KR20050009147A

KR20050009147A - 촬상 렌즈, 촬상 유닛 및 이 촬상 유닛을 구비하는 휴대단말

Info

Publication number: KR20050009147A
Application number: KR1020040052889A
Authority: KR
Inventors: 야마구찌스스무; 사노에이고
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2005-01-24
Also published as: TWI327233B; CN1576939A; SG140461A1; EP1724622A2; US7420609B2; US20050007481A1; EP1496382A2; EP1724622B1; DE602004010001D1; EP1496382A3; EP1724622A3; TW200510765A; DE602004010001T2; DE602004024128D1; EP1496382B1; CN100371761C

Abstract

촬상 렌즈의 물체측으로부터 차례로, 정의 굴절력을 가지며 볼록면이 촬상 렌즈의 물체측을 향한 제1 렌즈와, 개구 조리개와, 정의 굴절력을 가지며 볼록면이 촬상 렌즈의 상측을 향한 제2 렌즈와, 부의 굴절력을 가지며 오목면이 촬상 렌즈의 상측을 향한 메니스커스 형상의 제3 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈의 초점 거리를 f1, 촬상 렌즈 전계의 초점 거리를 f, 제1 렌즈의 아베수, 제2 렌즈의 아베수 및 제3 렌즈의 아베수를 각각1,2 및3이라 할 때, 하기의 조건식을 만족시키는 촬상 렌즈.

0.8 ＜ f1/f ＜ 2.0 (1)

20 ＜ {1 ＋2)/2} －

Description

촬상 렌즈, 촬상 유닛 및 이 촬상 유닛을 구비하는 휴대 단말 {IMAGE PICK-UP LENS, IMAGE PICK-UP UNIT, AND MOBILE TERMINAL PROVIDED WITH THIS IMAGE PICK-UP UNIT}

본 발명은, CCD형 이미지 센서나 CMOS형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자의 광학계로서 적합한 촬상 렌즈와 상기 촬상 렌즈를 갖는 촬상 유닛 및 이 촬상 유닛을 구비하는 휴대 단말에 관한 것이다.

최근, CCD(Charged Coupled Device)형 이미지 센서 혹은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치의 고성능화, 소형화에 수반하여 촬상 장치를 구비한 휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터가 보급되고 있다.

그리고, 이들 휴대 전화기나 퍼스널 컴퓨터의 소형화 혹은 기능의 증가에 의한 고밀도화에 수반하여 이들 촬상 장치의 소형화를 도모하기 위해 상기 촬상 장치에 탑재되는 촬상 렌즈에의 소형화로의 요구가 한층 높아지고 있다.

이와 같은 소형의 촬상 장치용 촬상 렌즈로서, 1매 혹은 2매 구성의 촬상 렌즈에 비해 고성능화가 가능하다는 이유로부터 최근에는 물체측으로부터 차례로 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈, 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈를 배치한 3매 구성의 촬상 렌즈가 일반적으로 되고 있다. 이와 같은 소위 트리플렛 타입의 촬상 렌즈는 특허문헌 1에 개시되어 있다.

[특허문헌 1]

일본 특허 공개 2001-75006호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 타입의 촬상 렌즈는 넓은 획각을 확보하면서 제수차가 양호하게 보정된 타입이지만, 그 한편에서는 촬상 렌즈 전체 길이(촬상 렌즈 전계의 가장 물체측의 면으로부터 상측 초점까지의 거리, 단 가장 물체측에 개구 조리개가 배치되는 촬상 렌즈에 있어서는 개구 조리개로부터 상측 초점까지의 거리를 말함)의 소형화에는 적합하지 않았다.

본 발명은 이와 같은 문제점에 비추어 종래 타입보다 소형이면서도 제수차를 양호하게 보정한 3매 구성의 촬상 렌즈, 촬상 유닛 및 휴대 단말을 제공하는 것이다.

여기서, 소형의 촬상 렌즈의 척도이지만, 본 발명에서는 하기의 7의 조건식을 만족시키는 레벨의 소형화를 목표로 하고 있다. 이 범위를 만족시킴으로써 렌즈 전체 길이를 짧게 할 수 있어 상승적으로 렌즈 외경도 작게 할 수 있다. 이에 의해, 촬상 장치 전체의 소형 경량화가 가능해진다.

[조건식 7]

L/2Y ＜ 1.50

단,

L : 제1 렌즈의 물체 측면으로부터 촬상 렌즈 전계의 상측 초점까지의 광축 상의 거리

2Y : 고체 촬상 소자의 촬상면 대각선 길이(고체 촬상 소자의 직사각형 실효 화소 영역의 대각선 길이)

여기서, 상측 초점이라 함은, 렌즈에 광축과 평행한 평행 광선이 입사한 경우의 상점을 말한다. 또한, 촬상 렌즈의 가장 상측의 면과 상측 초점 위치 사이에 광학적 로우패스 필터, 적외선 컷트 필터, 또는 고체 촬상 소자 패키지의 밀봉 유리 등의 평행 평판이 배치되는 경우에는 평행 평판 부분은 공기 환산 거리로 한 후에 상기 L의 값을 계산하는 것으로 한다.

또한, 보다 바람직하게는 하기의 8의 조건식의 범위가 좋다.

[조건식 8]

L/2Y ＜ 1.30

제1항에 기재된 구성은 물체측으로부터 차례로 정의 굴절력을 갖고, 볼록면이 상기 물체측을 향한 제1 렌즈, 개구 조리개, 정의 굴절력을 갖고, 볼록면이 상측을 향한 메니스커스 형상의 제2 렌즈, 부의 굴절력을 갖고, 오목면이 상측을 향한 제3 렌즈로 이루어지는 촬상 렌즈이며, 제1 렌즈의 초점 거리를 f1, 촬상 렌즈 전계의 초점 거리를 f, 제1 렌즈의 아베수를1, 제2 렌즈의 아베수를2, 제3 렌즈의 아베수를3이라 하였을 때에 하기의 1, 2의 조건식을 만족시키는 구성을 채용하고 있다.

[조건식 1]

0.8 ＜ f1/f ＜ 2.0

[조건식 2]

20 ＜ {1 ＋2)/2} －3 ＜ 70

제1항에 기재된 본 구성에 따르면, 물체측으로부터 차례로 제1 렌즈 및 제2렌즈로 이루어지는 정렌즈군과, 오목면이 상측을 향한 부의 제3 렌즈를 배치하는, 소위 텔레포토 타입의 렌즈 구성이므로, 렌즈 전체 길이의 소형화에 유리한 동시에 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

즉, 수차 보정에 관해서는 정의 굴절력을 제1 렌즈와 제2 렌즈로 분담하고 있으므로, 구면수차나 코마수차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 개구 조리개가 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 배치되고, 제1 렌즈는 볼록면이 물체측을 향한 형상, 제2 렌즈는 볼록면이 상측을 향한 메니스커스 형상이므로, 배율색 수차나 왜곡수차를 보정하기 쉬운 구성이 되어 있다.

여기서, 조건식 1은 제1 렌즈의 굴절력을 규정하는 것이다. 식 1에 있어서의 상한치를 하회함으로써 제1 렌즈의 정의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있어 촬상 렌즈 전체 길이를 소형화할 수 있다. 한편, 하한치를 상회함으로써 제1 렌즈의 정의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 제1 렌즈에서 발생하는 고차의 구면수차나 코마수차를 작게 억제할 수 있다. 또한, 조건식 1의 f1/f의 값은, 보다 바람직하게는 하기의 9의 조건식의 범위가 좋다.

