KR20110136720A - 렌즈 소자, 촬상 렌즈, 및 촬상 모듈 - Google Patents

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imaging lens
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노리미치 시게미츠
히로유키 하나토
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족시킬 정도로 양호한 해상력을 갖도록 구성된 간소한 구조의 촬상 모듈, 이 촬상 모듈을 구성하는 렌즈 소자 및 촬상 렌즈를 실현하기 위해서 제 1 렌즈 중 1개 이상의 렌즈면은 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어짐으로써 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓게 되어 있다.

Description

렌즈 소자, 촬상 렌즈, 및 촬상 모듈{LENS ELEMENT, IMAGING LENS, AND IMAGING MODULE}
본 발명은 가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족시킬 정도로 양호한 해상력을 갖도록 구성된 촬상 모듈, 이 촬상 모듈을 구성하는 렌즈 소자 및 촬상 렌즈에 관한 발명이다.
특허문헌 1에는 렌즈에 전계 또는 자계를 인가해서 굴절율을 변경함으로써 렌즈의 초점 위치를 변경하는 자동 초점 조정 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 피사체까지의 거리에 따라 얻어진 전기 신호를 압전 소자에 공급하고, 압전 소자의 두께를 변경시킴으로써 렌즈의 위치를 제어하는 광학 기기의 자동 초점 조정 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 3 및 4에는 각각 조정 레버를 회전시켜서 렌즈의 위치를 이동시키는 조정 기구를 구비한 렌즈 조정 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 5에는 투광판-렌즈 사이에 가스를 주입함으로써 렌즈의 위치를 이동시키는 촬상 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1∼5에 개시되어 있는 각 기술에서는 렌즈(렌즈 소자)의 위치 또는 초점 위치를 물체 거리에 따라 변화시킴으로써 가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족할 정도로 양호한 해상력을 갖는 광학계를 실현하고 있다.
일본 공개 특허 공보 「공개 특허 소59-022009호 공보(1984년 2월 4일 공개)」 일본 공개 특허 공보 「공개 특허 소61-057918호 공보(1986년 3월 25일 공개)」 일본 공개 특허 공보 「공개 특허 평10-104491호 공보(1998년 4월 24일 공개)」 일본 공개 특허 공보 「공개 특허 평10-170809호 공보(1998년 6월 26일 공개)」 일본 공개 특허 공보 「공개 특허 제 2003-029115 호 공보(2003년 1월 29일 공개)」
특허문헌 1∼5에 개시되어 있는 각 기술에서는 렌즈의 위치 또는 초점 위치를 물체 거리에 따라 변화시키기 위한 기구가 필요하기 때문에 광학계의 구조가 복잡해진다는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 문제를 고려하여 이루어진 발명으로서, 그 목적은 가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족할 정도로 양호한 해상력을 갖도록 구성된 간소한 구조의 촬상 모듈, 이 촬상 모듈을 구성하는 렌즈 소자 및 촬상 렌즈를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 렌즈 소자는 상기 문제를 해결하기 위해서 적어도 1개의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어짐으로써 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어진 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 여기서 「결상 가능한 물체 거리」란 광학계가 물체의 결상을 행해서 얻어진 상의 대략 전체에 관해서 소망 이상의 해상력에 의한 결상을 행할 수 있는, 바꾸어 말하면 상기 광학계가 물체의 대략 전체에 대해서 초점을 맞출 수 있는 상기 광학계와 상기 물체의 간격을 의미하고 있는 것으로 한다. 상기 광학계에는 렌즈 소자, 촬상 렌즈, 및 촬상 모듈 등을 들 수 있다. 또한, 「렌즈 소자」란 1매의 렌즈를 의미하고 있다. 이것은 복수의 렌즈를 구비하는 것(즉, 촬상 렌즈)과의 구별을 명확히 하기 위해서이다.
상기 구성에 의하면 동일한 소정 렌즈면에 있어서 서로 굴절력이 다른 2개 이상의 영역을 형성함으로써 이들 영역마다 렌즈 소자의 광축 방향에 있어서의 집광 위치의 어긋남을 발생시키고, 이 결과 보다 넓은 물체 거리의 범위에 관해서 소망 이상의 해상력에 의한 물체의 대략 전체의 결상이 가능한, 바꾸어 말하면 보다 넓은 물체 거리의 범위에 관해서 물체의 대략 전체에 대해서 초점을 맞추는 것이 가능한 광학계를 실현하는 것이 가능해진다.
따라서, 상기 구성에 의하면 가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족할 정도로 양호한 해상력을 갖도록 구성된 간소한 구조의 촬상 모듈을 본 발명의 렌즈 소자를 이용하여 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 촬상 렌즈는 물체측으로부터 상면측(像面側)으로 향해서 순차적으로 개구 조리개, 양의 굴절력을 갖고 있는 제 1 렌즈, 및 제 2 렌즈를 구비하고 있고, 상기 제 1 렌즈는 본 발명의 렌즈 소자이며, 상기 제 1 렌즈는 물체측을 향한 면이 상기 렌즈 소자에 있어서의 상기 렌즈면인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 본 발명의 렌즈 소자와 같은 효과를 발휘하는 적어도 2매의 렌즈(렌즈 소자)로 구성된 촬상 렌즈를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 촬상 모듈은 본 발명의 촬상 렌즈를 구비하고 있고, 상기 촬상 렌즈의 초점 위치를 조정하기 위한 기구를 구비하고 있지 않은 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 본 발명의 렌즈 소자와 같은 효과를 발휘하는 촬상 모듈을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 3매의 렌즈(렌즈 소자)로 구성된 촬상 렌즈를 구비한 촬상 모듈을 실현할 경우 간소한 구성이고, 콤팩트하고 또한 해상력이 우수한 저렴한 카메라 모듈을 실현할 수 있다. 특히, 휴대형의 기기용 카메라 모듈에서는 3매의 렌즈를 사용한, 물체측으로부터 상면측을 향해서 순차적으로 개구 조리개, 양의 굴절력을 갖고 있는 제 1 렌즈, 음의 굴절력을 갖고 있는 메니스커스 렌즈인 제 2 렌즈, 및 상면측을 향한 면의 중앙 부분이 오목 형상임과 아울러 상기 중앙 부분의 주변 부분이 볼록 형상인 제 3 렌즈를 구비하고 있는 촬상 렌즈는 콤팩트함과 아울러 높은 해상력을 실현할 수 있으므로 많이 사용되고 있다. 따라서, 본 발명의 촬상 모듈에 의하면 촬상 렌즈의 초점 위치를 조정하기 위한 포커스 조정 기구를 구비하고 있지 않은 저렴하고 간소한 구조의 카메라 모듈을 실현할 수 있다.
또한, 2매의 렌즈(렌즈 소자)로 구성된 촬상 렌즈를 구비한 촬상 모듈을 실현할 경우도 간소한 구성이고, 콤팩트하고 또한 해상력이 우수한 저렴한 카메라 모듈을 실현할 수 있다. 특히, 휴대형의 기기용 카메라 모듈에서는 2매의 렌즈를 사용한, 물체측으로부터 상면측을 향해서 순차적으로 개구 조리개, 양의 굴절력을 갖고 있는 제 1 렌즈, 및 음의 굴절력을 갖고 있는 제 2 렌즈를 구비하고 있는 촬상 렌즈는 콤팩트함과 아울러 높은 해상력을 실현할 수 있으므로 많이 사용되고 있다. 따라서, 본 발명의 촬상 모듈에 의하면 촬상 렌즈의 초점 위치를 조정하기 위한 포커스 조정 기구를 구비하고 있지 않은 저렴하고 간소한 구조의 카메라 모듈을 실현할 수 있다.
<발명의 효과>
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 렌즈 소자는 적어도 1개의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어짐으로써 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어진 것이다.
따라서, 본 발명은 가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족할 정도로 양호한 해상력을 갖도록 구성된 간소한 구조의 촬상 모듈을 실현하는 것이 가능하다는 효과를 발휘한다.
도 1은 적어도 1개의 렌즈면의 형상을 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 촬상 렌즈의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 3은 적어도 1개의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어져 있는 형상을 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시하는 촬상 렌즈의 디포커스 MTF를 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시하는 촬상 렌즈의 MTF-상높이 특성을 도시하는 그래프이다.
도 6의 (a)는 도 2에 도시하는 촬상 렌즈의 비점수차의 특성을 도시하는 그래프이며, 도 6의 (b)는 도 2에 도시하는 촬상 렌즈의 왜곡의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 7은 도 2에 도시하는 촬상 렌즈의 설계 데이터를 도시한 표이다.
도 8은 도 2에 도시하는 촬상 렌즈의 비교 대상으로서의 촬상 렌즈의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시하는 촬상 렌즈의 디포커스 MTF를 도시하는 그래프이다.
도 10은 도 8에 도시하는 촬상 렌즈의 MTF-상높이 특성을 도시하는 그래프이다.
도 11의 (a)는 도 8에 도시하는 촬상 렌즈의 비점수차의 특성을 도시하는 그래프이며, 도 11의 (b)는 도 8에 도시하는 촬상 렌즈의 왜곡의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 12는 도 8에 도시하는 촬상 렌즈의 설계 데이터를 도시한 표이다.
도 13은 도 2 및 도 8에 도시하는 각 촬상 렌즈의 설계 사양을 비교하는 표이다.
도 14는 도 2 및 도 8에 도시하는 각 촬상 렌즈의 MTF-물체 거리 특성을 비교하는 그래프이며, 상높이(h0)의 경우를 도시하는 그래프이다.
도 15는 도 2 및 도 8에 도시하는 각 촬상 렌즈의 MTF-물체 거리 특성을 비교하는 그래프이며 상높이(h0.6)에서의 탄젠셜 상면(像面)의 경우를 도시하는 그래프이다.
도 16은 초점 심도를 넓게 하는 구성과 조합시켰을 경우에 있어서의 도 2 및 도 8에 도시하는 각 촬상 렌즈의 디포커스 MTF를 비교하는 그래프이다.
