JP2011175029A - 撮像レンズおよび撮像モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】解像性能が全体的に良好な撮像レンズを実現する。
【解決手段】本発明に係る撮像レンズは、光学有効径において回転対称形状である撮像レンズであって、サジタル方向およびタンジェンシャル方向の少なくともいずれかにおいて、像高がゼロより大きい周辺領域におけるＭＴＦ値の最大が、像高がゼロである中心領域におけるＭＴＦ値よりも大きくなる条件を満たすように、像高−ＭＴＦ特性が設計されている。これにより、製造公差による製品性能のバラツキが生じても、製品の解像性能を全体的に良好に維持することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯端末のデジタルカメラ等に搭載される、撮像レンズおよび撮像モジュールに関する発明である。

従来より、撮像レンズおよび固体撮像素子を備える撮像モジュールを内蔵した、コンパクトなデジタルカメラおよびデジタルビデオユニット等が、種々開発されている。一般に、光学有効径において回転対称形状である撮像レンズは、像高がゼロである中心領域におけるＭＴＦ値が最大となるように設計される（例えば、特許文献１）。

図４は、従来の撮像レンズの像高−ＭＴＦ特性を示すグラフである。実線で示すように、撮像レンズのＭＴＦ値は、像高がゼロの中心領域において最大であり、像高が大きくなるほど低下するように設計される。これにより、中心領域の解像性能が良好な撮像レンズを実現することができる。

特開２００５−３４５７１３号公報（２００５年１２月１５日公開）

ここで、実際の撮像レンズの製品では、製造時のレンズ偏芯により、一般的に周辺領域ほど解像性能が劣化する。図４のグラフにおける破線は、実際のＭＴＦ値が設計値に対して像高×０．２の低下を生じる場合の、実際の製品における像高に対するＭＴＦ値を示している。実際のＭＴＦ値は、中心領域において最大となり（０．５５）、周辺領域では、設計値よりも著しく低下している。このように、撮像レンズの製品では、周辺領域の解像性能の劣化が非常に大きくなる。

特に、情報携帯端末および携帯電話機等の携帯端末が普及している近年、新興国向けの普及機となる携帯電話機に搭載されるカメラモジュール、および、携帯端末のサブカメラに搭載される撮像モジュールに対しては、簡易な構成およびプロセス技術を実現することによる、低価格化が要求されている。この要求を満足するためには、レンズの構成枚数を従来よりも削減する必要がある。

しかしながら、レンズの構成枚数を削減すると、収差を十分に補正できない。さらに、上記のように、撮像レンズの製品では、周辺領域の解像性能の劣化が大きいため、製造誤差に対する余裕が不足してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑みて為された発明であり、その目的は、解像性能が全体的に良好な撮像レンズを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る撮像レンズは、光学有効径において回転対称形状である撮像レンズであって、サジタル方向およびタンジェンシャル方向の少なくともいずれかにおいて、像高がゼロより大きい周辺領域におけるＭＴＦ値の最大が、像高がゼロである中心領域におけるＭＴＦ値よりも大きくなる条件を満たすように、像高−ＭＴＦ特性が設計されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、周辺領域におけるＭＴＦ値の最大が中心領域におけるＭＴＦ値よりも大きくなるように設計されており、製造時のレンズ偏芯によるＭＴＦ値の低下は、中心領域よりも周辺領域のほうが大きいので、中心領域におけるＭＴＦ値を最大とする従来設計に比べ、実際の製品における像高の増大に対するＭＴＦ値の低下を抑えることができる。すなわち、製造公差による製品性能のバラツキが生じても、製品の解像性能を全体的に良好に維持することができる。したがって、解像性能が全体的に良好な撮像レンズを提供することができる。

本発明に係る撮像レンズでは、中心領域におけるＭＴＦ値が０．４以上となる空間周波数領域において、上記条件を満たす像高−ＭＴＦ特性となるように設計されていることが好ましい。

中心領域のＭＴＦ値が０．４以下となる空間周波数領域では、撮像モジュールに求められる解像性能に関与しない領域を含む可能性があるので、上記のような構成としても、画質への影響は少ない。したがって、撮像レンズの像高−ＭＴＦ特性の設計がさらに容易になる。

本発明に係る撮像レンズでは、さらに、像高が０．２以上かつ０．７以下の領域におけるＭＴＦ値の最大が、中心領域におけるＭＴＦ値よりも０．０５以上大きくなるように設計されていることが好ましい。

