专利名称：光学单元和摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种适用于摄像设备的光学単元和摄像装置。
背景技术：
近年来，关于安装于便携电话、个人计算机(PC)等上的摄像设备，对高分辨率、低成本、小型化有着强烈需求。 诸如CXD (电荷耦合器件)图像传感器和CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器等摄像器件的単元间距要求非常小，并且在光学系统中，要求比通常的光学系统具有更小的光学像差、特别是轴向色差的高摄像性能。而且，针对成本方面的需求，已知ー种通过以晶片状形成透镜而降低成本的技木。作为以上情况的代表例，已知ー种如专利文件I中公开的技术。专利文件I中公开的技术称作混合(hybrid)系统。在混合系统中，在晶片状玻璃基板上形成大量透镜，并且将摄像器件晶片和该透镜元件以晶片的形式贴合，随后进行单片化，以同时制造大量的相机模块。而且，例如，作为用于安装在便携电话、PC等上的摄像设备的一般的摄像透镜，已知一种如专利文件2中公开的技术。专利文件I :US专利申请2006/0044450A1号专利文件2 :日本专利申请特开2005-352317号公报
发明内容
本发明有待解决的问题上述混合系统的优点在于，可在玻璃晶片上形成红外截止滤光器和光阑，不同于过去的情況，这些单独的部件不是必需的，并且由于同时获得大量的成品，故每片的エ时数小，并可削減成本。在CIF、VGA等中，摄像区域小。为此，以晶片状形成的大量透镜元件的焦点位置的偏差不会成为严重的问题，这一点是有利的。然而，上述混合系统的缺点在于，在3M像素以上的高像素数的情况下，摄像区域变大。为此，上述透镜元件的焦点位置的偏差増大。结果，在摄像器件和透镜元件以晶片状彼此贴合的情况下，频繁发生散焦缺陷，且不能实现以低成本制造的最初目的。专利文件2中公开的透镜的优点在于，在3层构造中使用了很多非球面以获得较高的成像性能，并且透镜投影形状为圆形，因此，当将透镜置于螺纹透镜镜筒等中时，易于对该透镜进行调焦。然而，该透镜需要作为单独部件的红外截止滤光器。而且，光阑等也为单独的部件。因此，部件的数量大，这一点是不利的。红外截止滤光器需要介于透镜和摄像器件之间，因此，需要长的后焦点，这成为透镜设计上的制約。
本发明提供了ー种光学単元和摄像装置，所述光学単元和摄像装置在抑制部件数量増加的同时，即使在高像素数的情况下仍能抑制焦点位置的偏差，并实现了紧凑、廉价且具备高分辨率和高耐热性的摄像光学系统。问题的解决方法根据本发明的第一方面，提供了ー种光学単元，该光学単元包括下列部件中的至少ー组混合式透镜，其包括形成于板状基板上的多个树脂透镜；和称作铸件、塑模等的透镜，其中使树脂一体成型。优选地，所述光学単元包括第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组从物体侧至像面侧依次布置，所述第一透镜组包括第一透镜元件、透明体以及第二透镜元 件，第一透镜元件、透明体以及第二透镜元件从物体侧至像面侧依次布置，所述第二透镜组仅包括第三透镜元件。根据本发明的第二方面，提供了ー种光学単元，该光学単元包括第一透镜组和第ニ透镜组，第一透镜组和第二透镜组从物体侧至像面侧依次布置，所述第一透镜组包括第一透镜元件、第二透镜元件、透明体以及第三透镜元件，第一透镜元件、第二透镜元件、透明体以及第三透镜元件从物体侧至像面侧依次布置，第一透镜元件和第二透镜元件形成双合透镜，所述第二透镜组仅包括第四透镜元件。