JP2015018178A - 光学レンズ、レンズユニット、撮像モジュール、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光膜表面と、光学レンズのレンズ部側における遮光膜の縁部における入射光の反射を防止することで、フレアやゴーストのない高品質な撮像画像が得られる光学レンズ、レンズユニット、撮像モジュール、電子機器を提供する。
【解決手段】光学レンズは、光線を透過するレンズ母材表面に、遮光膜１７が設けられている。遮光膜１７は、レンズ母材２７の遮光膜界面側の表面粗さより表面粗さが大きい。光学レンズの光軸を通り、光軸に平行な断面において、遮光膜１７の光軸側の縁部２３におけるレンズ母材表面のレンズ母材接線Ｌ_１と、遮光膜面の微小凹凸高さを平均化した平均線Ｌ_３の縁部２３における遮光膜面接線Ｌ_２と、によって遮光膜１７を挟む側に形成される交差角θは２°〜２５°の範囲である。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学レンズ、レンズユニット、撮像モジュール、電子機器に関する。

デジタルカメラや撮影機能を有する携帯電話機等の電子機器には、複数の光学レンズを組み合わせたレンズユニットと撮像素子とを一体に構成した撮像モジュールが搭載されている。このような電子機器に搭載するための撮像モジュールは、例えば特許文献１，２に記載されている。

特開２０１２−２０８３９１号公報 特開２００９−１７５３３１号公報

特許文献１，２の撮像モジュールには、光学レンズ表面に遮光部材として印刷や塗布等によって形成された遮光膜が配置されている。この遮光膜は、レンズユニット内の不要な入射光を除去して、フレアやゴーストの発生を抑制する。しかしながら、光学レンズに遮光膜が形成されると、光学レンズ上の遮光膜に入射光が照射された場合に、入射光が遮光膜表面で反射し、これがフレアやゴーストの発生を招くことがあった。
特許文献１の遮光膜では、遮光膜表面に微小凹凸が形成されることにより、遮光膜における入射光の表面反射を弱めている。ところが、光学レンズのレンズ部の周囲に成膜される遮光膜は、レンズ部側の縁部における遮光膜側面が、レンズ面に対して切り立った平坦面になりやすい。この切り立った平坦面は、入射光の照射により表面反射を生じ、この表面反射光が迷光となって、フレアやゴーストを発生させてしまう。

そこで本発明は、光学レンズに形成する遮光膜の遮光膜表面、及び遮光膜縁部における入射光の反射をより確実に防止することで、高品質な撮像画像が得られる光学レンズ、レンズユニット、撮像モジュール、電子機器を提供することを目的とする。

本発明は下記構成からなる。
（１）光線を透過するレンズ母材表面に、遮光膜が設けられた光学レンズであって、
上記遮光膜は、上記レンズ母材の遮光膜界面側の表面粗さより表面粗さが大きく、
上記光学レンズの光軸を通り、その光軸に平行な断面において、上記遮光膜の上記光軸側の縁部における上記レンズ母材表面のレンズ母材接線と、上記遮光膜面の微小凹凸高さを平均化した平均線の上記縁部における遮光膜面接線と、によって上記遮光膜を挟む側に形成される交差角が２°〜２５°の範囲である光学レンズ。
（２） （１）に記載の光学レンズが１枚以上配置されたレンズユニット。
（３） （２）に記載のレンズユニットと、
上記レンズユニットを通して光学像を撮像する撮像素子と、を有する撮像モジュール。
（４） （３）に記載の撮像モジュールが搭載された電子機器。

本発明の光学レンズ、レンズユニット、撮像モジュール、電子機器によれば、光学レンズに形成する遮光膜の遮光膜表面、及び遮光膜縁部における入射光の反射をより確実に防止することで、入射光の反射によるフレアやゴーストの発生が抑制され、高品質な撮像画像が得られる。

