KR20120109515A - 광학 유닛 및 촬상 장치 - Google Patents

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KR20120109515A
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소니 주식회사
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Abstract

과제
부품 갯수의 증대를 억제하면서, 고화소인 경우에도 포커스 위치 편차를 억제할 수 있고, 소형이면서 저비용이면서 고해상도이며 고내열의 촬상 광학계를 실현하는 것이 가능한 광학 유닛 및 촬상 장치를 제공한다.
해결 수단
광학 유닛(100)은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈군(110)과, 제2 렌즈군(120)을 가지며, 제1 렌즈군(110)은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈 엘리먼트(111)와, 투명체(112)와, 제2 렌즈 엘리먼트(113)를 포함하고, 제2 렌즈군(120)은, 제3 렌즈 엘리먼트(121)만을 포함한다.

Description

광학 유닛 및 촬상 장치{OPTICAL UNIT AND IMAGING DEVICE}
본 발명은, 촬상 기기에 적용되는 광학 유닛 및 촬상 장치에 관한 것이다.
근래의 휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터(PC) 등에 탑재되는 촬상 기기에는, 고해상도?저비용?소형화가 강하게 요구되고 있다.
CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 촬상 소자의 셀 피치가 극적으로 작아지고, 광학계에는 통상 광학계보다도 광학 수차, 특히 축상(軸上) 색수차를 억제한 높은 결상(結像) 성능이 요구된다.
또한, 가격 요구에 대해, 웨이퍼 형상으로 렌즈를 형성하여 비용을 삭감한다는 기술이 알려져 있다.
이들의 예로서는, 대표적인 것으로 특허 문헌 1에 개시된 기술이 알려져 있다.
여기서 개시되어 있는 것은, 하이브리드(HYBRID) 방식이라고 불린다.
하이브리드 방식에서는, 웨이퍼 형상의 유리판에 다수개의 렌즈를 형성하는 것, 또한, 촬상 소자 웨이퍼와 이 렌즈 소자를 웨이퍼 상태로 맞붙이고, 다음에 개편화(個片化)하여, 동시에 다수개의 카메라 모듈을 제작한다.
또한, 휴대 전화나 PC 등에 탑재되는 촬상 기기에 사용되는 일반적인 촬상 렌즈로서는, 예를 들면 특허 문헌 2에 개시된 기술이 알려져 있다.
특허 문헌 1 : US2006/0044450A1 특허 문헌 2 : 일본국 특개2005-352317호 공보
상기한 하이브리드 방식의 이점은, 유리 웨이퍼에 IR 컷트 필터나 조리개를 형성할 수 있고, 종래와 같이 이들 별개의 부품이 불필요한 것, 또한, 동시에 다수개의 완성품이 이루어지기 때문에, 1개당의 조립공수가 적고, 염가로 이루어지는 것이다.
CIF, VGA 등에 관해서는 촬상 에어리어가 작고, 그에 의해, 웨이퍼 형상으로 다수 형성된 렌즈 소자의 포커스 위치의 편차가, 크게 문제가 되지 않아, 유리하다.
그런데, 상기 하이브리드 방식의 불리한 점은, 3M 픽셀 이상의 고화소로 되어 오면, 촬상 에어리어가 커지고, 그에 의해 상기 렌즈 소자의 포커스 위치의 편차가 커진다. 그 결과, 촬상 소자와 렌즈 소자를 웨이퍼 상태에서 맞붙여진 경우, 디포커스의 불량이 다발(多發)하고, 염가로 만든다는 최초의 목적이 다할 수가 없게 된다.
특허 문헌 2에 개시된 렌즈의 이점은, 3장 구성이며 비구면을 다용(多用)함으로써 높은 결상 성능을 얻고 있는 것과, 렌즈 투사 형상이, 원형 형상을 하고 있기 때문에, 스크루 배럴 등에 넣어, 포커스 조정을 하기 쉬운 것이다.
그렇지만, 이 렌즈는, 별개의 부품으로서 IR 컷트 필터가 필요하고, 또한 조리개 등이 별개의 부품이기 때문에, 부품 갯수가 많다는 불이익이 있다.
IR 컷트 필터를 렌즈와 촬상 소자의 사이에 넣을 필요가 있기 대문에, 길다란 백 포커스가 필요해져서, 렌즈 설계상의 제약이 된다.
본 발명은, 부품 갯수의 증대를 억제하면서, 고화소인 경우에도 포커스 위치의 편차를 억제할 수 있고, 소형이면서 저비용이면서 고해상도이며 고내열의 촬상 광학계를 실현하는 것이 가능한 광학 유닛 및 촬상 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1의 관점의 광학 유닛은, 판형상의 기판에 수지 렌즈를 복수개 형성하는 하이브리드 타입의 렌즈와, 수지를 일체 성형한 캐스팅 또는 몰드 등이라고 불리는 렌즈가, 각각 적어도, 1군(群)을 갖는다.
알맞게는, 광학 유닛은, 물체측부터 상면(像面)측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈군과, 제2 렌즈군을 가지며, 상기 제1 렌즈군은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈 엘리먼트와, 투명체와, 제2 렌즈 엘리먼트를 포함하고, 상기 제2 렌즈군은, 제3 렌즈 엘리먼트만을 포함한다.
본 발명의 제2의 관점의 광학 유닛은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈군과, 제2 렌즈군을 가지며, 상기 제1 렌즈군은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈 엘리먼트와, 제2 렌즈 엘리먼트와, 투명체와, 제3 렌즈 엘리먼트를 포함하고, 상기 제1 렌즈 엘리먼트와 상기 제2 렌즈 엘리먼트가 더블릿 렌즈를 형성하고, 상기 제2 렌즈군은, 제4 렌즈 엘리먼트만을 포함한다.
본 발명의 제3의 관점의 촬상 장치는, 촬상 소자와, 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학 유닛을 가지며, 상기 광학 유닛은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈군과, 제2 렌즈군을 가지며, 상기 제1 렌즈군은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈 엘리먼트와, 투명체와, 제2 렌즈 엘리먼트를 포함하고, 상기 제2 렌즈군은, 제3 렌즈 엘리먼트만을 포함한다.
본 발명의 제4의 관점의 촬상 장치는, 촬상 소자와, 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학 유닛을 가지며, 상기 광학 유닛은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈군과, 제2 렌즈군을 가지며, 상기 제1 렌즈군은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈 엘리먼트와, 제2 렌즈 엘리먼트와, 투명체와, 제3 렌즈 엘리먼트를 포함하고, 상기 제1 렌즈 엘리먼트와 상기 제2 렌즈 엘리먼트가 더블릿 렌즈를 형성하고, 상기 제2 렌즈군은, 제4 렌즈 엘리먼트만을 포함한다.
본 발명에 의하면, 부품 갯수의 증대를 억제하면서, 고화소인 경우에도 포커스 위치의 편차를 억제할 수 있고, 소형이면서 저비용이면서 고해상도이며 고내열의 촬상 광학계를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 구성례를 도시하는 도면.
도 2는 본 제1의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 각 렌즈군을 구성하는 각 렌즈, 기판, 및 촬상부를 구성하는 커버 유리에 대해 부여한 면 번호를 도시하는 도면.
도 3은 실시예 1에서, 구면 수차, 비점 수차, 및 왜곡 수차를 도시하는 수차도.
도 4는 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 구성례를 도시하는 도면.
도 5는 실시예 2에서, 구면 수차, 비점 수차, 및 왜곡 수차를 도시하는 수차도.
도 6은 본 발명의 제3의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 구성례를 도시하는 도면.
도 7은 실시예 3에서, 구면 수차, 비점 수차, 및 왜곡 수차를 도시하는 수차도.
도 8은 본 발명의 제4의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 구성례를 도시하는 도면.
