JP6637131B2 - 異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体 - Google Patents

Description

本発明は、レンズの構造に関し、特に、高い同軸性を備え、異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体に関する。

光学レンズは単一レンズから徐々にマルチレンズに発展しており、光伝播の特殊な要求を満たすために、マルチレンズを利用して光路を変え、光学収差と球面収差を取り除いている。
しかしながら、通常、マルチレンズは各レンズを順にレンズフレーム上に組み込む必要があり、組み立てに手間がかかるだけでなく、多くの空間が浪費される。
また、マルチレンズの構成は、光軸のずれを回避するため、各レンズ間が高い同軸性を満たす必要がある。

上述の問題を改善するために、例えば特許文献１には、複合型レンズ及びその製造方法と製造装置が開示されている。
この複合レンズは、光軸と、１つ以上の基材と、１つ以上の光学耐熱コロイド層を含み、光学耐熱コロイド層が、コロイド層光学有効半径を含み、該コロイド層の光学有効半径の軸心が該光軸と重なり合い、各基材の的中心部位が基材光学有効半径を含み、該光学有効半径の表面が該光学耐熱コロイド層に貼合されたとき、該基材光学有効半径の軸心が該コロイド層光学有効半径の軸心と重なり合い、該光学耐熱コロイドが金型で先に滴定されてから、該基材が該光学耐熱コロイドに貼合される。

また、特許文献２には複合型レンズの製造方法が開示されている。
上記製造方法は、まず基層ビレット、複合層ビレット及び基層成型押圧板、複合層成型押圧板を用意し、２つの成型押圧板がそれぞれ成型表面を備え、次に基層成型押圧板を利用してその成型表面を基層ビレット上にプレスして、複合レンズの基層を形成し、さらに複合層成型押圧板を利用してその成型表面を複合層ビレット上にプレスし、同時に複合層ビレットを複合レンズの基層上にプレスして、複合レンズの複合層を形成している。

これにより複合型レンズでマルチレンズの組み立てを代替し、高同軸性の要求を満たしている。
しかしながら、上記従来の複合レンズは成型上の工程が複雑で、各層のレンズ間に異なる接着材料を通じて各レンズ間の接着力を高め、各レンズ間の剥離を防止する必要がある。

台湾特許公告第Ｉ３５６７６０号明細書 米国特許公開第２００６２２６５６０号明細書

本発明が解決しようとする課題は、高い同軸性を備え、マルチレンズに代替できる異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体を提供することにある。

本発明の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体は、球体と、第１レンズと、介在層と、第２レンズと、第３レンズとを含み、前記球体が透光性を備え、かつ第１屈折率を有し、第１部分と、該第１部分に連結された第２部分で円球状に構成され、前記第１レンズが透光性を備え、かつ前記球体の第１屈折率と異なる第２屈折率を有し、前記第１レンズが前記球体の第１部分を覆って形成され、かつ前記第１レンズ上に前記球体の第１部分に相対する第１受光曲面が設けられ、前記介在層が前記球体の第１部分と前記第１レンズの間に設置され、前記介在層が前記第１受光曲面に相対する透光部と、該透光部の周辺に形成された不透光部を備え、前記第２レンズが透光性を備え、かつ前記球体の第１屈折率と異なる第３屈折率を有し、前記第２レンズが前記球体の第２部分上に形成され、かつ前記第１レンズに相対し、前記球体及び介在層が前記第１レンズと第２レンズの間に包み込まれ、前記介在層がさらに前記不透光部の外部に周設された延伸部を含み、かつ該延伸部が前記第１レンズと前記第２レンズの間に延伸され、前記第２レンズ上に前記球体の第２部分と相互に間を隔てた第２受光曲面が設けられ、前記第３レンズが透光性を備え、かつ前記第２レンズの第３屈折率と異なる第４屈折率を有し、前記第３レンズが前記第２レンズ上に形成されて前記球体に相対し、かつ前記第３レンズ上に前記第２受光曲面と相互に間を隔てた第３受光曲面が設けられ、光線が前記第３受光曲面を通過して第１次集光が行われると共に前記第３レンズ内に進入し、該光線が前記第２受光曲面を通過して第２次集光が行われると共に第２レンズ内に進入し、前記第２部分を通過して第３次集光が行われると共に前記球体内に進入し、さらに該光線が前記透光部を通過して前記第１レンズ内に進入し、前記第１受光曲面を通過して第４次集光が行われる。