[조건식 9]

0.8 ＜ f1/f ＜ 1.65

또한, 조건식 2는 촬상 렌즈 전계의 색수차를 양호하게 보정하는 조건이다. 식 2에 있어서의 하한치를 상회함으로써 축상색수차, 배율색수차를 밸런스 좋게 보정할 수 있다. 또한, 식 2에 있어서의 상한치를 하회함으로써 실제로는 적합하지 않은 렌즈 재료를 배제할 수 있다. 또한, 조건식 2의 값은, 보다 바람직하게는 하기의 10의 조건식의 범위가 좋다.

[조건식 10]

25 ＜ {(1 ＋2)/2} －3 ＜ 70

또한, 상기와 같은 렌즈 구성은 각 렌즈의 편심 허용 공차를 크게 확보할 수 있는 구성이므로, 예를 들어 대량 생산 시, 촬상 유닛(1) 등에 각 렌즈의 광축이 동일 직선상으로부터 미소량 어긋나게 조립된 경우라도 회질 열화가 생기기 어려워 렌즈 성능의 유지를 적절하게 행할 수 있다는 효과도 있다.

도1은 본 발명의 실시 형태인 촬상 유닛의 사시도.

도2는 본 발명의 실시 형태인 촬상 유닛의 각 렌즈의 광축을 포함하는 단면에 있어서의 개략적인 단면도.

도3의 (a)는 촬상 유닛을 적용한 휴대 전화기의 정면도, 도3의 (b)는 촬상 유닛을 적용한 휴대 전화기의 배면도.

도4는 도3의 휴대 전화기의 제어 블럭도.

도5는 제1 실시예의 렌즈 배치를 도시하는 설명도.

도6은 제1 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차).

도7은 제2 실시예의 촬상 렌즈 배치를 도시하는 설명도.

도8은 제2 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차).

도9는 제3 실시예의 렌즈 배치를 도시하는 설명도.

도10은 제3 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차).

도11은 제4 실시예의 렌즈 배치를 도시하는 설명도.

도12는 제4 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차).

도13은 제5 실시예의 렌즈 배치를 도시하는 설명도.

도14는 제5 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차).

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 촬상 광학계(촬상 렌즈)

50 : 촬상 유닛

51 : 이미지 센서(고체 촬상 소자)

51a : 광전 변환부

52, 53 : 하우징

54 : 외부 접속용 단자

100 : 휴대 전화기(휴대 단말)

L1 : 제1 렌즈

L2 : 제2 렌즈

L3 : 제3 렌즈

S : 개구 조리개

이하에, 본 발명의 바람직한 구성을 설명한다.

제2항에 기재된 구성은 제1항에 기재된 촬상 렌즈와 같은 구성을 구비하고 있는 동시에, 제3 렌즈의 초점 거리를 f3으로 하였을 때에 하기의 3의 조건식을 만족시키는 구성을 채용하고 있다.

[조건식 3]

－1.5 ＜ f3/f ＜－0.5

제2항에 기재된 구성에 따르면, 조건식 3은 제3 렌즈의 굴절력을 규정하는 것이다. 식 3에 있어서의 하한치를 상회함으로써 제3 렌즈의 부의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있어 렌즈 전체 길이의 소형화 및 상면 만곡이나 왜곡수차 등의 축외 제수차의 보정을 양호하게 행할 수 있다. 한편, 상한치를 하회함으로써 제3 렌즈의 부의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속이 과도하게 튀어 오르는 일이 없어져 상측 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

여기서, 상측 텔레센트릭 특성이라 함은, 고체 촬상 소자의 촬상면에 결상하는 광속의 주광선이 렌즈 최종면을 사출한 후, 광축과 대략 평행해지는 것을 말하고, 환언하면 촬상 렌즈의 사출 동공 위치가 상면으로부터 충분히 떨어지는 것이다. 텔레센트릭 특성이 나빠지면, 광속이 고체 촬상 소자에 대해 경사로부터 입사하여 촬상면 주변부에 있어서 실질적인 개구 효율이 감소되는 셰이딩 현상이 생겨 주변 광량 부족이 되어 버린다. 따라서, 상측 텔레센트릭 특성이라 함은, 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 렌즈에 필요한 특성이다.

제3항에 기재된 구성은 제1항 내지 제2항 중 어느 한 쪽에 기재된 촬상 렌즈와 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제2 렌즈의 상측면(image side surface)의 곡률 반경을 R4로 하였을 때에 하기 11식의 조건식을 만족시키는 구성을 채용하고 있다.

[조건식 11]

0.15 ＜│R4│/f ＜ 0.40

제3항에 기재된 구성에 따르면, 조건식 11은 제2 렌즈 상측면의 곡률 반경의 절대치를 적절하게 설정하는 조건이다. 하한을 상회함으로써 제2 렌즈 상측면의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 축외 광속의 코마 플레어나 배가 불룩한 형의 왜곡수차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제2 면의 곡률 반경이 지나치게 작아지지 않아 렌즈의 가공성의 관점으로부터도 바람직하다. 상한을 하회함으로써 제2 렌즈 상측면의 굴절력을 적절하게 확보할 수 있으므로, 부의 제3 렌즈에서 발생하는 축외 제수차를 밸런스 좋게 보정할 수 있다. 또한, 상측 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다. 보다 바람직하게는 하기 12의 조건식의 범위가 좋다.

[조건식 12]

0.18 ＜│R4│/f ＜ 0.30

제4항에 기재된 구성은 제1항에 기재된 촬상 렌즈와 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제1 렌즈는 볼록면이 물체측을 향한 메니스커스 형상이라는 구성을 채용하고 있다.

제4항에 기재된 구성에 따르면, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 형상이 개구 조리개를 협지하여 대칭적인 형상이 되어 제1 렌즈에서 발생하는 구면수차나 코마수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다.

또한, 촬상 렌즈 전계의 배율색수차나 왜곡수차가 보다 보정하기 쉬운 구성이 된다.

제5항에 기재된 구성은 제1항과 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제3 렌즈는 오목면이 상측을 향한 메니스커스 형상이라는 구성을 채용하고 있다.

제5항에 기재된 구성에 따르면, 제3 렌즈는 오목면이 상측을 향한 메니스커스 형상이므로, 제3 렌즈의 주점 위치를 상측으로 이동시킬 수 있고, 촬상 렌즈 전계의 렌즈 전체 길이를 소형화하면서도 충분한 백포커스를 확보할 수 있다.

또한, 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 공기 렌즈가 양 오목 형상이 되므로, 그 정의 굴절력에 의해 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

제6항에 기재된 구성은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항과 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제3 렌즈의 상측면은 상기 상측면의 정상점을 원점으로 하여 광축 방향에 X축을 취하고, 광축에 대해 수직인 방향의 높이를 h, 상기 제3 렌즈의 상측면의 i차의 비구면계수를 Ai, 상기 제3 렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R6, 상기 제3 렌즈의 상측면의 원추계수를 K6이라 한 경우에 다음 식 5에 나타내는 비구면 변위량(X)과 다음 식 6에 나타내는 비구면의 회전 2차 곡면 성분 변위량(X0)이 최대 유효 반경(hmax)에 대해 hmax × 0.7 ＜ h ＜ hmax가 되는 임의의 광축 수직 방향의 높이(h)의 범위에서 하기의 4의 조건식을 만족시키는 구성을 채용하고 있다.

[조건식 4]

X － XO ＜ O

[식 5]

[식 6]

여기서, 제3 렌즈의 상측면의 정상점이라 함은, 상기 상측면과 광축의 교점의 것을 말하는 것으로 한다.

