CN109765676B - 光学元件以及摄像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学元件、摄像镜头以及摄像装置，用于抑制因在光学元件的边缘表面部和边缘内部反射的无用光而产生鬼影、眩光等，并再现清晰的画质。一种光学元件(100)，具有光学有效部(101、103)以及在所述光学有效部(101、103)的周围形成的边缘部(102、104)，并在从所述边缘部的表面至内部或在内部具有因照射激光而变质的遮光区域(SSI)。

Description

光学元件以及摄像镜头

技术领域

本发明涉及一种在摄像装置中使用的光学元件以及使用该光学元件的摄像镜头。

背景技术

近年来，在以信息终端设备为首的各式各样的商品中搭载有相机功能。

对于在这样的设备中安装的相机，追求能够拍摄使鬼影和眩光减少且清晰的图像的摄像镜头。对于减少鬼影和眩光来说，重要地是遮住对成像没有贡献的无用光。

以往，为了遮住无用光，公知有如下的专利文献1的透镜。

在专利文献1中，公开有包括至少一片透镜为塑料透镜的多个透镜元件的摄像镜头模块，在多个透镜中，在一片塑料透镜的物体侧的面和像侧的面的至少一面上，设置有以环绕光学有效部的周围的方式形成的与其他透镜嵌合的嵌合部，在连接光学有效部与嵌合部之间的区域涂上吸收光的涂层，由此抑制杂散光的反射，并提高画质。而且，公开了通过在多个透镜之间配置遮光片来遮住杂散光的摄像镜头。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公报第2017/0176649A1号说明书

发明内容

发明要解决的问题

对于专利文献1中记载的摄像镜头，因为只能在透镜边缘面的表层部遮光，所以不能充分地遮住穿过透镜的内表面而反射的杂散光。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种光学元件以及使用该光学元件的摄像镜头，该光学元件通过在光学元件的内部形成遮光结构，不仅能够抑制表层部而且能够抑制内部的杂散光的反射。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明的光学元件由树脂材料制成，具有光学有效部和在所述光学有效部的周围形成的边缘部，在从所述边缘部的表面至内部或在内部具有遮光区域。

为了达成上述目的，本发明的摄像镜头包括该光学元件，该光学元件由树脂材料制成，具有光学有效部和在所述光学有效部的周围形成的边缘部，在所述边缘部的内部具有遮光区域，所述遮光区域由在径向方向上隔开间隔配置的多个环带构成，剖面方向中的所述环带的深度为0.2～0.3mm，所述环带由变质部形成，所述变质部是母材被激光照射后因碳化而变质形成的，所述变质部在所述环带的圆周方向上形成为连续的线状。

发明的效果

根据本发明，因为能够在由树脂材料制成的光学元件的内部，按照需要，在必要的部分形成遮光区域，所以能够抑制杂散光在光学元件的表层部的反射以及杂散光在光学元件的内部的反射，从而能够减少鬼影和眩光。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的光学元件的示意图。

图2是示出本发明的一个实施方式的光学元件的示意图。

图3表示在以往的普通的光学元件内部反射无用光的示意图。

图4是示出本发明的一个实施方式的光学元件的俯视图与剖视图。

图5是示出将图4的局部放大的遮光区域的一个实施方式的图。

图6是示出将图4的局部放大的遮光区域的一个实施方式的图。

图7是示出以往的摄像镜头的结构的剖视图。

图8A是示出在图7的摄像镜头内部产生的无用光的图，图8B是示出在图8A的摄像镜头中适用本发明的光学元件的一个实施方式的图。

图9A是示出在图7的摄像镜头内部产生的无用光的图，图9B是示出在图9A的摄像镜头中适用本发明的光学元件的一个实施方式的图。

图10A是示出在图7的摄像镜头内部产生的无用光的图，图10B是示出在图10A的摄像镜头中适用本发明的光学元件的一个实施方式的图。

附图标记说明

LD 激光照射装置

L 激光

100、100’、200 光学元件

101、103 光学有效部(透镜部)

