KR20030082397A - 소형 촬상 렌즈, 촬상 유닛 및 이를 구비한 휴대용 단말 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 소형 촬상 렌즈는, 개구 조리개와, 정굴절력을 갖고 볼록면이 상을 향해 지향되는 제1 렌즈와, 오목면이 상을 향해 지향되는 메니스커스 형상의 제2 렌즈로 구성된 렌즈 시스템을 포함한다. 개구 조리개, 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 상측으로부터 이 순서대로 정렬되고, 제1 및 제2 렌즈는 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는다. f1이 제1 렌즈의 촛점 거리이고, f가 촬상 렌즈 전계의 촛점 거리이고, R1이 제1 렌즈의 물체측면의 곡률 반경이고, R2가 제2 렌즈의 상측면의 곡률 반경일 때 아래의 조건식

0.50 < f1/f < 0.80

0.30 < (R2 + R1)/(R1 - R2) < 1.20

를 만족한다.

Description

소형 촬상 렌즈, 촬상 유닛 및 이를 구비한 휴대용 단말{MINIATURE IMAGE CAPTURING LENS, IMAGE CAPTURING UNIT AND MOBILE TERMINAL PROVIDED THEREWITH}

본 발명은, CCD형 이미지 센서 혹은 CMOS형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 적합한 소형 촬상 렌즈에 관한 것이다.

최근, CCD(Charged Coupled Device)형 이미지 센서 혹은 CM0S(Complementary Metal 0xide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치의 고성능화 및 소형화에 수반하여, 촬상 장치를 구비한 휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터가 보급되고 있다. 또한, 이들의 촬상 장치에 탑재되는 촬상 렌즈에는, 또한 소형화로의 요구가 높아지고 있다.

이와 같은 용도의 촬상 렌즈로서, 단일 렌즈에 비해 고성능화가 가능한 2매 구성의 촬상 렌즈가 일반적으로 적합하며, 물체측으로부터 차례로 부굴절력을 갖는 제1 렌즈, 조리개, 정굴절력을 갖는 제2 렌즈로 이루어지는, 레트로 포커스식의 촬상 렌즈가 알려져 있다. 이와 같은 구성의 촬상 렌즈는, 예를 들어 일본 특허 공개 2000-321489호 공보, 일본 특허 공개 2001-183578호 공보에 개시되어 있다.

그러나 이 타입의 촬상 렌즈는, 광각화로 가는 경향이 있지만, 한편으로는 백포커스가 길어지는 경향이 있어, 촬상 렌즈 전체 길이(촬상 렌즈 전계의 가장 물체측면으로부터 상측 촛점까지의 광축 상의 거리, 단 가장 물체측에 개구 조리개가 배치되는 촬상 렌즈에 있어서는 개구 조리개로부터 상측 촛점까지의 거리)를 단축하는 것이 곤란하였다.

본 발명은, 이와 같은 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 촬상 렌즈 매수가 2매라고 하는 간략한 구성임에도 불구하고, 보다 소형으로 수차가 양호하게 보정된 소형 촬상 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

여기서, 소형 촬상 렌즈의 척도이나, 본 발명에서는 하기의 식을 충족시키는 레벨의 소형화를 목표로 하고 있다. 이 범위를 충족시킴으로써, 촬상 렌즈 전체 길이를 짧게 할 수 있고 상승적으로 촬상 렌즈 외경도 작게 할 수 있다. 이에 의해, 촬상 장치 전체의 소형 경량화가 가능해진다.

L/2Y < 1.50

단,

L : 개구 조리개로부터 상측 촛점까지의 광축상의 거리

2Y : 유효 화면 대각선 길이

또, 상측 촛점이라 함은 촬상 렌즈에 광축과 평행한 평행 광선이 입사한 경우의 상점을 말한다. 또한, 촬상 렌즈의 가장 상측면과 상측 촛점 위치 사이에 평행 평판이 배치되는 경우에는, 평행 평판 부분은 공기 환산 길이로 한다.

여기서, 평행 평판 부분이 예를 들어, 저역 통과 필터를 갖고 있었던 경우, 저역 통과 필터의 공기 환산 길이 Dc는 저역 통과 필터의 두께 t, 굴절률 n이라 하면 (Dc = t/n)로 구할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예 내지 제6 실시예에 관한 소형 촬상 렌즈의 대표적인 단면도.

도2는 제1 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도.

도3은 제2 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도.

도4는 제3 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도.

도5는 제4 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도.

도6은 제5 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도.

도7은 제6 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도.

도8은 본 발명의 제7 실시예에 관한 소형 촬상 렌즈의 대표적인 단면도.

도9는 제7 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도.

도10은 상술한 실시예에 관한 소형 촬상 렌즈를 이용한 촬상 장치의 실시 형태를 도시한 단면도.

도11은 실시 형태에 관한 촬상 장치의 사시도.

도12는 실시 형태에 관한 촬상 장치에 이용하는 고체 촬상 소자의 상면도.

도13은 실시 형태에 관한 소형 촬상 렌즈의 하면도.

도14는 휴대 전화의 외관도.

