JP2005227617A - 光学モジュール - Google Patents

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Akihiro Ito
彰浩 伊藤
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満春 穴戸
Toshihiko Nakagawara
寿彦 中川原
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Abstract

【課題】 簡単な構造で複数のレンズの光軸を一致させる構造を備え、撮像素子の受光面に鮮明な画像を結像できる光学モジュールを提供する。
【解決手段】 複数のレンズ10,20,30を用いて、基板2上に配置した撮像素子3の受光面に画像を結像させる光学モジュール1であって、前記基板上に前記レンズの光軸と平行にガイドピン71,72が立設されており、前記複数のレンズ各々が前記ガイドピンと係合する係合部12,22,32を備え、各係合部は前記ガイドピンと係合したときに各レンズの光軸を一直線上に配置させるように形成されている。本発明によると、レンズに設けた係合部をガイドピンに係合させるように組付けを行うだけで、複数のレンズ間の光軸を一致させた光学モジュールを作製できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、CCD等の撮像素子を備えた小型の光学モジュールに関する。より詳細には、内蔵している複数のレンズ(レンズ群)の光軸を一致させる構造を備えた光学モジュールに関する。
近年、微小なカメラを搭載した携帯電話やノート型パソコン等の携帯用電子機器が広く提供されるようになっている。これらの電子機器は小型化及び軽量化の要請が大きく、これらに内蔵するカメラをより小型軽量化することが求められる。よって、カメラの光学系部品である光学モジュールについてもより一層の小型化を図る必要がある。小型化した光学モジュールでは、複数配置したレンズ間で光軸位置が僅かでもずれていると撮影画像が劣化してしまう。よって、小型の光学モジュールでは内蔵した複数のレンズの光軸を互いに一致させることが重要となる。
一般に光学モジュールでは、基板に配置したCCD等の撮像素子の受光面上に像が結像するように、複数のレンズを光軸方向へ移動する制御が行なわれる。例えば特許文献1に示すように、従来においては光学モジュールに内蔵されたレンズはレンズホルダに保持されている。図4は従来の光学モジュールについて示した図である。光学モジュール100のレンズ101、102は、レンズホルダ103、104に嵌め込まれた状態で保持されている。そして、レンズホルダ103、104が揺動するカム板110から力を受けて、ガイドピン105、106、107に沿って光軸方向へ移動される。このように従来の光学モジュールではレンズ101、102はレンズホルダ103、104を介して所定位置へと移動される。
特開2002−189165号 公報
前述したように、小型の光学モジュールの場合には内蔵したレンズ間で光軸位置のずれが僅かでもあると撮影画像が劣化するので、これに配慮して組付けが行なわれている。ところが、従来の光学モジュール100はレンズホルダ103、104がガイドピン105、106、107によって位置規制されながら光軸方向に案内される。この構造はガイドピンでレンズホルダの位置を規制することによってレンズの光軸が一致するように調整する。すなわち、従来の光学モジュールでは光軸を一致させることが必要であるにもかかわらず、レンズの位置を直接規制できない構造となっていた。
実際の工程では、レンズをレンズホルダに固定したときにレンズの光軸位置にずれが発生する場合がある。すなわち、レンズとレンズホルダとにずれが発生する。この場合、従来の構造ではガイドピンによりレンズホルダの位置を規制するので、必然的にレンズの光軸がずれてしまう。そこで、レンズの光軸のずれをガイドピンに対するレンズホルダの位置を調節して解消することが必要となる。しかし、レンズホルダに保持されている複数のレンズの光軸を全て一致させることは極めて困難である。そのため、光学モジュールのレンズ群内で光軸位置のずれを解消できず撮像素子上に鮮明な画像を結像できないという問題が生じた。
そこで、本発明は上記課題を解決し、簡単な構造で複数のレンズの光軸を一致させる構造を備えて、鮮明な画像を結像できる光学モジュールを提供することである。
上記目的は、複数のレンズを用いて、基板上に配置した撮像素子の受光面に画像を結像させる光学モジュールであって、前記基板上に前記レンズの光軸と平行にガイドピンが立設されており、前記複数のレンズ各々が前記ガイドピンと係合する係合部を備え、各係合部は前記ガイドピンと係合したときに各レンズの光軸を一直線上に配置させるように形成されている光学モジュールによって達成される。本発明によると、レンズに設けた係合部をガイドピンに係合させるように組付けを行うだけで、複数のレンズの光軸を一致させた光学モジュールを作製できる。よって、、撮像素子の受光面に画像を正確に結像させることができる光学モジュールを提供できる。