102、102a、102b、202、202a、104 边缘部

SSI 遮光区域

SL 无用光线

X 光轴

300 摄像镜头

301 镜头组装件

302 镜筒

303 遮光板

304 粘接剂

L1 第一透镜

L2 第二透镜

L3 第三透镜

L4 第四透镜

L5 第五透镜

L6 第六透镜

L1b、L2a、L2b、L3a、L3b、L4a、L4b、L5a、L5b、L6a 透镜嵌合部

IR 滤光片

IMG 摄像元件

B0 光轴上的有效光线束

B1 最大像高的有效光线束

具体实施方式

本发明的光学元件，通过在环绕光学有效部的周围的边缘部，从表面至内部或在内部形成遮光结构，从而遮住不仅被光学元件的表面而且被在内部反射的无用光。

对于形成上述遮光区域的方法，可以通过向边缘部照射激光。公知有在激光照射的部位会发热、发泡，之后会因碳化而变质、变色。近年来开发了并在市场出售各种类型的应用该原理的能够进行精细加工以及进行标识等的装置。

对于该激光照射装置，公知有装置的头部在X-Y方向上移动并向被定位的工件照射激光的平板(flat head)方式，或通过与被定位的工件的相对在X-Y方向上使反光镜高速运动来改变激光的照射位置的振镜(galvano)方式等。

对于能够通过上述激光照射装置产生的波长，能够根据用途从365nm左右的紫外线区域至1064nm左右的红外线区域内进行各种选择。照射的激光的光点直径也能够在1μm以下至数十μm的粗径的范围内进行设定。而且，也能够根据用途来调整照射的激光的输出。若削弱输出，则抑制碳化，若增强输出，则促进碳化，因此能够由浅至深地控制将要变色的颜色。

照射激光而形成的变质部多种多样，可以仅设定在母材的表面部，还可以设定在表面至内部，另外还可以仅设定在内部等。因为在激光照射后也维持母材的精度，所以光学元件的光学特性得以维持，边缘部的形状精度也得以维持。

本发明通过对光学元件适用上述激光照射装置，通过在光学元件的边缘内部形成变质部(以下称作遮光区域)来遮住穿过光学元件的无用的光线。

接着，利用附图对本发明的实施方式进行。

图1示出本发明的光学元件的一个实施方式。

如图1所示，光学有效部(透镜部)是有效光线入射的光学有效部101的区域以及有效光线出射的光学有效部103的区域。在入射面101的周围以环绕入射面101的方式一体形成边缘部102，在出射面103的周围以环绕出射面103的方式一体形成边缘部104。此外，光学元件100载置在定位夹具(未图示)中，激光照射装置LD隔开规定的距离设置在光轴X的上方。

遮光区域SSI是对光学元件100的需要遮光的边缘内部照射激光L而得到的。若照射激光L，则被照射的部位发热、发泡，之后碳化、变质。该变质部变为能够遮光的遮光区域SSI。对于距激光L的照射部的距离、输出、光点的形状以及大小、照射时间等参数，以变为能够获得目标遮光性能的形状的方式，进行最佳设定。

例如，在无用光SL穿过光学元件100的内部，在边缘部102的平面部102a被反射而朝向外周侧时，无用光SL被遮光区域SSI遮住。因此，能够抑制无用光SL在平面102a被反射后在各种各样的面反复被反射。

图2示出本发明的光学元件的一个实施方式。

图2的光学元件200是使用了与图1相同的方法在从光学元件200的边缘部202的平面部202a的表面至内部形成遮光区域SSI的例子。在该情况下，朝向边缘部202的平面部202a的无用光SL，在到达平面部202a之前被遮光区域SSI遮住。