도 17은 미리 정한 기준 해상도 이상의 화상을 얻기 위한 구성과 조합시켰을 경우에 있어서의 도 2 및 도 8에 도시하는 각 촬상 렌즈의 MTF-물체 거리 특성을 비교하는 그래프이다.
[실시예]
[촬상 렌즈(1)의 구성]
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 촬상 렌즈(1)의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 촬상 렌즈(1)의 Y(지면 상하)방향 및 Z(지면 좌우)방향으로 이루어지는 단면을 도시한 도면이다. Z방향은 물체(3)측으로부터 상면(S9)측으로의 방향 및 상면(S9)측으로부터 물체(3)측으로의 방향을 도시하고 있고, 촬상 렌즈(1)의 광축(La)은 이 Z방향으로 연장되어 있다. 촬상 렌즈(1)의 광축(La)에 대한 법선 방향은 소정 광축(La) 상으로부터 X(지면에 대해서 수직함)방향 및 Y방향으로 이루어지는 면 상을 일직선으로 연장해가는 방향이다.
촬상 렌즈(1)는 물체(3)측으로부터 상면(S9)측으로 향해서 순차적으로 개구 조리개(2), 양의 굴절력(파워)을 갖고 있는 제 1 렌즈(렌즈 소자)(L1), 음의 굴절력을 갖고 있는 제 2 렌즈(L2), 양의 굴절력을 갖고 있는 제 3 렌즈(L3), 및 커버 글래스(CG)를 구비하는 구성이다.
개구 조리개(2)는 구체적으로, 제 1 렌즈(L1)에 있어서의 물체(3)측을 향한 면(적어도 1개의 렌즈면)(S1)의 주위 부분에 설치되어 있다. 개구 조리개(2)는 촬상 렌즈(1)에 입사된 광이 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 및 제 3 렌즈(L3)를 적절하게 통과하는 것을 가능하게 하기 위해서 입사된 광의 축상 광선속의 직경을 제한하는 것을 목적으로 설치되어 있다.
물체(3)는 촬상 렌즈(1)가 결상을 행하는 대상물이며, 바꾸어 말하면 촬상 렌즈(1)가 촬상의 대상으로 하는 피사체이다. 도 2에서는 편의상 물체(3)와 촬상 렌즈(1)가 매우 근접하고 있도록 도시되어 있지만 실제로 물체(3)와 촬상 렌즈(1)의 간격은, 예를 들면 최대 무한원까지 선택 가능하다.
제 1 렌즈(L1)는 물체(3)측을 향한 면(물체측면)(S1)이 볼록 형상이며, 상면(S9)측을 향한 면(상측면)(S2)이 오목 형상이다. 이러한 제 1 렌즈(L1)의 구성은 촬상 렌즈(1)의 전체 길이에 대한 제 1 렌즈(L1)의 전체 길이의 비율이 커지게 되고, 이에 따라 촬상 렌즈(1)의 전체 길이에 비해서 촬상 렌즈(1) 전체의 초점 거리를 길게 할 수 있기 때문에 촬상 렌즈(1)의 소형화 및 저배화가 가능해진다. 제 1 렌즈(L1)는 아베수를 56정도로 크게 함으로써 입사광의 분산을 작게 하고 있다. 제 1 렌즈(L1)의, 특히 면(S1)의 형상에 대한 상세한 사항은 후술한다.
아베수란 광의 분산에 대한 굴절도의 비를 나타낸 광학 매질의 정수이다. 즉, 아베수란 다른 파장의 광을 다른 방향으로 굴절시키는 정도이며, 높은 아베수의 매질은 다른 파장에 대한 광선의 굴절의 정도에 의한 분산이 적어진다.
렌즈에 있어서의 「오목 형상」 및 「오목면」은 모두 렌즈가 중공으로 구부러져 있는 부분, 즉 렌즈가 내측으로 구부러져 있는 부분을 도시하고 있다. 렌즈에 있어서의 「볼록 형상」 및 「볼록면」은 모두 렌즈의 구 형상 표면이 외측으로 구부러져 있는 부분을 도시하고 있다.
여기서, 엄밀하게 말하면 개구 조리개(2)는 제 1 렌즈(L1)의 볼록 형상인 면(S1)이 개구 조리개(2)보다 물체(3)측으로 돌출하도록 설치되어 있지만, 이와 같은 면(S1)이 개구 조리개(2)보다 물체(3)측으로 돌출하고 있는지의 여부에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 개구 조리개(2)는 그 대표적인 위치가 제 1 렌즈(L1)의 대표적인 위치보다 물체(3)측이 되는 배치 관계이면 충분하다.
제 2 렌즈(L2)는 물체(3)측을 향한 면(S3)이 오목면으로 되어 있고, 상면(S9)측을 향한 면(S4)이 볼록면으로 되어 있는 주지의 메니스커스 렌즈이다. 제 2 렌즈(L2)가 물체(3)측에 오목면을 향한 메니스커스 렌즈인 경우에는 제 2 렌즈(L2)의 굴절력을 유지하면서 페츠발 합(Petzval sum)(광학계에 의한 평면 물체의 상의 만곡의 축상 특성)을 작게 할 수 있기 때문에 비점수차, 상면 만곡, 및 코마 수차를 저감할 수 있다. 제 2 렌즈(L2)는 아베수를 26정도로 작게 함으로써 입사광의 분산을 크게 하고 있다. 아베수가 큰 제 1 렌즈(L1)와 아베수가 작은 제 2 렌즈(L2)를 조합시킨 구성은 색수차 보정의 관점에 있어서 유효하다.
제 3 렌즈(L3)는 물체(3)측을 향한 면(S5)이 오목 형상이다. 또한, 제 3 렌즈(L3)는 상면(S9)측을 향한 면(S6) 중 중심(s6) 및 그 근방에 대응하는 중앙 부분(c6)이 오목 형상임과 아울러 중앙 부분(c6)의 주위인 주변 부분(p6)이 볼록 형상이다. 즉, 제 3 렌즈(L3)의 면(S6)은 오목한 중앙 부분(c6)과 돌출되어 있는 주변 부분(p6)이 스위칭되는 변곡점을 갖는 변곡면인 것으로 해석할 수 있다. 여기서 말하는 변곡점이란 렌즈에 있어서의 유효 반경 내에서의 렌즈 단면 형상의 곡선에 있어서 비구면 정점의 접평면이 광축과 수직인 평면이 되는 비구면 상의 점을 의미한다.
면(S6)에 상기 변곡점을 갖고 있는 제 3 렌즈(L3)를 구비한 촬상 렌즈(1)에서는 중앙 부분(c6)을 통과하는 광선이 Z방향에 있어서의 보다 물체(3)측에서 결상 가능하게 됨과 아울러 주변 부분(p6)을 통과하는 광선이 Z방향에 있어서의 보다 상면(S9)측에서 결상 가능해진다. 이 때문에, 촬상 렌즈(1)는 중앙 부분(c6)에 있어서의 오목 형상과 주변 부분(p6)에 있어서의 볼록 형상의 구체적인 형상에 따라 상면 만곡을 비롯한 각종 수차를 보정하는 것이 가능해진다.
제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)로서는 모두 물체(3)측을 향한 면 및 상면(S9)측을 향한 면의 양쪽이 비구면의 렌즈를 적용하고 있다. 양면이 비구면인 제 2 렌즈(L2)는, 특히 비점수차 및 상면 만곡을 대폭 보정하는 것이 가능하다. 양면이 비구면인 제 3 렌즈(L3)는, 특히 비점수차, 상면 만곡, 및 왜곡을 대폭 보정하는 것이 가능하다. 또한, 양면이 비구면인 제 3 렌즈(L3)는 촬상 렌즈(1)에 있어서의 텔레센트릭(telecentric)성을 향상시킬 수 있기 때문에 NA(numerical aperture : 개구수)를 작게 함으로써 촬상 렌즈(1)에서는 피사계 심도를 간단하게 넓힐 수 있다.
이상의 구성인 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 및 제 3 렌즈(L3)를 구비한 도 2에 도시하는 촬상 렌즈(1)에서는 피사계 심도를 넓힐 수 있고, 또한 상면 만곡을 작게 할 수 있다.
커버 글래스(CG)는 제 3 렌즈(L3)와 상면(S9) 사이에 설치되어 있다. 커버 글래스(CG)는 상면(S9)에 대해서 피복됨으로써 물리적 데미지 등으로부터 상면(S9)을 보호하기 위한 것이다. 커버 글래스(CG)는 물체(3)측을 향한 면(S7)과 상면(S9)측을 향한 면(S8)을 갖고 있다.
상면(S9)은 촬상 렌즈(1)의 광축(La)에 대해서 수직이고 상이 형성되는 면이며, 실상은 상면(S9)에 배치된 도시되지 않은 스크린 상에서 관찰할 수 있다.
또한, 촬상 렌즈(1)는 F넘버가 3.0 미만인 것이 바람직하고, 이에 따라 밝은 상을 얻을 수 있다. 촬상 렌즈(1)의 F넘버는 촬상 렌즈(1)의 등가 초점 거리를 촬상 렌즈(1)의 입사동(入射瞳) 직경으로 나눈 값으로 표시된다.
또한, 촬상 렌즈(1)는 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 및 제 3 렌즈(L3)라는 3매의 렌즈를 구비하는 구성이었지만, 본 발명의 촬상 렌즈에 있어서의 렌즈의 매수는 3매에 한정되지 않고, 예를 들면 2매이어도 좋다. 촬상 렌즈(1)를 2매의 렌즈 구성으로 변경할 경우 제 3 렌즈(L3)를 생략하고, 제 2 렌즈(L2)를 상면(S9)측을 향한 면의 중앙 부분이 오목 형상임과 아울러 상기 중앙 부분의 주변 부분이 볼록 형상인[즉, 도 2에 도시하는 제 3 렌즈(L3)와 같은] 형상으로 하면 좋다.
(제 1 렌즈의 구성)
여기에서는 제 1 렌즈(L1)의, 특히 면(S1)의 형상에 대한 설명을 행한다.