本発明の実施形態を説明するための図で、撮像モジュールの概略断面図である。 光学レンズのレンズ光軸を含む断面を示す一部拡大断面図である。 図２のＰ部を拡大した光学レンズの一部拡大断面図である。 図３の遮光膜の縁部を更に拡大して示す模式的な説明図である。 遮光膜の粗面化による光散乱と遮光膜による光吸収の作用を示す説明図である。 光学レンズを凹レンズとした場合の図２のＰ部を拡大した拡大断面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は遮光膜の各種の平面形状を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、撮像モジュールの概略断面図である。
撮像モジュール１００は、レンズユニット１１０と、撮像素子を含む撮像部１１とを有し、図示しない基板等の支持部材に支持されてデジタルカメラ等の電子機器の筐体内に配置される。

レンズユニット１１０は、レンズホルダ１３内で、レンズ光軸Ａｘ（以下、光軸と称する）を揃えて配置される少なくとも一枚の光学レンズ１５を有する。レンズホルダ１３に支持される光学レンズ１５は、撮像部１１とは反対側（図中上側）の被写体側からの光を撮像部１１に向けて集光する。これにより、レンズユニット１１０と通して得られる被写体の光学像が、撮像部１１の撮像素子受光面上に結像される。

図１に示す撮像モジュール１００は、複数の光学レンズ１５（図示例では５枚の光学レンズ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ）を備える。光学レンズ１５の枚数は任意である。各光学レンズ１５は、それぞれ個別に用意された複数のレンズホルダに保持された構成であってもよい。また、撮像モジュール１００は、特定の光学レンズが光軸方向に移動可能に支持されたズームレンズ機構、オートフォーカス機構、手振れ防止用の像振れ補正機構を備えていてもよい。

図２は、一例として示す光学レンズ１５Ａの光軸Ａｘを含む断面を示す一部拡大断面図である。以降の説明では、光学レンズ１５Ａを例示的に用いるが、他の光学レンズに対しても同様の構成を有していてもよい。

光学レンズ１５Ａは、光線を透過する中心領域のレンズ部１５ａと、レンズ部１５ａに近接して設けられた周辺領域の遮光部１５ｂとを有する。本構成の遮光部１５ｂは、レンズ母材２７の板厚方向の少なくとも片側表面に形成される遮光膜１７を有する。

遮光膜１７は、レンズ部１５ａの外縁に沿って形成される。

この遮光膜１７は、表面を粗面化処理することで反射防止機能を有する。

上記構成の光学レンズ１５Ａは、遮光膜１７が形成された面を光入射側にして、図１に示すレンズホルダ１３内に保持される。

遮光膜１７は、図示例のように遮光部１５ｂ内におけるレンズ母材２７の光入射側の面２７ａ全面に形成する他に、光入射側の面２７ａの少なくともレンズ部１５ａに近い内縁側にのみ形成してもよい。また、光入射側の面２７ａと光出射側の面２７ｂの双方に遮光膜１７を形成してもよい。更に、双方の面２７ａ，２７ｂと外周の側面２７ｃに遮光膜１７を形成してもよい。また、遮光膜１７は、遮光部１５ｂ内におけるレンズ母材２７の表面２７ａのうち、少なくとも露出面に形成されている。ここでいう露出面とは、遮光膜１７が他の部材に当接した領域又は覆われた領域を除く、外側（空気）に表出された領域を意味する。

光学レンズ１５Ａは、その構成材料として、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の高い光透過率、形状安定性、優れた加工性を有する透光性樹脂材料が好適に用いられる。光学レンズ１５Ａは、ＡＲコート(Anti-reflection coat)等の反射防止処理を、表面全体又は少なくともレンズ部１５ａに施してあってもよい。

遮光膜１７は、黒色顔料や黒色染料等の遮光性物質を含むインクの印刷、塗布、スタンプ等の各種方法により形成できる。中でも、インクジェット方式を用いて形成すると、高い寸法精度が得られるため好適である。

遮光膜１７に含まれる遮光性物質は、各種公知の黒色顔料や黒色染料を用いることができる。黒色色材としては、少量で高い光学濃度を実現できるカーボンブラック、チタンブラック、酸化鉄、酸化マンガン、グラファイトを用いることが好ましい。また、赤色色材、緑色色材、青色色材の混合による黒色色材を用いてもよい。