图3示出在图1所示的光学元件100中形成遮光区域SSI之前的以往的光学元件100’。在无用光SL从光学元件100’的内部朝向边缘部的平面部102a时，在平面部102a被反射再朝向外周，然后在最外周面102b被反射并朝向边缘部的平面部104a，之后在平面部104a被反射，进而在光学有效部的面101被反射，而朝向光学元件100’的外面出射。这样，若在光学元件的内部反复被反射的无用光SL出射并到达摄像面，则变为鬼影和眩光，其与画质的劣化相关。

如图1、图2所示，通过在合适的位置形成遮光区域SSI，能够抑制图3中所见的内表面反射，从而能够减少鬼影和眩光的产生。

此外，光学元件100、100’、200例如是安装在摄像镜头中的单一透镜，且是材料由环烯烃聚合物(cycloolefin polymer)或聚碳酸酯等光学用途的树脂材料形成的例子，遮光区域SSI的形成不仅限于树脂材料，也能够适用于使用光学玻璃材料的光学元件。另外，本实施方式的激光照射装置使用了振镜方式，但也可以根据各种条件采用其他方式。

图4示出在图1的光学元件100中形成遮光区域SSI时的俯视图(右图)和剖视图(左图)。

在图4所示的光学元件100中形成的遮光区域SSI，在光学有效部的周围的边缘部内表面形成为带状。

图5以及图6分别是将图4的A部放大的图，是示意性地表示构成遮光区域SSI的形状的图案的图。

图5是在边缘内部的圆周方向上形成多个连续的环带从而形成遮光区域SSI的例子。在该例子中进行各种设定，将一个环带的宽度w1设定为5.0μm，将与相邻环带的间隔t1设定为4.5μm，将整体的宽度W设定为100μm。另外，将剖面方向中的环带的深度d设定为约0.2～0.3mm。此外，该环带状的遮光区域SSI通过使激光L以漩涡状或同心圆状进行照射而得到。

图6是在边缘内部的圆周方向上形成多个断续的环带从而形成遮光区域SSI的例子。以一个点的大小w1为5.0μm，圆周方向的点的间隔p为2.5μm的方式，通过断续地照射激光L而得到。将与相邻环带的间隔w1设定为4.5μm，将整体的宽度W设定为100μm。另外，将剖面方向的整体的深度d设定为约0.2～0.3mm。此外，该环带状的遮光区域SSI通过使激光L以漩涡状或同心圆状进行照射而得到。因为点状的断续地照射能够形成使未碳化的树脂材料的区域相连的状态，所以具有能够防止机械强度的降低的效果。

如图5、图6所示，遮光区域SSI的结构即因激光L而碳化的形状可以是在平面上连续的环带状或断续的环带状等。另外，也可以自由设定在剖面方向上形成的深度。通过将照射程序安装在装置中便能够自由控制这些参数，例如也可以是格子状的结构或锯齿状的结构等。另外，通过对照射程序中的激光L的输出进行适当调整，也能够自由地控制碳化后的色彩。在上述实施方式中，将照射后形成的环带的宽度w以及点的大小设定为5.0μm，但也可以根据目的的不同，以0.1μm，0.2μm等亚微米的精度形成。

图7示出由六片光学元件构成的普通的摄像镜头300的截面。该摄像镜头的镜筒302的内部容纳有镜头组装件301，该镜头组装件301是在镜筒302的内部从被摄体侧(图上方)朝向摄像元件IMG侧(图下方)依次配置第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6而形成的。通过借助粘接剂304将位于最靠摄像元件IMG侧的第六透镜L6的边缘部的外周部与镜筒302的内周部固定，来形成摄像镜头300的成品。此外，形成各个光学元件的透镜的材料使用环烯烃聚合物或聚碳酸酯等光学用树脂。

摄像镜头300例如适用于安装在便携式电话和智能手机中的小型的摄像镜头中。在摄像镜头300的摄像元件IMG侧配置有阻挡红外线等的滤光片IR，在滤光片IR之后配置有CCD传感器或C-MOS传感器的摄像元件IMG，并将摄像镜头300、滤光片IR和摄像元件IMG组装从而构成相机模块。