제6항에 기재된 구성에 따르면, 조건식 4를 만족시키는 비구면 형상으로 함으로써 제3 렌즈 상측면의 형상이 광축으로부터 떨어져 주변으로 감에 따라서 부의 굴절력이 약해지는 형상(또는, 광축 부근에서는 오목면 형상이면서도 주변부에서는 볼록면 형상이 되는 변곡점을 갖는 형상)이 되므로, 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

제7항에 기재된 구성은 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항과 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈는 플라스틱 재료로 형성되어 있는 구성을 채용하고 있다.

제7항에 기재된 구성에 따르면, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 사출 성형에 의해 제조되는 플라스틱 렌즈로 구성함으로써 곡률 반경이나 외경이 작은 렌즈라도 대량 생산이 가능해진다.

즉, 최근에는 고체 촬상 장치 전체의 소형화를 목적으로 하여 동일 화소수의 고체 촬상 소자라도 화소 피치가 적고, 결과적으로 촬상면 사이즈가 작은 것이 개발되고 있다. 이와 같은 촬상면 사이즈가 작은 고체 촬상 소자용 촬상 렌즈는 전계의 초점 거리를 비례적으로 짧게 할 필요가 있으므로, 각 렌즈의 곡률 반경이나 외경이 꽤 작아져 버린다. 따라서, 연마 가공에 의해 제조되는 유리 렌즈에서는 가공이 곤란해진다.

또한, 각 렌즈를 사출 성형에 의해 제조되는 플라스틱 렌즈로 구성함으로써 비구면화가 용이해져 수차 보정을 양호하게 행할 수 있다. 여기서, 소경 렌즈라도 비교적 쉽게 제조할 수 있는 렌즈로서, 유리 몰드 렌즈의 채용도 고려되지만, 일반적으로 유리 전이점(Tg)이 높은 유리에서는 몰드 프레스를 행할 때의 프레스 온도를 높게 설정할 필요가 있고, 성형 금형에 마모가 생기기 쉽다. 그 결과, 성형 금형의 교환 횟수나 메인터넌스 횟수가 증가되어 비용 상승으로 연결되어 버린다.

또한,「플라스틱 재료로 형성되어 있다」라 함은, 플라스틱 재료를 모재로 하고, 플라스틱 재료 속에 무기 미립자가 혼합되어 있는 경우나, 그 표면에 반사 방지나 표면 경도 향상을 목적으로 하여 코팅 처리를 행한 경우를 포함하는 것으로 한다.

제8항에 기재된 구성은 광전 변환부를 갖는 고체 촬상 소자와, 상기 고체 촬상 소자의 상기 광전 변환부에 피사체상을 결상시키기 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 촬상 렌즈와, 상기 고체 촬상 소자를 보유 지지하는 동시에 전기 신호의 송수신을 행하는 외부 접속용 단자를 갖는 기판과, 상기 물체측으로부터의 광입사용 개구부를 갖고 차광 부재로 이루어지는 하우징이 일체적으로 형성된 촬상 유닛(1)이며, 상기 촬상 유닛의 상기 촬상 렌즈 광축 방향의 높이가 10 ㎜ 이상이라는 구성을 채용하고 있다.

제8항에 기재된 구성에 따르면, 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 촬상 렌즈를 이용함으로써 보다 소형화 또한 고화질화 등의 이점을 구비하는 촬상 유닛을 얻을 수 있다.

또한,「광입사용 개구부」라 함은, 반드시 구멍 등의 공간을 형성하는 것에 한정되지 않고, 물체측으로부터의 입사광을 투과 가능한 영역이 형성된 부분을 나타내는 것으로 한다.

또한,「촬상 유닛의 촬상 렌즈의 광축 방향 높이가 10 ㎜ 이하」라 함은, 상기 전체의 구성을 구비한 촬상 유닛의 광축 방향에 따른 전체 길이를 의미하는 것으로 한다. 따라서, 예를 들어 기판의 표측의 면상에 하우징이 설치되고, 기판의 배면에 전자 부품 등이 실장된 경우에 있어서는 하우징의 물체측이 되는 선단부로부터 배면 상에서 돌출되는 전자 부품의 선단부까지의 거리가 10 ㎜ 이하가 되는 것을 상정한다.

제9항에 기재된 구성의 휴대 단말은 제8항에 기재된 촬상 유닛을 구비한다는 구성을 채용하고 있다.

제9항에 기재된 구성에 따르면, 전술한 제8항에 기재된 촬상 유닛을 탑재함으로써 전술한 소형화, 경량화를 도모하는 동시에, 고화질의 촬상이 가능한 휴대 단말을 실현할 수 있다.

제10항에 기재된 구성은 물체측으로부터 차례로 정의 굴절력을 갖고, 볼록면이 상기 물체측을 향한 제1 렌즈, 개구 조리개, 정의 굴절력을 갖고, 볼록면이 상측을 향한 메니스커스 형상의 제2 렌즈, 부의 굴절력을 갖고, 오목면이 상측을 향한 제3 렌즈로 이루어지는 촬상 렌즈이며, 제1 렌즈의 초점 거리를 f1, 상기 제3 렌즈의 초점 거리를 f3, 촬상 렌즈 전계의 초점 거리를 f라 하였을 때에 하기의 21, 22의 조건식을 만족시키는 구성을 채용하고 있다.

[조건식 21]

0.8 ＜ f1/f ＜ 2.0

[조건식 22]

－1.5 ＜ f3/f ＜－0.5

제10항에 기재된 본 구성에 따르면, 물체측으로부터 차례로 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 이루어지는 정렌즈군과, 오목면이 상측을 향한 부의 제3 렌즈를 배치하는, 소위 텔레포토 타입의 렌즈 구성이므로, 렌즈 전체 길이의 소형화에 유리한 동시에 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

즉, 수차 보정에 대해서는 정의 굴절력을 제1 렌즈와 제2 렌즈로 분담하고 있으므로, 구면수차나 코마수차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 개구 조리개가 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 배치되어 제1 렌즈는 볼록면이 물체측을 향한 형상, 제2 렌즈는 볼록면이 상측을 향한 메니스커스 형상이므로, 배율색수차나 왜곡수차를 보정하기 쉬운 구성이 되어 있다.

여기서, 조건식 21은 제1 렌즈의 굴절력을 규정하는 것이다. 식 21에 있어서의 상한치를 하회함으로써 제1 렌즈의 정의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있어 촬상 렌즈 전체 길이를 소형화할 수 있다. 한편, 하한치를 상회함으로써 제1 렌즈의 정의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 제1 렌즈에서 발생하는 고차의 구면수차나 코마수차를 작게 억제할 수 있다.

또한, 조건식 22는 제3 렌즈의 굴절력을 규정하는 것이다. 식 22에 있어서의 하한치를 상회함으로써 제3 렌즈의 부의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 렌즈 전체 길이의 소형화 및 상면 만곡이나 왜곡수차 등의 축외 제수차의 보정을 양호하게 행할 수 있다. 한편, 상한치를 하회함으로써 제3 렌즈의 부의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속이 과도하게 튀어 오르는 일이 없어져 상측 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

또한, 상기와 같은 렌즈 구성은 각 렌즈의 편심 허용 공차를 크게 확보할 수 있는 구성이므로, 예를 들어 대량 생산시에 있어서, 촬상 유닛 등에 각 렌즈의 광축이 동일 직선상으로부터 미소량 어긋나 조립된 경우라도 화질 열화가 생기기 어려워 렌즈 기능의 유지를 적절하게 행할 수 있다는 효과도 있다.

제11항에 기재된 구성은 제10항에 기재된 촬상 렌즈와 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제2 렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R4로 하였을 때에 하기 31식의 조건식을 만족시키는 구성을 채용하고 있다.