インクジェット方式で用いる遮光膜形成用のインクとしては、例えば、感光性モノマーの含有量が８０〜９０％、開始剤の含有量が１０〜２０％、カーボンブラックの含有量が１〜５％のインクジェットインクを挙げられる。

遮光膜１７の粗面化処理方法としては、ブラスト処理等の物理的処理やエッチング等の化学的処理等が挙げられる。中でも、レーザブラスト処理を用いると、光拡散特性を自在かつ簡単に強弱調整でき、好適である。レーザブラスト処理を行う場合、例えば、中心波長１１００ｎｍ以下のＱスイッチレーザで、高ピーク短パルス発振のレーザを用いることが好ましい。

遮光膜１７は、レンズ材料の屈折率に近い屈折率を有することが好ましい。遮光膜１７は、レンズ材料との屈折率差が小さいほどレンズ内面での反射を低減できる。また、遮光膜１７は、レンズ母材２７の遮光膜界面側の表面粗さより表面粗さを大きくすることが好ましい。レンズ母材２７の遮光膜界面側の表面粗さが、遮光膜１７の露出面における表面粗さ以上であると、レンズから遮光膜１７に向かう光の入射角のばらつきが大きくなる。その結果、遮光膜１７とレンズとの界面上に全反射する微小面が無数に生じ、全反射を避ける光学設計が煩雑になってしまう。しかし、レンズ母材２７の遮光膜界面側の表面粗さが、遮光膜１７の表面粗さより小さいと、特定の入射角の光のみ対処するだけで済み、簡単な光学設計で不要光の発生を抑えることができる。

次に、遮光膜１７のレンズ部１５ａ側の縁部２３における断面形状を詳細に説明する。
図３は図２のＰ部を拡大した光学レンズの一部拡大断面図、図４は図３の遮光膜１７の縁部２３を更に拡大して示す模式的な説明図である。図３に示すように、光学レンズ１５Ａの光軸を通り、光軸に平行な断面において、遮光膜１７のレンズ部１５ａ側の縁部２３でのレンズ母材２７表面の接線をレンズ母材接線Ｌ_１とする。また、遮光膜１７の縁部２３での接線を遮光膜面接線Ｌ_２とする。

この遮光膜面接線Ｌ_２は、具体的には次のように規定される。即ち、図４に示すように、遮光膜面１７ｂの微小凹凸に対し、この微小凹凸の高さを平均化した平均線をＬ_３とする。この平均線Ｌ_３の縁部２３における接線を遮光膜面接線Ｌ_２と規定する。

遮光膜１７の縁部２３では、レンズ母材接線Ｌ_１と遮光膜面接線Ｌ_２とが交差する。これらレンズ母材接線Ｌ_１と遮光膜面接線Ｌ_２とにより、遮光膜１７を挟む側に形成される交差角θは、２°〜２５°の範囲にすることが好ましい。ここで、「Ａ〜Ｂ」の範囲とは、Ａ以上、Ｂ以下を意味し、Ａ，Ｂを含む範囲である。

交差角θを上記範囲にすることで、光学レンズ１５Ａに照射される入射光が、遮光膜１７の縁部２３で乱反射することを防止できる。これにより、ゴーストやフレアの発生が一層抑制され、撮像画像の画質低下を防止できる。交差角θが上記範囲を超えると、遮光膜１７の側面が切り立った面になりやすく、レーザブラスト処理する際に陰となり、未処理部分を残すことがある。また、この切り立った面で入射光が全反射して、不要光を発生する虞がある。

交差角θが上記範囲より小さいと、遮光膜１７の膜厚が薄くなり、遮光に十分な厚みになるまでの領域が広がり過ぎる。また、遮光膜１７を粗面化処理する際に縁部２３で遮光膜１７が剥がれ落ち、遮光膜１７が存在する内縁位置が変化する虞がある。その場合、本来遮光されるべき光が不要光となってレンズ内に入り込み、ゴーストやフレアを発生させてしまう。