도15는 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 상측 렌즈 부재

2 : 이미지 센서

3 : 차광 마스크

4 : 경프레임

5 : 보유 지지 부재

6 : 코일 스프링

7 : 필터

8 : 차광 시트

9 : 물체측 렌즈 부재

19 : 광학 부재

50 : 촬상 유닛

52 : 기판

53 : 하우징

54 : 외부 출력 단자

70 : 표시부

80 : 무선 통신부

91, 92 : 기억부

100 : 휴대 전화기

101 : 제어부

L1 : 제1 렌즈

L2 : 제2 렌즈

S : 조리개

청구항 1에 기재된 소형 촬상 렌즈는, 물체측으로부터 차례로, 개구 조리개, 상측에 볼록면을 향하게 한 정굴절력을 갖는 제1 렌즈, 물체측에 오목면을 향하게 한 메니스커스 형상의 제2 렌즈로 구성되고, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈는 각각 적어도 1면의 비구면을 갖고, 이하의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

0.50 < f1/f < 0.80(1)

0.30 < (R2 + Rl)/(R1 - R2) < 1.20(2)

단,

f1 : 상기 제1 렌즈의 촛점 거리

f : 촬상 렌즈 전계의 촛점 거리

R1 : 상기 제1 렌즈의 물체측면의 곡률 반경

R2 : 상기 제1 렌즈의 상측면의 곡률 반경

소형으로 수차가 양호하게 보정된 촬상 렌즈를 얻기 위해, 본 발명의 기본 구성은 가장 물체측에 상기 개구 조리개를 배치하고, 물체측면에 비교하여 굴절력이 큰 볼록면을 상측을 향하게 한 상기 정의 제1 렌즈와, 물체측에 오목면을 향하게 한 상기 메니스커스 형상의 제2 렌즈로 이루어진다.

가장 물체측에 상기 개구 조리개를 배치하고, 또한 상기 정의 제1 렌즈의 상측면에 큰 정굴절력을 갖게 함으로써, 사출 동공 위치를 상면으로부터 멀리할 수 있다. 이에 의해, 촬상 렌즈 최종면을 사출한 광속의 메인 광선이 고체 촬상 소자에 수직에 가까운 각도로 입사하게 되며, 즉 고체 촬상 소자에 이용하는 촬상 렌즈에 필요한 상측 텔레센트릭 특성을 양호하게 확보할 수 있어, 화면 주변부에 있어서의 세이딩 현상을 경감할 수 있다. 고체 촬상 소자에 이용하는 소형 촬상 렌즈에 필요한 상측 텔레센트릭 특성을 확보하기 쉬운 구성으로 되어 있다. 또한, 상기 제2 렌즈의 물체측면에 큰 부굴절력을 갖게 함으로써, 여러 가지 수차를 양호하게 보정하고 있다.

또한, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 각각에, 적어도 1면의 비구면을 이용함으로써, 보다 양호한 수차 보정이 가능해진다. 상기 정의 제1 렌즈에 비구면을 이용하면, 구면 수차 및 코마 수차의 보정에 효과가 있다. 한편, 상기 제2 렌즈는 개구 조리개로부터 떨어져 가장 상측에 배치되어 있으므로, 축상 광속과 화면 주변부의 축외 광속에 의해 통과 높이에 차이가 있으며, 비구면을 이용함으로써, 상면 만곡이나 왜곡 수차 등의, 화면 주변부의 여러 가지 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

[조건식 (1)의 설명]

조건식 (1)은, 상기 제1 렌즈의 굴절력을 적절하게 설정하는 조건이다. 값(f1/f)이 하한을 상회함으로써, 제1 렌즈의 정굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않고, 상기 제1 렌즈의 상측면에서 발생하는, 고차의 구면 수차나 코마 수차, 또한 배율 색수차를 작게 억제할 수 있다. 한편, 값(f1/f)이 상한을 하회함으로써, 상기 제1 렌즈의 정굴절력을 적절하게 확보할 수 있어, 촬상 렌즈 전체 길이의 단축이 가능해진다.

[조건식 (2)의 설명]

조건식 (2)는, 조건식 (1)을 기초로, 상기 정의 제1 렌즈의 형상 인자(Shape Factor)를 적절하게 설정하는 것이다. 값 (R2 + R1)/(R1 - R2)가 하한을 상회함으로써, 상기 제1 렌즈의 정굴절력을 주로 상측면에서 담당하게 되어, 촬상 렌즈 전계에서의 상측 텔레센트릭 특성의 확보가 용이해진다. 또한, 이러한 값이 상한을 하회함으로써, 상기 제1 렌즈의 상측면의 곡률 반경이 극단적으로 작아지는 일이 없어져, 촬상 렌즈 전계의 백포커스를 확보하기 쉽고, 또한 상기 제1 렌즈의 가공성의 관점으로부터도 바람직하다. 또, 보다 바람직하게는 이하의 범위가 좋다.

0.40 < (R2 + R1)/(R1 - R2) < 0.90(2')

청구항 2에 기재된 소형 촬상 렌즈는, 이하의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

-0.50 < R3/[(N2 - 1)ㆍf] < -0.10(3)

단,

R3 : 상기 제2 렌즈의 물체측면의 곡률 반경

N2 : 상기 제2 렌즈의 d선에 대한 굴절률

f : 촬상 렌즈 전계의 촛점 거리

[조건식 (3)의 설명]

조건식 (3)은, 상기 제2 렌즈의 물체측면의 부굴절력을 적절하게 설정함으로써, 상면 만곡의 보정을 쉽게 하고, 상면을 평탄하게 하기 위한 조건이다. 여기서, 상기 제2 렌즈 물체측면의 촛점 거리는 곡률 반경(R3)과 제2 렌즈의 굴절률(N2)을 이용하여 R3/(N2 - 1)로 계산되므로, 조건식 (2)는 제2 렌즈 물체측면의 촛점 거리와, 촬상 렌즈 전계의 촛점 거리의 비를 나타내는 식이다.

