JP2023132712A - 光学系、及びカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】カメラモジュールの小型化・薄型化を実現する。【解決手段】光学系（３０４）は、２枚以上のレンズを含み全体として正のパワーを有して物体光を透過する第１レンズ群（Ｇ１）と、第１レンズ群（Ｇ１）を透過した物体光を受け取り、焦点距離が可変である可変焦点レンズ（ＶＬ）とを備え、可変焦点レンズ（ＶＬ）のパワーの変化に基づいて、物体光を発する物体へのフォーカシングが行われる。【選択図】図２

Description

本発明は、物体光を撮像部に集光する可変焦点レンズを備えた光学系、及びカメラモジュールに関する。

被写体を撮像するための複数の撮像レンズと、この複数の撮像レンズを保持するレンズバレルと、レンズバレルを駆動するレンズ駆動装置とを備え、複数の撮像レンズ一式を保持したレンズバレルを繰り出す全群繰り出し方式のカメラモジュールが従来技術として知られている（特許文献１）。

また、カメラモジュールが搭載されるスマートフォンの厚みを小さくするために、複数の撮像レンズの前段にプリズムやミラー等の反射素子を備え、この反射素子により被写体からの光の光軸方向をスマートフォン裏面に対して垂直な方向からスマートフォン裏面に対して平行な方向に傾けることができる全群繰り出し方式のカメラモジュールが知られている（特許文献２）。

またさらに、従来の単一焦点のレンズを用いるのではなく、可変焦点レンズ、例えば液体レンズを用いることで、レンズの繰り出しを抑えようとするカメラモジュールが知られている（特許文献３）。

特許第5611533号明細書（2014年9月12日登録） 米国特許第10371928号明細書（2019年8月6日登録） 中国特許第109975973号明細書（2020年8月7日登録）

しかしながら、上述の特許文献１では、全群繰り出し方式の繰り出し量の長さだけ撮像レンズが光軸方向に移動するための隙間が必要になるので、特に焦点距離の大きい望遠レンズを備えたカメラモジュールで、繰り出し量が長くなるために大型化し、カメラモジュールの小型化・薄型化が困難になるという問題がある。

また、上記問題を解決するために、上述特許文献２のように全群操り出し方式と折り曲げ光学系とを組み合わせた場合では、レンズと反射素子との間に、レンズ駆動装置によるレンズの全群操り出し量以上の隙間距離が必要となる。

この隙間距離に応じて、レンズの画角分だけ光線が広がる。光線が広がれば反射素子も大きくする必要が有り、カメラモジュールの厚みやフットプリントも大きくなる。

従って本方式の場合でも、全群操り出し量が長いカメラモジュールを得ようとすれば、同様にカメラモジュールが大型化し、小型化・薄型化が困難になる問題がある。

なお、上述の特許文献３のように液体レンズのような可変焦点レンズを用いることで、レンズの繰り出し量を抑えることを期待できるが、実際に液体レンズを用いる場合には光学性能上の課題、特に色収差やコマ収差が大きく発生し、問題が有る。

本発明の一態様は、光学系、及びカメラモジュールの小型化・薄型化を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学系は、２枚以上のレンズを含み全体として正のパワーを有して物体光を透過する第１レンズ群と、前記第１レンズ群を透過した物体光を受け取り、焦点距離が可変である可変焦点レンズとを備え、前記可変焦点レンズのパワーの変化に基づいて、前記物体光を発する物体へのフォーカシングが行われることを特徴とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るカメラモジュールは、本発明の一態様に係る光学系と、前記光学系を透過した物体光を集光する結像面を有し、前記結像面に集光した物体光を光電変換する撮像部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、光学系、及びカメラモジュールの小型化・薄型化を実現することができる。

実施形態１に係るカメラモジュールの斜視図である。 図１に示すＡ－Ａ矢視断面図である。 上記カメラモジュールに設けられた光学部の構成図である。 実施形態２に係るカメラモジュールに設けられた光学部の構成図である。 比較例に係るカメラモジュールの斜視図である。 図５に示すＢ－Ｂ矢視断面図である。 他の比較例に係るカメラモジュールの斜視図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は実施形態１に係るカメラモジュール３００の斜視図である。図２は図１に示すＡ－Ａ矢視断面図であり、カメラモジュール３００の中央部を光軸方向に切断した断面図に相当する。

