JP2010020126A - 撮像レンズおよびその撮像レンズを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像レンズにおいて、プリント配線基板上へリフロー実装可能な耐熱性と、高い光学性能とを両立させる。
【解決手段】撮像レンズは、最も物体側のレンズ面Ｒ１が凸面をなす正の第１レンズ群１０、最も像側のレンズ面Ｒ８が凹面をなす負の第２レンズ群２０、最も像側のレンズ面Ｒ１２が凸面をなす正の第３レンズ群３０、最も像側のレンズ面Ｒ１６が凹面をなす正または負の第４レンズ群４０を物体側からこの順に備える。これら４つの各群を、平行平面ガラス板とこの平行平面ガラス板上に配された耐熱性を有する樹脂レンズとを一体化して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像レンズおよびその撮像レンズを用いた撮像装置に関するものである。

従来より、撮像レンズとこの撮像レンズにより結像させた光学像を電気信号に変換する撮像素子とからなる撮像装置を内蔵した携帯電話機が知られている。このような撮像装置は、携帯電話機に収容されたプリント配線基板に実装されている。また、プリント配線基板に撮像装置を実装する手法としてはリフロー実装が知られている。このリフロー実装は、プリント配線基板上の撮像装置を実装する個所にあらかじめハンダボールを配置し、そこに撮像装置を配置して加熱しハンダボールを溶融させた後に冷却して、その撮像装置をプリント配線基板上にハンダ付けするものである。

このようなリフロー実装される撮像装置に配設される撮像レンズには耐熱性が要求されるため、通常環境での使用を前提とした撮影レンズとは異なる構成を有するものが検討されている。

例えば、リフロー実装可能な耐熱性を有する撮像レンズとしては、ガラスと耐熱性を有する樹脂とを貼り合わせて一体化させた複合レンズを各群とする３群構成からなる撮像レンズ等が知られている（特許文献１、２参照）。このような３群構成からなる撮像レンズは、例えば、画素数が２メガピクセルであって１ピクセルが５μｍ×５μｍ程度の大きさとなるように構成された撮像素子の受光面上へ被写体の光学像を結像させるときに使用される。
特許３９４６２４５号公報 特公表２００５−５３９２７６号公報

ところで、携帯電話機内蔵カメラの高品質化が求められる中、２メガピクセルよりも多くの画素数からなる受光面を持つ撮像素子に適用するためのより高性能な撮像レンズが求められている。例えば、５メガピクセルの画素数を持ち１ピクセルが２μｍ×２μｍ程度の大きさからなる受光面を持つ撮像素子とこの撮像素子に相応しいより解像度の高い高性能な撮像レンズとを組み合わせた撮像装置をプリント配線基板上へリフロー実装したいという要請がある。

しかしながら、上記のようなガラスと樹脂とを貼り合わせて一体化させてなる耐熱性を有する複合レンズを各群とする３群構成の撮像レンズでは、その光学性能をさらに高めることが難しいという問題がある。

なお、上記問題は、携帯電話機に内蔵された撮像レンズに限らず、プリント配線基板上へリフロー実装する撮像装置の撮像レンズに共通する問題である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐熱性と高い光学性能とを両立させることができ、プリント配線基板上へリフロー実装可能な撮像レンズおよびその撮像レンズを用いた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の撮像レンズは、最も物体側のレンズ面が凸面をなす正の第１レンズ群、最も像側のレンズ面が凹面をなす負の第２レンズ群、最も像側のレンズ面が凸面をなす正の第３レンズ群、および最も像側のレンズ面が凹面をなす正または負の第４レンズ群を物体側から順に備え、各群が、平行平面ガラス板とこの平行平面ガラス板上に配された耐熱性を有する樹脂レンズとを一体化してなるものであることを特徴とするものである。

前記第１レンズ群または第２レンズ群は、絞りが配されたものとすることが望ましい。さらに、絞りの配された第１レンズ群または第２レンズ群は、赤外光カット機能を有するフィルタが配されたものとすることが望ましい。

