CN102033301A - 摄像镜头、摄像模块、摄像镜头的制造方法以及摄像模块的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可实现图像周边的高分辨率化的摄像镜头、摄像模块、摄像镜头的制造方法以及摄像模块的制造方法。本发明的摄像镜头,在单透镜的中心厚度为d1、单透镜的边缘厚度为d1′、从单透镜的朝向像面侧的面的中心到像面的空气换算长度为d2时,满足数学式(1)以及(2),即:0.080<d1/d2<0.22(1);d1′/d1<1.00(2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在便携式终端上搭载的摄像镜头、摄像模块、摄像镜头的制造方法以及摄像镜头模块的制造方法。
背景技术
作为摄像模块,现已开发出各种内置有CCD(Charge Coupled Device:电荷耦合装置)以及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:互补金属氧化物半导体)等固体摄像元件的小型数码照相机以及数码摄像器件等。尤其是,随着近年来便携式信息终端以及便携式电话机等便携式的终端设备的普及,搭载于这些终端上的摄像模块被要求具有高分辨率、小型以及薄型的特性。
作为可满足上述要求的技术,目前,对上述摄像模块所具备的摄像镜头进行高分辨率化、小型化以及薄型化的技术受到关注。作为此类技术的例子,专利文献1~4中揭示了具备以下结构的摄像镜头。
在专利文献1~4所揭示的摄像镜头中,从其物体(被摄体)侧至像面(成像面)侧,依次设置有孔径光阑以及单透镜。另外,该单透镜是由1个透镜构成的、凹面朝向物体侧的众所周知的弯月形透镜。
在上述摄像镜头中,为了实现成像所获得的像的边缘及其附近的部分(以下,称之为“像周边”)的高分辨率化,要求上述摄像镜头具有较广的可成像角度,即视角。并且,为了获得具有广视角的摄像镜头而有效的方法是,将单透镜的有效孔径上的,相对于该摄像镜头的光轴的法线方向上的端部(以下,称之为“单透镜的边缘”)形成为其厚度充分小于单透镜的中心厚度的方法。
专利文献4所揭示的摄像镜头具有可满足数学式(A)的结构,由此,能够使单透镜的边缘厚度小于单透镜的中心厚度。
0.5≤d1′/d1≤0.9(A)
在此,d1′是表示单透镜的至少包括1个光学面的区域中最薄的部分的厚度,d1是单透镜的中心厚度。
另外,专利文献4中所揭示的摄像镜头具有可满足数学式(B)的结构,由此,能够获得具有广视角的摄像镜头。
0.6≤Y′/f1(B)
在此,f1是透镜系统整体的焦距,Y′是最大像高。
专利文献1:日本国公开专利公报,特开平4-191716号公报(公开日:1992年7月10日)
专利文献2:日本国公开专利公报,特开2001-221904号公报(公开日:2001年8月17日)
专利文献3:日本国公开专利公报,特开2002-98885号公报(公开日:2002年4月5日)
专利文献4:日本国公开专利公报,特开2003-57538号公报(公开日:2003年2月26日)
专利文献5:日本国公开专利公报,特开2009-018578号公报(公开日:2009年1月29日)
专利文献6:日本国公开专利公报,特开2009-023353号公报(公开日:2009年2月5日)
在专利文献4所揭示的摄像镜头中,由于相对于光学全长(可对光学特性造成某种影响的全构成要素在光轴方向上的尺寸总和)而言,从单透镜至像面的距离极短,因此,即使在满足包括数学式(A)以及(B)在内的该文献中所记载的各数学式的情况下,也难以通过该单透镜将物体边缘及其周围(以下,称之为“物体的周边部分”)的光聚集到像面上的所希望的点上。其结果,该摄像镜头仍然存在难以获得所希望的广视角、难以实现像周边的高分辨率化(图像周边模糊)的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而开发的,其目的在于提供一种可实现像周边的高分辨率化的摄像镜头、摄像模块、摄像镜头的制造方法以及摄像模块的制造方法。
为了达成上述目的,本发明的摄像镜头,从其物体侧至像面侧,依次设置有孔径光阑以及单透镜,上述单透镜是凹面朝向物体侧的弯月形透镜,该摄像镜头的特征在于:在上述单透镜的中心厚度为d1、上述单透镜的边缘厚度为d1′、从上述单透镜的朝向像面侧的面的中心至像面的空气换算长度为d2时,该摄像镜头满足数学式(1)以及(2)。
即:0.080<d1/d2<0.22(1);d1′/d1<1.00(2)。
其中,空气换算长度是指介质的几何学长度除以该介质的折射率而获得的长度。
根据上述结构,通过使本发明的摄像镜头满足数学式(1),相对于光学全长,能够将相当于从单透镜至像面的实际间隔距离的d2设定为充分长的距离,因此,可通过单透镜,将物体周边部分的光确实地聚集到像面上的所希望的点上。其结果,通过本发明提供的摄像镜头,可简单地获得所希望的广视角,并且,可简单地实现像周边的高分辨率化。
此外,根据上述结构,通过使本发明的摄像镜头满足数学式(2),能够将单透镜的边缘厚度d1′形成为小于单透镜的中心厚度d1的厚度,因此能够实现广视角,从而,在像周边,容易实现更高的分辨率化。
因此,根据本发明的摄像镜头,可实现像周边的更高的分辨率化。
另外,本发明的摄像模块的特征在于包括:上述本发明的摄像镜头、设置在上述摄像镜头的像面上的固体摄像元件。
根据上述结构,能够实现与本发明的摄像镜头具有相同效果的摄像模块。
此外,本发明的摄像镜头的制造方法是用于制造上述本发明的摄像镜头的制造方法,包括:将被成形物成形为由多个上述单透镜构成的透镜阵列的成形工序;将上述透镜阵列分割成单个摄像镜头的工序。
