JP5599093B2 - 光学系レンズ及びその光学系レンズを用いたレンズユニット - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等の小型で薄型の電子機器に用いられる小型撮像装置に使用される光学系レンズ及びその光学系レンズを用いたレンズユニット、特に複数のレンズの光軸を合わせた状態で鏡筒内に収納してレンズ相互間の位置関係を決定する光学系レンズ及びその光学系レンズを用いたレンズユニットに関する。

近年、撮像装置を備えた携帯端末の市場の拡大に伴い、この撮像装置には高画素数で小型の固体撮像素子が搭載されるようになった。このような撮像素子の小型化・高画素化に対応し、複数枚のレンズを鏡筒内に重ね合わせてユニット化した撮像レンズが一般化している。

複数枚のレンズを重ね合わせてレンズユニットを構成する場合、重ね合わせた各レンズの光軸をそれぞれ一致させる必要があり、このような光軸合わせを行う方法として例えば特許文献１では、プラスチックレンズの外径を鏡筒の内径より僅かに小さく形成して、鏡筒とプラスチックレンズとの間に径方向のクリアランスを保って鏡筒に挿入するとともに、各レンズの重ね合わせ面に光軸を中心としたテーパ状の円錐面を形成し、鏡筒に遊嵌した最後段のプラスチックレンズを光軸方向に押圧して各レンズの円錐面を嵌合させることによって、各レンズの光軸をそれぞれ一致させた状態で最後段レンズを鏡筒に接着固定する方法が知られている。

ところで、複数枚のレンズを重ね合わせる場合、各レンズに入射した光がレンズ内において内部反射し、結像に寄与しない不要な光（以下、単に不要光という）となって撮像素子に写り込んでゴーストやフレアを発生する場合が有る。このような不要光を抑制してゴーストやフレアを抑えるための技術として、例えば特許文献２で示すように、各レンズのレンズ部の有効領域外側に位置して環状の遮光板を配置し、鏡筒内に各レンズを組み付ける際、各レンズ間に遮光板を介在させる方法が知られている。すなわち、図３に示すように、２枚の組レンズＲ１，Ｒ２の場合、レンズＲ１，Ｒ２間に遮光板Ｌを介在させ、その遮光板ＬをレンズＲ１，Ｒ２の間に挟み付けることによって、レンズＲ１の第２面の凹面Ｒ１ａで反射した不要光Ｈの光路を遮光板Ｌで遮ることにより、撮像素子の有効領域に不要光Ｈが写り込まないようにしている。

特開２００２−２８６９８７号公報 特開２０１０−３２９０２号公報

ところで、各レンズＲ１，Ｒ２の間に遮光板Ｌを介在させて不要光Ｈを遮光する場合、図３に示すように、各レンズＲ１，Ｒ２のコバ部がフラットに連続する平坦面である場合、レンズ部の外側、すなわち、各レンズＲ１，Ｒ２のコバ部のほぼ全域に渡って不要光Ｈを遮光する遮光板Ｌを介在させることができる。しかし、特許文献１で示すような円錐面の嵌合による調芯構造、例えば、図４に示すように、２枚のレンズＲ１，Ｒ２のコバ部にそれぞれ円錐面Ｋ１，Ｋ２を形成する、あるいは図５に示すように３枚のレンズＲ１〜Ｒ３にそれぞれ円錐面Ｋ１〜Ｋ４を形成し、これら円錐面Ｋ１，Ｋ２又はＫ１〜Ｋ４、（以下、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）とする）を嵌合させて各レンズＲ１，Ｒ２（Ｒ１〜Ｒ３）の光軸を合わせる場合、各レンズＲ１，Ｒ２（Ｒ１〜Ｒ３）のコバ部が円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）を介して段差状となり、その円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）の外側に遮光板Ｌを配置することが困難となる。

すなわち、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）を介して段差状となったコバ部にそれぞれ遮光板Ｌを配置しようとすると、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）の内側と外側にそれぞれ二分割した遮光板Ｌを二重に配置することになる。しかしながら、各レンズＲ１，Ｒ２（Ｒ１〜Ｒ３）に対して遮光板Ｌを位置決めして組み付けるには、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）を基準として位置決めする。ここで、段差状に凹んだ円錐面Ｋ１（図４）あるいは円錐面Ｋ２（図５（ａ）、図５（ｂ））円錐面Ｋ４（図５（ａ））は、その周縁角部が遮光板Ｌの外周縁の位置決め部となるが、円錐面Ｋ１，Ｋ２，Ｋ４の外側は遮光板Ｌを位置決めするための基準が無いため、各レンズＲ１，Ｒ２（Ｒ１〜Ｒ３）に遮光板Ｌを位置決めすることができなくなってしまう。さらに、各レンズＲ１，Ｒ２（Ｒ１〜Ｒ３）を位置決めする円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）は、互いに嵌合するように高精度に成形され、その円錐面に遮光膜や反射膜などを形成すると、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）による位置決め精度に影響を与えることになるから、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）には遮光膜などを形成することも困難である。

