专利名称：光学元件、摄影光学系统及摄像机模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透镜或滤光片等的光学元件、在一部分使用该光学元件的摄影光
学系统、及一体组合将该摄影光学系统组装在透镜镜筒的透镜组件和保持固体摄像元件的 摄像组件的摄像机模块。
背景技术：
数码摄像机具备CCD型或CMOS型的摄像元件和在该摄像元件的摄像面上成像被
摄体的光学图像的摄影光学系统。通常摄像元件作为与其驱动用或者摄像信号处理用的IC
芯片等一同安装在电路板的摄像组件而构成，而且，一般把摄影光学系统作为将摄影透镜
组装在镜筒的透镜组件而构成，在一般的数码摄像机中，摄像组件和透镜组件分别安装在
摄像机框体。另外，数码摄像机也广泛地内置在手机或PDA等的便携设备上，对于这种内置
型数码摄像机要求紧凑化。并且，在这种内置型数码摄像机中，透镜组件和摄像组件相互连
接而模块化，且将该摄像机模块组装在便携设备的本体外壳的所要部分。 最近，对上述的摄像机模块型的数码摄像机要求进一步的紧凑化、高图像质量化。
为了高图像质量化，并非仅单纯地增加摄像元件的像素数，还应该根据该高图像质量化要
求将摄影光学系统的光学性能提高，同时也必须防止由闪光或重影等造成的图像质量的降
低。在专利文献1、专利文献2公知有如下方法为了减少闪光或重影，按照在有害光入射
到构成摄影光学系统的一部分的透镜的有效直径外或者透镜的外周面时对在此的内部反
射进行抑制而达不到摄像元件的有效画面区域的方式，一般在称为端断面(- "面)的透
镜的外周面进行涂黑而抑制内面反射，此外还在所要部分形成粗面或凹凸，而且设置遮光板等。 专利文献1 :日本专利公开2008-175992号公报 专利文献2 :日本专利公开2005-309289号公报 但是，有害光从内面侧入射到构成摄影光学系统的透镜的有效直径外或者端断面 时，既使对该入射面涂黑或者粗面化处理，有害光的入射角小且具有充分的强度时，也难以 使该正反射光衰减到在实用上没有问题的程度，仍然存在在保持某种程度的强度的状态进 行反射而返回到摄影光学系统内的现象。 图8是表示其一例，用虚线表示的有害光W以大于对摄影有效的摄影光G的入射 角而通过孔径光阑2入射到第1透镜3。以大的入射角入射到第1透镜3的有害光W，朝向 第2透镜4的周边且由尤其在该部分将凸面朝向物侧的第2透镜4的像面侧的面进行内面 全反射而在强度几乎不衰减的状态下朝向第2透镜4的外周面4a。另外，由于摄影光G对 第1透镜3的入射角设定得比有害光W小，因此如图示，即使从第1透镜3的周边部分入射 也没问题而入射到摄像元件8。 如上述朝向外周面4a的有害光W以小的角度入射到外周面4a，因此，即使外周面 4a通过粗面化处理或涂黑处理而使其反射率被抑制得非常低，接近正反射的角度范围的有 害光也以某种程度的强度再次返回第2透镜4进行内面反射。而且，在第2透镜4使用塑料制的成型透镜或使用将加热的玻璃制的预成型体冲压成型的成型透镜时，为了低成本化 省略对外周面4a的粗面化处理或涂黑处理的现象也不少。在这种情况，入射到外周面4a 的有害光的大部分虽然透射而在透镜镜筒被吸收，但是在外周面4a进行正反射而朝向第2 透镜4的内部的有害光仍具有充分的强度。在这种有害光W入射到第2透镜4的物侧的面 且该面尤其是将凹面朝向物侧之际，如图示朝向像面侧进行全反射并以小的角度入射到第 3透镜5。并且，以这种状态通过第4透镜6、红外光截止用的滤光片7而朝向摄像元件8， 由此成为产生重影或闪光的原因。