값 R3/[(N2 - 1)ㆍf]이 조건식 (3)의 하한을 상회함으로써, 상기 제2 렌즈 물체측면의 부굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아, 축외 광속의 코마 플레어나, 실 권취형의 왜곡 수차의 발생을 억제할 수 있어, 양호한 화질을 얻을 수 있다. 한편, 이러한 값이 상한을 하회함으로써, 상기 제2 렌즈 물체측면의 부굴절력을 유지할 수 있으므로, 정의 베쯔바르 합이 감소되어 상면 만곡의 보정이 용이해진다. 또한, 상기 제1 렌즈 상측면에서 발생하는 배율 색수차도 양호하게 보정할 수 있다. 또, 보다 바람직하게는 이하의 범위가 좋다.

-0.40 < R3/[(N2 - 1)ㆍf] < -0.20(3')

청구항 3에 기재된 소형 촬상 렌즈는, 이하의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

25.0 < ν1 - ν2(4)

단,

ν1 : 상기 제1 렌즈의 아베수

ν2 : 상기 제2 렌즈의 아베수

[조건식 (4)의 설명]

조건식 (4)는, 상기 정의 제1 렌즈와 상기 부의 제2 렌즈에서의 색수차 보정의 조건이며, 값(ν1 - ν2)이 하한을 상회함으로써, 축상 색수차 및 배율 색수차를 밸런스 좋게 보정할 수 있다.

청구항 4에 기재된 소형 촬상 렌즈는, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈가 플라스틱 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, 플라스틱 재료로 형성되어 있다라고 함은 플라스틱 재료를 모재로서 그 표면에 반사 방지나 표면 경도 향상을 목적으로 한 코팅 처리를 행한 경우를 포함하는 것이다. 이하의 기재 모두도 마찬가지로 한다.

최근에는 촬상 장치 전체의 소형화를 목적으로 하여, 동일한 화소수의 고체 촬상 소자라도, 화소 피치가 작아, 결과적으로 수광부(광전 변환부)의 화면 사이즈가 작은 것이 개발되어 있다. 이와 같은 화면 사이즈가 작은 고체 촬상 소자용 촬상 렌즈는, 동일한 획각을 확보하기 위해서는 전계의 촛점 거리를 짧게 할 필요가 있으므로, 각 렌즈의 곡률 반경이나 외경이 상당히 작아져 버린다. 따라서, 연마 가공에 의해 제조되는 유리 렌즈에서는 가공이 곤란해진다. 따라서, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈를, 예를 들어 사출 성형에 의해 제조되는 플라스틱 렌즈로 구성함으로써, 곡률 반경이나 외경이 작은 촬상 렌즈라도 대량 생산이 가능해진다. 또한, 비구면화가 용이하므로 수차 보정상도 유리하다. 여기서 소경 렌즈라도 비교적 용이하게 제조할 수 있는 촬상 렌즈로서 유리 몰드 렌즈의 채용도 생각할 수 있지만, 플라스틱 렌즈 쪽이 제조 비용을 억제한 대량 생산에 적합하다고 할 수 있다.

청구항 5에 기재된 소형 촬상 렌즈는, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈가 포화 흡수율 0.7 ％ 이하의 플라스틱 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

플라스틱 렌즈는 유리 렌즈에 비해 포화 흡수율이 크기 때문에, 급격한 습도 변화가 있으면 과도적으로 흡수량의 불균일 분포가 발생하고, 굴절률이 균일해지지 않아 양호한 결상 성능을 얻을 수 없게 되는 경향이 있다. 그래서 플라스틱 렌즈의 포화 흡수율이 0.7 ％ 이하인 재료를 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈에 이용함으로써, 습도 변화에 의한 소형 촬상 렌즈의 성능 열화를 억제할 수 있다.

청구항 6에 기재된 촬상 유닛은 광전 변환부를 구비한 고체 촬상 소자와,

상기 고체 촬상 소자의 상기 광전 변환부에 피사체상을 결상시키는, 청구항 1 내지 청구항 5에 기재된 촬상 렌즈와,

상기 고체 촬상 소자를 보유 지지하는 동시에 전기 신호의 전송 및 수신을 행하는 외부 접속용 단자를 갖는 기판과,

물체측으로부터의 광입사용 개구부를 갖고 차광성 부재로 이루어지는 하우징이 일체적으로 형성된 촬상 유닛이며,

상기 촬상 유닛의 상기 촬상 렌즈 광축 방향의 높이가 10[㎜] 이하인 것을 특징으로 한다.

청구항 1 내지 청구항 5에 기재된 촬상 렌즈를 이용함으로써, 보다 소형화 또한 고화질화 등의 이점을 구비하는 촬상 유닛을 얻을 수 있다. 또,「광입사용의 개구부」라 함은, 반드시 구멍 등의 공간을 형성하는 데 한정되지 않고, 물체측으로부터의 입사광을 투과 가능한 영역이 형성된 부분을 가리키는 것으로 한다.