도 3은 제 1 렌즈(L1)의 렌즈면인 면(S1)이 복수의 영역(A 및 B)으로 이루어져 있는 형상을 도시하는 단면도이다. 도 3을 참조한 설명에서는 본 발명에 의한 각 영역에 관한 설명을 행하는 것에 지나지 않으므로 편의상 도 3에서는 제 1 렌즈(L1)를 종래 일반적인 구면 형상인 렌즈로서 도시하고 있다.
또한, 면(S1)은 도 2에 있어서는 유효 구경에 해당하는 부분만이 도시되어 있었지만, 도 3에 있어서는 상기 유효 구경의 주위 부분에 설치된 제 1 렌즈(L1)의 에지(렌즈 에지)가 더 도시되어 있다. 제 1 렌즈(L1)에 한정되지 않고 촬상 렌즈(1)를 구성하는 각 렌즈는 유효 구경의 주위 부분에 에지가 형성되어 있는 것이 일반적이다. 또한, 도 3에서는 편의상 제 1 렌즈(L1)에 있어서의 면(S2)측, 및 개구 조리개(2)(도 2 참조)의 도시를 생략하고 있다.
도 3에 있어서, 제 1 렌즈(L1)는 면(S1)이 중심(S1) 및 그 근방에 대응하는 영역(A)과 영역(A)의 주위인 영역(B)으로 영역 구분되어 있다.
도 1은 면(S1)의 구체적인 형상을 그래프로서 도시한 것이며, 이 그래프에 있어서 가로축에는 광축(La)에 대한 법선 방향에 있어서의 면(S1)의 위치를, 세로축에는 면(S1)의 형상[바꾸어 말하면 광축(La) 방향에 있어서의 면(S1)의 위치]을 각각 도시하고 있다.
도 1에 도시하는 그래프에 있어서 면(S1)의 형상은 실선에 의해 도시되어 있다. 도 1의 실선의 그래프로 도시하는 바와 같이 면(S1)은 영역(A)과 영역(B)에서 곡률 반경이 서로 다르다. 보다 구체적으로는 도 1에 있어서는 영역(A)이 원 1의 호에 대응하는 한편, 영역(B)이 원 1보다 반경이 큰 원 2의 호에 대응한다. 따라서, 제 1 렌즈(L1)의 면(S1)은 영역(A)의 곡률 반경보다 영역(B)의 곡률 반경 쪽이 크게 되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 면(S1)은 복수의 영역(A 및 B)마다 다른 곡률 반경을 갖고 있는 구성이다.
그리고, 영역(A 및 B)은 서로 곡률 반경이 다른 구성이기 때문에 서로 굴절력이 다른 구성이다. 즉, 제 1 렌즈(L1)는 1개의 렌즈면인 면(S1)이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역(A 및 B)으로 이루어지는 구성으로 해석할 수 있다.
여기서, 각 영역(A 및 B)의 굴절력은 미리 정해진 소망의 해상력이 얻어지도록 서로 다르게 한다. 영역(A 및 B)은 서로 굴절력이 다르기 때문에 Z방향(도 2 참조)에 있어서의 가장 좋은 상면 위치(물체의 결상 위치)가 다르다. 영역(A 및 B)은 설정하는 상면(S9)(도 2 참조)의 위치에 있어서 미리 정해진 소망의 해상력이 얻어질 정도로 서로 다른 굴절력을 갖는 구성으로 한다. 즉, 각 영역(A 및 B)에 있어서의 굴절력은 설정되는 상면(S9)의 위치에 있어서 소정의 해상력이 얻어지도록 결정되어 있는 것이 바람직하다. 각 영역(A 및 B)의 굴절력을 결정하기 위해서 각 영역(A 및 B)의 곡률 반경을 서로 다르게 할 경우, 또한 1개의 렌즈면에 있어서 서로 다른 영역(A 및 B)을 결정할 경우에 있어서도 마찬가지로 미리 정해진 소망의 해상력이 얻어지도록 설정한다.
반면, 각 영역(A 및 B)의 굴절력 및 곡률 반경의 바람직한 값에 대해서는 대응하는 광학계에 있어서의 상기 소망하는 해상력의 정도에 따라 여러가지 값이 될 수 있으므로 일률적으로 특정하는 것이 곤란하다.
또한, 1개의 렌즈면에 있어서 서로 다른 영역(A 및 B)을 결정할 경우에 있어서도 마찬가지로, 통상은 각 영역의 특정이 곤란하지만 이 경우 이하의 권장 조건이 고려된다. 즉, 촬상 렌즈(1)의 면(S1)이 N(N은 2이상의 자연수)개의 상기 영역으로 이루어지고, 또한 대략 구면의 렌즈면 형상일 경우 N개의 각 영역은 면(S1)을 물체(3)측[상면(上面)]으로부터 보아서 면(S1)의 유효 구경의 약 1/N의 치수를 차지하는 원형 또는 상기 원형을 둘러싸는 도넛형의 영역으로 하면 용이하게 결정할 수 있다.
또한, 촬상 렌즈(1)는 제 1 렌즈(L1)의 면(S1)만이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역[영역(A 및 B)]으로 이루어지는 구성으로 하고 있지만 이것에 한정되지 않고, 면(S1)∼면(S6) 중 임의의 1면 또는 복수의 면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어지는 구성으로 해도 좋다. 또한, 3매 이외의 매수의 렌즈를 구비하는 촬상 렌즈이어도 마찬가지로 상기 촬상 렌즈를 구성하는 모든 렌즈면 중 임의의 1면 또는 복수의 면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어지는 구성으로 해도 좋다. 또한, 제 1 렌즈(L1)는 면(S1)이 서로 굴절력이 다른 2개의 영역[영역(A 및 B)]으로 이루어지는 구성으로 되어 있지만 이것에 한정되지 않고, 서로 굴절력이 다른 3개 이상의 영역으로 이루어지는 구성으로 해도 좋다. 이것은 제 1 렌즈(L1)의 면(S1) 이외의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어지는 구성으로 할 경우에 있어서도 같다. 이들 구성을 적용할 경우 촬상 렌즈는 Z방향(도 2 참조)에 있어서의 물체의 결상을 행하는 개소를 2개 이상 갖게 된다. 이에 따라, 보다 효과적인 피사계 심도가 넓은 촬상 렌즈를 실현할 수 있다. 예를 들면, 이들 구성의 촬상 렌즈는 상높이에 따라 광선이 다른 렌즈 영역을 통과하는 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어질 경우에 유효하다. 상기 렌즈면에서는 상높이마다 다른 굴절력의 작용을 제공할 필요가 있기 때문에 이들 구성을 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 렌즈면에 있어서의 복수의 영역마다 굴절력을 다르게 하는 구성은 이들 영역마다 곡률 반경을 다르게 하는 구성에 한정되지 않고, 적어도 1개의 영역에 대응하는 렌즈면을, 입사광을 회절시키는 소위 회절면으로 하는 것도 유효하다. 렌즈면에 있어서의 곡률 반경의 변경뿐만 아니라 렌즈면의 회절면으로의 변경에 의해서도 상기 렌즈면에 대해서 용이하게 굴절력을 부여하는 것이 가능하다.
[제 1 렌즈(L1) 및 촬상 렌즈(1)의 작용]
제 1 렌즈(L1)는 렌즈면(S1)이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역(A 및 B)으로 이루어짐으로써 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓게 되어 있다.
또한, 여기서 「결상 가능한 물체 거리」란 제 1 렌즈(L1)를 구비하는 광학계가 물체(3)의 결상을 행해서 얻어진 상의 대략 전체에 관해서 소망 이상의 해상력에 의한 결상을 행할 수 있는, 바꾸어 말하면 상기 광학계가 물체(3)의 대략 전체에 대해서 초점을 맞출 수 있는 상기 광학계와 물체(3)의 간격을 의미하고 있는 것으로 한다. 상기 광학계에는 제 1 렌즈(L1) 자신, 촬상 렌즈(1), 및 후술하는 촬상 모듈 등을 들 수 있다.
면(S1)에 있어서 영역(A 및 B)을 형성함으로써 영역(A 및 B)마다 Z방향에 있어서의 집광 위치의 어긋남을 발생시키고, 이 결과 보다 넓은 물체 거리의 범위에 관해서 소망 이상의 해상력에 의한 물체(3)의 대략 전체의 결상이 가능한, 바꾸어 말하면 보다 넓은 물체 거리의 범위에 관해서 물체(3)의 대략 전체에 대해서 초점을 맞추는 것이 가능한 광학계를 실현하는 것이 가능해진다.
따라서, 제 1 렌즈(L1)는 가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족할 정도로 양호한 해상력을 갖도록 구성된 간소한 구조의 촬상 모듈을 구성하기 위해서 사용하는 것이 가능하다.
면(S1)은 영역(A 및 B)마다 다른 곡률 반경을 갖고 있어도 좋고, 영역(A) 및/또는 영역(B)은 입사광을 회절시키는 회절면이어도 좋다.
이에 따라, 면(S1)이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역(A 및 B)으로 이루어지는 제 1 렌즈(L1)를 용이하게 제작할 수 있다.
또한, 촬상 렌즈(1)는 물체(3)측으로부터 상면(S9)측으로 향해서 순차적으로 개구 조리개(2), 양의 굴절력을 갖고 있는 제 1 렌즈(L1), 및 제 2 렌즈(L2)를 구비하고 있다. 추가해서, 촬상 렌즈(1)는 제 2 렌즈(L2)보다 상면(S9)측에 양의 굴절력을 갖고 있는 제 3 렌즈(L3)를 구비하고 있고, 제 2 렌즈(L2)는 음의 굴절력을 갖고 있고, 제 3 렌즈(L3)는 상면(S9)측을 향한 면(S6)의 중앙 부분(c6)이 오목 형상임과 아울러 주변 부분(p6)이 볼록 형상인 구성이 고려된다. 또는, 제 2 렌즈(L2)는 상면(S9)측을 향한 면(S4)의 중앙 부분이 오목 형상임과 아울러 상기 중앙 부분의 주변 부분이 볼록 형상인 구성도 고려된다.
