JP2017068070A - レンズユニット、撮像ユニット、光学機器および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】画質の低下を防止し、レンズが外れにくいレンズユニット、撮像ユニット、光学機器および電子機器を提供する。【解決手段】レンズユニット１０３は、少なくとも１枚のレンズ１１を含むレンズ体１０４と、レンズ体１０４を収容する筒状のレンズ枠１０５と、を備える。レンズ枠１０５は、レンズ体１０４の被写体側の縁部に当接して、レンズ体１０５をレンズ体１０５の光軸ＡＸ方向に係止するカシメ部（係止部）１６を備え、カシメ部１６の被写体側の面は、光軸ＡＸに垂直な垂直面を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、レンズユニット、撮像ユニット、光学機器および電子機器に関する。

カメラなどの光学機器やスマートフォンなどの電子機器に備えられるレンズユニットは、少なくとも１枚のレンズとレンズを固定する筒状のレンズ枠とを備える。特許文献１には、レンズ枠（特許文献１では「レンズ枠部材」と称される）の被写体側の端に設けられたカシメ部を内部に折り曲げてレンズを固定するレンズユニット（特許文献１では「レンズ鏡枠」と称される）が開示されている。

特開２００８−６５２６１号公報

しかしながら、特許文献１のレンズユニットは、カシメ部が被写体側に配置されたレンズより突出している。このため、被写体側に配置されたレンズの縁を通過し画像として取り込まれるべき光の一部が、突出したカシメ部の存在により通過できない。この結果、レンズユニットを透過して撮像面に結像した画像の周辺部が暗くなる、或いはレンズユニットが備えられたカメラなどで撮影した画像の周辺部に影が発生するなど画質が低下するという問題がある。

画質を低下させないために、カシメ部を小さくすることが考えられる。しかし、カシメ部を小さくした場合、カシメ部によるレンズの保持力が弱まり、レンズユニットに衝撃が加えられると、レンズホルダからレンズが外れやすくなるという問題がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、画質の低下を防止でき、レンズが外れにくいレンズユニット、撮像ユニット、光学機器および電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るレンズユニットは、
少なくとも１枚のレンズを含むレンズ体と、
前記レンズ体を収容する筒状のレンズ枠と、を備え、
前記レンズ枠は、前記レンズ体の被写体側の縁部に当接して、前記レンズ体を該レンズ体の光軸方向に係止する係止部を備え、
前記係止部の被写体側の面は、前記光軸に垂直な垂直面を有する。

このようにすることで、レンズユニットは、例えば、レンズユニットに収容されたレンズが超広角レンズ（例えば、画角が１８０°以上）であっても、レンズの縁を通過する光が遮られることによる画質の低下を防止できる。また、車載用カメラに用いられるなどレンズユニットが衝撃などを受けやすい環境で用いられたとしても、衝撃などを受けてもレンズが外れにくくできる。

例えば、前記係止部は、前記レンズ体に接触する接触面を有し、
前記光軸を含む面で前記係止部を切断した断面は、くさび形の形状を有し、
前記断面上で、前記垂直面と前記接触面との交点は、前記レンズ体の被写体側の面に位置するとよい。
このようにすることで、レンズの面とカシメ部との間に段差ができないため、レンズに入射する光を係止部で遮ることを防ぐことができる。

例えば、前記係止部は、前記光軸を中心とするリング状の形状を有し、
前記垂直面は、前記光軸を中心とするリング状の形状を有し、
前記係止部は、前記垂直面の外周に、結像側に向かって拡径するリング状の傾斜面を備えるとよい。
このようにすることで、係止部に角張った部分をなくすことができ、他の物と接触したとき破損するおそれが少なくなる。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る撮像ユニットは、
前記レンズユニットと、
前記レンズ体を透過して結像面に結像した画像を示す電気信号を出力する撮像素子と、を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る光学機器は、
前記撮像ユニットと、
前記撮像素子から出力された電気信号が示す画像に画像処理を施す制御部と、
を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る電子機器は、
前記撮像ユニットと、
前記撮像素子から出力された電気信号が示す画像に画像処理を施す制御部と、
を備える。

本発明によれば、画質の低下を防止でき、レンズが外れにくいレンズユニット、撮像ユニット、光学機器および電子機器を提供できる。

実施の形態に係るカメラを示す図である。 実施の形態に係るカメラの断面図である。 実施の形態に係るカメラが備えるレンズ枠の断面図である。 実施の形態に係るカメラが備えるレンズ枠のカシメ部の近傍を拡大して示す断面図である。 カシメ部と光軸とのなす角度を示す断面図である。 実施の形態に係るレンズ枠にカシメ部を形成する前の断面図である。 （Ａ）は、実施の形態に係るレンズ枠にカシメ部を形成した後の断面図であり、（Ｂ）は、カシメ部を形成した後のカシメ部の近傍を拡大して示す断面図である。 比較例に係るレンズ枠のカシメ部の近傍を拡大して示す断面図である。 変形例に係るカシメ部近傍の拡大断面図である。 変形例に係るカシメ部近傍の拡大断面図である。

