JPWO2005116715A1 - 撮像レンズ、撮像ユニット及び携帯端末 - Google Patents

Abstract

固体撮像素子に被写体像を結像する撮像レンズであって、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有し、下記条件式を満足する撮像レンズ。
１５° ＜ ＩＡ_Ｄ ＜ ３５° （１）
｜ＩＡ_ｈ − （ＩＡ_Ｄ・Ｙ_ｈ／Ｙ_Ｄ）｜ ＜ ５° （２）
ただし、
Ｙ_Ｄ ：前記固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長の１／２
Ｙ_ｈ ：前記撮像レンズの任意の像高（ただしＹ_ｈ ＜ Ｙ_Ｄ）
ＩＡ_Ｄ ：前記撮像レンズの像高Ｙ_Ｄに結像する光束の主光線と光軸とのなす角度
ＩＡ_ｈ ：前記撮像レンズの像高Ｙ_ｈに結像する光束の主光線と光軸とのなす角度

Description

本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた、小型の撮像レンズ、撮像ユニットおよびこれを備える携帯端末に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型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装置の高性能化、小型化に伴い、撮像装置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。また、これらの撮像装置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、１枚あるいは２枚構成のレンズに比べ高性能化が可能でより小型化に適しているということで、物体側より順に正の第１レンズ、正の第２レンズ、負の第３レンズからなる３枚構成の撮像レンズが知られている。これらの撮像レンズは、例えば特許文献１、２に開示されている。
特開２００３−３２２７９２号公報 特開２００４−３７９６０号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示されている撮像レンズは、小型化に適しているタイプではあるものの、負の第３レンズを形成するレンズ材料のアッベ数が５５以上あり、正の第１および第２レンズを形成するレンズ材料とのアッベ数差が小さいため、軸上色収差が補正不足となる傾向がある。

さらに、特許文献２に開示されている撮像レンズでは、開口絞りより像側に配置される第２レンズと第３レンズの合成焦点距離が負の値となっているため、射出瞳位置が撮像素子に近づきすぎ、撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の主光線入射角（主光線と光軸のなす角度で光軸と平行な場合は０°）が４５°以上あり、撮像素子として固体撮像素子を用いた場合には、撮像素子への入射角が大きすぎるため、撮像面周辺部において実質的な開口効率が減少する現象（シェーディング）が生じ、周辺光量不足となってしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、小型でありながらも諸収差が良好に補正され、かつ固体撮像素子周辺部に結像する光束の主光線の入射角を適度な値に抑えた、３枚構成の撮像レンズ及びそれを用いた撮像ユニット並びに携帯端末を提供することを目的とする。

実施例１の撮像レンズの光軸方向断面図である。 実施例１の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 実施例２の撮像レンズの光軸方向断面図である。 実施例２の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 実施例３の撮像レンズの光軸方向断面図である。 実施例３の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。 撮像ユニット装置の斜視図である。 小型の撮像レンズを用いた撮像ユニット装置の実施の形態を示す断面図である。 （ａ）は撮像ユニットを適用した携帯電話の正面図、（ｂ）は撮像ユニットを適用した携帯電話の背面図である。 図９の携帯電話の制御ブロック図である。 主光線の角度を説明するための図である。 主光線の入射角と撮像レンズの像高との関係を示す図である。

まず、上記目的を達成するための構成を説明する。

項１に記載の撮像レンズは、固体撮像素子に被写体像を結像する撮像レンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズからなり、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有し、下記条件式を満足することを特徴とする。

１５° ＜ ＩＡ_Ｄ ＜ ３５° （１）
｜ＩＡ_ｈ − （ＩＡ_Ｄ・Ｙ_ｈ／Ｙ_Ｄ）｜ ＜ ５° （２）ただし、
Ｙ_Ｄ ：前記固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長の１／２
Ｙ_ｈ ：前記撮像レンズの任意の像高（ただしＹ_ｈ ＜ Ｙ_Ｄ）
ＩＡ_Ｄ ：前記撮像レンズの像高Ｙ_Ｄに結像する光束の主光線と光軸とのなす角度
ＩＡ_ｈ ：前記撮像レンズの像高Ｙ_ｈに結像する光束の主光線と光軸とのなす角度
小型で収差の良好に補正された撮像レンズを得るための本発明の基本構成は、物体側より順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズからなる。物体側より順に、第１レンズおよび第２レンズからなる正レンズ群と、負の第３レンズを配置する、いわゆるテレフォトタイプのこのレンズ構成は、レンズ全長の小型化には有利な構成である。更に、収差補正に関しては、絞りを挟んで第１レンズと第２レンズで正の屈折力を分担しているので、正レンズ群での球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。