도 9는 본 제4의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 각 렌즈군을 구성하는 각 렌즈, 기판, 및 촬상부를 구성하는 커버 유리에 대해 부여한 면 번호를 도시하는 도면.
도 10은 실시예 4에서, 구면 수차, 비점 수차, 및 왜곡 수차를 도시하는 수차도.
도 11은 본 발명의 제5의 실시 형태에 관한 웨이퍼레벨 옵틱을 개념적으로 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제6의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈를 개념적으로 도시하는 도면.
도 13은 본 실시 형태에 관한 촬상 렌즈가 채용되는 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 관련지어서 설명한다.
그리고, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1의 실시 형태(광학 유닛을 채용한 촬상 렌즈의 제1의 구성례)
2. 제2의 실시 형태(광학 유닛을 채용한 촬상 렌즈의 제2의 구성례)
3. 제3의 실시 형태(광학 유닛을 채용한 촬상 렌즈의 제3의 구성례)
4. 제4의 실시 형태(광학 유닛을 채용한 촬상 렌즈의 제4의 구성례)
5.제5의 실시 형태(웨이퍼 옵트의 개념)
6. 제6의 실시 형태(촬상 렌즈의 제5의 구성례)
7. 제7의 실시 형태(촬상 장치의 구성례)
<1. 제1의 실시 형태>
도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 광학 유닛을 채용한 촬상 렌즈의 구성례를 도시하는 도면이다.
본 제1의 실시 형태의 촬상 렌즈(100)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 물체측(OBJS)부터 상면(像面)측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈군(110), 제2 렌즈군(120), 상면(130)을 갖는다.
이 촬상 렌즈(100)는, 단초점(單焦点) 렌즈로서 형성되어 있다. 그리고, 제1 렌즈군(110) 및 제2 렌즈군(120)에 의해 광학 유닛이 형성된다.
제1 렌즈군(110)은, 투명체를 끼우고 배치된 복수의 렌즈 엘리먼트를 포함하는 접합체(接合體)에 의해 형성되어 있다.
제2 렌즈군(120)은, 하나의 렌즈 엘리먼트만으로 형성되어 있다.
구체적으로는, 제1 렌즈군(110)은, 유리 기판상에 레플리커 렌즈가 상하에 형성되어 있다.
제1 렌즈군(110)은, 물체측(OBJS)부터 상면(130)측을 향하여 순번대로 배치된, 제1 렌즈 엘리먼트(111), 투명체(112), 및 제2 렌즈 엘리먼트(113)를 포함하는 접합체에 의해 형성되어 있다.
여기서, 제1 렌즈 엘리먼트(111)는 볼록평형상(凸平形狀)이며 아베수가 크고, 투명체(유리 기판)(112)는, 염가로 제조하기 위해 쇼트사(社)의 BK7 상당의 유리판이 사용되고, 제2 렌즈 엘리먼트(113)는 평오목(平凹)렌즈가 형성된다.
또한, 조리개는 유리 기판의 물체측에 크롬막 등의 투과가 거의 없는 물질을 미리 붙여서 실현된다.
제2 렌즈군(120)은, 단일 초재(硝材)를 렌즈형상으로 형성한 제3 렌즈 엘리먼트(121)만으로 형성되어 있다.
이와 같이, 제1 렌즈군(110)은, 렌즈 엘리먼트와 투명체와의 접합체에 의해 형성되고, 제2 렌즈군(120)은 렌즈 엘리먼트만에 의해 형성된다. 따라서 촬상 렌즈(100)는, 전체로서 렌즈면은, 제1면(SF1), 제2면(SF2), 제3면(SF3), 및 제4면(SF4)을 갖고 있다.
제1면(SF1)은 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 물체측 면에 의해 형성되고, 제2면(SF2)은 제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상면측 면에 의해 형성된다.
제3면(SF3)은 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 물체측 면에 의해 형성되고, 제4면(SF4)은 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 상면측 면에 의해 형성된다.
여기서 제1 렌즈군(110)은, 합성 초점 거리가 강한 정(正)의 파워이고 입사면의 아베수가 크고, 제2 렌즈군(120)은 부(負)의 파워이고 아베수가 작다는 구성으로, 광로 길이가 짧고, 색수차가 잘 보정된 렌즈 유닛이 된다.
또한, 제1 렌즈군(110)의 제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상측 면(제2면)과 제2 렌즈군(120)의 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 물체측 면(제3면)은 공기를 끼우고 마주 대하고 있다.
그리고, 제2면 및 제3면의 양자 오목형상을 하고 있고, 축외(軸外)의 광속(光束)으로 윗광선(上光線)과 아랫광선(下光線)의 공기를 통과하는 길이에 큰 차이(違)가 나옴에 의해 코마 수차와 비점 수차를 잘 보정하고 있다.
여기서는, 상기 구성을 웨이퍼 형상으로 다수개 동시에 만드는 것을 상정하고 있다.
유리 기판형상에 레플리커 렌즈를 상하에 다수개 형성하고, 각각 제1 렌즈군(110)으로 한다. 다음에, 단일한 초재를 웨이퍼 형상에 다수개 형성한 것을 제2 렌즈군(120)으로 한다.
이 2장의 웨이퍼 형상의 렌즈군을 맞붙여서, 다수개의 렌즈를 한번에 제작한다.
여기서 맞붙임을 위해, 스페이서를 끼우거나, 위나 아래에 프로텍터나, 스페이서를 붙이거나 하는 일도 있다.
많은 경우, 제1 렌즈군(110)의 유리 기판상에 IR 컷트 필터의 기능을 미리 부가하여 둔다.
이에 의해 추가의 IR 컷트 필터가 불필요하게 되고, 소형, 저비용이 가능해진다. 이들에 의해 본 명시된 유리 기판에 레플리커 렌즈를 형성하는 하이브리드라고 불리는 것과, 동일 초재를 렌즈 형상으로 가공하는 캐스팅이라고 불리는 것의 조합은, 특성이 우수하고, 염가의 광학 유닛을 실현하는 것이 가능하다.
그리고, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(100)는, 기본적으로, 제1 렌즈군(110) 및 제2 렌즈군(120)은 한쪽이 정의 파워를, 다른쪽이 부의 파워를 갖도록 형성된다.
단초점 렌즈인 촬상 렌즈(100)에서, 상면(130)은, CCD 센서나 CMOS 센서 등의 고체 촬상 소자의 촬상면(수상면(受像面))이 배치되는 것을 상정하고 있다.
제4면(SF4)과 상면(130)과의 사이에, 도시하지 않은 커버 유리가 넣어져도 좋다. 제4면(SF4)과 상면(130)과의 사이에는, 수지 또는 유리로 형성되는 커버 유리나 적외 컷트 필터나 로우패스 필터 등외, 광학 부재가 배치되어 있어도 좋다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 도 1에서, 좌측이 물체측(전방)이고, 우측이 상면측(후방)이다.
그리고, 물체측부터 입사한 광속은 상면(130)상에 결상된다.
이하, 본 실시 형태의 촬상 렌즈의 구성과 그 작용에 관해 설명한다.
본 촬상 렌즈(100)는, 2군4장 구성의 렌즈로 형성되어 있다.
제1 렌즈군(110)에서, 제1 렌즈 엘리먼트(111)는, 물체측이 볼록형상이고 상면측이 평형상(平狀)의 평볼록렌즈이다.
또한, 제2 렌즈 엘리먼트(113)는 물체측이 평형상이고 상면측이 오목형상의 평오목렌즈이다.
제2 렌즈군(120)에서, 제3 렌즈 엘리먼트(121)는 물체측이 오목형상이고, 상면측이 볼록형상의 평볼록렌즈이다.
예를 들면, 제3 렌즈 엘리먼트(121)는, 상면측이 볼록형상 및 오목형상이 혼합한평요철(平凹凸)렌즈이다.
