KR20120116399A - 촬상 렌즈 및 그것을 이용한 촬상 장치 및 상기 촬상 장치를 탑재한 휴대 기기 - Google Patents

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다쿠미 이바
마사토시 야마시타
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파나소닉 주식회사
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Abstract

회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있는 촬상 렌즈를 제공한다. 물체측으로부터 상면측을 향해 순서대로 배치된, 개구 조리개(5)와, 양의 파워를 갖는 제1 렌즈(1)와, 음의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 오목면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제2 렌즈(2)와, 양의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 볼록면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제3 렌즈(3)와, 음의 파워를 가지며, 양쪽의 렌즈면이 비구면 형상이고, 상면측의 렌즈면이 광축 근방에서 오목면인 제4 렌즈(4)에 의해 구성된 촬상 렌즈(7)이다. 제1 렌즈(1)의 상면측의 렌즈면에는, 회절 광학 소자가 형성되어 있다. 상기 회절 광학 소자가 형성된 렌즈면의 유효 직경 내의 회절 윤대수는 3 이하이고, 또한, 광학계 전체의 초점 거리를 f, 상기 회절 광학 소자만에 의한 초점 거리를 fDOE로 하였을 때, 하기 조건 식 (1)을 만족한다.
Figure pct00017

Description

촬상 렌즈 및 그것을 이용한 촬상 장치 및 상기 촬상 장치를 탑재한 휴대 기기{IMAGE PICKUP LENS, IMAGE PICKUP DEVICE USING SAME, AND PORTABLE DEVICE EQUIPPED WITH THE IMAGE PICKUP DEVICE}
본 발명은 촬상 장치를 탑재한 예를 들면 휴대전화기, 디지털 카메라, 소형 촬영 장치 등의 소형의 휴대 기기에 적합한 촬상 렌즈 및 상기 촬상 렌즈를 이용한 촬상 장치 및 상기 촬상 장치를 탑재한 휴대 기기에 관한 것이다.
최근, 예를 들면 휴대전화기 등의 소형의 휴대 기기에도 촬상 장치(카메라 모듈)를 탑재한 것이 보급되어 있으며, 이러한 소형의 휴대 기기를 이용하여 간이하게 사진 촬영을 행하는 것이 일반적으로 되어져 오고 있다. 그리고, 이러한 소형의 휴대 기기에 탑재되는 소형의 촬상 장치용 촬상 렌즈로서는, 3장 렌즈 구성으로 하면서도 전체 길이가 짧고, 또한, 양호한 광학 성능이 얻어지는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1에 기재된 촬상 렌즈는, 물체측으로부터 상면(像面)측에 향해 순서대로 배치된, 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와, 양 또는 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와, 수차 보정용의 제3 렌즈로 이루어지며, 상기 제1 렌즈 또는 상기 제2 렌즈의 적어도 1개의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성되고, 상기 회절 광학 소자가 형성된 상기 렌즈면이, 유효 광선이 통과하는 영역 내의 회절 윤대수(輪帶數)가 20 이하가 되도록 형성되어 있다.
일본국 특허공개 2007-86485호 공보
그런데, 최근, 촬상 장치에서는, 예를 들면, 화소 피치가 2μm 이하이고, 화소수가 5메가픽셀, 8메가픽셀 혹은 13메가픽셀인 CCD 이미지 센서나 CMOS 이미지 센서 등의 소형이고 고화소인 촬상 소자를 이용하여 고화질화를 도모하는 것이 시도되고 있다.
그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 촬상 렌즈를 이용한 촬상 장치에서는, 촬상 렌즈의 회절 윤대수가 20 이하이며, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어가 충분히 억제되지 않으므로, 촬상 소자의 화소수가 많고 고정밀해도, 화질이 저하하였다고 간주된다는 문제가 있다.
본 발명은, 종래 기술에 있어서의 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있는 촬상 렌즈, 및, 상기 촬상 렌즈를 이용한, 고정밀하고 고화질인 촬상 장치, 및, 상기 촬상 장치를 탑재한, 고성능인 휴대전화기 등의 휴대 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 촬상 렌즈의 구성은, 적어도 1장의 렌즈를 구비한 촬상 렌즈로서, 상기 렌즈의 적어도 1개의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성되며, 상기 회절 광학 소자가 형성된 상기 렌즈면의 유효 직경 내의 회절 윤대수가 3 이하이고, 또한, 광학계 전체의 초점 거리를 f, 상기 회절 광학 소자만에 의한 초점 거리를 fDOE로 하였을 때, 하기 조건 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Figure pct00001
회절 광학 소자(회절 격자)는, 설계 회절 차수의 광선에 대해 높은 회절 효율이 얻어지며, 그 차수의 광선을 이용하여 색수차를 보정한다. 따라서, 설계 회절 차수 이외의 차수의 광선은 회절 불요 차수 광이며, 그것이 설계 회절 차수 광의 주변에 상을 만들어, 플레어 성분이 된다. 보다 구체적으로는, 촬상 렌즈의 광축을 중심으로 회전하는 방향으로 윤대가 설치된 회절 광학 소자(회절 격자)에 있어서의 회절 불요 차수 광에 의한 플레어 성분은, 상면에 있어서, 설계 회절 차수의 광선(설계 회절 차수 광)의 상 위치에 대해, 광축을 중심으로 한 방사 방향으로 발생한다.
