JP2009080330A - レンズユニット、レンズモジュール、カメラモジュール及びレンズユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バレル内にレンズを収納する際に、レンズの光学機能面や他の部品への影響を軽減する方法でレンズを固定して、撮像品質の高い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、入射された光を集光して出射する光学機能面４ａと、光学機能面４ａの外周に形成されるフランジ部４ｂとを有する第１のレンズ４と、第１のレンズ４から出射される光を集光する光学機能面６ａと、光学機能面６ａの外周に形成されるフランジ部６ｂとを有する第２のレンズ６と、第１のレンズ４を収納し、収納された第１のレンズ４のフランジ部４ｂに第２のレンズ６のフランジ部６ｂを重ねて収納する収納部２ｅを有し、第２のレンズ６のフランジ部６ｂをレーザー溶着して第２のレンズ６を収納部２ｅに固定するバレル２ａとを有する。
【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。

携帯電話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）

ところで、レンズをバレルに収納する場合、バレル内でレンズが動くと光軸ずれの原因となって撮像品質に大きく影響を与える。よって、バレル内に収納された際には、レンズはバレル内に固定されることが望ましい。
これに対して、接着剤によってレンズをバレルに接着することも従来から行われてきたが、接着剤による固定では余剰の接着剤が撮像領域に染み出して撮像に悪影響を与えたり、或いは、未硬化の接着剤に起因するレンズ表面の曇り等の問題が起きる恐れがあった。

本発明は、バレル内にレンズを収納する際に、レンズの光学機能面や他の部品への影響を軽減する方法でレンズを固定して、撮像品質の高い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、入射された光を集光して出射する光学機能面と、光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第１のレンズと、第１のレンズから出射される光を集光する光学機能面と、光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第２のレンズと、第１のレンズを収納し、収納された第１のレンズのフランジ部に第２のレンズのフランジ部を重ねて収納する収納部を有し、第２のレンズのフランジ部をレーザー溶着して第２のレンズを収納部に固定するバレルとを有することを特徴とする。

ここで、第２のレンズは、第２のレンズの光軸が第１のレンズの光軸に合致するように調芯されてレーザー溶着されることを特徴とすれば、光軸が合致した第１及び第２のレンズを通して撮影されるので、撮像品質の高いレンズユニットが提供できる。
また、第１のレンズは、バレルの収納部に圧入されて保持されることを特徴とすれば、圧入された第１のレンズは収納部内で動かないので、撮像品質の高いレンズユニットが提供できる。

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、入射された光を集光して出射する光学機能面と、光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第１のレンズと、第１のレンズから出射される光を集光する光学機能面と、光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第２のレンズと、第１のレンズを収納し、収納された第１のレンズのフランジ部に第２のレンズのフランジ部を重ねて収納する収納部を有するバレルとを含み、第２のレンズは、第２のレンズの光軸が第１のレンズの光軸に合致するように調芯され、収納部は、第２のレンズのフランジ部をレーザー溶着して第２のレンズを収納部に固定す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、入射された光を集光して出射する光学機能面と、光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第１のレンズと、第１のレンズから出射される光を集光する光学機能面と、光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第２のレンズと、第１のレンズを収納し、収納された第１のレンズのフランジ部に第２のレンズのフランジ部を重ねて収納する収納部を有するバレルとを含み、第２のレンズは、第２のレンズの光軸が第１のレンズの光軸に合致するように調芯され、収納部は、第２のレンズのフランジ部をレーザー溶着して第２のレンズを収納部に固定することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるレンズユニットの製造方法は、入射された光を集光して出射する光学機能面と、光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第１のレンズを、バレルが有する収納部に圧入して収納する工程と、第１のレンズから出射される光を集光する光学機能面と、光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第２のレンズのフランジ部を、第１のレンズのフランジ部に重ねて収納部に収納する工程と、第２のレンズの光軸を第１のレンズの光軸に合致するように第２のレンズを調芯する工程と、第２のレンズのフランジ部を収納部にレーザー溶着して第２のレンズを収納部に固定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、バレル内にレンズを収納する際に、レンズの光学機能面や他の部品への影響を軽減する方法でレンズを固定して、撮像品質の高いレンズユニット等を提供できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
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、レンズユニット２と、レンズユニット２を保持する台座マウントの一例としての台座３とを有する。レンズユニット２は、複数枚のレンズ４，６，７と中間環５ａ，５ｂと、レンズ押え８とを保持している。

