摄像透镜的制作方法

专利名称：摄像透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用CCD型摄像元件或CMOS型摄像元件等固体摄像元件的小型摄像装置的摄像透镜。
背景技术：
以往，在携带电话等使用的摄像透镜，从大量生产及成本角度考虑，大多通过使用热可塑性塑料的注塑成形法制造。另一方面，近年，为了与工序简单化及降低成本对应，要求透镜模块的回流工序对应，尤其，要求能耐锡焊回流工序的摄像透镜。对于这种要求，用热可塑性透镜，不能与锡焊回流工序温度对应，因此，开始提出各种各样手法的耐热摄像透镜。作为上述耐高热透镜一例，在专利文献I中公开了组合光学玻璃和耐热性优异的UV硬化型树脂或热硬化型树脂的作为一种复合透镜的接合型复合透镜(junction typecompound lens)。该接合型复合透镜除了耐热性课题以外，还通过将玻璃和树脂材料的折射率差控制在一定值以内，解决在接合型复合透镜中成为问题的界面反射。再有，在专利文献2中公开了不使用衍射面、为实现减少色像差将形成在透明平行平板两面的透镜的阿贝数控制在所定值构成接合型复合透镜的手法。[专利文献I]日本专利第3926380号公报[专利文献2]日本专利第4293291号公报如上所述，接合型复合透镜通过组合耐热性优异的能量硬化型树脂和玻璃，在用例如锡焊回流对应那样的树脂透镜难以适用场合，开始使用。玻璃透镜在锡焊回流工序温度下不发生形状变化或性能劣化。但是，若为了减少诸像差，用玻璃材料制作常用的非球面透镜，则成本非常高，这为人们所公知。制作玻璃的非球面透镜场合，作为可大量生产的手法，广泛实行非球面玻璃模制这种手法。其系使用低熔点玻璃和模具制造非球面玻璃透镜的手法，但比用以往的注塑成形法得到的塑料透镜或使用玻璃和硬化型树脂的接合型复合透镜成本高。玻璃模制法系将被体积管理、具有与目标非球面形状比较接近形状的精密预成形物设置在加热到玻璃的屈服点以上的模具上，通过用另一方模具压塌，在两面或单面形成非球面的手法。被体积管理的精密预成形物价格贵，且受到高温的模具寿命短，进行大量生产场合，需要准备多个模具。因此，难以供给低成本的透镜。另一方面，在接合型复合透镜中，用硬化型树脂形成非球面部，因此，形状自由度高，模具温度在UV硬化型树脂场合为室温左右，即使热硬化型树脂场合为200°C左右，若与玻璃模制法的工序温度400°C以上相比，为非常低温的工序，因此，模具寿命长。再有，关于工序时间，在UV硬化型树脂场合，需要几秒至二分钟左右，即使热硬化型树脂场合，需要一分钟至十分钟左右，与玻璃模制法相比间歇短。又，耐热性高的UV硬化型树脂及热硬化型树脂虽然一般大多高价，但在接合型复合透镜中，由于使用球面玻璃及玻璃平行平板，因此，树脂的使用体积变少。因此，在接合型复合透镜中，能廉价提供能耐锡焊回流温度的耐热透镜。另一方面，在接合型复合透镜中，在玻璃和树脂的界面，产生因折射率差引起的反射，这为人们所公知。例如，在使用折射率1. 4的树脂和折射率1. 6的玻璃的接合型复合透镜中，光线垂直入射场合，O. 44%的光线在界面反射。该反射光线不是设计上希望的光线，因此，上述光线经多次反射，入射到摄像元件场合，成为作为对比度降低原因的反射光斑、以及形成确认为清晰光点或光线的双重图像这样的不良状况的主要原因。为了抑制上述界面反射，将玻璃和树脂的折射率差控制在O.1以内很有效果。但是，当具有角度的光线入射时，从折射率高的介质入射到折射率低的介质场合以及其相反场合，反射特性不同。光线从折射率高的介质以临界角以上的角度入射到折射率低的介质场合，光线不折射，而是全反射。