JP6317954B2 - レンズユニット、撮像モジュール、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラや携帯電話機等の電子機器と、この電子機器に組み込まれて使用される撮像モジュールと、撮像モジュールに搭載される光学レンズ及びレンズユニットに関する。

デジタルカメラや携帯電話機等の電子機器に組み込まれて使用される撮像モジュールにおいては、不要な入射光を除去してフレアやゴースト等の発生を防ぎ、撮像画像の画質を向上させる改良が進められている。その画質対策として、例えば撮像モジュールに使用されるレンズ表面に遮光層を直接形成する構成（特許文献１、２参照）等が提案されている。

特許文献１では、レンズ表面に設ける遮光層の表面に凹凸を形成することで、遮光層表面における入射光の反射を防いでいる。

また、撮像用のレンズに関するものではないが、２つの部材の間に、一方の部材側から他方の部材側にかけて減少する屈折率分布を持つ膜を設けることで、この２つ部材の界面における光の反射を防止することが特許文献３に開示されている。

特開２０１２−２０８３９１号公報 特開２０１１−１８６４３７号公報 特開２０１０−２４３６４１号公報

近年の撮像モジュールは、明るさを上げるためのレンズの大口径化と小型化のための低背化を両立させることが要求されており、この要求は今後更に厳しくなるものと予想される。このため、撮像モジュールに搭載されるレンズの遮光層部分に入射する光の入射角は今後更に大きくなり、遮光層表面における光の反射をより抑制できるような構成が求められる。

なお、画質向上施策として、撮像素子と光学レンズとの間に設けられた赤外線カットフィルタの光学レンズ側の表面に絞り機能を有する遮光層を設けることも行われており、この遮光層においても、同様に、光の入射角は今後更に大きくなる。そして、この遮光層表面における光の反射が撮像画質に与える影響を無視できなくなってくる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、遮光層の表面反射を抑えて迷光の発生を防止できる光学素子、光学素子を用いたレンズユニット、このレンズユニットを用いた撮像モジュール、この撮像モジュールを用いた電子機器を提供することを目的とする。

本発明のレンズユニットは、光軸方向に並べられた複数枚の光学レンズを有するレンズユニットであって、前記光学レンズの各々は、光線を透過する光学母材と、前記光学母材の表面の一部に形成される遮光部と、を備え、前記遮光部は、遮光層と、前記遮光層における前記光学母材との非密着面に形成される反射防止層とからなり、前記反射防止層は、該反射防止層の屈折率が前記遮光層の屈折率よりも小さい材料で形成され、前記遮光層が前記反射防止層により覆われているものである。

本発明のレンズユニットは、上記光学素子が光学レンズであり、上記光学レンズが光軸方向に１枚以上並べられたものである。

本発明の撮像モジュールは、上記レンズユニットと、上記レンズユニットを通して被写体を撮像する撮像素子と、を備えるものである。

本発明の電子機器は、上記撮像モジュールを搭載するものである。

本発明によれば、遮光層の表面反射を抑えて迷光の発生を防止できる光学素子、光学素子を用いたレンズユニット、このレンズユニットを用いた撮像モジュール、この撮像モジュールを用いた電子機器を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明するための撮像モジュールの概略断面図である。 光学レンズ１５Ａのレンズ光軸Ａｘを含む断面を示す一部拡大断面図である。 図２に示す範囲Ｂの拡大部分の変形例を示す図である。 図２に示す範囲Ｂの拡大部分の変形例を示す図である。 遮光層の形状の変形例を示す図である。 撮像モジュールの変形例を示す断面模式図である。 遮光部６の平面図である。 図６に示す赤外線カットフィルタ７の遮光部６の断面模式図である。 遮光部６の製造に用いるインクジェット印刷装置のヘッドの構成を示す平面模式図である。 遮光部６の製造方法を説明するための図である。 遮光部６の製造方法を説明するための図である。 実施例の測定系を示す図である。 実施例の測定系を示す図である。 実施例の結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態を説明するための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スマートフォン、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の内部でレンズ光軸Ａｘの方向に重ね合わせて配置された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に固定された複数の光学レンズ１５は、図中下側の被写体側から図中上側の撮像部１１に集光し、被写体の光学像を撮像部１１の撮像素子受光面上に結像させる。

図１では、光学レンズ１５として５枚の光学レンズ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅを例示しているが、レンズ枚数はこれに限らない。また、各光学レンズ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅは、それぞれ個別に用意された複数のレンズホルダに支持された構成であってもよく、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、手振れ防止機構を構成したものであってもよい。

図２は、光学レンズ１５Ａのレンズ光軸Ａｘを含む断面を示す一部拡大断面図である。光学レンズ１５Ａは、光線を透過する光学母材としてのレンズ母材１８と、レンズ母材１８の表面１８ｃの一部に形成された遮光層１６と、遮光層１６におけるレンズ母材１８との非密着面に形成された反射防止層１７とを有する。遮光層１６と反射防止層１７とにより遮光部が構成される。