每片透镜都有光学有效部(透镜部)以及位于光学有效部的周围的边缘部。在每片透镜的边缘部形成有用于与相邻透镜嵌合的突起部。突起部由圆锥状的斜面和与该斜面连接的平面部形成并呈大致梯形形状。

通过第一透镜L1的斜面L1b与第二透镜L2的斜面L2a的嵌合来实现双方的定心。通过第二透镜L2的斜面L2b与第三透镜L3的斜面L3a的嵌合来实现双方的定心。通过第三透镜L3的斜面L3b与第四透镜L4的斜面L4a的嵌合来实现双方的定心。通过第四透镜L4的斜面L4b与第五透镜L5的斜面L5a的嵌合来实现双方的定心。通过第五透镜L5的斜面L5b与第六透镜L6的斜面L6a的嵌合来实现双方的定心。通过这样的结构，镜头组装件301变为从第一透镜L1至第六透镜L6的中心在光轴X上一致的状态。

另外，通过使与每片透镜的边缘部的突起部的斜面连接的平面部与相邻透镜的边缘部的平面部抵接，从而决定两透镜之间的间隔。

因此，镜头组装件301变为仅通过使每片透镜重合便能使光轴X对齐并决定在光轴X的轴向(高度方向)上的位置的状态。

若将上述镜头组装件301容纳在镜筒302中，则第一透镜L1的边缘的平面部L1a与形成于镜筒302的内表面上的与光轴X垂直的承受面302a抵接，从而决定光轴X方向上的位置。另外，通过使第一透镜L1的边缘部的最外周部L1c与镜筒302的内周面302b嵌合，使镜头组装件301的中心与镜筒302的中心在光轴X上一致。然后借助粘接剂304将第六透镜L6的边缘外周部与镜筒302的内周面固定，从而完成摄像镜头。此外，为了维持被定位的镜头组装件301的精度，将从第二透镜L2至第六透镜L6的边缘部的最外周部的尺寸设定得比镜筒302的内径小。

另外，在各个透镜之间配置有遮光板303。该遮光板303由中央具有开口部的平板形成的圆环状的遮光构件构成。将开口部的直径设定为不妨碍入射摄像镜头300的有效光线中的在光轴X上成像的光束B0和从最大视角入射并成像最大像高的光束B1穿过的最小直径，从而遮住从比光束B1更靠外侧的位置入射的光线。即遮光板303用于遮住有效光线以外的无用光。

接着，对将本发明的光学元件适用于摄像镜头300中的实施方式进行说明。

图8A示意性地表示在图7的摄像镜头300中产生无用光时的状态，图8B示意性地表示通过使用本发明的光学元件遮住该无用光的状态。

图8A表示了以下状态：穿过摄像镜头300的光线SL在滤光片IR的表面被反射并进入第六透镜L6，此后在第六透镜L6的被摄体侧的边缘部被反射并回到摄像元件IMG侧，最终穿过滤光片IR并到达摄像元件IMG。到达摄像元件IMG的无用光SL因为变为鬼影和眩光而出现在摄像画面中，所以成为使画质劣化的原因。

图8B示出在图8A的摄像镜头300的第六透镜L6的边缘内部形成遮光区域SSI的实施方式，是将本发明的光学元件适用于摄像镜头中的例子。如图8B所示，从滤光片IR反射的无用光SL在进入第六透镜L6之后被遮光区域SSI遮住，阻止其继续穿过。因此，无用光SL无法到达摄像元件IMG。

图9A表示以下情况：穿过摄像镜头300的光线SL在滤光片IR的表面被反射并进入第六透镜L6，此后穿过第六透镜L6的被摄体侧的边缘部并进入第五透镜L5的边缘部，接着在第五透镜L5的被摄体侧的边缘部被反射，进而在边缘外周面被反射并回到摄像元件IMG侧，最终穿过第六透镜L6以及滤光片IR并到达摄像元件IMG。到达摄像元件IMG的无用光SL因为变为鬼影和眩光而出现在摄像画面中，所以成为使画质劣化的原因。