另外,本发明的摄像模块的制造方法是用于制造上述本发明的摄像模块的制造方法,包括:将被成形物成形为由多个上述单透镜构成的透镜阵列的成形工序;将上述透镜阵列分割成单个摄像模块的工序。
根据上述结构,将多个单透镜成形到被成形物上,构成透镜阵列,并将该透镜阵列分割成单个的摄像镜头或者单个的摄像模块。因此,本发明的各制造方法均能应用于晶圆级透镜制造工艺中,尤其在批量生产时,能降低制造成本。
如上所述,本发明的摄像镜头,从其物体侧至像面侧,依次设置有孔径光阑以及单透镜,上述单透镜是凹面朝向物体侧的弯月形透镜,在上述单透镜的中心厚度为d1、上述单透镜的边缘厚度为d1′、从上述单透镜的朝向像面侧的面的中心至像面的空气换算长度为d2时,该摄像镜头满足上述数学式(1)以及(2)。
因此,本发明具有可实现像周边的更高的分辨率化的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的摄像镜头的结构的剖面图。
图2的图2(a)~图2(c)是表示图1所示的摄像镜头的各种像差特性的图表,图2(a)表示球差、图2(b)表示像散、图2(c)表示畸变。
图3是表示本发明的其他实施方式所涉及的摄像镜头的结构的剖面图。
图4的图4(a)~图4(c)是表示图3所示的摄像镜头的各种像差特性的图表,图4(a)表示球差、图4(b)表示像散、图4(c)表示畸变。
图5是表示本发明的另一其他实施方式的摄像镜头的结构的剖面图。
图6的图6(a)~图6(c)是表示图5所示的摄像镜头的各种像差特性的图表,图6(a)表示球形面误差、图6(b)表示像散、图6(c)表示畸变。
图7是表示本发明的摄像模块的结构的剖面图。
图8是表示本发明的其他摄像模块的结构的剖面图。
图9的图9(a)~图9(d)是说明本发明的摄像镜头以及摄像模块的制造方法的剖面图。
图10的图10(a)~图10(d)是说明本发明的摄像镜头以及摄像模块的其他制造方法的剖面图。
图11是分别表示热可塑性树脂以及热硬化性树脂的,d线上的摄像镜头整体的折射率以及阿贝数之间的关系的表。
图12是表示图11所示的各关系的图表。
图13的图13(a)~图13(c)是表示本发明的摄像镜头的相对于空间频率特性的MTF(Modulation Transfer Function:调节传导系数)的图表,图13(a)表示图1所示的摄像镜头的特性,图13(b)表示图3所示的摄像镜头的特性,图13(c)表示图5所示的摄像镜头的特性。
图14的图14(a)~图14(c)是表示本发明的摄像镜头的相对于像面位置的MTF变化的图表,图14(a)表示图1所示的摄像镜头的特性,图14(b)表示图3所示的摄像镜头的特性,图14(c)表示图5所示的摄像镜头的特性。
<附图标记说明>
1、31、51摄像镜头
2孔径光阑
3物体
60、70、137、147摄像模块
62、136、145传感器(固体摄像元件)
141透镜阵列
CG、135、144防护玻璃罩
d1单透镜的中心厚度
d2从单透镜的朝向像面侧的面至像面的空气换算长度
d1′单透镜的边缘厚度
S1单透镜的朝向物体侧的面
S2单透镜的朝向像面侧的面
s1单透镜的朝向物体侧的面的中心
s2单透镜的朝向像面侧的面的中心
S5像面
具体实施方式
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的摄像镜头的结构的剖面图。
图3是表示本发明的其他实施方式所涉及的摄像镜头的结构的剖面图。
图5是表示本发明的另一其他实施方式所涉及的摄像镜头的结构的剖面图。
以下,在说明图1所示的摄像镜头1、图3所示的摄像镜头31以及图5所示的摄像镜头51所共有的技术内容时,为了便于说明,将这些摄像镜头统称为“本发明的摄像镜头”。
具体而言,图1、图3以及图5均为表示本发明的摄像镜头的X方向(图面的左右方向)以及Y方向(图面的上下方向)上的剖面的图。X方向表示从物体3侧至像面S5侧的方向,本发明的摄像镜头的光轴La大致沿该X方向而成。Y方向表示相对于X方向呈垂直的方向,本发明的摄像镜头的光轴La的法线方向大致沿该Y方向而成。
在本发明的摄像镜头,从其物体3侧至像面S5侧,依次设有孔径光阑2、单透镜L1以及防护玻璃罩(像面保护玻璃)CG。
具体而言,以包围单透镜L1的朝向物体3侧的面(透镜物体侧面)S1的周围的方式设置孔径光阑2。设置孔径光阑2的目的在于控制入射光的轴上光束的直径,使得射入本发明的摄像镜头中的光能够适当地通过单透镜L1。
物体3是用于本发明的摄像镜头进行成像的对象物,换言之,是本发明的摄像镜头的拍摄对象,即被摄体。
单透镜L1是朝向物体3侧的面S1为凹面的、众所周知的弯月形透镜。而且此时,单透镜L1的凸面则朝向像面S5侧,但是单透镜L1的朝向像面S5侧的面(透镜像侧面)S2为非球面。
在此,透镜的凸面是指透镜的球状表面向外侧弯曲的部分。透镜的凹面是指透镜的弯曲成中空状的部分,即透镜的向内侧弯曲的部分。
防护玻璃罩CG被设置在单透镜L1和像面S5之间。防护玻璃罩CG用于遮盖像面S5,以保护像面S5不受物理性损伤等。防护玻璃罩CG包括朝向物体3侧的面(物体侧面)S3和朝向像面S5侧的面(像侧面)S4。
像面S5是与本发明的摄像镜头的光轴La相垂直地形成像的面。而在设置到像面S5上的未图示的屏幕上,能够观察到实像。另外,在具备有本发明的摄像镜头的摄像模块中,在其像面S5上配置有摄像元件。
距离d1是从面S1的中心s1至面S2的中心s2的距离,相当于单透镜L1的中心厚度。
距离d2是从面S2的中心s2至像面S5的距离(空气换算),相当于从单透镜L1的朝向像面S5侧的面S2的中心s2至像面S5的空气换算长度。在此,空气换算长度表示介质的几何学长度除以该介质的折射率所获得的长度。
