JP2018194715A - レンズユニットおよびカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでゴーストを抑制することができる広角のレンズユニットおよびこのレンズユニットを備えるカメラモジュールを提供する。【解決手段】複数のレンズ３〜９とこれら複数のレンズ３〜９を支持する筒状の鏡筒２とを備えるとともに、水平画角１５０度以上の広角のレンズユニット１であって、複数のレンズ３〜９は、レンズの光軸方向において互いに隣接する２つの樹脂レンズ４，５を含み、鏡筒２内を通る迷光の光路上で、かつ前記２つの樹脂レンズ４，５のうちの物体側に位置する樹脂レンズ４の有効径外部分４ｂにおける結像側の面４ｃに、断面形状が略三角形状の環状溝４ｄが形成されているので、低コストでゴーストを抑制することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズユニットおよびこのレンズユニットを備えるカメラモジュールに関する。

近年、自動車に車載カメラを搭載し、駐車をサポートしたり、画像認識により衝突防止を図ったりすることが行われており、さらに自動運転への応用が試みられている。このような車載カメラに用いられるレンズユニットには、その用途によって広角なレンズユニットが求められることがある。

レンズユニットにおいては、いわゆるゴーストが問題となることがある。広角のレンズユニットにおいては、物体側から１番目のレンズの径が大きくなり、結像に寄与しない光が入射しやすく、この結像に寄与しない光が迷光としてレンズユニットに含まれるレンズの有効径外部分を通った後に、撮像素子に届くことがあり、これがゴーストの原因となる。

このようなゴーストを防ぐ為の対策として、例えば、レンズユニットに絞り（絞り部材）を入れたりレンズに墨塗りをしたりすることでゴーストの元となる光の通過を防いだり（例えば、特許文献１）、レンズの有効径外部分にシボ加工を施してゴーストの元となる光を拡散させたり、レンズに形成する反射防止膜の分光特性をゴーストが生じにくいものに調整したりすることが行なわれている。

特開２０１７−３７１３７号公報

ところで、ガラスレンズには墨塗りをすることが可能であるが、樹脂レンズには墨塗りをすることができないという問題がある。また、レンズに墨塗りができない場合に、絞り部材を追加することにより、ゴーストを防ごうとすると、部品点数が増えるため、レンズユニットの製造コストが高くなってしまうおそれがある。また、部品が増えると、光軸方向におけるレンズの位置がずれやすくなってしまい、レンズユニットの光学性能が低下してしまうおそれもある。

また、有効径外部分にシボ加工を施すだけでは、ゴーストの原因となる光を十分に拡散することができず、ゴーストを十分に除去できない恐れがある。

また、反射防止膜の分光特性を変えることによりゴーストの発生を抑えようとすると、分光特性に関する量産時の管理を、レンズユニットの機種ごとに変える必要が出てしまい、レンズユニットの製造コストが高くなってしまうおそれがある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、低コストでゴーストを抑制することができる広角のレンズユニットおよびこのレンズユニットを備えるカメラモジュールを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のレンズユニットは、複数のレンズとこれら複数のレンズを支持する筒状の鏡筒とを備えるとともに、水平画角１５０度以上の広角のレンズユニットであって、前記複数のレンズは、レンズの光軸方向において互いに隣接する２つの樹脂レンズを含み、前記鏡筒内を通る迷光の光路上で、かつ前記２つの樹脂レンズのうちの物体側に位置する樹脂レンズの有効径外部分における結像側の面に、断面形状が略三角形状の環状溝が形成されていることを特徴とする。

上述のように、レンズが樹脂レンズの場合には、墨塗りを施すことができない。したがって、従来は、２つの樹脂レンズが隣接している部分を通る迷光の進行を防ぐには２つの樹脂レンズの間に絞り部材を配置する等する必要があった。しかし、本発明の構成によれば、迷光の光路上に環状溝が形成されているので、この環状溝によってレンズユニットとともに用いられる撮像素子等に向かう迷光を、所定方向に反射または屈折等させることができる。また、環状溝は、断面形状が略三角形状となっているため、三角形を構成する各辺で反射あるいは屈折される迷光の向かう方向を揃え、所定方向に光を集めることができる。
したがって、絞り部材を用いたり反射防止膜の分光特性を調整したりすることなく、レンズユニットとともに用いられる撮像素子等に届く迷光の量を減らすことができ、低コストでゴーストを抑制することができる。

