ウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系
【課題】回折面と屈折面を具備するウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系が提供される。
【解決手段】本発明は、レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)、上記レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素、上記レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素、及び上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素、を含むウェーハスケールレンズを提供する。本発明によれば、超小型光学系の具現が可能で効果的に画角を補正し回折面に入射する光の角度を減らすことにより回折効率が高くなり高次回折光が除去され画質が改善されるという効果を得ることが可能である。
【解決手段】本発明は、レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)、上記レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素、上記レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素、及び上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素、を含むウェーハスケールレンズを提供する。本発明によれば、超小型光学系の具現が可能で効果的に画角を補正し回折面に入射する光の角度を減らすことにより回折効率が高くなり高次回折光が除去され画質が改善されるという効果を得ることが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像光学系に使用されるウェーハスケールのレンズ及びこれを具備する光学系に関することとして、より詳細には回折面と屈折面を利用し優秀な光学的性能を具現することが可能な光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、モバイルフォーンは初期には通信手段の機能のみ有していた。しかし、その使用が増大するに連れ写真撮影または画像伝送ないし通信など要求されるサービスが多様になっており、これに伴いその機能とサービスが進化を重ねている。最近はデジタルカメラの技術とモバイルフォーン技術を融合させた拡張された新たな概念のモバイルフォーン、いわゆるカメラフォーン(ｃａｍｅｒａ ｐｈｏｎｅまたはｃａｍｅｒａ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ)が大きく脚光をあびている。さらにデジタルキャムコーダー技術をモバイルフォーン技術に融合させ数十分以上の動画像マルチメディアを貯蔵、伝送することが可能ないわゆるキャムコーダーモバイルフォーン(ｃａｍｃｏｒｄｅｒ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅまたはｃａｍｃｏｒｄｅｒ ｐｈｏｎｅ)も開発されつつある。
【０００３】
このようなモバイルフォーンだけではなく、コンピュータが大衆化普遍化されることにより画像チャットや画像会議のためピーシー(ＰＣ)カメラも急速に普及され大衆化されつつある。また、一般スチールカメラもまたデジタルカメラに急速に代替されつつある。
【０００４】
このようなカメラは通常その特性上カメラ装置が小型かつ軽量であることが要求される。このため従来にはプラスチックまたはグラス材質のレンズを利用した光学系が使用されたが、このような超小型の光学系具現には限界があった。
【０００５】
このような問題点を克服するため、一つのレンズ基板に多数のレンズを同時に形成するレプリカ法(ｒｅｐｌｉｃａ ｍｅｔｈｏｄ)を使用しレンズ及び光学系を形成する方法が提案されて来たが、レンズ基板に形成されるポリマーの厚さに限界があり効率的な光学系を具現するには困難なところがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためのこととして、一つのレンズ基板に回折面と屈折面を同時に形成し効率的に収差を補正することが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
また、回折面に入射される光の角度を減らすことにより効果的に広い画角を効果的に補正しこれを通じ高い回折効率と高画質を実現することが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を提供することを目的とする。
【０００８】
そして、回折面を通過した光を再び拡散させ光学系の大きさを減らすことが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
また、レプリカ法を利用し超小型の光学系を具現すると同時に大量生産に効率的なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するための一側面として、レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)、上記レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素、上記レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素、及び上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素、を含むウェーハスケールレンズを提供する。
【００１１】
この際、上記第１レンズ要素の光軸上の厚さは１８０μｍ以上であることが好ましく、上記第３レンズ要素は強い陰の屈折力を有するよう外郭部の最大厚さが１５０μｍ以上であることが好ましい。
【００１２】
また、上記第２レンズ要素の回折面は平面または曲面からなることが可能である。好ましくは、上記第２レンズ要素と第３レンズ要素の屈折率の差は０．１以上である。より好ましくは、上記第２レンズ要素の屈折率は１．５８以上で第３レンズ要素の屈折率は１．４８以下である。
【００１３】
また、上記レンズ基板の面または第１ないし第３レンズ要素の面は赤外線遮断コーティングが成されることが可能である。
【００１４】
他の側面として本発明は、第１レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)と、上記第１レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素と、上記第１レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素と、上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素を具備する第１ウェーハスケールレンズ、上記第１ウェーハスケールレンズの後方に設置され、第２レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)と、上記第２レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第４レンズ要素と、上記第２レンズ基板の像側面に形成され各々のフィールド別に収差を補正する第５レンズ要素を具備する第２ウェーハスケールレンズ、及び上記第２ウェーハスケールレンズから結像されたイメージを感知するイメージセンサー、を含むウェーハスケールレンズを具備する光学系を提供する。
【００１５】
この際、上記第１レンズ要素の光軸上の厚さは１８０μｍ 以上であることが好ましく、上記第３レンズ要素は強い陰の屈折力を有するよう外郭部の最大厚さが１５０μｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
また、上記第２レンズ要素の回折面は平面または曲面からなることが可能である。好ましくは、上記第２レンズ要素と第３レンズ要素の屈折率の差は０．１以上である。さらに好ましくは、上記第２レンズ要素の屈折率は１．５８以上で第３レンズ要素の屈折率は１．４８以下である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、一つのレンズ基板に回折面と屈折面を同時に形成し効率的に収差を補正することが可能という効果を得ることが可能である。
【００１８】
また、第１レンズ要素の光軸上の厚さを大きくすることにより回折面に入射される光の角度を減らし、これを通じ広い画角を効果的に補正し高い回折効率を具現すると同時に高次の回折光を除去することにより高画質を実現することが可能という有利な効果がある。
【００１９】
そして、回折面を通過した光を効果的に拡散させることが可能であるよう第３レンズ要素の屈折力を大きくすることにより、光学系の大きさを減らすことが可能という効果を得ることが可能である。
