JP2009145479A - 撮像レンズユニット及びカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光学長を短くすることができるとともに、高画質画像の撮像を可能にする撮像レンズユニット及びカメラモジュールを提供する。
【解決手段】物体側より、光量絞り１１と、第１レンズ１２と、第１レンズ１２の像側に配置される第２レンズ１３と、を有する撮像レンズユニット１０であって、第１レンズ１２は、物体側に凸の正メニスカスレンズであり、少なくとも一方の面が非球面形状に形成され、第２レンズ１３は、像側に凸の負メニスカスレンズであり、少なくとも一方の面が非球面形状に形成され、第２レンズ１３の有効径内において、第２レンズ１３の像側の面に接する接線と光軸の法線とがなす角の角度の最大値が６５度以上９０度以下となるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像レンズユニット及びカメラモジュールに関するものであり、特に、２枚の撮像レンズからなる撮像レンズユニット及び当該撮像レンズユニットを有するカメラモジュールに関するものである。

近年、撮像素子の小型化が進んでいる。また、撮像素子の小型化に伴い、撮像機器の小型化も進んでいる。そして、カメラモジュールの小型化を実現するため、２枚の撮像レンズからなる撮像レンズユニットの開発が望まれている。しかし、当該撮像レンズユニットを用いた場合、高画質の画像を撮像することが難しかった。

より高画質の画像を撮像するためには、撮像素子に対して、光線が垂直に近い角度で入射することが好ましい。光線が撮像素子に対して垂直に近い角度で入射するためには、通常、バックフォーカスを長く取る必要がある。しかし、バックフォーカスを長くすると、光学長が長くなる。一方、撮像機器の小型化を図るためには、光学長を短くする必要がある。そのため、光学長を短くして撮像機器の小型化を図るとともに、撮像素子に入射する光線の角度を撮像面に対して垂直に近い角度とすることは難しかった。

特許文献１には、全光学系の焦点距離に対する第１レンズの焦点距離を調整することにより、撮像機器の小型化を図る技術が記載されている。
特開２００５−１２１６８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、バックフォーカスが短くなってしまっているため、撮像面に入射する光線の角度が垂直より大きな角度となってしまう。従って、高画質の画像を撮像することができない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光学長を短くすることができるとともに、高画質画像の撮像を可能にする撮像レンズユニット及びカメラモジュールを提供することを目的とする。

本発明にかかる撮像レンズユニットは、物体側より、絞りと、第１のレンズと、前記第１のレンズの像側に配置される第２のレンズと、を有する撮像レンズユニットであって、前記第１のレンズは、物体側に凸の正メニスカスレンズであり、少なくとも一方の面が非球面形状に形成され、前記第２のレンズは、像側に凸のメニスカスレンズであり、少なくとも一方の面が非球面形状に形成され、前記第２のレンズの有効径内において、前記第２のレンズの像側の面に接する接線と光軸の法線とがなす角の角度の最大値が６５度以上９０度以下であるものである。

本発明においては、第２のレンズの有効径内において、前記第２のレンズの像側の面に接する接線と光軸の法線とがなす角の角度の最大値が６５度以上９０度以下となるように第２のレンズの像側の面形状が形成されるので、当該第２のレンズから射出される光線の射出角が小さくなる。これにより、第２のレンズから射出された光線のセンサ入射角を小さくすることができる。即ち、撮像素子に入射する光線の角度を撮像素子に対して垂直に近い角度とすることができる。また、２枚のレンズにより構成されるため、光学長を短くすることができる。よって、光学長を短くすることができるとともに、高画質画像の撮像を可能にする。
ここで、射出角とは、第２のレンズから射出される光線と光軸とがなす角である。また、センサ入射角とは、撮像素子の対角に入射する主光線の入射角である。

また、前記第２のレンズが負のパワーを有することが好ましい。
これにより、射出瞳位置が撮像面から、より遠ざかるため、撮像素子に入射する光線の角度をより垂直にすることができる。よって、良好な画像を得ることができる。