また、前記レンズは外周に鍔部を備え、前記係合部は前記鍔部に形成した係合穴又は係合凹部とすることができる。樹脂製のレンズを採用する場合、このような構造のレンズは金型を変更して簡単に作製できる。
また、前記ガイドピンが少なくとも2本配置され、該ガイドピン間に前記レンズが配置されている構造を採用することが好ましい。複数のガイドピンを配置することにより、前記レンズを安定に案内することができるようになる。また、より多くのガイドピンを配置することで対衝撃性に優れた構造となる。
また、前記複数のレンズの少なくとも1つが移動手段に接続されて光軸方向へ移動可能である構造を採用することができる。この場合には、当該レンズは前記係合部を前記ガイドピンに摺接させて光軸方向へ移動するので、レンズの光軸を一致させた状態を維持してレンズを移動できる。
また、前記複数のレンズの少なくとも1つのレンズがレンズホルダによって保持されており、当該レンズホルダに保持されたレンズはレンズホルダを介して前記移動手段に接続され、前記レンズホルダの移動に伴って移動される構造を採用してもよい。このようにレンズホルダを用いた場合でも、レンズは前記ガイドピンによって位置が規制されるのでレンズの光軸が一致する状態を維持できる。
また、前記レンズホルダは、前記ガイドピンが貫通する貫通穴を有し、該貫通穴は前記ガイドピンとの間に遊隙が存在するように大きく形成することが望ましい。このようにレンズホルダを用いた場合に貫通穴を大きく形成すると、レンズとレンズホルダとの間にずれが生じた場合でも遊隙によってずれを解消できる。また、レンズが移動する場合にガイドピンとレンズホルダとが干渉するのを抑制できる。前述した構成の光学モジュールを含んでいる携帯用電子機器は、レンズ群の光軸が精度良く一致するので鮮明な画像を撮影できることができる。
本発明によると、簡単な構造で内蔵する複数のレンズの光軸を一致させることができるので、撮像素子の受光面に正確に結像できる光学モジュールを提供できる。
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態として2つの実施例を説明する。
図1は、実施例1に係る光学モジュール1の断面を示した図である。本光学モジュール1では、撮像素子としてCCD3が採用されている。所定の配線パターンが形成された基板2上に、CCD3が受光面を上に向けて配置されている。また、基板2上にはケース4がセットされて所定の空間が形成されている。この空間内に3個のレンズ10、20、30及びこれらをそれぞれ支持しているレンズホルダ40、50、60が収納されている。ケース4の上部側(画像光が入力する側)にはレンズ開口5が形成されている。なお、図1は特徴的な構成が理解し易くなるように途中に介在するフィルタや絞り等を省略して示している。
本光学モジュール1で使用している各レンズ10、20、30は、通常のレンズとは異なる形状を有している。各レンズ10、20、30は中央部にレンズとして機能する本体部分を有し、その外周に鍔部(フランジ部)を突出させた形状に成型されている。この鍔部にはガイドピンと係合する係合穴が形成されている。本光学モジュール1では、レンズ位置を規定する2本のガイドピン71、72が基板2の所定位置から上方(光軸方向)に立設されている。各ガイドピン71、72の上端はケース4に固定されている。
各レンズ10、20、30とガイドピン71、72との関係を詳細に説明する。各レンズ10、20、30の鍔部11、21、31には、2個ずつの係合穴12、22、32が形成されている。例えば第1レンズ10の一対の係合穴12、12は、レンズ10を間にして対称に配置されている。第2レンズ20の一対の係合穴22、22及び第3レンズ30の一対の係合穴32、32についても同様に形成されている。
また、各係合穴12、22、32は、ガイドピン71,72の外径より僅かに大きい程度の径に設定されている。すなわち、各係合穴12、22、32はガイドピン71、72に接し、ガタ無くスムーズに移動できる程度の内径を有している。また、ガイドピン71、72にセットされたときにレンズ10、20、30の光軸が、基準のレンズ光軸位置LA(例えば、レンズ開口5の中心)に一致するように各係合穴12、22、32が形成されている。なお、本光学モジュール1では、第1レンズ10は固定であるので、係合穴12についてはガイドピン71,72とちょうど嵌合する程度の内径でもよい。
以上のように、本光学モジュール1では、2本のガイドピン71,72がレンズ10,20,30両側に位置し、各レンズの鍔部11,21,31に形成した係合穴12、22、32がガイドピン71、72に係合する。すなわち、各レンズ10,20,30が、ガイドピン71,72によって直接、位置決めされる構造を実現する。よって、基板2の所定位置に正確に配置したガイドピン71、72に、各レンズ10,20,30の係合穴12、22、32をセットするだけで複数のレンズの光軸を1つのレンズ光軸位置LAに一致させることができる。
