TWM366680U

TWM366680U - Optical component, photographic optical system and camera module

Info

Publication number: TWM366680U
Application number: TW098204889U
Authority: TW
Inventors: Ryoko Tomioka; Tetsuya Okumura; Takayuki Noda
Original assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2009-10-11
Also published as: US8455810B2; JP2010164755A; US20100176281A1; CN201436595U

Description

M366680 你年年Α正五、新型說明：〜【新型所屬之技術領域】本創作係關於一種透鏡或濾光片等的光學元部分使用該光學元件的攝影光學系統、及 ^、在一 .5影光學系統組裝在透鏡鏡筒的透鏡組件和保持^將該攝件的攝影組件的攝影機模組。、、_攝影凡【先前技術】數位攝影機具備CCD型或CM0Ss的攝影攝影元件的攝影面上成像被攝體的光學圖像的攝影統。通常攝影元件作為與其驅動用或予’、㈣等-同安裝在電路板的攝影組二=里用的 15 系統作為將攝影透鏡組裝在鏡筒的透鏡㈣而構成，在-般的數位攝影機中，攝影組件和透鏡別女襄在攝影機框體。另外，數位攝影機也廣泛地内置: 手機或PDA等的可攜式設備上，對於這種内置型數位攝马 ^求微魏。並且，在㈣内置型數位攝影機中，透鏡/ =牛和^影組件相互連接而模組化，且將該攝裝在可攜式設備的本體外殼的所要部分。、、且 2〇 i近，對上述的攝影機模組型的數位攝影機要求進一 v的微型化、高品質圖像。為了高品f圖像，並非僅單純影元件的像素數，還應該根據該高品質圖像要求賴衫光學系統的光學性能提高，同時也必須防止由閃光或重影等造成的圖像品質的降低。在專利文獻卜專利文獻 3 M366680 11年斗月/“’,、铺Xi 2公知有如下方法:為了減少閃光或重影，按射到構成攝影光㈣統的—部分有害光入透鏡的外周面時對在# & 兄、有效直徑外或者元…：：内部反射進行抑制而達不_ 5 10

的透面區域的方式…般在料端斷面（MW 部八V h m抑制内面反射’此外還在所要刀形成粗面或凹凸，而且設置遮光板等。 ^利文獻1 :日本專利公開2008-175992號公報利文獻2 :日本專利公開2005-309289號公報於^旦是\有害光從内面側入射到構成攝影光學系統的透 ’兄，效直徑外或者端斷面時，既使對該入射面塗$ 粗面化處理’有害光的入射角小且具有充分的強度= 難以使該正反射光衰減到在實用上沒有問題的程度，仍然存在在保持某種程度的強度的狀態進行反射而返回^ 光學系統内的現象。〜 15 圖8是表示其—例，用虛線表示的有害光W以大於對攝衫有效的攝影光G的入射角而通過孔徑光闌2入射到第— 透鏡3。以大的入射角入射到第一透鏡3的有害光~，朝向第二透鏡4的周邊且由尤其在該部分將凸面朝向物側的第 —透鏡4的像面側的面進行内面全反射而在強度幾乎不衰如減的狀態下朝向第二透鏡4的外周面牝。另外，由於攝影光 G對第一透鏡3的入射角設定得比有害光…小，因此如圖不’即使從第一透鏡3的周邊部分入射也沒問題而入射到攝影元件8。 M366680

