特許 7405495 カメラモジュールおよび端末デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】カメラモジュールおよび端末デバイス

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20231219BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

G02B13/18

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022506565

(86)(22)【出願日】2020-08-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-12

(86)【国際出願番号】 CN2020106958

(87)【国際公開番号】W WO2021027642

(87)【国際公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-03-07

(31)【優先権主張番号】201911205850.4

(32)【優先日】2019-11-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201910734247.9

(32)【優先日】2019-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】504161984

【氏名又は名称】ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イエ、ハイシュイ

(72)【発明者】

【氏名】トン、チン

(72)【発明者】

【氏名】ワン、ヘン

【審査官】殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０１４７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０１４７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２１７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７６０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５８５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３１５３３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３０７８５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３２７８０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２５４０２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９４０７２８０（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９４４５０７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９２８３６６５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９３７５３４９（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９４５９８４０（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０９３８８０１６（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００ － １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ － ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ － ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被写体側から像側に光軸の方向に沿って連続的に配置された６枚のレンズからなる光学系を備えるカメラモジュールであって、前記６枚のレンズのうちの少なくとも１枚が自由形状レンズであり、前記自由形状レンズが非回転対称レンズであり、前記被写体側から前記像側への方向にある前記６枚のレンズのうちの１枚目のレンズが第１レンズであり、前記第１レンズの被写体側面と結像面との間の前記光軸上の距離がＴＴＬであり、前記カメラモジュールの有効焦点距離がＥＦＬであり、ＴＴＬ／ＥＦＬ≦２．０であり、前記６枚のレンズのうちの前記結像面に隣接したレンズが前記自由形状レンズであり、前記自由形状レンズの前記被写体側面の曲率半径がＲ６１であり、前記自由形状レンズの像側面の曲率半径がＲ６２であり、｜ＥＦＬ／Ｒ６１｜＋｜ＥＦＬ／Ｒ６２｜＜２という条件が満たされ、
前記被写体側から前記像側への方向にある前記６枚のレンズのうちの５枚目のレンズが第５レンズであり、前記第５レンズの被写体側面の前記光軸に近い領域が凹状である、または、前記第５レンズの像側面の前記光軸に近い領域が凸状である、カメラモジュール。

【請求項2】

前記自由形状レンズが第１平面に対して対称であり、前記自由形状レンズが第２平面に対しても対称であり、
前記第１平面がＸ軸および前記光軸を含む平面であり、前記第２平面がＹ軸および前記光軸を含む平面であり、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸が前記カメラモジュールの前記結像面上で互いに垂直な２本の中心軸である、請求項１に記載のカメラモジュール。

【請求項3】

前記自由形状レンズの被写体側面もしくは像側面またはその両方が自由形状面であり、前記自由形状面の面タイプ式が

【数12】

であり、ここで、ｚが光学面の高低差であり、ｋが円錐係数であり、ｃが曲率半径であり、ｒが前記光軸の前記方向における半径高さであり、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２であり、Ａ_ｉが多項式係数であり、Ｅ_ｉがＸ軸座標およびＹ軸座標の単項式であり、

【数13】

であり、ここで、前記自由形状面の前記面タイプ式のＥ_ｉにおけるｘおよびｙの指数部が両方とも偶数であり、ｘがＸ軸座標であり、ｙがＹ軸座標である、請求項２に記載のカメラモジュール。

【請求項4】

前記自由形状レンズの被写体側面もしくは像側面またはその両方が自由形状面であり、前記自由形状レンズの面タイプ式が

【数14】

であり、ここで、ｚが光学面の高低差であり、ｚがｘおよびｙの式であり、ｋが円錐係数であり、ｃが曲率半径であり、ｒが前記光軸の前記方向における半径高さであり、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２であり、Ａ_ｉが多項式係数であり、Ｅ_ｉがＸ軸座標およびＹ軸座標の単項式であり、

【数15】

であり、ここで、Ａ_ｉが多項式係数であり、ｘがＸ軸座標であり、ｙがＹ軸座標である、請求項２に記載のカメラモジュール。

【請求項5】

前記自由形状レンズの被写体側面もしくは像側面またはその両方が自由形状面であり、前記自由形状レンズの面タイプ式が

【数16】

であり、ここで、ｚが光学面の高低差であり、ｘがＸ軸座標であり、ｙがＹ軸座標であり、ｋ_ｘおよびｋ_ｙが円錐係数であり、ｃ_ｘおよびｃ_ｙが曲率半径であり、Ａ_ｉおよびＢ_ｉが多項式係数である、請求項２に記載のカメラモジュール。

【請求項6】

前記Ｘ軸および前記Ｙ軸が前記結像面の中心を通過する２本の中心軸であり、それぞれ前記結像面の長辺および短辺に対して平行である、請求項２から５のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

【請求項7】

前記被写体側から前記像側への前記方向に連続的に配置された１枚目のレンズ～５枚目のレンズの被写体側面および像側面の面タイプが全て非球面であり、６枚目のレンズが自由形状レンズである、請求項６に記載のカメラモジュール。

【請求項8】

前記カメラモジュールの前記結像面における有効画素領域の対角線長さの半分がＩｍｇＨであり、ＴＴＬ／ＩｍｇＨ≦２．０とすると、前記カメラモジュールのシステム全長を制限できるようになる、請求項１から７のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

【請求項9】

前記カメラモジュールの入射瞳径がＥＰＤであり、ＥＦＬ／ＥＰＤ≦２．２である、請求項１から８のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

【請求項10】

前記カメラモジュールの視野角がＦＯＶであり、ＦＯＶ≧１００°であり、ＥＦＬ＜２０ｍｍである、請求項１から９のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