根据本发明的第三方面，提供了一种摄像装置，该摄像装置包括摄像器件；和光学単元，其使物像在摄像器件上成像，所述光学単元包括第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组从物体侧至像面侧依次布置，所述第一透镜组包括第一透镜元件、透明体以及第ニ透镜元件，第一透镜元件、透明体以及第二透镜元件从物体侧至像面侧依次布置，所述第二透镜组仅包括第三透镜元件。根据本发明的第四方面，提供了一种摄像装置，该摄像装置包括摄像器件；和光学単元，其使物像在摄像器件上成像，所述光学単元包括第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组从物体侧至像面侧依次布置，所述第一透镜组包括第一透镜元件、第二透镜元件、透明体以及第三透镜元件，第一透镜元件、第二透镜元件、透明体以及第三透镜元件从物体侧至像面侧依次布置，第一透镜元件和第二透镜元件形成双合透镜，所述第二透镜组仅包括第四透镜元件。发明效果根据本发明，在抑制部件数増加的同时，即使在高像素数的情况下仍可抑制焦点位置的偏差，并实现了紧凑、廉价且具备高分辨率和高耐热性的摄像光学系统。
图I表示本发明的第一实施方式的摄像透镜的构造例的图。图2表示构成本实施方式的摄像透镜的各透镜组的各透镜和基板以及分配给构成摄像部的盖玻璃的表面编号的图。图3分别表示实施例I中的球面像差、像散和失真的像差图。图4表示本发明的第二实施方式的摄像透镜的构造例的图。图5分别表示实施例2中的球面像差、像散和失真的像差图。图6表示本发明的第三实施方式的摄像透镜的构造例的图。
图7分别表示实施例3中的球面像差、像散和失真的像差图。图8表示本发明的第四实施方式的摄像透镜的构造例的图。图9表示构成本实施方式的摄像透镜的各透镜组的各透镜和基板以及分配给构成摄像部的盖玻璃的表面编号的图。图10分别表示实施例4中的球面像差、像散和失真的像差图。图11示意性地表示本发明的第五实施方式的晶片级镜片的图。图12示意性地表示本发明的第六实施方式的摄像透镜的图。图13表示采用本实施方式的摄像透镜的摄像装置的构造例的框图。
具体实施例方式下面，參照附图以说明本发明的实施方式。应当注意，以下列顺序进行说明I.第一实施方式(采用光学单元的摄像透镜的第一构造例)2.第二实施方式(采用光学单元的摄像透镜的第二构造例)3.第三实施方式(采用光学単元的摄像透镜的第三构造例)4.第四实施方式(采用光学单元的摄像透镜的第四构造例)5.第五实施方式(晶片镜片的一般概念)6.第六实施方式(摄像透镜的第五构造例)7.第七实施方式(摄像装置的构造例)〈I.第一实施方式>图I为表示本发明的第一实施方式的采用光学单元的摄像透镜的构造例的图。如图I所示，第一实施方式的摄像透镜100包括从物体侧OBJS至像面侧依次布置的第一透镜组110、第二透镜组120以及像面130。摄像透镜100形成为单焦点透镜。而且，第一透镜组110和第二透镜组120形成光学单兀。第一透镜组110由包含夹有透明体的多个透镜元件的接合体构成。第二透镜组120仅由ー个透镜元件构成。具体来说，第一透镜组110由形成于玻璃基板的顶部和底部的仿形透镜构成。第一透镜组110由接合体构成，该接合体包括从物体侧OBJS至像面130侧依次布置的第一透镜元件111、透明体112以及第二透镜元件113。这里，第一透镜元件111为平凸状，且Abbe数大。为了以低成本制造，透明体(玻璃基板)112使用的是对应于肖特玻璃科技公司(Schott Glass Technologies, Inc.)的BK7的玻璃板。第二透镜元件113由平凹透镜形成。而且，通过在玻璃基板的物体侧预先贴合诸如铬膜等基本不能透射的材料，以便实现光阑。第二透镜组120仅由通过在透镜上形成单ー玻璃材料而获得的第三透镜元件121构成。如上所述，第一透镜组110由包括透镜元件和透明体的接合体形成，并且第二透镜组120仅由透镜元件形成。