JP2010224208A - 光学ユニット及び該光学ユニットを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、環境変化によりレンズが光軸方向で位置ずれすることや、レンズの軸芯が傾斜することを確実に防止することができる光学ユニット及び光学ユニットを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の光学ユニット及び光学ユニットを備えた撮像装置は、フランジ部３Ａ，４Ａ，５Ａを有する複数個のレンズ３，４，５が光軸方向に重ねて設けられた光学ユニットにおいて、一方のレンズ３のフランジ部３Ａに、その光軸方向両面のうちの少なくとも一方の面に一体形成された３点以上の突起部３Ｔを設け、突起部３Ｔを他のレンズ４のフランジ部４Ａの面に当接させ、突起部３Ｔを介して当接状態にされた前記２つのレンズのフランジ部間に隙間１５を有し、複数個のレンズ３，４，５同士を光軸方向に押圧して複数個のレンズ３，４，５を固定する固定手段を備えた構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、フランジ部を有する複数個のレンズが光軸方向に重ねて設けられた光学ユニット及び該光学ユニットを用いて画像を撮像するデジタルカメラやカメラ付き携帯電話などのデジタル撮像機器に搭載される撮像装置に関する。

従来、光学ユニットにおいて、フランジ部を有する複数個のレンズを一体化するには、例えば、特許文献１に示すものが提案されている。

この特許文献１の光学ユニットは、一個のレンズのフランジ部の一方の面に３点以上の突起部を有し、該突起部を他のレンズのフランジ部に当接させた後、両フランジ部を両フランジ部間に形成される隙間に充填される接着剤により接着して一体化される。尚、接着剤としては、変性エポキシ樹脂系、変性アクリレート樹脂系等の合成樹脂接着剤や、紫外線硬化型の樹脂等が用いられる。
特開２００４−２０５７７６号公報

上記特許文献１の構成によれば、接着剤を充填する際に、突起部の上面とこれに対向するフランジ部の当接面との間にも接着剤が入り込んでしまうことがあった。

このため、温度や湿度の変化、つまり環境変化による接着剤とレンズとの熱膨張係数の差により、光軸方向でのレンズの位置が変化する、あるいはレンズの中心が傾斜する、所謂チルトが発生するという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、環境変化によりレンズが光軸方向で位置ずれすることや、レンズの中心が傾斜することを確実に防止することができる光学ユニット及び該光学ユニットを備えた撮像装置を提供することを課題とする。

本発明に係る光学ユニットは、上記課題を解決するためになされたもので、フランジ部を有する複数個のレンズが光軸方向に重ねて設けられた光学ユニットにおいて、
少なくとも一個のレンズのフランジ部に、その光軸方向両面のうちの少なくとも一方の面に一体形成された３点以上の突起部を設け、前記突起部を他のレンズのフランジ部の面に当接させ、前記突起部を介して当接状態にされた前記２つのレンズのフランジ部間に隙間を有し、複数個のレンズ同士を光軸方向に押圧して複数個のレンズを固定する固定手段を備えたことを特徴としている。

かかる構成からなる光学ユニットによれば、接着剤等でレンズ同士を固定するのではなく、レンズ同士を光軸方向に押圧して固定する構成であるから、一度固定しておけば、温度や湿度の変化、つまり環境変化によりレンズが光軸方向で位置ずれすることや、レンズの中心が傾斜することを確実に防止することができる。

また、本発明に係る光学ユニットは、前記被当接側のレンズのフランジ部の面は、全面が平滑面であり、その平滑面の平均表面粗さが１．５μｍ以下であることが好ましい。

かかる構成によれば、レンズ間に空気間隔が設けられ、かつ被当接側のフランジ部の平滑面の平均表面粗さが１．５μｍ以下であることにより、臨界角以上で光が被当接側のレンズのフランジ部の平滑面で全反射し、迷光を防止することができる。

また、本発明に係る光学ユニットは、前記被当接側のレンズのフランジ部の外周面を保持する筒状部が、前記当接側のレンズのフランジ部に一体形成されている構成を採用することができる。