另一方面，从折射率低的介质向折射率高的介质入射时，不存在临界角，因此，也不发生全反射。即，为了抑制界面反射，仅仅将折射率差设为O.1以内的条件不充分。 再有，若在接合型复合透镜中，使得使用的树脂的阿贝数差大，则色像差的补正能有效地进行。但是，树脂的折射率和阿贝数的关系一般具有线性关系，这为人们所公知，若为了补正色像差，欲增大阿贝数的差，则二树脂间的折射率差也变大。若折射率差变大，则如上所述玻璃和树脂的界面反射增加，产生反射光斑或双重图像那样的光学不良状况。因此，为了补正色像差，仅仅着眼于阿贝数，作为提高光学性能的技术不充分。

发明内容
本发明就是为了解决这种问题而提出来的，其目的在于，提供能抑制界面反射、且诸像差得到良好补正的摄像透镜。为了解决上述课题，本发明的摄像透镜在用光学玻璃形成的平行平板玻璃的物体侧面接合物体侧树脂透镜，在像面侧接合像侧树脂透镜，形成接合型复合透镜，将所述接合型复合透镜作为一组，树脂透镜用能量硬化型树脂形成，且满足以下(1)-(6)式条件N1 ^ N2 ^ N3(I)O. 05 < N3 - N1(2)O ^ N2 - N1 ^ O.1(3)O ^ N3 — N2 ^ O.1(4)U1- υ 2 ^ 30(5)U2 — U3 彡 30(6)在此，各符号意义如下N1:上述物体侧树脂透镜的折射率N2:上述玻璃平行平板的折射率N3:上述像侧树脂透镜的折射率υ1上述物体侧树脂透镜的阿贝数U2:上述玻璃平行平板的阿贝数υ 3上述像侧树脂透镜的阿贝数。在此，当光线从高折射率介质进入低折射率介质时，因入射角度不同引起界面反射率的变化表示在图1，当光线从低折射率介质进入高折射率介质时，因入射角度不同引起界面反射率的变化表示在图2。图1和图2都以折射率1. 5的材料作为低折射率介质、折射率1. 6的材料作为高折射率介质为例进行计算。若比较图1和图2，虽然哪一种场合折射率差都为O.1,但当具有角度的光线入射场合，在图1中，在入射角度65°附近，反射率达到10%，在70°附近，反射率成为100%。对此，在图2中，在70°附近，反射率为10%左右。这样，在垂直入射时，没有产生差，但对于具有角度的入射光线，从低折射率介质向高折射率介质前进的光线在全部角 度，反射率低。在此，图1和图2中所示的S偏振光是相对入射面平行振动的光。又，P偏振光是相对入射面垂直振动的光。再有，通过满足(2)式，能使得像侧树脂透镜的折射率大。若能使得折射率大，则当透镜的折射能力相同时，能使得曲率半径值大。又，通过使得折射率差大，包含本发明的接合型复合透镜的二组构成以上(含二组构成)的摄像透镜单元场合，能效率良好地补正球面像差及像面弯曲。例如，若满足(I)式和(2)式，构成接合型复合透镜，作为具有正的折射能力的物体侧透镜以及具有负的折射能力的像侧透镜，则对于球面像差补正有利，若构成具有负的折射能力的物体侧透镜以及具有正的折射能力的像侧透镜，则对于像面弯曲补正有利。上述式全部是邻接介质之间定义的关系。将玻璃平行平板置于中间，物体侧树脂透镜和像侧树脂透镜不直接接触，因此，若用(1)-(6)式控制玻璃平行平板和两者树脂的折射率，则像侧树脂透镜的折射率能比物体侧树脂透镜大至O. 2，能使用高折射率材料效率良好地进行像差补正。另一方面，若折射率差低于O. 05，则像差补正效果变小。为了说明方便，以一组透镜进行说明，但是，在二片以上的多片摄像透镜中，若本发明的接合型复合透镜至少包含一组，则能实现其效果，因此，本发明对于透镜片数并不作任何限定。在此使用的能量硬化型树脂指的是通过从外部接受能量，进行交联反应或聚合反应的材料。作为外部能量，可以列举例如热或紫外线、电子射线等。