攝像鏡頭以及攝像模塊的製作方法

2023-05-03 19:11:56 2

專利名稱：攝像鏡頭以及攝像模塊的製作方法
攝像鏡頭以及攝像模塊技術領域
本發明涉及一種用於在可攜式終端的數字相機等上搭載的攝像鏡頭以及攝像模塊。
背景技術：
作為攝像模塊，現已開發出各種內置有固體攝像元件的小型數字相機以及數字攝像設備等。尤其是，隨著近年來的可攜式信息終端以及可攜式電話機等可攜式終端設備的普及，對於作為面向新興國家的普及機型的可攜式電話機上搭載的相機模塊以及可攜式終端的子相機上搭載的攝像模塊，要求通過簡單的結構以及工藝技術來實現低價格。為了滿足上述要求，對於使用1個透鏡構成的攝像鏡頭的需求在不斷提高。
作為可在使用1個透鏡構成的攝像鏡頭中實現良好的解析度的技術，專利文獻l以及專利文獻2中分別揭示了一種朝向物體(被攝體)側的面以及朝向像面(成像面)側的面兩者均為凸面的攝像鏡頭。
另外，專利文獻3中揭示了一種攝像鏡頭，其具備位於物體側的第l面為凹面的半月形透鏡，在該透鏡本體的物體側配置有光圈，且上述透鏡本體滿足以下的條件(A)一(C)，(A)Y．／fl≥o．6，(B)o．9≥Dt／DC≥o．5，(C)1．o≥Ap／Am≥o．9，其中，fl透鏡系統的全焦距，Y．最大像高(像高1．o)，Dt至少包含透鏡的1個光學面的區域中的最薄部分的厚度，DC透鏡的中心厚度，Ap，像面側第2面的有效半徑(有效光線所透過的部分的最大半徑)，Am，像面側第2面的最大半徑。
作為利用半月形透鏡來實現良好的解析度的技術，還可以舉出專利文獻4中揭示的攝像鏡頭。
專利文獻l日本國專利申請公報，特開2003—344758號公報(公開曰2003年12月3曰)。
專利文獻2日本國專利申請公報，特開平6—88939號公報(公開曰1994年3月29曰)。
專利文獻3日本國專利申請公報，特開2003—57538號公報(公開曰2003年2月26曰)。
專利文獻4日本國專利申請公報，特開2002—98885號公報(公開曰2002年4月5曰)。

發明內容
專利文獻1以及專利文獻2中揭示的攝像鏡頭由於兩面均為凸形，並分別進行了最適當的條件設定，因此可維持遠心性(telecentic)以及能夠良好地修正畸變。但是，存在著視角增大時在對物體進行成像所形成的圖像的邊緣部分出現解析度劣化，以及因F值過大而導致圖像變暗等問題。在由1個如專利文獻1以及專利文獻2中揭示的這種兩面均為凸形的透鏡構成攝像鏡頭中，雖然能夠良好地修正畸變，但要求具有與玻璃材料相同的光學常數，因此若使用塑膠材料，就很能構成均勻的像面。作為既能夠簡單地修正畸變又能夠有效適於廣視角的基本結構，這種由1個兩面均為凸形的透鏡構成的攝像鏡頭一直被廣泛實施。但是，作為可攜式電話機上的攝像鏡頭等這類要求52°以上的水平視角的廣角鏡頭，使用此類攝像鏡頭時，由於在對物體進行成像所形成的像的邊緣部分，難以在弧矢像面上確保所希望的解析度，因此難以進行實用化。專利文獻3所揭示的攝像鏡頭中，就位於物體側的第1面為凹面的半月形透鏡設定了最適當的條件(A) (C)，但是，就廣視角小型的光學系統而言，並不能說這些條件 (A) (C)就是在對物體進行成像所形成的像的邊緣部分也能夠獲得良好解析度的最適當條件。具體而言，條件(A)表示視角大致為30°以上，但是，視角大致為30°以上這一條件是相機模塊所必須滿足的規格值。因此，與其說條件(A)是為了實現良好的攝像鏡頭的條件，更應說這是針對攝像鏡頭的規格要求。另外，條件(B)對半月形透鏡撓度進行了規定， 但並不能說滿足該條件就能夠獲得解析度良好的攝像鏡頭。而條件(C)與攝像鏡頭的光學特性並無明確的關聯性。專利文獻3以及4中揭示的由1個半月形透鏡構成的攝像鏡頭，與上述由1個兩面均為凸形的透鏡構成的攝像鏡頭同樣，也難以在物體成像所形成的像的邊緣部分也確保獲得所期望的解析度。並且，在由1個半月形透鏡構成的攝像鏡頭中，還存在會發生較大畸變的問題。本發明是鑑於上述問題而開發的，其目的在於提供一種能夠在物體成像所形成的像的邊緣部分，獲得良好的解析度的攝像鏡頭以及攝像模塊。為了達到上述目的，本發明的攝像鏡頭從其物體側至像面側依次設置有孔徑光闌以及單透鏡，上述單透鏡是凹面朝向物體側的彎月形透鏡，該攝像鏡頭的特徵在於上述像面位於從物體成像所形成的像的中心解析度為最大的位置起，沿著光軸方向移動了距離 Pdis (其中，(KPdis)的位置上，並滿足關係式 0. 