JP4948232B2 - 撮影レンズユニットおよびこれを備えた撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、撮影レンズユニットおよびこれを備えた撮像装置に関し、より特定的には、複数のレンズを含む撮影レンズユニットと、そのような撮影レンズユニットを備えたカメラモジュールを組み込んだ撮像装置に関する。

近年、携帯電話カメラ、デジタルカメラ等の撮影レンズユニットに対して、小型化、軽量化、低コスト化および高画質化の要求が厳しくなっており、特に、携帯電話カメラの撮影レンズユニットにおいては、その要求がますます強くなってきている。一方、携帯電話カメラにおいてはカメラとしての高性能化の要求も強く、３メガピクセル以上の撮像素子を有するカメラモジュールも発表されている。

３メガピクセル以上のカメラの場合、携帯電話カメラであっても薄型のデジタルカメラに近い性能を有する。このような高性能なカメラを携帯電話に搭載すると、デジタルカメラで用いられている可変絞り、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ等の光学部品が撮影レンズユニットにおいて必要となってくる。

３メガピクセル以上の撮影レンズユニットの構成としては、主に３枚〜４枚程度のレンズを用いることが多い。このような撮影レンズユニットの構成としては、たとえば以下のようなものが考案されている。

特許文献１（特開平０３−２８８８１１号公報）に記載の撮影レンズ系は、光軸上に配列された複数のプラスチックレンズと、当該複数のプラスチックレンズの中間に配置された１個のガラスレンズとを備える。当該撮影レンズでは、ガラスレンズのみに結像作用をもたせている。

特許文献２（特開平０８−２６２３２２号公報）に記載の広角レンズ系は、物体側から順番に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、合成樹脂からなり正の屈折力を有する第３および第４レンズとから構成される。これらの複合レンズは、合成焦点距離およびアッベ数が所定の条件を満たすように構成される。

特許文献３（特開平０９−２５８１００号公報）に記載の撮影レンズ系は、物体側より順に、両凸の第１レンズと、物体側に強い凹面を向けた両凹の第２レンズと、像側に強い凸面を向けた正の第３レンズと、物体側に強い凸面を向けた第４レンズとの単レンズ４枚からなる。

特許文献４（特開平１１−３８３１６号公報）に記載の撮像レンズ系は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負の屈折率を有する第１レンズと後続レンズ群とからなる。第１レンズ群は曲率半径について所定の条件式を満たし、後続レンズ群は少なくとも１つの負レンズ素子を有する。

特許文献５（特開２００２−２２８９２２号公報）に記載の撮影レンズ系は、物体側より順に、正レンズである第１レンズと負レンズである第２レンズとから構成される第１レンズ群と、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とした正レンズである第３レンズから構成される第２レンズ群と、少なくとも１つの屈折面を非球面形状とした負レンズである第４レンズから構成される第３レンズ群とを備える。

特許文献６（特開２００３−２５５２２２号公報）に記載の撮影レンズ系は、正の屈折力を有する第１レンズと負の屈折力を有する第２レンズとで構成される第１レンズ群と、少なくとも一つの屈折面を非球面形状とし物体側に凹面を向けたメニスカスレンズを含む第２レンズ群と、非球面の第３レンズ群とを備える。

特許文献７（特開２００４−２４６１６６号公報）に記載の広角単焦点レンズ系は、物体側より順に、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズと、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の第４レンズとを備える。
特開平０３−２８８８１１号公報 特開平０８−２６２３２２号公報 特開平０９−２５８１００号公報 特開平１１−３８３１６号公報 特開２００２−２２８９２２号公報 特開２００３−２５５２２２号公報 特開２００４−２４６１６６号公報

撮影レンズユニットにおいて可変絞り、ＮＤフィルタ等の光学部品を用いると、全体として小型でかつ良好な光学特性を実現するのが難しくなる。

たとえば、撮影レンズユニットの物体側に可変絞りおよびＮＤフィルタを配置した場合、撮影レンズユニットの全長に可変絞りおよびＮＤフィルタの厚みを足した全長が、カメラモジュールとしての全長となる。そのため、撮影レンズユニットの全長が短くても、カメラモジュールとしての全長が長くなる。

また、撮影レンズユニットの像側に可変絞りおよびＮＤフィルタを配置した場合、レンズ後端部から撮像面までの距離に相当する撮影レンズユニットのバックフォーカスが長くなるため、撮影レンズユニットの設計が難しい。

そこで、撮影レンズユニットのレンズ間に可変絞り、ＮＤフィルタ等の光学部品を配置すると、撮影レンズユニットの全長は長くなるが、カメラモジュールとしての全長を短くすることができると考えられる。しかし、レンズ間に可変絞り、ＮＤフィルタ等の光学部品を配置すると、レンズ間隔が大きくなる。そのため、光学部材の前後での偏芯精度が悪くなったり、フォーカシングの際に光学部材を避けてレンズを移動させる必要が生じる。

また、撮影レンズユニットのレンズ間に可変絞り、ＮＤフィルタ等の光学部品を配置すると、可変絞りおよびＮＤフィルタを避けてレンズを配置することになる。そのため、可変絞りおよびＮＤフィルタの前後に配置されるレンズにおいて最小厚みと最大厚みとの差である偏肉差が取れなくなる。この場合、レンズの諸収差を除去することが難しくなる。

この発明は、上記の諸問題を解決するためになされたものであって、その目的は、全体として小型でありかつ良好な光学特性を有する撮影レンズユニットおよびこれを用いた撮像装置を提供することである。