따라서, 상기 본 발명의 촬상 렌즈의 구성에 의하면, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있다. 또, 설계 회절 차수 광을 이용하여 색수차를 양호하게 보정할 수 있으므로, 소형이고 고화소인 촬상 소자에 대응시킬 수 있다. 그 결과, 이 촬상 렌즈를 이용함으로써, 고정밀하고 고화질인 촬상 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
상기 본 발명의 촬상 렌즈의 구성에서는, 상기 회절 광학 소자가 단층형인 것이 바람직하다. 여기에서, 『단층형 회절 광학 소자』란, 렌즈의 단일면(물체측의 렌즈면 또는 상면측의 렌즈면)에 형성된 회절 광학 소자를 말하며, 이에 반해, 복수의 단층형 회절 광학 소자를 근접시켜 이용한 것을 『적층형 회절 광학 소자』라고 한다.
이 바람직한 예에 의하면, 상기 회절 광학 소자가 적층형인 경우에 비해, 상기 회절 광학 소자의 제작이 용이해진다.
또, 상기 본 발명의 촬상 렌즈의 구성에서는, 개구 조리개를 더 구비하며, 상기 개구 조리개를 통해 입광되고, 또한, 상기 개구 조리개에 가장 근접하는 상기 렌즈의 적어도 1개의 렌즈면에 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 상기 개구 조리개를 통해 입광되는, 상기 개구 조리개에 가장 근접하는 상기 렌즈 내의 광이 광축에 대해 작은 각도가 되므로, 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 그 결과, 더욱 소형이고 고화소인 촬상 소자에 대응시킬 수 있는 촬상 렌즈를 제공할 수 있으므로, 이 촬상 렌즈를 이용함으로써, 더욱 고정밀하고 고화질인 촬상 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
또, 상기 본 발명의 촬상 렌즈의 구성에서는, 적어도 2장의 렌즈를 구비함과 더불어, 개구 조리개를 더 구비하며, 상기 개구 조리개가, 가장 물체측에 배치된 제1 렌즈의 물체측에 설치되고, 또한, 상기 회절 광학 소자가, 상기 제1 렌즈에 인접하는 제2 렌즈의 물체측의 렌즈면에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
개구 조리개에 가장 근접하는 제1 렌즈에 회절 광학 소자를 형성할 수 없는 경우나, 상기 제1 렌즈에 상기 회절 광학 소자를 형성한 것만으로는 충분한 회절 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 혹은, 상기 제1 렌즈에 회절의 파워를 너무 부여하면, 상기 회절 광학 소자가 형성되는 렌즈면의 형상을 규정하는 위상 함수가 변곡점을 가져 버려, 그 때문에, 플레어가 커지는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 상기 회절 광학 소자를, 상기 제1 렌즈에 인접하는 상기 제2 렌즈의 물체측의 렌즈면에 형성하는 것이 바람직하다.