014<Pdis/f<0. 035 以及 0. 18<d/d2<0. 30， 上述單透鏡的朝向物體側的面以及朝向像面側的面均為非球面。其中，f為攝像鏡頭的全焦距、d為單透鏡的中心厚度、d2為從單透鏡的朝向像面側的面的中心至像面的空氣換算長度。根據上述結構，將像面配置在從對物體成像所形成的像的中心解析度為最大的位置起，沿著光軸方向移動了距離Pdis的位置上，由此能夠提高像的邊緣部分的解析度。在此，Pdis/f為0. 014以下時，可能會導致物體成像所形成的像的邊緣部分的解析度不充分，而Pdis/f為0.035以上時，可能會導致像中心的解析度不充分。考慮到上述可能性，Pdis/f必須要大於0. 014且小於0. 035。
另外，d/d2為0. 18以下時，因單透鏡變得過薄而會導致可應用的製造程序受到限制，從而造成攝像鏡頭生產力降低，並難以實現廣視角的攝像鏡頭。而d/d2為0. 30以上時， 可能會導致畸變以及像散的增大，以及導致解析度劣化。考慮到上述可能性，d/d2必須要大於0. 18且小於0. 30。另外，本發明的攝像模塊的特徵在於包括本發明的攝像鏡頭和固體攝像元件，該固體攝像元件將由上述攝像鏡頭對物體進行成像所形成的像作為光進行受光。根據上述結構，能夠實現具有廣視角、小型且解析度良好的用於數字相機等的攝像模塊。(發明的效果)
如上所述，本發明的攝像鏡頭從其物體側至像面側依次設置有孔徑光闌以及單透鏡， 上述單透鏡是凹面朝向物體側的彎月形透鏡，上述像面位於從對物體進行成像所形成的像的中心解析度為最大的位置起，沿著光軸方向移動了距離Pdis (其中，(KPdis)的位置上， 並滿足關係式0. 014<Pdis/f<0. 035以及0. 18<d/d2<0. 30，上述單透鏡的朝向物體側的面以及朝向像面側的面均為非球面。其中，f為攝像鏡頭的全焦距、d為單透鏡的中心厚度、 d2為從單透鏡的朝向像面側的面的中心到像面的空氣換算長度。因此，本發明的效果在於可在對物體進行成像所形成的像的邊緣部分也獲得良好的解析度。


圖1是表示本發明的一實施方式的攝像鏡頭的結構的剖面圖。圖2是表示本發明的其他實施方式的攝像鏡頭的結構的剖面圖。圖3是表示本發明的另一其他實施方式的攝像鏡頭的結構的剖面圖。圖4是表示本發明的另外的實施方式的攝像鏡頭的結構的剖面圖。圖5是表示圖1所示攝像鏡頭的散焦MTF (Modulation Transfer Function 調製傳遞函數)的曲線圖。圖6是表示圖1所示攝像鏡頭的MTF-空間頻率特性的曲線圖。圖7是表示圖1所示攝像鏡頭的MTF-像高特性的曲線圖。圖8是表示圖1所示攝像鏡頭的各種像差的特性的曲線圖，(a)表示像散，(b)表
示畸變。圖9是表示圖2所示攝像鏡頭的散焦MTF的曲線圖。圖10是表示圖2所示攝像鏡頭的MTF-空間頻率特性的曲線圖。圖11是表示圖2所示攝像鏡頭的MTF-像高特性的曲線圖。圖12是表示圖2所示攝像鏡頭的各種像差的特性的曲線圖，(a)表示像散，(b)表
示畸變。圖13是表示圖3所示攝像鏡頭的散焦MTF的曲線圖。圖14是表示圖3所示攝像鏡頭的MTF-空間頻率特性的曲線圖。圖15是表示圖3所示攝像鏡頭的MTF-像高特性的曲線圖。圖16是表示圖3所示攝像鏡頭的各種像差的特性的曲線圖，(a)表示像散，(b)表
示畸變。
圖17是表示圖4所示攝像鏡頭的散焦MTF的曲線圖。圖18是表示圖4所示攝像鏡頭的MTF-空間頻率特性的曲線圖。圖19是表示圖4所示攝像鏡頭的MTF-像高特性的曲線圖。圖20是表示圖4所示攝像鏡頭的各種像差的特性的曲線圖，(a)表示像散，(b)表
示畸變。圖21的(a) (C)是表示本發明的一實施方式的攝像模塊的製造方法的剖面圖。圖22是表示本發明的一實施方式的攝像模塊的結構的剖面圖。圖23是表示本發明的其他實施方式的攝像模塊的結構的剖面圖。圖M是表示本發明的另一其他實施方式的攝像模塊的結構的剖面圖。 1、100、200、300以及400 攝像鏡頭
2孔徑光闌
3物體
211透鏡陣列
217傳感器陣列
218傳感器(固體攝像元件) 270,280,290 攝像模塊
CG防護玻璃罩
L單透鏡
La光軸
Pdis 從像的中心解析度為最大的位置至像面的距離
S5像面