この発明のある局面によれば、撮影レンズユニットであって、正の屈折力を有する第１レンズと、第１レンズに対して像側に配設され、負の屈折力を有する第２レンズと、第２レンズに対して像側に配設され、物体側が凹面の正メニスカスレンズである第３レンズと、第３レンズに対して像側に配設され、物体側が凸面の負メニスカスレンズである第４レンズのみをレンズとして備える。第３レンズの面形状は有効径内において、物体側では光軸から離れるにしたがって凹面から凸面となり、像側では光軸から離れるにしたがって凸面から凹面となる。第４レンズの面形状は有効径内において、物体側では光軸から離れるにしたがって凸面から凹面となり、像側では光軸から離れるにしたがって凹面から凸面となる。

第４レンズを透過した光を受光する撮像素子をさらに備える。第３レンズと第４レンズとの間には、光学部材を配置するための１．０ｍｍ以上の空間が設けられている。光学部材は、撮像素子に入る光量を制限する部材、または撮像素子に入る光の光軸を曲げる部材であり、前記撮像素子と前記第１レンズの物側面との間の長さが６．１５ｍｍ以下である。

好ましくは、フォーカシング動作時に、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを光軸に沿って移動させる。

好ましくは、第１レンズと第２レンズとは、異なる材料で形成されたハイブリッドレンズを構成している。

好ましくは、第３レンズのアッベ数は３５以下である。
この発明の他の局面によれば、撮影レンズユニットであって、正の屈折力を有する第１
レンズと、第１レンズに対して像側に配設され、負の屈折力を有する第２レンズと、第２レンズに対して像側に配設され、物体側が凹面の正メニスカスレンズである第３レンズと、第３レンズに対して像側に配設され、物体側が凸面の負メニスカスレンズである第４レンズのみをレンズとして備える。第３レンズの面形状は、物体側では光軸から離れるにしたがって凹面から凸面となり、像側では光軸から離れるにしたがって凸面から凹面となり、第４レンズの面形状は、物体側では光軸から離れるにしたがって凸面から凹面となり、像側では光軸から離れるにしたがって凹面から凸面となる。第４レンズを透過した光を受光する撮像素子をさらに備え、第３レンズと第４レンズとの間には、光学部材を配置するための空間が設けられ、光学部材は、撮像素子に入る光量を制限する部材、または撮像素子に入る光の光軸を曲げる部材であり、フォーカシング動作時に、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを光軸に沿って移動させる。
この発明のさらに他の局面によれば、撮影装置は上記局面の撮影レンズユニットを備えている。

この発明によれば、カメラモジュール全体として小型でありかつ良好な光学特性を実現することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐの概略的な構成を示した斜視図である。図２は、この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐの光軸ＣＬに沿った断面図である。

図１，２を参照して、実施の形態１の撮影レンズユニット１Ｐは、物体側から撮像素子側に向かって、開口絞り２Ｐと、正の屈折力を有する第１レンズ３Ｐと、負の屈折力を有する第２レンズ４Ｐと、正メニスカスレンズの第３レンズ５Ｐと、ＮＤフィルタ６Ｐと、負メニスカスレンズの第４レンズ７Ｐと、ＩＲ（赤外線）カットフィルタ８Ｐと、撮像素子９Ｐとが順に配設されている。正および負の屈折力ならびにメニスカスレンズの定義については後述する。なお、図１では、簡単のため開口絞り２Ｐは示されていない。また、図２において、物体側とは向かって左側をいい、像側とは向かって右側をいう。

第１レンズ３Ｐおよび第２レンズ４Ｐは、異なる材料を組み合わせて互いに接合したハイブリットレンズであることが望ましい。撮影レンズユニット１Ｐのような複数のレンズで構成されたレンズユニットにおいては、当該レンズユニットの全長を決定する要素としてレンズの厚みが大きい。しかし、レンズ単体の厚みを薄くすると、ガラスレンズでは欠けが発生し、プラスチックレンズにおいては変形が発生しやすい。そのため、レンズ単体では、最も薄い個所でも０．５ｍｍ以上の厚みが必要となる。

そこで、図２に示すように、第１レンズ３Ｐおよび第２レンズ４Ｐにハイブリットレンズを用いることにより、レンズ１枚分の厚みを薄くすることができる。図２のハイブリットレンズでは、基材となるガラスレンズの第１レンズ３Ｐがあるため、樹脂レンズである第２レンズ４Ｐを０．１ｍｍ以下にまで成型可能であるという利点がある。

第１レンズ３Ｐは、光を集光する機能を有する。また、第２レンズ４Ｐにおいて、樹脂部を非球面とすることにより、球面収差を除去するとともに色収差も除去することができる。これにより、ハイブリットレンズ全体として収差を良好に抑えることができる。

第３レンズ５Ｐは、物体側が凹面の正メニスカスレンズである。第４レンズ７Ｐは、物体側が凸面の負メニスカスレンズである。第３レンズ５Ｐおよび第４レンズ７Ｐは、たとえばプラスチックレンズである。メニスカスレンズとは、片面が凹面ならもう片面が凸面であり、片面が凸面ならもう片面が凹面であるという、三日月型のレンズを意味する。

