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WO2011046053A1 - 撮像レンズ及び撮像装置 - Google Patents

撮像レンズ及び撮像装置 Download PDF

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Publication number
WO2011046053A1
WO2011046053A1 PCT/JP2010/067533 JP2010067533W WO2011046053A1 WO 2011046053 A1 WO2011046053 A1 WO 2011046053A1 JP 2010067533 W JP2010067533 W JP 2010067533W WO 2011046053 A1 WO2011046053 A1 WO 2011046053A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
imaging
image
object side
imaging lens
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/067533
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一生 松井
泰成 福田
Original Assignee
コニカミノルタオプト株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by コニカミノルタオプト株式会社 filed Critical コニカミノルタオプト株式会社
Priority to US13/501,678 priority Critical patent/US8558939B2/en
Priority to JP2011536109A priority patent/JP5585586B2/ja
Publication of WO2011046053A1 publication Critical patent/WO2011046053A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/0035—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having three lenses

Definitions

  • the present invention relates to an imaging lens and an imaging apparatus suitable for an imaging apparatus using a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Devices) type image sensor or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type image sensor.
  • a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Devices) type image sensor or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type image sensor.
  • Compact and thin imaging devices using solid-state imaging devices such as CCD image sensors and CMOS image sensors are portable terminals that are compact and thin electronic devices such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants), and notebooks. It has also been installed in PCs and the like, so that not only audio information but also image information can be transmitted to a remote place.
  • PDAs Personal Digital Assistants
  • PCs and the like so that not only audio information but also image information can be transmitted to a remote place.
  • a solid-state image sensor and an imaging lens as main parts constituting the imaging device.
  • a CCD image sensor, a CMOS image sensor, or the like is often used.
  • the pixel pitch of solid-state image sensors has been reduced, and higher resolution and higher performance have been achieved with higher pixels.
  • miniaturization of the solid-state imaging device is achieved by maintaining the pixels.
  • Patent Document 1 As an imaging lens, as shown in Patent Document 1, a three-lens configuration, in which the first lens and the second lens are positive, has been proposed. In addition, as shown in Patent Documents 2 to 4, imaging lenses in which the second lens is negative have been proposed.
  • the imaging lens disclosed in Patent Document 1 does not have sufficient correction of coma and astigmatism, and cannot be said to be able to cope with an increase in the number of pixels of a solid-state imaging device.
  • the imaging lenses disclosed in Patent Documents 2 to 4 have difficulty in forming high-quality images because the F-number is dark or astigmatism correction is insufficient and the field curvature is large. It was.
  • the present invention has been made in view of such problems, and provides a three-lens imaging lens in which various aberrations are favorably corrected while being smaller than the conventional one, and an imaging apparatus using the imaging lens. Objective.
  • TL Distance on the optical axis from the most object-side lens surface 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 region of the solid-state imaging device) Aiming for miniaturization that satisfies the requirements.
  • the “image side focal point” means an image point when a parallel light beam parallel to the optical axis is incident on the lens.
  • a parallel plate such as an optical low-pass filter, an infrared cut filter, a band-pass filter, or a seal glass of a solid-state image sensor package is disposed between the most image-side surface of the imaging lens and the image-side focal position. In this case, the value of the TL is calculated with the parallel plate portion as an air conversion distance.
  • the imaging lens according to claim 1 In order from the object side, there are an aperture stop, a first lens, a second lens, a third lens,
  • the first lens is a positive lens, a meniscus lens convex on the object side and concave on the image side
  • the second lens is a concave lens on the object side
  • the third lens is a negative lens; Furthermore, the following conditional expressions are satisfied.
  • D4 Air distance (mm) on the axis of the second lens and the third lens f: Focal length (mm) of the entire imaging lens system f2: Focal length (mm) of the second lens r3: radius of curvature of object side surface of the second lens (mm) It is.
  • the basic configuration of the present invention for obtaining a small imaging lens with good aberration correction is, in order from the object side, an aperture stop, a positive meniscus shape having positive refractive power, convex on the object side, and concave on the image side. It consists of a first lens, a second lens concave on the object side, and a third lens having negative refractive power.
  • This lens configuration is advantageous in reducing the overall length of the imaging lens because the first surface of the first lens is convex on the object side and the second surface is concave on the image side.
  • a negative lens as the third lens, it is possible to reduce the Petzpearl sum and obtain an imaging lens that secures good imaging performance up to the periphery.
  • the exit pupil position can be located farther from the imaging surface, so that good telecentric characteristics (hereinafter also referred to as telecentricity) are maintained.
  • the overall length can be shortened.
  • the lens configuration according to the present invention is assumed to be a thin positive lens obtained by combining the first lens and the second lens, and a single thin negative lens obtained by combining the third lens.
  • the focal length of the synthesized first lens is f12
  • the distance between the two lenses is d
  • the distance from the synthesized second lens to the image plane (back focus) is fB
  • Conditional expression (1) is a conditional expression for shortening the overall length of the imaging lens. As described above, in order to shorten the entire length of the imaging lens, it is desirable to increase the distance D4. However, if the value D4 / f of the conditional expression (1) exceeds the upper limit, the axial ray bundle incident on the third lens becomes too thin, and the axial chromatic aberration cannot be corrected well. Moreover, since the height of the off-axis ray incident on the third lens is increased, the diameter of the third lens is increased, which is not suitable for making the lens compact. On the other hand, if the value D4 / f of conditional expression (1) is below the lower limit, the total lens length cannot be shortened effectively. Therefore, it is desirable to satisfy the conditional expression (1). More preferably, the following formula (1 ′), 0.10 ⁇ D4 / f ⁇ 0.20 (1 ′) The range is good.
  • Conditional expression (2) is a conditional expression for shortening the total length of the imaging lens. As described above, in order to shorten the total lens length, it is necessary to reduce the combined focal length f12 of the first lens and the second lens. In order to reduce the composite focal length f12, it is conceivable to first increase the power of the first lens. However, if the power of the first lens is increased, the spherical aberration and the off-axis coma aberration will increase. It cannot be corrected.
  • the power of the second lens when the power of the second lens is negative, the one with weaker power of the second lens can reduce the combined focal length f12 and can shorten the total length.
  • the power of the second lens when the power of the second lens is positive, the power of the second lens is larger in order to shorten the overall length.
  • the power of the second lens if the power of the second lens is too large, the axial chromatic aberration is insufficiently corrected. In other words, the Petzpearl sum becomes large and the field curvature cannot be corrected.