【００２０】
また、第３レンズ要素を透過した光を再び集める第４レンズ要素と各々のフィールド別に諸収差を補正する第５レンズ要素を具備することにより効率的な光学系を具現することが可能となる。
【００２１】
さらに、レプリカ法を利用しウェーハスケールレンズを製作することにより超小型の光学系を具現すると同時に大量生産に適合という効果を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、レプリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）法を利用し、レンズ基板に屈折面と回折面を同時に形成し色収差を補正すると同時に、回折面に入射する光の角度を減らし回折効率を高め高次回折光を除去することにより高画質を実現することが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を実現することを特徴とする。
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面に伴いより詳細に説明する。図１ａは本発明によるウェーハレンズを具備する光学系の第１実施例を図示したレンズ構成図である。以下のレンズ構成図において、レンズの厚さ、大きさ、形状は説明のため多少誇張して図示されており、特にレンズ構成図から提示された球面または非球面の形状は一例として提示されただけでこの形状に限定されない。
【００２４】
図１ａに図示された通り、本発明の実施例によるウェーハスケールレンズを具備する光学系は物体側から順番に、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１と、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２と像面ＩＰに該当するイメージセンサー(未図示)を具備する。
【００２５】
上記第１ウェーハスケールレンズＬＧ１は第１レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)Ｓ１と、上記第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素Ｌ１と、上記第１レンズ基板Ｓ１の像側面３に形成され回折面４を具備する第２レンズ要素Ｌ２と、上記第２レンズ要素Ｌ２の回折面４に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素Ｌ３を具備する。すなわち、上記第２レンズ要素Ｌ２は回折光学素子(ＤＯＥ、Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ)に該当する。
【００２６】
また、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２は第２レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)Ｓ２と、上記第２レンズ基板Ｓ２の物体側の面７に形成され陽の屈折力を有する第４レンズ要素Ｌ４と、上記第２レンズ基板Ｓ２の像側面８に形成され各々のフィールド別に収差を補正する第５レンズ要素Ｌ５を具備する。
【００２７】
また、上記イメージセンサーは像面(ＩＰ)に位置し、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１及び第２ウェーハスケールレンズＬＧ２を通過した光イメージを感知し電気的信号に変換させるようＣＣＤまたはＣＭＯＳ等からなる。
【００２８】
また、第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２には開口絞り(未図示)が設置される。一方、上記第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の後側には光学的低域フィルタや色フィルタ、フェイスプレート(ｆａｃｅ ｐｌａｔｅ)等に対応し赤外線フィルタとカバーグラス(ｃｏｖｅｒ ｇｌａｓｓ)等が設置されることが可能で、本発明の光学的特性には原則的に影響を及ぼさないこととする。
【００２９】
本発明による第１ウェーハスケールレンズＬＧ１は図１ｂに図示された通り、第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２に陽の屈折力を有する第１レンズ要素Ｌ１が形成され、像側面３に回折光学素子からなる第２レンズ要素Ｌ２が形成され、上記第２レンズ要素Ｌ２の回折面４に陰の屈折力を有する第３レンズ要素Ｌ３が形成される。
【００３０】
このように、一つのレンズ基板に屈折面と回折面を同時に具備するようにして色収差を効率的に補正することが可能であるようにする。
【００３１】
また、上記第１レンズ要素Ｌ１は光軸上において１８０μｍ以上の厚さＨ１を有するよう形成される。
【００３２】
従来はレプリカ法によりレンズ要素を製作する際、ポリマーの収縮などによりポリマーの高さ(厚さ)、すなわち, サグ(ｓａｇ)が５０μｍ以下に制限され強い屈折力を有する光学系を具現し難かった。
【００３３】
しかし、本発明は、第１レンズ要素Ｌ１の厚さを大きくすることにより強い陽の屈折力を有するレンズ要素を提供する。
【００３４】
このように、厚さが大きいレンズ要素の製作は厚さが小さいポリマー層を多数形成することにより形成されることが可能であるが、これに限定されない。
【００３５】
このように、第１レンズ要素Ｌ１の光軸上の厚さＨ１を大きくすることにより強い屈折力を提供することが可能となる。
【００３６】
これを通じ大きい画角を効率的に補正し回折光学素子、すなわち第２レンズ要素Ｌ２に入射される光の角度を減らすことにより回折光学素子の回折効率を高めることが可能になり、またイメージセンサーにおいてノイズとして作用する高次回折光が除去され画質が改善されるという利点を得ることが可能となる。
【００３７】
図１ｂに図示された通り、第１レンズ基板Ｓ１の像側面３に形成される回折光学素子、すなわち第２レンズ要素Ｌ２は平面または曲面に凸凹パターンの回折面４が具備される。
【００３８】
特に、基本面が曲面を成しここに回折光学素子が形成される場合には屈折面が一つ増加する効果を得ることが可能なため、効率的な光学系を具現することが可能という利点を得ることが可能となる。
【００３９】
上記回折面４は第１レンズ基板Ｓ１に積層されるポリマーにより一体で形成され、上記回折面４が硬化された後上記回折面４の上に第３レンズ要素Ｌ３が形成される。
【００４０】
一方、図１ｂの回折格子の格子高さ(Ｈ３)は凸凹パターンの凹部と凸部の高低差に該当することとして、このような格子高さＨ３は隣するレンズ要素Ｌ２、Ｌ３の屈折率の差により決定される。
【００４１】
一般的に、同一の光学的機能を有する回折光学素子の凸凹パターンを考慮する場合、格子の高さＨ３は隣するレンズ要素Ｌ２、Ｌ３の間の屈折率の差に反比例する。すなわち、隣するレンズ要素Ｌ２、Ｌ３の間の屈折率の差を大きくすると格子高さを低くすることが可能である。
【００４２】
この際、凸凹パターンの加工精密度と加工性を考慮すると凸凹パターンの格子高さＨ３は低いのが好ましい。
【００４３】
本発明によるウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系はこのような凸凹高さを低めるため第２レンズ要素Ｌ２と第３レンズ要素Ｌ３の屈折率の差は１．０以上であることが好ましい。
【００４４】
また、第２レンズ要素Ｌ２と第３レンズ要素Ｌ３に使用されるポリマーの材質を考慮する時、上記第２レンズ要素Ｌ２の屈折率は１．５８以上であることが好ましく、第３レンズ要素Ｌ３の屈折率は１．４８以下であることが好ましい。
【００４５】
第３レンズ要素Ｌ３は回折面４に形成され陰の屈折力を有する。このように、陰の屈折力を有する第３レンズ要素Ｌ３を形成することにより、第３レンズ要素Ｌ３を通過した光を再び拡散させることにより光学系の大きさを減らすことが可能となる。
【００４６】
このように、光学系の超小型化のため上記第３レンズ要素Ｌ３は可能な限り強い陰の屈折力を有することが好ましく、このため上記第３レンズ要素Ｌ３の外郭部の最大厚さ(高さ)Ｈ２は１５０μｍ以上であることが好ましい。
【００４７】
また、本発明によるウェーハスケールレンズを具備する光学系は第２レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)Ｓ２に形成され、第４レンズ要素Ｌ４と第５レンズ要素Ｌ５を具備する第２ウェーハスケールレンズＬＧ２を具備する。
【００４８】
上記第４レンズ要素Ｌ４は上記第２レンズ基板Ｓ２の物体側の面７に陽の屈折力を有するよう形成され第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の第３レンズ要素Ｌ３から拡散された光を再び集める役割をする。
【００４９】
また、上記第５レンズ要素Ｌ５は上記第２レンズ基板Ｓ２の像側面８に形成され各々のフィールド別に収差を補正する機能を遂行する。
【００５０】