さらに、前記第１のレンズの中心厚をｄ１、前記第２のレンズの中心厚をｄ２とした場合に、以下の数式（１）を満たすことが好ましい。
１．６＜ｄ２／ｄ１＜３・・・・・（１）
これにより、光学長を短くすることができるとともに、撮像素子に入射する光線の光線高さをより高くすることができる。また、第１のレンズの厚みを成形上適当な厚さとすることができる。

さらに、前記第１のレンズの物体側の面の曲率半径をＲ１１、前記第２のレンズの像側の面の曲率半径をＲ１２とした場合に、以下の数式（２）を満たすことが好ましい。
−５＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜−２・・・・・（２）
これにより、第１のレンズにおける像面湾曲及び非点収差と、歪曲収差とのバランスをとることができる。

本発明にかかるカメラモジュールは、上述の撮像レンズユニットを有するものである。
これにより、光学長を短くすることができるとともに、高画質画像を撮像することができる。

本発明により、光学長を短くすることができるとともに、高画質画像の撮像を可能にすることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施の形態にかかるカメラモジュール１００の一例を示したものである。カメラモジュール１００は、撮像レンズユニット１０、カバーガラス１４などを有している。

撮像レンズユニット１０は、光量絞り１１、第１レンズ１２（第１のレンズ）、第２レンズ１３（第２のレンズ）等を備えている。また、物体側から撮像側に向かって、光量絞り１１、第１レンズ１２、第２レンズ１３の順に配置されている。そして、撮像素子１５と第２レンズ１３との間に、カバーガラス１４が配置されている。

カバーガラス１４は、撮像素子１５に可視光以外の光線が入射しないように、ＩＲＣＦ（赤外線カットフィルター）機能等を有している。
また、撮像素子１５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子により構成されている。

第１レンズ１２は、物体側に凸の正メニスカスレンズである。また、第１レンズ１２の少なくとも一方の面は、非球面形状に形成されている。
また、第２レンズ１３は、像側に凸の負メニスカスレンズである。なお、第２レンズ１３の屈折力は正としてもよい。また、第２レンズ１３の少なくとも一方の面は、非球面形状に形成されている。

通常、レンズの表面は、球面形状となるように形成される。しかし、レンズの表面を球面ではない非球面形状に形成することにより、収差を補正するために必要なレンズの枚数を少なくすることができ、光学長を短くすることができる。
具体的には、第１レンズ１２の少なくとも一方の面形状及び第２レンズ１３の少なくとも一方の面形状は、以下に示す数式（３）により規定される。

ここで、Ｙはサグ量、ｃは曲率、Ｋは円錐係数、ｈは光線高さである。また、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４は、それぞれ、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次の非球面係数である。ただし、曲率ｃと曲率半径Ｒとは、ｃ＝１／Ｒを満たす。

また、光量絞り１１を第１レンズ１２の物体側に配置することにより、光量絞り１１から第２レンズ１３までの距離が長くなる。これにより、第２レンズ１３の像側の面１３Ｂ（以下、像側レンズ面１３Ｂと称する。）に入射する光線の光線高さを高くすることができる。

