(57)【要約】      （修正有）【課題】赤外線フィルターを備えるカメラモジュールをよりコンパクトに設計するレンズ系を提供する。【解決手段】カメラモジュール３のためのレンズ系１は、色消しレンズ系であり、２つのレンズを備え、第１のレンズ５は正の焦点距離を有し、第２のレンズ７は負の焦点距離を有し、第１のレンズ５は、赤外線を吸収し、赤外線フィルターとしての役割を果たす銅イオン含有ガラスから形成され、負の焦点距離を有する第２のレンズ７は、正の焦点距離を有する第１のレンズ５のアッベ数よりも小さなアッベ数を有し、第１のレンズ５のアッベ数と第２のレンズ７のアッベ数との間の差は少なくとも１５である。【選択図】図１
2013231965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラモジュール（３）のためのレンズ系（１）であって、
前記レンズ系は色消しレンズ系であり、２つのレンズを備え、
第１のレンズ（５）は正の焦点距離を有し、
第２のレンズ（７）は負の焦点距離を有し、
前記第１のレンズ（５）は、赤外線を吸収し、赤外線フィルターとしての役割を果たす銅イオン含有ガラスから形成され、
負の焦点距離を有する前記第２のレンズ（７）は、正の焦点距離を有する前記第１のレンズ（５）のアッベ数よりも小さなアッベ数を有し、
前記第１のレンズ（５）のアッベ数と前記第２のレンズ（７）のアッベ数との間の差は少なくとも１５である、カメラモジュールのためのレンズ系。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズ系（１）であって、
前記第１のレンズ（５）の前記ガラスは少なくとも５５のアッベ数を有する、レンズ系。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレンズ系（１）であって、
前記第１のレンズ（５）の前記ガラスは、シュリーレンによって引き起こされる波面誤差が３０ナノメートル以下であり、好ましくは１５ナノメートル以下であるような低シュリーレンガラスである、レンズ系。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ系（１）であって、
前記第１のレンズ（５）は銅イオン含有のリン酸塩ガラス又はフルオロリン酸塩ガラスから形成される、レンズ系。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレンズ系（１）であって、
前記第２のレンズ（７）の焦点距離の絶対値は前記第１のレンズ（５）の焦点距離よりも小さい、レンズ系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレンズ系（１）であって、
前記第２のレンズ（７）はフリントガラスから形成される、レンズ系。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレンズ系（１）であって、
前記第２のレンズ（７）の前記アッベ数は４０以下の値を有する、レンズ系。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレンズ系（１）であって、
前記第１のレンズ（５）は光入射口側に配置される、レンズ系。
【請求項９】
半導体アレイセンサー（１０）と、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレンズ系（１）とを備えるカメラモジュール（３）であって、前記レンズ系は前記半導体アレイセンサー（１０）の前方に配置される、カメラモジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載のカメラモジュール（３）であって、
好ましくは、前記第１のレンズ（５）及び前記第２のレンズ（７）に加えて２つの更なるレンズ（８、９）を備え、前記第１のレンズ（５）及び前記第２のレンズ（７）は何も介在することなく、光路に沿って縦列するように配置される、カメラモジュール。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のカメラモジュール（３）であって、
前記第１のレンズ（５）は前記レンズ系の入射口レンズを形成する、カメラモジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレンズ系（１）を作製するための方法であって、