より特定的には、第３レンズ５Ｐは、物体側の面形状が光軸付近で凹面であり、光軸から離れるにしたがって凹から凸に変化する形状を有するとともに、像側の面形状が光軸付近で凸面であり、光軸から離れるにしたがって凸から凹に変化する形状を有する。逆に、第４レンズ７Ｐは、物体側の面形状が光軸付近で凸面であり、光軸から離れるにしたがって凸から凹に変化する形状を有するとともに、像側の面形状が光軸付近で凹面であり、光軸から離れるにしたがって凹から凸に変化する形状を有する。

上記のように第３レンズ５Ｐおよび第４レンズ７Ｐを形成および配置することで、第２レンズ４Ｐの凹レンズの突起による空間的なロスを最小限におさえつつ、諸収差を良好に補正することが可能となる。この結果、撮影レンズユニット１Ｐを全体として小型化することができる。

また、第３レンズ５Ｐと第４レンズ７Ｐとの間には、光学部材挿入のための所定のスペースが設けられている。光軸ＣＬ上に光学部材を配置することにより、所望の特性を撮影レンズユニット１Ｐのカメラモジュールに付加することが可能であるが、カメラモジュールとして大型化を招く。そこで、上記の所定のスペースに所望の光学部材を配置することにより、カメラモジュールとしての大型化を抑えることができる。

上記スペースに配置される光学部材は、撮像素子９Ｐに入る光量を制限する部材、または撮像素子９Ｐに入る光の光軸を曲げる部材であることが望ましい。光量を制限する部材としては、たとえばＮＤフィルタ、シャッター、ローパスフィルタなどがある。光軸を曲げる部材としては、ミラー、プリズムなどがある。

また、上記スペースは、光学部材として所定の大きさを有するシャッターが設けられた場合などを考慮して１．０ｍｍ以上設けることが望ましい。上記の光学部材として、１．０ｍｍよりも薄い光学部材を設ける場合においても、耐衝撃性を考慮してレンズ単体と当該光学部材との間をある程度空けておく必要がある。

撮影レンズユニット１Ｐをフォーカシングする際には、第１レンズ３Ｐ、第２レンズ４Ｐおよび第３レンズ５Ｐを物体側に繰り出してフォーカシングすることが望ましい。一般的に、フォーカシングを行なう際には、レンズユニット全体を動かす方法が用いられる。しかし、上記のようにレンズユニット間に光学部材を配置した場合、フォーカシング時には、レンズユニットを当該光学部材ごと動かすか、レンズユニットと光学部材とを独立させてレンズユニットのみを動かす方法が考えられる。

レンズユニットを当該光学部材ごと動かす場合、レンズユニットの重量よりも光学部材の重量の方が一般に重いため、必要な消費電力が大きくなってしまう。レンズユニットと光学部材とを独立させてレンズユニットのみを動かす場合には、レンズユニット中の光学部材のスペースをレンズの駆動量分だけ拡げなくてはならないため、カメラモジュールとしての大型化を招く。

そこで、レンズユニット間に光学部材を配置した場合のフォーカス時には、レンズユニットのうち、光学部材の物体側のレンズ群である第１レンズ３Ｐ、第２レンズ４Ｐおよび第３レンズ５Ｐのみを移動させることにより、消費電力を増大させずカメラモジュール全体としての小型化が可能となる。

なお、第１レンズ３Ｐ、第２レンズ４Ｐおよび第３レンズ５Ｐは、第４レンズ７Ｐと比べて一体性が高いため、第３レンズ５Ｐと第４レンズ７Ｐとの間に所定のスペースを設けた上で、第１レンズ３Ｐ、第２レンズ４Ｐおよび第３レンズ５Ｐを一体的に移動させるのが最も好ましい。第１レンズ３Ｐと第２レンズ４Ｐとの一体性も高いので、第１レンズ３Ｐおよび第２レンズ４Ｐのみを一体的に移動させてもよい。

次に、上述した撮影レンズユニット１Ｐを構成する第１レンズ３Ｐ〜第４レンズ７Ｐの形状および配置関係等について、図３に基づいてさらに詳しく説明する。図３は、この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐの形状および配置関係を示す図である。

図３を参照して、実施の形態１の撮影レンズユニット１Ｐは、１／３インチの撮像素子用の複合レンズであり、合成焦点距離ｆ＝５．２ｍｍ、ＦナンバーＦＮＯ＝３、半画角３０度である。半画角については後に説明する。なお、図３では明示していないが、第３レンズ５Ｐと第４レンズ７Ｐとの間には、ＮＤフィルタ６Ｐを光軸上に抜き差しできるようにＮＤフィルタが付いた羽根が設置されている。

図３において、Ｒｉは面の曲率半径、Ｄｉは面間隔、Ｎｉは屈折率、νｉはアッベ数を表わす。添え字のｉは、物体側から像側に向かって順に付された面番号を表わす。具体的には、次のとおりである。

ｉ＝１は開口絞り２Ｐの像側の面番号を表わす。ｉ＝２〜６は、第１レンズ３Ｐ〜第３レンズ５Ｐの物体側のレンズ面３ａ，５ａの面番号および像側のレンズ面３ｂ，４ｂ，５ｂの面番号を表わす。ｉ＝７，８は、ＮＤフィルタ６Ｐの面番号を表わす。ｉ＝９，１０は、第４レンズ７Ｐの物体側のレンズ面７ａの面番号および像側のレンズ面７ｂの面番号を表わす。ｉ＝１１，１２は、ＩＲカットフィルタ８Ｐの面番号を表わす。

