JP4453276B2 - Imaging lens, imaging unit, and portable terminal equipped with the same - Google Patents

Description

【００２２】
ここで、像側面の頂点とは像側面と光軸との交点のことをいうものとする。
一般に複数のレンズを組み合わせて使用する場合において、レンズ全長を小型化していくとバックフォーカスが短くなりがちで、そのため像側光束のテレセントリック特性の確保が困難になりがちである。従って、最も像側に位置する面である第４レンズ像側面を非球面とし、条件式（４），（５），（６）を満たす非球面形状とすることで、特に高画角の光束におけるテレセントリック特性の確保が図られることとなる。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明と同様の構成を備えると共に、第１レンズがガラス材料から形成され、第２，第３，第４レンズはいずれも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。
【００２４】
プラスチック材料から形成する、とはプラスチック材料を母材としてその表面に反射防止や表面硬度向上を目的としたコーティング処理を行った場合を含むものとする。以下の記載全ても、同様とする。
撮像レンズを構成するレンズを、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と、撮像レンズの小型軽量化と低コスト化には有利である。しかしながら、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、全てのレンズをプラスチックレンズで構成すると、温度によりレンズ全体の像点位置が変動してしまうという欠点を抱えている。
本発明の構成は、プラスチックレンズを多用しながら、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置変動を補償する構成である。即ち、正の第１レンズを、温度変化時の屈折率変化がほとんど無いガラス材料から形成している。そして、その他の第２〜４レンズをプラスチック材料で形成しているが、これらの中で第２レンズと第３レンズとが比較的屈折力の大きい正レンズと負レンズであるため、温度変化時の像点位置変動への影響が相殺する方向に作用し、撮像レンズ全系での温度変化時の像点位置の変動を小さく抑えることができる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明と同様の構成を備えると共に、第２，第３，第４レンズの合成焦点距離をf234、撮像レンズ全系の焦点距離をfとしたときに、下記の（７）の条件式を満たす、という構成を採っている。
| f／f234 | ＜ 0.7 （７）
【００２６】
条件式（７）は、プラスチックから形成されたレンズの合成焦点距離を規定するものである。プラスチック材料によるレンズの温度変化時の像点位置変動は、その屈折力の大きさにより影響を受けるため、プラスチック材料による第２〜４レンズの合成焦点距離を大きく設定して屈折力の総和を低く抑えることにより、それに応じて温度変化時の像点位置変動も小さくなる。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の発明と同様の構成を備えると共に、プラスチック材料を飽和吸水率が0.7％以下の材料とする、という構成を採っている。
プラスチック材料はガラス材料に比べ、飽和吸水率が大きいため、急激な温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。従って、飽和吸水率が少ないプラスチックをレンズの材料と使用することにより、湿度変化による性能劣化の低減を図っている。
【００４１】
請求項８記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズと、固体撮像素子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を有する基板と、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筐体とが一体的に形成された撮像ユニットであって、撮像レンズの光軸方向における撮像ユニットの長さが15[mm]以下であって、前記撮像レンズとして請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像レンズを備える、という構成を採っている。
【００４２】
上記「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。
上記構成は、例えば、可搬性を有する小型の電子機器への搭載等を目的として小型、軽量化の要求に対応するための撮像ユニットであり、上記構成では、最も物体側のレンズを正レンズとすることで、レンズ全長の小型化に有利な構成を採り、撮像ユニット全体の光軸方向長さの小型化を図りながら、撮像レンズを4枚のレンズから構成することを特徴とする。
上述の記載において、「撮像ユニットの長さが15[mm]以下」とあるのは、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15[mm]以下となることを想定する。
撮像レンズを構成するレンズは、各種の収差の補正，固体撮像素子に対するテレセントリック特性の向上等を実現し、撮像画質の向上を図るために、そのレンズ枚数を多く搭載することが望ましいが、小型電子機器等に搭載される撮像ユニットにあってはレンズ枚数はせいぜい３枚程度のものが一般的であり、レンズ枚数を４枚使用する本発明の構成は、上記画質向上のために有利な構成といえる。
また、撮像ユニットの小型化を図る場合、その撮像レンズを構成する各レンズの小型化を伴うが、その際、必然的にレンズ面の曲率半径が小さくなってしまう。しかしながら、曲率半径が小さくなればなるほど、レンズの加工精度を維持することが困難となる。本発明では、撮像レンズを４枚構成としているので、複数のレンズを使用して屈折力の分散を図ることにより、各レンズのレンズ面の曲率半径の小型化の要求を緩和することもできるので、レンズの加工精度を維持することが容易となり得、さらなる画質の向上にも有利な構成といえる。
さらに、撮像ユニット全体の軽量化を図るためには、その撮像レンズを構成する各レンズについて、一般的なガラス材料に替えてよりプラスチック材料からなるレンズの枚数を増やしていけば良い。
しかし、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、全てのレンズをプラスチックレンズで構成すると、温度によりレンズ全体の像点位置が変動してしまうという欠点を抱えてしまう。このような温度変化による像点位置の変動は、高画素の固体撮像素子を搭載し、かつオートフォーカス機構を持ち合わせていない撮像装置（いわゆるパンフォーカス方式の撮像装置）において特に問題となる。高画素な固体撮像素子であれば画素ピッチが小さいため、画素ピッチに比例する焦点深度が狭くなるため、像点位置変動の許容幅が狭くなる。また、パンフォーカス方式の撮像装置は、もともと基準距離として数十cmの被写体にピントを合わせ、無限遠方から至近距離を被写界深度でカバーする方式である。従って、無限遠方や至近距離の被写体の画質は、基準距離の被写体の画質にくらべ若干量ピントのぼけた画像になっているため、温度変化時に像点位置変動が生ずると、無限遠方または至近距離の画質が極端に劣化するため好ましくない。
これを解決するために、請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像レンズを備えている。
【００４３】
請求項９記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズと、固体撮像素子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を有する基板と、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筐体とが一体的に形成された撮像ユニットであって、撮像レンズの光軸方向における撮像ユニットの長さが１５[mm]以下であり、撮像レンズとして請求項１記載の撮像レンズを備える、という構成を採っている。
さらに、前記第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をＬ、前記固体撮像素子の矩形受光面における対角線長を２Ｙ、前記第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をf12、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（８），（９），（１０）の条件式を満たすことを特徴とする。
L／2Y ＜ 1.60 （８）
0.40 ＜ f12／f ＜ 0.70 （９）
25 ＜ ｛（ν1＋ν2）／２｝−ν3 （１０）
上記の条件式（８）〜（１０）は、小型で収差が良好に補正された撮像レンズを得るための条件式である。なお、条件式中の符号Ｌは第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を示すが、この場合において「像側焦点」とは、撮像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。また、撮像レンズの最も像側の面から像側焦点までの間にローパスフィルタ等の平行平板形状の光学部材が配置された場合には、これを空気換算距離になおした上で（８）式を満たす場合を含むものとする。
まず、条件式（８）はレンズ全長の小型化を達成するための条件式である。条件式（８）の上限値を下回るとレンズ全長が小型化の傾向を示す。
さらに、第１レンズ及び第２レンズの合成焦点距離を適切に設定する条件式（９）により、その下限値を上回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力が必要以上に大きくならず、高次の球面収差やコマ収差の発生が抑えられ、その上限値を下回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力が適度に確保され、レンズ全長の小型化も図られる。
さらに、正の屈折力を有する第１レンズ及び第２レンズと負の屈折力を有する第３レンズでの色収差補正の条件式（１０）により、その下限値を上回る設定とすることで、軸上色収差、倍率色収差の補正が図られる。
また、請求項１０記載の発明は、光電変換部を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズと、固体撮像素子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を有する基板と、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筐体とが一体的に形成された撮像ユニットであって、撮像レンズの光軸方向における撮像ユニットの長さが１５[mm]以下であり、撮像レンズとして請求項２記載の撮像レンズを備える、という構成を採っている。
そして、前記開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離をＬ’、前記固体撮像素子の矩形受光面における対角線長を２Ｙ、前記第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をf12、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（１１），（１２），（１３）の条件式を満たすことを特徴とする。
L’／2Y ＜ 1.60 （１１）
0.40 ＜ f12／f ＜ 0.70 （１２）
25 ＜ ｛（ν1＋ν2）／２｝−ν3 （１３）