「상기 촬상 유닛의 상기 촬상 렌즈 광축 방향의 높이가 10[㎜] 이하」라 함은, 상기 모든 구성을 구비한 촬상 유닛의 광축 방향에 따른 전체 길이를 의미하는 것으로 한다. 따라서, 예를 들어 기판 표면에 하우징이 설치되고, 기판 배면에 전자 부품 등이 실장된 경우에 있어서는 하우징의 물체측이 되는 선단부로부터 배면 상에서 돌출하는 전자 부품의 선단부까지의 거리가 10[㎜] 이하가 되는 것을 상정한다.

청구항 7에 기재된 휴대용 단말는 청구항 6에 기재된 촬상 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 촬상 유닛을 탑재함으로써, 보다 소형이고 고화질의 촬상이 가능한 촬상 단말을 얻을 수 있다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 소형 촬상 렌즈의 실시예를 도시하지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 여기서 각 실시예에 사용하는 기호는 하기와 같다.

f : 촬상 렌즈 전계의 촛점 거리

fB : 백포커스

F : F 번호

2Y : 유효 화면 대각선 길이

R : 곡률 반경

D : 축상면 간격

Nd : 촬상 렌즈 재료의 d선에 대한 굴절률

νd : 촬상 렌즈 재료의 아베수

각 실시예에 있어서, 비구면 형상은 면의 정상점을 원점으로 하여 광축 방향을 X축으로 한 직교 좌표계에 있어서, 정상점 곡률을 C, 원뿔 정수를 K, i차의 비구면 계수를 Ai로 하여 이하의「수학식 1」로 나타낸다.

도1은, 본 발명의 제1 실시예 내지 제6 실시예에 관한 소형 촬상 렌즈의 대표적인 단면도이며, 도면 중 부호 L1은 제1 렌즈, 부호 L2는 제2 렌즈, 부호 S는 개구 조리개를 나타낸다.

<제1 실시예>

제1 실시예의 촬상 렌즈 데이터를 표 1, 표 2에 나타낸다. 본 실시예에서는 L/2Y = 1.21이다. 또한, 나타내는 촬상 렌즈 데이터 내에 있어서, 10의 거듭 제곱(예를 들어, 2.5 × 10^-0.3)을, E(예를 들어, 2.5 × E^-0.3)을 이용하여 나타내고 있다.

도2는 제1 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도(구면 수차, 비점 수차, 왜곡 수차, 메리디오널 코마 수차)이다. 본 실시예에 있어서는, 제1 렌즈는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되고, 포화 흡수율은 0.01 ％ 이하이다. 또한, 제2 렌즈는 폴리카보네이트계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.4 ％이다.

<제2 실시예>

제2 실시예의 촬상 렌즈 데이터를 표 3, 표 4에 나타낸다. 본 실시예에서는 L/2Y = 1.22이다.

도3은, 제2 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도(구면 수차, 비점 수차, 왜곡 수차, 메리디오널 코마 수차)이다. 본 실시예에 있어서는, 제1 렌즈는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 O.01 ％ 이하이다. 또한,제2 렌즈는 폴리카보네이트계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.4 ％이다.

<제3 실시예>

제3 실시예의 렌즈 데이터를 표 5, 표 6에 나타낸다. 본 실시예에서는 L/2Y = 1.28이다.

도4는, 제3 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도(구면 수차, 비점 수차, 왜곡 수차, 메리디오널 코마 수차)이다. 본 실시예에 있어서는, 제1 렌즈는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 O.01 ％ 이하이다. 또한, 제2 렌즈는 폴리카보네이트계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.4 ％이다.

<제4 실시예>

제4 실시예의 촬상 렌즈 데이터를 표 7, 표 8에 나타낸다. 본 실시예에서는 L/2Y = 1.22이다.

도5는, 제4 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도(구면 수차, 비점 수차, 왜곡 수차, 메리디오널 코마 수차)이다. 본 실시예에 있어서는, 제1 렌즈는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.01 ％ 이하이다. 또한,제2 렌즈는 폴리에스테르계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.7 ％이다.

<제5 실시예>

제5 실시예의 촬상 렌즈 데이터를 표 9, 표 10에 나타낸다. 본 실시예에서는 L/2Y = 1.23이다.

도6은, 제5 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도(구면 수차, 비점 수차, 왜곡 수차, 메리디오널 코마 수차)이다. 본 실시예에 있어서는, 제1 렌즈는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.01 ％ 이하이다. 또한, 제2 렌즈는 폴리카보네이트계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.4 ％이다.

<제6 실시예>

제6 실시예의 촬상 렌즈 데이터를 표 11, 표 12에 나타낸다. 본 실시예에서는 L/2Y = 1.25이다.

도7은, 제6 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도(구면 수차, 비점 수차, 왜곡 수차, 메리디오널 코마 수차)이다. 본 실시예에 있어서는, 제1 렌즈는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.01 ％ 이하이다. 또한, 제2 렌즈는 폴리카보네이트계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.4 ％이다.

<제7 실시예>

제7 실시예의 촬상 렌즈 데이터를 표 13, 표 14에 나타낸다. 본 실시예에서는 L/2Y = 1.34이다.