一実施例において、さらに第４レンズを含み、該第４レンズが透光性を備え、かつ前記第１屈折率と異なる第５屈折率を有し、前記第４レンズが前記第１レンズ上に設置されて前記球体に相対し、かつ前記第４レンズ上に前記第１受光曲面と相互に間を隔てた第４受光曲面が設けられ、前記第１受光曲面を通過した光線が該第４受光曲面を通過して第５次集光が行われる。
一実施例において、前記球体がガラス球であり、前記第１レンズと前記第２レンズがいずれも透明なシリコンを射出成形してそれぞれ前記球体の第１部分と第２部分上に形成され、前記第３レンズと前記第４レンズがいずれも透明なプラスチックを射出成形してそれぞれ前記第１レンズと前記第２レンズ上に形成され、前記介在層が不透光性である。

一実施例において、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、前記第４レンズが１つの柱状体に組み立てられる。
一実施例において、前記第１受光曲面と前記第４受光曲面がそれぞれ凹面であり、前記第２受光曲面と前記第３受光曲面がそれぞれ凸面である。
一実施例において、前記第１受光曲面の曲率が前記第４受光曲面の曲率より大きく、前記第３受光曲面の曲率が前記第２受光曲面の曲率より大きい。
一実施例において、前記第３レンズが前記第２レンズの第２受光曲面に貼合される第１貼合面を含み、前記第４レンズが前記第１レンズの第１受光曲面に貼合される第２貼合面を含む。

一実施例において、前記第１レンズ上に前記第１受光曲面に相対する第１嵌合槽が設けられ、かつ前記介在層と前記球体の第１部分が前記第１嵌合槽内に順に設置される。
一実施例において、前記第２レンズ上に前記球体の第２部分を設置するために用いる第２嵌合槽が設けられ、かつ前記第２嵌合槽と前記第２受光曲面が相互に間を隔てている。

本発明は従来技術と比較して次のような利点を備えている。
１.本発明の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体は従来のマルチレンズを代替し、高い同軸性の要件を満たすとともに、省スペースの効果を備えている。
２.円球状の球体を利用し、球体全体に球面を形成することで、採光範囲を大幅に増加でき、迷光の問題を効果的に解決できる。同時に受光効率を高め、結像の暗いエリアを減少し、非点収差及び光学収差等の問題を解決して、結像品質を高めることができる。

本発明の実施例１を示す異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体の断面図である。 本発明の実施例１を示す異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体の分解断面図である。 本発明の実施例１に係るカメラモジュールの断面図である。 本発明の実施例２を示す異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体の断面図である。 本発明の実施例２を示す異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体の分解断面図である。 本発明の実施例２に係るカメラモジュールの断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の実施例１を示す。
図１及び図２に示すように、本発明の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体は、球体１０と、第１レンズ２０と、介在層３０と、第２レンズ４０と、第３レンズ５０を含む。
球体１０は第１部分１１と、第１部分１１に一体に連接された第２部分１２を備え、第１部分１１と第２部分１２が１つの円球を構成する。球体１０が透光性を備え、かつ第１屈折率を有する。

第１レンズ２０は球体１０の一側に形成される。本実施例において、第１レンズ２０は、球体１０の第１部分１１に相隣する位置に、第１部分１１を嵌設するために用いる第１嵌合槽２１を有し、第１部分１１が第１嵌合槽２１内に嵌設されて第１レンズ２０で覆われ、球体１０の第２部分１２が第１レンズ２０の外部に突出して露出され、第２部分１２が該第１レンズ２０上で凸レンズを形成する。
第１レンズ２０は、球体１０に相対する他側に凹面である第１受光曲面２２を有する。第１レンズ２０は同様に透光性を備え、かつ球体１０の第１屈折率と異なる第２屈折率を有する。

介在層３０は透光性がなく、球体１０の第１部分１１と第１レンズ２０の第１嵌合槽２１の間に設置される。介在層３０は第１受光曲面２２に相対する透光部３１と、透光部３１の周辺に形成された不透光部３２と、不透光部３２の外部に形成された延伸部３３を備え、透光部３１が通孔であり、不透光部３２が透光部３１の周辺に周設される。