上記の条件式（１１）〜（１３）は、小型で収差が良好に補正された撮像レンズを得るための条件式である。なお、条件式中の符号Ｌ’は開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離を示すが、この場合において「像側焦点」とは、撮像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。また、開口絞りから像側焦点までの間にローパスフィルタ等の平行平板形状の光学部材が配置された場合には、これを空気換算距離になおした上で（１１）式を満たす場合を含むものとする。
また、開口絞りが撮像レンズの最も物体側に配置される場合には、レンズ全長は開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離とすることもでき、このように計算するのが望ましい。
まず、条件式（１１）はレンズ全長の小型化を達成するための条件式である。条件式（１１）の上限値を下回るとレンズ全長が小型化の傾向を示す。
さらに、第１レンズ及び第２レンズの合成焦点距離を適切に設定する条件式（１２）により、その下限値を上回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力が必要以上に大きくならず、高次の球面収差やコマ収差の発生が抑えられ、その上限値を下回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力が適度に確保され、レンズ全長の小型化も図られる。
さらに、正の屈折力を有する第１レンズ及び第２レンズと負の屈折力を有する第３レンズでの色収差補正の条件式（１３）により、その下限値を上回る設定とすることで、軸上色収差、倍率色収差の補正が図られる。
【００４４】
請求項１１記載の発明は、請求項８，９又は１０記載の撮像ユニットを備える、という構成を採っている。かかる構成では、前述した撮像ユニットを搭載することにより、小型化、軽量化及び高画質の撮像可能な携帯端末を実現する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１，２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 に被写体像を結像させる撮像光学系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。
【００４６】
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、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。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、筐体５３及び撮像光学系１０について説明する。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。そして、撮像光学系１０は筐体５３の内部に格納保持されている。
【００４９】
図２に示すように、撮像光学系１０は、物体側からの赤外線の入射を防ぐＩＲ（赤外線）カットフィルタ２４と、物体側から第１レンズL1，絞りＳ，第２レンズL2，第３レンズL3，第４レンズL4の順で筐体５３内に支持配置された撮像レンズと、を有している。この撮像光学系１０は、各レンズL1，L2，L3，L4を通して、イメージセンサ５１の光電変換部５１ａ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２では左側を物体側，右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,L4の共通する光軸Ｌとする。
上記ＩＲカットフィルタ２４は、赤外線吸収特性を有する材料から形成され、筐体５３の物体側面に接着されている。
また、絞りＳは、撮像レンズ全系のFナンバーを決定する機能を有している。
【００５０】
筐体５３は、基板５２に直接固定されるベース体５５と、第４レンズL4を保持するレンズホルダ５６と、レンズホルダ５６とにより全てのレンズL1，L2，L3，L4を狭持するレンズ抑え５７とを備え、これらが一体的に連結されて全体的に略円筒状を形成する。また、レンズ押さえ５７，レンズホルダ５６，ベース体５５は、一体的に連結された状態で、各々の中心線が同一軸上となるように、設定されている。
上記レンズ押さえ５７，レンズホルダ５６，ベース体５５は、撮像時において、物体側からこの順番となるように配置され、いずれも略筒状を成す。ベース体５５は、内径が最も大きく、その内側に、レンズホルダ５６を格納する。ベース体５５の内周面上には雌ネジが形成され、他方，レンズホルダ５６の外周面上には雄ネジが形成され、これらは相互に螺合して連結される。また、レンズホルダ５６は、レンズ抑え５７よりもその内径が大きく、レンズホルダ５６の内側に、レンズ抑え５７を格納する。レンズホルダ５６の内周面上には雌ネジが形成され、他方，レンズ抑え５７の外周面上には雄ネジが形成され、これらは相互に螺合して連結される。
【００５１】
ここで、各レンズL1〜L4について一部説明する。
複数レンズ構成の撮像ユニットは、本出願と同一出願人による特願2002-083880号にも記載されている。かかる特開2002-083880号に記載されているタイプのレンズは、全てのレンズをプラスチックレンズとし、高性能化と大量生産性とを両立したタイプである。しかしながら、その一方で、プラスチックレンズは、温度変化に応じて屈折率変化を生じ、像点位置の変動が大きくなるという問題があった。また、小型の撮像レンズを有する小型の撮像装置においては、レンズの合焦機構を有しない，いわゆるパンフォーカス方式である場合が多く、より高画質な固体撮像素子を用いる際には、上記温度変化よる影響は無視できないものともなりうる。そこで、本実施形態の撮像ユニット５０の光学系に使用される各レンズL1〜L4は、以下に示す構成により上記温度変化に対する影響の抑制を図っている。
上記各レンズL1〜L4は後述するが、L1がガラス材料から形成され、L2〜L4はプラスチック材料から形成されている。
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L2〜L4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。
そして、レンズL2〜L4は、射出成形により形成されることから、各レンズの外周にフランジ部を設けることが可能である。第４レンズL4は、他と比して外形が最も大きなフランジ部を有し、当該フランジ部の物体側の面には凹部が形成されている。そして、この凹部には、第３レンズL3がそのフランジ部と共に嵌め込まれる。この際、撮像レンズL3と第４レンズL4とは、その光軸が一致するように、凹部は形成されている。
第３レンズL3は、第２レンズL2と比して外形が大きなフランジ部を有し、当該フランジ部の物体側の面には凹部が形成されている。そして、この凹部には、第２レンズL２がそのフランジ部と共に嵌め込まれる。この際、第２レンズL2と第３レンズL3とは、その光軸が一致するように、凹部は形成されている。
第２レンズL2は、第１レンズL1と比して外形が大きなフランジ部を有し、当該フランジ部の物体側の面には凹部が形成されている。そして、この凹部には、第１レンズL1が嵌め込まれる。この際、第１レンズL1と第２レンズL2とは、その光軸が一致するように、凹部は形成されている。
従って、各レンズL1〜L4は、各々のフランジ部を介して、重ね合わせることにより、相互の光軸が全て同一直線上に一致させることが可能である。
そして、各レンズL2〜L4の各凹部及び各凸部の軸方向の精度も射出成形により可能な精度とすることができるので、各レンズL1,L2,L3,L4の光軸方向間隔も所定の精度を維持することが可能である。これらのため、光学系の組み立て精度の向上を図ることが可能となる。さらに、組み立てが容易となり、生産性の向上も図っている。
【００５２】
各レンズL1〜L4について、上記前提をふまえた上で、筐体５３の説明を再開する。
筐体５３のレンズホルダ５６はその像側となる端部が閉塞された有底円筒状であり、その底面の中央部が大きく貫通され、外部光を通過させる。他方、レンズ抑え５７は、その物体側となる端部が閉塞された有底円筒状であり、その底面の中央部が大きく貫通され、外部光を通過させる。そして、レンズホルダ５６の内径は、第４レンズL4の外形と等しく設定され、当該第４レンズL4を格納することで、レンズホルダ５６の中心線と第４レンズL4の光軸とを一致するように位置決めすることが可能である。そして、各レンズL1〜L4は前述したように、重ね合わせられた状態で、レンズホルダ５６にレンズ抑え５７を装着すると、各々の底面により、重ね合わせられた状態のレンズL1〜L4が狭持され、ベース体５５，レンズホルダ５６及びレンズ抑え５７の中心線と各レンズL1〜L4の光軸を全て同一軸上に一致させるが可能である。なお、レンズホルダ５６等の中心線がイメージセンサ５１の光電変換面５１ａの中心と一致するように、筐体５３は、基板５２に対して固定装備される。なお、筐体５３は、レンズホルダ５６の内周面及び内底面のみで第４レンズL4を支持し、また、レンズ抑え５７の内底面のみで第１レンズL1の外周のみを支持し、その他の内周部のいずれも各レンズL1,L2,L3,L4に接触しない構造となっている。
さらに、ベース体５５とレンズホルダ５６とは相互間のネジ部の中心線が各レンズL1〜L4の光軸と一致するので、レンズホルダ５６の回転操作により合焦状態が最良になるようにイメージセンサ５１に対する各レンズL1〜L4の位置を調整することが可能である。なお、上記レンズの位置調節後には、ベース体５５とレンズホルダ５６とは接着固定される。
【００５３】
また、筐体５３の物体側端面，第２レンズL2と第３レンズL3との間及び第３レンズL3と第４レンズL4との間には、それぞれ第１の遮光マスク２１，第２の遮光マスク２２及び第３の遮光マスク２３が配置されている。かかる遮光マスク２１，２２，２３はそれぞれ円形の開口を有し、結像に寄与しない不要光のカットを目的として配置されている。
各マスク２１，２２，２３は、いずれも光を遮断する円板状の部材の中心に所定の内径の貫通穴が設けられており、いずれのマスク２１，２２，２３についても、当該貫通穴の中心線は各レンズL1〜L4の光軸と一致するように装備されている。
【００５４】
第１の遮光マスク２１は、前述したように筐体５３の物体側端面に配設装備されている。第２の遮光マスク２２は、第３レンズL3の凹部内に配置され、第２レンズL2と第３レンズL3とに狭持される。第３の遮光マスク２３は、第４レンズL4の凹部内に配置され、第３レンズL3と第４レンズL4とに狭持される。
なお、第３レンズL3と第４レンズL4とは、それぞれ凹部内に遮光マスク２２，２３の格納用の窪みが形成されており、各レンズL2〜L4の嵌合状態における相互間距離に影響を及ぼさない構造となっている。
【００５５】
前述した絞りＳと各遮光マスク２１，２２，２３との相互の作用により、物体側から入射した光が各レンズL1,L2,L3,L4のレンズ有効径の外側に入射することを防止し、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。
【００５６】
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。
【００５７】
【実施例】
次に、撮像レンズの仕様について、実施例１，２，３，４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 ：有効画面対角線長（固体撮像素子の矩形受光面における対角線長）
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
【００５８】
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をＸ軸とした直交座標系において、頂点曲率半径をＲ、円錐定数をK、非球面係数をA4、A6、A8、A10、A12として以下の「数５」で表す。
【００５９】
【数５】