図２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（鏡筒）２ａと、バレル２ａに保持される第１のレンズ４、第２のレンズ６、第３のレンズ７とを有する。また、レンズユニット２は、第１及び第２のレンズ４，６の間に中間環５ａを、第２及び第３のレンズ６，７の間に中間環５ｂを保持している。更に、レンズユニット２は、第３のレンズ７を押さえるレンズ押え８を保持している。
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、カバーガラス１７（いずれも図７参照）を収容保持する矩形部３ｂとが一体に構成されている。台座３の円筒部３ａには、内周面に雌ねじ３ｃが形成されている。

バレル２ａは、内部に円筒形状の凹部が形成され、第１、第２、第３のレンズ４，６，７と中間環５ａ，５ｂと、レンズ押え８とを収納する収納部２ｅ（図３参照）を構成している。また、バレル２ａは、外光が入射する端面側に開口部２ｂが形成されている。更に、バレル２ａには、外周面に雄ねじ２ｃが形成されている。
バレル２ａは、例えば、黒色のポリカーボネート（ＰＣ）樹脂等の遮光性を有する合成樹脂により構成される。バレル２ａは、第２のレンズ６とのレーザー溶着（後述）の適合性を考慮して、材料が選択される。

第１、第２、第３のレンズ４，６，７は、外光を透過してセンサ１６（図７参照）の受光領域（撮像エリア）に結像させるための光学素子である。即ち、開口部２ｂから入射した外光がセンサ１６の受光領域に結像するように、第１、第２、第３のレンズ４，６，７は所定の光学系を形成する。尚、本実施形態では、レンズユニット２は３枚のレンズで構成されるが、レンズは２枚であっても構わない。
第１及び第３のレンズ４，７は、例えば、外光（自然光、可視光）に対して透明な、例えば、ゼオネックス（登録商標）等の非晶質ポリオレフィン樹脂で構成される。
第１のレンズ４は、外部から入射される光を集光して出射する光学機能面４ａを中央に有し、その外周に環状に平坦面が形成されたフランジ部４ｂを有する（図３参照）。

第２のレンズ６は、可視光及びレーザー溶着に使用されるレーザーに対して透明な、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂で構成される。第２のレンズ６は、バレル２ａとのレーザー溶着（後述）の適合性を考慮して、材料が選択される。
第２のレンズ６は、中央に第１のレンズ４から出射される光を集光する光学機能面６ａを有し、その外周に環状に平坦面が形成されたフランジ部６ｂを有する（図３参照）。

中間環５ａ，５ｂは、例えば、カーボンブラックを練り込んだ延伸ポリエステル（ＰＥＴ）樹脂等の合成樹脂フィルムで構成されている。中間環５ａ，５ｂは、第１のレンズ４と第２のレンズ６の面間距離や第２のレンズ６と第３のレンズ７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。中間環５ａ，５ｂ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。
レンズ押え８及び台座３は、例えば、黒色のポリカーボネート（ＰＣ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフタルアミド樹脂（ＰＦＡ）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂等の遮光性を有し、且つ、耐熱性を有する合成樹脂により構成される。

図３は、本実施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の収納部２ｅに、第１、第２、第３のレンズ４，６，７を保持し収容している。

バレル２ａの収納部２ｅに第１のレンズ４が圧入される。その後に中間環５ａが収納される。そして、第１のレンズ４のフランジ部４ｂに第２のレンズ６のフランジ部６ｂを重ねて、第２のレンズ６が収納部２ｅに収納される。このとき、第１のレンズ４と第２のレンズ６との間に中間環５ａが挟み込まれる。
第２のレンズ６が第１のレンズ４の光軸と光軸調整（調芯）がなされた後、第２のレンズ６のフランジ部６ｂにレーザーが照射されて、第２のレンズ６のフランジ部６ｂはバレル２ａに固着される。