第２レンズ４０が球体１０の第２部分１２上に設置され、かつ第１レンズ２０に相対し、球体１０と介在層３０が第１レンズ２０と第２レンズ４０の間に包み込まれる。
第２レンズ４０の第１レンズ２０に相隣する一面上には、第１レンズ２０の第１嵌合槽２１に相対し、かつ球体１０の第２部分１２を嵌設させるための第２嵌合槽４１が設けられ、かつ第２レンズ４０の第１レンズ２０から離れた他面上に第２受光曲面４２が形成される。第２受光曲面４２は凸面であり、球体１０の該第２部分１２と相互に間が隔てられる。
第２レンズ４０は透光性を備え、かつ球体１０の第１屈折率と異なる第３屈折率を有する。
また、介在層３０の延伸部３３が第１レンズ２０と第２レンズ４０の間に挟持される。

第３レンズ５０は第２レンズ４０上に形成されて球体１０に相対し、第３レンズ５０の第２レンズ４０に相隣する一面上に、第２レンズ４０の第２受光曲面４２に貼合される第１貼合面５１が設けられ、第３レンズ５０と第２レンズ４０を完全に相互に貼合させることができるようになっている。
また、第３レンズ５０の第２レンズ４０から離れた他面上に第３受光曲面５２が形成される。第３受光曲面５２は凸面であり、第２レンズ４０の第２受光曲面４２と相互に間が隔てられる。
第３レンズ５０は透光性を備え、かつ第２レンズの第３屈折率と異なる第４屈折率を有する。

本実施例において、球体１０はガラス球であり、球体１０の全周面が球面構造となっている。
第１レンズ２０と第２レンズ４０はいずれも透明なシリコンを射出成形して順に球体１０の第１部分１１と第２部分１２上に成型され、第１レンズ２０の第２屈折率と第２レンズ４０の第３屈折率が同じとされる。該透明なシリコンは透光性と高い粘着力を備えているため、第１レンズ２０及び第２レンズ４０と球体１０及び介在層３０間を効果的に相互に接着させることができる。
第３レンズ５０は透明なプラスチックを射出成形して第２レンズ４０上に成型され、第３レンズ５０の第４屈折率と第２レンズ４０の第３屈折率は異なる。
かつ球体１０、第１受光曲面２２、第２受光曲面４２、第３受光曲面５２、透光部３１が同一軸心上に配置され、第３受光曲面５２の曲率が第２受光曲面４２の曲率より大きい。また、本実施例において、第１レンズ２０、第２レンズ４０、第３レンズ５０が１つの柱状体に組み立てられる。

図３に、実施例１のレンズ構造体を応用したカメラモジュール６０を示す。
カメラモジュール６０は、レンズ座体６１と、イメージセンサーモジュール６２と、回路板６３を含む。
レンズ座体６１は、第１座体６１１と、第１座体６１１上に設置された第２座体６１２を含む。第１座体６１１と第２座体６１２間に収納空間が形成され、柱状体を構成する第１レンズ２０と第２レンズ４０、第３レンズ５０を該収納空間内に直接設置することができる。これにより、柱状体を呈する第１レンズ２０と第２レンズ４０、第３レンズ５０をレンズ座体６１内に迅速に組み込むことができる。

第１座体６１１上には第３レンズ５０の第３受光曲面５２を穿設させるための入光孔６１３が設けられ、第３受光曲面５２が入光孔６１３を通じて第１座体６１１の外部に突出して露出される。
第２座体６１２上には第１受光曲面２２に相隣する受光孔６１４が設けられる。
イメージセンサーモジュール６２は受光孔６１４の下に設置され、回路板６３上に電気的に接続される。

第３レンズ５０の第３受光曲面５２が凸面であり、かつレンズ座体６１の外部に突出して露出されるため、光線がレンズ座体６１外部から第３受光曲面５２を通過するとき、第３受光曲面５２を利用してレンズ座体６１外部で採光範囲を増加することができる。
かつ、該光線が第３受光曲面５２を通過して第１次集光が行われた後、第３レンズ５０内部に進入し、第３レンズ５０内部に進入した光線がさらに第２レンズ４０上の第２受光曲面４２を経て第２レンズ４０内に進入し、光線が該第２受光曲面４２を通過して第２次集光が行われる。
続いて、該光線がさらに球体１０の第２部分１２を通過して球体１０内に進入し、光線が第２部分１２を通過して第３次集光が行われる。
さらに、光線が介在層３０の透光部３１を通過して第１レンズ２０内に進入し、第１レンズ２０の第１受光曲面２２を通過して第４次集光が行われる。
最後に、第４次集光が行われた光線がさらに受光孔６１４を通過してイメージセンサーモジュール６２内に進入し、効果的に迷光の問題を解決すると同時に、受光効率を高め、結像の暗いエリアを減少し、結像品質を向上することができる。