図５は遮光膜の粗面化による光散乱と遮光膜による光吸収の作用を示す説明図である。遮光膜１７は、粗面化された表面の微小凹凸による光散乱機能と、遮光膜１７自体が有する光吸収機能とを有する。遮光膜１７は、レンズ母材２７側とは反対側から照射される外光に対しては、正反射やレンズ内への進入を防止できる。また、レンズ母材２７側から照射される内部反射光に対しては、レンズとの界面における反射光を弱め、遮光膜１７内で透過光を吸収する。

レンズ内の内部反射光Ｂ_０は、レンズ母材２７と遮光膜１７との界面において、再びレンズ側に戻る反射光Ｂ_１と遮光膜１７に吸収される吸収光Ｂ_２とに分かれる。遮光膜１７の材料はレンズの屈折率に近い材料が選択されているため、レンズ母材２７と遮光膜１７との界面における反射率は低く、この界面で反射する反射光Ｂ_１の光強度は低い。つまり、レンズ内の内部反射光Ｂ_０は、レンズ母材２７と遮光膜１７との界面で低い反射率で反射して、反射光Ｂ_１と吸収光Ｂ_２に分離される。吸収光Ｂ_２は遮光膜１７で吸収される。レンズ内に戻される反射光Ｂ_１は、元の内部反射光Ｂ_０よりも光強度が低下しているので、界面反射を繰り返す度に、内部反射光が弱められる。

レンズ母材２７の遮光膜１７側の界面は、遮光膜面１７ｂと比較して高い平担性を有する。そのため、界面反射によってレンズ内に戻される光の散乱が抑えられ、不要光の発生を抑制できる。また、不要光を抑制するための光学設計を煩雑化させることはない。

遮光膜１７の表面を粗面化させる粗面化処理は、上記のレーザブラスト処理の他、サンドブラスト処理等の他の手法であってもよい。特にレーザブラストで粗面化処理する場合には、被処理面にマスクを設ける等の前処理が不要となり、処理工程を簡略化できる。また、レーザスポットサイズの増減が自在に行えるため、広いスポットサイズで広範囲を均等に処理でき、更に、狭いスポットサイズで微小な領域を高精度に処理することが、任意の位置に対して簡単に行える。そして、レーザ出力の強弱やレーザ描画のパターンに応じて、表面粗さを自在に変更でき、所望の粗面化度合いに容易に調整できる。そのため、本粗面化処理にはレーザブラスト処理を好適に利用できる。

なお、光学レンズ１５の遮光膜１７に、他の光学レンズの一部を当接させて光学レンズを積み重ねたり、レンズホルダ１３（図１参照）に当接させたりして、遮光膜１７を介してレンズを固定する場合がある。その場合、上記のレーザブラスト処理を、レーザ出力の強弱調整によって遮光膜１７の厚みを変更し、レンズの支持姿勢の調整やレンズ同士の間隔調整を行うことに利用することもできる。

上記の光学レンズ１５Ａは凸レンズであるが、凹レンズに対しても同様に遮光膜を形成することができ、その場合も同様の効果が得られる。

図６に光学レンズを凹レンズとした場合の図１のＡ部を拡大した拡大断面図を示す。この光学レンズは、レンズ部１５ａが凹レンズとなっている。遮光膜１７Ｂは、レンズ部１５ａに近接する遮光部１５ｂ内におけるレンズ母材２７の表面２７ａに形成され、遮光膜１７Ｂの表面は粗面化されている。この遮光膜１７Ｂは、レンズ母材２７の遮光膜界面１７ａ側の表面粗さより、表面粗さが大きくされている。

