JP2008145804A

JP2008145804A - 撮像レンズ及びそれを用いた携帯端末装置

Info

Publication number: JP2008145804A
Application number: JP2006334059A
Authority: JP
Inventors: Takuya Imaoka; 卓也今岡; Hiroshi Nishizawa; 宏西澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】レンズ全長が小型で、かつ非点収差が補正できる撮像レンズを提供する。
【解決手段】本発明の撮像レンズは、被写体からの光の入射側より順に、開口絞り１と、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズ２と、負の屈折力を有し光の入射側に凹面を向けた第２レンズ３とを備え、光軸を中心とする像高７０％の範囲内において、第２レンズ３を通過する主光線の入射角θｉｎと射出角θｏｕｔが、｜θｏｕｔ−θｉｎ｜＜５［度］を満たす構成を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像レンズに関し、特に携帯電話装置やデジタルスチルカメラ等の携帯情報端末装置に搭載される撮像レンズに関する。

近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の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ユニットの高性能化、小型化に伴い、撮像ユニットを備えた携帯電話やパーソナルコンピューターが普及しつつある。これらの撮像ユニットに搭載される撮像レンズには、さらなる小型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、一般的に、単玉レンズに比べて高性能化が可能な２枚レンズが適している。レンズ全長小型化の要求から、被写体からの光が入射する側に正のレンズを配置した正レンズ先行の２枚構成の撮像レンズが知られている。２枚レンズの撮像レンズは、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２００４−１４５１８３号公報

しかしながら、上記した従来の撮像レンズは、Ｆナンバーが２．８程度と明るく、かつレンズ全長の小型化が達成されているものの、非点収差が大きく、１００万画素を越える高画素の撮像素子で使用する場合に性能が十分でないという問題を有していた。

本発明は、上記背景に鑑み、レンズ全長が小型で、かつ非点収差を補正できる撮像レンズを提供することを目的とする。

本発明の撮像レンズは、被写体からの光の入射側より順に、開口絞りと、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、負の屈折力を有し光の入射側に凹面を向けた第２レンズとを備え、光軸を中心とする像高７０％の範囲内において、前記第２レンズを通過する主光線の入射角θｉｎと射出角θｏｕｔが、｜θｏｕｔ−θｉｎ｜＜５［度］を満たす構成を有する。

この構成により、入射角と射出角の差を５度以下とすることによってレンズ全長を短くするとともに、非点収差を補正することができる。

本発明の撮像レンズは、前記第１レンズまたは前記第２のレンズの一方若しくは両方が非球面レンズである構成を有する。

この構成により、より良好な収差補正ができる。

本発明の撮像レンズは、前記第２レンズが球面レンズである構成を有する。

この構成により、安価な撮像レンズを実現できる。

本発明の撮像レンズは、前記第１レンズが赤外線吸収型レンズである構成を有する。

この構成により、入射角によらずに赤外光を適切に制限できるので、良好な画質が得られる。

本発明の撮像装置は、上記撮像レンズを備えた構成を有する。

この構成により、小型化かつ高画素の撮像装置を提供できる。

本発明の携帯端末装置は、上記の撮像装置を備えた構成を有する。

前記撮像装置を携帯端末装置に備えることにより、小型かつ高性能な携帯端末装置を得ることができる。

本発明の撮像レンズによれば、レンズ枚数が２枚でかつ小型でありながら、非点収差がよく補正され、１００万画素以上の高画素の撮像素子でも十分な性能を有することができる。

図１は、本発明の実施の形態における撮像装置７の構成を示す断面図である。撮像装置７は、入射光を所要の電気信号に変換するための半導体による撮像素子５と、撮像素子５の入射面側に設けられた撮像レンズ６を備えている。図１では、左側に被写体が位置するものとし、右側に撮像素子５が位置している。撮像素子５には、画素サイズが２．２μｍで１３０万画素を有するＳＸＧＡ型のＣＭＯＳ撮像素子を用いる。

撮像レンズ６は、左側から開口絞り１、第１レンズ２、第２レンズ３、カバーガラス４を備えている。

第１レンズ２に形成される非球面の形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＹ方向をとり、光線の進行方向を正とし、κ（円錐定数）、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を非球面係数としたとき次式で表される形状である。

第１レンズ２および第２レンズ３の材質は、プラスチックを用いてもよいし、ガラスを用いてもよい。ガラスを用いた場合、耐熱性を向上できるので、リフロー炉を通せるように変更も可能である。ガラスを用いて非球面レンズを作る場合には、硝材をリヒートして金型でプレスして作られる。

第１レンズ２は、２価の銅イオンをドープすることにより、赤外光を吸収できるように構成してある。赤外線吸収型のレンズは、カットオフの半値波長が入射角によって変化しないというメリットがある。

第２レンズ３は、球面レンズであり、リフロー対応のためにガラスを用いるときには研磨により作成できるので、コストを抑えることができる。カバーガラス４は平行平面板で表面に反射防止膜が設けられている。

第１レンズ２に赤外吸収材料を用いない場合には、カバーガラス４の表面に誘電体による多層膜を設けて反射型の赤外光吸収させる構成を採用することも可能である。

図１において、主光線Ｌは開口絞り１の中心をとおり像高Ｈに入射する光線を示している。主光線Ｌが第２レンズ３に入射する角度をθｉｎ、また射出する角度をθｏｕｔとする。