固体撮像素子を用いる撮像レンズでは、撮像レンズの射出瞳位置を固体撮像素子から十分に物体側へ遠ざけることが重要である。ただし最近の技術では、固体撮像素子の色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列の見直しによって、シェーディングを軽減することがでるようになってきた。具体的には撮像素子の撮像面の画素ピッチに対し、色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列のピッチをわずかに小さく設定すれば、撮像面の周辺部にいくほど各画素に対し色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイが撮像レンズ光軸側へシフトするため、斜入射の光束を効率的に各画素の受光部に導くことができる。これにより固体撮像素子で発生するシェーディングを小さく抑えることができる。尚、「主光線」とは、光線束を代表するような、光線束の中心となる光線を主光線というものとする。従って、図１１に示す撮像レンズの例の場合、角度θが主光線と光軸とのなす角度になる。

しかしながら、固体撮像素子側のこのような対策が効果的なのは、固体撮像素子の撮像面に入射する光束の主光線入射角が、撮像面周辺部にいくにつれて徐々に増大する場合であるため、撮像レンズの設計の際には注意を要する。例えば、撮像レンズ全系のレンズ全長を小さくし、かつ固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角端での入射角を小さく抑えようとすると、図１２に実線で示すように、固体撮像素子の撮像面に入射する主光線入射角が撮像面中間部領域でピーク（極値）となる特性になりやすい。本発明のレンズタイプにおいても負の第３レンズに非球面を用い、レンズ周辺部で負のパワーが弱まる形状（さらにはレンズ周辺部で正のパワーを有する形状）とすればこのような特性になりやすい。このような特性の場合は撮像面中間領域でのシェーディングが発生し、周辺光量が中間領域で低下するという違和感のある画像となってしまう。これに対し、条件式（１）、（２）を満たすようにすれば、中間領域でのシェーディングを抑制することができる。

本発明によれば、条件式（１）は、固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角端に結像する光束の主光線と光軸とのなす角度を適切に設定する条件を規定する。条件式（１）に示す値が下限を上回ることで、撮像レンズ全系のレンズ全長を小さく抑えることができる。一方、上限は固体撮像素子によるシェーディング対策が可能な角度の限度であり、条件式（１）に示す値はそれを下回っていることが望ましい。尚、下式を満足すると、より望ましい。

１５° ＜ ＩＡ_Ｄ ＜ ３０° （１）’
条件式（２）は、固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角端に結像する光束の主光線と光軸とのなす角度の、撮像レンズの像高に対する特性を規制するものである。条件式を満足することで、像高の大きさにほぼ比例して前述の主光線と光軸とのなす角度が増大するようになり、固体撮像素子の色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列の見直しによるシェーディング対策がより効果的になる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

｜ＩＡ_ｈ − （ＩＡ_Ｄ・Ｙ_ｈ／Ｙ_Ｄ）｜ ＜ ３° （２）’
項２に記載の撮像レンズは、項１に記載の発明において、下記条件式を満足することを特徴とする。

２０ ＜ ｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３ ＜ ７０ （３）ただし、
ν１ ：前記第１レンズのアッベ数
ν２ ：前記第２レンズのアッベ数
ν３ ：前記第３レンズのアッベ数
条件式（３）は、撮像レンズ全系の色収差を良好に補正する条件を規定する。条件式（３）に示す値が下限を上回ることで、軸上色収差、倍率色収差をバランス良く補正することができる。また、その値が上限を下回ることで入手性のよい光学材料によりレンズを構成することができる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

２５ ＜ ｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３ ＜ ６０ （３）’
項３に記載の撮像レンズは、 項１に記載の発明において、下記条件式を満足することを特徴とする。

