JP2006309011A - 撮像レンズおよびカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】液晶レンズを用いた小型の撮像レンズにおいて、マクロ撮影時にもオートフォーカス機能によるピント合わせを行うことと、収差を少なくすること。
【解決手段】撮像レンズ１は、被写体側から順に、凸レンズよりなる第１の光学レンズ２と、対向する透明基板間に封入された液晶層に印加する電圧に応じて液晶層の面内屈折率分布が変化する液晶レンズ３と、第２の光学レンズ４と、第３の光学レンズ５を備えている。これらのレンズ２〜５は、レンズ枠体７に固定されている。液晶レンズ３の透明基板の、光軸に垂直な面には、遮光性の膜よりなる絞り６が形成されている。絞り６は、液晶レンズ３の液晶層を温めるためのヒータを兼ねる。カメラモジュール９は、撮像レンズ１の後に赤外線カットフィルタ９１とイメージセンサ素子９２を取り付けた構成となっている。
【選択図】 図５

Description

この発明は、撮像レンズおよびカメラモジュールに関し、特に可変焦点レンズとして液晶レンズを用いた撮像レンズおよびカメラモジュールに関する。

近時、デジタルカメラ機能を備えた携帯電話機（以下、カメラ付き携帯電話機とする）が普及している。携帯性の点で、携帯電話機は、小型で、かつ軽量であることが望ましい。また、電源が電池であるので、携帯電話機の消費電力は少ない方がよい。従って、カメラ付き携帯電話機に搭載されるカメラモジュールにも、小型であることと、軽量であることと、消費電力が少ないことが要求される。一方、カメラ本来の機能も高機能化してきている。例えば、可変焦点機構によるオートフォーカス機能だけでなく、被写体に対して至近距離からの撮影、すなわちマクロ撮影を行う機能を備えたカメラ付き携帯電話機がある。

マクロレンズの一つとして、物体側から順に正の屈折力を有する第１の光学レンズ群と、正の屈折力を有する第２の光学レンズ群と、負の屈折力を有する第３の光学レンズ群より構成され、第２の光学レンズ群は前群と正の屈折力を有する後群とからなり、無限遠から至近距離に合焦する際に、第３の光学レンズ群を像面に対して固定し、第１の光学レンズ群と第２の光学レンズ群を物体方向へ繰り出しながら、第２の光学レンズ群の前群と後群との間隔を、中間倍率を境に減少から増加へと転じるようにするものが公知である（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このマクロレンズのように、レンズを機械的に移動させる場合には、モータ等の駆動機構が必要である。

そのため、このレンズ駆動機構も含めると、カメラモジュールが大型化してしまう。また、レンズの駆動に多くの電力が消費されるため、消費電力が多くなってしまう。従って、レンズを移動させる構成は、カメラ付き携帯電話機等に搭載される小型カメラとしては適当でない。さらに、レンズを移動させると、光軸のずれや倒れが発生しやすくなり、それが原因で収差が発生するという問題点もある。特に、マクロ撮影を行う際には、レンズの移動範囲が大きくなるため、焦点を合わせる際に収差変動が発生し、レンズ性能の劣化が生じてしまう。上記特許文献１に開示されたレンズでは、無限遠から至近距離まで合焦時の収差補正を行うために、レンズの移動パターンが非常に複雑になっている。

このような不具合を解消するには、レンズを移動させずに、焦点距離を変えることができるようにすればよい。そのためには、レンズ自体の焦点距離を変えることができる可変焦点レンズを用いればよい。可変焦点レンズを用いた撮像装置として、例えば絞りと、絞りの近傍に配置されている液晶レンズ等の光学特性可変光学素子を含む前群と、この前群より後方に配置されている少なくとも凹面と凸面とを有する後群とよりなる光学系を備えた撮像装置が公知である（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−１８５９１６号公報（図１〜図４） 特開２０００−８１５７０号公報（図１２）

しかしながら、上記特許文献２に開示された撮像装置では、絞りがレンズ系の前、すなわち被写体とレンズ系の間に設けられているため、開口絞り径が大きくなり、液晶レンズの有効径が大きくなる。そのため、液晶レンズのレンズパワーが小さくなり、合焦範囲が狭くなるという問題点がある。また、マクロ撮影には大きなレンズパワーが必要であるが、レンズパワーが小さいため、マクロ撮影には適さない。