【請求項11】

前記被写体側から前記像側への前記方向に連続的に配置された最初の３枚のレンズがそれぞれ、前記第１レンズ、第２レンズ、および第３レンズであり、前記カメラモジュールがさらにヴィネッティング抑制装置を備え、前記ヴィネッティング抑制装置が前記第２レンズの被写体側、または前記第３レンズの被写体側に配置され、前記カメラモジュールの広範囲にわたる収差を相殺できるようになる、請求項１から１０のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

【請求項12】

前記カメラモジュールがさらに電子イメージセンサを備え、前記電子イメージセンサが前記結像面に配置され、前記カメラモジュールの前記結像面が、前記電子イメージセンサのイメージセンシングエリアと一致する矩形領域であり、少なくとも前記電子イメージセンサの前記イメージセンシングエリアである、請求項１から１１のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

【請求項13】

前記カメラモジュールの電子イメージセンサのイメージセンシング面の対角線長さが少なくとも５．５ｍｍである、請求項１から１２のいずれか一項に記載のカメラモジュール。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか一項に記載のカメラモジュールを備える端末デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０１９年８月９日に中国国家知識産権局に出願された中国特許出願第２０１９１０７３４２４７．９号、および「ＣＡＭＥＲＡ ＭＯＤＵＬＥ ＡＮＤ ＴＥＲＭＩＮＡＬ ＤＥＶＩＣＥ（カメラモジュールおよび端末デバイス）」と題する２０１９年１１月２９日に中国国家知識産権局に出願された中国特許出願第２０１９１１２０５８５０．４号に基づく優先権を主張し、これらの中国特許出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本願は、光学結像技術の分野に属し、具体的には、撮影光学系に関するカメラモジュールおよび端末デバイスに属する。

【背景技術】

【0003】

携帯端末デバイスの人気と共に、ユーザが画像を得るための撮影技術が急速な発展を遂げている。広範なマーケットニーズを満たすために、大きいセンササイズ、大きい口径、多様な視野角、および小型の構造がカメラモジュールにとって重要な開発動向である。シングルカメラモジュールから、デュアルカメラモジュールおよびマルチカメラモジュールまで、複数の視野角のレンズの組み合わせが実装されている。これにより、超広角のレンズセットを携帯端末デバイスに適用することも可能になる。

【0004】

超広角レンズはより広い視野角を有するが、相反する光学ディストーションと小型構造とのバランスを保つのが難しい。したがって、ほとんどの超広角レンズの光学ディストーションは比較的大きく、画像のＴＶディストーションも一見して明らかである。小型構造に限定される携帯電子カメラモジュールの分野では、光学ディストーションの問題がより顕著になり、解決するのが難しい。さらに、端末デバイスに適用する場合には、超広角レンズを用いたビデオ撮影時に、ビデオ映像に対するリアルタイムのディストーション補正が大量の処理リソースを消費するので、こうした補正を実現するのは難しい。

【0005】

超広角レンズセットの光学ディストーションの問題をどう解決するかが、この業界における研究開発の方向になるはずである。

【発明の概要】

【0006】

本願の実施形態が、カメラモジュールおよび端末デバイスを提供する。カメラモジュールは超広角レンズであり、このレンズに非回転対称な自由形状レンズを取り入れて、超広角レンズの光学ディストーションの問題を解決し、超広角で低ディストーションの結像効果を実現することで、ユーザに楽しい体験をもたらす。

【0007】

第１態様によれば、本実施形態が、端末デバイスに適用されるカメラモジュールを提供し、本実施形態には、被写体側から像側に光軸方向に沿って連続的に配置された複数のレンズが含まれる。レンズの枚数は、３枚、４枚、５枚、６枚、または７枚などであってもよい。複数のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズが、自由形状レンズである。自由形状レンズは非回転対称レンズであり、被写体側から像側に向かう方向において複数のレンズの１枚目のレンズが第１レンズであり、第１レンズの被写体側面と結像面との間の光軸上の距離がＴＴＬであり、カメラモジュールの有効焦点距離がＥＦＬであり、ＴＴＬ／ＥＦＬ≦２．０として、比較的短いＴＴＬを実現する。第１レンズの被写体側面と結像面との間の光軸上の距離がＴＴＬであり、これは具体的には、第１レンズの被写体側面と光軸との交差部と、結像面と光軸との交差部との間の距離である。本願では、自由形状レンズの面タイプが非回転対称である。非回転対称な自由形状レンズは、カメラモジュールの光学設計に関する自由度を高めることができ、結像領域を回点対称なイメージサークルに限定することなく、矩形の結像領域を実現することができる。結像面には電子イメージセンサが配置されており、このイメージセンサは具体的には、端末デバイスに含まれるカメラのセンサチップである。本願では、少なくとも１枚のレンズを自由形状レンズに限定して、カメラモジュールの光学ディストーションの問題を抑制する。カメラモジュールの結像効果を、超広角の場合にも保証することができる。さらに、カメラモジュールの比較的短い全長を得ることができる。言い換えれば、非回転対称な自由形状レンズをカメラモジュールに取り入れることにより、超広角で低ディストーションの結像効果を実現することができる。すなわち、カメラモジュールの系収差を抑制する、または最小限にとどめて、収差補正およびディストーション低減の機能を実現することができる。さらに、自由形状レンズによってカメラモジュールのＴＴＬをさらに短くすることができるので、カメラモジュールの構造が小型になる。

