JP2002014269A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用する環境の温度変化があってもレンズの
ピントずれを防止できるようにすること。 【解決手段】 本発明は、機能素子１が取り付けられる
基板１０と、基板１０に一端側が固定されるホルダー２
と、機能素子１の受光面に対して略垂直な方向に沿って
筒状体が配置され、その筒状体の機能素子１側にレンズ
４が取り付けられ、筒状体のレンズ４が取り付けられな
い側にホルダー２の他端側との取り付け部３ａを有する
鏡筒３とを備える光学装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鏡筒にレンズが組
み込まれ、この鏡筒がホルダーを介して基板に取り付け
られる光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の光学装置を説明する概略
断面図である。すなわち、この光学装置は、主として機
能素子１、ホルダー２、鏡筒３、レンズ４から構成され
る。このうち機能素子１はＣＣＤ等の光電変換素子であ
り、基板１０に実装される。

【０００３】また、ホルダー２はその一端側が基板１０
の機能素子１の周辺に取り付けられ、他端側で鏡筒３を
支持している。鏡筒３はホルダー２にねじ込み式で取り
付けられ、内部にレンズ４が組み込まれている。

【０００４】このような光学装置において、基板１０に
取り付けられるホルダー２は、鏡筒３を支持すること
で、鏡筒３内のレンズ４と基板１０上の機能素子１との
距離を正確に保つようになっている。

【０００５】また、ホルダー２の先端部には、ねじ加工
が施されており、また鏡筒３にも同じねじ加工が施され
ている。これにより、鏡筒３をホルダー２にねじ込んで
取り付けられるようになっている。この際、機能素子１
の画像を参照して、レンズ１によるピントが一番合うと
ころまでねじ込み、その位置で接着剤等によって固定し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光学装置においては次のような問題がある。すなわ
ち、光学装置を使用する環境で温度変化があると、ホル
ダー、鏡筒の熱伸縮によってレンズと機能素子との距離
が変わってしまい、ピント面のずれが生じるという問題
がある。

【０００７】つまり、レンズが組み込まれる鏡筒は、ホ
ルダーの先端部に取り付けられていることから、ホルダ
ーが熱膨張すると基板に対して先端側が延び、さらにこ
の先端部に取り付けられる鏡筒の熱膨張によってレンズ
位置が機能素子から離れる方向に移動してしまう。この
ため、熱膨張によるレンズの位置ずれ量は、ホルダーの
延びと鏡筒の延びとが合計されることになる。また、反
対に熱収縮した場合も同様に、ホルダーの収縮と鏡筒の
収縮とが合計されることになる。

【０００８】特に、光学装置が温度変化の大きい車内な
どで使用されると、常温から５０℃以上の温度変化があ
るため、プラスチックで成型されているホルダーや鏡筒
では、レンズ位置が３０〜５０μｍ程度変位して、ピン
トのぼけた画像になってしまう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成されたものである。すなわち、本発
明は、光学的な機能素子が取り付けられる基板と、基板
に一端側が固定されるホルダーと、機能素子の光軸に沿
って筒状体が配置され、その筒状体の機能素子側にレン
ズが取り付けられ、筒状体のレンズが取り付けられない
側にホルダーの他端側との取り付け部を有する鏡筒とを
備える光学装置である。

【００１０】このような本発明では、ホルダーが基板に
対して熱伸縮しても、鏡筒はホルダーの熱伸縮と反対方
向に熱伸縮するため、互いの熱伸縮を相殺するようにな
り、レンズと機能素子との距離を一定に保つことができ
るようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る光
学装置を説明する概略断面図である。すなわち、この光
学装置は、主として、機能素子１、ホルダー２、鏡筒３
およびレンズ４を備えており、本実施形態では機能素子
１としてＣＣＤから成る受光素子を用いた撮像装置とな
っている。

【００１２】機能素子１は、例えば半導体チップによっ
て構成され、パッケージ１ａ内に収納されている。ま
た、パッケージ１ａの開口部には保護板１ｂが取り付け
られており、機能素子１にごみや傷が付くことを防止し
ている。このようなパッケージ１ａに収納された機能素
子１は図示しない電気回路が構成された基板１０上に実
装されている。