カメラモジュール３００は、光学系３０４と、この光学系３０４を経由した物体光を集光する結像面３０７を有し、物体光を光電変換する撮像部３０５とを備える。

光学系３０４は、２枚以上のレンズを含み全体として正のパワーを有して物体光を受け取る第１レンズ群Ｇ１、及び、第１レンズ群Ｇ１を透過した物体光を受け取り、焦点距離が可変である可変焦点レンズＶＬとを有する。

そして、カメラモジュール３００は、光学系３０４の第１レンズ群Ｇ１よりも前段に配置される反射素子３０３をさらに備える。反射素子３０３は、第１光軸３０１に沿って放出される物体光を第２光軸３０２に沿って光学系３０４に導く。光学系３０４は、第２光軸３０２に沿って物体光を結像面３０７に集光する。

物体光を発する近距離物体へのフォーカシングにおいて第２光軸３０２に沿った方向における第１レンズ群Ｇ１と撮像部３０６との間の距離が変化しないように、第１レンズ群Ｇ１と撮像部３０６とは筐体ＢＳに固定されている。

実施形態１に係るカメラモジュール３００は、図２に示すように、最も被写体側に配置され、被写体からの第１光軸３０１に沿った光を第２光軸３０２に沿って導く反射素子３０３と、この反射素子３０３よりも後段に配置される光学系３０４と、光学系３０４を経由した光の光電変換を行う撮像部３０５と、を備える構成となっている。

光学系３０４は、最も反射素子３０３の近傍に位置する第１レンズＬ１を含む第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１よりも後段に配置される可変焦点レンズＶＬとを含む。

また、カメラモジュール３００は、光学系３０４に内包される開口絞りＳｔと、撮像部３０５の前方に配置される赤外線カットフィルタＩＲと、上記の全構成部品を直接的あるいは間接的に支持する筐体ＢＳとをさらに備える。

反射素子３０３は、被写体から第１光軸３０１に沿って進む光線を折り曲げて第２光軸３０２に沿って導き、光学系３０４へ伝達する。反射素子３０３が光線を折り曲げる角度、すなわち第１光軸３０１と第２光軸３０２との間の角度は、９０度が好適であるが、適宜変更することが出来、９０度に限定されるものではない。

また反射素子３０３は、プリズム、反射板（鏡）等の種々の反射素材を適宜使用することができるが、加工精度から、プリズムを用いることが好ましい。

更に反射素子３０３は、カメラモジュール３００の筐体ＢＳによって支持されるが、反射素子３０３と筐体ＢＳとの間に駆動機構を設けることで、後述の通り、光学式の手振れ補正機能を実現することが出来る。

光学系３０４は、反射素子３０３によって第２光軸３０２に沿って導かれた光線を、撮像部３０６の結像面３０７に集光させて結像させる。

光学系３０４は、第１レンズ群Ｇ１と、可変焦点レンズＶＬと、開口絞りＳｔと、を備え、筐体ＢＳによって支持されるが、光学系３０４と筐体ＢＳとの間に駆動機構を設けることで、後述の通り、光学式の手振れ補正機能を実現することが出来る。

なお本実施形態に係るカメラモジュール３００の光学性能に関わる諸々の実施形態は、後述の通り、光学系３０４における第１レンズＬ１～第４レンズＬ４の各構成によって実現される。
可変焦点レンズＶＬは、例えば液体レンズであって、レンズの曲率半径を変化させて焦点距離を変えることが出来、これによりフォーカシングを行う。この液体レンズは、液体に電圧を印加したときに液体のぬれ特性が変化する「エレクトロウェッティング（Electrowetting）」という現象を用いて液体の形状を変化させて屈折面が構成されることで、可変焦点レンズとして用いられる。