第982〇4889號，抑年6月修正頁如上述朝向外周面4a的有害光…以小的角度入射：夕「。 □此’即使外周面4a通過粗面化處理或塗黑處理 ::反射率被抑制得非常低，接近正反射的角度範圍的二也以某種程度的強度再次返回第二透鏡4進行内面 λ般从而且’在第二透鏡4使用塑料製的成型透鏡或使用將力=的麵製的預成型體㈣成型的成型透鏡時，為了低 ,丨、匕省：對外周面4a的粗面化處理或塗黑處理的 ;象也 m 15 妙二情況，入射到外周面牦的有害光的大部分雖 Ϊ 吸收——，义在外周面⑽行正反射有。先W入射到第二透鏡4的物凹面朝向物側之γ-如“ 面尤其疋將 …Γ 向像面側進行全反射並以小的角度入射到第三透鏡5。並上 . μ ^ 以廷種狀態通過第四透鏡舌外先截止用的遽光片7而朝向攝影元料，由此成為產生重影或閃光的原因。 ’· 【新型内容】本創作是考慮如以上的不利之# 的強Π: 在入射到透鏡的外周面時的有害光正反射的角歧射的㈣光未充分衰攝影光學系統内的情況，這種有害光也不曰與有效光束-同達到攝影元件的光學元件、攝統及攝影機模組。、一子/、 20 M366680 M366680 "η 補充本創作為了達成上述目的，在攝影光學系统向的至少-部分、咬月方丄述外周面的厚度方的面的上述有效直徑區域反射而朝面反射的有害光不會人射到像面。由該外周上述非平行面也可以在上料周自，區域形成，但如果考慮對透鏡鏡筒的組裝；較佳以：又方向的二分之二以下的寬度形成，剩餘的部分設為以攝影光轴為中心的圓柱面…，關於周方向，：； = 先4的有3谷易人射的部分選擇性地形成，旦也可以在光學元件的整周上設置非平行面 15 僅是相對攝影光轴以一定的角度傾斜的傾斜面非 ^相對包合攝影絲的縱斷面而傾斜度連續變化的曲線所 ::的曲面形狀。而且’例如由塑料的二色成型品或多色成：品構成光學元件時，透過成型為異色成型的邊界面收 =效直也外區域’可以將該邊界面作為相對於攝影光轴二：的非平行面使用，關於外周面也可以設為以攝影光軸為中心的圓柱面。、本創作的光學元件對於從物側以大的角度入射而來 $有害光有效，從而，作為接近物側的第二片或第三片的、鏡加以利用會比在成像面附近使用更有利。而且，本創乍可更加有效地使用於具有在像面側的面的有效直徑區域内的至少—部分持有朝向物側為凸面的形狀的透鏡面的光

M366680 學兀件。另外，作為内置在如手機的可攜式設備的攝影機拉組，為了其微型化或薄型化難以使透鏡片數過多，所以，作為包含濾.光片等光學元件的整體的透鏡片數較佳地最多也抑制在六至七片左右。本創作還可作為包含上述光學元件的攝影光學系統適用，在包括從物側依次配置的光闌、第—透鏡、第二透鏡、第三透鏡的攝影光學系統中’作為第二透鏡或第三透鏡可以適用上述光學元件。而且，在組裝有該攝影光學系統的透鏡鏡筒的後端’即使將保持固體攝影元件的攝影組件-體化的攝影機模㈣形態，也可相在本創作。 10 15

透過本創作的適用，在以比有助於攝影的光線大的角度入射而來的有害光入射到外周面而在此處内面反射時，所反射的有害錢反射方向被非平行面攝影元件的反射消失。其結果，例如即使在外周面不= 如粗面化處理或塗黑處理的低反射處理時，也可將由外周面進行内面反射的有害光產生的重影或閃光減少至實際上沒問題的程度。【實施方式】 -20 士口圖1所示’使用本創作的手機用的攝影機模組1〇透 -過組合透鏡組件12和攝影組件Μ而構成，兩者在精密的定位以後使用光硬化性黏接劑等被一體連接。攝影組件⑽ 過在支架15組裝渡光片7及安裝有攝影元件_電路板咖構成’在濾光片7使用截止紫外線或紅外線的波長選擇性濾 7

M366680 光片或光學低通濾光片等。也可以在電路板16安裝攝影元件8的驅動用IC或圖像信號處理用的1(：等，電路板16還透過連接器或撓性電路板等連接在適當的處理電路。透鏡組件12從物側依次將第一透鏡20、第二透鏡 5 21、第三透鏡22、第四透鏡23組裝在透鏡鏡筒18，並且在