이에 따라, 제 1 렌즈(L1)와 같은 효과를 발휘하는 적어도 2매의 렌즈로 구성된 촬상 렌즈(1)를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 촬상 렌즈(1)의 F넘버가 3.0 미만일 경우 밝은 상이 얻어지는 촬상 렌즈(1)를 사용해서 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓은 광학계를 얻을 수 있다. 또한, F넘버를 크게 함으로써 이 범위를 넓히는 것이 가능하지만 이 경우 상이 어두워진다. F넘버가 3.0 미만인 촬상 렌즈(1)는 밝은 상이 얻어지는 광학계에 있어서도 넓은 결상 가능한 물체 거리의 범위를 얻을 수 있다.
[촬상 렌즈(1)의 광학 특성 및 설계 데이터]
이하, 촬상 렌즈(1)의 광학 특성 및 설계 데이터에 대한 설명을 행한다.
또한, 상기 광학 특성 및 설계 데이터의 측정에 있어서 이하의 조건을 고려한다.
·물체 거리는 1700㎜[촬상 렌즈(1)의 과초점 거리와 거의 같음]로 한다.
·도시되지 않은 시뮬레이션 광원으로서 다음 가중에 의한(백색을 구성하는 각 파장의 혼합 비율이 아래와 같이 조정된) 백색광을 사용한다.
404.66㎚=0.13
435.84㎚=0.49
486.1327㎚=1.57
546.07㎚=3.12
587.5618㎚=3.18
656.2725㎚=1.51
·물체 거리를 과초점 거리(약 1700㎜)로 했을 때의 가장 좋은 상면 위치의 부근에 촬상 렌즈(1)의 포커스를 조정한다.
·상면(S9)에 센서(고체 촬상 소자)를 배치하고, 상기 센서로서 화소수가 2메가픽셀(2M급의 센서)이며, 사이즈가 1/5형인 것을 적용한다.
[촬상 렌즈(1)의 MTF 특성]
도 4는 촬상 렌즈(1)의 디포커스 MTF, 즉 세로축에 도시한 MTF(단위 : 무)와 가로축에 도시한 포커스 시프트 위치(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 5는 촬상 렌즈(1)의 세로축에 도시한 MTF와 가로축에 도시한 상높이(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이다.
또한, MTF(Modulation Transfer Function : 변조 전달 함수)란 상면을 광축 방향으로 이동시켜 갔을 때의 상면에 형성되는 상의 콘트라스트 변화를 나타내는 지표이다. 이 MTF가 클수록 상면에 형성된 상이 높은 해상력에 의해 결상되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 도시하는 상높이는 촬상 렌즈(1)에 의해 물체(3)를 결상해서 형성된 상의 중심을 기준으로 한 높이를 절대값으로, 또는 최대 상높이에 대한 비율로 표현하고 있다. 상높이를 최대 상높이에 대한 비율로 표현하고 있을 경우 상기 비율과 절대값 사이에 각각 이하의 대응 관계를 갖고 있는 것으로 한다.
0㎜=상높이 h0(상의 중심)
0.175㎜=상높이 h0.1(상의 중심으로부터 최대 상높이의 10%에 해당하는 높이)
0.35㎜=상높이 h0.2(상의 중심으로부터 최대 상높이의 20%에 해당하는 높이)
0.7㎜=상높이 h0.4(상의 중심으로부터 최대 상높이의 40%에 해당하는 높이)
1.05㎜=상높이 h0.6(상의 중심으로부터 최대 상높이의 60%에 해당하는 높이)
1.4㎜=상높이 h0.8(상의 중심으로부터 최대 상높이의 80%에 해당하는 높이)
1.75㎜=상높이 h1.0(최대 상높이)
도 4는 공간 주파수가 「나이퀴스트(Nyquist) 주파수/4」일 경우의 상높이 h0, 상높이 h0.2, 상높이 h0.4, 상높이 h0.6, 상높이 h0.8, 및 상높이 h1.0 각각에 관한 탄젠셜 상면(T) 및 사지탈 상면(S)에 있어서의 각 특성을 예시하고 있다.
도 5는 공간 주파수가 「나이퀴스트 주파수/4」, 「나이퀴스트 주파수/2」, 및 「나이퀴스트 주파수」일 경우의 상높이 h0∼상높이 h1.0에 관한 탄젠셜 상면 및 사지탈 상면에 있어서의 각 특성을 예시하고 있다.
또한, 상기 나이퀴스트 주파수는 상면(S9)에 배치되는 센서(고체 촬상 소자)의 나이퀴스트 주파수에 대응하는 값으로 되어 있고, 상기 센서의 화소 피치로부터 계산되는 해상 가능한 공간 주파수의 값이다. 구체적으로, 상기 센서의 나이퀴스트 주파수 Nｙq.(단위 : lp/㎜)는,
Nｙq.=1/(센서의 화소 피치)/2
에 의하여 산출된다.
도 4에 도시하는 바와 같이 촬상 렌즈(1)는 0㎜의 포커스 시프트 위치에 해당하는 상면(S9)(도 2 참조)에 있어서, 상높이 h0∼상높이 h1.0의 어느 상높이에 있어서도 탄젠셜 상면 및 사지탈 상면 모두에 0.2 이상의 높은 MTF 특성을 갖고 있고, 촬상 렌즈(1)에 의해 물체(3)를 결상해서 형성된 상의 중심으로부터 주변까지 우수한 해상력을 갖고 있는 것으로 말할 수 있다.
도 5에 있어서 그래프 51은 「나이퀴스트 주파수/4」에 상당하는 공간 주파수에서의 사지탈 상면의 MTF를, 그래프 52는 동 공간 주파수에서의 탄젠셜 상면의 MTF를 각각 도시하고 있다. 도 5에 있어서, 그래프 53은 「나이퀴스트 주파수/2」에 상당하는 공간 주파수에서의 사지탈 상면의 MTF를, 그래프 54는 동 공간 주파수에서의 탄젠셜 상면의 MTF를 각각 도시하고 있다. 도 5에 있어서, 그래프 55는 「나이퀴스트 주파수」에 상당하는 공간 주파수에서의 사지탈 상면의 MTF를, 그래프 56은 동 공간 주파수에서의 탄젠셜 상면의 MTF를 각각 도시하고 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이 촬상 렌즈(1)는 그래프 56에 있어서 상높이 h0.3(0.525㎜) 이상에서의 MTF가 0.2 미만으로 되어 있지만, 그래프 51∼그래프 55에 있어서 상높이 h0∼상높이 h1.0의 어느 상높이에 있어서도 0.2 이상의 높은 MTF 특성을 갖고 있다.
[촬상 렌즈(1)의 수차 특성]
도 6의 (a)는 촬상 렌즈(1)의 세로축에 도시한 상높이(단위 : 비율, 즉 상높이 h0∼상높이 h1.0)와 가로축에 도시한 비점수차(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 6의 (b)는 촬상 렌즈(1)의 세로축에 도시한 상높이(단위 : 비율, 즉 상높이 h0∼상높이 h1.0)와 가로축에 도시한 왜곡(단위 : %)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 6의 (a) 및 (b)에 의하면 촬상 렌즈(1)는 비점수차 및 왜곡 모두 양호하게 보정된 것이라고 말할 수 있다.
[촬상 렌즈(1)의 설계 데이터]
도 7은 촬상 렌즈(1)의 설계 데이터를 도시한 표이다. 도 7에 도시하는 각 항목의 정의는 이하와 같다.
「요소」 : 촬상 렌즈의 각 구성 요소. 즉, 「L1」은 제 1 렌즈(L1)를, 「L2」는 제 2 렌즈(L2)를, 「L3」은 제 3 렌즈(L3)를, 「CG」는 커버 글래스(CG)를, 「상면」은 상면(S9)을 각각 의미하고 있다.
「Nd(재료)」 : 촬상 렌즈의 각 구성 요소의 d선(파장 : 587.6㎚)에 대한 굴절율.
「νd(재료)」 : 촬상 렌즈의 각 구성 요소의 d선에 대한 아베수.
「면」 : 촬상 렌즈의 각 구성 요소의 각 면. 즉, 「S1」∼ 「S9」는 각각 면(S1)∼면(S8) 및 상면(S9)을 의미하고 있다. 또한, 「S1」은 개구 조리개(2)가 설치되어 있는 위치에 또한 해당한다.
「곡률 반경」 : 면(S1)∼면(S6)의 각 렌즈면의 곡률 반경. 면(S1)에 관해서는 「A」에 영역(A)(도 1 참조)에 있어서의 곡률 반경을 「B」에 영역(B)(도 1 참조)에 있어서의 곡률 반경을 각각 도시하고 있다. 단위는 ㎜.
「중심 두께」 : 대응하는 면의 중심으로부터 상면(S9)측을 향해서 다음 면의 중심까지의 광축(La) 방향(도 2의 Z방향)의 거리. 단위는 ㎜.
「유효 반경」 : 면(S1)∼면(S6)의 각 렌즈면의 유효 반경, 즉 광속의 범위를 규제 가능한 원 영역의 반경. 단위는 ㎜.
「비구면 계수」 : 면(S1)∼면(S6)의 각 렌즈면의 비구면을 구성하는 비구면식 (1)에 있어서의 i차의 비구면 계수(Ai)(i는 4이상의 짝수). 또한, 비구면식 (1)에 있어서 Z는 광축 방향(도 2의 Z방향)의 좌표이며, x는 광축에 대한 법선 방향(도 2의 X방향)의 좌표이며, R은 곡률 반경(곡률의 역수)이며, K는 코닉(원추) 계수이다.
Figure pat00001
또한, 도 7에 도시하는 그래프에 있어서는 후술하는 촬상 렌즈(71)(도 8 참조)와 다른 수치 부분(도 12 참조)의 블록을 음영을 주어서 표시했다.
도 7에 도시하는 그래프로부터도 명확해지는 바와 같이, 촬상 렌즈(1)의 면(S1)에 있어서는 영역(A)에 있어서의 곡률 반경(0.89300㎜)과 영역(B)에 있어서의 곡률 반경(0.90000㎜)이 서로 다르다. 이에 따라, 촬상 렌즈(1)의 면(S1)에 있어서는 영역(A)에 있어서의 굴절력과 영역(B)에 있어서의 굴절력이 서로 다른 구성이 실현되어 있다.