１．０ ＜ ｆ２３／ｆ ＜ ３．０ （４）
ただし、
ｆ２３ ：前記第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
ｆ ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
条件式（４）は、開口絞りより像側に配置される正の第２レンズと負の第３レンズの合成焦点距離を規定するものである。条件式（４）に示す値が下限を上回ることにより、第２レンズと第３レンズの正の合成焦点距離が小さくなりすぎず、撮像レンズ全系の主点位置が像側に寄りすぎることを回避できるため、撮像レンズ全系のレンズ全長（第１レンズの物体側面から撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離）を小さく抑えることができる。また、条件式（４）に示す値が上限を下回ることで、第２レンズと第３レンズの正の屈折力を適度に確保することができ、結果として射出瞳位置を固体撮像素子から物体側へ遠ざけることができるため、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の主光線入射角度（主光線と光軸のなす角度で光軸か光軸と平行な場合は０°）を小さく抑えることが可能となる。結果として、撮像面周辺部において実質的な開口効率が減少する現象（シェーディング）を抑制することができる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

１．０ ＜ ｆ２３／ｆ ＜ ２．０ （４）’
本発明では、負の第３レンズの形状は像側に凸面を向けたメニスカス形状であるが、固体撮像素子への主光線入射角度の観点からは、第３レンズ像側面が凹面である場合と比較し、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の主光線入射角度を小さく抑えやすいというメリットがある。また、条件式（４）のもとでは第３レンズの負の屈折力をそれほど大きくできないので、負の第３レンズは両凹形状ではなくメニスカス形状になりがちであるが、軸上色収差を良好に補正するためには、アッベ数の小さい第３レンズの負の作用面が絞りに近い物体側面にあった方が効果的であり、収差補正の観点からも負の第３レンズの形状は像側に凸面を向けたメニスカス形状であることが望ましい。

項４に記載の撮像レンズは、項１に記載の発明において、下記条件式を満足することを特徴とする。

０．１５ ＜ ｆ２／ｆ１ ＜ ０．６０ （５）
ただし、
ｆ１ ：前記第１レンズの焦点距離
ｆ２ ：前記第２レンズの焦点距離
本発明において、条件式（５）は、諸収差を良好に補正しながら正の第１レンズ、第２レンズの屈折力配分を適切に設定する条件を規定する。条件式（５）に示す値が下限を上回ることで、正の第１レンズの屈折力を適度に確保でき、撮像レンズ全系のレンズ全長を小さく抑えることができる。一方、条件式（５）に示す値が上限を下回ることで、正の第２レンズの屈折力を適度に確保でき、撮像レンズの射出瞳位置を固体撮像素子から物体側へ遠ざけることができる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

０．１５ ＜ ｆ２／ｆ１ ＜ ０．４ （５）’
項５に記載の撮像レンズは、項１に記載の発明において、下記条件式を満足することを特徴とする。

０．２０ ＜ ｒ４／｛（１−Ｎ２）・ｆ｝｝ ＜ ０．６０ （６）
ただし、
ｒ４ ：前記第２レンズの像側面の曲率半径
Ｎ２ ：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
ｆ ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
条件式（６）は、第２レンズ像側面の正の屈折力を適切に設定する条件を規定する。ここで、第２レンズ像側面の焦点距離は、曲率半径ｒ４と第２レンズの屈折率Ｎ２を用いて、ｒ４／（１−Ｎ２）で計算されるため、条件式（６）は第２レンズ像側面の焦点距離と、撮像レンズ全系の焦点距離の比を表す式である。条件式（６）に示す値が下限を上回ることにより、第２レンズ像側面の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、軸外光束のコマフレアや樽型の歪曲収差の発生を抑制することができる。さらに、第２面の曲率半径が小さくなりすぎず、レンズの加工性の観点からも好ましい。一方、条件式（６）に示す値が上限を下回ることで、第２レンズ像側面の屈折力を適度に確保できるため、負の第３レンズで発生する軸外諸収差をバランスよく補正することができる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

０．２５ ＜ ｒ４／｛（１−Ｎ２）・ｆ｝｝ ＜ ０．４５ （６）’
項６に記載の撮像ユニットは、光電変換部を備えた固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記光電変換部に被写体像を結像させる、項１〜５のいずれかに記載の撮像レンズと、前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、物体側からの光入射用の開口部を有し遮光性部材からなる筐体と、が一体的に形成された撮像ユニットであって、前記撮像ユニットの前記撮像レンズ光軸方向の高さが１０［ｍｍ］以下であることを特徴とするので、例えば携帯電話などの薄形の携帯端末にも搭載することができる。

