JP2009053530A - レンズユニット、レンズモジュール及びカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】シリコーン樹脂製のレンズとバレルとの間に生じるガタの影響を軽減させて、高い解像度を有するレンズユニット等を提供する。
【解決手段】レンズユニット２は、略円板形状を有し、可視光の透過に良好なシリコーン樹脂で構成される第１及び第２のレンズ４，６と、第１及び第２のレンズ４，６を構成するシリコーン樹脂よりも線膨張係数が小さい材料で構成され、第１及び第２のレンズ４，６を収納する円筒形状のレンズ収納部２ｅを有するバレル２ａと、第１のレンズ４の外縁とバレル２ａのレンズ収納部２ｅの内壁面との間に配されるＯリング１１とを含み、Ｏリング１１は、第１のレンズ４をバレル２ａに対して調芯する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば携帯電話機等に搭載されるレンズユニット等に関する。

例えば、携帯電話機や監視用カメラ等に用いられる小型カメラモジュールのレンズユニットでは、レンズをバレルに収納して位置決めをしている。
レンズ等の光学素子を鏡筒等に収納して固定するものとして、例えば、光学素子を収納部材に収納し積層体押さえ部材を用いて背面から押さえる技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１５７２９０号公報（段落〔００２６〕、図１）

近年、撮像装置に用いるカメラモジュールの更なる小型化、生産効率の向上を目指して、電子部品を搭載した回路基板にカメラモジュールを実装した後に、回路基板をリフロー炉に入れて半田溶接するようになってきた。この製造方法では、すべての構成部品がリフロー温度に対して耐熱性を有している必要がある。
レンズの材料に着目したとき、可視光の透過に良好で耐熱性を有する材料として、例えば、シリコーン樹脂（シリコーンレジン）が挙げられる。また、レンズを収納するバレル（鏡筒）に採用される材料には、耐熱性を有する材料として、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマー）が挙げられる。
ここで、シリコーン樹脂は、耐熱性を有する一般的な他の樹脂材料（ＬＣＰを含む）に比して、線膨張係数が大きいという特徴がある。それゆえに、仮に、シリコーン樹脂製のレンズをＬＣＰ製のバレルに収納し、内外径を接触させることでレンズの調芯を行うと、リフローの際にレンズがバレルの内壁を押し広げて膨張し、バレルが永久変形（元に戻らない）してしまう。その結果、常温に戻った際にレンズの外縁とバレルの内壁面との間にガタができ光軸ズレとなって、解像度が低下する恐れがあった。

本発明は、シリコーン樹脂製のレンズとバレルとの間に生じるガタの影響を軽減させて、高い解像度を有するレンズユニット等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるレンズユニットは、略円板形状を有し、可視光の透過に良好なシリコーン樹脂で構成されるレンズと、レンズを構成するシリコーン樹脂よりも線膨張係数が小さい材料で構成され、レンズを収納する円筒形状の収納部を有するバレルと、レンズの外縁とバレルの収納部の内壁面との間に配される弾性体とを含み、弾性体は、レンズをバレルに対して調芯することを特徴とする。

ここで、弾性体は、レンズの外縁に配される環状弾性体であることを特徴とすれば、レンズの光軸に対して中心対称に弾性体を簡易に配置することが可能となる。
また、レンズは、第１のレンズと第２のレンズとによって構成され、弾性体は、第１のレンズの外縁とバレルの収納部の内壁面との間に配されて第１のレンズをバレルに対して調芯し、第２のレンズは、第１のレンズに係合してバレルに対して調芯されることを特徴とすれば、弾性体によって第１のレンズが調芯されれば、それに係合する第２のレンズも調芯され、解像度の低下を抑えることが可能となる。
更に、レンズは、第１のレンズと第２のレンズとによって構成され、弾性体は、第１及び第２のレンズの各外縁とバレルの収納部の内壁面との間に配されて、第１及び第２のレンズをバレルに対して調芯することを特徴とすれば、弾性体によって第１及び第２のレンズがそれぞれ調芯され、解像度の低下を抑えることが可能となる。
更にまた、バレルの収納部に収納されたレンズを保持する後ろ押さえを更に有し、後ろ押さえは、レンズの径方向の膨張を阻害しない形状を有していることを特徴とすれば、レンズをバレルの収納部に収納・保持できる。

