JP2005227617A - 光学モジュール - Google Patents

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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