WO2008072410A1

WO2008072410A1 - 撮像レンズおよび撮像装置

Info

Publication number: WO2008072410A1
Application number: PCT/JP2007/069280
Authority: WO
Inventors: Takuya Imaoka; Hiroshi Nishizawa
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2008-06-19

Abstract

　撮像レンズ（６）は、被写体からの光の入射側より順に、開口絞り（１）と、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズ（２）と、正または負の屈折力を有し光の入射側に凸面を向けた非球面形状の第２レンズ（３）とを備え、光軸を中心とする像高７０％の範囲内において、第２レンズ（３）を通過する主光線の入射角θｉｎと射出角θｏｕｔが、｜θｏｕｔ－θｉｎ｜＜５［度］を満たす構成を有する。これにより、レンズ全長が小型で、かつ非点収差が補正できる撮像レンズ（６）を提供する。

Description

明細書

撮像レンズおよび撮像装置

関連する出願

[0001] 本出願では、 2006年 12月 12日に日本国に出願された特許出願番号 2006— 33 4059および特許出願番号 2006— 334060の禾 IJ益を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。

技術分野

[0002] 本発明は、撮像レンズに関し、特に携帯電話装置やデジタルスチルカメラ等の撮像装置に搭載される撮像レンズに関する。

背景技術

[0003] 近年、 CCD (Charge Coupled Device)型のイメージセンサあるいは CMOS (Com plementary 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ユニットの高性能化、小型化に伴い、撮像ユニットを備えた携帯電話ゃパ一ソナルコンピューターが普及しつつある。これらの撮像ユニット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!/、る。

[0004] このような用途の撮像レンズとしては、一般的に、単玉レンズに比べて高性能化が可能な 2枚レンズが適している。レンズ全長の小型化の要求から、被写体からの光が入射する側に正のレンズを配置した正レンズ先行の 2枚構成の撮像レンズが知られている。 2枚のレンズで構成された撮像レンズは、例えば、特開 2004— 145183号公報に開示されている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかしながら、上記した従来の撮像レンズは、 Fナンバーが 2. 8程度と明るぐかつレンズ全長の小型化が達成されているものの、非点収差が大きぐ 100万画素を越える高画素の撮像素子で使用する場合に性能が十分でなレ、とレ、う問題を有してレ、た。

[0006] 本発明は、上記背景に鑑み、レンズ全長が小型で、かつ非点収差を補正できる撮像レンズを提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0007] 本発明の撮像レンズは、被写体からの光の入射側より順に、開口絞りと、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第 1レンズと、正または負の屈折力を有し光の入射側に凸面を向けた非球面形状の第 2レンズとを備え、光軸を中心とする像高 70%の範囲内において、前記第 2レンズを通過する主光線の入射角 Θ inと射出角 Θ outが、 I Θ out- Θ in | < 5 [度]を満たす構成を有する。

[0008] 以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開示は、本発明の一部の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]図 1は、第 1の実施の形態における撮像レンズの構成を示す断面図

[図 2]図 2は、第 1の実施の形態における第 2レンズの像高に対する Θ out- Θ inを示す図

[図 3]図 3は、第 1の実施の形態における撮像レンズの収差図

[図 4]図 4は、従来の撮像レンズにおける撮像レンズの収差図

[図 5]図 5は、第 2の実施の形態における撮像レンズの構成を示す断面図

[図 6]図 6は、第 2の実施の形態における撮像レンズの像高に対する Θ out— Θ inを示す図

[図 7]図 7は、第 2の実施の形態における撮像レンズの収差図

[図 8]図 8は、本実施の形態における撮像装置の斜視図

[図 9A]図 9Aは、本実施の形態における撮像装置を備えた携帯端末としての携帯電話の正面図

[図 9B]図 9Bは、本実施の形態における撮像装置を備えた携帯端末としての携帯電話の背面図

[0010] 以下に、本発明の詳細な説明を述べる。以下に説明する実施の形態は本発明の単なる例であることが理解され、本発明が様々な態様に変形することができる。従つて、以下に開示する特定の構成および機能は、請求の範囲を限定するものではない発明を実施するための最良の形態