銅イオン含有ガラスを溶解するステップと、
前記ガラス溶解物からガラス塊を作製するステップと、
前記ガラス塊から、好ましくは両凸レンズの形をとる、正の焦点距離を有する第１のレンズ（５）を作製するステップと、
負の焦点距離を有し、前記第１のレンズ（５）のアッベ数よりも小さなアッベ数を有する第２のレンズ（７）を用いてレンズ系（１）を組み立てるステップと、を含み、それによって、
前記第１のレンズ（５）のアッベ数と前記第２のレンズ（７）のアッベ数との間の差は少なくとも１５となる、レンズ系（１）を作製するための方法。
【請求項１３】
前記ガラス塊は０．５ミリメートル乃至１０．０ミリメートルの直径を有する球体の形をとる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガラス塊から前記レンズ（５）を前記作製するステップは、ブランク成形によって、又は研削、及びその後の研磨によって成し遂げられる、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記レンズ（５）を前記作製するステップは、前記ガラス溶解物から直接ブランク成形することによって成し遂げられる、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的にはカメラのための対物レンズに関する。より詳細には、本発明は、カメラセンサー前方の光の赤外線成分をフィルタリングにより除去する、カメラモジュールのための赤外線フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知のように、一般的にカメラセンサーには、センサーのピクセルが赤外線スペクトル範囲においても感度を有するという特性がある。さらに、その光学構成要素が標準的なガラス又はプラスチック材料から形成されるカメラモジュールの光学系は一般的に、或る特定の量の赤外線透過を示す。しかしながら、赤外光がセンサーに達する結果として、色及び明度に望ましくない歪みが生じる。
【０００３】
このために、カメラモジュールは通常、赤外線フィルターを備えている。最も一般的な赤外線フィルターは干渉フィルターである。そのようなフィルターの場合、多層化された誘電体層系が基板、通常、ガラス基板上に堆積される。多層化された誘電体層系は、赤外線放射を反射するが、可視光を透過するように設計される。そのようなフィルターは作製するのに比較的費用がかからないが、幾つかの欠点を有する。干渉フィルターは多くの場合に、透過曲線に或る特定の変調を与える。この変調は櫛形フィルターに類似の効果を有し、個々の色に影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
さらに、干渉層は、フィルター曲線（透過スペクトル）に関して、フィルターガラスから形成される赤外線フィルターよりもはるかに大きな角度依存性を示す。
【０００５】
さらに、赤外光は干渉層によって反射され、光学系内の中に戻される。干渉フィルターは一般的に、少なくとも近赤外範囲において依然として残留透過を示すので、何度も反射することに起因して、光学系内にゴースト像が生じる場合がある。
【０００６】
それに対する代替形態は、フィルターガラスの形の赤外線フィルターによって与えられる。フィルターガラスは、その特性のおかげで、上記の櫛形フィルター効果も示さなければ、ガラスを通り抜けるときに赤外光が吸収されるので、何度も赤外光が反射されることに起因するゴースト像も示さない。通常、そのようなフィルターは、干渉フィルターと同様に、薄いガラスシートの形でセンサー上に配置される。さらに、米国特許第７，６１８，９０９号及び米国特許出願公開第２００７／００５１９３０号から、ブランク成形によってフィルターガラスからレンズを作製することが既知である。
【０００７】
その構造的な設計とは関係なく、赤外線フィルターは空間を占有する。しかしながら、例えば、携帯電話において使用されるような小型のカメラモジュールでは特に、カメラモジュールのために利用可能な空間は非常に限られる。この問題は、今日のように対物レンズに対して短い焦点距離が要求される場合に更に深刻になる。さらに、そのようなモジュールからなる小型で安価な光学系を用いる場合であっても、良好な画像品質が望まれる。それゆえ、そのようなカメラモジュールの光学特性を改善しながら、赤外線フィルターを犠牲にすることなく、カメラモジュールの光学系をより一層コンパクトに設計できることが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