項７に記載の携帯端末は、項６記載の撮像ユニットを備えることを特徴とする。本発明の撮像ユニットを用いることで、より小型かつ高性能な撮像機能を備えた携帯端末を得ることができる。

項８に記載の撮像レンズは、 固体撮像素子に被写体像を結像する撮像レンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズからなり、下記条件式を満足することを特徴とする。

２０ ＜ ｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３ ＜ ７０ （３）
１．０ ＜ ｆ２３／ｆ ＜ ３．０ （４）
ただし、
ν１ ：前記第１レンズのアッベ数
ν２ ：前記第２レンズのアッベ数
ν３ ：前記第３レンズのアッベ数
ｆ２３ ：前記第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
ｆ ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
小型で収差の良好に補正された撮像レンズを得るための本発明の基本構成は、物体側より順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズからなる。物体側より順に、第１レンズおよび第２レンズからなる正レンズ群と、負の第３レンズを配置する、いわゆるテレフォトタイプのこのレンズ構成は、レンズ全長の小型化には有利な構成である。更に、収差補正に関しては、絞りを挟んで第１レンズと第２レンズで正の屈折力を分担しているので、正レンズ群での球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。

条件式（３）は、撮像レンズ全系の色収差を良好に補正する条件を規定する。条件式（３）に示す値が下限を上回ることで、軸上色収差、倍率色収差をバランス良く補正することができる。また、その値が上限を下回ることで入手性のよい光学材料によりレンズを構成することができる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

２５ ＜ ｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３ ＜ ６０ （３）’
条件式（４）は、開口絞りより像側に配置される正の第２レンズと負の第３レンズの合成焦点距離を規定するものである。条件式（４）に示す値が下限を上回ることにより、第２レンズと第３レンズの正の合成焦点距離が小さくなりすぎず、撮像レンズ全系の主点位置が像側に寄りすぎることを回避できるため、撮像レンズ全系のレンズ全長（第１レンズの物体側面から撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離）を小さく抑えることができる。また、条件式（４）に示す値が上限を下回ることで、第２レンズと第３レンズの正の屈折力を適度に確保することができ、結果として射出瞳位置を固体撮像素子から物体側へ遠ざけることができるため、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の主光線入射角度（主光線と光軸のなす角度で光軸か光軸と平行な場合は０°）を小さく抑えることが可能となる。結果として、撮像面周辺部において実質的な開口効率が減少する現象（シェーディング）を抑制することができる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

１．０ ＜ ｆ２３／ｆ ＜ ２．０ （４）’
本発明では、負の第３レンズの形状は像側に凸面を向けたメニスカス形状であるが、固体撮像素子への主光線入射角度の観点からは、第３レンズ像側面が凹面である場合と比較し、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束の主光線入射角度を小さく抑えやすいというメリットがある。また、条件式（４）のもとでは第３レンズの負の屈折力をそれほど大きくできないので、負の第３レンズは両凹形状ではなくメニスカス形状になりがちであるが、軸上色収差を良好に補正するためには、アッベ数の小さい第３レンズの負の作用面が絞りに近い物体側面にあった方が効果的であり、収差補正の観点からも負の第３レンズの形状は像側に凸面を向けたメニスカス形状であることが望ましい。

項９に記載の撮像レンズは、項８に記載の発明において、前記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする。

本発明によれば、第１レンズを物体側に凸面を向けたメニスカス形状とすることで、第１レンズと第２レンズの形状が絞りを挟んで対称的な形状となり、第１レンズおよび第２レンズで発生するコマ収差を良好に補正することができる。また、撮像レンズ全系の倍率色収差や歪曲収差を補正し易い構成となる。