[0011] 本実施の形態の撮像レンズは、被写体からの光の入射側より順に、開口絞りと、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第 1レンズと、正または負の屈折力を有し光の入射側に凸面を向けた非球面形状の第 2レンズとを備え、光軸を中心とする像高 70%の範囲内において、第 2レンズを通過する主光線の入射角 Θ inと射出角 Θ outが、 I Θ out- Θ in | < 5 [度]を満たす。

[0012] この構成により、入射角と射出角の差を 5度以下とすることによってレンズ全長を短くするとともに、非点収差を補正することができる。従って、レンズ枚数が 2枚でかつ小型でありながら、非点収差を良く補正できるというすぐれた効果を有し、 100万画素以上の高画素の撮像素子でも十分な性能を有することができる。

[0013] 本実施の形態の別の態様の撮像レンズは、被写体からの光の入射側より順に、開口絞りと、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第 1レンズと、負の屈折力を有し光の入射側に凹面を向けた第 2レンズとを備え、光軸を中心とする像高 70%の範囲内において、第 2レンズを通過する主光線の入射角 Θ inと射出角 Θ outが、 I Θ out— Θ in I < 5 [度]を満たす。

[0014] この構成により、入射角と射出角の差を 5度以下とすることによってレンズ全長を短くするとともに、非点収差を補正することができる。従って、レンズ枚数が 2枚でかつ小型でありながら、非点収差を良く補正できるというすぐれた効果を有し、 100万画素以上の高画素の撮像素子でも十分な性能を有することができる。

[0015] 本実施の形態の撮像レンズは、第 1レンズおよび第 2レンズの少なくとも一方に非球面レンズを用いた構成を有する。この構成により、より良好な収差補正ができる。

[0016] 本実施の形態の撮像レンズは、第 2レンズとして球面レンズを用いた構成を有する。この構成により、安価な撮像レンズを実現できる。

[0017] 本実施の形態の撮像レンズは、第 1レンズとして赤外線吸収型レンズを用いた構成を有する。この構成により、入射角によらずに赤外光を適切に制限できるので、良好な画質が得られる。

[0018] 本実施の形態の撮像装置は、上記の撮像レンズを備えた構成を有し、本実施の形態の携帯端末装置は、この撮像装置を備えた構成を有する。この構成により、小型化かつ高画素の撮像装置を提供できる。また、この撮像装置を携帯端末装置に備えることにより、小型かつ高性能な携帯端末装置を得ることができる。

[0019] 以下、本発明の実施の形態の撮像装置について図面を参照して説明する。

(第 1の実施の形態）

図 1は、本発明の第 1の実施の形態における撮像装置 7の構成を示す断面図である。撮像装置 7は、入射光を所要の電気信号に変換するための半導体による撮像素子 5と、撮像素子 5の入射面側に設けられた撮像レンズ 6を備えている。図 1では、左側に被写体が位置するものとし、右側に撮像素子 5が位置している。撮像素子 6には、 200万画素を有する UXGA型の CMOS撮像素子を用いる。

[0020] 撮像レンズ 6は、左側から開口絞り 1、第 1レンズ 2、第 2レンズ 3、カバーガラス 4を備えている。カバーガラス 4は、平行平面板で表面に誘電体多層膜により可視光以外の光の透過を制限する。

[0021] 第 1レンズ 2と第 2レンズ 3に形成される非球面の形状は、光軸方向に X軸、光軸と垂直方向に Y方向をとり、光線の進行方向を正とし、 κ (円錐定数）、 Al、 A2、 A3、 A4を非球面係数としたとき次式で表される形状である。

國

― Y²/r

八 + A₁ Y⁴ + A₂Y⁶ + A, Y⁸ + Α₄Υ^{1 0}

— ( 1 + i ) Y²/r²)

[0022] 図 1において、主光線 Lは開口絞り 1の中心をとおり像高 Ηに入射する光線を示している。主光線 Lが第 2レンズ 3に入射する角度を Θ in、また射出する角度を Θ outとす