第一透鏡20的前面侧設置了孔徑光闌24，所以，該孔徑光闌24透過安裝在透鏡鏡筒18的驅動器25的工作而使其孔徑直徑改變。驅動器25按照從攝影元件8得到的攝影信號的亮度級別進行反饋控制’由此可進行AE控制。另外，將孔徑 10光闌24設為固定光闌’按照該亮度級別對攝影信號進行增益調節，或者也可以用控制攝影元件8的電荷蓄積時間的方式進行AE控制。而且，在圖示的例中，為了透鏡組件12的小型化及低成本化，第一至第四透鏡20〜23全部固定在透鏡鏡筒18， 15構成全聚集（Pan_focus)型攝影光學系統。這些透鏡從第一透鏡20依次從透鏡鏡筒18的後端側組裝，最後鑲彼壓環 27,從而將這些透鏡固定在透鏡鏡筒18。另外，通過監視按每個像素從攝影信號獲得的對比度信息的同時由音圈 (voice coil)電機等使一部分的透鏡移動，也可具有内對焦 2〇方式或後對焦方式的自動對焦功能。第二透鏡21由使用透明的塑料材料一體成型的成型透鏡構成，如圖2所示，在物側的面具有將凹面朝向物側的有效直徑（有效徑）區域21a、和圍繞該周圍的有效直徑外區域21b，同樣地在像面側的面形成有由非球面形成的有效直 8 M366680 资㈣曰修正 I 士u々 ί__ 補兄丨徑區域2lc、和圍繞該周圍的有效直徑外區域2Η。有效直徑區域21a、21c分別使有助於攝影的有效光束通過。而且，有效直徑外區域21b、21d的表面透過鑄模的轉印面成型為與攝影光軸P垂直的鏡面，但有助於攝影的有效光束不通 5 過。第二透鏡21的外周面30由以攝影光軸p為中心的圓桎面3〇a和非平行面30b構成，該非平行面3〇b按照在像面側外徑變大的方式傾斜且相對於攝影光軸p具有傾斜度（傾含）’有關第二透鏡21的厚度方向而言圓柱面3如形成在物 10側而非平行面3〇b形成在像面側。由這些圓柱面3〇a和非平订面30b構成的外周面3〇也是透過鑄模的轉印而形成的面，為了抑制製造成本省略對該外周面30的粗面化處理或塗黑處理（墨處理）。在該實施方式中，相對於外周面儿的 =影光軸p方向（厚度方向）的寬度D，非平行面3〇b的寬度言 15设為大致Η2。由此，寬度D的1/2成為與攝影光軸p平行的圓柱面30a’所以如圖1所示，在透鏡鏡筒18的内壁不設置對應於非平行面3〇b的傾斜面而可以在通常的圓筒形的内壁滑接圓柱面3〇a的同時，進行第二透鏡21的組裝及對芯 (芯出L )。 & ° 而且，為了這種組裝，如果圓柱面30a的寬度為三分之一以上則沒有問題，所以非平行面30b的寬度t較佳地設為（二分之二）D以下。當然，若在透鏡鏡筒18的内壁高精度地形成傾斜面，則也可以將寬度d整體設為非平行面。而且，相對於攝影光軸P的非平行面30b的傾斜角6·較佳為5。 9 M366680 科月/“|正; 川。“ L 聊 ’更佳為5。〜20。左右。若傾斜角θ未滿5。，則内面反射的有害光的方向的變更容易變得不充分’若傾斜 ° ^ 〇則將非平行面30b的寬度t要確保D/3〜D/2 左右時存在像面側的非有效直徑區域叫變寬而第二透鏡 5 21的整體的外徑轡大的Μ 炱大的難點。並且，將非平行面3〇b的寬度又定為只用上較佳的D/2左右，同時為了不過於擴大像面側的非有效直徑區域21d，較佳地將傾斜角Θ抑制在2〇。以下。在第二透鏡21的像面側的有效直徑區域2ic，尤其在 10該周邊部成為將凸狀曲面s朝向物側的非球面。在光學設 ΐ上：該非球面在中央部設為將凹面朝向物側的形狀，但只要是以大的角度入射到第二透鏡21而在周邊部進行内面王反射的光線朝向外周面30側的形狀，即使在整體上為將凸面朝向物側的形狀，也可適用本實施方式。另外，對於 15第-透鏡20至第四透鏡23的各物側、像面側的成像性能上或者像差校正上的面形狀，通過光學設計適當決定即可。對於根據上述構成的作用進行說明。光線從物側以各種角度入射到第一透鏡20,但如圖丨所示，成為重影或閃光的原因的有害光W的大部分以比有助於攝影的光線大的角度入射到第-透鏡20。這種有害光w經過第一透鏡2〇朝向第二透鏡21的有效直徑區域内的周邊部，以大的角度入射到在此形成的凸狀曲面S。因此，有害光w在該凸狀又曲面§ 進行内面全反射而入射到形成於外周面3〇的非平行面3〇卜 >1366680 削月/ύβ