（レーザー溶着）
バレル２ａは、上述したように、遮光性を有する合成樹脂により構成される。これに対して、第２のレンズ６はレーザーに対して透光性を有する合成樹脂により構成される。第２のレンズ６の側からレーザーが照射されたとき、レーザーは第２のレンズ６を透過してバレル２ａに当たり、その部分（レーザー照射部）９を溶融して、第２のレンズ６をバレル２ａに固着する。ここで、レーザーは、ＹＡＧレーザーやレーザーダイオードが使われ、例えば、波長が８１０ｎｍのレーザーが好ましく採用される。本実施形態では、レーザー出力２０Ｗ、ビームスポット径φ０．５ｍｍ、ビーム走査速度１５ｍｍ／秒で照射を行った。また、レーザー照射部９は、第２のレンズ６の全周で３〜４箇所あれば足りる。尚、バレル２ａは、収納部２ｅの内壁面にレーザー吸収体を塗布することで、レーザーの透過を防止しても良い。
レーザー溶着がされた後、バレル２ａの収納部２ｅに、中間環５ｂ、第３のレンズ７、レンズ押え８をこの順に挿入し、次いで、ＵＶ接着剤（図示省略）でレンズ押え８をバレル２ａに固着させる。こうしてレンズユニット２が完成するが、更に、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行われる。

（調芯）
次に、第２のレンズ６の光軸調整（調芯）について説明する。ここで、調芯とは、第２のレンズ６の光軸を第１のレンズ４の光軸に合致させることをいう。具体的には、第２のレンズ６をバレル２ａの収納部２ｅ内で動かして得られる画像データ情報に基づいて、第２のレンズ６の光軸が第１のレンズ４の光軸に合致する位置を特定して、第２のレンズ６のフランジ部６ｂを収納部２ｅで固定（レーザー溶着）する。これにより、撮影品質の高いレンズユニット２を容易に製造することができる。
第２のレンズ６を第１のレンズ４に調芯する調芯方法には、公知の技術として、例えば、反射偏心を使った球芯測定による調芯と、得られた像からＭＴＦ（Modulation Transfer Function：変調度伝達関数）を求める方式による調芯とがある。

（反射偏心による球心測定）
図４は、反射偏心によるレンズの球心測定を説明する図である。
図４に示すように、図３に示したレンズユニット２のバレル２ａに対して第１のレンズ４が圧入され、中間環５ａと第２のレンズ６が収納された状態で、球心が測定される。
市販の反射偏心測定装置を用いて、バレル２ａに収納された第１又は第２のレンズ４，６に対物レンズ（図示省略）を通して測定用の球面波の光束を与える。光束は各レンズの表面で反射し、夫々のレンズ面の曲率中心に集光される。この集光はキャッツアイと呼ばれ、夫々の集光中心をカメラで撮影することによって画像データとして球心位置を取得することができる。

ここで、図４（ａ）は、レンズの球心測定の一例として、第１のレンズ４の物体側面と第２のレンズ６の像側面の偏心感度が厳しい場合、第１のレンズ４の物体側面の曲率中心４ｃと第２のレンズ６の像側面の曲率中心６ｄとを求め、第２のレンズ６を調整（ＸＹ移動）して双方の曲率中心を一致させたものである。
また、図４（ｂ）は、レンズの球心測定の他の例として、第１のレンズ４の物体側面及び像側面、第２のレンズ６の物体側面及び像側面の４面の中心、即ち、第１のレンズ４の物体側面の曲率中心４ｃ、第１のレンズ４の像側面の曲率中心４ｄ、第２のレンズ６の物体側面の曲率中心６ｃ、第２のレンズ６の像側面の曲率中心６ｄを求め、夫々の曲率中心を一致させたものである。この場合は対象となる面が４面存在するため、一つのレンズにおいて物体側面の曲率中心と像側面の曲率中心が偏心すれば、第２のレンズ６を調整（ＸＹ移動）しても球心を一致させることはできない。このような場合は夫々の偏心量が最小自乗法により最小になるように第２のレンズ６を調整（ＸＹ移動）して最適軸を求めることができる。