一方、上記第１レンズ基板Ｓ１、第２レンズ基板Ｓ２、第１ないし第５レンズ要素Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５の面には紫外線コーティングされることが可能で、このような場合には紫外線フィルタが別途に具備されなくても良いと言う利点を得ることが可能である。
【００５１】
以下、具体的な数値実施例を通じ本発明に対して説明する。以下の実施例１ないし３と比較例は全て前述した通り、物体側から順番に、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１と、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２と像面ＩＰに該当するイメージセンサー(未図示)を具備する。
【００５２】
この際、上記第１ウェーハスケールレンズＬＧ１は第１レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)１０と、上記第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素Ｌ１と、上記第１レンズ基板Ｓ１の像側面３に形成され回折面４を具備する第２レンズ要素Ｌ２と、上記第２レンズ要素Ｌ２の回折面４に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素Ｌ３を具備し、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２は第２レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)Ｓ２と、上記第２レンズ基板Ｓ２の物体側の面７に形成され陽の屈折力を有する第４レンズ要素Ｌ４と、上記第２レンズ基板Ｓ２の像側面８に形成され各々のフィールド別に収差を補正する第５レンズ要素Ｌ５を具備する。
【００５３】
また、上記イメージセンサーは像面ＩＰに位置し、第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２には開口絞り(未図示)が設置され、上記第２ウェーハスケールレンズＬＧ２と像面ＩＰの間には赤外線フィルタ、カバーグラス等からなる光学的フィルタが具備され得る。
【００５４】
以下の各実施例及び比較例において使用される非球面は公知の数学式1から得られ、円錐(Ｃｏｎｉｃ)定数(Ｋ)及び非球面係数(Ａ、Ｂ、Ｃ)に使用される'Ｅ及びこれに連なる数字'は１０の累乗を示す。例えば、Ｅ+０１は１０１を、Ｅ-０２は１０-２を示す。
【００５５】
【数１】
Ｚ:レンズの頂点から光軸方向への距離
Ｙ:光軸に垂直な方向への距離
ｃ:レンズの頂点における曲率半径(ｒ)の逆数
Ｋ:円錐(Ｃｏｎｉｃ)定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ:非球面係数
【００５６】
また、各々の実施例及び比較例において第４面は回折光学素子による回折面として、位相項は次の数学式２から得られる。
【００５７】
【数２】
Φ：高さＹにおける位相
λ：光の波長
Ｙ：光軸に垂直な方向への距離
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６：位相項の係数
【実施例１】
【００５８】
下記の表１は本発明の第１実施例による数値例を示している。また、図１ａは本発明の第１実施例に伴うウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ配置を示すレンズ構成図で、図１ｂは第１ウェーハスケールレンズの拡大図で、図２(ａ)ないし(ｃ)は表１及び図１に図示された光学系の諸収差度を示し、図３は第１実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００５９】
また、以下の非点収差図面の"Ｓ"はサジタル(ｓａｇｉｔｔａｌ)、"Ｔ"はタンジェンシャル(ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ)を示す。
【００６０】
ここで、ＭＴＦ(Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ)はミリメートル当たりサイクルの空間周波数に依存し、光の最大強度(Ｍａｘ)と最小強度(Ｍｉｎ)の間で次の数学式３により定義される値である。
【００６１】
【数３】
即ち、ＭＴＦが１の場合が最も理想的でＭＴＦ値が減少すると解像度が落ちる。
【００６２】
第１実施例はＦナンバー(ＦＮｏ)が２．８で、画角は６０度、第１レンズ要素の物体側面１から像面までの距離(以下'ＴＬ'とする)は３．２８ｍｍ、光学系の有効焦点距離(ｆ)は２．７６ｍｍ、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の焦点距離(ｆ１)は３．５２ｍｍ、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の焦点距離(ｆ２)は７．０１ｍｍで、像高(ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ)は３．２ｍｍ、画素数は６４０×４８０で、ピクセル大きさは４μｍである。
【００６３】
【表１】
【００６４】
ここで、第４面の回折面は数学式２により得られ、各々の係数は次の通りである。
ａ１：-０．１８３３７２Ｅ-０１
ａ２：-０．５９３６００Ｅ-０１
ａ３：０．２６６７２０Ｅ-０２
ａ４：０．１０５５９３Ｅ＋０１
ａ５：-０．２１５７５２Ｅ＋０１
ａ６：０．１２９６０５Ｅ＋０１
【００６５】
また、表において＊は非球面を表わし、実施例１の場合第１面(第１レンズ要素の物体側の面)、第５面(第３レンズ要素の像側面)、第６面(第４レンズ要素の物体側面)及び第９面(第５レンズ要素の像側面)が非球面である。
【００６６】
数学式１による実施例１の非球面係数の値は次の表２の通りである。
【表２】
【実施例２】
【００６７】
下記の表３は本発明の第２実施例による数値例を表わしている。また、図４は本発明の第２実施例に伴うウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ配置を示すレンズ構成図で、図５(ａ)ないし(ｃ)は表３及び図４に図示された光学系の諸収差度を表わし、図６は第２実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００６８】
第２実施例はＦナンバー(ＦＮｏ)が２．８で、画角は６０度、ＴＬは３．２８ｍｍ、光学系の有効焦点距離(ｆ)は２．７６ｍｍ、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の焦点距離(ｆ１)は３．５３ｍｍ、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の焦点距離(ｆ２)は６．７６ｍｍで、像高(ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ)は３．２ｍｍ、画素数は６４０×４８０で、ピクセル大きさは４μｍである。
【００６９】
【表３】
【００７０】
ここで、第４面の回折面は数学式２により得られ、各々の係数は次の通りである。
ａ１：-０．０２５６４８
ａ２：-０．０８０８４３
ａ３：０．０１４６９０
ａ４：１．０８５６２６
ａ５：-２．１８１１２３
ａ６：１．４４４６１３
【００７１】
また、表３において＊は非球面を表わし、実施例２の場合第１面(第１レンズ要素の物体側面)、第５面(第３レンズ要素の像側面)、第６面(第４レンズ要素の物体側面)及び第９面(第５レンズ要素の像側面)が非球面である。
【００７２】
数学式１による実施例２の非球面係数の値は次の表４の通りである。
【表４】
【実施例３】
【００７３】
下記の表５は本発明の第３実施例による数値例を表わしている。また、図７は本発明の第３実施例に伴うウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ配置を示すレンズ構成図で、図８(ａ)ないし(ｃ)は表５及び図７に図示された光学系の諸収差度を表わし、図９は第３実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００７４】
第３実施例はＦナンバー(ＦＮｏ)が２．８で、画角は６０度、ＴＬは３．３６ｍｍ、光学系の有効焦点距離(ｆ)は２．７６ｍｍ、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の焦点距離(ｆ１)は３．６８ｍｍ、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の焦点距離(ｆ２)は６．９９ｍｍで、像高(ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ)は３．２ｍｍ、画素数は６４０×４８０で、ピクセル大きさは４μｍである。
【００７５】
【表５】
【００７６】
ここで、第４面の回折面は数学式２により得られ、各々の係数は次の通りである。
ａ１：-０．０２
ａ２：０