因此，摄像透镜100的透镜面整体上包括第一表面SF1、第二表面SF2、第三表面SF3以及第四表面SF4。第一表面SFl由第一透镜元件111的物体侧表面形成，并且第二表面SF2由第二透镜元件113的像面侧表面形成。第三表面SF3由第三透镜元件121的物体侧表面形成，并且第四表面SF4由第三透镜元件121的像面侧表面形成。这里，第一透镜组110的构造具有强合成焦距的正焦强以及大的入射面Abbe数，并且第二透镜组120的构造具有负焦强以及小Abbe数，第一透镜组110和第二透镜组120形成了光路长度短且有利地校正了色差的透镜单元。而且，第一透镜组110的第二透镜元件113的像侧表面(第二表面)和第二透镜组120的第三透镜元件121的物体侧表面(第三表面)隔着空气而彼此面对。 而且，第二表面和第三表面皆为凹状，由于离轴光束中的穿过空气的上光线和下光线之间的长度差大，故有利地校正了彗形像差和像散。这里，假设以晶片状同时大量地制造上述构造。在玻璃基板的顶部和底部形成大量的仿形透镜，将每个所述仿形透镜设定为第一透镜组110。接下来，以晶片状形成大量的単一玻璃材料，且将每个设定为第二透镜组120。将这两个晶片状透镜组彼此贴合，且同时制造大量的透镜。这里，为便于贴合，可夹着隔离件，或者可在顶部或底部贴合保护件或隔离件。在很多情况下，为第一透镜组110的玻璃基板预先添加红外截止滤光器的功能。这样，不必另外的红外截止滤光器，于是实现了小型化和低成本。因此，通过本发明的称作混合体的透镜与称作铸件(casting)的透镜之间的组合，可实现特性优良的廉价光学单兀，其中，在所述混合体中仿形透镜形成于玻璃基板上，在所述铸件中将同一玻璃材料加工为透镜状。于是，本实施方式的摄像透镜100基本上形成为使得第一透镜组110和第二透镜组120中的ー个具有正焦强，而另ー个具有负焦強。在作为单焦点透镜的摄像透镜100中，假设在像面130上设有诸如CXD传感器和CMOS传感器的固体摄像器件的摄像面(像接收面)。在第四表面SF4和像面130之间可夹着盖玻璃(未图示)。在第四表面SF4和像面130之间不仅可设有盖玻璃，还可设有由树脂或玻璃制成的红外截止滤光器、低通滤光器等以及光学部件。应当注意，在本实施方式的图I中，左手侧为物体侧(前面)，而右手侧为像面侧(后面)。此外，从物体侧入射的光束在像面130上成像。以下，说明本实施方式的摄像透镜的构造及其作用。摄像透镜100为2组4层构造。在第一透镜组110中，第一透镜元件111为在物体侧呈凸状且在像面侧呈平坦状的平凸透镜。而且，第二透镜元件113为在物体侧呈平坦状且在像面侧呈凹状的平凹透镜。在第二透镜组120中，第三透镜元件121为在物体侧呈凹状且在像面侧呈凸状的平凸透镜。
例如，第三透镜元件121为在像面侧呈凸凹状的平凸凹透镜。具体来说，在第一透镜组110中，第一透镜元件111由非球面透镜形成，该非球面透镜的形成第一表面S Fl的物体侧的表面呈凸状且Abbe数Vu大。透明体112由例如Abbe数v gl小且折射率ngl高的平板状玻璃基板(透明基板)形成。第二透镜元件113由非球面透镜形成，该非球面透镜的形成第二表面SF2的像面侧的表面呈凹状。在第一透镜组110中，第一透镜元件111形成于透明体(玻璃基板)112的物体侧。此外，第二透镜元件113接合于透明体(玻璃基板)112的像面侧表面。而且，在透明体112的物体侧接合有诸如铬膜的光阑以作为具有遮光作用的材料。在第二透镜组120中，第三透镜元件121由非球面透镜形成，该非球面透镜的形成第三表面SF3的物体侧表面呈凹状且像面侧表面呈凸状或凸凹状。应当注意，在以下说明中，玻璃基板可由与透明体112相同的附图标记表示。第一透镜元件111、第二透镜元件113以及第三透镜元件121由UV固化树脂、热固树脂、塑料等制成。
