JP2005242286A - Imaging lens, imaging unit and portable terminal with the unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子の光学系として好適な撮像レンズと当該撮像レンズを有する撮像ユニット及びこの撮像ユニットを備える携帯端末に関する。 The present invention relates to an imaging lens suitable as an optical system of a solid-state imaging device such as a CCD type image sensor or a CMOS type image sensor, an imaging unit having the imaging lens, and a portable terminal including the imaging unit.
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機やパーソナルコンピューターが普及しつつある。
そして、これら携帯電話機やパーソナルコンピューターの小型化或いは機能の増加による高密度化に伴い、これらの撮像装置の小型化を図るために当該撮像装置に搭載される撮像レンズへのさらなる小型化への要求が高まっている。
In recent years, with the improvement in performance and size of solid-state imaging devices such as CCD (Charged Coupled Device) type image sensors or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensors, mobile phones equipped with imaging devices Personal computers are becoming popular.
With the miniaturization of these mobile phones and personal computers or the increase in density due to the increase in functions, there is a demand for further miniaturization of the imaging lens mounted on the imaging device in order to reduce the size of these imaging devices. Is growing.
このような小型の撮像装置用の撮像レンズとして、1枚あるいは2枚構成の撮像レンズに比べ高性能化が可能という理由から、近年では、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ、負の屈折力を有する第2レンズ、正の屈折力を有する第3レンズを配置した3枚構成の撮像レンズが一般的となりつつある。このような、いわゆるトリプレットタイプの撮像レンズは、特許文献1に開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載されているタイプの撮像レンズは、広い画角を確保しながら諸収差が良好に補正されたタイプではあるが、その一方では撮像レンズ全長(撮像レンズ全系の最も物体側の面から像側焦点までの距離、但し、最も物体側に開口絞りが配置される撮像レンズにおいては、開口絞りから像側焦点までの距離をいう)の小型化には向いていなかった。
本発明はこのような問題点に鑑み、従来タイプより小型でありながらも、諸収差を良好に補正した、3枚構成の撮像レンズ、撮像ユニット及び携帯端末を提供することを目的とする。
However, the imaging lens of the type described in
In view of such problems, an object of the present invention is to provide a three-lens imaging lens, an imaging unit, and a portable terminal that are more compact than the conventional type and have various aberrations corrected satisfactorily.
ここで、小型の撮像レンズの尺度であるが、本発明では下記の(7)の条件式を満たすレベルの小型化を目指している。この範囲を満たすことで、レンズ全長を短くでき相乗的にレンズ外径も小さくできる。これにより、撮像装置全体の小型軽量化が可能となる。
L/2Y < 1.50 (7)
ただし、
L :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
2Y :固体撮像素子の撮像面対角線長(固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長)
ここで、像側焦点とはレンズに光軸と平行な平行光線が入射した場合の像点をいう。なお、撮像レンズの最も像側の面と像側焦点位置との間に、光学的ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、または固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板が配置される場合には、平行平板部分は空気換算距離とした上で上記Lの値を計算するものとする。
また、より望ましくは、下記の(8)の条件式の範囲がよい。
L/2Y < 1.30 (8)
Here, although it is a scale of a small imaging lens, the present invention aims at miniaturization at a level that satisfies the following conditional expression (7). By satisfying this range, the overall lens length can be shortened and the lens outer diameter can be reduced synergistically. Thereby, the whole imaging device can be reduced in size and weight.
L / 2Y <1.50 (7)
However,
L: Distance on the optical axis from the object side surface of the first lens to the image-side focal point of the entire imaging lens system
2Y: Diagonal length of the imaging surface of the solid-state imaging device (diagonal length of the rectangular effective pixel area of the solid-state imaging device)
Here, the image side focal point means an image point when a parallel light beam parallel to the optical axis is incident on the lens. When a parallel plate such as an optical low-pass filter, an infrared cut filter, or a seal glass of a solid-state image sensor package is disposed between the image-side surface of the imaging lens and the image-side focal position, the imaging lens is parallel. The flat plate portion is calculated as the above L value after the air conversion distance.
More preferably, the range of the conditional expression (8) below is better.
L / 2Y <1.30 (8)
請求項1に記載の発明は、物体側から順に、正の屈折力を有し、前記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、像側に凹面を向けた第3レンズからなる撮像レンズであって、第1レンズの焦点距離をf1、撮像レンズ全系の焦点距離をf、第1レンズのアッベ数をν1、第2レンズのアッベ数をν2、第3レンズのアッベ数をν3としたときに、下記の(1)、(2)の条件式を満たす、という構成を採っている。
0.8 < f1/f < 2.0 (1)
20 < {(ν1+ν2)/2}−ν3 < 70(2)
The invention according to
0.8 <f1 / f <2.0 (1)
20 <{(ν1 + ν2) / 2} −ν3 <70 (2)
請求項1に記載の発明によれば、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、像側に凹面を向けた負の第3レンズを配置する、いわゆるテレフォトタイプのレンズ構成であるため、レンズ全長の小型化に有利であるとともに、収差を良好に補正することができる。
即ち、収差補正に関しては、正の屈折力を第1レンズと第2レンズで分担しているので、球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。また、開口絞りが第1レンズと第2レンズの間に配置され、第1レンズは物体側に凸面を向けた形状、第2レンズは像側に凸面を向けたメニスカス形状であるため、倍率色収差や歪曲収差を補正しやすい構成となっている。
According to the first aspect of the present invention, a so-called telephoto type in which a positive lens group including a first lens and a second lens and a negative third lens with a concave surface facing the image side are arranged in this order from the object side. This lens configuration is advantageous in reducing the overall length of the lens and can correct aberrations satisfactorily.
That is, with respect to aberration correction, since the positive refractive power is shared by the first lens and the second lens, the occurrence of spherical aberration and coma can be suppressed. Further, since the aperture stop is disposed between the first lens and the second lens, the first lens has a shape with a convex surface facing the object side, and the second lens has a meniscus shape with the convex surface facing the image side. And distortion are easily corrected.
ここで、条件式(1)は、第1レンズの屈折力を規定するものである。式(1)における上限値を下回ることで、第1レンズの正の屈折力を適度に維持することができ、撮像レンズ全長の小型化することができる。一方、下限値を上回ることで、第1レンズの正の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、第1レンズで発生する、高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。また、条件式(1)のf1/fの値は、より望ましくは、下記の(9)の条件式の範囲がよい。
0.8 < f1/f < 1.65 (9)
また、条件式(2)は、撮像レンズ全系の色収差を良好に補正する条件である。式(2)における下限値を上回ることで、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、式(2)の上限値は、この値を超えるものでレンズ材料として適したものが実際に存在しないことを考慮して設けたものである。
また、条件式(2)の値は、より望ましくは、下記の(10)の条件式の範囲がよい。
25 < {(ν1+ν2)/2}−ν3 < 70(10)
Here, the conditional expression (1) defines the refractive power of the first lens. By falling below the upper limit value in Expression (1), the positive refractive power of the first lens can be appropriately maintained, and the entire length of the imaging lens can be reduced. On the other hand, by exceeding the lower limit value, the positive refractive power of the first lens does not become unnecessarily large, and higher-order spherical aberration and coma aberration generated in the first lens can be suppressed to a small value. The value of f1 / f in conditional expression (1) is more preferably in the range of conditional expression (9) below.