구체적으로는, 제1 렌즈군(110)에서, 제1 렌즈 엘리먼트(111)는, 제1면(SF1)을 형성하는 물체측의 면이 볼록형상이며 아베수(νL1)가 큰 비구면 렌즈에 의해 형성된다.
투명체(113)는, 예를 들면 아베수(νg1)가 작고 굴절율(ng1)이 높은, 평판형상의 유리 기판(투명 기판)에 의해 형성된다.
제2 렌즈 엘리먼트(113)는, 제2면(SF2)을 형성하는 상면측의 면이 오목형상의 비구면 렌즈에 의해 형성된다.
제1 렌즈군(110)은, 투명체(유리 기판)(112)의 물체측 면에 제1 렌즈 엘리먼트(111)가 형성되어 있다.
그리고, 투명체(유리 기판)(112)의 상면측 면에 제2 렌즈 엘리먼트(113)가 접합하여 형성되어 있다.
또한, 조리개는, 투명체(112)의 물체측에 크롬막 등의 차광 작용을 갖는 물질로서 붙여저 있다.
제2 렌즈군(120)에서, 제3 렌즈 엘리먼트(121)는, 제3면(SF3)을 형성하는 물체측 면이 오목형상의 비구면 렌즈에 의해 형성되고, 상면측의 면이 볼록형상 또는 요철 혼합의 오목볼록형상의 비구면 렌즈에 의해 형성되어 있다.
그리고, 이하의 설명에서는, 투명체(112)를 같은 부호를 이용하여 유리 기판으로서 나타내는 경우가 있다.
제1 렌즈 엘리먼트(111), 제2 렌즈 엘리먼트(113), 제3 렌즈 엘리먼트(121)는, 자외선(UV) 경화 수지나 열경화 수지, 또는 플라스틱 등에 의해 형성된다.
이와 같이, 본 제1의 실시 형태의 촬상 렌즈(100)는, 2군4장 구성의 렌즈로 형성되어 있다.
제1 렌즈군(110)이, 물체측부터 상면측을 향하여, 볼록형상이며 아베수(νs1)가 큰 비구면 렌즈의 제1면(SF1), 아베수(νg1)가 작고 굴절율(ng1)이 높은 투명체(유리 기판)(112), 및 오목형상의 비구면 렌즈의 제2면(SF2)에 의해 형성된다.
제2 렌즈군(120)이, 물체측부터 상면측을 향하여, 오목형상의 비구면 렌즈의 제3면(SF3), 비구면 렌즈의 제4면(SF4)에 의해 형성된다.
그리고, 단초점 렌즈인 본 실시 형태의 촬상 렌즈(1)는, 이하의 조건식(1) 내지 (6)을 만족하도록 구성되어 있다.
조건식(1)은 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 아베수(νL1)에 관한 조건식이다.
[수식 1]
Figure pct00001
조건식(1)에서는, 하한을 초과하면 색수차가 발생하여 고해상도에 대응하는 광학 유닛이 되지 않는다. 상한을 초과하면 재료가 고가(高價)가 되여 여기서도 목적에 맞지 않는다.
조건식(2)은 제3 렌즈 엘리먼트의 아베수(νL3)에 관한 조건식이다.
[수식 2]
Figure pct00002
조건식(2)에서는, 하한을 초과하면 재료가 고가가 되여 여기서도 목적에 맞지 않는다. 상한을 초과하면 색수차가 발생하여 고해상도에 대응하는 광학 유닛이 되지 않는다.
조건식(3)은 제1 렌즈군(110)의 합성 초점 거리(fg1)에 관한 조건식이다.
[수식 3]
Figure pct00003
조건식(3)에서는, 하한을 초과하면 파워가 너무 강해져서, 군간편심(群間偏心)의 제조 톨러런스가 악화하여 제조할 수가 없게 된다.
상한을 초과하면 광학 전체 길이가 늘어나 버려 소형화에 맞지 않게 된다. 그에 의해, 광축 방향으로 간극이 커져서, 웨이퍼 형상으로 제조하기 어렵게 된다.
조건식(4)은 제2 렌즈군(120)의 초점 거리(fg2)에 관한 조건식이다.
[수식 4]
Figure pct00004
조건식(4)에서는, 하한을 초과하면 제1군의 파워가 약해지고, 이에 의해 광학 전체 길이가 늘어나 버려 소형화에 맞지 않게 된다.
그에 의해, 광축 방향으로 간극이 커져서, 웨이퍼 형상으로 제조하기 어렵게 된다. 상한을 초과하면 파워가 너무 강해져서, 군간편심의 제조 톨러런스가 악화하여 제조할 수가 없게 된다.
조건식(5)은 제2면(SF2)의 곡률 반경(R2)(도 2에서는 R4)에 관한 조건식이다.
[수식 5]
Figure pct00005
조건식(5)에서는, 하한을 초과하면 곡률이 강해져서 축외의 윗광선이 전반사를 일으켜 버린다.
상한을 초과하면 수차 보정의 힘이 약해지고 축외에서 코마 수차와 비점 수차에 의해 광학 특성이 나빠진다.
조건식(6)은 제3면(SF3)의 곡률 반경(R3)(도 2에서는 R5)에 관한 조건식이다.
[수식 6]
Figure pct00006
조건식(6)에서는, 하한을 초과하면 수차 보정의 힘이 약해지고 축외에서 코마 수차와 비점 수차에 의해 광학 특성이 나빠진다.
상한을 초과하면 곡률이 강해져서 축외의 광선에 강한 각도가 붙어 버리고, 이메져에 입사하는 광선의 각도가 커지고 혼색이나 광량 떨어짐 등의 문제가 일어나고, 특성이 열화된다.
상기한 조건식(1) 내지 (6)은, 이하에서 취급하는 실시예 1, 2에 공통되는 것이고, 필요에 응하여 적절히 채용함으로써, 개개의 촬상 소자 또는 촬상 장치에 적합한 보다 바람직한 결상 성능과 컴팩트한 광학계가 실현된다.
그리고, 렌즈의 비구면의 형상은, 물체측부터 상면측을 향하는 방향을 정으로 하고, k를 원추(圓錐) 계수, A, B, C, D를 비구면 계수, r를 중심 곡률 반경으로 하였을 때 다음 식으로 표시된다. y는 광축부터의 광선의 높이, c는 중심 곡률 반경(r)의 역수(1/r)를 각각 나타내고 있다.
단, X는 비구면 정점(頂点)에 대한 접평면(接平面)부터의 거리를, A는 4차의 비구면 계수를, B는 6차의 비구면 계수를, C는 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 각각 나타내고 있다.
[수식 7]
Figure pct00007
도 2는, 본 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 각 렌즈군을 구성하는 각 렌즈, 기판, 및 촬상부를 구성하는 커버 유리에 대해 부여한 면 번호를 도시하는 도면이다.
구체적으로는, 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 물체측 면(볼록면)에 제1번, 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 상면측 면과 투명체의 물체측 면과의 경계면(접합면)에 제2번의 면 번호가 부여되어 있다.
투명체(112)의 상면측 면과 제2 렌즈 엘리먼트(113)의 물체측 면과의 경계면(접합면)에 제3번의 면 번호가 부여되어 있다.
제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상면측 면(요면)에 제4번의 면 번호가 부여되어 있다.
제3 렌즈 엘리먼트(121)의 물체측 면(요면)에 제5번, 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 상면측 면에 제6번의 면 번호가 부여되어 있다.
상면에 제7번의 면 번호가 부여되어 있다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(100)에서, 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 물체측 면(제1번)(1)의 중심 곡률 반경은 R1로 설정된다.