【0008】

実行可能な一実装例では、Ｘ軸および光軸が第１平面を形成し、Ｙ軸および光軸が第２平面を形成し、Ｘ軸およびＹ軸は、カメラモジュールの結像面上で互いに垂直な２本の中心軸である。Ｘ軸とＹ軸との交差部が光軸上に位置している。自由形状レンズは第１平面を中心として用いた中心対称構造であり、自由形状レンズは第２平面を中心として用いた中心対称構造でもある。Ｘ軸の方向およびＹ軸の方向における自由形状レンズの対称性によって、結像品質を保証できるようになる。電子センサの結像領域は矩形である。Ｘ軸の方向およびＹ軸の方向における自由形状レンズの対称性によって、結像領域の結像品質が特定の対称性を保つようにする。これにより、光軸に近い中央領域の結像品質が光軸から離れた端部領域の結像品質より優れているということが実現できるようになる。

【0009】

実行可能な一実装例では、自由形状レンズの被写体側面もしくは像側面またはその両方が自由形状面であり、自由形状面の面タイプ式が次のように表される。

【数1】

【0010】

ｚは光学面の高低差であり、ｚはｘおよびｙの式であり、ｋは円錐係数であり、ｃは曲率半径であり、ｒは光軸の方向における半径高さであり、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２であり、Ａ_ｉは多項式係数であり、Ｅ_ｉはＸ軸座標およびＹ軸座標の単項式である。本明細書では、ｘ軸およびｙ軸の方向は、前述のＸ軸およびＹ軸の方向と一致している（これらの軸に対して自由形状レンズが対称となる）。

【数2】

【0011】

自由形状レンズの面タイプ式のＥ_ｉにおけるｘおよびｙの指数部は両方とも偶数であり、ｘはＸ軸座標であり、ｙはＹ軸座標である。そのため、自由形状レンズの面タイプは対称性を有する。具体的には、自由形状レンズの面タイプ式のＥ_ｉにおけるｘおよびｙの指数部は、両方とも偶数である。これにより、自由形状レンズの面タイプの対称性を高めて、レンズ処理および検出を容易にすることができる。

【0012】

第２実装例では、自由形状レンズの被写体側面もしくは像側面またはその両方が自由形状面であり、自由形状レンズの面タイプ式が次のように表される。

【数3】

【0013】

ｚは光学面の高低差であり、ｚはｘおよびｙの式であり、ｋは円錐係数であり、ｃは曲率半径であり、ｒは光軸の方向における半径高さであり、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２であり、Ａ_ｉは多項式係数であり、Ｅ_ｉはＸ軸座標およびＹ軸座標の単項式である。

【数4】

【0014】

Ａ_ｉは多項式係数であり、ｘはＸ軸座標であり、ｙはＹ軸座標である。

【0015】

第３実装例では、自由形状レンズの被写体側面もしくは像側面またはその両方が自由形状面であり、自由形状レンズの面タイプ式が次のように表される。

【数5】

【0016】

ｚは光学面の高低差であり、ｚはｘおよびｙの式であり、ｘはＸ軸座標であり、ｙはＹ軸座標であり、ｋ_ｘおよびｋ_ｙは円錐係数であり、ｃ_ｘおよびｃ_ｙは曲率半径であり、Ａ_ｉおよびＢ_ｉは多項式係数である。

【0017】

実行可能な一実装例において、Ｘ軸およびＹ軸は結像面の中心を通過する２本の中心軸であり、それぞれ結像面の長辺および短辺に対して平行である。

【0018】

実行可能な一実装例では、複数のレンズの枚数がＮ枚であり、Ｎ≧３であり、複数のレンズには、被写体側から像側への方向に連続的に配置された１枚目のレンズ～Ｎ枚目のレンズが含まれており、１枚目のレンズ～（Ｎ－１）枚目のレンズの被写体側面および像側面の面タイプが全て非球面であり、Ｎ枚目のレンズは自由形状レンズである。本願の一実施形態に用いられるレンズの枚数は６枚である。別の実装例において、レンズの枚数は７枚または８枚などでもよい。実際の実装プロセスでは、３枚、４枚、または５枚のレンズを含むカメラモジュールが、要求に応じて配置されてもよい。自由形状レンズをカメラモジュールに取り入れることにより、超広角レンズセットで画像ディストーションのない視覚効果が得られ、一般的な非球面光学設計では達成できない結像品質が得られる。

【0019】

実行可能な一実装例では、カメラモジュールの結像面の有効画素領域の対角線長さの半分がＩｍｇＨであり、ＴＴＬ／ＩｍｇＨ≦２．０とすると、カメラモジュールのシステム全長を制限できるようになるので、カメラモジュールは小型構造になって、携帯型デバイスの設計要件を満たすようになる。

【0020】

実行可能な一実装例では、カメラモジュールの入射瞳径がＥＰＤであり、ＥＦＬ／ＥＰＤ≦２．２である。本実装例では、ＥＦＬ／ＥＰＤ≦２．２を制限のために用いるので、カメラモジュールのＦ値が制限されるようになり、これが結像品質に貢献する。

【0021】

実行可能な一実装例では、カメラモジュールの視野角がＦＯＶであり、ＦＯＶ≧１００°およびＥＦＬ＜２０ｍｍである。カメラモジュールは超広角の結像効果を有する。本実装例では、自由形状レンズをカメラモジュールに取り入れて、超広角レンズセットで短焦点距離、大視野角、および低ディストーションの結像効果を実現する。さらに、カメラモジュールの比較的短い全長が得られ、超広角レンズセットの小型構造が実現される。

