JP2011175028A - Imaging lens and imaging module - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、携帯端末のデジタルカメラ等への搭載を目的とした、撮像レンズおよび撮像モジュールに関する発明である。 The present invention relates to an imaging lens and an imaging module for the purpose of mounting a portable terminal on a digital camera or the like.
撮像モジュールとしては、固体撮像素子を内蔵した、コンパクトなデジタルカメラおよびデジタルビデオユニット等が、種々開発されている。特に、情報携帯端末および携帯電話機等の携帯端末が普及している近年、新興国向けの普及機となる携帯電話機に搭載されるカメラモジュール、および、携帯端末のサブカメラに搭載される撮像モジュールに対しては、簡易な構成およびプロセス技術を実現することによる、低価格化が要求されている。この要求を満足するために、1つのレンズを用いて構成された撮像レンズに対する需要が高まっている。 As the imaging module, various compact digital cameras, digital video units, and the like having a solid-state imaging device built therein have been developed. In particular, portable terminals such as portable information terminals and portable telephones have become widespread. In recent years, camera modules mounted on portable telephones that are popular machines for emerging countries, and imaging modules mounted on sub-cameras of portable terminals. On the other hand, a reduction in price is required by realizing a simple configuration and process technology. In order to satisfy this requirement, there is an increasing demand for an imaging lens configured using one lens.
1つのレンズを用いて構成された撮像レンズにおいて、良好な解像力を実現することが可能な技術として、特許文献1および2には、物体(被写体)側および像面(結像面)側に向けられた面の両方が凸面である撮像レンズが開示されている。
また、特許文献3には、物体側に位置する第1面を凹面としてなるメニスカス状のレンズ本体の物体側に絞りを配置し、前記レンズ本体は、以下の条件(A)〜(C)を満足するように構成された撮像レンズが開示されている。
In
(A)Y’/fl≧0.6
(B)0.9≧Dt/Dc≧0.5
(C)1.0≧Ap2/Am2≧0.9
但し、
fl:レンズ系全体の焦点距離
Y’:最大像高(像高1.0)
Dt:レンズの少なくとも1つの光学面を含む領域における最も薄い部分の厚さ
Dc:レンズの中心厚さ
Ap2:像面側第2面の有効半径(有効な光線が通過する部分の最大半径)
Am2:像面側第2面の最大半径
であるとする。
(A) Y ′ / fl ≧ 0.6
(B) 0.9 ≧ Dt / Dc ≧ 0.5
(C) 1.0 ≧ Ap 2 / Am 2 ≧ 0.9
However,
fl: focal length of the entire lens system Y ': maximum image height (image height 1.0)
Dt: the thickness of the thinnest part in the region including at least one optical surface of the lens Dc: the center thickness of the lens Ap 2 : the effective radius of the second surface on the image plane side (the maximum radius of the part through which an effective ray passes)
Am 2 : The maximum radius of the second surface on the image plane side.
メニスカスレンズを用いて、良好な解像力を実現する技術としては、他にも、特許文献4に開示された撮像レンズが挙げられる。
As another technique for realizing a good resolving power using a meniscus lens, an imaging lens disclosed in
特許文献1および2に開示されている撮像レンズは、両面が凸形状であること、ならびに、各々最適な条件設定が施されたことにより、テレセントリック性を維持し、これにより、歪みを良好に補正することが可能である一方、画角が広くなると、物体を結像して形成された像の周辺における解像度が劣化したり、Fナンバーが大きくなり過ぎて像が暗くなったりする、等の問題が発生する。
The imaging lenses disclosed in
特許文献1および2に開示されているような、両面が凸形状であるレンズ1つで構成された撮像レンズは、歪みが良好に補正できるものの、ガラス材料と同等の光学定数が必要となり、プラスチック材料レベルでは像面を揃えることが困難となる。両面が凸形状であるレンズ1つで構成された撮像レンズは、歪みの補正がやり易く、広画角に有効な基本構成であることから、多く実施されてきたが、携帯端末向けの撮像レンズ等の、52°以上の水平画角が要求される広角レンズとしては、物体を結像して形成された像の周辺において、サジタル像面における所望の解像度の確保が困難であるため、実用が困難であるという問題が発生する。
As disclosed in
特許文献3に開示されている撮像レンズは、物体側に位置する第1面を凹面としてなるメニスカス状のレンズに対して、最適な条件(A)〜(C)が設定されているが、この条件(A)〜(C)では、広画角かつコンパクトな光学系において、物体を結像して形成された像の周辺まで良好な解像力が得られるような、最適な条件設定であると言えない。
The imaging lens disclosed in
すなわち、条件(A)は、画角が約30°以上であることを意味しているが、画角が約30°以上であることは、カメラモジュールにおいて必須となる仕様値であり、良好な撮像レンズを得るための条件というよりも、撮像レンズに対して要求される仕様である。また、条件(B)は、メニスカスレンズのサグ量に関する規定であり、これを満足するだけで良好な解像力を有する撮像レンズが得られると言えない。また、条件(C)は、撮像レンズの光学特性そのものとの関連が薄い。 That is, the condition (A) means that the angle of view is about 30 ° or more, but that the angle of view is about 30 ° or more is a specification value that is essential for the camera module and is good. It is a specification required for an imaging lens rather than a condition for obtaining the imaging lens. The condition (B) is a rule regarding the sag amount of the meniscus lens, and it cannot be said that an imaging lens having a good resolving power can be obtained only by satisfying this. Further, the condition (C) has little relation to the optical characteristics of the imaging lens itself.
特許文献3および4に開示されているような、メニスカスレンズ1つで構成された撮像レンズは、両面が凸形状であるレンズ1つで構成された撮像レンズと同様に、物体を結像して形成された像の周辺における所望の解像度の確保が困難である。さらに、メニスカスレンズ1つで構成された撮像レンズは、大きな歪みを生じてしまうという問題が発生する。
An imaging lens configured with one meniscus lens as disclosed in
本発明は、上記の問題に鑑みて為された発明であり、その目的は、物体を結像して形成された像の周辺において、良好な解像力を得ることを可能とする、撮像レンズおよび撮像モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an imaging lens and an imaging that can obtain a good resolving power around an image formed by imaging an object. To provide a module.
本発明の撮像レンズは、上記の問題を解決するために、物体側から像面側へと向かって順に、開口絞りおよび単レンズを備えており、上記単レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズである撮像レンズであって、物体を結像して形成された像の中心にて解像力が最大となる位置から、光軸方向に距離Pdis(但し、0<Pdis)移動された位置を、上記像面とするものであり、かつ、0.014<Pdis/f<0.035なる関係、および、0.18<d/d2<0.30なる関係を満足しており、上記単レンズは、物体側に向けた面および像面側に向けた面の両方が非球面であることを特徴としている。但し、fは撮像レンズ全体の焦点距離であり、dは単レンズの中心の厚みであり、d2は単レンズにおける、像面側に向けた面の中心から、像面までの空気換算長さである。 In order to solve the above problems, the imaging lens of the present invention includes an aperture stop and a single lens in order from the object side to the image plane side, and the single lens has a concave surface directed toward the object side. An imaging lens, which is a meniscus lens, is a position moved by a distance Pdis (where 0 <Pdis) in the optical axis direction from a position where the resolving power is maximum at the center of an image formed by imaging an object. And satisfying the relationship of 0.014 <Pdis / f <0.035 and the relationship of 0.18 <d / d2 <0.30. Is characterized in that both the surface facing the object side and the surface facing the image surface side are aspherical surfaces. Where f is the focal length of the entire imaging lens, d is the thickness of the center of the single lens, and d2 is the air equivalent length from the center of the surface toward the image plane to the image plane in the single lens. is there.
上記の構成によれば、像面を、物体を結像して形成された像の中心にて解像力が最大となる位置から、光軸方向に距離Pdis移動させた配置とすることで、像の周辺に関しては、解像力を向上させることが可能となる。 According to the above configuration, the image plane is arranged by moving the distance Pdis in the optical axis direction from the position where the resolving power is maximum at the center of the image formed by imaging the object. With respect to the periphery, the resolution can be improved.
なお、Pdis/fは、0.014以下である場合、物体を結像して形成された像の周辺における解像力が不十分となる虞があり、0.035以上である場合、像の中心における解像力が不十分となる虞がある。これらのことを考慮すると、Pdis/fは、0.014を超え、かつ、0.035未満である必要がある。 In addition, when Pdis / f is 0.014 or less, there is a possibility that the resolving power around the image formed by imaging an object may be insufficient. When Pdis / f is 0.035 or more, There is a risk that the resolution will be insufficient. Considering these facts, Pdis / f needs to be more than 0.014 and less than 0.035.
また、d/d2は、0.18以下である場合、単レンズが薄くなり過ぎて、適用可能な製造プロセスが限定されることによる、撮像レンズの生産性の低下が懸念されると共に、広画角の撮像レンズが実現困難となり、0.30以上である場合、歪みおよび非点収差が大きくなり、解像力が劣化する虞がある。これらのことを考慮すると、d/d2は、0.18を超え、かつ、0.30未満である必要がある。 Further, when d / d2 is 0.18 or less, the single lens becomes too thin, and there is a concern that the productivity of the imaging lens may be lowered due to a limitation of applicable manufacturing processes. When a corner imaging lens is difficult to be realized and is 0.30 or more, distortion and astigmatism increase, and resolution may be degraded. Considering these, d / d2 needs to be more than 0.18 and less than 0.30.
また、本発明の撮像レンズは、上記単レンズは、0.5<d´/d<0.9なる関係を満足するように構成されていることを特徴としている。但し、d´は単レンズの有効口径の端部の厚みである。 The imaging lens of the present invention is characterized in that the single lens is configured to satisfy a relationship of 0.5 <d ′ / d <0.9. Here, d ′ is the thickness of the end portion of the effective aperture of the single lens.
d´/dは、0.5以下である場合、単レンズが薄くなり過ぎて、適用可能な製造プロセスが限定されることによる、撮像レンズの生産性の低下が懸念され、0.9以上である場合、像の周辺における解像力の補正が難しくなる。これらのことを考慮すると、d´/dは、0.5を超え、かつ、0.9未満であるのが好ましい。 When d ′ / d is 0.5 or less, the single lens becomes too thin, and there is a concern that the productivity of the imaging lens may be reduced due to a limitation of applicable manufacturing processes. In some cases, it becomes difficult to correct the resolving power around the image. Considering these, d ′ / d is preferably more than 0.5 and less than 0.9.
また、本発明の撮像レンズは、上記単レンズの有効口径における、最も薄い部分の厚みは、150μmを超えていることを特徴としている。 The imaging lens of the present invention is characterized in that the thickness of the thinnest portion of the effective aperture of the single lens exceeds 150 μm.
上記の構成によれば、単レンズが薄くなり過ぎないため、生産性に優れた撮像レンズを実現することが可能となる。 According to said structure, since a single lens does not become thin too much, it becomes possible to implement | achieve the imaging lens excellent in productivity.
また、本発明の撮像レンズは、Fナンバーは、3未満であることを特徴としている。 The imaging lens of the present invention is characterized in that the F number is less than 3.