ａ３：０
ａ４：０
ａ５：０
ａ６：０
【００７７】
また、表５において＊は非球面を表わし、第３実施例の場合第１面(第１レンズ要素の物体側面)、第５面(第３レンズ要素の像側面)、第６面(第４レンズ要素の物体側面)及び第９面(第５レンズ要素の像側面)が非球面である。
【００７８】
数学式１による第３実施例の非球面係数の値は次の表６の通りである。
【表６】
【００７９】
［比較例］
本比較例は焦点距離、ＴＬ、画角、Ｆナンバー等の光学的条件を実施例３と類似にし、但し第１レンズ要素の厚さＨ１と第２レンズ要素の厚さＨ２を小さくした場合である。
【００８０】
下記の表７は本発明の比較例による数値例を表わしている。また、図１０は比較例による光学系のレンズ配置を示すレンズ構成図で、図１１(ａ)ないし(ｃ)は表７及び図１０に図示された光学系の諸収差度を表わし、図１２は比較例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００８１】
比較例はＦナンバー(ＦＮｏ)が２．８で、画角は６０度、ＴＬは３．３７ｍｍ、光学系の有効焦点距離(ｆ)は２．７４ｍｍ、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の焦点距離(ｆ１)は３．７０ｍｍ、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の焦点距離(ｆ２)は６．６０ｍｍで、像高(ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ)は３．２ｍｍ、画素数は６４０×４８０で、ピクセル大きさは４μｍである。
【００８２】
【表７】
【００８３】
ここで、第４面の回折面は数学式２により得られ、各々の係数は次の通りである。
ａ１：-０．０１４５
ａ２：-０．０７３９
ａ３：０．０８９５
ａ４：０
ａ５：０
ａ６：０
【００８４】
また、表７において＊は非球面を表わし、比較例の場合第１面(第１レンズ要素の物体側面)、第５面(第３レンズ要素の像側面)、第６面(第４レンズ要素の物体側面)及び第９面(第５レンズ要素の像側面)が非球面である。
【００８５】
数学式１による比較例の非球面係数の値は次の表８の通りである。
【表８】
【００８６】
以上の実施例を通じ図２、図５及び図８に図示された通り諸収差の特性が優れた光学系を得ることが可能で、図３、図６及び図９に図示された通りＭＴＦ特性が優秀で高解像度を具現することが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を得ることが可能ということを確認することが可能である。
【００８７】
しかし、第３実施例に比べ、第１レンズ要素の厚さＨ１と第２レンズ要素の厚さＨ２が小さい比較例の場合には、図１１の通り、諸収差の特性が衰え、特に図１２の通りＭＴＦ特性が大きく悪くなることを確認することが可能である。
【００８８】
すなわち、本発明によるウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系は回折面と屈折面を適切に配置すると同時に、第１レンズ要素の厚さＨ１と第２レンズ要素の厚さＨ２を大きくすることにより、諸収差特性及びＭＴＦ特性が優秀な光学系を得ることが可能ということを確認することが可能である。
【００８９】
本発明は、特定の実施例に関し図示して説明したが、当業界において通常の知識を有している者であれば、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることが可能であることを明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１ａ】本発明の第１実施例によるウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ構成図である。
【図１ｂ】図１ａに図示された光学系の部分拡大図である。
【図２】図１に図示された第１実施例の諸収差度を図示したこととして、(ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
【図３】図１に図示された第１実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施例によるウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ構成図である。
【図５】図４に図示された第２実施例の諸収差度を図示したこととして、 (ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
【図６】図４に図示された第２実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【図７】本発明の第３実施例によるウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ構成図である。
【図８】図７に図示された第３実施例の諸収差度を図示したこととして、(ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
【図９】図７に図示された第３実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【図１０】本発明に対する比較例による光学系のレンズ構成図である。
【図１１】図１０に図示された比較例の諸収差度を図示したこととして、 (ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
【図１２】図１０に図示された比較例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
Ｓ１ 第１レンズ基板
Ｓ２ 第２レンズ基板
Ｌ１ 第１レンズ要素
Ｌ２ 第２レンズ要素
Ｌ３ 第３レンズ要素
Ｌ４ 第４レンズ要素
Ｌ５ 第５レンズ要素
ＬＧ１ 第１ウェーハスケールレンズ
ＬＧ２ 第２ウェーハスケールレンズ
ＩＰ 像面
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ 面番号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像光学系に使用されるウェーハスケールのレンズ及びこれを具備する光学系に関することとして、より詳細には回折面と屈折面を利用し優秀な光学的性能を具現することが可能な光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、モバイルフォーンは初期には通信手段の機能のみ有していた。しかし、その使用が増大するに連れ写真撮影または画像伝送ないし通信など要求されるサービスが多様になっており、これに伴いその機能とサービスが進化を重ねている。最近はデジタルカメラの技術とモバイルフォーン技術を融合させた拡張された新たな概念のモバイルフォーン、いわゆるカメラフォーン(ｃａｍｅｒａ ｐｈｏｎｅまたはｃａｍｅｒａ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ)が大きく脚光をあびている。さらにデジタルキャムコーダー技術をモバイルフォーン技術に融合させ数十分以上の動画像マルチメディアを貯蔵、伝送することが可能ないわゆるキャムコーダーモバイルフォーン(ｃａｍｃｏｒｄｅｒ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅまたはｃａｍｃｏｒｄｅｒ ｐｈｏｎｅ)も開発されつつある。
【０００３】
このようなモバイルフォーンだけではなく、コンピュータが大衆化普遍化されることにより画像チャットや画像会議のためピーシー(ＰＣ)カメラも急速に普及され大衆化されつつある。また、一般スチールカメラもまたデジタルカメラに急速に代替されつつある。
【０００４】
このようなカメラは通常その特性上カメラ装置が小型かつ軽量であることが要求される。このため従来にはプラスチックまたはグラス材質のレンズを利用した光学系が使用されたが、このような超小型の光学系具現には限界があった。
【０００５】
このような問題点を克服するため、一つのレンズ基板に多数のレンズを同時に形成するレプリカ法(ｒｅｐｌｉｃａ ｍｅｔｈｏｄ)を使用しレンズ及び光学系を形成する方法が提案されて来たが、レンズ基板に形成されるポリマーの厚さに限界があり効率的な光学系を具現するには困難なところがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためのこととして、一つのレンズ基板に回折面と屈折面を同時に形成し効率的に収差を補正することが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
また、回折面に入射される光の角度を減らすことにより効果的に広い画角を効果的に補正しこれを通じ高い回折効率と高画質を実現することが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を提供することを目的とする。
【０００８】