本例のレンズ10、20、30は、樹脂製レンズを作製する従来の金型に変更を加えることで簡単に製造できる。従来の金型はレンズ本体部分を作製するものであった。これに対して、図1に示したように中央部のレンズ本体の外周に鍔部(11等)が存在し、この鍔部に前述した係合穴(12等)を形成する凸部を有した金型を作製すればよい。また、組立て作業時においては、ガイドピン71、72に各レンズの係合穴を差し込むように組付けるだけでよい。本光学モジュール1では、レンズの組付けを行った後に光軸合わせの調整作業が必要ないので、効率良く組付けを行なうことができる。
本光学モジュール1では、第2レンズ20及び第3レンズ30が光軸方向へ移動できるように構成されている。第2レンズ20は係合穴22がガイドピン71、72と摺接し、また、第3レンズ30は係合穴32がガイドピン71、72と摺接しながら移動するので、レンズの光軸が一致した状態を維持してレンズを移動できる。
また、本実施例1では各レンズ10,20,30の安定ため、それぞれがレンズホルダ40、50、60によって保持されている。第1レンズホルダ40は基板2上に固定され、この固定状態の第1レンズホルダ40上に第1レンズ10が保持されている。第1レンズホルダ40には、ガイドピン71、72が貫通する一対の貫通穴41が形成され、また、その中央にはCCD3に結像させる画像光を通過させるレンズ開口42が形成されている。
第1レンズホルダ40に形成した貫通穴41は、第1レンズ10の係合穴11よりも大きく形成されている。具体的には、貫通穴41は前記ガイドピン71,72との間に遊隙が存在するように大きく形成されている。従来の光学モジュールではレンズホルダを介してレンズ位置を規定するので、レンズホルダに設ける穴は遊隙を設けることなくガイドピンに接するように形成されていた。しかし、本光学モジュール1では各レンズ10,20,30に形成した係合穴12,22,32によってレンズ位置が規定される。よって、レンズホルダに形成する貫通穴41は遊隙を含んでいる比較的大きな穴に形成することができる。
そして、上記のように貫通穴41を大きく形成しておくと、第1レンズ10を第1レンズホルダ40に固定したときに少々の位置ずれが発生しても、この遊隙により位置ずれを吸収できる。すなわち、貫通穴41に遊隙を設けておくことにより、第1レンズホルダ40に第1レンズ10を接着してからガイドピン71、72にセットするときに、第1レンズホルダ40とガイドピン71,72との干渉に配慮せず組付けを行える。
第2レンズ20と第2レンズホルダ50、及び第3レンズ30と第3レンズホルダ60の関係は、基本的に上述した第1レンズ10と第1レンズホルダ40との関係と同様である。すなわち、第2レンズホルダ50の貫通穴51及び第3レンズホルダ60の貫通穴61もガイドピン71、72より大きく形成されている。よって、第2、第3のレンズ20、30についても、効率良く組付けを行ってレンズ光軸を一致させることができる。
なお、第1レンズ10が固定であるのに対して、第2レンズ20及び第3レンズは光軸方向に移動可能に設計されている。この点の構成について説明する。第2レンズ20を保持した第2レンズホルダ50は、ステップモータ80により移動される。光軸と平行に配設したネジ軸81がステップモータ80のロータに接続されている。第2レンズホルダ50に設けた開口55には、上記ネジ軸81と螺合するナット82が固定されている。よって、ステップモータ80を駆動制御することにより、第2レンズホルダ50を介して第2レンズ20を光軸方向へ移動できる。
ところで、ネジ軸81にナット82を螺合させる際にナット82の位置が固定されていると、部品誤差がある場合には組付け作業が困難となる。そこで、レンズホルダに遊隙を設けたと同様の観点から第2レンズホルダ50に対してナット82の位置を変更できるように設計しておくことが望ましい。例えばナット82をセットする開口55を大きめに形成して、ネジ軸81にナット82を螺合させてから、ナット82を第2レンズホルダ50に接着固定する等の処理を行えばよい。上記第2レンズホルダ50も画像光を通過させるレンズ開口52をレンズ20の下に備えている。
最上段の第3レンズ30と第3レンズホルダ60も、上述した第2レンズ20と第2レンズホルダ50と同様の構成である。第3レンズ30はステップモータ90によってネジ軸91が回動されることで光軸方向へ移動される。また、第3レンズホルダ60も、画像光を通過させるレンズ開口62を第3レンズ30の下に備えている。
以上詳細に説明した光学モジュール1では、各レンズ10、20、30がガイドピン71、72に係合する係合穴12、22、32を備え、この係合穴によって位置決めが行われているのでレンズ群のレンズ光軸を一致させた構造を簡単に実現できる。そして、第2レンズ20及び第3レンズ30はガイドピン71、71に沿って移動するので、倍率を変更してもレンズの光軸の一致状態を維持できるので、常にCCD3の撮像面に鮮明な画像を結像できる。