Sa像的中心解析度為最大的位置
d'單透鏡的有效孔徑的端部厚度
d單透鏡的中心厚度
d2從單透鏡的朝向像面側的面的中心至像面的空氣換算長度 el、e2、ea、eb 單透鏡的有效孔徑的端部
f焦距
si單透鏡的中心
s2單透鏡的中心。
具體實施例方式圖1是表示本發明的一實施方式的攝像鏡頭100的結構的剖面圖。圖2是表示本發明的其他實施方式的攝像鏡頭200的結構的剖面圖。圖3是表示本發明的另一其他實施方式的攝像鏡頭300的結構的剖面圖。圖4是表示本發明的另外的實施方式的攝像鏡頭400的結構的剖面圖。攝像鏡頭100、攝像鏡頭200、攝像鏡頭300以及攝像鏡頭400分別具有以下的基本結構。以下，為了便於說明，指攝像鏡頭100、攝像鏡頭200、攝像鏡頭300以及攝像鏡頭400中的任意一個攝像鏡頭時，稱之為「攝像鏡頭1」。(攝像鏡頭1的基本結構)
圖1 圖4均是為在Y方向(圖面的上下方向)以及Z (圖面的左右方向)方向上表示攝像鏡頭1的剖面的圖。Z方向表示從物體3側指向像面S5側的方向以及從像面S5側指向物體3側的方向，攝像鏡頭1的光軸La在該Z方向上延伸。相對於攝像鏡頭1的光軸La 的法線方向是指，從光軸La開始，在由X方向以及Y方向構成的面上直線延伸的方向。在攝像鏡頭1中，從物體3側至像面S5側，依次設有孔徑光闌2、單透鏡L以及防護玻璃罩CG。具體而言，以包圍單透鏡L的朝向物體3側的面(透鏡物體側面)Sl的周圍的方式設置有孔徑光闌2。設置孔徑光闌2的目的在於控制入射光的軸上光束的直徑，以使射入到攝像鏡頭1的光能夠適當地通過單透鏡L。物體3是由攝像鏡頭1進行成像的對象物，換言之，是攝像鏡頭1的拍攝對象，即被攝體。為了便於說明，在圖1 圖4中將物體3和攝像鏡頭1顯示為非常靠近的距離，但是，物體3和攝像鏡頭1之間的實際距離為例如1200mm左右。單透鏡L是一般常見的彎月形透鏡，其朝向物體3側的面Sl為凹面。即是說，單透鏡L的朝向像面S5側的面(透鏡像側面)S2為凸面。另外，單透鏡L的面Sl以及S2均為非球面。在此，透鏡的凸面是指透鏡的球狀表面向外側彎曲突出的部分。透鏡的凹面是指透鏡的彎曲成中空狀的部分，即透鏡的向內側彎曲的部分。攝像鏡頭1的光軸La在連接單透鏡L的面Sl的中心si和單透鏡L的面S2的中心s2的線段上，大致沿著Z方向直線延伸。防護玻璃罩CG被設置在單透鏡L和像面S5之間。防護玻璃罩CG用於遮蓋像面 S5,以保護像面S5不受物理性損傷等。防護玻璃罩CG包括朝向物體3側的面(物體側面) S3和朝向像面S5側的面(像側面)S4。像面S5是相對於攝像鏡頭1的光軸La垂直的用以形成像的面。在設於像面S5 位置上的未圖示的屏幕上，能夠觀察到實像。另外，在具備有攝像鏡頭1的攝像模塊中，在像面S5上配置有攝像元件。距離d是從中心si至中心s2的距離，相當於單透鏡L的中心厚度。距離d2是從中心s2至像面S5的距離(空氣換算)，相當於從單透鏡L的朝向像面 S5側的面S2的中心s2至像面S5的空氣換算長度。在此，空氣換算長度表示介質的幾何長度除以該介質的折射率所獲得的長度。距離d』是從單透鏡L的面Sl的有效孔徑的端部el至單透鏡L的面S2的有效孔徑的端部e2的距離。另外，距離d』是從單透鏡L的面Sl的有效孔徑的端部ea至單透鏡L 的面S2的有效孔徑的端部eb的距離。距離d』相當於單透鏡L的有效孔徑的端部的厚度。在此，由於攝像鏡頭1具有立體結構，因此，端部el或者ea相當於面Sl的有效孔徑的整個邊緣(例如，圓周)，而端部e2或者eb相當於面S2的有效孔徑的整個邊緣(例如， 圓周)。在此情況下，對於距離d』可作如下解釋包含單透鏡L的至少1個光學面的區域中最薄部分的Z方向上的尺寸。距離d、距離d2以及距離d』均為Z方向上的距離(尺寸)，單位是_ (毫米)。
像面S5被配置在從位置沿著Z方向即光軸La的方向移動了距離Pdis(其中， (KPdis)的位置上，該位置M是由攝像鏡頭1對物體3進行成像所形成的未圖示的像的中心解析度為最大的位置。S卩，關於位置M可作如下解釋在相當於圖像中心的像高h0時，攝像鏡頭1的解析度高於其他像高的解析度，並且，攝像鏡頭1在像高h0時的解析度高於其他像面位置的位置。攝像鏡頭1的像面S5位於從該位置向Z方向移動了距離Pdis的位置上。並且，上述距離Pdis是可滿足該距離Pdis與攝像鏡頭1的全焦距f (詳情後述) 之間的以下關係式(1)的值。0. 014<Pdis/f<0. 035 (1)