この目的は独立請求項の主題によって達成される。本発明の有利な実施の形態及び変更形態はそれぞれの従属請求項において記述される。
【０００９】
したがって、本発明はカメラモジュールのためのレンズ系、又はカメラモジュールのための対物レンズを提供し、そのレンズ系は色消しレンズ系であり、２つのレンズを備える。
【００１０】
本発明の構成
それらのレンズのうちの１つは正の焦点距離を有し、それゆえ、収束レンズ又は正のレンズである。このレンズは、これ以降、第１のレンズと呼ばれる。更なるレンズは負の焦点距離を有し、それゆえ、負のレンズ又は発散レンズである。このレンズは、これ以降、第２のレンズと呼ばれる。本明細書における用語「第１のレンズ」及び「第２のレンズ」は、レンズ系内の順序を指すのではなく、２つのレンズを区別するために、かつこれらのレンズをオプションで設けられる更なるレンズと区別するために用いられ、更なるレンズは収束レンズ及び／又は発散レンズの場合がある。
【００１１】
第１のレンズは、赤外光を吸収し、それゆえ、赤外線フィルターを形成するか、又は赤外線フィルターとしての役割を果たす銅イオン含有ガラスから形成される。負の焦点距離を有する第２のレンズは、正の焦点距離を有する第１のレンズよりも小さなアッベ数を有し、第１のレンズ及び第２のレンズのアッベ数の差は少なくとも１５である。レンズダブレットが合焦効果を有することになる場合には、第２のレンズの焦点距離の絶対値は、第１のレンズの焦点距離よりも小さい。本発明の実施の形態は、特に短い焦点距離を実現できるようにするために好ましい。
【００１２】
このようにして、ここで、センサーの前方にある、吸収シート又は誘電体干渉層系のいずれかの形の個別のシートの形をとる、別の状況では一般的な赤外線フィルターを省くことができる。さらに、同時に、用いられるフィルターガラスによれば、アクロマートが形成される。それゆえ、本発明によれば、光学構成要素の数を削減できるようになる。また、ここで、別の状況では赤外線フィルターによって占有される空間を他の目的のために利用することができる。例えば、対物レンズ全体を短くすることができ、それゆえ、対応するカメラモジュールを全体的に小型化することができる。また、個別の赤外線フィルターシートが排除されるとき、作製コストが削減される。
【００１３】
本明細書における赤外線フィルターは、包括的には、センサーの前方のビーム経路内に配置され、それによって、センサーによって検出された光ビームが通り抜ける光学素子として理解され、フィルターガラスの厚みが０．３ｍｍである場合、その光学素子の透過性は、８５０ナノメートルの波長では、５００ナノメートルの波長の少なくとも８分の１である。
【００１４】
第１のレンズ及び第２のレンズは合わせて、色消しレンズ系を形成する。驚くことに、この関連で、少なくとも、可視スペクトル範囲に隣接する近赤外範囲において著しい吸収性を有する銅含有ガラスは、低分散を示すことができるので、良好な色補正のために十分である２つのレンズのアッベ数の差を得ることできる。
【００１５】
詳細には、第１のレンズのそのような銅イオン含有、及び赤外光吸収ガラスは、更には、少なくとも５５、好ましくは少なくとも６０のアッベ数を有することができる。
【００１６】
高いアッベ数は、特に、第１のレンズのために銅イオン含有リン酸塩ガラス又はフルオロリン酸塩ガラスを用いることによって達成することができる。
【００１７】
アッベ数は無次元パラメーターとして規定される。
【００１８】
【数１】
2013231965.tif 000003
【００１９】
ただし、ｎｄは約５８７ｎｍの光の波長における屈折率を示し、ｎＦは約４８６ｎｍの光の波長における屈折率を示し、ｎｃは約６５６ｎｍの光の波長における屈折率を示す。
【００２０】