（実施の形態）
以下、本発明を実施するための形態に係るレンズユニットを、カメラ（光学機器）に使用されるレンズユニットを例に図面を参照しながら詳細に説明する。なお、全ての図を通じて、同一の要素には同一の符合を付す。また、前・後・上・下・左・右などの方向を示す用語を用いるが、これらの用語は説明のために用いるのであって、本願の発明を限定する趣旨ではない。

本発明の実施の形態に係るカメラ１００は、図１の外観図、図２の内部構造を示す断面図に示すように、撮像素子１０１と、制御部１０２と、レンズユニット１０３と、を備える。カメラ１００は、例えば、車載カメラとして用いられるものである。

撮像素子１０１は、レンズユニット１０３に設けられたレンズ体１０４によって撮像面に結像した画像を撮像し、撮像した画像を示す画像信号を出力する。撮像素子１０１は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の撮像素子から構成される。

制御部１０２は、撮像素子１０１との間で信号を授受できるように接続されており、撮像素子１０１から出力された画像信号を取得する。制御部１０２は、取得した電気信号が示す画像に画像処理などを施す。制御部１０２は、例えば、１又は複数のプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリなどから構成される。

レンズユニット１０３は、図２に示すように、レンズ体１０４と、レンズ体１０４を内部に保持するレンズ枠１０５とを備える。

レンズ体１０４は、複数のレンズ１１から構成される。複数のレンズ１１は、光軸ＡＸが一致するように並べて配置されている。なお、光軸ＡＸの方向（光軸方向）が前後方向であり、被写体側が前方であり、撮像素子などが有する撮像面が配置される撮像面側が後方であるものとする。また、カメラ１００を配置したときの鉛直方向が上下方向であり、水平方向が左右方向であるとする。

レンズ枠１０５は、図３に示すように、円筒状をなす筒部１２と、この筒部１２の前方に接続されるハウジング部１３と、を備え、射出形成などにより一体的に成形されている。筒部１２は、前方から後方へ向かって段階的に狭くなる一連の内壁部１４と、レンズ体１０４の後端に当接するレンズ受部１５と、レンズ体１０４の前端に配置されたレンズ１１の縁を係止することにより、レンズ体１０４を固定するカシメ部（係止部）１６と、を備える。なお、レンズ枠１０５は、塑性変形させられる材料から構成され、例えば熱可塑性樹脂製である。好適に採用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）を挙げることができる。

ハウジング部１３は、筒部１２などを保護するための外枠である。

内壁部１４は、レンズ体１０４を収容するための筒状のレンズ収容空間１７を形成する。なお、収容するとは、レンズ体１０４の一部がはみ出して収容する場合も含まれる。

レンズ受部１５は、レンズ体１０４の後端に当接し、レンズ体１０４をレンズ枠１０５の中で後方に移動しないように係止する。また、レンズ受部１５は、レンズ体１０４を透過した光を撮像素子１０１に通過させるための開口部１８を備える。

図２に戻って、カシメ部１６は、レンズ体１０４の被写体側の縁部に当接して、レンズ体１０４をレンズ体１０４の光軸方向に係止し、レンズ受部１５とともにレンズ体１０４を挟持する。カシメ部１６の被写体側には、図４に示すように、光軸ＡＸに垂直な垂直面２１を有する。また、カシメ部１６は、レンズ体１０４に接触する接触面２２と、後方に向かって次第に拡径する面取り面（傾斜面）２３とを有する。光軸ＡＸを含む面でカシメ部１６を切断した断面は、くさび形の形状を有し、断面上で、垂直面２１と接触面２２との交点は、レンズ体１０４の被写体側の面に位置する。また、カシメ部１６は、光軸ＡＸを中心とするリング状の形状に形成され、垂直面２１は、レンズの縁を覆う部分にリング状に形成されている。また、面取り面２３は、垂直面２１の外周に、結像側に向かって拡径するリング状の傾斜面を有している。なお、図５に示すように、光軸ＡＸと垂直面２１とのなす角度θは、９０°であることが理想であるが、カシメ部１６が強固にレンズ体１０４を保持可能であり、且つ、レンズ体１０４の画角が超広角であっても光を遮らないという観点で、光軸ＡＸと垂直面２１とのなす角度θの許容範囲の下限は、好ましくは８０°、より好ましくは８５°、更に好ましくは８８°であり、許容範囲の上限は、好ましくは１００°、より好ましくは９５°、更に好ましくは９２°である。また、垂直面２１の径方向の長さＤは、最前に配置されるレンズの直径を１００とすると、好ましくは１〜５である。また、垂直面２１と面取り面２３とのなす面取り角度は、好ましくは３０〜６０°である。

