矩形の箱体状に形成され、被写体側の板面１１ａと、板面１１ａの外周を囲む側面とを有している。ｘ軸方向の一端側には、被写体側カバー１１の広さの略半分の大きさの矩形状の開口部が開口し、シャッタユニット１２の大部分が露出する。被写体側カバー１１は、たとえば金属により形成されている。なお、光学モジュール７において、被写体側カバー１１は、省略してもよい。

シャッタユニット１２は、外形が、全体としてレンズユニット１４の略半分の広さを有する薄型の略直方体状に形成されている。

シャッタユニット１２のレンズユニット１４側には、光路を中心とする円形の凹部１２ａが設けられており、凹部１２ａには本実施形態の撮像レンズに相当するレンズ群２１が挿入され、凹部１２ａはレンズ群２１の移動領域の一部を規定することも可能である。

モータ１３は、光軸に対してシャッタユニット１２と並列に、すなわち、光軸に直交する方向においてシャッタユニット１２とモータ１３とが配列されるようにレンズユニット１４の被写体側に設けられている。また、モータ１３はレンズ群２１の径方向外側に位置する。

レンズユニット１４は、レンズ群２１と、レンズ群２１を保持するレンズ保持体２２と、レンズ保持体２２をレンズ群２１の光軸方向に移動可能に保持する図示しないレンズ用基体とを備えている。

レンズ群２１は、３枚の光学レンズを含んで構成され、被写体側から第１レンズ２３（図１等の第１レンズL1）、第２レンズ２４（図１等の第２レンズL2）、第３レンズ２５（図１等の第３レンズL3）の順に積層されている。第１レンズ２３、第２レンズ２４、第３レンズ２５は、被写体側から徐々に径が大きくなるように構成されている。なお、単一のレンズがレンズ保持体２２に保持されていてもよい。

レンズ保持体２２は、各レンズ２３、２４、２５がそれぞれ嵌合挿入されるように、階段状に縮径する円形の凹部を有している。当該凹部に第１レンズ２３、第２レンズ２４、第３レンズ２５の順に各レンズが収納されて積層され、さらにリング状のリテーナ２６が積層されるとともに、リテーナ２６がレンズ保持体２２に接着剤等の固定手段により固定されることにより、レンズ群２１はレンズ保持体２２に保持される。レンズ保持体２２は、たとえば樹脂により形成されている。

基板カバー１５は、たとえば樹脂により形成され、全体形状は概ね薄型の直方体である。基板カバー１５には、光路を確保するための開口部１５ａが設けられている。また、基板カバー１５の基板１６側には、基板１６に設けられる各種の部品を収容可能な凹部１５ｂ（図１３（Ｂ）参照）が複数設けられている。なお、基板カバー１５のレンズユニット１４側にはＩＲカットフィルタが設けられている。

基板１６は、硬質の基板材料により剛体の基板として構成され、全体として略矩形状に形成されている。基板１６は、たとえば硬質の樹脂により形成された絶縁層に、パターン層、グランド層、電源層が積層された多層式のプリント基板である。

なお、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）に示すように、基板１６は、光学モジュール７の全体形状における被写体側の反対側の面を構成しており、光学モジュール７が携帯電話機１に実装される際には、たとえば、基板１６の被写体側と反対側の面１６ａが、携帯電話機１の内部に設けられた不図示の基板等の適宜な部材に当接し、携帯電話機１に保持される。フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ２７）には、携帯電話機１の内部に設けられた基板等と接続するためのコネクタ２８が設けられている。

撮像素子２９は、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより形成され、受光した光に応じた信号を出力する。撮像素子２９により出力された信号は、基板１６およびＦＰＣ２７を介して携帯電話機１の表示部用の基板等に設けられた画像処理部に出力されて処理される。そして光像の画像はメイン表示部５またはサブ表示部６に表示される。