まず、第１レンズ３Ｐ〜第４レンズ７Ｐの曲率半径Ｒｉについて説明する。図３の下段において示すように、物体側から像側に向かって凸となっているレンズ面の曲率半径Ｒｉは負の値となり、像側から物体側に向かって凸となっているレンズ面の曲率半径Ｒｉは正の値となる。なお、物体側から像側に向かう方向は、図３の下段において矢印で示される方向である。

第３レンズ５Ｐに注目すると、物体側のレンズ面５ａの曲率半径Ｒ５は負の値であり、像側のレンズ面５ｂの曲率半径Ｒ６も負の値である。したがって、前述したように、第３レンズ５Ｐは、光軸周辺において、物体側のレンズ面５ａが凹面で像側のレンズ面５ｂは凸面の正メニスカスレンズである。

第４レンズ７Ｐに注目すると、物体側のレンズ面７ａの曲率半径Ｒ９は正の値であり、像側のレンズ面７ｂの曲率半径Ｒ１０も正の値である。したがって、前述したように、第４レンズ７Ｐは、光軸周辺において、物体側のレンズ面７ａが凸面で像側のレンズ面７ｂは凹面の負メニスカスレンズである。

また、第１レンズ３Ｐ〜第４レンズ７Ｐの各々において、ＲｉをＩ面の曲率半径、ＮｉをＩ面とＩ＋１面との間の屈折率、ＤｉをＩ面とＩ＋１面との間の面間隔とすると、Ｉ面とＩ＋１面とで構成されるレンズの屈折力は、（Ｎ_i−１）｛１／Ｒ_i−１／Ｒ_i+1＋（Ｎ_i−１）Ｄ_i／Ｎ_iＲ_iＲ_i+1｝で表わされる。屈折力が正の値の場合、そのレンズは正の屈折力を有するレンズ（正レンズ）となる。屈折力が負の値の場合、そのレンズは負の屈折力を有するレンズ（負レンズ）となる。

図３の撮影レンズユニット１Ｐでは、第１レンズ３Ｐの屈折力は正の値であり、第２レンズ４Ｐの屈折力は負の値である。また、第３レンズ５Ｐの屈折力は正の値であり、第４レンズ７Ｐの屈折力は負の値である。したがって、第１レンズ３Ｐおよび第３レンズ５Ｐは正の屈折力を有するレンズであり、第２レンズ４Ｐおよび第４レンズ７Ｐは負の屈折力を有するレンズである。なお、開口絞り２Ｐの像側の面２ｂと、ＮＤフィルタ６Ｐの物体側の面６ａおよび像側の面６ｂと、ＩＲカットフィルタ８Ｐの物体側の面８ａおよび像側の面８ｂとは、いずれも平面であるため、対応する曲率半径Ｒ１，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１１，Ｒ１２はいずれも無限大となる
次に、撮影レンズユニット１Ｐの面間隔Ｄｉについて説明する。面間隔は、光軸ＣＬを座標軸とし、開口絞り２Ｐの像側の面２ｂの位置を原点として、物体側から像側に向かう方向が正としている。面間隔Ｄｉは、ｉ＋１番目の面が光軸ＣＬと交差する点の座標値からｉ番目の面が光軸ＣＬと交差する座標軸を差し引いた値となる。

たとえば、面間隔Ｄ２は、第１レンズ３Ｐの像側のレンズ面３ｂが光軸ＣＬと交差する点の座標値から物体側のレンズ面３ａが光軸ＣＬと交差する点の座標値を差し引いた値である。面間隔Ｄ２は、第１レンズ３Ｐの光軸ＣＬ上における厚みに相当する。

同様に、面間隔Ｄ３は、第２レンズ４Ｐの光軸ＣＬ上における厚みに相当する。面間隔Ｄ５は、第３レンズ５Ｐの光軸ＣＬ上における厚みに相当する。面間隔Ｄ７は、ＮＤフィルタ６Ｐの光軸ＣＬ上における厚みに相当する。撮影レンズユニット１Ｐでは、ＮＤフィルタ部材の光軸上の厚みを０．８ｍｍとし、その内、ＮＤフィルタ６Ｐの厚みを０．３ｍｍとしている。面間隔Ｄ９は、第４レンズ７Ｐの光軸ＣＬ上における厚みに相当する。面間隔Ｄ１１は、ＩＲカットフィルタ８Ｐの光軸ＣＬ上における厚みに相当する。

一方、面間隔Ｄ４は、第２レンズ４Ｐと第３レンズ５Ｐとの光軸ＣＬ上における距離を表わす。面間隔Ｄ６は、第３レンズ５ＰとＮＤフィルタ６Ｐとの光軸ＣＬ上における距離を表わす。面間隔Ｄ８は、ＮＤフィルタ６Ｐと第４レンズ７Ｐとの光軸ＣＬ上における距離を表わす。面間隔Ｄ１０は、第４レンズ７ＰとＩＲカットフィルタ８Ｐとの光軸ＣＬ上における距離を表わす。面間隔Ｄ１２は、ＩＲカットフィルタ８Ｐと撮像素子９Ｐとの光軸ＣＬ上における距離を表わす。