上記課題を解決するために、本発明にかかるレンズモジュールは、レンズユニットと、レンズユニットが取り付けられる台座マウントとを含み、レンズユニットは、略円板形状を有し、可視光の透過に良好なシリコーン樹脂で構成される第１のレンズと、第１のレンズの外縁に配される環状弾性体と、略円板形状を有し、第１のレンズと同じシリコーン樹脂で構成され、第１のレンズに係合する第２のレンズと、第１及び第２のレンズを構成するシリコーン樹脂よりも線膨張係数が小さい材料で構成され、環状弾性体が配された第１のレンズと第２のレンズとを収納する円筒形状の収納部を有するバレルとを含み、環状弾性体は、第１のレンズをバレルに対して調芯し、第２のレンズは、第１のレンズに係合してバレルに対して調芯されることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるカメラモジュールは、レンズユニットと、レンズユニットにて結像された光を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子を収納し、レンズユニットが取り付けられる台座マウントとを含み、レンズユニットは、略円板形状を有し、可視光の透過に良好なシリコーン樹脂で構成される第１のレンズと、第１のレンズの外縁に配される環状弾性体と、略円板形状を有し、第１のレンズと同じシリコーン樹脂で構成され、第１のレンズに係合する第２のレンズと、第１及び第２のレンズを構成するシリコーン樹脂よりも線膨張係数が小さい材料で構成され、環状弾性体が配された第１のレンズと第２のレンズとを収納する円筒形状の収納部を有するバレルとを含み、環状弾性体は、第１のレンズをバレルに対して調芯し、第２のレンズは、第１のレンズに係合してバレルに対して調芯されることを特徴とする。

本発明によれば、シリコーン樹脂製のレンズとバレルとの間に生じるガタの影響を軽減させることが可能となり、高い解像度を有するレンズユニット等を提供できる。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態にかかるレンズモジュール１を示す外観斜視図であり、図２は、本実施形態にかかるレンズモジュール１の分解斜視図である。
図１及び図２に示すように、レンズモジュール１は、第１のレンズ４と第２のレンズ６とを保持し、センサ１６（図６参照）の受光部（撮像エリア）１６ａ上に入射光を結像するレンズユニット２と、レンズユニット２を保持する台座３とを備えている。

レンズユニット２は、レンズユニット２本体を構成する略円筒状のバレル２ａと、バレル２ａ内で入射側に保持される第１のレンズ４及び出射側に保持される第２のレンズ６とを有する。また、第１のレンズ４の外縁には、第１のレンズ４を調芯するための弾性体の一例としてのＯ（オー）リング１１が配されている。更に、第１及び第２のレンズ４，６の間に、中間環５が配されている。
第１及び第２のレンズ４，６は、外光を透過してセンサ１６（図６参照）の受光部（撮像エリア）１６ａに結像させるための撮像素子である。即ち、開口部２ｂから入射した外光が、第１及び第２のレンズ４，６によってセンサ１６の受光部１６ａに結像するように、第１及び第２のレンズ４，６は所定の光学系を形成している。尚、本実施の形態では、レンズユニット２は第１及び第２のレンズ４，６で構成されているが、レンズは１枚或いは３枚であっても構わない。所定の光学系は、単一のレンズ又は複数枚のレンズ群で構成される。