[조건식 31]

0.15 ＜│R4│/f ＜ 0.40

제11항에 기재된 구성에 따르면, 조건식 31은 제2 렌즈 상측면의 곡률 반경의 절대치를 적절하게 설정하는 조건이다. 하한을 상회함으로써 제2 렌즈 상측면의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 축외 광속의 코마 플레어나 배가불룩한 형의 왜곡수차 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제2 면의 곡률 반경이 지나치게 작아지지 않아 렌즈의 가공성의 관점으로부터도 바람직하다. 상한을 하회함으로써 제2 렌즈 상측면의 굴절력을 적절하게 확보할 수 있으므로, 부의 제3 렌즈에서 발생하는 축외 제수차를 밸런스 좋게 보정할 수 있다. 또한, 상측 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다. 보다 바람직하게는 하기 32의 조건식의 범위가 좋다.

[조건식 32]

0.18 ＜│R4│/f ＜ 0.30

제12항에 기재된 구성은 제10항에 기재된 촬상 렌즈와 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제1 렌즈는 볼록면이 물체측을 향한 메니스커스 형상이라는 구성을 채용하고 있다.

제12항에 기재된 구성에 따르면, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 형상이 개구 조리개를 협지하여 대칭적인 형상이 되어 제1 렌즈에서 발생하는 구면수차나 코마수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다.

제13항에 기재된 구성은 제10항에 기재된 구성과 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제3 렌즈는 오목면이 상측을 향한 메니스커스 형상이라는 구성을 채용하고 있다.

제13항에 기재된 구성에 따르면, 제3 렌즈는 오목면이 상측을 향한 메니스커스 형상이므로, 제3 렌즈의 주점 위치를 상측으로 이동시킬 수 있고, 촬상 렌즈 전계의 렌즈 전체 길이를 소형화하면서도 충분한 백포커스를 확보할 수 있다.

제14항에 기재된 구성은 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항과 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제3 렌즈의 상측면은 상기 상측면의 정상점을 원점으로 하여 광축 방향에 X축을 취하고, 광축에 대해 수직인 방향의 높이를 h, 상기 제3 렌즈의 상측면의 i차의 비구면계수를 Ai, 상기 제3 렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R6, 상기 제3 렌즈의 상측면의 원추계수를 K6이라 한 경우에 다음 식 25에 나타내는 비구면 변위량(X)과 다음 식 26에 나타내는 비구면의 회전 2차 곡면 성분 변위량(X0)이 최대 유효 반경(hmax)에 대해 hmax × 0.7 ＜ h ＜ hmax가 되는 임의의 광축 수직 방향의 높이(h)의 범위에서 하기의 24의 조건식을 만족시키는 구성을 채용하고 있다.

[조건식 24]

X － XO ＜ O

[식 25]

[식 26]

제14항에 기재된 구성에 따르면, 조건식 24를 만족시키는 비구면 형상으로 함으로써 제3 렌즈 상측면의 형상이 광축으로부터 떨어져 주변으로 감에 따라서 부의 굴절력이 약해지는 형상(또는, 광축 부근에서는 오목면 형상이면서도 주변부에서는 볼록면 형상이 되는 변곡점을 갖는 형상)이 되므로, 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

제15항에 기재된 구성은 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항과 같은 구성을 구비하는 동시에, 상기 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈는 플라스틱 재료로 형성되어 있는 구성을 채용하고 있다.

제15항에 기재된 구성에 따르면, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 사출 성형에 의해 제조되는 플라스틱 렌즈로 구성함으로써 곡률 반경이나 외경이 작은 렌즈라도 대량 생산이 가능해진다.

즉, 최근에는 고체 촬상 장치 전체의 소형화를 목적으로 하여 동일 화소수의 고체 촬상 소자라도 화소 피치가 적고, 결과적으로 촬상면 사이즈가 작은 것이 개발되고 있다. 이와 같은 촬상면 사이즈가 작은 고체 촬상 소자용 촬상 렌즈는 전계의 초점 거리를 비례적으로 짧게 할 필요가 있으므로, 각 렌즈의 곡률 반경이나외경이 꽤 작아져 버린다. 따라서, 연마 가공에 의해 제조되는 유리 렌즈에서는 가공이 곤란해진다.

또한,「플라스틱 재료로 형성되어 있다」라 함은, 플라스틱 재료를 모재로 하고, 그 표면에 반사 방지나 표면 경도 향상을 목적으로 하여 코팅 처리를 행한 경우를 포함하는 것으로 한다.

제16항에 기재된 구성은 광전 변환부를 갖는 고체 촬상 소자와, 상기 고체 촬상 소자의 상기 광전 변환부에 피사체상을 결상시키기 위한 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 촬상 렌즈와, 상기 고체 촬상 소자를 보유 지지하는 동시에 전기 신호의 송수신을 행하는 외부 접속용 단자를 갖는 기판과, 상기 물체측으로부터의 광입사용 개구부를 갖고 차광 부재로 이루어지는 하우징이 일체적으로 형성된 촬상 유닛(1)이며, 상기 촬상 유닛의 상기 촬상 렌즈 광축 방향의 높이가 10 ㎜ 이상이라는 구성을 채용하고 있다.

제16항에 기재된 구성에 따르면, 제10항 내지 제15항 중 어느 하나의 촬상 렌즈를 이용함으로써 보다 소형화 또한 고화질화 등의 이점을 구비하는 촬상 유닛을 얻을 수 있다.

제17항에 기재된 구성의 휴대 단말은 제16항에 기재된 촬상 유닛을 구비한다는 구성을 채용하고 있다.

제17항에 기재된 구성에 따르면, 전술한 제16항에 기재된 촬상 유닛을 탑재함으로써 전술한 소형화, 경량화를 도모하는 동시에, 고화질의 촬상이 가능한 휴대 단말을 실현할 수 있다.

본 발명의 실시 형태를 도1 및 도2를 기초로 하여 설명한다. 도1은 본 실시 형태인 촬상 유닛(50)의 사시도를 도시하고, 도2는 촬상 유닛(50)의 촬상 광학계의 광축에 따른 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 촬상 유닛(50)은 광전 변환부(51a)를 갖는 고체 촬상 소자로서의 CMOS형 이미지 센서(51)와, 이 이미지 센서(51)의 광전 변환부(51a)에 피사체상을 촬상시키는 촬상 렌즈로서의 촬상 광학계(10)와, 이미지 센서(51)를 보유 지지하는 동시에 그 전기 신호의 수신을 행하는 외부 접속용 단자(54)를 갖는 기판(52)과, 물체측으로부터 입사용 개구부를 갖고 도광 부재로 이루어지는 경통으로서의 하우징(53)을 구비하고, 이들이 일체적으로 형성되어 있다.

상기 이미지 센서(51)는 그 수광측의 평면의 중앙부에 화소(광전 변환 소자)가 2차원적으로 배치된 수광부로서의 광전 변환부(51a)가 형성되어 있고, 그 주위에는 신호 처리 회로(51b)가 형성되어 있다. 이러한 신호 처리 회로는 각 화소를 순차 구동하여 신호 전하를 얻는 구동 회로부와, 각 신호 전하를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와, 이 디지털 신호를 이용하여 화상 신호 출력을 형성하는 신호 처리부 등으로 구성되어 있다. 또한, 이미지 센서(51)의 수광측의 평면의 외연 근방에는 다수의 패드(도시 생략)가 배치되어 있고, 와이어(W)를 거쳐서 기판(52)에 접속되어 있다. 이미지 센서(51)는 광전 변환부(51a)로부터의 신호 전하를 디지털 YUV 신호등의 화상 신호등으로 변환하고, 와이어(W)를 거쳐서 기판(52) 상의 소정의 회로로 출력한다. 여기서, Y는 휘도 신호, U(＝ R － Y)는 적색과 휘도 신호의 색차 신호, V(＝ B － Y)는 청색과 휘도 신호의 색차 신호이다.