距离d1′是从面S1的有效口径的端部即边缘e1至面S2的有效口径的端部即边缘e2的距离,相当于单透镜L1的缘部的厚度。
在此,由于本发明的摄像镜头具有立体结构,因此,边缘e1相当于面S1的有效口径的整个边缘(例如,圆周),而边缘e2相当于面S2的有效口径的整个边缘(例如,圆周)。在此情况下,对于距离d1′可作如下解释:单透镜L1的至少包含1个光学面的区域中最薄的部分的边缘e1至边缘e2的距离。
距离d1、距离d2以及距离d1′均指X方向上的距离,单位是mm(毫米)。
另外,本发明的摄像镜头具有可满足数学式(1)以及(2)的结构。
0.080<d1/d2<0.22(1)
d1′/d1<1.00(2)
通过使本发明的摄像镜头满足数学式(1),相对于光学全长,能够加长相当于从单透镜L1至S5的实际间隔距离的距离d2,因此,通过单透镜L1而聚集来自物体3的周边部分的光时,能够使光确实地聚集到像面S5的所希望的点上。其结果,通过使用本发明的摄像镜头,能够容易获得所希望的广视角,并能够容易地实现像周边的高分辨率化。
通过使本发明的摄像镜头满足数学式(2),相对于距离d1,能够缩短距离d1′,从而相对于单透镜L1的中心厚度能够缩小单透镜L1的边缘厚度,因此,能够实现广视角,而容易实现像周边的更高的分辨率。
即,根据本发明的摄像镜头,可实现像周边的高分辨率。
在此,数学式(1)中的“d1/d2”的值为0.080以下时,随着摄像镜头的薄型化,可能会出现因单透镜L1变得过薄而导致难以成形单透镜L1的问题。相反,该“d1/d2”的值为0.22以上时,可能会出现与上所专利文献4中揭示的摄像镜头相同的问题,即,难以实现像周边的高分辨率化的问题。
另外,数学式(2)中的“d1′/d1”的值为1.00以上时,由于单透镜L1的边缘厚度大于单透镜L1的中心厚度,而不符合实现广视角的摄像镜头的要求,因此可能会对像周边的高分辨率化造成不良影响。
因此,构成本发明的摄像镜头时,使其满足数学式(1)以及(2)。
相比之下,专利文献4中揭示的摄像镜头具有中心厚度约为0.90mm的较厚的单透镜,因此,其光学全长也较长。由此,即使专利文献4中揭示的摄像镜头满足包括上述数学式(A)以及(B)在内的该文献所记载的各数学式,仍然存在无法充分应对小型化的需求的问题。
相对于此,本发明的摄像镜头还满足以下数学式(3)。
d1<0.28mm (3)
通过使本发明的摄像镜头满足数学式(3),能够缩小单透镜L1的中心厚度,因此可进一步进行小型化以及薄型化。
此时,通过使本发明的摄像镜头满足数学式(1)而使“d1/d2”的值大于0.080,由此,在本发明的摄像镜头满足数学式(2)的情况下进行薄型化时,能够抑制d1′变得过小,从而,单透镜L1的成形不至于过于困难。即,可利用众所周知的射出成型或者模具成形的方法,而简单地获得单透镜L1。因此,本发明的摄像镜头在满足小型化以及薄型化要求的同时还能实现单透镜L1成形的简单化。
另外,通过使本发明的摄像镜头满足数学式(3),能够增大单透镜L1的正折射力,因此,在通过单透镜L1对来自物体3周边部分的光进行聚光时,能够使光确实地聚焦在像面S5的所希望的点上。
另外,优选是,单透镜L1的阿贝数小于50。
阿贝数是折射率相对于光散射的比值,是光学介质的常数。即,阿贝数表示将不同波长的光向不同的方向进行折射的程度。阿贝数高的介质,对波长不同的光线的折射程度所致的散射较小。
根据上述,作为单透镜L1的材料可使用阿贝数较低的材料,因此,作为单透镜L1的材料而能使用的材料种类增多,并能减少在晶圆级透镜制造工艺中无法使用恰当的单透镜L1的材料的顾虑。即,可通过晶圆级透镜制造工艺来制造本发明的摄像镜头,因此,本发明的摄像镜头能够降低制造成本以及适于进行批量生产。关于晶圆级透镜制造工艺,在后文中进行详细说明。
另外,优选是,防护玻璃罩CG的厚度大于0.3mm。
由此,能够减小所允许的灰尘尺寸规格的同时,还能保护像面S5不受物理性损伤。并且,保护像面S5不受物理性损伤,也有利于进行晶圆级透镜制造工艺。
此外,本发明的摄像镜头中,优选的F值小于4。本发明的摄像镜头的F值可表示为本发明的摄像镜头的等价焦距除以本发明的摄像镜头的入射光瞳直径所得的值。将本发明的摄像镜头的F值设为小于4的值,能够增加成像所获得的像的亮度。
形成单透镜L1的材料优选是热硬化性树脂或者UV(Ultra Violet:紫外线)硬化性树脂。热硬化性树脂是,具有在受到一定量以上的热时从液体变成固体的状态变换特性的树脂。UV硬化性树脂是,具有在被照射一定强度以上的紫外线时从液体变成固体的状态变换特性的树脂。
根据使用热硬化性树脂或者UV硬化性树脂来形成单透镜L1的特征,在本发明的摄像镜头的制造阶段,能够使用树脂成形多个单透镜L1,并制作出后述的透镜阵列141(参照图10的(a))。根据上述,可以通过晶圆级透镜制造工艺来制造本发明的摄像镜头,因此,能够降低制造成本以及进行批量生产,从而能够以低价提供摄像镜头。
此外,根据单透镜L1由热硬化性树脂或者UV硬化性树脂所形成的特征,可对本发明的摄像镜头进行回流焊(reflow)。即,通过使用耐热材料来形成单透镜L1,能够获得可支持回流焊的摄像镜头。
另外,单透镜L1也可以是塑料透镜或者玻璃透镜等。
接下来,说明图1所示的摄像镜头1、图3所示的摄像镜头31、图5所示的摄像镜头51的不同之处。
表1表示了采用摄像镜头1构成的透镜系统的设计方式的具体例。
表2表示了采用摄像镜头31构成的透镜系统的设计方式的具体例。
表3表示了采用摄像镜头51构成的透镜系统的设计方式的具体例。
[表1]
[表2]
[表3]
在表1~表3中,各结构的折射率Nd以及阿贝数vd均表示各材料的相对于d线(波长587.6nm)的数值。中心厚度是指从对应的面的中心至像面侧的下一个面的中心的,沿着光轴La(参照图1、图3以及图5)的距离。有效半径是指可对光束范围进行控制的圆形区域(有效口径)的半径。