0.8 <f1 / f <1.65 (9)
Conditional expression (2) is a condition for satisfactorily correcting chromatic aberration of the entire imaging lens system. By exceeding the lower limit in the expression (2), the longitudinal chromatic aberration and the lateral chromatic aberration can be corrected with a good balance. Further, the upper limit value of the expression (2) is set in consideration that there is no actual lens material that exceeds this value and is suitable as a lens material.
The value of conditional expression (2) is more preferably within the range of conditional expression (10) below.
25 <{(ν1 + ν2) / 2} −ν3 <70 (10)
また、上記のようなレンズ構成は、各レンズの偏心許容公差を大きめに確保することができる構成のため、例えば、大量生産時において、撮像ユニット等に各レンズの光軸が同一直線上から微少量ずれて組み込まれた場合であっても、画質劣化が生じにくくレンズ性能の維持を適正に行うことができるという効果もある。 In addition, since the lens configuration as described above can ensure a large tolerance for the eccentricity of each lens, for example, in mass production, the optical axis of each lens is slightly smaller than the same straight line on an imaging unit or the like. Even when they are incorporated with a small amount of deviation, there is an effect that image quality is hardly deteriorated and lens performance can be properly maintained.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明と同様の構成を備えると共に、第3レンズの焦点距離をf3としたときに、下記の(3)の条件式を満たす、という構成を採っている。
-1.5 < f3/f < -0.5 (3)
The invention described in
-1.5 <f3 / f <-0.5 (3)
請求項2に記載の発明によれば、条件式(3)は、第3レンズの屈折力を規定するものである。式(3)における下限値を上回ることで、第3レンズの負の屈折力を適度に維持することができ、レンズ全長の小型化および像面湾曲や歪曲収差等の軸外諸収差の補正を良好に行うことができる。一方、上限値を下回ることで、第3レンズの負の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束が過度に跳ね上げられることがなくなり、像側光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。 According to the second aspect of the present invention, the conditional expression (3) defines the refractive power of the third lens. Beyond the lower limit in equation (3), the negative refracting power of the third lens can be maintained moderately, and the overall length of the lens can be reduced and off-axis aberrations such as field curvature and distortion can be corrected. It can be done well. On the other hand, when the value falls below the upper limit, the negative refractive power of the third lens is not increased more than necessary, and the light flux that forms an image on the periphery of the imaging surface of the solid-state imaging device is not excessively jumped up. The telecentric characteristic of the side light flux can be easily ensured.
ここで、像側テレセントリック特性とは、固体撮像素子の撮像面に結像する光束の主光線が、レンズ最終面を射出した後、光軸とほぼ平行になることをいい、換言すれば、撮像レンズの射出瞳位置が像面から十分離れることである。テレセントリック特性が悪くなると、光束が固体撮像素子に対し斜めより入射し、撮像面周辺部において実質的な開口効率が減少するシェーディング現象が生じ、周辺光量不足となってしまう。従って、像側テレセントリック特性とは、固体撮像素子を用いた撮像レンズに必要な特性である。 Here, the image side telecentric characteristic means that the principal ray of the light beam that forms an image on the imaging surface of the solid-state imaging device becomes substantially parallel to the optical axis after exiting the last lens surface. The exit pupil position of the lens is sufficiently away from the image plane. When the telecentric characteristic is deteriorated, a light beam is incident on the solid-state imaging device obliquely, and a shading phenomenon occurs in which the substantial aperture efficiency is reduced at the periphery of the imaging surface, resulting in insufficient peripheral light amount. Therefore, the image side telecentric characteristic is a characteristic necessary for an imaging lens using a solid-state imaging element.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第2レンズの像側面の曲率半径をR4としたときに、下記の(11)の条件式を満たす、という構成を採っている。
0.15 < |R4|/f < 0.40 (11)
The invention described in
0.15 <| R4 | / f <0.40 (11)
請求項3に記載の発明によれば、条件式(11)は、第2レンズ像面側の曲率半径R4の絶対値を適切に設定するものである。式(11)における下限値を上回ることにより、第2レンズ像面側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たる型の歪曲収差の発生を抑制することができる。更に、第2レンズ像面側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。
式(11)における上限値を下回ることで、第2レンズ像側面の屈折力を適度に確保できるため、負の屈折力を有する第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。また、像側光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
また、条件式(11)の値は、より望ましくは、下記の(12)の条件式の範囲がよい。
0.18 < |R4|/f < 0.30 (12)
According to the third aspect of the present invention, the conditional expression (11) appropriately sets the absolute value of the curvature radius R4 on the second lens image plane side. By exceeding the lower limit in the expression (11), the refractive power on the second lens image surface side does not become excessively large, and the occurrence of coma flare of off-axis light flux and barrel distortion can be suppressed. Further, the radius of curvature on the second lens image surface side is not too small, which is preferable from the viewpoint of lens processability.
By falling below the upper limit in Expression (11), the refractive power of the second lens image side surface can be appropriately secured, so that off-axis aberrations generated by the third lens having negative refractive power can be corrected in a balanced manner. it can. In addition, it is possible to easily ensure the telecentric characteristics of the image-side light beam.
The value of conditional expression (11) is more preferably within the range of conditional expression (12) below.
0.18 <| R4 | / f <0.30 (12)
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、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、という構成を採っている。
The invention described in
請求項4に記載の発明によれば、第1レンズと第2レンズの形状が開口絞りを挟んで対称的な形状となり、第1レンズで発生する球面収差やコマ収差を、より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が、より補正し易い構成となる。 According to the fourth aspect of the invention, the shapes of the first lens and the second lens are symmetrical with respect to the aperture stop, and the spherical aberration and coma generated in the first lens are corrected more satisfactorily. be able to. Further, the chromatic aberration of magnification and distortion of the entire imaging lens system can be corrected more easily.
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第3レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状である、という構成を採っている。
The invention described in claim 5 has the same configuration as that of the invention described in
請求項5に記載の発明によれば、第3レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状であるので、第3レンズの主点位置を像側に移動させることができ、撮像レンズ全系のレンズ全長を小型化しながらも十分なバックフォーカスを確保することができる。
また、第2レンズと第3レンズの間の空気レンズが両凹形状となるため、その正の屈折力により、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
According to the invention described in claim 5, since the third lens has a meniscus shape with the concave surface facing the image side, the principal point position of the third lens can be moved to the image side. A sufficient back focus can be ensured while reducing the overall lens length.