【0022】

実行可能な一実装例において、複数のレンズの枚数はＮ枚であり、被写体側から像側への方向に連続的に配置された最初の３枚のレンズがそれぞれ、第１レンズ、第２レンズ、および第３レンズである。カメラモジュールはさらにヴィネッティング抑制装置を含み、ヴィネッティング抑制装置は、第２レンズの被写体側または第３レンズの被写体側に配置される。ヴィネッティング抑制装置は大きい収差を有する結像線を遮断して（軸を外れたポイントの光線を遮断するとも表現される）、結像品質を向上させることができる。ヴィネッティング抑制装置は、カメラモジュールの中間位置の近くに配置され、カメラモジュールの広範囲にわたる収差を相殺できるようになる。

【0023】

実行可能な一実装例において、複数のレンズのうちの結像面に隣接したレンズは自由形状レンズであり、自由形状レンズの被写体側面の曲率半径がＲ６１であり、自由形状レンズの像側面の曲率半径がＲ６２である。以下の条件、すなわち、｜ｆ／Ｒ６１｜＋｜ｆ／Ｒ６２｜＜２を満たすことで、カメラセットの広範囲にわたる収差を補正できるようになる。｜ｆ／Ｒ６１｜＋｜ｆ／Ｒ６２｜が２より大きいまたは２と等しい場合、カメラモジュールの広範囲にわたる収差を補正できるようにならず、結像効果に影響を及ぼす。

【0024】

実行可能な一実装例では、カメラモジュールはさらに、複数のレンズと結像面との間に位置する赤外線フィルタ素子を含む。赤外線フィルタ素子は、画像の周りに生成されるカラーキャストを効果的に軽減することができる。

【0025】

自由形状レンズの光学設計により、カメラモジュールのレンズの枚数を削減して、カメラモジュールの重量を減らすことにより、軽量実装を促進することができる。自由形状レンズの柔軟な空間レイアウトと設計自由度とにより、カメラモジュールの構造が簡略化される。自由形状レンズの光学設計は、最適化の自由度を高め、カメラモジュールの系収差を制御できるようになり、カメラモジュールの全体的な品質を向上させる。

【0026】

実行可能な一実装例において、カメラモジュールはさらに電子イメージセンサを含み、電子イメージセンサは結像面に配置され、カメラモジュールの結像面は矩形領域であり、この領域は電子イメージセンサのイメージセンシングエリアと一致しており、少なくとも電子イメージセンサのイメージセンシングエリアである。言い換えれば、電子イメージセンサは矩形であり、自由形状レンズを用いるカメラモジュールの結像面は矩形領域であり、イメージセンサと一致して結像品質を向上させる。

【0027】

実行可能な一実装例では、電子イメージセンサのイメージセンシング面の対角線長さは、少なくとも５．５ｍｍである。同じ有効画素を有するイメージセンサでは、一般に、イメージセンサのサイズが大きいほど、各画素の単位面積が大きく、性能が高く、記録できる画像詳細が多くなることを示す。本実装例において、イメージセンシング面の対角線長さは、少なくとも５．５ｍｍになるように限定される。これにより、携帯端末に適用されるカメラモジュールが、高いイメージセンシング性能を有し且つ高画質をもたらすことが保証され得る。

【0028】

第２態様によれば、本願は端末デバイスを提供し、端末デバイスは前述の実装例のうちのいずれか１つによるカメラモジュールを含む。

【0029】

本願では、非回転対称な自由形状レンズをレンズセットに取り入れて、超広角レンズセットの光学ディストーションの問題を解決し、カメラモジュールの結像ディストーションの影響を排除し、ユーザ体験を向上させ、優れた光学的品質を得る。

【図面の簡単な説明】

【0030】

本願の実施形態における技術的解決手段または背景をより明確に説明するために、以下では、本願の実施形態または背景に用いるのに必要な添付図面を説明する。

【0031】

【図1】本願による端末デバイスに適用されるカメラモジュールの概略図である。

【0032】

【図1a】Ｘ軸の方向およびＹ軸の方向に線対象である自由形状レンズの概略図である。

【0033】

【図2a】本願の実施形態１によるカメラモジュールの概略図である。

【図2b】本願の実施形態１によるカメラモジュールの概略図である。

【0034】

【図2c】実施形態１における光学系のディストーション曲線である。

【0035】

【図2d】実施形態１における光学系の横の色収差曲線である。

【0036】

【図3a】本願の実施形態２によるカメラモジュールの概略図である。

【図3b】本願の実施形態２によるカメラモジュールの概略図である。

【0037】

【図3c】実施形態２における光学系のディストーション曲線である。

【0038】

【図3d】実施形態２における光学系の横の色収差曲線である。

【0039】

【図4a】本願の実施形態３によるカメラモジュールの概略図である。

【図4b】本願の実施形態３によるカメラモジュールの概略図である。

【0040】

【図4c】実施形態３における光学系のディストーション曲線である。

【0041】

【図4d】実施形態３における光学系の横の色収差曲線である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

以下では、本願の実施形態における添付図面を参照して、本願の実施形態を説明する。

【0043】

図１を参照されたい。本願におけるカメラモジュール１０が端末デバイス１００に適用されている。端末デバイス１００は、携帯電話またはタブレットなどの携帯型端末であってよく、カメラモジュール１０は超広角レンズセットであってよい。カメラモジュール１０は端末デバイス１００の内部に組み立てられ、端末デバイス１００のリアカメラでもフロントカメラでもよく、または端末デバイス１００のハウジングから外に伸張し得る格納式カメラでもよい。