非平行面30b沿朝向物側且外徑變小的方向傾斜，因此，在凸狀曲面S反射的有害光S以相對小的入射角入射到非平行面鳩。有害光W的大部分透過非平行面通而到達透鏡鏡筒18的内壁’在反射率抑制得低的透鏡鏡筒18的内壁大部分被吸收。而且，入射到非平行面30b的有害光…的一部分大致以接近正反射的角度進行内面反射，但由於非平行面3仙沿在像面側從攝影光軸P遠離的方向施加傾斜，所以，相對於非平行面30b的入射角相對變小，並且有害光w朝向第二透 10鏡21的相反側的外周面3 〇而不會入射到像面（等效於攝影元件8的光電面）。而且，即使在此處進行内面反射的有害光入射到第二透鏡21的物側或像面側的有效直徑區域因該入射角大，所以進行内面全反射而仍然朝向第二透鏡21 的相反側的外周面30,不會入射到攝影元件8。這樣在二次 15入射到外周面3〇的時刻，有害光的強度衰減至沒有問題的私度’即使在外周面3 〇不施行粗面化處理或塗黑處理也可以大寬度地減少重影或閃光。此外，以與圖示的有害光w稍微不同的角度入射的有害光若在凸狀曲面S進行内面全反射，則以小的角度入射 2〇到非平行面3〇b的現象沒有變化，因此，從非平行面3〇1?以接近正反射的角度反射的有害光朝向第二透鏡21的相反側的外周面30而不會入射到像面。從而，即使有害光入射到物側或像面側的有效直徑區域或有效直徑外區域的任一

M366680 個，由於該入射角也變大，所以在此處進行内面全反射而朝向相反側的外周面而不會朝向像面。在圖1所示的實施方式中’在第二透鏡21的整周上設置非平行面30b，但尤其有強度的有害光大多是太陽光或照 5明光，這些光源大部分對攝影光學系統從上方入射。從而，如圖3所示，也可以在第二透鏡21的下方的一部分形成非平行面3 3 °亥非平行面3 3對於作為以攝影光軸p為中心的圓柱面而製作的外周面34，成為僅將該下側部分地傾斜切除

的形狀，但這個當然也可以僅以塑料成型第二透鏡21時所 10使用的鑄模的形狀來對應。

在之前的實施方式中，從第二透鏡21的像面側的面朝向物側的面以厚度方向的1/2的寬度形成非平行面3〇b，但在圖4所示的實施方式中，從第二透鏡2 1的物側的面朝向像面側的面以厚度的三分之二左右的寬度形成。另外，對於 I5攝影元件8附上X符號僅表示成像面。該實施方式與之前的實施方式相比，有害光w的入射角小，且在第二透鏡幻的像面側的面進行内面全反射的有害光w在靠近第二透鏡21 的物側的面的位置到達外周面時有效。在該實施方式中，透過在外周面保留圓柱面3〇a ’也與之前的實施方式同樣 2〇地，即使在透鏡鏡筒的内壁不設置傾斜面，也可以如過去利用圓柱面3〇a進行第二透鏡21的對芯。圖5是表示在由塑料二色成型品或者嵌件成型品製造第二透鏡21時有效的實施方式。第二透鏡21由包含有效直徑區域和圍繞其外周的有效直徑外區域的一部分的主透鏡 12 M366680 5