項１０に記載の撮像レンズは、項８に記載の発明において、下記条件式を満足することを特徴とする。

０．１５ ＜ ｆ２／ｆ１ ＜ ０．６０ （５）
ただし、
ｆ１ ：前記第１レンズの焦点距離
ｆ２ ：前記第２レンズの焦点距離
本発明において、条件式（５）は、諸収差を良好に補正しながら正の第１レンズ、第２レンズの屈折力配分を適切に設定する条件を規定する。条件式（５）に示す値が下限を上回ることで、正の第１レンズの屈折力を適度に確保でき、撮像レンズ全系のレンズ全長を小さく抑えることができる。一方、条件式（５）に示す値が上限を下回ることで、正の第２レンズの屈折力を適度に確保でき、撮像レンズの射出瞳位置を固体撮像素子から物体側へ遠ざけることができる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

０．１５ ＜ ｆ２／ｆ１ ＜ ０．４ （５）’
項１１に記載の撮像レンズは、項8に記載の発明において、下記条件式を満足することを特徴とする。

０．２０ ＜ ｒ４／｛（１−Ｎ２）・ｆ｝｝ ＜ ０．６０ （６）
ただし、
ｒ４ ：前記第２レンズの像側面の曲率半径
Ｎ２ ：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
ｆ ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
条件式（６）は、第２レンズ像側面の正の屈折力を適切に設定する条件を規定する。ここで、第２レンズ像側面の焦点距離は、曲率半径ｒ４と第２レンズの屈折率Ｎ２を用いて、ｒ４／（１−Ｎ２）で計算されるため、条件式（６）は第２レンズ像側面の焦点距離と、撮像レンズ全系の焦点距離の比を表す式である。条件式（６）に示す値が下限を上回ることにより、第２レンズ像側面の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、軸外光束のコマフレアや樽型の歪曲収差の発生を抑制することができる。さらに、第２面の曲率半径が小さくなりすぎず、レンズの加工性の観点からも好ましい。一方、条件式（６）に示す値が上限を下回ることで、第２レンズ像側面の屈折力を適度に確保できるため、負の第３レンズで発生する軸外諸収差をバランスよく補正することができる。尚、下式を満足すると、より望ましい。

０．２５ ＜ ｒ４／｛（１−Ｎ２）・ｆ｝｝ ＜ ０．４５ （６）’
項１２に記載の撮像レンズは、請求項８〜１１のいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが少なくとも１面の非球面を有することにより、収差補正をより良好に行うことができる。正の第１レンズおよび第２レンズに少なくとも１面の非球面を付加すると、球面収差やコマ収差を良好に補正することができる。また負の第３レンズに少なくとも１面の非球面を付加すると、像面湾曲や歪曲収差を良好に補正することができる。

項１３に記載の撮像ユニットは、光電変換部を備えた固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記光電変換部に被写体像を結像させる、項８〜１２のいずれかに記載の撮像レンズと、前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、物体側からの光入射用の開口部を有し遮光性部材からなる筐体と、が一体的に形成された撮像ユニットであって、前記撮像ユニットの前記撮像レンズ光軸方向の高さが１０［ｍｍ］以下であることを特徴とするので、例えば携帯電話などの薄形の携帯端末にも搭載することができる。

項１４に記載の携帯端末は、項１３記載の撮像ユニットを備えることを特徴とする。本発明の撮像ユニットを用いることで、より小型かつ高性能な撮像機能を備えた携帯端末を得ることができる。

本発明によれば、小型でありながらも諸収差が良好に補正され、かつ固体撮像素子周辺部に結像する光束の主光線の入射角を適度な値に抑えた、３枚構成の撮像レンズ及びそれを用いた撮像ユニット並びに携帯端末を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図７は、本実施の形態にかかる撮像ユニット５０の斜視図であり、図８は、撮像ユニット５０のVIII-VIII線を含む面に沿った断面図である。

上記撮像ユニット５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型イメージセンサ５１と、このイメージセンサ５１の光電変換部５１ａに被写体像を撮像させる撮像レンズとしての撮像レンズ１０と、イメージセンサ５１を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子５４を有する基板５２と、物体側からの光入射用の開口部５５ｄを有し遮光性部材からなる鏡筒としての筐体５３とを備え、これらが一体的に形成されている。尚、本撮像ユニット５０の光軸方向高さΔは、１０ｍｍ以下である。