レンズユニット２は、台座３の円筒部３ａにねじ込まれ、ねじ作用により結像調整が可能となる。尚、結像調整は、イメージセンサを接着した後、カメラモジュールになってから行われる。
バレル２ａ及び台座３は、例えば、黒色の液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフタルアミド樹脂（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の遮光性を有し、且つ、リフロー温度に耐えられる耐熱性を有する合成樹脂により構成される。ここで、耐熱温度は２００℃以上が望ましく、より好ましくは２６０〜３００℃であることが望ましい。
バレル２ａには、外光が入射するバレル２ａの端面側に開口部２ｂが形成されている。また、バレル２ａの外周面には、雄ねじ２ｃが形成されている。この点については後述する。

第１及び第２のレンズ４，６は、可視光を良好に透過する性質を有し、耐熱性を有する透明なシリコーン系樹脂材料（シリコーンレジン）で構成される。レンズモジュール１全体がリフロー炉に入れられることから、第１及び第２のレンズ４，６の耐熱温度も、バレル２ａや台座３と同じ２００℃以上が望ましく、より好ましくは２６０〜３００℃であることが望ましい。
第１のレンズ４は、外光が入射する側の面の中央に凸状の光学機能面を有し、その反対側の面（第２のレンズ６側の面）に凹状の光学機能面を有している。また、第１のレンズ４は、光学機能面の周囲に環状にフランジ部が形成されている。更に、第１のレンズ４は、第２のレンズ６側のフランジ部の面に凸部４ｂ（図３参照）が形成されている。凸部４ｂの外周面は、傾斜を有している。
第２のレンズ６も、第１のレンズ４側の面の中央に凹状の光学機能面を有し、その反対側の面（出射側の面）に凸状の光学機能面を有している。第２のレンズ６も、光学機能面の周囲に環状にフランジ部が形成されている。第２のレンズ６は、第１のレンズ４側のフランジ部の面に凹部６ａ（図３参照）が形成されている。凹部６ａの内周面は、傾斜を有している。
Ｏリング１１は、例えば、フッ素系ゴム等の耐熱性を有する材料で構成される。Ｏリング１１の耐熱温度も、バレル２ａや台座３と同じく２００℃以上が望ましく、より好ましくは２６０〜３００℃であることが望ましい。
中間環５は、薄板円環形状を有している。中間環５は、例えば、ＳＵＳ３０４に黒色塗料を焼き付けたもので構成されている。中間環５は、厚みによって第１のレンズ４と第２のレンズ６との面間距離を一定に保つと共に、通過光量を制限する絞り機能を有している。即ち、中間環５は、光学系の開口径を決定する光学絞り、或いは、ゴースト、フレア等の不要光を遮光する遮光絞りとして使われる。

台座３は、レンズユニット２が取り付けられる円筒部３ａと、フィルタ１５やセンサ１６、ガラスカバー１７（いずれも図６参照）を収容保持する矩形部３ｂとが一体成形により構成されている。また、台座３は、円筒部３ａの内部空間と矩形部３ｂの内部空間とが連続するように構成されている（図３参照）。
台座３の円筒部３ａにおける内周面には雌ねじ３ｃが形成され、レンズユニット２の外周面に形成された雄ねじ２ｃに螺合する。これにより、レンズユニット２は、台座３の円筒部３ａに取り付けられる。

図３は、本実施の形態にかかるレンズモジュール１の縦断面図である。
図３に示すように、レンズユニット２は、レンズユニット２本体を構成するバレル２ａの略円筒状のレンズ収納部２ｅに、外縁にＯリング１１を配した第１のレンズ４と第２のレンズ６とを保持し収容している。第１のレンズ４の凸部４ｂが第２のレンズ６の凹部６ａに入り込んで、凸部４ｂの外周面と凹部６ａの内周面とが接触して、第１のレンズ４と第２のレンズ６とが係合している。第２のレンズ６は、接着剤８でバレル２ａに接着されている。ここで、接着剤８は、例えば、シリコーン系接着剤など、リフロー温度における第２のレンズ６とバレル２ａとの膨張差を吸収できる程度の弾性を有する接着剤が好ましい。