In addition, since the air lens between the second lens and the third lens has a biconcave shape, the positive refractive power makes it easy to ensure the telecentric characteristics of the light beam formed on the periphery of the imaging surface of the solid-state imaging device. can do.
請求項6に記載の発明は、請求項1から5の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第3レンズの像側面は、当該像側面の頂点を原点とし、光軸方向にX軸をとり、光軸に対して垂直な方向の高さをh、前記第3レンズの像側面のi次の非球面係数をAi、前記第3レンズの像側面の曲率半径をR6、前記第3レンズの像側面の円錐係数をK6とした場合に、次式(5)に表される非球面変位量Xと次式(6)に表される非球面の回転2次曲面成分変位量X0とが、最大有効半径hmaxに対してhmax×0.7<h<hmaxとなる任意の光軸垂直方向の高さhの範囲で、下記の(4)の条件式を満たす、という構成を採っている。
X − X0 < 0 (4)
X − X0 <0 (4)
ここで、第3レンズの像側面の頂点とは、当該像側面と光軸との交点のことをいうものとする。 Here, the vertex of the image side surface of the third lens means an intersection of the image side surface and the optical axis.
請求項6に記載の発明によれば、条件式(4)を満たす非球面形状とすることで、第3レンズ像側面の形状が、光軸から離れ周辺にいくにつれ負の屈折力が弱まる形状(さらには、光軸付近では凹面形状でありながらも周辺部では凸面形状となるような変曲点を有する形状)となるため、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the shape of the side surface of the third lens image is such that the negative refracting power decreases as it moves away from the optical axis and goes to the periphery by making it an aspherical shape that satisfies conditional expression (4). (Furthermore, the shape has an inflection point that is a concave shape in the vicinity of the optical axis but a convex shape in the peripheral portion), so that the telecentric characteristics of the light beam that forms an image on the periphery of the imaging surface of the solid-state imaging device Can be easily secured.
請求項7に記載の発明は、請求項1から6の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第1レンズ、前記第2レンズ及び前記第3レンズは、プラスチック材料から形成されている、という構成を採っている。
The invention described in
請求項7に記載の発明によれば、第1レンズ、第2レンズ及び第3レンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより、曲率半径や外径の小さなレンズであっても大量生産が可能となる。
即ち、近年では、固体撮像装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として撮像面サイズの小さいものが開発されている。このような撮像面サイズの小さい固体撮像素子向けの撮像レンズは、全系の焦点距離を比例的に短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。従って、研磨加工により製造されるガラスレンズでは加工が困難となる。
また、各レンズを射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより非球面化が容易となり、収差補正を良好に行うことができる。ここで、小径レンズであっても比較的容易に製造できるレンズとして、ガラスモールドレンズの採用も考えられるが、一般にガラス転移点(Tg)が高いガラスではモールドプレスを行う際のプレス温度を高く設定する必要があり、成形金型に損耗が生じやすい。その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数が増加し、コストアップにつながってしまう。
According to the seventh aspect of the present invention, even if the first lens, the second lens, and the third lens are made of a plastic lens manufactured by injection molding, even a lens having a small curvature radius or outer diameter can be used. Mass production is possible.
That is, in recent years, for the purpose of downsizing the entire solid-state imaging device, even a solid-state imaging device having the same number of pixels has been developed with a small pixel pitch and consequently a small imaging surface size. In such an imaging lens for a solid-state imaging device having a small imaging surface size, it is necessary to proportionally shorten the focal length of the entire system, so that the curvature radius and the outer diameter of each lens are considerably reduced. Therefore, it becomes difficult to process with a glass lens manufactured by polishing.
In addition, by forming each lens with a plastic lens manufactured by injection molding, it becomes easy to make an aspheric surface, and aberration correction can be performed satisfactorily. Here, as a lens that can be manufactured relatively easily even with a small-diameter lens, the use of a glass mold lens is also conceivable, but in general, a glass with a high glass transition point (Tg) is set to a high press temperature when performing mold pressing. It is necessary to do so, and the mold is easily worn out. As a result, the number of times the mold is replaced and the number of maintenance increases, leading to an increase in cost.
なお、「プラスチック材料から形成されている」とは、プラスチック材料を母材として、プラスチック材料中に無機微粒子が混合されている場合や、その表面に反射防止や表面硬度向上を目的としてコーティング処理を行った場合を含むものとする。 “It is made of a plastic material” means that a plastic material is used as a base material and inorganic fine particles are mixed in the plastic material, or that the surface is coated for the purpose of preventing reflection or improving surface hardness. Including the case where it went.
請求項8に記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、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ための請求項1から7の何れか一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、前記物体側からの光入射用の開口部を有し遮光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、という構成を採っている。
The invention according to
請求項8に記載の発明によれば、請求項1から7の何れか一項に記載の撮像レンズを用いることで、より小型化且つ高画質化等の利点を備える撮像ユニットを得ることができる。
なお、「光入射用の開口部」とは、必ずしも孔等の空間を形成するものに限らず、物体側からの入射光を透過可能な領域が形成された部分を指すものとする。
また、「撮像ユニットの撮像レンズの光軸方向長さが10[mm]以下」とは、上記全ての構成を備えた撮像ユニットの光軸方向に沿った全長を意味するものとする。従って、例えば、基板の表の面上に筐体が設けられ、基板の背面に電子部品等が実装された場合にあっては、筐体の物体側となる先端部から背面上で突出する電子部品の先端部までの距離が10[mm]以下となることを想定する。
According to the invention described in
The “light entrance opening” is not necessarily limited to a space such as a hole, and refers to a portion where a region through which incident light from the object side can be transmitted is formed.
Further, “the length in the optical axis direction of the imaging lens of the imaging unit is 10 [mm] or less” means the total length along the optical axis direction of the imaging unit having all the above-described configurations. Therefore, for example, in the case where a housing is provided on the front surface of the board and an electronic component or the like is mounted on the back surface of the board, the electrons projecting on the back surface from the front end on the object side of the housing. Assume that the distance to the tip of the component is 10 mm or less.
請求項9に記載の発明の携帯端末は、請求項8に記載の撮像ユニットを備える、という構成を採っている。 A portable terminal according to a ninth aspect of the invention employs a configuration including the imaging unit according to the eighth aspect.
請求項9に記載の発明によれば、前述した請求項8に記載の撮像ユニットを搭載することにより、前述した小型化、軽量化を図ると共に、高画質の撮像が可能な携帯端末を実現することができる。 According to the ninth aspect of the invention, by mounting the imaging unit according to the eighth aspect described above, a portable terminal capable of achieving the above-described miniaturization and weight reduction and capable of high-quality imaging is realized. be able to.