上記の構成によれば、Fナンバーは3未満であるため、受光光量を増大させることができ、かつ、色収差が良好に補正されるため、高い解像力を得ることが可能となる。 According to the above configuration, since the F number is less than 3, the amount of received light can be increased, and chromatic aberration is corrected well, so that high resolution can be obtained.
また、本発明の撮像レンズは、上記単レンズは、屈折率が1.4を超えており、アッベ数が43を超えていることを特徴としている。 In the imaging lens of the present invention, the single lens has a refractive index exceeding 1.4 and an Abbe number exceeding 43.
上記の構成によれば、低い屈折率、かつ、高い分散値の光学定数を有している材料を、単レンズに対して適用することが可能となるため、単レンズを構成する材料の選択肢が増え、これにより、安価な材料選択および材料に制約されることの無い製造プロセスの適用が可能となる。 According to the above configuration, a material having a low refractive index and a high dispersion value optical constant can be applied to a single lens. This allows for inexpensive material selection and application of manufacturing processes that are not constrained by materials.
また、本発明の撮像レンズは、上記単レンズは、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂からなることを特徴としている。 In the imaging lens of the present invention, the single lens is made of a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin.
単レンズを、熱硬化性樹脂またはUV(Ultra Violet:紫外線)硬化性樹脂からなる構成とすることにより、本発明の撮像モジュールの製造段階において、複数の単レンズを樹脂に成形して、後述するレンズアレイを作製することが可能となり、さらに、撮像レンズをリフロー実装することが可能となる。 By forming the single lens from a thermosetting resin or a UV (Ultra Violet) curable resin, a plurality of single lenses are molded into a resin in the manufacturing stage of the imaging module of the present invention, which will be described later. A lens array can be manufactured, and further, an imaging lens can be reflow mounted.
また、本発明の撮像モジュールは、本発明の撮像レンズと、上記撮像レンズによって物体を結像して形成された像を、光として受光する固体撮像素子と、を備えることを特徴としている。 An imaging module according to the present invention includes the imaging lens according to the present invention and a solid-state imaging device that receives an image formed by imaging an object with the imaging lens as light.
上記の構成によれば、広い画角を有し、コンパクトであり、さらに良好な解像力を有する、デジタルカメラ等の撮像モジュールを実現することが可能となる。 According to said structure, it becomes possible to implement | achieve imaging modules, such as a digital camera, which has a wide angle of view, is compact, and has a further favorable resolving power.
また、本発明の撮像モジュールは、上記固体撮像素子は、VGA(Video Graphics Array:ビデオ・グラフィックス・アレイ)クラスの撮像素子であることを特徴としている。 The imaging module of the present invention is characterized in that the solid-state imaging device is a VGA (Video Graphics Array) class imaging device.
上記の構成によれば、VGAクラスの撮像素子を、固体撮像素子に適用することで、良好な解像力を有する撮像モジュールを実現することができると共に、レンズの枚数を少なくすることができ、製造公差が発生し得る要因を削減することが可能となるため、製造が簡単な撮像モジュールを実現することが可能となる。 According to the above configuration, by applying a VGA class imaging device to a solid-state imaging device, an imaging module having a good resolving power can be realized, the number of lenses can be reduced, and manufacturing tolerances can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the factors that may cause an imaging module that is easy to manufacture.
また、本発明の撮像モジュールは、上記固体撮像素子の画素のサイズは、2.5μm以下であることを特徴としている。 In the imaging module of the present invention, the size of the pixel of the solid-state imaging device is 2.5 μm or less.
上記の構成によれば、本発明の撮像レンズが有する解像力を活かした撮像モジュールを実現することが可能となる。また、固体撮像素子を小型化することで、撮像レンズひいては撮像モジュールの小型化も可能となるため、さらにコンパクトな、デジタルカメラ等の撮像モジュールを実現することが可能となる。 According to said structure, it becomes possible to implement | achieve the imaging module using the resolving power which the imaging lens of this invention has. In addition, by downsizing the solid-state imaging device, it is possible to reduce the size of the imaging lens and thus the imaging module. Therefore, it is possible to realize a more compact imaging module such as a digital camera.
また、本発明の撮像モジュールは、上記撮像レンズのフォーカス位置を調整するための機構を備えていないことを特徴としている。 In addition, the imaging module of the present invention is characterized in that it does not include a mechanism for adjusting the focus position of the imaging lens.
本発明の撮像レンズは、物体を結像して形成された像の周辺において、良好な解像力を得ることが可能であるという特長を有しているものである。このことから、本発明の撮像モジュールは、光軸方向における、最良像面位置に対する固体撮像素子の位置を調整することが必須で無いので、該調整のために従来必要であった、撮像レンズのフォーカス位置を調整するための機構を省略することが可能となる。そして、この機構を省略することにより、本発明の撮像モジュールは、製造コストを低減することが可能となる。 The imaging lens of the present invention has a feature that a good resolving power can be obtained around an image formed by imaging an object. From this, it is not essential for the imaging module of the present invention to adjust the position of the solid-state imaging device with respect to the best image plane position in the optical axis direction. A mechanism for adjusting the focus position can be omitted. By omitting this mechanism, the imaging module of the present invention can reduce the manufacturing cost.
また、本発明の撮像モジュールは、同一面上に上記単レンズを複数備えたレンズアレイと、同一面上に上記固体撮像素子を複数備えたセンサアレイと、を用意し、各単レンズと各固体撮像素子とが、1対1に対応して対向配置されるように、上記レンズアレイに上記センサアレイを搭載した後、対向配置された、上記単レンズおよび固体撮像素子の組み合わせを分割して製造されたものであることを特徴としている。 In addition, an imaging module of the present invention provides a lens array including a plurality of the single lenses on the same surface and a sensor array including a plurality of the solid-state imaging elements on the same surface. After mounting the sensor array on the lens array so that the image pickup device is arranged to face the image in a one-to-one correspondence, the combination of the single lens and the solid-state image pickup device arranged to face each other is divided and manufactured. It is characterized by being made.
上記の構成によれば、大量の撮像モジュールを一括して、かつ短時間で製造することが可能となるため、撮像モジュールの製造コストは、低減することが可能となる。 According to the above configuration, a large number of imaging modules can be manufactured in a short time in a short time, so that the manufacturing cost of the imaging module can be reduced.
以上のとおり、本発明の撮像レンズは、物体側から像面側へと向かって順に、開口絞りおよび単レンズを備えており、上記単レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズである撮像レンズであって、物体を結像して形成された像の中心にて解像力が最大となる位置から、光軸方向に距離Pdis(但し、0<Pdis)移動された位置を、上記像面とするものであり、かつ、0.014<Pdis/f<0.035なる関係、および、0.18<d/d2<0.30なる関係を満足しており、上記単レンズは、物体側に向けた面および像面側に向けた面の両方が非球面である構成である。但し、fは撮像レンズ全体の焦点距離であり、dは単レンズの中心の厚みであり、d2は単レンズにおける、像面側に向けた面の中心から、像面までの空気換算長さである。 As described above, the imaging lens of the present invention includes the aperture stop and the single lens in order from the object side to the image plane side, and the single lens is an imaging that is a meniscus lens having a concave surface facing the object side. A position of a lens, which is moved by a distance Pdis (where 0 <Pdis) in the optical axis direction from a position where the resolving power is maximum at the center of an image formed by imaging an object, and the image plane And satisfies the relationship of 0.014 <Pdis / f <0.035 and the relationship of 0.18 <d / d2 <0.30, and the single lens is located on the object side. Both the directed surface and the surface directed to the image surface side are aspherical. Where f is the focal length of the entire imaging lens, d is the thickness of the center of the single lens, and d2 is the air equivalent length from the center of the surface toward the image plane to the image plane in the single lens. is there.
従って、本発明は、物体を結像して形成された像の周辺において、良好な解像力を得ることが可能であるという効果を奏する。 Therefore, the present invention has an effect that a good resolving power can be obtained around an image formed by imaging an object.
図1は、本発明の、一実施の形態に係る撮像レンズ100の構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an
図2は、本発明の、別の実施の形態に係る撮像レンズ200の構成を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an imaging lens 200 according to another embodiment of the present invention.
図3は、本発明の、さらに別の実施の形態に係る撮像レンズ300の構成を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an imaging lens 300 according to still another embodiment of the present invention.
図4は、本発明の、他の実施の形態に係る撮像レンズ400の構成を示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of an imaging lens 400 according to another embodiment of the present invention.
撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400は、それぞれ以下の基本構成を有している。
The
なお、以下では、説明の便宜上、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400のうち、任意の1つの撮像レンズを「撮像レンズ1」と称して、説明を行う。
In the following description, for convenience of explanation, any one of the
〔撮像レンズ1の基本構成〕
図1〜図4はいずれも、撮像レンズ1の、Y(紙面上下)方向およびZ(紙面左右)方向からなる断面を示した図である。Z方向は、物体3側から像面S5側への方向、および、像面S5側から物体3側への方向を示しており、撮像レンズ1の光軸Laは、このZ方向に伸びている。撮像レンズ1の光軸Laに対する法線方向は、ある光軸La上から、X方向およびY方向からなる面上を一直線に伸びていく方向である。
[Basic configuration of imaging lens 1]
1 to 4 are views each showing a cross section of the
撮像レンズ1は、物体3側から像面S5側へと向かって順に、開口絞り2、単レンズL、およびカバーガラスCGを備えて構成されたものである。
The
開口絞り2は、具体的に、単レンズLにおける物体3側に向けた面(レンズ物体側面)S1の周囲に設けられている。開口絞り2は、撮像レンズ1に入射した光が、単レンズLを適切に通過することを可能にするために、入射した光の軸上光線束の直径を制限することを目的に設けられている。
Specifically, the
物体3は、撮像レンズ1が結像する対象物であり、換言すれば、撮像レンズ1が撮像対象とする被写体である。図1〜図4では便宜上、物体3と撮像レンズ1とが非常に近接しているように図示されているが、実際、物体3と撮像レンズ1との間隔は、例えば1200mm前後である。
The
単レンズLは、物体3側に向けた面S1が凹面となっている、周知のメニスカスレンズである。従って、単レンズLは、像面S5側に向けた面(レンズ像側面)S2が凸面となっている。また、単レンズLは、面S1およびS2の両面が非球面となっている。
The single lens L is a known meniscus lens having a concave surface S1 facing the
なお、レンズの凸面とは、レンズの球状表面が外側に曲がっている部分を示している。レンズの凹面とは、レンズが中空に曲がっている部分、すなわち、レンズが内側に曲がっている部分を示している。 The convex surface of the lens indicates a portion where the spherical surface of the lens is bent outward. The concave surface of the lens indicates a portion where the lens is bent hollow, that is, a portion where the lens is bent inward.