  • conditional expression (2) should be satisfied.
  • the following formula (2 ′) 0.00 ⁇
  • Conditional expression (3) is a conditional expression for satisfactorily correcting coma at the intermediate image height while shortening the overall length of the imaging lens.
  • conditional expression (3) More preferably, the following formula (3 ′), -2.35 ⁇ f / r3 ⁇ 0.00 (3 ′) The range is good.
  • the radius of curvature of the convex surface is positive and the radius of curvature of the concave surface is negative.
  • At least the image side surface of the third lens is aspherical, and the aspherical surface has at least one aspherical inflection point. It is characterized by that.
  • the “inflection point” is a point on the aspheric surface where the tangent plane of the aspherical vertex is a plane perpendicular to the optical axis in the curve of the lens cross-sectional shape within the effective radius.
  • the third lens is a negative meniscus lens having a convex surface facing the object side on a paraxial axis.
  • the principal point position of the third lens which is a negative lens, becomes closer to the image side. Therefore, from the first lens to the second lens in equation (7) above The distance d between the synthetic lens and the third lens is increased, and the total lens length L can be shortened.
  • An imaging lens according to a fourth aspect of the present invention is the imaging lens according to any one of the first to third aspects, wherein the third lens has the following conditional expression (4): -1.00 ⁇ f3 / f ⁇ 0.00 (4) Where f3: focal length of the third lens (mm) It is characterized by satisfying.
  • Conditional expression (4) is a conditional expression for satisfactorily correcting various aberrations while shortening the overall length of the imaging lens. If the power of the third lens, which is a negative lens, is strong, axial chromatic aberration and curvature of field can be kept small, but if the negative power is low, the telecentricity can be kept good, so the balance is important. It is.
  • the value f3 / f falls below the lower limit of the conditional expression (4), it is advantageous for aberration correction, but the total length becomes too long, which is disadvantageous for miniaturization.
  • the value f3 / f exceeds the upper limit of the conditional expression (4), the aberration correction becomes insufficient. Therefore, it is preferable to satisfy the conditional expression (4).
  • the imaging lens according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the second lens has the following conditional expression (5): -1.90 ⁇ f / r4 ⁇ 0.40 (5) Where r4: radius of curvature of the image side surface of the second lens (mm) It is characterized by satisfying.
  • Conditional expression (5) is a conditional expression for favorably correcting various aberrations while shortening the overall length of the imaging lens.
  • r4 takes a value satisfying conditional expression (5), so that a lens in which the Petzpearl sum and chromatic aberration are corrected can be obtained while keeping the total length small.
  • conditional expression (5) When r4 is positive, the smaller r4 becomes, the larger the negative power of the second lens becomes, and it becomes easier to correct various aberrations. However, if the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the total length becomes too large.
  • conditional expression (5) when r4 is negative, as r4 approaches 0, the combined power of the first and second lenses increases positively and the total length decreases. However, if the lower limit of conditional expression (5) is not reached, axial chromatic aberration will increase or the Petzpearl sum will deteriorate. Therefore, it is preferable to satisfy the conditional expression (5).
  • the imaging lens according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the second lens has the following conditional expression (6): 1.55 ⁇ n2 (6) However, n2: The refractive index of the second lens is satisfied.
  • Conditional expression (6) is a conditional expression for satisfactorily correcting coma while shortening the overall length of the imaging lens.
  • the radius of curvature of the object side surface of the second lens can be further reduced, and coma aberration can be corrected well.
  • the imaging lens according to claim 7 is the imaging lens according to any one of claims 1 to 6, wherein the first lens, the second lens, and the third lens are made of a heat-resistant material.
  • a so-called reflow process in which the electronic component and the lens module are simultaneously mounted on a substrate in a high-temperature reflow bath by configuring the first lens, the second lens, and the third lens with a heat-resistant material. Therefore, the imaging device can be manufactured at a low cost and in large quantities.
  • the material having heat resistance is preferably glass having heat resistance.
  • An imaging apparatus includes the imaging lens according to any one of the first to seventh aspects and a solid-state imaging element.
  • the present invention it is possible to provide a three-lens imaging lens in which various aberrations are favorably corrected while being smaller than the conventional one, and an imaging apparatus using the imaging lens.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the configuration of FIG. 1 taken along line II-II and viewed in the direction of the arrow. It is a figure which shows the state equipped with the imaging device 50 in the mobile telephone 100 as a portable terminal.
  • 3 is a control block diagram of the mobile phone 100.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 1.
  • FIG. 6 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to Example 1; 6 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 2.
  • FIG. 6 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to Example 2; 6 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 3.
  • FIG. FIG. 6 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion aberration (c) of the imaging lens according to Example 3; 6 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 4.
  • FIG. FIG. 6 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion aberration (c) of the imaging lens according to Example 4; 6 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 5.
  • FIG. FIG. 6 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion aberration (c) of the imaging lens according to Example 2; 6 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 5.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion aberration (c) of the imaging lens according to Example 5; 6 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 6.
  • FIG. FIG. 10 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to Example 6; 10 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 7.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to Example 7; 10 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 8.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to Example 8; 10 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 9.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to Example 9; 10 is a cross-sectional view of an imaging lens of Example 10.
  • FIG. FIG. 10 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to Example 10;
  • FIG. 1 is a perspective view of an imaging apparatus 50 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the configuration of FIG. 1 taken along line II-II and viewed in the direction of the arrow.
  • the imaging device 50 includes a CMOS image sensor 51 as a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit 51 a, an imaging lens 10 that causes the photoelectric conversion unit 51 a of the image sensor 51 to capture a subject image, A substrate 52 having an external connection terminal (not shown) for holding the image sensor 51 and transmitting / receiving the electric signal is provided, and these are integrally formed.
  • a photoelectric conversion unit 51a as a light receiving unit in which pixels (photoelectric conversion elements) are two-dimensionally arranged is formed in the center of a plane on the light receiving side, and signal processing (not shown) is performed.
  • a signal processing circuit includes a drive circuit unit that sequentially drives each pixel to obtain a signal charge, an A / D conversion unit that converts each signal charge into a digital signal, and a signal that forms an image signal output using the digital signal. It consists of a processing unit and the like.
  • a number of pads (not shown) are arranged near the outer edge of the plane on the light receiving side of the image sensor 51, and are connected to the substrate 52 via wires (not shown).