【0044】

一実装例において、本願で提供されるカメラモジュールは６枚のレンズを含む（６枚のレンズが説明用の具体的な実施形態として用いられる）が、本願においてレンズの枚数を限定することはない。６枚のレンズは、被写体側から像側に光軸の方向に沿って連続的に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、第５レンズ、および第６レンズと配置されている。レンズの枚数は６枚に限定されることはなく、別の枚数、例えば、３枚、４枚、５枚、７枚でもよい。複数のレンズのうちの少なくとも１枚のレンズは自由形状レンズであり、自由形状レンズは非回転対称な面タイプである。非回転対称な自由形状レンズは、カメラモジュールの光学設計に関する自由度を高めることができる。第１レンズの被写体側面と結像面との間の光軸上の距離がＴＴＬであり、カメラモジュールの有効焦点距離がＥＦＬであり、ＴＴＬ／ＥＦＬ≦２．０として、比較的短いＴＴＬを実現することにより、カメラモジュールの小型構造を促進する。少なくとも１枚のレンズを非回転対称な自由形状面に限定することにより、超広角レンズセットの光学ディストーションの問題を軽減することができ、カメラモジュールは小型構造になるので、ユーザ体験が向上する。レンズ１から５の非球面曲線方程式は次の通りである。

【数6】

【0045】

ｚは光学面の高低差であり、ｚはｘおよびｙの式であり、ｋは円錐係数であり、ｃは曲率半径であり、ｒは光軸の方向における半径高さであり、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２であり、ｘはＸ軸座標であり、ｙはＹ軸座標であり、α_ｉは多項式係数であり、ρ_ｉは正規化した半径座標である。

【0046】

本願では、自由形状レンズの面タイプ式（３つの異なる面タイプ式を以下に挙げる）を定義して、Ｘ軸の方向およびＹ軸の方向における自由形状レンズの対称性を実現する。Ｘ軸の方向およびＹ軸の方向は、カメラモジュールの結像面上で互いに垂直な２つの方向である。

【0047】

第１実装例では、非回転対称な自由形状レンズの面タイプ式（すなわち、自由形状球面曲線式）が次のように表される。

【数7】

【0048】

ｚは光学面の高低差であり、ｚはｘおよびｙの式であり、ｋは円錐係数であり、ｃは曲率半径であり、ｒは光軸の方向における半径高さであり、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２であり、Ａ_ｉは多項式係数であり、Ｅ_ｉはＸ軸座標およびＹ軸座標の単項式である。本明細書では、ｘ軸およびｙ軸の方向は、前述のＸ軸およびＹ軸の方向と一致している（これらの軸に対して自由形状レンズが対称となる）。

【数8】

【0049】

Ａ_ｉは多項式係数である。

【0050】

自由形状レンズの面タイプ式のＥ_ｉにおけるｘおよびｙの指数部は両方とも偶数であり、ｘはＸ軸座標であり、ｙはＹ軸座標である。そのため、自由形状レンズの面タイプは対称性を有する。

【0051】

第２実装例では、自由形状レンズの面タイプ式が次のようになる。

【数9】

【0052】

ｚは光学面の高低差であり、ｚはｘおよびｙの式であり、ｋは円錐係数であり、ｃは曲率半径であり、ｒは光軸の方向における半径高さであり、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２であり、Ａ_ｉは多項式係数であり、Ｅ_ｉはＸ軸座標およびＹ軸座標の単項式である。

【数10】

【0053】

Ａ_ｉは多項式係数であり、ｘはＸ軸座標であり、ｙはＹ軸座標である。

【0054】

第３実装例では、自由形状レンズの面タイプ式が次のようになる。

【数11】

【0055】

ｚは光学面の高低差であり、ｘはＸ軸座標であり、ｙはＹ軸座標であり、ｋ_ｘおよびｋ_ｙは円錐係数であり、ｃ_ｘおよびｃ_ｙは曲率半径であり、Ａ_ｉおよびＢ_ｉは多項式係数である。

【0056】

前述の実装例において、自由形状レンズは、自由形状面である１つの面を有してよく、例えば、被写体側面または像側面が自由形状面である。あるいは、両方の面が自由形状面でもよく、すなわち、被写体側面および像側面が両方とも自由形状面である。

【0057】

一実装例において、図１ａはＸ軸の方向およびＹ軸の方向に対称な自由形状レンズの概略図である。結像面Ｓ１４は矩形領域であり、Ｘ軸およびＹ軸は結像面Ｓ１４上で互いに垂直な２本の中心軸である。Ｘ軸とＹ軸との交差部が光軸上に位置している。具体的には、Ｘ軸の方向は矩形の結像面Ｓ１４の中心を通過する中心軸であり、矩形の結像面Ｓ１４の長辺に対して平行である。Ｙ軸の方向は矩形の結像面Ｓ１４の中心を通過する中心軸であり、矩形の結像面Ｓ１４の短辺に対して平行である。Ｘ軸および光軸は第１平面を形成し、Ｙ軸と光軸は第２平面を形成する。自由形状レンズＬ６は、第１平面を中心として用いた中心対称構造であり、この自由形状レンズは第２平面を中心として用いた中心対称構造でもある。自由形状レンズＬ６を第１平面に対して中心対称に、且つ第２平面に対して中心対称に保つことで、結像品質を保証できるようになり、光軸に近い中央領域の結像品質が光軸から離れた端部領域の結像品質より優れていることが実現できるようになる。