像高が０．２以上かつ０．７以下の領域は、画像の見栄えを決定する重要な領域であるので、上記の構成とすることにより、解像性能のバランスをより良好にすることができる。

本発明に係る撮像レンズでは、サジタル方向およびタンジェンシャル方向の両方において、上記条件を満たすように設計されていることが好ましい。

上記の構成によれば、解像性能のバランスをさらに全体的に良好にすることが可能となる。

本発明に係る撮像レンズでは、非球面を有することが好ましい。

上記の構成によれば、非球面係数によって上記のような像高−ＭＴＦ特性を容易に実現することができる。

本発明に係る撮像レンズでは、１枚〜４枚のレンズで構成されることが好ましい。

上記の構成によれば、撮像レンズを構成する各レンズとして、収差のとりきれていない廉価なレンズを用いることができる。

本発明に係る撮像モジュールは、上記の撮像レンズと、当該撮像レンズによって結像された光を受けて光電変換する撮像素子とを備えた撮像モジュールであって、上記撮像レンズと上記撮像素子との相対位置を調整するフォーカス調整機構を有していないことを特徴としている。

上記の構成によれば、撮像モジュールを簡単に構成できるので、安価で優れた性能を有する製品を提供できる。

本発明に係る撮像モジュールは、上記の撮像レンズと、当該撮像レンズによって結像された光を受けて光電変換する撮像素子と、上記撮像レンズと上記撮像素子との相対位置を調整するフォーカス調整機構とを備えた撮像モジュールであって、上記撮像レンズは、当該撮像レンズから上記撮像素子に向かう方向に対して凹状の像面湾曲を有しており、上記フォーカス調整機構は、上記撮像レンズの像面が、上記中心領域の最良像面位置よりも被写体側に位置するように、上記相対位置を調整することを特徴としている。

本発明に係る撮像モジュールは、上記の撮像レンズと、当該撮像レンズによって結像された光を受けて光電変換する撮像素子と、上記撮像レンズと上記撮像素子との相対位置を調整するフォーカス調整機構とを備えた撮像モジュールであって、上記撮像レンズは、当該撮像レンズから上記撮像素子に向かう方向に対して凸状の像面湾曲を有しており、上記フォーカス調整機構は、上記撮像レンズの像面が、上記中心領域の最良像面位置よりも被写体側の反対側に位置するように、上記相対位置を調整することを特徴としている。

上記の構成によれば、撮像レンズの像面を中心領域の最良像面位置からずらすことにより、中心領域よりも周辺領域にピントが合うよう調整される。このように、像面湾曲を利用した設計のフォーカス調整によって、上記のような像高−ＭＴＦ特性を有する撮像レンズを容易に実現することができる。

以上のように、本発明に係る撮像レンズは、光学有効径において回転対称形状である撮像レンズであって、サジタル方向およびタンジェンシャル方向の少なくともいずれかにおいて、像高がゼロより大きい周辺領域におけるＭＴＦ値の最大が、像高がゼロである中心領域におけるＭＴＦ値よりも大きくなる条件を満たすように、像高−ＭＴＦ特性が設計されているので、解像性能が全体的に良好な撮像レンズを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る撮像モジュールの概略構成を示す図である。 図１に示す撮像モジュールの撮像レンズの具体的な構成の一例を示す断面図である。 上記撮像レンズの像高−ＭＴＦ特性を示すグラフである。 従来の撮像レンズの像高−ＭＴＦ特性を示すグラフである。

本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。

（撮像モジュールの構成）
図１は、本実施形態に係る撮像モジュール（カメラモジュール、レンズモジュール）１の概略構成を示す図である。撮像モジュール１は、撮像レンズ１０およびセンサ（撮像素子）１１を備えている。

撮像レンズ１０は、撮像モジュール１により撮影を行う対象となる被写体を、像面において結像するものである。センサ１１は、撮像レンズ１０が結像された光を受けて光電変換して電気信号を出力することで、図示しない表示装置に被写体を表示可能とする撮像素子である。センサ１１としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）およびＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）等に代表される、固体撮像素子等が使用可能である。センサ１１が設けられる位置２は、至近距離の被写体５からの白色光に対する撮像レンズ１０の最良像面位置３から、無限遠の被写体６からの白色光に対する撮像レンズ１０の最良像面位置４までの範囲内にある。最良像面位置とは、光の集中度、または、解像力が最大の結像面の位置を意味する。撮像レンズ１０とセンサ１１との相対位置は、図示しないフォーカス調整機構によって調整される。