在攝像鏡頭1中，像面S5被配置在從位置M沿著與光軸La平行的Z方向移動了距離 Pdis的位置。由此，在由攝像鏡頭1對物體3進行成像所形成的像的中心部分，雖然解析度與像面S5位於位置M時的情況相比會有所下降，但是，與像面S5位於位置M時的情況相比，可以使像邊緣部分的解析度提高。在此，如果Pdis/f為0. 014以下，可能會導致對物體3進行成像所形成的像的邊緣部分的解析度不充分，而Pdis/f為0. 035時，可能會導致像中心的解析度不充分。從上述方面考慮，為了能夠提高像邊緣部分的解析度並避免像中心的解析度降低，Pdis/f必須要滿足大於0. 014且小於0. 035。另外，在攝像鏡頭1中，距離d與距離d2滿足以下數學式(2)。0. 18<d/d2<0. 30(2)
如果d/d2為0. 18以下，因單透鏡L變得過薄而導致可應用的製造程序受到限制，由此可能造成攝像鏡頭1的生產力降低，以及難以實現廣視角的攝像鏡頭1。而d/d2為0. 30以上時，畸變以及像差變大，可能導致解析度劣化。從上述方面考慮，d/d2需要滿足大於0. 18 且小於0. 30。另外，在攝像鏡頭1中，單透鏡L的距離d與距離d'的滿足以下的關係式(3)。0. 5<dVd<0. 9(3)
如果d'/ d為0.5以下，因單透鏡L變得過薄而會導致可應用的製造程序受到限制，由此可能造成攝像鏡頭1的生產力降低，而d'/d為0. 9以上時，難以對像邊緣部分的解析度進行修正。從上述考慮，優選d'/d大於0. 5且小於0. 9。另外，在攝像鏡頭1中，優選單透鏡L的有效孔徑的最薄部分的厚度(圖1 圖4 中的距離d')為大於150Mm，由此，可防止單透鏡L變得過薄，從而能夠實現良好的生產性。在圖1 圖4中，為了便於說明，只圖示了單透鏡L的有效孔徑。此外，有時在單透鏡L的有效孔徑的外周會形成有凸緣部，但即使在這種此情況下，單透鏡L的有效孔徑的最薄部分的厚度仍優選為大於150Mm。另外，優選攝像鏡頭1的F值小於3。可以將攝像鏡頭1的F值表示為，攝像鏡頭 1的等效焦距除以攝像鏡頭1的入射光瞳直徑所獲得的值。通過將攝像鏡頭1的F值設為小於3的值，能夠增加受光光量並能夠良好地修正色差，從而可獲得高解析度。此外，優選為，單透鏡L的相對於d線(波長587. 6nm)的折射率大於1. 4，且相對於d線的阿貝數大於43。阿貝數是表示相對於光散射的折射率的比值，是光學介質的常數。 即，阿貝數表示光學介質向不同的方向折射不同波長的光的程度。就阿貝數高的介質而言，不同波長的光線的折射程度所致的散射較小。根據上述，作為單透鏡L的材料可使用具有低折射率且高色散值光學常數的材料，因此能夠拓寬用於構成單透鏡L的材料選擇範圍， 從而可選用廉價材料，以及實現不受材料限制的製造工程。關於製造工程，在後文中進行詳細說明。另外，形成單透鏡L的材料優選是熱硬化性樹脂或者UV硬化性樹脂。熱硬化性樹脂是，具有當受到一定量以上的熱時會從液體變成固體的狀態變換特性的樹脂。UV硬化性樹脂是，具有當被照射一定強度以上的紫外線時會從液體變成固體的狀態變換特性的樹脂。通過使用熱硬化性樹脂或者UV硬化性樹脂來形成單透鏡L，在攝像模塊的製造階段，能夠使用樹脂成形多個單透鏡L，並製作出後述的透鏡陣列，以及可對本發明的攝像鏡頭1進行回流焊(reflow)安裝。另外，單透鏡L也可以是塑料透鏡或者玻璃透鏡等。在攝像鏡頭100、攝像鏡頭200、攝像鏡頭300以及攝像鏡頭400中，均在從位置M 向物體3側移動了距離Pdis的位置上構成像面S5，另外，也可以在從位置M向物體3的相反側移動了距離Pdis的位置上構成像面S5。(攝像鏡頭100的MTF以及像差特性)
圖5是表示攝像鏡頭100的散焦MTF，即，是表示縱軸所示MTF (單位無)與橫軸所示焦點位移(單位mm)之間的關係的曲線圖。圖6是表示攝像鏡頭100的縱軸所示MTF與橫軸所示空間頻率(單位lp/mm)之間的關係的曲線圖。圖7是表示攝像鏡頭100的縱軸所示MTF與橫軸所示像高(單位mm)之間的關係的曲線圖。圖8是表示攝像鏡頭100的各種像差的曲線圖，(a)表示象散，(b)表示畸變。其中，圖5 圖7、圖9 圖11、圖13 圖15、圖17 圖19中分別表示的各像高是以通過攝像鏡頭1對物體3進行成像所獲得的像的中心作為基準的像高的絕對值。此外， 也可以使用相對於最大像高的比值作為上述各像高。該絕對值和相對於最大像高的比值之間具有如下的各對應關係。0. OOOOmm=像高h0 (圖像的中心)