これまで、本実施の形態に係るカメラ１００の構成について説明した。ここから本実施の形態に係るカメラ１００の製造方法について説明する。

まず、図６に示すように、カシメ部１６をかしめる前のレンズ枠１０５の中に複数のレンズ１１を、設計上定められた順で嵌め込む。かしめる前のカシメ部１９は、嵌め込まれた最前のレンズ１１より突出し、矩形の断面を有する円筒の形状を有する。また、かしめる前のカシメ部１９の内径は、複数のレンズ１１を嵌め込むことができるように、複数のレンズ１１のうち最大径のレンズの外径よりわずかに大きい。

このとき、複数のレンズ１１は、レンズ枠１０５の内壁部１４に嵌め合わされ、レンズ体１０４の径方向の位置が固定される。また、複数のレンズ１１のうち、最も後方に位置するレンズ１１は、レンズ受部１５が有する開口部１８の周辺部に当接するとともに、前後方向に隣接するレンズ１１が互いに当接する。これにより、レンズ体１０４は、後方に移動しないようにレンズ枠１０５の中に係止される。

なお、レンズ枠１０５の中に嵌め込まれる際、複数のレンズ１１の各々の外周面に接着剤が塗布されてもよい。また、レンズ１１の外周面と内壁部１４との間にシールリングが配置されてもよい。また、レンズ１１の間に絞り板が配置されてもよい。

つぎに、レンズ体１０４を嵌め込んだレンズ枠１０５を水平な台Ｓの上に載置する。つぎに、カシメ部１９を塑性変形しやすいように加熱し、カシメ工具Ｒを上からカシメ部１９に押圧することにより塑性変形させてカシメ部１６を形成する。なお、カシメ工具Ｒは、最も前方に位置するレンズ１１よりわずかに小さい開口部３１を有する円筒状の工具であり、カシメ工具Ｒの端面に垂直面２１を形成する平坦部３２と、面取り面２３を形成するテーパー部３３と、を備える。図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、カシメ工具Ｒでカシメ部１９を塑性変形させると、カシメ部１６はレンズ体１０４の最前部に配置されるレンズ１１の縁に当接し、レンズ受部１５とともにレンズ体１０４を挟持する。その結果、レンズ体１０４は、レンズ枠１０５の内部で位置が固定されて保持される。

つぎに、図２に戻って、レンズ体１０４を透過した光が画像を結像する結像面に撮像素子１０１を固定する。つぎに、撮像素子１０１から出力された電気信号が示す画像に画像処理を施す制御部１０２をレンズ枠１０５のハウジング部１３の中に配置し、撮像素子１０１から出力された電気信号が制御部１０２に入力されるように、制御部１０２と撮像素子１０１とを電気的に接続する。

本実施の形態に係るカメラ１００では、カシメ部１６は、図４に示すように、垂直面２１を有する。このため、光軸ＡＸに垂直な方向から光がレンズ体１０４の最前のレンズ１１に入射した場合でも、カシメ部１６によって光が遮られることがない。この結果、カメラ１００の画角が１８０°であるとしても、撮像面に結像した画像の周辺部が暗くなる、或いは画像の周辺部に影が発生するなど画質が低下することを防止できる。また、カシメ部１６が垂直面２１を有するため、カシメ部１６の厚みＴを厚くでき、カシメ部１６でレンズ体１０４を強固に固定できる。このため、衝撃などでレンズ体１０４が外れることを防止することができ、カメラ１００を車載カメラとして好適に使用できる。また、カシメ部１６は、レンズ体１０４に接触する接触面２２を有するため、レンズ１１のがたつきを防止でき、レンズ１１の光軸のずれを防止できる。この結果、レンズ体１０４を透過して結像面に結像した画質の低下を防ぐことができる。さらに、光軸ＡＸを含む面でカシメ部１６を切断した断面は、くさび形の形状を有し、断面上で、垂直面２１と接触面２２との交点は、レンズ体１０４の面に位置する。このため、垂直面２１がレンズ体１０４の最前部に位置するレンズ１１の面に段差なく接続されているため、レンズ１１に入射する光をカシメ部１６で遮ることを防ぐことができる。さらに、結像側に向かって次第に拡径する面取り面２３を有する。このため、カシメ部１６が他の物と接触したとき破損するおそれが少なくなる。これに対して、図８に示すように、カシメ部５１が垂直面２１を有さない場合、カシメ部５１の厚みを厚くすることができない。このため、カシメ部５１の固定強度を大きくするために、カシメ部５１の径方向の長さＤ’を大きくする必要があり、この場合、レンズ１１の縁に入射する光が遮られ、画質の低下を招く虞がある。