次に、撮影レンズユニット１Ｐにおける屈折率Ｎｉについて説明する。屈折率Ｎｉは、ｉ＋１番目の面とｉ番目の面とによって構成される第１レンズ３Ｐ〜第４レンズ７Ｐ、ＮＤフィルタ６ＰおよびＩＲカットフィルタ８Ｐの屈折率を表わす。具体的には、屈折率Ｎ２は、第１レンズ３Ｐの屈折率を表わす。屈折率Ｎ３は、第２レンズ４Ｐの屈折率を表わす。屈折率Ｎ５は、第３レンズ５Ｐの屈折率を表わす。屈折率Ｎ７は、ＮＤフィルタ６Ｐの屈折率を表わす。屈折率Ｎ９は、第４レンズ７Ｐの屈折率を表わす。屈折率Ｎ１１は、ＩＲカットフィルタ８Ｐの屈折率を表わす。ＩＲカットフィルタ８Ｐは、カバーガラス上にＩＲカット層が成膜されたものである。

次に、撮影レンズユニット１Ｐにおけるアッベ数νｉについて説明する。アッベ数とは、分散に対する屈折度の比を示した光学媒質の定数であり、異なった波長の光を異なった方向へ屈折させる度合いを意味する。波長５８７．６ｎｍ（ｄ線：黄）に対する屈折率をｎ_d、波長４８６．１ｎｍ（Ｆ線：青）に対する屈折率をｎ_F、波長６５６．３ｎｍ（ｃ線：赤）に対する屈折率をｎ_cとする。このとき、波長５８７．６ｎｍ（ｄ線：黄）におけるアッベ数νｄは、νｄ＝（ｎ_d−１）／（ｎ_F−ｎ_c）によって算出される。

アッベ数νｉは、ｉ＋１番目の面とｉ番目の面とによって構成される第１レンズ３Ｐ〜第４レンズ７Ｐ、ＮＤフィルタ６ＰおよびＩＲカットフィルタ８Ｐのアッベ数を表わす。具体的には、アッベ数ν２は、第１レンズ３Ｐのアッベ数を表わす。アッベ数ν３は、第２レンズ４Ｐのアッベ数を表わす。アッベ数ν５は、第３レンズ５Ｐのアッベ数を表わす。アッベ数ν７は、ＮＤフィルタ６Ｐのアッベ数を表わす。アッベ数ν９は、第４レンズ７Ｐのアッベ数を表わす。アッベ数ν１１は、ＩＲカットフィルタ８Ｐのアッベ数を表わす。

第１レンズ３Ｐおよび第２レンズ４Ｐのアッベ数は、ν１−ν２＞１０であることが望ましい。これは、アッベ数の関係がν１−ν２≦１０であると、色消しの機能を有する第２レンズ４Ｐにおいて色収差を十分に低減することができないからである。ところで、ハイブリットレンズである第１レンズ３Ｐおよび第２レンズ４Ｐのうち、第２レンズ４Ｐを樹脂から形成する場合、その樹脂層の曲率が小さくなってしまう傾向がある。樹脂層の曲率が小さくなると、樹脂層の最小の厚みと最大の厚みの差（偏肉差）が大きくなるため、レンズの製造が困難となる。

上記の樹脂層の偏肉差の問題を解決するため、第３レンズ５Ｐのアッベ数は、ν３＜３５であることが望ましい。これは、第３レンズ５Ｐの像側にも色収差を低減する役割があり、第３レンズ５Ｐのアッベ数を低く抑えることでハイブリッドレンズの樹脂層（第２レンズ４Ｐ）の偏肉差を小さくすることができるからである。

プラスチック材料において、アッベ数２０〜３５の材料がある一方、アッベ数が３５を超えると、次はアッベ数４５付近までレンズに適したプラスチック材料が少ない。そのため、アッベ数３５が低アッベ数の一つの基準となる。また、型番Ｅ４８Ｒの材料（屈折率１．５３１、アッベ数５６）のようにアッベ数が３５より大きくなると、いわゆる色ボケの原因ともなる。

次に、第１レンズ３Ｐ〜第４レンズ７Ｐの各レンズ面の形状について説明する。図３に示すように、第１レンズ３Ｐのレンズ面３ａ，３ｂ（ｉ＝２，３）は球面レンズである。一方、第２レンズ４Ｐの像側のレンズ面４ｂ（ｉ＝４）、第３レンズ５Ｐのレンズ面５ａ，５ｂ（ｉ＝５，６）および第４レンズ７Ｐのレンズ面７ａ，７ｂ（ｉ＝９，１０）は、非球面レンズである。

図４は、この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐのうち非球面レンズの特徴を示した図である。なお、図４では、簡単のため開口絞り２Ｐは示されていない。

図４を参照して、非球面のレンズ面４ｂ，５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂは、図４の下段に示される式の係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０に対応する値を代入することによって表わされる。レンズ面４ｂ，５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂは、曲率半径Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１０にそれぞれ対応する。式中において、ｚは面頂点に対する接平面からの深さを表わす。ｃは面の近軸的曲率を表わす。ｈは光軸からの高さを表わす。Ｋは円錐定数を表わす。Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０は、４次，６次，８次，１０次の非球面係数をそれぞれ表す。

図４の下段の式によれば、たとえば、第３レンズ５Ｐの像側のレンズ面５ｂ（ｉ＝６）は、光軸ＣＬから離れるにしたがって凸面５５から凹面５６に変化する。また、たとえば、第４レンズ７Ｐの像側のレンズ面７ｂ（ｉ＝１０）は、光軸ＣＬから離れるにしたがって凹面７６から凸面７７に変化する。