【００６０】
（第１実施例）
図５は本発明の実施例１にかかる小型の撮像レンズの代表的な断面図である。
レンズデータを表１，２，３に示す。
【００６１】
【表１】

【００６２】
【表２】

【００６３】
【表３】

【００６４】
図中L1は第１レンズ、L2は第２レンズ、L3は第３レンズ、L4は第４レンズ、Sは絞りを示す。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。
第１レンズL1はガラス材料から形成され、第２レンズL2および第４レンズL4は、ポリオレフィン系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は0.01％以下である。また、第３レンズL3はポリカーボネイト系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は0.4％である。
なお、プラスチック材料の温度による屈折率ndの変化は表４に示す通りである。これより、常温（20[℃]）に対し＋30[℃]上昇時のバックフォーカス変化量（ΔfB）は＋0.001[mm]となる。
【００６５】
【表４】

【００６６】
（実施例２）
図１２は本発明の実施例２にかかる小型の撮像レンズの代表的な断面図である。
レンズデータを表５，６，７に示す。
【００６７】
【表５】

【００６８】
【表６】

【００６９】
【表７】

【００７０】
図７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。
第１レンズL1はガラス材料から形成され、第２レンズL2および第４レンズL4は、ポリオレフィン系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は0.01％以下である。また、第３レンズL3はポリカーボネイト系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は0.4％である。
なお、プラスチック材料の温度による屈折率ndの変化は表８に示す通りである。これより、常温（20[℃]）に対し＋30[℃]上昇時のバックフォーカス変化量（ΔfB）は＋0.001[mm]となる。
【００７１】
【表８】

【００７２】
（第３実施例）
レンズデータを表９，１０，１１，１２に示す。
【００７３】
【表９】

【００７４】
【表１０】

【００７５】
【表１１】

【００７６】
【表１２】

【００７７】
図８は実施例３にかかる小型の撮像レンズの断面図である。図中L1は第１レンズ、L2は第２レンズ、L3は第３レンズ、L4は第４レンズ、Sは絞りを示す。図９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。
本実施例は最も物体側に開口絞りＳを配置し、また、最も像側には、赤外線カットフィルタ相当の平行平板Ｆを配置した設計例である。
第１レンズL1はガラス材料から形成され、第２レンズL2および第４レンズL4はポリオレフィン系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は0.01％以下である。また、第３レンズL3はポリカーボネイト系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は0.4％である。
なお、プラスチック材料の温度による屈折率ndの変化は表１２に示す通りである。これより、常温（20[℃]）に対し＋30[℃]上昇時のバックフォーカス変化量（ΔfB）は−0.006[mm]となる。
【００７８】
（第４実施例）
レンズデータを表１３，１４，１５，１６に示す。
【００７９】
【表１３】

【００８０】
【表１４】

【００８１】
【表１５】

【００８２】
【表１６】

【００８３】
図１０は実施例４にかかる小型の撮像レンズの断面図である。図中L1は第１レンズ、L2は第２レンズ、L3は第３レンズ、L4は第４レンズ、Sは絞りを示す。図１１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。
本実施例は最も物体側に開口絞りＳを配置し、また、最も像側には、赤外線カットフィルタ及び固体撮像素子のシールガラス相当の平行平板Ｆ，Ｐを配置した設計例である。
第１レンズL1はガラス材料から形成され、第２レンズL2および第４レンズL4はポリオレフィン系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は0.01％以下である。また、第３レンズL3はポリカーボネイト系のプラスチックレンズで、飽和吸水率は0.4％である。
なお、プラスチック材料の温度による屈折率ndの変化は表１６に示す通りである。これより、常温（20[℃]）に対し＋30[℃]上昇時のバックフォーカス変化量（ΔfB）は＋0.010[mm]となる。
【００８４】
（その他）
ここで、上記各実施例における温度上昇時のバックフォーカス変化量（ΔfB）であるが、計算上は温度上昇時のプラスチックレンズの熱膨張の影響は無視して求めた値である。なぜなら、温度変化時の像点位置変動は、プラスチックレンズの屈折率変化に主に起因するからである。
【００８５】
なお、上記各実施例は、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。テレセントリック特性とは、各像点に対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、換言すれば光学系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、画面周辺部において実質的な開口効率が減少する現象（シェーディング）が生じ、周辺光量不足となってしまう。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、前述のシェーディング現象を軽減することができる。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。
【００８６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、比較的屈折力の大きい正レンズ群と負レンズが物体側より順に配置されることとなり、かかる構成によりレンズ全長の小型化を容易に行うことが可能である。さらに、第1レンズの凸面を物体側に向けることでよりレンズ全長の小型化を図ることが可能である。
さらに、収差補正に関しては、正の屈折力を有する第1レンズ、第2レンズの2枚の正レンズを最も物体側に配置することで、正の屈折力を分担でき、球面収差やコマ収差の発生を抑えることができる。
また、第3レンズを物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとすることで、球面収差、コマ収差、非点収差を良好に補正することができる。さらに、第4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、画面周辺部での像側光束のテレセントリック特性の確保が容易になる。
さらに、請求項１記載の発明によれば、条件式（１）に従って、その上限値を下回る設定とすることで、第３レンズ物体側面の負の屈折力が過大となることを回避し、オーバーな球面収差の過度の発生や、軸外光束のコマフレアの発生を抑制することができ、良好な画質が得ることが可能となる。また、下限値を上回る設定することで、第３レンズ物体側面の負の屈折力を維持でき、正のペッツバール和が減少し、像面湾曲の補正及び軸上色収差や倍率色収差の補正を良好に行うことが可能となる。
さらに、条件式（２）に基づいて、第３レンズ−第４レンズ間に形成される空気レンズの正の屈折力を適切に設定することができ、像面湾曲や歪曲収差の補正と像側光束のテレセントリック特性の確保をバランスよく行うことが可能となる。
【００８９】
請求項２記載の発明は、撮像レンズ全系で最も物体側に配置された開口絞りを備えているため、射出瞳位置を像面から遠ざけて、レンズ最終面を射出した光束の主光線を固体撮像素子に垂直に近い角度で入射させることができ、固体撮像素子に用いる撮像レンズに必要な像面テレセントリック特性を良好に確保でき、画面周辺部におけるシェーディング減少を軽減することが可能となる。
【００９３】
請求項３記載の発明は、R5／（（N3−1）・f）の値の上限値をより望ましい値とすることにより、第３レンズ物体側面の負の屈折力が必要以上に大きくなりすぎず、オーバーな球面収差の過度の発生や、軸外光束のコマフレアの発生の抑制が図られる。
【００９４】
請求項４記載の発明によれば、最も像側に位置する面である第４レンズ像側面を条件式（４）を満たす非球面形状とすることで、特に高画角の光束におけるテレセントリック特性の確保が図ることが可能となる。
【００９５】
請求項５記載の発明によれば、正の第１レンズは温度変化時の屈折率変化がほとんど無いガラス材料から形成すると共に、他の第２〜４レンズをプラスチック材料で形成しているが、第２レンズと第３レンズとが比較的屈折力の大きい正レンズと負レンズであることから、温度変化時の像点位置変動への影響を相殺することができ、撮像レンズ全系で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である。
従って、プラスチック材料による影響を低減した上で、プラスチック材料がもたらす効果である小型軽量化と低コスト化を実現することが可能となる。
また、第１レンズをガラスレンズとすることで、傷つきやすいプラスチックレンズを露出させる必要がなく保守性の向上を図ることが可能である。
さらに、第１レンズと第２レンズとはいずれも正の屈折力を有し、それぞれにて必要となる屈折力を分担しているため、各レンズの曲率半径を極端に小さくしなくとも良いので、第１レンズたるガラスレンズの加工を容易とし、生産性の向上を図ることが可能となる。
さらに、第２〜４レンズをプラスチック材料とすることから、一体成形によりレンズ有効径外側のフランジ部の形状を自由に設計することも可能となる。仮に、各レンズのフランジ部を相互に嵌合自在とした場合には、複数枚のレンズの光軸を容易に一致させることができる構造をとることができる。さらに、フランジが各レンズ間隔を規定する構造とした場合には、スペーサーを不要とし、部品点数の軽減により生産性の向上を図ることが可能となる。
また、レンズをプラスチック材料を形成することからレンズに非球面を容易に形成することが可能となり、収差補正を容易に行うことが可能となる。
【００９６】
請求項６記載の発明は、条件式（７）を満たすように設定することにより、プラスチックレンズの合成焦点距離を大きく設定して屈折力の総和を小さく抑え、温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることが可能となる。
【００９７】
請求項７記載の発明では、プラスチック材料として飽和吸水率が0.7％以下のものを用いることにより、急激な湿度変化による屈折率の不均一化を抑制し、より良好な結像性能を維持しながら、プラスチックレンズの利点をも得ることが可能となる。
【０１０５】
請求項８記載の発明によれば、上述した各効果を実現可能な撮像レンズを搭載することにより、小型化、軽量化、高画質化等の利点を備える撮像ユニットを提供することが可能である。
【０１０６】
請求項９記載の発明は、条件式（８）に従うことにより、その上限値を下回る設定とすることで、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。従って、これにより、全体の小型軽量化が可能となる。
また、条件式（９）に従うことにより、その下限値を上回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力の大きさを適度に抑え、高次の球面収差やコマ収差の発生を小さく抑えることが可能となり、上限値を下回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力を適度に確保でき、レンズ全長の短縮が可能となる。
さらに、条件式（１０）に従うことにより、その下限値を上回る設定とすることで、軸上色収差、倍率色収差をバランス良く補正することが可能となる。
条件式（８）〜（１０）は、小型で収差が良好に補正された撮像レンズを得るための条件式である。即ち、条件式（８）はレンズ全長の小型化を達成するための条件式である。条件式（８）の上限値を下回るとレンズ全長が小型化の傾向を示す。なお、条件式中の符号Ｌは第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を示すが、この場合において「像側焦点」とは、撮像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。
また、請求項１０記載の発明は、条件式（１１）に従うことにより、その上限値を下回る設定とすることで、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。従って、これにより、全体の小型軽量化が可能となる。
また、条件式（１２）に従うことにより、その下限値を上回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力の大きさを適度に抑え、高次の球面収差やコマ収差の発生を小さく抑えることが可能となり、上限値を下回る設定とすることで、第１レンズと第２レンズの合成の正の屈折力を適度に確保でき、レンズ全長の短縮が可能となる。
さらに、条件式（１３）に従うことにより、その下限値を上回る設定とすることで、軸上色収差、倍率色収差をバランス良く補正することが可能となる。
条件式（１１）〜（１３）は、小型で収差が良好に補正された撮像レンズを得るための条件式である。即ち、条件式（１１）はレンズ全長の小型化を達成するための条件式である。条件式（１３）の上限値を下回るとレンズ全長が小型化の傾向を示す。なお、条件式中の符号Ｌ’は開口絞りから撮像レンズ全系の像側焦点までの光軸上の距離を示すが、この場合において「像側焦点」とは、撮像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。
【０１０７】
請求項１１記載の発明によれば、請求項８，９又は１０記載の発明による各効果を実現可能な撮像ユニットを搭載することにより、小型化、軽量化及び高画質の撮像可能な携帯端末を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明の実施形態たる撮像ユニットの斜視図である。
【図２】 撮像レンズ部の各レンズの光軸を含む断面における断面図を示している。
【図３】 図３（Ａ）は撮像ユニットを適用した携帯電話機の正面図、図３（Ｂ）は撮像ユニットを適用した携帯電話機の背面図を示す。
【図４】 図３の携帯電話機の制御ブロック図である。
【図５】 本発明の実施例１にかかる小型の撮像レンズの代表的な断面図である。
【図６】 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。
【図７】 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。
【図８】 実施例３にかかる小型の撮像レンズの断面図である。
【図９】 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。
【図１０】 実施例４にかかる小型の撮像レンズの断面図である。
【図１１】 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。
【図１２】 実施例２にかかる小型の撮像レンズの断面図である。
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｓ 開口絞り
５０ 撮像ユニット
１００ 携帯電話機（携帯端末）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
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.
[0002]
[Prior art]
In recent years, along 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, Personal computers are becoming popular.
With the downsizing of these portable terminals and personal computers or the increase in density due to the increase in functions, there is a demand for further downsizing of the imaging lens mounted on the imaging device in order to reduce the size of these imaging devices. Is growing.
[0003]
In recent years, as such an imaging lens for a small imaging device, it is possible to improve performance as compared with a single lens or a double lens, a first lens having a positive refractive power in order from the object side, A so-called triplet type imaging lens having a three-lens configuration in which a second lens having a negative refractive power and a third lens having a positive refractive power are arranged is known (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-75006 (FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the type of lens described in JP-A-2001-75006 is a type in which various aberrations are well corrected while ensuring a wide angle of view, but on the other hand, the total length along the optical axis direction is It was not suitable for downsizing (distance from the aperture stop to the image side focal point).