また、図４と同様に、光学レンズ１５Ａの光軸を通り、光軸に平行な断面において、遮光膜１７Ｂのレンズ部１５ａ側の縁部２３でのレンズ母材２７表面のレンズ母材接線をＬ_１、遮光膜面１７ｂの微小凹凸に対し、この微小凹凸の高さを平均化した平均線をＬ_３、平均線Ｌ_３の縁部２３での接線を遮光膜面接線Ｌ_２とする。レンズ母材接線Ｌ_１と遮光膜面接線Ｌ_２とにより、遮光膜１７Ｂを挟む側に形成される交差角θは、２°〜２５°の範囲にされている。

遮光膜１７Ｂの交差角θを上記範囲にすることで、光学レンズに照射される入射光が、遮光膜１７Ｂの縁部２３で乱反射することを防止できる。これにより、ゴーストやフレアの発生が抑制され、撮像画像の画質低下を防止できる。

以上説明した各形態の遮光膜１７，１７Ａは、インクジェット方式で形成することにより、局所的なインク厚みやインク塗布領域の変更が容易に行える。これにより、任意形状の遮光膜を簡単に成膜でき、光学レンズの多品種生産に低コストで対応できる。また、紫外線硬化型のＵＶインクを使用すれば、熱処理を伴うことがないため、インク着弾後、紫外線照射により即時に硬化させることができる。従って、熱に弱いプラスチックレンズに対して、インク着弾位置精度、即ち、遮光膜の縁部に対するエッジ位置の精度が得やすくなる。

インクジェット方式によるインク吐出条件は、インク吐出ヘッドからのインク１回あたりの吐出量を０．１ｆＬ以上、１０ｐＬ以下にすることが好ましい。この場合、インク着弾位置でのインク流れやインク跳ねの発生が少なくなり、着弾位置（エッジ位置）精度を高められる。その結果、遮光膜の被形成面が平坦でなく凹凸が多い場合でも、高い着弾位置精度が得られ、遮光膜を正確な形状に形成できる。また、個々のインク液滴の着弾面積は小さいため、遮光膜の形状の微調整も容易に行える。そして、吐出１回あたりのインク液滴の体積が小さいため、着弾後のインク厚みが薄く、遮光膜の厚みとなるインク堆積量をきめ細かに調整できる。

以上、光学レンズ１５Ａに対する遮光膜１７と、その変形例について説明してきたが、レンズユニット１１０が有する全ての光学レンズ１５Ｂ，１５Ｄ，１５Ｅの全て、又は少なくともいずれかにも、光学レンズ１５Ａと同様の遮光膜を形成する。これにより、レンズユニット１１０全体としてのフレアやゴーストの発生をより確実に防止できる。

上記構成の撮像モジュール１００によれば、光学レンズのレンズ表面に遮光膜が形成されるため、光学レンズ間に円環状の遮光シートを挟み込む必要がない。従って、遮光シートの内縁側の側面による入射光の反射を生じることなく、光学レンズと遮光膜との界面における反射率を、遮光シート表裏面の反射率より低く抑えることができ、迷光の発生を低減できる。また、複数の光学レンズを組み合わせたレンズユニット１１０の光軸方向の高さを低くできる。以て、撮像モジュール全体の小型化、低背化に有利な構成にできる。

固定焦点の光学設計やズーム機構等により撮像モジュール１００の撮像画角を広角化した場合には、画角の広がりによって、レンズ部１５ａの外側における遮光膜の縁部２３を含む領域にも入射光が照射される。その場合、レンズ内の内部反射によってフレアやゴーストが増加する虞がある。しかし、上記構成の撮像モジュール１００によれば、遮光膜は、レンズ部１５ａとの境界となる縁部２３を含む遮光膜表面の全体が粗面化処理されるため、レンズ内に迷光が生じることや、他のレンズに反射光が及ぶことを確実に防止できる。

なお、レンズの種類は、上述した円盤状の凸レンズや凹レンズに限らず、メニスカスレンズ、円筒面状のレンズ面を有するシリンドリカルレンズ、ボールレンズ、ロッドレンズ等であってもよい。これら各種のレンズに対しても前述同様の遮光膜を設けることで、フレアやゴーストの発生を防止できる。