さらに、液晶レンズの有効径が大きいため、液晶レンズ自体により発生する収差が大きくなるという問題点もある。加えて、開口絞り径が大きいと、液晶レンズだけでなく、他のレンズの有効径も大きくなるため、収差係数が大きくなり、焦点調整の際の収差変動が大きくなるという問題点がある。また、特許文献２には、ヒータにより液晶を加熱することが記載されているが、ヒータの具体的な構成については開示されていない。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、レンズを移動させることなく、マクロ撮影時にもオートフォーカス機能によるピント合わせが可能な小型の撮像レンズおよびカメラモジュールを提供することを目的とする。また、この発明は、収差の少ない撮像レンズおよびカメラモジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる撮像レンズは、外部から光が入射する凸レンズよりなる第１のレンズ系と、前記第１のレンズ系を通過した光が入射し、対向する透明基板間に封入された液晶層に印加する電圧に応じて液晶層の屈折率が変化する液晶レンズと、前記第１のレンズ系と前記液晶レンズの間に設けられた絞りと、前記液晶レンズを通過した光が入射する１枚以上のレンズよりなる第２のレンズ系と、前記第１のレンズ系、前記液晶レンズおよび前記第２のレンズ系を固定するレンズ枠体と、を備えることを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像レンズは、外部から光が入射する凸レンズよりなる第１のレンズ系と、前記第１のレンズ系を通過した光が入射し、対向する透明基板間に封入された液晶層に印加する電圧に応じて液晶層の面内屈折率分布が変化する液晶レンズと、前記液晶レンズの一方の透明基板の、光軸に垂直な面に形成された遮光性の膜よりなる絞りと、前記液晶レンズを通過した光が入射する１枚以上のレンズよりなる第２のレンズ系と、前記第１のレンズ系、前記液晶レンズおよび前記第２のレンズ系を固定するレンズ枠体と、を備えることを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像レンズは、上記記載の発明において、絞りを構成する前記遮光性の膜が、通電時に発熱するヒータを兼ねていることを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像レンズは、上記記載の発明において、前記液晶レンズの透明基板の、光軸に垂直な面に、通電時に発熱する膜よりなるヒータが形成されていることを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像レンズは、上記記載の発明において、前記第１のレンズ系と前記第２のレンズ系は、前記レンズ枠体内に光軸方向から挿入されて固定されており、前記液晶レンズは、前記レンズ枠体の側部に設けられた貫通孔から前記レンズ枠体内の、前記第１のレンズ系と前記第２のレンズ系の間に挿入されて固定されていることを特徴とする。

また、この発明にかかるカメラモジュールは、上記に記載の撮像レンズと、前記撮像レンズを通過した光を受光して電気信号に変換するイメージセンサ素子と、を備えることを特徴とする。

また、この発明にかかるカメラモジュールは、上記記載の発明において、前記撮像レンズと前記イメージセンサ素子の間に、赤外線カットフィルタが設けられていることを特徴とする。

また、この発明にかかるカメラモジュールは、上記記載の発明において、前記レンズ枠体の外に、前記液晶レンズに印加する電圧を発生する駆動手段が設けられていることを特徴とする。

これらの発明によれば、絞りを液晶レンズの近くに設けることによって、液晶レンズの有効径を小さくすることができるので、液晶レンズのレンズパワーを大きくすることができる。従って、合焦範囲が広くなるので、大きなレンズパワーを要するマクロ撮影時にもオートフォーカスによりピント合わせを行うことができる。また、液晶レンズの有効径が小さいので、液晶レンズ自体により発生する収差を小さくすることができる。また、レンズを機械的に移動させる必要がないので、小型で、収差の発生や変動の少ない撮像レンズが得られる。

さらに、凸レンズのすぐ後に液晶レンズを配置することによって、入射瞳径を大きくすることができるので、液晶レンズを一番前に配置した撮像レンズであって同一の明るさのものと比較して、液晶レンズの有効径を小さくすることができる。従って、より一層、上述した液晶レンズの有効径が小さいことによる効果が顕著となる。なお、本明細書においては、レンズに対して被写体側を前側とする。