そして、回折面を通過した光を再び拡散させ光学系の大きさを減らすことが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
また、レプリカ法を利用し超小型の光学系を具現すると同時に大量生産に効率的なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するための一側面として、レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)、上記レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素、上記レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素、及び上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素、を含むウェーハスケールレンズを提供する。
【００１１】
この際、上記第１レンズ要素の光軸上の厚さは１８０μｍ以上であることが好ましく、上記第３レンズ要素は強い陰の屈折力を有するよう外郭部の最大厚さが１５０μｍ以上であることが好ましい。
【００１２】
また、上記第２レンズ要素の回折面は平面または曲面からなることが可能である。好ましくは、上記第２レンズ要素と第３レンズ要素の屈折率の差は０．１以上である。より好ましくは、上記第２レンズ要素の屈折率は１．５８以上で第３レンズ要素の屈折率は１．４８以下である。
【００１３】
また、上記レンズ基板の面または第１ないし第３レンズ要素の面は赤外線遮断コーティングが成されることが可能である。
【００１４】
他の側面として本発明は、第１レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)と、上記第１レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素と、上記第１レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素と、上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素を具備する第１ウェーハスケールレンズ、上記第１ウェーハスケールレンズの後方に設置され、第２レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)と、上記第２レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第４レンズ要素と、上記第２レンズ基板の像側面に形成され各々のフィールド別に収差を補正する第５レンズ要素を具備する第２ウェーハスケールレンズ、及び上記第２ウェーハスケールレンズから結像されたイメージを感知するイメージセンサー、を含むウェーハスケールレンズを具備する光学系を提供する。
【００１５】
この際、上記第１レンズ要素の光軸上の厚さは１８０μｍ 以上であることが好ましく、上記第３レンズ要素は強い陰の屈折力を有するよう外郭部の最大厚さが１５０μｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
また、上記第２レンズ要素の回折面は平面または曲面からなることが可能である。好ましくは、上記第２レンズ要素と第３レンズ要素の屈折率の差は０．１以上である。さらに好ましくは、上記第２レンズ要素の屈折率は１．５８以上で第３レンズ要素の屈折率は１．４８以下である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、一つのレンズ基板に回折面と屈折面を同時に形成し効率的に収差を補正することが可能という効果を得ることが可能である。
【００１８】
また、第１レンズ要素の光軸上の厚さを大きくすることにより回折面に入射される光の角度を減らし、これを通じ広い画角を効果的に補正し高い回折効率を具現すると同時に高次の回折光を除去することにより高画質を実現することが可能という有利な効果がある。
【００１９】
そして、回折面を通過した光を効果的に拡散させることが可能であるよう第３レンズ要素の屈折力を大きくすることにより、光学系の大きさを減らすことが可能という効果を得ることが可能である。
【００２０】
また、第３レンズ要素を透過した光を再び集める第４レンズ要素と各々のフィールド別に諸収差を補正する第５レンズ要素を具備することにより効率的な光学系を具現することが可能となる。
【００２１】
さらに、レプリカ法を利用しウェーハスケールレンズを製作することにより超小型の光学系を具現すると同時に大量生産に適合という効果を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、レプリカ（ｒｅｐｌｉｃａ）法を利用し、レンズ基板に屈折面と回折面を同時に形成し色収差を補正すると同時に、回折面に入射する光の角度を減らし回折効率を高め高次回折光を除去することにより高画質を実現することが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を実現することを特徴とする。
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面に伴いより詳細に説明する。図１ａは本発明によるウェーハレンズを具備する光学系の第１実施例を図示したレンズ構成図である。以下のレンズ構成図において、レンズの厚さ、大きさ、形状は説明のため多少誇張して図示されており、特にレンズ構成図から提示された球面または非球面の形状は一例として提示されただけでこの形状に限定されない。
【００２４】
図１ａに図示された通り、本発明の実施例によるウェーハスケールレンズを具備する光学系は物体側から順番に、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１と、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２と像面ＩＰに該当するイメージセンサー(未図示)を具備する。
【００２５】
上記第１ウェーハスケールレンズＬＧ１は第１レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)Ｓ１と、上記第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素Ｌ１と、上記第１レンズ基板Ｓ１の像側面３に形成され回折面４を具備する第２レンズ要素Ｌ２と、上記第２レンズ要素Ｌ２の回折面４に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素Ｌ３を具備する。すなわち、上記第２レンズ要素Ｌ２は回折光学素子(ＤＯＥ、Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ)に該当する。
【００２６】
また、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２は第２レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)Ｓ２と、上記第２レンズ基板Ｓ２の物体側の面７に形成され陽の屈折力を有する第４レンズ要素Ｌ４と、上記第２レンズ基板Ｓ２の像側面８に形成され各々のフィールド別に収差を補正する第５レンズ要素Ｌ５を具備する。
【００２７】
また、上記イメージセンサーは像面(ＩＰ)に位置し、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１及び第２ウェーハスケールレンズＬＧ２を通過した光イメージを感知し電気的信号に変換させるようＣＣＤまたはＣＭＯＳ等からなる。
【００２８】
また、第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２には開口絞り(未図示)が設置される。一方、上記第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の後側には光学的低域フィルタや色フィルタ、フェイスプレート(ｆａｃｅ ｐｌａｔｅ)等に対応し赤外線フィルタとカバーグラス(ｃｏｖｅｒ ｇｌａｓｓ)等が設置されることが可能で、本発明の光学的特性には原則的に影響を及ぼさないこととする。
【００２９】
本発明による第１ウェーハスケールレンズＬＧ１は図１ｂに図示された通り、第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２に陽の屈折力を有する第１レンズ要素Ｌ１が形成され、像側面３に回折光学素子からなる第２レンズ要素Ｌ２が形成され、上記第２レンズ要素Ｌ２の回折面４に陰の屈折力を有する第３レンズ要素Ｌ３が形成される。
【００３０】
このように、一つのレンズ基板に屈折面と回折面を同時に具備するようにして色収差を効率的に補正することが可能であるようにする。
【００３１】
また、上記第１レンズ要素Ｌ１は光軸上において１８０μｍ以上の厚さＨ１を有するよう形成される。
【００３２】