なお、赤外光カット機能を有するフィルタは、少なくとも赤外光を遮断し可視光を透過させる特性を有するものであればどのようなものであってもよい。この赤外光カット機能を有するフィルタは、薄膜としたり、赤外光を吸収する光学部材とすることができる。

撮像レンズは、Ｔｍｐを第１レンズ群から第４レンズ群の全ての樹脂レンズの中心厚みの平均値とし、Ｔｍｇを第１レンズ群から第４レンズ群の全ての平行平面ガラス板の厚みの平均値としたときに、以下の条件式（１）：０＜Ｔｍｐ／Ｔｍｇ＜１を満足するものとすることが望ましい。

第２レンズ群は、νｄpを樹脂レンズのｄ線に対するアッベ数、νｄgを平行平面ガラス板のｄ線に対するアッベ数としたときに、条件式（２）；νｄp−νｄg＞１５を満足するものとすることが望ましく、条件式（２′）；νｄp−νｄg＞２５を満足するものとすることがより望ましい。

本発明の撮像装置は、上記撮像レンズと、この撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

前記「レンズ面が凸面をなす」とは、レンズ面の中心部が凸面をなすことを意味するものである。また「レンズ面が凹面をなす」とは、レンズ面の中心部が凹面をなすことを意味するものである。

「耐熱性を有する樹脂レンズ」とは、リフロー実装可能な耐熱性を有する樹脂レンズを意味するものである。より具体的には、１２０℃以上の耐熱性を有する樹脂レンズであることが望ましく、１６０℃以上の耐熱性を有する樹脂レンズであることがより望ましい。

前記樹脂レンズは、熱硬化性樹脂材料で形成されたものとすることができる。

前記群は、平行平面ガラス板の両側に耐熱性を有する樹脂レンズを配してそれらを一体化させたものであってもよいし、平行平面ガラス板の片側にのみ耐熱性を有する樹脂レンズを配してそれらを一体化させたものでもよい。

前記群は、平行平面ガラス板と耐熱性を有する樹脂レンズとを直接接合して形成したものとしてもよいし、平行平面ガラス板と耐熱性を有する樹脂レンズとの間に他の光学部材を配して形成したものとしてもよい。

前記開口絞りが配されている群は、平行平面ガラス板と樹脂レンズとの間に光学フィルタおよび開口絞り配してそれらを互に接合してなるものとしてもよい。

なお、光学フィルタは、平行平面ガラス板上に薄膜をコーティングして形成したものとすることが望ましい。

前記開口絞りは、平行平面ガラス板上に薄膜をコーティングして形成したものとしたり、金属材料等からなる薄板からなるものとしてもよい。

本発明の撮像レンズおよびその撮像レンズを用いた撮像装置によれば、第１レンズ群から第４レンズ群の各群を、平行平面ガラス板とこの平行平面ガラス板上に配された耐熱性を有する樹脂レンズとを一体化してなるものとしたので、耐熱性と高い光学性能とを両立させることができる。

すなわち、この撮像レンズは、レンズ構成を４群構成とすることにより、従来の３群構成の撮像レンズよりも光学性能を高めることができ、かつ４群それぞれを平行平面ガラス板上に耐熱性を有する樹脂レンズを配して一体化するように形成したので、リフロー実装可能な耐熱性を有するものとすることができる。

また、第１レンズ群または第２レンズ群を絞りが配されたものとすれば、射出瞳を、受光面からより離れた物体側の位置に定めることができ、受光面上に光学像を結像させるための光線が撮像レンズへ入射するときの入射角を小さくすることができるので、いわゆるテレセントリック性を向上させることができる。

また、絞りの配されたレンズ群を、赤外光カット機能を有するフィルタが配されたものとすれば、受光面へ入射する光路を通る赤外光が赤外光カット機能を有するフィルタへ入射するときの入射角を小さくすることができるので、受光面へ入射する光路を通る赤外光をより確実に遮断することができ、受光面で受光される赤外光の光量をより確実に低減することができる。