作为这种能量硬化型树脂，按能量型可以列举热硬化型、紫外线硬化型、电子射线硬化型等，按材料系可以列举硅系、环氧系、丙烯系，这一般为人们所公知。这样，能量硬化型树脂的种类虽然有多种，只要光学上充分透明，都可以使用作为本发明的树脂透镜材料。在此，所谓“透明”意味在使用波长范围能耐使用，材料的光吸收及散射少。又，合适的是，本发明的摄像透镜在用光学玻璃形成的平行平板玻璃的物体侧面接合具有正的折射能力的物体侧树脂透镜，在像面侧接合具有负的折射能力的像侧树脂透镜，形成接合型复合透镜，将所述接合型复合透镜作为一组，所述摄像透镜至少包含上述透镜组一组，树脂透镜用能量硬化型树脂形成，且满足以下(1)，以及(3)-(9)式N1 ^ N2 ^ N3(I)O ( N2-N1 ( O.1(3)O ^ N3 — N2 ^ O.1(4)U1 — υ 2 ^ 30(5)U2- υ 3 ^ 30(6)20 ^ U1- υ 3 ^ 40(7)O. 08 ^ N3 - N1 ^ O. 15 (8)
υ2^ 50(9)在此，各符号意义如下N1:上述物体侧树脂透镜的折射率N2:上述玻璃平行平板的折射率N3:上述像侧树脂透镜的折射率υ1上述物体侧树脂透镜的阿贝数U2:上述玻璃平行平板的阿贝数υ 3上述像侧树脂透镜的阿贝数。色像差是根据波长因聚光点不同而产生的像差，像差程度依存于所使用材料的色分散。色分散只要具有有限值，以单一材料除去色像差原理上不可能，但是，若组合色分散不同材料，且形成最合适的透镜曲面形状，能效率良好地对上述色像差进行补正。色分散是材料固有值，其倒数是阿贝数。在色像差补正中，经常实行以下手法用阿贝数大的材料，即色分散少的材料制作具有聚光作用的透镜，用阿贝数小的材料，即色分散大的材料制作具有发散作用的透镜，抵消产生的正负的色像差。在本发明中，玻璃和树脂的接合部分是平面，能分别配置在物体侧和像侧的透镜成为平凸透镜或平凹透镜。根据式(1)，(3)至出)，对各树脂透镜和玻璃平行平板的折射率以及阿贝数设有用于抑制界面反射的限制，因此，成为从物体侧向着像侧折射率增加的配置。在阿贝数和折射率之间存在线性关系，尤其，树脂材料场合，没有表示异常分散的材料，因此，折射率越高，阿贝数变低。因此，在本发明中，为了满足(7)式，必须将折射率低的材料，即阿贝数高的材料构成作为物体侧透镜，将折射率高的材料，即阿贝数低的材料构成作为像侧透镜。根据色消原理，需要使得阿贝数高的材料具有正的折射能力，因此，物体侧树脂透镜成为使得凸面向着物体侧的平凸透镜。同样，需要使得阿贝数低的材料具有负的折射能力，因此，像侧树脂透镜成为使得凹面向着像侧的平凹透镜。这样构成的接合型复合透镜成为使得凸面向着物体侧的凹凸透镜，能有效地用于位于二组以上(包括二组)的摄像透镜的最前头的透镜。若阿贝数的差为(7)式的下限以上，则能效率良好地补正色像差。另一方面，关于阿贝数的差，设有上限，这是由于以下原因若选择超过该上限的树脂材料组合，玻璃和树脂的折射率差超过(2)式和(3)式的上限，因此，界面反射增加，不能实行作为本发明最大效果的抑制界面反射。又，(9)式成为对于平行平板玻璃的阿贝数的条件。本发明的色像差的补正通过夹持玻璃平行平板配置的二种类的树脂透镜实现。在此，玻璃平行平板两面为平面，因此，不具有折射能力，但是，各入射光线通过玻璃介质内的距离因各入射角而不同，因此，若设为色分散少的材料，即，满足(9)式的阿贝数高的材料，则能维持色像差补正效果。低于该式下限场合，即使用二种类的树脂材料进行色像差补正，也成为补正不足，色像差残存，因此，光学性能劣化。(8)式是控制物体侧树脂透镜和像侧树脂透镜的折射率差的条件。