发明内容本发明是考虑如以上的不利之处而提出的，其目的在于，尤其提供一种即使在入 射到透镜的外周面时的有害光的强度大，以接近该正反射的角度反射的有害光未充分衰减 而再次入射到摄影光学系统内的情况，这种有害光也不会与有效光束一同达到摄像元件的 光学元件、摄影光学系统及摄像机模块。 本发明为了达成上述目的，在摄影光学系统中所使用的透镜或滤光片等的光学元 件中，将上述外周面的厚度方向的至少一部分、或周方向的至少一部分形成为相对于摄影 光轴倾斜的非平行面，使得从物侧的面入射、由像面侧的面的上述有效直径区域反射而朝 向外周面、且由该外周面反射的有害光不会入射到像面。 上述非平行面也可以在上述外周面的厚度方向的整个区域形成，但如果考虑对透
镜镜筒的组装，则优选以厚度方向的2/3以下的宽度形成，剩余的部分设为以摄影光轴为
中心的圆柱面。而且，关于周方向，也可以在太阳光或照明光等的有害光容易入射的部分选
择性地形成，但也可以在光学元件的整周上设置非平行面。非平行面不仅是相对摄影光轴
以一定的角度倾斜的倾斜面，还可以是由相对包含摄影光轴的纵断面而倾斜度连续变化的
曲线所表示的曲面形状。而且，例如由塑料的2色成型品或多色成型品构成光学元件时，通
过成型为异色成型的边界面收入有效直径外区域，可以将该边界面作为相对于摄影光轴倾
斜的非平行面使用，关于外周面也可以设为以摄影光轴为中心的圆柱面。 本发明的光学元件对于从物侧以大的角度入射而来的有害光有效，从而，作为接
近物侧的第2片或第3片的透镜加以利用会比在成像面附近使用更有利。而且，本发明可
更加有效地使用于具有在像面侧的面的有效直径区域内的至少一部分持有朝向物侧为凸
面的形状的透镜面的光学元件。另外，作为内置在如手机的便携设备的摄像机模块，为了其
紧凑化或薄型化难以使透镜片数过多，所以，优选作为包含滤光片等光学元件的整体的透
镜片数最多也抑制在6 7片左右。 本发明还可作为包含上述光学元件的摄影光学系统适用，在包括从物侧依次配置 的光阑、第1透镜、第2透镜、第3透镜的摄影光学系统中，作为第2透镜或第3透镜可以适 用上述光学元件。而且，在组装有该摄影光学系统的透镜镜筒的后端，即使将保持固体摄像 元件的摄像组件一体化的摄像机模块的形态，也可适用在本发明。 通过本发明的适用，在以比有助于摄影的光线大的角度入射而来的有害光入射到 外周面而在此处内面反射时，所反射的有害光的反射方向被非平行面改变，因此，朝向摄像 元件的反射消失。其结果，例如即使在外周面不施行如粗面化处理或涂黑处理的低反射处 理时，也可将由外周面进行内面反射的有害光产生的重影或闪光减少至实际上没问题的程度。
图1是表示本发明的一实施方式的主要部分的剖面图。 图2是使用本发明的透镜的局部剖切立体图。 图3是表示本发明的其他实施方式的正面图及剖面图。 图4是表示本发明的另外的实施方式的主要部分剖面图。 图5是表示本发明的其他实施方式的主要部分剖面图。 图6是表示在第3透镜使用本发明时的第1实施方式的主要部分剖面图。 图7是表示在第3透镜使用本发明时的其他实施方式的主要部分剖面图。 图8是过去的摄像机模块的主要部分剖面图。 图中8-摄像元件，10-摄像机模块，12-透镜组件，14-摄像组件，15-支架，16-电路板，18-透镜镜筒，21-第2透镜，23-第3透镜，24-孔径光阑，30-外周面，30a_圆柱面，30b-非平行面，P-摄影光轴。