レンズ母材１８は、レンズ母材本体１８Ａと、レンズ母材本体１８Ａの光出射側表面に被覆されたＡＲコート（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏａｔ）１８Ｂとから構成される。ＡＲコート１８Ｂは省略してもよい。以下の説明において、レンズ母材１８の屈折率とは、レンズ母材本体１８Ａの屈折率を意味する。

レンズ母材本体１８Ａの材料としては、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明樹脂材料が好適に用いられる。

遮光層１６は、レンズ母材１８表面のうちの光出射側の面１８ｃ上に形成され、遮光層１６上から来る光のレンズ母材１８への光の入射を制限するものである。遮光層１６は、レンズ母材１８表面のうちのレンズホルダ１３によって支持される面１８ｂに形成されていてもよい。また、遮光層１６は、レンズ母材１８表面のうちの光入射側の面１８ａの一部にも形成されていてもよい。遮光層１６は、図２に示すように、少なくとも面１８ｃの一部に形成されていればよい。レンズ母材１８の表面のうち、遮光層１６との非密着面をレンズ部ともいう。

遮光層１６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、各種方式により形成できる。中でも、高い寸法精度が得られるインクジェット方式を用いることが好適である。

遮光層１６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。

反射防止層１７は、遮光層１６表面での光の反射を防止するためのものである。反射防止層１７は、遮光層１６におけるレンズ母材１８との非密着面上に少なくとも形成されていればよい。

光学レンズ１５Ａでは、遮光層１６表面での光の反射を防ぐために、遮光層１６の屈折率が、反射防止層１７の屈折率よりも大きい構成となっている。

このように、空気層とレンズ母材１８との間に設けられる遮光部の屈折率を設計することで、光の干渉効果等を利用することなく、遮光層１６表面に入射してくる斜め光の該表面での反射を防止することができる。反射防止層１７は、上記屈折率の条件を満たすものとなっていれば、使用する材料は特に限定されない。

近年の撮像モジュールは、明るさを上げるための光学レンズの大口径化と小型化のための低背化を両立させることが要求されており、この要求は今後更に厳しくなるものと予想される。低背化により焦点距離が短くなると視野角が大きくなるため、光学レンズに入射してくる光線の入射角は広角化する。また、近年のトレンドである低Ｆ値化を進めると、開口絞り径が大きくなるため、光線の入射角が広角化する。ここで、入射角は、光学レンズの光軸と光線とのなす角度のことを言う。

このように入射光線の広角化が進むとゴーストが増加する。ゴーストを低減するために黒色インク等による遮光層１６を導入しても、遮光層１６の反射率が高いと、遮光層１６表面での反射によってゴーストが発生してしまう。

また、低背化が進むと、レンズ群を構成する各光学レンズで急激に光線経路を変化させる必要があるため、光学レンズを透過した光線が光軸に対して大きな角度でセンサ側に進むケースが増える。この結果、レンズ母材上の遮光層に対して大きな角度で入射される光線が増加する。黒色インク等の遮光層では、光線の入射角度が大きくなるほど反射率が大きくなるため、低背化によって高強度のゴーストが発生することになる。

このような事情から、遮光層１６表面では、あらゆる角度で入射してくる光に対する反射防止効果が求められる。反射防止層１７として、従来からある光の干渉を利用した多層構造の反射防止層を用いる場合には、レンズ母材１８が湾曲していること等から、層の位置によっては反射防止効果を適切に得ることができなくなる。これに対し、本実施形態の光学レンズ１５Ａによれば、遮光層１６表面のどの位置でも光の反射を防止することができ、ゴーストの発生を抑制することができる。

なお、図１において、５つの光学レンズ１５のうち最も被写体側にある光学レンズ１５Ａの最も被写体側の部分から、撮像部１１に含まれる固体撮像素子の受光面までの距離をＴＴＬとし、５つの光学レンズ１５の合成焦点距離をｆとしたとき、ＴＴＬをｆで割った値が１．３以下となっている撮像モジュール１００では、低背化によって斜め光による遮光層１６表面での反射が顕著となる。このため、このような条件を満たす構成の撮像モジュール１００に対して光学レンズ１５Ａで説明した構成が特に有効となる。

以上、光学レンズ１５Ａに対する遮光部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，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅに対しても同様に遮光部を形成する。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。

なお、図１に示す光学レンズ１５Ａにおいて、遮光部の屈折率を、空気層と触れる表面からレンズ母材１８との密着面に向かって漸増する構成とすることで、更なる反射防止効果を得ることができる。