撮像レンズ1の光軸Laは、単レンズLの面S1の中心s1と、単レンズLの面S2の中心s2と、を結ぶ線分上を、Z方向に略一直線に伸びている。
The optical axis La of the
カバーガラスCGは、単レンズLと像面S5との間に設けられている。カバーガラスCGは、像面S5に対して被覆されることで、像面S5を物理的ダメージ等から保護するためのものである。カバーガラスCGは、物体3側に向けた面(物体側面)S3と、像面S5側に向けた面(像側面)S4と、を有している。
The cover glass CG is provided between the single lens L and the image plane S5. The cover glass CG is for protecting the image surface S5 from physical damage and the like by being coated on the image surface S5. The cover glass CG has a surface (object side surface) S3 directed toward the
像面S5は、撮像レンズ1の光軸Laに対して垂直で、像が形成される面であり、実像は、像面S5に置かれた図示しないスクリーン上で観察することができる。また、撮像レンズ1を備えた撮像モジュールにおいては、像面S5に撮像素子が配置される。
The image plane S5 is a plane that is perpendicular to the optical axis La of the
距離dは、中心s1から中心s2までの距離であり、単レンズLの中心の厚みに対応している。 The distance d is a distance from the center s1 to the center s2, and corresponds to the thickness of the center of the single lens L.
距離d2は、中心s2から像面S5までの距離(空気換算)であり、単レンズLにおける、像面S5側に向けた面S2の中心s2から、像面S5までの空気換算長さに対応している。空気換算長さとは、媒質の幾何学的な長さを、該媒質の屈折率で除して得られた長さを示している。 The distance d2 is a distance (in air) from the center s2 to the image plane S5, and corresponds to an air-converted length from the center s2 of the surface S2 toward the image plane S5 in the single lens L to the image plane S5. is doing. The air equivalent length indicates a length obtained by dividing the geometric length of the medium by the refractive index of the medium.
距離d´は、単レンズLの面S1における有効口径の端部e1から、単レンズLの面S2における有効口径の端部e2までの距離である。または、距離d´は、単レンズLの面S1における有効口径の端部eaから、単レンズLの面S2における有効口径の端部ebまでの距離である。距離d´は、単レンズLの有効口径の端部の厚みに対応している。 The distance d ′ is a distance from the end portion e1 of the effective diameter on the surface S1 of the single lens L to the end portion e2 of the effective diameter on the surface S2 of the single lens L. Alternatively, the distance d ′ is a distance from the end ea of the effective aperture on the surface S1 of the single lens L to the end eb of the effective aperture on the surface S2 of the single lens L. The distance d ′ corresponds to the thickness of the end portion of the effective aperture of the single lens L.
但し、実際の撮像レンズ1は、当然ながら立体であり、この結果、端部e1またはeaは面S1における有効口径の縁(例えば、円周)の全てに該当し、端部e2またはebは面S2における有効口径の縁(例えば、円周)の全てに該当することとなる。この場合、距離d´は、単レンズLの少なくとも1つの光学面を含む領域における最も薄い部分における、Z方向の寸法であると解釈すればよい。
However, the
距離d、d2、およびd´はいずれも、Z方向における距離(寸法)であり、その単位はmm(ミリメートル)である。 The distances d, d2, and d ′ are all distances (dimensions) in the Z direction, and their units are mm (millimeters).
像面S5は、撮像レンズ1によって物体3を結像して形成された、図示しない像の中心にて解像力が最大となる位置Saから、Z方向、すなわち、光軸Laの方向に、距離Pdis(但し、0<Pdis)移動された配置となっている。
The image plane S5 is formed by a distance Pdis from a position Sa having a maximum resolving power at the center of an image (not shown) formed by imaging the
すなわち、位置Saは、像の中心に該当する像高h0にて、撮像レンズ1の解像力が、他の像高よりも高くなり、かつ、像高h0における撮像レンズ1の解像力が、他の像面位置よりも高くなるような位置であると解釈することができる。この位置Saから、Z方向に距離Pdisだけシフトされた位置に、撮像レンズ1の像面S5は存在している。
That is, at the position Sa, at the image height h0 corresponding to the center of the image, the resolution of the
そして、上記の距離Pdisは、撮像レンズ1全体としての焦点距離f(詳細は後述)との間で、以下の関係式(1)を満足するような値とされている。
The distance Pdis is a value that satisfies the following relational expression (1) with the focal length f (details will be described later) of the
0.014<Pdis/f<0.035 ・・・(1)
撮像レンズ1は、像面S5を、位置Saから、光軸Laに対して平行なZ方向に、距離Pdis移動させた配置とするものである。これにより、撮像レンズ1によって物体3を結像して形成された像の中心においては、像面S5を位置Saとした場合と比較して解像力が低下するものの、像の周辺においては、像面S5を位置Saとした場合と比較して解像力を向上させることが可能となる。
0.014 <Pdis / f <0.035 (1)
The
なお、Pdis/fは、0.014以下である場合、物体3を結像して形成された像の周辺における解像力が不十分となる虞があり、0.035以上である場合、像の中心における解像力が不十分となる虞がある。これらのことを考慮すると、像の中心における解像力を低下させすぎることなく、像の周辺における解像力を向上させるためには、Pdis/fを、0.014を超え、かつ、0.035未満とする必要がある。
When Pdis / f is 0.014 or less, there is a possibility that the resolving power around the image formed by imaging the
また、撮像レンズ1は、距離dと距離d2との間で、以下の関係式(2)を満足するような値とされている。
The
0.18<d/d2<0.30 ・・・(2)
d/d2は、0.18以下である場合、単レンズLが薄くなり過ぎて、適用可能な製造プロセスが限定されることによる、撮像レンズ1の生産性の低下が懸念されると共に、広画角の撮像レンズ1が実現困難となり、0.30以上である場合、歪みおよび非点収差が大きくなり、解像力が劣化する虞がある。これらのことを考慮すると、d/d2は、0.18を超え、かつ、0.30未満である必要がある。
0.18 <d / d2 <0.30 (2)
When d / d2 is 0.18 or less, the single lens L becomes too thin, and there is a concern that the productivity of the
また、撮像レンズ1は、単レンズLにおける距離dと距離d´との間で、以下の関係式(3)を満足するような値とされている。
Further, the
0.5<d´/d<0.9 ・・・(3)
d´/dは、0.5以下である場合、単レンズLが薄くなり過ぎて、適用可能な製造プロセスが限定されることによる、撮像レンズ1の生産性の低下が懸念され、0.9以上である場合、像の周辺における解像力の補正が難しくなる。これらのことを考慮すると、d´/dは、0.5を超え、かつ、0.9未満であるのが好ましい。
0.5 <d ′ / d <0.9 (3)
When d ′ / d is 0.5 or less, the single lens L becomes too thin, and there is a concern that the productivity of the
また、撮像レンズ1は、単レンズLの有効口径における、最も薄い部分の厚み(図1〜図4では、距離d´)が、150μmを超えているのが好ましく、これにより、単レンズLが薄くなり過ぎないため、生産性に優れたものを実現することが可能となる。
Further, in the
なお、図1〜図4では、便宜上、単レンズLについて、その有効口径のみを図示している一方、単レンズLは、該有効口径の外周部にコバが形成されている場合があるが、この場合でも、単レンズLの有効口径における最も薄い部分の厚みが、150μmを超えているのが好ましい。 In FIGS. 1 to 4, for the sake of convenience, only the effective aperture of the single lens L is illustrated, whereas the single lens L may have an edge formed on the outer periphery of the effective aperture. Even in this case, it is preferable that the thickness of the thinnest portion of the effective aperture of the single lens L exceeds 150 μm.
また、撮像レンズ1のFナンバーは、3未満であるのが好ましい。撮像レンズ1のFナンバーは、撮像レンズ1の等価焦点距離を、撮像レンズ1の入射瞳径で割った値で表される。撮像レンズ1は、Fナンバーを3未満とすることにより、受光光量を増大させることができ、かつ、色収差が良好に補正されるため、高い解像力を得ることが可能となる。
The F number of the
また、単レンズLは、d線(波長:587.6nm)に対する屈折率が1.4を超えており、d線に対するアッベ数が43を超えているのが好ましい。アッベ数とは、光の分散に対する屈折度の比を示した、光学媒質の定数である。すなわち、アッベ数とは、異なった波長の光を異なった方向へ屈折させる度合であり、高いアッベ数の媒質は、異なった波長に対しての光線の屈折の度合による分散が少なくなる。これにより、撮像レンズ1は、低い屈折率、かつ、高い分散値の光学定数を有している材料を、単レンズLに対して適用することが可能となるため、単レンズLを構成する材料の選択肢が増え、これにより、安価な材料選択および材料に制約されることの無い製造プロセスの適用が可能となる。製造プロセスについての詳細な説明は、後述する。
The single lens L preferably has a refractive index with respect to d-line (wavelength: 587.6 nm) exceeding 1.4 and an Abbe number with respect to d-line exceeding 43. The Abbe number is a constant of the optical medium indicating the ratio of the refractive index to the dispersion of light. That is, the Abbe number is the degree to which light of different wavelengths is refracted in different directions, and a medium having a high Abbe number has less dispersion due to the degree of refraction of light rays for different wavelengths. Accordingly, the
また、単レンズLを構成する材料は、熱硬化性樹脂またはUV硬化性樹脂であるのが好ましい。熱硬化性樹脂は、所定量以上の熱を与えることにより、液体から固体に状態変化する特性を有する樹脂である。UV硬化性樹脂は、所定強度以上の紫外線を照射することにより、液体から固体に状態変化する特性を有する樹脂である。 The material constituting the single lens L is preferably a thermosetting resin or a UV curable resin. The thermosetting resin is a resin having a characteristic that changes its state from a liquid to a solid by applying a predetermined amount of heat or more. The UV curable resin is a resin having a characteristic that changes its state from a liquid to a solid when irradiated with ultraviolet rays having a predetermined intensity or more.
単レンズLを、熱硬化性樹脂またはUV硬化性樹脂からなる構成とすることにより、撮像モジュールの製造段階において、複数の単レンズLを樹脂に成形して、後述するレンズアレイを作製することが可能となり、さらに、撮像レンズ1をリフロー実装することが可能となる。
By configuring the single lens L to be made of a thermosetting resin or a UV curable resin, a plurality of single lenses L can be molded into a resin in a manufacturing stage of the imaging module to produce a lens array described later. In addition, the
但し、他にも単レンズLは、プラスチックレンズまたはガラスレンズ等であってもよい。 However, the single lens L may be a plastic lens or a glass lens.
撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400ではいずれも、位置SaからPdisだけ、物体3側に移動された位置を像面S5とする構成となっているが、位置SaからPdisだけ、物体3の反対側に移動された位置を像面S5とする構成であってもよい。
The
〔撮像レンズ100のMTFおよび収差特性〕
図5は、撮像レンズ100の、デフォーカスMTF、すなわち、縦軸に示したMTF(単位:無)と、横軸に示したフォーカスシフト位置(単位:mm)と、の関係を示すグラフである。
[MTF and aberration characteristics of imaging lens 100]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the defocus MTF of the
図6は、撮像レンズ100の、縦軸に示したMTFと、横軸に示した空間周波数(単位:lp/mm)と、の関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the MTF shown on the vertical axis and the spatial frequency (unit: lp / mm) shown on the horizontal axis of the
図7は、撮像レンズ100の、縦軸に示したMTFと、横軸に示した像高(単位:mm)と、の関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the MTF shown on the vertical axis and the image height (unit: mm) shown on the horizontal axis of the
図8は、撮像レンズ100の各種収差の特性を示すグラフであり、(a)に非点収差を、(b)に歪曲を、それぞれ示している。
FIG. 8 is a graph showing the characteristics of various aberrations of the
なお、図5〜図7、図9〜図11、図13〜図15、図17〜図19にそれぞれ示す各像高は、撮像レンズ1によって物体3を結像して形成された像の中心を基準とした像の高さを、絶対値で表現しているが、最大像高に対する割合で表現することもでき、絶対値と最大像高に対する割合との間に、それぞれ、以下の対応関係を有している。
Each of the image heights shown in FIGS. 5 to 7, 9 to 11, 13 to 15, and 17 to 19 is the center of the image formed by imaging the
0.0000mm=像高h0(像の中心)
0.1400mm=像高h0.2(最大像高の2割に該当する高さ)
0.2800mm=像高h0.4(最大像高の4割に該当する高さ)
0.4200mm=像高h0.6(最大像高の6割に該当する高さ)
0.5600mm=像高h0.8(最大像高の8割に該当する高さ)
0.7000mm=像高h1.0(最大像高)
図5、さらには後述する図9、図13、および図17はいずれも、空間周波数が「ナイキスト周波数/4」である場合の、像高h0、h0.2、h0.4、h0.6、h0.8、およびh1.0の各々に関する、タンジェンシャル像面(T)およびサジタル像面(S)における各特性を例示している。
0.0000 mm = image height h0 (image center)
0.1400 mm = image height h0.2 (height corresponding to 20% of the maximum image height)
0.2800 mm = image height h0.4 (height corresponding to 40% of the maximum image height)
0.4200 mm = image height h0.6 (height corresponding to 60% of the maximum image height)
0.5600 mm = image height h0.8 (height corresponding to 80% of the maximum image height)
0.7000 mm = image height h1.0 (maximum image height)
FIG. 5 and FIG. 9, FIG. 13, and FIG. 17 described later all show image heights h0, h0.2, h0.4, h0.6 when the spatial frequency is “Nyquist frequency / 4”. The characteristics in the tangential image plane (T) and the sagittal image plane (S) for each of h0.8 and h1.0 are illustrated.
図6、さらには後述する図10、図14、および図18はいずれも、空間周波数が0〜「ナイキスト周波数/2」である場合の、像高h0、h0.2、h0.4、h0.6、h0.8、およびh1.0の各々に関する、タンジェンシャル像面(T)およびサジタル像面(S)における各特性を例示している。 6, and FIGS. 10, 14, and 18, which will be described later, all have image heights h0, h0.2, h0.4, h0... When the spatial frequency is 0 to “Nyquist frequency / 2”. 6 illustrates each characteristic in the tangential image plane (T) and the sagittal image plane (S) for each of 6, h0.8, and h1.0.
図7、さらには後述する図11、図15、および図19はいずれも、空間周波数が「ナイキスト周波数/4」および「ナイキスト周波数/2」である場合の、像高h0〜h1.0に関する、タンジェンシャル像面およびサジタル像面における各特性を例示している。 FIG. 7, and FIG. 11, FIG. 15, and FIG. 19 described later all relate to image heights h0 to h1.0 when the spatial frequencies are “Nyquist frequency / 4” and “Nyquist frequency / 2”. Each characteristic in a tangential image surface and a sagittal image surface is illustrated.
なお、上記ナイキスト周波数は、撮像レンズ1と組み合わされるのが好適であるセンサ(固体撮像素子)のナイキスト周波数に対応する値とされており、該センサの画素ピッチから計算される、解像可能な空間周波数の値である。具体的に、該センサのナイキスト周波数Nyq.(単位:lp/mm)は、
Nyq.=1/(センサ画素ピッチ)/2
により算出される。図5〜図20の各特性を測定するにあたって、該センサとしては、VGAクラスであり、サイズが1/13型であり、画素のサイズ(画素ピッチ)が1.75μmであり、D(対角)のサイズが1.400mmであり、H(水平)のサイズが1.120mmであり、V(垂直)のサイズが0.840mmであるものを適用するものとしている。
Note that the Nyquist frequency is a value corresponding to the Nyquist frequency of a sensor (solid-state imaging device) that is preferably combined with the
Nyq. = 1 / (sensor pixel pitch) / 2
Is calculated by 5 to 20, the sensor is of the VGA class, the size is 1/13 type, the pixel size (pixel pitch) is 1.75 μm, and D (diagonal) ) Is 1.400 mm, H (horizontal) is 1.120 mm, and V (vertical) is 0.840 mm.
また、図5〜図20に示す各特性を得るために、物体距離が500mmであると仮定すると共に、シミュレーション光源(図示しない)として、次の重みづけによる(白色を構成する各波長の混合割合が、下記のように調整された)白色光を用いた。 Also, in order to obtain the characteristics shown in FIGS. 5 to 20, it is assumed that the object distance is 500 mm, and the simulation light source (not shown) is based on the following weighting (mixing ratio of each wavelength constituting white) White light), adjusted as follows:
404.66nm=0.13
435.84nm=0.49
486.1327nm=1.57
546.07nm=3.12
587.5618nm=3.18
656.2725nm=1.51
図5のグラフ51は、撮像レンズ100によって物体3を結像して形成された像の中心に対応する、像高h0における、−0.1mm〜0.1mmのフォーカスシフト位置に対するMTFの関係を示している。
404.66 nm = 0.13
435.84 nm = 0.49
486. 1327 nm = 1.57
546.07 nm = 3.12
587.5618nm = 3.18
656.2725 nm = 1.51
A graph 51 in FIG. 5 shows the relationship of the MTF with respect to the focus shift position of −0.1 mm to 0.1 mm at the image height h0 corresponding to the center of the image formed by imaging the
グラフ51は、0.025mmのフォーカスシフト位置においてMTFのピーク値を有しており、換言すれば、この0.025mmのフォーカスシフト位置では、像高h0にて最大の解像力が得られる、ということを示している。この0.025mmのフォーカスシフト位置は、図1に示した位置Saに該当する。 The graph 51 has the MTF peak value at the focus shift position of 0.025 mm. In other words, the maximum resolution is obtained at the image height h0 at the focus shift position of 0.025 mm. Is shown. The focus shift position of 0.025 mm corresponds to the position Sa shown in FIG.
一方、実際の、撮像レンズ100の像面S5(図1参照)は、0mmのフォーカスシフト位置に該当する。そして、このことから、撮像レンズ100のPdisは、0.025mm(表5参照)となることが明らかである。
On the other hand, the actual image plane S5 (see FIG. 1) of the
また、撮像レンズ100は、焦点距離fが0.853mm(表5参照)である。従って、撮像レンズ100の、Pdis/fは0.029となり、関係式(1)を満足する値となっている。
The
図6および図7は、図5のグラフに基づいて決定された像面S5の位置における各特性を示している。 6 and 7 show the characteristics at the position of the image plane S5 determined based on the graph of FIG.
図6に示すとおり、撮像レンズ100は、70lp/mmを超える高い空間周波数帯域において、像高h1.0のサジタル像面のMTFが若干低くなっているものの、その他に関しては、像高h0〜h1.0の、どの像高でも高いMTF特性を有しており、総合的な解像力としては、従来の撮像レンズと比較して、撮像レンズ100によって物体3を結像して形成された像の中心から周辺まで、優れた解像力を有していると言える。
As shown in FIG. 6, in the
図7に示すとおり、撮像レンズ100は、「ナイキスト周波数/2」に相当する空間周波数のサジタル像面のMTFを示すグラフ74に関して、像高h0.8(0.56mm)以上のMTFが若干低くなっている。ただ、「ナイキスト周波数/4」に相当する空間周波数のタンジェンシャル像面のMTFを示すグラフ71および同空間周波数のサジタル像面のMTFを示すグラフ72、ならびに、「ナイキスト周波数/2」に相当する空間周波数のタンジェンシャル像面のMTFを示すグラフ73に関しては、像高h0〜h1.0(0.7mm)の、どの像高でも高いMTFを有している。従って、撮像レンズ100は、総合的な解像力としては、従来の撮像レンズと比較して、撮像レンズ100によって物体3を結像して形成された像の中心から周辺まで、優れた解像力を有していると言える。
As shown in FIG. 7, the
図8(a)および(b)に示す各グラフによれば、タンジェンシャル像面(T)およびサジタル像面(S)共に、残存収差量が小さい(光軸Laに対する法線方向に対する、各収差の大きさのズレが小さい)ことから、撮像レンズ100は、良好な光学特性を有していることがわかる。
According to the graphs shown in FIGS. 8A and 8B, both the tangential image surface (T) and the sagittal image surface (S) have a small residual aberration amount (each aberration with respect to the normal direction with respect to the optical axis La). Therefore, it can be seen that the
〔撮像レンズ200のMTFおよび収差特性〕
図9は、撮像レンズ200の、デフォーカスMTF、すなわち、縦軸に示したMTFと、横軸に示したフォーカスシフト位置と、の関係を示すグラフであり、図5に対応する、撮像レンズ200の各特性を示したものである。
[MTF and aberration characteristics of imaging lens 200]
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the defocus MTF of the imaging lens 200, that is, the MTF shown on the vertical axis, and the focus shift position shown on the horizontal axis, and corresponds to FIG. These characteristics are shown.
図10は、撮像レンズ200の、縦軸に示したMTFと、横軸に示した空間周波数と、の関係を示すグラフであり、図6に対応する、撮像レンズ200の各特性を示したものである。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the MTF shown on the vertical axis and the spatial frequency shown on the horizontal axis of the imaging lens 200, and shows the characteristics of the imaging lens 200 corresponding to FIG. It is.
図11は、撮像レンズ200の、縦軸に示したMTFと、横軸に示した像高と、の関係を示すグラフであり、図7に対応する、撮像レンズ200の各特性を示したものである。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the MTF shown on the vertical axis and the image height shown on the horizontal axis of the imaging lens 200, and shows the characteristics of the imaging lens 200 corresponding to FIG. It is.
図12は、撮像レンズ200の各種収差の特性を示すグラフであり、(a)に非点収差を、(b)に歪曲を、それぞれ示しており、各々、図8(a)および(b)に対応する、撮像レンズ200の各特性を示したものである。 FIG. 12 is a graph showing the characteristics of various aberrations of the imaging lens 200. FIG. 12A shows astigmatism, FIG. 12B shows distortion, and FIG. 8A and FIG. 8B respectively. Each characteristic of the imaging lens 200 corresponding to the above is shown.
図9のグラフ91は、撮像レンズ200によって物体3を結像して形成された像の中心に対応する、像高h0における、−0.1mm〜0.1mmのフォーカスシフト位置に対するMTFの関係を示している。
A
グラフ91は、0.025mmのフォーカスシフト位置においてMTFのピーク値を有しており、換言すれば、この0.025mmのフォーカスシフト位置では、像高h0にて最大の解像力が得られる、ということを示している。この0.025mmのフォーカスシフト位置は、図2に示した位置Saに該当する。
The
一方、実際の、撮像レンズ200の像面S5(図2参照)は、0mmのフォーカスシフト位置に該当する。そして、このことから、撮像レンズ200のPdisは、0.025mm(表5参照)となることが明らかである。 On the other hand, the actual image plane S5 (see FIG. 2) of the imaging lens 200 corresponds to a focus shift position of 0 mm. From this, it is clear that the Pdis of the imaging lens 200 is 0.025 mm (see Table 5).