【００１３】また、基板１０上のパッケージ１ａの周囲
には基台１１が設けられ、この基台１１にホルダー２の
一端側が取り付けられている。ホルダー２は機能素子１
の光軸に沿って開口しており、この開口部分に鏡筒３が
収納されている。

【００１４】鏡筒３は光軸に沿った筒状体から構成さ
れ、機能素子１側の一端部にレンズ４が組み込まれてい
る。また、レンズ４と反対側の他端部にはホルダー２の
他端との取り付け部３ａが設けられている。

【００１５】この取り付け部３ａにはねじ加工が施され
ており、ホルダー２の他端部分にも同様なねじ加工が施
されている。これにより、鏡筒３をホルダー２にねじ込
むようにして固定できるようになっている。

【００１６】このような構成から成る光学装置において
は、ホルダー２の他端部と鏡筒３の他端部（取り付け部
３ａ）とが固定されることで、ホルダー２の固定端（一
端）から自由端（他端）に向かう方向と、鏡筒３の固定
端（取り付け部３ａ）から自由端（レンズ４の取り付け
端）に向かう方向とが反対方向となる。

【００１７】すなわち、光学装置の使用環境の温度が変
化した場合、主としてプラスチック成形品であるホルダ
ー２や鏡筒３に熱伸縮が発生する。この際、ホルダー２
や鏡筒３は各々自由端側にその熱伸縮が現れる。

【００１８】本実施形態の光学装置では、ホルダー２の
固定端から自由端に向かう方向と、鏡筒３の固定端から
自由端に向かう方向とが反対になっていることから、温
度変化によるホルダー２の伸縮方向と鏡筒３の伸縮方向
とが反対となり、互いの伸縮分を相殺する状態となる。

【００１９】その結果、ホルダー２の伸縮方向と反対に
鏡筒３も伸縮することから機能素子１とレンズ４との距
離は変化せず、一定に保つことができるようになる。

【００２０】また、本実施形態の光学装置では、鏡筒３
のレンズ４の取り付け位置からホルダー２との取り付け
部３ａまでの距離をＡ、ホルダー２の一端から鏡筒３の
取り付け部３ａまでの距離をＢとした場合、その比率Ａ
／Ｂが１となるように設定している。この場合、レンズ
４の焦点距離に合わせてホルダー２を取り付ける基台１
１の高さを設定しておく。

【００２１】Ａ，Ｂの比率をこのように設定すること
で、ホルダー２の熱伸縮量と鏡筒３の熱伸縮量とが一致
し、温度変化があっても互いに逆方向へ同量だけ伸縮し
てレンズ４と機能素子１との距離を一定に保つことがで
きるようになる。なお、比率Ａ／Ｂが１というのは、ホ
ルダー２および鏡筒３の熱伸縮があってもレンズ４によ
るピントずれが実用上問題にならない程度を含むものと
する。また、基台１１の熱膨張係数は、ホルダー２や鏡
筒３の熱膨張係数より十分小さくしておくことが望まし
い。

【００２２】このような光学装置では、使用する環境の
温度変化が激しい場合であっても、ホルダー２や鏡筒３
の熱伸縮を相殺してレンズ４の位置ずれを防止し、常に
ピントの合った画像を得ることができるようになる。

【００２３】次に、他の実施形態について説明する。図
２は、他の実施形態に係る光学装置を説明する概略断面
図である。すなわち、図２に示す他の実施形態に係る光
学装置は、機能素子１、ホルダー２、鏡筒３、レンズ４
を備える点で図１に示す実施形態と同様であるが、ホル
ダー２の一端が基板１０に直接取り付けられている点で
相違する。

【００２４】このような光学装置でも、ホルダー２の他
端に鏡筒３がねじ込み式で取り付けられ、鏡筒３の機能
素子１側の端部にレンズ４が組み込まれている。これに
より、ホルダー２の固定端（一端）から自由端（他端）
に向かう方向と、鏡筒３の固定端（取り付け部３ａ）か
ら自由端（レンズ４側）に向かう方向とが反対になって
いることから、温度変化によるホルダー２の伸縮方向と
鏡筒３の伸縮方向とが反対となり、互いの伸縮分を相殺
して、機能素子１とレンズ４との距離を一定に保つこと
ができるようになる。