（変形例）
上述の実施の形態のカメラ１００では、カシメ部１６は、垂直面２１と面取り面２３とを備える場合について説明したが、カシメ部１６は、垂直面２１を備えれば特に限定されず、他の形状でもよい。例えば、図９に示すように、面取り面２３の部分まで垂直面２１を延長してもよい。また、上述の実施の形態のカメラ１００では、面取り面２３は斜めにに切り取られた面取りの場合について説明したが、面取り面２３の形状は限定されず、図１０に示すように、面取り面２３を、丸みを有するＲ面取り面４１に置き換えてもよい。

上述の実施の形態のカメラ１００では、カシメ部１６は、リング状の形状を有する場合について説明したが、カシメ部１６は、レンズ体１０４を係止することができればリング状の形状に限定されず、例えば、レンズ体１０４の縁の複数の箇所をカシメ部１６で係止してもよい。

また、レンズ枠１０５は、熱可塑性樹脂製である場合について説明したが、塑性変形させられる材料で構成されれば特に限定されず、例えば金属製であってもよい。好適に採用される金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、真ちゅうを挙げることができる。レンズ枠１０５を金属で成形することにより、レンズユニット１０３の耐久性を向上させることができる。

また、各レンズ１１に採用されるレンズ面は、球面、平面、非球面のいずれで形成されてもよい。レンズ面が球面又は平面の場合、各レンズ１１の加工、レンズ枠１０５への組み立て調整などが容易になり、加工及び組立調整の誤差による光学性能の変化を防ぐことができる。レンズ面が非球面の場合、非球面は、研削加工による非球面、ガラスを型で非球面形状に形成したガラスモールド非球面、ガラスの表面に樹脂を非球面形状に形成した複合型非球面のいずれの非球面であってもよい。また、レンズ面は回折面としてもよく、各レンズ１１は、ガラスから構成されてもよく、樹脂から構成されてもよい。

また、レンズ１１のレンズ面には、必要に応じて、種々の加工が施されてもよい。この加工の例として、レンズ面の曇り防止、レンズ面での水滴形成の防止などのために、レンズ面を光触媒などによって親水化することを挙げることができる。また、外部にさらされる可能性がある部位に対して、レンズ面の曇り防止、レンズ面での水滴形成の防止などのために、レンズ面を光触媒などによって親水化することを挙げることができる。

また、上述のカメラ１００は、車載カメラとして用いられる場合について説明したが、車載カメラとして用いられる場合に限定されず、防犯カメラなど他の用途に用いられてもよい。
また、上述のカメラ１００は、スマートフォン、タブレットＰＣ、パーソナルコンピュータ、ウエアラブル端末（スマートウォッチ）などの電子機器に内蔵されるカメラとして用いられてもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

本発明は、例えば、車載カメラ、監視カメラなどの撮像装置に適用可能である。

１１ レンズ
１２ 筒部
１３ ハウジング部
１４ 内壁部
１５ レンズ受部
１６、１９、５１ カシメ部
１７ レンズ収容空間
１８ 開口部
２１ 垂直面
２２ 接触面
２３ 面取り面
３１ 開口部
３２ 平坦部
３３ テーパー部
４１ Ｒ面取り面
１００ カメラ
１０１ 撮像素子
１０２ 制御部
１０３ レンズユニット
１０４ レンズ体
１０５ レンズ枠

Claims (6)

1. 少なくとも１枚のレンズを含むレンズ体と、
   前記レンズ体を収容する筒状のレンズ枠と、を備え、
   前記レンズ枠は、前記レンズ体の被写体側の縁部に当接して、前記レンズ体を該レンズ体の光軸方向に係止する係止部を備え、
   前記係止部の被写体側の面は、前記光軸に垂直な垂直面を有する、
   レンズユニット。
2. 前記係止部は、前記レンズ体に接触する接触面を有し、
   前記光軸を含む面で前記係止部を切断した断面は、くさび形の形状を有し、
   前記断面上で、前記垂直面と前記接触面との交点は、前記レンズ体の被写体側の面に位置する、
   請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記係止部は、前記光軸を中心とするリング状の形状を有し、
   前記垂直面は、前記光軸を中心とするリング状の形状を有し、
   前記係止部は、前記垂直面の外周に、結像側に向かって拡径するリング状の傾斜面を備える、
   請求項１または２に記載のレンズユニット。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のレンズユニットと、
   前記レンズ体を透過して結像面に結像した画像を示す電気信号を出力する撮像素子と、
   を備える撮像ユニット。
5. 請求項４に記載の撮像ユニットと、
   前記撮像素子から出力された電気信号が示す画像に画像処理を施す制御部と、
   を備える光学機器。
6. 請求項４に記載の撮像ユニットと、
   前記撮像素子から出力された電気信号が示す画像に画像処理を施す制御部と、
   を備える電子機器。

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