また、絞りを撮像レンズの中心付近に配置することによって、絞りを撮像レンズの前に配置した撮像レンズであって同程度の光学長を有するものと比較して、液晶レンズ以外の他のレンズの有効径を小さくすることができるので、収差係数を小さくすることができる。従って、ピント合わせによる収差変動を小さくすることができる。さらに、絞りを挟んでその前後のレンズを対称に構成すれば、収差を低減することができる。

また、ヒータにより液晶層を加熱することによって、液晶レンズの応答が速くなるので、低温環境下においてもオートフォーカスによるピント合わせを迅速に行うことができる。また、レンズ枠体内に光軸方向から第１のレンズ系を嵌め入れ、レンズ枠体の内面に突き当てて接着剤等で固定し、レンズ枠体の側部から液晶レンズを挿入して接着剤等で固定し、さらにレンズ枠体内に光軸方向から第２のレンズ系を嵌め入れてレンズ枠体の内面または液晶レンズに突き当てて接着剤等で固定することによって、所定の位置に各レンズを固定することができるので、容易に撮像レンズを組み立てることができる。

本発明によれば、レンズを移動させることなく、マクロ撮影時にもオートフォーカス機能によるピント合わせが可能な小型の撮像レンズ、およびその撮像レンズを用いたカメラモジュールが得られるという効果を奏する。また、収差の少ない撮像レンズおよびカメラモジュールが得られるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる撮像レンズおよびカメラモジュールの好適な実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明にかかる撮像レンズの一例について説明する。

図１は、本発明にかかる撮像レンズの一例を示す断面図である。図１に示すように、撮像レンズ１は、外部から光が入射する第１の光学レンズ２、第１の光学レンズ２を通過した光が入射する液晶レンズ３、液晶レンズ３を通過した光が入射する第２の光学レンズ４、および第２の光学レンズ４を通過した光が入射する第３の光学レンズ５を備えている。第１の光学レンズ２は、凸レンズよりなる第１のレンズ系を構成する。第２の光学レンズ４と第３の光学レンズ５は、第２のレンズ系を構成する。液晶レンズ３には、絞り６が設けられている。

これら光学レンズ２，４，５および液晶レンズ３は、有底筒状のレンズ枠体７内に収納されている。レンズ枠体７の底部の内側には、第１の光学レンズ２が丁度納まる大きさの凹部７１が形成されている。その凹部７１の中央部には、レンズ枠体７内に外光を取り込むための窓部７２が形成されている。第１の光学レンズ２は、レンズ枠体７の凹部７１に光軸方向の後方から嵌め込まれている。そして、第１の光学レンズ２の前側（被写体側）の面２１の周縁部が、レンズ枠体７の底部の内面の、窓部７２の外側部分に突き当てられた状態で、第１の光学レンズ２の側面と凹部７１の側面とが、例えばＵＶ硬化型接着剤により接着されている。

液晶レンズ３は、レンズ枠体７の側部に設けられた貫通孔７３からレンズ枠体７内に差し込まれている。そして、液晶レンズ３の前側（被写体側）の面３１の周縁部が、第１の光学レンズ２の後側の面２２の周縁部に突き当てられた状態で、その突き当て部において例えばＵＶ硬化型接着剤により接着されている。このように、液晶レンズ３を第１の光学レンズ２に突き当てて固定することにより、第１の光学レンズ２の後側の面２２と液晶レンズ３の前側の面３１の有効領域における間隔が所定の間隔となる。

一方、例えばレンズ枠体７の側部の内面に液晶レンズ３の角部が当たることによって、液晶レンズ３の、光軸に対して垂直な方向の位置決めがなされる。なお、撮像レンズ１を組み立てる際に治具を用いることによって、液晶レンズ３の、光軸に対して垂直な方向の位置決めを行ってもよい。あるいは、予め液晶レンズ３に位置決め用のパターンを形成しておき、そのパターンを所定の位置に光学的に合わせるようにしてもよい。