非球面系数分别表示构成非球面的非球面式即数学式(4)的i次的非球面系数Ai(i为4以上的偶数)。在数学式(4)中,Z是光轴方向(图1、图3以及图5中的X方向)的坐标,x是相对于光轴的法线方向(图1、图3以及图5中的Y方向)的坐标,R是曲率半径(曲率的反数),K是二次曲面(圆锥)系数。
在表1~表3中,标记为“(常数a)E(常数b)”的各值表示“(常数a)×10的(常数b)次方”。例如,“8.25E+11”表示“8.25×10+11”。
表4总括表示了摄像镜头1、摄像镜头31以及摄像镜头51的各规格的具体例子。
[表4]
在表4的“传感器”项目中,表示了与本发明的摄像镜头的各规格分别相对应的固体摄像元件的规格。具体而言,与摄像镜头1的规格相对应的固体摄像元件的规格是,VGA(Video Graphics Array:视频图形阵列)(640×480像素)级,1/13型尺寸。与摄像镜头31以及51相对应的固体摄像元件的规格均是,VGA级,1/10型尺寸。
通过组合本发明的摄像镜头和VGA级的固体摄像元件而成的本发明的摄像模块(详细结构后述),不仅能够实现良好的成像性能,还能够减少透镜个数,以及减少导致制造公差的要因,因此,能够使制造变得简单。
在表4的“传感器像素间距”项目中,表示了与本发明的摄像镜头的各规格分别相对应的固体摄像元件的像素间距。如表4所示,该传感器像素间距优选是小于2.5μm。通过使用像素间距小于2.5μm的传感器(固体摄像元件),能够获得充分发挥了高像素摄像元件的性能的摄像模块。
有效像圆半径是分别通过本发明的摄像镜头进行成像所获得的像的有效成像圆尺寸。
在表4的“材料”项目中,分别表示了相对于d线(波长587.6nm)的单透镜L1的折射率Nd以及阿贝数vd。
在表4的“视角”项目中,表示了本发明的摄像镜头的视角,即,可通过本发明的摄像镜头进行成像的角度,在此以D(对角)、H(水平)以及V(垂直)等3维参数作表示。
在表4的“周边光量比”项目中,分别表示了像高h0.6,像高h0.8以及像高h1.0时的本发明的摄像镜头的各周边光量比(某一处光量相对于像高h0处的光量的比例)。
像高是指以图像的中心为基准的像的高度。在此,以比例形式表示相对于最大像高的像高的位置,以图像的中心作为基准,在表示与相当于该最大像高的80%的高度的像高位置相对应的部分时,如上所述,表示为像高h0.8(另外,也可表示为像高8成或者h0.8)。像高h0、像高h0.6、像高h1.0等也表示与像高h0.8相同的含义。
在表4的“CRA”项目中,分别表示了在像高h0.6、像高h0.8以及像高h1.0的情况下的,本发明的摄像镜头的各主要光线角度(Chief RayAngle:CRA)。
在表4的“光学全长”项目在中,分别表示了本发明的摄像镜头的,从孔径光阑2进行聚光的部分至像面S5的距离。即,本发明的摄像镜头的光学全长是指,可对光学特性造成某种影响的全构成因素在光轴方向上的尺寸总和。
以下,简要说明图1所示摄像镜头1、图3所示摄像镜头31、图5所示摄像镜头51的结构上的不同点。
即,在摄像镜头1中,作为单透镜L1的材料使用了热硬化性树脂材料。而且,如上所述,与摄像镜头1的规格相对应的固体摄像元件的规格为VGA级,1/13型尺寸。
在摄像镜头31中,作为单透镜L1的材料使用了热可塑性树脂材料。而且,如上所述,与摄像镜头31的规格相对应的固体摄像元件的规格为VGA级,1/10型尺寸。单透镜L1的中心厚度(即,图3中的距离d1)为0.148mm,单透镜L1的边缘厚度(即,图3中的距离d1′)为0.084mm。即,摄像镜头31具有较薄的单透镜L1。
另外,在摄像镜头51中,作为单透镜L1的材料使用了热可塑性树脂材料。而且,如上所述,与摄像镜头51的规格相对应的固体摄像元件的规格为VGA级,1/10型尺寸。在此,单透镜L1的中心厚度(即,图5中的距离d1)为0.266mm,单透镜L1的边缘厚度(即,图5中的距离d1′)为0.185mm。即,摄像镜头51的单透镜L1比摄像镜头31的单透镜L1厚。
根据表4,“d1/d2”的值分别是:在摄像镜头1中,约0.149mm(距离d1)/约1.369mm(距离d2)=约0.109;在摄像镜头31中,约0.148mm(距离d1)/约1.722mm(距离d2)=约0.086;在摄像镜头51中,约0.266mm(距离d1)/约1.754mm(距离d2)=约0.152。由此可知本发明的摄像镜头均能满足数学式(1)。
还有,根据表4,“d1′/d1”的值分别是:在摄像镜头1中,约0.093mm(距离d1′)/约0.149mm=约0.63;在摄像镜头31中,约0.084mm(距离d1′)/约0.148mm=约0.57;在摄像镜头51中,约0.185mm(距离d1′)/约0.266mm=约0.69。由此可知本发明的摄像镜头均能满足数学式(2)。
并且,根据表4,距离d1在摄像镜头1、摄像镜头31以及摄像镜头51中均小于0.28mm。由此可知本发明的摄像镜头均能满足数学式(3)。
根据表4,摄像镜头1的单透镜L1的阿贝数为45,小于50。
根据表4,本发明的摄像镜头的防护玻璃罩CG的厚度均为0.5mm,大于0.3mm。
根据表4,摄像镜头1以及摄像镜头31的F值为2.8,摄像镜头51的F值为3.2,均小于4。
图2(a)~图2(c)是表示摄像镜头1的各种像差特性的图表,图2(a)表示球差、图2(b)表示像散、图2(c)表示畸变。
图4(a)~图4(c)是表示摄像镜头31的各种像差特性的图表,图4(a)表示球差、图4(b)表示像散、图4(c)表示畸变。