  • the image sensor 51 converts the signal charge from the photoelectric conversion unit 51a into an image signal such as a digital YUV signal, and outputs the image signal to a predetermined circuit on the substrate 52 via a wire (not shown).
  • Y is a luminance signal
  • the solid-state imaging device is not limited to the CMOS image sensor, and other devices such as a CCD may be used.
  • the substrate 52 that supports the image sensor 51 is communicably connected to the image sensor 51 through a wiring (not shown).
  • the substrate 52 is connected to an external circuit (for example, a control circuit included in a host device of a portable terminal mounted with an imaging device) via an external connection terminal (not shown), and a voltage for driving the image sensor 51 from the external circuit And a clock signal can be received, and a digital YUV signal can be output to an external circuit.
  • an external circuit for example, a control circuit included in a host device of a portable terminal mounted with an imaging device
  • an external connection terminal not shown
  • a clock signal can be received, and a digital YUV signal can be output to an external circuit.
  • the upper part of the image sensor 51 is covered and sealed with a cover glass CG attached to a rectangular tube-shaped (or cylindrical) lower lens frame 20, and a plate such as an infrared cut filter is provided above the cover glass CG.
  • PT is fixed to the lower lens frame 20.
  • the lower end of the lower lens frame 20 that holds the periphery of the cover glass CG and the plate PT is fixed to the upper surface of the substrate 52 around the image sensor 51, and the upper end of the lower lens frame 20 is the lower end of the upper lens frame 21.
  • the upper lens frame 21 is hollow and has a flange portion 21a extending inward in the direction perpendicular to the optical axis at the upper end, and the imaging lens 10 is fitted in the inside thereof.
  • the imaging lens 10 includes, in order from the object side (upper side in FIG. 2), an aperture stop formed by the opening of the flange portion 21a, a meniscus shape having a positive refractive power, convex toward the object side, and concave toward the image side.
  • 1 lens L1 a second lens L2 concave on the object side, and a third lens L3 having negative refractive power.
  • the lenses L1 to L3 are preferably made of a heat resistant material such as glass.
  • the upper surface of the flange portion L1a of the first lens L1 is in contact with the lower surface of the flange portion 21a of the upper lens frame 21, and the upper surface of the flange portion L2a of the second lens L2 sandwiches a donut plate-shaped light shielding member SH.
  • the lower surface of the flange portion L2a of the second lens L2 is in contact with the upper surface of a donut plate-shaped fixing member SP that is attached to the upper lens frame 20 and also serves as a spacer.
  • the upper surface of the flange portion L3a of the third lens L3 is in contact with the lower surface of the fixing member SP. Thereby, the distance between lenses can be adjusted correctly.
  • a circular aperture stop is formed at the center of the flange portion 21a of the upper lens frame 21, and the object side optical surface of the first lens L1 protrudes from the aperture stop toward the object side.
  • D4 is the air interval (mm) on the axes of the second lens L2 and the third lens L3, f is the focal length (mm) of the entire imaging lens system, and f2 is the second lens.
  • L2 is the focal length (mm)
  • r3 is the radius of curvature (mm) of the object side surface of the second lens
  • the lower lens frame 20 assembled with the plate PT is assembled and bonded so as to cover the CMOS image sensor 51 disposed on the substrate 52, and the first lens L1, the light shielding member SH, the second lens L2, and the fixing member.
  • the upper lens frame 21 inserted in the order of SP and the third lens L3 is bonded to the lower lens frame 20.
  • the assembly mode is not limited to the above.
  • the third lens L3 is bonded to the substrate 52.
  • the CMOS image sensor 51 may be assembled and bonded so as to cover it.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the imaging device 50 is mounted on a mobile phone 100 as a mobile terminal that is a digital device.
  • FIG. 4 is a control block diagram of the mobile phone 100.
  • the imaging device 50 is provided with the object-side end surface of the imaging lens on the back surface of the mobile phone 100 (the liquid crystal display unit side is the front surface), and is positioned below the liquid crystal display unit. It is arranged so that. Note that the arrangement of the imaging device 50 is not limited to this.
  • the external connection terminal (not shown) of the imaging device 50 is connected to the control unit 101 of the mobile phone 100 and outputs an image signal such as a luminance signal or a color difference signal to the control unit 101 side.
  • the mobile phone 100 controls each unit in an integrated manner, and also executes a control unit (CPU) 101 that executes a program corresponding to each process, and an input unit for inputting a number and the like.
  • a control unit (CPU) 101 that executes a program corresponding to each process, and an input unit for inputting a number and the like.
  • 60 a display unit 70 for displaying predetermined data and captured images, a wireless communication unit 80 for realizing various information communication with an external server, a system program and various processing programs for the mobile phone 100,
  • a storage unit (ROM) 91 that stores necessary data such as a terminal ID, and various processing programs and data executed by the control unit 101 or processing data, image data by the imaging device 50, and the like are temporarily stored.
  • a temporary storage unit (RAM) 92 used as a work area.
  • the image signal input from the imaging device 50 is stored in the non-volatile storage unit (flash memory) 93 by the control unit 101 of the mobile phone 100, or displayed on the display unit 70, and further wireless communication is performed.
  • the image information is transmitted to the outside via the unit 80.
  • the mobile phone 100 includes a microphone and a speaker for inputting and outputting audio.
  • an image signal of a still image or a moving image is captured by the image sensor 51.
  • the photographer presses the button BT in the input unit 60 shown in FIG. 3 at a desired photo opportunity the release is performed and the image signal is taken into the imaging device 50.
  • the image signal input from the imaging device 50 is sent to the control unit of the mobile phone 100 and stored in the nonvolatile storage unit 93 or displayed on the display unit 70, and further via the wireless communication unit 80.
  • the video information is transmitted to the outside.
  • f focal length of the entire imaging lens system
  • fB back focus
  • F F number 2Y: diagonal length of imaging surface of solid-state imaging device
  • r radius of curvature
  • D axial distance
  • Nd refractive index ⁇ d of lens material with respect to d-line: lens material
  • Abbe number ENTP entrance pupil position EXTP when the first lens object side surface is used as a reference
  • EXTP exit pupil position H1 when the last surface of the imaging system is used as a reference
  • H1 front principal point position
  • H2 rear principal point position .
  • the surface described with “*” after each surface number is a surface having an aspheric shape, and the shape of the aspheric surface has the vertex of the surface as the origin and the X axis in the optical axis direction.