具体实施方式如图1所示，使用本发明的手机用的摄像机模块10通过组合透镜组件12和摄像组件14而构成，两者在精密的定位以后使用光硬化性粘接剂等被一体连接。摄像组件14通过在支架15组装滤光片7及安装有摄像元件8的电路板16而构成，在滤光片7使用截止紫外线或红外线的波长选择性滤光片或光学低通滤光片等。也可以在电路板16安装摄像元件8的驱动用IC或图像信号处理用的IC等，电路板16还通过连接器或挠性布线板等连接在适当的处理电路。 透镜组件12从物侧依次将第1透镜20、第2透镜21、第3透镜22、第4透镜23组装在透镜镜筒18，并且在第1透镜20的前面侧设置了孔径光阑24，所以，该孔径光阑24通过安装在透镜镜筒18的驱动器25的工作而使其孔径直径改变。驱动器25按照从摄像元件8得到的摄像信号的亮度级别进行反馈控制，由此可进行AE控制。另外，将孔径光阑24设为固定光阑，按照该亮度级别对摄像信号进行增益调节，或者也可以用控制摄像元件8的电荷蓄积时间的方式进行AE控制。 而且，在图示的例中，为了透镜组件12的小型化及低成本化，第1 第4透镜20 23全部固定在透镜镜筒18，构成全聚集(panfocus)型摄影光学系统。这些透镜从第1透镜20依次从透镜镜筒18的后端侧组装，最后镶嵌压环27，从而将这些透镜固定在透镜镜筒18。另外，通过监视按每个像素从摄像信号获得的对比度信息的同时由音圈(voice coil)电机等使一部分的透镜移动，也可具有内对焦方式或后对焦方式的自动对焦功能。[0027] 第2透镜21由使用透明的塑料材料一体成型的成型透镜构成，如图2所示，在物侧的面具有将凹面朝向物侧的有效直径(有効，圣)区域21a、和围绕该周围的有效直径外区域21b，同样地在像面侧的面形成有由非球面形成的有效直径区域21c、和围绕该周围的有效直径外区域21d。有效直径区域21a、21c分别使有助于摄影的有效光束通过。而且，有效直径外区域21b、21d的表面通过铸模的转印面成型为与摄影光轴P垂直的镜面，但有助于摄影的有效光束不通过。[0028] 第2透镜21的外周面30由以摄影光轴P为中心的圆柱面30a和非平行面30b构成，该非平行面30b按照在像面侧外径变大的方式倾斜且相对于摄影光轴P具有倾斜度(傾^ )，有关第2透镜21的厚度方向而言圆柱面30a形成在物侧而非平行面30b形成在像面侧。由这些圆柱面30a和非平行面30b构成的外周面30也是通过铸模的转印而形成的面，为了抑制制造成本省略对该外周面30的粗面化处理或涂黑处理(墨处理)。在该实施方式中，相对于外周面30的摄影光轴P方向(厚度方向)的宽度D，非平行面30b的宽度t设为大致1/2。由此，宽度D的1/2成为与摄影光轴P平行的圆柱面30a，所以如图1所示，在透镜镜筒18的内壁不设置对应于非平行面30b的倾斜面而可以在通常的圆筒形的内壁滑接圆柱面30a的同时，进行第2透镜21的组装及对芯(芯出L )。[0029] 而且，为了这种组装，如果圆柱面30a的宽度为1/3以上则没有问题，所以优选非平行面30b的宽度t设为(2/3)D以下。当然，若在透镜镜筒18的内壁高精度地形成倾斜面，则也可以将宽度D整体设为非平行面。而且，优选相对于摄影光轴P的非平行面30b的倾斜角9为5° 40°左右，更优选为5。 20°左右。若倾斜角9未满5° ，则内面反射的有害光的方向的变更容易变得不充分，若倾斜角9超过40° ，则将非平行面30b的宽度t要确保D/3 D/2左右时，存在像面侧的非有效直径区域21d变宽而第2透镜21的整体的外径变大的难点。