도8은 제7 실시예에 관한 소형 촬상 렌즈의 단면도이며, 도면 중 부호 L1은 제1 렌즈, 부호 L2는 제2 렌즈, 부호 S는 개구 조리개를 나타낸다.

도9는, 제7 실시예의 소형 촬상 렌즈에 관한 수차도(구면 수차, 비점 수차, 왜곡 수차, 메리디오널 코마 수차)이다. 본 실시예에 있어서는, 제1 렌즈는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.01 ％ 이하이다. 또한, 제2 렌즈는 폴리카보네이트계의 플라스틱 재료로 형성되어, 포화 흡수율은 0.4 ％이다.

또, 본 실시예는 가장 상측에, 적외선 커트 필터 및 고체 촬상 소자의 밀봉 유리 상당의 평행 평판을 배치한 설계예이다.

각 조건식에 대응하는 각 실시예의 값을 표 15에 나타낸다.

또, 상술한 실시예는 상측 광속의 텔레센트릭 특성에 대해서는 반드시 충분한 설계로는 되어 있지 않다. 텔레센트릭 특성이라 함은, 각 상점에 대한 광속의 메인 광선이 촬상 렌즈 최종면을 사출한 후, 광축과 대략 평행해지는 것을 말하고, 바꿔 말하면 광학계의 사출 동공 위치가 상면으로부터 충분히 떨어지는 것이다. 텔레센트릭 특성이 나빠지면, 광속이 고체 촬상 소자에 대해 경사지게 입사하고, 화면 주변부에 있어서 실질적인 개구 효율이 감소하는 현상(세이딩)이 생겨 주변 광량 부족을 초래하게 된다. 그러나, 최근 기술에서는 고체 촬상 소자의 색필터나 마이크로 렌즈 어레이의 배열 수정 등에 의해, 전술한 세이딩 현상을 경감할 수 있도록 되어 오고 있다. 따라서, 본 실시예는 텔레센트릭 특성의 요구가 완화된 부분에 대해, 보다 소형화를 목표로 한 설계예로 되어 있다.

도10은, 상술한 실시예에 관한 소형 촬상 렌즈를 이용한 촬상 유닛의 실시 형태를 도시한 단면도이다. 도11은, 이러한 촬상 유닛의 사시도이다. 도12는, 이러한 촬상 유닛에 이용하는 고체 촬상 소자의 상면도이다. 도13은, 소형 촬상 렌즈의 하면도이다.

도10에 있어서, 광학 부재(19)는 각각 투명한 플라스틱 재료로 이루어지는 상측 렌즈 부재(1)와 물체측 렌즈 부재(9)로 구성되어 있다. 상측 렌즈 부재(1)는, 도10에 도시한 바와 같이 대략 중공 원통형의 다리부(1c)와, 다리부(1c)의 일부로서 그 하단부에 형성된 4개의 접촉부(1d)와, 다리부(1c)의 상단부 주위에 형성된 단차부(1e)와, 촬상 렌즈부(1a)(도1의 부호 L2에 상당)와, 상측 렌즈 부재(1)의 상단부 주위에 형성된 링부(1f)로 일체적으로 형성되어 있다. 또한, 도13에 도시한 바와 같이 상측 렌즈 부재(1)의 접촉부(1d)는, 대략 중공 원통형의 다리부(1c)의 하면으로부터 돌출하는 4개의 원뿔 기둥 형상을 갖고 있다.

또한, 도10에 있어서 촬상 렌즈부(1a)의 상부에는, 차광성이 있는 소재로 이루어지며, 주변 광속을 규제하는 조리개로서의 개구부(3a)를 갖는 차광 마스크(3)가 배치되어 있다.

링부(1f)의 내주면에 끼워 맞추고, 또한 링부(1f)의 상면인 접촉면(1g)에 접촉하도록 하여 물체측 렌즈 부재(9)가 배치되어 있다. 물체측 렌즈 부재(9)는, 링부(1f)의 상방에 위치하는 플랜지부(9b)와, 중앙에 형성된 정의 렌즈부(9a)(도1의 부호 L1에 상당)와, 이하에 서술하는 돌기부(9c)와, 링부(1f)에 끼워 맞추는 링부(9d)로 구성되어 있다.

물체측 렌즈 부재(9)의 플랜지부(9b)의 하면에는, 접촉면(1g)에 대향하도록 하여 등간격으로 3 군데(3 군데 이상이면 몇 군데라도 좋음)에 형성된 끝이 가는 돌기부(9c)가 형성되어 있다. 상측 렌즈 부재(1)에 대해, 차광 마스크(3)를 끼워 넣은 후, 접촉면(1g)에 접착제(B)를 도포하여 상방으로부터 물체측 렌즈 부재(9)를 압박하면, 돌기부(9c)는 접촉면(1g)에 접촉하고, 접착제(B)는 돌기부(9c)의 주위로 도피하여, 그 상태에서 고정 부착된다.