  • the height in the direction perpendicular to the optical axis is represented by the following “Equation 1”.
  • a power of 10 eg, 2.5 ⁇ 10 ⁇ 2
  • E eg, 2.5E-02
  • data having no numerical value is 0.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the imaging lens of the first embodiment.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a first meniscus lens having positive refractive power and convex toward the object side, concave toward the image side
  • L2 is concave toward the object side
  • the second lens L3 has a meniscus shape that is convex on the object side, has an inflection point on the object side and the image side, and has a negative refractive power
  • PT is an optical low-pass filter
  • CG is a parallel plate assuming a sealing glass of a solid-state image sensor
  • IM is a solid-state image sensor.
  • FIG. 6 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the first example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the imaging lens of the second embodiment.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a first meniscus lens having a positive refractive power and convex on the object side, concave on the image side
  • L2 is concave on the object side, and is a positive meniscus shape convex on the image side.
  • the second lens L3 has a meniscus shape that is convex on the object side, has an inflection point on the object side and the image side, and has a negative refractive power
  • PT is an optical low-pass filter
  • CG is a parallel plate assuming a sealing glass of a solid-state image sensor
  • IM is a solid-state image sensor.
  • FIG. 8 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the second example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the imaging lens of Example 3.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a first meniscus lens having positive refractive power and convex toward the object side, concave toward the image side
  • L2 is concave toward the object side
  • negative meniscus shape convex toward the image side.
  • a second lens having a refractive power of L3, L3 is concave on the object side and the image side, has an inflection point on the image side, and has a negative refractive power
  • PT is an optical low-pass filter or IR cut
  • CG is a parallel plate assuming a seal glass of a solid-state image sensor
  • IM is a solid-state image sensor.
  • FIG. 10 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the third example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the imaging lens of Example 4.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a first meniscus lens having positive refractive power and convex toward the object side, concave toward the image side
  • L2 is concave toward the object side
  • the second lens L3 has a meniscus shape that is convex on the object side, has an inflection point on the object side and the image side, and has a negative refractive power
  • PT is an optical low-pass filter
  • CG is a parallel plate assuming a sealing glass of a solid-state image sensor
  • IM is a solid-state image sensor.
  • FIG. 12 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the fourth example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the imaging lens of Example 5.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a first meniscus lens having positive refractive power and convex toward the object side, concave toward the image side
  • L2 is concave toward the object side
  • the second lens L3 has a meniscus shape that is convex on the object side, has an inflection point on the object side and the image side, and has a negative refractive power
  • PT is an optical low-pass filter
  • CG is a parallel plate assuming a sealing glass of a solid-state image sensor
  • IM is a solid-state image sensor.
  • the 14 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the fifth example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • FIG. 15 is a sectional view of the imaging lens of Example 6.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a first meniscus lens having a positive refractive power and convex on the object side, concave on the image side
  • L2 is concave on the object side, and is a positive meniscus shape convex on the image side.
  • the second lens L3 has a meniscus shape that is convex on the object side, has an inflection point on the object side and the image side, and has a negative refractive power
  • PT is an optical low-pass filter
  • CG is a parallel plate assuming a sealing glass of a solid-state image sensor
  • IM is a solid-state image sensor.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the sixth example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • Example 7 shows lens data of Example 7.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the imaging lens of Example 7.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a first meniscus lens having a positive refractive power and convex on the object side
  • L2 is concave on the object side
  • the second lens L3 has a meniscus shape that is convex on the object side, has an inflection point on the object side and the image side, and has a negative refractive power
  • PT is an optical low-pass filter
  • CG is a parallel plate assuming a sealing glass of a solid-state image sensor
  • IM is a solid-state image sensor.
  • FIG. 18 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the seventh example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • FIG. 19 is a sectional view of the imaging lens of Example 8.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a meniscus first lens having positive refractive power and convex toward the object side, concave toward the image side
  • L2 is negative refractive power concave toward the object side and concave toward the image side
  • the second lens L3 has a meniscus shape that is convex on the object side, has an inflection point on the object side and the image side, and has a negative refractive power.
  • FIG. 20 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the eighth example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • Example 9 shows lens data of Example 9.
  • FIG. 21 is a sectional view of the imaging lens of Example 9.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a meniscus first lens having positive refractive power and convex toward the object side, concave toward the image side
  • L2 is negative refractive power concave toward the object side and concave toward the image side
  • the second lens L3 has a meniscus shape that is convex on the object side, has an inflection point on the object side and the image side, and has a negative refractive power.
  • FIG. 22 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the ninth example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the imaging lens of the tenth embodiment.
  • S is an aperture stop
  • L1 is a first meniscus lens having a positive refractive power and convex on the object side, concave on the image side
  • L2 is concave on the object side, and is a positive meniscus shape convex on the image side.
  • L3 is a concave lens on the object side, concave on the image side, has an inflection point on the image side, and has a negative refractive power
  • PT is an optical low-pass filter
  • CG is a parallel plate assuming a seal glass of a solid-state image sensor
  • IM is a solid-state image sensor.
  • FIG. 24 is an aberration diagram of spherical aberration (a), astigmatism (b), and distortion (c) of the imaging lens according to the tenth example.
  • the broken line represents the amount of spherical aberration with respect to the g line
  • the solid line represents the amount of spherical aberration with respect to the d line.
  • the solid line represents the sagittal surface
  • the broken line represents the meridional surface.
  • Table 11 summarizes the values of the conditional expressions for each example.
  • the principal ray incident angle of the light beam incident on the imaging surface of the solid-state imaging device is not necessarily designed to be sufficiently small in the periphery of the imaging surface.
  • recent technology has made it possible to reduce the pudging by revising the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device and the on-chip microlens array.
  • the pitch of the arrangement of the color filters and the on-chip microlens array is set slightly smaller than the pixel pitch of the image pickup surface of the image pickup device, the color filter or Since the on-chip microlens array shifts to the optical axis side of the imaging lens, the obliquely incident light beam can be efficiently guided to the light receiving portion of each pixel.
  • produces with a solid-state image sensor can be restrained small.
  • the present embodiment is a design example aiming at further miniaturization with respect to the portion where the requirement is relaxed.