レンズ枠体７の、液晶レンズ３が差し込まれた貫通孔７３は、液晶レンズ３から伸びる電気的な接続部３２を挟むクリップ状のスプリングコネクタ８により塞がれている。そして、スプリングコネクタ８とレンズ枠体７の側部の間の隙間は、黒色に着色された接着剤等のシール剤７４によりシールされている。スプリングコネクタ８には、この撮像レンズ１を用いたカメラモジュールに搭載される液晶レンズ駆動ＩＣに電気的に接続される接続端子８１が設けられている。

第２の光学レンズ４は、レンズ枠体７内に光軸方向の後方から嵌め込まれており、第２の光学レンズ４の前側（液晶レンズ３側）の面４１の周縁部が、液晶レンズ３の後側の面３３の周縁部に突き当てられている。このように、第２の光学レンズ４を液晶レンズ３に突き当てることにより、液晶レンズ３の後側の面３３と第２の光学レンズ４の前側の面４１の有効領域における間隔が所定の間隔となる。

また、レンズ枠体７の、第２の光学レンズ４の固定位置における内径は、第２の光学レンズ４の外径よりも僅かに大きくなっており、レンズ枠体７内に第２の光学レンズ４を挿入することによって、第２の光学レンズ４の、光軸に対して垂直な方向の位置決めがなされる。そして、第２の光学レンズ４の側面がレンズ枠体７の内面に例えばＵＶ硬化型接着剤により接着されている。

第３の光学レンズ５は、第２の光学レンズ４と同様に、レンズ枠体７内に光軸方向の後方から嵌め込まれている。そして、第３の光学レンズ５の前側（第２の光学レンズ４側）の面５１の周縁部を第２の光学レンズ４の後側の面４２の周縁部に突き当てることによって、第３の光学レンズ５の前側の面５１と第２の光学レンズ４の後側の面４２の有効領域における間隔が所定の間隔となっている。

また、第３の光学レンズ５は、第２の光学レンズ４と同様に、レンズ枠体７内に挿入するだけで、光軸に対して垂直な方向の位置が決まるようになっている。そして、第３の光学レンズ５の側面がレンズ枠体７の内面に例えばＵＶ硬化型接着剤により接着されている。なお、ＵＶ硬化型以外の接着剤を用いてもよい。

図２は、液晶レンズ３の一例を示す断面図である。図２に示すように、液晶レンズ３は、例えば３枚の対向する透明基板３０１，３０２，３０３を有している。前側、すなわち第１の光学レンズ２側に配置される透明基板３０１の後側の面には、透明な共通電極３０４が形成されている。中央の透明基板３０２の前側の面には、透明なパターン電極３０５と絞り６が形成され、中央の透明基板３０２の後側の面には、透明なパターン電極３０６が形成されている。

後側、すなわち第２の光学レンズ４側に配置される透明基板３０３の前側の面には、透明な共通電極３０７が形成されている。共通電極３０４とパターン電極３０５の間、およびパターン電極３０６と共通電極３０７の間には、それぞれ例えばホモジニアス配向の液晶層３０８，３０９が封入されている。つまり、液晶レンズ３は、共通電極３０４、液晶層３０８およびパターン電極３０５よりなる前側の液晶パネルと、パターン電極３０６、液晶層３０９および共通電極３０７よりなる後側の液晶パネルの２層構成となっている。

特に限定しないが、例えば前側の液晶パネルおよび後側の液晶パネルは、それぞれＰ波用液晶レンズ３ａおよびＳ波用液晶レンズ３ｂを構成している。このように、液晶で光の位相変調を行って可変焦点レンズを実現するためには、Ｐ波用とＳ波用の２個の液晶レンズが必要となる。Ｐ波用液晶レンズ３ａとＳ波用液晶レンズ３ｂの構成は同じであるが、液晶層３０８，３０９の配向方向が９０°異なる。