【0058】

以下では、３つの具体的な実施形態を用いて、本願を詳細に説明する。
［実施形態１］

【0059】

図２ａおよび図２ｂに示すように、中央の直線が光軸を表しており、カメラモジュールの左側が被写体側であり、カメラモジュールの右側が像側である。本実施形態で提供されるカメラモジュールでは、第１レンズＬ１、抑制装置ＳＴＯ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６、赤外線フィルタ素子ＩＲＣＦ、および電子イメージセンサが、光軸に沿って被写体側から像側に連続的に配置されている。電子イメージセンサは、結像面Ｓ１４の位置に配置されてよい。本実装例において、抑制装置ＳＴＯは第１レンズＬ１の後に配置されており、カメラモジュールの中間位置に近いため、カメラモジュールの収差を相殺できるようになる。

【0060】

第１レンズＬ１は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第１レンズＬ１の被写体側面Ｓ１の、光軸に近い領域が凸状である。第１レンズＬ１の像側面Ｓ２の、光軸に近い領域が凸状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0061】

第２レンズＬ２は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第２レンズＬ２の被写体側面Ｓ３の、光軸に近い領域が凸状である。第２レンズＬ２の像側面Ｓ４の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0062】

第３レンズＬ３は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第３レンズＬ３の被写体側面Ｓ５の、光軸に近い領域が凹状である。第３レンズＬ３の像側面Ｓ６の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0063】

第４レンズＬ４は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第４レンズＬ４の被写体側面Ｓ７の、光軸に近い領域が凹状である。第４レンズＬ４の像側面Ｓ８の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0064】

第５レンズＬ５は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第５レンズＬ５の被写体側面Ｓ９の、光軸に近い領域が凹状である。第５レンズＬ５の像側面Ｓ１０の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0065】

第６レンズＬ６は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第６レンズＬ６の被写体側面Ｓ１１の、光軸に近い領域が凹状である。第６レンズＬ６の像側面Ｓ１２の、光軸に近い領域が凸状である。これらの領域は両方とも、自由形状面である。

【0066】

赤外線フィルタ素子ＩＲＣＦの被写体側面Ｓ１３および像側面Ｓ１４が、両方とも平面である。

【0067】

実施形態１では、第１レンズＬ１の被写体側面Ｓ１と無限遠の被写体の結像面Ｓ１４との間の光軸上の距離がＴＴＬであり、カメラモジュールの有効焦点距離がＥＦＬである。以下の条件、つまりＴＴＬ／ＥＦＬ≦２．０を満たすことができると、より短いＴＴＬが実現されることで、カメラモジュールの小型化設計が促進され、端末デバイスの内部空間の無駄が省かれ、端末デバイスの薄型化に向けた開発が促進される。

【0068】

実施形態１において、第６レンズＬ６の自由形状面の面タイプ式のＥ_ｉにおけるｘおよびｙの指数部は、両方とも偶数である。これにより、レンズの面タイプの対称性を高めて、レンズ処理および検出を容易にすることができる。

【0069】

実施形態１の拡張版では、任意選択的に、ヴィネッティング抑制装置ＳＴ１（不図示）が第１レンズＬ１の前に（すなわち、第１レンズＬ１の被写体側に）配置されてよく、またヴィネッティング抑制装置ＳＴ２（不図示）が第６レンズＬ６の後に（第６レンズＬ６の像側に）配置されてよく、これにより、カメラモジュールの直径が効果的に減少する。

【0070】

実施形態１では、カメラモジュールの焦点距離がｆであり、第６レンズＬ６の被写体側面Ｓ１１の曲率半径がＲ６１であり、第６レンズＬ６の像側面Ｓ１２の曲率半径がＲ６２である。以下の条件、つまり｜ｆ／Ｒ６１｜＋｜ｆ／Ｒ６２｜＝１．３７を満たすと、カメラセットの広範囲にわたる収差を補正できるようになるので、カメラモジュールの横の色収差が３μｍ未満になり、ディストーションは２％未満になる。

【0071】

テーブル１ａは、本実施形態における光学系の特性を示すテーブルである。曲率半径および厚さは両方とも、ミリメートル（ｍｍ）単位で表されている。
［テーブル１ａ］

【表1】

【0072】

テーブル１ｂは、実施形態１における非球面レンズ面Ｓ１～Ｓ１０に用いることができる円錐係数ｋおよび多項式係数ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８、ａ９、ａ１０、ａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ１４、およびａ１５を示している。
［テーブル１ｂ］

【表2】

【0073】

テーブル１ｃは、実施形態１における自由形状面Ｓ１１およびＳ１２に用いることができる円錐係数ｋおよび高次項係数Ｘ２Ｙ０、Ｘ０Ｙ２、Ｘ４Ｙ０、Ｘ２Ｙ２、Ｘ０Ｙ４、Ｘ６Ｙ０、Ｘ４Ｙ２、Ｘ２Ｙ４、Ｘ０Ｙ６、Ｘ８Ｙ０、Ｘ６Ｙ２、Ｘ４Ｙ４、Ｘ２Ｙ６、およびＸ０Ｙ８を示している。
［テーブル１ｃ］

【表3】

【0074】

図２ｃは、実施形態１における光学系のディストーション曲線を示しており、この曲線は様々な視野角に対応するディストーション値を表している。

【0075】

図２ｄは、実施形態１における光学系の横の色収差曲線を示しており、この曲線は、様々な視野角における、５つの異なる波長の光に対応する横の色収差値を表している。矢印指示線を用いて、５つの異なる波長の光を表している。その波長はそれぞれ、５１０ナノメートル、４７０ナノメートル、６１０ナノメートル、５５０ナノメートル、および６５０ナノメートルである。