従来はレプリカ法によりレンズ要素を製作する際、ポリマーの収縮などによりポリマーの高さ(厚さ)、すなわち, サグ(ｓａｇ)が５０μｍ以下に制限され強い屈折力を有する光学系を具現し難かった。
【００３３】
しかし、本発明は、第１レンズ要素Ｌ１の厚さを大きくすることにより強い陽の屈折力を有するレンズ要素を提供する。
【００３４】
このように、厚さが大きいレンズ要素の製作は厚さが小さいポリマー層を多数形成することにより形成されることが可能であるが、これに限定されない。
【００３５】
このように、第１レンズ要素Ｌ１の光軸上の厚さＨ１を大きくすることにより強い屈折力を提供することが可能となる。
【００３６】
これを通じ大きい画角を効率的に補正し回折光学素子、すなわち第２レンズ要素Ｌ２に入射される光の角度を減らすことにより回折光学素子の回折効率を高めることが可能になり、またイメージセンサーにおいてノイズとして作用する高次回折光が除去され画質が改善されるという利点を得ることが可能となる。
【００３７】
図１ｂに図示された通り、第１レンズ基板Ｓ１の像側面３に形成される回折光学素子、すなわち第２レンズ要素Ｌ２は平面または曲面に凸凹パターンの回折面４が具備される。
【００３８】
特に、基本面が曲面を成しここに回折光学素子が形成される場合には屈折面が一つ増加する効果を得ることが可能なため、効率的な光学系を具現することが可能という利点を得ることが可能となる。
【００３９】
上記回折面４は第１レンズ基板Ｓ１に積層されるポリマーにより一体で形成され、上記回折面４が硬化された後上記回折面４の上に第３レンズ要素Ｌ３が形成される。
【００４０】
一方、図１ｂの回折格子の格子高さ(Ｈ３)は凸凹パターンの凹部と凸部の高低差に該当することとして、このような格子高さＨ３は隣するレンズ要素Ｌ２、Ｌ３の屈折率の差により決定される。
【００４１】
一般的に、同一の光学的機能を有する回折光学素子の凸凹パターンを考慮する場合、格子の高さＨ３は隣するレンズ要素Ｌ２、Ｌ３の間の屈折率の差に反比例する。すなわち、隣するレンズ要素Ｌ２、Ｌ３の間の屈折率の差を大きくすると格子高さを低くすることが可能である。
【００４２】
この際、凸凹パターンの加工精密度と加工性を考慮すると凸凹パターンの格子高さＨ３は低いのが好ましい。
【００４３】
本発明によるウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系はこのような凸凹高さを低めるため第２レンズ要素Ｌ２と第３レンズ要素Ｌ３の屈折率の差は１．０以上であることが好ましい。
【００４４】
また、第２レンズ要素Ｌ２と第３レンズ要素Ｌ３に使用されるポリマーの材質を考慮する時、上記第２レンズ要素Ｌ２の屈折率は１．５８以上であることが好ましく、第３レンズ要素Ｌ３の屈折率は１．４８以下であることが好ましい。
【００４５】
第３レンズ要素Ｌ３は回折面４に形成され陰の屈折力を有する。このように、陰の屈折力を有する第３レンズ要素Ｌ３を形成することにより、第３レンズ要素Ｌ３を通過した光を再び拡散させることにより光学系の大きさを減らすことが可能となる。
【００４６】
このように、光学系の超小型化のため上記第３レンズ要素Ｌ３は可能な限り強い陰の屈折力を有することが好ましく、このため上記第３レンズ要素Ｌ３の外郭部の最大厚さ(高さ)Ｈ２は１５０μｍ以上であることが好ましい。
【００４７】
また、本発明によるウェーハスケールレンズを具備する光学系は第２レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)Ｓ２に形成され、第４レンズ要素Ｌ４と第５レンズ要素Ｌ５を具備する第２ウェーハスケールレンズＬＧ２を具備する。
【００４８】
上記第４レンズ要素Ｌ４は上記第２レンズ基板Ｓ２の物体側の面７に陽の屈折力を有するよう形成され第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の第３レンズ要素Ｌ３から拡散された光を再び集める役割をする。
【００４９】
また、上記第５レンズ要素Ｌ５は上記第２レンズ基板Ｓ２の像側面８に形成され各々のフィールド別に収差を補正する機能を遂行する。
【００５０】
一方、上記第１レンズ基板Ｓ１、第２レンズ基板Ｓ２、第１ないし第５レンズ要素Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５の面には紫外線コーティングされることが可能で、このような場合には紫外線フィルタが別途に具備されなくても良いと言う利点を得ることが可能である。
【００５１】
以下、具体的な数値実施例を通じ本発明に対して説明する。以下の実施例１ないし３と比較例は全て前述した通り、物体側から順番に、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１と、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２と像面ＩＰに該当するイメージセンサー(未図示)を具備する。
【００５２】
この際、上記第１ウェーハスケールレンズＬＧ１は第１レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)１０と、上記第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素Ｌ１と、上記第１レンズ基板Ｓ１の像側面３に形成され回折面４を具備する第２レンズ要素Ｌ２と、上記第２レンズ要素Ｌ２の回折面４に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素Ｌ３を具備し、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２は第２レンズ基板(ｌｅｎｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ)Ｓ２と、上記第２レンズ基板Ｓ２の物体側の面７に形成され陽の屈折力を有する第４レンズ要素Ｌ４と、上記第２レンズ基板Ｓ２の像側面８に形成され各々のフィールド別に収差を補正する第５レンズ要素Ｌ５を具備する。
【００５３】
また、上記イメージセンサーは像面ＩＰに位置し、第１レンズ基板Ｓ１の物体側の面２には開口絞り(未図示)が設置され、上記第２ウェーハスケールレンズＬＧ２と像面ＩＰの間には赤外線フィルタ、カバーグラス等からなる光学的フィルタが具備され得る。
【００５４】
以下の各実施例及び比較例において使用される非球面は公知の数学式1から得られ、円錐(Ｃｏｎｉｃ)定数(Ｋ)及び非球面係数(Ａ、Ｂ、Ｃ)に使用される'Ｅ及びこれに連なる数字'は１０の累乗を示す。例えば、Ｅ+０１は１０１を、Ｅ-０２は１０-２を示す。
【００５５】
【数１】
Ｚ:レンズの頂点から光軸方向への距離
Ｙ:光軸に垂直な方向への距離
ｃ:レンズの頂点における曲率半径(ｒ)の逆数
Ｋ:円錐(Ｃｏｎｉｃ)定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ:非球面係数
【００５６】
また、各々の実施例及び比較例において第４面は回折光学素子による回折面として、位相項は次の数学式２から得られる。
【００５７】
【数２】
Φ：高さＹにおける位相
λ：光の波長
Ｙ：光軸に垂直な方向への距離
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６：位相項の係数
【実施例１】
【００５８】
下記の表１は本発明の第１実施例による数値例を示している。また、図１ａは本発明の第１実施例に伴うウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ配置を示すレンズ構成図で、図１ｂは第１ウェーハスケールレンズの拡大図で、図２(ａ)ないし(ｃ)は表１及び図１に図示された光学系の諸収差度を示し、図３は第１実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００５９】
また、以下の非点収差図面の"Ｓ"はサジタル(ｓａｇｉｔｔａｌ)、"Ｔ"はタンジェンシャル(ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ)を示す。
【００６０】
ここで、ＭＴＦ(Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ)はミリメートル当たりサイクルの空間周波数に依存し、光の最大強度(Ｍａｘ)と最小強度(Ｍｉｎ)の間で次の数学式３により定義される値である。
【００６１】
【数３】
即ち、ＭＴＦが１の場合が最も理想的でＭＴＦ値が減少すると解像度が落ちる。
【００６２】
第１実施例はＦナンバー(ＦＮｏ)が２．８で、画角は６０度、第１レンズ要素の物体側面１から像面までの距離(以下'ＴＬ'とする)は３．２８ｍｍ、光学系の有効焦点距離(ｆ)は２．７６ｍｍ、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の焦点距離(ｆ１)は３．５２ｍｍ、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の焦点距離(ｆ２)は７．０１ｍｍで、像高(ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ)は３．２ｍｍ、画素数は６４０×４８０で、ピクセル大きさは４μｍである。