請求項10記載の発明は、物体側から順に、正の屈折力を有し、前記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、像側に凹面を向けた第3レンズからなる撮像レンズであって、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3、撮像レンズ全系の焦点距離をfとしたときに、下記の(1)、(3)の条件式を満たす、という構成を採っている。
0.8 < f1/f < 2.0 (1)
-1.5 < f3/f < -0.5 (3)
The invention according to
0.8 <f1 / f <2.0 (1)
-1.5 <f3 / f <-0.5 (3)
請求項10に記載の発明によれば、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、像側に凹面を向けた負の第3レンズを配置する、いわゆるテレフォトタイプのレンズ構成であるため、レンズ全長の小型化に有利であるとともに、収差を良好に補正することができる。
即ち、収差補正に関しては、正の屈折力を第1レンズと第2レンズで分担しているので、球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。また、開口絞りが第1レンズと第2レンズの間に配置され、第1レンズは物体側に凸面を向けた形状、第2レンズは像側に凸面を向けたメニスカス形状であるため、倍率色収差や歪曲収差を補正しやすい構成となっている。
ここで、条件式(1)は、第1レンズの屈折力を規定するものである。式(1)における上限値を下回ることで、第1レンズの正の屈折力を適度に維持することができ、撮像レンズ全長の小型化することができる。一方、下限値を上回ることで、第1レンズの正の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、第1レンズで発生する、高次の球面収差やコマ収差を小さく抑えることができる。
また、条件式(2)は、第3レンズの屈折力を規定するものである。式(2)における下限値を上回ることで、第3レンズの負の屈折力を適度に維持することができ、レンズ全長の小型化および像面湾曲や歪曲収差等の軸外諸収差の補正を良好に行うことができる。一方、上限値を下回ることで、第3レンズの負の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束が過度に跳ね上げられることがなくなり、像側光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
According to the invention described in
That is, with respect to aberration correction, since the positive refractive power is shared by the first lens and the second lens, the occurrence of spherical aberration and coma can be suppressed. Further, since the aperture stop is disposed between the first lens and the second lens, the first lens has a shape with a convex surface facing the object side, and the second lens has a meniscus shape with the convex surface facing the image side. And distortion are easily corrected.
Here, the conditional expression (1) defines the refractive power of the first lens. By falling below the upper limit value in Expression (1), the positive refractive power of the first lens can be appropriately maintained, and the entire length of the imaging lens can be reduced. On the other hand, by exceeding the lower limit value, the positive refractive power of the first lens does not become unnecessarily large, and higher-order spherical aberration and coma aberration generated in the first lens can be suppressed to a small value.
Conditional expression (2) defines the refractive power of the third lens. Beyond the lower limit in equation (2), the negative refracting power of the third lens can be maintained moderately, and the overall length of the lens can be reduced, and off-axis aberrations such as field curvature and distortion can be corrected. It can be done well. On the other hand, when the value falls below the upper limit, the negative refractive power of the third lens is not increased more than necessary, and the light flux that forms an image on the periphery of the imaging surface of the solid-state imaging device is not excessively jumped up. The telecentric characteristic of the side light flux can be easily ensured.
請求項11記載の発明は、請求項10に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第2レンズの像側面の曲率半径をR4としたときに、下記の(11)の条件式を満たす、という構成を採っている。
0.15 < |R4|/f < 0.40 (11)
The invention described in claim 11 has the same configuration as that of the invention described in
0.15 <| R4 | / f <0.40 (11)
請求項11に記載の発明によれば、条件式(11)は、第2レンズ像面側の曲率半径R4の絶対値を適切に設定するものである。式(11)における下限値を上回ることにより、第2レンズ像面側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たる型の歪曲収差の発生を抑制することができる。更に、第2レンズ像面側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。
式(11)における上限値を下回ることで、第2レンズ像側面の屈折力を適度に確保できるため、負の屈折力を有する第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。また、像側光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
また、条件式(11)の値は、より望ましくは、下記の(12)の条件式の範囲がよい。
0.18 < |R4|/f < 0.30 (12)
According to the eleventh aspect of the present invention, the conditional expression (11) appropriately sets the absolute value of the curvature radius R4 on the second lens image plane side. By exceeding the lower limit in the expression (11), the refractive power on the second lens image surface side does not become excessively large, and the occurrence of coma flare of off-axis light flux and barrel distortion can be suppressed. Further, the radius of curvature on the second lens image surface side is not too small, which is preferable from the viewpoint of lens processability.
By falling below the upper limit in Expression (11), the refractive power of the second lens image side surface can be appropriately secured, so that off-axis aberrations generated by the third lens having negative refractive power can be corrected in a balanced manner. it can. In addition, it is possible to easily ensure the telecentric characteristics of the image-side light beam.
The value of conditional expression (11) is more preferably within the range of conditional expression (12) below.
0.18 <| R4 | / f <0.30 (12)
請求項12記載の発明は、請求項10又は11に記載の発明と同様の構成を備えると共に、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、という構成を採っている。
The invention described in claim 12 has the same configuration as that of the invention described in
請求項12に記載の発明によれば、第1レンズと第2レンズの形状が開口絞りを挟んで対称的な形状となり、第1レンズで発生する球面収差やコマ収差を、より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が、より補正し易い構成となる。 According to the twelfth aspect of the present invention, the shapes of the first lens and the second lens are symmetrical with respect to the aperture stop, and the spherical aberration and coma generated in the first lens are corrected more satisfactorily. be able to. Further, the chromatic aberration of magnification and distortion of the entire imaging lens system can be corrected more easily.
請求項13記載の発明は、請求項10記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第3レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状である、という構成を採っている。
The invention described in claim 13 has the same configuration as that of the invention described in
請求項13に記載の発明によれば、第3レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状であるので、第3レンズの主点位置を像側に移動させることができ、撮像レンズ全系のレンズ全長を小型化しながらも十分なバックフォーカスを確保することができる。
また、第2レンズと第3レンズの間の空気レンズが両凹形状となるため、その正の屈折力により、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。
According to the invention described in claim 13, since the third lens has a meniscus shape with the concave surface facing the image side, the principal point position of the third lens can be moved to the image side, and the entire imaging lens system A sufficient back focus can be ensured while reducing the overall lens length.
In addition, since the air lens between the second lens and the third lens has a biconcave shape, the positive refractive power makes it easy to ensure the telecentric characteristics of the light beam formed on the periphery of the imaging surface of the solid-state imaging device. can do.
請求項14記載の発明は、請求項10から13の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第3レンズの像側面は、当該像側面の頂点を原点とし、光軸方向にX軸をとり、光軸に対して垂直な方向の高さをh、前記第3レンズの像側面のi次の非球面係数をAi、前記第3レンズの像側面の曲率半径をR6、前記第3レンズの像側面の円錐係数をK6とした場合に、次式(5)に表される非球面変位量Xと次式(6)に表される非球面の回転2次曲面成分変位量X0とが、最大有効半径hmaxに対してhmax×0.7<h<hmaxとなる任意の光軸垂直方向の高さhの範囲で、下記の(4)の条件式を満たす、という構成を採っている。
X − X0 < 0 (4)
X − X0 <0 (4)
ここで、第3レンズの像側面の頂点とは、当該像側面と光軸との交点のことをいうものとする。 Here, the vertex of the image side surface of the third lens means an intersection of the image side surface and the optical axis.