これは、Ｐ波用液晶レンズ３ａの屈折率分布を変化させた場合、Ｐ波用液晶レンズ３ａの配向方向と同じ方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けるが、Ｐ波用液晶レンズ３ａの配向方向に対して直交する方向の偏光面を有する光は、屈折率分布の変化の影響を受けないようにするためである。Ｓ波用液晶レンズ３ｂについても同様である。Ｐ波用液晶レンズ３ａとＳ波用液晶レンズ３ｂは、同じ波形の駆動電圧によって駆動される。ここで用いる駆動電圧は、例えばパルス高さ変調（ＰＨＭ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧である。

また、前側の透明基板３０１の周縁部および後側の透明基板３０３の周縁部と中央の透明基板３０２の前側の面および後側の面とは、それぞれシール部材３１０，３１１により封止されている。各液晶層３０８，３０９の厚さは、それぞれスペーサ部材３１２，３１３により一定に保たれている。スプリングコネクタ８により挟み込まれる接続部３２は、中央の透明基板３０２の延長部分に設けられている。

図３は、液晶レンズ３のパターン電極３０５と絞り６が形成された透明基板３０２を示す正面図である。図３に示すように、パターン電極３０５は、特に限定しないが、例えば円形状の中心部電極の回りに、半径の異なる複数の同心円の円周に沿って複数のＣ字状の輪帯電極が配置されたパターンを有する。中心部電極と最も内側の輪帯電極の間、および隣り合う輪帯電極の間は、絶縁された空間となっている。そして、中心部電極と最も内側の輪帯電極、および隣り合う輪帯電極は、それぞれ輪帯接続部を介して互いに接続されている。

中心部電極および最も外側の輪帯電極は、それぞれ引き出し電極３２１，３２２を介して、接続部３２に形成された電極パッド３２３，３２４に接続されている。また、接続部３２には、パターン電極３０５に対向する図には現れていない共通電極３０４が引き出し電極を介して接続される電極パッド３２５が設けられている。この電極パッド３２５には、コモン電圧が印加される。

一方、パターン電極３０５に接続された２個の電極パッド３２３，３２４には種々の電圧が印加されるが、その印加電圧に応じて、パターン電極３０５の中心部電極および各輪帯電極のそれぞれの電圧値が異なる状態となる。つまり、パターン電極３０５によって液晶層３０８に電圧分布が生じる。この電圧分布を変化させることによって、Ｐ波用液晶レンズ３ａの屈折率の分布が変化し、Ｐ波用液晶レンズ３ａのレンズパワーを変えることができる。Ｓ波用液晶レンズ３ｂについても同様である。

絞り６は、クロム等の遮光性の膜でできており、パターン電極３０５の外側で、かつシール部材３１０の内側の領域を被覆するようにパターン形成されている。絞り６とパターン電極３０５は、絶縁されている。絞り６は、通電時に発熱して液晶レンズ３を温めるヒータを兼ねている。図２および図３に示す例では、絞り６は、Ｐ波用液晶レンズ３ａに設けられており、Ｓ波用液晶レンズ３ｂには設けられていないが、絞り６に通電することによってＰ波用液晶レンズ３ａとＳ波用液晶レンズ３ｂの両方が同じように温められる。

透明基板３０２の接続部３２には、絞り６に通電するための電極パッド３２６，３２７が設けられている。絞り６の両端がそれぞれ接続部３２まで伸びており、それぞれ電極パッド３２６，３２７に接続されている。これらの電極パッド３２６，３２７にヒータ駆動電圧が印加されることによって、絞り６が発熱してヒータとなる。上述したスプリングコネクタ８には５個の接続端子８１が設けられており、この５個の接続端子８１は、それぞれ５個の電極パッド３２３〜３２７に１対１で接続される。

次に、本発明にかかるカメラモジュールの一例について説明する。図４は、本発明にかかるカメラモジュールの一例を示す正面図であり、図５は、図４の切断線Ａ−Ａにおける断面図であり、図６は、カメラモジュールの分解斜視図である。これらの図に示すように、カメラモジュール９は、上述した撮像レンズ１に、赤外線カットフィルタ９１と、ＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子よりなるイメージセンサ素子９２を組み合わせた構成となっている。なお、図６では、赤外線カットフィルタ９１とイメージセンサ素子９２は、センサーフレーム９３に隠れているため、見えていない。