제1 렌즈 엘리먼트(111)의 상면측 면과 투명체(112)의 물체측 면과의 경계면(접합면)(2)의 중심 곡률 반경은 R2로 설정된다.
투명체(112)의 상면측 면과 제2 렌즈 엘리먼트(113)의 물체측 면과의 경계면(접합면)(3)의 중심 곡률 반경은 R3로 설정된다.
제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상면측 면(요면)(4)의 중심 곡률 반경은 R4로 설정된다.
제3 렌즈 엘리먼트(121)의 물체측 면(요면)(5)의 중심 곡률 반경은 R5로, 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 상면측 면(6)의 중심 곡률 반경은 R6로 설정된다.
상면(130)의 면(7)의 중심 곡률 반경은 R7로 설정된다.
그리고, 면(2, 3, 7)의 중심 곡률 반경(R2, R3, R7)은 무한(INFINITY)이다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 두께가 되는 면(1)과 면(2) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d1로, 투명체(112)의 두께가 되는 면(2)과 면(3) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d2로 설정된다.
제2 렌즈 엘리먼트(113)의 두께가 되는 면(3)과 면(4) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d3, 제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상면측 면(4)과 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 물체측 면(5) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d4로 설정된다.
제3 렌즈 엘리먼트(121)의 두께가 되는 면(5)과 면(6) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d5로, 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 상면측 면(6)과 상면(130)의 물체측 면(7) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d6로 설정된다.
이하에, 촬상 렌즈의 구체적인 수치에 의한 실시예 1을 나타낸다. 또한, 실시예 1에서는, 촬상 렌즈(100)의 각 렌즈 엘리먼트 유리 기판(투명체), 촬상부를 구성하는 촬상면(130)에 대해, 도 2에 도시하는 바와 같은 면 번호가 부여되어 있다.
[실시예 1]
표 1, 표 2, 표 3, 및 표 4에 실시예 1의 각 수치가 표시되어 있다. 실시예 1의 각 수치는 도 1의 촬상 렌즈(100)에 대응하고 있다.
실시예 1은, 1/5 사이즈, 1.4㎛ 피치의 3메가픽셀(Mage pixel) CMOS 이메져용의 설계예이다.
촬상 렌즈(100)는, 전술한 바와 같이, 제1 렌즈군(110)과, 제2 렌즈군(120)으로 구성되고, 제1 렌즈군(110)은 다음과 같이 구성된다.
볼록평형상이며 아베수 57.3의 제1 렌즈 엘리먼트(111)가 BK7 상당의 유리판의 물체측에 부착되어 있고, 아베수 43.4이며 평오목형상의 제2 렌즈 엘리먼트(113)가 반대측에 부착되어 있다.
여기서 조리개는, 유리 기판의 물체측에 크롬막 등의 투과가 거의 없는 물질을 미리 붙여서 실현된다.
또한, IR 컷트 필터도 부가된다.
제2 렌즈군(120)은, 아베수 29의 단일 초재를 렌즈형상으로 형성한 제3 렌즈 엘리먼트(121)만으로 구성되어 있다.
여기서 제1 렌즈군(110)은 강한 정의 파워를 가지며, 제2 렌즈군(120)은 강한 부의 파워를 가지며, 광로 길이가 짧고, 색수차가 잘 보정된 렌즈 유닛이 된다.
또한, 제2면(SF2)과 제3면(SF3)은 공기를 끼우고 마주 대하고 있고, 양자 오목형상을 하고 있고, 축외의 광속에서 윗광선과 아랫광선의 공기를 통과하는 길이에 큰 차이(違)가 나옴에 의해 코마 수차와 비점 수차를 잘 보정하고 있다.
표 1은, 실시예 1에서의 촬상 렌즈의 각 면 번호에 대응한 각 렌즈 엘리먼트, 버퍼 층, 유리 기판(투명체), 촬상부를 구성하는 커버 유리의 곡률 반경(R : ㎜), 간격(d : ㎜), 굴절율(nd), 및 분산치(νd)를 표시하고 있다.
[표 1]
Figure pct00008
표 2는, 실시예 1에서의 비구면을 포함하는 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 면(1), 제2 렌즈 엘리먼트(113)의 면(4), 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 면(5), 및 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 면(6)의 4차, 6차, 8차, 10차의 비구면 계수를 표시한다.
표 2에서, K는 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B는 6차의 비구면 계수를, C는 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 각각 나타내고 있다.
[표 2]
Figure pct00009
표 3은, 실시예 1에서의 촬상 렌즈(100)의 초점 거리(f), 개구수(F), 반화각(半畵角)(ω), 렌즈길이(H)가 구체적으로 표시되어 있다.
여기서, 초점 거리(f)는 2.94[㎜]
에, 개구수(F)는 2.8로, 반화각(ω)은 32.0deg로, 렌즈길이(H)는 3.34[㎜]
로 설정되어 있다.
[표 3]
Figure pct00010
표 4는, 실시예 1에서는, 상기 각 조건식(1) 내지 (6)을 만족하는 것을 표시한다.
[표 4]
Figure pct00011
표 4에 표시하는 바와 같이, 실시예 1에서는, 제1 렌즈군(110)의 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 아베수(νL1)가 57.3으로 설정되고, 조건식(1)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈군(120)의 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 아베수(νL3)가 29.0으로 설정되고, 조건식(2)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제1 렌즈군(110)의 합성 초점 거리(fg1)가 0.71로 설정되고, 조건식(3)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈군(120)의 합성 초점 거리(fg2)가 -1.01로 설정되고, 조건식(4)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상면측 면, 즉 전체의 제2면의 곡률 반경(R2)(도 2에서는 R4)이 1.07로 설정되고, 조건식(5)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제3 렌즈 엘리먼트(121)의 물체측 면, 즉, 전체의 제3면의 곡률 반경(도 2에서는 R5)이 -0.74로 설정되고, 조건식(6)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
도 3은, 실시예 1에서, 구면 수차(색수차), 비점 수차, 및 왜곡 수차를 도시하는 수차도(收差圖)이다. 도 3(A)가 구면 수차(색수차), 도 3(B)가 비점 수차를, 도 3(C)가 왜곡 수차를 각각 도시하고 있다.
도 3으로 부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 의하면, 구면, 비점, 왜곡의 여러 수차가 양호하게 보정되어, 결상 성능에 우수한 광학 유닛을 포함하는 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
<2. 제2의 실시 형태>
도 4는, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 4에 도시하는 제2의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈(100A)와 도 1에 도시하는 제1의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈(100)는, 기본적인 구성은 같고, 이하에 실시예 2로서 나타내는 바와 같이, 각 구성 요소의 파라미터 등의 설정치가 다르다.
따라서 여기서는, 촬상 렌즈(100A)의 상세한 설명은 생략한다.
이하에, 촬상 렌즈의 구체적인 수치에 의한 실시예 2를 나타낸다. 그리고, 실시예 2에서는, 촬상 렌즈(100A)의 각 렌즈 엘리먼트, 유리 기판(투명체), 촬상부를 구성하는 촬상면(130)에 대해, 도 2에 도시하는 바와 같은 면 번호가 부여되어 있다.
촬상 렌즈(110A)는, 제1 렌즈(110A)군과, 제2 렌즈군(120A)으로 구성되고, 제1 렌즈군(110A)은 다음과 같이 구성된다.
볼록평형상이며 아베수 53.1의 제1 렌즈 엘리먼트(111)가 BK7 상당의 유리판의 물체측에 부착되어 있고, 아베수 41.6이며 평오목형상의 제2 렌즈 엘리먼트(113)가 반대측에 부착되어 있다.
여기서 조리개는, 유리 기판의 물체측에 크롬막 등의 투과가 거의 없는 물질을 미리 붙여서 실현된다.
IR 컷트 필터도 부가된다.