また、撮像レンズを、以下の条件式（１）；０＜Ｔｍｐ／Ｔｍｇ＜１を満足するものとすれば、樹脂レンズよりも耐熱性に優れた平行平面ガラス板の使用量を多くすることができるので、この撮像レンズに生じる温度変化に伴う変形や光学物性の変化をより小さくすることができる。これにより、撮像レンズの耐熱性をより高めることができる。

さらに、第２レンズ群を、条件式（２）；νｄp−νｄg＞１５を満足するものとすれば、撮像レンズに生じる色収差の補正をより正確に行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の撮像レンズを搭載した撮像装置の一例を示す断面図である。

図示の撮像装置３００は、後述の撮像レンズ１００と撮像部２００とを備えたものである。

撮像レンズ１００は、最も物体側のレンズ面が光軸上で凸面をなす正のパワーを持つ第１レンズ群１０、最も像側のレンズ面が光軸上で凹面をなす負のパワーを持つ第２レンズ群２０、最も像側のレンズ面が光軸上で凸面をなす正のパワーを持つ第３レンズ群３０、最も像側のレンズ面が光軸上で凹面をなす正または負のパワーを持つ第４レンズ群４０を物体側からこの順に備えている。

第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、第３レンズ群３０、第４レンズ群４０の各群は、平行平面ガラス板とこの平行平面ガラス板上に配された耐熱性を有する樹脂レンズとを積層して一体化させた複合レンズからなるものである。

第１レンズ群１０は、耐熱性を有する樹脂レンズ１１と、開口絞り１４と、赤外光カット機能を有するフィルタである赤外光カットフィルタ１５と、平行平面ガラス板１２と、耐熱性を有する樹脂レンズ１３とを物体側からこの順に積層して一体化したものである。

平行平面ガラス板１２は、透明なガラス材料で形成された平行平面板である。

赤外光カットフィルタ１５は、平行平面ガラス板１２の表面に薄膜をコーティングして形成されたものである。

また、開口絞り１４は、金属材料からなる薄板に開口を設けてなるものである。この開口絞り１４は、平行平面ガラス板１２の表面に形成された赤外光カットフィルタ１５上に接着されて平行平面ガラス板１２と一体化されている。

樹脂レンズ１１は、平行平面ガラス板１２の表面に形成された赤外光カットフィルタ１５上に配した紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させて形成したものである。より詳しくは、この樹脂レンズ１１は、赤外光カットフィルタ１５から開口絞り１４に亘る範囲に配した紫外線硬化樹脂を硬化させて平行平面ガラス板１２と一体化するように形成してなるものである。

樹脂レンズ１３も、平行平面ガラス板１２上に配した紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させてなるものであり、平行平面ガラス板１２と一体化されたものである。

ここで、第１レンズ群１０の最も物体側のレンズ面である樹脂レンズ１１の物体側のレンズ面Ｒ１は、光軸Ｃ１上で凸面をなしている。

第２レンズ群２０は、耐熱性を有する樹脂レンズ２１と、平行平面ガラス板２２と、耐熱性を有する樹脂レンズ２３とを物体側からこの順に配して一体化したものである。

樹脂レンズ２１は、平行平面ガラス板２２の表面に紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させてなるものであり、平行平面ガラス板２２と一体化されたものである。

樹脂レンズ２３も、平行平面ガラス板２２上に配した紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させてなるものであり、平行平面ガラス板２２と一体化されたものである。

上記と同様に、第３レンズ群３０は、耐熱性を有する樹脂レンズ３１と、平行平面ガラス板３２と、耐熱性を有する樹脂レンズ３３とを物体側からこの順に積層して一体化したものである。

ここで、第２レンズ群２０の最も像側のレンズ面である樹脂レンズ２３の像側のレンズ面Ｒ８は、光軸Ｃ１上で凹面をなしている。

樹脂レンズ３１は、平行平面ガラス板３２の表面に紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させて平行平面ガラス板３２と一体化させたものであり、樹脂レンズ３３は、平行平面ガラス板３２上に配した紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させて平行平面ガラス板３２と一体化させたものである。