如上所述，在本发明中，通过增大折射率差，像侧树脂透镜能使用折射率高的树脂材料。尤其，为了色像差补正，像侧树脂透镜设定为具有负的折射能力。如上所述，像侧树脂透镜与玻璃相接的面是平面，为了使其具有负的折射能力， 与空气相接的面的形状成为凹面。同样，物体侧树脂透镜的形状成为凸面。在具有这种形状的透镜组中，通过增大凸面和凹面的折射率差，能有效地补正球面像差。另一方面，用于有效地减少各镜的焦距倒数之和、使得像面弯曲减少的透镜形状组合，是高折射率材料的凸面和低折射率材料的凹面，上述那样的透镜形状组合成为不利。若是处于(8)式条件内的折射率差的组合，则能取得球面像差补正和像面弯曲补正的平衡。即，在(8)式的下限以下，不能有效地补正球面像差，在上限以上，因各镜的焦距倒数之和增大，减小像面弯曲很困难。上述透镜组使用的玻璃平行平板，若在形成树脂透镜前是切出成单片的玻璃。则能使用薄玻璃板制造接合型复合透镜。在晶片级透镜中，由于对于数英寸的玻璃晶片一下子形成透镜，因此，因UV硬化树脂或热硬化树脂的硬化收缩引起玻璃破损或翘曲。一般，热硬化树脂或UV硬化树脂的硬化收缩率大于2%场合，甚至达到10-15%，这为人们所公知。对于单片玻璃片形成一个透镜场合，树脂量非常少，因此，硬化收缩为主要原因的对玻璃的应力小。在实验确认数值中，在使用单片玻璃的接合型复合透镜中，即使厚度为O.1mm的玻璃片也能构成作为透镜组。另一方面，晶片级透镜场合，玻璃平行平板的厚度O. 3_左右为限界。因此，使用单片玻璃能减薄透镜厚度，在确保对于插入滤波器部件等充分的后焦距的状态下，能使得摄像透镜小型/低高度化。若构成上述透镜组的树脂透镜曲面作为非球面，则能以少的透镜数有效地进行像差补正，能提供高性能的摄像透镜。在本发明的摄像透镜中，当在玻璃平行平板上形成具有非球面的树脂透镜时，可以使用非球面模具。非球面模具可以使用高精度的非球面加工装置进行加工。不管是使用注塑成形法的塑料透镜，还是使用低熔点玻璃的玻璃模制法，形成非球面场合，都使用非球面模具。本发明的接合型复合透镜也可以同样使用模具形成高精度的非球面透镜。可以在上述玻璃平行平板的至少一面上形成以遮断特定波长为目的的蒸镀膜。在摄像透镜中使用的CXD或CMOS型摄像元件在可视光区域以外也具有灵敏度。例如，若红外线照原样入射到摄像元件，则会引起画质劣化，这为人们所公知。因此，为了除去不需要的红外线，在透镜单元内插入除去红外线滤波器。按照本发明，在用于接合型复合透镜的平行平板玻璃的某一面上，能通过蒸镀形成除去红外线的膜，因此，没有必要另外准备除去红外线滤波器。因此，能减少部件，降低成本。进而，通过排出滤波器部件，实现低高度化。在此，反射防止膜或除去红外线膜等光学薄膜，利用干涉原理，反射或防止反射特定波长或波长域，即使上述光学薄膜存在于本发明的玻璃平行平板和能量硬化型树脂之间，使用上也没有问题。下面说明本发明的效果按照本发明的摄像透镜，使用利用玻璃和树脂的接合型复合透镜，通过合适地控制树脂和玻璃的折射率，一边抑制具有大的入射角的光线入射场合的界面反射，一边充分补正使得光学性能劣化的诸像差，能实现小型高性能的透镜系统。


图1是从高折射率材料入射到低折射率材料的光线角度和反射率的关系。图2是从低折射率材料入射到高折射率材料的光线角度和反射率的关系。
图3是本发明的接合型复合透镜结构截面图。图4是实施例1的摄像透镜单元光路图。图5A和图5B是实施例1的光学设计数据。图6A是实施例1的纵球面像差图，图6B是像散图，图6C是畸变像差图。图7是实施例2的摄像透镜单元光路图。图8A和图8B是实施例2的光学设计数据。图9A是实施例2的纵球面像差图，图9B是像散图，图9C是畸变像差图。