以下の説明において、ｆは撮像レンズ６における全系の焦点距離、ＦはＦナンバー、２ωは画角、ｒは撮影曲率半径、ｄはレンズ面間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはアッベ数を示す。また、開口絞り１（第１面）から第１レンズ２の被写体側の面（第２面）までの光軸上の距離をｄ１、第１レンズ２の被写体側の面（第２面）から像面側の面（第３面）までの光軸上の距離をｄ２、第１レンズ２の像面側の面（第３面）から第２レンズ３の被写体側の面（第４面）までの光軸上の距離をｄ３、第２レンズ３の被写体側の面（第４面）から第２レンズ３の像面側の面（第５面）までの光軸上の距離をｄ４、第２レンズ３の像面側の面（第５面）からカバーガラス４の被写体側の面（第６面）までの光軸上の距離をｄ５、カバーガラス４の厚みをｄ６、カバーガラス４の像面側の面（第７面）から撮像素子５までの距離をｄ７とする。

本実施の形態の撮像レンズの具体的設計のパラメータを以下に示す。
ｆ＝３．１３Ｆ＝４．０２ω＝６０．８°

下表は、第１レンズ２の非球面形状を表す式（１）のパラメータを示す。

図２は、本実施の形態の第２レンズ３の入射角θｉｎ、射出角θｏｕｔの特性を示す図である。横軸は、撮像素子の撮像領域の対角の半分の長さに対する像高の割合を示す。縦軸は、｜θｏｕｔ−θｉｎ｜の値を示す。図２に示すように、光軸を中心とする像高７０％の範囲内で｜θｏｕｔ−θｉｎ｜を５度未満にする。なお、「光軸を中心とする像高７０％の範囲内」とは、撮像素子の撮像領域の対角の半分の長さに対して像高が７０％以内となるように、第２レンズ３に光が入射する範囲を意味する。
以上、本実施の形態の撮像レンズ６および撮像装置７の構成について説明した。

図３は、本実施の形態における撮像レンズ６の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す収差図を示す図である。図３に見られるように、本実施の形態の撮像レンズ６は、非点収差を低減できる。

非点収差は撮像した際に周辺部分においてボケが発生するように写るために何となくボケを感じるものである。この理由は、サジタルとメリジオナルの方向によってそれぞれのフォーカス位置に差が生じるために、方向性により解像度が変化することが原因でボケが目立つためである。評価には、点光源のチャートなどを撮影し、その点がどれほどぼんやり写ったり、形状がいびつになったりしているかを評価することでできる。

アスペクト比が３：４である画面を用いて非点収差による画質の比較を行った。比較のために、非点収差を変化させて、撮像した画像を被験者に見比べてもらった。画面のアスペクト比が３：４であるので画面の鉛直端が像高６０％に相当し、水平端が像高８０％に相当する。そこでこの両端の中間位置として像高７０％に相当する部分における位置でボケを判断することとした。この実験により、像高で７０％のところにおける非点収差がフォーカス位置で０．１ｍｍを超えると画質が劣化したと判断できることがわかった。本実施の形態においては、像高８０％程度まで非点収差を０．１ｍｍ以下にでき、十分に収差補正できており、１００万画素以上の撮像素子に十分対応できる光学性能を有している。さらなる実験により、非点収差が０．０５ｍｍであるときに画質の劣化がないことが判明した。また、好ましくは、非点収差が０．０３ｍｍ程度以下であることが望ましい。

以上、本発明の撮像レンズについて、実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されない。

上記した実施の形態における撮像素子５は、画素サイズが２．２μｍで１３０万画素を有するＳＸＧＡ型のＣＭＯＳ撮像素子を用いているが、１００万画素以上の撮像素子を有する撮像装置に対する小型化に特に有効である。

上記した実施の形態では、第１レンズ２として非球面レンズを用いる例について説明したが、第１レンズ２として球面レンズを用いてもよい。また、第２レンズ３として球面レンズを用いる例について説明したが、第２レンズ３として非球面レンズを用いてもよい。

上記した本実施の形態では、可視光以外を光の透過を制限するカバーガラス４を用いたが、赤外光や、紫外光を制限するカバーガラスを用いたり、カバーガラス４をなくした構成としてもよい。

また、本発明は、上記した実施の形態の撮像装置７を公知の携帯端末装置８に搭載してもよい。これにより、高画素で性能のよい画像を撮影する携帯端末装置を実現することが可能になる。

本発明の撮像レンズは小型でありながらが良好な画質が得られるために高画素撮像装置の小型化に有効である。また、本発明による撮像レンズを用いた撮像装置を携帯端末装置に搭載すれば、小型でしかも画質の良い利便性の高い携帯端末装置の用途に有用である。

本実施の形態における撮像レンズの構成を示す断面図本実施の形態における撮像レンズの像高に対するθｏｕｔ−θｉｎを示す図本実施の形態における撮像レンズの収差図本実施の形態における撮像装置の斜視図（ａ）本実施の形態における撮像装置７を備えた携帯端末としての携帯電話８の正面図（ｂ）本実施の形態における撮像装置７を備えた携帯端末としての携帯電話８の背面図

符号の説明

１開口絞り
２第１レンズ
３第２レンズ
４カバーガラス
５撮像素子
６撮像レンズ
７撮像装置
８携帯端末装置

Claims

被写体からの光の入射側より順に、開口絞りと、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、負の屈折力を有し光の入射側に凹面を向けた第２レンズとを備え、
光軸を中心とする像高７０％の範囲内において、前記第２レンズを通過する主光線の入射角θｉｎと射出角θｏｕｔが、
｜θｏｕｔ−θｉｎ｜＜５［度］
を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
前記第１レンズが非球面レンズ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２レンズが非球面レンズ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２レンズが球面レンズ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１レンズが赤外線吸収型レンズであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の撮像レンズ。
請求項１〜５のいずれかに記載の撮像レンズを備えた撮像装置。
請求項６に記載の撮像装置を備えた携帯端末装置。