赤外線カットフィルタ９１は、フレキシブルプリント配線基板９４の前側（第３の光学レンズ５側）の面に台座９５を介して取り付けられている。この台座９５は、赤外線カットフィルタ９１とイメージセンサ素子９２を所定の距離だけ離すために設けられている。イメージセンサ素子９２は、フレキシブルプリント配線基板９４の後側の面に取り付けられている。赤外線カットフィルタ９１を通過した光がイメージセンサ素子９２の受光面に当たるように、フレキシブルプリント配線基板９４に受光窓部９６が設けられている。

レンズ枠体７は、第１の光学レンズ２から第３の光学レンズ５までを収納しているレンズ収納部７５の後側に、赤外線カットフィルタ９１およびイメージセンサ素子９２を収納するセンサ収納部７６を有している。このセンサ収納部７６内に赤外線カットフィルタ９１とイメージセンサ素子９２が収納された状態で、それらの後側から被せられたセンサーフレーム９３により、センサ収納部７６が塞がれている。これによって、外光がレンズ枠体７の前端部の窓部７２のみからレンズ枠体７内に入射し、各レンズ２〜５および赤外線カットフィルタ９１を経て、イメージセンサ素子９２で受光される。

フレキシブルプリント配線基板９４の一部は、レンズ枠体７に沿って折り曲げられて、スプリングコネクタ８の接続端子８１に接続されている。また、フレキシブルプリント配線基板９４は、このカメラモジュール９が搭載される携帯電話機等の電子機器に接続されるために十分な長さを有している。フレキシブルプリント配線基板９４には、液晶レンズ３を駆動するための液晶駆動電圧および絞り６を発熱させるためのヒータ駆動電圧を発生させる液晶レンズ駆動ＩＣ９７が取り付けられている。

この液晶レンズ駆動ＩＣ９７は、このカメラモジュール９が搭載される携帯電話機等の電子機器側に設けられていてもよい。また、イメージセンサ素子９２から出力される電気信号を処理するＩＣ等は、電子機器側に設けられているが、このＩＣをカメラモジュール９に搭載してもよい。

一例としてカメラモジュール９の寸法を挙げると、図４に示すように、カメラモジュール９を前側、すなわち被写体側から見たときの大きさは、例えば９．５ｍｍ×９．５ｍｍである。また、図５に示すように、カメラモジュール９の奥行き、すなわちレンズ枠体７の前端面からセンサーフレーム９３の後端面までの長さは、例えば８ｍｍである。

次に、絞り６が液晶レンズ３に設けられていることによる作用について説明する。図７は、本実施の形態と同じ構成の撮像レンズを透過する光線の軌跡をシミュレーションした結果を示す図である。図８は、絞りを撮像レンズの前に配置した構成の撮像レンズを透過する光線の軌跡をシミュレーションした結果を示す図である。なお、図７および図８では、光線の軌跡の一部を示した。

図７に示す実施例と、図８に示す比較例とでは、絞りの位置が異なるだけであり、その他のレンズ構成等は同じである。従って、実施例および比較例において、対応するレンズには同じ符号を付している。ただし、各例で、イメージセンサ素子９２で最適に受光されるようにレンズの形状や大きさ等が最適化されているので、レンズの形状や大きさ等は適宜異なる。

実施例および比較例について、シミュレーションに用いた数値をそれぞれ表１および表２に示す。これらの表において、曲率半径、面間隔およびレンズ有効径の単位はミリメートル（ｍｍ）である。また、面間隔は、光軸の中心における間隔である。また、第１の光学レンズ２については、前側の面も後側の面も非球面とした。第２の光学レンズ４および第３の光学レンズ５についても同様である。これらの非球面の形状は、次の式で表される。ただし、ｈは、光線の高さ、すなわち光軸の中心からの距離である。また、ｘとｙは、光軸に垂直な面における２次元座標である。この非球面を表す式のコーニック係数Ｋと、非球面係数Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの値は、表１および表２に示す通りである。