【００６３】
【表１】
【００６４】
ここで、第４面の回折面は数学式２により得られ、各々の係数は次の通りである。
ａ１：-０．１８３３７２Ｅ-０１
ａ２：-０．５９３６００Ｅ-０１
ａ３：０．２６６７２０Ｅ-０２
ａ４：０．１０５５９３Ｅ＋０１
ａ５：-０．２１５７５２Ｅ＋０１
ａ６：０．１２９６０５Ｅ＋０１
【００６５】
また、表において＊は非球面を表わし、実施例１の場合第１面(第１レンズ要素の物体側の面)、第５面(第３レンズ要素の像側面)、第６面(第４レンズ要素の物体側面)及び第９面(第５レンズ要素の像側面)が非球面である。
【００６６】
数学式１による実施例１の非球面係数の値は次の表２の通りである。
【表２】
【実施例２】
【００６７】
下記の表３は本発明の第２実施例による数値例を表わしている。また、図４は本発明の第２実施例に伴うウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ配置を示すレンズ構成図で、図５(ａ)ないし(ｃ)は表３及び図４に図示された光学系の諸収差度を表わし、図６は第２実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００６８】
第２実施例はＦナンバー(ＦＮｏ)が２．８で、画角は６０度、ＴＬは３．２８ｍｍ、光学系の有効焦点距離(ｆ)は２．７６ｍｍ、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の焦点距離(ｆ１)は３．５３ｍｍ、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の焦点距離(ｆ２)は６．７６ｍｍで、像高(ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ)は３．２ｍｍ、画素数は６４０×４８０で、ピクセル大きさは４μｍである。
【００６９】
【表３】
【００７０】
ここで、第４面の回折面は数学式２により得られ、各々の係数は次の通りである。
ａ１：-０．０２５６４８
ａ２：-０．０８０８４３
ａ３：０．０１４６９０
ａ４：１．０８５６２６
ａ５：-２．１８１１２３
ａ６：１．４４４６１３
【００７１】
また、表３において＊は非球面を表わし、実施例２の場合第１面(第１レンズ要素の物体側面)、第５面(第３レンズ要素の像側面)、第６面(第４レンズ要素の物体側面)及び第９面(第５レンズ要素の像側面)が非球面である。
【００７２】
数学式１による実施例２の非球面係数の値は次の表４の通りである。
【表４】
【実施例３】
【００７３】
下記の表５は本発明の第３実施例による数値例を表わしている。また、図７は本発明の第３実施例に伴うウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ配置を示すレンズ構成図で、図８(ａ)ないし(ｃ)は表５及び図７に図示された光学系の諸収差度を表わし、図９は第３実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００７４】
第３実施例はＦナンバー(ＦＮｏ)が２．８で、画角は６０度、ＴＬは３．３６ｍｍ、光学系の有効焦点距離(ｆ)は２．７６ｍｍ、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の焦点距離(ｆ１)は３．６８ｍｍ、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の焦点距離(ｆ２)は６．９９ｍｍで、像高(ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ)は３．２ｍｍ、画素数は６４０×４８０で、ピクセル大きさは４μｍである。
【００７５】
【表５】
【００７６】
ここで、第４面の回折面は数学式２により得られ、各々の係数は次の通りである。
ａ１：-０．０２
ａ２：０
ａ３：０
ａ４：０
ａ５：０
ａ６：０
【００７７】
また、表５において＊は非球面を表わし、第３実施例の場合第１面(第１レンズ要素の物体側面)、第５面(第３レンズ要素の像側面)、第６面(第４レンズ要素の物体側面)及び第９面(第５レンズ要素の像側面)が非球面である。
【００７８】
数学式１による第３実施例の非球面係数の値は次の表６の通りである。
【表６】
【００７９】
［比較例］
本比較例は焦点距離、ＴＬ、画角、Ｆナンバー等の光学的条件を実施例３と類似にし、但し第１レンズ要素の厚さＨ１と第２レンズ要素の厚さＨ２を小さくした場合である。
【００８０】
下記の表７は本発明の比較例による数値例を表わしている。また、図１０は比較例による光学系のレンズ配置を示すレンズ構成図で、図１１(ａ)ないし(ｃ)は表７及び図１０に図示された光学系の諸収差度を表わし、図１２は比較例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【００８１】
比較例はＦナンバー(ＦＮｏ)が２．８で、画角は６０度、ＴＬは３．３７ｍｍ、光学系の有効焦点距離(ｆ)は２．７４ｍｍ、第１ウェーハスケールレンズＬＧ１の焦点距離(ｆ１)は３．７０ｍｍ、第２ウェーハスケールレンズＬＧ２の焦点距離(ｆ２)は６．６０ｍｍで、像高(ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ)は３．２ｍｍ、画素数は６４０×４８０で、ピクセル大きさは４μｍである。
【００８２】
【表７】
【００８３】
ここで、第４面の回折面は数学式２により得られ、各々の係数は次の通りである。
ａ１：-０．０１４５
ａ２：-０．０７３９
ａ３：０．０８９５
ａ４：０
ａ５：０
ａ６：０
【００８４】
また、表７において＊は非球面を表わし、比較例の場合第１面(第１レンズ要素の物体側面)、第５面(第３レンズ要素の像側面)、第６面(第４レンズ要素の物体側面)及び第９面(第５レンズ要素の像側面)が非球面である。
【００８５】
数学式１による比較例の非球面係数の値は次の表８の通りである。
【表８】
【００８６】
以上の実施例を通じ図２、図５及び図８に図示された通り諸収差の特性が優れた光学系を得ることが可能で、図３、図６及び図９に図示された通りＭＴＦ特性が優秀で高解像度を具現することが可能なウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系を得ることが可能ということを確認することが可能である。
【００８７】
しかし、第３実施例に比べ、第１レンズ要素の厚さＨ１と第２レンズ要素の厚さＨ２が小さい比較例の場合には、図１１の通り、諸収差の特性が衰え、特に図１２の通りＭＴＦ特性が大きく悪くなることを確認することが可能である。
【００８８】
すなわち、本発明によるウェーハスケールレンズ及びこれを具備する光学系は回折面と屈折面を適切に配置すると同時に、第１レンズ要素の厚さＨ１と第２レンズ要素の厚さＨ２を大きくすることにより、諸収差特性及びＭＴＦ特性が優秀な光学系を得ることが可能ということを確認することが可能である。
【００８９】
本発明は、特定の実施例に関し図示して説明したが、当業界において通常の知識を有している者であれば、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることが可能であることを明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１ａ】本発明の第１実施例によるウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ構成図である。
【図１ｂ】図１ａに図示された光学系の部分拡大図である。
【図２】図１に図示された第１実施例の諸収差度を図示したこととして、(ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
【図３】図１に図示された第１実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施例によるウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ構成図である。
【図５】図４に図示された第２実施例の諸収差度を図示したこととして、 (ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
【図６】図４に図示された第２実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【図７】本発明の第３実施例によるウェーハスケールレンズを具備する光学系のレンズ構成図である。
【図８】図７に図示された第３実施例の諸収差度を図示したこととして、(ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
【図９】図７に図示された第３実施例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【図１０】本発明に対する比較例による光学系のレンズ構成図である。