また、本発明のカメラモジュールは、前記構成のレンズユニットを備えるとともに、前記構成のレンズユニットにより結像された画像を撮像する撮像素子を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、カメラモジュールは、前述のレンズユニットと同様の作用効果を奏することができる。

本発明によれば、広角のレンズユニットおよびこのレンズユニットを備えるカメラモジュールにおいて、低コストでゴーストを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るレンズユニットを示す図であって、各レンズ面形状を省略して示す概略断面図である。 同、環状溝付近を拡大して示す断面図である。 同、迷光の光路を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態のレンズユニット１は、例えば、車載カメラ等に用いることができるが、車載カメラ用に限定されるものではなく、その他のカメラに用いることもできる。また、レンズユニット１は、水平画角が１９０度程度の広角のレンズユニットである。
また、レンズユニット１は、撮像素子１００、配線基板、信号処理回路、フレキシブル配線シートおよびコネクタ等とともに、カメラモジュールを構成する。なお、カメラモジュールとは、少なくともレンズユニットと撮像素子とを備えたものを言う。本実施の形態のカメラモジュールにおいては、レンズユニット１の結像側（レンズユニット１が像を結ぶ側）に撮像素子１００が配置され、レンズユニット１で結像される画像を撮影することが可能となっている。

図１に示すように、本実施の形態のレンズユニット１は、略円筒状の鏡筒２と、７つのレンズ３，４，５，６，７，８，９と、絞り部材１１と、Ｏリング１２とを備えている。

鏡筒２は、結像側の端部である、一方の端部の内周側に、内径が小さくなるように内側に突出して形成された係止部２ａを備えている。また、鏡筒２の物体側の端部２ｂはかしめられた状態となっている。また、鏡筒２内には、レンズ３、レンズ４、レンズ５、絞り部材１１、レンズ６、レンズ７、レンズ８およびレンズ９が、物体側から結像側（撮像対象側）に向かって、この順に配置されている。また、レンズ９は、後述する有効径外部分９ｂの結像側の面が係止部２ａに当接している。また、レンズ３は、後述する有効径外部分３ｂの物体側の面が、鏡筒２のかしめられた端部２ｂに当接している。そして、鏡筒２内に収納されたレンズ３〜９および絞り部材１１は、隣接する部材どうしが互いに当接するとともに、結像側が係止部２ａに係止され、物体側がかしめられた端部２ｂに係止されることによって、鏡筒２の軸方向における位置決めがされている。

７つのレンズ３〜９は、それぞれの光軸を一致させた状態で、鏡筒２内に配置され、鏡筒２に支持されている。すなわち、各レンズ３〜９は、１つの光軸に沿って並べられた状態となっており、これにより撮像に用いられる１群のレンズ群１５が構成されている。したがって、以下に単に光軸と記載した場合には、各レンズ３〜９の光軸を示すとともにレンズ群１５の光軸を示すものとする。
なお、光軸と鏡筒２の軸方向は一致した状態となっている。また、レンズ群１５のうち、物体側から１番目のレンズ３と６番目のレンズ８とはガラスレンズ（ガラス製のレンズ）であり、その他のレンズ４，５，６，７，９は、樹脂レンズ（樹脂製のレンズ）である。また、各レンズ３〜９は、ガラスレンズであってもよく、樹脂レンズであってもよい。

７つのレンズ３〜９はそれぞれ、有効径部分３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａと、有効径外部分３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂと、を有している。
ここで、有効径とは、結像に寄与する全光線とレンズ面との交わる点のうち、光軸に直交する方向における最も外側の点（光軸から最も離れた点）からなる円の直径を意味する。また、有効径部分３ａ〜９ａとは、レンズ３〜９における当該円の内側の部分を意味し、有効径外部分３ｂ〜９ｂとは、レンズ３〜９における当該円の外側の部分を意味する。
なお、参考として、図１および図３に、最も物体側のレンズ３の物体側の面における有効径Ｄを示す。