돌기부(9c)가 없으면, 상측 렌즈 부재(1)와 물체측 렌즈 부재(9)는 면 접촉하게 되지만, 이러한 경우 접촉면 사이에 접착제(B)가 개재되고, 상측 렌즈 부재(1)와 물체측 렌즈 부재(9)의 간격이 부적절하게 될 우려가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 따르면, 돌기부(9c)의 끝이 가는 형상에 의해, 접착제(B)의 존재에 관계 없이 접촉면(19)에 확실히 접촉시킬 수 있으므로, 돌기부(9c)의 돌출량을 적절한 값으로 함으로써, 상측 렌즈 부재(1)와 물체측 렌즈 부재(9)의 간격을 정밀도 좋게 규정할 수 있고, 그에 의해 대량 생산시의 촬상 렌즈 전계로서의 결상 위치나 여러 가지 수차의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 차광 마스크(3)는 물체측 렌즈 부재(9)와 접촉하고 있지 않고, 주변 광속을 규제하는 조리개로서만 기능하고 있지만, 물체측 렌즈 부재(9)에 접촉시킴으로써, 돌기부(9c) 대신에 촬상 렌즈부(1a, 9a)의 촬상 렌즈 사이 거리를 규제하는 공간으로서 기능시킬 수도 있다.

상측 렌즈 부재(1)의 링부(1f)의 내주면과 물체측 렌즈 부재(9)의 플랜지부(9b)로부터 하방으로 돌출하는 링부(9d)의 외주면은, 서로 동일 직경이며 또한 광축에 평행하게 되어 있으므로, 이러한 면끼리가 결합함으로써, 촬상 렌즈부(1a, 9a)의 광축 직교 방향의 위치 결정을 행할 수 있고, 그들의 광축을 용이하게 일치시킬 수 있다.

광학 부재(19)의 외측에는, 차광성이 있는 소재로 이루어지는 경프레임(4)이 배치되어 있다. 경프레임(4)은, 도11로부터 명백한 바와 같이 각형 기둥형의 하부(4a)와, 원통형의 상부(4b)를 설치하고 있다. 하부(4a)의 하단부는, 기판(PC)상에 접촉하고, 접착제(B)에 의해 고정 부착되어 있다. 도10에 있어서, 하부(4a)의 상면은 격벽(4c)에 의해 주변측이 덮혀져 있고, 격벽(4c)의 원형 내주면에는 광학 부재(19)의 다리부(1c)가 밀착적으로 끼워 맞추어져 있다. 따라서, 기판(PC)과 경프레임(4)을, 예를 들어 자동 조립기에 구비된 광학 센서(도시하지 않음) 등을 이용하여, 격벽(4c)의 원형 개구부 중심과, 후술하는 고체 촬상 소자(2)의 광전 변환부(2d)의 중심을 일치시키도록 위치 결정 배치하고, 그 후 광학 부재(19)를 상부로부터 삽입하는 것만으로, 후술하는 고체 촬상 소자(2)의 광전 변환부(2d)에 대해 촬상 렌즈부(1a) 및 정의 렌즈부(9a)를, 광축 직교 방향으로 정밀도 좋게 위치 결정할 수 있다.

경프레임(4)의 상부(4b)의 상단부에는 중앙의 끼워 맞춤부(5a)와, 내주측과 외주측에 있어서 상면보다 낮아진 접착부(5b)와, 끼워 맞춤부(5a)의 하방을 향해 돌출하여 내경이 점차적으로 직경을 축소하는 직경 축소부(5c)를 갖고, 차광성이 있는 소재로 이루어지는 보유 지지 부재(5)가 부착되어 있다. 또한, 직경 축소부(5c)는 촬상 렌즈 전계의 F 번호를 규제하는 조리개(도1의 부호 S에 상당함)이다. 끼워 맞춤부(5a)에는 적외선 흡수 특성을 갖는 소재로 이루어지는 필터(7)가 끼워 맞춤 배치되어 있다. 보유 지지 부재(5)의 접착부(5b)에 접착제(B)를 충전한 후, 얇은 차광 시트(8)를 상면에 적재함으로써, 필터(7)와, 차광 시트(8)와, 보유 지지 부재(5)를 동시에 경프레임(4)에 부착할 수 있다.

도10에 있어서, 보유 지지 부재(5)와, 광학 부재(19)의 단차부(1e) 사이에는, 코일 스프링으로 이루어지는 탄성 수단(6)이 배치되고, 보유 지지 부재(5)가경프레임(4)에 부착됨으로써 탄성 변형하고, 그 탄성력에 의해 광학 부재(19)를 도10 중, 하방을 향해 압박하고 있다. 따라서, 보유 지지 부재(5)로부터의 힘은, 경프레임(4)을 거쳐서 기판(PC)으로는 전달되지만, 직접 고체 촬상 소자(2)에 전달되는 일이 없어, 고체 촬상 소자(2)의 보호라는 관점으로부터 바람직하다. 또한, 탄성력에 대해서는 코일 스프링(6)의 선 직경ㆍ권취수 등을 선택함으로써, 적절하게 관리할 수 있다.