上記イメージセンサ５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａが形成されており、その周囲には信号処理回路５１ｂが形成されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。また、イメージセンサ５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤＷを介して基板５２に接続されている。イメージセンサ５１は、光電変換部５１ａからの信号電荷をデジタルＹＵＶ信号等の画像信号等に変換し、ワイヤＷを介して基板５２上の所定の回路に出力する。ここで、Ｙは輝度信号、Ｕ（＝Ｒ−Ｙ）は赤と輝度信号との色差信号、Ｖ（＝Ｂ−Ｙ）は青と輝度信号との色差信号である。なお、撮像素子は上記ＣＭＯＳ型のイメージセンサに限定されるものではなく、ＣＣＤ等の他のものを使用しても良い。

基板５２は、その一平面上で上記イメージセンサ５１及び筐体５３を支持する支持平板５２ａと、支持平板５２ａの背面（イメージセンサ５１と反対側の面）にその一端部が接続されたフレキシブル基板５２ｂとを備えている。

支持平板５２ａは、表裏面に設けられた多数の信号伝達用パッドを有しており、その一平面側で前述したイメージセンサ５１のワイヤＷと接続され、背面側でフレキシブル基板５２ｂと接続されている。

フレキシブル基板５２ｂは、上記の如くその一端部が支持平板５２ａと接続され、その他端部に設けられた外部接続用端子５４を介して支持平板５２ａと外部回路（例えば、撮像ユニットを実装した上位装置が有する制御回路）とを接続し、外部回路からイメージセンサ５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルＹＵＶ信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。さらに、フレキシブル基板５２ｂの長手方向の中間部が可撓性又は変形容易性を備え、その変形により、支持平板５２ａに対して外部出力端子の向きや配置に自由度を与えている。

筐体５３は、基板５２の支持平板５２ａにおけるイメージセンサ５１が設けられた平面上に当該イメージセンサ５１をその内側に格納した状態で接着により固定装備されている。即ち、筐体５３は、イメージセンサ５１側の部分がイメージセンサ５１を囲むように広く開口されると共に他端部が開口部５５ｄを有するフランジ付きの筒状に形成されており、支持平板５２ａ上にイメージセンサ５１側の端部が当接固定されている。筐体５３の内部に、撮像レンズ１０が格納保持されている。

撮像レンズ１０は、物体側より順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズＬ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズＬ２、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズＬ３とを有している。各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、その光軸と筐体５３の中心線とが一致した状態で筐体５３の内部に収容されている。

より具体的には、第１レンズＬ１，開口絞りＳ、第２レンズＬ２は、レンズのフランジをつき当てた状態で、円筒状のホルダ５５の小径部５５ａ内に嵌合している。一方、ホルダ５５の大径部５５ｂ内に嵌合した第３レンズＬ３は、第２レンズＬ２のフランジにつき当てられており、不図示の接着剤により固定されている。ホルダ５５は、その外周に形成された雄ねじ部５５ｃを、筐体５３の内周面に形成された雌ねじ部５３ａに螺合させている。従って、ホルダ５５を回転させることにより、撮像レンズ１０とイメージセンサ５１との間隔が調整できるようになっている。調整後に、ホルダ５５と筐体５３とは不図示の接着剤により、相対回転不能となるように固定される。

この撮像レンズ１０は、開口絞りＳ及び各レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を光学系として、固体撮像素子に対して被写体像の結像を行うためのものである。開口絞りＳは、撮像レンズ全系のＦナンバーを決定する部材である。

撮像レンズ１０とイメージセンサ５１との間において筐体５３に保持されたＩＲカットフィルタ２３は、例えば、略矩形状や円形状に形成された部材である。

さらに、図示は省略するが、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に、遮光マスクが配置されていても良く、この場合には、固体撮像素子に近い第３レンズＬ３有効径の外側に不要光が入射することを防止し、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。

上述した撮像ユニット５０の使用態様について説明する。図９は、撮像ユニット５０を携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。また、図１０は携帯電話機１００の制御ブロック図である。

撮像ユニット５０は、例えば、撮像レンズにおける筐体５３の物体側端面が携帯電話機１００の背面（液晶表示部側を正面とする）に設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置になるよう配設される。

撮像ユニット５０の外部接続用端子５４は、携帯電話機１００の制御部１０１と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部１０１側に出力する。