また、第２レンズ１３の像側レンズ面１３Ｂの有効径内において、像側レンズ面１３Ｂに接する接線と光軸の法線とがなす角（以下、接線角と称する。）の角度の最大値が６５度以上９０度以下となるように、第２レンズ１３は形成されている。
ここで、有効径とは、レンズとしての光学的性能を有する範囲の径であり、レンズ非球面形状部分とコバ部分の境界の直径である。また、レンズの有効径より外側の部分は、コバ部分である。
そして、第２レンズ１３の有効径内において、像側レンズ面１３Ｂの接線角の最大値が６５度以上９０度以下となるように、第２レンズ１３を形成することにより、第２レンズ１３の像側レンズ面１３Ｂから射出される光の射出角がより小さくなる。これにより、撮像素子１５に入射する光のセンサ入射角がより小さくなる。好ましくは、第２レンズ１３の有効径内において、第２レンズ１３の像側の面に接する接線と光軸の法線とがなす角の角度の最大値が７０度以上９０度以下であるとよい。さらに好ましくは、第２レンズ１３の有効径内において、第２レンズ１３の像側の面に接する接線と光軸の法線とがなす角の角度の最大値が７５度以上９０度以下であるとよい。
ここで、射出角とは、レンズから射出する光線と光軸とがなす角である。また、センサ入射角とは、撮像素子１５の対角に入射する主光線の入射角である。

図２に、接線角が６０度である場合における第２レンズ１３の像側の面１３Ｂから射出する光線の射出角を示す。また、図３に、接線角が８０度である場合における第２レンズ１３の像側の面１３Ｂから射出する光線の射出角を示す。
図２において、直線Ａは、光線（図２において矢印で示す。）が射出する位置におけるレンズ面の接線である。また、図３において、直線Ｂは、光線（図３において矢印で示す。）が射出する位置におけるレンズ面１３Ｂの接線である。
また、図２、図３において、直線Ｃは、光軸であり、破線Ｄは、光軸に対する法線である。また、一点鎖線は、レンズ面１３Ｂに対する法線である。

ここで、ｎ１をレンズの材料の屈折率、ｎ２を空気の屈折率とする。ｎ１＞ｎ２であるため、レンズ面から射出する光はスネルの法則から、射出角が小さくなる方向に屈折する。図２、図３において、ｎ１＝１．５４、ｎ２＝１．０、入射光線と光軸Ｃとがなす角の角度を４４度とする。図２に示すように、接線角６０度のレンズ面に対する入射角α１は１４度である。また、図３に示すように、接線角８０度のレンズ面に対する入射角β１は、３４度である。そして、スネルの法則により、屈折角α２は、ｎ１×ｓｉｎ（α１）＝ｎ２×ｓｉｎ（α２）より、α２＝２１．９度である。同様にして、図３において、屈折角β２は、５９．４度である。そして、図２より、α２＋α３＝６０度（接線角）であるから、射出角α３＝３８．１度である。同様にして、図３において、射出角β３＝２０．６度である。従って、接線角６０度のレンズ面における射出角α３よりも、接線角８０度のレンズ面における射出角β３の方が、１７．５度小さい。よって、接線角が大きい面を有するレンズ面の方が、射出角をより小さくすることができる。

また、第２レンズ１３は、負のパワーを有する。これにより、射出瞳位置を撮像面から遠ざけることができる。そして、撮像素子１５に入射する光線の角度をより垂直にすることができる。よって、良好な画像を得ることができる。

また、第１レンズ１２の中心厚をｄ１、第２レンズ１３の中心厚をｄ２とした場合、１．６＜ｄ２／ｄ１＜３を満たすように、第１レンズ１２及び第２レンズ１３が形成される。
図４に、第２レンズ１３の中心厚と第２レンズ１３から射出する光線の光線高さとの関係について模式的に示す。図４において、第２レンズ１３の中心厚がｄ２１である場合を破線で示す。また、第２レンズ１３の中心厚がｄ２２（ｄ２１＞ｄ２２）である場合を直線で示す。図４に示すように、第２レンズ１３の中心厚ｄ２が厚いほど、第２レンズ１３から射出する光線の光線高さｈが高くなり、撮像素子１５に入射する光線の角度を撮像面に対して垂直に近い角度とすることができる。