図2は、光学モジュール1で使用するレンズに関して複数の変形例を示した図である。図2は第2レンズ20の変形例を示している。上述した例ではガイドピン71,72に係合する係合部として、第2レンズ20の鍔部21に係合穴22を形成した場合を説明した。しかし、図2(A)に示すように係合部として凹部25を採用することもできる。このような係合凹部25を採用しても、ガイドピン71,72によりレンズを位置決できる。また、係合穴と係合凹部を組合せた構造としてもよい。
図2(B)は、第2レンズ20の周部に形成する鍔部21について示した変形例である。鍔部21は図2(A)で示すように環状としてもよいが、係合部(図2(B)では係合凹部25)を形成する部分のみを突出させた形状としてもよい。この場合にはレンズの小型化を図ることができる。
さらに、図2(C)は3本のガイドピン71〜73により、第2レンズ20を案内するようにした変形例を示している。この構造でガイドピンが増えるので第2レンズ20の位置をより正確に規制できる。また、耐衝撃性に優れた構造となる。図2は第2レンズ20の例を示したが他のレンズについても同様である。図2(C)では係合穴を採用した場合を例示しているが、上記係合凹部25としてもよい。
実施例1の光学モジュール1では各レンズをレンズホルダで保持する場合の例を示した。しかし、本発明の実施形態はこのような構成に限るものではない。図3は実施例2に係る光学モジュール6の断面を示した図である。図2では、重複した説明を避けるため実施例1と同一の部位には同じ符号を付している。
本実施例2の光学モジュール6は、レンズホルダを用いることなく第2レンズ20及び第3レンズ30を移動させる構造を備えている。第2レンズ20の鍔部21にネジ軸81に螺合するナット83が固定されている。また、第3レンズ30の鍔部31にはネジ軸91に螺合するナット93が固定されている。図3に示す構造では、第2レンズ20及び第3レンズ30がステップモータ80、90によって光軸方向へ移動される。よって、この構造ではレンズホルダを用いないので構成を簡素化できる。
なお、図3で示した実施例2の構造を採用する場合には、第2レンズ20及び第3レンズ30の形状安定化及び位置精度を高める観点から、図2(C)で示した3本のガイドピン、或いはこれ以上のガイドピンを配置した構造を採用してもよい。また、図3で示すように鍔部21、31にナット83、93を固定するのでなく、ネジ軸81、91に螺合するネジ溝を鍔部21、31の端部に形成して第2レンズ20及び第3レンズ30を移動するように変更してもよい。
以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
実施例1に係る光学モジュールの断面を示した図である。 実施例1の光学モジュールで使用するレンズに関して複数の変形例を示した図である。 実施例2に係る光学モジュールの断面を示した図である。 従来の光学モジュールについて示した図である。
符号の説明
1 光学モジュール
2 基板
3 撮像素子
10,20,30 レンズ
11,21,31 鍔部
12,22,32 係合穴
25 係合凹部
40,50,60 レンズホルダ
41、51、61 貫通穴
71,72 ガイドピン
80,90 ステップモータ
81,91 ネジ軸

Claims (7)

  1. 複数のレンズを用いて、基板上に配置した撮像素子の受光面に画像を結像させる光学モジュールであって、
    前記基板上に前記レンズの光軸と平行にガイドピンが立設されており、
    前記複数のレンズ各々が前記ガイドピンと係合する係合部を備え、各係合部は前記ガイドピンと係合したときに各レンズの光軸を一直線上に配置させるように形成されていることを特徴とする光学モジュール。
  2. 前記レンズは外周に鍔部を備え、前記係合部は前記鍔部に形成した係合穴又は係合凹部であることを特徴とする請求項1に記載の光学モジュール。
  3. 前記ガイドピンが少なくとも2本配置され、該ガイドピン間に前記レンズが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光学モジュール。
  4. 前記複数のレンズの少なくとも1つが移動手段に接続されて光軸方向へ移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の光学モジュール。
  5. 前記複数のレンズの少なくとも1つのレンズがレンズホルダによって保持されており、当該レンズホルダに保持されたレンズはレンズホルダを介して前記移動手段に接続され、前記レンズホルダの移動に伴って移動されることを特徴とする請求項4に記載の光学モジュール。
  6. 前記レンズホルダは、前記ガイドピンが貫通する貫通穴を有し、該貫通穴は前記ガイドピンとの間に遊隙が存在するように大きく形成されていることを特徴とする請求項5に記載の光学モジュール。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の光学モジュールを含んでいることを特徴とする携帯用電子機器。
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