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Abstract

　従来よりも小型でありながら諸収差が良好に補正された３枚構成の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置を提供する為に、物体側から順に開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズを有し、前記第１レンズは、正レンズであって、物体側に凸、像側に凹のメニスカスレンズであり、前記第２レンズは、物体側に凹のレンズであり、前記第３レンズは負レンズであり、更に、以下の条件式、 ０．１０＜Ｄ４／ｆ＜０．２５　（１） ０．００≦｜ｆ／ｆ２｜＜０．６５　（２） －２．５０＜ｆ／ｒ３＜０．００　（３） 但し、 Ｄ４：前記第２レンズと前記第３レンズの軸上での空気間隔（ｍｍ） ｆ　：前記撮像レンズ全系の焦点距離（ｍｍ） ｆ２：前記第２レンズの焦点距離（ｍｍ） ｒ３：前記第２レンズの物体側面の曲率半径（ｍｍ） を満足する撮像レンズとする。

Description

撮像レンズ及び撮像装置
　本発明は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅｓ）型イメージセンサや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に好適な撮像レンズ及び撮像装置に関する。
　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を用いたコンパクトで薄型の撮像装置が、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等のコンパクトで薄型の電子機器である携帯端末、更にはノートＰＣ等にも搭載されるようになり、これにより遠隔地へ音声情報だけでなく画像情報も相互に伝送することが可能となっている。このような撮像装置においては、小型化と共に、ユーザーの期待する画質を実現する高画質化とが強く求められている。
　撮像装置を構成する主要部品として、固体撮像素子と撮像レンズがある。固体撮像素子としては、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等が使用されることが多い。近年では、固体撮像素子の画素ピッチの小型化が進み、高画素化により、高解像、高性能化が図られてきている。一方で、画素を維持することで、固体撮像素子の小型化が図られている。
　これに対し撮像レンズとしては、特許文献１に示すように、レンズ３枚構成であって、第１レンズ、第２レンズを正としたものが提案されている。また、特許文献２～４に示すように、第２レンズを負とした撮像レンズも提案されている。
特開２００５－１７８８４号公報 特開２００７－１５６２７７号公報 特許第４２５６４４２号明細書 特開２００５－３０８８００号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された撮像レンズは、コマ収差、非点収差の補正が十分でなく、固体撮像素子の高画素化に対応できているとは言い難い。又、特許文献２～４に開示された撮像レンズは、Ｆナンバーが暗かったり非点収差の補正が不十分で像面湾曲が大きかったりして、高画質な画像を形成することが困難であった。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも小型でありながら諸収差が良好に補正された３枚構成の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
　ここで、小型の撮像レンズの尺度であるが、本発明では条件式（Ｉ）、
　ＴＬ／２Ｙ’＜０．９　　　（Ｉ）
但し、
ＴＬ：撮像レンズ全系の最も物体側のレンズ面から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有効画素領域の対角線長）
を満足する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。
　尚、「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。又、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、バンドパスフィルタ、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ＴＬの値を計算するものとする。
　請求項１に記載の撮像レンズは、
　物体側から順に開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズを有し、
　前記第１レンズは、正レンズであって、物体側に凸、像側に凹のメニスカスレンズであり、
　前記第２レンズは、物体側に凹のレンズであり、
　前記第３レンズは負レンズであり、
　更に、以下の条件式を満足することを特徴とする。
０．１０＜Ｄ４／ｆ＜０．２５　　　　　　　　（１）
０．００≦｜ｆ／ｆ２｜＜０．６５　　　　　　（２）
－２．５０＜ｆ／ｒ３＜０．００　　　　　　　（３）
但し、
Ｄ４：前記第２レンズと前記第３レンズの軸上での空気間隔（ｍｍ）
ｆ　：前記撮像レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２：前記第２レンズの焦点距離（ｍｍ）
ｒ３：前記第２レンズの物体側面の曲率半径（ｍｍ）
である。
　小型で収差の良好に補正された撮像レンズを得るための、本発明の基本構成は物体側より順に、開口絞り、正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、物体側に凹の第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズからなる。このレンズ構成は、第１レンズにおける第１面が物体側に凸、第２面が像側に凹であることから撮像レンズ全長の小型化に有利な構成である。また、第３レンズを負レンズにすることでペッツパール和を小さくし、周辺まで良好な結像性能を確保した撮像レンズを得ることが可能となる。更に、第１レンズの物体側面より物体側に開口絞りを配置することにより、射出瞳位置を撮像面からより遠くに配置することができるため良好なテレセントリック特性（以下、テレセン性とも言う）を維持しつつ全長を短縮することができる。
　ここで、撮像レンズの全長と第１レンズの焦点距離の関係について説明する。本発明にかかるレンズ構成を、第１レンズと第２レンズを合成した薄肉正レンズと、第３レンズを合成した１枚の薄肉負レンズであると仮定する。合成された第１レンズの焦点距離をｆ１２、２枚のレンズの間隔をｄ、合成された第２レンズから像面までの距離（バックフォーカス）をｆＢとすると、レンズの全長は以下の式、
Ｌ＝ｆＢ＋ｄ
　＝ｆ（１－ｄ／ｆ１２）＋ｄ
　＝ｆ－（（ｆ／ｆ１２）－１）ｄ　　　　（７）
で与えられる。
　上式（７）より、全系の焦点距離ｆと第１レンズから第２レンズの合成焦点距離ｆ１２を一定であると仮定すると、第１レンズと第２レンズの合成レンズと、第３レンズとの間隔ｄが広いほど全長を短くすることができることがわかる。また、全系の焦点距離ｆと、第１レンズと第２レンズの合成レンズと、第３レンズとの間隔ｄ（即ちＤ４）が一定であると仮定すると、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離ｆ１２が小さいほど全長を短くすることができることがわかる。
　（条件式１の効果）
　条件式（１）は、前記撮像レンズの全長を短縮化するための条件式である。上記の通り、撮像レンズ全長を短くするためには、間隔Ｄ４を広くとることが望ましい。しかし、条件式（１）の値Ｄ４／ｆが上限を上回ると、第３レンズに入射する軸上光線束が細くなりすぎるため軸上色収差を良好に補正することができなくなる。また、第３レンズに入射する軸外光線高が高くなるため第３レンズの径が大きくなり、レンズのコンパクト化に不向きである。一方、条件式（１）の値Ｄ４／ｆが下限を下回ると、レンズ全長を有効に短くできない。そこで、条件式（１）を満たすことが望ましい。また、より望ましくは下式（１’）、
０．１０＜Ｄ４／ｆ＜０．２０　　　（１’）
の範囲がよい。
　（条件式２の効果）
　条件式（２）は、前記撮像レンズの全長を短縮するための条件式である。上記の通り、レンズ全長を短くするためには、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離ｆ１２を小さくする必要がある。合成焦点距離ｆ１２を小さくするためには、まず第１レンズのパワーを強くすることが考えられるが、第１レンズのパワーを強くすると球面収差や軸外でのコマ収差が大きくなり後のレンズで補正しきれなくなる。
　しかるに、第２レンズのパワーが負の場合、第２レンズのパワーが弱い方が合成焦点距離ｆ１２を小さくすることができ全長を短縮することができる。また、第２レンズのパワーが正の場合、第２レンズのパワーは大きい方が全長短縮には有利であるが、第２レンズのパワーが大きくなりすぎると軸上色収差が補正不足になるだけでなく、ペッツパール和が大きくなり像面湾曲が補正できなくなる。以上の観点から、軸上色収差や像面湾曲を補正しつつ全長を短縮するためには、正負に関わらず第２レンズのパワーが弱い方が良いため、条件式（２）を満たすのが良い。また、より望ましくは下式（２’）、