（ＭＴＦ方式による調芯）
反射偏心を使った球芯測定による調芯を説明したが、次いで、他の調芯方法であるＭＴＦ方式を説明する。
図５は、第１及び第２のレンズ４，６の結像面を見たＭＴＦの測定位置を示す図である。
図５に示すように、ＭＴＦの測定は、第１のレンズ４の中心位置と、周方向９０度毎に４箇所の像高７０％位置の計５箇所で行う。ここで、像高とは、レンズユニット２の撮像円径を像高１００％として、中心からの距離の比で示される割合である。
被写体距離１ｍとし、光源にハロゲン白色光、被写体に３０ｍｍ角の穴あきスクエアチャートを用いて、公知のＭＴＦ測定技術により、画像データ情報の一例としてのＭＴＦを測定する。例えば、スクエアチャートのエッジ像からステップ応答を求め、これを微分してインパルス応答を求め、更にこれをフーリエ変換して、周波数応答成分であるＭＴＦを求める。スクエアチャートは直交する２方向をそれぞれサジタル（sagittal）成分（同心円方向成分）、メリジオナル（meridional）成分（放射方向成分）とし、対向する２辺についてそれぞれ平均化する。

図６は、図５に示す測定位置における空間周波数とＭＴＦとの関係の一例を示す図である。図６において、横軸は空間周波数を示し、縦軸はＭＴＦを示す。
像高７０％位置、周方向９０度毎に４点のコントラスト値をリアルタイムで演算してＭＴＦを取得する。空間周波数が、例えば、１２０本／ｍｍのライン＆スペース（白黒）チャートの位置に着目して、第２のレンズ６をバレル２ａ内でＸＹ移動し、４点のサジタル方向、メリジオナル方向を含めたＭＴＦが近似となる位置を第２のレンズ６の固定位置として調芯する。

このように、本実施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のフランジ部４ｂに第２のレンズ６のフランジ部６ｂを重ねた状態で収納部２ｅに収納され、第２のレンズ６のフランジ部６ｂが収納部２ｅにレーザー溶着されるので、第１及び第２のレンズ４，６は収納部２ｅに固定される。よって、レンズモジュール１は、高い撮影品質を実現できる。
また、レンズモジュール１では、第１のレンズ４の光軸と第２のレンズ６の光軸とが合致した状態で、第２のレンズ６はレーザー溶着されるので、光軸が合致した第１及び第２のレンズ４，６を通して撮影がされる。よって、レンズモジュール１は、高い撮影品質を実現できる。

更に、レンズモジュール１では、第１のレンズ４は収納部２ｅに圧入されて収納される。よって、第１のレンズ４は収納部２ｅ内で動かないので、レンズモジュール１は、高い撮影品質を実現できる。
更にまた、レンズモジュール１では、画像データ情報に基づいて第２のレンズ６を収納部２ｅ内で移動させながら、第１のレンズ４に対して第２のレンズ６は調芯される。よって、レンズモジュール１は、簡易な方法で高い撮影品質を実現できる。
更にまた、第２のレンズ６の最適位置の決定を第２のレンズ６のＸＹ移動のみで行っているため、所要時間も短くできる。そのため、簡便な手段で高い撮影品質を実現できる。

（カメラモジュール）
図７は、本実施形態にかかるカメラモジュール５０の分解斜視図である。
フィルタ１５が台座３に収納され、接着される。ガラスカバー１７に取り付けられた撮像素子の一例としてのセンサ１６はフレキシブル（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）基板２１に取り付けられる。

ここで、フレキシブル基板２１は、柔軟性、屈曲性及び少スペース性を有する回路基板であり、一般的に、ポリイミドフィルム上に印刷又はエッチング等により回路が形成されている。そして、フレキシブル基板２１の一端に台座３が配置され、フレキシブル基板２１の他端にコネクタ２１ａが配置されている。このコネクタ２１ａは、フレキシブル基板２１によってセンサ１６と接続されており、図示しない外部機器と電気的に接続する機能を有する。
センサ１６が取り付けられたフレキシブル基板２１を覆うように、フィルタ１５が取り付けられたレンズモジュール１がフレキシブル基板２１に接着される。そして、ねじ作用によりレンズユニット２の結像調整が行われ接着されて、カメラモジュール５０が完成する。