并且，将非平行面30b的宽度t设定为实用上优选的D/2左右，同时为了不过于扩大像面侧的非有效直径区域21d，优选将倾斜角e抑制在20°以下。[0030] 在第2透镜21的像面侧的有效直径区域21c，尤其在该周边部成为将凸状曲面S朝向物侧的非球面。在光学设计上，该非球面在中央部设为将凹面朝向物侧的形状，但只要是以大的角度入射到第2透镜21而在周边部进行内面全反射的光线朝向外周面30侧的形状，即使在整体上为将凸面朝向物侧的形状，也可适用本实施方式。另外，对于第1透镜20 第4透镜23的各物侧、像面侧的成像性能上或者像差校正上的面形状，通过光学设计适当决定即可。 对于根据上述构成的作用进行说明。光线从物侧以各种角度入射到第1透镜20，但如图1所示，成为重影或闪光的原因的有害光W的大部分以比有助于摄影的光线大的角度入射到第1透镜20。这种有害光W经过第1透镜20朝向第2透镜21的有效直径区域内的周边部，以大的角度入射到在此形成的凸状曲面S。因此，有害光W在该凸状曲面S进行内面全反射而入射到形成于外周面30的非平行面30b。 非平行面30b沿朝向物侧且外径变小的方向倾斜，因此，在凸状曲面S反射的有害光S以相对小的入射角入射到非平行面30b。有害光W的大部分透过非平行面30b而到达透镜镜筒18的内壁，在反射率抑制得低的透镜镜筒18的内壁大部分被吸收。[0033] 而且，入射到非平行面30b的有害光W的一部分大致以接近正反射的角度进行内面反射，但由于非平行面30b沿在像面侧从摄影光轴P远离的方向施加倾斜，所以，相对于非平行面30b的入射角相对变小，并且有害光W朝向第2透镜21的相反侧的外周面30而不会入射到像面(等效于摄像元件8的光电面)。而且，即使在此处进行内面反射的有害光入射到第2透镜21的物侧或像面侧的有效直径区域，因该入射角大，所以进行内面全反射而仍然朝向第2透镜21的相反侧的外周面30，不会入射到摄像元件8。这样在2次入射到外周面30的时刻，有害光的强度衰减至没有问题的程度，即使在外周面30不施行粗面化处理或涂黑处理也可以大宽度地减少重影或闪光。[0034] 此外，以与图示的有害光W稍微不同的角度入射的有害光若在凸状曲面S进行内 面全反射，则以小的角度入射到非平行面30b的现象没有变化，因此，从非平行面30b以接 近正反射的角度反射的有害光朝向第2透镜21的相反侧的外周面30而不会入射到像面。 从而，即使有害光入射到物侧或像面侧的有效直径区域或有效直径外区域的任一个，由于 该入射角也变大，所以在此处进行内面全反射而朝向相反侧的外周面而不会朝向像面。 在图l所示的实施方式中，在第2透镜21的整周上设置非平行面30b，但尤其有强 度的有害光大多是太阳光或照明光，这些光源大部分对摄影光学系统从上方入射。从而，如 图3所示，也可以在第2透镜21的下方的一部分形成非平行面33。该非平行面33对于作 为以摄影光轴P为中心的圆柱面而制作的外周面34，成为仅将该下侧部分地倾斜切除的形 状，但这个当然也可以仅以塑料成型第2透镜21时所使用的铸模的形状来对应。 在之前的实施方式中，从第2透镜21的像面侧的面朝向物侧的面以厚度方向的 1/2的宽度形成非平行面30b，但在图4所示的实施方式中，从第2透镜21的物侧的面朝向 像面侧的面以厚度的2/3左右的宽度形成。另外，对于摄像元件8附上X符号仅表示成像 面。该实施方式与之前的实施方式相比，有害光W的入射角小，且在第2透镜21的像面侧 的面进行内面全反射的有害光W在靠近第2透镜21的物侧的面的位置到达外周面时有效。 