제2 렌즈군(120A)은, 아베수 41.6의 단일 초재를 렌즈형상으로 형성한 제3 렌즈 엘리먼트(121)만으로 구성되어 있다.
여기서, 제1 렌즈군(110A)은 강한 정의 파워를 가지며, 제2 렌즈군(120A)은 강한 부의 파워를 가지며, 광로 길이가 짧고, 색수차가 잘 보정된 렌즈 유닛이 된다.
또한, 제2면(SF2)과 제3면(SF3)은 공기를 끼우고 마주 대하고 있고, 양자 오목형상을 하고 있고, 축외의 광속에서 윗광선과 아랫광선의 공기를 통과하는 길이에 큰 차이가 나옴에 의해 코마 수차와 비점 수차를 잘 보정하고 있다.
[실시예 2]
표 5, 표 6, 표 7, 및 표 8에 실시예 2의 각 수치가 표시되어 있다. 실시예 2의 각 수치는 도 5의 촬상 렌즈(100A)에 대응하고 있다.
실시예 2는, 1/5 사이즈, 1.4㎛ 피치의 3메가픽셀(Mage pixel) CMOS 이메져용의 설계예이다.
표 5는, 실시예 2에서의 촬상 렌즈의 각 면 번호에 대응한 각 렌즈 엘리먼트, 버퍼 층, 유리 기판(투명체), 촬상부를 구성하는 커버 유리의 곡률 반경(R : ㎜), 간격(d : ㎜), 굴절율(nd), 및 분산치(νd)를 표시하고 있다.
[표 5]
Figure pct00012
표 6은, 실시예 2에서의 비구면을 포함하는 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 면(1), 제2 렌즈 엘리먼트(113)의 면(4), 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 면(5), 및 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 면(6)의 4차, 6차, 8차, 10차의 비구면 계수를 표시한다.
표 6에서, K는 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B는 6차의 비구면 계수를, C는 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 각각 나타내고 있다.
[표 6]
Figure pct00013
표 7은, 실시예 2에서의 촬상 렌즈(100A)의 초점 거리(f), 개구수(F), 반화각(ω), 렌즈길이(H)가 구체적으로 표시되어 있다.
여기서, 초점 거리(f)는 2.91[㎜]로, 개구수(F)는 2.8로, 반화각(ω)은 31.4deg로, 렌즈길이(H)는 3.31[㎜]로 설정되어 있다.
[표 7]
Figure pct00014
표 8은, 실시예 2에서는, 상기 각 조건식(1) 내지 (6)을 만족하는 것을 나타낸다.
[표 8]
Figure pct00015
도 8에 표시하는 바와 같이, 실시예 2에서는, 제1 렌즈군(110)의 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 아베수(νL1)가 53.1로 설정되고, 조건식(1)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈군(120)의 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 아베수(νL3)가 41.6로 설정되고, 조건식(2)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제1 렌즈군(110)의 합성 초점 거리(fg1)가 0.70으로 설정되고, 조건식(3)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈군(120)의 합성 초점 거리(fg2)가 -0.99로 설정되고, 조건식(4)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상면측 면, 즉 전체의 제2면의 곡률 반경(R2)(도 2에서는 R4)이 0.97로 설정되고, 조건식(5)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제3 렌즈 엘리먼트(121)의 물체측 면, 즉, 전체의 제3면의 곡률 반경(도 2에서는 R5)이 -0.81로 설정되고, 조건식(6)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
도 5는, 실시예 2에서, 구면 수차(색수차), 비점 수차, 및 왜곡 수차를 도시하는 수차도이다. 도 5(A)가 구면 수차(색수차), 도 5(B)가 비점 수차를, 도 5(C)가 왜곡 수차를 각각 도시하고 있다.
도 5로 부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 2에 의하면, 구면, 비점, 왜곡의 여러 수차가 양호하게 보정되고, 결상 성능에 우수한 광학 유닛을 포함하는 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
<3. 제3의 실시 형태>
도 6은, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 6에 도시하는 제3의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈(100B)와 도 1에 도시하는 제1의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈(100)는, 기본적인 구성은 같고, 이하에 실시예 3으로서 나타내는 바와 같이, 각 구성 요소의 파라미터 등의 설정치가 다르다.
따라서 여기서는, 촬상 렌즈(100B)의 상세한 설명은 생략한다.
이하에, 촬상 렌즈의 구체적인 수치에 의한 실시예 3을 나타낸다. 그리고, 실시예 3에서는, 촬상 렌즈(100B)의 각 렌즈 엘리먼트, 유리 기판(투명체), 촬상부를 구성하는 촬상면(130)에 대해, 도 2에 도시하는 바와 같은 면 번호가 부여되어 있다.
촬상 렌즈(100B)는, 제1 렌즈군(110B)과, 제2 렌즈군(120B)으로 구성되고, 제1 렌즈군(110B)은 다음과 같이 구성된다.
볼록평형상이며 아베수 53.1의 제1 렌즈 엘리먼트(111)가 BK7 상당의 유리판의 물체측에 부착되어 있고, 아베수 41.6이며 평오목형상의 제2 렌즈 엘리먼트(113)가 반대측에 부착되어 있다.
여기서 조리개는, 유리 기판의 물체측에 크롬막 등의 투과가 거의 없는 물질을 미리 붙여서 실현된다.
제2 렌즈군(120B)은, 폴리카보네이트를 재료로 한 플라스틱 몰드 렌즈의 제3 렌즈 엘리먼트(121)만으로 구성되어 있다.
여기서, 제1 렌즈군(110B)은 강한 정의 파워를 가지며, 제2 렌즈군(120B)은 강한 부의 파워를 가지며, 광로 길이가 짧고, 색수차가 잘 보정된 렌즈 유닛이 된다.
또한, 제2면(SF2)과 제3면(SF3)은 공기를 끼우고 마주 대하고 있고, 양자 오목형상을 하고 있고, 축외의 광속에서 윗광선과 아랫광선의 공기를 통과하는 길이에 큰 차이가 나옴에 의해 코마 수차와 비점 수차를 잘 보정하고 있다.
[실시예 3]
표 9, 표 10, 표 11, 및 표 12에 실시예 3의 각 수치가 표시되어 있다. 실시예 3의 각 수치는 도 7의 촬상 렌즈(100B)에 대응하고 있다.
실시예 3은, 1/5 사이즈, 1.4㎛ 피치의 3메가픽셀(Mage pixel) CMOS 이메져용의 설계예이다.
표 9는, 실시예 3에서의 촬상 렌즈의 각 면 번호에 대응한 각 렌즈 엘리먼트, 버퍼 층, 유리 기판(투명체), 촬상부를 구성하는 커버 유리의 곡률 반경(R : ㎜), 간격(d : ㎜), 굴절율(nd), 및 분산치(νd)를 표시하고 있다.
[표 9]
Figure pct00016
표 10은, 실시예 3에서의 비구면을 포함하는 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 면(1), 제2 렌즈 엘리먼트(113)의 면(4), 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 면(5), 및 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 면(6)의 4차, 6차, 8차, 10차의 비구면 계수를 표시한다.
표 10에서, K는 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B는 6차의 비구면 계수를, C는 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 각각 나타내고 있다.
[표 10]
Figure pct00017
표 11은, 실시예 3에서의 촬상 렌즈(100C)의 초점 거리(f), 개구수(F), 반화각(ω), 렌즈길이(H)가 구체적으로 표시되어 있다.
여기서, 초점 거리(f)는 2.91[㎜]로, 개구수(F)는 2.8로, 반화각(ω)은 31.4deg로, 렌즈길이(H)는 3.33[㎜]로 설정되어 있다.
[표 11]
Figure pct00018
표 12는, 실시예 3에서는, 상기 각 조건식(1) 내지 (6)을 만족하는 것을 표시한다.