また、撮像レンズ200は、焦点距離fが0.853mm(表5参照)である。従って、撮像レンズ200の、Pdis/fは0.029となり、関係式(1)を満足する値となっている。 The imaging lens 200 has a focal length f of 0.853 mm (see Table 5). Accordingly, Pdis / f of the imaging lens 200 is 0.029, which satisfies the relational expression (1).
図10および図11は、図9のグラフに基づいて決定された像面S5の位置における各特性を示している。 10 and 11 show the characteristics at the position of the image plane S5 determined based on the graph of FIG.
図10に示すとおり、撮像レンズ200は、70lp/mmを超える高い空間周波数帯域において、像高h1.0のサジタル像面のMTFが若干低くなっているものの、その他に関しては、像高h0〜h1.0の、どの像高でも高いMTF特性を有しており、総合的な解像力としては、従来の撮像レンズと比較して、撮像レンズ200によって物体3を結像して形成された像の中心から周辺まで、優れた解像力を有していると言える。
As shown in FIG. 10, in the imaging lens 200, the MTF of the sagittal image plane with an image height h1.0 is slightly lower in a high spatial frequency band exceeding 70 lp / mm. 0.0, which has a high MTF characteristic at any image height, and the total resolving power is the center of an image formed by imaging the
図11に示すとおり、撮像レンズ200は、「ナイキスト周波数/2」に相当する空間周波数のサジタル像面のMTFを示すグラフ114に関して、像高h0.8(0.56mm)以上のMTFが若干低くなっている。ただ、「ナイキスト周波数/4」に相当する空間周波数のタンジェンシャル像面のMTFを示すグラフ111および同空間周波数のサジタル像面のMTFを示すグラフ112、ならびに、「ナイキスト周波数/2」に相当する空間周波数のタンジェンシャル像面のMTFを示すグラフ113に関しては、像高h0〜h1.0(0.7mm)の、どの像高でも高いMTFを有している。従って、撮像レンズ200は、総合的な解像力としては、従来の撮像レンズと比較して、撮像レンズ200によって物体3を結像して形成された像の中心から周辺まで、優れた解像力を有していると言える。
As shown in FIG. 11, the imaging lens 200 has a slightly lower MTF with an image height of h0.8 (0.56 mm) or more with respect to the
図12(a)および(b)に示す各グラフによれば、タンジェンシャル像面(T)およびサジタル像面(S)共に、残存収差量が小さい(光軸Laに対する法線方向に対する、各収差の大きさのズレが小さい)ことから、撮像レンズ200は、良好な光学特性を有していることがわかる。 According to the graphs shown in FIGS. 12A and 12B, both the tangential image surface (T) and the sagittal image surface (S) have a small residual aberration amount (each aberration with respect to the normal direction with respect to the optical axis La). Therefore, it can be seen that the imaging lens 200 has good optical characteristics.
〔撮像レンズ300のMTFおよび収差特性〕
図13は、撮像レンズ300の、デフォーカスMTF、すなわち、縦軸に示したMTFと、横軸に示したフォーカスシフト位置と、の関係を示すグラフであり、図5に対応する、撮像レンズ300の各特性を示したものである。
[MTF and aberration characteristics of imaging lens 300]
FIG. 13 is a graph showing a relationship between the defocus MTF of the imaging lens 300, that is, the MTF shown on the vertical axis, and the focus shift position shown on the horizontal axis, and corresponds to FIG. These characteristics are shown.
図14は、撮像レンズ300の、縦軸に示したMTFと、横軸に示した空間周波数と、の関係を示すグラフであり、図6に対応する、撮像レンズ300の各特性を示したものである。 FIG. 14 is a graph showing the relationship between the MTF shown on the vertical axis and the spatial frequency shown on the horizontal axis of the imaging lens 300, and shows the characteristics of the imaging lens 300 corresponding to FIG. It is.
図15は、撮像レンズ300の、縦軸に示したMTFと、横軸に示した像高と、の関係を示すグラフであり、図7に対応する、撮像レンズ300の各特性を示したものである。 FIG. 15 is a graph showing the relationship between the MTF shown on the vertical axis and the image height shown on the horizontal axis of the imaging lens 300, and shows the characteristics of the imaging lens 300 corresponding to FIG. It is.
図16は、撮像レンズ300の各種収差の特性を示すグラフであり、(a)に非点収差を、(b)に歪曲を、それぞれ示しており、各々、図8(a)および(b)に対応する、撮像レンズ300の各特性を示したものである。 FIG. 16 is a graph showing characteristics of various aberrations of the imaging lens 300. (a) shows astigmatism, (b) shows distortion, and FIGS. 8 (a) and (b) respectively. Each characteristic of the imaging lens 300 corresponding to the above is shown.
図13のグラフ131は、撮像レンズ300によって物体3を結像して形成された像の中心に対応する、像高h0における、−0.1mm〜0.1mmのフォーカスシフト位置に対するMTFの関係を示している。
A
グラフ131は、0.024mmのフォーカスシフト位置においてMTFのピーク値を有しており、換言すれば、この0.024mmのフォーカスシフト位置では、像高h0にて最大の解像力が得られる、ということを示している。この0.024mmのフォーカスシフト位置は、図3に示した位置Saに該当する。
The
一方、実際の、撮像レンズ300の像面S5(図3参照)は、0mmのフォーカスシフト位置に該当する。そして、このことから、撮像レンズ300のPdisは、0.024mm(表5参照)となることが明らかである。 On the other hand, the actual image plane S5 (see FIG. 3) of the imaging lens 300 corresponds to a focus shift position of 0 mm. From this, it is clear that the Pdis of the imaging lens 300 is 0.024 mm (see Table 5).
また、撮像レンズ300は、焦点距離fが0.872mm(表5参照)である。従って、撮像レンズ300の、Pdis/fは0.028となり、関係式(1)を満足する値となっている。 The imaging lens 300 has a focal length f of 0.872 mm (see Table 5). Therefore, Pdis / f of the imaging lens 300 is 0.028, which satisfies the relational expression (1).
図14および図15は、図13のグラフに基づいて決定された像面S5の位置における各特性を示している。 14 and 15 show the characteristics at the position of the image plane S5 determined based on the graph of FIG.
図14に示すとおり、撮像レンズ300は、85.74lp/mmを超える高い空間周波数帯域において、像高h1.0のサジタル像面のMTFが若干低くなっているものの、その他に関しては、像高h0〜h1.0の、どの像高でも高いMTF特性を有しており、総合的な解像力としては、従来の撮像レンズと比較して、撮像レンズ300によって物体3を結像して形成された像の中心から周辺まで、優れた解像力を有していると言える。
As shown in FIG. 14, in the imaging lens 300, the MTF of the sagittal image plane with an image height of h1.0 is slightly lower in the high spatial frequency band exceeding 85.74 lp / mm, but the image height h0 is otherwise. It has a high MTF characteristic at any image height of ˜h1.0, and the total resolving power is an image formed by imaging the
図15に示すとおり、撮像レンズ300は、「ナイキスト周波数/2」に相当する空間周波数のサジタル像面のMTFを示すグラフ154に関して、像高h0.85(0.595mm)以上のMTFが若干低くなっている。ただ、「ナイキスト周波数/4」に相当する空間周波数のタンジェンシャル像面のMTFを示すグラフ151および同空間周波数のサジタル像面のMTFを示すグラフ152、ならびに、「ナイキスト周波数/2」に相当する空間周波数のタンジェンシャル像面のMTFを示すグラフ153に関しては、像高h0〜h1.0(0.7mm)の、どの像高でも高いMTFを有している。従って、撮像レンズ300は、総合的な解像力としては、従来の撮像レンズと比較して、撮像レンズ300によって物体3を結像して形成された像の中心から周辺まで、優れた解像力を有していると言える。
As shown in FIG. 15, the imaging lens 300 has a slightly lower MTF with an image height of h0.85 (0.595 mm) or more with respect to a
図16(a)および(b)に示す各グラフによれば、タンジェンシャル像面(T)およびサジタル像面(S)共に、残存収差量が小さい(光軸Laに対する法線方向に対する、各収差の大きさのズレが小さい)ことから、撮像レンズ300は、良好な光学特性を有していることがわかる。 According to the graphs shown in FIGS. 16A and 16B, both the tangential image surface (T) and the sagittal image surface (S) have a small residual aberration amount (each aberration with respect to the normal direction with respect to the optical axis La). Therefore, it can be seen that the imaging lens 300 has good optical characteristics.
〔撮像レンズ400のMTFおよび収差特性〕
図17は、撮像レンズ400の、デフォーカスMTF、すなわち、縦軸に示したMTFと、横軸に示したフォーカスシフト位置と、の関係を示すグラフであり、図5に対応する、撮像レンズ400の各特性を示したものである。
[MTF and aberration characteristics of imaging lens 400]
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the defocus MTF of the imaging lens 400, that is, the MTF shown on the vertical axis, and the focus shift position shown on the horizontal axis, and corresponds to FIG. These characteristics are shown.
図18は、撮像レンズ400の、縦軸に示したMTFと、横軸に示した空間周波数と、の関係を示すグラフであり、図6に対応する、撮像レンズ400の各特性を示したものである。 FIG. 18 is a graph showing the relationship between the MTF shown on the vertical axis and the spatial frequency shown on the horizontal axis of the imaging lens 400, and shows the characteristics of the imaging lens 400 corresponding to FIG. It is.
図19は、撮像レンズ400の、縦軸に示したMTFと、横軸に示した像高と、の関係を示すグラフであり、図7に対応する、撮像レンズ400の各特性を示したものである。 FIG. 19 is a graph showing the relationship between the MTF shown on the vertical axis and the image height shown on the horizontal axis of the imaging lens 400, and shows the characteristics of the imaging lens 400 corresponding to FIG. It is.
図20は、撮像レンズ400の各種収差の特性を示すグラフであり、(a)に非点収差を、(b)に歪曲を、それぞれ示しており、各々、図8(a)および(b)に対応する、撮像レンズ400の各特性を示したものである。 FIG. 20 is a graph showing characteristics of various aberrations of the imaging lens 400. FIG. 20A shows astigmatism, FIG. 20B shows distortion, and FIG. 8A and FIG. 8B respectively. Each characteristic of the imaging lens 400 corresponding to the above is shown.
図17のグラフ171は、撮像レンズ400によって物体3を結像して形成された像の中心に対応する、像高h0における、−0.1mm〜0.1mmのフォーカスシフト位置に対するMTFの関係を示している。
A
グラフ171は、0.023mmのフォーカスシフト位置においてMTFのピーク値を有しており、換言すれば、この0.023mmのフォーカスシフト位置では、像高h0にて最大の解像力が得られる、ということを示している。この0.023mmのフォーカスシフト位置は、図4に示した位置Saに該当する。
The
一方、実際の、撮像レンズ400の像面S5(図4参照)は、0mmのフォーカスシフト位置に該当する。そして、このことから、撮像レンズ400のPdisは、0.023mm(表5参照)となることが明らかである。 On the other hand, the actual image plane S5 (see FIG. 4) of the imaging lens 400 corresponds to a focus shift position of 0 mm. From this, it is clear that the Pdis of the imaging lens 400 is 0.023 mm (see Table 5).