（クリアランス）
バレル２ａのレンズ収納部２ｅの内径は、第１のレンズ４の外径より大きく形成されている。バレル２ａの内周壁と第１のレンズ４のフランジ部の外縁とは離間し、クリアランス７ａが設けられている。このクリアランス７ａにＯリング１１が配されている。ここで、Ｏリング１１は、常温において、第１のレンズ４のフランジ部の外縁とバレル２ａの内周壁との間に挟まれた状態で、所定の圧力を受けていることが望ましいが、圧力がゼロとなるように設定されても良い。
バレル２ａの内周壁と第２のレンズ６のフランジ部の外縁との間に、クリアランス７ｂが形成されている。このクリアランス７ｂは、リフロー温度（約２６０℃以上）におけるバレル２ａと第２のレンズ６との膨張差によって、第２のレンズ６の外縁がバレル２ａの内周壁に接触しない大きさに設定されている。
第２のレンズ６の図３の右側には、成形時の湯口跡であるゲート部６ｃが形成されている。尚、第１のレンズ４もゲート部を有しているが、図３では図示を省略した。

（調芯）
レンズモジュール１がリフロー温度に昇温されたとき、材料の線膨張係数の相違によって、第１のレンズ４はバレル２ａよりも膨張する。このとき、Ｏリング１１は圧縮される。リフロー炉から取り出され降温されて第１のレンズ４とバレル２ａとが収縮したとき、Ｏリング１１の反発力で、第１のレンズ４はバレル２ａに対して調芯され所定位置に配置される。
第２のレンズ６もリフロー時に膨張するが、第１のレンズ４との間に凸部４ｂと凹部６ａとが形成されて係合しているので、第１のレンズ４がバレル２ａに対して所定位置に配されると、第２のレンズ６も所定位置に配置される。バレル２ａと第１及び第２のレンズ４，６との材料の線膨張係数の相違によって昇温時に生じる光軸方向のズレは、降温時に凸部４ｂと凹部６ａとの係合部分の傾斜に沿って第２のレンズ６が移動して所定位置に戻るので、吸収される。
尚、第１のレンズ４と第２のレンズ６との係合部分は、第１のレンズ４に形成された凸部４ｂと第２のレンズ６に形成された凹部６ａとが係合すると説明したが、本発明はこれに限定されない。第１のレンズ４の凹部と第２のレンズ６の凸部とが係合部分を構成するようにしても良い。

このように、本実施の形態にかかるレンズモジュール１によれば、第１のレンズ４とバレル２ａとの間に、Ｏリング１１を配した。よって、レンズモジュール１がリフロー温度に昇温されても、第１のレンズ４とバレル２ａとの膨張差は、Ｏリング１１の圧縮によって吸収される。バレル２ａに永久変形は生じない。また、降温されたとき、Ｏリング１１の反発力によって、第１のレンズ４はバレル２ａに対して調芯される。よって、第１のレンズ４は所定位置に配置されるので、良好な解像度を実現することができる。

（他の実施形態）
図４は、本発明の他の実施形態にかかるレンズユニット１０，２０，３０を示す図である。
図４（ａ）に示すレンズユニット１０は、環状弾性体１１ａの断面形状が図３に示したＯリング１１の断面形状（円）と異なっている点が、図３に示したレンズユニット２と相違する。第１のレンズ４の外縁の厚さや外縁の形状に応じた環状弾性体を採用することができる。

図４（ｂ）に示すレンズユニット２０は、第２のレンズ６の下面（第１のレンズ４の側とは反対の面）にレンズ押さえ９が配されている点が、図３に示したレンズユニット２と相違する。リフロー温度における第２のレンズ６の径方向の膨張及び収縮を阻害しない形状となっている。よって、第１及び第２のレンズ４，６をバレル２ａのレンズ収納部２ｅに収納保持できる。これにより、光軸方向のズレを抑制できる。尚、レンズ押さえ９は、バレル２ａと同一の材料が好ましい。
図４（ｃ）に示すレンズユニット３０は、第１及び第２のレンズ４，６のいずれの外縁にもＯリング１１が配されている点が、図３に示したレンズユニット２と相違する。よって、第１及び第２のレンズ４，６は、Ｏリング１１によってそれぞれが独立して調芯される。よって、Ｏリング１１に必要とされる復元力は少なくて済む。また、第１のレンズ４と第２のレンズ６との間の係合部を省くことができ、レンズユニット３０の組立作業を容易にできる。