在该实施方式中，通过在外周面保留圆柱面30a，也与之前的实施方式同样地，即使在透镜 镜筒的内壁不设置倾斜面，也可以如过去利用圆柱面30a进行第2透镜21的对芯。 图5是表示在由塑料2色成型品或者嵌件成型品制造第2透镜21时有效的实施 方式。第2透镜21由包含有效直径区域和围绕其外周的有效直径外区域的一部分的主透 镜部21a、和环绕该主透镜部21a的外周的圆环部21b构成，例如圆环部21b是由与主透镜 部21a不同的塑料材料成型。如图所示，主透镜部21a和圆环部21b的边界面K相对于摄 影光轴P倾斜，该边界面K作为在上述的实施方式中所称的非平行面30b起作用。圆环部 21b的外周面(圆柱面)按原样成为第2透镜21的外周面，所以在透镜镜筒18的组装与上 述同样地可以简便进行。该实施方式根据需要在以2色以上的多色成型制作第2透镜21 时可以同样适用。 在图6及图7所示的实施方式中，在第3透镜22的外周面设置有非平行面30b。 在第3透镜22的像面侧的面的有效区域的外周部仍设置有将凸面朝向物侧的曲面S。从 而，即使在任意的实施方式，以大的角度入射而来的有害光W就容易以大的角度入射到曲 面S而朝向第3透镜22的外周面易于进行内面全反射。因此，如图6所示，将第3透镜22 的外周面整体设为相对于摄影光轴P倾斜的非平行面30b即可。而且，非平行面30b关于 与光轴平行的断面未必成为直线，如图7所示也可设为曲面。该非平行面30b可以取为相 对包含摄影光轴P的纵断面而倾斜度连续变化的曲线表示的面，作为该曲面的方向，若考 虑使有害光扩散的情况，则优选为将凹面朝向摄影光轴P的形状。图6或图7所示的非平 行面30b在第3透镜23的周方向整体形成，但如图3所示，对于周方向而言当然也可以部 分地形成。 以上，对图示的实施方式进行了说明，但本发明不依赖于摄影光学系统的光学设 计上的透镜构成或各种因素也可以实施。根据上述的实施方式可知，以大的角度入射到第1 透镜的有害光，在接近物侧的第2透镜或第3透镜的像面侧尤其在该有效直径区域的周边 部分具有凸面朝向物侧的曲面S时，大多入射到该曲面S。曲面S将凸面朝向物侧，所以入射到该部分的有害光的大部分进行内面全反射而朝向该透镜的外周面，该大部分虽然透射而在透镜镜筒的内壁被吸收，但一部分在外周面进行内面反射。 在外周面施行粗面化处理或涂黑处理时，可以使入射到外周面的有害光大大的衰
减，但在使用铸模制造的成型透镜中，为了粗面化处理不可避免伴随成型铸模的成本上升，
并且为了涂黑处理不可避免伴随后加工的成本上升。这一点，在本发明中在外周面设置相
对于摄影光轴倾斜的非平行面，以使在该非平行面朝向有害光不入射到像面的方向进行反
射，所以，不招来用于成型铸模或后加工的成本上升，而可以使重影或闪光大宽度地减少。
另外，即使在外周面施行粗面化处理或涂黑处理时，也难说在外周面接近正反射的角度范
围进行内面反射的有害光的强度充分衰减，所以，如果还并用本发明，则可以更加减少重影
或闪光。而且，本发明不仅适用于透镜，也可适用于滤光片等一般的光学元件。 另外，在摄影光学系统的内部设置孔径光阑时，该孔径光阑具有遮挡有害光的作
用，所以，未必一定设置本发明的非平行面也可以的情况较多，但如上述的实施方式，仅在
第l透镜的前面设置孔径光阑的摄影光学系统中可更加有效地使用本发明。而且，即使设
为可适用本发明的透镜，也可以是玻璃制、塑料制的任意一种，非平行面不仅可以成型，也
可以用切削等方法形成。