遮光部の屈折率を空気層側からレンズ母材１８側に漸増させる方法を以下に説明する。

（第一の方法）
反射防止層１７として、微細凹凸の繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満であるいわゆるＭｏｔｈｅｙｅ（モスアイ、蛾の眼）構造を採用する。モスアイ構造を利用した反射防止構造については、例えば特開２００４−５０７９２号公報に記載されているものを採用できる。このモスアイ構造を利用した反射防止層において、空気層側から遮光層１６側に向かって屈折率が漸増する構成とし、遮光層１６側の端部の屈折率を遮光層１６の屈折率よりも小さくした構成とする。

このようなモスアイ構造の膜としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液を溶媒とし、硝酸亜鉛とエチレンジアミンを含む水溶液を基板に塗布、乾燥させて酸化亜鉛（ＺｎＯ）を析出させることで形成できる。酸化亜鉛は、網目状の多孔構造を有しており、実質的にモスアイ構造となっている。

または、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）又はＡｌＮ（窒化アルミニウム）酸化物を用いて形成することができる（特開２００７−１５６０１７号公報、ＷＯ２０１１／１１１６６９号公報参照）。

なお、ＺｎＯを用いてモスアイ構造の反射防止層１７を形成する場合は、反射防止層１７の遮光層１６側の屈折率が１．６５程度になる。このため、遮光層１６の屈折率は１．６５よりも大きくする必要がある。レンズ母材１８と遮光層１６は、互いの屈折率差が小さい（好ましくは０．１６以下）ほど、これらの界面での光の反射が防止される。

レンズ母材１８としては、波長５５０ｎｍでの屈折率が１．４〜１．８程度のものが知られている。このため、ＺｎＯを用いてモスアイ構造の反射防止層１７を形成する場合は、遮光層１６の波長５５０ｎｍでの屈折率を１．６５よりも大きくかつ１．８以下とし、レンズ母材１８の波長５５０ｎｍでの屈折率を１．７〜１．８とするのが、ゴーストを効果的に抑制する上で好ましい。

また、Ａｌ_２Ｏ_３を用いてモスアイ構造の反射防止層１７を形成する場合は、反射防止層１７の遮光層１６側の屈折率が１．４程度になる。このため、Ａｌ_２Ｏ_３を用いてモスアイ構造の反射防止層１７を形成する場合は、遮光層１６の屈折率を１．４よりも大きくかつ１．６以下とし、レンズ母材１８の屈折率を１．５〜１．６とするのが、ゴーストを効果的に抑制する上で好ましい。

（第二の方法）
図３に示すように、遮光層１６の表面にモスアイ構造を構成する凸部１７ｄを設ける。この方法では、凸部１７ｄの集合体が反射防止層１７として機能し、凸部１７ｄよりも下の部分が遮光層１６として機能する。

図３に示す構造は、遮光層１６の材料をレンズ母材１８上にインクジェット等によって塗布した後、この塗布膜を硬化させる前に、モスアイ構造の凹凸パターンが形成された石英製型１７ｘを塗布膜に圧接し、この状態で塗布膜の硬化を行う。その後、型１７ｘを剥がすことで、凸部１７ｄを形成することができる。

（第三の方法）
図４に示すように、反射防止層１７を複数（図４の例では３つ）の膜１７ａ，１７ｂ，１７ｃの積層構造とする。図４に示す反射防止層１７は、膜１７ａの屈折率、膜１７ｂの屈折率、膜１７ｃの屈折率の順に屈折率が大きくなっており、膜１７ｃの屈折率が遮光層１６の屈折率よりも小さくなっていればよい。

図１に示す光学レンズ１５Ａでは、反射防止層１７が、遮光層１６が形成されていないレンズ母材１８の表面にも形成されている。このような構成では、ゴーストを抑制するために、反射防止層１７のレンズ母材１８側の屈折率とレンズ母材１８との屈折率の差が小さい方がよい。この差は、０．１１以下であれば、ゴーストを効果的に抑制することが可能である。

反射防止層１７のレンズ母材１８側の屈折率とレンズ母材１８の屈折率との差が０．１１よりも大きいと、遮光層１６が設けられていないレンズ母材１８表面に、遮光層１６上とは別に、レンズ母材１８との屈折率差が０．１１以下となるような材料の反射防止層を設ける必要がある。本実施形態のように、反射防止層１７のレンズ母材１８側の屈折率とレンズ母材１８の屈折率との差を０．１１以下としておくことで、遮光層１６上の反射防止層と、レンズ母材１８上の反射防止層とで別々に形成する必要がなくなる。このため、光学レンズの製造工程を簡略化でき、製造コストを削減することができる。

なお、本発明の適用可能なレンズの種類は、上述した円盤状の凸レンズ、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部を設けることで、フレアやゴーストの発生を防止できる。

また、遮光層１６の平面形状は、図５（Ａ）に示す円環状である他にも、図５（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層１６Ｂとしてもよい。また、図５（Ｃ）に示すように、上下端の画角のみ制限する一対の「Ｄ」文字型の遮光層１６ｃ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。