かかる構成によれば、当接側のレンズのレンズ中心と被当接側のレンズのレンズ中心との位置ずれを防止することができる。

また、本発明に係る光学ユニットは、前記当接側のレンズのフランジ部の突起部の径方向内側に面している内面が、突起部の先端からフランジ部側ほど径方向内側に位置するように直線状又は円弧状に傾斜している構成を採用することができる。

かかる構成によれば、突起部に反射した光が撮像素子側に入射するのを抑制することができ、ゴースト現象を防止することができる。

また、本発明に係る光学ユニットは、前記隙間が、２μｍ〜５０μｍである構成を採用することができる。

かかる構成によれば、高さを制限した低い突起とすることによって、温度や湿度等の環境変化により突起が膨張する度合いを低くすることができ、更にレンズが光軸方向で位置ずれすることや、レンズの中心が傾斜することを良好に防止することができる。

また、本発明に係る光学ユニットは、前記突起部の先端部にＲをつけ、該Ｒが０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍである構成を採用することができる。

かかる構成によれば、レンズ同士を点で当接させる構成になることから、レンズ間に形成される空気間隔（空気層）により、臨界角以上で光が全反射し、迷光を防止することができる。また、突起部のＲが小さければ小さいほど他のレンズとの接地面積が小さくなるため、迷光対策に有効である。

また、本発明に係る光学ユニットは、前記当接側のレンズのフランジ部の突起部を除く面にシボが形成されている構成を採用することができる。

臨界角未満の光をシボにより拡散させ、迷光を防止することができる。

また、本発明に係る撮像装置は、前記レンズからの透過光を受光するための撮像素子が実装された基板と請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の光学ユニットとを搭載した構成を採用することができる。

かかる構成によれば、温度や湿度の変化、つまり環境変化によりレンズが光軸方向で位置ずれすることや、レンズの中心が傾斜することを確実に防止することができるので、解像度を向上させることができる。また、レンズ間に空気間隔（空気層）が設けられることにより、臨界角以上で光が全反射し、迷光を防止することができる。

また、本発明に係る撮像装置は、前記突起部を有する当接側のレンズが前記撮像素子側に位置する構成を採用することができる。

かかる構成によれば、本来入射してきてほしくない不要な光が撮像素子側に照射されることを防止することができるので、迷光防止効果が大きくなる。

また、本発明に係る撮像装置は、前記複数個のレンズのうちの最も被写体側に位置するレンズを凸レンズとし、その凸面上に絞りを設けた構成を採用することができる。

かかる構成によれば、凸レンズとすることで低背化することができ、しかも凸面上に絞りを設けることで迷光防止効果が大きくなる。

以上の如く、本発明は、接着剤等でレンズ同士を固定するのではなく、レンズ同士を光軸方向に押圧して固定する構成であるから、温度や湿度の変化、つまり環境変化によりレンズが光軸方向で位置ずれすることや、レンズの中心が傾斜することを確実に防止することができる光学ユニット及び該光学ユニットを備えた撮像装置を提供することができる。しかも、撮像装置においては、本発明の光学ユニットを用いることで、解像度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

図１には、本実施形態に係る撮像装置Ｓを示し、この撮像装置Ｓは、撮像素子１が実装された基板２と、複数個のレンズ３，４，５を備えた光学ユニットＵとを備えている。

光学ユニットＵは、フランジ部３Ａ，４Ａ，５Ａを有する３個のレンズ３，４，５と、これらレンズ３，４，５を保持するレンズホルダ６とを備えている。

レンズホルダ６の外側には、螺合によって一体化された鏡筒７を備えている。

撮像素子１は、レンズ３，４，５の光軸の延長線上に配置されている。

３つのレンズ３，４，５は、プラスチック樹脂又はガラス等の透光材料で形成され、この実施形態では例えばプラスチック樹脂であるシクロオレフィンポリマーの同質の材料で形成されたものである。また、３つのレンズ３，４，５は、レンズホルダ６の軸心方向に重ねて配置され、すなわち、レンズホルダ６内で、光軸を一致させた状態で一列に配置されている。