도12에 있어서, 고체 촬상 소자(2)는 CMOS형 이미지 센서로 이루어진다. 직사각형의 얇은 판형인 고체 촬상 소자(2)의 하면은 기판(PC)의 상면에 부착되어 있다. 고체 촬상 소자(2)의 상면 중앙에는, 화소가 2차원적으로 배열된 광전 변환부(2d)가 형성되어 있고, 그 주위에는 고체 촬상 소자(2)의 내부이고 또한 내측에 신호 처리 회로가 구성되어 있는 주위면(2a)이 형성되어 있다. 얇은 측면에 직교하도록 교차한 주위면(2a)의 외부 모서리 근방에는, 다수의 패드(2c)가 배치되어 있다. 결선용 단자인 패드(2c)는, 도10에 도시한 바와 같이 와이어(W)를 거쳐서, 기판(PC)에 접속되어 있다. 고체 촬상 소자(2)는 광전 변환부(2d)로부터의 전기 신호를 화상 신호 등으로 변환하고, 이들의 신호를 패드(2c) 및 와이어(W)를 거쳐서 기판(PC)의 소정의 회로에 출력할 수 있도록 되어 있다.

또한, 광학 부재(19)의 접촉부(1d)는 도13에 도시한 바와 같이, 다리부(1c)의 하단부로부터 원뿔형으로 돌출하여 다리부(1c)의 일부를 구성하여 이루어진다. 본 실시 형태에 있어서는, 도12에서 점선으로 나타낸 바와 같이 고체 촬상 소자(2)의 주위면(2a)에 있어서, 패드(2c)의 내측에, 접촉부(1d)만이 접촉한 상태에서 광학 부재(19)가 배치되게 된다. 여기서, 주위면(2a)의 이면측(도10에서 하면측)에는 고체 촬상 소자의 도시되지 않은 신호 처리 회로가 설치되어 있지만, 접촉부(1d)의 접촉에 의해 신호 처리에는 영향이 미치지 못하도록 되어 있다.

본 실시 형태에 따르면, 접촉부(1d)가 고체 촬상 소자(2)의 주위면(2a)에 접촉한 상태에서, 광학 부재(19)의 단차부(1e)의 하면과, 경프레임(4) 하부(4a)의 격벽(4c) 사이에는 간극(Δ)이 형성되도록 되어 있으므로, 촬상 렌즈부(1a)와 고체 촬상 소자(2)의 광전 변환부(2d)와의 거리(즉 광축 방향의 위치 결정)는 다리부(1c)의 길이에 의해 정밀도 좋게 설정되도록 되어 있다. 따라서, 다리부(1c)[접촉부(1d)를 포함함]의 치수 정밀도를 관리함으로써, 촬상 렌즈 전계로서의 촛점 위치에 관한 조정을 불필요하게 할 수 있다.

또, 광학 부재(19)를 플라스틱 재료로 구성하고 있으므로, 온도 변화시의 촬상 렌즈부(1a, 9a)의 굴절률 변화에 의거하는 촛점 위치의 어긋남을 저감하는 것도 가능하다. 즉, 플라스틱 렌즈는 온도가 상승함에 따라서, 촬상 렌즈의 굴절률이 내려가고, 촬상 렌즈 전계의 촛점 위치가 촬상 렌즈로부터 떨어지는 방향으로 변화한다. 한편, 다리부(1c)는 온도 상승에 의해 신장되므로, 촛점 위치 어긋남의 저감 효과가 있다. 또한, 본 실시 형태의 광학 부재(19)는 비중이 비교적 가벼운 플라스틱 재료로 이루어지므로, 동일 체적이라도 유리에 비해 경량이며, 또한 충격 흡수 특성이 우수하므로 촬상 장치를 실수로 떨어뜨리는 경우라도, 고체 촬상 소자(2)의 파손을 가능한 한 억제할 수 있다는 이점이 있다.

본 실시 형태에 있어서는 경프레임(4)이 기판(PC)에 접착되어 있고, 다른 2군데의 접착부와 아울러, 촬상 장치의 외부에 대해, 이물질이 침입하지 않도록 밀봉된 상태로 유지되므로, 고체 촬상 소자(2)의 광전 변환부(2d)에 대한 이물질의 악영향을 배제할 수 있다. 이들에 이용하는 접착제는, 방습성을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 습기의 침입에 의한 고체 촬상 소자나 패드의 표면 열화를 막을 수 있다.

기판(52)은 그 일평면 상에서 상기 이미지 센서(2) 및 하우징(4)을 지지하는 지지 평판(52a)과, 지지 평판(52a)의 배면[이미지 센서(2)와 반대측면]에 그 일단부가 접속된 가요성 기판(52b)을 구비하고 있다.

지지 평판(52a)은 표리면에 설치된 다수의 신호 전달용 패드를 갖고 있고, 그 일평면측에서 전술한 이미지 센서(2)의 와아어(W)와 접속되고, 배면측에서 가요성 기판(52b)과 접속되어 있다.

가요성 기판(52b)은 상기한 바와 같이 그 일단부가 지지 평판(52a)과 접속되고, 그 타단부에 설치된 외부 출력 단자(54)를 거쳐서 지지 평판(52a)과 외부 회로(예를 들어, 촬상 유닛을 실장한 상위 장치가 갖는 제어 회로)를 접속하고, 외부 회로로부터 이미지 센서(2)를 구동하기 위한 전압이나 클록 신호의 공급을 받거나, 또한 디지털 YUV 신호를 외부 회로로 출력하거나 하는 것을 가능하게 한다. 또한, 가요성 기판(52b)의 길이 방향의 중간부가 가요성 또는 변형성을 구비하고, 그 변형에 의해 지지 평판(52a)에 대해 외부 출력 단자의 방향이나 배치에 자유도를 부여하고 있다.