液体レンズは、例えば、屈折率が互いに異なり、メニスカス（Meniscus）を介して接触する非混合性の第１流体及び第２流体と、シリンダー壁を有して第１流体及び第２流体を収容するシリンダー状の流体チャンバーと、シリンダー壁の内側に配置された流体接触層と、流体接触層によって第１流体及び第２流体から分離される第１電極と、第２流体を活性化させる第２電極とを備える。

第１電極と第２電極との間に電圧が印加されないとき、流体接触層は、第２流体よりも第１流体に対して高い湿潤性（Wettability）を有する。第１電極と第２電極との間に電圧が印加されると、エレクトロウェッティングのため、第２流体による湿潤性が変化し、メニスカスによる接触角が変化することになる。よって、印加電圧によってメニスカスの形状が変化してレンズの曲率半径が変化することになり、これを用いて液体レンズの焦点調節が行われる。
ただし可変焦点レンズＶＬは、他の可変焦点レンズ、例えば軟質ポリマーを用いることも可能であり、液体レンズに限定されない。

この軟質ポリマーを用いたレンズは、例えば、軟質ポリマーと、可撓性を持つ透明材料と、上記可撓性透明材料を変形させる駆動部とを備えており、駆動部によって可撓性透明材料を変形させて屈折面が構成されることで、可変焦点レンズとして用いられる。

軟質ポリマーを用いたレンズは、例えば、凹部が形成された基板と、基板の凹部を覆うように形成された上部カバー層と、基板の凹部の中に配された軟質ポリマーと、上部カバー層の上の凹部の周縁に対応する位置に配置された圧電リングとを備える。

薄い上部カバー層と圧電リングとは、バイモルフ駆動部として協調して作用する。例えば、圧電リングが収縮すると、上部カバー層に隆起が形成される。この上部カバー層が曲面を与え、この曲面が中央部において実質的に球形の屈折面を構成し、これにより、レンズが提供される。軟質ポリマーの下面が軟質ポリマーに追従して上に移動し、上に引っ張られて上部カバー層の隆起を形成し、このため、メニスカスレンズが提供される。

光学系３０４は、反射素子３０３によって第２光軸３０２に沿って導かれた光線を、撮像部３０６に集光させて結像させる。

撮像部３０５は、光電変換により、光学系３０４によって結像面３０７に集光した光線を電気信号に変換する、センサデバイスである。電気信号はソフトウェア処理を経て、最終的に画像へと出力される。

撮像部３０５は、筐体ＢＳとの間に駆動機構を設けることで、後述の通り、光学式の手振れ補正機能を実現することが出来る。

赤外線カットフィルタＩＲは、撮像部３０６に入射する光から、赤外線光を遮断する役割を有する。

また、撮像部３０５に直接異物（ゴミ）が付着すると、集光が遮られ、画像が大きく劣化するため、赤外線カットフィルタＩＲを撮像部３０５よりも前方に設けることで、赤外線カットフィルタＩＲは撮像部３０５に異物が直接付着するリスクを低減する役割も有する。

なお、本実施形態に係るカメラモジュール３００は、反射素子３０３を任意の２つの軸を回転軸として回動させることにより、光学式の手振れ補正を実現する構成にすることが出来る。

上記の構成は、手振れの状態を検出するためのブレ検出手段と、ブレ検出手段から出力された信号に基づいて反射素子３０３の駆動部を制御するコントローラーと、反射素子３０３を回動させるための駆動部と、反射素子３０３を保持して駆動部の動きを伝えて反射素子３０３を動かす保持部材と、を含む。

あるいは、本実施形態に係るカメラモジュール３００は、光学系３０４を任意の２つの軸に平行に移動させることによっても、光学式の手振れ補正を実現する構成にすることが出来る。

上記の構成は、手振れの状態を検出するためのブレ検出手段と、ブレ検出手段から出力された信号に基づいて光学系３０４の駆動部を制御するコントローラーと、光学系３０４を移動させるための駆動部と、光学系３０４を保持して駆動部の動きを伝えて光学系３０４を動かす保持部材と、を含む。

更にあるいは、本実施形態に係るカメラモジュールは、撮像部３０５を任意の２つの軸に平行に移動させることによっても、光学式の手振れ補正を実現する構成にすることが出来る。