[0006]
In view of such a problem, an object of the present invention is to reduce the size of an imaging lens including a plurality of lenses. Another object of the present invention is to provide an imaging lens, an imaging unit, and a portable terminal that are small in size, have various aberrations corrected well, and suppress fluctuations in image point position when temperature changes.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In the first aspect of the present invention, the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens are arranged in order from the object side.Consists ofThe first lens has a positive refractive power and has a convex surface directed toward the object side, the second lens has a positive refractive power, the third lens has a negative refractive power and a concave surface directed toward the object side. The fourth lens has a configuration in which the fourth lens has a positive or negative refractive power and a meniscus shape having a convex surface directed toward the object side.
  AndThe focal length of the entire imaging lens is f, the radius of curvature of the object side surface of the third lens is R5, the refractive index with respect to the d-line of the third lens is N3, the image side surface of the third lens and the object side surface of the fourth lens. The following conditional expressions (1) and (2) are satisfied, where fa is the focal length of the air lens formed by:
−0.40 <R5 / ((N3-1) .f) <− 0.20 (1)
0.30 <fa / f <0.50 (2)
[0008]
  In the above configuration, the first to fourth lenses are arranged in the order of their numbers, and when used, the first lens faces the object side and the fourth lens faces the image side. It is done. In such a use state, by arranging a positive lens group and a negative lens having a relatively large refractive power in order from the object side and directing the convex surface of the first lens toward the object side, the entire lens length (image is taken from the object side surface of the first lens). The distance on the optical axis to the image-side focal point of the entire lens system; however, in the imaging lens in which the aperture stop is disposed closest to the object side of the entire imaging lens system as in the third aspect of the invention, imaging is performed from the aperture stop. It is intended to reduce the size of the entire lens system, which is the distance on the optical axis to the imaging-side focal point of the entire lens system.
  Further, if the concave surface of the meniscus third lens faces the object side and the convex surface of the meniscus fourth lens faces the object side, an air lens having a positive refractive power is formed between these lenses. The Therefore, further reduction in the overall lens length and securing of telecentric characteristics at the periphery of the screen can be realized.
  In addition, about the 4th lens, although the shape and direction of a convex surface are as above-mentioned, about the refractive power, you may be positive or negative. Hereinafter, the term “positive or negative refractive power” indicates that either a positive refractive power or a negative refractive power may be used.
Further, conditional expression (1) is a condition for facilitating correction of field curvature and flattening the image surface by appropriately setting the negative refractive power of the third lens object side surface. Here, the focal length of the side surface of the third lens object is calculated as R5 / (N3-1) using the radius of curvature (R5) and the refractive index (N3) of the third lens. It represents the ratio of the focal length of the lens object side surface to the focal length of the entire imaging lens system.
By falling below the upper limit in the conditional expression (1), the negative refractive power on the side surface of the third lens object does not become excessively large, and excessive spherical aberration is excessively generated or coma flare of off-axis light flux is generated. Suppression is achieved. On the other hand, since the negative refractive power of the third lens object side surface can be maintained by exceeding the lower limit value, the positive Petzval sum is reduced, and in addition to the correction of the curvature of field, the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration are favorably corrected. Is planned.
Conditional expression (2) is for appropriately setting the positive refractive power of the air lens formed between the third lens image side surface and the fourth lens object side surface. The focal length fa of the air lens is such that the refractive index of the third lens with respect to the d-line is N3, the refractive index of the fourth lens with respect to the d-line is N4, the radius of curvature of the image side surface of the third lens is R6, and the object of the fourth lens. When the radius of curvature of the side is R7 and the air space on the axis of the third and fourth lenses is D6,
fa = R6 ・ R7 / {R7 ・ (1−N3) + R6 ・ (N4−1) −D6 ・ (1−N3) ・ (N4−1)}
Can be obtained.
By satisfying conditional expression (2), it is possible to correct curvature of field and distortion, and to secure telecentric characteristics of the image-side light beam.
[0012]
  Claim 2The present invention has a configuration similar to that of the first aspect of the present invention, and further includes an aperture stop disposed closest to the object side in the entire imaging lens system.
  By adopting a configuration in which the aperture stop is arranged on the most object side, the exit pupil position can be moved away from the image plane. As a result, the principal ray of the light beam emitted from the last lens surface enters the solid-state image sensor at an angle close to the perpendicular, that is, the image plane telecentric characteristics necessary for the image pickup lens used in the solid-state image sensor can be secured satisfactorily. , Shading reduction at the periphery of the screen can be reduced.
[0018]
  The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.It has the same configuration as the invention described, and the focal length f, the radius of curvature R5, and the refractive index N3 are as follows.(3)The condition of satisfying the conditional expression is adopted.
-0.40 <R5 / ((N3-1) .f) <-0.25(3)
[0019]
  Conditional expression(3)Is the conditional expression described above(1)Similarly to the above, by appropriately setting the negative refractive power of the third lens object side surface, it is a condition for facilitating correction of field curvature and flattening the image surface. This conditional expression(3)The negative refractive power of the third lens object side surface is not excessively increased more than necessary, and excessive generation of excessive spherical aberration and suppression of occurrence of coma flare of off-axis light flux are achieved. This is more desirable.
[0020]
  The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.The image side surface of the fourth lens has an origin at the apex of the image side surface, the X axis in the optical axis direction, and is perpendicular to the optical axis. When the height in the direction is h, the i-th aspherical coefficient of the image side surface of the fourth lens is Ai, the radius of curvature of the image side surface of the fourth lens is R8, and the cone coefficient of the image side surface of the fourth lens is K8. ,(5)Aspheric displacement X expressed by(6)In the range of the height h in the vertical direction of the optical axis where hmax × 0.5 <h <hmax with respect to the maximum effective radius hmax, the displacement amount X0 of the rotational surface of the aspherical surface represented by(4)The condition of satisfying the conditional expression is adopted.
[0021]
    X−X0 <0 (4)
[Equation 3]