【図１１】図１０に図示された比較例の諸収差度を図示したこととして、 (ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
【図１２】図１０に図示された比較例のＭＴＦ特性を図示したグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
Ｓ１ 第１レンズ基板
Ｓ２ 第２レンズ基板
Ｌ１ 第１レンズ要素
Ｌ２ 第２レンズ要素
Ｌ３ 第３レンズ要素
Ｌ４ 第４レンズ要素
Ｌ５ 第５レンズ要素
ＬＧ１ 第１ウェーハスケールレンズ
ＬＧ２ 第２ウェーハスケールレンズ
ＩＰ 像面
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ 面番号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ基板、
上記レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素、
上記レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素、及び
上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素、
を含むウェーハスケールレンズ。
【請求項２】
上記第１レンズ要素の光軸上の厚さは１８０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項３】
上記第３レンズ要素は強い陰の屈折力を有するよう外郭部の最大厚さが１５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項４】
上記第２レンズ要素の回折面は平面または曲面からなることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項５】
上記第２レンズ要素と第３レンズ要素の屈折率の差は０．１以上であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項６】
上記第２レンズ要素の屈折率は１．５８以上で第３レンズ要素の屈折率は１．４８以下であることを特徴とする請求項５に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項７】
上記レンズ基板の面または第１ないし第３レンズ要素の面は赤外線遮断コーティングが成されることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項８】
第１レンズ基板と、上記第１レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素と、上記第１レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素と、上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素を具備する第１ウェーハスケールレンズ、
上記第１ウェーハスケールレンズの後方に設置され、第２レンズ基板と、上記第２レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第４レンズ要素と、上記第２レンズ基板の像側面に形成され各々のフィールド別に収差を補正する第５レンズ要素を具備する第２ウェーハスケールレンズ、及び
上記第２ウェーハスケールレンズから結像されたイメージを感知するイメージセンサー、
を含むウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項９】
上記第１レンズ要素の光軸上の厚さは１８０μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１０】
上記第３レンズ要素は強い陰の屈折力を有するよう外郭部の最大厚さが１５０μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１１】
上記第２レンズ要素の回折面は平面または曲面からなることを特徴とする請求項８に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１２】
上記第２レンズ要素と第３レンズ要素の屈折率の差は０．１以上であることを特徴とする請求項８に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１３】
上記第２レンズ要素の屈折率は１．５８以上で第３レンズ要素の屈折率は１．４８以下であることを特徴とする請求項１２に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１】
レンズ基板、
上記レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素、
上記レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素、及び
上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素、
を含むウェーハスケールレンズ。
【請求項２】
上記第１レンズ要素の光軸上の厚さは１８０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項３】
上記第３レンズ要素は強い陰の屈折力を有するよう外郭部の最大厚さが１５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項４】
上記第２レンズ要素の回折面は平面または曲面からなることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項５】
上記第２レンズ要素と第３レンズ要素の屈折率の差は０．１以上であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項６】
上記第２レンズ要素の屈折率は１．５８以上で第３レンズ要素の屈折率は１．４８以下であることを特徴とする請求項５に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項７】
上記レンズ基板の面または第１ないし第３レンズ要素の面は赤外線遮断コーティングが成されることを特徴とする請求項１に記載のウェーハスケールレンズ。
【請求項８】
第１レンズ基板と、上記第１レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第１レンズ要素と、上記第１レンズ基板の像側面に形成され回折面を具備する第２レンズ要素と、上記第２レンズ要素の回折面に積層され陰の屈折力を有する第３レンズ要素を具備する第１ウェーハスケールレンズ、
上記第１ウェーハスケールレンズの後方に設置され、第２レンズ基板と、上記第２レンズ基板の物体側の面に形成され陽の屈折力を有する第４レンズ要素と、上記第２レンズ基板の像側面に形成され各々のフィールド別に収差を補正する第５レンズ要素を具備する第２ウェーハスケールレンズ、及び
上記第２ウェーハスケールレンズから結像されたイメージを感知するイメージセンサー、
を含むウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項９】
上記第１レンズ要素の光軸上の厚さは１８０μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１０】
上記第３レンズ要素は強い陰の屈折力を有するよう外郭部の最大厚さが１５０μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１１】
上記第２レンズ要素の回折面は平面または曲面からなることを特徴とする請求項８に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１２】
上記第２レンズ要素と第３レンズ要素の屈折率の差は０．１以上であることを特徴とする請求項８に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【請求項１３】
上記第２レンズ要素の屈折率は１．５８以上で第３レンズ要素の屈折率は１．４８以下であることを特徴とする請求項１２に記載のウェーハスケールレンズを具備する光学系。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−３２３３６５（Ｐ２００６−３２３３６５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０４７４０（Ｐ２００６−１０４７４０）
【出願日】平成１８年４月５日（２００６．４．５）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月５日（２００６．４．５）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]