图10是实施例2的倍率色像差图。图11是实施例3的摄像透镜单元光路图。图12A和图12B是实施例3的光学设计数据。图13A是实施例3的纵球面像差图，图13B是像散图，图13C是畸变像差图。图14是实施例3的倍率色像差图。图15是实施例1-3的条件式(2)-(8)的值。图中符号意义如下LI一与平行平板接合的树脂透镜之中，从物体侧数最初的树脂透镜L2—与平行平板接合的树脂透镜之中，从物体侧数第二个树脂透镜L3—与平行平板接合的树脂透镜之中，从物体侧数第三个树脂透镜L4一与平行平板接合的树脂透镜之中，从物体侧数第四个树脂透镜Gl-从物体侧数最初的玻璃平行平板G2-从物体侧数第二块玻璃平行平板HLl—从物体侧数最初的接合型复合透镜组HL2—从物体侧数第二个接合型复合透镜组MLl—从物体侧数最初的用单一材料形成的透镜IRCF-除去红外线滤波器IMA-摄像元件S1-从物体侧数最初的面S2-从物体侧数第二个面S3-从物体侧数第三个面S4-从物体侧数第四个面S5-从物体侧数第五个面S6—从物体侧数第六个面S7—从物体侧数第七个面S8—从物体侧数第八个面S9—从物体侧数第九个面SlO—从物体侧数第十个面SI I—从物体侧数第^^一个面S14—从物体侧数第十二个面
具体实施方式
下面，参照

本发明的实施形态例。各示本发明涉及的一构成例，不过是按能理解本发明程度概略表示各构成要素的截面形状及配置关系等，并不将本发明限定于图示例。又，在以下说明中，有时使用特定条件，其材料及条件不过是合适例之一，因此，本发明并不受以下实施形态的限定。图3是本发明的摄像透镜构成图。在平行平板玻璃的两面上接合用能量硬化型树脂形成的物体侧树脂透镜及像侧树脂透镜。在此，关于以后附图，当夹着透镜单元将光线入射侧设为物体侧、成像侧设为像侧时，从物体侧看，构成接合型复合透镜组的最初的物体侧透镜设为第一树脂透镜LI，以后，关于与平行平板玻璃接合的树脂透镜，顺序标以数字。例如，在图3中，物体侧透镜成为第一树脂透镜LI，像侧透镜成为第二树脂透镜L2。又，关于玻璃平行平板也同样，将从物体侧看最初的树脂透镜接合的平行平板玻璃设为第一玻璃平行平板G1，第二个设为第二玻璃平行平板G2，用在英文字母后面附加数字表现。因此，L5符号是从物体侧与平行平板接合的第五个树脂透镜，G3是从物体侧数第三块玻璃平行平板。再有，关于由平行平板玻璃和与其接合的树脂透镜构成的接合型复合透镜组，将从物体侧看最初的接合型复合透镜组设为第一接合型复合透镜组HL1，根据其数，从物体侧顺序附加数字表示。即，若是从物体侧看第二个接合型复合透镜组，则成为第二接合型复合透镜组HL2。再有，关于用单一材料形成的透镜，作为单一透镜，便于与接合型复合透镜组区别处理。其也从物体侧顺序附加数字表现，例如，第一单一透镜ML1，第二单一透镜ML2。又，关于表不附图内各面的符号Si,从物体侧看，将最初的面作为第一，表记为
SI,随着向着像侧，一个个增加，标以符号。在此，树脂透镜的平面和平行平板玻璃的接合面作为各自的面处理。即，图3场合，第一树脂透镜LI的平面侧的面成为S2，第一玻璃平行平板Gl的与第一树脂透镜LI相接的面成为S3。关于以后图，全部按照上述规则添加记号或符号。[实施例1]图4是第一实施例的透镜单元构成图。从物体侧顺序配置作为决定入射光瞳的唯一光阑的孔径光阑St，第一树脂透镜LI，第一玻璃平行平板G1，第二树脂透镜L2，遮断多余红外线的除去红外线滤波器IRCF，摄像元件IMA。为了在玻璃和树脂的接合面强化密接力，施以硅烷耦合处理。