（撮像レンズの構成）
図２は、撮像レンズ１０の具体的な構成の一例を示す断面図である。撮像レンズ１０は、レンズＰＬ１およびカバーガラスＣＧを備えている。レンズＰＬ１における、結像を行う対象となる物体側の面（物体側面）はＳ１であり、撮像レンズ１０の像面側の面（像側面）はＳ２である。撮像レンズ１０の像面はＳ３であり、センサ位置２（図１参照）に対応している。

上記のように構成される撮像レンズ１０は、光学有効径において回転対称形状である撮像レンズであって、像高−ＭＴＦ特性が以下のように設計されている。すなわち、像高が０．２以上かつ０．７以下の領域におけるＭＴＦ値の最大が、像高がゼロである中心領域におけるＭＴＦ値よりも０．０５以上大きくなるように設計されている。

（撮像レンズの像高−ＭＴＦ特性）
図３は、本実施形態に係る撮像レンズ１０の像高−ＭＴＦ特性を示すグラフである。実線は、像高に対するＭＴＦの設計値を示しており、像高が０．２以上かつ０．７以下の領域におけるＭＴＦ値の最大（０．５８）が、中心領域におけるＭＴＦ値（０．５０）より０．０５以上大きくなっている。

これに対し、破線は、製造時のレンズ偏芯により、実際のＭＴＦ値が設計値に対して像高×０．２の低下を生じる場合の、実際の製品における像高に対するＭＴＦ値を示している。図４のグラフにおける破線と比較すると、中心領域の解像性能に関しては、従来構成のほうが優れているが、周辺領域の解像性能に関しては、本実施形態では、像高が０．５までの領域において中心領域の解像性能と変わらず、像高が概ね０．７の領域まで、良好な解像性能を維持していることが分かる。

特に、像高が０．２〜０．７の領域は、画像の見栄えを決定する重要な領域であるので、この領域におけるＭＴＦ値を中心領域のＭＴＦ値よりも高く設計することが望ましい。このような設計により、中心領域の解像性能は、従来構成よりも若干低下するが、中心領域では、製造時のレンズ偏芯によるＭＴＦ値の低下がほとんど生じないので、画像全体として解像性能バランスの良好な撮像レンズを実現することができる。

このように、周辺領域におけるＭＴＦ値の最大が、中心領域におけるＭＴＦ値よりも大きくなるように周辺バランスを考慮して設計することで、製造公差による製品性能のバラツキが生じても、製品の性能分布の中心値の優れた製品を得ることができる。

このような像高−ＭＴＦ特性を有する撮像レンズは、例えば、像面湾曲を利用した設計のフォーカス調整によって実現できる。像面湾曲とは、平面物体が、平面よりもむしろ湾曲した面に結像したような状態になるレンズの収差である。本実施形態に係る撮像レンズ１０では、画像の周辺部にピントが合うように、レンズＰＬ１と像面Ｓ３との相対位置を調整する。

具体的には、撮像レンズ１０が、撮像レンズ１０からセンサ１１に向かう方向に対して凹状の像面湾曲を有している場合、フォーカス調整機構は、撮像レンズ１０の像面が、撮像レンズ１０の中心領域の最良像面位置よりも被写体側に位置するように、撮像レンズ１０とセンサ１１との相対位置を調整する。反対に、撮像レンズ１０が、撮像レンズ１０からセンサ１１に向かう方向に対して凸状の像面湾曲を有している場合、フォーカス調整機構は、撮像レンズ１０の像面が、撮像レンズ１０の中心領域の最良像面位置よりも被写体側の反対側に位置するように、撮像レンズ１０とセンサ１１との相対位置を調整する。

（変形例）
また、像面湾曲を利用した設計のフォーカス調整の代わりに、レンズＰＬ１の像面湾曲を抑えた状態で、レンズＰＬ１の物体側面Ｓ１または像側面Ｓ２を非球面とすることで、図３に示す像高−ＭＴＦ特性を実現してもよい。

さらに、図１に示す撮像モジュール１は、撮像レンズ１０とセンサ１１との相対位置を調整するフォーカス調整機構（フォーカス調整工程）を備えていなくてもよい。これにより、撮像モジュール１を簡単に構成できるので、安価で優れた性能を有する製品を提供できる。