图6(a)~图6(c)是表示摄像镜头51的各种像差特性的图表,图6(a)表示球差、图6(b)表示像散、图6(c)表示畸变。
根据图2(a)~图2(c)、图4(a)~图4(c)以及图6(a)~图6(c)所分别表示的图表,由于残余像差量较小(相对于光轴La的法线方向即在图1、图3以及图5中分别表示的Y方向所发生的变位,各像差的大小差距较小),因此可知本发明的摄像镜头具有良好的光学特性。
上述各球差、各像散以及各畸变是分别针对405nm、436nm、486nm、546nm、588nm以及656nm等6种波长的入射光所发生的像差的结果。
在图2(a)以及图2(b)、图4(a)以及图4(b)、图6(a)以及图4(b)所示的各图表中,从图面左侧的曲线起,依次表示了波长分别为405nm、436nm、486nm、546nm、588nm以及656nm的像差。
在图2(b)、图4(b)以及图6(b)中,横轴的变动幅度较大的曲线表示针对切线像面的像差,横轴的变动幅度较小的曲线表示针对弧矢像面的像差。
在此,弧矢像面的含义是,在从光学系统的光轴之外的物点射入光学系统的光线中,由与在旋转对称的光学系统中包含主光线和光轴的面相垂直的平面(弧矢平面)所包含的光线(弧矢光线)所形成的像点的轨迹。切线像面的含义是,由与弧矢光线的光束相垂直并且包含主光线的光束(切线光束)所形成的像面。弧矢像面以及切线像面均为常用光学用语,因此省略详细的说明。
另外,图13(a)~图13(c)分别表示了摄像镜头1(图13(a))、摄像镜头31(图13(b))以及摄像镜头51(图13(c))的相对于空间频率特性的MTF(Modulation Transfer Function:调制传递系数)。图13(a)~图13(c)所示各图表表示了像高h0、像高h0.2、…、像高h0.8以及像高h1.0的弧矢像面以及切线像面的MTF。在这些图表中,纵轴为MTF的值,横轴为空间频率。该空间频率表示了0~“Nyq./2”lp/mm的范围。根据图13(a)~图13(c)所示的各图表,本发明的各个摄像镜头在相当于“Nyq./2”的空间频率上,形成像高h0~h1.0中的任何一个像高时均体现较高的MTF特性,因此,在其周边部分也能保持良好的成像特性。
此外,图14(a)~图14(c)分别表示了摄像镜头1(图14(a))、摄像镜头31(图14(b))以及摄像镜头51(图14(c))的相对于像面位置(单透镜L1与传感器之间的距离)的MTF变化,即,所谓的散焦MTF。在图14(a)~图14(c)所示的各图表中,纵轴为MTF,横轴为焦点移动量(像面沿着光轴La方向移动的量)。各图表表示了像高0、像高h0.2、…、像高h0.8以及像高h1.0时的弧矢像面以及切线像面的MTF。该空间频率在0~“Nyq./4”lp/mm范围内,在这些图表中,表示了该空间频率的特性值。图表中包括了全部像高的焦点移动特性,这表示像面弯曲获得了良好的校正。
在此,“Nyq.”表示与本发明的摄像镜头的规格相对应的传感器(固体摄像元件)的尼奎斯特(nyquist)频率。所谓传感器的尼奎斯特频率是指,根据传感器的像素间距进行计算且由该传感器的像素间距而定的分辨可能的空间频率的值。具体而言,可通过以下的数学式(5),算出传感器的尼奎斯特频率(单位:lp/mm)。
Nyq.=1/(传感器像素间距:单位μm)/2(5)
另外,为了获得图13(a)~图13(c)以及图14(a)~图14(c)所示的各种特性,作为模拟光源(未图示)使用了以下通过加权的白色光。
404.66nm=0.13
435.84nm=0.49
486.1327nm=1.57
546.07nm=3.12
587.5618nm=3.18
656.2725nm=1.51
图7是表示具备有本发明的摄像镜头的摄像模块60的结构的剖面图。
在此,应注意的是,在图1、图3以及图5所分别表示的本发明的摄像镜头的单透镜L1中,为了便于说明,只表示了相当于有效口径的部分(换言之,不存在周缘部的形态)。但是,一般情况下,本发明的摄像镜头以及具备有该摄像镜头的摄像模块,如图7所示的摄像模块60,在单透镜L1的有效口径的周围形成有周缘部。
这种在单透镜L1上设置有周缘部的结构,能够降低光学特性劣化的可能性,并且,有利于实现提供符合制造成本的降低以及批量生产等要求的摄像镜头以及摄像模块的目的。
即,根据具备形成有凸缘部的单透镜L1的本发明的摄像镜头,容易确保单透镜L1的适当的非球面特性,因此,能够降低光学特性劣化的可能性。
另外,为了制作成形有多个单透镜L1的透镜阵列141(参照图10(a)),在结构上,需要透镜阵列141中的单透镜L1上形成有周缘部。即,出于降低生产成本以及实现批量生产的目的,采用晶圆级透镜制造工艺来制造本发明的摄像镜头以及摄像模块时,单透镜L1的周缘部是不可缺少的结构。
图7所示的摄像模块60包括单透镜L1、防护玻璃罩CG、框架61以及传感器(固体摄像元件)62。另外,在摄像模块60中,孔径光阑2形成在框架61上。具体是,在框架61上,以露出单透镜L1的凹面(面S1)部分的形态形成了孔径光阑2。
即,也可以解释为,摄像模块60是具备本发明的摄像镜头、框架61和传感器62的结构。
框架61是用于收容本发明的摄像镜头的框体,由具有遮光性的材料构成。另外将防护玻璃罩CG载置于传感器62之上。
传感器62被设置在像面S5上(参照图1等),是由CCD型图像传感器或者CMOS型图像传感器等固体摄像元件构成的摄像元件。通过使用固体摄像元件来构成传感器62,可实现摄像模块60的小型化以及薄型化。尤其是,对于搭载到便携式信息终端以及便携式电话机等便携式终端(未图示)上的摄像模块60而言,通过使用固体摄像元件来构成传感器62,可实现摄像模块的高分辨率且小型化以及薄型化。