このため、特許文献１のように円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）を嵌合させて各レンズＲ１，Ｒ２（Ｒ１〜Ｒ３）の光軸を合わせる場合、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）の内側にのみ遮光板Ｌを配置し、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）の外側の遮光板Ｌを省略することが一般的である。これにより、円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）及びその外側は未遮光部分となり、レンズＲ１の第２面のレンズ部Ｒ１ａで内部反射した光が円錐面Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１〜Ｋ４）を通過し、さらにレンズＲ１の外周端で内部反射して前記未遮光部分から撮像素子へと向かい、結像に寄与しない不要光Ｈとなって撮像素子に到達してしまう。特に、レンズＲ１内に入射した光が臨界角を越えてレンズ部Ｒ１ａに入射すると、その光はレンズ部Ｒ１ａで屈折してレンズＲ１から抜け出ることなく、全反射してコバ部に向かうことから、撮像素子の有効領域への不要光Ｈの写り込みがより一層、顕著となり、ゴーストやフレアを誘発する、という課題を有していた。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、複数のレンズを円錐面によって互いに光軸を合わせる調芯構造を採用する光学系レンズにおいて、撮像素子に到達する不要な光を効果的に抑制し、ゴーストやフレアの発生を抑えることできる光学系レンズ及びその光学系レンズを用いたレンズユニットを提供することを目的とする。

請求項１の光学系レンズは、レンズ部とコバ部を有する複数のレンズと、この各レンズのコバ部にそれぞれ形成された円錐面と、各レンズ間に配置する遮光板とを備え、該遮光板を介在させて前記各レンズの円錐面を係合させることによって、各レンズの光軸を合わせた状態で各レンズを重ね合わせた光学系レンズにおいて、前記各レンズの少なくとも１枚のレンズは、像側に位置する第２面が物体側に向かって湾曲状に窪ませた凹面であり、その凹面を囲む前記レンズ部のコバ部に環状の傾斜面を形成し、この傾斜面は、レンズ内に入射した光が臨界角を越えて前記凹面で全反射してコバ部に向かう光路を遮る位置に、光軸から離れるに従って物体側に向かって窪ませて形成され、この傾斜面によって前記凹面で全反射した不要光を撮像素子の有効撮像領域外である物体側に反射させて、不要光を前記撮像素子の撮像領域に写り込まないように構成したことを特徴とする。

請求項１の光学系レンズによれば、レンズに入射してレンズ部に到達した光は、レンズ部で屈折してレンズ部から抜けるが、レンズ部への入射角によっては、光の一部はレンズ部で反射して撮像面に向かう光も存在し、このような迷光によってゴーストやフレア現象を誘発する原因となり、特に、レンズ部への入射角が臨界角を越えると、レンズ部で屈折することなく全反射し、レンズから抜けることなく、レンズのコバ部へと向かい、その光がさらに反射を繰り返して撮像素子の撮像領域に到達し、ゴーストやフレア現象が発生する。このようなレンズの内部反射による迷光によって生じる不要光をレンズのコバ部に形成した傾斜面で撮像領域外、すなわち、物体側に反射させることにより、撮像面への不要光の写り込みを抑制し、ゴーストやフレアの発生を抑える。特に、レンズ部を囲む傾斜面で効率的に物体側に反射させることによって、円錐面及び円錐面外側のコバ部に生じる未遮光部分から撮像面に到達する不要光が低減される。
また、レンズの第２面が物体側に向かって湾曲状に窪ませた凹面とすると、レンズに入射して凹面で反射する光は、ゴーストやフレア現象を発生させる不要光となり易い。このレンズの第２面で反射する光を傾斜面で撮像面の撮像領域外に反射させることによって、ゴーストやフレア現象を誘発する不要光を効率的に物体側へと反射させることが可能となる。

請求項２の光学系レンズは、前記凹面で全反射した光の少なくとも７０パーセント以上を前記傾斜面で物体側に反射又は遮光させたことを特徴とする。

請求項２の光学系レンズによれば、凹面で全反射した光の少なくとも７０パーセント以上を傾斜面で物体側に反射又は遮光させれば、ゴーストやフレア現象を誘発する不要光を効率的に物体側へと反射させることが可能となる。