部2 la、和環繞該主透鏡部21&的外周的圓環部2 lb構成，例如圓環部2 1 b是由與主透鏡部21 a不同的塑料材料成型。如圖所示，主透鏡部2la和圓環部21b的邊界面K相對於攝影光軸P傾斜，该邊界面κ作為在上述的實施方式中所稱的非平行面3Ob起作用。圓環部21 b的外周面（圓柱面）按原樣成為第二透鏡21的外周面，所以在透鏡鏡筒18的組裝與上述同樣地可以簡便進行。該實施方式根據需要在以二色以上的多色成型製作第二透鏡21時可以同樣適用。 10 15

在圖6及圖7所示的實施方式中，在第三透鏡22的外周面設置有非平行面3 〇 b。在第三透鏡2 2的像面側的面的有效區域的外周部仍設置有將凸面朝向物側的曲面S。從而， ^在任意的實施方式，以大的角度入射而來的有；而光w 訧谷易以大的角度入射到曲面8而朝向第三透鏡Μ的外周面易於進行内面全反射。因此，如圖6所示，將第三透鏡Μ ^卜周面整體設為相對於攝影光轴p傾斜的非平行面烏。而且’非平行面鳩關於與光軸平行的斷面未必成線’如圖7所示也可設為曲面。該非平行面鳩 =包含攝影光轴ρ的縱斷面而傾斜度連續變化的曲= 該曲面的方向，若专慮使有害光擴散的情t =將凹面朝向攝影光軸p的形狀。圖6或圖7所示的示Zb在第三透鏡23的周方向整體形成，但如圖3所對於周方向而言當然也可以部分地形成。以上’對圖示的實施方式進賴於攝影光學+统的光一“ 但本創作不依系、.先的先學5又计上的透鏡構成或各種因辛也 -20 M366680 5 可以實施。根據上述的實施方式可知，以大的角度入射到第-透鏡的有害光，在接近物側的第二透鏡或第三透鏡的像面側尤其在該有效直徑區域的周邊部分具有凸面朝向物側的曲面S時，大多入射到該曲面s。曲面s將凸面朝向物側，所以入射到該部分的有害光的大部分進行内面全反射而朝向該透鏡的外周面，該大部分雖然透射而在透鏡鏡筒的内壁被吸收，但一部分在外周面進行内面反射。在外周面施行粗面化處理或塗黑處理時，可以使入射到外周Φ的有害光大大的衰減，但在使用禱模冑造的成型 10透鏡中，為了粗面化處理不可避免伴隨成型禱模的成本上升，亚且為了塗黑處理不可避免伴隨後加工的成本上升。這占纟本創作中在外周面設置相對於攝影光軸傾斜的非平行面，以使在該非平行面朝向有害光不入射到像面的方向進行反射，所以，不招來用於成型鑄模或後加工的成本上升，而可以使重影或閃光大寬度地減少。另外，即使在外周面施行粗面化處理或塗黑處理時，也難說在外周面接近正反射的角度範圍進行内面反射的有害光的強度充分衰減’所以’如果還並用本創作，則可以更加減少重影或閃光。而且，本創作不僅適用於透鏡，也可適用於濾光片 20 等一般的光學元件。另外，在攝影光學系統的内部設置孔徑光闌時，該孔徑光闌具有遮擋有害光的作用，所以，未必—定設置本創作的非平行面也可以的情況較多，但如上述的實施方式，僅在第一透鏡的前面設置孔徑光闌的攝影光學系統中可更 14 M366680 加有效地使用本創作。而且，即使設為可適用本創^^^------ 鏡’也可以是玻璃製、塑料製的任意—種，非平行面不僅可以成型’也可以用切削等方法形成。 5 15 [圖式簡單說明】圖1是表示本創作的-實施方式的主要部分的剖視圖。圖2是使用本創作的透鏡的局部剖切立體圖。圖3是表示本創作的其他實施方式的正面圖及剖視圖。圓4是表示本創作的另外的實施方式的主要部分剖視圖。圖=表示本創作的其他實施方式的主要部分剖視圖。 =6是表示在第三透鏡使用本創作時的第—實施方式的主要部分剖視圖。 =是表示在第三透鏡使用本創作時的其他實施方式的主要部分剖視圖。圖8是過去的攝影機模組的主要部分剖視圖。【主要元件符號說明】 7渡光片 12透鏡組件 16電路板 4,21第二透鏡 2，24孔徑光闌 4 a 5 3 0外周面 S凸狀曲面 8攝影元件 14攝影組件 1 8透鏡鏡筒 5,22第三透鏡 25驅動器 3 0a圓柱面 P攝影光軸攝影機模組 b支架 3,20第一透鏡 6,23第四透鏡 27壓環 3 0 b非平行面 w有害光