請求項14に記載の発明によれば、条件式(4)を満たす非球面形状とすることで、第3レンズ像側面の形状が、光軸から離れ周辺にいくにつれ負の屈折力が弱まる形状(さらには、光軸付近では凹面形状でありながらも周辺部では凸面形状となるような変曲点を有する形状)となるため、固体撮像素子の撮像面周辺部に結像する光束のテレセントリック特性の確保を容易にすることができる。 According to the fourteenth aspect of the present invention, the shape of the side surface of the third lens image is such that the negative refractive power decreases as it moves away from the optical axis and goes to the periphery by making it an aspherical shape that satisfies conditional expression (4). (Furthermore, the shape has an inflection point that is a concave shape in the vicinity of the optical axis but a convex shape in the peripheral portion), so that the telecentric characteristics of the light beam that forms an image on the periphery of the imaging surface of the solid-state imaging device Can be easily secured.
請求項15記載の発明は、請求項10から14の何れか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第1レンズ、前記第2レンズ及び前記第3レンズは、プラスチック材料から形成されている、という構成を採っている。 The invention according to a fifteenth aspect includes the same configuration as that of the invention according to any one of the tenth to fourteenth aspects, and the first lens, the second lens, and the third lens are made of a plastic material. It has been configured to be.
請求項15に記載の発明によれば、第1レンズ、第2レンズ及び第3レンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより、曲率半径や外径の小さなレンズであっても大量生産が可能となる。
即ち、近年では、固体撮像装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として撮像面サイズの小さいものが開発されている。このような撮像面サイズの小さい固体撮像素子向けの撮像レンズは、全系の焦点距離を比例的に短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。従って、研磨加工により製造されるガラスレンズでは加工が困難となる。
また、各レンズを射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより非球面化が容易となり、収差補正を良好に行うことができる。ここで、小径レンズであっても比較的容易に製造できるレンズとして、ガラスモールドレンズの採用も考えられるが、一般にガラス転移点(Tg)が高いガラスではモールドプレスを行う際のプレス温度を高く設定する必要があり、成形金型に損耗が生じやすい。その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数が増加し、コストアップにつながってしまう。
According to the invention described in
That is, in recent years, for the purpose of downsizing the entire solid-state imaging device, even a solid-state imaging device having the same number of pixels has been developed with a small pixel pitch and consequently a small imaging surface size. In such an imaging lens for a solid-state imaging device having a small imaging surface size, it is necessary to proportionally shorten the focal length of the entire system, so that the curvature radius and the outer diameter of each lens are considerably reduced. Therefore, it becomes difficult to process with a glass lens manufactured by polishing.
In addition, by forming each lens with a plastic lens manufactured by injection molding, it becomes easy to make an aspheric surface, and aberration correction can be performed satisfactorily. Here, as a lens that can be manufactured relatively easily even with a small-diameter lens, the use of a glass mold lens is also conceivable, but in general, a glass with a high glass transition point (Tg) is set to a high press temperature when performing mold pressing. It is necessary to do so, and the mold is easily worn out. As a result, the number of times the mold is replaced and the number of maintenance increases, leading to an increase in cost.
なお、「プラスチック材料から形成されている」とは、プラスチック材料を母材として、プラスチック材料中に無機微粒子が混合されている場合や、その表面に反射防止や表面硬度向上を目的としてコーティング処理を行った場合を含むものとする。 “It is made of a plastic material” means that a plastic material is used as a base material and inorganic fine particles are mixed in the plastic material, or that the surface is coated for the purpose of preventing reflection or improving surface hardness. Including the case where it went.
請求項16記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、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ための請求項10から15の何れか一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、前記物体側からの光入射用の開口部を有し遮光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、という構成を採っている。
The invention according to claim 16 is the imaging according to any one of
請求項16に記載の発明によれば、請求項10から15の何れか一項に記載の撮像レンズを用いることで、より小型化且つ高画質化等の利点を備える撮像ユニットを得ることができる。
なお、「光入射用の開口部」とは、必ずしも孔等の空間を形成するものに限らず、物体側からの入射光を透過可能な領域が形成された部分を指すものとする。
また、「撮像ユニットの撮像レンズの光軸方向長さが10[mm]以下」とは、上記全ての構成を備えた撮像ユニットの光軸方向に沿った全長を意味するものとする。従って、例えば、基板の表の面上に筐体が設けられ、基板の背面に電子部品等が実装された場合にあっては、筐体の物体側となる先端部から背面上で突出する電子部品の先端部までの距離が10[mm]以下となることを想定する。
According to the invention described in claim 16, by using the imaging lens according to any one of
The “light entrance opening” is not necessarily limited to a space such as a hole, and refers to a portion where a region through which incident light from the object side can be transmitted is formed.
Further, “the length in the optical axis direction of the imaging lens of the imaging unit is 10 [mm] or less” means the total length along the optical axis direction of the imaging unit having all the above-described configurations. Therefore, for example, in the case where a housing is provided on the front surface of the board and an electronic component or the like is mounted on the back surface of the board, the electrons projecting on the back surface from the front end on the object side of the housing. Assume that the distance to the tip of the component is 10 mm or less.
請求項17記載の発明は、請求項16に記載の撮像ユニットを備える、という構成を採っている。 The invention described in claim 17 is configured to include the imaging unit described in claim 16.
請求項17に記載の発明によれば、前述した請求項16に記載の撮像ユニットを搭載することにより、前述した小型化、軽量化を図ると共に、高画質の撮像が可能な携帯端末を実現することができる。 According to the seventeenth aspect of the present invention, by mounting the imaging unit according to the sixteenth aspect described above, a portable terminal capable of achieving the above-described reduction in size and weight and high-quality imaging can be realized. be able to.
本発明によれば、従来タイプより小型でありながらも、諸収差を良好に補正した、3枚構成の撮像レンズ、撮像ユニット及び携帯端末を得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a three-lens imaging lens, an imaging unit, and a portable terminal that are more compact than the conventional type and that correct various aberrations.
本発明の実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。図1は本実施形態たる撮像ユニット50の斜視図を示し、図2は撮像ユニット50の撮像光学系の光軸に沿った断面を模式的に示した図である。
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光学系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を有し遮光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。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of an
The
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。
In the
Note that the image sensor is not limited to the above CMOS image sensor, and other devices such as a CCD may be used.