請求項３のレンズユニットは、請求項１又は請求項２に記載の光学系レンズにおいて、前記遮光板を介在させて前記各レンズの円錐面を係合させることによって、各レンズの光軸を合わせた状態で鏡筒内に収納したことを特徴とする。

請求項３のレンズユニットによれば、各レンズは、それぞれの円錐面を相互に嵌合させて各レンズの光軸を合わせた状態で鏡筒内に収納され、かつ、各レンズ間に介在する遮光板で遮光できない不要光を傾斜面で物体側に反射させることによって、ゴーストやフレア現象を抑制したレンズユニットとなる。

本発明によれば、複数のプラスチックレンズを互いに光軸を合わせた状態で位置決めするために、各プラスチックレンズのコバ部にそれぞれ円錐面を形成した光学系レンズにおいて、各プラスチックレンズの内部反射によって生じる不要光を傾斜面によって撮像素子の有効撮像領域外である物体側に反射させることによって、不要光、特に、凹面で全反射する不要光がレンズ部の有効領域外側に位置するコバ部の未遮光部分を通過して撮像領域に写り込まないように撮像素子の有効撮像領域外である物体側に反射させることによって、撮像面の不要光の写り込みによるゴーストやフレア現象の発生を抑えることができる。

実施例１を示す光学系レンズの断面図である。 実施例２を示す光学系レンズの断面図である。 従来の２枚構造の光学系レンズにおける遮光板の機能を示す光学系レンズの断面図である。 従来の円錐面による調芯構造を採用した２枚構造の光学系レンズにおいて不要光の光路を示す光学系レンズの断面図である。 従来の円錐面による調芯構造を採用した３枚構造の光学系レンズにおいて不要光の光路を示す光学系レンズの断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、図１、図２において物体側は図示上方側、像側は図示下方とする。

図１に示すように、レンズユニット２０は２枚の第１及び第２のプラスチックレンズ２、３を組み合わせて構成させ、遮光板１５を介して前記第１及び第２のプラスチックレンズ２、３を重ね合わせて円筒状の鏡筒１６に組み込むことによって光学系レンズ１を構成している。

前記第１プラスチックレンズ２は、物体側（図示上側）の第１面が物体側に向かって曲面状に突出した凸面２Ａ、像側（図示下側）の第２面が物体側に向かって曲面状に窪んだ凹面２Ｂとするレンズ部４と、そのレンズ部４の最大有効径の外側に位置するフランジ状のコバ部５で構成され、コバ部５の外径を鏡筒１６の内径より僅かに小さく形成することによって、第１プラスチックレンズ２が鏡筒１６との間にクリアランスを保って遊嵌自在に組み込まれている。また、コバ部５の物体側に前記鏡筒１６の上面に形成する受け面１７と当接する当接面６を形成するとともに、コバ部５の像側にはテーパ状の円錐面７を形成している。また、円錐面７と第２面の凹面２Ｂとの間は、前記凹面２Ｂで内部反射する不要光Ｈを撮像素子（図示しない）の有効撮像範囲外、すなわち、物体側へと反射させるための環状の傾斜面８が物体側に向かって窪ませて形成されている。この傾斜面８は、第１プラスチックレンズ２内に入射した光が臨界角を越えて前記凹面２Ｂで全反射してコバ部５に向かう不要光Ｈの光路を遮る位置に形成され、かつ、その傾斜面８の傾斜角は、前記不要光Ｈの入射角に対して不要光Ｈを全反射させる角度が望ましいが、不要光Ｈの少なくとも７０パーセント以上を反射可能な角度、又は遮光であれば、不要光Ｈによるゴーストやフレア現象を効果的に抑制することが可能である。

前記第２プラスチックレンズ３は、第１プラスチックレンズ２とは対称的に物体側（図示上側）の第１面が像側に窪んだ凹面３Ａ、像側（図示下側）の第２面が像側に向かって曲面状に突出した凸面３Ｂとするレンズ部１０と、そのレンズ部１０の最大有効径の外側に位置するフランジ状のコバ部１１で構成され、コバ部１１の外径を鏡筒１６の内径より僅かに小さく形成することによって、第２プラスチックレンズ３が鏡筒１６との間にクリアランスを保って遊嵌自在に組み込まれている。また、第２プラスチックレンズ３のコバ部１１には、物体側に位置して前記円錐面７と嵌合するテーパ状の円錐面１２を形成し、これら円錐面７，１２の内側に前記遮光板１５を介在させて第１及び第２プラスチックレンズ２，３を重ね合わせ、各円錐面７，１２を嵌合させることによって、第１及び第２プラスチックレンズ２，３の光軸を一致させた状態で鏡筒１６内に組み込まれている。