[표 12]
Figure pct00019
표 12에 표시하는 바와 같이, 실시예 3에서는, 제1 렌즈군(110)의 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 아베수(νL1)가 53.1로 설정되고, 조건식(1)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈군(120)의 제3 렌즈 엘리먼트(121)의 아베수(νL3)가 30.0으로 설정되고, 조건식(2)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제1 렌즈군(110)의 합성 초점 거리(fg1)가 0.74로 설정되고, 조건식(3)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈군(120)의 합성 초점 거리(fg2)가 -1.22로 설정되고, 조건식(4)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상면측 면, 즉 전체의 제2면의 곡률 반경(R2)(도 2에서는 R4)이 1.05로 설정되고, 조건식(5)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제3 렌즈 엘리먼트(121)의 물체측 면, 즉, 전체의 제3면의 곡률 반경(도 2에서는 R5)이 -0.86로 설정되고, 조건식(6)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
도 7은, 실시예 3에서, 구면 수차(색수차), 비점 수차, 및 왜곡 수차를 도시하는 수차도이다. 도 7(A)가 구면 수차(색수차), 도 7(B)가 비점 수차를, 도 7(C)가 왜곡 수차를 각각 도시하고 있다.
도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 3에 의하면, 구면, 비점, 왜곡의 여러 수차가 양호하게 보정되고, 결상 성능에 우수한 광학 유닛을 포함하는 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
<4. 제4의 실시 형태>
도 8은, 본 발명의 제4의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 8에 도시하는 제4의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈(100C)는, 제1 렌즈군(110C)의 구성이 다른 실시 형태와 다르다.
제1 렌즈군(110C)은, 제1 렌즈 엘리먼트(111C), 제2 렌즈 엘리먼트(112C), 투명체(113C), 및 제3 렌즈 엘리먼트(114C)의 접합체에 의해 형성되어 있다.
제2 렌즈군(120C)은, 하나의 제4 렌즈 엘리먼트(121C)에 의해 형성되어 있다.
촬상 렌즈(100C)에서, 각 렌즈군은 다음과 같이 구성된다.
제1 렌즈군(110C)은, 양(兩)볼록형상으로 예를 들면 아베수 57.3의 제1 렌즈 엘리먼트(111C)와 오목평형상이며 아베수 29.6의 제2 렌즈 엘리먼트(113C)가 BK7 상당의 유리판의 물체측에 부착되어 있다.
평오목형상이며 아베수 57.3의 제3 렌즈 엘리먼트(114C)가 반대측에 부착되어 있다.
여기서 조리개는, 유리 기판의 물체측에 크롬막 등의 투과가 거의 없는 물질을 미리 붙여서 실현된다.
마찬가지로, IR 컷트 필터도 유리 기판형상에 증착에 의해 미리 부착된다.
여기서는, 제1 렌즈 엘리먼트(111C)가 양볼록(兩凸)이고 큰 아베수의 것으로 구성하고, 제2 렌즈 엘리먼트(112C)는 오목평형상이고 제1 렌즈 엘리먼트보다 작은 아베수의 것으로 형성된다.
그리고, 양자로 더블릿 구조를 구성하여, 단일 구조보다, 보다 색수차가 지워지는 구조로 되어 있다.
제2 렌즈군(120C)은, 예를 들면 아베수 57.3의 유리 몰드에 의해 구성되고, 제4 렌즈 엘리먼트(121C)만으로 구성된다.
제1 렌즈군(110C)은 강한 정의 파워를 가지며, 제2 렌즈군(120C)은 강한 부의 파워를 가지며, 광로 길이가 짧고, 색수차가 잘 보정된 렌즈 유닛이 된다.
또한, 제1 렌즈군(110C)과 제2 렌즈군(120C)은 공기를 끼우고 마주 대하고 있고, 양자 오목형상을 하고 있고, 축외의 광속에서 윗광선과 아랫광선의 공기를 통과하는 길이에 큰 차이가 나옴에 의해 코마 수차와 비점 수차를 잘 보정하고 있다.
예를 들면, 실시예 1에서는 축상 색수차가 7.5㎛인 것에 대해, 본 예에서는 4.3㎛까지 억제하고 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의해 통상의 광학계에서 3장 렌즈 구성의 성능을 갖다 매우 염가의 3메가픽셀대(帶)의 카메라 모듈이 이루어지는데, 더욱 고성능으로 하는데는 입사측 제1 렌즈군(110C)을 더블릿으로 하는 것이 유용(有用)하다.
이에 의해, 통상의 광학계에서 4장 구성에 상당하는 성능을 실현할 수 있다.
도 9는, 본 제4의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈의 각 렌즈군을 구성하는 각 렌즈, 기판, 및 촬상부를 구성하는 커버 유리에 대해 부여한 면 번호를 도시하는 도면이다.
구체적으로는, 제1 렌즈 엘리먼트(111C)의 물체측 면(볼록면)에 제1번, 제1 렌즈 엘리먼트(111C)의 상면측 면과 제2 렌즈 엘리먼트(112C)의 물체측 면과의 경계면(접합면)에 제2번의 면 번호가 부여되어 있다.
제2 렌즈 엘리먼트(112C)의 상면측 면과 투명체(113C)의 물체측 면과의 경계면(접합면)에 제3번의 면 번호가 부여되어 있다.
투명체(113C)의 상면측 면과 제3 렌즈 엘리먼트(114C)의 물체측 면과의 경계면(접합면)에 제4번의 면 번호가 부여되어 있다.
제3 렌즈 엘리먼트(114C)의 상면측 면(요면)에 제5번의 면 번호가 부여되어 있다.
제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 물체측 면(요면)에 제6번, 제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 상면측 면에 제7번의 면 번호가 부여되어 있다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 촬상 렌즈(100C)에서, 제1 렌즈 엘리먼트(111C)의 물체측 면(제1번)(1)의 중심 곡률 반경은 R1로 설정된다.
제1 렌즈 엘리먼트(111C)의 상면측 면과 제2 렌즈 엘리먼트(112C)의 물체측 면과의 경계면(접합면)(2)의 중심 곡률 반경은 R2로 설정된다.
제2 렌즈 엘리먼트(112C)의 상면측 면과 투명체(113C)의 물체측 면과의 경계면(접합면)(3)의 중심 곡률 반경은 R3으로 설정된다.
투명체(113C)의 상면측 면과 제3 렌즈 엘리먼트(114C)의 물체측 면과의 경계면(접합면)(4)의 중심 곡률 반경은 R4로 설정된다.
제3 렌즈 엘리먼트(114C)의 상면측 면(요면)(5)의 중심 곡률 반경은 R5로 설정된다.
제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 물체측 면(요면)(6)의 중심 곡률 반경은 R6으로, 제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 상면측 면(7)의 중심 곡률 반경은 R7로 설정된다.
그리고, 면(3, 4)의 중심 곡률 반경(R3, R4)은 무한(INFINITY)이다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제1 렌즈 엘리먼트(111C)의 두께가 되는 면(1)과 면(2) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d1로, 제2 렌즈 엘리먼트(112C)의 두께가 되는 면(2)과 면(3) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d2로 설정된다.
투명체(113C)의 두께가 되는 면(3)과 면(4) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d3으로 설정된다.
제3 렌즈 엘리먼트(114C)의 두께가 되는 면(4)과 면(5) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d4, 제3 렌즈 엘리먼트(114C)의 상면측 면(5)과 제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 물체측 면(6) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d5로 설정된다.
제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 두께가 되는 면(6)과 면(7) 사이의 광축(OX)상의 거리가 d6로, 제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 상면측 면(7)과 상면(130) 사이의 거리가 d7로 설정된다.