[0022]
  Here, the vertex of the image side surface means the intersection of the image side surface and the optical axis.
  In general, when a plurality of lenses are used in combination, the back focus tends to be shortened as the overall length of the lens is reduced, and therefore, it is difficult to ensure the telecentric characteristics of the image-side light beam. Accordingly, the fourth lens image side surface, which is the surface closest to the image side, is aspherical, and the conditional expression(4), (5), (6)By making the aspherical shape satisfying the above, it is possible to secure the telecentric characteristics particularly in a light beam with a high angle of view.
[0023]
  Claim 5The described invention has the same configuration as that of any one of the first to fourth aspects, the first lens is formed of a glass material, and the second, third, and fourth lenses are both plastic. It is composed of materials.
[0024]
The term “formed from a plastic material” includes a case where a coating material is applied to the surface of the plastic material for the purpose of preventing reflection or improving the surface hardness. The same applies to all the following descriptions.
If the lens constituting the imaging lens is made of a plastic lens manufactured by injection molding, it is advantageous for reducing the size and weight of the imaging lens and reducing the cost. However, since the plastic material has a large refractive index change at the time of temperature change, if all the lenses are made of plastic lenses, the image point position of the entire lens varies depending on the temperature.
The configuration of the present invention is a configuration that compensates for an image point position variation at the time of a temperature change in the entire imaging lens system while using a lot of plastic lenses. That is, the positive first lens is formed of a glass material that hardly changes the refractive index when the temperature changes. The other second to fourth lenses are made of a plastic material. Among these, the second lens and the third lens are a positive lens and a negative lens having a relatively large refractive power. The effect of the change in image point position fluctuations cancels out the image point position fluctuations, and fluctuations in the image point position when the temperature changes in the entire imaging lens system can be suppressed.
[0025]
  The invention described in claim 6 is described in claim 5.When the composite focal length of the second, third, and fourth lenses is f234 and the focal length of the entire imaging lens system is f,(7)The condition of satisfying the conditional expression is adopted.
f / f234 | <0.7(7)
[0026]
  Conditional expression(7)Defines the combined focal length of a lens made of plastic. Since the image point position fluctuation due to the temperature change of the lens due to the plastic material is affected by the magnitude of the refractive power, the total focal length of the second to fourth lenses made of the plastic material is set large to reduce the total refractive power. By suppressing it, the image point position fluctuation at the time of temperature change is also reduced accordingly.
[0027]
  The invention according to claim 7 is the invention according to claim 5 or 6.While having the same configuration as the described invention, the plastic material is configured to have a saturated water absorption of 0.7% or less.
  Plastic materials have a higher saturated water absorption rate than glass materials, so if there is a sudden change in temperature, a transient non-uniform distribution of water absorption will occur, and the refractive index will not be uniform and good imaging performance will be obtained. It tends to disappear. Therefore, by using a plastic with a low saturated water absorption rate as a lens material, performance deterioration due to humidity change is reduced.
[0041]
  Claim 8The described invention includes a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit, an imaging lens that forms a subject image on the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device, and an external connection that holds the solid-state imaging device and transmits and receives electrical signals thereof An imaging unit in which a substrate having a terminal for use and a housing made of a light-shielding member having an opening for light incidence from the object side are integrally formed, and the imaging unit in the optical axis direction of the imaging lens The length is 15 [mm] or less,The imaging lens according to any one of claims 1 to 7 is provided as the imaging lens., Is adopted.
[0042]
  The above-mentioned “opening portion for light incidence” is not necessarily limited to the one that forms a space such as a hole, but refers to a portion in which a region that can transmit incident light from the object side is formed.To do.
  The above configuration is an imaging unit for meeting the demands of miniaturization and weight reduction for the purpose of mounting on a small portable electronic device, for example. In the above configuration, the most object side lens is a positive lens. Thus, the imaging lens is composed of four lenses while adopting a configuration advantageous for reducing the overall length of the lens and reducing the length of the entire imaging unit in the optical axis direction.
  In the above description, “the length of the imaging unit is 15 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. Assumes that the distance to the tip of the component is 15 mm or lessTo do.
  It is desirable to mount a large number of lenses in order to improve the image quality by correcting various aberrations, improving the telecentric characteristics of the solid-state image sensor, and so on. An imaging unit mounted on a device or the like generally has a number of lenses of about three at most, and the configuration of the present invention using four lenses is advantageous for improving the image quality. I can say that.
  Further, when the image pickup unit is downsized, each lens constituting the image pickup lens is downsized. In this case, the curvature radius of the lens surface is inevitably reduced. However, as the radius of curvature decreases, it becomes more difficult to maintain the processing accuracy of the lens. In the present invention, since the four imaging lenses are configured, it is possible to alleviate the demand for downsizing the curvature radius of the lens surface of each lens by using a plurality of lenses to distribute the refractive power. Therefore, it can be easy to maintain the processing accuracy of the lens, and it can be said to be an advantageous configuration for further improving the image quality.
  Furthermore, in order to reduce the weight of the entire imaging unit, it is only necessary to increase the number of lenses made of plastic material for each lens constituting the imaging lens instead of a general glass material.
  However, since the plastic material has a large refractive index change when the temperature changes, if all the lenses are made of plastic lenses, the image point position of the entire lens varies depending on the temperature. Such a change in the image point position due to a temperature change becomes a problem particularly in an image pickup apparatus (a so-called pan focus type image pickup apparatus) equipped with a high-pixel solid-state image pickup device and not having an autofocus mechanism. If the solid-state imaging device has a high pixel, the pixel pitch is small, and the depth of focus proportional to the pixel pitch is narrowed. Therefore, the allowable range of image point position variation is narrowed. In addition, the pan-focus imaging device is a method that focuses on a subject of several tens of centimeters as a reference distance and covers a close range from infinity to the depth of field. Therefore, the image quality of a subject at infinity or close distance is slightly defocused compared to the image quality of a subject at reference distance. This is not preferable because the image quality is extremely deteriorated.
  To solve this,An imaging lens according to any one of claims 1 to 7 is provided.
[0043]
  Claim 9The described invention includes a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit, an imaging lens that forms a subject image on the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device, and an external connection that holds the solid-state imaging device and transmits and receives electrical signals thereof An imaging unit in which a substrate having a terminal for use and a housing made of a light-shielding member having an opening for light incidence from the object side are integrally formed, and the imaging unit in the optical axis direction of the imaging lens The length is 15mm or less, and as an imaging lensClaim 1It is configured to include the described imaging lens.
Further, the 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 is L, the diagonal length on the rectangular light receiving surface of the solid-state imaging device is 2Y, and the first lens and the second lens When the total focal length of the lens is f12, 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. The following conditional expressions (8), (9), and (10) are satisfied.
L / 2Y <1.60 (8)
0.40 <f12 / f <0.70 (9)
25 <{(ν1 + ν2) / 2} −ν3 (10)
The conditional expressions (8) to (10) are conditional expressions for obtaining an imaging lens that is small in size and has excellent aberrations corrected. The symbol L in the conditional expression indicates the 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. In this case, the “image side focal point” An image point when a parallel ray parallel to the axis is incident. Further, when a parallel plate-shaped optical member such as a low-pass filter is disposed between the most image side surface of the imaging lens and the image side focal point, the equation (8) is applied after changing this to the air conversion distance. Including the case of satisfying.
First, conditional expression (8) is a conditional expression for achieving downsizing of the entire lens length. If the upper limit of conditional expression (8) is not reached, the total lens length tends to be reduced.
Furthermore, the positive refractive power of the combination of the first lens and the second lens is set by setting a value that exceeds the lower limit by conditional expression (9) for appropriately setting the combined focal length of the first lens and the second lens. Is not unnecessarily large, the occurrence of higher-order spherical aberration and coma is suppressed, and by setting the value below the upper limit, the combined positive refractive power of the first lens and the second lens is moderately It is ensured and the overall length of the lens can be reduced.
Further, by setting conditional expression (10) for correcting chromatic aberration in the first lens and the second lens having a positive refractive power and the third lens having a negative refractive power, setting a value exceeding the lower limit, Correction of chromatic aberration and lateral chromatic aberration is achieved.
According to a tenth aspect of the present invention, a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit, an imaging lens for forming a subject image on the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device, a solid-state imaging device, and an electrical signal An imaging unit in which a substrate having an external connection terminal for transmitting and receiving and a housing made of a light-shielding member having an opening for light incidence from the object side are integrally formed, and the optical axis of the imaging lens The length of the imaging unit in the direction is 15 [mm] or less, and the imaging lens according to claim 2 is provided as the imaging lens.
The distance on the optical axis from the aperture stop to the image-side focal point of the entire imaging lens system is L ′, the diagonal length on the rectangular light receiving surface of the solid-state imaging device is 2Y, and the combined focal point of the first lens and the second lens When the distance is f12, 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, It satisfies the conditional expressions (11), (12), and (13).
L '/ 2Y <1.60 (11)
0.40 <f12 / f <0.70 (12)
25 <{(ν1 + ν2) / 2} −ν3 (13)
The above conditional expressions (11) to (13) are conditional expressions for obtaining an imaging lens that is small in size and in which aberrations are favorably corrected. The symbol L ′ in the conditional expression indicates the distance on the optical axis from the aperture stop to the image side focal point of the entire imaging lens system. In this case, the “image side focal point” is parallel to the optical axis of the imaging lens. An image point when a parallel light beam is incident. Further, when a parallel plate-shaped optical member such as a low-pass filter is disposed between the aperture stop and the image side focal point, it includes a case where the expression (11) is satisfied after the air conversion distance is corrected. .
In addition, when the aperture stop is arranged on the most object side of the imaging lens, the total lens length can be the distance on the optical axis from the aperture stop to the image side focal point of the entire imaging lens system. It is desirable to do.
First, conditional expression (11) is a conditional expression for achieving downsizing of the entire lens length. If the upper limit of conditional expression (11) is not reached, the total lens length tends to be reduced.
Furthermore, the positive refractive power of the combination of the first lens and the second lens can be set by exceeding the lower limit value by conditional expression (12) that appropriately sets the combined focal length of the first lens and the second lens. Is not unnecessarily large, the occurrence of higher-order spherical aberration and coma is suppressed, and by setting the value below the upper limit, the combined positive refractive power of the first lens and the second lens is moderately It is ensured and the overall length of the lens can be reduced.
Further, by setting conditional expression (13) for correcting chromatic aberration in the first lens and the second lens having positive refractive power and the third lens having negative refractive power, setting the value above the lower limit, Correction of chromatic aberration and lateral chromatic aberration is achieved.
[0044]
  The invention according to claim 11 is the eighth, ninth or tenth aspect.It is configured to include the described imaging unit. In such a configuration, the above-described imaging unit is mounted, thereby realizing a portable terminal capable of downsizing, lightening, and imaging with high image quality.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of an imaging unit 50 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the optical axis of the imaging optical system of the imaging unit 50.