なお、本実施例では、各円錐面７，１２を嵌合させように各円錐面７，１２を同傾斜で形成した例を示したが、上段側に位置する円錐面７を下段側に位置する円錐面１２より鈍角に形成し、第１及び第２プラスチックレンズ２，３を重ね合わせる際、下段側に位置する円錐面１２の上端角部を、上段側に位置する円錐面７に誘い込んで、円錐面１２の上端角部を円錐面７の内周面に線接触状態で係合させることによって、第１及び第２のプラスチックレンズ２，３を相互に位置決めするようにしてもよい。すなわち、円錐面７，１２は、互いに嵌合構造とする以外、円錐面７，１２を係合させて第１及び第２のプラスチックレンズ２，３を位置決めしてもよく、円錐面７，１２による第１及び第２のプラスチックレンズ２，３の位置決め構造は問わない。

次に、第１プラスチックレンズ２に形成する傾斜面８によるフレアやゴースト現象の抑制作用について説明する。本発明の光学系レンズ１は携帯電話の撮像装置として利用され、撮像装置に組み込まれる撮像素子（図示せず）の有効画角によってレンズユニット２０を光学的に設計し、レンズユニット２０を構成する第１及び第２のプラスチックレンズ２，３の最適な屈折率や曲率半径が設定され、その有効画角内の入射角度でレンズユニット２０に入射した光が撮像素子の撮像面に到達し、所望の像が得られるよう光学的に設計されている。

しかし、図１において破線で示すように、第１プラスチックレンズ２に入射して第１プラスチックレンズ２の第２面に形成される凹面２Ｂに到達した光は、凹面２Ｂで屈折して第１プラスチックレンズ２から抜けるが、凹面２Ｂへの入射角によっては、光の一部は凹面２Ｂで反射し、さらに、第１及び第２プラスチックレンズ２，３で内部反射を繰り返して撮像面に向かう光も存在し、このような迷光によってゴーストやフレア現象を誘発する原因となる。特に、入射角が臨界角を越えると、凹面２Ｂで屈折することなく全反射し、凹面２Ｂで全反射した光は、第１プラスチックレンズ２から抜け出ることなく、第１プラスチックレンズ２のコバ部５へと向かい、その光がさらにコバ部５の外端面で反射して撮像素子の撮像領域に到達すると、顕著なゴーストやフレア現象が発生する。このような迷光による不要光Ｈは、従来、第１及び第２プラスチックレンズ２，３の間に介在する遮光板１５で遮光することによって撮像面に到達させない工夫が成されているが、前述したように各円錐面７，１２によって第１及び第２プラスチックレンズ２，３の光軸を一致させる場合、各円錐面７，１２及びその外側には遮光板１５を配置することができない。そこで、本実施例においては、第１プラスチックレンズ２の第２面に形成する凹面２Ｂを囲むようにして第１プラスチックレンズ２のコバ部５に傾斜面８を形成し、この傾斜面８によって、凹面２Ｂで全反射する不要光Ｈを撮像素子の有効撮像領域外、すなわち、物体側へと反射させる。これにより、第１プラスチックレンズ２の内部において不要光Ｈが反射を繰り返して撮像面に写り込むことを効果的に抑制して、撮像面の不要光Ｈの写り込みによるゴーストやフレア現象の発生を抑えることができる。

以上のように本実施例は、第１及び第２プラスチックレンズ２，３を互いに光軸を合わせた状態で位置決めするために、第１及び第２プラスチックレンズ２，３のコバ部５，１１にそれぞれ円錐面７，１２を形成したレンズユニット２０において、第１，第２プラスチックレンズ２，３の内部反射によって生じる不要光Ｈを傾斜面８によって撮像素子の有効撮像領域外である物体側に反射させることによって、不要光Ｈ、特に、凹面２Ｂで全反射する不要光Ｈが第１及び第２プラスチックレンズ２，３のレンズ部４，１０の有効領域外側に位置するコバ部５，１１の未遮光部分を通過して撮像領域に写り込まないように撮像素子の有効撮像領域外である物体側に反射させることによって、撮像面の不要光Ｈの写り込みによるゴーストやフレア現象の発生を抑えることができる。

図２は、本発明の実施例２を示しており、前記実施例１と共通する部分には同一符号を付し、重複する部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施例は、実施例１の第１及び第２のプラスチックレンズ２，３に第３レンズ２２を加えて３枚レンズによってレンズユニット２０を構成する以外、前記実施例１と実質同一である。