従って、第２レンズ１３の中心厚ｄ２は、厚いほうが好ましい。しかし、第２レンズ１３の中心厚ｄ２を厚くしすぎると、光学長が長くなってしまう。
また、光学長を短くするには、第１レンズ１２の中心厚ｄ１も薄くする必要がある。しかし、第１レンズ１２の中心厚ｄ１を薄くしすぎると、第１レンズ１２のコバ部分が薄くなりすぎてしまい、第１レンズ１２の形成が製造上の問題から困難になる。
よって、ｄ２／ｄ１＞１．６となるように第１レンズ１２及び第２レンズ１３を形成することにより、第２レンズ１３から射出する光線の光線高さｈを確保することができる。また、ｄ２／ｄ１＜３となるように第１レンズ１２及び第２レンズ１３を形成することにより、第１レンズ１２の中心厚ｄ１が薄くなりすぎないため、第１レンズ１２を容易に形成することができる。また、光学長を短くすることができる。

また、１．７５＜ｄ２／ｄ１＜２．８を満たすように、第１レンズ１２及び第２レンズ１３が形成されることが好ましい。さらに、１．９＜ｄ２／ｄ１＜２．５を満たすように、第１レンズ１２及び第２レンズ１３が形成されることが好ましい。ここで、光線高さとは、光軸から光線までの、光軸に対する垂直方向の距離である。

また、第１レンズ１２の物体側の面１２Ａ（以下、物体側レンズ面１２Ａと称する。）の曲率半径をＲ１１、第１レンズ１２の像側の面１２Ｂ（以下、像側レンズ面１２Ｂと称する。）の曲率半径をＲ１２とした場合、以下の数式（２）を満たすように、第１レンズ１２が形成される。
−５＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜−２・・・・・（２）
これにより、第１レンズ１２における像面湾曲及び非点収差と歪曲収差とのバランスをとることができる。

具体的には、（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）の値が−５以下となると、第１レンズ１２の像面湾曲及び非点収差についての光学特性が向上するが、歪曲収差の劣化が著しくなってしまう。また、（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）の値が−２以上となると、第１レンズ１２の歪曲収差についての光学特性が向上するが、像面湾曲及び非点収差の劣化が著しくなってしまう。
さらに、−４＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜−２．５を満たすように第１レンズ１２が形成されることが好ましい。さらにまた、−３．５＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜−３を満たすように第１レンズ１２が形成されることが好ましい。

次に、本発明の実施例１について説明する。図５に、本実施例１にかかるカメラモジュール１０１の側面図を模式的に示す。なお、図５において、物体側より光量絞り１１をＳＴ（ストップ面）、第１レンズ１２の物体側レンズ面１２Ａを第２面、第１レンズ１２の像側レンズ面１２Ｂを第３面、第２レンズ１３の物体側レンズ面１３Ａを第４面、第２レンズ１３の像側レンズ面１３Ｂを第５面、カバーガラス１４の物体側の面を第６面、カバーガラス１４の像側の面を第７面、撮像素子１５の撮像面を第８面とする。なお、本実施例では、レンズ材料として第１レンズ１２、第２レンズ１３共に樹脂を使用しているが、ガラスを用いてもよい。

表１及び表２に、本実施例１にかかるレンズデータを示す。
表１は、実施例１にかかるカメラモジュール１０１のそれぞれの面（ＳＴ、第２面、・・・、第８面）における曲率半径、面間距離、屈折率、及びアッベ数（ａｂｂｅ数）を示している。
表２は、数式（３）で用いられる円錐係数Ｋ、非球面係数Ａ４、・・・、Ａ１４を示す。そして、表１に示す第２面の曲率半径、及び表２に示す第２面の各係数と数式（３）とにより、第１レンズ１２の物体側レンズ面１２Ａの形状が規定される。同様に、表１に示す第３面、第４面、第５面の曲率半径、及び表２に示す第３面、第４面、第５面の各係数と、数式（３）とにより、それぞれ、第１レンズ１２の像側レンズ面１２Ｂ、第２レンズ１３の物体側レンズ面１３Ａ、第２レンズ１３の像側レンズ面１３Ｂの形状が規定される。