이하에, 촬상 렌즈의 구체적인 수치에 의한 실시예 4를 나타낸다. 또한, 실시예 4에서는, 촬상 렌즈(100C)의 각 렌즈 엘리먼트 유리 기판(투명체), 촬상부를 구성하는 촬상면(130)에 대해, 도 9에 도시하는 바와 같은 면 번호가 부여되어 있다.
[실시예 4]
표 13, 표 14, 표 15, 및 표 16에 실시예 4의 각 수치가 표시되어 있다. 실시예 4의 각 수치는 도 8의 촬상 렌즈(100C)에 대응하고 있다.
실시예 3은, 1/5 사이즈, 1.4㎛ 피치의 3메가픽셀(Mage pixel) CMOS 이메져용의 설계예이다.
표 13은, 실시예 4에서의 촬상 렌즈의 각 면 번호에 대응한 각 렌즈 엘리먼트, 버퍼 층, 유리 기판(투명체), 촬상부를 구성하는 커버 유리의 곡률 반경(R : ㎜), 간격(d : ㎜), 굴절율(nd), 및 분산치(νd)를 표시하고 있다.
[표 13]
Figure pct00020
표 14는, 실시예 4에서의 비구면을 포함하는 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 면(1), 제3 렌즈 엘리먼트(114C)의 면(5), 제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 면(6), 및 제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 면(7)의 4차, 6차, 8차, 10차의 비구면 계수를 표시한다.
표 14에서, K는 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B는 6차의 비구면 계수를, C는 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 각각 나타내고 있다.
[표 14]
Figure pct00021
표 15는, 실시예 4에서의 촬상 렌즈(100C)의 초점 거리(f), 개구수(F), 반화각(ω), 렌즈길이(H)가 구체적으로 도시되어 있다.
여기서, 초점 거리(f)는 2.92[㎜]로, 개구수(F)는 2.8로, 반화각(ω)은 31.9deg로, 렌즈길이(H)는 3.22[㎜]로 설정되어 있다.
[표 15]
Figure pct00022
표 16은, 실시예 4에서는, 상기 각 조건식(1) 내지 (6)을 만족하는 것을 나타낸다.
[표 16]
Figure pct00023
표 16에 표시하는 바와 같이, 실시예 4에서는, 제1 렌즈군(110C)의 제1 렌즈 엘리먼트(111)의 아베수(νL1)가 57.3으로 설정되고, 조건식(1)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈군(120C)의 제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 아베수(νL3)가 57.3으로 설정되고, 조건식(2)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제1 렌즈군(110)의 합성 초점 거리(fg1)가 0.68로 설정되고, 조건식(3)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈군(120)의 합성 초점 거리(fg2)가 -0.90으로 설정되고, 조건식(4)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제2 렌즈 엘리먼트(113)의 상면측 면, 즉 전체의 제2면의 곡률 반경(R2)(도 2에서는 R4)이 2.17로 설정되고, 조건식(5)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
제4 렌즈 엘리먼트(121C)의 물체측 면, 즉, 전체의 제3면의 곡률 반경(도 9로는 R6)이 -0.59로 설정되고, 조건식(6)으로 규정되는 조건을 만족하고 있다.
도 10은, 실시예 4에서, 구면 수차(색수차), 비점 수차, 및 왜곡 수차를 도시하는 수차도이다. 도 10(A)가 구면 수차(색수차), 도 10(B)가 비점 수차를, 도 10(C)가 왜곡 수차를 각각 도시하고 있다.
도 10으로 부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 4에 의하면, 구면, 비점, 왜곡의 여러 수차가 양호하게 보정되고, 결상 성능에 우수한 광학 유닛을 포함하는 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
<5.제5의 실시 형태>
도 11은, 본 발명의 제5의 실시 형태에 관한 웨이퍼레벨 옵틱스를 개념적으로 도시하는 도면이다.
유리 기판(210)상에 레플리커 렌즈를 상하에 다수개 형성하고, 각각 제1군(220)으로 한다.
다음에, 단일한 초재를 웨이퍼 형상에 다수개 형성한 것을 제2군(230)으로 한다.
이 2장의 웨이퍼 형상 렌즈를 맞붙여서, 다수개의 렌즈를 한번에 제작한다.
여기서 맞붙임을 위해, 스페이서를 끼우거나, 위나 아래에 프로텍터나, 스페이서를 붙이거나 하는 일도 있다. 많은 경우 제1군의 유리 기판형상에 IR 컷트 필터를 붙여 둔다.
<6. 제6의 실시 형태>
도 12는, 본 발명의 제6의 실시 형태에 관한 촬상 렌즈를 개념적으로 도시하는 도면이다.
여기서는, 1군을 개편화 후의 하이브리드(HYBRID)식 웨이퍼 옵트를 개편화 한 것, 2군을 몰드 렌즈 또는, 개편화 후의 캐스팅식 웨이퍼 옵트로 구성한 때의 실시예이다.
제1 렌즈(1)군(110D)은, 유리 기판(112)상에 IR 컷트 필터와 차광 수단을 다수개 시행한 것에, 레플리커 렌즈를 상하에 다수개 형성하고, 개편화 한 것으로 구성한다.
제2 렌즈군(120D)은 단일 초재로 성형하는 몰드 렌즈, 또는, 개편화 후의 캐스팅식 웨이퍼 옵트로 구성한다.
여기서, 제1 렌즈군과 제2 렌즈군의 접착시에 위치 맞춤을 제1군, 제2군 사이의 렌즈의 유효면보다 밖의 형상에 의한 감합(嵌合)으로 행한다.
예를 들면, 도 12에서 도시하는 바와 같이, 제1 렌즈군(110D)의 외측에서 단차를 붙인 유리 기판이 드러나게 될 정도까지 얇게 하여, 단차부분에서 2군과 감합하도록 한다.
제2 렌즈군(120D)은, 광학 유효계(有效系)보다 외측의 제1 렌즈군(110D)의 단차부분보다 지름이 큰 곳에서 솟아오르도록 단차를 붙여서, 1군의 받이(受)를 만들다.
이와 같이 하여 구조에 의해 렌즈의 편심 방향 위치 정밀도가 유지되도록 하고 나서, 외주부분에 접착제를 도포하여 접착을 행한다. 이로써, 렌즈 경통(鏡筒)이 완성된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
상기 2개의 이점인 HYBRID의 부품 갯수가 적은, 종래 렌즈의 개개로 조정할 수 있다는 이점을 가지며, 고화소 대응 렌즈 소자, 또한, 고화소 카메라 모듈로서 더욱 염가로 만들 수 있다.
3메가 이상의 고화소에서는, 축상 색수차 및 여러 수차를 충분 줄인 광학 설계가 필요하지만, 방식의 개시와 동시에, 광학 설계의 구체예를 개시한다.
제1군의 파워를 강한 정, 제2군을 강한 부로 하여, 광학 수차를 극력 억제하고 광학 길이도 단축하였다. 동시에 제1군에 큰 아베수, 제2군에 작은 아베수의 초재를 이용함에 의해 색수차를 작게 하였다.
제2면과 제3면은 공기를 끼우고 마주 대하고 있고, 양자 오목형상을 하고 있고, 축외의 광속에서 윗광선과 아랫광선의 공기를 통과하는 길이에 큰 차이가 나옴에 의해 코마 수차와 비점 수차를 잘 보정하고 있다.
제4면의 형상을 상측에 대해 대강 볼록형상으로 함에 의해 고스트가 발생하기 어렵게 하였다.
또한, 이에 의해 센서에 대한 입사각도를 완만하게 하여 최적의 광학 성능을 얻을 수 있고, 충분한 백 포커스를 취할 수 있도록 하였다.
종래의 3군3장 구성의 광학계, 예를 들면, 3장 플라스틱 구성이나 유리-플라스틱-플라스틱의 3장 구성의 것에 비하면, 본 발명은 같은 광학 길이의 종래 광학계보다도 광학 특성이 우수하다.