０．００≦｜ｆ／ｆ２｜＜０．５５　　　（２’）
の範囲がよい。
　（条件式３の効果）
　条件式（３）は、撮像レンズ全長を短くしつつ中間像高でのコマ収差を良好に補正するための条件式である。コマ収差を補正するには、なるべく太い光束が通過する面の曲率を緩くし、光束の光軸付近と周辺付近との面の曲率の差を少なくすることが望ましい。このため、条件式（３）を満たすのがよい。また、より望ましくは下式（３’）、
－２．３５＜ｆ／ｒ３＜０．００　　　（３’）
の範囲がよい。尚、本明細書中、凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負とする。
　請求項２に記載の撮像レンズは、請求項１に記載の発明において、前記第３レンズの少なくとも像側面は非球面形状とされており、その非球面は少なくとも１つの非球面変曲点を有していることを特徴とする。
　第３レンズの少なくとも像側面を、変曲点を有する非球面形状とすることで、像側光束のテレセントリック特性が確保しやすくなる。また、軸外で発生する非点収差やコマ収差を良好に補正することができる。ここで、「変曲点」とは有効半径内でのレンズ断面形状の曲線において、非球面頂点の接平面が光軸と垂直な平面となるような非球面上の点のことである。
　請求項３に記載の撮像レンズは、請求項１又は２に記載の発明において、前記第３レンズは、近軸上で物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであることを特徴とする。
　第３レンズを物体側に凸面を向けたメニスカス形状とすることで、負レンズである第３レンズの主点位置がより像側となるため、上記（７）式における第１レンズから第２レンズの合成レンズと第３レンズとの間隔ｄが大きくなり、レンズ全長Ｌを短縮することができる。
　請求項４に記載の撮像レンズは、請求項１～３のいずれかに記載の発明において、前記第３レンズは以下の条件式（４）、
－１．００＜ｆ３／ｆ＜０．００　　　　　　（４）
但し、ｆ３：前記第３レンズの焦点距離（ｍｍ）
を満足することを特徴とする。
　（条件式４の効果）
　条件式（４）は、撮像レンズ全長を短くしつつ諸収差を良好に補正するための条件式である。負レンズである第３レンズのパワーが強い方が軸上色収差、像面湾曲を小さく保つことが出来るが、負のパワーが小さい方がテレセン性を良好に保つことができるので、そのバランスが重要である。ここで、値ｆ３／ｆが条件式（４）の下限を下回ると収差補正には有利であるが全長が長くなり過ぎてしまい小型化に不利である。一方、値ｆ３／ｆが条件式（４）の上限を上回ると収差補正が不十分になってしまう。よって、条件式（４）を満たすのが好ましい。
　請求項５に記載の撮像レンズは、請求項１～４のいずれかに記載の発明において、前記第２レンズは以下の条件式（５）、
－１．９０＜ｆ／ｒ４＜０．４０　　　　　　　（５）
但し、ｒ４：前記第２レンズの像側面の曲率半径（ｍｍ）
を満足することを特徴とする。
　（条件式５の効果）
　条件式（５）は、撮像レンズ全長を短くしつつ諸収差を良好に補正するための条件式である。第２レンズの物体側の曲率が緩いとき、ｒ４が条件式（５）を満たす値をとることで全長を小さく保ちつつ、ペッツパール和や色収差が補正されたレンズを得ることができる。ｒ４が正の時、ｒ４が小さくなればなるほど第２レンズの負のパワーが大きくなり諸収差を補正しやすくなる。しかし、条件式（５）の上限を上回ると全長が大きくなりすぎてしまう。一方、ｒ４が負の時、ｒ４が０に近づくにつれ第１、２レンズの合成パワーは正に大きくなり全長は短くなる。しかし、条件式（５）の下限を下回ると軸上色収差が大きくなったりペッツパール和が悪くなったりする。よって、条件式（５）を満たすのがよい。
　請求項６に記載の撮像レンズは、請求項１～５のいずれかに記載の発明において、前記第２レンズは以下の条件式（６）、
１．５５＜ｎ２　　　　　　　　　　　　　　　（６）
但し、ｎ２：前記第２レンズの屈折率
を満足することを特徴とする。
　（条件式６の効果）
　条件式（６）は、撮像レンズ全長を短くしつつコマ収差を良好に補正するための条件式である。条件式（６）を満たすように第２レンズの屈折率を大きくすることで、第２レンズの物体側面の曲率半径を更に小さくすることができ、コマ収差を良好に補正することができる。
　請求項７に記載の撮像レンズは、請求項１～６のいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズが耐熱性を有する材料で構成されることを特徴とする。
　前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズを、耐熱性を有する材料で構成することにより、高温のリフロー槽内で、電子部品とレンズモジュールとを基板に同時に実装する、いわゆるリフロー処理に供することができるため、低コストかつ大量に撮像装置を製造することができる。耐熱性を有する材料とは、好ましくは耐熱性を有するガラスである。
　請求項８に記載の撮像装置は、請求項１～７のいずれかに記載の撮像レンズと、固体撮像素子と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、従来よりも小型でありながら諸収差が良好に補正された３枚構成の撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。
本実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図である。 図１の構成を矢印II－II線で切断して矢印方向に見た断面図である。 撮像装置５０を携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。 携帯電話機１００の制御ブロック図である。 実施例１の撮像レンズの断面図である。 実施例１にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例２の撮像レンズの断面図である。 実施例２にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例３の撮像レンズの断面図である。 実施例３にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例４の撮像レンズの断面図である。 実施例４にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例５の撮像レンズの断面図である。 実施例５にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例６の撮像レンズの断面図である。 実施例６にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例７の撮像レンズの断面図である。 実施例７にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例８の撮像レンズの断面図である。 実施例８にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例９の撮像レンズの断面図である。 実施例９にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。 実施例１０の撮像レンズの断面図である。 実施例１０にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図であり、図２は、図１の構成を矢印II－II線で切断して矢印方向に見た断面図である。図２に示すように、撮像装置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（不図示）を有する基板５２とを備え、これらが一体的に形成されている。
　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、不図示の信号処理回路に接続されている。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、不図示のワイヤを介して基板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（不図示）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、固体撮像素子は上記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。
　イメージセンサ５１を支持する基板５２は、不図示の配線により、イメージセンサ５１に対して通信可能に接続されている。
　基板５２は、不図示の外部接続用端子を介して外部回路（例えば、撮像装置を実装した携帯端末の上位装置が有する制御回路）と接続し、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。