表１および表２より、実施例の方が比較例よりも、もっとも有効径の大きい第３の光学レンズ５の有効径が小さくなることがわかる。これは、実施例では、絞り６（図７においては図示を省略）が液晶レンズ３に設けられているからである。つまり、実施例のように絞り６をレンズ系の中心に配置したカメラモジュール９の方が、レンズ系の前に配置したカメラモジュール１０９よりも、小型化するのに有効である。また、実施例の方が比較例よりも、液晶レンズ３の有効径が小さくなることがわかる。

また、レンズ系の中に絞り６を配置し、絞り６を挟んだ２つのレンズ面の非球面係数を同じ符号にすると、コマ収差と歪曲収差に大きな影響を与えることなく、球面収差と非点収差を小さくすることができる。その逆に、絞り６を挟んだ２つのレンズ面の非球面係数を異なる符号にすると、球面収差と非点収差に大きな影響を与えることなく、コマ収差と歪曲収差を小さくすることができる。さらに、中央に絞り６を設け、個の絞り６を挟んでレンズ構成を対称な配置とすることによって、画角の奇数次に比例するコマ収差や歪曲収差等をなくすことができる。

以上説明したように、実施の形態によれば、液晶レンズ３の有効径が小さくなり、液晶レンズ３のレンズパワーが大きくなるので、合焦範囲が広くなり、大きなレンズパワーを要するマクロ撮影時にもオートフォーカスによりピント合わせを行うことができる。また、液晶レンズ３のレンズパワーが大きくなることによって、液晶レンズ３のセルギャップを狭くすることができ、液晶レンズ３の応答性の向上と、液晶レンズ３の薄型化を図ることができる。

また、液晶レンズ３自体により発生する収差が小さくなる。さらに、液晶レンズ３の前に第１の光学レンズ２があることによって、入射瞳径が大きくなるので、液晶レンズを一番前に配置した同一の明るさの撮像レンズと比較して、液晶レンズ３の有効径を小さくすることができる。従って、より一層、上述した液晶レンズ３の有効径が小さいことによる効果が顕著となる。

また、レンズの有効径が小さくなるので、収差係数を小さくすることができる。従って、ピント合わせによる収差変動を小さくすることができる。以上のように種々の理由により収差の低減効果が大きいので、同じ収差補正量で光路長が短くなる。また、液晶レンズ３に絞り６が形成されていることによって、液晶レンズ３と絞り６の偏芯量を低減することができ、また、部品点数を減らすことができる。さらに、ヒータ（絞り６）が設けられていることによって、液晶レンズ３の応答が速くなるので、低温環境下においてもオートフォーカスによるピント合わせを迅速に行うことができる。

また、レンズ枠体７内に光軸方向の後方から第１の光学レンズ２を嵌め入れ、レンズ枠体７の内面に突き当てて接着剤等で固定した後に、レンズ枠体７の側部から液晶レンズ３を挿入して接着剤等で固定する。さらに、レンズ枠体７内に光軸方向の後方から第２の光学レンズ４を嵌め入れて液晶レンズ３に突き当てて接着剤等で固定する。さらに、レンズ枠体７内に光軸方向の後方から第３の光学レンズ５を嵌め入れて第２の光学レンズ４に突き当てて接着剤等で固定する。このように組み立てることによって、容易に所定の位置に各レンズ２〜５を固定することができる。

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に記載した寸法などは一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、第１のレンズ系が２枚以上の光学レンズで構成されていてもよいし、第２のレンズ系が１枚または３枚以上の光学レンズで構成されていてもよい。さらに、絞りが、第１の光学レンズ２と液晶レンズ３の間に設けられていてもよい。その場合には、絞りを液晶レンズ３に近接して設けるのがよい。また、ヒータを兼ねる絞り６をＳ波用液晶レンズ３ｂに設けてもよい。あるいは、Ｐ波用液晶レンズ３ａに絞り６を設け、Ｓ波用液晶レンズ３ｂにヒータを設けてもよいし、その逆でもよい。