[비교예]
[촬상 렌즈(71)의 광학 특성 및 설계 데이터]
여기에서는 촬상 렌즈(1)의 비교 대상으로서의 촬상 렌즈(71)의 광학 특성 및 설계 데이터에 대해서 설명을 행한다.
촬상 렌즈(71)는 도 8에 도시하는 바와 같이 개략적으로는 촬상 렌즈(1)(도 2 참조)와 같은 구성이지만 제 1 렌즈(L1)의 면(S1)은 그 전체 영역에 있어서 동일한 굴절력으로 되어 있다.
또한, 상기 광학 특성 및 설계 데이터의 측정에 있어서 촬상 렌즈(1)와 같은 조건을 고려했다.
[촬상 렌즈(71)의 MTF 특성]
도 9는 촬상 렌즈(71)의 디포커스 MTF, 즉 세로축에 도시한 MTF(단위 : 없음)와 가로축에 도시한 포커스 시프트 위치(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 10은 촬상 렌즈(71)의 세로축에 도시한 MTF와 가로축에 도시한 상높이(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이다.
즉, 도 9 및 도 10은 각각 도 4 및 도 5와 대응하는 그래프로 되어 있고, 측정 결과 이외의 내용에 관해서는 도 4와 도 9에서, 또한 도 5와 도 10에서 각각 공통이다. 또한, 도 10에 그래프(101∼106)는 각각 도 5에 그래프(51∼56)에 대응한다.
도 9 및 도 10에 의하면 촬상 렌즈(71)는 디포커스 MTF 및 MTF-상높이 특성 모두 촬상 렌즈(1)보다 약간 양호한 MTF를 갖고 있다고 말할 수 있다.
[촬상 렌즈(71)의 수차 특성]
도 11의 (a)는 촬상 렌즈(71)의 세로축에 도시한 상높이(단위 : 비율, 즉 상높이 h0∼상높이 h1.0)와 가로축에 도시한 비점수차(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 11의 (b)는 촬상 렌즈(71)의 세로축에 도시한 상높이(단위 : 비율, 즉 상높이 h0∼상높이 h1.0)와 가로축에 도시한 왜곡(단위 : %)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 11의 (a) 및 (b)에 의하면 촬상 렌즈(71)는 촬상 렌즈(1)와 같은 정도로 비점수차 및 왜곡 모두 양호하게 보정된 것으로 말할 수 있다.
[촬상 렌즈(71)의 설계 데이터]
도 12는 촬상 렌즈(71)의 설계 데이터를 도시한 표이다. 도 12에 도시하는 각 항목의 정의는 도 7의 설계 데이터와 같다.
촬상 렌즈(71)의 제 1 렌즈(L1)의 면(S1)은 그 전체 영역에서 동일한 곡률 반경을 갖는 구면 형상이며, 도 1 및 도 3에 의한 영역(A 및 B)의 구별 및 영역마다 곡률 반경을 다르게 하는 구성이 적용되어 있지 않다. 따라서, 면(S1)의 곡률 반경은 단일의 값(0.90053298㎜)으로 되어 있다. 그리고, 이와 같이 촬영 렌즈(71)는 촬상 렌즈(1)와 다른 구성임으로 상면(S9)의 위치도 아울러 변경되어 있다. 도 12에 의하면 촬상 렌즈(71)의 상면(S9)은 제 3 렌즈(L3)의 면(S6)과 커버 글래스(CG)의 면(S7) 사이의 거리를 변화시켜서 촬상 렌즈(1)의 상면(S9)의 위치에 대한 변경을 도모하고 있다. 기타, 촬상 렌즈(71)에 있어서 유효 반경 이외의 각 파라미터는 촬상 렌즈(1)와 같다.
[실시예와 비교예의 대비]
(촬상 렌즈의 설계 사양)
도 13은 상면(S9)에 센서(고체 촬상 소자)를 배치해서 촬상 모듈을 구성했을 경우에 있어서의 촬상 렌즈(1)의 설계 사양과 촬상 렌즈(71)의 설계 사양을 비교하는 표이다. 도 13에 도시하는 각 항목의 정의는 이하와 같다.
「화소 사이즈」 : 상기 센서의 화소 사이즈(센서 화소 피치). 단위는 ㎛(마이크로미터).
「화소수」 : 상기 센서의 화소의 개수를 H(수평) 및 V(수직)라는 2차원의 파라미터로 도시하고 있다.
「사이즈」 : 상기 센서 사이즈를 D(대각), H(수평), 및 V(수직)라는 3차원의 파라미터로 도시하고 있다. 단위는 ㎜.
「통상 설계」 : 촬상 렌즈(71)의 각 사양이라는 것을 의미하고 있다.
「S1 복합면」 : 촬상 렌즈(1)의 각 사양이라는 것을 의미하고 있다.
「F넘버」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 F넘버.
「초점 거리」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 초점 거리. 단위는 ㎜.
「화각」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 화각, 즉 각 촬상 렌즈(1 및 71)에 의해 결상 가능한 각도를 대각, 수평, 및 수직이라는 3차원의 파라미터로 도시하고 있다. 단위는 deg(°).
「광학 왜곡」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 도 6의 (b) 및 도 11의 (b)에 도시한 왜곡 중 상높이 h0.6, 상높이 h0.8, 및 상높이 h1.0 각각에 있어서의 왜곡의 구체적인 수치. 단위는 %.
「TV 왜곡」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 TV(Television) 왜곡[소위, 텔레비젼 디스토션(distortion)]. 단위는 %.
「주변 광량비」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 주변 광량비 중 상높이 h0.6, 상높이 h0.8, 및 상높이 h1.0 각각에 있어서의 각 주변 광량비(상높이 h0에서의 광량에 대한 광량의 비율). 단위는 %.
「주광선 입사 각도」 : 상높이 h0.6, 상높이 h0.8, 및 상높이 h1.0 각각에 있어서의 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 주광선 각도(Chief Ray Angle : CRA). 단위는 deg(°).
「광학 전체 길이」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 광학 전체 길이, 즉 개구 조리개(2)가 광을 좁히는 부분으로부터 상면(S9)까지의 거리. 또한, 촬상 렌즈의 광학 전체 길이란 광학 특성에 대해서 어떤 영향을 주는 전체 구성 요소의 광축 방향에 있어서의 치수의 총계를 의미하고 있다. 단위는 ㎜.
「커버 글래스 두께」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)에 구비된 커버 글래스(CG)의 두께. 단위는 ㎜.
「과초점 거리」 : 각 촬상 렌즈(1 및 71)의 과초점 거리, 즉 피사계 심도의 최원점(最遠点)이 무한원에까지 넓어지도록 초점 맞춤을 했을 때의 물체 거리(렌즈로부터 피사체까지의 거리). 단위는 ㎜.
도 13으로부터도 명확해지는 바와 같이 촬상 렌즈(1)와 촬상 렌즈(71)는 설계 사양이 거의 같다.
(촬상 렌즈의 물체 거리에 대한 MTF 특성)
도 14는 촬상 렌즈(1 및 71)의 세로축에 도시한 MTF(단위 : 없음)와 가로축에 도시한 물체 거리(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이며, 상높이 h0에 있어서의 동 관계를 도시하고 있다.
도 15는 촬상 렌즈(1 및 71)의 세로축에 도시한 MTF(단위 : 없음)와 가로축에 도시한 물체 거리(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이며, 상높이 h0.6에서의 탄젠셜 상면에 있어서의 동 관계를 도시하고 있다.
또한, 도 14 및 도 15에 있어서 실선으로 도시한 특성은 「S1 복합면」, 즉 촬상 렌즈(1)의 특성이며, 파선으로 도시한 특성은 「통상 설계」, 즉 촬상 렌즈(71)의 특성이다.
도 14의 그래프에 관해서 공간 주파수는 142.9lp/㎜로 표시했다. 이 공간 주파수는 해상도 약 600TV개에 상당한다. MTF 역치(촬상 렌즈에 있어서 결상 가능으로 간주하는 최소의 MTF값)를 0.25로 했을 경우 촬상 렌즈(1)에 있어서의 결상 가능(해상 가능)한 가장 가까운 물체 거리(약 300㎜)는 촬상 렌즈(71)에 있어서의 동 물체 거리(약 400㎜)에 대해서 약 100㎜ 가깝게 되어 있다. 즉, 상높이 h0에 관해서 촬상 렌즈(1)는 촬상 렌즈(71)보다 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓게 되어 있다. 또한, 촬상 렌즈(1)는 촬상 렌즈(71)보다 물체 거리의 변화에 의존한 MTF 변화의 정도가 작게 되어 있다.
도 15의 그래프에 관해서 공간 주파수는 119.0lp/㎜로 표시했다. 이 공간 주파수는 해상도 약 550TV개에 상당한다. MTF 역치(촬상 렌즈에 있어서 결상 가능으로 간주하는 최소의 MTF값)를 0.25로 했을 경우 촬상 렌즈(1)에 있어서의 결상 가능(해상 가능)한 가장 가까운 물체 거리(약 280㎜)는 촬상 렌즈(71)에 있어서의 동 물체 거리(약 340㎜)에 대해서 약 60㎜ 가깝게 되어 있다. 즉, 상높이 h0.6에 관해서도 촬상 렌즈(1)는 촬상 렌즈(71)보다 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓게 되어 있다. 또한, 촬상 렌즈(1)는 촬상 렌즈(71)보다 물체 거리의 변화에 의존한 MTF 변화의 정도가 작아져 있다.
이상, 도 14 및 도 15로부터 알 수 있는 물체 거리에 대한 MTF 특성으로부터 면(S1)이 서로 굴절력이 다른 영역(A 및 B)으로 이루어지는 구성의 촬상 렌즈(1)는 상기 구성이 아닌 촬상 렌즈(71)보다 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓게 되어 있다.