しかしながら、多くの場合に青ガラスと呼ばれる赤外線フィルターガラスは、当該技術分野においてシュリーレンとしても知られる縞を或る程度含む場合がある。シュリーレンはＤＩＮ／ＩＳＯ  １０１１０−４において規定されている。センサー付近に赤外線フィルターが配置されるとき、これらの縞の光学的影響は小さい。しかしながら、本発明によって示唆されるように、そのフィルターガラスがレンズとして用いられる場合には、この結果として、通常、フィルターガラスからセンサーまで距離が長くなる。距離が長くなることに起因して、シュリーレンによって引き起こされるガラスの屈折率の局所的な変化は、より強い光偏向効果を有する。それゆえ、本発明の一実施形態によれば、第１のレンズに対して低シュリーレンガラスが用いられ、それにより、シュリーレンによって引き起こされる波面誤差は３０ナノメートル以下であり、好ましくは１５ナノメートル以下である。波面誤差はＤＩＮ／ＩＳＯ  １０１１０−１４に従って規定される。波面誤差又は波面歪みはＤＩＮ／ＩＳＯ  １４９９９−４に従って測定することができる。波面誤差は、５４６．０７ｎｍの波長を有する光を用いて測定されることが好ましい。
【００２１】
赤外線フィルターガラスの形でそのような低シュリーレンガラスを作製するために、ここでもリン酸塩ガラスが適しており、特にフルオロリン酸塩ガラスが適している。フルオロリン酸塩ガラスは、より高い耐腐食性を示すことがわかっているので、本発明にとってリン酸塩ガラスよりもフルオロリン酸塩ガラスがはるかに適している。これは、フィルターガラスがセンサーに適用されず、他の光学構成要素によって環境的な作用からより良好に保護される場合に重要である。ガラスがレンズの形で用いられる場合には、そのガラスは、より多く腐食作用に晒される。第１のレンズが最も前方にあるレンズ、すなわち、光入射口側にあるレンズであるとき、これが特に当てはまる。
【００２２】
本明細書において、リン酸塩ガラスが光学ガラスを指しており、Ｐ２Ｏ５がガラス形成体としての役割を果たし、ガラス内に主成分として存在する。リン酸塩ガラス内のリン酸塩の一部をフッ素で置き換えるとき、フルオロリン酸塩ガラスが得られる。フルオロリン酸塩ガラスを合成する場合、ＮａＯ２のような酸素化合物の代わりに、ＮａＦのような対応するフッ化物がガラスバッチに追加される。
【００２３】
リン酸塩ガラス及びフルオロリン酸塩ガラスは、高いアッベ数の観点から、かつ低いシュリーレン光学構成要素であることを考慮すると、第１のレンズに非常に適している。
【００２４】
第２のレンズの場合、フリントガラスが有用である。フリントガラスは５０未満のアッベ数を有するガラスを指している。しかしながら、本発明による色消しレンズ系を得るために、十分に高い分散性を有するプラスチック材料も、同様に、赤外線吸収ガラスの第１のレンズと組み合わせることが考えられる。好ましくは、第２のレンズのフリントガラスは、第１のレンズの銅含有ガラスよりも高い屈折率を有する。
【００２５】
さらに、光入射口側に第１のレンズを配置することが有利である。光出射口側に配置されるセンサーへの距離が長くなるので、一方では、これはシュリーレンの光偏向効果を高めるが、他方では、焦点距離が短縮される。特に、第１のレンズはレンズ系の入射口レンズ、すなわち、そこを通って光線が本発明によるレンズ系を含むカメラモジュールのセンサーまで進むことになる第１のレンズとしての役割を果たすことが有利な場合がある。
【００２６】
最も簡単な場合、レンズ系は第１のレンズ及び第２のレンズのみを備える。しかしながら、有益な撮像特性を得るために、及び／又は焦点距離を短くするために、１つ又は複数の更なるレンズを設けることが有利である。
【００２７】
また、本発明は、上記のような本発明による半導体アレイセンサー及びレンズ系を備えるカメラモジュールに関し、そのレンズ系は、半導体アレイセンサーの前方、すなわち、上流に配置される。
【００２８】
また、上記のように、第１のレンズは第２のレンズに対して光入射口側に配置されることが有利である。レンズ系内に更なるレンズが設けられる場合には、レンズ系の色消し特性にとって、それゆえ、レンズ系を含むカメラモジュールの光学解像度にとって、第１のレンズ及び第２のレンズは、何も介在することなく縦一列に配置されることが有利である。言い換えると、レンズ系、及びこのレンズ系を含むカメラモジュールの一実施形態によれば、第１のレンズ及び第２のレンズに加えて、少なくとも１つ、好ましくは２つの更なるレンズが設けられるが、第１のレンズ及び第２のレンズは、何も介在することなく、光路に沿って縦列するように配置される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるレンズ系を備えるカメラモジュールと、そのレンズ系によって、異なる角度からカメラモジュールのセンサー上に合焦される３つの光ビームとを示す図である。