0. 1400mm=像高h0. 2 (相當於最大像高的十分之二的高度) 0. 2800mm=像高h0. 4 (相當於最大像高的十分之四的高度) 0. 4200mm=像高h0. 6 (相當於最大像高的十分之六的高度) 0. 5600mm=像高h0. 8 (相當於最大像高的十分之八的高度) 0. 7000mm=像高hi. 0 (最大像高)
圖5以及下述圖9、圖13以及圖17均表示了當空間頻率為「尼奎斯特頻率(Nyquist frequency) /4」時，與像高h0、h0. 2、h0. 4、h0. 6、h0. 8以及hi. 0相應的在子午像面(T)以及弧矢像面(S)上的各種特性。圖6以及下述圖10、圖14以及圖18均表示了當空間頻率為0 「尼奎斯特頻率 /2」時，與像高h0、h0. 2、h0. 4、h0. 6、h0. 8以及hi. 0相應的在子午像面(T)以及弧矢像面 (S)上的各種特性。
圖7以及下述圖11、圖15以及圖19均表示了當空間頻率為「尼奎斯特頻率/4」 以及「尼奎斯特頻率/2」時，與像高h0 hi. 0相應的在子午像面以及弧矢像面上的各種特性。上述尼奎斯特頻率是指與適合於跟攝像鏡頭1進行組合的傳感器(固體攝像元件) 的尼奎斯特頻率相對應的值，是根據該傳感器的像素間距算出的、分辨可能的空間頻率值。 具體是，可通過以下的數學式算出該傳感器的尼奎斯特頻率Nyq.(單位lp/mm)。Nyql. =1/ (傳感器像素間距)/2
測定圖5 圖20中的各種特性時，作為該傳感器，設想使用VGA級、尺寸為1/13型、像素尺寸(像素間距)為1. 75 μ m、D (對角)尺寸為1. 400mm、H (水平)尺寸為1. 120mm、V (垂直)尺寸為0. 840mm的傳感器。另外，為了獲得圖5 圖20所示的各種特性，設想物體距離為500mm，並且，作為模擬光源(未圖示)使用如下加權(構成白色光的各波長的混合比例如下)而成的白色光。404. 66nm=0. 13 435. 84nm=0. 49 486. 1327nm=l. 57 546. 07nm=3. 12 587. 5618nm=3. 18 656. 2725nm=l. 51
圖5中的曲線51表示相對於像高h0的-0. Imm 0. Imm焦點位移位置的MTF變化，像高h0與由攝像鏡頭100對物體3進行成像所形成的像的中心相對應。曲線51的MTF峰值與0. 025mm的焦點位移位置相對應，換言之，表示在該0. 025mm 的焦點位移位置上可獲得像高ho的最大解析度。該0. 025mm的焦點位移位置相當於圖1 所示的位置Μ。而實際上，攝像鏡頭100的像面S5 (參照圖1)相當於Omm的焦點位移位置。由此，可看出攝像鏡頭100的Pdis為0. 025mm (參照表5)。另外，攝像鏡頭100的焦距f為0. 853mm(參照表5)。因此，攝像鏡頭100的Pdis/ f為0. 029，是能夠滿足關係式(1)的值。圖6以及圖7表示了根據圖5的曲線圖而定的像面S5位置上的各種特性。如圖6所示，在大於701p/mm的高空間頻域中，攝像鏡頭100的像高hi. 0的弧矢像面MTF稍微有所降低，但是像高h0 hi. 0中的其他任何一個像高都具有較高的MTF特性。而且，就綜合解析度而言，與歷來的攝像鏡頭相比，從由攝像鏡頭100對物體3進行成像所獲得的像的中心至邊緣部分，均可獲得良好的解析度。如圖7所示，根據表示相當於「尼奎斯特頻率Λ」的空間頻率的弧矢像面的MTF的曲線74，攝像鏡頭100的MTF在像高h0. 8 (0. 56mm)以上時稍微有所降低。但是，根據表示相當於「尼奎斯特頻率/4」的空間頻率的子午像面的MTF的曲線71與表示相同空間頻率的弧矢像面的MTF的曲線72，以及表示相當於「尼奎斯特頻率/2」的空間頻率的子午像面的 MTF的曲線73，像高h0 hi. 0 (0.7mm)中的任何一個像高都具有較高的MTF。因此，就綜合解析度而言，與歷來的攝像鏡頭相比，從由攝像鏡頭100對物體3進行成像所獲得的像的中心至邊緣部分，均可獲得良好的解析度。