【0076】

図２ｃおよび図２ｄから分かるように、実施形態１で提供される光学系で良好な結像品質が得られる。
［実施形態２］

【0077】

図３ａおよび図３ｂに示すように、本実装例のカメラモジュールでは、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、抑制装置ＳＴＯ、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６、赤外線フィルタ素子ＩＲＣＦ、および電子イメージセンサが、光軸に沿って被写体側から像側に連続的に配置されている。電子イメージセンサは、結像面Ｓ１４（画像面とも呼ばれる）の位置に配置され得る。本実装例において、抑制装置ＳＴＯは第２レンズＬ２の後に配置されており、カメラモジュールの中間位置に近いため、カメラモジュールの収差を相殺できるようになる。

【0078】

第１レンズＬ１は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第１レンズＬ１の被写体側面Ｓ１の、光軸に近い領域が凹状である。第１レンズＬ１の像側面Ｓ２の、光軸に近い領域が凸状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0079】

第２レンズＬ２は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第２レンズＬ２の被写体側面Ｓ３の、光軸に近い領域が凸状である。第２レンズＬ２の像側面Ｓ４の、光軸に近い領域が凸状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0080】

第３レンズＬ３は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第３レンズＬ３の被写体側面Ｓ５の、光軸に近い領域が凸状である。第３レンズＬ３の像側面Ｓ６の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0081】

第４レンズＬ４は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第４レンズＬ４の被写体側面Ｓ７の、光軸に近い領域が凹状である。第４レンズＬ４の像側面Ｓ８の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0082】

第５レンズＬ５は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第５レンズＬ５の被写体側面Ｓ９の、光軸に近い領域が凹状である。第５レンズＬ５の像側面Ｓ１０の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0083】

第６レンズＬ６は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第６レンズＬ６の被写体側面Ｓ１１の、光軸に近い領域が凹状である。第６レンズＬ６の像側面Ｓ１２の、光軸に近い領域が凸状である。これらの領域は両方とも、自由形状面である。

【0084】

実施形態２では、第１レンズＬ１の被写体側面Ｓ１と無限遠の被写体の結像面Ｓ１４との間の光軸上の距離がＴＴＬであり、カメラモジュールの有効焦点距離がＥＦＬである。以下の条件、つまりＴＴＬ／ＥＦＬ≦２を満たすことができると、より短いＴＴＬが実現されることで、カメラモジュールの小型化設計が促進され、端末デバイスの内部空間の無駄が省かれ、端末デバイスの薄型化に向けた開発が促進される。

【0085】

実施形態２において、第６レンズＬ６の自由形状面の面タイプ式のＥ_ｉにおけるｘおよびｙの指数部は、両方とも偶数である。これにより、レンズの面タイプの対称性を高めて、レンズ処理および検出を容易にすることができる。

【0086】

実施形態２の拡張版では、任意選択的に、ヴィネッティング抑制装置ＳＴ１（不図示）が第１レンズＬ１の前に（すなわち、第１レンズＬ１の被写体側に）配置されてよく、またヴィネッティング抑制装置ＳＴ２（不図示）が第６レンズＬ６の後に（第６レンズＬ６の像側に）配置されてよく、これにより、カメラモジュールの直径が効果的に減少する。

【0087】

実施形態２では、カメラモジュールの焦点距離がｆであり、第６レンズＬ６の被写体側面Ｓ１１の曲率半径がＲ６１であり、第６レンズＬ６の像側面Ｓ１２の曲率半径がＲ６２である。以下の条件、つまり｜ｆ／Ｒ６１｜＋｜ｆ／Ｒ６２｜＝０．７１を満たすと、カメラセットの広範囲にわたる収差を補正できるようになるので、カメラモジュールの横の色収差が３μｍ未満になり、ディストーションは２％未満になる。

【0088】

テーブル２ａは、本実施形態における光学系の特性を示すテーブルである。曲率半径および厚さは両方とも、ミリメートル（ｍｍ）単位で表されている。
［テーブル２ａ］

【表4】

【0089】

テーブル２ｂは、実施形態２における非球面レンズ面Ｓ１～Ｓ１０に用いることができる円錐係数ｋおよび多項式係数ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８、ａ９、ａ１０、ａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ１４、およびａ１５を示している。
［テーブル２ｂ］

【表5】

【0090】

テーブル２ｃは、実施形態２における自由形状面Ｓ１１およびＳ１２に用いることができる円錐係数ｋおよび高次項係数Ｘ２Ｙ０、Ｘ０Ｙ２、Ｘ４Ｙ０、Ｘ２Ｙ２、Ｘ０Ｙ４、Ｘ６Ｙ０、Ｘ４Ｙ２、Ｘ２Ｙ４、Ｘ０Ｙ６、Ｘ８Ｙ０、Ｘ６Ｙ２、Ｘ４Ｙ４、Ｘ２Ｙ６、およびＸ０Ｙ８を示している。
［テーブル２ｃ］

【表6】

【0091】

図３ｃは、実施形態２における光学系のディストーション曲線を示しており、この曲線は様々な視野角に対応するディストーション値を表している。

【0092】

図３ｄは、実施形態２における光学系の横の色収差曲線を示しており、この曲線は、様々な視野角における、５つの異なる波長の光に対応する横の色収差値を表している。矢印指示線を用いて、５つの異なる波長の光を表している。その波長はそれぞれ、５１０ナノメートル、４７０ナノメートル、６１０ナノメートル、５５０ナノメートル、および６５０ナノメートルである。