优选的,传感器62的像素间距是与本发明的摄像镜头的传感器像素间距(参照表4)相对应的像素间距。因此,传感器62的像素间距小于2.5μm为佳。
作为传感器62,通过使用像素间距小于2.5μm的固体摄像元件,在摄像模块60中,能够充分发挥高像素摄像元件的性能。
另外,优选使用的传感器62为VGA级的固体摄像元件。这样,能够使摄像模块60具有良好的分辨性能,而且,还能减少透镜的个数,以及减少导致制造公差的要因,因此能够使制造变得简单。
在使用了VGA级的摄像元件的摄像模块上,向来是以搭载由2个透镜构成的摄像镜头为主。对于采用了VGA级的摄像元件的摄像模块来说,与搭载了由2个透镜构成的摄像镜头的结构相比,搭载了由1个透镜(单透镜L1)构成的、本发明的摄像镜头的结构多少会降低摄像模块的分辨率,但是,这种结构能减少透镜个数,因此,能够减少公差要因,实现制造的简单化。
摄像模块60具有与本发明的摄像镜头的效果相同的效果。
并且,摄像模块60所具备的本发明的摄像镜头的各种像差良好。因此,在摄像模块60中,即使省略掉用于调整本发明的摄像镜头与传感器62之间的间隔距离的调整结构(未图示),以及镜筒(未图示),对高分辨率的维持所造成不良影响也会很小。而通过省略上述调整结构以及镜筒,可实现摄像模块60的小型化、薄型化以及低成本化。
就摄像模块60来说,通过使用本发明的摄像镜头并依据其制造误差容许范围较广的特征,能够形成具有简易结构的摄像模块,即,能够省略用于调整透镜和像面之间隔的调整结构。
相对于图7所示的摄像模块60,在图8所示的摄像模块70中省略配设了框架61。因此,在摄像模块70中,孔径光阑2的设置结构与在图1、图3以及图5中所分别表示的摄像镜头1、摄像镜头31、摄像镜头51上的设置结构大致相同。
另外,相对于图7所示的摄像模块60,在图8所示的摄像模块70中,以向传感器62侧突出的形态形成了单透镜L1中朝向传感器62侧的面(面S2)上的周缘部,该周缘部被载置于防护玻璃罩CG上。
在摄像模块70中,可省略用于收容摄像镜头的框体,即框架61。通过省略框架61,可进一步实现小型化、薄型化以及低成本化。根据摄像模块60的结构,摄像模块70中省略了未图示的调整结构以及镜筒。
关于其他结构,摄像模块70与摄像模块60相同。
以下,参照图9(a)~图9(d),说明本发明的摄像镜头以及具备该摄像镜头的本发明的摄像模块的制造方法。
制造单透镜L1时,主要采用对热可塑性树脂131进行射出成型的方法。使用热可塑性树脂131进行射出成型时,对受热软化的热可塑性树脂131施加规定的射出压力(大约是10~3000kgf/c)并压入模具132内,以此将该热可塑性树脂131充填到模具132内(参照图9(a))。
然后,从模具132中取出成型有单透镜L1的热可塑性树脂131,并分割成单个的单透镜L1(参照图9(b))。
在图9(a)以及图9(b)中,表示了同时成型2个单透镜L1的情况。此外,可以同时对3个以上的单透镜L1进行成型,也可以只成型1个单透镜L1。
然后,通过嵌入、压入的方法将分割后的单个单透镜L1组装到镜框(框架)133上(参照图9(c))。在此,孔径光阑2(参照图1等)以图7所示的摄像模块60中的结构相同的形态形成在镜筒133上。
将图9(c)所示的未全完成的摄像模块137嵌入到镜筒134中进行组装。然后,在具备单透镜L1的本发明的摄像镜头的像面S5(参照图1等)上,搭载传感器136,而该传感器136的受光部上贴有防护玻璃罩135。通过上述步骤,完成摄像模块137的制造(参照图9(d))。
用于作为射出成型透镜的单透镜L1的热可塑性树脂131的热挠曲温度为130摄氏度左右。因此,对于表面安装时被主要运用的回流焊技术来说,热可塑性树脂131对实施回流焊时的累积热(最大温度为摄氏260度左右)的耐热性不足,从而无法抵抗回流焊时所产生的热。
因此,在基板上安装摄像模块137时,只对传感器136部分通过回流焊进行安装,而对于单透镜L1部分采用树脂粘合的方法,或者对于单透镜L1的搭载部分进行局部加热的安装方法。
另外,防护玻璃罩135包含在传感器136中,在附图中,以传感器136中的四方形表示了防护玻璃罩135。在摄像模块60以及70(分别参照图7以及图8)中,防护玻璃罩CG搭载在传感器62的几乎整个面(粘贴在传感器62的单透镜L1侧的几乎整个面)上,而在摄像模块137中,只在传感器136的受光部分上粘贴了防护玻璃罩135。
接下来,参照图10(a)~图10(d),说明本发明的摄像镜头以及具备该摄像镜头的本发明的摄像模块的其他制造方法。另外,图10(a)~图10(d)所示的摄像镜头以及摄像模块的制造方法是,作为制造方法而被优选的晶圆级透镜制造工艺。
近年来,不断地开发作为单透镜L1的材料使用了热硬化性树脂或者UV硬化性树脂(被成形物)的,所谓的耐热相机模块。在此说明的摄像模块147即是此类耐热相机模块,其中,作为单透镜L1的材料,取代热可塑性树脂131(参照图9(a)),而使用了热硬化性树脂。当然,也可以取代热硬化性树脂而使用UV硬化性树脂。
作为单透镜L1的材料使用热硬化性树脂或者UV硬化性树脂的理由在于:能够批次制造大量的摄像模块147,并且所需时间较短,能够降低摄像模块147的制造成本,以及可对摄像模块147进行回流焊。
关于制造摄像模块147的技术,目前有很多提案。其中,代表性的技术就是上述的射出成型法以及晶圆级透镜制造工艺技术。尤其是最近,摄像模块制造时间以及其他综合方面更为优越的晶圆级透镜(支持回流焊的透镜)的制造工艺备受关注。