根據圖8的(a)以及(b)所示的各曲線，由於在子午像面(T)以及弧矢像面(S)上的殘存像差量均較小(相對於光軸La的法線方向的各像差的偏差較小)，因此，可看出攝像鏡頭100具有良好的光學特性。(攝像鏡頭200的MTF以及像差特性)
圖9是表示攝像鏡頭200的散焦MTF，即，圖中縱軸所示的MTF和圖中橫軸所示的焦點位移位置之間的關係的曲線圖，是表示與圖5相對應的攝像鏡頭200的各種特性的圖。圖10是表示攝像鏡頭200的縱軸所示MTF和橫軸所示空間頻率之間的關係的曲線圖，是表示與圖6相對應的攝像鏡頭200的各種特性的圖。圖11是表示是攝像鏡頭200的縱軸所示MTF和橫軸所示像高之間的關係的曲線圖，是表示與圖7相對應的攝像鏡頭200的各種特性的圖。圖12是表示是攝像鏡頭200的各種像差特性的曲線圖，(a)表示象散，(b)表示畸變，以上分別與圖8的(a)以及(b)相對應，是表示攝像鏡頭200的各種特性的圖。圖9中的曲線91表示相對於像高h0的-0. Imm 0. Imm焦點位移位置的MTF變化，像高h0與由攝像鏡頭200對物體3進行成像所形成的像的中心相對應。曲線91的MTF峰值與0. 025mm的焦點位移位置相對應，換言之，表示在該0. 025mm 的焦點位移位置上可獲得像高ho的最大解析度。該0. 025mm的焦點位移位置相當於圖2 所示的位置Μ。而實際上，攝像鏡頭200的像面S5 (參照圖2)相當於Omm的焦點位移位置。由此，可看出攝像鏡頭200的Pdis為0. 025mm (參照表5)。另外，攝像鏡頭200的焦距f為0. 853mm(參照表5)。因此，攝像鏡頭200的Pdis/ f為0. 029，是能夠滿足關係式(1)的值。圖10以及圖11表示根據圖9的曲線圖而定的像面S5位置上的各種特性。如圖10所示，在大於701p/mm的高空間頻域中，攝像鏡頭200的像高hi. 0的弧矢像面MTF稍微有所降低，但是像高h0 hi. 0中的其他任何一個像高都具有較高的MTF特性，就綜合解析度而言，與歷來的攝像鏡頭相比，從由攝像鏡頭200對物體3進行成像所獲得的像的中心至邊緣部分，均可獲得良好的解析度。如圖11所示，根據表示相當於「尼奎斯特頻率11」的空間頻率的弧矢像面MTF的曲線114，攝像鏡頭200的像高h0. 8 (0. 56mm)以上的MTF稍微有所降低。但是，根據表示相當於「尼奎斯特頻率/4」的空間頻率的子午像面MTF的曲線111與表示相同空間頻率的弧矢像面MTF的曲線112，以及表示相當於「尼奎斯特頻率Λ」的空間頻率的子午像面MTF 的曲線113，像高h0 hi. 0 (0.7mm)中的任何一個像高都具有較高的MTF。因此，就綜合解析度而言，與歷來的攝像鏡頭相比，從由攝像鏡頭200對物體3進行成像所獲得的像的中心至邊緣部分，均可獲得良好的解析度。根據圖12的(a)以及(b)所示的各曲線，由於子午像面(T)以及弧矢像面(S)的殘存像差量均較小(相對於光軸La的法線方向的各像差的偏差較小)，因此，可看出攝像鏡頭200具有良好的光學特性。(攝像鏡頭300的MTF以及像差特性)
圖13是表示攝像鏡頭300的散焦MTF，即，圖中縱軸所示的MTF和圖中橫軸所示焦點位移位置之間的關係的曲線圖，是表示與圖5相對應的攝像鏡頭300的各種特性的圖。
圖14是表示攝像鏡頭300的縱軸所示MTF和橫軸所示空間頻率之間的關係的曲線圖，是表示與圖6相對應的攝像鏡頭300的各種特性的圖。圖15是表示是攝像鏡頭300的縱軸所示MTF和橫軸所示像高之間的關係的曲線圖，是表示與圖7相對應的攝像鏡頭300的各種特性的圖。圖16是表示是攝像鏡頭300的各種像差的曲線圖，(a)表示象散，(b)表示畸變， 以上分別與圖8的(a)以及(b)相對應，是表示攝像鏡頭300的各種特性的圖。圖13的曲線131表示相對於像高h0的-0. Imm 0. Imm焦點位移位置的MTF變化，像高h0與由攝像鏡頭300對物體進行成像所形成的像的中心相對應。曲線131的MTF峰值與於0.024mm的焦點位移位置相對應。換言之，表示在該 0. 024mm的焦點位移位置上可獲得像高h0的最大解析度。該0. 024mm的焦點位移位置相當於圖3所示的位置Sa0而實際上，攝像鏡頭300的像面S5 (參照圖3)相當於Omm的焦點位移位置。