上記の構成は、手振れの状態を検出するためのブレ検出手段と、ブレ検出手段から出力された信号に基づいて撮像部３０５の駆動部を制御するコントローラーと、撮像部３０５を移動させるための駆動部と、撮像部３０５を保持して駆動部の動きを伝えて撮像部３０５を動かす保持部材と、を含む。

いずれの構成も、構成部品の２軸の駆動により光学式の手振れ補正を実現するものであることから、例えば、反射素子３０３の回転軸を１軸、光学系３０４の移動軸を別の１軸というように、別の部品の駆動方向を１軸ずつ組み合わせることでも、光学式の手振れ補正を実現することが出来る。

これらの光学式の手振れ補正を実現する構成については、一般的に知られている為、詳細な説明および図示は省略する。

以下、本実施形態に係る光学系３０４に関する一実施形態について、図３、及び、本実施形態に係るレンズデータを示す表１に基づいて説明する。

なお表１において、ｆは光学系３０４の全系の焦点距離を、ＦｎｏはＦナンバーを、ωは半画角（度）を、ｉｈは最大像高をそれぞれ示す。また、ｉは被写体側から数えた面番号、ｒは曲率半径、ｔは光軸上のレンズ面間距離、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数、ＴＴＬは第１レンズ群Ｇ１の最も反射素子３０３の近傍に位置するレンズの物体側の面から撮像部３０６までの距離をそれぞれ示す。なお、非球面に関しては、面番号ｉの後に＊（アスタリスク）の符号を付加して示す。

また、レンズ面の非球面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をｚ、光軸に直交する方向の高さをｈ、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０としたとき、下記式１により表わされる。後述する表２～表５も同様である。

図３は実施形態１に係るカメラモジュール３００における光学系３０４の光学レンズの概略構成図を示している。物体側から順に、絞りＳｔと、全体として正のパワーを持つ第１レンズ群Ｇ１と、可変焦点レンズＶＬとからなり、第１レンズ群Ｇ１は正のパワーを持つ第１レンズＬ１と負のパワーを持つ第２レンズＬ２と負のパワーを持つ第３レンズＬ３とから構成される。

実施形態１について、レンズデータを上記表１に示す。

実施形態１に係るレンズは、実焦点距離ｆが２３．３ｍｍ、３５ｍｍ換算焦点距離にして凡そ２４０ｍｍであり、２眼カメラの広角側が３５ｍｍ換算焦点距離２４ｍｍであれば、２眼カメラでズーム比率約１０倍を実現することができる。

ここで、
光学系３０４の全体の実焦点距離ｆ＝２３．３ｍｍ、
無限遠撮影時の可変焦点レンズＶＬの焦点距離ｆ２Ｉ＝０ｍｍ、
近距離撮影時の可変焦点レンズＶＬの焦点距離ｆ２Ｍ＝１１８．２ｍｍ、
光学系３０４の全体の最大像高ｉｈ＝２．０５０ｍｍ、
第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の近傍に位置する第１レンズＬ１の物体側の面から結像面３０７までの距離ＴＴＬ＝２１．１１ｍｍ、
光学系３０４の全体のＦナンバーＦｎｏ＝４．４、
第１レンズ群Ｇ１の光学有効径Ｄｅ１＝５．３ｍｍ、
可変焦点レンズＶＬにおける光学有効径Ｄｅ２＝３．９ｍｍ、
となる。

実施形態１に係る光学系３０４は、可変焦点レンズＶＬの曲率を変化することで焦点距離が変えることが出来、結果として無限遠撮影から近距離撮影にかけてフォーカシングを行うことができる。本実施形態に依ればレンズ繰り出しが不要であるが、１／４．４型センサの場合、同様のフォーカシングを従来のレンズの全群繰り出し方式で行うと、１．１ｍｍのレンズ繰り出し量が必要となる。

実施形態１に係る光学系３０４のように、可変焦点レンズＶＬの前方に正のパワーを持つ第１レンズ群Ｇ１を配置することで、諸収差、特に色収差やコマ収差を良好に補正することが出来る。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図４は実施形態２に係るカメラモジュールに設けられた光学系３０４Ａの構成図である。実施形態１と比べ、光学系３０４に第１レンズ群Ｇ１及び可変焦点レンズＶＬに加え、第２レンズ群Ｇ２（第４レンズＬ４）を加えた構成を光学系３０４Ａは備える。