또, 상기 본 발명의 촬상 렌즈의 구성에서는, F값이 2.4~3.2인 것이 바람직하다. 상기 본 발명의 촬상 렌즈는, F값의 여하에 상관없이, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있으므로, 이 바람직한 예에 의하면, F값이 2.4~3.2로 밝고, 또한, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있는 촬상 렌즈를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 촬상 장치의 구성은, 피사체에 대응한 광 신호를 화상 신호로 변환하여 출력하는 촬상 소자와, 상기 촬상 소자의 촬상면에 상기 피사체의 상을 결상시키는 촬상 렌즈를 구비한 촬상 장치로서, 상기 촬상 렌즈로서 상기 본 발명의 촬상 렌즈를 이용한 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 촬상 장치의 구성에 의하면, 촬상 렌즈로서 상기 본 발명의 촬상 렌즈를 이용함으로써, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있다. 또, 설계 회절 차수 광을 이용하여 색수차를 양호하게 보정할 수 있으므로, 소형이고 고화소인 촬상 소자를 이용할 수 있다. 그 결과, 고정밀하고 고화질인 촬상 장치를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 휴대 기기의 구성은, 상기 본 발명의 촬상 장치가 탑재된 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 휴대 기기의 구성에 의하면, 상기 본 발명의 촬상 장치가 탑재됨으로써, 고정밀화와 고화질화를 도모할 수 있으므로, 고성능인 휴대전화기 등의 휴대 기기를 제공할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있는 촬상 렌즈, 및, 상기 촬상 렌즈를 이용한, 고정밀하고 고화질인 촬상 장치, 및, 상기 촬상 장치를 탑재한, 고성능인 휴대전화기 등의 휴대 기기를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 촬상 렌즈의 구성을 도시한 배치도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 촬상 렌즈의 수차도((a)는 구면 수차의 도면(축상 색수차의 도면), (b)는 비점수차의 도면, (c)는 왜곡 수차의 도면)이다.
도 3은, 본 발명의 비교예에 있어서의 촬상 렌즈의 구성을 도시한 배치도이다.
도 4는, 본 발명의 비교예에 있어서의 촬상 렌즈의 수차도((a)는 구면 수차의 도면(축상 색수차의 도면), (b)는 비점수차의 도면, (c)는 왜곡 수차의 도면)이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 촬상 장치의 구성을 도시한 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 휴대 기기로서의 휴대전화기의 구성을 도시한 도면((a)는 평면도, (b)는 배면도)이다.
이하, 실시 형태를 이용하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 촬상 렌즈의 구성을 도시한 배치도이다.
본 실시 형태의 촬상 렌즈(7)는, 적어도 1장의 렌즈를 구비한 촬상 렌즈이다. 그리고, 상기 렌즈의 적어도 1개의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성되어 있다. 예를 들면, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(7)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 물체측(도 1에서는 좌측)으로부터 상면측(도 1에서는 우측)을 향해 순서대로 배치된, 양의 파워를 갖는 제1 렌즈(1)와, 음의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 오목면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제2 렌즈(2)와, 양의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 볼록면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제3 렌즈(3)와, 음의 파워를 가지며, 양쪽의 렌즈면이 비구면 형상이고, 상면측의 렌즈면이 광축 근방에서 오목면인 제4 렌즈(4)에 의해 구성되며, 제1~제4 렌즈(1~4) 중 적어도 1개의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성될 수 있다. 여기에서, 파워는, 초점 거리의 역수로 정의되는 양이다.
촬상 렌즈(7)는, 촬상 소자(예를 들면, CCD)의 촬상면(S)에 대해 광학상을 형성하는(피사체의 상을 결상시키는) 촬상용 단초점 렌즈이며, 촬상 소자는, 피사체에 대응한 광 신호를 화상 신호로 변환하여 출력한다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 촬상 소자와, 촬상 렌즈를 이용하여 촬상 장치가 구성되며, 상기 촬상 장치를 이용하여 상기 촬상 장치를 탑재한 휴대 기기가 구성된다.
렌즈면의 비구면 형상은, 하기 (수학식 1)로 주어진다.
[수학식 1]
Figure pct00002
단, 상기(수학식 1) 중, Y는 광축으로부터의 높이, X는 광축으로부터의 높이가 Y의 비구면 형상의 비구면 정점의 접평면으로부터의 거리, R0은 비구면 정점의 곡률 반경, κ는 원추 상수, A4, A6, A8, A10, …은 각각 4차, 6차, 8차, 10차, …의 비구면 계수를 나타내고 있다.
또, 회절 광학 소자가 형성된 렌즈면(이하 「회절 광학 소자면」이라고 한다)의 형상은, 예를 들면, 하기 (수학식 2)로 주어진다.
[수학식 2]
Figure pct00003
단, 상기 (수학식 2) 중, φ(ρ)는 위상 함수, Y는 광축으로부터의 높이, Cn은 n차의 위상 계수, λ0은 설계 파장을 나타내고 있다. 또한, X는, 회절 차수를 M으로 하여, φ(ρ)를 형상 변환함으로써 결정된다.
또, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(7)는, 상기 회절 광학 소자가 형성된 상기 렌즈면의 유효 직경 내의 회절 윤대수가 3 이하이고, 또한, 하기 조건 식 (1)을 만족하도록 구성되어 있다.
Figure pct00004
여기에서, f는 광학계 전체의 초점 거리, fDOE는 상기 회절 광학 소자만에 의한 초점 거리이다.