The imaging unit 50 includes a CMOS image sensor 51 as a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit 51a, an imaging optical system 10 that forms a subject image on the photoelectric conversion unit 51a of the image sensor 51, and an image sensor 51. A substrate 52 having an external connection terminal 54 for holding and transmitting and receiving the electrical signal; and a housing 53 as a lens barrel having a light incident opening from the object side and made of a light shielding member. Are integrally formed.
[0046]
In the image sensor 51, 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. A processing circuit 51b is formed. Such 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 W. The image sensor 51 converts the signal charge from the photoelectric conversion unit 51 a into an image signal such as a digital YUV signal and outputs the image signal to a predetermined circuit on the substrate 52 via the wire W. Here, Y is a luminance signal, U (= R−Y) is a color difference signal between red and the luminance signal, and V (= BY) is a color difference signal between blue and the luminance signal.
Note that the solid-state imaging device is not limited to the CMOS image sensor, and other devices such as a CCD may be used.
[0047]
The substrate 52 has a flat plate 52a for supporting the image sensor 51 and the housing 53 on one plane, and a flexible substrate having one end connected to the back surface (the surface opposite to the image sensor 51) of the support plate 52a. 52b.
The support flat plate 52a has a large number of signal transmission pads provided on the front and back surfaces, and is connected to the wire W of the image sensor 51 described above on one plane side and connected to the flexible substrate 52b on the back side. Yes.
As described above, one end of the flexible substrate 52b is connected to the support plate 52a, and the support plate 52a and an external circuit (for example, a host device on which an imaging unit is mounted) is connected via the external output terminal 54 provided at the other end. Control circuit), a voltage for driving the image sensor 51 and a clock signal are supplied from an external circuit, and a digital YUV signal can be output to the external circuit. Furthermore, the intermediate portion in the longitudinal direction of the flexible substrate 52b has flexibility or deformability, and the deformation gives the freedom to the orientation and arrangement of the external output terminals with respect to the support flat plate 52a.
[0048]
Next, the housing 53 and the imaging optical system 10 will be described. The housing 53 is fixedly mounted by bonding in a state where the image sensor 51 is housed inside the flat surface of the support plate 52a of the substrate 52 on which the image sensor 51 is provided. The imaging optical system 10 is stored and held inside the housing 53.
[0049]
As shown in FIG. 2, the imaging optical system 10 includes an IR (infrared) cut filter 24 that prevents the incidence of infrared rays from the object side, and a first lens L1, an aperture S, a second lens L2, and a third lens from the object side. And an imaging lens supported and arranged in the housing 53 in the order of L3 and the fourth lens L4. The imaging optical system 10 is for forming a subject image on the photoelectric conversion unit 51a of the image sensor 51 through the lenses L1, L2, L3, and L4. In FIG. 2, the left side is the object side and the right side is the image side, and the alternate long and short dash line in FIG. 2 is the optical axis L common to the lenses L1, L2, L3, and L4.
The IR cut filter 24 is made of a material having infrared absorption characteristics, and is bonded to the object side surface of the casing 53.
The diaphragm S has a function of determining the F number of the entire imaging lens system.
[0050]
The housing 53 includes a base body 55 that is directly fixed to the substrate 52, a lens holder 56 that holds the fourth lens L4, and a lens holder that holds all the lenses L1, L2, L3, and L4 by the lens holder 56. 57, which are integrally connected to form a substantially cylindrical shape as a whole. Further, the lens holder 57, the lens holder 56, and the base body 55 are set so that their center lines are on the same axis in a state where they are integrally connected.
The lens holder 57, the lens holder 56, and the base body 55 are arranged in this order from the object side at the time of imaging, and all have a substantially cylindrical shape. The base body 55 has the largest inner diameter, and stores the lens holder 56 therein. A female screw is formed on the inner peripheral surface of the base body 55, and a male screw is formed on the outer peripheral surface of the lens holder 56, and these are screwed together and connected. The lens holder 56 has an inner diameter larger than that of the lens holder 57 and stores the lens holder 57 inside the lens holder 56. A female screw is formed on the inner peripheral surface of the lens holder 56, and a male screw is formed on the outer peripheral surface of the lens retainer 57, and these are screwed together and connected.
[0051]
Here, a part of each of the lenses L1 to L4 will be described.
An imaging unit having a plurality of lenses is also described in Japanese Patent Application No. 2002-083880 filed by the same applicant as the present application. The type of lens described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-083880 is a type in which all lenses are plastic lenses and both high performance and mass productivity are compatible. On the other hand, however, the plastic lens has a problem that the refractive index changes according to the temperature change and the fluctuation of the image point position becomes large. Further, in a small image pickup apparatus having a small image pickup lens, there is often a so-called pan focus method that does not have a lens focusing mechanism. The effects of this can be non-negligible. Therefore, each of the lenses L1 to L4 used in the optical system of the imaging unit 50 of the present embodiment is designed to suppress the influence on the temperature change by the configuration shown below.
As will be described later, each of the lenses L1 to L4 is formed of a glass material, and L2 to L4 are formed of a plastic material.
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. Accordingly, each of the lenses L2 to L4 is formed by injection molding using plastic as a material.
Since the lenses L2 to L4 are formed by injection molding, a flange portion can be provided on the outer periphery of each lens. The fourth lens L4 has a flange portion having the largest outer shape compared to the others, and a concave portion is formed on the object side surface of the flange portion. Then, the third lens L3 is fitted into the concave portion together with the flange portion. At this time, the imaging lens L3 and the fourth lens L4 are formed with recesses so that their optical axes coincide.
The third lens L3 has a flange portion whose outer shape is larger than that of the second lens L2, and a concave portion is formed on the object side surface of the flange portion. And the 2nd lens L2 is engage | inserted by this recessed part with the flange part. At this time, the concave portions are formed so that the optical axes of the second lens L2 and the third lens L3 coincide.
The second lens L2 has a flange portion whose outer shape is larger than that of the first lens L1, and a concave portion is formed on the object side surface of the flange portion. And the 1st lens L1 is engage | inserted by this recessed part. At this time, the first lens L1 and the second lens L2 are recessed so that their optical axes coincide.
Accordingly, the lenses L1 to L4 can overlap each other on the same straight line by overlapping each other through the respective flange portions.
And since the accuracy in the axial direction of each concave portion and each convex portion of each lens L2 to L4 can also be made possible by injection molding, the optical axis interval between each lens L1, L2, L3, L4 is also a predetermined value. It is possible to maintain accuracy. For these reasons, it is possible to improve the assembly accuracy of the optical system. Furthermore, assembly is easy and productivity is improved.
[0052]
For each of the lenses L1 to L4, the description of the housing 53 is resumed based on the above assumption.
The lens holder 56 of the casing 53 has a bottomed cylindrical shape whose end on the image side is closed, and the central portion of the bottom surface is greatly penetrated to allow external light to pass therethrough. On the other hand, the lens holder 57 has a bottomed cylindrical shape whose end on the object side is closed, and the central portion of the bottom surface is greatly penetrated to allow external light to pass therethrough. The inner diameter of the lens holder 56 is set equal to the outer shape of the fourth lens L4. By storing the fourth lens L4, the center line of the lens holder 56 and the optical axis of the fourth lens L4 are made to coincide. Can be positioned. Then, as described above, when the lens holder 57 is attached to the lens holder 56 with the lenses L1 to L4 being overlaid, the lens L1 to L4 in the overlaid state is sandwiched between the bottom surfaces. The center line of the base body 55, the lens holder 56 and the lens holder 57 and the optical axes of the lenses L1 to L4 can all be aligned on the same axis. The housing 53 is fixedly mounted on the substrate 52 so that the center line of the lens holder 56 and the like coincide with the center of the photoelectric conversion surface 51a of the image sensor 51. The casing 53 supports the fourth lens L4 only with the inner peripheral surface and the inner bottom surface of the lens holder 56, supports only the outer periphery of the first lens L1 with only the inner bottom surface of the lens holder 57, and the other. None of the inner peripheral parts are in contact with the lenses L1, L2, L3, and L4.
Further, since the center line of the screw portion between the base body 55 and the lens holder 56 coincides with the optical axis of each of the lenses L1 to L4, the image is set so that the in-focus state is optimal by the rotation operation of the lens holder 56. It is possible to adjust the position of each of the lenses L1 to L4 with respect to the sensor 51. Note that after the lens position is adjusted, the base body 55 and the lens holder 56 are bonded and fixed.
[0053]
Further, the first light-shielding mask 21 and the second light-shielding are respectively provided between the object-side end surface of the housing 53, between the second lens L2 and the third lens L3, and between the third lens L3 and the fourth lens L4. A mask 22 and a third light shielding mask 23 are arranged. The light shielding masks 21, 22, and 23 each have a circular opening and are arranged for the purpose of cutting unnecessary light that does not contribute to image formation.
Each of the masks 21, 22 and 23 is provided with a through hole having a predetermined inner diameter at the center of a disk-shaped member that blocks light. The center line is equipped so as to coincide with the optical axis of each of the lenses L1 to L4.
[0054]
As described above, the first light-shielding mask 21 is provided on the object-side end surface of the housing 53. The second light shielding mask 22 is disposed in the recess of the third lens L3 and is sandwiched between the second lens L2 and the third lens L3. The third light shielding mask 23 is disposed in the recess of the fourth lens L4 and is sandwiched between the third lens L3 and the fourth lens L4.
The third lens L3 and the fourth lens L4 have recesses for storing the light-shielding masks 22 and 23 in the recesses, respectively, and affect the distance between the lenses L2 to L4 in the fitted state. The structure does not reach.
[0055]
By the mutual action of the stop S and the light shielding masks 21, 22, and 23, the light incident from the object side is prevented from entering outside the lens effective diameter of each of the lenses L1, L2, L3, and L4. Generation of ghosts and flares can be suppressed.
[0056]
A usage mode of the imaging unit 50 described above will be described. FIG. 3 shows a state in which the imaging unit 50 is installed in a mobile phone 100 as a mobile terminal. FIG. 4 is a control block diagram of the mobile phone 100.
In the imaging unit 50, for example, the object side end surface of the casing 53 in the imaging optical system is provided on the back surface of the mobile phone 100 (the liquid crystal display unit side is the front surface), and is disposed at a position corresponding to the lower side of the liquid crystal display unit. Is done.
The external connection terminal 54 of the imaging unit 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.
On the other hand, as shown in FIG. 4, the mobile phone 100 controls each part in an integrated manner, and also supports a control part (CPU) 101 that executes a program corresponding to each process, and supports and inputs a number and the like with keys. An input unit 60, a display unit 70 for displaying captured images in addition to predetermined data, a wireless communication unit 80 for realizing various information communication with an external server, a system program for the mobile phone 100, A storage unit (ROM) 91 storing various processing programs and necessary data such as a terminal ID, and various processing programs and data executed by the control unit 101, or processing data, or imaging data by the imaging unit 50, etc. And a temporary storage unit (RAM) 92.
Then, the image signal input from the imaging unit 50 is stored in the storage unit 92 or displayed on the display unit 70 by the control system of the mobile phone 100, and further, video information is transmitted via the wireless communication unit 80. Sent to the outside.
[0057]
【Example】
Next, although the specification of an imaging lens is demonstrated based on Example 1, 2, 3, 4, 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 effective screen (diagonal length on rectangular light receiving surface of 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
[0058]
In each of the embodiments, the aspherical shape is a rectangular coordinate system in which the vertex of the surface is the origin and the optical axis direction is the X axis, the vertex curvature radius is R, the conic constant is K, and the aspheric coefficient is A4, A6. , A8, A10, and A12 are represented by the following “Equation 5”.
[0059]
[Equation 5]