ここまでは、遮光層を設ける光学素子として光学レンズを例にしたが、撮像素子と光学レンズとの間に設ける赤外線カットフィルタとして遮光部を有するものにおいても、本発明を適用することで、ゴーストやフレアを抑制することができる。この場合は、赤外線カットフィルタが光線（赤外線を除く光）を透過する光学母材となる。

撮像モジュールにおいて赤外線カットフィルタ表面の遮光部に入射する光は斜め光を多く含む。斜め光が赤外線カットフィルタ表面の遮光部に入射すると、遮光部で正反射する光（正反射光という）と、遮光部表面で散乱して入射光の方向に戻る光（後方反射光又は後方散乱光という）とが発生する。これら２つの光は、光学レンズ表面で反射して撮像素子に戻る可能性が高く、これがゴースト発生の要因となる。

ゴーストを抑制するために、赤外線カットフィルタとして遮光部を有するものにおいて、図３に例示したように、この遮光部の表面形状を後述する凹凸形状にする。この場合、この遮光部表面における正反射光を減らし、かつ、入射光の方向に戻る光を指向性の高い光にする（散乱を減らす）ことで、ゴーストを抑制できることを本発明者は見出した。以下、遮光部を有する赤外線カットフィルタを搭載する撮像モジュールの好ましい形態について説明する。

図６は、撮像モジュールの変形例を示す断面模式図である。

図６に示す撮像モジュール２００は、筐体１と、筐体１の底部に配置された基板２及び基板２上に形成された撮像素子３を含む撮像部４と、撮像素子３上方に形成された赤外線カットフィルタ７と、赤外線カットフィルタ７上方に形成された光学レンズ８と、を備える。光学レンズ８は、図１の光学レンズ１５と同様に少なくとも１つの光学レンズから構成される。

赤外線カットフィルタ７は、光線を透過する光学母材としてのフィルタ本体５と、フィルタ本体５上に形成された遮光部６とを備える。フィルタ本体５は、赤外線（一般的には波長が７００ｎｍ以上の光）を減衰させる本体部分であり、周知のものが用いられる。遮光部６は、前述してきた遮光層１６と同様の材料を用い、同様の方法（例えば図３に示した方法）で形成することができる。

図７は、遮光部６の平面図である。図７に示すように、遮光部６には、光学レンズ８の光軸を含む領域に開口Ｋが形成されている。この開口Ｋにより、撮像素子３に入射する斜め光を減らすことができる。

図８は、図６に示す赤外線カットフィルタ７の遮光部６の断面模式図である。

遮光部６は、全体として均一な厚みとなっている部分である平坦部６２と、平坦部６２上に二次元状に配列された複数の四角錐状の凸部６１とから構成されている。遮光部６は、この複数の凸部６１により表面が凹凸形状となっている。凸部６１は四角錐状に限らず、円錐状、三角錐状、角柱状等、凸状の構成であれば何でもよい。平坦部６２の厚みは光を遮光できる程度の厚みであればよい。遮光部６の平坦部６２は遮光層として機能する。また、複数の凸部６１の集合体が、平坦部６２表面での反射を防ぐ反射防止層として機能する。複数の凸部６１からなる反射防止層の屈折率は、その凹凸形状により、平坦部６２の屈折率よりも小さくなる。

遮光部６表面にある全ての凸部６１の高さｈの平均（平均高さＨとする）は、４００ｎｍ以上であり、より好ましくは５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。図８の例では、凸部６１の高さは均一であるため、高さｈと平均高さＨは同じ値である。

また、遮光部６表面にある全ての凸部６１の平均配列ピッチ（Ｔとする）は、１５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、より好ましくは１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。図８の例では、凸部６１が均一の配列ピッチｔで正方格子状に配列されているため、配列ピッチｔと平均配列ピッチＴは同じ値である。

凸部６１の配列ピッチｔは、隣接する２つの凸部６１で挟まれる空間（凹部）における、この２つの凸部６１の並ぶ方向における幅の最大値のことをいう。隣接する２つの凸部６１とは、これら２つの凸部６１の間に他の凸部６１が存在しないものをいう。

遮光部６表面の凹凸形状がこのような条件を満たすことで、赤外線カットフィルタ７に入射角θで入射した光のうち、反射角θで反射する正反射光（図６中の実線矢印）を低減することができる。また、赤外線カットフィルタ７に入射角θで入射した光のうち、入射方向に散乱する後方散乱（図６中の破線矢印）の散乱角度を狭めることができる。このように、正反射を低減させかつ後方散乱に指向性を持たせることで、ゴーストを抑制することができる。

図８に示す構成の遮光部６は以下のようにして製造することが好ましい。

図９は、遮光部６の製造に用いるインクジェット印刷装置のヘッドの構成を示す平面模式図である。

図９に示すヘッド１０には、エネルギー硬化性材料を放出するためのノズル９が二次元状に複数（図９の例では１６個）配置されている。このヘッド１０を二次元状に走査することで遮光部６を形成するが、以下では、ヘッド１０に含まれる１つのノズル９に着目して、遮光部６の製造方法を説明する。