実施形態２のカメラモジュールの光学系３０４Ａに設けられたレンズデータを上記表２に示す。

実施形態２に係るレンズは、実焦点距離が２３．４ｍｍ、３５ｍｍ換算焦点距離にして凡そ２４５ｍｍであり、２眼カメラの広角側が３５ｍｍ換算焦点距離２４ｍｍであれば、２眼カメラでズーム比率約１０倍を実現することができる。

ここで、
光学系３０４Ａの全体の実焦点距離ｆ＝２３．３ｍｍ、
無限遠撮影時の可変焦点レンズＶＬの焦点距離ｆ２Ｉ＝０ｍｍ、
近距離撮影時の可変焦点レンズＶＬの焦点距離ｆ２Ｍ＝９２．４ｍｍ、
光学系３０４Ａの全体の最大像高ｉｈ＝２．０５０ｍｍ、
第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の近傍に位置する第１レンズＬ１の物体側の面から結像面３０７までの距離ＴＴＬ＝２１．８７ｍｍ、
光学系３０４Ａの全体のＦナンバーＦｎｏ＝４．４、
第１レンズ群Ｇ１の光学有効径Ｄｅ１＝５．３ｍｍ、
可変焦点レンズＶＬにおける光学有効径Ｄｅ２＝４．２ｍｍ、
となる。

実施形態２に係る光学系３０４Ａは、可変焦点レンズＶＬの曲率を変化することで焦点距離が変えることが出来、結果として無限遠撮影から近距離撮影にかけてフォーカシングを行うことができる。本実施形態に依ればレンズ繰り出しが不要であるが、１／４．４型センサの場合、同様のフォーカシングを従来のレンズの全群繰り出し方式で行うと、１．１ｍｍのレンズ繰り出し量が必要となる。

実施形態２に係る光学系３０４Ａによれば、可変焦点レンズＶＬよりも後方に正のパワーを持つ第２レンズ群Ｇ２（第４レンズＬ４）を配置することで、可変焦点レンズＶＬによって生じる諸収差、特に球面収差を補正することが出来る。

（比較例）
図５は比較例に係るカメラモジュール１００の斜視図である。カメラモジュール１００は、特許文献１に示されたストレート型カメラモジュールである。カメラモジュール１００は、撮像光学系である光学部１、光学部１を駆動するレンズ駆動装置２、光学部１を経由した光の光電変換を行う撮像部３とから構成される。光学部１は、レンズ駆動装置２の内部に保持されている。撮像部３は、センサ部４と、センサ部４が実装される基板５とから構成される。カメラモジュール１００は、基板５上に、センサ部４、レンズ駆動装置２が、この順に光軸方向に積層された構成である。以下の説明では、便宜上、光学部１側を上方、撮像部３側を下方とする。

図６は図５に示すＢＢ矢視断面図である。まず、図６に基づき、カメラモジュール１００の全体構造について説明する。図６は、カメラモジュール１００の中央部を光軸方向に切断した断面図である。

光学部１は、被写体像を形成する撮像光学系であり、外部の光を撮像部３のセンサ部４へ導く。光学部１は、複数（図６では３枚）の撮像レンズ６と、撮像レンズ６を保持するレンズバレル７とから構成される。レンズバレル７は、レンズ駆動装置２に固定されている。撮像レンズ６の光軸は、レンズバレル７の軸心と一致している。

カメラモジュール１００には、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）タイプのレンズ駆動装置２が搭載されている。レンズ駆動装置２は、電磁力によって、光学部１を光軸方向に駆動する。すなわち、レンズ駆動装置２は、無限遠端からマクロ端の間で、撮像レンズ６を上下動させる。これにより、カメラモジュール１００が、オートフォーカス機能を発揮する。このような撮像レンズ６一式を保持したレンズバレル７を繰り出す方式は全群操り出し方式と呼ばれる。