회절 광학 소자(회절 격자)는, 설계 회절 차수의 광선에 대해 높은 회절 효율이 얻어지며, 그 차수의 광선을 이용하여 색수차를 보정한다. 따라서, 설계 회절 차수 이외의 차수의 광선은 회절 불요 차수 광이며, 그것이 설계 회절 차수 광의 주변에 상을 만들어, 플레어 성분이 된다. 보다 구체적으로는, 촬상 렌즈의 광축을 중심으로 회전하는 방향으로 윤대가 설치된 회절 광학 소자(회절 격자)에 있어서의 회절 불요 차수 광에 의한 플레어 성분은, 상면에 있어서, 설계 회절 차수의 광선(설계 회절 차수 광)의 상 위치에 대해, 광축을 중심으로 한 방사 방향으로 발생한다.
따라서, 촬상 렌즈(7)를 상기와 같이 구성하면, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있다. 또, 설계 회절 차수 광을 이용하여 색수차를 양호하게 보정할 수 있으므로, 소형이고 고화소인 촬상 소자에 대응시킬 수 있다. 그 결과, 이 촬상 렌즈(7)를 이용함으로써, 고정밀하고 고화질인 촬상 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
본 발명자들은, 4장 렌즈 구성의 촬상 렌즈로서, 가장 물체측의 렌즈의 상면측의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성된 촬상 렌즈를 이용하여, fDOE/f의 값과 회절 윤대수를 변경한 경우의 플레어의 발생 상황을 조사하였다. 그 결과를 하기 (표 1)에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00005
상기 (표 1)에서는, 플레어가 충분히 억제되고 있는 상태를 "○", 플레어를 억제하지 못하고 있는 상태를 "×"로 하고 있다.
상기 (표 1)에서 알 수 있는 바와 같이, 회절 윤대수가 3 이하이고, 또한, fDOE/f의 값이 30보다 큰(상기 조건 식 (1)을 만족하는) 경우에, 플레어가 충분히 억제되고 있다.
또, 상기 구성의 제1~제4 렌즈(1~4)로 이루어지는 촬상 렌즈(7)를 채용하면, 제2 및 제3 렌즈(2, 3)로서, 서로 마주 보는 렌즈면이 오목면인 한 쌍의 메니스커스 렌즈를 이용함으로써, 제2 및 제3 렌즈(2, 3)에 입사되는 광선의 각도를 작게 하여 광선 수차를 작게 할 수 있다. 또, 제4 렌즈의 양쪽의 렌즈면을 비구면 형상으로 함으로써, 왜곡 수차 및 상면 만곡을 양호하게 보정할 수 있다. 그 결과, 더욱 소형이고 고화소인 촬상 소자에 대응시킬 수 있는 촬상 렌즈를 제공할 수 있다.
제4 렌즈(4)와 촬상 소자의 촬상면(S)의 사이에는, 투명한 평행 평판(6)이 배치되어 있다. 여기에서, 평행 평판(6)은, 광학 로우패스 필터와 적외선(IR) 커트 필터와 촬상 소자의 페이스 플레이트(커버 유리)에 등가인 평판이다.
제1 렌즈(1)의 물체측의 렌즈면으로부터 평행 평판(6)의 상면측의 면에 이르는 각 면(이하 「광학면」이라고도 한다)을, 물체측으로부터 순서대로, 「제1면」, 「제2면」, 「제3면」, 「제4면」, …, 「제8면」, 「제9면」, 「제10면」이라고 부르는 것으로 한다.
또, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(7)의 구성에서는, 상기 회절 광학 소자가 단층형인 것이 바람직하다.
여기에서, 『단층형 회절 광학 소자』란, 렌즈의 단일면(물체측의 렌즈면 또는 상면측의 렌즈면)에 형성된 회절 광학 소자를 말하며, 이에 반해, 복수의 단층형 회절 광학 소자를 근접시켜 이용한 것을 『적층형 회절 광학 소자』라고 한다.
이와 같이, 상기 회절 광학 소자가 단층형이면, 상기 회절 광학 소자가 적층형인 경우에 비해, 상기 회절 광학 소자의 제작이 용이해진다.
또, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(7)의 구성에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 개구 조리개(5)를 더 구비하며, 개구 조리개(5)를 통해 입광되고, 또한, 개구 조리개(5)에 가장 근접하는 렌즈(상기의 예에서는 제1 렌즈(1))의 적어도 1개의 렌즈면에 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
촬상 렌즈(7)를 이와 같이 구성하면, 개구 조리개(5)를 통해 입광되는, 개구 조리개(5)에 가장 근접하는 렌즈(상기의 예에서는 제1 렌즈(1)) 내의 광이 광축에 대해 작은 각도가 되므로, 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 그 결과, 더욱 소형이고 고화소인 촬상 소자에 대응시킬 수 있는 촬상 렌즈를 제공할 수 있으므로, 이러한 구성의 촬상 렌즈(7)를 이용함으로써, 더욱 고정밀하고 고화질인 촬상 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(7)의 구성에서는, 적어도 2장의 렌즈를 구비함과 더불어, 개구 조리개(5)를 더 구비하며, 개구 조리개(5)가, 가장 물체측에 배치된 제1 렌즈(1)의 물체측에 설치되고, 또한, 상기 회절 광학 소자가, 제1 렌즈(1)에 인접하는 제2 렌즈(2)의 물체측의 렌즈면에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
개구 조리개(5)에 가장 근접하는 제1 렌즈(1)에 회절 광학 소자를 형성할 수 없는 경우나, 제1 렌즈(1)에 상기 회절 광학 소자를 형성한 것만으로는 충분한 회절 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 혹은, 제1 렌즈(1)에 회절의 파워를 너무 부여하면, 상기 회절 광학 소자가 형성되는 렌즈면의 형상을 규정하는 위상 함수가 변곡점을 가져 버려, 그 때문에, 플레어가 커지는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 상기 회절 광학 소자를, 제1 렌즈(1)에 인접하는 제2 렌즈(2)의 물체측의 렌즈면에 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 이와 같이 제2 렌즈(2)의 렌즈면에 회절 광학 소자를 형성한 경우여도, 색수차를 양호하게 보정할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(7)의 구성에서는, F값이 2.4~3.2인 것이 바람직하다. 본 실시 형태의 촬상 렌즈(7)는, F값의 여하에 상관없이, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있으므로, 이 구성을 채용하면, F값이 2.4~3.2로 밝고, 또한, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있는 촬상 렌즈를 제공할 수 있다.
(실시예)
이하, 구체적 실시예를 들어, 본 실시 형태에 있어서의 촬상 렌즈를 더욱 상세하게 설명한다.
하기 (표 2)에, 본 실시예에 있어서의 촬상 렌즈의 구체적 수치예를 나타낸다.
[표 2]
Figure pct00006
상기 (표 2)에 있어서, r(mm)은 광학면의 곡률 반경, d(mm)는 제1~제4 렌즈(1~4) 및 평행 평판(6)의 축상에서의 두께 또는 면 간격, n은 제1~제4 렌즈(1~4) 및 평행 평판(6)의 d선(587.5600nm)에 대한 굴절률, ν는 제1~제4 렌즈(1~4) 및 평행 평판(6)의 d선에 대한 아베수를 나타내고 있다(하기의 비교예에 대해서도 동일하다). 또한, 도 1에 나타낸 촬상 렌즈(7)는, 상기 (표 2)의 데이터에 의거하여 구성된 것이다.
또, 하기 (표 3A), (표 3B)에, 본 실시예에 있어서의 촬상 렌즈의 비구면 계수(원추 상수를 포함한다)를 나타낸다. 하기 (표 3A), (표 3B) 중, 「E+00」, 「E-02」등은, 각각 「10+00」, 「10-02」 등을 나타내는 것으로 한다(하기 (표 4) 및 하기의 비교예에 대해서도 동일하다).
[표 3A]
Figure pct00007
[표 3B]
Figure pct00008
또한, 상기 (표 3A), (표 3B)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 촬상 렌즈(7)에서는, 제1~제4 렌즈(1~4)의 모든 렌즈면이 비구면 형상으로 되어 있지만, 반드시 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 제4 렌즈(4)의 양쪽의 렌즈면을 비구면 형상으로 하면, 상기와 같이, 왜곡 수차 및 상면 만곡을 양호하게 보정할 수 있다.
또, 상기 (표 2), (표 3A), (표 3B)에 있어서, *표를 붙인 면(제2면 : 제1 렌즈(1)의 상면측의 렌즈면)은 회절 광학 소자면이며, 상기 회절 광학 소자면의 구체적 수치예는 하기 (표 4)에 나타낸 바와 같다.
[표 4]
Figure pct00009
또한, 이와 같이, 본 실시예의 촬상 렌즈(7)에서는, 제1 렌즈(1)의 상면측의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성되어 있지만, 반드시 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 제1~제4 렌즈(1~4) 중 적어도 1개의 렌즈면에 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있으면, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 하기 (표 5)에, 본 실시예에 있어서의 촬상 렌즈(7)의, F넘버(F값) Fno, 광학계 전체의 초점 거리 f(mm), 공기 환산 광학 전체 길이 TL(mm), 최대 상의 높이 Y＇, 및, 조건 식 (1)의 값, 상기 회절 광학 소자면의 유효 직경(반경)(mm), 유효 직경 내의 회절 윤대수를 나타낸다.