如上所述，第一实施方式的摄像透镜100为2组4层构造。从物体侧至像面侧，第一透镜组110由呈凸状且Abbe数v sl大的非球面透镜的第一表面SFl、Abbe数V gl小且折射率ngl高的透明体(玻璃基板)112以及凹状非球面透镜的第二表面SF2所形成。从物体侧至像面侧，第二透镜组120由凹状非球面透镜的第三表面SF3和非球面透镜的第四表面SF4所形成。作为单焦点透镜的本实施方式的摄像透镜I构造为满足以下条件表达式⑴ ⑶。条件表达式⑴为关于第一透镜元件111的Abbe数Vu的条件表达式。[表达式I]45 ^ vL1 彡 80. (I)在条件表达式(I)中，当超过下限时，会发生色差，不能获得支持高分辨率的光学単元。当超过上限时，材料成本增加，这也不适合于所述目的。条件表达式(2)为关于第三透镜元件的Abbe -Vu的条件表达式。[表达式2]20 ^ vL3 彡 67. (2)在条件表达式(2)中，当超过下限时，材料成本增加，这也不适合于所述目的。当超过上限时，会发生色差，不能获得支持高分辨率的光学単元。条件表达式(3)为关于第一透镜组110的合成焦距fgl的条件表达式。[表达式3]0. 4 ^ fgl/f ^ 2. 5. . . (3)在条件表达式(3)中，当超过下限吋，由于组间偏心的制造容差的劣化，焦强变得太强而不能制造。
当超过上限时，延长了总光程，这不适于小型化。因此，光轴方向上的间隙变大，故难于以晶片状进行制造。条件表达式(4)为关于第二透镜组120的焦距fg2的条件表达式。[表达式4]-10 ^ fg2/f ^ -0. 4. . . (4)在条件表达式(4)中，当超过下限时，第一组的焦强变弱。因此，延长了总光程，这不适于小型化。因此，光轴方向上的间隙变大，故难于以晶片状进行制造。当超过上限吋，由于组间偏心的制造容差的劣化，焦强变得太大而不能制造。条件表达式(5)为关于第二表面SF2的曲率半径R2(图2中为R4)的条件表达式。 [表达式5]0. 4 ^ R2/f ^ 5. 0. . . (5)在条件表达式(5)中，当超过下限时，曲率变大且离轴(off-axis)上光线引起全反射。当超过上限时，像差校正カ变弱，且由彗形像差和像散引起的离轴光学特性劣化。条件表达式(6)为关于第三表面SF3的曲率半径R3(图2中为R5)的条件表达式。[表达式6]-10 ^ R3/f ^ -0. 3. . . (6)在条件表达式￠)中，当超过下限时，像差校正カ变弱，且由彗形像差和像散引起的离轴光学特性劣化。当超过上限吋，曲率变大，且离轴光线被设定为大的角度。因此，入射至成像器的光线的角度变大，且发生诸如混色、光衰减等问题，从而使特性劣化。上述条件表达式(1) (6)对以下实施例I和实施例2是通用的，通过在必要时适当地采用上述条件表达式(1)16)，可实现适于单独的摄像器件或摄像装置的更佳摄像性能以及紧凑型光学系统。应当注意，通过下列表达式以表示透镜的非球面形状，而从物体侧至像面侧的方向为正方向，k代表锥形常数，A、B、C、D各代表非球面常数，且r代表中心曲率半径。y代表距光轴的光线的高度，且c代表中心曲率半径r的倒数(1/r)。应当注意，X代表非球面形状的顶点距正切面的距离，A代表四次非球面常数，B代表六次非球面常数，C代表八次非球面常数，且D代表十次非球面常数。[表达式7]非球面方程式-M =+ Ay Hh Sy + CJy + Dy图2为表示分配给构成本实施方式的摄像透镜的各透镜组的各透镜、基板以及构成摄像部的盖玻璃的表面编号的图。具体来说，第一表面编号分配给第一透镜元件111的物体侧表面(凸面)，且第二表面编号分配给第一透镜元件111的像面侧表面和透明体的物体侧表面之间的边界面(接合面)。第三表面编号分配给透明体112的像面侧表面和第二透镜元件113的物体侧表面之间的边界面(接合面)。