【図２】図１において類似の形で示されるようなレンズ系のシュリーレンのない理想的な光学構成要素の場合の光ビームの焦点スポットを示す図である。
【図３】図１において類似の形で示されるような、レンズ系のシュリーレンのない理想的な光学構成要素の場合の光ビームの焦点スポットを示す図である。
【図４】図１において類似の形で示されるような、レンズ系のシュリーレンのない理想的な光学構成要素の場合の光ビームの焦点スポットを示す図である。
【図５】複数の波を有するレンズ表面のモデルを示す図である。
【図６】図５に従って変更されたレンズを含むレンズ系の光ビームの焦点スポットを示す、図２に対応する図である。
【図７】図５に従って変更されたレンズを含むレンズ系の光ビームの焦点スポットを示す、図３に対応する図である。
【図８】図５に従って変更されたレンズを含むレンズ系の光ビームの焦点スポットを示す、図４に対応する図である。
【図９】同じ青ガラス（同じ銅イオン濃度）を用いるときの青ガラスフィルターシート及び青ガラスレンズの場合の、反射防止膜を用いない光学カメラモジュール全体の透過特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ここで、本発明は、例示的な実施形態によって、かつ添付の図面を参照しながら更に詳細に説明される。図面において、同じ参照番号は同じ、又は対応する要素を示す。
【００３１】
図１に示されるようなカメラモジュール３は、レンズ系１と、半導体アレイセンサー１０とを備える。レンズ系１は半導体アレイセンサー１０の前方に配置され、入射光を半導体アレイセンサー１０上に合焦する。明確にするために、３つの光線ビーム１５、１６、１７が示される。これら光線ビーム１５、１６、１７は異なる角度において入射する平行光線のビームである。したがって、図示されるビーム経路は、非常に離れた物体の撮像に対応する。ここで、ビーム１５は近軸の光線束である。
【００３２】
それに対して、他のビーム１６、１７は光軸２０に対して或る角度で入射する。光軸に対するビーム１７の角度は、半導体アレイセンサー１０のエッジに入射する光の角度に対応する。さらに、図１の例示では、ビーム１６の角度は、光が半導体アレイセンサー１０の中心とエッジとの間の領域上に合焦されるように選択される。これら３つのビーム１５、１６、１７によって、シュリーレンがカメラモジュール３の解像度に及ぼす影響が以下に説明される。
【００３３】
レンズ系１は、正の焦点距離を有する第１のレンズ５を備える。この実施形態では、第１のレンズは両凸レンズとして設計される。第１のレンズ５は光入射口側に配置され、そこを通って光が半導体アレイセンサーまで進む第１のレンズである。言い換えると、第１のレンズ５はレンズ系１の入射口レンズを形成する。
【００３４】
直ぐ下流に第２のレンズ７が配置され、第２のレンズは負の焦点距離を有する。図１に示される例示的な実施形態では、第２のレンズ７は両凹レンズとして設計される。２つのレンズ５、７は合わせてレンズ系１の一部としてアクロマートを形成する。このために、２つのレンズ５、７がビーム経路内に順次に、すなわち、ビーム経路に沿って互いに隣接して配置されることが有利である。２つのレンズ５、７は、図示される例示的な実施形態の場合のように、空隙が介在することなく、直接互いに隣接して配置することができる。これは、反射損を低減するために、かつ互いの界面においてレンズ５及び７の反射防止膜を省略できるようにするために有利である。しかしながら、２つの隣接するレンズ５と７との間に空隙を設けることもできる。これは、より高次の色誤差を補正する可能性を広げるが、一方で、反射損が増加し、調整が多くなり、組み立てが複雑になる。
【００３５】
さらに、第１のレンズ５及び第２のレンズ７のレンズ対は合わせて合焦効果を有することが意図される。それゆえ、第２のレンズ７の負の焦点距離の絶対値が第１のレンズ５の正の焦点距離よりも小さいように、それぞれの屈折率を考慮に入れながら、レンズ５、７の屈折面の形状が選択される。
【００３６】
２つの更なるレンズ８、９は、焦点距離を短くし、かつ球面誤差、歪み及びコマ収差のような単色収差を更に補正するのに役立つ。この目的を果たすために、２つの更なるレンズ８、９のうちの少なくとも１つは、図示される特定の例に限定されることなく、非球面レンズとすることができる。
【００３７】