図５は、この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける光路の一部を示す図である。なお、図５では、簡単のため開口絞り２Ｐは示されていない。図５では、撮影レンズユニット１Ｐについて、半画角を０度から３０度まで変化させたときの光線の軌跡（光路）の一部を示している。図５に示すように、光軸ＣＬから離れるにしたがって半画角は大きくなり、撮像素子９Ｐの端部では半画角３０度となる。

次に、撮影レンズユニット１Ｐの光学特性として、３つの波長（λ＝４８６ｎｍ、５６７ｎｍ、６５６ｎｍ）に基づいたシミュレーションによる像面湾曲、歪曲収差、縦収差および横収差の評価結果について示す。

図６は、この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける像面湾曲のシミュレーション結果を示したグラフである。図６に示すように、各波長において、子午面（tangential）Ｔであっても球欠面（sagittal）Ｓであっても、像面からのずれ量は、所望の規格（±０．１０ｍｍ）の範囲内に入っていることが確認された。

図７は、この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける歪曲収差のシミュレーション結果を示したグラフである。図７に示すように、各波長において、撮影レンズユニット１Ｐの歪曲は、所望の規格（±０．５０％）の範囲内に入っていることが確認された。

図８は、この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける縦収差のシミュレーション結果を示したグラフである。図７に示すように、各波長において、縦収差のずれ量は、所望の規格（±０．１０ｍｍ）の範囲内に入っていることが確認された。

次に、横収差のシミュレーション結果のグラフを図９〜図１２に示す。図９は半画角ωが０度の場合、図１０は半画角ωが１２度の場合、図１１は半画角ωが２４度の場合、図１２は半画角ωが３０度の場合について、それぞれに球欠面および子午面におけるずれ量を示す。図９〜図１２において、座標軸の一目盛りは１００μｍである。各グラフに示されるように、横収差のずれ量は、ほぼ１００μｍ以下の範囲内に入っていることが確認された。

図６〜図１２のシミュレーション結果で示すように、撮影レンズユニット１Ｐの第３レンズ５Ｐと第４レンズ７Ｐとの間に厚み０．３ｍｍのＮＤフィルタ６Ｐを含む１．０ｍｍ以上のスペースを設けたレンズ構成においても良好な収差特性が得られた。また、撮影レンズユニット１Ｐの全長も、５．８２ｍｍと非常にコンパクトにすることができた。

以上のように、実施の形態１の撮影レンズユニット１Ｐは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ３Ｐと、負の屈折力を有する第２レンズ４Ｐと、物体側が凹面の正メニスカスレンズである第３レンズ５Ｐと、物体側が凸面の負メニスカスレンズである第４レンズ７Ｐとを備え、第３レンズ５Ｐと第４レンズ７Ｐとの間に光学部材挿入のための所定のスペースを有する。

上記のようにレンズを配置することによって、諸収差を良好に補正しつつ、カメラモジュールとしての全長を短くした撮影レンズユニットを得ることができる。その結果、フィルムカメラ、デジタルカメラ、携帯電話カメラ等に好適な小型の撮像装置に用いられる高性能でコンパクトな撮影レンズユニットを実現することができる。また、第３レンズと第４レンズとの間に所定のスペースを設けることによって、カメラモジュールとしての大型化を招くことなくカメラの光学特性を調整することができる。

さらに、第３レンズ５Ｐは、物体側の面形状が光軸付近で凹面で光軸から離れるにしたがって凹から凸に変化し、像側の面形状は光軸付近で凸面で光軸から離れるにしたがって凸から凹に変化する形状を有する。また、第４レンズ７Ｐは、物体側の面形状が光軸付近で凸面で光軸から離れるにしたがって凸から凹に変化し、像側の面形状は光軸付近で凹面で光軸から離れるにしたがって凹から凸に変化する形状を有する。

上記のように第３および第４レンズの形状を変化させることによって、カメラモジュールとしての大型化を最小限に抑えつつ、歪曲収差、像面湾曲および非点収差をさらに低減することができる。

［実施の形態２］
図１３は、この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑの概略的な構成を示した斜視図である。図１４は、この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑの光軸ＣＬに沿った断面図である。

図１３，１４を参照して、実施の形態２の撮影レンズユニット１Ｑは、実施の形態１と同様に、物体側から撮像素子側に向かって、開口絞り２Ｑと、正の屈折力を有する第１レンズ３Ｑと、負の屈折力を有する第２レンズ４Ｑと、正メニスカスレンズの第３レンズ５Ｑと、ＮＤフィルタ６Ｑと、負メニスカスレンズの第４レンズ７Ｑと、ＩＲカットフィルタ８Ｑと、撮像素子９Ｑとが順に配設されている。

上記のように、撮影レンズユニット１Ｑの構成要素は、撮影レンズユニット１Ｐと同様であり、各レンズの凹凸形状等も撮影レンズユニット１Ｐと対応しているので、重複する部分の説明はここでは繰り返さない。実施の形態２の第１レンズ３Ｑおよび第２レンズ４Ｑは、いずれもガラスレンズであり、両者はハイブリットレンズを構成しない。

図１５は、この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑの形状および配置関係を示す図である。

図１５を参照して、実施の形態２の撮影レンズユニット１Ｑは、実施の形態１と同様に、１／３インチの撮像素子用の複合レンズであり、合成焦点距離ｆ＝５．２ｍｍ、ＦナンバーＦＮＯ＝３、半画角３０度である。図１５において、面の曲率半径Ｒｉ、面間隔Ｄｉ、屈折率Ｎｉ、アッベ数νｉの図面との対応は、実施の形態１で説明したとおりである。これらの具体的数値は、図１５の上段に示されている。