第３のプラスチックレンズ２２は、物体側（図示上側）の第１面が物体側に向かって曲面状に窪ませた凹面２２Ａ、像側（図示下側）の第２面が変曲点を有して物体側に向かって曲面状に窪ませた凹面２２Ｂと物体側に向かって曲面状に突出した凸面２２Ｃとが連続させたレンズ部２３と、そのレンズ部２３の最大有効径の外側に位置するフランジ状のコバ部２４で構成され、コバ部２４の外径を鏡筒１６の内径より僅かに小さく形成することによって、第３プラスチックレンズ２２が鏡筒１６との間にクリアランスを保って遊嵌自在に組み込まれている。また、コバ部２４の物体側には、第２プラスチックレンズ３の像側に形成する円錐面２６と嵌合させるテーパ状の円錐面２７を形成し、その円錐面２７の内側に第２プラスチックレンズ３と第３プラスチックレンズ２２との間に介在させる遮光板１５を配置している。

以上のように構成される本実施例は、第１〜第３プラスチックレンズ２，３，２２に形成する円錐面７，１２，２６，２７はそれぞれ光軸を中心とした円錐状テーパ面であり、第１〜第３プラスチックレンズ２，３，２２を重ねた合わせた際、それぞれの円錐面７，１２，２６，２７が嵌合し、第１〜第３プラスチックレンズ２，３，２２の光軸を合わせた状態で相互に位置決めされる。また、第１〜第３プラスチックレンズ２，３，２２の間に介在する遮光板１５は、それぞれ円錐面７，１２，２６，２７の内側に配置され、円錐面７，１２，２６，２７の外側に位置するコバ部５，１１，２４に未遮光部分が存在するが、前記実施例１と同様、第１プラスチックレンズ２の内部反射によって生じた不要光Ｈを傾斜面８によって物体側に反射させることによって、不要光Ｈ、特に、凹面２Ｂで全反射する不要光Ｈが第１〜第３プラスチックレンズ２，３，２２のレンズ部４，１０，２３の有効領域外側に位置するコバ部５，１１，２４の未遮光部分を通過して撮像領域に写り込まないように撮像素子の有効撮像領域外である物体側に反射させることによって、撮像面の不要光Ｈの写り込みによるゴーストやフレア現象の発生を抑えることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズの形状やレンズの枚数といった基本的構成は適宜選定すればよい。また、不要光を反射する傾斜面は、第２、第３レンズに形成してもよく、要はプラスチックレンズの第２面で反射する不要光を物体側に反射させる位置に形成すればよく、さらに、傾斜面の表面に反射部材を形成すればより確実に撮像面に写り込む不要光を撮像面の有効領域外に反射させることができる。

１ 光学系レンズ
２，３，２２ プラスチックレンズ
２Ｂ 凹面
４，１０，２３ レンズ部
５，１１，２４ コバ部
７，１２，２６，２７ 円錐面
８ 傾斜面
１５ 遮光板
１６ 鏡筒
２０ レンズユニット
Ｈ 不要光

Claims (3)

1. レンズ部とコバ部を有する複数のレンズと、この各レンズのコバ部にそれぞれ形成された円錐面と、各レンズ間に配置する遮光板とを備え、該遮光板を介在させて前記各レンズの円錐面を係合させることによって、各レンズの光軸を合わせた状態で各レンズを重ね合わせた光学系レンズにおいて、前記各レンズの少なくとも１枚のレンズは、像側に位置する第２面が物体側に向かって湾曲状に窪ませた凹面であり、その凹面を囲む前記レンズ部のコバ部に環状の傾斜面を形成し、この傾斜面は、レンズ内に入射した光が臨界角を越えて前記凹面で全反射してコバ部に向かう光路を遮る位置に、光軸から離れるに従って物体側に向かって窪ませて形成され、この傾斜面によって前記凹面で全反射した不要光を撮像素子の有効撮像領域外である物体側に反射させて、不要光を前記撮像素子の撮像領域に写り込まないように構成したことを特徴とする光学系レンズ。
2. 前記凹面で全反射した光の少なくとも７０パーセント以上を前記傾斜面で物体側に反射又は遮光させたことを特徴とする請求項１記載の光学系レンズ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学系レンズにおいて、前記遮光板を介在させて前記各レンズの円錐面を係合させることによって、各レンズの光軸を合わせた状態で鏡筒内に収納したことを特徴とするレンズユニット。
   

Images