[0023] 以下の説明において、 fは撮像レンズ 6における全系の焦点距離、 Fは Fナンバー、 2 ωは画角、 rは撮影曲率半径、 dはレンズ面間隔、 ndは d線に対する屈折率、 v dはアッベ数を示す。また、開口絞り 1 (第 1面）から第 1レンズ 2の被写体側の面（第 2面）までの光軸上の距離を d l、第 1レンズ 2の被写体側の面（第 2面）から像面側の面（第 3面）までの光軸上の距離を d2、第 1レンズ 2の像面側の面（第 3面）から第 2レンズ 3 の被写体側の面（第 4面）までの光軸上の距離を d3、第 2レンズ 3の被写体側の面（第 4面）から第 2レンズ 3の像面側の面（第 5面）までの光軸上の距離を d4、第 2レンズ 3の像面側の面（第 5面）からカバーガラス 4の被写体側の面（第 6面）までの光軸上の距離を d5、カバーガラス 4の厚みを d6、カバーガラス 4の像面側の面（第 7面）から撮像素子 5までの距離を d7とする。

本実施の形態の撮像レンズの具体的設計のパラメータを以下に示す。

f = 3. 11 F = 3. 6 2 ω = 59. 5°

[表 1]

[表 2]

第 2面の第 3面の第 4面の第 5面の

非球面係数非球面係数非球面係数非球面係数 κ -1.4617 3.1357 2.2282 0.4659

A 1 0.175800 0.302785 0.156713 0.104274

A2 0.519284 0.573465 0.335505X10— ¹ 0.16499X 10— ¹

A3 0.752398 0.372011 X 10— ¹ 0.117182X10— ¹ 0.101844X 10— ¹

A4 0.369134 0.337791 0.433056X 10— ² 0.206829X10—²

[0025] 図 2は、本実施の形態の第 2レンズ 3の入射角 Θ in、射出角 Θ outの特性を示す図である。横軸は、撮像素子の撮像領域の対角の半分の長さに対する像高の割合を示す。縦軸は、 I Θ out- Θ in Iの値を示す。図 2に示すように、光軸を中心とする像高 70%の範囲内で I e out— θ ίη Iを 5度未満にする。なお、「光軸を中心とする像高 70%の範囲内」とは、撮像素子の撮像領域の対角の半分の長さに対して像高が 70%以内となるように、第 2レンズ 3に光が入射する範囲を意味する。

以上、本実施の形態の撮像レンズ 6および撮像装置 7の構成について説明した。

[0026] 図 3は、本実施の形態における撮像レンズ 6の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す収差図を示す図、図 4は、従来の撮像レンズの収差図である。図 3と図 4を比較すれば明らかなように、本実施の形態の撮像レンズ 6は、非点収差を低減できる

[0027] 非点収差は撮像した際に周辺部分においてボケが発生するように写るために何となくボケを感じるものである。この理由は、サジタルとメリジォナルの方向によってそれぞれのフォーカス位置に差が生じるために、方向性により解像度が変化することが原因でボケが目立っためである。評価には、点光源のチャートなどを撮影し、その点がどれほどぼんやり写ったり、形状がいびつになったりしているかを評価することででき [0028] アスペクト比が 3 : 4である画面を用いて非点収差による画質の比較を行った。比較のために、非点収差を変化させて、撮像した画像を被験者に見比べてもらった。画面のアスペクト比が 3： 4であるので画面の鉛直端が像高 60%に相当し、水平端が像高 80%に相当する。そこでこの両端の中間位置として像高 70%に相当する部分における位置でボケを判断することとした。この実験により、像高で 70%のところにおける非点収差がフォーカス位置で 0. 1mmを超えると画質が劣化したと判断できることがわかった。本実施の形態においては、像高 80%程度まで非点収差を 0. 1mm以下にでき、十分に収差補正できており、 100万画素以上の撮像素子に十分対応できる光学性能を有している。さらなる実験により、非点収差が 0. 05mmであるときに画質の劣化がないことが判明した。また、好ましくは、非点収差が 0. 03mm程度以下であることが望ましい。