由此，可看出攝像鏡頭300的Pdis為0. 024mm (參照表5)。另外，攝像鏡頭300的焦距f為0. 872mm(參照表5)。因此，攝像鏡頭300的Pdis/ f為0. 028，是能夠滿足關係式(1)的值。圖14以及圖15表示根據圖13的曲線圖而定的像面S5位置上的各種特性。如圖14所示，在大於85. 741p/mm的高空間頻域中，攝像鏡頭300的像高hi. 0的弧矢像面MTF稍微有所降低，但是像高h0 hi. 0中的其他任何一個像高都具有較高的MTF 特性，就綜合解析度而言，與歷來攝像鏡頭相比，從由攝像鏡頭300對物體3進行成像所獲得的像的中心至邊緣部分，均可獲得良好的解析度。如圖15所示，根據表示相當於「尼奎斯特頻率11」的空間頻率的弧矢像面的MTF 的曲線154，攝像鏡頭300的像高h0. 85 (0. 595mm)以上的MTF稍微有所降低。但是，根據表示相當於「尼奎斯特頻率/4」的空間頻率的子午像面的MTF的曲線151與表示相同空間頻率的弧矢像面的MTF的曲線152，以及表示相當於「尼奎斯特頻率Λ」的空間頻率的子午像面MTF的曲線153，像高h0 hi. 0(0. 7mm)中的任何一個像高都具有較高的MTF。因此， 就綜合解析度而言，與歷來的攝像鏡頭相比，從由攝像鏡頭300對物體3進行成像而獲得的像的中心至邊緣部分，均可獲得良好的解析度。根據圖16的(a)以及(b)所示的各曲線，由於在子午像面(T)以及弧矢像面(S) 上的殘存像差量均較小(相對於光軸La的法線方向的各像差的偏差較小)，因此，可看出攝像鏡頭300具有良好的光學特性。(攝像鏡頭400的MTF以及像差特性)
圖17是表示攝像鏡頭400的散焦MTF，即，縱軸所示的MTF和橫軸所示焦點位移位置之間的關係的曲線圖，是表示與圖5相對應的攝像鏡頭400的各種特性的圖。圖18是表示攝像鏡頭400的縱軸所示MTF和橫軸所示空間頻率之間的關係的曲線圖，是表示與圖6相對應的攝像鏡頭400的各種特性的圖。圖19是表示是攝像鏡頭400的縱軸所示MTF和橫軸所示像高之間的關係的曲線圖，是表示與圖7相對應的攝像鏡頭400的各種特性的圖。圖20是表示是攝像鏡頭400的各種像差的曲線圖，(a)表示象散，(b)表示畸變， 以上分別與圖8的(a)以及(b)相對應，是表示攝像鏡頭400的各種特性的圖。
圖17的曲線171表示相對於像高h0的-0. Imm 0. Imm焦點位移位置的MTF的變化，像高h0與由攝像鏡頭400對物體進行成像所形成的像的中心相對應。曲線171的MTF峰值與0.023mm的焦點位移位置相對應。換言之，表示在該 0. 023mm的焦點位移位置上可獲得像高h0的最大解析度。該0. 023mm的焦點位移位置相當於圖4所示的位置Sa0而實際上，攝像鏡頭400的像面S5 (參照圖4)相當於Omm的焦點位移位置。由此，可看出攝像鏡頭400的Pdis為0. 023mm (參照表5)。另外，攝像鏡頭400的焦距f為0. 891mm(參照表5)。因此，攝像鏡頭400的Pdis/ f為0. 026，是能夠滿足關係式(1)的值。圖18以及圖19表示根據圖17的曲線圖而定的像面S5位置上的各種特性。如圖18所示，在大於1001p/mm的高空間頻域中，攝像鏡頭400的像高hi. 0的弧矢像面MTF稍微有所降低，但是像高h0 hi. 0中的其他任何一個像高都具有較高的MTF 特性，就綜合解析度而言，與歷來的攝像鏡頭相比，在由攝像鏡頭400對物體3進行成像所獲得的像的中心至邊緣部分，均可獲得良好的解析度。如圖19所示，根據表示相當於「尼奎斯特頻率11」的空間頻率的弧矢像面MTF的曲線194，攝像鏡頭400的像高h0. 9 (0. 63mm)以上的MTF稍微有所降低。但是，根據表示相當於「尼奎斯特頻率/4」的空間頻率的子午像面MTF的曲線191與表示相同空間頻率的弧矢像面MTF的曲線192，以及表示相當於「尼奎斯特頻率Λ」的空間頻率的子午像面MTF 的曲線193，像高h0 hi. 0 (0.7mm)中的任何一個像高都具有較高的MTF。因此，就綜合解析度而言，與歷來的攝像鏡頭相比，從由攝像鏡頭400對物體3進行成像所獲得的像的中心至邊緣部分，均可獲得良好的解析度。根據圖20的(a)以及(b)所示的各曲線，由於在子午像面(T)以及弧矢像面(S) 上的殘存像差量均較小(相對於光軸La的法線方向的各像差的偏差較小)，因此，可看出攝像鏡頭400具有良好的光學特性。在此，從在攝像鏡頭1對物體3進行成像所獲得的像的邊緣部分也能夠獲得良好的解析度的這一點看，攝像鏡頭300優於攝像鏡頭100以及200，攝像鏡頭400優於攝像鏡頭 300。(攝像鏡頭1的各種特性數據)