この撮像素子２９は、図１等の撮像レンズの撮像素子IPに相当する。

レンズ保持体２２は、レンズ２１の径方向外側に突出する被案内部２２ａ、２２ｂを備えている。被案内部２２ａには貫通孔２２ｃが設けられ、当該貫通孔２２ｃにガイド軸５１が挿通されている。ガイド軸５１は光軸方向に延びてレンズ用基体に固定されており、被案内部２２ａを光軸方向に案内する。被案内部２２ｂは、レンズ用基体に設けられた凹状のレール部に挿入されている。

モータ１３は、たとえばステッピングモータにより構成され、ロータ等を含むモータ本体１３ａと、モータ本体１３ａから延出し、回転駆動される出力軸１３ｂとを有している。モータ本体１３ａはたとえば略円筒形に形成され、出力軸１３ｂは当該円筒形の端面から延出する。

図１４に示すように、モータ本体１３ａは、出力軸１３ｂ方向の長さが出力軸１３ｂに直交する方向の幅よりも大きい。また、モータ本体１３ａの長さと出力軸１３ｂの長さとを積算した長さは、レンズ群２１の径よりも大きく、モータ本体１３ａの出力軸１３ｂに直交する方向の幅はレンズ群２１の光軸方向の厚さよりも小さい（図１３（Ｂ）参照）。

モータ１３は、出力軸１３ｂが、光軸に直交する方向であってシャッタユニット１２との配列方向に対して直交する方向（ｚ軸方向）に沿って延びるように配置されている。すなわち、モータ１３の全体形状における長手方向を光軸に直交に、短手方向を光軸に平行にして配置されている。

モータ本体１３ａのシャッタユニット１２と反対側の側面には、端子フォルダ５２が設けられており、端子フォルダ５２の端子５２ａは、ＦＰＣに接続されている。

モータ１３の動作は、携帯電話機１の不図示の制御部により、ＦＰＣ２７や基板１６、端子フォルダ５２を介して制御される。

図１４に示すように、レンズユニット１４には、モータ１３の出力軸１３ｂの回転を光軸方向の直線運動に変換してレンズ保持体２２に伝達する伝達機構５３が設けられている。

伝達機構５３は、モータ１３の出力軸１３ｂに設けられるウォーム５４と、ウォーム５４と噛合するウォームホイール５５と、ウォームホイール５５と噛合するカムギア５６とを備えている。なお、ウォーム５４、ウォームホイール５５およびカムギア５６は後述するカム部５６ｂを駆動するカム駆動部として機能する。

ウォーム５４とウォームホイール５５とはウォーム歯車装置を構成し、出力軸１３ｂの光軸に直交する軸回りの回転を光軸に平行な軸回りの回転に変換する。すなわち、ウォーム５４は光軸に直交する軸回りに回転し、ウォームホイール５５はウォーム５４により伝達された駆動力により光軸に平行な軸回りに回転する。

また、図１４に示すように、レンズユニット１４には、カムギア５６の回転位置の検出、ひいてはレンズ保持体２２の光軸方向の位置の検出をするための光電センサ６１が設けられている。

カムギア５６は、外周部の一部にギア部５６ａを、外周部の他の一部にカム部５６ｂを備えている。ギア部５６ａおよびカム部５６ｂは、それぞれカムギア５６の略半周に亘って形成されている。ギア部５６ａはウォームホイール５５と噛合し、カムギア５６は光軸に平行な軸回りに回転する。

カム部５６ｂは、カムギア５６の回転軸に直交する面に対して傾斜する、すなわち、光軸に直交する面に傾斜するカム面５６ｃを有している。一方、レンズ保持体２２は、カム面５６ｃに当接する当接部２２ｄを有しており、当接部２２ｄはカムギア５６の回転に伴ってカム面５６ｃに摺動可能である。

このように、本実施形態の撮像レンズは、撮像素子を用いたデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラ、携帯情報端末搭載カメラといった全長の規制の厳しい撮像装置に容易に搭載可能である。