또한, 촬상 소자는 상기 CMOS형의 이미지 센서에 한정되는 것은 아니고, CCD 등의 다른 것을 사용할 수도 있다.

기판(52)은 그 일평면 상에서 상기 이미지 센서(51) 및 하우징(53)을 지지하는 지지 평판(52a)과, 지지 평판(52a)의 배면[이미지 센서(51)와 반대측의 면]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(51)의 와이어(W)와 접속되고, 배면측에서 가요성 기판(52b)과 접속되어 있다.

가요성 기판(52b)은 상기와 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 접속하여 외부 회로로부터 이미지 센서(51)를 구동하기 위한 전압이나 클럭 신호의 공급을 받거나, 또한 디지털 YUV 신호를 외부 회로로 출력하거나 하는 것을 가능하게 한다. 또한, 가요성 기판(52b)의 길이 방향의 중앙부가 가요성 또는 변형성을 구비하고, 그 변형에 의해 지지 평판(52a)에 대해 외부 출력 단자의 방향이나 배치에 자유도를 부여하고 있다.

하우징(53)은 기판(52)의 지지 평판(52a)에 있어서의 이미지 센서(51)가 설치된 평면상에 상기 이미지 센서(51)를 그 내측에 격납한 상태에서 접착에 의해 고정 장비되어 있다. 즉, 하우징(53)은 이미지 센서(51)측의 부분이 이미지 센서(51)를 둘러싸도록 넓게 개구되는 동시에 타단부가 개구를 갖는 바닥이 있는 통형으로 형성되어 있고, 지지 평판(52a) 상에 이미지 센서(51)측의 단부가 접촉 고정되어 있다. 또한, 하우징(53)의 이미지 센서(51)측의 단부가 이미지 센서(51) 상에 있어서의 광전 변환부(51a)의 주위에 접촉 고정되어 있어도 좋다.

또한, 하우징(53)은 개구가 설치된 타단부가 물체측을 향해 사용되고, 상기 개구의 내측에 후술하는 촬상 광학계(10)의 IR(적외선) 컷트 필터(23)가 설치되어있다.

그리고, 하우징(53)의 내부에 촬상 광학계(10)가 격납 보유 지지되어 있다.

촬상 광학계(10)는 물체측으로부터의 적외선의 입사를 방지하는 IR 컷트 필터(23)와, 물체측으로부터 정의 굴절력을 갖고, 볼록면이 물체측을 향한 제1 렌즈(L1), 정의 굴절력을 갖고, 볼록면이 상원측을 향한 메니스커스 형상의 제2 렌즈(L2), 부의 굴절력을 갖고, 오목면이 상측을 향한 제3 렌즈(L3)의 순서로 배치된 촬상 렌즈와, 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2) 사이에 배치된 개구 조리개(S)를 갖고 있다.

이 촬상 광학계(10)는 개구 조리개(S) 및 각 렌즈(L1, L2, L3)를 광학계로 하고, 고체 촬상 소자에 대해 피사체상의 결상을 행하기 위한 것이다. 또한, 도1에서는 상측을 물체측, 하측을 상측으로 하고 있고, 도2에 있어서의 일점쇄선을 각 렌즈(L1, L2, L3)의 공통되는 광축으로 한다.

IR 컷트 필터(23)는, 예를 들어 대략 직사각 형상이나 원 형상으로 형성된 부재이다. 또한, 도시는 생략하지만, 이 IR 컷트 필터(23)보다도 더욱 물체측에 외부로부터의 불필요광의 입사를 가능한 한 적에 하기 위한 외부 차광 마스크가 설치되어 있어도 좋다.

개구 조리개(S)는 촬상 렌즈 전계의 F번호를 결정하는 부재이다.

각 렌즈(L1, L2, L3)는 그 광축과 하우징(53)의 중심선이 일치한 상태에서 하우징의 내부에 수용되어 있다.

이들 렌즈(L1, L2, L3)는 도시는 생략하지만, 예를 들어 각각의 중심으로부터 소정 범위까지가 촬상 렌즈로서의 기능을 갖는 유효 직경의 범위로 설정되고, 그보다도 외측의 부분이 촬상 렌즈로서 기능하지 않는 플랜지부로 설정되어 있어도 좋다. 이 경우, 각 렌즈(L1, L2, L3)는 그 플랜지부의 외주부를 하우징(53)의 소정 위치에 끼워 넣음으로써 하우징(53)의 내부에 보유 지지 가능해진다.

최근에는 촬상 장치 전체의 소형화를 목적으로 하여 동일 화소수의 고체 촬상 소자라도 화소 피치가 작고, 결과적으로 수광부(광전 변환부)의 화면 사이즈가 작은 것이 개발되고 있다. 이와 같은 화면 사이즈가 작은 고체 촬상 소자용 촬상 렌즈는, 동일 획각을 확보하기 위해서는 전계의 초점 거리를 짧게 할 필요가 있으므로, 각 렌즈의 곡률 반경이나 외경이 꽤 작아져 버린다. 따라서, 연마 가공에 의해 제조되는 유리 렌즈에서는 가공이 곤란해진다. 따라서, 각 렌즈(L1, L2, L3)는 모두 플라스틱을 소재로 하여 사출 성형에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 촬상 장치로서, 온도 변화시의 촬상 렌즈 전계의 상점 위치 변동을 작게 억제하고 싶은 경우에 있어서는, 제1 렌즈를 유리 몰드 렌즈로 하는 것이 바람직하다.

또한, 각 렌즈(L1, L2, L3)의 상세한 사양은 후술하는 실시예에 있어서 복수의 구체예를 이용하여 설명한다.

또한, 도시는 생략하지만, IR 컷트 필터(23)와 제1 렌즈(L1) 사이, 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3) 사이의 각각에 차광 마스크가 배치되어 있어도 좋고, 이 경우에는 이들 각 차광 마스크와 개구 조리개(S)의 상호 작용에 의해, IR 컷트 필터로부터 입사된 빛이 제1 렌즈(L1)의 촬상 렌즈 유효 직경의 외측으로 입사하는 것을방지하고, 또한 개구 조리개(S)로부터 입사된 빛이 제2 렌즈(L2) 및 제3 렌즈(L3)의 촬상 렌즈 유효 직경의 외측으로 입사하는 것을 방지하여 고스트나 프레어의 발생을 억제할 수 있다.

상술한 촬상 유닛(50)의 사용 형태에 다음에 설명한다. 도3은 촬상 유닛(50)을 휴대 단말 혹은 촬상 장치로서의 휴대 전화기(100)에 장비한 상태를 도시한다. 또한, 도4는 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 접속되어 휘도 신호나 색차 신호등의 화상 신호를 제어부(101)측에 출력한다.

한편, 휴대 전화기(100)는, 도4에 도시한 바와 같이 각 부를 통괄적으로 제어하는 동시에, 각 처리에 따른 프로그램을 실행하는 제어부(CPU)(101)와, 번호 등을 키에 의해 지시 입력하기 위한 입력부(60)와, 소정의 데이터 외에 촬상한 영상 등을 표시하는 표시부(70)와, 외부 서버와의 사이의 각종 정보 통신을 실현하기 위한 무선 통신부(80)와, 휴대 전화기(100)의 시스템 프로그램이나 각종 처리 프로그램 및 단말 ID 등이 필요한 다양한 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 격납하는 작업 영역으로서이용되는 것 및 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)에서 표시되고, 또는 무선 통신부(80)를 거쳐서 영상 정보로서 외부로 송신된다.