本発明によれば、第１のレンズ５は銅イオン含有ガラスから形成され、そのガラスは赤外光を吸収し、赤外光フィルターとしての役割を果たす。スペクトル透過に影響を及ぼす、近赤外範囲内の銅イオンの吸収にかかわらず、そのアッベ数は第２のレンズのアッベ数よりも少なくとも１５だけ大きい。
【００３８】
驚くことに、銅イオン含有ガラスは少なくとも６０のアッベ数を有する場合があることがわかったので、これにより、十分な色補正を達成するために、第２のレンズ７としてフリントガラスを使用できるようになる。同時に、第１のレンズ５の赤外線フィルター効果に起因して、優れた色補正が達成される。強い分散を達成するために、第２のレンズ７にとってフリントガラスが好ましい。第２のレンズ７のアッベ数は５０未満であることが好ましい。更に好ましくは、第２のレンズ７の屈折率は少なくとも１．５である。
【００３９】
そのレンズ対の色消し補正素子としての効果は、小さなアッベ数を有する材料を選択することによって更に高めることができる。一般的に、図１に示される特定のレンズ系１に限定されることなく、第２のレンズ７のアッベ数は、４０以下、更には３０未満の値を有することが好ましい。
【００４０】
そのような低いアッベ数を有するガラスは、手頃な価格で市販されている。詳細には、ここでは、重フリントガラス、ランタン重フリントガラス及びランタンフリントガラスを考慮することができる。一例を与えるために、Ｎ−ＳＦ６の商品名で販売される本出願人の光学ガラスを挙げることができ、そのガラスは２５．４のアッベ数及びｎｄ＝１．８０５２の屈折率を有する。別の例は、Ｎ−ＳＦ２の商品名で本出願人によって販売される重フリントガラスであり、そのガラスは３３．８のアッベ数及びｎｄ＝１．６４７７の屈折率を有する。
【００４１】
第１のレンズの場合、高いアッベ数を達成するために、赤外線吸収銅イオンにかかわらず、リン酸塩ガラス、特にフルオロリン酸塩ガラスが適している。
【００４２】
異なるＣｕＯ濃度を有し、それゆえ、異なる吸収特性を有するＣｕＯドープフルオロリン酸塩ガラスは、例えば、ガラスＢＧ６０、ＢＧ６１を含むか、又はリン酸塩ガラスとして、SCHOTT AGのＢＧ３９、ＢＧ１８、ＢＧ５５を含む。
【００４３】
しかしながら、第１のレンズ５のために本発明において用いられるような、銅イオンを含有するガラスでは特に、ガラスの製造中にシュリーレンが形成される場合がある。シュリーレンは化学組成の局所的な変動を表し、それゆえ、ガラスの屈折率の局所的な変動も引き起こす。それに関連付けられるのは、ＤＩＮ／ＩＳＯ１４９９９−４に従って測定することができる波面の歪みであり、それゆえ、光線の対応する偏向である。意図した経路からのこれらの偏向が小さい場合であっても、それらの偏向はセンサーまでの距離とともに増大し続ける。それゆえ、センサーの前方に青ガラスの赤外線フィルターシートが配置される場合、通常は、強いシュリーレンのみが目立つようになる。一方、本発明によるレンズ系のレンズでは、シュリーレンの悪影響が著しく強くなることがわかった。ここで、シュリーレンの影響が、シミュレーションによって更に詳細に説明される。
【００４４】
この目的を果たすために、図２、図３及び図４は、シュリーレンのない理想的な光学構成要素の場合に、半導体アレイセンサー１０上にレンズ系１によって生成される３つの光ビーム１５、１６、１７の焦点を示す。それらの焦点は、シミュレーションプログラムを用いて計算された。各図は、半導体アレイセンサー１０の表面の２０μｍ×２０μｍのサイズのエリアを示す。図２は、近軸光ビーム１５の焦点１５０を示す。比較のために、理想的な回折限界焦点（いわゆる、エアリー円盤）が、参照番号１４９で示される。焦点１４９、１５０を比較することによって、レンズ系１の焦点１５０が、理想的な光学系の最適に達成可能な焦点、すなわち、エアリー円盤よりもわずかだけ大きいことが明らかになる。
【００４５】
半導体アレイセンサー１０の中心とエッジとの間に入射する中間の光ビーム１６の場合、図３に示されるようなその焦点１６０は、既にわずかなコマ収差を示す。しかしながら、センサーの中心において生成される焦点１５０と同様に、著しい横方向の色誤差は検出されない。それゆえ、例示される焦点１５０、１６０は、赤色光、緑色光及び青色光に対して概ね当てはまる。
【００４６】