在实施晶圆级透镜制造工艺时,必须抑制因受热导致的单透镜L1的塑性变形。基于这一必要性,作为单透镜1,使用了热硬化树脂材料或者UV硬化树脂材料等的,在受热条件下也不易变形的具有优良耐热性的材料的晶圆级透镜(透镜阵列)受到关注。具体有,使用了即使受到10秒以上的260~280摄氏度的加热时也不发生塑形变形的热硬化性树脂材料或UV硬化性树脂材料而成的晶圆级透镜。在晶圆级透镜制造工艺中,使用透镜阵列成形模具142以及143对热硬化性树脂或者UV硬化性树脂进行一次性成形,从而获得成形有多个单透镜L1的透镜阵列141,然后,搭载传感器阵列146,之后分割成单个的摄像模块147。由此可制造出摄像模块147。接下来,对晶圆级透镜制造工艺的详细步骤进行说明。
在晶圆级透镜制造工艺中,首先,使用形成有多个凸部的透镜阵列成形模具142和形成有与该凸部分别对应的多个凹部的透镜阵列成形模具143来夹持热硬化性树脂,利用透镜阵列成形模具142以及143发出的热量使热硬化性树脂硬化,并制造出在每个相对应的该凸部以及凹部处形成有透镜的透镜阵列141(参照图10(a))。
在此,如图10(a)所示,为了利用透镜阵列成形模具142以及143来制作透镜阵列141,则使用形成有多个与单透镜L1的面S1(参照图1)呈相反形状的凸部的透镜阵列成形模具142,以及形成有多个分别与该凸部对应的与单透镜L1的面S2(参照图1等)呈相反形状的凹部的透镜阵列成形模具143即可。另外,此时可以以露出透镜阵列141的各凹部即与各个单透镜L1的面S1(参照图1等)相对应的部分的方式,安装一体地形成有多个孔径光阑2的孔径光阑阵列(未图示)。此外,也可以在每个单透镜L1上安装孔径光阑2。对于安装孔径光阑2的时间以及安装方法并无特别限定。为了便于说明,省略了图示。
然后,在图10的(a)所示的透镜阵列141上,搭载传感器阵列146,在该传感器阵列146上搭载有多个传感器145,由此,使各单透镜L1的光轴La和与此相对应的各传感器145的中心145c相重叠(参照图10(b))。各传感器145分别设置在相对应的本发明的各摄像镜头的像面S5(参照图1等)上,并且,在受光部上贴附有防护玻璃罩144。
将通过图10(b)所示的工序所获得的阵列状的多个摄像模块147分割成单个的摄像模块147(参照图10(c)),完成摄像模块147的制造(参照图10(d))。
另外,防护玻璃罩144被包含在传感器145内,在附图中,以传感器145中的四方形表示了防护玻璃罩144。在摄像模块60以及70(分别参照图7以及图8)中,防护玻璃罩CG被配设在传感器62的几乎整个面上(贴附在传感器62的单透镜L1侧的几乎整个面上),而在摄像模块147中,只在传感器145的受光部贴附了防护玻璃罩144。
另外,如果省略图10(b)所示的搭载各传感器145(传感器阵列146)的工序,而通过仅搭载防护玻璃罩144来省略设置摄像模块147上的摄像元件,则根据晶圆级透镜制造工艺进行的摄像镜头的制造也会变得简单。
在此,对于安装防护玻璃罩135以及144的时间、安装方法等并无特别限定。如上所述,关于在本发明的摄像镜头或者摄像模块上设置防护玻璃罩(像面保护玻璃)的形态,可选择图7以及图8所示的形态,也可以选择图9(d)以及图10(d)所示的形态。
通过上述方法制造的摄像模块147可用作图8所示的摄像模块70。通过上述方法制造的上述摄像镜头可用作本发明的摄像镜头。
如上所述,通过图10(a)~图10(d)所示的晶圆级透镜制造工艺可一次性制造出多个摄像模块147,因此能够降低摄像模块147的制造成本。并且,在未图示的基板上安装上述制造完成的摄像模块147时,为了避免进行回流焊时发生的热量(最高温度可达到260摄氏度左右)所导致塑性变形,作为单透镜L1优选使用具有针对达到260~280摄氏度的热可抵抗10秒以上的耐性的热硬化性树脂或者UV硬化性树脂。由此,能够对摄像模块147进行回流焊。并且,通过在晶圆级的制造工艺中使用具有耐热性的树脂材料,能够以低价制造出可进行回流焊的摄像模块。以下,对适用于制造摄像模块147的单透镜L1的材料进行说明。
关于塑料透镜材料,以往主要使用的是热可塑性树脂,因此,此类材料的种类较丰富。
相反,热硬化性树脂材料以及UV硬化性树脂材料用作单透镜L1的材料的用途仍处在开发阶段,因此,其材料种类以及光学常数不及热可塑性材料,另外,价格也较高。一般而言,从光学常数来看,优选的是具有低折射率且低散射的材料。此外,从光学设计的方面考虑,希望能在广范围的光学常数中进行选择(参照图11以及图12)。
然而,专利文献4中揭示的摄像镜头具有中心厚度为0.90mm左右的较厚的单透镜,因此,导致其光学全长变长,即使在能够满足包括上述数学式(A)以及(B)在内的该文献中所记载的各数学式的情况下,仍存在无法充分满足小型化需求的问题。
相对于此,本发明提供的摄像镜头满足以下数学式(3)。
d1<0.28mm (3)
根据上述结构,通过使本发明的摄像镜头满足数学式(3),能够缩小单透镜的中心厚度d1,因此可进一步实现小型化以及薄型化。
在此,通过使本发明的摄像镜头满足数学式(1),能够使“d1/d2”的值大于0.080,因此,在本发明的摄像镜头满足数学式(2)的情况下进行薄型化时,能够抑制单透镜的边缘厚度d1′变得过小,从而,单透镜的成形不会过于困难。因此,本发明的摄像镜头在满足小型化以及薄型化要求的同时也能简化单透镜L1成形工序。
另外,根据上述结构,通过使本发明的摄像镜头满足数学式(3),能够增大单透镜L1的正折射力,因此,在通过单透镜对来自物体周边部分的光进行聚光时,能够使光束确实聚焦在像面上的所希望的点上。
另外,本发明提供的摄像镜头中,上述单透镜的阿贝数小于50。
根据上述结构,作为单透镜的材料能够使用阿贝数较低的材料,因此,适用于单透镜的材料种类增多,并能够减少在上述的晶圆级透镜制造工艺(参照专利文献5以及6)中无法使用适当的单透镜材料的顾虑。从而,通过晶圆级透镜制造工艺来制造本发明的摄像镜头,能够摄像镜头降低制造成本以及适于进行批量生产。