硅烷耦合处理剂是能与树脂和玻璃双方结合的材料，广泛利用于复合透镜的玻璃和树脂的界面密接力强化。在图5A和图5B表示本实施例的设计数据。焦距f =1. 162mm透镜全长TL =1. 659mmF 值 F = 3. O传感器对角长IH =1. 4mm对角视角FOV = 60. 3°折射率使用d线波长的值。焦距f使用d线基准的值，透镜全长TL为从第一树脂透镜的物体侧面到摄像元件面的沿光轴计算的距离，F值f是表示摄像透镜明亮度的值，传感器对角长IH是摄像元件的对角长度，对角视角FOV是使用对角长度IH的摄像元件时，透镜单元能摄像的物体侧的摄像角度。又，关于平面表记为曲率半径⑴。
本发明使用的非球面用下式提供
权利要求
1.一种摄像透镜，其特征在于在用光学玻璃形成的平行平板玻璃的物体侧面接合物体侧树脂透镜，在像面侧接合像侧树脂透镜，形成接合型复合透镜，将所述接合型复合透镜作为一组，所述摄像透镜至少包含上述透镜组一组，树脂透镜用能量硬化型树脂形成，且满足以下(1)-(6)式N1 ≤ N2≤N3(I)O.05 < N3 - N1(2)O ≤ N2 - N1 ≤ O.1(3)O ≤ N3 - N2 ≤ O.1(4)υι 一 υ 2 ≤ 30(5)υ 2 一 υ 3 ≤30(6)在此，各符号意义如下N1:上述物体侧树脂透镜的折射率N2:上述玻璃平行平板的折射率N3:上述像侧树脂透镜的折射率^1:上述物体侧树脂透镜的阿贝数υ2:上述玻璃平行平板的阿贝数υ3上述像侧树脂透镜的阿贝数。
2.一种摄像透镜，其特征在于在用光学玻璃形成的平行平板玻璃的物体侧面接合具有正的折射能力的物体侧树脂透镜，在像面侧接合具有负的折射能力的像侧树脂透镜，形成接合型复合透镜，将所述接合型复合透镜作为一组，所述摄像透镜至少包含上述透镜组一组，树脂透镜用能量硬化型树脂形成，且满足以下(1)，以及(3)-(9)式N1 ≤ N2 ≤N3(I)O ≤ N2 - N1 ≤O.1(3)O≤ N3 - N2 ≤ O.1(4)υι 一 υ 2≤30(5)υ 2- υ 3 ≤ 30(6)20 ≤U1- υ 3 ≤40(7)O.08 ≤ N3 - N1 ≤ O. 15(8)υ2 ≤ 50(9)在此，各符号意义如下N1:上述物体侧树脂透镜的折射率N2:上述玻璃平行平板的折射率N3:上述像侧树脂透镜的折射率^1:上述物体侧树脂透镜的阿贝数υ2:上述玻璃平行平板的阿贝数υ3上述像侧树脂透镜的阿贝数。
3.根据权利要求1或2记载的摄像透镜，其特征在于上述透镜组使用的玻璃平行平板在形成树脂透镜前是切出成单片的玻璃。
4.根据权利要求1-3中任一个记载的摄像透镜，其特征在于上述透镜组的树脂透镜曲面为非球面。
5.根据权利要求1-4中任一个记载的摄像透镜，其特征在于在上述玻璃平行平板的至少一面上形成以遮断特定波长为目的的蒸镀膜。
全文摘要
本发明的课题在于提供抑制因杂散光引起的作为光学不良状况的反射光斑或双重图像发生、小型、能充分抑制诸像差的高性能的摄像透镜。为了解决上述课题,使用利用玻璃和树脂的接合型复合透镜，通过合适地控制树脂和玻璃的折射率及阿贝数的差，抑制具有大的入射角的光线入射场合的界面反射，抑制反射光斑或双重图像发生。再有，通过合适地控制折射率及阿贝数的差，能补正使得球面像差或像面弯曲、色像差等光学性能劣化的诸像差，能提供小型高性能的摄像透镜。
文档编号G02B13/18GK102998775SQ20121032187
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月3日 优先权日2011年9月9日
发明者平尾朋三, 藤原逹也 申请人:杭州精工技研有限公司