또한, 웨이퍼 옵트와 달리, 유효형 최대한의 원형으로 만들 수 있기 때문에, 소형화를 할 수 있다. 또한, 스크루 경통에 넣을 수 있기 때문에, 종래의 모듈 조립을 이용할 수 있고, 용이하게 조립된다.
종래와 같이 렌즈 조립의 후에 필터를 붙일 필요일가 없고 염가로 할 수 있고, 또한, 제2군은 유리 기판 등이 필요 없기 때문에 염가로 할 수 있다.
또한, 1군은 2군에 비하여, 1/10 정도의 면적밖에 유효 지름이 없기 때문에, 1군, 2군으로 개편화 후에 조립한 경우, 1군의 취하는 개수가 10배 정도 많아지고, 이 점에서도 염가로 제조할 수 있다.
이들의 것으로부터, 종래의 몰드 렌즈 3장 구성이나, 웨이퍼 옵트보다도 염가로 제조할 수 있다.
동시에 본 발명은, 재료의 선택으로 리플로 가능 렌즈 소자로 하여도, 리플로는 가능하지 않지만 매우 염가로 되는 렌즈 소자로서도 구성할 수 있고, 다양한 응용 상품으로 전개(展開)할 수 있기 때문에, 유리하다.
또한, 고성능에 하는데는 입사측 제1 렌즈를 더블릿으로 한 것이 유용하고, 이에 의해, 보다 색수차를 작게 한 광학계를 구성할 수 있고, 통상의 광학계에서 4장 구성에 상당하는 성능을 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 특징을 갖는 촬상 렌즈(100, 100A, 100B, 100C, 100D)는, CCD나 CMOS 센서 등의 촬상 소자를 이용한 디지털 카메라, 특히, 휴대 전화 등의 소형 전자 기기에 탑재되는 카메라용 렌즈로서 적용 가능하다.
<7. 제7의 실시 형태>
도 13은, 본 실시 형태에 관한 광학 유닛을 포함하는 촬상 렌즈가 채용되는 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
본 촬상 장치(300)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 촬상 렌즈(100, 100A, 100B, 100C, 100D)가 적용되는 광학계(310), 및 CCD나 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)가 적용 가능한 촬상 디바이스(320)를 갖는다.
광학계(310)는, 촬상 디바이스(320)의 화소 영역을 포함하는 촬상면에 입사광을 유도하고, 피사체상을 결상한다.
촬상 장치(300)는, 또한, 촬상 디바이스(320)를 구동하는 구동 회로(DRV)(330), 및 촬상 디바이스(320)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(PRC)(340)를 갖는다.
구동 회로(330)는, 촬상 디바이스(320) 내의 회로를 구동하는 스타트 펄스나 클록 펄스를 포함하는 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터(도시 생략)를 가지며, 소정의 타이밍 신호로 촬상 디바이스(320)를 구동한다.
또한, 신호 처리 회로(340)는, 촬상 디바이스(320)의 출력 신호에 대해 소정의 신호 처리를 시행한다.
신호 처리 회로(340)에서 처리된 화상 신호는, 예를 들면 메모리 등의 기록 매체에 기록된다. 기록 매체에 기록된 화상 정보는, 프린터 등에 의해 하드 카피된다. 또한, 신호 처리 회로(340)에서 처리된 화상 신호를 액정 디스플레이 등으로 이루어지는 모니터에 동화로서 투영된다.
상술한 바와 같이, 디지털 카메라 등의 촬상 장치에서, 광학계(310)로서, 선술한 촬상 렌즈(100, 100A, 100B, 100C, 100D)를 탑재함으로써, 저소비 전력으로, 고정밀한 카메라를 실현할 수 있다.
100, 100A 내지 100D : 촬상 렌즈
110, 110A 내지 110D : 제1 렌즈군
111, 111C : 제1 렌즈 엘리먼트
112, 112C : 제2 렌즈 엘리먼트
113, 113C : 투명체(유리 기판)
114C : 제3 렌즈 엘리먼트
121, 121C : 제4 렌즈 엘리먼트
130 : 상면
200 : 더블릿 렌즈
300 : 촬상 장치
310 : 광학계
320 : 촬상 디바이스
330 : 구동 회로(DRV)
340 : 신호 처리 회로(PRC)

Claims (11)

  1. 판형상의 기판에 수지 렌즈를 복수개 형성하는 하이브리드 타입의 렌즈와,
    수지를 일체 성형한 캐스팅 또는 몰드 등이라고 불리는 렌즈가, 각각
    적어도, 1군을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
  2. 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된,
    제1 렌즈군과,
    제2 렌즈군을 가지며,
    상기 제1 렌즈군은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된,
    제1 렌즈 엘리먼트와,
    투명체와,
    제2 렌즈 엘리먼트를 포함하고,
    상기 제2 렌즈군은,
    제3 렌즈 엘리먼트만을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 엘리먼트의 아베수(νL1) 와 상기 제3 렌즈 엘리먼트의 아베수(νL3)는 하기한 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
    45 ≤ νL1 ≤ 80 (1)
    20 ≤ νL3 ≤ 67 (2)
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군의 초점 거리(fg1)와 상기 제2 렌즈군의 초점 거리(fg2)는 하기한 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
    0.4 ≤ fg1/f ≤ 2.5 (3)
    -10 ≤ fg2/f ≤ -0.4 (4)
    f는 전체의 초점 거리를 나타낸다.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2면의 곡률 반경(R2)과 제3 렌즈 엘리먼트 입사면의 곡률 반경(R3)은 하기한 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
    0.4 ≤ R2/f ≤ 5.0 (5)
    -10 ≤ R3/f ≤ -0.3 (6)
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군이 렌즈 유효면과 동일한 성형면끼리에서 감합함에 의해, 조립시에 위치 맞춤이 행하여저 있는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
  7. 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된,
    제1 렌즈군과,
    제2 렌즈군을 가지며,
    상기 제1 렌즈군은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된,
    제1 렌즈 엘리먼트와,
    제2 렌즈 엘리먼트와
    투명체와,
    제3 렌즈 엘리먼트를 포함하고,
    상기 제1 렌즈 엘리먼트와 상기 제2 렌즈 엘리먼트가 더블릿 렌즈를 형성하고,
    상기 제2 렌즈군은,
    제4 렌즈 엘리먼트만을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    더블릿을 형성하는 제1 렌즈 엘리먼트가 양(兩)볼록형상이고 제2 렌즈 엘리먼트가 오목평형상인 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 렌즈 엘리먼트의 아베수가 제2 렌즈 엘리먼트의 아베수보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
  10. 촬상 소자와,
    촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학 유닛을 가지며,
    상기 광학 유닛은,
    물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된,
    제1 렌즈군과,
    제2 렌즈군을 가지며,
    상기 제1 렌즈군은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된,
    제1 렌즈 엘리먼트와,
    투명체와,
    제2 렌즈 엘리먼트를 포함하고,
    상기 제2 렌즈군은,
    제3 렌즈 엘리먼트만을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  11. 촬상 소자와,
    촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학 유닛을 가지며,
    상기 광학 유닛은,
    물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된,
    제1 렌즈군과,
    제2 렌즈군을 가지며,
    상기 제1 렌즈군은, 물체측부터 상면측을 향하여 순번대로 배치된,
    제1 렌즈 엘리먼트와,
    제2 렌즈 엘리먼트와
    투명체와,
    제3 렌즈 엘리먼트를 포함하고,
    상기 제1 렌즈 엘리먼트와 상기 제2 렌즈 엘리먼트가 더블릿 렌즈를 형성하고,
    상기 제2 렌즈군은,
    제4 렌즈 엘리먼트만을 포함하는것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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