レンズ駆動装置２は、撮像レンズ６の駆動時に、光軸方向に移動して光学部１（撮像レンズ６）を光軸方向に移動させる可動部と、撮像レンズ６の駆動時に位置が変動しない固定部とを備えている。可動部は、固定部の内部に収容されている。可動部は、レンズホルダ８およびコイル１０から構成されており、固定部は、ヨーク１１、永久磁石１２、カバー１４、およびベース１５から構成されている。

レンズホルダ８の外周端部（フランジ部）には、コイル１０が固定されている。コイル１０は、レンズホルダ８の外周端部（底部）から、光入射側（後述の開口１３側）に延設されている。

ベース１５は、レンズ駆動装置２の底部を構成しており、ベース１５の裏面にセンサ部４が設けられる。ベース１５の中央部には、光路を確保するために開口１６が形成されている。

ヨーク１１は、筒状の部材であり、レンズ駆動装置２の側面部を構成している。ヨーク１１は、内部に可動部を収容する。ヨーク１１はベース１５上に固定されている。ヨーク１１の上方に、カバー１４が設けられている。カバー１４は、レンズ駆動装置２の上部（天面）を構成している。

ヨーク１１の内側面には、コイル１０と対向するように、永久磁石１２からなる磁気回路が配置されている。

レンズ駆動装置２は、コイル１０と永久磁石１２とにより発生させた電磁力により、撮像レンズ６を光軸方向に駆動する。具体的には、本実施形態では、永久磁石１２によって形成される磁場中のコイル１０に電流を流すことで発生する力によって、撮像レンズ６（レンズホルダ８）を光軸方向に駆動することが可能となる。

また、レンズ駆動装置２では、レンズホルダ８の上下面（天面および底面）には、板ばね９ａ・ｂが設けられている。板ばね９ａ・９ｂは、レンズホルダ８を、光軸方向に押圧する。つまり、板ばね９ａ・９ｂは、弾性力により、補助的にレンズホルダ８を光軸方向に可動に支持している。板ばね９ａ・９ｂは、渦巻状のパターンを有している。板ばね９ａ・９ｂは、一端が可動部に、他端が固定部に固定されていればよい。

図６のように、カメラモジュール１００の組立状態では、レンズホルダ８の底面に形成された突起１９が、ベース１５に当接しつつ、板ばね９ａ・９ｂの弾性力により、レンズホルダ８は下方向に与圧がかけられている。

前述した従来のストレート型カメラモジュール１００の厚みは、レンズ先端から撮像素子面までの光学長、撮像素子、基板などの厚みと、フォーカシングのためのレンズの全群操り出し量から規定される。この光学長と全群繰り出し量とを加えた値を光学全長と称する。

上記の内、一般的に光学長は焦点距離（画角）に比例し、レンズの全群操り出し量は以下式の通り焦点距離の二乗に凡そ比例する。
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ⇒ｂ＝ａｆ／（ａ－ｆ）
ｄ＝ｂ－ｆ＝ｆ^２／（ａ－ｆ）≒ｆ^２／ａ（但しｆ≪ａ）
ここで、aはレンズの主点から被写体までの距離、ｂはレンズの主点から結像面までの距離、fは実焦点距離、dは無限遠からa位置へのフォーカシングのために必要なレンズの全群繰り出し量である。

例えば従来のストレート構造のカメラモジュール１００は、広角レンズ採用が主で、３５ｍｍ換算焦点距離２５ｍｍ程度を採用する。その光学長と全群操り出し量であるが、１／２型センサの場合、光学長は５ｍｍ、１０ｃｍフォーカシングの全群操り出し量は前記の数式によれば約０．２ｍｍとなる。

ところで近年は複数のカメラモジュールを備えた多眼レンズ搭載または多眼カメラ搭載と呼ばれるスマートフォンなどの電子機器が登場している。これは広角カメラに加え超広角や望遠レンズを備えたカメラモジュールを搭載し、デジタル補正を組み合わせ使用者にズームカメラのような使い勝手を提供するものである。