また、本実施形態では、１枚のレンズで撮像レンズを構成していたが、２〜４枚のレンズで撮像レンズを構成してもよい。この場合、撮像レンズ１０を構成する各レンズとして、収差のとりきれていない廉価なレンズを用いることができる。

なお、中心領域のＭＴＦ値が０．４以下となる空間周波数領域では、撮像モジュールに求められる解像性能に関与しない領域を含む可能性があるので、本実施形態に係る撮像レンズ１０は、中心領域のＭＴＦ値が０．４以上となる空間周波数領域において、図３に示す像高−ＭＴＦ特性を示すように設計してもよい。また、撮像レンズ１０は、サジタル方向およびタンジェンシャル方向の両方において、図３に示す像高−ＭＴＦ特性を示すように設計することが望ましいが、サジタル方向およびタンジェンシャル方向のいずれかにおいて、当該特性を示すように設計してもよい。

さらに、本実施形態に係る撮像レンズ１０は、像高が０．２以上かつ０．７以下の領域におけるＭＴＦ値の最大が、像高がゼロである中心領域におけるＭＴＦ値よりも０．０５以上大きくなるように設計されていたが、周辺領域におけるＭＴＦ値の最大が中心領域におけるＭＴＦ値よりも大きくなるように像高−ＭＴＦ特性が設計されていれば、これに限らない。当該設計であっても、従来構成に比べ、解像性能が全体的に良好な撮像レンズを実現することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、携帯端末に内蔵されるデジタルカメラやデジタルビデオユニット等のコンパクトな撮像装置に好適である。

１ 撮像モジュール
２ センサ位置
３ 最良像面位置
４ 最良像面位置
５ 被写体
６ 被写体
１０ 撮像レンズ
１１ センサ（撮像素子）
ＣＧ カバーガラス
ＰＬ１ レンズ
Ｓ１ 物体側面
Ｓ２ 像側面
Ｓ３ 像面

Claims (9)

1. 光学有効径において回転対称形状である撮像レンズであって、
   サジタル方向およびタンジェンシャル方向の少なくともいずれかにおいて、像高がゼロより大きい周辺領域におけるＭＴＦ値の最大が、像高がゼロである中心領域におけるＭＴＦ値よりも大きくなる条件を満たすように、像高−ＭＴＦ特性が設計されていることを特徴とする撮像レンズ。
2. 中心領域におけるＭＴＦ値が０．４以上となる空間周波数領域において、上記条件を満たす像高−ＭＴＦ特性となるように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
3. さらに、像高が０．２以上かつ０．７以下の領域におけるＭＴＦ値の最大が、中心領域におけるＭＴＦ値よりも０．０５以上大きくなるように設計されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像レンズ。
4. サジタル方向およびタンジェンシャル方向の両方において、上記条件を満たすように設計されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の撮像レンズ。
5. 非球面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
6. １枚〜４枚のレンズで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像レンズと、当該撮像レンズによって結像された光を受けて光電変換する撮像素子とを備えた撮像モジュールであって、
   上記撮像レンズと上記撮像素子との相対位置を調整するフォーカス調整機構を有していないことを特徴とする撮像モジュール。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像レンズと、当該撮像レンズによって結像された光を受けて光電変換する撮像素子と、上記撮像レンズと上記撮像素子との相対位置を調整するフォーカス調整機構とを備えた撮像モジュールであって、
   上記撮像レンズは、当該撮像レンズから上記撮像素子に向かう方向に対して凹状の像面湾曲を有しており、
   上記フォーカス調整機構は、上記撮像レンズの像面が、上記中心領域の最良像面位置よりも被写体側に位置するように、上記相対位置を調整することを特徴とする撮像モジュール。
9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像レンズと、当該撮像レンズによって結像された光を受けて光電変換する撮像素子と、上記撮像レンズと上記撮像素子との相対位置を調整するフォーカス調整機構とを備えた撮像モジュールであって、
   上記撮像レンズは、当該撮像レンズから上記撮像素子に向かう方向に対して凸状の像面湾曲を有しており、
   上記フォーカス調整機構は、上記撮像レンズの像面が、上記中心領域の最良像面位置よりも被写体側の反対側に位置するように、上記相対位置を調整することを特徴とする撮像モジュール。

Images