また、撮像レンズ400は、焦点距離fが0.891mm(表5参照)である。従って、撮像レンズ400の、Pdis/fは0.026となり、関係式(1)を満足する値となっている。 The imaging lens 400 has a focal length f of 0.891 mm (see Table 5). Therefore, Pdis / f of the imaging lens 400 is 0.026, which satisfies the relational expression (1).
図18および図19は、図17のグラフに基づいて決定された像面S5の位置における各特性を示している。 18 and 19 show the characteristics at the position of the image plane S5 determined based on the graph of FIG.
図18に示すとおり、撮像レンズ400は、100lp/mmを超える高い空間周波数帯域において、像高h1.0のサジタル像面のMTFが若干低くなっているものの、その他に関しては、像高h0〜h1.0の、どの像高でも高いMTF特性を有しており、総合的な解像力としては、従来の撮像レンズと比較して、撮像レンズ400によって物体3を結像して形成された像の中心から周辺まで、優れた解像力を有していると言える。
As shown in FIG. 18, in the imaging lens 400, the MTF of the sagittal image plane with an image height of h1.0 is slightly lower in the high spatial frequency band exceeding 100 lp / mm, but the image heights h0 to h1 are otherwise. 0.0, which has a high MTF characteristic at any image height, and the total resolving power is the center of the image formed by imaging the
図19に示すとおり、撮像レンズ400は、「ナイキスト周波数/2」に相当する空間周波数のサジタル像面のMTFを示すグラフ194に関して、像高h0.9(0.63mm)以上のMTFが若干低くなっている。ただ、「ナイキスト周波数/4」に相当する空間周波数のタンジェンシャル像面のMTFを示すグラフ191および同空間周波数のサジタル像面のMTFを示すグラフ192、ならびに、「ナイキスト周波数/2」に相当する空間周波数のタンジェンシャル像面のMTFを示すグラフ193に関しては、像高h0〜h1.0(0.7mm)の、どの像高でも高いMTFを有している。従って、撮像レンズ400は、総合的な解像力としては、従来の撮像レンズと比較して、撮像レンズ400によって物体3を結像して形成された像の中心から周辺まで、優れた解像力を有していると言える。
As shown in FIG. 19, the imaging lens 400 has a slightly lower MTF with an image height of h0.9 (0.63 mm) or higher with respect to the
図20(a)および(b)に示す各グラフによれば、タンジェンシャル像面(T)およびサジタル像面(S)共に、残存収差量が小さい(光軸Laに対する法線方向に対する、各収差の大きさのズレが小さい)ことから、撮像レンズ400は、良好な光学特性を有していることがわかる。 20A and 20B, according to the graphs shown in FIGS. 20A and 20B, both the tangential image plane (T) and the sagittal image plane (S) have a small residual aberration amount (each aberration with respect to the normal direction with respect to the optical axis La). Therefore, it can be seen that the imaging lens 400 has good optical characteristics.
なお、撮像レンズ1によって物体3を結像して形成された像の周辺において、優れた解像力を実現する、という観点によれば、撮像レンズ300は、撮像レンズ100および200よりも優れており、撮像レンズ400は、撮像レンズ300よりも優れていると考えられる。
Note that the imaging lens 300 is superior to the
〔撮像レンズ1の各々の特性データ〕
〔表1〕は、撮像レンズ100の設計データを示した表である。
[Characteristic data of each imaging lens 1]
[Table 1] is a table showing design data of the
〔表2〕は、撮像レンズ200の設計データを示した表である。 [Table 2] is a table showing design data of the imaging lens 200.
〔表3〕は、撮像レンズ300の設計データを示した表である。 [Table 3] is a table showing design data of the imaging lens 300.
〔表4〕は、撮像レンズ400の設計データを示した表である。 [Table 4] is a table showing design data of the imaging lens 400.
〔表5〕は、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400の各々に対して、像面S5にセンサ(固体撮像素子)を配置して、撮像モジュールを構成する場合の、仕様の一例を示した表である。
[Table 5] shows a case where an imaging module is configured by arranging a sensor (solid-state imaging device) on the image plane S5 for each of the
〔表1〕〜〔表5〕の各データを測定するにあたって、センサとしては、VGAクラスであり、サイズが1/13型であり、画素のサイズ(画素ピッチ)が1.75μmであり、D(対角)のサイズが1.400mmであり、H(水平)のサイズが1.120mmであり、V(垂直)のサイズが0.840mmであるものを適用した。 In measuring each data of [Table 1] to [Table 5], the sensor is VGA class, the size is 1/13 type, the pixel size (pixel pitch) is 1.75 μm, and D A (diagonal) size of 1.400 mm, an H (horizontal) size of 1.120 mm, and a V (vertical) size of 0.840 mm was applied.
また、〔表5〕に示す各特性を得るために、物体距離が500mmであると仮定すると共に、シミュレーション光源(図示しない)として、次の重みづけによる(白色を構成する各波長の混合割合が、下記のように調整された)白色光を用いた。 In addition, in order to obtain the characteristics shown in [Table 5], it is assumed that the object distance is 500 mm, and as a simulation light source (not shown), the following weighting (the mixing ratio of each wavelength constituting white is White light (adjusted as follows) was used.
404.66nm=0.13
435.84nm=0.49
486.1327nm=1.57
546.07nm=3.12
587.5618nm=3.18
656.2725nm=1.51
〔表1〕〜〔表4〕の項目「要素」において、「絞り」と表記された行には開口絞り2に関する設計データを、「Lens」と表記された行には単レンズLに関する設計データを、「CG」と表記された行にはカバーガラスCGに関する設計データを、「センサ」と表記された行には像面S5に配置されたセンサに関する設計データを、それぞれ示している。
404.66 nm = 0.13
435.84 nm = 0.49
486. 1327 nm = 1.57
546.07 nm = 3.12
587.5618nm = 3.18
656.2725 nm = 1.51
In the items “elements” in [Table 1] to [Table 4], the design data relating to the
〔表1〕〜〔表4〕の項目「材料」において、「Nd」には、単レンズLおよびカバーガラスCGのd線に対する屈折率を、「νd」には、単レンズLおよびカバーガラスCGのd線に対するアッベ数を、それぞれ示している。本項目から明らかであるとおり、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400はいずれも、単レンズLの屈折率が1.4を超える1.498であり、単レンズLのアッベ数が43を超える46であるため、好ましい。
In the items “Materials” of [Table 1] to [Table 4], “Nd” represents the refractive index with respect to the d-line of the single lens L and the cover glass CG, and “νd” represents the single lens L and the cover glass CG. The Abbe numbers with respect to the d-line are respectively shown. As is clear from this item, the
〔表1〕〜〔表4〕の項目「面」におけるS1〜S5は、各々、面S1、面S2、面S3、面S4、および像面S5に対応しており、これらの各面に関する設計データを同行に示している。 S1 to S5 in the item “surface” in [Table 1] to [Table 4] correspond to the surface S1, the surface S2, the surface S3, the surface S4, and the image surface S5, respectively, and the designs related to these surfaces. The data is shown on the same line.
〔表1〕〜〔表4〕の項目「曲率」は、単レンズLの面S1およびS2の曲率を示している。 The item “curvature” in [Table 1] to [Table 4] indicates the curvature of the surfaces S1 and S2 of the single lens L.
〔表1〕〜〔表4〕の項目「中心厚」は、対応する面の中心から、像面S5側に向かって次の面の中心までの、光軸La(図1〜図4参照)方向の距離を示している。 The item “center thickness” in [Table 1] to [Table 4] is the optical axis La from the center of the corresponding surface to the center of the next surface toward the image surface S5 (see FIGS. 1 to 4). The direction distance is shown.
〔表1〕〜〔表4〕の項目「有効半径」は、開口絞り2、ならびに単レンズLの面S1およびS2の、光束の範囲を規制可能な円領域の半径を示している。
The item “effective radius” in [Table 1] to [Table 4] indicates the radius of the
〔表1〕〜〔表4〕の項目「非球面係数」は、単レンズLの面S1およびS2のそれぞれの、非球面を構成する非球面式(4)における、i次の非球面係数Ai(iは4以上の偶数)を示している。非球面式(4)において、Zは光軸方向(図1のZ方向)の座標であり、xは光軸に対する法線方向(図1のX方向)の座標であり、Rは曲率半径(曲率の逆数)であり、Kはコーニック(円錐)係数である。 The item “aspheric coefficient” in [Table 1] to [Table 4] is the i-order aspheric coefficient Ai in the aspheric expression (4) constituting the aspheric surface of each of the surfaces S1 and S2 of the single lens L. (I is an even number of 4 or more). In the aspherical expression (4), Z is a coordinate in the optical axis direction (Z direction in FIG. 1), x is a coordinate in the normal direction (X direction in FIG. 1) with respect to the optical axis, and R is a radius of curvature ( K is a conic coefficient.
〔表1〕〜〔表4〕の項目「非球面係数」から明らかであるとおり、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400はいずれも、単レンズLの両面に対して非球面係数が付与されており、これにより、単レンズLの両面が非球面形状となっている。両面が非球面である単レンズLを使用することにより、撮像レンズ1では、各種収差を容易かつ良好に補正することが可能となるため、好ましい。
As is clear from the item “Aspheric coefficient” in [Table 1] to [Table 4], the
〔表5〕に示すとおり、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400はいずれも、Fナンバーが、3未満である2.80となっているため、高い解像力が得られるものである。
As shown in [Table 5], since the
〔表5〕の項目「焦点距離f」には、撮像レンズ1全体の焦点距離fを、単位:mmで示している。
In the item “focal length f” of [Table 5], the focal length f of the
〔表5〕の項目「画角」には、撮像レンズ1の画角、すなわち、撮像レンズ1により結像可能な角度を、単位:deg(°)でそれぞれ示しており、D(対角)、H(水平)、およびV(垂直)という、3次元のパラメータで示している。撮像レンズ1は、H(水平)の画角が52°以上であり、携帯端末向けの撮像レンズ等の広角レンズとしての利用が可能である。
In the item “view angle” in [Table 5], the view angle of the
〔表5〕の項目「周辺光量比」には、像高h0.6、像高h0.8、および、像高h1.0のそれぞれにおける、撮像レンズ1の各周辺光量比(像高h0での光量に対する、光量の割合)を示している。撮像レンズ1は、像高h1.0において、像高h0の70%以上という高い光量が得られるものである。
The item “peripheral light amount ratio” in [Table 5] includes each peripheral light amount ratio (image height h0) of the
〔表5〕の項目「CRA」には、像高h0.6、像高h0.8、および、像高h1.0のそれぞれにおける、撮像レンズ1の各主光線角度(Chief Ray Angle:CRA)を示している。
The item “CRA” in [Table 5] includes each chief ray angle (CRA) of the
〔表5〕の項目「光学全長(CG含む)」には、開口絞り2が光を絞る部分から、像面S5までの、撮像レンズ1の距離を示している。つまり、撮像レンズ1の光学全長とは、光学特性に対して或る影響を与える全構成要素の、光軸方向における寸法の総計を意味している。
The item “optical total length (including CG)” in [Table 5] indicates the distance of the
〔表5〕の項目「CG厚み」には、光軸方向におけるカバーガラスCGの厚みを示している。 The item “CG thickness” in [Table 5] indicates the thickness of the cover glass CG in the optical axis direction.