상술한 촬상 유닛(50)의 사용 태양에 대해 설명한다. 도14는 촬상 유닛(50)을 휴대용 단말로서의 휴대 전화기(100)에 장비한 상태를 도시한다. 또한, 도15는 휴대 전화기(100)의 제어 블럭도이다.

촬상 유닛(50)은, 예를 들어 촬상 광학계에 있어서의 하우징(53)의 물체측 단부면이 휴대 전화기(100)의 배면(액정 표시부측을 정면으로 함)에 설치되고, 액정 표시부의 하방에 상당하는 위치에 배치된다.

그리고, 촬상 유닛(50)의 외부 접속 단자(54)는 휴대 전화기(100)의 제어부(101)와 접속되고, 휘도 신호나 색차 신호 등의 화상 신호를 제어부(101)측으로 출력한다.

한편, 휴대 전화기(100)는 도15에 도시한 바와 같이, 각부를 총괄적으로 제어하는 동시에 각 처리에 따른 프로그램을 실행하는 제어부(CPU)(101)와, 번호 등을 키에 의해 지지 입력하기 위한 입력부(60)와, 소정의 데이터 외에 촬상한 영상 등을 표시하는 표시부(70)와, 외부 서버 사이의 각종 정보 통신을 실현하기 위한 무선 통신부(80)와, 휴대 전화기(100)의 시스템 프로그램이나 각종 처리 프로그램 및 단말 ID 등의 필요한 여러 데이터를 기억하고 있는 기억부(ROM)(91)와, 제어부(101)에 의해 실행되는 각종 처리 프로그램이나 데이터, 혹은 처리 데이터 혹은 촬상 유닛(50)에 의해 촬상 데이터 등을 일시적으로 저장하는 작업 영역으로서 이용되는 일시 기억부(RAM)(92)를 구비하고 있다.

그리고, 촬상 유닛(50)으로부터 입력된 화상 신호는 상기 휴대 전화기(100)의 제어계에 의해, 기억부(92)에 기억되거나, 혹은 표시부(70)로 표시되고, 또는 무선 통신부(80)를 거쳐서 영상 정보로서 외부로 송신된다.

이상, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되어 해석되어서는 안되며, 적절하게 변경 및 개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들어, 본 실시예의 소형 촬상 렌즈는 촬상 렌즈와 고체 촬상 소자 광전 변환부 사이에, 저역 통과 필터나 적외선 커트 필터를 배치하지 않은 설계예이지만, 필요에 따라서 필터류를 배치해도 좋다.

이상 서술한 본 발명에 따르면, 촬상 렌즈 매수가 2매라는 간략한 구성임에도 불구하고, 보다 소형이면서 수차가 양호하게 보정된 소형 촬상 렌즈를 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 물체의 상을 포착하기 위한 소형 촬상 렌즈이며,

   촬상 개구를 갖는 개구 조리개과,

   정굴절력을 갖고 볼록면이 상을 향해 지향되는 제1 렌즈와, 오목면이 상을 향해 지향되는 메니스커스 형상의 제2 렌즈로 구성된 렌즈 시스템을 포함하며,

   개구 조리개, 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 상측으로부터 이 순서대로 정렬되고,

   제1 및 제2 렌즈는 적어도 하나의 비구면 표면을 갖고, f1이 제1 렌즈의 촛점 거리DL고, f가 촬상 렌즈 전계의 촛점 거리이고, R1이 제1 렌즈의 물체측면의 곡률 반경이고, R2가 제2 렌즈의 상측면의 곡률 반경일 때 아래의 조건식

   0.50 < f1/f < 0.80

   0.30 < (R2 + R1)/(R1 - R2) < 1.20

   를 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 촬상 렌즈.
2. 제1항에 있어서, R3가 제2 렌즈의 상측면의 곡률 반경이고 N2는 d-선에 대한 제2 렌즈의 굴절률일 때 아래의 조건식

   -0.50 < R3 < ((N2-1)ㆍf) < -0.10

   을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 촬상 렌즈.
3. 제1항에 있어서, ν1이 제1 렌즈의 아베수이고, ν2는 제2 렌즈의 아베수일때 아래의 조건식

   25.0 < ν1 - ν2

   를 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 촬상 렌즈.
4. 제1항에 있어서, 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 각각 플라스틱 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 소형 촬상 렌즈.
5. 제4항에 있어서, 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 각각 포화 흡수율이 0.7 % 이하인 플라스틱 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 소형 촬상 렌즈.
6. 광전 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자와,

   상기 고체 촬상 소자의 광전 변환부 상에 피사체의 상을 결상시키는, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 설명된 촬상 렌즈와,

   상기 고체 촬상 소자를 지지하고 전기 신호를 전송 및 수신하는 외부 접속용 단자를 갖는 기판와,

   물체측으로부터의 광입사용 개구부를 갖고 차광성 부재로 이루어지는 케이싱을 포함하며,

   고체 촬상 소자, 촬상 렌즈, 기판 및 케이싱은 단일 본체로 구성되며 촬상 렌즈의 광축의 방향으로의 촬상 유닛의 높이는 10 mm 이하인 것을 특징으로 하는 촬상 유닛.
7. 제6항에 개시된 촬상 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말.