一方、携帯電話機１００は、図１０に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）１０１と、番号等をキーにより支持入力するための入力部６０と、所定のデータの他に撮像した画像や映像等を表示する表示部７０と、外部サーバとの間の各種清報通信を実現するための無線通信部８０と、携帯電話機１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）９１と、制御部１０１によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像ユニット５０により撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部（ＲＡＭ）９２とを備えている。

そして、撮像ユニット５０から入力された画像信号は、上記携帯電話機１００の制御系により、記憶部９２に記憶されたり、或いは表示部７０で表示され、さらには、無線通信部８０を介して映像情報として外部に送信されることとなる。

以下、本発明の撮像レンズの実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。

ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
ｆＢ ：バックフォーカス
Ｆ ：Ｆナンバー
２Ｙ_Ｄ ：固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長
Ｒ ：曲率半径
Ｄ ：軸上面間隔
Ｎｄ ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ ：レンズ材料のアッベ数
各実施例において非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。

ただし、
Ａｉ ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数
（実施例１）
実施例１の撮像レンズのレンズデータを表１、２に示す。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０^−０３）を、Ｅ（例えば２．５Ｅ―０３）を用いて表すものとする。

図１は、実施例１のレンズの断面図である。図中Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｓは開口絞りを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。Ｉは、固体撮像素子の撮像面である。図２は実施例１の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。
（実施例２）
実施例２の撮像レンズのレンズデータを、表３、４に示す。

図３は、実施例２のレンズの断面図である。図中Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｓは開口絞りを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。Ｉは、固体撮像素子の撮像面である。図４は実施例１の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。
（実施例３）
実施例３の撮像レンズのレンズデータを、表５、６に示す。

図５は、実施例３のレンズの断面図である。図中Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｓは開口絞りを示す。また、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。Ｉは、固体撮像素子の撮像面である。図６は実施例１の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、メリディオナルコマ収差）である。

各実施例において、条件式（１）〜（２）に示す値を表７に示す。

各実施例において、条件式（３）〜（６）に示す値を表８に示す。

上述の実施例１、２、３において、第１レンズおよび第２レンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は０．０１％以下である。第３レンズは、ポリカーボネイト系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は０．４％である。プラスチックレンズはガラスレンズに比べ、飽和吸水率が大きいため、急激な湿度変化があると過渡的に吸水量の不均一分布が発生し、屈折率が均一にならず良好な結像性能が得られなくなる傾向にある。湿度変化による性能劣化を抑えるためには、飽和吸水率がすべて０．７％以下のプラスチック材料を用いることが望ましい。

ここで、プラスチック材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズの全てをプラスチックレンズで構成すると、周囲温度が変化した際に、撮像レンズレンズ全系の像点位置が変動してしまうという問題を抱えてしまう。この像点位置変動が無視できない仕様の撮像ユニットにおいては、例えば正の第１レンズをガラス材料にて形成されるレンズ（例えばガラスモールドレンズ）とし、正の第２レンズと負の第３レンズをプラスチックレンズとし、かつ第２レンズと第３レンズとで温度変化時の像点位置変動をある程度相殺するような屈折力配分とすることで、この温度特性の問題を軽減することができる。又、正の第２レンズをガラス材料にて形成されるレンズとし、正の第１レンズと負の第３レンズをプラスチックレンズとしても良い。ガラスモールドレンズを用いる場合は、成形金型の消耗をできるだけ防ぐために、ガラス転移点（Ｔｇ）が４００℃以下のガラス材料を使用するのが望ましい。

また最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させ、プラスチック材料の屈折率の温度変化を小さく抑えることができることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が２０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低いプラスチック材料となる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。本発明において、２枚の正レンズ（Ｌ１，Ｌ２）のうちの１枚、または全てのレンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）に、このような無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、撮像レンズ全系の温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることが可能となる。

Claims (14)