第１レンズ２０、第２レンズ４０、第３レンズ５０は射出成形で順に球体１０上に成型されるため、球体１０、第１レンズ２０、介在層３０、第２レンズ４０、第３レンズ５０相互間の同軸性を効果的に制御でき、マルチレンズの高い同軸性という要件を満たすことができる。
同時に、第１レンズ２０、第２レンズ４０、第３レンズ５０は射出成型で球体１０上に成型されるため、第１レンズ２０、第２レンズ４０、第３レンズ５０の体積を効果的に制御でき、カメラモジュール６０の体積を効果的に減少し、カメラモジュール６０の省スペース効果を達成することができる。

図４〜図６に本発明の実施例２を示す。
図４及び図５に示すように、本実施例のレンズ構造体は、球体１０、第１レンズ２０、介在層３０、第２レンズ４０、第３レンズ５０、第４レンズ７０で構成され、第４レンズ７０が第１レンズ２０上に設置され、球体１０に相対する。
第４レンズ７０の第１レンズ２０に相隣する一面上に第１レンズ２０の第１受光曲面２２に貼合される第２貼合面７１が設けられ、第４レンズ７０と第１レンズ２０を相互に貼合することができるようになっている。
また、第４レンズ７０の第１レンズ２０から離れた他面上に第４受光曲面７２が形成される。第４受光曲面７２と第１受光曲面２２はいずれも凹面であり、かつ第１受光曲面２２と相互に間が隔てられる。

本実施例において、第４レンズ７０と第３レンズ５０はいずれも透明なプラスチックを射出成型でそれぞれ第１レンズ２０と第２レンズ４０上に成型して成る。球体１０、第１受光曲面２２、第２受光曲面４２、第３受光曲面５２、第４受光曲面７２、透光部３１は同一軸心上に配置され、かつ第１受光曲面２２の曲率が第４受光曲面７２の曲率より大きく、第３受光曲面５２の曲率が第２受光曲面４２の曲率より大きい。
また、本実施例において、第１レンズ２０、第２レンズ４０、第３レンズ５０、第４レンズ７０は１つの柱状体に組み立てられる。

図６に示すように、実施例２のレンズ構造体をカメラモジュール６０に応用するとき、組み立てられて柱状体を呈する第１レンズ２０と第２レンズ４０、第３レンズ５０、第４レンズ７０がレンズ座体６１内に設置され、第３レンズ５０の第３受光曲面５２が入光孔６１３を通じてレンズ座体６１の外部に突出して露出され、第４レンズ７０の第４受光曲面７２が受光孔６１４の位置に近く配置されてイメージセンサーモジュール６２に近づけられる。

光線がレンズ座体６１の外部から第３受光曲面５２を通過して第１次集光が行われ、該光線が第３レンズ５０内に進入し、続いて第２受光曲面４２を通過して第２次集光が行われ、さらに第２レンズ４０内に進入する。該光線は球体１０の第２部分１２を通過して第３次集光が行われ、さらに球体１０内に進入する。
該光線が球体１０に進入した後、球体１０を通過して第１レンズ２０内に進入し、その後、第１受光曲面２２を通過して第４次集光が行われ、第４レンズ７０内に進入する。
最後に第４受光曲面７２により第５次集光が行われた後、さらに受光孔６１４を通過してイメージセンサーモジュール６２内に進入する。これにより、効果的に迷光の問題を解決すると同時に、受光効率を高め、結像の暗いエリアを減少し、非点収差及び光学収差等の問題を解決して、結像品質を高めることもできる。

以上は、本発明の最良の実施例の説明にすぎず、これを以って本願の権利範囲を限定することはできない。当業者による本発明の要旨に基づいた同等効果の修飾や変化はいずれも本願の権利範囲内に含まれる。

１０ 球体
１１ 第１部分
１２ 第２部分
２０ 第１レンズ
２１ 第１嵌合槽
２２ 第１受光曲面
３０ 介在層
３１ 透光部
３２ 不透光部
３３ 延伸部
４０ 第２レンズ
４１ 第２嵌合槽
４２ 第２受光曲面
５０ 第３レンズ
５１ 第１貼合面
５２ 第３受光曲面
６０ カメラモジュール
６１ レンズ座体
６１１ 第１座体
６１２ 第２座体
６１３ 入光孔
６１４ 受光孔
６２ イメージセンサーモジュール
６３ 回路板
７０ 第４レンズ
７１ 第２貼合面
７２ 第４受光曲面