図１６は、この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑのうち非球面レンズの特徴を示した図である。

図１６を参照して、非球面のレンズ面５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂは、図１６の下段に示される式の非球面係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０に対応する値を代入することによって表わされる。レンズ面５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂは、曲率半径Ｒ６，Ｒ７，Ｒ１０，Ｒ１１にそれぞれ対応する。

図１６の下段の式によれば、たとえば、第３レンズ５Ｑの像側のレンズ面５ｂ（ｉ＝７）は、光軸ＣＬから離れるにしたがって凸面５５から凹面５６に変化する。また、たとえば、第４レンズ７Ｑの像側のレンズ面７ｂ（ｉ＝１１）は、光軸ＣＬから離れるにしたがって凹面７６から凸面７７に変化する。

図１７は、この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける光路の一部を示す図である。図１７に示すように、光軸ＣＬから離れるにしたがって撮影レンズユニット１Ｑの半画角は大きくなり、撮像素子９Ｑの端部では半画角３０度となる。

次に、撮影レンズユニット１Ｑの光学特性として、実施の形態１と同様に、３つの波長（λ＝４８６ｎｍ、５６７ｎｍ、６５６ｎｍ）に基づいたシミュレーションによる像面湾曲、歪曲収差、縦収差および横収差の評価結果について示す。

図１８は、この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける像面湾曲のシミュレーション結果を示したグラフである。図１８に示すように、各波長において、子午面（tangential）Ｔであっても球欠面（sagittal）Ｓであっても、像面からのずれ量は、所望の規格（±０．１０ｍｍ）の範囲内に入っていることが確認された。

図１９は、この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける歪曲収差のシミュレーション結果を示したグラフである。図１９に示すように、各波長において、撮影レンズユニット１Ｑの歪曲は、所望の規格（±０．５０％）の範囲内に入っていることが確認された。

図２０は、この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける縦収差のシミュレーション結果を示したグラフである。図２０に示すように、各波長において、縦収差のずれ量は、所望の規格（±０．１０ｍｍ）の範囲内に入っていることが確認された。

次に、横収差のシミュレーション結果のグラフを図２１〜図２４に示す。図２１は半画角ωが０度の場合、図２２は半画角ωが１２度の場合、図２３は半画角ωが２４度の場合、図２４は半画角ωが３０度の場合について、それぞれ球欠面および子午面におけるずれ量を示す。各グラフに示されるように、横収差のずれ量は、一目盛り内の１００μｍ以下の範囲内にほぼ入っていることが確認された。

図１８〜図２４のシミュレーション結果で示すように、撮影レンズユニット１Ｑの第３レンズ５Ｑと第４レンズ７Ｑとの間に厚み０．３ｍｍのＮＤフィルタ６Ｑを含む１．０ｍｍ以上のスペースを設けたレンズ構成においても良好な収差特性が得られた。また、撮影レンズユニット１Ｑの全長も、ハイブリッドレンズの代わりにガラスレンズを２枚使用したため実施の形態１よりは長くなっているが、６．１５ｍｍと非常にコンパクトにすることができた。

以上のように、実施の形態２の撮影レンズユニット１Ｑは、実施の形態１と同様に、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ３Ｑと、負の屈折力を有する第２レンズ４Ｑと、物体側が凹面の正メニスカスレンズである第３レンズ５Ｑと、物体側が凸面の負メニスカスレンズである第４レンズ７Ｑとを備え、第３レンズ５Ｑと第４レンズ７Ｑとの間に光学部材挿入のための所定のスペースを有する。

実施の形態２の撮影レンズユニット１Ｑは、実施の形態１と比べて、各レンズの形状および材料が少しずつ異なる。たとえば、第１レンズ３Ｑおよび第２レンズ４Ｑは、いずれもガラスレンズであり、両者はハイブリットレンズを構成しない。

しかしながら、上記のようにレンズを配置することによって、実施の形態１と同様に、諸収差を良好に補正しつつ、カメラモジュールとしての全長を短くした撮影レンズユニットを得ることができる。その結果、高性能とコンパクト化との両立が可能で、Ｆ値が明るく、広角であり、光学性能の高い撮影レンズユニットを実現することができる。また、第３レンズと第４レンズとの間に所定のスペースを設けることによって、カメラモジュールとしての大型化を招くことなくカメラの光学特性を調整することができる。

［実施の形態３］
図２５は、この発明の実施の形態３によるデジタルカメラ１０を概略的に示した斜視図である。

以下では、実施の形態１の撮影レンズユニット１Ｐと実施の形態２の撮影レンズユニット１Ｑとを総称して撮影レンズユニット１と称する。図２５のデジタルカメラ１０は、上述した撮影レンズユニット１を適用した撮像装置の一例である。図２５に示すように、デジタルカメラ１０には、撮影レンズユニット１を備えたカメラモジュールが組込まれている。

図２５を参照して、デジタルカメラ１０では、第１レンズ３および第２レンズ４をハイブリッドレンズとし、第２レンズ４を樹脂から成型している。これにより、第１レンズ３の厚みのばらつきを第２レンズ４によって相殺することができる。その結果、撮影レンズユニット１を組み立てる際の公差のうち、第２レンズ４と第３レンズ５との間隔の公差を小さくすることができる。