図５は、本発明の他の実施形態にかかるレンズユニット４０（図５（ａ））と上記レンズユニット２（図５（ｂ））の断面図である。断面の位置は、図３において、破線Ｘ−Ｘ’で示した。
図５（ｂ）に示すレンズユニット２では第１のレンズ４の外縁にＯリング１１が配されている。これに対して、図５（ａ）に示すレンズユニット４０では、弾性体１１ｂが第１のレンズ４とバレル２ａとの間に、第１のレンズ４の光軸を中心としての対称に配されている。弾性体１１ｂが中心対称に配されているので、降温時に弾性体１１ｂの反発力によって、第１のレンズ４はバレル２ａに対して調芯される。

（カメラモジュール）
図６は、本実施の形態にかかるカメラモジュール５０の分解斜視図である。
赤外線をカットするための多層膜が蒸着されたフィルタ１５が、台座３の矩形部３ｂ（図３参照）に収納され、接着される。センサ１６の周辺部１６ｂには半田ボール１６ｃが配され、受光部１６ａがガラスカバー１７と向き合う方向で、ＣＳＰ（Chip Size Package）と呼ばれる技術を使ってガラスカバー１７に取り付けられている。
ガラスカバー１７のセンサ１６側の面には半田バンプ２２が形成され、半田バンプ２２とセンサ１６とはガラスカバー１７上に形成された電気回路（図示省略）で電気的に導通している。また、ガラスカバー１７はセンサ１６の受光部１６ａを覆っており、受光部１６ａに異物が進入することを防ぐ役割を担っている。センサ１６が取り付けられたガラスカバー１７は、フィルタ１５と同様に台座３の矩形部３ｂ（図３参照）に収納され、接着される。

ガラスカバー１７と台座３が接着固定された後、ねじ作用によりレンズユニット２の結像調整を行い、レンズユニット２が台座３に対して動かないよう接着固定し、カメラモジュール５０が完成する。
回路基板２１は、携帯電話機などの情報通信端末に使われる電子部品が搭載された実装基板である。ここで、回路基板２１上の他の電子部品や回路パターンは省略して図示してある。回路基板２１上の半田付け部（図示省略）に半田ペーストをスクリーン印刷機等を使って塗布し、カメラモジュール５０を他の電子部品と共に回路基板２１上の指定位置に搭載する。次いで、回路基板２１をリフロー炉に入れることによってガラスカバー１７に形成した半田バンプ２２が溶融し、回路基板２１の回路パターン（図示省略）と電気的に導通する。

本実施の形態によれば、他の電子部品とは別にカメラモジュール５０単体を回路基板２１に搭載する作業、カメラモジュール５０を単体で回路基板２１に接合する作業を省くことができ、作業性を向上させることができる。
また、カメラモジュール５０の回路基板２１への搭載をマウンタに行わせることができる。よって、搭載の作業性を向上させることができる。
マウンタによる自動実装をすることで実装領域の縮小化を実現できる。よって、カメラモジュール５０の小型化が実現できる。電子部品を回路基板２１に実装した後に、カメラモジュールが搭載されたＦＰＣ基板をコネクタ接続する従来品に比べて、部品の実装面積比を従来の約５０％に削減できた。

本実施の形態にかかるレンズモジュールの外観斜視図である。 図１に示すレンズモジュールの分解斜視図である。 図１に示すレンズモジュールの縦断面図である。 他の実施形態にかかるレンズユニットの縦断面図である。 他の実施形態にかかるレンズユニットの断面図である。 図１に示すレンズモジュールを採用したカメラモジュールの分解斜視図である。