図１０は、遮光部６の製造方法を説明するための図である。

図１０（ａ）に示すように、フィルタ本体５にノズル９を近づけて、フィルタ本体５に対しノズル９からエネルギー硬化性材料６０を吐出する。エネルギー硬化性材料６０は、熱や光等のエネルギーによって硬化する材料であれば何でもよい。ここでは、エネルギー硬化性材料６０として、カーボンブラック（平均粒子径：０．３μｍ）を含む紫外線硬化性樹脂（表面張力３０Ｎ／ｍ、粘度１００ｃｐｓ）を用いる。

次に、吐出した紫外線硬化性材料６０とノズル９とが接触した状態で、ノズル９をフィルタ本体５表面から離す方向に移動させる。このときの紫外線硬化性樹脂６０の高さは２０μｍとする。そして、吐出した紫外線硬化性材料６０に、硬化に要するエネルギーの一部を供給して、吐出した紫外線硬化性材料６０を半硬化させる（図１０（ｂ））。ここでは、紫外線硬化性材料６０に、パワー２Ｗ／ｃｍ^２、波長３８５ｎｍ、照射時間３０秒の条件でかつ酸素１００ｐｐｍ以下の雰囲気で紫外光を照射した。

上記エネルギーの一部を供給した後、ノズル９をフィルタ本体５表面から離す方向に更に移動させて、半硬化した紫外線硬化性材料６０とノズル９とを切り離す（図１０（ｃ））。ここでは、ノズル９の移動速度を１.５μｍ／秒として１．５μｍ移動させた。紫外線硬化性材料６０は半硬化状態であるため、ノズル９の移動に追従して、紫外線硬化性材料６０を伸ばすことができる。詳細な実験の結果、ノズル９の移動速度が１.５μｍ／秒の場合、ノズル９の移動量ｆと凸部の高さｈには、３ｆ＝ｈの関係が成立することが分かった。

次に、切り離した紫外線硬化性材料６０に、硬化に要するエネルギーを供給して、切り離した紫外線硬化性材料６０を完全に硬化させる。ここでは、パワー４Ｗ／ｃｍ^２、波長３８５ｎｍ、照射時間３０秒の条件でかつ酸素１００ｐｐｍの以下の雰囲気で紫外光を照射した。

以上の工程を、ヘッド１０に搭載される全てのノズル９を用いて同時に行うと共に、ヘッド１０の位置を二次元状に移動させながら同じ工程を繰返すことで、図１１に示すように、厚みｈａの平坦部と、平坦部上に配列ピッチｔで配列された高さｈの凸部とを有する遮光部６を形成することができる。

なお、ここではヘッド１０に複数のノズル９を搭載する例を示したが、ヘッド１０に１つのノズル９を搭載し、このヘッド１０を走査することで遮光部６を形成してもよい。

以上の製造方法によれば、高価な装置は必要とせず、リソグラフィ法のような多額な初期投資が不要となるため、製造コストを削減することができる。また、エネルギー硬化性材料を塗布した後に硬化するというシンプルなプロセスのため、高い生産性を実現することができる。

以上説明した撮像モジュール１００は、その組み込み対象の一例として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、電子内視鏡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。

このように、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。

以下、本発明の実施例について説明する。

図２に示す光学レンズ１５Ａについて検討した結果を以下に示す。
以下に説明する比較例１と実施例１〜９において、遮光層１６には以下の表１に示すＡ，Ｂのいずれかを使用した。また、レンズ母材本体１８Ａには、以下の表２に示すａ，ｂのいずれかを使用した。屈折率の測定は、Ｊ，Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ Ｊａｐａｎ社製のエリプソメータＶＡＳＥを使用して行った。

（比較例１）
材料ａで形成したレンズ母材本体にＡＲコートを施してレンズ母材を形成した後、レンズ母材の表面の一部に材料Ａをインクジェットにて塗布し、その後、乾燥、硬化させて遮光層を形成した。

（実施例１）
材料ａで形成したレンズ母材本体にＡＲコートを施してレンズ母材を形成した後、レンズ母材の表面の一部に材料Ａをインクジェットにて塗布した。その後、モスアイの凹凸構造を有する型を材料Ａの塗布膜に圧接し、この状態で塗布膜を硬化させて、反射防止層と遮光層を形成した。硬化後の塗布膜において凹凸が形成されている部分をレンズ母材の表面に垂直な方向に１０分割したときの各分割層の屈折率を測定したところ、表３に示す結果となった。表１において層Ｎｏが小さいほど、空気層に近いことを示す。