[제1 실시예]

다음에, 촬상 렌즈의 사양에 대해 제1 내지 제5 실시예를 기초로 하여 설명하지만, 각 사양은 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 각 실시예에 사용하는 기호는 하기와 같다.

f : 촬상 렌즈 전계의 초점 거리

fB : 백포커스

F : F번호

2Y : 고체 촬상 소자의 촬상면 대각선 길이

R : 굴절면의 곡률 반경

D : 굴절면의 축상면 간격

Nd : 렌즈 재료의 d선에서의 굴절률

d : 렌즈 재료의 아베수

또한, 각 실시예에 있어서 비구면의 형상은 면의 정상점을 원점으로 하여 광축 방향에 X축을 취하고, 광축과 수직 방향의 높이를 h, 정상점 곡률 반경을 R, 원추 정수를 K, i차의 비구면계수를 Ai로 하여 이하의「27」에서 표시하는 다음 식에 나타낸다.

[수식 27]

(제1 실시예)

촬상 렌즈 데이터를 표 1, 2에 나타내고, 각 조건식에 대응하는 수치를 표 3에 나타낸다.

도5는 제1 실시예의 촬상 렌즈 배치를 도시하는 설명도이다. 도면 중 L1은 제1 렌즈, L2는 제2 렌즈, L3은 제3 렌즈, S는 개구 조리개를 나타낸다. 도6은 제1 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차)이다.

(제2 실시예)

촬상 렌즈 데이터를 표 4, 표 5에 나타내고, 각 조건식에 대응하는 수치를 표 6에 나타낸다.

도7은 제2 실시예의 촬상 렌즈 배치를 도시하는 설명도이다. 도면 중 L1은 제1 렌즈, L2는 제2 렌즈, L3은 제3 렌즈, S는 개구 조리개를 나타내다. 도8은 제2 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차)이다.

(제3 실시예)

촬상 렌즈 데이터를 표 7, 표 8에 나타내고, 각 조건식에 대응하는 수치를 표 9에 나타낸다.

도9는 제3 실시예의 촬상 렌즈 배치를 도시하는 설명도이다. 도면 중 L1은 제1 렌즈, L2는 제2 렌즈, L3은 제3 렌즈, S는 개구 조리개를 나타내다. 도10은 제3 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차)이다.

(제4 실시예)

촬상 렌즈 데이터를 표 10, 표 11에 나타내고, 각 조건식에 대응하는 수치를 표 12에 나타낸다.

도11은 제4 실시예의 촬상 렌즈 배치를 도시하는 설명도이다. 도면 중 L1은 제1 렌즈, L2는 제2 렌즈, L3은 제3 렌즈, S는 개구 조리개를 나타낸다. 도12는 제4 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차)이다.

(제5 실시예)

촬상 렌즈 데이터를 표 13, 표 14에 나타내고, 각 조건식에 대응하는 수치를 표 15에 나타낸다.

도13은 제5 실시예의 촬상 렌즈 배치를 도시하는 설명도이다. 도면 중 L1은 제1 렌즈, L2는 제2 렌즈, L3은 제3 렌즈, S는 개구 조리개를 나타낸다. 도14는 제5 실시예의 수차도(구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 메리디오널 코마수차)이다.

상기한 제1, 제2, 제3 실시예에 있어서, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되고, 포화 흡수율은 0.01 ％ 이하이다. 제3 렌즈(L3)는 폴리카보네이트계의 플라스틱 재료로 형성되고, 포화 흡수율은 0.4 ％이다.

여기서, 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈에 비해 포화 흡수율이 크기 때문에, 급격한 습도 변화가 있으면 과도적으로 흡수량의 불균일 분포가 발생하여 굴절률이 균일해지지 않아 양호한 결상 성능을 얻을 수 없게 되는 경향이 있다. 그로 인해, 습도 변화에 의한 성능 열화를 억제하기 위해서는 포화 흡수율이 모두 0.7 ％ 이하인 플라스틱 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

상기한 제4 실시예에 있어서, 제1 렌즈(L1)는 유리 재료로 형성된다. 제2 렌즈(L2)는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되고, 포화 흡수율은 0.01 ％ 이하, 제3 렌즈(L3)는 폴리에스테르계의 플라스틱으로 형성되고, 포화 흡수율은 0.7％이다.

또한, 상기한 제5 실시예에 있어서, 제1 렌즈(L1)는 유리 재료로 형성된다. 제2 렌즈(L2)는 폴리올레핀계의 플라스틱 재료로 형성되고, 포화 흡수율은 0.01 ％ 이하, 제3 렌즈(L3)는 폴리카보네이트계의 플라스틱 재료로 형성되고, 포화 흡수율은 0.4 ％이다.

또한, 플라스틱 재료는 온도 변화시의 굴절률 변화가 크기 때문에, 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2) 및 제3 렌즈(L3)의 전체를 플라스틱 렌즈로 구성하면, 주위 온도가 변화되었을 때에 촬상 렌즈 전계의 상점 위치가 변동되어 버리게 되는 문제를 갖고 있다. 이 상점 위치 변동을 무시할 수 없는 사양의 촬상 유닛에 있어서는, 예를 들어 정의 제1 렌즈(L1)를 유리 재료로 형성되는 렌즈(예를 들어 유리 몰드 렌즈)로 하고, 정의 제2 렌즈(L2)와 부의 제3 렌즈(L3)를 플라스틱 렌즈로 하고, 또한 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)에서 온도 변화시의 상점 위치 변동을 상쇄하는 굴절력 배분으로 함으로써, 이 온도 특성의 문제를 경감할 수 있다. 유리 몰드 렌즈를 이용하는 경우에는 성형 금형의 소모를 가능한 한 방지하기 위해, 유리 전이점(Tg)이 400 ℃(섭씨 400도) 이하인 유리 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 최근에는 플라스틱 재료 중에 무기 미립자를 혼합시켜 플라스틱 재료의 굴절률의 온도 변화를 작게 억제할 수 있는 것이 알려져 왔다. 상세하게 설명하면, 일반적으로 투명한 플라스틱 재료에 미립자를 혼합시키면 빛의 산란이 생겨 투과율이 저하되므로, 광학 재료로서 사용하는 것은 곤란하였지만, 미립자의 크기를 투과 광속의 파장보다 작게 함으로써 산란이 실질적으로 발생하지 않도록 할 수 있다. 플라스틱 재료는 온도가 상승함으로써 굴절률이 저하되어 버리지만, 무기 입자는 온도가 상승하면 구절률이 상승된다. 그래서, 이들 온도 의존성을 이용하여 서로 상쇄하도록 작용시킴으로써 굴절률 변화가 거의 생기지 않도록 할 수 있다.

구체적으로는 모재가 되는 플라스틱 재료에 최대 길이가 20 ㎚ 이하인 무기 입자를 분산시킴으로서 굴절률의 온도 의존성이 매우 낮은 플라스틱 재료가 된다. 예를 들어 아크릴에 산화니오브(Nb2O5)의 미립자를 분산시킴으로써 온도 변화에 의한 굴절률 변화를 작게 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 2매의 정 렌즈(L1, L2) 중 1매, 또는 모든 렌즈(L1, L2, L3)에 이와 같은 무기 입자를 분산시킨 플라스틱 재료를 이용함으로써 촬상 렌즈 전계의 온도 변화시의 상점 위치의 변동을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 제1, 제2 실시예는 촬상 렌즈의 상측에 광학적 로우패스 필터나 적외선 컷트 필터를 배치하지 않는 설계예이지만, 제3 실시예는 촬상 렌즈의 상측에, 물체측면에 적외선 컷트 코트를 실시한 적외선 컷트 필터(F)를 배치한 설계예이다. 또한 제4 실시예 및 제5 실시예는 촬상 렌즈의 상측에 전술한 적외선 컷트 필터 및 고체상 소자 패키지의 밀봉 유리(P)를 배치한 설계예이다. 물론 각 실시예에 대해 필요에 따라서 광학적 로우패스 필터를 배치해도 상관없다.