〔表5〕の項目「レンズ中心厚d」には、単レンズLの中心の厚み、すなわち、単レンズLにおける中心s1から中心s2までの距離である。 The item “lens center thickness d” in [Table 5] is the thickness of the center of the single lens L, that is, the distance from the center s1 to the center s2 of the single lens L.
〔表5〕の項目「レンズ光学有効径端部厚d´」には、単レンズLの有効口径の端部の厚み、すなわち、単レンズLにおける端部e1(ea)から端部e2(eb)までの距離である。特に、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400ではいずれも、単レンズLの有効口径における、最も薄い部分の厚みが、このd´に対応する。本項目から明らかであるとおり、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400は、単レンズLの有効口径における、最も薄い部分の厚みであるd´がそれぞれ、0.203mm、0.203mm、0.205mm、0.203mmであり、いずれも0.150mm(すなわち、150μm)を超えているため、好ましい。
The item “lens optical effective diameter end thickness d ′” in Table 5 includes the thickness of the end of the effective aperture of the single lens L, that is, the end e1 (ea) to the end e2 (eb of the single lens L). ). In particular, in the
〔表5〕の項目「d´/d」から明らかであるとおり、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400はいずれも、d´/dが、0.5を超え、かつ0.9未満であるため、上述した関係式(3)を満足する値となっている。
As is clear from the item “d ′ / d” in Table 5, all of the
〔表5〕の項目「d/d2」から明らかであるとおり、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400はいずれも、d/d2が、0.18を超え、かつ0.30未満であるため、上述した関係式(2)を満足する値となっている。
As is clear from the item “d / d2” in [Table 5], all of the
〔表5〕の項目「Pdis」には、Pdisの具体的な値を示している。 The item “Pdis” in [Table 5] indicates a specific value of Pdis.
〔表5〕の項目「Pdis/f」には、Pdis/fの具体的な値を示している。上述したとおり、撮像レンズ100、撮像レンズ200、撮像レンズ300、および撮像レンズ400はいずれも、Pdis/fが、関係式(1)を満足する値となっている。
The item “Pdis / f” in [Table 5] shows a specific value of Pdis / f. As described above, the
〔撮像モジュール270の製造方法〕
図21(a)〜(c)は、撮像モジュール270の製造方法を示す断面図である。
[Method of Manufacturing Imaging Module 270]
21A to 21C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the
図21(a)〜(c)では、撮像モジュール270を、ウエハレベルレンズプロセスと呼ばれる製造プロセスにより製造する例を示している。
21A to 21C show an example in which the
ウエハレベルレンズプロセスとは、樹脂等の被成形物に対して、その同一面上に単レンズLを複数、成形または造形することで、レンズアレイ211を作製し、さらに、同一面上にセンサ218を複数備えたセンサアレイ217を用意し、各単レンズLと各センサ218とが、1対1に対応して対向配置されるように、レンズアレイ211にセンサアレイ217を搭載した後、対向配置された、単レンズLおよびセンサ218の組み合わせを単位として、分割線220にて分割することで、撮像モジュール270を製造する製造プロセスである。この製造プロセスによれば、大量の撮像モジュールを一括して、かつ短時間で製造することが可能となるため、撮像モジュールの製造コストは、低減することが可能となる。
In the wafer level lens process, a lens array 211 is produced by molding or shaping a plurality of single lenses L on the same surface of a molded object such as a resin, and the sensor 218 is further formed on the same surface. Are prepared, and after mounting the sensor array 217 on the lens array 211 so that each single lens L and each sensor 218 are arranged to face each other in a one-to-one correspondence, This is a manufacturing process for manufacturing the
近年では、単レンズLの材料として、熱硬化性樹脂またはUV硬化性樹脂を用いた、いわゆる耐熱カメラモジュールの開発が進められている。ここで説明する撮像モジュール270は、この耐熱カメラモジュールの一種であり、単レンズLの材料として、熱硬化性樹脂またはUV硬化性樹脂が用いられている。
In recent years, a so-called heat-resistant camera module using a thermosetting resin or a UV curable resin as a material for the single lens L has been developed. The
単レンズLの材料として、熱硬化性樹脂またはUV硬化性樹脂を用いる理由は、大量の撮像モジュール270を一括して、かつ短時間で製造することにより、撮像モジュール270の製造コストの低減を図るため、ならびに、撮像レンズ1を備えた撮像モジュール270に対して、リフローの実施を可能とするためである。
The reason for using a thermosetting resin or a UV curable resin as the material of the single lens L is to reduce the manufacturing cost of the
撮像モジュール270を製造する技術は、多々提案されている。中でも代表的な技術は、射出成形、および、以下で詳細を説明するウエハレベルレンズプロセスである。特に、最近では、撮像モジュールの製造時間およびその他の総合的知見において、より有利であると考えられている、ウエハレベルレンズ(リフローアブルレンズ)プロセスが注目されている。
Many techniques for manufacturing the
ウエハレベルレンズプロセスを実施するにあたっては、熱に起因して、単レンズLに塑性変形が発生してしまうことを抑制する必要がある。この必要性から、単レンズLとしては、熱が加えられても変形しにくい、耐熱性が非常に優れた、熱硬化性樹脂材料またはUV硬化性樹脂材料を用いたウエハレベルレンズ(レンズアレイ)が注目されている。具体的には、摂氏260〜280度の熱が10秒以上与えられても、塑性変形しない程度の耐熱性を有している、熱硬化性樹脂材料またはUV硬化性樹脂材料を用いたウエハレベルレンズが注目されている。 In carrying out the wafer level lens process, it is necessary to suppress the occurrence of plastic deformation in the single lens L due to heat. Because of this need, as a single lens L, a wafer level lens (lens array) using a thermosetting resin material or a UV curable resin material, which is not easily deformed even when heat is applied and has excellent heat resistance. Is attracting attention. Specifically, a wafer level using a thermosetting resin material or a UV curable resin material that has heat resistance that does not cause plastic deformation even when heat of 260 to 280 degrees Celsius is applied for 10 seconds or more. The lens is drawing attention.
ウエハレベルレンズプロセスでは、まず、単レンズLの面S1と反対の形状を有する凸部が同一面上に多数形成されたアレイ金型上212と、単レンズLの面S2と反対の形状を有する凹部が同一面上に多数形成されたアレイ金型下213と、を用意する。なお、アレイ金型上212の各凸部と、アレイ金型下213の各凹部とは、1対1に対応付けられており、かつ、1つの該凸部と、それに対応する1つの該凹部とは、対向して配置されている。 In the wafer level lens process, first, an array mold 212 in which a large number of convex portions having a shape opposite to the surface S1 of the single lens L are formed on the same surface, and a shape opposite to the surface S2 of the single lens L are provided. An array mold lower 213 having a large number of recesses formed on the same surface is prepared. In addition, each convex part on the upper side of the array mold 212 and each concave part on the lower side of the array mold 213 are associated one-to-one, and one convex part and one corresponding concave part. Are arranged opposite to each other.
アレイ金型上212とアレイ金型下213とで、熱硬化性樹脂またはUV硬化性樹脂を、挟み込むと共に加熱して硬化させ、同一面上において、対応する凸部および凹部の組み合わせ毎に単レンズLが成形された、レンズアレイ211を作製する(図21(a)参照)。 A thermosetting resin or UV curable resin is sandwiched between the upper mold 212 and the lower mold 213 and cured by heating, and a single lens is provided for each combination of corresponding convex and concave portions on the same surface. A lens array 211 in which L is molded is produced (see FIG. 21A).
同一面上にセンサ218が多数形成されたセンサアレイ217を用意する。センサアレイ217に形成された各センサ218の間隔は、レンズアレイ211に成形された各単レンズLの間隔と同じにしておく。 A sensor array 217 having a large number of sensors 218 formed on the same surface is prepared. The interval between the sensors 218 formed on the sensor array 217 is set to be the same as the interval between the single lenses L formed on the lens array 211.
センサアレイ217に対しては、図21(b)に示すように、予め、複数のセンサ218を一括して覆うことが可能な程度に大きなカバーガラス216が搭載されていてもよい。また、カバーガラス216またはセンサアレイ217と、レンズアレイ211との間には、必要に応じて、図21(b)に示すように、これらの間隔を固定とするためのスペーサ215が設けられてもよい。 For the sensor array 217, as shown in FIG. 21B, a cover glass 216 large enough to cover a plurality of sensors 218 at once may be mounted. Further, as shown in FIG. 21 (b), a spacer 215 for fixing these intervals is provided between the cover glass 216 or the sensor array 217 and the lens array 211 as needed. Also good.
レンズアレイ211にセンサアレイ217を搭載する。ここでは、レンズアレイ211にセンサアレイ217を、スペーサ215およびカバーガラス216を介して搭載する。このとき、レンズアレイ211とセンサアレイ217とは、各単レンズLと各センサ218とに関して、1つの単レンズLに対して、1つのセンサ218が対向して配置される(図21(b)参照)。 A sensor array 217 is mounted on the lens array 211. Here, the sensor array 217 is mounted on the lens array 211 via the spacer 215 and the cover glass 216. At this time, the lens array 211 and the sensor array 217 are arranged so that one sensor 218 is opposed to one single lens L with respect to each single lens L and each sensor 218 (FIG. 21B). reference).
さらに、図21(b)に示す工程では、レンズアレイ211における、各単レンズLの面S1となる各凹部の周囲に、後に開口絞り2となる遮光部材(絞り)214を搭載する。遮光部材(絞り)214は、レンズアレイ211における各凹部を露出させるように、各凹部の外周部分に設ける。
Further, in the step shown in FIG. 21B, a light shielding member (aperture) 214 to be the
レンズアレイ211とセンサアレイ217との間での位置あわせを行う手法としては、撮像を行いながら位置あわせを行う等の、色々な手法が挙げられ、また、位置あわせは、ウエハのピッチ仕上がり精度によっても影響される。 As a method for performing alignment between the lens array 211 and the sensor array 217, there are various methods such as performing alignment while performing imaging, and the alignment is performed depending on the pitch finish accuracy of the wafer. Is also affected.