また、表３に、実施例１における光学特性値を示す。表３は、実施例１における焦点距離ｆ、Ｆナンバー、対角画角、センサ入射角、接線角θ、ｄ２／ｄ１、（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）を示している。Ｆナンバーは、焦点距離ｆを入射瞳径で割った値である。また、対角画角は、撮像素子１５の対角（像高１００％）に結像することができる画角の最大値である。接線角θは、第２レンズ１３の像側レンズ面１３Ｂの接線角の最大値である。

そして、表３に示すように、接線角θが７１．５度であり、６５度以上であるため、センサ入射角が２６．０度となり、センサ入射角を小さくすることができる。そのため、撮像素子１５に入射する光線の撮像面に対する角度を垂直に近くすることができる。

また、表３に示すように、ｄ２／ｄ１が１．９であるため、第２レンズ１３から射出する光線の光線高さを高くすることができるとともに、第１レンズ１２の中心厚を適度な厚さにすることができる。これにより、第１レンズ１２の成形を容易にすることができる。

また、表３に示すように、（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）が−３．４であるため、第１レンズ１２における像面湾曲及び非点収差と歪曲収差のバランスをとることができる。

図６に、実施例１における各収差を示す。図６（ａ）に球面収差、図６（ｂ）に像面湾曲、図６（ｃ）に歪曲収差を示す。図６（ｂ）においては、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルの像面を表している。
図６に示すように、実施例１にかかる撮像レンズユニット１０によれば、球面収差、像面湾曲、歪曲収差が良好に補正され、カメラモジュール１０１の結像性能を優れたものにすることができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。図７に、本実施例２にかかるカメラモジュール１０２の側面図を模式的に示す。なお、図７に示すように、実施例２にかかるカメラモジュール１０２では、第１レンズ２２、第２レンズ２３以外の構成については実施例１にかかるカメラモジュール１０１と略同一である。そこで、略同一の構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。なお、本実施例では、レンズ材料として第１レンズ２２、第２レンズ２３共に樹脂を使用しているが、ガラスを用いてもよい。

また、実施例１と同様に、図７において、物体側より光量絞り１１をＳＴ（ストップ面）、第１レンズ２２の物体側レンズ面２２Ａを第２面、第１レンズ２２の像側レンズ面２２Ｂを第３面、第２レンズ２３の物体側レンズ面２３Ａを第４面、第２レンズ２３の像側レンズ面２３Ｂを第５面、カバーガラス１４の物体側の面を第６面、カバーガラス１４の像側の面を第７面、撮像素子１５の撮像面を第８面とする。

表４及び表５に、本実施例２にかかるレンズデータを示す。
表４は、実施例２にかかるカメラモジュール１０２のそれぞれの面（ＳＴ、第２面、・・・、第８面）における曲率半径、面間距離、屈折率、及びアッベ数（ａｂｂｅ数）を示している。
表５は、数式（３）で用いられる円錐係数Ｋ、非球面係数Ａ４、・・・、Ａ１４を示す。そして、表４に示す第２面、第３面、第４面、第５面の曲率半径、及び表５に示す第２面、第３面、第４面、第５面の各係数と、数式（３）とにより、それぞれ、第１レンズ２２の物体側レンズ面２２Ａ、第１レンズ２２の像側レンズ面２２Ｂ、第２レンズ２３の物体側レンズ面２３Ａ、第２レンズ２３の像側レンズ面２３Ｂの形状が規定される。

また、表６に、実施例２における光学特性値を示す。表６は、実施例２における焦点距離ｆ、Ｆナンバー、対角画角、センサ入射角、接線角θ、ｄ２／ｄ１、（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）を示している。接線角θは、第２レンズ２３の像側レンズ面２３Ｂの接線角の最大値である。