またさらに、上述した実施の形態における液晶レンズでは、液晶層に印加する電圧に応じて液晶層の面内屈折率分布が変化する液晶レンズの構成例を示したが、本発明の撮像レンズ１に搭載する液晶レンズの形態は、この構成例に限定されるものではなく、例えば、液晶層を挟持する、少なくとも一方の透明基板にＲ形状の凹部または凸部を用いてレンズ効果を持たせ、その液晶層に印加する電圧によりレンズパワーを可変とする方式等、他の構成としても、上記したと同様な効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる撮像レンズおよびカメラモジュールは、無限遠から至近距離に至るまで撮影可能なオートフォーカス機能を有する撮像装置に有用であり、特に、カメラ付き携帯電話機や内視鏡のカメラ部などのような小型のカメラに適している。また、本発明は、通常の銀塩写真用のカメラ、デジタルカメラ、ムービーカメラまたは車等の後方確認用カメラなどの比較的大型のカメラにも適用可能である。

本発明にかかる撮像レンズの一例を示す断面図である。 本発明にかかる撮像レンズを構成する液晶レンズの一例を示す断面図である。 本発明にかかる撮像レンズを構成する液晶レンズの一例を示す正面図である。 本発明にかかるカメラモジュールの一例を示す正面図である。 図４の切断線Ａ−Ａにおける構成を示す断面図である。 本発明にかかるカメラモジュールの構成を示す分解斜視図である。 実施例の撮像レンズを透過する光線の軌跡を示す図である。 比較例の撮像レンズを透過する光線の軌跡を示す図である。

符号の説明

１ 撮像レンズ
２ 第１のレンズ系
３ 液晶レンズ
４，５ 第２のレンズ系
６ 絞り兼ヒータ
７ レンズ枠体
９ カメラモジュール
７３ レンズ枠体の側部に設けられた貫通孔
９１ 赤外線カットフィルタ
９２ イメージセンサ素子
９７ 液晶レンズ駆動ＩＣ（駆動手段）
３０１，３０２，３０３ 透明基板
３０８，３０９ 液晶層

Claims (8)

1. 外部から光が入射する凸レンズよりなる第１のレンズ系と、
   前記第１のレンズ系を通過した光が入射し、対向する透明基板間に封入された液晶層に印加する電圧に応じて液晶層の屈折率が変化する液晶レンズと、
   前記第１のレンズ系と前記液晶レンズの間に設けられた絞りと、
   前記液晶レンズを通過した光が入射する１枚以上のレンズよりなる第２のレンズ系と、
   前記第１のレンズ系、前記液晶レンズおよび前記第２のレンズ系を固定するレンズ枠体と、
   を備えることを特徴とする撮像レンズ。
2. 外部から光が入射する凸レンズよりなる第１のレンズ系と、
   前記第１のレンズ系を通過した光が入射し、対向する透明基板間に封入された液晶層に印加する電圧に応じて液晶層の面内屈折率分布が変化する液晶レンズと、
   前記液晶レンズの一方の透明基板の、光軸に垂直な面に形成された遮光性の膜よりなる絞りと、
   前記液晶レンズを通過した光が入射する１枚以上のレンズよりなる第２のレンズ系と、
   前記第１のレンズ系、前記液晶レンズおよび前記第２のレンズ系を固定するレンズ枠体と、
   を備えることを特徴とする撮像レンズ。
3. 絞りを構成する前記遮光性の膜が、通電時に発熱するヒータを兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の撮像レンズ。
4. 前記液晶レンズの透明基板の、光軸に垂直な面に、通電時に発熱する膜よりなるヒータが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像レンズ。
5. 前記第１のレンズ系と前記第２のレンズ系は、前記レンズ枠体内に光軸方向から挿入されて固定されており、前記液晶レンズは、前記レンズ枠体の側部に設けられた貫通孔から前記レンズ枠体内の、前記第１のレンズ系と前記第２のレンズ系の間に挿入されて固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の撮像レンズ。
6. 上記請求項１〜５のいずれか一つに記載の撮像レンズと、
   前記撮像レンズを通過した光を受光して電気信号に変換するイメージセンサ素子と、
   を備えることを特徴とするカメラモジュール。
7. 前記撮像レンズと前記イメージセンサ素子の間に、赤外線カットフィルタが設けられていることを特徴とする請求項６に記載のカメラモジュール。
8. 前記レンズ枠体の外に、前記液晶レンズに印加する電圧を発生する駆動手段が設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載のカメラモジュール。
   
   

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