図21(b)に示す工程を経て、アレイ状となっている多数の撮像モジュール270を、対向配置となっている単レンズLおよびセンサ218、ならびに、該単レンズLおよびセンサ218の間に介在している、開口絞り2(遮光部材(絞り)214の一部)、スペーサ219(スペーサ215の一部)、および、カバーガラスCG(カバーガラス216の一部)を1組とした組み合わせ単位に、換言すれば、1つの撮像モジュール270を単位として、分割線220にて分割する(図21(c)参照)。
Through the process shown in FIG. 21B, a large number of
以上の工程により、1つの撮像モジュール270は完成する。
Through the above steps, one
図21(a)〜(c)に示すウエハレベルレンズプロセスにより、多数の撮像モジュール270を一括して製造することで、撮像モジュール270の製造コストは、低減することができる。さらに、完成した撮像モジュール270を、基板に実装するときにおいて、リフローにより発生する熱(最大温度が摂氏260度程度)に起因して単レンズLが塑性変形してしまうことを避けるため、単レンズLは、摂氏260〜280度の熱に対して10秒以上の耐性を有している、熱硬化性樹脂またはUV硬化性樹脂を用いるのが、より好ましい。これにより、撮像モジュール270に対しては、リフローを施すことが可能となる。ウエハレベルでの製造工程に、さらに、耐熱性を有している樹脂材料を適用することで、リフローに対応可能な撮像モジュールを安価に製造することが可能である。
The manufacturing cost of the
〔撮像モジュールの構成1〕
図22は、撮像モジュール270の構成を示す断面図である。撮像モジュール270は、図21(a)〜(c)に示した、ウエハレベルレンズプロセスによって製造されたものと等しい。
[
FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the
撮像モジュール270は、開口絞り2、単レンズL、スペーサ219、カバーガラスCG、およびセンサ218を備えたものである。このうち、開口絞り2、単レンズL、およびカバーガラスCGは、撮像レンズ1(図1〜図4参照)を構成しており、撮像レンズ1と同様の、各構成および機能を有しているものであるため、詳細な説明を省略する。
The
スペーサ219は、カバーガラスCGに載せられていると共に、単レンズLが載せられており、スペーサ219の丈に応じて、単レンズLと、カバーガラスCGを搭載したセンサ218と、の間隔を、所望の間隔に固定するものである。 The spacer 219 is placed on the cover glass CG, and a single lens L is placed thereon. According to the length of the spacer 219, the distance between the single lens L and the sensor 218 on which the cover glass CG is mounted is It is fixed at a desired interval.
センサ(固体撮像素子)218は、撮像モジュール270の構成要素としての、撮像レンズ1における、像面S5(図1〜図4参照)に配置されているものであり、撮像レンズ1によって物体3を結像して形成された像を、光信号として受光し、この光信号を電気信号へと変換するものである。センサ218は、周知の電子撮像素子等で構成されている。
The sensor (solid-state imaging device) 218 is disposed on the image plane S5 (see FIGS. 1 to 4) of the
ここで、センサ218は、VGAクラスの撮像素子であるのが好ましく、これにより、良好な解像力を有する撮像モジュール270を実現することができると共に、レンズの枚数を、単レンズLの1つにまで少なくすることができ、製造公差が発生し得る要因を削減することが可能となるため、製造が簡単な撮像モジュール270を実現することが可能となる。
Here, it is preferable that the sensor 218 is a VGA class imaging device, whereby the
また、センサ218は、画素のサイズ(画素ピッチ)が、2.5μm以下であるのが好ましく、これにより、撮像レンズ1が有する解像力を活かした撮像モジュール270を実現することが可能となると共に、センサ218を小型化することで、撮像レンズ1ひいては撮像モジュール270の小型化も可能となるため、さらにコンパクトな、デジタルカメラ等の撮像モジュール270を実現することが可能となる。
The sensor 218 preferably has a pixel size (pixel pitch) of 2.5 μm or less, which makes it possible to realize an
センサ218は例えば、上述した各種特性を得るために用いた、VGAクラスであり、サイズが1/13型であり、画素のサイズ(画素ピッチ)が1.75μmであり、D(対角)のサイズが1.400mmであり、H(水平)のサイズが1.120mmであり、V(垂直)のサイズが0.840mmであるものを適用するのが好ましい。 The sensor 218 is, for example, the VGA class used to obtain the various characteristics described above, the size is 1/13 type, the pixel size (pixel pitch) is 1.75 μm, and D (diagonal) Preferably, the size is 1.400 mm, the size of H (horizontal) is 1.120 mm, and the size of V (vertical) is 0.840 mm.
撮像モジュール270は、撮像レンズ1のフォーカス位置を調整するための機構を備えていない。
The
これは、撮像レンズ1が、物体3を結像して形成された像の周辺において、良好な解像力を得ることが可能であるという特長を有しているため、実現可能な構成である。つまり、撮像モジュール270は、撮像レンズ1における光軸Laの方向における、最良像面位置に対するセンサ218の位置を調整することが必須で無いので、該調整のために従来必要であった、撮像レンズ1のフォーカス位置を調整するための機構を省略することが可能となる。そして、この機構を省略することにより、撮像モジュール270は、製造コストを低減することが可能となる。
This is a feasible configuration because the
また、上記の構成によれば、撮像モジュール270は、鏡筒および/またはレンズホルダが省略されているため、製造工程の削減および構成部品の削減が可能となり、低コスト化を実現することが可能となる。
Further, according to the above configuration, the
〔撮像モジュールの構成2〕
図23は、撮像モジュール270の変形例である、撮像モジュール280の構成を示す断面図である。
[
FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an
撮像モジュール280は、撮像モジュール270と、以下の点で異なっている構成である。
The
撮像モジュール280は、撮像モジュール270と異なり、スペーサ219が用いられていない。
Unlike the
一方、撮像モジュール280は、撮像モジュール270と異なり、単レンズLに、像面S5側に突出したレンズコバ231が形成されている。なお、レンズコバ231は、単レンズLにおける有効口径の外周部分に相当する領域である。
On the other hand, in the
像面S5側に突出したレンズコバ231は、カバーガラスCGに載せられていると共に、単レンズLと一体的に形成されており、レンズコバ231が突出している丈に応じて、単レンズLと、カバーガラスCGを搭載したセンサ218と、の間隔を、所望の間隔に固定するという、スペーサ219と同様の機能を担うものである。 The lens edge 231 protruding to the image surface S5 side is placed on the cover glass CG and is formed integrally with the single lens L, and the single lens L and the cover according to the length of the projection of the lens edge 231. It has the same function as the spacer 219 that fixes the distance between the sensor 218 mounted with the glass CG to a desired distance.
その他の撮像モジュール280の構成は、撮像モジュール270と同様である。
Other configurations of the
撮像モジュール280においては、スペーサ219が不要であり、スペーサ219を用いない構成とすることで、さらなる製造工程の削減および構成部品の削減が可能となり、さらなる低コスト化を実現することが可能となる。
In the
〔撮像モジュールの構成3〕
図24は、撮像モジュール270の別の変形例である、撮像モジュール290の構成を示す断面図である。
[
FIG. 24 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an
撮像モジュール290は、撮像モジュール270と、以下の点で異なっている構成である。
The
撮像モジュール290は、撮像モジュール270と異なり、スペーサ219が用いられていない。
Unlike the
一方、撮像モジュール290は、撮像モジュール270と異なり、単レンズLが、カバーガラスCGに載せられたレンズバレル241に挿入および固定されている。
On the other hand, in the
レンズバレル241は、カバーガラスCGに載せられていると共に、挿入された単レンズLを固定しており、単レンズLと、カバーガラスCGを搭載したセンサ218と、の間隔を、所望の間隔に固定するという、スペーサ219と同様の機能を担うものである。
The
また、開口絞り2は、レンズバレル241の一部として形成されている。
The
その他の撮像モジュール290の構成は、撮像モジュール270と同様である。
Other configurations of the
撮像モジュール270、撮像モジュール280、および撮像モジュール290はいずれも、広い画角を有し、コンパクトであり、さらに良好な解像力を有する、デジタルカメラ等の撮像モジュールとして好適に用いることができるものである。
The
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、携帯端末のデジタルカメラ等への搭載を目的とした、撮像レンズおよび撮像モジュールに利用することができる。 The present invention can be used for an imaging lens and an imaging module for the purpose of mounting a portable terminal on a digital camera or the like.
1、100、200、300、および400 撮像レンズ
2 開口絞り
3 物体
211 レンズアレイ
217 センサアレイ
218 センサ(固体撮像素子)
270、280、290 撮像モジュール
CG カバーガラス
L 単レンズ
La 光軸
Pdis 像の中心にて解像力が最大となる位置から、像面までの距離
S5 像面
Sa 像の中心にて解像力が最大となる位置
d´ 単レンズの有効口径の端部の厚み
d 単レンズの中心の厚み
d2 単レンズにおける、像面側に向けた面の中心から、像面までの空気換算長さ
e1、e2、ea、eb 単レンズの有効口径の端部
f 焦点距離
s1 単レンズの中心
s2 単レンズの中心
1, 100, 200, 300, and 400
270, 280, 290 Imaging module CG Cover glass L Single lens La Optical axis Pdis Distance from the position where the resolving power is maximum at the center of the image to the image plane S5 Position where the resolving power is maximized at the center of the image plane Sa image d ′ Thickness of the end of the effective aperture of the single lens d Thickness of the center of the single lens d2 Air-converted lengths e1, e2, ea, eb from the center of the surface toward the image plane to the image plane in the single lens End f of effective aperture of single lens f Focal length s1 Center of single lens s2 Center of single lens
Claims (11)
上記単レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズである撮像レンズであって、
物体を結像して形成された像の中心にて解像力が最大となる位置から、光軸方向に距離Pdis(但し、0<Pdis)移動された位置を、上記像面とするものであり、かつ、
0.014<Pdis/f<0.035
(但し、f:撮像レンズ全体の焦点距離)
なる関係、および、
0.18<d/d2<0.30
(但し、d:単レンズの中心の厚み、d2:単レンズにおける、像面側に向けた面の中心から、像面までの空気換算長さ)
なる関係を満足しており、
上記単レンズは、物体側に向けた面および像面側に向けた面の両方が非球面であることを特徴とする撮像レンズ。 In order from the object side to the image surface side, it has an aperture stop and a single lens,
The single lens is an imaging lens that is a meniscus lens having a concave surface facing the object side,
A position moved by a distance Pdis (where 0 <Pdis) in the optical axis direction from a position where the resolving power is maximum at the center of an image formed by imaging an object is the image plane. And,
0.014 <Pdis / f <0.035
(Where f is the focal length of the entire imaging lens)
And the relationship
0.18 <d / d2 <0.30
(However, d: thickness of the center of the single lens, d2: air conversion length from the center of the surface toward the image plane to the image plane in the single lens)
Is satisfied with the relationship
The imaging lens according to claim 1, wherein both the surface directed toward the object side and the surface directed toward the image plane side are aspherical surfaces.
0.5<d´/d<0.9
(但し、d´:単レンズの有効口径の端部の厚み)
なる関係を満足するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像レンズ。 The single lens is
0.5 <d ′ / d <0.9
(However, d ': thickness of the end of the effective aperture of the single lens)
The imaging lens according to claim 1, wherein the imaging lens is configured to satisfy the following relationship.
上記撮像レンズによって物体を結像して形成された像を、光として受光する固体撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像モジュール。 The imaging lens according to any one of claims 1 to 6,
An imaging module comprising: a solid-state imaging device that receives an image formed by imaging an object with the imaging lens as light.
各単レンズと各固体撮像素子とが、1対1に対応して対向配置されるように、上記レンズアレイに上記センサアレイを搭載した後、
対向配置された、上記単レンズおよび固体撮像素子の組み合わせを分割して製造されたものであることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の撮像モジュール。 A lens array including a plurality of the single lenses on the same surface and a sensor array including a plurality of the solid-state imaging elements on the same surface are prepared,
After mounting the sensor array on the lens array so that each single lens and each solid-state imaging element are opposed to each other in a one-to-one relationship,
The imaging module according to any one of claims 7 to 10, wherein the imaging module is manufactured by dividing a combination of the single lens and the solid-state imaging device that are arranged to face each other.
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