[표 5]
Figure pct00010
도 2에, 본 실시예에 있어서의 촬상 렌즈의 수차도를 나타낸다. 도 2에 있어서, (a)는 구면 수차의 도면이며, 실선은 g선(435.8300nm), 긴 파선은 C선(656.2700nm), 짧은 파선은 F선(486.1300nm), 2점 쇄선은 d선(587.5600nm), 1점 쇄선은 e선(546.0700nm)에 대한 값을 나타내고 있다. (b)는 비점수차의 도면이며, 실선은 새지털 상면 만곡, 파선은 메리디오널 상면 만곡을 나타내고 있다. (c)는 왜곡 수차의 도면이다. 또한, 축상 색수차의 도면은, 도 2(a)의 구면 수차의 도면과 동일하다.
도 2에 나타낸 수차도로부터 명확한 바와 같이, 본 실시예의 촬상 렌즈(7)는, 여러 수차가 양호하게 보정되어, 휴대전화기 등의 소형의 휴대 기기에 탑재되는 소형이고 고화소인 촬상 소자(예를 들면, 화소 피치가 2μm 이하이고, 화소수가 5메가픽셀, 8메가픽셀 혹은 13메가픽셀인 CCD 이미지 센서나 CMOS 이미지 센서)에 대응 가능한 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예의 촬상 렌즈(7)와, 이러한 소형이고 고화소인 촬상 소자를 이용함으로써, 고정밀한 촬상 장치를 제공할 수 있다.
그리고, 이것에 더하여, 상기 (표 1), (표 5)의 결과를 고려하면, 본 실시예의 촬상 렌즈(7)는, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어가 충분히 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예의 촬상 렌즈(7)를 이용하면, 고정밀하고 고화질인 촬상 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
(비교예)
도 3은, 본 발명의 비교예에 있어서의 촬상 렌즈의 구성을 도시한 배치도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 비교예의 촬상 렌즈(14)는, 물체측(도 3에서는 좌측)으로부터 상면측(도 3에서는 우측)을 향해 순서대로 배치된, 개구 조리개(12)와, 양의 파워를 갖는 제1 렌즈(8)와, 음의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 오목면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제2 렌즈(9)와, 양의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 볼록면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제3 렌즈(10)와, 음의 파워를 가지며, 양쪽의 렌즈면이 비구면 형상이고, 상면측의 렌즈면이 광축 근방에서 오목면인 제4 렌즈(11)에 의해 구성되어 있다.
제4 렌즈(11)와 촬상 소자의 촬상면(S)의 사이에는, 상기 제1 실시 형태의 평행 평판(6)과 동일한 투명한 평행 평판(13)이 배치되어 있다.
하기 (표 6)에, 본 비교예에 있어서의 촬상 렌즈의 구체적 수치예를 나타낸다. 또한, 도 3에 나타낸 촬상 렌즈(14)는, 하기 (표 6)의 데이터에 의거하여 구성된 것이다.
[표 6]
Figure pct00011
또, 하기 (표 7A), (표 7B)에, 본 비교예에 있어서의 촬상 렌즈의 비구면 계수(원추 상수를 포함한다)를 나타낸다.
[표 7A]
Figure pct00012
[표 7B]
Figure pct00013
또, 상기 (표 6), (표 7A), (표 7B)에 있어서, *표를 붙인 면(제3면 : 제2 렌즈(9)의 물체측의 렌즈면)은 회절 광학 소자면이며, 상기 회절 광학 소자면의 구체적 수치예는 하기 (표 8)에 나타낸 바와 같다.
[표 8]
Figure pct00014
또, 하기 (표 9)에, 본 비교예에 있어서의 촬상 렌즈(14)의, F넘버(F값) Fno, 광학계 전체의 초점 거리 f(mm), 공기 환산 광학 전체 길이 TL(mm), 최대 상의 높이 Y＇, 및, 조건 식 (1)의 값, 상기 회절 광학 소자면의 유효 직경(반경)(mm), 유효 직경 내의 회절 윤대수를 나타낸다.
[표 9]
Figure pct00015
도 4에, 본 비교예에 있어서의 촬상 렌즈의 수차도를 나타낸다. 도 4에 있어서, (a)는 구면 수차의 도면이며, 실선은 g선, 짧은 파선은 F선, 1점 쇄선은 e선, 2점 쇄선은 d선, 긴 파선은 C선에 대한 값을 나타내고 있다. (b)는 비점수차의 도면이며, 실선은 새지털 상면 만곡, 파선은 메리디오널 상면 만곡을 나타내고 있다. (c)는 왜곡 수차의 도면이다. 또한, 축상 색수차의 도면은, 도 4(a)의 구면 수차의 도면과 동일하다.