图9B示出在图9A的摄像镜头300的第六透镜L6的边缘内部形成遮光区域SSI的实施方式，是将本发明的光学元件适用于摄像镜头中的例子。如图9B所示，对于在滤光片IR的表面被反射并进入第六透镜L6之后，穿过第六透镜L6的被摄体侧的边缘部并在第五透镜L5的被摄体侧的边缘部和边缘外周面被反射，然后回到第六透镜L6的边缘部的无用光SL，在进入第六透镜L6之后被遮光区域SSI遮住，阻止其继续穿过。因此，无用光SL无法到达摄像元件IMG。

图10A表示在摄像镜头300的内部产生的无用光SL穿过各透镜的边缘部并到达摄像元件IMG的情况。穿过第三透镜L3的摄像元件IMG侧的边缘部的无用光SL，穿过第三透镜L3与第四透镜L4的嵌合部，并在第四透镜L4的嵌合突起部的外侧的斜面被反射，接着穿过第四透镜L4与第五透镜L5的嵌合部，然后在第五透镜L5的摄像元件IMG侧的嵌合斜面被反射并回到被摄体侧，进而在第五透镜L5的被摄体侧的边缘的平面部被反射，此后穿过第六透镜L6与滤光片IR并到达摄像元件IMG。到达摄像元件IMG的无用光SL因为变为鬼影和眩光而出现在摄像画面中，所以成为使画质劣化的原因。

图10B示出在图10A的摄像镜头300的第五透镜L5的边缘内部形成遮光区域SSI的实施方式，是将本发明的光学元件适用于摄像镜头中的例子。如图10B所示，穿过第三透镜L3的摄像元件IMG侧的边缘部的无用光SL，穿过第三透镜L3与第四透镜L4的嵌合部，并在第四透镜L4的嵌合突起部的外侧的斜面被反射，然后穿过第四透镜L4与第五透镜L5的嵌合部，但是被形成于第五透镜L5的边缘内部的遮光区域SSI遮住，阻止其继续穿过。因此，无用光SL无法到达摄像元件IMG。

如以上说明，本发明的光学元件以及使用该光学元件的摄像镜头，通过在光学有效部的周围所形成的边缘的内部的合适的位置形成遮住无用光的遮光区域，能够有效地抑制鬼影和眩光的产生。

此外，在上述实施方式中，示出了在由多片透镜构成的摄像镜头中，在单独的透镜的边缘内部形成遮光区域的例子，但并不限定于此。遮光区域也可以形成在由多片透镜构成的摄像镜头的多个边缘内部，也可以应用在由一个光学元件构成的装置中。而且，遮光区域不仅可以设置在表面至内部或设置在内部，也可以仅设置在表面。在该情况下，能够替换摄像镜头中的构成构件即遮光板，因此有助于低成本化。

(工业上的可利用性)

根据本发明，能够对光学元件的内部的反射有效地进行遮光，在适用于要求高画质的摄像装置中时，能够提高光学性能和品质。

Claims (4)

1.一种光学元件，具有光学有效部以及在所述光学有效部的周围形成的边缘部，其特征在于，在所述边缘部的内部具有遮光区域，所述遮光区域由在径向方向上隔开间隔配置的多个环带构成，剖面方向中的所述环带的深度为0.2～0.3mm，所述环带由变质部形成，所述变质部是母材被激光照射后因碳化而变质形成的，所述变质部在所述环带的圆周方向上形成为连续的线状。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述变质部形成在所述光学有效部的周围的整周上。

3.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，形成为连续的线状的所述变质部的线的宽度为0.2μm以上。

4.一种摄像镜头，其特征在于，具有权利要求1至3中任一项所述的光学元件。

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