本発明では、フランジ部を有する２つのレンズの内、その1つのレンズのフランジ部に、その光軸方向両面のうちの少なくとも一方の面に一体形成された３点以上の突起部を設けものを第１レンズとし、その突起部に他のレンズのフランジ部の平滑面を当接させたものを第２レンズとしている。
具体的には、本実施形態に係る３つのレンズ３，４，５で構成したものでは、レンズ３，４の関係では、レンズ３のフランジ部３Ａの突起部３Ｔを、他のレンズ４のフランジ部４Ａの平滑面に当接させるものであり、つまり、レンズ３が他のレンズ４に当接する当接側の第１レンズ、レンズ４がレンズ３に当接される被当接側の第２レンズである。また、レンズ４，５の関係では、レンズ４のフランジ部４Ａの突起部４Ｔを、他のレンズ５のフランジ部５Ａの平滑面に当接させるものであり、つまり、レンズ４が他のレンズ５に当接する当接側の第１レンズ、レンズ５がレンズ４に当接される被当接側の第２レンズである。

レンズ３は、レンズホルダ６の最も他端側（後述するレンズ規制部９側）に位置している。
レンズ５はレンズホルダ６内で最も一端側（後述するレンズ支持部８側）に位置し、そのフランジ部５Ａがレンズホルダ６の一端から水平方向に延出されたレンズ支持部８と対向するように形成されている。すなわち、レンズ５は、そのフランジ部５Ａがレンズ支持部８に支持されるように形成されている。

そして、レンズ４は、レンズ３とレンズ５の間に挟持されるとともに、そのフランジ部４Ａの外周面が、レンズ３のフランジ部３Ａからレンズ５側に延出された筒状部３Ｂの内面に当接している。また、レンズ５のフランジ部５Ａの外周面の一部が、筒状部３Ｂの内面に当接している。

レンズホルダ６は、内装されたレンズ５の一方の面側のフランジ部５Ａを全体的に支持するレンズ支持部８が一端部に形成されるとともに、内装されたレンズ３の他方の面側のフランジ部３Ａの一部を光軸方向で押さえるレンズ規制部９が他端部に形成されている。従って、レンズホルダ６のレンズ支持部８とレンズ規制部９とで、３個のレンズ３，４，５同士を光軸方向に押圧して３個のレンズ３，４，５を固定する固定手段を構成している。

レンズ規制部９は、レンズホルダ６内にレンズ３，４，５を配置した状態で、レンズホルダ６の他端部を熱かしめすることによって、内側に折り曲げられて形成されている。すなわち、レンズ規制部９は、レンズホルダ６に３つのレンズ３，４，５を組付ける時に、レンズホルダ６の他端部を加熱した状態（軟化させた状態）でレンズ３側に押圧することで、レンズホルダ６の他端部が内側に傾倒して形成されたものである。尚、レンズホルダ６の他端部を、熱かしめする前（レンズ規制部９が形成される前）において、レンズホルダ６の他端部が、光軸方向に延びており、他端開口から露呈するレンズ３の外周端部よりも外側に位置するように形成されている。

鏡筒７は、筒状に形成されており、レンズホルダ６が同心又は略同心で螺合されるようになっている。すなわち、鏡筒７の内周面に雌ネジ１０が形成されるとともに、レンズホルダ６の外周に雄ネジ１１が形成されており、鏡筒７は、レンズホルダ６を螺合することで保持でき、また、レンズホルダ６を回転させることで、内部にあるレンズ３，４，５の焦点が撮像素子１の撮像面上に位置するように調整可能になっているが、焦点位置を調整できないタイプのものであってもよい。

撮像素子１は、いわゆるＣＭＯＳ又はＣＣＤで、プレート状の基板２に対して直接的又は間接的に支持されている。そして、撮像素子１の撮像面の前方には、ガラス板１２及び赤外線カットフィルター１３が配置されており、レンズ５，４，３を透過した光（像）が赤外線カットフィルター１３、ガラス板１２の順で通過して撮像素子１に導かれるようになっている。