　イメージセンサ５１の上部は、角筒状（又は円筒状）の下部鏡枠２０に取り付けられたカバーガラスＣＧで覆われて封止され、更にカバーガラスＣＧの上方には、赤外線カットフィルタなどのプレートＰＴが下部鏡枠２０に固定されている。カバーガラスＣＧ及びプレートＰＴの周囲を保持する下部鏡枠２０の下端は、イメージセンサ５１の周囲で基板５２の上面に固定されており、下部鏡枠２０の上端は、上部鏡枠２１の下端に嵌合的に連結されている。上部鏡枠２１は、中空であって、光軸直交方向内側に延在するフランジ部２１ａを上端に有し、その内部には撮像レンズ１０が嵌合的に配置されている。撮像レンズ１０は、物体側（図２で上方）より順に、フランジ部２１ａの開口部で形成された開口絞り、正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズＬ１、物体側に凹の第２レンズＬ２、負の屈折力を有する第３レンズＬ３からなる。レンズＬ１～Ｌ３は、耐熱性を有する材料、例えばガラス製であると好ましい。
　第１レンズＬ１のフランジ部Ｌ１ａの上面は、上部鏡枠２１のフランジ部２１ａの下面に当接しており、第２レンズＬ２のフランジ部Ｌ２ａの上面は、ドーナツ板状の遮光部材ＳＨを挟持した状態で第１レンズＬ１のフランジ部Ｌ１ａの下面に直接当接している。第２レンズＬ２のフランジ部Ｌ２ａの下面は、上部鏡枠２０に取り付けられた、スペーサを兼ねるドーナツ板状の固定部材ＳＰの上面に当接している。第３レンズＬ３のフランジ部Ｌ３ａの上面は、固定部材ＳＰの下面に当接している。これにより、レンズ間距離を正しく調整できる。上部鏡枠２１のフランジ部２１ａの中央には、図示の如く、円形の開口絞りが形成されており、第１レンズＬ１の物体側光学面は、開口絞りから物体側に突出してなる。
　本実施の形態においては、Ｄ４を、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の軸上での空気間隔（ｍｍ）とし、ｆを撮像レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）とし、ｆ２を第２レンズＬ２の焦点距離（ｍｍ）とし、ｒ３を第２レンズの物体側面の曲率半径（ｍｍ）としたときに、以下の式（１）～（３）、
０．１０＜Ｄ４／ｆ＜０．２５　　　　　　　　（１）
０．００≦｜ｆ／ｆ２｜＜０．６５　　　　　　（２）
－２．５０＜ｆ／ｒ３＜０．００　　　　　　　（３）
が成立する。
　組み付け時には、プレートＰＴを組み付けた下部鏡枠２０を、基板５２に配置されたＣＭＯＳ型イメージセンサ５１を覆うように組み付けて接着し、第１レンズＬ１、遮光部材ＳＨ、第２レンズＬ２、固定部材ＳＰ、第３レンズＬ３の順に挿入された上部鏡枠２１を、下部鏡枠２０に接着する。尚、組付態様は、以上に限られない。プレートＰＴを組み付けた下部鏡枠２０と第１レンズＬ１、遮光部材ＳＨ、第２レンズＬ２、固定部材ＳＰ、第３レンズＬ３の順に挿入された上部鏡枠２１とを接着した後、基板５２に配置されたＣＭＯＳ型イメージセンサ５１を覆うように組み付けて接着してもよい。
　次に、上述した撮像装置５０の使用態様について説明する。図３は、撮像装置５０をデジタル機器である携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。また、図４は携帯電話機１００の制御ブロック図である。
　撮像装置５０は、例えば図３に示すように、撮像レンズ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なるよう配設されている。なお、撮像装置５０の配置はこれに限るものでない。
　撮像装置５０の外部接続用端子（不図示）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、番号等を指示入力するための入力部６０と、所定のデータ表示や撮像した画像を表示する表示部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により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、撮像装置５０による画像データ等を一時的に格納したり、作業領域として用いられる一時記憶部（ＲＡＭ）９２を備えている。
　また、撮像装置５０から入力された画像信号は、携帯電話機１００の制御部１０１により、不揮発性記憶部（フラッシュメモリ）９３に記憶されたり、或いは表示部７０に表示されたり、更には、無線通信部８０を介し画像情報として外部へ送信されるようになっている。なお、不図示であるが携帯電話機１００には、音声を入出力するマイク及びスピーカ等を有している。
　携帯電話機１００を把持する撮影者が、被写体に対して撮像装置５０の撮像レンズ１０を向けると、イメージセンサ５１に静止画又は動画の画像信号が取り込まれる。所望のシャッタチャンスで、図３に示す入力部６０のうちのボタンＢＴを撮影者が押すことでレリーズが行われ、画像信号が撮像装置５０に取り込まれることとなる。撮像装置５０から入力された画像信号は、上記携帯電話機１００の制御部に送られ、不揮発性記憶部９３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こととなる。
　次に、上述した実施の形態に好適な実施例について説明する。但し、以下に示す実施例により本発明が限定されるものではない。実施例における各符号の意味は、
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　：曲率半径
Ｄ　：軸上面間隔
Ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
ＥＮＴＰ：第１レンズ物体側面を基準としたときの入射瞳位置
ＥＸＴＰ：撮像系の最終面を基準としたときの射出瞳位置
Ｈ１：前側主点位置
Ｈ２：後側主点位置
である。
　各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、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として以下の「数１」で表す。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（たとえば２．５×１０－２）を、Ｅ（たとえば２．５Ｅ－０２）を用いて表すものとする。尚、表中、数値がないデータは０である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ：曲率半径
Ｋ：円錐定数
である。
　（実施例１）
　実施例１のレンズデータを表１に示す。図５は、実施例１の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凸のメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凸のメニスカス形状であり、物体側及び像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図６は、実施例１にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（実施例２）
　実施例２のレンズデータを表２に示す。図７は、実施例２の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凸のメニスカス形状の正の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凸のメニスカス形状であり、物体側及び像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図８は、実施例２にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　（実施例３）
　実施例３のレンズデータを表３に示す。図９は、実施例３の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凸のメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側及び像側に凹であり、像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図１０は、実施例３にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　（実施例４）
　実施例４のレンズデータを表４に示す。図１１は、実施例４の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凸のメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凸のメニスカス形状であり、物体側及び像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図１２は、実施例４にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　（実施例５）