[0060]
  (First embodiment)
  FIG. 5 illustrates the present invention.Example 1It is typical sectional drawing of the small imaging lens concerning.
  Tables 1, 2 and 3 show the lens data.
[0061]
[Table 1]

[0062]
[Table 2]

[0063]
[Table 3]

[0064]
In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, L3 is a third lens, L4 is a fourth lens, and S is a diaphragm. FIG. 6 is an aberration diagram of Example 1 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
The first lens L1 is made of a glass material, and the second lens L2 and the fourth lens L4 are polyolefin plastic lenses and have a saturated water absorption rate of 0.01% or less. The third lens L3 is a polycarbonate plastic lens having a saturated water absorption rate of 0.4%.
The change in the refractive index nd depending on the temperature of the plastic material is as shown in Table 4. As a result, the back focus change amount (ΔfB) when +30 [° C.] rises with respect to normal temperature (20 [° C.]) is +0.001 [mm].
[0065]
[Table 4]

[0066]
(Example 2)
  FIG. 12 shows the present invention.Example 2It is typical sectional drawing of the small imaging lens concerning.
  Lens data are shown in Tables 5, 6, and 7.
[0067]
[Table 5]

[0068]
[Table 6]

[0069]
[Table 7]

[0070]
FIG. 7 is an aberration diagram of Example 2 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
The first lens L1 is made of a glass material, and the second lens L2 and the fourth lens L4 are polyolefin plastic lenses and have a saturated water absorption rate of 0.01% or less. The third lens L3 is a polycarbonate plastic lens having a saturated water absorption rate of 0.4%.
The change in the refractive index nd depending on the temperature of the plastic material is as shown in Table 8. As a result, the back focus change amount (ΔfB) when +30 [° C.] rises with respect to normal temperature (20 [° C.]) is +0.001 [mm].
[0071]
[Table 8]

[0072]
(Third embodiment)
Tables 9, 10, 11, and 12 show the lens data.
[0073]
[Table 9]

[0074]
[Table 10]

[0075]
[Table 11]

[0076]
[Table 12]

[0077]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a small imaging lens according to the third embodiment. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, L3 is a third lens, L4 is a fourth lens, and S is a diaphragm. FIG. 9 is an aberration diagram of Example 3 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
This embodiment is a design example in which the aperture stop S is disposed closest to the object side, and the parallel plate F corresponding to an infrared cut filter is disposed closest to the image side.
The first lens L1 is made of a glass material, the second lens L2 and the fourth lens L4 are polyolefin-based plastic lenses, and the saturated water absorption is 0.01% or less. The third lens L3 is a polycarbonate plastic lens having a saturated water absorption rate of 0.4%.
The change in the refractive index nd depending on the temperature of the plastic material is as shown in Table 12. As a result, the back focus change amount (ΔfB) when +30 [° C.] rises with respect to normal temperature (20 [° C.]) is −0.006 [mm].
[0078]
(Fourth embodiment)
Lens data are shown in Tables 13, 14, 15, and 16.
[0079]
[Table 13]

[0080]
[Table 14]

[0081]
[Table 15]

[0082]
[Table 16]

[0083]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a small imaging lens according to the fourth embodiment. In the figure, L1 is a first lens, L2 is a second lens, L3 is a third lens, L4 is a fourth lens, and S is a diaphragm. FIG. 11 is an aberration diagram of Example 4 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
This embodiment is a design example in which the aperture stop S is arranged on the most object side, and parallel plates F and P corresponding to the seal glass of the solid-state image sensor are arranged on the most image side.
The first lens L1 is made of a glass material, the second lens L2 and the fourth lens L4 are polyolefin-based plastic lenses, and the saturated water absorption is 0.01% or less. The third lens L3 is a polycarbonate plastic lens having a saturated water absorption rate of 0.4%.
The change in the refractive index nd depending on the temperature of the plastic material is as shown in Table 16. As a result, the back focus change amount (ΔfB) when +30 [° C.] rises relative to normal temperature (20 [° C.]) is +0.010 [mm].
[0084]
(Other)
Here, the back focus change amount (ΔfB) at the time of temperature rise in each of the above embodiments is a value obtained by ignoring the influence of the thermal expansion of the plastic lens at the time of temperature rise. This is because the image point position fluctuation at the time of temperature change is mainly caused by the refractive index change of the plastic lens.
[0085]
In each of the above embodiments, the telecentric characteristics of the image-side light beam are not always sufficiently designed. The telecentric characteristic means that the principal ray of the light beam for each image point is almost parallel to the optical axis after exiting the final lens surface. In other words, the exit pupil position of the optical system is sufficiently far from the image plane. It is. When the telecentric characteristic is deteriorated, a light beam is incident on the solid-state imaging device obliquely, and a phenomenon (shading) in which the substantial aperture efficiency is reduced in the peripheral portion of the screen occurs, resulting in insufficient peripheral light amount. However, with the recent technology, the above-described shading phenomenon can be reduced by reviewing the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device and the microlens array. Therefore, the present embodiment is a design example aiming at further miniaturization for the part where the requirement of the telecentric characteristic is relaxed.
[0086]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the present invention, the positive lens group having a relatively large refractive power and the negative lens are sequentially arranged from the object side, and this configuration makes it possible to easily reduce the overall length of the lens. . Furthermore, it is possible to reduce the overall length of the lens by directing the convex surface of the first lens toward the object side.
  Furthermore, with regard to aberration correction, the positive refractive power can be shared by arranging the two positive lenses of the first lens and the second lens having the positive refractive power closest to the object side, and spherical aberration and coma aberration can be shared. Occurrence can be suppressed.
  Further, spherical aberration, coma aberration, and astigmatism can be favorably corrected by making the third lens a meniscus negative lens having a concave surface directed toward the object side. Furthermore, by making the fourth lens have a meniscus shape with a convex surface facing the object side, it becomes easy to ensure the telecentric characteristics of the image-side light beam at the periphery of the screen.
Furthermore, according to the first aspect of the present invention, the negative refracting power on the side surface of the third lens object is prevented from becoming excessive by setting to be lower than the upper limit value according to the conditional expression (1). Generation of excessive spherical aberration and coma flare of off-axis light flux can be suppressed, and good image quality can be obtained. Also, by setting the value above the lower limit, the negative refractive power of the third lens object side surface can be maintained, the positive Petzval sum is reduced, and the correction of curvature of field and the correction of longitudinal chromatic aberration and lateral chromatic aberration are improved. Can be done.
Furthermore, based on the conditional expression (2), the positive refractive power of the air lens formed between the third lens and the fourth lens can be set appropriately, correction of curvature of field and distortion, and image side It becomes possible to ensure the telecentric characteristics of the light flux in a well-balanced manner.
[0089]
  Claim 2The described invention includes an aperture stop that is disposed closest to the object side in the entire imaging lens system, so that the principal ray of the light beam emitted from the lens final surface is moved to the solid-state imaging device with the exit pupil position away from the image plane. It is possible to make the light incident at an angle close to vertical, it is possible to satisfactorily ensure the image plane telecentric characteristics necessary for the imaging lens used in the solid-state imaging device, and to reduce the shading reduction in the peripheral portion of the screen.
[0093]
  Claim 3In the described invention, by setting the upper limit value of R5 / ((N3-1) · f) to a more desirable value, the negative refractive power on the side surface of the third lens object does not become excessively large, and is excessive. Therefore, it is possible to suppress excessive generation of spherical aberration and occurrence of coma flare of off-axis light flux.
[0094]
  Claim 4According to the described invention, the side surface of the fourth lens image that is the surface located closest to the image side is defined by the conditional expression.(4)By making the aspherical shape satisfying the above, it is possible to secure the telecentric characteristic particularly in a light beam with a high angle of view.
[0095]
  Claim 5According to the described invention, the positive first lens is made of a glass material that hardly changes the refractive index when the temperature changes, and the other second to fourth lenses are made of a plastic material. And the third lens are a positive lens and a negative lens having a relatively large refractive power, the influence on the image point position fluctuation at the time of temperature change can be offset, and at the time of temperature change in the entire imaging lens system It is possible to suppress fluctuations in the image point position.
  Therefore, it is possible to reduce the size and weight and reduce the cost, which are the effects of the plastic material, while reducing the influence of the plastic material.
  Further, by making the first lens a glass lens, it is not necessary to expose a plastic lens that is easily damaged, and it is possible to improve maintainability.
  Furthermore, since both the first lens and the second lens have positive refracting power and share the necessary refracting power, the curvature radius of each lens does not have to be extremely small. The processing of the glass lens as the first lens can be facilitated and the productivity can be improved.
  Furthermore, since the second to fourth lenses are made of a plastic material, the shape of the flange portion outside the lens effective diameter can be freely designed by integral molding. If the flange portions of the lenses can be freely fitted to each other, it is possible to adopt a structure that allows the optical axes of a plurality of lenses to be easily matched. Further, when the flange has a structure that defines the distance between the lenses, a spacer is not required, and the productivity can be improved by reducing the number of parts.
  In addition, since the lens is formed of a plastic material, an aspherical surface can be easily formed on the lens, and aberration correction can be easily performed.
[0096]
  Claim 6The invention described is a conditional expression(7)By setting so as to satisfy the above, it is possible to set the synthetic focal length of the plastic lens to be large so as to reduce the total refractive power and to suppress the image point position fluctuation at the time of temperature change.
[0097]
  Claim 7In the described invention, a plastic lens having a saturated water absorption rate of 0.7% or less is used as a plastic material, thereby suppressing non-uniform refractive index due to a sudden change in humidity and maintaining better imaging performance. It is possible to obtain the advantages of the above.
[0105]
According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to provide an imaging unit having advantages such as downsizing, weight reduction, and high image quality by mounting an imaging lens capable of realizing each of the above-described effects. .
[0106]
According to the ninth aspect of the present invention, the total lens length can be shortened and the outer diameter of the lens can be synergistically reduced by setting the value lower than the upper limit value according to conditional expression (8). Therefore, this makes it possible to reduce the overall size and weight.
Further, by following the conditional expression (9), by setting the value to exceed the lower limit, the magnitude of the positive refractive power of the combination of the first lens and the second lens is moderately suppressed, and higher-order spherical aberration and The occurrence of coma aberration can be suppressed to a small value, and by setting the value below the upper limit value, the combined positive refractive power of the first lens and the second lens can be appropriately secured, and the total lens length can be shortened. .
Furthermore, by following the conditional expression (10), it is possible to correct axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration in a well-balanced manner by setting a value that exceeds the lower limit.
Conditional expressions (8) to (10) are conditional expressions for obtaining an image pickup lens that is small in size and has excellent aberration correction. That is, conditional expression (8) is a conditional expression for achieving a reduction in the overall length of the lens. If the upper limit of conditional expression (8) is not reached, the total lens length tends to be reduced. The symbol L in the conditional expression indicates the 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. In this case, the “image side focal point” An image point when a parallel ray parallel to the axis is incident.
In the invention according to claim 10, by following the conditional expression (11), the total lens length can be shortened and the lens outer diameter can be synergistically reduced by setting the lower limit value. Therefore, this makes it possible to reduce the overall size and weight.
Further, by following the conditional expression (12), by setting the value to exceed the lower limit, it is possible to moderately suppress the magnitude of the combined positive refractive power of the first lens and the second lens, The occurrence of coma aberration can be suppressed to a small value, and by setting the value below the upper limit value, the combined positive refractive power of the first lens and the second lens can be appropriately secured, and the total lens length can be shortened. .
Furthermore, by following the conditional expression (13), it is possible to correct axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration in a well-balanced manner by setting a value that exceeds the lower limit.
Conditional expressions (11) to (13) are conditional expressions for obtaining an imaging lens that is small in size and in which aberrations are favorably corrected. That is, conditional expression (11) is a conditional expression for achieving a reduction in the overall length of the lens. If the upper limit of conditional expression (13) is not reached, the total lens length tends to be reduced. The symbol L ′ in the conditional expression indicates the distance on the optical axis from the aperture stop to the image side focal point of the entire imaging lens system. In this case, the “image side focal point” is parallel to the optical axis of the imaging lens. An image point when a parallel light beam is incident.
[0107]
  According to the invention of claim 11, claim 8, 9 or 10By mounting an imaging unit capable of realizing each effect of the described invention, it is possible to provide a portable terminal that can be downsized, reduced in weight, and capable of imaging with high image quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an imaging unit according to an embodiment of the invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a cross section including an optical axis of each lens of an imaging lens unit.
3A is a front view of a mobile phone to which an imaging unit is applied, and FIG. 3B is a rear view of the mobile phone to which an imaging unit is applied.
4 is a control block diagram of the mobile phone of FIG. 3. FIG.
[Figure 5]Example 1 of the present inventionIt is typical sectional drawing of the small imaging lens concerning.
6 is an aberration diagram of Example 1 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma). FIG.
7 is an aberration diagram of Example 2 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma). FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a small imaging lens according to Example 3;
9 is an aberration diagram of Example 3 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma). FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a small image pickup lens according to Example 4;
FIG. 11 is an aberration diagram of Example 4 (spherical aberration, astigmatism, distortion, and meridional coma).
12 is a cross-sectional view of a small imaging lens according to Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
  L1 first lens
  L2 second lens
  L3 3rd lens
  L4 4th lens
  S Aperture stop
  50 Imaging unit
  100 Mobile phone (mobile terminal)