符号の説明

１…レンズモジュール、２，１０，２０，３０，４０…レンズユニット、２ａ…バレル、２ｅ…レンズ収納部（収納部）、３…台座（台座マウント）、３ａ…円筒部、３ｂ…矩形部、４…第１のレンズ、４ｂ…凸部、５…中間環、６…第２のレンズ、６ａ…凹部、９…レンズ押さえ、１１…Ｏリング（弾性体）、１１ａ…環状弾性体（弾性体）、１１ｂ…弾性体、１５…フィルタ、１６…センサ（撮像素子）、１６ａ…受光部、１６ｂ…周辺部、１７…ガラスカバー、２１…回路基板、２２…半田バンプ、５０…カメラモジュール

Claims (7)

1. 略円板形状を有し、可視光の透過に良好なシリコーン樹脂で構成されるレンズと、
   前記レンズを構成するシリコーン樹脂よりも線膨張係数が小さい材料で構成され、当該レンズを収納する円筒形状の収納部を有するバレルと、
   前記レンズの外縁と前記バレルの前記収納部の内壁面との間に配される弾性体と
   を含み、
   前記弾性体は、前記レンズを前記バレルに対して調芯することを特徴とするレンズユニット。
2. 前記弾性体は、前記レンズの外縁に配される環状弾性体であることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記レンズは、第１のレンズと第２のレンズとによって構成され、
   前記弾性体は、前記第１のレンズの前記外縁と前記バレルの前記収納部の前記内壁面との間に配されて当該第１のレンズを当該バレルに対して調芯し、
   前記第２のレンズは、前記第１のレンズに係合して前記バレルに対して調芯されることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
4. 前記レンズは、第１のレンズと第２のレンズとによって構成され、
   前記弾性体は、前記第１及び第２のレンズの前記各外縁と前記バレルの前記収納部の前記内壁面との間に配されて、当該第１及び第２のレンズを当該バレルに対して調芯することを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
5. 前記バレルの前記収納部に収納された前記レンズを保持する後ろ押さえを更に有し、
   前記後ろ押さえは、前記レンズの径方向の膨張を阻害しない形状を有していることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
6. レンズユニットと、
   前記レンズユニットが取り付けられる台座マウントと
   を含み、
   前記レンズユニットは、
   略円板形状を有し、可視光の透過に良好なシリコーン樹脂で構成される第１のレンズと、
   前記第１のレンズの外縁に配される環状弾性体と、
   略円板形状を有し、前記第１のレンズと同じシリコーン樹脂で構成され、当該第１のレンズに係合する第２のレンズと、
   前記第１及び第２のレンズを構成するシリコーン樹脂よりも線膨張係数が小さい材料で構成され、前記環状弾性体が配された当該第１のレンズと当該第２のレンズとを収納する円筒形状の収納部を有するバレルと
   を含み、
   前記環状弾性体は、前記第１のレンズを前記バレルに対して調芯し、
   前記第２のレンズは、前記第１のレンズに係合して前記バレルに対して調芯されることを特徴とするレンズモジュール。
7. レンズユニットと、
   前記レンズユニットにて結像された光を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子を収納し、前記レンズユニットが取り付けられる台座マウントと
   を含み、
   前記レンズユニットは、
   略円板形状を有し、可視光の透過に良好なシリコーン樹脂で構成される第１のレンズと、
   前記第１のレンズの外縁に配される環状弾性体と、
   略円板形状を有し、前記第１のレンズと同じシリコーン樹脂で構成され、当該第１のレンズに係合する第２のレンズと、
   前記第１及び第２のレンズを構成するシリコーン樹脂よりも線膨張係数が小さい材料で構成され、前記環状弾性体が配された当該第１のレンズと当該第２のレンズとを収納する円筒形状の収納部を有するバレルと
   を含み、
   前記環状弾性体は、前記第１のレンズを前記バレルに対して調芯し、
   前記第２のレンズは、前記第１のレンズに係合して前記バレルに対して調芯されることを特徴とするカメラモジュール。

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