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出力端子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。
The
The support
As described above, one end of the
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を有する有底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。なお、筐体53のイメージセンサ51側の端部が、イメージセンサ51上における光電変換部51aの周囲に当接固定されていても良い。
また、筐体53は、開口が設けられた他端部を物体側に向けて使用され、当該開口の内側に、後述する撮像光学系10のIR(赤外線)カットフィルタ23が設けられている。
そして、筐体53の内部に、撮像光学系10が格納保持されている。
The
The
The imaging
撮像光学系10は、物体側からの赤外線の入射を防ぐIRカットフィルタ23と、物体側から、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けた第1レンズL1、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、像側に凹面を向けた第3レンズL3の順に配置された撮像レンズと、第1レンズL1、第2レンズL2との間に配設された開口絞りSとを有している。
この撮像光学系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。なお、図1では上側を物体側、下側を像側としており、図2における一点鎖線を各レンズL1、L2、L3の共通する光軸とする。
The imaging
The imaging
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。なお、図示は省略するが、このIRカットフィルタ23よりもさらに物体側に、外部からの不要光の入射をできるだけ少なくするための外部遮光マスクが設けられていても良い。
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。
The IR cut filter 23 is a member formed in, for example, a substantially rectangular shape or a circular shape. Although illustration is omitted, an external light shielding mask for minimizing the incidence of unnecessary light from outside may be provided on the object side further than the IR cut filter 23.
The aperture stop S is a member that determines the F number of the entire imaging lens system.
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の内部に収容されている。
これらレンズL1、L2、L3は、図示は省略するが、例えば、各々の中心から所定範囲までが撮像レンズとしての機能を有する有効径の範囲に設定され、それよりも外側の部分が撮像レンズとして機能しないフランジ部に設定されていても良い。この場合、各レンズL1、L2、L3は、そのフランジ部の外周部を筐体53の所定位置にはめ込むことによって、筐体53の内部に保持可能となる。
Each lens L1, L2, L3 is housed inside the housing in a state where the optical axis thereof matches the center line of the
These lenses L1, L2, L3 are not shown in the figure, but for example, the range from each center to a predetermined range is set to an effective diameter range that functions as an imaging lens, and the outer portion is used as an imaging lens. It may be set to a flange portion that does not function. In this case, the lenses L1, L2, and L3 can be held inside the
近年では、撮像装置全体の小型化を目的とし、同じ画素数の固体撮像素子であっても、画素ピッチが小さく、結果として受光部(光電変換部)の画面サイズの小さいものが開発されている。このような画面サイズの小さい固体撮像素子向けの撮像レンズは、同じ画角を確保するためには、全系の焦点距離を短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。従って、研磨加工により製造されるガラスレンズでは加工が困難となる。従って、各レンズL1、L2、L3はいずれもプラスチックを素材として射出成形により形成されていることが望ましい。また、撮像装置として、温度変化時の撮像レンズ全系の像点位置変動を小さく抑えたい場合においては、第1レンズをガラスモールドレンズとすることが望ましい。
なお、各レンズL1、L2、L3の詳細な仕様は、後述する実施例において複数の具体例を用いて説明する。
In recent years, for the purpose of downsizing the entire imaging apparatus, even a solid-state imaging device having the same number of pixels has been developed with a small pixel pitch and as a result, a light receiving unit (photoelectric conversion unit) with a small screen size. . Imaging lenses for solid-state imaging devices with such a small screen size need to shorten the focal length of the entire system in order to ensure the same angle of view, so the radius of curvature and outer diameter of each lens is considerably small. turn into. Therefore, it becomes difficult to process with a glass lens manufactured by polishing. Therefore, it is desirable that each of the lenses L1, L2, and L3 is formed by injection molding using plastic as a material. Further, when the image pickup apparatus is desired to suppress the image point position fluctuation of the entire image pickup lens system when the temperature changes, it is desirable that the first lens is a glass mold lens.
The detailed specifications of the lenses L1, L2, and L3 will be described using a plurality of specific examples in the examples described later.
さらに、図示は省略するが、IRカットフィルタ23と第1レンズL1との間、第2レンズL2と第3レンズL3との間の各々に、遮光マスクが配置されていても良く、この場合には、これら各遮光マスクと開口絞りSとの相互の作用により、IRカットフィルタから入射した光が第1レンズL1の撮像レンズ有効径の外側に入射することを防止し、且つ、開口絞りSから入射した光が第2レンズL2及び第3レンズL3の撮像レンズ有効径の外側に入射することを防止して、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。 Further, although not shown, a light shielding mask may be disposed between the IR cut filter 23 and the first lens L1, and between the second lens L2 and the third lens L3. Prevents the light incident from the IR cut filter from entering the outside of the effective diameter of the imaging lens of the first lens L1 due to the mutual action of each of the light shielding masks and the aperture stop S, and from the aperture stop S. The incident light can be prevented from entering outside the effective diameter of the imaging lens of the second lens L2 and the third lens L3, and the occurrence of ghost and flare can be suppressed.
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3は、撮像ユニット50を携帯端末或いは撮像装置としての携帯電話機100に装備した状態を示す。また、図4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、撮像光学系における筐体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配設される。
そして、撮像ユニット50の外部接続端子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4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映像等を表示する表示部70と、外部サーバとの間の各種情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。
A usage mode of the
In the
The
On the other hand, as shown in FIG. 4, the
Then, the image signal input from the
次に、撮像レンズの仕様について、実施例1〜5に基づいて説明するが、各仕様はこれに限定されるものではない。ここで、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 :固体撮像素子の撮像面対角線長
R :屈折面の曲率半径
D :屈折面の軸上面間隔
Nd :レンズ材料のd線での屈折率
νd :レンズ材料のアッベ数
Next, although the specification of an imaging lens is demonstrated based on Examples 1-5, each specification is not limited to this. Here, symbols used in each example are as follows.
f: Focal length of the entire imaging lens system fB: Back focus
F: F number
2Y: Diagonal length of the imaging surface of the solid-state image sensor
R: radius of curvature of refractive surface
D: Distance between the top surfaces of the refractive surfaces
Nd: Refractive index of lens material at d-line νd: Abbe number of lens material
また、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、頂点曲率半径をR、円錐定数をK、i次の非球面係数をAiとして以下の「数3」で表す次式に示す。
In each embodiment, the aspherical shape has the vertex of the surface as the origin, the X axis in the optical axis direction, the height in the direction perpendicular to the optical axis is h, the vertex radius of curvature is R, the conic constant is K, The i-th aspherical coefficient is represented by the following expression expressed by the following “
(第1実施例)
撮像レンズデータを表1、2に示し、各条件式に対応する数値を表3に示す。
(First embodiment)
Imaging lens data are shown in Tables 1 and 2, and numerical values corresponding to the conditional expressions are shown in Table 3.
図5は第1実施例の撮像レンズ配置を示す説明図である。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。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。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing the arrangement of the imaging lenses of the first embodiment. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, L3 is a third lens, and S is an aperture stop. FIG. 6 is an aberration diagram of Example 1 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
(実施例2)
撮像レンズデータを表4、5に示し、各条件式に対応する数値を表6に示す。
(Example 2)
Imaging lens data are shown in Tables 4 and 5, and numerical values corresponding to the conditional expressions are shown in Table 6.