Claims (11)

The first lens disposed from the object side, the second lens, third lens, a fourth lens,
The first lens has a positive refractive power and has a convex surface directed toward the object side, the second lens has a positive refractive power, and the third lens has a negative refractive power and faces the object side. a meniscus shape having a concave surface, said fourth lens is Ri meniscus der having a convex surface directed to the object side and has a positive or negative refractive power,
The focal length of the entire imaging lens is f, the radius of curvature of the object side surface of the third lens is R5, the refractive index with respect to the d-line of the third lens is N3, the image side surface of the third lens and the object side surface of the fourth lens. An imaging lens that satisfies the following conditional expressions (1) and (2), where fa is the focal length of the air lens formed by:
−0.40 <R5 / ((N3-1) .f) <− 0.20 (1)
0.30 <fa / f <0.50 (2)   The imaging lens according to claim 1, further comprising an aperture stop disposed closest to the object side in the entire imaging lens system. The imaging lens according to claim 1 or 2 , wherein the following conditional expression ( 3 ) is satisfied for the focal length f, the radius of curvature R5, the refractive index N3, and the focal length fa.
-0.40 <R5 / ((N3-1) .f) <-0.25 ( 3 ) The image side surface of the fourth lens is
The vertex of the image side surface is the origin, the X axis is 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 fourth lens is Ai, When the radius of curvature of the image side surface of the fourth lens is R8 and the cone coefficient of the image side surface of the fourth lens is K8,
The aspherical displacement amount X expressed by the following equation ( 5 ) and the rotational aspherical surface component displacement amount X0 of the aspherical surface expressed by the following equation ( 6 ) are hmax × 0.5 <h with respect to the maximum effective radius hmax. The imaging lens according to any one of claims 1 to 3 , wherein the following conditional expression ( 4 ) is satisfied within a range of an arbitrary height h in the vertical direction of the optical axis at which hmax is satisfied.
X−X0 <0 ( 4 )

Wherein the first lens is formed of a glass material, said second, third, fourth lens is characterized in that it is formed from any plastic material, according to any one of claims 1 4 Imaging lens. The second, third, a composite focal length of the fourth lens F 234, the focal length of the imaging lens system when is f, according to claim 5, characterized by satisfying the conditional expression (7) below Imaging lens.
f / f234 | <0.7 (7) The imaging lens according to claim 5 or 6 , wherein the plastic material is a material having a saturated water absorption rate of 0.7% or less. A solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit; an imaging lens that forms a subject image on the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device; and an external connection terminal that holds the solid-state imaging device and transmits and receives electrical signals thereof. An imaging unit in which a substrate and a housing made of a light shielding member having an opening for light incidence from the object side are integrally formed,
The length of the imaging unit in the optical axis direction of the imaging lens is 15 [mm] or less,
An imaging unit comprising the imaging lens according to claim 1 as the imaging lens. A solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit; an imaging lens that forms a subject image on the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device; and an external connection terminal that holds the solid-state imaging device and transmits and receives electrical signals. An imaging unit in which a substrate and a housing made of a light shielding member having an opening for light incidence from the object side are integrally formed,
The length of the imaging unit in the optical axis direction of the imaging lens is 15 [mm] or less,
The imaging lens according to claim 1 as the imaging lens,
The 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 is L, the diagonal length on the rectangular light receiving surface of the solid-state imaging device is 2Y, and the first lens and the second lens are combined. When the focal length is f12, 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 image pickup unit satisfying the conditional expressions (8), (9), and (10) .
L / 2Y <1.60 (8)
0.40 <f12 / f <0.70 (9)
25 <{(ν1 + ν2) / 2} −ν3 (10) A solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit; an imaging lens that forms a subject image on the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device; and an external connection terminal that holds the solid-state imaging device and transmits and receives electrical signals. An imaging unit in which a substrate and a housing made of a light shielding member having an opening for light incidence from the object side are integrally formed,
The length of the imaging unit in the optical axis direction of the imaging lens is 15 [mm] or less,
The imaging lens according to claim 2, as the imaging lens.
The distance on the optical axis from the aperture stop to the image-side focal point of the entire imaging lens system is L ′, the diagonal length on the rectangular light receiving surface of the solid-state imaging device is 2Y, and the combined focal length of the first lens and the second lens is When f12 represents the focal length of the entire imaging lens system, f represents the Abbe number of the first lens, ν1 represents the Abbe number of the second lens, and ν3 represents the Abbe number of the third lens, the following (11 ), (12), and (13) satisfying the conditional expressions .
L '/ 2Y <1.60 (11)
0.40 <f12 / f <0.70 (12)
25 <{(ν1 + ν2) / 2} −ν3 (13) A portable terminal comprising the imaging unit according to claim 8, 9 or 10 .

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