또한, 본 실시예는 상측 광속의 텔레센트릭 특성에 대해서는 반드시 충분한 설계는 되어 있지 않다. 그러나, 최근의 기술에서는 고체 촬상 소자의 색필터나 마이크로 렌즈 어레이의 배열의 수정 등에 의해 셰이딩을 경감할 수 있고, 촬상면의 주변부에 있어서 주광선과 광축이 이루는 각도가 25°정도 이하이면, 눈에 띄는셰이딩이 생기지 않는 고체 촬상 소자도 개발되어 있다. 따라서, 본 실시예는 텔레센트릭 특성의 요구가 완화된 부분에 대해 보다 소형화를 목표로 한 설계예로 되어있다.

제1항에 기재된 구성에 따르면, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈는, 소위 테레포토 타입의 렌즈 구성으로, 렌즈 전체 길이의 소형화를 도모하여 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

또한, 정의 굴절력을 제1 렌즈와 제2 렌즈로 분담하고 있으므로, 구면수차나 코마수차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 개구 조리개가 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 배치되고, 제1 렌즈는 볼록면이 물체측을 향한 형상, 제2 렌즈는 볼록면이 상측을 향한 메니스커스 형상이므로, 배율색수차나 왜곡수차의 보정을 쉽게 할 수 있다.

또한, 제1 렌즈의 굴절률을 규정하는 조건식 1에 따라서, 그 상한치를 하회하는 설정으로 함으로써 제1 렌즈의 정의 굴절률을 적절하게 유지할 수 있어 촬상 렌즈 전체 길이의 소형화가 가능해진다. 한편, 식 1의 하한치를 상회하는 설정으로 함으로써 제1 렌즈의 정의 굴절률이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 제1 렌즈에서 발생하는 고차의 구면수차나 코마수차를 작게 억제할 수 있다.

또한, 촬상 렌즈 전계의 색수차를 양호하게 보정하기 위한 조건식 2에 따라서, 그 하한치를 상회하는 설정으로 함으로써 축상색수차, 배율색수차를 밸런스 좋게 보정할 수 있다. 또한, 식2에 있어서의 상한치를 하회함으로써 실제로는 적합하지 않은 렌즈 재료를 배제할 수 있다.

제2항에 기재된 구성에 따르면, 제3 렌즈의 굴절력을 규정하는 조건식 3에 따라서 그 하한치를 상회하는 설정으로 함으로써, 제3 렌즈의 부의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 렌즈 전체 길이의 소형화 및 상면 만곡이나 왜곡수차 등의 축외 제수차의 보정을 양호하게 행할 수 있다. 한편, 식 3의 상한치를 하회하는 설정으로 함으로써, 제3 렌즈의 부의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속이 과도하게 튀어 올라가는 일이 없어져 상측 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

제3항에 기재된 구성에 따르면, 제2 렌즈 상측면의 곡률 반경의 절대치를 규정하는 조건식 11에 따라서 그 하한치를 상회하는 설정으로 함으로써, 제2 렌즈 상측면의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 축외 광속의 코마 플레어나 배가 불룩한 형의 왜곡수차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제2 면의 곡률 반경이 지나치게 작아지지 않아 렌즈의 가공성의 관점으로부터도 바람직하다. 한편, 식 11의 상한을 하회함으로써 제2 렌즈 상측면의 굴절력을 적절하게 확보할 수 있으므로, 부의 제3 렌즈에서 발생하는 축외 제수차를 밸런스 좋게 보정할 수 있다. 또한, 상측 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다. 제1 렌즈와 제2 렌즈의 형상이 개구 조리개를 협지하여 대칭적인 형상이 되므로, 제1 렌즈에서 발생하는 구면수차나 코마수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다.

제4항에 기재된 구성에 따르면, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 형상이 개구 조리개를 협지하여 대칭적인 형상이 되므로, 제1 렌즈에서 발생하는 구면수차나 코마수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다.

제5항에 기재된 구성에 따르면, 제3 렌즈는 오목면이 상측을 향한 메니스커스 형상이므로, 제3 렌즈의 주점 위치를 상측으로 이동시킬 수 있고, 촬상 렌즈 정계의 렌즈 전체 길이를 소형화하면서도 충분한 백포커스를 확보할 수 있다.

제6항에 기재된 구성에 따르면, 가장 상측에 위치하는 면인 제3 렌즈 촬상면을 조건식 4를 만족시키는 비구면 형상으로 함으로써 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

또한, 비구면화가 용이하므로, 수차 보정을 쉽고 또한 정확하게 행할 수 있다.

제8항에 기재된 구성에 따르면, 상술한 각 효과를 실현 가능한 촬상 렌즈를탑재함으로써 소형화, 경량화, 고화질화 등의 이점을 얻는 촬상 유닛을 제공할 수 있다.

제9항에 기재된 구성에 따르면, 상술한 각 효과를 실현 가능한 촬상 유닛을 탑재함으로써 소형화, 경량화를 도모하면서 고화질인 촬상이 가능한 휴대 단말을 제공할 수 있다.

제10항에 기재된 구성에 따르면, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈는, 소위 테레포토 타입의 렌즈 구성으로, 렌즈 전체 길이의 소형화를 도모하여 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

또한, 제1 렌즈의 굴절률을 규정하는 조건식 21에 따라서, 그 상한치를 하회하는 설정으로 함으로써 제1 렌즈의 정의 굴절률을 적절하게 유지할 수 있어 촬상 렌즈 전체 길이의 소형화가 가능해진다. 한편, 식 21의 하한치를 상회하는 설정으로 함으로써 제1 렌즈의 정의 굴절률이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 제1 렌즈에서 발생하는 고차의 구면수차나 코마수차를 작게 억제할 수 있다.

또한, 제3 렌즈의 굴절력을 규정하는 조건식 22에 따라서 그 하한치를 상회하는 설정으로 함으로써, 제3 렌즈의 부의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 렌즈 전체 길이의 소형화 및 상면 만곡이나 왜곡수차 등의 축외 제수차의 보정을 양호하게 행할 수 있다. 한편, 식 22의 상한치를 하회하는 설정으로 함으로써, 제3 렌즈의 부의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속이 과도하게 올라가는 일이 없어져 상측 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

제11항에 기재된 구성에 따르면, 제2 렌즈 상측면의 곡률 반경의 절대치를 규정하는 조건식 31에 따라서 그 하한치를 상회하는 설정으로 함으로써, 제2 렌즈 상측면의 굴절력이 필요 이상으로 지나치게 커지지 않아 축외 광속의 코마 플레어나 배가 불룩한 형의 왜곡수차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제2 면의 곡률 반경이 지나치게 작아지지 않아 렌즈의 가공성의 관점으로부터도 바람직하다. 한편, 식 11의 상한을 하회함으로써 제2 렌즈 상측면의 굴절력을 적절하게 확보할 수 있으므로, 부의 제3 렌즈에서 발생하는 축외 제수차를 밸런스 좋게 보정할 수 있다. 또한, 상측 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다. 제1 렌즈와 제2 렌즈의 형상이 개구 조리개를 협지하여 대칭적인 형상이 되므로, 제1 렌즈에서 발생하는 구면수차나 코마수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다.