（実施例２）
材料ｂで形成したレンズ母材本体にＡＲコートを施してレンズ母材を形成した後、レンズ母材の表面の一部に材料Ｂをインクジェットにて塗布し、その後、乾燥、硬化させて遮光層を形成した。その後、水酸化ナトリウム水溶液を溶媒とし、硝酸亜鉛とエチレンジアミンを含む水溶液を遮光層に塗布し、これを乾燥させて酸化亜鉛を析出させてモスアイ構造の反射防止層を形成した。この反射防止層は、空気層側の屈折率が１よりも僅かに大きく、遮光層側の屈折率が１．６５となっていた。

（実施例３）
比較例１で製造した光学レンズの遮光層の上に、Ａｌ_２Ｏ_３からなるモスアイ構造の反射防止層を形成した。この反射防止層は、空気層側の屈折率が１よりも僅かに大きく、遮光層側の屈折率が１．４となっていた。

（実施例４）
遮光層材料をＢに変更した以外は、実施例３と同様の方法で光学レンズを作製した。

（実施例５）
実施例４の光学レンズの製造過程で、遮光層の上に、材料Ｂを蒸着によって成膜してインデックスマッチング（ＩＭ）層を形成した。その後、ＩＭ層上に、Ａｌ_２Ｏ_３からなる反射防止層を形成した。

（実施例６）
比較例１で製造した光学レンズの遮光層の表面をレーザーブラストで荒らした後、遮光層上にＭｇＦ_２をＥＢ蒸着法で成膜してＩＭ層を形成した。レーザーブラストの際に生じた遮光層の削りカスをＭｇＦ_２が埋めるため、ＩＭ層の屈折率は遮光層の材料ＡとＭｇＦ_２との間の値となる。このＩＭ層の屈折率は、波長５４６ｎｍにおいて１．５であった。次に、このＩＭ層の上に、ＭｇＦ_２をＥＢ蒸着法で成膜して反射防止層を形成した。反射防止層の屈折率は波長５４６ｎｍにおいて１．４であった。

（実施例７）
材料ａで形成したレンズ母材本体の表面の一部に材料Ｂをインクジェットにて塗布し、その後、乾燥、硬化させて遮光層を形成した。次に、遮光層とレンズ母材本体の表面との上に、実施例２と同様の方法でＺｎＯからなるモスアイ構造の反射防止層を形成した。

（実施例８）
材料ｂで形成したレンズ母材本体の表面の一部に材料Ｂをインクジェットにて塗布し、その後、乾燥、硬化させて遮光層を形成した。次に、遮光層とレンズ母材本体の表面との上に、Ａｌ_２Ｏ_３からなるモスアイ構造の反射防止層を形成した。

（実施例９）
材料ｂで形成したレンズ母材本体の表面の一部に材料Ｂをインクジェットにて塗布し、その後、乾燥、硬化させて遮光層を形成した。次に、遮光層とレンズ母材本体の表面との上に、実施例２と同様の方法でＺｎＯからなるモスアイ構造の反射防止層を形成した。

比較例１で作製した光学レンズを５つ組み合わせて図１に示す撮像モジュールを作製し、図１２に示す測定系を用いて撮像品質を評価した。実施例１〜９のそれぞれについても同様に、光学レンズを５つ組み合わせて図１に示す撮像モジュールを作製し、図１２に示す測定系を用いて撮像品質を評価した。なお、ここで作製した撮像モジュールとしては、５つの光学レンズの最も撮像素子から離れた位置から撮像素子の受光面までの距離をＴＴＬとし、５つの光学レンズの合成焦点距離をｆとしたとき、ＴＴＬをｆで割った値が１．３以下となるものを作製した。

図１２に示す測定系は、ハロゲン光源４０と、コリメータレンズ４１と、撮像モジュール４４と、からなる。ハロゲン光源４０から出射した光をコリメータレンズ４１で平行光に変換して撮像モジュール４４のレンズ群４２に入射させる。レンズ群４２は、比較例、実施例で作製した光学レンズを５つ含む。レンズ群４２を通った光は撮像素子４３に入射する。この測定系では、レンズ群４２の光軸４６に垂直かつ撮像素子４３の受光面に平行な回転軸４５を中心に撮像モジュールを所定角度ずつ回転させながら、各回転位置において、撮像素子４３に結像される主光線とそれ以外の光線（ゴースト光線）の強度を観察、測定し、ゴースト光線の主光線に対する強度比を求めた。この強度比から、ゴーストが発生しなかったケースを評価Ａとし、レンズ群４２内で反射した光が撮像素子４３に結像するも実用上問題がないケースを評価Ｂとし、ゴーストが発生してしまい実用上問題があるケースを評価Ｃとして評価を行った。各光学レンズの構成と評価結果を以下の表４に示す。

比較例１では、遮光層の空気側の屈折率とレンズ母材側の屈折率は同じであるため、ゴーストが発生し、撮像品質は低下した。これに対し、実施例１〜９ではゴーストが発生しないか、又は、実用上問題のない撮像品質を得られる結果となった。