上記と同様に、第４レンズ群４０は、耐熱性を有する樹脂レンズ４１と、平行平面ガラス板４２と、耐熱性を有する樹脂レンズ４３とを物体側からこの順に積層して一体化したものである。

ここで、第３レンズ群３０の最も像側のレンズ面である樹脂レンズ３３の像側のレンズ面Ｒ１２は、光軸Ｃ１上で凸面をなしている。

樹脂レンズ４１は、平行平面ガラス板４２の表面に紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させて平行平面ガラス板４２と一体化させたものであり、樹脂レンズ４３は、平行平面ガラス板４２上に配した紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させて平行平面ガラス板４２と一体化させたものである。

ここで、第４レンズ群４０の最も像側のレンズ面である樹脂レンズ４３の像側のレンズ面Ｒ１６は、光軸Ｃ１上で凹面をなしている。

撮像部２００は、撮像レンズ１００によって結像させた被写体の光学像を検出する受光面２１１を有する撮像素子２１０と、受光面２１１を保護するためのカバーガラス２２０とを備えている。

次に、表１〜５を参照し、本発明の撮像レンズに係る数値データ等について説明する。

上記表１は撮像レンズのレンズデータを示すものであり、各レンズ群を構成するレンズおよび平行平面ガラス板等に関するデータを示すものである。

この表１には、平行平面ガラス板および樹脂レンズに係る面番号の他にカバーガラスの面番号や結像面（撮像素子の受光面でもある）の面番号等も含めて記載しているが、開口絞り１４および赤外光カットフィルタ１５のデータについては記載していない。赤外光カットフィルタ１５であるコーティング膜の厚みは非常に薄いので無視している。なお、平行平面ガラス板と樹脂レンズの接合面は１つの面番号で示している。

表２は、各樹脂レンズの曲面をなす側のレンズ面の形状（非球面形状）を表す非球面式における各係数Ｋ、Ａ３、Ａ４、Ａ５・・・の値を示すものである。なお、表１中の符号Ｒｉ（ｉ＝１，４・・・）の意味については後述する。

各非球面は下記非球面式により定義される。

表１、２において、レンズ等の光学部材の面番号を物体側から像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）の面番号として示す。このレンズデータの符号Ｒｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）は、図１中のレンズ面を示す符号Ｒｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）と対応している。

表１において、Ｒｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）の面の近軸曲率半径を示し、Ｄｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｃ１上の面間隔を示す。なお、近軸曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、近軸曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

また、Ｎｄｊは物体側から像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、・・・）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。

表３は撮像レンズ全系の焦点距離Ｆａｌｌ、第１〜第４レンズ群それぞれに対応する焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、および、それらのうちの２種類の焦点距離の比率（Fall/f1、Fall/f3・・・等）を示すものである。

表４は、第１〜第４レンズ群の各群における物体側の樹脂レンズの中心厚さの値Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１、Ｔ４１、第１〜第４レンズ群の各群における平行平面ガラス板の厚さの値Ｔ１２、Ｔ２２、Ｔ３２、Ｔ４２、第１〜第４レンズ群の各群における像側の樹脂レンズの中心厚さの値Ｔ１３、Ｔ２３、Ｔ３３、Ｔ４３、撮像レンズ全系における全ての樹脂レンズの中心厚さの平均値Ｔｍｐ、撮像レンズ全系における全ての平行平面ガラス板の厚みの平均値Ｔｍｇ、各平行平面ガラス板の厚みの平均値に対する各樹脂レンズの厚さの平均値の比率Ｈｐｇ（Ｈｐｇ＝Ｔｍｐ／Ｔｍｇ）を示すものである。

ここでは、比率Ｈｐｇの値が約０．３４であり、条件式（１）；０＜（Ｔｍｐ／Ｔｍｇ）＜１を満足している。温度変化に対する寸法の変化や物性値の変化が少ない平行平面ガラス板の使用割合を増大させることにより、より耐熱性に優れた撮像レンズを構成することができるので、比率Ｈｐｇはより小さい値とすることが望ましい。