第四表面编号分配给第二透镜元件113的像面侧表面(凹面)。第五表面编号分配给第三透镜元件121的物体侧表面(凹面)，且第六表面编号分配给第三透镜元件121的像面侧表面。第七表面编号分配给像面。 此外，如图2所示，在本实施方式的摄像透镜100中，第一透镜元件111的物体侧表面(#1)1的中心曲率半径设定为R1。第一透镜元件111的像面侧表面和透明体112的物体侧表面之间的边界面(接合面)2的中心曲率半径设定为R2。透明体112的像面侧表面和第二透镜元件113的物体侧表面之间的边界面(接合面)3的中心曲率半径设定为R3。第二透镜元件113的像面侧表面(凹面)4的中心曲率半径设定为R4。第三透镜元件121的物体侧表面(凹面)5的中心曲率半径设定为R5，且第三透镜元件121的像面侧表面6的中心曲率半径设定为R6。像面130的表面7的中心曲率半径设定为R7。应当注意，表面2、表面3、表面7的中心曲率半径R2、R3、R7是无限的(INFINITY)。而且，如图2所示，作为第一透镜元件111的厚度的表面I和表面2之间在光轴OX上的距离设定为dl，且作为透明体112的厚度的表面2和表面3之间在光轴OX上的距离设定为d2。作为第二透镜元件113的厚度的表面3和表面4之间在光轴OX上的距离设定为d3，且第二透镜元件113的像面侧表面4和第三透镜元件121的物体侧表面5之间在光轴OX上的距离设定为d4。作为第三透镜元件121的厚度的表面5和表面6之间在光轴OX上的距离设定为d5，且第三透镜元件121的像面侧表面6和像面130的物体侧表面7之间在光轴OX上的距离设定为d6。下面，说明使用摄像透镜的具体数值的实施例I。应当注意，在实施例I中，将如图2所示的表面编号分配给摄像透镜100的各透镜元件和玻璃基板(透明体)以及构成摄像部的像面130。[实施例I]表I、表2、表3和表4表不实施例I的各数值。实施例I的各数值对应于图I所示的摄像透镜100。实施例I为用于尺寸为1/5且间距为I. 4 y m的3百万像素CMOS成像器的设计例。如上所述，摄像透镜100由第一透镜组110和第二透镜组120构成，第一透镜组110构造如下。平凸状的且Abbe数为57. 3的第一透镜元件111贴合于与BK7对应的玻璃板的物体侧表面，而平凹状的且Abbe数为43. 4的第二透镜元件113贴合于相反侧。这里，通过在玻璃基板的物体侧预先贴合诸如铬膜等基本不能透射的材料，从而实现光阑。而且，还附加有红外截止滤光器。第二透镜组120仅由通过以透镜状形成且Abbe数为29的单ー玻璃材料而获得的第三透镜元件121所构成。这里，第一透镜组110具有强的正焦强且第二透镜组120具有强的负焦强，第一透镜组110和第二透镜组120形成光路长度短且有利地校正了色差的透镜单元。而且，第二表面SF2和第三表面SF3隔着空气而彼此面对，并且皆为凹状。由于在离轴光束中的穿过空气的上光线和下光 线之间的长度差大，故有利地校正了彗形像差和像散。表I表不实施例I中的与各表面编号对应的各透镜兀件、缓冲层、玻璃基板(透明体)以及构成摄像部的摄像透镜和盖玻璃的曲率半径(R :_)、间隔(d mm)、折射率(nd)以及分散值(v d)。[表 I]实施例I的透镜的结构数据
权利要求
1.ー种光学単元，其包括下列部件中的至少ー组 混合式透镜，其包括形成于板状基板上的多个树脂透镜；和 称作铸件、塑模等的透镜，其中使树脂一体成型。
2.ー种光学単元，其包括 第一透镜组；和 第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧至像面侧依次布置， 所述第一透镜组包括 第一透镜元件； 透明体；以及 第二透镜元件，所述第一透镜元件、所述透明体以及所述 第二透镜元件从所述物体侧至所述像面侧依次布置， 所述第二透镜组仅包括第三透镜元件。