基板２上には、中央部に透光部を構成するための開口１４Ｋを有し、撮像素子１の外周縁の外側に位置するベース部材１４が固定されている。

レンズ３及びレンズ４は、レンズ３のフランジ部３Ａに、そのレンズ支持部８側（被写体側）の面に一体形成された３点以上の突起部３Ｔを設け、これら突起部３Ｔをレンズ４のフランジ部４Ａのレンズ規制部９側（撮像素子１側）の面に当接させることで、突起部３Ｔを介してレンズ３のフランジ部３Ａとレンズ４のフランジ部４Ａとの間に隙間（空気間隔又は空気層ともいう）１５を形成することができるように構成している。

また、レンズ４のフランジ部４Ａにも、そのレンズ支持部８側（被写体側）の面に一体形成された３点以上の突起部４Ｔを設け、これら突起部４Ｔをレンズ５のフランジ部５Ａのレンズ規制部９側（撮像素子１側）の面に当接させることで、突起部４Ｔを介してレンズ４のフランジ部４Ａとレンズ５のフランジ部５Ａとの間に隙間（空気間隔又は空気層ともいう）１６を形成することができるように構成している。

尚、隙間１５，１６は、２μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましい。

レンズ４のフランジ部４Ａのレンズ規制部９側（撮像素子１側）の面は、その全面が平滑面であり、その平滑面の平均表面粗さを０．５μｍから１．５μｍまでの範囲に設定している。

レンズ３の突起部３Ｔを除く領域、例えば領域３Ｘの面３Ｃに、シボが形成されている。また、レンズ４の突起部４Ｔを除く領域、例えば２つの領域４Ｘ，４Ｙの面４Ｃ，４Ｄのそれぞれにも、シボが形成されており、臨界角未満の光をシボにより拡散させ、迷光を防止することができるようにしている。

レンズ５は、凸レンズであり、その凸面５Ｂ上に絞り（図示していない）を設けて実施することもできる。

突起部３Ｔ又は４Ｔの形状としては、例えば図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のものを例に挙げて説明する。

図２（ａ）では、ほぼ直角三角形の突起部３Ｔ又は４Ｔの先端部にＲをつけ、そのＲを０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲とすることが好ましい。尚、突起部３Ｔ又は４Ｔの高さＨは、前述したように２μｍ〜５０μｍの範囲の隙間となるように、２μｍ〜５０μｍの範囲の高さに設定することになる。

また、図２（ａ）の突起部３Ｔ又は４Ｔの径方向内側に面している内面３Ｓ又は４Ｓが、突起部３Ｔ又は４Ｔの先端からフランジ部３Ａ又は４Ａ側ほど径方向内側に位置するように直線状に傾斜している。図２（ａ）では、内面３Ｓ又は４Ｓを直線状に形成したが、円弧状に形成してもよい。

図２（ｂ）では、突起部３Ｔ又は４Ｔを、ほぼ円弧状に形成したものを示し、図２（ｃ）では、突起部３Ｔ又は４Ｔを、ほぼ山型状に形成したものを示し、図２（ｄ）では、矩形状に形成された突起部３Ｔ又は４Ｔの上面に、Ｒに形成された第２の突起部３ｔ又は４ｔを備えている。

図２（ａ），（ｂ）に示すようなＲ形状に突起部３Ｔ又は４Ｔを形成することによって、実線で示す不要な光が破線で示すように反射して、撮像素子１側に入射するのを抑制することができる。その結果、不要な光（破線）によるゴーストを防止することができる。

また、図３（ａ）に示すように、突起部３Ｔを有するレンズ３が撮像素子１側に位置することによって、実線で示す光がレンズ４の底面に反射してレンズ３側に照射されることがないようにして、迷光防止効果を高めることができる。図３（ｂ）では、突起部４Ｔを有するレンズ４が被写体側に位置している場合を示しており、実線で示す光が、突起部４Ｔを通ってレンズ３側に照射されてしまい、突起部４Ｔにおける迷光を防止できない例を示している。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
上記実施形態において、３つのレンズ３，４，５を同一材料で形成したが、これに限らず、突起部３Ｔを有するレンズ３がレンズ４よりも低屈折率のレンズにする及び、または突起部４Ｔを有するレンズ４がレンズ５よりも低屈折率のレンズにしてもよい。かかる構成では、突起部を有するレンズ３（又は４）が、その突起部にフランジ部の平滑面を当接させるレンズ４（又は５）よりも低屈折率であるので、臨界角が発生し、迷光防止効果が大きくなる。