図４は、半導体アレイセンサー１０のエッジ上に合焦される光ビーム１７の焦点１７０を示す。ここでは、理想的な回折限界光学系の焦点１４９はわずかなコマ収差を示し、それゆえ、幾分長円形であることを見ることができる。実際の焦点１７０は既にはるかに大きい。さらに、ここでは色誤差が現れており、図４に示される焦点１７０の下側部分は主に青色成分を含む。これは、例示的な実施形態の基本的な光学系が横方向色収差を完全には補正しないためである。
【００４７】
シュリーレンの影響を評価するために、ガラス内部のシュリーレンによって生成される波面変形の代わりに、表面上の波状構造によって、等価な波面変形を生成することができる。それゆえ、そのシミュレーションの場合、レンズ５は、レンズ表面５０上に波状構造を有すると仮定される。
【００４８】
図５は、そのシミュレーションが基にするレンズ表面５０のモデルを示す。図５では、波５１は誇張されており、シミュレーションを簡単にするために、一方向に延在すると仮定された。波５１は、６０ナノメートルの波面変形を引き起こすように選択された。そのような値は、比較的強いシュリーレンにおいても達成される。そのような波面変形を得るために、それらの波は、１１６ナノメートルの高さ（頂部−谷部間）を有する。ここで、比較のために、図６乃至図８は、図２乃至図４に対応し、図５に示されるように変更されたレンズ５を有するレンズ系１の計算された焦点を示す。
【００４９】
図６乃至図８において見ることができるように、全ての焦点１５０、１６０、１７０は図２、図３、図４に示される焦点に比べて著しく拡大される。既に、近軸光線ビーム１５の焦点１５０は、波５１の縦方向を横切る方向において２．５倍よりも大きく広げられる。
【００５０】
それゆえ、本発明によるレンズ系の光学特性にとって、低シュリーレンガラスを選択することが一般的に好都合である。それゆえ、本発明の一実施形態によれば、第１のレンズ５のガラスは、シュリーレンによって引き起こされる波面誤差が大きくても３０ナノメートルであり、好ましくは大きくても１５ナノメートルであるように選択される。
【００５１】
ガラスが製造関連のシュリーレンを含む場合には、例えば、レンズ、又はレンズのブランク成形のためのガラス塊のようなプリフォームを選り抜くことによって、そのような値を得ることができる。しかしながら、製造中に既に、過剰な縞が生成されるのを回避することが特に望ましい。
【００５２】
したがって、本発明は、本出願に記載のレンズ系を作製するための方法であって、
銅イオン含有ガラスを溶解するステップと、
ガラス溶解物からガラス塊を作製するステップと、
ガラス塊から、好ましくは両凸レンズの形をとる、正の焦点距離を有する第１のレンズ５を作製するステップと、
負の焦点距離を有し、第１のレンズ５のアッベ数よりも小さなアッベ数を有する第２のレンズ７を用いてレンズ系１を組み立てるステップと、を含み、それによって、
第１のレンズ５のアッベ数と第２のレンズ７のアッベ数との間の差は少なくとも１５となる、レンズ系を作製するための方法に関する。
【００５３】
ガラス塊はニアネットシェイププリフォームの形で準備されることが好ましい。この目的を果たすために、０．５ｍｍ乃至１０．０ｍｍの直径を有する球体がプリフォームとして特に適している。
【００５４】
第１の実施形態によれば、ガラス塊からのレンズ５の製造はブランク成形によって成し遂げることができる。
【００５５】
別の実施形態によれば、レンズは、ガラス溶解物から直接、すなわち、ガラス塊を用いることなく、ブランク成形によって製造することができる。
【００５６】
更に別の実施形態によれば、ガラス塊から形成されたレンズは、研削し、その後、研磨することによって作製することができる。
【００５７】
さらに、ここでも、この方法では、リン酸塩ガラス、好ましくは、フルオロリン酸塩ガラスを用いることが有利である。これらのタイプのガラスは、その組成内に銅が含まれるにもかかわらず、シュリーレンの数を削減し、強度を低減するのに特に適していることがわかった。材料の研磨除去中に、シュリーレンは表面変形につながるおそれがあるので、シュリーレンは、研削及び研磨を含む上記の方法の変形形態において悪影響を及ぼす場合もある。また、シュリーレンは膨張係数の局所的な変化も引き起こすので、シュリーレンは、ブランク成形においても、レンズ表面の輪郭忠実性に関して悪影響を及ぼす場合がある。それゆえ、好ましくはリン酸塩ガラス、特にフルオロリン酸塩ガラスを使用して、幾つかの点で、作製されたレンズの光学品質を改善する。
【００５８】