3.如权利要求2所述的光学単元，其中， 所述第一透镜元件的Abbe数Vu和所述第三透镜元件的Abbe数Vu满足下列条件表达式， 45 ^ Vu 彡 80 (I) 20 ^ vL3 彡 67 (2)。
4.如权利要求2或3所述的光学単元，其中， 所述第一透镜组的焦距fgl和所述第二透镜组的焦距fg2满足下列条件表达式， 0. 4 彡 fgl/f 彡 2. 5 (3) -10 彡 fg2/f 彡-0. 4 (4)， 其中，f代表总焦距。
5.如权利要求2 4之任一项所述的光学单兀,其中， 第二表面的曲率半径R2和所述第三透镜元件的入射面的曲率半径R3满足下列条件表达式， 0. 4 彡 R2/f 彡 5. 0 (5) -10 く R3/f く -0. 3 (6)。
6.如权利要求2、之任一项所述的光学单兀,其中， 所述第一透镜组和所述第二透镜组通过使在与透镜有效面的同一表面成型而进行配合，从而在组装时进行定位。
7.ー种光学単元，其包括 第一透镜组；和 第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧至像面侧依次布置， 所述第一透镜组包括 第一透镜元件、 第二透镜元件、 透明体以及 第三透镜元件，所述第一透镜元件、所述第二透镜元件、所述透明体以及所述第三透镜元件从所述物体侧至所述像面侧依次布置，所述第一透镜元件和所述第二透镜元件形成双合透镜， 所述第二透镜组仅包括第四透镜元件。
8.如权利要求7所述的光学単元，其中， 形成所述双合透镜的所述第一透镜元件的两面皆为凸状，且 所述第二透镜元件呈平凹状。
9.如权利要求8所述的光学単元，其中， 所述第一透镜元件的Abbe数大于所述第二透镜元件的Abbe数。
10.一种摄像装置，其包括 摄像器件；和 光学単元，其使物像在所述摄像器件上成像， 所述光学単元包括 第一透镜组；和 第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧至像面侧依次布置， 所述第一透镜组包括 第一透镜元件、 透明体以及 第二透镜元件，所述第一透镜元件、所述透明体以及所述第二透镜元件从所述物体侧至所述像面侧依次布置， 所述第二透镜组仅包括第三透镜元件。
11.一种摄像装置，其包括 摄像器件；和 光学単元，其使物像在所述摄像器件上成像， 所述光学単元包括 第一透镜组；和 第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧至像面侧依次布置， 所述第一透镜组包括 第一透镜元件、 第二透镜元件、 透明体以及 第三透镜元件，所述第一透镜元件、所述第二透镜元件、所述透明体以及所述第三透镜元件从所述物体侧至所述像面侧依次布置，所述第一透镜元件和所述第二透镜元件形成双合透镜， 所述第二透镜组仅包括第四透镜元件。
全文摘要
本发明提供了一种光学单元和摄像装置，所述光学单元和摄像装置在抑制部件数量增加的同时，即使在高像素数的情况下仍能抑制焦点位置的偏差，并实现了紧凑、廉价且具备高分辨率和高耐热性的摄像光学系统。光学单元(100)包括第一透镜组(110)和第二透镜组(120)，第一透镜组(110)和第二透镜组(120)从物体侧至像面侧依次布置，第一透镜组(110)包括第一透镜元件(111)、透明体(112)以及第二透镜元件(113)，第一透镜元件(111)、透明体(112)以及第二透镜元件(113)从物体侧至像面侧依次布置，第二透镜组(120)仅包括第三透镜元件(121)。
文档编号G02B7/02GK102656499SQ20108005743
公开日2012年9月5日 申请日期2010年12月20日 优先权日2009年12月28日
发明者马场友彦 申请人:索尼公司