Claims (9)

1. 異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体であって、球体と、第１レンズと、介在層と、第２レンズと、第３レンズと、を含み、
   前記球体が透光性を備え、かつ第１屈折率を有し、第１部分と、該第１部分に連結された第２部分で円球状に構成され、
   前記第１レンズが透光性を備え、かつ前記球体の第１屈折率と異なる第２屈折率を有し、前記第１レンズが前記球体の第１部分を覆って形成され、かつ前記第１レンズ上に前記球体の第１部分に相対する第１受光曲面が設けられ、
   前記介在層が前記球体の第１部分と前記第１レンズの間に設置され、前記介在層が前記第１受光曲面に相対する透光部と、該透光部の周辺に形成された不透光部を備え、
   前記第２レンズが透光性を備え、かつ前記球体の第１屈折率と異なる第３屈折率を有し、前記第２レンズが前記球体の第２部分上に形成され、かつ前記第１レンズに相対し、前記球体及び介在層が前記第１レンズと第２レンズの間に包み込まれ、前記介在層がさらに前記不透光部の外部に周設された延伸部を含み、かつ該延伸部が前記第１レンズと前記第２レンズの間に延伸され、前記第２レンズ上に前記球体の第２部分と相互に間を隔てた第２受光曲面が設けられ、
   前記第３レンズが透光性を備え、かつ前記第２レンズの第３屈折率と異なる第４屈折率を有し、前記第３レンズが前記第２レンズ上に形成されて前記球体に相対し、かつ前記第３レンズ上に前記第２受光曲面と相互に間を隔てた第３受光曲面が設けられ、光線が前記第３受光曲面を通過して第１次集光が行われると共に前記第３レンズ内に進入し、該光線が前記第２受光曲面を通過して第２次集光が行われると共に第２レンズ内に進入し、前記第２部分を通過して第３次集光が行われると共に前記球体内に進入し、さらに該光線が前記透光部を通過して前記第１レンズ内に進入し、前記第１受光曲面を通過して第４次集光が行われる、
   ことを特徴とする、異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。
2. さらに第４レンズを含み、該第４レンズが透光性を備え、かつ前記第１屈折率と異なる第５屈折率を有し、前記第４レンズが前記第１レンズ上に設置されて前記球体に相対し、かつ前記第４レンズ上に前記第１受光曲面と相互に間を隔てた第４受光曲面が設けられ、前記第１受光曲面を通過した光線が該第４受光曲面を通過して第５次集光が行われることを特徴とする、請求項１に記載の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。
3. 前記球体がガラス球であり、前記第１レンズと前記第２レンズがいずれも透明なシリコンを射出成形してそれぞれ前記球体の第１部分と第２部分上に形成され、前記第３レンズと前記第４レンズがいずれも透明なプラスチックを射出成形してそれぞれ前記第１レンズと前記第２レンズ上に形成され、前記介在層が不透光性であることを特徴とする、請求項２に記載の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。
4. 前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、前記第４レンズが１つの柱状体に組み立てられることを特徴とする、請求項２に記載の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。
5. 前記第１受光曲面と前記第４受光曲面がそれぞれ凹面であり、前記第２受光曲面と前記第３受光曲面がそれぞれ凸面であることを特徴とする、請求項２に記載の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。
6. 前記第１受光曲面の曲率が前記第４受光曲面の曲率より大きく、前記第３受光曲面の曲率が前記第２受光曲面の曲率より大きいことを特徴とする、請求項５に記載の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。
7. 前記第３レンズが前記第２レンズの第２受光曲面に貼合される第１貼合面を含み、前記第４レンズが前記第１レンズの第１受光曲面に貼合される第２貼合面を含むことを特徴とする、請求項５に記載の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。
8. 前記第１レンズ上に前記第１受光曲面に相対する第１嵌合槽が設けられ、かつ前記介在層と前記球体の第１部分が前記第１嵌合槽内に順に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。
9. 前記第２レンズ上に前記球体の第２部分を設置するために用いる第２嵌合槽が設けられ、かつ前記第２嵌合槽と前記第２受光曲面が相互に間を隔てていることを特徴とする、請求項１に記載の異なる屈折率の材料を利用して構成されたレンズ構造体。