[0029] (第 2の実施の形態）

図 5は、本発明の第 2の実施の形態における撮像装置 9の構成を示す断面図である。撮像装置 9は、入射光を所要の電気信号に変換するための半導体による撮像素子 5と、撮像素子 5の入射面側に設けられた撮像レンズ 8を備えている。図 5では、左側に被写体が位置するものとし、右側に撮像素子 5が位置している。撮像素子 5には、画素サイズが 2. 2 mで 130万画素を有する SXGA型の CMOS撮像素子を用い

[0030] 撮像レンズ 8は、左側から開口絞り 1、第 1レンズ 10、第 2レンズ 11、カバーガラス 4 を備えている。

[0031] 第 1レンズ 10に形成される非球面の形状は、第 1の実施の形態で説明した式（1)によって表される。

[0032] 第 1レンズ 10および第 2レンズ 11の材質は、プラスチックを用いてもよいし、ガラスを用いてもよい。ガラスを用いた場合、耐熱性を向上できるので、リフロー炉を通せるように変更も可能である。ガラスを用いて非球面レンズを作る場合には、硝材をリヒートして金型でプレスして作られる。

[0033] 第 1レンズ 10は、 2価の銅イオンをドープすることにより、赤外光を吸収できるように構成してある。赤外線吸収型のレンズは、カットオフの半値波長が入射角によって変化しないというメリットがある。

[0034] 第 2レンズ 11は、球面レンズであり、リフロー対応のためにガラスを用いるときには研磨により作成できるので、コストを抑えることができる。カバーガラス 4は平行平面板で表面に反射防止膜が設けられている。

[0035] 第 1レンズ 10に赤外吸収材料を用いない場合には、カバーガラス 4の表面に誘電体による多層膜を設けて反射型の赤外光吸収させる構成を採用することも可能であ

[0036] 図 5において、主光線 Lは開口絞り 1の中心をとおり像高 Hに入射する光線を示している。主光線 Lが第 2レンズ 11に入射する角度を Θ in、また射出する角度を Θ outとする。

[0037] 以下の説明において、 fは撮像レンズ 8における全系の焦点距離、 Fは Fナンバー、

2 ωは画角、 rは撮影曲率半径、 dはレンズ面間隔、 ndは d線に対する屈折率、 v dはアッベ数を示す。また、開口絞り 1 (第 1面）から第 1レンズ 10の被写体側の面（第 2面 )までの光軸上の距離を dl、第 1レンズ 10の被写体側の面（第 2面）から像面側の面 (第 3面）までの光軸上の距離を d2、第 1レンズ 10の像面側の面（第 3面）から第 2レンズ 11の被写体側の面（第 4面）までの光軸上の距離を d3、第 2レンズ 11の被写体側の面（第 4面）から第 2レンズ 11の像面側の面（第 5面）までの光軸上の距離を d4、第 2レンズ 11の像面側の面（第 5面）力、らカバーガラス 4の被写体側の面（第 6面）までの光軸上の距離を d5、カバーガラス 4の厚みを d6、カバーガラス 4の像面側の面（第 7面）から撮像素子 5までの距離を d7とする。

[0038] 本実施の形態の撮像レンズの具体的設計のパラメータを以下に示す。

f = 3. 13 F = 4. 0 2 ω = 60. 8°

[表 3] 面 No. r d n_d V d 第 1面 0.1 第 2面 5.5992 1.0 1.62971 50.3 第 3面 1.1560 1.6 第 4面 -1.4502 1.02 1.84666 23.8 第 5面 3.8954 0.524 下表は、第 1レンズ 10の非球面形状を表す式（1)のパラメータを示す。

[表 4]

図 6は、本実施の形態の第 2レンズ 11の入射角 Θ in、射出角 Θ outの特性を示す図である。横軸は、撮像素子の撮像領域の対角の半分の長さに対する像高の割合を示す。縦軸は、 I Θ out- Θ in Iの値を示す。図 6に示すように、光軸を中心とする像高 70%の範囲内で I S out— θ ίη Iを 5度未満にする。なお、「光軸を中心とする像高 70%の範囲内」とは、撮像素子の撮像領域の対角の半分の長さに対して像高が 70%以内となるように、第 2レンズ 11に光が入射する範囲を意味する。

以上、本実施の形態の撮像レンズ 8および撮像装置 9の構成について説明した。

[0041] 図 7は、本実施の形態における撮像レンズ 8の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す収差図を示す図である。図 7に見られるように、本実施の形態の撮像レンズ