実施例１〜９の結果から、レンズ母材と遮光層との屈折率差は０．１６以下であれば、レンズ母材と遮光層の界面における光の反射が抑えられ、実用上問題ない撮像品質を得られることが分かる。

実施例７では、反射防止層のレンズ母材側の屈折率とレンズ母材の屈折率との差が０．１１である。また、実施例９では、反射防止層のレンズ母材側の屈折率とレンズ母材の屈折率との差が０．０９である。また、実施例８では、反射防止層のレンズ母材側の屈折率とレンズ母材の屈折率との差が０．３４である。そして、実施例８は、実施例７，９よりも評価が低下する結果となっている。このため、反射防止層のレンズ母材側の屈折率とレンズ母材の屈折率との差が０．１１以下であれば、反射防止層とレンズ母材との界面における反射を防いで撮像品質を向上させられることが分かる。

次に、図８に示す構成の遮光部６について反射特性を検討した。

図１０に説明した方法で、シリコン基板上に図８に示す構成の遮光部６を形成した。遮光部６としては、凸部６１の平均高さＨをそれぞれ５５ｎｍ、１６５ｎｍ、２７５ｎｍ、３６０ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６２０ｎｍ、８８０ｎｍ、１０００ｎｍ、１１５０ｎｍ、１４００ｎｍとし、各平均高さＨに対し凸部６１の平均配列ピッチＴをそれぞれ５５ｎｍ、１１０ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、８５０ｎｍとしたものを作製した。なお、ここで作製した遮光部において、凸部６１の平均高さＨ及び平均配列ピッチＴは、共焦点レーザ顕微鏡（例えば、オリンパス株式会社製OLS3000）を用いて測定した。

このようにして作製した遮光部６に対し、図１３に示す測定系を用いて、４項目の反射特性を測定した。

図１３は、実施例の測定系を示す図である。図１３に示す測定系では、シリコン基板に対して垂直な方向を、シリコン基板に対し９０°の方向と定義し、この方向から右に傾くにしたがって角度が減少し、シリコン基板に水平かつ紙面右に向かう方向で０°としている。また、９０°の方向から左に傾くにしたがって角度が増加し、シリコン基板に水平かつ紙面左に向かう方向で１８０°としている。

そして、以下の表５に示すように、入射光の角度を設定し、かつ、光量検出器７０とカメラ７１の配置角度を設定して、光量検出器７０により正反射光量及び後方反射光量を測定した。また、カメラ７１により正反射光分布及び後方反射光分布を測定した。なお、入射光は、シングルモードＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）を用い、グラントムソン偏光子及び位相差板を介して円偏光にしたものを使用した。

測定１においては、遮光部の代わりにミラーを用いて測定した正反射光量を１００％として、この１００％の光量に対する、遮光部に対して測定した正反射光量の比である反射率（正反射率）を算出した。

測定３においては、１５０°の方向を中心にプラスマイナス２０°の範囲に広がる散乱光量をレンズで集めて光量検出器に導入して、後方反射光量を測定した。入射光量のパワーを１Ｗとし、このパワーの１／１０００のパワー（１ｍＷ）を閾値として設定し、測定した後方反射光量のパワーが閾値以上であれば後方散乱ありと判定し、測定した後方反射光量のパワーが閾値未満であれば後方散乱なしと判定した。

なお、測定３は、測定１とは異なる入射光角度としている。これは、入射光角度を１５０°にすると、１５０°の方向に光量検出器を置くことができず、１５０°の方向を中心とする範囲に広がる散乱光量を測定できないためである。

上記作製した全ての遮光部について求めた正反射率と後方散乱の発生有無について纏めた結果を図１４に示す。

図１４において、“−−”で示した結果は、後方散乱あり、正反射率１％以下であることを示す。また、“−”で示した結果は、後方散乱なし、正反射率５％以上であることを示す。また、“＋”で示した結果は、後方散乱なし、正反射率１％以上５％以下であることを示す。また、“＋＋”で示した結果は、後方散乱なし、正反射率１％以下であることを示す。

また、図６の構成をモデルとして、上記作製した各遮光部を有する赤外線カットフィルタを搭載する撮像モジュールにおいて発生するゴーストの強度（入射角１５０°のときのもの）をシミュレーションした。この結果、図１４において、“−−”が付いた遮光部と“−”が付いた遮光部については、実用上問題になる強度のゴーストが発生することがわかった。一方、“＋”が付いた遮光部については、ゴーストは発生したものの、その強度は実用上問題にならない程度であった。また、“＋＋”が付いた遮光部については、ゴーストが発生しない結果となった。

以上のことから、遮光部６表面にある凸部６１の平均高さＨを４００ｎｍ以上とし、かつ、凸部６１の平均配列ピッチＴを１５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下にすることで、ゴーストを実用上問題ないレベルにまで抑制することができることがわかる。