また、本実施形態の撮像レンズは、携帯電話機等にも搭載可能な好適なレンズ全長を有していることはもとより、高い光学性能を有することから、高精度な画像を得ることが可能である。

実施形態１の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態１の撮像レンズの収差図である。 実施形態２の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態２の撮像レンズの収差図である。 実施形態３の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態３の撮像レンズの収差図である。 実施形態４の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態４の撮像レンズの収差図である。 実施形態５の撮像レンズのレンズ断面図である。 実施形態５の撮像レンズの収差図である。 本実施形態に係る撮像レンズを採用したカメラ（光学）モジュールを搭載した携帯電話機の一実施形態を示す外観斜視図であって、開状態を示す図である。 本実施形態に係る撮像レンズを採用したカメラ（光学）モジュールを搭載した携帯電話機の一実施形態を示す外観斜視図であって、閉状態を示す図である。 本実施形態に係る光学モジュールの概観斜視図と断面図である。 本実施形態の撮像レンズが搭載されるレンズユニットの内部構成を物体側（被写体側）からみた斜視図である。

符号の説明

G０ 撮像レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
１ 携帯電話機
７ 光学モジュール

Claims (8)

1. 撮像素子上に像を結像することを対象とした撮像レンズにおいて、
   物体側から像側へ順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有するレンズ系とし、
   前記第1レンズは、物体側または像側のいずれかの有効面の曲率をR、全系の焦点距離をｆとするとき、
   ｜R／ｆ｜＞１．５
   となる条件を満足し、前記有効面に波長透過制限を行う膜を形成することを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記第１レンズは正の屈折力を有し、前記第2レンズは負の屈折力を有し、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１に記載の撮像レンズ。
3. 前記第１レンズはガラス材料、前記第２レンズ及び第３レンズはプラスチック材料で構成され、前記第１レンズの材料のd線における屈折率をN1、アッベ数をν１、前記第２レンズの材料のアッベ数をν２とするとき、
   ν１＞４０．０
   １．４０＜N1＜１．７０
   ν１−ν２≧２０．０
   となる条件を満足し、かつ各レンズの少なくとも１面に非球面を有す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。
4. 前記第1レンズの焦点距離をｆ１、前記第2レンズの焦点距離をｆ２、前記第3レンズの焦点距離をｆ３、全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０.５０＜ｆ１／ｆ＜１.００
   −５.０＜ｆ２／ｆ＜−１.０
   ｆ３／ｆ＜−５．０
   となる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像レンズ。
5. 前記波長透過制限を行う膜は、多層膜で構成され、赤外領域及び／又は紫外領域の波長透過を制限することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像レンズ。
6. 撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズと、
   前記撮像レンズを保持するレンズ保持体と、を有し、
   前記撮像レンズの前記撮像光学系は、物体側から像側へ順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有するレンズ系とし、前記第1レンズは、物体側または像側のいずれかの有効面の曲率をR、全系の焦点距離をｆとするとき、｜R／ｆ｜＞１．５となる条件を満足し、前記有効面に波長透過制限を行う膜を形成することを特徴とする光学モジュール。
7. 光学モジュールと、
   前記光学モジュールを収納する筐体と、を有し、
   前記光学モジュールは、
   撮像素子を対象とした撮像光学系を有する撮像レンズと、
   前記撮像レンズを保持するレンズ保持体と、を有し、
   前記撮像レンズの前記撮像光学系は、物体側から像側へ順に、開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有するレンズ系とし、前記第1レンズは、物体側または像側のいずれかの有効面の曲率をR、全系の焦点距離をｆとするとき、｜R／ｆ｜＞１．５となる条件を満足し、前記有効面に波長透過制限を行う膜を形成することを特徴とする携帯端末。
8. 電力供給手段を有し、前記光学モジュールは前記電力供給手段により電力の供給を受けることを特徴とする請求項７記載の携帯端末。

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