도 4에 나타낸 수차도로부터 명확한 바와 같이, 본 비교예의 촬상 렌즈(14)는, 여러 수차가 양호하게 보정되어, 휴대전화기 등의 소형의 휴대 기기에 탑재되는 소형이고 고화소인 촬상 소자(예를 들면, 화소 피치가 2μm 이하이고, 화소수가 5메가픽셀, 8메가픽셀 혹은 13메가픽셀인 CCD 이미지 센서나 CMOS 이미지 센서)에 대응 가능한 것을 알 수 있다.
그러나, 상기 (표 1), (표 9)의 결과를 고려하면, 본 비교예의 촬상 렌즈(14)는, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 억제하지 못하고 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 비교예의 촬상 렌즈를 이용한 촬상 장치는, 촬상 소자의 화소수가 많고 고정밀해도, 화질이 저하하였다고 간주되어, 고화질화를 도모할 수 없다.
[제2 실시 형태]
다음에, 본 발명의 촬상 렌즈를 이용하여 구성되는 촬상 장치에 대해, 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 촬상 장치의 구성을 도시한 단면도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 촬상 장치(15)는, 촬상 소자(16)와, 촬상 렌즈(17)를 이용하여 구성되어 있다. 여기에서, 촬상 소자(16)는, 피사체에 대응한 광 신호를 화상 신호로 변환하여 출력한다. 또, 촬상 렌즈(17)는, 물체측(도 5에서는 좌측)으로부터 상면측(도 5에서는 우측)을 향해 순서대로 배치된, 양의 파워를 갖는 제1 렌즈(17a)와, 음의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 오목면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제2 렌즈(17b)와, 양의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 볼록면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제3 렌즈(17c)와, 음의 파워를 가지며, 양쪽의 렌즈면이 비구면 형상이고, 상면측의 렌즈면이 광축 근방에서 오목면인 제4 렌즈(17d)에 의해 구성되어 있다. 그리고, 촬상 렌즈(17)를 구성하는 제1~제4 렌즈(17a~17d) 중 적어도 1개의 렌즈면에는, 회절 광학 소자가 형성되어 있다(촬상 렌즈(17)의 구체예에 대해서는, 상기 제1 실시 형태 및 그 실시예를 참조).
촬상 렌즈(17)는, 경통(18) 내에 수용되어 있으며, 경통(18)은, 통형상으로 형성된 홀더(19)에 수나사와 암나사의 나사식 결합에 의해 유지되어 있다. 경통(18)의 물체측에는, 개구부(20)가 형성되어 있다. 이 개구부(20)는, 촬상 렌즈(17)의 조리개의 기능을 하는 것이다.
또한, 도 5에 있어서, 21은 촬상 소자(16)가 설치된 기판, 22는 촬상 소자(16)의 페이스 플레이트(커버 유리), 23은 적외선(IR) 커트 필터를 각각 나타내고 있다.
본 실시 형태의 촬상 장치(15)의 구성에 의하면, 촬상 렌즈(17)로서 본 발명의 촬상 렌즈(예를 들면, 상기 제1 실시 형태의 촬상 렌즈(7))를 이용함으로써, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있다. 또, 설계 회절 차수 광을 이용하여 색수차를 양호하게 보정할 수 있으므로, 소형이고 고화소인 촬상 소자를 이용할 수 있다. 그 결과, 고정밀하고 고화질인 촬상 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 4장 렌즈 구성의 촬상 렌즈(17)가 이용되고 있지만, 촬상 렌즈는 적어도 1장의 렌즈를 구비하고 있으면 되고, 상기 렌즈의 적어도 1개의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성되어 있으면 된다.
[제3 실시 형태]
다음에, 본 발명의 촬상 장치가 탑재된 휴대 기기에 대해, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은, 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 휴대 기기로서의 휴대전화기의 구성을 도시한 도면((a)는 평면도, (b)는 배면도)이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 휴대 기기(24)는, 카메라가 부착된 휴대전화기이며, 본체 케이스(25)와, 본체 케이스(25)에 설치된 디스플레이(25a) 및 조작부(25b)과, 본체 케이스(25)에 탑재된 촬상 장치(26)를 구비하고 있다.