(表1)是表示攝像鏡頭100的設計數據的表。(表2)是表示攝像鏡頭200的設計數據的表。(表3)是表示攝像鏡頭300的設計數據的表。(表4)是表示攝像鏡頭400的設計數據的表。(表5)是表示對於攝像鏡頭100、攝像鏡頭200、攝像鏡頭300以及攝像鏡頭400， 分別在像面S5配置傳感器(固體攝像元件)從而形成攝像模塊的一個規格例的表。(表1)
權利要求
1.一種攝像鏡頭，從其物體側至像面側，依次設置有孔徑光闌以及單透鏡，上述單透鏡是凹面朝向物體側的彎月形透鏡，該攝像鏡頭的特徵在於上述像面位於從對物體進行成像所形成的像的中心解析度為最大的位置起，沿著光軸方向移動了距離Pdis的位置上，其中0<Pdis，並滿足關係式 0. 014<Pdis/f<0. 035 以及 0. 18<d/d2<0. 30，其中，f為該攝像鏡頭的全焦距，d為上述單透鏡的中心厚度，d2為從上述單透鏡的朝向像面側的面的中心至像面的空氣換算長度，上述單透鏡的朝向物體側的面以及朝向像面側的面均為非球面。
2.根據權利要求1所述的攝像鏡頭，其特徵在於上述單透鏡滿足關係式0. 5<d7d<0. 9 (其中，d'為單透鏡的有效孔徑的端部厚度)。
3.根據權利要求1所述的攝像鏡頭，其特徵在於 上述單透鏡的有效孔徑的最薄部分的厚度大於150 μ m。
4.根據權利要求1所述的攝像鏡頭，其特徵在於 F值小於3。
5.根據權利要求1所述的攝像鏡頭，其特徵在於 上述單透鏡的折射率大於1.4，且阿貝數大於43。
6.根據權利要求1所述的攝像鏡頭，其特徵在於上述單透鏡由熱硬化性樹脂或者紫外線硬化性樹脂構成。
7.一種攝像模塊，其特徵在於 包括攝像鏡頭和固體攝像元件，在上述攝像鏡頭中，從其物體側至像面側，依次設置有孔徑光闌以及單透鏡，上述單透鏡是凹面朝向物體側的彎月形透鏡，上述像面位於從對物體進行成像所形成的像的中心解析度為最大的位置起，沿著光軸方向移動了距離Pdis的位置上，其中0<Pdis，並滿足關係式0. 014<Pdis/f<0. 035以及0. 18<d/d2<0. 30，其中，f為上述攝像鏡頭的全焦距，d為上述單透鏡的中心厚度，d2為從上述單透鏡的朝向像面側的面的中心至像面的空氣換算長度，上述單透鏡的朝向物體側的面以及朝向像面側的面均為非球面，上述固體攝像元件將上述攝像鏡頭對物體進行成像所形成的像作為光進行受光。
8.根據權利要求7所述的攝像模塊，其特徵在於 上述固體攝像元件是VGA級的攝像元件。
9.根據權利要求7所述的攝像模塊，其特徵在於 上述固體攝像元件的像素尺寸為2. 5 μ m以下。
10.根據權利要求7所述的攝像模塊，其特徵在於 不具備用於調整上述攝像鏡頭的焦點位置的結構。
11.根據權利要求7所述的攝像模塊，其特徵在於通過以下方法進行製造製備在同一面上具有多個上述單透鏡的透鏡陣列和在同一面上具有多個上述固體攝像元件的傳感器陣列，以使各單透鏡和各固體攝像元件一一相對配置的方式，在上述透鏡陣列上搭載上述傳感器陣列，然後，以相對配置的上述單透鏡和固體攝像元件為一組進行分割。
全文摘要
本發明提供可在對物體進行成像所形成的像的邊緣部分獲得良好的解析度的攝像鏡頭以及攝像模塊。該攝像鏡頭，其像面位於從對物體進行成像所形成的像的中心解析度為最大的位置起沿著光軸方向移動了距離Pdis(其中，0<Pdis)的位置上，並滿足關係式0.014<Pdis/f<0.035(其中，f為攝像鏡頭的全焦距)以及0.18<d/d2<0.30(其中，d為單透鏡的中心厚度，d2為從單透鏡的朝向像面側的面的中心至像面的空氣換算長度)，單透鏡的朝向物體側的面以及朝向像面側的面均為非球面。
文檔編號G02B13/00GK102162903SQ201110042429
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月22日 優先權日2010年2月23日
發明者花戶宏之, 重光學道 申請人:夏普株式會社