【００２５】ここで、図２に示す光学装置では、ホルダ
ー２が直接基板１０に取り付けられている（図１に示す
基台１１がない）ため、鏡筒３のレンズ４の位置から取
り付け部３ａまでの距離Ａと、ホルダー２の一端から鏡
筒３の取り付け部３ａまでの距離Ｂとが一致しないこと
になる（Ａ≠Ｂ）。

【００２６】そこで、鏡筒３の線膨張係数をａ、ホルダ
ー２の線膨張係数をｂとした場合、Ａ×ａ＝Ｂ×ｂが成
り立つように、ホルダー２および鏡筒３の材質や寸法を
設定する。ここで、Ａ×ａ＝Ｂ×ｂとは、ホルダー２お
よび鏡筒３の熱伸縮があってもレンズ４によるピントず
れが実用上問題にならない程度を含むものとする。

【００２７】ホルダー２や鏡筒３はプラスチックによっ
て成形されることが多いが、このプラスチック素材に混
合するフィラー（ガラス繊維等）の比率を変えることで
線膨張係数の調整を施す。なお、ホルダー２、鏡筒３の
一方を金属、他方をプラスチックという組み合わせにし
て両者の線膨張係数を設定するようにしてもよい。

【００２８】このような光学装置において、温度変化Δ
ｔがあった場合を考えると、ホルダー２の変化は、Ｂ×
ｂ×Δｔとなる。一方、鏡筒４の変化は、Ａ×ａ×Δｔ
となる。そこで、Ａ×ａ＝Ｂ×ｂに設定することで、両
者の変化量は等しくなり、熱伸縮量を互いに打ち消して
レンズ４と機能素子１との距離を一定に保つことができ
るようになる。

【００２９】なお、上記説明した各実施形態では、いず
れも機能素子１としてＣＣＤを用いた撮像装置について
説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば機能素
子１として半導体レーザ等の発光素子を用いた光学装置
や、機能素子１として、発光素子と受光素子とを組み合
わせたフォトカプラーであっても適用可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。すなわち、光学装置を組み立てた
際のレンズ位置調整（ピント調整）の状態が、その後の
使用環境による温度変化でも損なわれることなく常に最
良の状態を保つことが可能となる。また、ピントずれが
発生しないことから、光学装置のピント調整機構を省く
ことが可能となり、装置構成を簡素化できるようにな
る。さらに、レンズ位置が変化しないことから、焦点深
度の浅いレンズであっても適用でき、使用できるレンズ
の範囲を広げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る光学装置を説明する概略断面
図である。

【図２】他の実施形態を説明する概略断面図である。

【図３】従来例を説明する概略断面図である。

【符号の説明】

１…機能素子、２…ホルダー、３…鏡筒、３ａ…取り付
け部、４…レンズ、１０…基板、１１基台

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的な機能素子が取り付けられる基板
   と、 前記基板もしくは前記基板に取り付けられる基台に一端
   側が固定されるホルダーと、 前記機能素子の光軸に沿って筒状体が配置され、その筒
   状体の前記機能素子側にレンズが取り付けられ、前記筒
   状体の前記レンズが取り付けられない側に前記ホルダー
   の他端側との取り付け部を有する鏡筒とを備えることを
   特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】 前記レンズと前記取り付け部との距離を
   Ａ、前記取り付け部と前記ホルダーの一端との距離をＢ
   とした場合、比率Ａ／Ｂが１であることを特徴とする請
   求項１記載の光学装置。
3. 【請求項３】 前記レンズと前記取り付け部との距離を
   Ａ、前記取り付け部と前記ホルダーの一端との距離を
   Ｂ、前記鏡筒の線膨張係数をａ、前記ホルダーの線膨張
   計数をｂとした場合、比率（Ａ×ａ／Ｂ×ｂ）が１であ
   ることを特徴とする請求項１記載の光学装置。