また、遮光部６表面にある凸部６１の平均高さＨを５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とし、かつ、凸部６１の平均配列ピッチＴを１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることで、ゴースト発生を確実に抑制できることがわかる。

以上説明したように、本明細書には以下の事項が開示されている。

開示された光学素子は、光線を透過する光学母材と、上記光学母材の表面の一部に形成される遮光部と、を備え、上記遮光部は、遮光層と、上記遮光層における上記レンズ母材との非密着面に形成される反射防止層とからなり、上記反射防止層の屈折率は、上記遮光層の屈折率よりも小さいものである。

開示された光学素子は、上記反射防止層が、上記光学母材の表面における上記遮光層との非密着面の少なくとも一部にも形成されるものである。

開示された光学素子は、上記反射防止層が、上記非密着面の全てにも形成されており、上記光学母材の屈折率と上記反射防止層の屈折率の差は０．１１以下であるものを含む。

開示された光学素子は、上記反射防止層が、空気と触れる表面から上記遮光層に向かって屈折率が漸増するものであるものを含む。

開示された光学素子は、上記反射防止層が、屈折率の異なる複数の膜の積層体により構成されるものである。

開示された光学素子は、上記光学母材と上記遮光層との屈折率差は０．１６以下であるものを含む。

開示された光学素子は、上記光学母材が赤外線を減衰させる機能を有し、上記反射防止層は、上記遮光層上に複数の凸部が二次元状に配列された構成であり、上記凸部の平均高さが４００ｎｍ以上であり、上記凸部の平均配列ピッチが１５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるものを含む。

開示された光学素子は、上記凸部の平均高さが５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、上記凸部の平均配列ピッチが１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるものを含む。

開示されたレンズユニットは、上記光学素子が光学レンズであり、上記光学レンズが光軸方向に１枚以上並べられたものである。

開示された撮像モジュールは、上記レンズユニットと、上記レンズユニットを通して被写体を撮像する撮像素子と、を備えるものである。

開示された撮像モジュールは、上記１枚以上の光学レンズの最も被写体側の部分から上記撮像素子までの距離をＴＴＬとし、上記１枚以上の光学レンズの合成焦点距離をｆとしたとき、ＴＴＬ／ｆ≦１．３となっているものである。

開示された電子機器は、上記撮像モジュールを搭載するものである。

本発明は、特にデジタルカメラや携帯電話機等の携帯型電子機器に適用して利便性が高く、有効である。

１００ 撮像モジュール
１１ 撮像部
１１０ レンズユニット
３ 撮像素子
５ フィルタ本体
６ 遮光部
７ 赤外線カットフィルタ
６１ 凸部（反射防止層）
６２ 平坦部（遮光層）
Ｋ 開口
９ ノズル
１０ ヘッド
１５ 光学レンズ
１６ 遮光層
１７ 反射防止層
１８ レンズ母材
１８Ａ レンズ母材本体
１８Ｂ ＡＲコート

Claims (9)

1. 光軸方向に並べられた複数枚の光学レンズを有するレンズユニットであって、
   前記光学レンズの各々は、光線を透過する光学母材と、前記光学母材の表面の一部に形成される遮光部と、を備え、
   前記遮光部は、遮光層と、前記遮光層における前記光学母材との非密着面に形成される反射防止層とからなり、
   前記反射防止層は、該反射防止層の屈折率が前記遮光層の屈折率よりも小さい材料で形成され、
   前記遮光層が前記反射防止層により覆われている、レンズユニット。
2. 請求項１記載のレンズユニットであって、
   前記反射防止層は、前記光学母材の表面における前記遮光層との非密着面の少なくとも一部にも形成されるレンズユニット。
3. 請求項２記載のレンズユニットであって、
   前記反射防止層は、前記非密着面の全てにも形成されており、
   前記光学母材の屈折率と前記反射防止層の屈折率の差は０．１１以下であるレンズユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のレンズユニットであって、
   前記反射防止層は、空気と触れる表面から前記遮光層に向かって屈折率が漸増するものであるレンズユニット。
5. 請求項４記載のレンズユニットであって、
   前記反射防止層は、屈折率の異なる複数の膜の積層体により構成されるレンズユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載のレンズユニットであって、
   前記光学母材と前記遮光層との屈折率差は０．１６以下であるレンズユニット。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載のレンズユニットと、
   前記レンズユニットを通して被写体を撮像する撮像素子と、を備える撮像モジュール。
8. 請求項７記載の撮像モジュールであって、
   前記複数枚の光学レンズの最も被写体側の部分から前記撮像素子までの距離をＴＴＬとし、前記複数枚の光学レンズの合成焦点距離をｆとしたとき、ＴＴＬ／ｆ≦１．３となっている撮像モジュール。
9. 請求項７又は８記載の撮像モジュールを搭載する電子機器。

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