　実施例５のレンズデータを表５に示す。図１３は、実施例５の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凸のメニスカス形状の負の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凸のメニスカス形状であり、物体側及び像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図１４は、実施例５にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　（実施例６）
　実施例６のレンズデータを表６に示す。図１５は、実施例６の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凸のメニスカス形状の正の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凸のメニスカス形状であり、物体側及び像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図１６は、実施例６にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　（実施例７）
　実施例７のレンズデータを表７に示す。図１７は、実施例７の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凸のメニスカス形状の正の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凸のメニスカス形状であり、物体側及び像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図１８は、実施例７にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　（実施例８）
　実施例８のレンズデータを表８に示す。図１９は、実施例８の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凹の負の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凸のメニスカス形状であり、物体側及び像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図２０は、実施例８にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　（実施例９）
　実施例９のレンズデータを表９に示す。図２１は、実施例９の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凹の負の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凸のメニスカス形状であり、物体側及び像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図２２は、実施例９にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　（実施例１０）
　実施例１０のレンズデータを表１０に示す。図２３は、実施例１０の撮像レンズの断面図である。図中、Ｓは開口絞り、Ｌ１は正の屈折力を有し物体側に凸、像側に凹のメニスカス形状の第１レンズ、Ｌ２は物体側に凹、像側に凸のメニスカス形状の正の屈折力を有する第２レンズ、Ｌ３は物体側に凹、像側に凹であり、像側に変曲点を有し、負の屈折力を有する第３レンズ、ＰＴは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等を想定した平行平板、ＣＧは固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板、ＩＭは固体撮像素子である。図２４は、実施例１０にかかる撮像レンズの球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、及び歪曲収差（ｃ）の収差図である。ここで、球面収差図において、破線はｇ線、実線はｄ線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線はサジタル面、破線はメリジオナル面をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　各実施例の条件式の値を表１１にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　なお、本実施例は、固体撮像素子の撮像面に入射する光束の主光線入射角については、撮像面周辺部において必ずしも十分小さい設計になっていない。しかし、最近の技術では、固体撮像素子の色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列の見直しによって、シューディングを軽減することができるようになってきた。具体的には撮像素子の撮像面の画素ピッチに対し、色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配列のピッチをわずかに小さく設定すれば、撮像面の周辺部にいくほど各画素に対し色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイが撮像レンズ光軸側ヘシフトするため、斜入射の光束を効率的に各画素の受光部に導くことができる。これにより固体撮像素子で発生するシェーディングを小さく抑えることができる。本実施例は、前記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。
　１０　撮像レンズ
　２０　下部鏡枠
　２１　上部鏡枠
　５０　撮像装置
　５１　イメージセンサ
　５１ａ　光電変換部
　５２　基板
　６０　入力部
　７０　表示部
　８０　無線通信部
　９２　記憶部
　１００　携帯電話機
　１０１　制御部
　ＣＧ　カバーガラス
　Ｌ１　第１レンズ
　Ｌ２　第２レンズ
　Ｌ３　第３レンズ
　Ｌ１ａ～Ｌ３ａ　フランジ部
　ＰＴ　プレート（赤外線カットフィルタ）
　Ｓ　開口絞り
　ＳＰ　固定部材

Claims (8)

  1. 　物体側から順に開口絞り、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズを有し、
    　前記第１レンズは、正レンズであって、物体側に凸、像側に凹のメニスカスレンズであり、
    　前記第２レンズは、物体側に凹のレンズであり、
    　前記第３レンズは負レンズであり、
    　更に、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
    ０．１０＜Ｄ４／ｆ＜０．２５　　　　　　　　（１）
    ０．００≦｜ｆ／ｆ２｜＜０．６５　　　　　　（２）
    －２．５０＜ｆ／ｒ３＜０．００　　　　　　　（３）
    但し、
    Ｄ４：前記第２レンズと前記第３レンズの軸上での空気間隔（ｍｍ）
    ｆ　：前記撮像レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
    ｆ２：前記第２レンズの焦点距離（ｍｍ）
    ｒ３：前記第２レンズの物体側面の曲率半径（ｍｍ）
  2. 　前記第３レンズの少なくとも像側面は非球面形状とされており、その非球面は少なくとも１つの非球面変曲点を有していることを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
  3. 　前記第３レンズは、近軸上で物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
  4. 　前記第３レンズは、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の撮像レンズ。
    －１．００＜ｆ３／ｆ＜０．００　　　　　　（４）
    但し、ｆ３：前記第３レンズの焦点距離（ｍｍ）
  5. 　前記第２レンズは以下の条件式（５）を満足す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。
    －１．９０＜ｆ／ｒ４＜０．４０　　　　　　　（５）
    但し、ｒ４：前記第２レンズの像側面の曲率半径（ｍｍ）
  6. 　前記第２レンズは以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の撮像レンズ。
    １．５５＜ｎ２　　　　　　　　　　　　　　　（６）
    但し、ｎ２：前記第２レンズの屈折率
  7. 　前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第３レンズが耐熱性を有する材料で構成されることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の撮像レンズ。
  8. 　請求項１～７のいずれかに記載の撮像レンズと、固体撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
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