そして、表６に示すように、実施例２にかかる接線角θは７２．１度であり、表３に示す実施例１にかかる接線角θより大きい。そのため、センサ入射角が２５．９度となり、センサ入射角をさらに小さくすることができる。そのため、撮像素子１５に入射する光線の撮像面に対する角度を垂直にさらに近くすることができる。

また、表６に示すように、ｄ２／ｄ１が２．０であるため、第２レンズ２３から射出する光線の光線高さをさらに高くすることができるとともに、第１レンズ２２の中心厚を適度な厚さにすることができる。これにより、第１レンズ２２の成形を容易にすることができる。

また、表６に示すように、（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）が−３．４であるため、第１レンズ２２における像面湾曲及び非点収差と歪曲収差のバランスをとることができる。

特に、実施例２では、実勢例１と比べて、対角画角が０．６度大きくなっている。通常、対角画角が大きくなると、センサ入射角も大きくなってしまう。しかし、実施例２では、実施例１と比べて、接線角θが０．５度大きくなり、ｄ１／ｄ２も０．１大きくなっているため、センサ入射角を０．１度小さくすることができる。

図８に、実施例２における各収差を示す。図８（ａ）に球面収差、図８（ｂ）に像面湾曲、図８（ｃ）に歪曲収差を示す。図８（ｂ）においては、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルの像面を表している。
図８に示すように、実施例２にかかる撮像レンズユニット２０によれば、球面収差、像面湾曲、歪曲収差が良好に補正され、カメラモジュール１０２の結像性能を優れたものにすることができる。

本発明の実施の形態にかかるカメラモジュールの一例を示したものである。 接線角が６０度であるレンズ面を通過する光線を説明する図である。 接線角が８０度であるレンズ面を通過する光線を説明する図である。 レンズの中心厚と当該レンズから射出する光線の光線高さとを説明する図である。 本発明の実施例１にかかるカメラモジュールを模式的に示す側面図である。 本発明の実施例１における球面収差を示す図（図６（ａ））、像面湾曲を示す図（図６（ｂ））、歪曲収差を示す図（図６（ｃ））である。 本発明の実施例２にかかるカメラモジュールを模式的に示す側面図である。 本発明の実施例２における球面収差を示す図（図８（ａ））、像面湾曲を示す図（図８（ｂ））、歪曲収差を示す図（図８（ｃ））である。

符号の説明

１１ 光量絞り（絞り）
１０、２０ 撮像レンズユニット
１２、２２ 第１レンズ（第１のレンズ）
１３、２３ 第２レンズ（第２のレンズ）
１００、１０１、１０２ カメラモジュール

Claims (5)

1. 物体側より、絞りと、第１のレンズと、前記第１のレンズの像側に配置される第２のレンズと、を有する撮像レンズユニットであって、
   前記第１のレンズは、物体側に凸の正メニスカスレンズであり、少なくとも一方の面が非球面形状に形成され、
   前記第２のレンズは、像側に凸のメニスカスレンズであり、少なくとも一方の面が非球面形状に形成され、
   前記第２のレンズの有効径内において、前記第２のレンズの像側の面に接する接線と光軸の法線とがなす角の角度の最大値が６５度以上９０度以下である撮像レンズユニット。
2. 前記第２のレンズが負のパワーを有する請求項１に記載の撮像レンズユニット。
3. 前記第１のレンズの中心厚をｄ１、前記第２のレンズの中心厚をｄ２とした場合に、以下の数式（１）を満たす請求項１又は２に記載の撮像レンズユニット。
   １．６＜ｄ２／ｄ１＜３・・・・・（１）
4. 前記第１のレンズの物体側の面の曲率半径をＲ１１、前記第２のレンズの像側の面の曲率半径をＲ１２とした場合に、以下の数式（２）を満たす請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像レンズユニット。
   −５＜（Ｒ１１＋Ｒ１２）／（Ｒ１１−Ｒ１２）＜−２・・・・・（２）
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像レンズユニットを有するカメラモジュール。

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