２眼カメラでズーム比率４倍とする場合、広角側が３５ｍｍ換算焦点距離２５ｍでは、望遠側３５ｍｍ換算焦点距離１００ｍｍの光学系を望遠側は採用する。その光学長と全群操り出し量であるが１／２型センサの場合、光学長は１９ｍｍ、全群操り出し量は約４．２ｍｍとなり、同サイズのセンサを採用したカメラの約４倍以上のモジュール厚みとなる。そこで望遠側はセンササイズを小さくすることが多いが１／４型センサの場合でも、光学長は１０ｍｍ、全群操り出し量は約１．２ｍｍと２倍以上の厚みとなる。

そこでこの望遠側のカメラモジュールの厚みを小さくするために、図７に示すような、折り曲げ型光学系のカメラモジュール構造が提案されている。図７は他の比較例に係るカメラモジュール２００の斜視図である。

この折り曲げ型のカメラモジュール２００は、図７に示すように、プリズムやミラーなどの反射素子２０８を備えており、光軸方向をスマートフォン裏面に対して垂直な方向２０５からスマートフォン裏面に対して平行な方向２０６に傾けることが出来る。

しかしながら、図７に示すカメラモジュール２００において、全群操り出し方式と折り曲げ光学系とを組み合わせた場合は、レンズバレル２１４と反射素子２０８との間に、レンズ駆動装置によるレンズバレル２１４の全群操り出し量以上の隙間距離が必要となる。この隙間距離に応じて、レンズの画角分だけ光線が広がる。光線が広がれば反射素子２０８も大きくする必要が有り、カメラモジュール２００の厚みやフットプリントも大きくなる。

従って、全群操り出し量が長いレンズ駆動装置を得ようとすればカメラモジュール２００は大型化し、小型化・薄型化は困難となる。

レンズ駆動装置の大型化は消費電力の増加につながり、カメラモジュール２００を搭載する電子機器の電池持続時間や端末の小型化や、果ては電池コストに影響を与える。

また、ストレート型、折り曲げ型を問わずＶＣＭ方式のレンズ駆動装置は、レンズ駆動装置の可動部を、バネで支持する構造が一般的である。このため、焦点距離、全群操り出し量が大きくなると、そのバネの反発力も大きくなる。その結果、多大な推力が必要になること、および、バネの変形量が大きくなるためにバネに多大な歪を与えるなどの問題が生じる。バネの歪は光軸に対するレンズ駆動装置の動作軸の傾きを誘発し、傾いた光学系によれば撮像画質の低下を引き起こす。

これに対して、実施形態１～２に係るカメラモジュール３００の光学系３０４・３０４Ａは、２枚以上のレンズを含み全体として正のパワーを有して物体光を受け取る第１レンズ群Ｇ１、及び、１枚以上のレンズを含み全体として負のパワーを有して物体光を撮像部に集光するために第１レンズ群Ｇ１の後段に配置される第２レンズ群Ｇ２が、－６．０＜ｆ／ｆ２＜－２．０ 条件式（１）、ｉｈ／ｆ＜０．４ 条件式（２）、０．７＜ＴＴＬ／ｆ＜１．０ 条件式（３）、１．６＜Ｆｎｏ＜７．０ 条件式（４）、Ｄｅ２＜Ｄｅ１ 条件式（５）、を満足する。

このため、物体光を発する近距離物体へのフォーカシングが、可変焦点レンズＶＬの焦点距離を変化させることにより可能になる。従って、全群繰り出し方式を採用する必要が無くなり、可変焦点レンズの焦点距離を変化させることにより上記フォーカシングが可能になる。この結果、光学系３０４・３０４Ａ、カメラモジュール３００の小型化・薄型化を実現することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光学系３０４・３０４Ａは、２枚以上のレンズ（第１レンズＬ１、第２レンズＬ２）を含み全体として正のパワーを有して物体光を受け取る第１レンズ群Ｇ１と、前記第１レンズ群Ｇ１を透過した物体光を受け取り、焦点距離が可変である可変焦点レンズＶＬとを備え、前記可変焦点レンズＶＬのパワーの変化に基づいて、前記物体光を発する物体へのフォーカシングが行われる。