図7は実施例2の撮像レンズ配置を示す説明図である。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。図8は実施例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。 FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating the arrangement of the imaging lenses according to the second embodiment. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, L3 is a third lens, and S is an aperture stop. FIG. 8 is an aberration diagram of Example 2 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
(実施例3)
撮像レンズデータを表7,8に示し、各条件式に対応する数値を表9に示す。
(Example 3)
Imaging lens data are shown in Tables 7 and 8, and numerical values corresponding to the conditional expressions are shown in Table 9.
図9は実施例3の撮像レンズ配置を示す説明図である。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。図10は実施例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。 FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the arrangement of the imaging lenses according to the third embodiment. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, L3 is a third lens, and S is an aperture stop. FIG. 10 is an aberration diagram of Example 3 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
(実施例4)
撮像レンズデータを表10,11に示し、各条件式に対応する数値を表12に示す。
(Example 4)
Imaging lens data are shown in Tables 10 and 11, and numerical values corresponding to the conditional expressions are shown in Table 12.
図11は実施例4の撮像レンズ配置を示す説明図である。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。図12は実施例4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。 FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating the arrangement of the imaging lenses according to the fourth embodiment. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, L3 is a third lens, and S is an aperture stop. FIG. 12 is an aberration diagram of Example 4 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
(実施例5)
撮像レンズデータを表13,14に示し、各条件式に対応する数値を表15に示す。
(Example 5)
Imaging lens data are shown in Tables 13 and 14, and numerical values corresponding to the conditional expressions are shown in Table 15.
図13は実施例5の撮像レンズ配置を示す説明図である。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。図14は実施例5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。 FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an imaging lens arrangement according to the fifth embodiment. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, L3 is a third lens, and S is an aperture stop. FIG. 14 is an aberration diagram of Example 5 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
上記の実施例1、2、3において、第1レンズL1および第2レンズL2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L3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。
ここで、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。そのため、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。
In the first, second, and third embodiments, the first lens L1 and the second lens L2 are formed of a polyolefin-based plastic material, and the saturated water absorption is 0.01% or less. The third lens L3 is made of a polycarbonate plastic material and has a saturated water absorption rate of 0.4%.
Here, since the plastic lens has a larger saturated water absorption rate than the glass lens, a sudden non-uniform distribution of water absorption occurs when there is a sudden change in humidity, and the refractive index is not uniform and good imaging is achieved. There is a tendency that performance cannot be obtained. Therefore, in order to suppress performance degradation due to humidity changes, it is desirable to use a plastic material having a saturated water absorption rate of 0.7% or less.
上記の実施例4において、第1レンズL1はガラス材料から形成される。第2レンズL2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、第3レンズL3はポリエステル系のプラスチック材料から形成され、飽和吸水率は0.7%である。
また、上記の実施例5において、第1レンズL1はガラス材料から形成される。第2レンズL2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、第3レンズL3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。
In Example 4 described above, the first lens L1 is made of a glass material. The second lens L2 is formed from a polyolefin-based plastic material, and the saturated water absorption is 0.01% or less, and the third lens L3 is formed from a polyester-based plastic material, and the saturated water absorption is 0.7%.
In the fifth embodiment, the first lens L1 is made of a glass material. The second lens L2 is formed from a polyolefin plastic material, and the saturated water absorption is 0.01% or less. The third lens L3 is formed from a polycarbonate plastic material, and the saturated water absorption is 0.4.
%.
また、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L1、第2レンズL2および第3レンズL3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L1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L2と負の第3レンズL3をプラスチックレンズとし、かつ第2レンズL2と第3レンズL3とで温度変化時の像点位置変動を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。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℃(摂氏400度)以下のガラス材料を使用するのが望ましい。 In addition, since the plastic material has a large change in the refractive index when the temperature changes, if the first lens L1, the second lens L2, and the third lens L3 are all made of plastic lenses, the imaging lens lens changes when the ambient temperature changes. There is a problem that the image point position of the entire system fluctuates. In the imaging unit having such a specification that the image point position variation cannot be ignored, for example, the positive first lens L1 is a lens formed of a glass material (for example, a glass mold lens), and the positive second lens L2 and the negative third lens are used. The lens L3 is a plastic lens, and the second lens L2 and the third lens L3 have a refractive power distribution that cancels the image point position fluctuation at the time of temperature change. it can. When a glass mold lens is used, it is desirable to use a glass material having a glass transition point (Tg) of 400 ° C. (400 degrees Celsius) or less in order to prevent the mold from being consumed as much as possible.
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(Nb2O5)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の変動を小さく抑えることが可能となる。
Recently, it has been found that inorganic fine particles can be mixed in a plastic material to suppress the temperature change of the refractive index of the plastic material to a small value. More specifically, mixing fine particles with a transparent plastic material generally causes light scattering and lowers the transmittance, so it was difficult to use as an optical material. By making it smaller than the wavelength, it is possible to substantially prevent scattering. The refractive index of the plastic material decreases with increasing temperature, but the refractive index of inorganic particles increases with increasing temperature. Therefore, it is possible to make almost no change in the refractive index by using these temperature dependencies so as to cancel each other.
Specifically, by dispersing inorganic particles having a maximum length of 20 nanometers or less in a plastic material as a base material, a plastic material with extremely low temperature dependence of the refractive index is obtained. For example, by dispersing fine particles of niobium oxide (Nb 2 O 5 ) in acrylic, the refractive index change due to temperature change can be reduced.
In the present invention, imaging is performed by using a plastic material in which such inorganic particles are dispersed in one of two positive lenses (L1, L2) or in all lenses (L1, L2, L3). It is possible to suppress the fluctuation of the image point position when the temperature of the entire lens system changes.
また、上述の実施例1、2は撮像レンズの像側に光学的ローパスフィルタや赤外線カットフィルタを配置しない設計例であるが、実施例3は、撮像レンズの像側に、物体側面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタFを配置した設計例である。また実施例4および実施例5は、撮像レンズの像側に前述の赤外カットフィルタFおよび固体像素子パッケージのシールガラスPを配置した設計例である。もちろん各実施例について必要に応じ光学的ローパスフィルタを配置しても構わない。 The first and second embodiments are design examples in which an optical low-pass filter and an infrared cut filter are not arranged on the image side of the imaging lens. However, the third embodiment is an infrared cut on the image side of the imaging lens and on the object side. This is a design example in which a coated infrared cut filter F is disposed. Example 4 and Example 5 are design examples in which the above-described infrared cut filter F and the seal glass P of the solid-state image element package are arranged on the image side of the imaging lens. Of course, an optical low-pass filter may be arranged in each embodiment as necessary.