M366680 21a,21c有效直徑區域 33非平行面 21b,21d有效直徑外區域 34外周面 G攝影光

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Claims

M366680 第982〇4889號，98年4月修正頁背t巧六、申請專利範圍： 5

10 15 1. 一種光學元件，組裝在攝影光學系統中，該光學元件包括：以攝影光轴為中心且使有助於攝影的有效光束通過的有效直㈣域、圍繞該有效直徑ϋ域的有效直徑外區域、和圍繞該有效直徑外區域的外周面，其中，將°玄外周面的厚度方向的至少一部分或周方向的至少 :部分設為相對於攝影光軸具有傾斜度的非平行面，使得伙物側的面入射、由像面側的面反射而入射到該外周面且由该外周面反射的光線不入射到像面。、2.如申叫專利範圍第丨項所述之光學元件，立中，該 =平行面按外周面的厚度方向的三分之二以下的、寬度形心成’剩餘的外周面的全部或—部分具有以攝影光軸為中的圓柱狀的形狀。 3,如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中，非平行面是由相對包含攝影光㈣縱斷面而傾斜度連續化的曲線所表示的曲面。風專利範圍第1項至第3項中任—項所述之 y件’其中’該光學元件是將該有效直徑區域和包含外周面的有效直徑外區域一體成型 ^.以攝影光軸為中心且使有助於攝影的有效光束、有效直徑區_、圍繞該有效直徑區域的有效直徑外 ’、和圍繞該有效直徑外區域的外周面，其中，該光學件由在該有效直徑外區域具有圓環狀的邊界面w色= 20 M366680 品構成，將該邊界面的厚度方向的至少—部分ί^_ 至少一部分設為相對於攝哥彡 α α 並且將該外周_至少攝的非平行 5 柱面，使得從物側的面的該有效直徑區域入射在;：的面的該有效直徑區域進行内面反射：：該邊界面進行内面正及勒沾女士， -邊界面、在的面進行内面全反射的入射角：光成為在該物側或像面側 -元m請專利範圍第1項或第5項中任-項所述之光學70件’其中，該光學元光學系統甲’是在〜片透鏡構成的攝影疋在攸物側起第二片以後所使用物側的該有效直徑區域内包含凹面的形狀。兄 7.如中請專利範|5第6項所述之光學元件，像面側的面包含在該有效 /、中，在形狀。朝向像面側為凹面的 15 20 政V.c 猶无丨 8如申請專利範圍第6項所述之光學元件置付比光闌更靠像面側，且像面側 :、效直徑區域寬。 /區或比物側的有 9. 一種攝影光學系統，1 的光闌、第-透鏡、第二透鏡、、第=鏡=依次配置弟二透鏡的任-個為巾請專利範圍第透1或項所述之攝旦彡亦與多从匕括將申明專利範圍第9 n悉/裝在透鏡鏡筒的透鏡組件；和固疋在。^透鏡鏡筒的後端且按攝持固體攝影元件的攝影組件。…玄像面一致的方式保 18