上記の構成によれば、物体光を発する近距離物体へのフォーカシングが、可変焦点レンズの焦点距離を変化させることにより可能になる。従って、全群繰り出し方式を採用する必要が無くなり、可変焦点レンズの焦点距離を変化させることにより上記フォーカシングが可能になる。この結果、光学系の小型化・薄型化を実現することができる。

本発明の態様２に係る光学系３０４Ａは、上記態様１において、前記可変焦点レンズを透過した物体光を受け取り、１枚以上のレンズを含み全体として正のパワーを有する第２レンズ群をさらに備えることが好ましい。

上記の構成によれば、可変焦点レンズよりも後方に正のパワーを持つ第２レンズ群を配置することで、可変焦点レンズによって生じる諸収差、特に球面収差を補正することが出来る。

本発明の態様３に係る光学系３０４・３０４Ａは、上記態様１又は２において、前記可変焦点レンズが液体レンズであることが好ましい。

上記の構成によれば、液体レンズの液体の湿潤性を変化させて液体レンズの曲率半径を変化させることにより物体光を発する近距離物体へのフォーカシングが可能になる。

本発明の態様４に係る光学系３０４・３０４Ａは、上記態様１又は２において、前記可変焦点レンズが軟質ポリマーから形成されるレンズであることが好ましい。

上記の構成によれば、駆動部によって可撓性透明材料を変形させ屈折面を構成してレンズの焦点距離を変化させることにより物体光を発する近距離物体へのフォーカシングが可能になる。

本発明の態様５に係るカメラモジュール３００は、本発明の態様１～４の何れか一態様に係る光学系３０４・３０４Ａと、光学系３０４・３０４Ａを経由した物体光を集光する結像面３０７を有し、前記物体光を光電変換する撮像部３０５と、を備える。

上記の構成によれば、カメラモジュールが、本発明に係る光学系と、光学系を経由した物体光を集光する撮像部と、を備える。このため、カメラモジュールの小型化・薄型化を実現することができる。

本発明の態様６に係るカメラモジュール３００は、上記態様５において、光学系３０４の第１レンズ群Ｇ１の前記可変焦点レンズＶＬと反対側に配置される反射素子３０３をさらに備え、前記反射素子３０３は、第１光軸３０１に沿って放出される前記物体光を第２光軸３０２に沿って導き、前記光学系３０４は、前記第２光軸３０２に沿って前記物体光を前記結像面３０７に集光することが好ましい。

上記の構成によれば、折り曲げ型光学系のカメラモジュール構造とすることが出来、光軸方向をスマートフォン裏面に対して垂直な方向からスマートフォン裏面に対して平行な方向に傾けることが出来、本発明において好適である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

３００ カメラモジュール
３０１ 第１光軸
３０２ 第２光軸
３０３ 反射素子
３０４ 光学系
３０５ 撮像部
３０７ 結像面
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
ＶＬ 可変焦点レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ

Claims (6)

1. ２枚以上のレンズを含み全体として正のパワーを有して物体光を透過する第１レンズ群と、
   前記第１レンズ群を透過した物体光を受け取り、焦点距離が可変である可変焦点レンズとを備え、
   前記可変焦点レンズのパワーの変化に基づいて、前記物体光を発する物体へのフォーカシングが行われることを特徴とする光学系。
2. 前記可変焦点レンズを透過した物体光を受け取り、１枚以上のレンズを含み全体として正のパワーを有する第２レンズ群をさらに備える、請求項１に記載の光学系。
3. 前記可変焦点レンズが液体レンズである、請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記可変焦点レンズが軟質ポリマーから形成されるレンズである、請求項１又は２に記載の光学系。
5. 請求項１～４の何れか一項に記載の光学系と、
   前記光学系を透過した物体光を集光する結像面を有し、前記結像面に集光した物体光を光電変換する撮像部と、を備えることを特徴とするカメラモジュール。
6. 前記光学系の前記第１レンズ群の前記可変焦点レンズと反対側に配置される反射素子をさらに備え、
   前記反射素子は、第１光軸に沿って放出される前記物体光を前記第１光軸に交差する第２光軸に沿って導き、
   前記光学系は、前記第２光軸に沿って前記物体光を前記結像面に集光する、請求項５に記載のカメラモジュール。

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