(본 발명의 촬상 모듈에 대해서)
본 발명의 촬상 모듈은 촬상 렌즈(1)를 구비하고 있고, 촬상 렌즈(1)의 초점 위치를 조정하기 위한 포커스 조정 기구를 구비하고 있지 않은 구성이다. 이에 따라, 촬상 렌즈(1)의 제 1 렌즈(L1)와 같은 효과를 발휘하는 촬상 모듈을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 3매의 렌즈로 구성된 촬상 렌즈(1)를 구비한 촬상 모듈을 실현할 경우 간소한 구성이고, 콤팩트하고 또한 해상력이 우수한 저렴한 카메라 모듈을 실현할 수 있다. 특히, 휴대형의 기기용 카메라 모듈에서는 개구 조리개(2), 제 1 렌즈(L1), 메니스커스 렌즈 등의 제 2 렌즈(L2), 및 제 3 렌즈(L3)를 구비하고 있는 촬상 렌즈(1)는 콤팩트함과 아울러 높은 해상력을 실현할 수 있으므로 많이 사용되고 있다. 따라서, 상기 촬상 모듈에 의하면 촬상 렌즈(1)의 초점 위치를 조정하기 위한 포커스 조정 기구를 구비하고 있지 않은 염가의 또한 간소한 구조의 카메라 모듈을 실현할 수 있다.
또한, 2매의 렌즈로 구성된 촬상 렌즈를 구비한 촬상 모듈을 실현할 경우도 간소한 구성이고, 콤팩트하고 또한 해상력이 우수한 저렴한 카메라 모듈을 실현할 수 있다. 특히, 휴대형의 기기용 카메라 모듈에서는 2매의 렌즈를 사용한, 물체측으로부터 상면측을 향해서 순차적으로 개구 조리개, 양의 굴절력을 갖고 있는 제 1 렌즈, 및 음의 굴절력을 갖고 있는 제 2 렌즈를 구비하고 있는 촬상 렌즈는 콤팩트함과 아울러 높은 해상력을 실현할 수 있으므로 많이 사용되고 있다. 따라서, 상기 촬상 모듈에 의하면 촬상 렌즈의 초점 위치를 조정하기 위한 포커스 조정 기구를 구비하고 있지 않은 저렴하고 간소한 구조의 카메라 모듈을 실현할 수 있다.
또한, 상기 촬상 모듈은 설정되는 상면(S9)의 위치에 있어서 소정의 해상력(MTF 등)이 얻어지도록 영역(A 및 B) 각각에 있어서의 굴절력이 결정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 촬상 모듈에 있어서 제 1 렌즈(L1)의 이점을 최대한으로 살릴 수 있다. 즉, 상기 촬상 모듈은 상면(S9)에 있어서 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어지게 된다.
또한, 상기 촬상 모듈은 상면(S9)에 배치된 센서(고체 촬상 소자)를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
상기 센서는 촬상 렌즈(1)에 있어서의 상면(S9)에 배치되어 있는 것이며, 촬상 렌즈(1)에 의해 물체(3)를 결상해서 형성된 상을 광신호로서 수광하고, 이 광신호를 전기 신호로 변환하는 것이다. 상기 센서는 CCD(Charge Coupled Device : 전하 결합 소자) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor : 상보형 금속 산화막 반도체)에 의해 구성되는 고체 촬상 소자로 대표되는 주지의 전자 촬상 소자 등으로 구성되어 있다.
상기 촬상 모듈은 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어진 광학계이기 때문에 상기 센서를 구비하고 있음으로써 포커스 조정 기구를 불필요하게 하는 제조 비용이 저렴한 디지털 카메라를 실현할 수 있다.
또한, 상기 센서의 화소수는 1.3메가픽셀 이상인 것이 바람직하다. 이것은, 화소수가 작은 광학계에서는 초점 거리가 짧으므로 초점을 맞추는 것이 가능한 범위가 넓고 원래의 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓기 때문에 제 1 렌즈(L1)에 의한 구성의 적용은 불필요한 것으라 생각되기 때문이다.
또한, 상기 촬상 모듈에 의한 기술은 종래 일반적인 제조 방법에 의해 제조되는 촬상 모듈에 적용 가능한 이외에 웨이퍼 레벨 렌즈 프로세스(wafer level lense process)에 의해 제조 가능한 촬상 모듈로의 적용을 기대할 수 있다.
웨이퍼 레벨 렌즈 프로세스란 수지 등의 피성형물에 대해서, 예를 들면 어레이 금형을 이용해서 그 동일면 상에 제 1 렌즈(L1)를 복수, 성형 또는 조형(造形)함으로써 제 1 렌즈(L1)를 복수 구비한 제 1 렌즈 어레이를 제작한다. 제 2 렌즈(L2)를 복수 구비한 제 2 렌즈 어레이 및 제 3 렌즈(L3)를 복수 구비한 제 3 렌즈 어레이에 대해서도 같은 요령으로 제작한다. 또한, 동일면 상에 센서를 복수 구비한 센서 어레이를 준비한다. 그리고, 각 제 1 렌즈(L1)와, 각 제 2 렌즈(L2)와, 각 제 3 렌즈(L3)와, 각 센서가 1대1로 대응해서 대향 배치되도록 제 1 렌즈 어레이, 제 2 렌즈 어레이, 및 제 3 렌즈 어레이를 접합하고, 그것에 필요에 따라 커버 글래스(CG)를 통해서 센서 어레이를 탑재함과 아울러 개구 조리개(2)를 장착한다. 대향 배치된 개구 조리개(2), 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 및 센서의 1조합을 단위로 해서 분할함으로써 촬상 모듈을 제조하는 제조 프로세스이다. 이 제조 프로세스에 의하면 대량의 촬상 모듈을 일괄해서 또한 단시간에 제조하는 것이 가능해지기 때문에 촬상 모듈의 제조 비용은 저감하는 것이 가능해진다.
상기 웨이퍼 레벨 렌즈 프로세스에서는 대량의 촬상 모듈을 일괄해서 또한 단시간에 제조하는 것이 가능해지기 때문에 촬상 모듈의 제조 비용은 저감하는 것이 가능해진다. 특히, 촬상 렌즈(1)의 초점 위치를 조정하기 위한 기구가 불필요한 촬상 모듈은 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 및 복수의 센서가 각각 일체화된, 간소화된 제조 프로세스에 적합하다. 반대로, 상기 기구가 필요한 촬상 모듈은 상기 기구를 웨이퍼 레벨에서 동일면 상에 복수 구비하도록 제작되고, 센서를 탑재한 후 촬상 모듈마다 절단을 행하는 제조 프로세스에 적합한 구조를 필요로 한다.
또한, 웨이퍼 레벨 렌즈 프로세스에 의해 제조되는 촬상 모듈은 촬상 렌즈(1)를 구성하는 렌즈의 적어도 1개는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
촬상 렌즈(1)를 구성하는 렌즈의 적어도 1개를 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지로 이루어지는 구성으로 함으로써 촬상 모듈의 제조 단계에 있어서 복수의 렌즈를 수지로 성형해서 렌즈 어레이를 제작하는 것이 가능하게 되고, 또한 촬상 렌즈(1)를 리플로우 실장하는 것이 가능해진다. 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지로 이루어지는 렌즈는 촬상 모듈의 구동계의 내열성을 걱정할 필요가 없으므로 이 경우 상기 촬상 모듈은 리플로우어블 렌즈(reflowable lens)에 적합하다.
(기타 : 본 발명과 조합시키는 것이 바람직한 구성 1)
이상의 본 발명의 촬상 모듈의 구성과 조합시키기 위해 본 발명의 촬상 모듈은 피사계 심도가 넓어짐과 아울러 상면 만곡이 작아진 촬상 렌즈와, 소정 위치보다 가까운 물체로부터의 백색광에 대한 촬상 렌즈의 가장 좋은 상면의 위치로부터 상기 소정 위치보다 먼 물체로부터의 백색광에 대한 촬상 렌즈의 가장 좋은 상면의 위치까지 사이에 설치된 센서를 구비하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 이 경우 피사계 심도를 넓히는 정도 및 상면 만곡을 작게 하는 정도는 센서의 위치에 있어서 가능한 한 높은 해상력(MTF 등)이 얻어지는 정도로 하면 좋다.
상기 구성에 의하면 촬상 렌즈는 피사계 심도가 넓혀져 있기 때문에 근거리로부터 원거리까지의 넓은 거리 범위에 존재하는 각 물체를 결상한 상에 발생되는 블러링(blurring)이 저감된다. 또한, 촬상 렌즈는 상면 만곡이 작게 되어 있기 때문에 상의 전체에 있어서 블러링이 저감된다. 이와 같이, 상의 블러링을 저감하기 위한 연구가 충분하게 실시된 촬상 렌즈를 이용해서 촬상 모듈에서는 센서를 상술한 위치에 설치하고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 이 촬상 모듈에서는 가까운 물체를 촬영할 경우와 먼 물체를 촬영할 경우의 양쪽에 있어서 평균적으로 블러링이 저감된 상이 촬영될 수 있기 때문에 해상력을 어느 정도 양호하게 할 수 있다.
이 촬상 모듈은 촬상 렌즈의 위치 및 촬상 렌즈의 초점 위치의 양쪽을 고정해도 가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족할 정도로 양호한 해상력을 갖는 것으로 할 수 있다. 따라서, 이 촬상 모듈은 렌즈의 위치 또는 렌즈의 초점 위치를 물체의 위치에 따라 변화시키기 위한 기구가 불필요하기 때문에 촬상 모듈의 구조가 간단해진다.
또한, 상기 센서는 녹색의 단색 방사로부터 얻어진 화소에 관한 정보만을 출력하는 것이 가능한 것이어도 좋다.
상기 구성에 의하면 센서가 출력한 녹색의 단색 방사로부터 얻어진 화소에 관한 정보에 의거한 판독 처리에 의해 매트릭스형 이차원 코드의 판독이 가능해진다.
또한, 상기 센서는 상기 소정 위치보다 가까운 물체로부터 상기 녹색의 단색 방사에 대한 상기 촬상 렌즈의 가장 좋은 상면의 위치에 설치되어 있어도 좋다.
상기 구성에 의하면 센서에 대해서는 미세한 구조의 매트릭스형 이차원 코드를 인식시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 보다 미세한 구조의 매트릭스형 이차원 코드의 판독이 가능해진다.
또한, 상기 센서는 화소의 피치가 2.5㎛ 이하이어도 좋다.
상기 구성에 의하면 고화소의 촬상 소자의 성능을 충분히 살린 촬상 모듈을 실현할 수 있다.