表５は、第２レンズ群における、平行平面ガラス板のｄ線に対するアッベ数の値νｄg、樹脂レンズのｄ線に対するアッベ数の値νｄp、アッベ数の値νｄgからアッベ数の値νｄpの値を差し引いた差の値νｓ（νｓ＝νｄg−νｄp）を示すものである。ここで、差の値νｓは２０．５である。したがって、条件式（２）；νｓ＝νｄp−νｄg＞１５を満足している。

なお、本発明の撮像素子は、必ずしも、条件式（１）や条件式（２）を満足するように撮像レンズを構成する場合に限定されるものではない。

また、樹脂レンズの材料は、紫外線硬化樹脂に限るものではなく、リフロー実装可能な耐熱性を有する樹脂であればどのような樹脂材料を用いてもよい。

なお、開口絞り１４は上記位置に配される場合に限らず、どのように位置に配してもよいが、第１レンズ群１０または第２レンズ群２０に配することが望ましい。そのようにすることにより、射出瞳を、受光面からより離れた位置に定めることができる。これにより、受光面に光学像を結像させるための光が撮像レンズ１００へ入射するときの入射角度を小さくすることができるので、いわゆるテレセントリック性を向上させることができる。

また、開口絞りと赤外光カットフィルタとを同じ群に配することにより、受光面に入射する光路を伝播する赤外光がこの赤外光カットフィルタへ入射するときの入射角を小さくすることができるので、赤外光を遮断するより優れた作用を奏することができる。

なお、上記実施の形態においては、平行平面ガラス板の両側に樹脂レンズを形成したレンズ群を用いる例を示したが、必ずしもこのような場合に限らず、平行平面ガラス板の片側にのみ樹脂レンズを形成したレンズ群を用いて撮像レンズを構成するようにしてもよい。

上記のように、本発明によれば、耐熱性に優れた高性能な撮像レンズ、およびこのような撮像レンズと撮像素子を備えた撮像装置を得ることができる。また、このような撮像レンズや撮像装置は、プリント配線基板上へリフロー実装して使用される撮像レンズや撮像装置として採用することができる。より詳しくは、このような撮像レンズや撮像装置は、携帯電話機に内蔵して使用される撮像レンズや撮像装置として採用することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズの光学特性、レンズ面の曲率半径、および面間隔などは、上記に示した数値に限定されず、他の値を取り得る。

本発明の実施の形態による撮像レンズおよび撮像装置の概略構成を示す側面図

符号の説明

１０ 第１レンズ群
２０ 第２レンズ群
３０ 第３レンズ群
４０ 第４レンズ群
Ｒ１ レンズ面
Ｒ８ レンズ面
Ｒ１２ レンズ面
Ｒ１６ レンズ面

Claims (7)

1. 最も物体側のレンズ面が凸面をなす正の第１レンズ群、最も像側のレンズ面が凹面をなす負の第２レンズ群、最も像側のレンズ面が凸面をなす正の第３レンズ群、および最も像側のレンズ面が凹面をなす正または負の第４レンズ群を物体側から順に備え、
   各群が、平行平面ガラス板とこの平行平面ガラス板上に配された耐熱性を有する樹脂レンズとを一体化してなるものであることを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記第１レンズ群が、絞りを有するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
3. 前記第２レンズ群が、絞りを有するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
4. 前記絞りの配された前記レンズ群が、赤外光カット機能を有するフィルタを有するものであることを特徴とする請求項２または３記載の撮像レンズ。
5. 以下の条件式（１）を満足するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０＜Ｔｍｐ／Ｔｍｇ＜１・・・ （１）
   ただし、
   Ｔｍｐ：第１レンズ群から第４レンズ群の全ての樹脂レンズの中心厚みの平均値
   Ｔｍｇ：第１レンズ群から第４レンズ群の全ての平行平面ガラス板の厚みの平均値
6. 前記第２レンズ群が、以下の条件式（２）を満足するものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   νｄp−νｄg＞１５・・・ （２）
   νｄp：樹脂レンズのｄ線に対するアッベ数
   νｄg：平行平面ガラス板のｄ線に対するアッベ数
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の撮像レンズと、該撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。

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