【0093】

図３ｃおよび図３ｄから分かるように、実施形態２で提供される光学系で良好な結像品質が得られる。
［実施形態３］

【0094】

図４ａおよび図４ｂに示すように、本実装例のカメラモジュールでは、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、抑制装置ＳＴＯ、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６、赤外線フィルタ素子ＩＲＣＦ、および電子イメージセンサが、光軸に沿って被写体側から像側に連続的に配置されている。電子イメージセンサは、結像面Ｓ１４の位置に配置され得る。

【0095】

第１レンズＬ１は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第１レンズＬ１の被写体側面Ｓ１の、光軸に近い領域が凹状である。第１レンズＬ１の像側面Ｓ２の、光軸に近い領域が凸状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0096】

第２レンズＬ２は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第２レンズＬ２の被写体側面Ｓ３の、光軸に近い領域が凸状である。第２レンズＬ２の像側面Ｓ４の、光軸に近い領域が凸状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0097】

第３レンズＬ３は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第３レンズＬ３の被写体側面Ｓ５の、光軸に近い領域が凸状である。第３レンズＬ３の像側面Ｓ６の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0098】

第４レンズＬ４は正の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第４レンズＬ４の被写体側面Ｓ７の、光軸に近い領域が凹状である。第４レンズＬ４の像側面Ｓ８の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0099】

第５レンズＬ５は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第５レンズＬ５の被写体側面Ｓ９の、光軸に近い領域が凹状である。第５レンズＬ５の像側面Ｓ１０の、光軸に近い領域が凹状である。これらの領域は両方とも、非球面である。

【0100】

第６レンズＬ６は負の屈折力を有しており、樹脂材料で作られている。第６レンズＬ６の被写体側面Ｓ１１の、光軸に近い領域が凹状である。第６レンズＬ６の像側面Ｓ１２の、光軸に近い領域が凸状である。これらの領域は両方とも、自由形状面である。

【0101】

実施形態３では、第１レンズＬ１の被写体側面Ｓ１と無限遠の被写体の結像面Ｓ１４との間の光軸上の距離がＴＴＬであり、カメラモジュールの有効焦点距離がＥＦＬである。以下の条件、つまりＴＴＬ／ＥＦＬ≦２を満たすことができると、より短いＴＴＬが実現されることで、カメラモジュールの小型化設計が促進され、端末デバイスの内部空間の無駄が省かれ、端末デバイスの薄型化に向けた開発が促進される。

【0102】

実施形態３において、第６レンズＬ６の自由形状面の面タイプ式のＥ_ｉにおけるｘおよびｙの指数部は、両方とも偶数であり、これにより、レンズの面タイプの対称性を高めて、レンズ処理および検出を容易にする。

【0103】

実施形態３の拡張版では、任意選択的に、ヴィネッティング抑制装置ＳＴ１（不図示）が第１レンズＬ１の前に（すなわち、第１レンズＬ１の被写体側に）配置されてよく、またヴィネッティング抑制装置ＳＴ２（不図示）が第６レンズＬ６の後に（第６レンズＬ６の像側に）配置されてよく、これにより、カメラモジュールの直径が効果的に減少する。

【0104】

実施形態３では、カメラモジュールの焦点距離がｆであり、第６レンズＬ６の被写体側面Ｓ１１の曲率半径がＲ６１であり、第６レンズＬ６の像側面Ｓ１２の曲率半径がＲ６２である。以下の条件、つまり｜ｆ／Ｒ６１｜＋｜ｆ／Ｒ６２｜＝１．９２を満たすと、カメラセットの広範囲にわたる収差を補正できるようになるので、カメラモジュールの横の色収差が３μｍ未満になり、ディストーションは２％未満になる。

【0105】

テーブル３ａは、本実施形態における光学系の特性を示すテーブルである。曲率半径および厚さは両方とも、ミリメートル（ｍｍ）単位で表されている。
［テーブル３ａ］

【表7】

【0106】

テーブル３ｂは、実施形態３における非球面レンズ面Ｓ１～Ｓ１０に用いることができる円錐係数ｋおよび多項式係数ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８、ａ９、ａ１０、ａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ１４、およびａ１５を示している。
［テーブル３ｂ］

【表8】

【0107】

テーブル３ｃは、実施形態３における自由形状面Ｓ１１およびＳ１２に用いることができる円錐係数ｋおよび高次項係数Ｘ２Ｙ０、Ｘ０Ｙ２、Ｘ４Ｙ０、Ｘ２Ｙ２、Ｘ０Ｙ４、Ｘ６Ｙ０、Ｘ４Ｙ２、Ｘ２Ｙ４、Ｘ０Ｙ６、Ｘ８Ｙ０、Ｘ６Ｙ２、Ｘ４Ｙ４、Ｘ２Ｙ６、およびＸ０Ｙ８を示している。
［テーブル３ｃ］

【表9】

【0108】

図４ｃは、実施形態３における光学系のディストーション曲線を示しており、この曲線は様々な視野角に対応するディストーション値を表している。

【0109】

図４ｄは、実施形態３における光学系の横の色収差曲線を示しており、この曲線は、様々な視野角における、５つの異なる波長の光に対応する横の色収差値を表している。矢印指示線を用いて、５つの異なる波長の光を表している。その波長はそれぞれ、５１０ナノメートル、４７０ナノメートル、６１０ナノメートル、５５０ナノメートル、および６５０ナノメートルである。

【0110】

図４ｃおよび図４ｄから分かるように、実施形態３で提供される光学系で良好な結像品質が得られる。

【0111】

本願の例示的実施形態が上述されている。当業者であればさらに、いくつかの改良例および変更例を本願の原理から逸脱することなく作り出すかもしれないが、こうした改良例および変更例も本願の保護範囲内であるとみなされることに留意されたい。

【図1】

【図1a】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】