또한, 상기 촬상 렌즈는 상기 센서를 보호하기 위한 보호 부재를 개재해서 상기 센서에 적재되어 있어도 좋다.
상기 구성에 의하면 상기 촬상 모듈은 촬상 렌즈를 수용하기 위한 하우징(하우징 프레임)을 생략하는 것이 가능해지기 때문에 상기 하우징을 생략함으로써 소형화 및 저배화, 또한 저비용화가 실현 가능해진다.
또한, 상기 촬상 렌즈는 F넘버를 3 이하로 함으로써 수광 광량을 증대시킬 수 있기 때문에 상을 밝게 하는 것이 가능해진다. 또한, 색수차가 양호하게 보정되기 때문에 높은 해상력을 얻을 수 있다.
상기 촬상 렌즈는 피사계 심도가 넓혀져 있음과 아울러 상면 만곡이 작게 되어 있고, 소정 위치보다 가까운 물체로부터의 백색광에 대한 가장 좋은 상면의 위치로부터 상기 소정 위치보다 먼 물체로부터의 백색광에 대한 가장 좋은 상면의 위치까지 사이에 있어서 물체의 결상을 행하는 것이어도 좋다.
상기 구성에 의하면 촬상 렌즈는 피사계 심도가 넓혀져 있기 때문에 근거리로부터 원거리까지의 넓은 거리 범위에 존재하는 각 물체를 결상한 상에 발생되는 블러링이 저감된다. 또한, 촬상 렌즈는 상면 만곡이 작게 되어 있기 때문에 상의 전체에 있어서 블러링이 저감된다. 이와 같이, 상의 블러링을 저감하기 위한 연구가 충분하게 실시된 촬상 렌즈를 이용해서 물체의 결상은 상술한 위치에서 행한다. 이에 따라, 촬상 렌즈에서는 가까운 물체를 결상할 경우와 먼 물체를 결상할 경우의 양쪽에 있어서 평균적으로 블러링이 저감된 상을 결상할 수 있기 때문에 해상력을 어느 정도 양호하게 할 수 있다.
이 촬상 렌즈는 위치 및 초점 위치의 양쪽을 고정해도 가까운 물체의 결상과 먼 물체의 결상의 양쪽에 있어서 충분하게 양호한 해상력을 갖는 것으로 하는 것이 가능한 것이다. 따라서, 이 촬상 렌즈를 이용하여 구성한 촬상 모듈에서는 렌즈의 위치 또는 렌즈의 초점 위치를 물체의 위치에 따라 변화시키기 위한 기구가 불필요하기 때문에 촬상 모듈의 구조가 간단해진다는 효과를 발휘한다. 바꾸어 말하면, 이 촬상 렌즈는 상기 촬상 모듈을 실현하는데에 바람직하다.
또한, 코드 판독 방법은 상기 촬상 모듈을 사용해서 녹색의 단색 방사로부터 얻어진 화소에 의거하여 매트릭스형 이차원 코드를 판독하기 위한 코드 판독 방법이며, 상기 녹색의 단색 방사로부터 얻어진 화소의 피치를 이용해서 상기 촬상 렌즈 및 상기 센서의 각 한계 해상 성능의 값을 구하여 값이 낮은 쪽을 상기 촬상 모듈의 한계 해상 성능으로 하는 공정과, 상기 촬상 렌즈로부터 상기 소정 위치보다 가까운 물체까지의 거리와, 상기 촬상 모듈의 화각과, 상기 센서의 유효 상 원경(image circle size)으로부터 상기 물체에 대한 상기 촬상 렌즈가 결상하는 상의 배율을 산출하는 공정과, 상기 촬상 모듈의 한계 해상 성능과 상기 배율로부터 상기 촬상 모듈이 판독 가능한 상기 매트릭스형 이차원 코드 사이즈를 산출하는 공정을 포함해도 좋다.
상기 구성에 의하면 상기 촬상 모듈을 사용한 매트릭스형 이차원 코드의 판독시에 있어서 촬상 모듈의 고해상력화를 도모할 수 있다.
도 16은 본 항목에 의한 촬상 모듈에 대해서 촬상 렌즈(1)의 제 1 렌즈(L1)의 면(S1)(도 1 참조)을 적용했을 경우(즉, S1 복합면)와 적용하지 않았을 경우(즉, 통상 설계)의 디포커스 MTF, 즉 세로축에 도시한 MTF(단위 : 없음)와 가로축에 도시한 포커스 시프트 위치(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이다.
본 항목에 의한 촬상 모듈에 의하면 피사계 심도를 넓힘으로써 디포커스 MTF를 나타내는 곡선의 경사가 전체적으로 비교적 완만해짐으로써 비교적 넓은 포커스 시프트 위치의 범위에 있어서 MTF값이 양호하게 된다. 상기 촬상 모듈에 대해서 면(S1)(도 1 참조)을 구비하는 촬상 렌즈(1)를 적용함으로써 디포커스 MTF를 나타내는 곡선의 경사가 전체적으로 더욱 완만해짐으로써 더욱 넓은 포커스 시프트 위치의 범위에 있어서 MTF값이 양호하게 된다.
(기타 : 본 발명과 조합시키는 것이 바람직한 구성 2)
이상의 본 발명의 촬상 모듈의 구성과 조합시키기 위해 본 발명의 촬상 모듈은 회전 대칭인 결상 광학계와, 상기 결상 광학계에 의해 생성된 화상 신호에 대해서 화상 처리를 행하는 화상 처리부를 구비하는 촬상 모듈이며, 상기 결상 광학계에는 촬상 렌즈와, 상기 촬상 렌즈에 의해 결상된 광을 화상 신호로 변환하는 센서가 설치되고, 상기 촬상 렌즈는 사지탈 상면의 가장 좋은 상면의 위치와, 탄젠셜 상면의 가장 좋은 상면의 위치가 미리 정해진 기준 해상도를 얻는 것이 가능한 피사체(물체) 촬영 가능 범위에 따른 어긋남량이고, 광축 방향으로 어긋나도록 구성되고, 상기 화상 처리부는 상기 센서에 의해 변환된 화상 신호에 대해서 사지탈 방향의 해상도 및 탄젠셜 방향의 해상도 중 한쪽이 상기 기준 해상도 이상일 때에 다른쪽을 상기 기준 해상도 이상으로 하는 화상 처리를 행해도 좋다.
상기 구성에 의하면 사지탈 방향의 해상도 및 탄젠셜 방향의 해상도 중 어느 한쪽이 기준 해상도를 만족하는 범위이면 화상 처리가 행해짐으로써 양쪽이 기준 해상도를 만족하게 된다. 이에 따라, 화상 신호로 표시되는 화상 전체의 해상도가 기준 해상도 이상이 된다.
따라서, 해상 성능이 높아져 사지탈 방향의 해상도 및 탄젠셜 방향의 해상도 중 어느 한쪽이 기준 해상도를 만족하는 범위가 초점 심도가 되므로 사지탈 상면의 가장 좋은 상면의 위치와 탄젠셜 상면의 가장 좋은 상면의 위치를 어긋나게 하고 있는만큼 초점 심도를 넓게 하는 것이 가능해진다. 또한, 초점 심도는 어긋남량에 맞춰서 넓힐 수 있으므로 피사계 심도를 설계에 따라 넓히는 것이 가능해진다.
따라서, 사지탈 상면 및 탄젠셜 상면 중 한쪽을 근접 거리 물체의 결상 위치로 하고, 다른쪽을 원거리 물체의 결상 위치로 하면 상기 촬상 렌즈 및 상기 센서를 고정 배치로 한 경우이어도 근접 거리 물체로부터 원거리 물체까지의 넓은 범위의 촬영에 있어서 미리 정한 기준 해상도 이상의 화상을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 상기 촬상 모듈에서는 초점 조정 기구를 사용하지 않고 소망하는 해상도의 화상을 얻는 것이 가능해지므로 초점 조정 기구가 불필요하게 되기 때문에 촬상 모듈의 구조를 간단하게 하는 것이 가능해진다.
따라서, 근접∼원거리의 넓은 범위의 촬영에 있어서 요구된 사양을 만족할 정도로 양호한 해상력을 얻을 수 있고 또한 간단한 구조의 촬상 모듈을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 어긋남량은 하기 수식(2)
Figure pat00002
(dnear: 상기 기준 해상도로 피사체를 촬영하는 것이 가능한 가장 근접한 위치로부터 상기 결상 렌즈까지의 거리, f : 초점 거리, Δ'：초점 심도, Pdiff: 상기 어긋남량)을 만족하도록 정해져 있는 것이 바람직하다.
도 17은 본 항목에 의한 촬상 모듈에 대해서 촬상 렌즈(1)의 제 1 렌즈(L1)의 면(S1)(도 1 참조)을 적용했을 경우(즉, S1 복합면)와 적용하지 않았을 경우(즉, 통상 설계)의 세로축에 도시한 MTF(단위 : 없음)와 가로축에 도시한 물체 거리(단위 : ㎜)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 17에 도시하는 그래프에서는 본 항목에 의한 촬상 모듈에 대해서 면(S1)(도 1 참조)을 구비하는 촬상 렌즈(1)를 구비하는 구성을 적용함으로써 도 14 및 도 15에 도시하는 그래프와 매우 유사한 현상이 확인된다. 즉, 물체 거리의 변화에 의존한 MTF 변화의 정도는 촬상 렌즈(1)를 구비하는 구성에 의해 촬상 렌즈(1)를 구비하지 않는 구성보다 작아져 있기 때문에 도 14 및 도 15에 의한 설명의 경우와 마찬가지로 결상 가능한 물체 거리의 범위는 넓게 할 수 있다.
또한, 본 항목에 의한 촬상 모듈의 구성(도 17 참조)은 앞 항목에 있어서의 초점 심도를 넓게 하는 구성(도 16 참조)과 조합해도 좋다.