权利要求一种光学元件，组装在摄影光学系统中，该光学元件具备以摄影光轴为中心且使有助于摄影的有效光束通过的有效直径区域、围绕该有效直径区域的有效直径外区域、和围绕该有效直径外区域的外周面，其特征在于，将上述外周面的厚度方向的至少一部分或周方向的至少一部分设为相对于摄影光轴具有倾斜度的非平行面，使得从物侧的面入射、由像面侧的面反射而入射到上述外周面且由该外周面反射的光线不入射到像面。
2. 如权利要求l所述的光学元件，其特征在于，上述非平行面按外周面的厚度方向的2/3以下的宽度形成，剩余的外周面的全部或一 部分具有以摄影光轴为中心的圆柱状的形状。
3. 如权利要求l所述的光学元件，其特征在于，上述非平行面是由相对包含摄影光轴的纵断面而倾斜度连续变化的曲线所表示的曲面。
4. 如权利要求1至3中的任一项所述的光学元件，其特征在于，该光学元件是将上述有效直径区域和包含上述外周面的有效直径外区域一体成型的 成型品。
5. —种光学元件，组装在摄影光学系统中，该光学元件具备以摄影光轴为中心且使 有助于摄影的有效光束通过的有效直径区域、围绕该有效直径区域的有效直径外区域、和 围绕该有效直径外区域的外周面，其特征在于，上述光学元件由在上述有效直径外区域具有圆环状的边界面的多色成型品构成，将上 述边界面的厚度方向的至少一部分且周方向的至少一部分设为相对于摄影光轴具有倾斜 度的非平行面，并且将上述外周面的至少一部分设为以摄影光轴为中心的圆柱面，使得从 物侧的面的上述有效直径区域入射、在像面侧的面的上述有效直径区域进行内面反射而朝 向上述边界面、在该边界面进行内面正反射的有害光成为在上述物侧或像面侧的面进行内 面全反射的入射角。
6. 如权利要求1或5中的任一项所述的光学元件，其特征在于，上述光学元件在由至少2片透镜构成的摄影光学系统中，是在从物侧起第2片以后所 使用的透镜，在物侧的上述有效直径区域内包含凹面的形状。
7. 如权利要求6所述的光学元件，其特征在于，在像面侧的面包含在上述有效直径区域内朝向像面侧为凹面的形状。
8. 如权利要求6所述的光学元件，其特征在于，配置得比光阑更靠像面侧，且像面侧的有效区域比物侧的有效直径区域宽。
9. 一种摄影光学系统，其特征在于，包括从物侧依次配置的光阑、第1透镜、第2透镜、第3透镜，上述第2透镜或第3透 镜的任一个为权利要求6所述的光学元件。
10. —种摄像机模块，其特征在于，包括将权利要求9所述的摄影光学系统组装在透镜 镜筒的透镜组件；和固定在上述透镜镜筒的后端且按摄像面与上述像面一致的方式保持固 体摄像元件的摄像组件。
专利摘要本发明提供一种光学元件，其中第2透镜(21)的外周面(30)由以摄影光轴(P)为中心的圆柱面(30a)和相对于摄影光轴(P)倾斜的非平行面(30b)构成。在第2透镜(21)的像面侧的面的有效直径区域内的外周部具有朝向物体为凸的曲面(S)时，由该曲面(S)内面反射后的有害光(W)入射到非平行面(30b)。非平行面(30b)按照入射的有害光(W)以小的角度入射的方式倾斜。在非平行面(30b)以接近正反射的角度进行内面反射的有害光(W)在第2透镜(21)的有效直径区域的曲面进行内面全反射而不朝向摄像元件(8)，从而可以抑制重影或闪光的发生。由此，即使入射了以大的角度入射而不能用于摄影的有害光，也不会产生重影或闪光。
文档编号G02B3/00GK201436595SQ200920008800
公开日2010年4月7日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年1月15日
发明者奥村哲也, 富冈领子, 野田隆行 申请人:富士能株式会社