また、上記実施形態では、３つのレンズ３，４，５を備えたものを示したが、要求される解像度や光学特性に応じて、１つのレンズ又は２つのレンズあるいは４つ以上のレンズを備えたものであってもよい。また、各レンズの形状及び配置も自由に変更できる。

また、上記実施形態では、複数個のレンズ３，４，５を固定する固定手段を、レンズホルダ６のレンズ支持部８とレンズ規制部９とで構成したが、別々の部材により複数個のレンズ３，４，５を固定する構成であってもよい。

本発明の撮像装置は、環境変化によりレンズが光軸方向で位置ずれすることや、レンズの軸芯が傾斜することを確実に防止することができるという優れた効果を有し、カメラ機能を備えた携帯電話機、デジタルカメラ、監視用カメラ、車載カメラ等の分野で有用である。

本発明の実施形態に係る撮像装置を示す断面図 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は４つの突起部それぞれの形状を示す拡大図 （ａ）は第２レンズに対して突起部を有する第１レンズを撮像素子側に配置した図、（ｂ）は第２レンズに対して突起部を有する第１レンズを被写体側に配置した図

１ 撮像素子
２ 基板
３ 当接側のレンズ
３Ａ フランジ部
３Ｂ 筒状部
３Ｃ 面
３Ｔ，３ｔ 突起部
３Ｘ 領域
４ 被当接側のレンズ（レンズ３に対し第２レンズ）
４Ａ フランジ部
４Ｃ，４Ｄ 面
４Ｔ，４ｔ 突起部
４Ｘ，４Ｙ 領域
５ 被当接側のレンズ（レンズ４を当接側のレンズとした場合、またレンズ４を第1レンズとした場合に第２レンズとする）
５Ａ フランジ部
５Ｂ 凸面
６ レンズホルダ
７ 鏡筒
８ レンズ支持部
９ レンズ規制部
１０ 雌ねじ
１１ 雄ねじ
１２ ガラス板
１３ 赤外線カットフィルター
１４ ベース部材
１４Ｋ 開口
１５，１６ 隙間
Ｈ 高さ
Ｓ 撮像装置
Ｕ 光学ユニット

Claims (10)

1. フランジ部を有する複数個のレンズが光軸方向に重ねて設けられた光学ユニットにおいて、少なくとも一個のレンズのフランジ部に、その光軸方向両面のうちの少なくとも一方の面に一体形成された３点以上の突起部を設け、前記突起部を他のレンズのフランジ部の面に当接させ、前記突起部を介して当接状態にされた前記２つのレンズのフランジ部間に隙間を有し、複数個のレンズ同士を光軸方向に押圧して複数個のレンズを固定する固定手段を備えたことを特徴とする光学ユニット。
2. 前記被当接側のレンズのフランジ部の面は、全面が平滑面であり、その平滑面の平均表面粗さが１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記被当接側のレンズのフランジ部の外周面を保持する筒状部が、前記当接側のレンズのフランジ部に一体形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
4. 前記当接側のレンズのフランジ部の突起部の径方向内側に面している内面が、突起部の先端からフランジ部側ほど径方向内側に位置するように直線状又は円弧状に傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ユニット。
5. 前記隙間が、２μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ユニット。
6. 前記突起部の先端部にＲをつけ、該Ｒが０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
7. 前記当接側のレンズのフランジ部の突起部を除く面にシボが形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
8. 前記レンズからの透過光を受光するための撮像素子が実装された基板と請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光学ユニットとを搭載したことを特徴とする撮像装置。
9. 前記突起部を有する当接側のレンズが前記撮像素子側に位置することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記複数個のレンズのうちの最も被写体側に位置するレンズを凸レンズとし、その凸面上に絞りを設けたことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の撮像装置。

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