촬상 장치(26)는, 촬상 소자와, 촬상 렌즈를 이용하여 구성되어 있으며, 촬상 소자는, 피사체에 대응한 광 신호를 화상 신호로 변환하여 출력한다(촬상 장치(26)의 구체예에 대해서는, 상기 제2 실시 형태를 참조). 여기에서, 촬상 렌즈는, 물체측(휴대 기기(24)의 배면측)으로부터 상면측(휴대 기기(24)의 평면측)을 향해 순서대로 배치된, 양의 파워를 갖는 제1 렌즈(27)(도 6(b) 참조)와, 음의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 오목면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제2 렌즈와, 양의 파워를 가지며, 상면측의 렌즈면이 볼록면인 메니스커스 렌즈로 이루어지는 제3 렌즈와, 음의 파워를 가지며, 양쪽의 렌즈면이 비구면 형상이고, 상면측의 렌즈면이 광축 근방에서 오목면인 제4 렌즈에 의해 구성되어 있다. 그리고, 촬상 렌즈를 구성하는 제1 렌즈(27) 및 제2~제4 렌즈 중 적어도 1개의 렌즈면에는, 회절 광학 소자가 형성되어 있다(촬상 렌즈의 구체예에 대해서는, 상기 제1 실시 형태 및 그 실시예를 참조).
본 실시 형태의 휴대 기기(24)의 구성에 의하면, 촬상 장치(47)로서 본 발명의 촬상 장치(예를 들면, 상기 제2 실시 형태의 촬상 장치(15))가 탑재됨으로써, 고정밀화와 고화질화를 도모할 수 있으므로, 고성능인 휴대전화기 등의 휴대 기기를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 4장 렌즈 구성의 촬상 렌즈가 이용되고 있지만, 촬상 렌즈는 적어도 1장의 렌즈를 구비하고 있으면 되고, 상기 렌즈의 적어도 1개의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성되어 있으면 된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 촬상 렌즈는, 회절 불요 차수 광에 의해 발생하는 플레어를 충분히 억제할 수 있으므로, 고정밀화와 고화질화를 도모하는 것이 바람직한 촬상 장치를 내장한 휴대전화기 등의 소형의 휴대 기기의 분야에 있어서 특히 유용하다.
1, 17a, 27 : 제1 렌즈
2, 17b : 제2 렌즈
3, 17c : 제3 렌즈
4, 17d : 제4 렌즈
5 : 개구 조리개
6 : 평행 평판
7, 17 : 촬상 렌즈
15, 26 : 촬상 장치
16 : 촬상 소자
18 : 경통
19 : 홀더
20 : 개구부
21 : 기판
22 : 촬상 소자의 페이스 플레이트(커버 유리)
23 : 적외선(IR) 커트 필터
24 : 휴대 기기
25 : 본체 케이스
25a : 디스플레이
25b : 조작부
S : 촬상면

Claims (7)

  1. 적어도 1장의 렌즈를 구비한 촬상 렌즈로서,
    상기 렌즈의 적어도 1개의 렌즈면에 회절 광학 소자가 형성되며,
    상기 회절 광학 소자가 형성된 상기 렌즈면의 유효 직경 내의 회절 윤대수(輪帶數)가 3 이하이고, 또한, 광학계 전체의 초점 거리를 f, 상기 회절 광학 소자만에 의한 초점 거리를 fDOE로 하였을 때, 하기 조건 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
    Figure pct00016
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회절 광학 소자가 단층형인, 촬상 렌즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    개구 조리개를 더 구비하며,
    상기 개구 조리개를 통해 입광되고, 또한, 상기 개구 조리개에 가장 근접하는 상기 렌즈의 적어도 1개의 렌즈면에 상기 회절 광학 소자가 형성되어 있는, 촬상 렌즈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    적어도 2장의 렌즈를 구비함과 더불어, 개구 조리개를 더 구비하며,
    상기 개구 조리개가, 가장 물체측에 배치된 제1 렌즈의 물체측에 설치되고, 또한, 상기 회절 광학 소자가, 상기 제1 렌즈에 인접하는 제2 렌즈의 물체측의 렌즈면에 형성되어 있는, 촬상 렌즈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    F값이 2.4~3.2인, 촬상 렌즈.
  6. 피사체에 대응한 광 신호를 화상 신호로 변환하여 출력하는 촬상 소자와, 상기 촬상 소자의 촬상면에 상기 피사체의 상을 결상시키는 촬상 렌즈를 구비한 촬상 장치로서,
    상기 촬상 렌즈로서 청구항 1에 기재된 촬상 렌즈를 이용한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 청구항 6에 기재된 촬상 장치가 탑재된 것을 특징으로 하는 휴대 기기.
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