제12항에 기재된 구성에 따르면, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 형상이 개구 조리개를 협지하여 대칭적인 형상이 되므로, 제1 렌즈에서 발생하는 구면수차나 코마수차를 보다 양호하게 보정할 수 있다.

제13항에 기재된 구성에 따르면, 제3 렌즈는 오목면이 상측을 향한 메니스커스 형상이므로, 제3 렌즈의 주점 위치를 상측으로 이동시킬 수 있고, 촬상 렌즈 정계의 렌즈 전체 길이를 소형화하면서도 충분한 백포커스를 확보할 수 있다.

제14항에 기재된 구성에 따르면, 가장 상측에 위치하는 면인 제3 렌즈 촬상면을 조건식 24를 만족시키는 비구면 형상으로 함으로써 고체 촬상 소자의 촬상면 주변부에 결상하는 광속의 텔레센트릭 특성의 확보를 쉽게 할 수 있다.

제16항에 기재된 구성에 따르면, 상술한 각 효과를 실현 가능한 촬상 렌즈를 탑재함으로써 소형화, 경량화, 고화질화 등의 이점을 얻는 촬상 유닛을 제공할 수 있다.

제17항에 기재된 구성에 따르면, 상술한 각 효과를 실현 가능한 촬상 유닛을탑재함으로써 소형화, 경량화를 도모하면서 고화질인 촬상이 가능한 휴대 단말을 제공할 수 있다.

Claims

촬상 렌즈의 물체측으로부터 차례로, 정의 굴절력을 가지며 볼록면이 촬상 렌즈의 물체측을 향한 제1 렌즈와,

개구 조리개와,

정의 굴절력을 가지며 볼록면이 촬상 렌즈의 상측을 향한 제2 렌즈와,

부의 굴절력을 가지며 오목면이 촬상 렌즈의 상측을 향한 메니스커스 형상의 제3 렌즈를 포함하고,

제1 렌즈의 초점 거리를 f1, 촬상 렌즈 전계의 초점 거리를 f, 제1 렌즈의 아베수를1, 제2 렌즈의 아베수를2, 제3 렌즈의 아베수를3이라 할 때, 하기의 조건식을 만족시키는 촬상 렌즈.

0.8 ＜ f1/f ＜ 2.0 (1)

20 ＜ {1 ＋2)/2} －3 ＜ 70 (2)
제1항에 있어서, 제3 렌즈의 초점 거리를 f3이라 할 때, 하기의 조건식을 만족시키는 촬상 렌즈.

－1.5 ＜ f3/f ＜－0.5 (3)
제1항에 있어서, 제2 렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R4라고 할 때, 하기의 조건식을 만족시키는 촬상 렌즈.

0.15 ＜│R4│/f ＜ 0.40 (4)
제1항에 있어서, 제1 렌즈는 볼록면이 광학 렌즈의 물체측을 향한 메니스커스 형상을 갖는 촬상 렌즈.
제1항에 있어서, 제3 렌즈는 오목면이 광학 렌즈의 상측을 향한 메니스커스 형상을 갖는 촬상 렌즈.
제1항에 있어서, 제3 렌즈의 상측면이 하기의 조건식을 만족시키며,

X － XO ＜ O (5)

X는 축의 원점이 제3 렌즈의 상측면의 정상점에 위치된 X축 상에 촬상 렌즈의 광축을 따라 제공되는 비구면 변위이며 하기의 식을 만족시키고,

(6)

XO는 하기의 식을 만족시키는 비구면의 회전 2차 곡면의 변위이고,

(7)

h는 광축에 대해 수직인 중재 방향을 따르는 높이로서 hmax × 0.7 ＜ h ＜ hmax를 만족시키고, hmax는 제3 렌즈의 최대 유효 반경이고, Ai는 제3 렌즈의 상측면의 i차의 비구면계수이고, R6은 제3 렌즈의 상측면의 곡률 반경이며, K6은 제3렌즈의 상측면의 원추계수인 촬상 렌즈.
제1항에 있어서, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈는 플라스틱 재료로 이루어진 촬상 렌즈.
촬상 유닛이며,

광전 변환부를 갖는 고체 촬상 소자와,

고체 촬상 소자의 광전 변환부에 피사체상을 결상시키기 위한 제1항의 촬상 렌즈와,

고체 촬상 소자를 보유 지지하는 동시에 전기 신호의 송수신을 행하는 외부 접속용 단자를 갖는 기판과,

물체측으로부터의 광입사용 개구부를 갖고 차광 부재를 포함하는 하우징을 포함하며,

하우징은 일체적으로 형성되고, 촬상 렌즈의 광축을 따르는 촬상 유닛의 높이가 10 ㎜ 이하인 촬상 유닛.
제8항의 촬상 유닛을 포함하는 휴대 단말.
촬상 렌즈의 물체측으로부터 차례로, 정의 굴절력을 가지며 볼록면이 촬상 렌즈의 물체측을 향한 제1 렌즈와,

개구 조리개와,

정의 굴절력을 가지며 볼록면이 촬상 렌즈의 상측을 향한 메니스커스 형상의 제2 렌즈와,

부의 굴절력을 가지며 오목면이 촬상 렌즈의 상측을 향한 제3 렌즈를 포함하고,

제1 렌즈의 초점 거리를 f1, 촬상 렌즈 전계의 초점 거리를 f, 제3 렌즈의 초점 거리를 f3이라 할 때, 하기의 조건식을 만족시키는 촬상 렌즈.

0.8 ＜ f1/f ＜ 2.0 (8)

-14.5 ＜ f3/f ＜ -0.5 (9)
제10항에 있어서, 제2 렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R4라 할 때, 하기의 조건식을 만족시키는 촬상 렌즈.

0.15 ＜│R4│/f ＜ 0.40 (10)
제10항에 있어서, 제1 렌즈는 볼록면이 광학 렌즈의 상측을 향한 메니스커스 형상을 갖는 촬상 렌즈.
제10항에 있어서, 제3 렌즈는 오목면이 광학 렌즈의 상측을 향한한 메니스커스 형상을 갖는 촬상 렌즈.
제10항에 있어서, 제3 렌즈의 상측면이 하기의 조건식을 만족시키며,

X － XO ＜ O (11)

X는 축의 원점이 제3 렌즈의 상측면의 정상점에 위치된 X축 상에 촬상 렌즈의 광축을 따라 제공되는 비구면 변위이며 하기의 식을 만족시키고,

(12)

X0는 하기의 식을 만족시키는 비구면의 회전 2차 곡면의 변위이고,

(13)

h는 광축에 대해 수직인 중재 방향을 따르는 높이로서 hmax × 0.7 ＜ h ＜ hmax를 만족시키고, hmax는 제3 렌즈의 최대 유효 반경이고, Ai는 제3 렌즈의 상측면의 i차의 비구면계수이고, R6은 제3 렌즈의 상측면의 곡률 반경이며, K6은 제3 렌즈의 상측면의 원추계수인 촬상 렌즈.
제10항에 있어서, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈는 플라스틱 재료로 이루어진 촬상 렌즈.
촬상 유닛이며,

광전 변환부를 갖는 고체 촬상 소자와,

고체 촬상 소자의 광전 변환부에 피사체상을 결상시키기 위한 제1항의 촬상렌즈와,

고체 촬상 소자를 보유 지지하는 동시에 전기 신호의 송수신을 행하는 외부 접속용 단자를 갖는 기판과,

물체측으로부터의 광입사용 개구부를 갖고 차광 부재를 포함하는 하우징을 포함하며,

하우징은 일체적으로 형성되고, 촬상 렌즈의 광축을 따르는 촬상 유닛의 높이가 10 ㎜ 이하인 촬상 유닛.
제16항의 촬상 유닛을 포함하는 휴대 단말.