本実施形態にかかるカメラモジュール５０によれば、他の電子部品が搭載されたフレキシブル基板２１にレンズモジュール１を接着できる。レンズモジュール１では、収納部２ｅ内に第１及び第２のレンズ４，６が固定されている（図３参照）。レンズモジュール１がフレキシブル基板２１に接着されるときに、第１及び第２のレンズ４，６は動かない。よって、フレキシブル基板２１に接着された後に第１及び第２のレンズ４，６の光軸合わせを再度行う必要はなく、カメラモジュール５０は高い撮影品質を実現できる。

本実施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。 反射偏心によるレンズの球芯測定を説明する図である。 第１及び第２のレンズの光軸方向から見たＭＴＦ曲線の測定位置を示す図である。 図５に示す測定位置における空間周波数とＭＴＦとの関係の一例を示す図である。 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…レンズユニット、２ａ…バレル、２ｅ…収納部、３…台座（台座マウント）、４…第１のレンズ、４ａ…光学機能面、４ｂ…フランジ部、４ｃ…第１のレンズ４の物体側面の曲率中心、４ｄ…第１のレンズ４の像側面の曲率中心、６…第２のレンズ、６ａ…光学機能面、６ｂ…フランジ部、６ｃ…第２のレンズ６の物体側面の曲率中心、６ｄ…第２のレンズ６の像側面の曲率中心、１６…センサ（撮像素子）、５０…カメラモジュール

Claims (6)

1. 入射された光を集光して出射する光学機能面と、当該光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第１のレンズと、
   前記第１のレンズから出射される光を集光する光学機能面と、当該光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第２のレンズと、
   前記第１のレンズを収納し、収納された当該第１のレンズのフランジ部に前記第２のレンズのフランジ部を重ねて収納する収納部を有し、当該第２のレンズのフランジ部をレーザー溶着して当該第２のレンズを当該収納部に固定するバレルと
   を有することを特徴とするレンズユニット。
2. 前記第２のレンズは、当該第２のレンズの光軸が前記第１のレンズの光軸に合致するように調芯されてレーザー溶着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。
3. 前記第１のレンズは、前記バレルの前記収納部に圧入されて保持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. 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、
   入射された光を集光して出射する光学機能面と、当該光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第１のレンズと、
   前記第１のレンズから出射される光を集光する光学機能面と、当該光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第２のレンズと、
   前記第１のレンズを収納し、収納された当該第１のレンズのフランジ部に前記第２のレンズのフランジ部を重ねて収納する収納部を有するバレルと
   を含み、
   前記第２のレンズは、当該第２のレンズの光軸が前記第１のレンズの光軸に合致するように調芯され、
   前記収納部は、前記第２のレンズの前記フランジ部をレーザー溶着して当該第２のレンズを当該収納部に固定することを特徴とするレンズモジュール。
5. 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、
   入射された光を集光して出射する光学機能面と、当該光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第１のレンズと、
   前記第１のレンズから出射される光を集光する光学機能面と、当該光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第２のレンズと、
   前記第１のレンズを収納し、収納された当該第１のレンズのフランジ部に前記第２のレンズのフランジ部を重ねて収納する収納部を有するバレルと
   を含み、
   前記第２のレンズは、当該第２のレンズの光軸が前記第１のレンズの光軸に合致するように調芯され、
   前記収納部は、前記第２のレンズの前記フランジ部をレーザー溶着して当該第２のレンズを当該収納部に固定することを特徴とするカメラモジュール。
6. 入射された光を集光して出射する光学機能面と、当該光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第１のレンズを、バレルが有する収納部に圧入して収納する工程と、
   前記第１のレンズから出射される光を集光する光学機能面と、当該光学機能面の外周に形成されるフランジ部とを有する第２のレンズの当該フランジ部を、当該第１のレンズのフランジ部に重ねて前記収納部に収納する工程と、
   前記第２のレンズの光軸を前記第１のレンズの光軸に合致するように当該第２のレンズを調芯する工程と、
   前記第２のレンズのフランジ部を前記収納部にレーザー溶着して当該第２のレンズを当該収納部に固定する工程と
   を含むことを特徴とするレンズユニットの製造方法。

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