8は、非点収差を低減できる。

[0042] アスペクト比が 3 : 4である画面を用いて非点収差による画質の比較を行った。本実施の形態の撮像レンズ 8も、第 1の実施の形態の撮像レンズ 6と同様に、像高で 70% のところにおける非点収差がフォーカス位置で 0. 1mmを超えると画質が劣化したと判断できることがわ力た。本実施の形態においては、像高 80%程度まで非点収差を 0. 1mm以下にでき、十分に収差補正できており、 100万画素以上の撮像素子に十分対応できる光学性能を有している。さらなる実験により、非点収差が 0. 05mmであるときに画質の劣化がないことが判明した。また、好ましくは、非点収差が 0. 03m m程度以下であることが望ましレ、。

[0043] 以上、本発明の撮像レンズについて、実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されない。

[0044] 上記した実施の形態における撮像素子 5は、 200万画素を有する UXGA型の CM

OS撮像素子を用いている力 100万画素以上の撮像素子を有する撮像装置に対する小型化に特に有効である。

[0045] 上記した実施の形態では、第 1レンズ 2, 10として非球面レンズを用いる例について説明したが、第 1レンズ 2, 10として球面レンズを用いてもよい。

[0046] 上記した第 2の実施の形態では、第 2レンズ 11として球面レンズを用いる例について説明したが、第 2レンズ 11として非球面レンズを用いてもよ!/、。

[0047] 上記した本実施の形態では、可視光以外を光の透過を制限するカバーガラス 4を用いたが、赤外光や、紫外光を制限するカバーガラスを用いたり、カバーガラス 4をなくした構成としてあよい。

[0048] また、本発明は、上記した実施の形態の撮像装置 7, 9を公知の携帯電話に搭載してもよい。図 8は撮像装置 7の斜視図を示し、図 9Aは撮像装置 7を備えた携帯電話 1 2の正面図、図 9Bはその背面図を示す。なお、図 9Aおよび図 9Bでは撮像装置 7を備えた携帯電話 12の例を示している力 S、第 2の実施の形態の撮像装置 9も、図 8、図 9A、図 9Bに示す例と同様に携帯電話に備えることができる。このように撮像装置 7, 9を携帯電話 12に搭載することにより、高画素で性能のよい画像を撮影する携帯電話を実現することが可能になる。

[0049] 以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明した力本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されてい産業上の利用可能性

[0050] 本発明の撮像レンズは小型でありながらが良好な画質が得られるために高画素撮像装置の小型化に有効である。また、本発明による撮像レンズを用いた撮像装置を携帯端末装置に搭載すれば、小型でしかも画質の良い利便性の高い携帯端末装置の用途に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 被写体からの光の入射側より順に、開口絞りと、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第 1レンズと、正または負の屈折力を有し光の入射側に凸面を向けた非球面形状の第 2レンズとを備え、

光軸を中心とする像高 70%の範囲内において、前記第 2レンズを通過する主光線の入射角 Θ inと射出角 Θ outが、

I Θ out- Θ in I < 5 [度]

を満たすことを特徴とする撮像レンズ。

[2] 被写体からの光の入射側より順に、開口絞りと、正の屈折率を有し光の入射側に凸面を向けたメニスカス形状の第 1レンズと、負の屈折力を有し光の入射側に凹面を向けた第 2レンズとを備え、

I Θ out- Θ in I < 5 [度]

を満たすことを特徴とする撮像レンズ。

[3] 前記第 2レンズが非球面レンズであることを特徴とする請求項 2に記載の撮像レンズ。

[4] 前記第 2レンズが球面レンズであることを特徴とする請求項 2に記載の撮像レンズ。

[5] 前記第 1レンズが非球面レンズであることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の撮像レンズ。

[6] 前記第 1レンズが赤外線吸収型レンズであることを特徴とする請求項;!〜 5のいずれかに記載の撮像レンズ。

[7] 請求項 1〜6のいずれかに記載の撮像レンズを備えた撮像装置。

[8] 請求項 7に記載の撮像装置を備えた携帯端末装置。