또한, 본 발명의 렌즈 소자는 상기 렌즈면은 상기 복수의 영역마다 다른 곡률 반경을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 적어도 1개의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어지는 렌즈 소자를 용이하게 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 렌즈 소자는 상기 복수의 영역 중 적어도 1개는 입사된 광을 회절시키는 면인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 적어도 1개의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어지는 렌즈 소자를 용이하게 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 촬상 렌즈는 상기 제 2 렌즈보다 상면측에 양의 굴절력을 갖고 있는 제 3 렌즈를 구비하고 있고, 상기 제 2 렌즈는 음의 굴절력을 갖고 있고, 상기 제 3 렌즈는 상면측을 향한 면의 중앙 부분이 오목 형상임과 아울러 상기 중앙 부분의 주변 부분이 볼록 형상인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 본 발명의 렌즈 소자와 같은 효과를 발휘하는 3매의 렌즈(렌즈 소자)로 구성된 촬상 렌즈를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 촬상 렌즈는 상기 제 2 렌즈는 상면측을 향한 면의 중앙 부분이 오목 형상임과 아울러 상기 중앙 부분의 주변 부분이 볼록 형상인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 본 발명의 렌즈 소자와 같은 효과를 발휘하는 2매의 렌즈(렌즈 소자)로 구성된 촬상 렌즈를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 촬상 렌즈는 F넘버가 3.0 미만인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 밝은 상을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서는 밝은 상이 얻어지는 촬상 렌즈를 이용해서 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓은 광학계를 얻을 수 있다. 또한, F넘버를 크게 함으로써 이 범위를 넓히는 것이 가능하지만 이 경우 상이 어두워진다. 본 발명에서는 밝은 상이 얻어지는 광학계에 있어서도 넓은 결상 가능한 물체 거리의 범위를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 촬상 모듈은 소정의 상면 위치에 있어서 소정의 해상력이 얻어지도록 상기 렌즈 소자의 상기 복수의 영역 각각에 있어서의 굴절력이 정해져 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 본 발명의 촬상 모듈에 있어서 본 발명의 렌즈 소자의 이점을 최대한으로 살릴 수 있다. 즉, 본 발명의 촬상 모듈은 상면에 있어서 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어지게 된다.
또한, 본 발명의 촬상 모듈은 상면에 배치된 고체 촬상 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 촬상 모듈은 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어진 광학계이기 때문에 고체 촬상 소자를 구비함으로써 포커스 조정 기구를 불필요하게 하는 제조 비용이 저렴한 디지털 카메라를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 촬상 모듈은 상기 고체 촬상 소자의 화소수가 1.3메가픽셀 이상인 것을 특징으로 하고 있는 것이 바람직하다. 이것은 화소수가 작은 광학계에서는 초점 거리가 짧으므로 초점을 맞추는 것이 가능한 범위가 넓고, 원래의 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓기 때문에 본 발명에 의한 구성의 적용은 불필요한 것으로 생각되기 때문이다.
또한, 본 발명의 촬상 모듈은 상기 촬상 렌즈를 구성하는 가장 상면측의 렌즈를 동일면 상에 복수 구비한 렌즈 어레이와 상기 고체 촬상 소자를 동일면 상에 복수 구비된 센서 어레이를 각 렌즈와 각 고체 촬상 소자가 1대1로 대응해서 대향 배치되도록 접합한 후, 대향 배치된 상기 렌즈와 상기 고체 촬상 소자의 세트를 단위로 하여 분할해서 제조된 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 촬상 모듈은 상기 촬상 렌즈는 복수의 렌즈로 구성되는 것이며, 상기 촬상 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈의 한쪽을 동일면 상에 복수 구비한 제 1 렌즈 어레이와 상기 이웃하는 렌즈의 다른쪽을 동일면 상에 복수 구비한 제 2 렌즈 어레이를 상기 제 1 렌즈 어레이에 구비된 각 렌즈와 상기 제 2 렌즈 어레이에 구비된 각 렌즈가 1대1로 대응해서 대향 배치되도록 접합한 후, 대향 배치된 2개의 상기 렌즈의 세트를 단위로 하여 분할해서 제조된 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 대량의 촬상 모듈을 일괄해서 또한 단시간에 제조하는 것이 가능해지기 때문에 촬상 모듈의 제조 비용은 저감하는 것이 가능해진다. 특히, 촬상 렌즈의 초점 위치를 조정하기 위한 기구가 불필요한 본 발명의 촬상 모듈은 복수의 렌즈 소자 및 복수의 고체 촬상 소자가 각각 일체화된, 간소화된 제조 프로세스에 적합하다. 반대로, 상기 기구가 필요한 촬상 모듈은 상기 기구를 웨이퍼 레벨에 의해 동일면 상에 복수 구비되도록 제작하고, 고체 촬상 소자를 탑재한 후 촬상 모듈마다 절단을 행하는 제조 프로세스에 적합한 구조를 필요로 한다.
또한, 본 발명의 촬상 모듈은 상기 촬상 렌즈를 구성하는 렌즈 중 적어도 1개는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 본 발명의 촬상 렌즈를 구성하는 렌즈 중 적어도 1개를 열경화성 수지 또는 UV(Ultra Violet : 자외선) 경화성 수지로 이루어지는 구성으로 함으로써 본 발명의 촬상 모듈의 제조 단계에 있어서 복수의 렌즈를 수지로 성형해서 렌즈 어레이를 제작하는 것이 가능하게 되고, 또한 촬상 렌즈를 리플로우 실장하는 것이 가능해진다. 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지로 이루어지는 렌즈는 촬상 모듈의 구동계의 내열성을 걱정할 필요가 없으므로 이 경우 본 발명의 촬상 모듈은 리플로우어블 렌즈에 적합하다.
본 발명은 상술한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러가지의 변경이 가능하고, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합해서 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 발명은 가까운 물체의 촬영과 먼 물체의 촬영의 양쪽에 있어서 요구된 사양을 만족할 정도로 양호한 해상력을 갖도록 구성된 촬상 모듈, 이 촬상 모듈을 구성하는 렌즈 소자 및 촬상 렌즈에 이용될 수 있다.
1 : 촬상 렌즈 2 : 개구 조리개
3 : 물체 L1 : 제 1 렌즈(렌즈 소자)
L2 : 제 2 렌즈 L3 : 제 3 렌즈
A 및 B : 영역(서로 굴절력이 다른 복수의 영역)
S1 : 제 1 렌즈에 있어서의 물체측을 향한 면(적어도 1개의 렌즈면)
S6 : 제 3 렌즈에 있어서의 상면측을 향한 면
S9 : 상면 c6 : 중앙 부분
p6 : 주변 부분

Claims (14)

1개 이상의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어짐으로써 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어진 것을 특징으로 하는 렌즈 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈면은 상기 복수의 영역마다 다른 곡률 반경을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 영역 중 1개 이상은 입사된 광을 회절시키는 면인 것을 특징으로 하는 렌즈 소자.
물체측으로부터 상면측을 향해서 순차적으로 개구 조리개, 양의 굴절력을 갖고 있는 제 1 렌즈, 및 제 2 렌즈를 구비하고 있고;
상기 제 1 렌즈는 1개 이상의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어짐으로써 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어진 렌즈 소자이며;
상기 제 1 렌즈는 물체측을 향한 면이 상기 렌즈 소자에 있어서의 상기 렌즈면인 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
제 4 항에 있어서,
상기 제 2 렌즈보다 상면측에 양의 굴절력을 갖고 있는 제 3 렌즈를 구비하고 있고,
상기 제 2 렌즈는 음의 굴절력을 갖고 있고,
상기 제 3 렌즈는 상면측을 향한 면의 중앙 부분이 오목 형상임과 아울러 상기 중앙 부분의 주변 부분이 볼록 형상인 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
제 4 항에 있어서,
상기 제 2 렌즈는 상면측을 향한 면의 중앙 부분이 오목 형상임과 아울러 상기 중앙 부분의 주변 부분이 볼록 형상인 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
제 4 항에 있어서,
F넘버는 3.0 미만인 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
물체측으로부터 상면측을 향해서 순차적으로 개구 조리개, 양의 굴절력을 갖고 있는 제 1 렌즈, 및 제 2 렌즈를 구비하고 있고;
상기 제 1 렌즈는 1개 이상의 렌즈면이 서로 굴절력이 다른 복수의 영역으로 이루어짐으로써 결상 가능한 물체 거리의 범위가 넓어진 렌즈 소자이며;
상기 제 1 렌즈는 물체측을 향한 면이 상기 렌즈 소자에 있어서의 상기 렌즈면인 촬상 렌즈를 구비하고 있고;
상기 촬상 렌즈의 초점 위치를 조정하기 위한 기구를 구비하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
제 8 항에 있어서,
소정의 상면 위치에 있어서 소정의 해상력이 얻어지도록 상기 렌즈 소자의 상기 복수의 영역 각각에 있어서의 굴절력이 정해져 있는 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
제 8 항에 있어서,
상면에 배치된 고체 촬상 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 고체 촬상 소자의 화소수는 1.3메가픽셀 이상인 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 촬상 렌즈를 구성하는 가장 상면측의 렌즈를 동일면 상에 복수 구비한 렌즈 어레이와 상기 고체 촬상 소자를 동일면 상에 복수 구비한 센서 어레이를 각 렌즈와 각 고체 촬상 소자가 1대1로 대응해서 대향 배치되도록 접합한 후;
대향 배치된 상기 렌즈와 상기 고체 촬상 소자의 세트를 단위로 하여 분할해서 제조된 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
제 8 항에 있어서,
상기 촬상 렌즈는 복수의 렌즈로 구성된 것이며;
상기 촬상 렌즈를 구성하는 이웃하는 렌즈의 한쪽을 동일면 상에 복수 구비한 제 1 렌즈 어레이와 상기 이웃하는 렌즈의 다른쪽을 동일면 상에 복수 구비한 제 2 렌즈 어레이를 상기 제 1 렌즈 어레이에 구비된 각 렌즈와 상기 제 2 렌즈 어레이에 구비된 각 렌즈가 1대1로 대응해서 대향 배치되도록 접합한 후;
대향 배치된 2개의 상기 렌즈의 세트를 단위로 하여 분할해서 제조된 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
제 8 항에 있어서,
상기 촬상 렌즈를 구성하는 렌즈 중 1개 이상은 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
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