1. 固体撮像素子に被写体像を結像する撮像レンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズからなり、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有し、下記条件式を満足する撮像レンズ。
   １５° ＜ ＩＡ_Ｄ ＜ ３５° （１）
   ｜ＩＡ_ｈ − （ＩＡ_Ｄ・Ｙ_ｈ／Ｙ_Ｄ）｜ ＜ ５° （２）
   ただし、
   Ｙ_Ｄ ：前記固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長の１／２
   Ｙ_ｈ ：前記撮像レンズの任意の像高（ただしＹ_ｈ ＜ Ｙ_Ｄ）
   ＩＡ_Ｄ ：前記撮像レンズの像高Ｙ_Ｄに結像する光束の主光線と光軸とのなす角度
   ＩＡ_ｈ ：前記撮像レンズの像高Ｙ_ｈに結像する光束の主光線と光軸とのなす角度
2. 請求の範囲第１項に記載の撮像レンズにおいて、下記条件式を満足する。
   ２０ ＜ ｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３ ＜ ７０ （３）
   ただし、
   ν１ ：前記第１レンズのアッベ数
   ν２ ：前記第２レンズのアッベ数
   ν３ ：前記第３レンズのアッベ数
3. 請求の範囲第１項に記載の撮像レンズにおいて、下記条件式を満足する。
   １．０ ＜ ｆ２３／ｆ ＜ ３．０ （４）
   ただし、
   ｆ２３ ：前記第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
   ｆ ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
4. 請求の範囲第１項に記載の撮像レンズにおいて、下記条件式を満足する。
   ０．１５ ＜ ｆ２／ｆ１ ＜ ０．６０ （５）
   ただし、
   ｆ１ ：前記第１レンズの焦点距離
   ｆ２ ：前記第２レンズの焦点距離
5. 請求の範囲第１項に記載の撮像レンズにおいて、下記条件式を満足する。
   ０．２０ ＜ ｒ４／｛（１−Ｎ２）・ｆ｝｝ ＜ ０．６０ （６）
   ただし、
   ｒ４ ：前記第２レンズの像側面の曲率半径
   Ｎ２ ：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
   ｆ ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
6. 光電変換部を備えた固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記光電変換部に被写体像を結像させる、 請求の範囲第１項に記載の撮像レンズと、
   前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、
   物体側からの光入射用の開口部を有し遮光性部材からなる筐体と、が一体的に形成された撮像ユニットであって、
   前記撮像ユニットの前記撮像レンズ光軸方向の高さが１０［ｍｍ］以下である撮像ユニット。
7. 請求の範囲第６項に記載の撮像ユニットを備える携帯端末。
8. 固体撮像素子に被写体像を結像する撮像レンズであって、
   物体側より順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有し像側に凸面を向けたメニスカス形状の第３レンズからなり、下記条件式を満足する撮像レンズ。
   ２０ ＜ ｛（ν１＋ν２）／２｝−ν３ ＜ ７０ （３）
   １．０ ＜ ｆ２３／ｆ ＜ ３．０ （４）
   ただし、
   ν１ ：前記第１レンズのアッベ数
   ν２ ：前記第２レンズのアッベ数
   ν３ ：前記第３レンズのアッベ数
   ｆ２３ ：前記第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
   ｆ ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
9. 請求の範囲第８項に記載の撮像レンズにおいて、前記第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。
10. 請求の範囲第８項に記載の撮像レンズにおいて、下記条件式を満足する。
    ０．１５ ＜ ｆ２／ｆ１ ＜ ０．６０ （５）
    ただし、
    ｆ１ ：前記第１レンズの焦点距離
    ｆ２ ：前記第２レンズの焦点距離
11. 請求の範囲第８項に記載の撮像レンズにおいて、下記条件式を満足する。
    ０．２０ ＜ ｒ４／｛（１−Ｎ２）・ｆ｝｝ ＜ ０．６０ （６）
    ただし、
    ｒ４ ：前記第２レンズの像側面の曲率半径
    Ｎ２ ：前記第２レンズのｄ線に対する屈折率
    ｆ ：前記撮像レンズ全系の焦点距離
12. 請求の範囲第８項に記載の撮像レンズにおいて、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズは、それぞれ少なくとも１面の非球面を有する。
13. 光電変換部を備えた固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子の前記光電変換部に被写体像を結像させる、 請求の範囲第８項に記載の撮像レンズと、
    前記固体撮像素子を保持すると共に電気信号の送受を行う外部接続用端子を有する基板と、
    物体側からの光入射用の開口部を有し遮光性部材からなる筐体と、が一体的に形成された撮像ユニットであって、
    前記撮像ユニットの前記撮像レンズ光軸方向の高さが１０［ｍｍ］以下である撮像ユニット。
14. 請求の範囲第１３項に記載の撮像ユニットを備える携帯端末。