また、遮光膜１７の平面形状は、図７（Ａ）に示す円環状である他にも、図７（Ｂ）に示すように、内縁が長方形に形成された矩形開口３１を有する形状の遮光膜１７−１としてもよい。また、図７（Ｃ）に示すように、上下端の画角のみ制限する一対の「Ｄ」文字型の遮光膜１７−２，１７−３が、直線部３３を対向させて光学レンズ上に配置された形状としてもよい。

撮像モジュール１００の組み込み対象の一例としは、デジタルカメラを例示したが、これに限定されない。その他の撮像モジュール１００の組み込み対象としては、例えば、ＰＣ（Personal Computer）内蔵型又は外付け型のＰＣ用カメラ、カメラ付きインターフォン、車載用カメラ、或いは、撮影機能を有する携帯端末装置等の電子機器を挙げることができる。携帯端末装置としては、例えば、携帯電話機やスマートフォン、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)、携帯型ゲーム機等が挙げられる。

撮像モジュールが搭載される電子機器がデジタルカメラである場合、ユーザがあらゆる方向に向けて撮像できるため、強い外光がレンズに入り込むことがある。また、電子機器が車載用カメラである場合も、屋外の強い外光がレンズに入り込むことがある。そのような場合でも、レンズに入り込んだ光が反射して生じる不要光を、レンズに形成された遮光膜が確実に遮光することで、迷光の発生を抑制し、撮像画像の画質低下を防止できる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 光線を透過するレンズ母材表面に、遮光膜が設けられた光学レンズであって、
上記遮光膜は、上記レンズ母材の遮光膜界面側の表面粗さより表面粗さが大きく、
上記光学レンズの光軸を通り、その光軸に平行な断面において、上記遮光膜の上記光軸側の縁部における上記レンズ母材表面のレンズ母材接線と、上記遮光膜面の微小凹凸高さを平均化した平均線の上記縁部における遮光膜面接線と、によって上記遮光膜を挟む側に形成される交差角が２°〜２５°の範囲である光学レンズ。
（２） （１）に記載の光学レンズが１枚以上配置されたレンズユニット。
（３） （２）に記載のレンズユニットと、
上記レンズユニットを通して光学像を撮像する撮像素子と、を有する撮像モジュール。
（４） （３）に記載の撮像モジュールが搭載された電子機器。
（５） （４）に記載の電子機器がデジタルカメラである電子機器。
（６） （４）に記載の電子機器が車載用カメラである電子機器。

１１ 撮像部
１３ レンズホルダ
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ、１５Ｅ 光学レンズ
１５ａ レンズ部
２７ａ 光入射側の面
２７ｂ 光出射側の面
１７ 遮光膜
２３ 遮光膜の縁部
２７ レンズ母材
１００ 撮像モジュール
１１０ レンズユニット
Ｌ_１ レンズ母材接線
Ｌ_２ 遮光膜面接線
Ｌ_３ 平均線
θ 交差角

Claims (6)

1. 光線を透過するレンズ母材表面に、遮光膜が設けられた光学レンズであって、
   前記遮光膜は、前記レンズ母材の遮光膜界面側の表面粗さより表面粗さが大きく、
   前記光学レンズの光軸を通り、該光軸に平行な断面において、前記遮光膜の前記光軸側の縁部における前記レンズ母材表面のレンズ母材接線と、前記遮光膜面の微小凹凸高さを平均化した平均線の前記縁部における遮光膜面接線と、によって前記遮光膜を挟む側に形成される交差角が２°〜２５°の範囲である光学レンズ。
2. 請求項１に記載の光学レンズが１枚以上配置されたレンズユニット。
3. 請求項２に記載のレンズユニットと、
   前記レンズユニットを通して光学像を撮像する撮像素子と、を有する撮像モジュール。
4. 請求項３に記載の撮像モジュールが搭載された電子機器。
5. 請求項４に記載の電子機器がデジタルカメラである電子機器。
6. 請求項４に記載の電子機器が車載用カメラである電子機器。

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