また、本発明は、図１に示されるようなカメラモジュールの製造にも関連し、この製造プロセスは上記の方法に基づいており、レンズ系１及び半導体アレイセンサー１０の組み立てを更に含む。この場合、レンズ系１の組み立て及びカメラモジュール３の組み立ては必ずしも連続して実行される必要はない。また、個々のレンズ、図１に示される例ではレンズ５、７、８、９は、逐次的に１つずつ、又はまとめて半導体アレイセンサー１０に取り付けることもできる。
【００５９】
本発明によるレンズアセンブリのレンズ５は、その正の焦点距離のために、少なくとも１つの曲面を成す屈折面を有する。それゆえ、光ビームの経路は、光軸２０への入射角に依存するだけでなく、レンズ上の入射点にも依存する。それゆえ、通常、そのレンズを通しての透過は光軸に対する角度に依存すると予想される。
【００６０】
しかしながら、驚くことに、従来のように青ガラスを半導体アレイセンサーの前方にある薄いシートの形の赤外線フィルターとして配置する場合と同様に、その透過は、光軸に対する入射角に大きく依存しないことがわかった。しかしながら、レンズ５は通常、従来の青ガラス赤外線フィルターよりも厚いので、同じ銅イオン含有量の場合、透過曲線が全体として変化する。図９は、本発明によるレンズの場合のスペクトル透過曲線、及び同じガラスから形成されるセンサーの前方にある青ガラスシートの場合のスペクトル透過曲線の比較を示す。そのガラスはここでも、６４のアッベ数を有する上記のフルオロリン酸塩ガラスである。参照番号３０によって示される曲線は、これまでに赤外線フィルター素子として使用されてきたような、青ガラスシートの場合の透過曲線を表す。比較のために、参照番号３１によって表される曲線は、本発明によるレンズ系１のために用いられるようなレンズ５のためのスペクトル透過曲線を表す。その差が非常に小さく、個々の曲線が互いに概ね重なり、それによって、図９のグラフにおいて差を示すことができないので、異なる光ビーム１５、１６、１７のための個々の透過特性は示されない。したがって、同じ量の酸化銅を有する場合、レンズ５を通しての透過は、対応する青ガラスフィルターシートを通しての透過よりも小さい。
【００６１】
一方、本発明による配置の有利な効果は、赤外線成分がはるかに実効的に抑圧されることである。例えば、この例示的な実施形態では、７００ナノメートルより上の透過は実質的に０であり、一方、青ガラスフィルターシートの場合、８００ナノメートルの光波長であっても、測定可能な透過が存在する。可視スペクトル範囲内の透過を著しく低減しないようにするために、図１のレンズ系の特定の配置に限定されることなく、レンズ５のために、酸化銅含有量が少ないリン酸塩ガラス、又はフルオロリン酸塩ガラスが好ましい。
【００６２】
酸化銅含有量を変更することによって、以下の特徴を有する透過曲線が得られることになる。４００ｎｍ乃至５５０ｎｍの範囲において、フィルターの透過は８０％よりも大きく、６５０ｎｍにおいて、透過は５５％よりも小さく、８５０ｎｍにおいて、透過は１０％より小さい。
【００６３】
例えば、１ミリメートル厚のレンズ５が設けられ、０．３ミリメートル厚のフィルターシートと同じ透過を有することが意図される場合には、そのレンズのフィルターガラスのために、１／０．３＝３．３３分の１のＣｕイオンの濃度を用いることができる。
【００６４】
透過曲線３０、３１から見ることができるように、ガラスに含まれる銅イオンは、可視スペクトル範囲内の透過にも影響を及ぼす。それゆえ、驚くことに、そのようなガラスによって高いアッベ数を達成できるようになり、それにより、このガラスと、別のガラスからなり、かつ色消しレンズ系が得られるように低いアッベ数を有するレンズとを組み合わせることができるようになる。
【符号の説明】
【００６５】
１  レンズ系
３  カメラモジュール
５  正の焦点距離を有する第１のレンズ
７  負の焦点距離を有する第２のレンズ
８、９  レンズ
１０  半導体アレイセンサー
１５、１６、１７  光線ビーム
２０  光軸
３０、３１  透過曲線
５０  ５のレンズ表面
５１  ５０上の波
１４９  回折限界焦点
１５０  １５の焦点
１６０  １６の焦点
１７０  １７の焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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