另外,在本发明提供的摄像镜头中,在其像面和上述单透镜之间,设有用于保护像面的像面保护玻璃,该像面保护玻璃的厚度大于0.3mm。
根据上述结构,能够减少所允许的灰尘尺寸规格,同时还能保护像面不受物理性损伤。在此,保护像面不受物理性损伤,有利于实施晶圆级透镜制造工艺。
此外,在本发明提供的摄像镜头中,F值小于4。
根据上述结构,能够获得形成较明亮的像的摄像镜头。
另外,在本发明提供的摄像镜头中,上述单透镜可由在受热或者受紫外线照射的条件下发生硬化的树脂所形成。
根据上述结构,通过使用热硬化性树脂或者UV硬化性树脂来形成单透镜,能够在树脂上成形多个单透镜,而制造上述的透镜阵列。
而且,根据上述结构,可通过晶圆级透镜制造工艺来制造本摄像镜头,因此,可降低制造成本以及进行批量生产,从而能够以低价提供摄像镜头。
并且,通过使用热硬化性树脂或者UV硬化性树脂来形成单透镜,可对本发明的摄像镜头进行回流焊。即,通过使用耐热性材料来形成单透镜,能够实现可进行回流焊的摄像镜头。
此外,在本发明提供的摄像模块中,上述固体摄像元件的像素间距小于2.5μm。
根据上述结构,通过使用像素间距小于2.5μm的固体摄像元件,能够获得充分发挥了高像素摄像元件的性能的摄像模块。
另外,在本发明提供的摄像模块中,上述固体摄像元件是VGA级的摄像元件。
根据上述结构,通过在本发明的摄像模块上使用VGA级的摄像元件,能够获得分辨性能良好的摄像模块,同时可减少透镜的个数,并且能够减少导致制造公差的要因,因此,能够简化制造工序。
此外,在本发明提供的摄像镜头的制造方法以及摄像模块的制造方法中,上述被成形物是在受热或者受紫外线照射的条件下发生硬化的树脂。
根据上述结构,对于通过本发明的各制造方法所制造的摄像镜头以及摄像模块可进行回流焊。另外,根据上述结构,能够在被成形物上形成多个单透镜,从而制造透镜阵列。
本发明并不局限于上述实施方式,在权利要求的范围内可进行种种变更,通过对不同的实施方式所揭示的技术适宜进行组合而获得的实施方式也属于本发明的技术范畴内。
(工业上的可利用性)
本发明可用于以搭载到便携式终端设备上为目的的摄像镜头、摄像模块、摄像镜头的制造方法以及摄像模块的制造方法。
Claims (13)
1.一种摄像镜头,从其物体侧至像面侧,依次设置有孔径光阑以及单透镜,
上述单透镜是凹面朝向物体侧的弯月形透镜,该摄像镜头的特征在于:
在上述单透镜的中心厚度为d1、上述单透镜的边缘厚度为d1′、从上述单透镜的朝向像面侧的面的中心至像面的空气换算长度为d2时,
该摄像镜头满足数学式(1)以及(2),
0.080<d1/d2<0.22(1),
d1′/d1<1.00(2)。
2.根据权利要求1所述的摄像镜头,其特征在于:
满足数学式(3),
d1<0.28mm (3)。
3.根据权利要求1所述的摄像镜头,其特征在于:
上述单透镜的阿贝数小于50。
4.根据权利要求1所述的摄像镜头,其特征在于:
在像面和上述单透镜之间,设有用于保护像面的像面保护玻璃,
上述像面保护玻璃的厚度大于0.3mm。
5.根据权利要求1所述的摄像镜头,其特征在于:
F值小于4。
6.根据权利要求1所述的摄像镜头,其特征在于:
上述单透镜由受热或者受紫外线照射时发生硬化的树脂所构成。
7.一种摄像模块,其特征在于:
由摄像镜头和设置在上述摄像镜头的像面上的固体摄像元件构成,
上述摄像镜头,从其物体侧至像面侧,依次设置有孔径光阑以及单透镜,
上述单透镜是凹面朝向物体侧的弯月形透镜,
在上述单透镜的中心厚度为d1、上述单透镜的边缘厚度为d1′、从上述单透镜的朝向像面侧的面的中心至像面的空气换算长度为d2时,
该摄像镜头满足数学式(1)以及(2),
0.080<d1/d2<0.22(1),
d1′/d1<1.00(2)。
8.根据权利要求7所述的摄像模块,其特征在于:
上述固体摄像元件的像素间距小于2.5μm。
9.根据权利要求7所述的摄像模块,其特征在于:
上述固体摄像元件为VGA级的摄像元件。
10.一种摄像镜头的制造方法,其特征在于:
用于制造摄像镜头,该摄像镜头从其物体侧至像面侧,依次设置有孔径光阑以及单透镜,上述单透镜是凹面朝向物体侧的弯月形透镜,
在上述单透镜的中心厚度为d1、上述单透镜的边缘厚度为d1′、从上述单透镜的朝向像面侧的面的中心至像面的空气换算长度为d2时,
该摄像镜头满足数学式(1)以及(2),
0.080<d1/d2<0.22(1),
d1′/d1<1.00(2),
该摄像镜头的制造方法包括:
将被成形物成形为由多个上述单透镜构成的透镜阵列的成形工序;
将上述透镜阵列分割成单个摄像镜头的工序。
11.根据权利要求10所述的摄像模块,其特征在于:
上述被成形物是在受热或者受紫外线照射时发生硬化的树脂。
12.一种摄像模块的制造方法,其特征在于:
用于制造摄像模块,该摄像模块包括摄像镜头和设置在上述摄像镜头的像面上的固体摄像元件,其中,
上述摄像镜头,从其物体侧至像面侧,依次设置有孔径光阑以及单透镜,
上述单透镜是凹面朝向物体侧的弯月形透镜,
在上述单透镜的中心厚度为d1、上述单透镜的边缘厚度为d1′、从上述单透镜的朝向像面侧的面的中心至像面的空气换算长度为d2时,
该摄像镜头满足数学式(1)以及(2),
0.080<d1/d2<0.22(1),
d1′/d1<1.00(2),
该摄像模块的制造方法包括:
将被成形物成形为由多个上述单透镜构成的透镜阵列的成形工序;
将上述透镜阵列分割成单个摄像模块的工序。
13.根据权利要求12所述的摄像模块,其特征在于:
上述被成形物是在受热或者受紫外线照射时发生硬化的树脂。
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