なお、本実施例は、像側光束のテレセントリック特性については必ずしも十分な設計にはなっていない。しかし、最近の技術では、固体撮像素子の色フィルタやマイクロレンズアレイの配列の見直し等によって、シェーディングを軽減することができ、撮像面の周辺部において主光線と光軸とのなす角度が25°程度以下であれば、目立つようなシェーディングが生じない固体撮像素子も開発されている。従って、本実施例は、テレセントリック特性の要求が緩和された分について、より小型化を目指した設計例となっている。 In this embodiment, the telecentric characteristic of the image side light beam is not always designed sufficiently. However, with recent technology, shading can be reduced by reviewing the arrangement of the color filters of the solid-state image sensor and the microlens array, and the angle between the principal ray and the optical axis is 25 ° at the periphery of the imaging surface. A solid-state imaging device has also been developed that does not cause noticeable shading if it is less than or equal to about. Therefore, the present embodiment is a design example aiming at further miniaturization for the part where the requirement of the telecentric characteristic is relaxed.
10 撮像光学系(撮像レンズ)
50 撮像ユニット
51 イメージセンサ(固体撮像素子)
51a 光電変換部
52 基板
53 筐体
54 外部接続用端子
100 携帯電話機(携帯端末)
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
S 開口絞り
10 Imaging optical system (imaging lens)
50
51a
L1 1st lens L2 2nd lens L3 3rd lens S Aperture stop
Claims (17)
前記第1レンズの焦点距離をf1、撮像レンズ全系の焦点距離をf、前記第1レンズのアッベ数をν1、前記第2レンズのアッベ数をν2、前記第3レンズのアッベ数をν3としたときに、下記の(1)、(2)の条件式を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
0.8 < f1/f < 2.0 (1)
20 < {(ν1+ν2)/2}−ν3 < 70(2) In order from the object side, a first lens having a positive refractive power and having a convex surface facing the object side, an aperture stop, a second meniscus lens having a positive refractive power and a convex surface facing the image side, An imaging lens comprising a third lens having negative refractive power and having a concave surface facing the image side,
The focal length of the first lens is f1, the focal length of the entire imaging lens is f, the Abbe number of the first lens is ν1, the Abbe number of the second lens is ν2, and the Abbe number of the third lens is ν3. An imaging lens satisfying the following conditional expressions (1) and (2):
0.8 <f1 / f <2.0 (1)
20 <{(ν1 + ν2) / 2} −ν3 <70 (2)
-1.5 < f3/f < -0.5 (3) 2. The imaging lens according to claim 1, wherein the following conditional expression (3) is satisfied when a focal length of the third lens is f3.
-1.5 <f3 / f <-0.5 (3)
0.15 < |R4|/f < 0.40 (11) The imaging lens according to claim 1 or 2, wherein the following conditional expression (11) is satisfied when a radius of curvature of an image side surface of the second lens is R4.
0.15 <| R4 | / f <0.40 (11)
次式(5)に表される非球面変位量Xと次式(6)に表される非球面の回転2次曲面成分変位量X0とが、最大有効半径hmaxに対してhmax×0.7<h<hmaxとなる任意の光軸垂直方向の高さhの範囲で、下記の(4)の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の撮像レンズ。
X − X0 < 0 (4)
The aspherical displacement amount X expressed by the following equation (5) and the aspherical rotating quadric surface component displacement amount X0 expressed by the following equation (6) are expressed as hmax × 0.7 <h with respect to the maximum effective radius hmax. 6. The imaging lens according to claim 1, wherein the following conditional expression (4) is satisfied within a range of the height h in the direction perpendicular to the optical axis where <hmax is satisfied.
X − X0 <0 (4)
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ための請求項1から7の何れか一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、
前記物体側からの光入射用の開口部を有し遮光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撮像ユニット。 A solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit;
The imaging lens according to any one of claims 1 to 7, for forming a subject image on the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device,
A substrate having external connection terminals for holding the solid-state imaging device and transmitting and receiving electrical signals;
An imaging unit integrally formed with a housing made of a light shielding member having an opening for light incidence from the object side,
An imaging unit, wherein a height of the imaging unit in an optical axis direction of the imaging lens is 10 [mm] or less.
前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3、撮像レンズ全系の焦点距離をfとしたときに、下記の(1)、(3)の条件式を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
0.8 < f1/f < 2.0 (1)
-1.5 < f3/f < -0.5 (3) In order from the object side, a first lens having a positive refractive power and having a convex surface facing the object side, an aperture stop, a second meniscus lens having a positive refractive power and a convex surface facing the image side, An imaging lens comprising a third lens having negative refractive power and having a concave surface facing the image side,
When the focal length of the first lens is f1, the focal length of the third lens is f3, and the focal length of the entire imaging lens system is f, the following conditional expressions (1) and (3) are satisfied. A characteristic imaging lens.
0.8 <f1 / f <2.0 (1)
-1.5 <f3 / f <-0.5 (3)
0.15 < |R4|/f < 0.40 (11) The imaging lens according to claim 10, wherein the following conditional expression (11) is satisfied when a radius of curvature of the image side surface of the second lens is R4.
0.15 <| R4 | / f <0.40 (11)
当該像側面の頂点を原点とし、光軸方向にX軸をとり、光軸に対して垂直な方向の高さをh、前記第3レンズの像側面のi次の非球面係数をAi、前記第3レンズの像側面の曲率半径をR6、前記第3レンズの像側面の円錐係数をK6とした場合に、
次式(5)に表される非球面変位量Xと次式(6)に表される非球面の回転2次曲面成分変位量X0とが、最大有効半径hmaxに対してhmax×0.7<h<hmaxとなる任意の光軸垂直方向の高さhの範囲で、下記の(4)の条件式を満たすことを特徴とする請求項10から13の何れか一項に記載の撮像レンズ。
X − X0 < 0 (4)
The vertex of the image side surface is the origin, the X axis is taken in the optical axis direction, the height in the direction perpendicular to the optical axis is h, the i-th order aspheric coefficient of the image side surface of the third lens is Ai When the radius of curvature of the image side surface of the third lens is R6 and the cone coefficient of the image side surface of the third lens is K6,
The aspherical displacement amount X expressed by the following equation (5) and the aspherical rotating quadric surface component displacement amount X0 expressed by the following equation (6) are expressed as hmax × 0.7 <h with respect to the maximum effective radius hmax. The imaging lens according to any one of claims 10 to 13, wherein the following conditional expression (4) is satisfied in a range of an arbitrary height h in the vertical direction of the optical axis where hmax is satisfied.
X − X0 <0 (4)
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ための請求項10から15の何れか一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、
前記物体側からの光入射用の開口部を有し遮光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撮像ユニット。 A solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit;
The imaging lens according to any one of claims 10 to 15, for forming a subject image on the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device,
A substrate having external connection terminals for holding the solid-state imaging device and transmitting and receiving electrical signals;
An imaging unit integrally formed with a housing made of a light shielding member having an opening for light incidence from the object side,
An imaging unit, wherein a height of the imaging unit in an optical axis direction of the imaging lens is 10 [mm] or less.
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