また、上述したように、第３レンズ５および第４レンズ７のレンズ面５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂの形状をそれぞれ所定の形状とすることによって、カメラモジュールの全長を増大させずに諸収差の低減を図ることができる。その結果、デジタルカメラ１０の光学的特性を確保しながらその全長をより短くすることができ、デジタルカメラ１０の小型化を図ることができる。

なお、図２５では、撮像装置の一例としてデジタルカメラを挙げたが、これは一例であるに過ぎない。この発明の実施の形態による撮影レンズユニット１のカメラモジュールはデジタルカメラに限られず、たとえば携帯電話を含め画像を取り込む撮像装置に幅広く適用することが可能である。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐの概略的な構成を示した斜視図である。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐの光軸ＣＬに沿った断面図である。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐの形状および配置関係を示す図である。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐのうち非球面レンズの特徴を示した図である。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける光路の一部を示す図である。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける像面湾曲のシミュレーション結果を示したグラフである。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける歪曲収差のシミュレーション結果を示したグラフである。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける縦収差のシミュレーション結果を示したグラフである。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける横収差のシミュレーション結果を示す第１のグラフである。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける横収差のシミュレーション結果を示す第２のグラフである。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける横収差のシミュレーション結果を示す第３のグラフである。 この発明の実施の形態１による撮影レンズユニット１Ｐにおける横収差のシミュレーション結果を示す第４のグラフである。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑの概略的な構成を示した斜視図である。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑの光軸ＣＬに沿った断面図である。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑの形状および配置関係を示す図である。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑのうち非球面レンズの特徴を示した図である。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける光路の一部を示す図である。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける像面湾曲のシミュレーション結果を示したグラフである。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける歪曲収差のシミュレーション結果を示したグラフである。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける縦収差のシミュレーション結果を示したグラフである。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける横収差のシミュレーション結果を示す第１のグラフである。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける横収差のシミュレーション結果を示す第２のグラフである。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける横収差のシミュレーション結果を示す第３のグラフである。 この発明の実施の形態２による撮影レンズユニット１Ｑにおける横収差のシミュレーション結果を示す第４のグラフである。 この発明の実施の形態３によるデジタルカメラ１０を概略的に示した斜視図である。

符号の説明

１，１Ｐ，１Ｑ 撮影レンズユニット、２，２Ｐ，２Ｑ 開口絞り、３，３Ｐ，３Ｑ 第１レンズ、４，４Ｐ，４Ｑ 第２レンズ、５，５Ｐ，５Ｑ 第３レンズ、６，６Ｐ，６Ｑ ＮＤフィルタ、７，７Ｐ，７Ｑ 第４レンズ、８，８Ｐ，８Ｑ ＩＲカットフィルタ、９，９Ｐ，９Ｑ 撮像素子、１０ デジタルカメラ。

Claims (6)

1. 正の屈折力を有する第１レンズと、
   前記第１レンズに対して像側に配設され、負の屈折力を有する第２レンズと、
   前記第２レンズに対して像側に配設され、物体側が凹面の正メニスカスレンズである第３レンズと、
   前記第３レンズに対して像側に配設され、物体側が凸面の負メニスカスレンズである第４レンズのみをレンズとして備え、
   前記第３レンズの面形状は有効径内において、物体側では光軸から離れるにしたがって凹面から凸面となり、像側では光軸から離れるにしたがって凸面から凹面となり、
   前記第４レンズの面形状は有効径内において、物体側では光軸から離れるにしたがって凸面から凹面となり、像側では光軸から離れるにしたがって凹面から凸面となり、
   前記第４レンズを透過した光を受光する撮像素子をさらに備え、
   前記第３レンズと前記第４レンズとの間には、光学部材を配置するための１．０ｍｍ以上の空間が設けられ、前記光学部材は、前記撮像素子に入る光量を制限する部材、または前記撮像素子に入る光の光軸を曲げる部材であり、前記撮像素子と前記第１レンズの物側面との間の長さが６．１５ｍｍ以下である、撮影レンズユニット。
2. フォーカシング動作時に、前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズを光軸に沿って移動させる、請求項１に記載の撮影レンズユニット。
3. 前記第１レンズと前記第２レンズとは、異なる材料で形成されたハイブリッドレンズを構成している、請求項１または２に記載の撮影レンズユニット。
4. 前記第３レンズのアッベ数は３５以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の撮影レンズユニット。
5. 正の屈折力を有する第１レンズと、
   前記第１レンズに対して像側に配設され、負の屈折力を有する第２レンズと、
   前記第２レンズに対して像側に配設され、物体側が凹面の正メニスカスレンズである第３レンズと、
   前記第３レンズに対して像側に配設され、物体側が凸面の負メニスカスレンズである第
   ４レンズのみをレンズとして備え、
   前記第３レンズの面形状は、物体側では光軸から離れるにしたがって凹面から凸面となり、像側では光軸から離れるにしたがって凸面から凹面となり、
   前記第４レンズの面形状は、物体側では光軸から離れるにしたがって凸面から凹面となり、像側では光軸から離れるにしたがって凹面から凸面となり、
   前記第４レンズを透過した光を受光する撮像素子をさらに備え、
   前記第３レンズと前記第４レンズとの間には、光学部材を配置するための空間が設けられ、前記光学部材は、前記撮像素子に入る光量を制限する部材、または前記撮像素子に入る光の光軸を曲げる部材であり、
   フォーカシング動作時に、前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズを光軸に沿って移動させる、撮影レンズユニット。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の撮影レンズユニットを備えた撮像装置。
   

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