有効径部分３ａ〜９ａは、レンズ３〜９において、当該レンズに設定され、かつ、許容される光学特性を有し、実際にレンズとして使用可能な部分となっている。一方、有効径外部分３ｂ〜９ｂは、レンズ３〜９において、レンズとして使用されない部分となっている。また、有効径外部分３ｂ〜９ｂは、円環状のフランジ部となっており、有効径部分３ａ〜９ａの周囲を囲うように有効径部分３ａ〜９ａと一体的に成形されている。
そして、レンズユニット１が、撮像素子１００に所望の像を結像するための光は、鏡筒２に支持された全てのレンズ３〜９の有効径部分３ａ〜９ａを通過し、有効径外部分３ｂ〜９ｂは通過しないようになっている。

物体側から１番目のレンズ３の有効径外部分３ｂ（フランジ部）の像側の面は、断面直線状の平坦面になっているとともに、不要光を遮断するための墨塗りが施されており、これにより当該部分を通る不要光が遮断されている。
また、物体側から１番目のレンズ３には、外周面の結合側の端部に、結像側および径方向外側に開口する環状のＯリング用溝３ｃが形成されている。そして、このＯリング用溝３ｃにＯリング１２が装着されている。Ｏリング１２は、弾性変形して鏡筒２およびレンズ３に密着した状態となっており、このＯリング１２によって、鏡筒２とレンズ３との間がシールされ、レンズユニット１の物体側が気密状態とされている。

物体側から２番目のレンズ４の有効径外部分４ｂ（フランジ部）の結像側の面４ｃは、光軸に略直交している。また、物体側から３番目のレンズ５の有効径外部分５ｂ（フランジ部）の物体側の面５ｃは、光軸に略直交している。そして、面４ｃと面５ｃとは、互いに当接した状態となっている。

面４ｃには、図２に示すように、断面形状が三角形状（Ｖ字状）であって、円環状の環状溝４ｄが形成されている。また、環状溝４ｄは、結像側からから見たときに、有効径部分４ａを囲うように形成されている。また、環状溝４ｄは、結像側が開口した溝であり、物体側に向けて凹んで形成されている。
なお、環状溝４ｄは、円環状でなくてもよく、多角形状の環状であってもよい。

環状溝４ｄは、レンズ４の径方向外側に配置された傾斜面４ｅと、レンズ４の径方向内側に配置された傾斜面４ｆとを備える。傾斜面４ｅと傾斜面４ｆとは、面４ｃに対して傾斜した面であり、光軸（および光軸に直交する面）に対して約４５度の角度で傾斜している。そして、傾斜面４ｅと傾斜面４ｆとは、略直角に交わっており、傾斜面４ｅと傾斜面４ｆとによって、Ｖ字が形成されている。
また、面４ｃ、傾斜面４ｅおよび傾斜面４ｆには、シボ加工が施されている。

次に、迷光について図３を参照しながら説明する。なお、図３は、環状溝４ｄが無い場合の迷光の光路を示すものである。
ここで、迷光とは、正規の光路を通らずに撮像素子１００に届く光をいう。言い換えると、迷光とは、結像に寄与しない光のことをいう。そして、この迷光がゴーストの原因となる。

最も物体側のレンズ３の有効径部分３ａから入射する光であって、結像に寄与しない入射角の光Ｌを図３に示す。この光Ｌは、ゴーストの原因となる迷光Ｌである。レンズ３の有効径部分３ａにおける、迷光Ｌが入射している位置は、本来的に画角１８０度程度の光線が入射して結像する場所である。レンズ３から入射した迷光Ｌは、レンズ３により集光され、強い光となって各レンズの予定しない光路を通過して撮像素子１００に到達する。

環状溝４ｄが無い場合、迷光Ｌは、レンズ３の有効径部分３ａから入射し、レンズ４の有効径外部分４ｂを通過して、最終的に撮像素子１００に届く。このため、撮像素子１００で撮像される画像に、迷光Ｌが、映り込んでしまうこととなる。しかし、迷光Ｌは、撮像素子１００に所望の像を結像させるために必要な光ではなく、不要な光であるため、画像の中にゴーストとして現れる。

しかし、このレンズユニット１においては、迷光Ｌの光路上であって、レンズ４の有効径外部分４ｂの結像側の面４ｃに、くさび状の環状溝４ｄが形成されている。このため、環状溝４ｄによって、迷光Ｌの光路を変えることができる。すなわち、環状溝４ｄに向かってきた迷光Ｌなどを、環状溝４ｄの傾斜面４ｅまたは傾斜面４ｆで反射あるいは屈折させ、迷光Ｌの光路を変えることができる。具体的には、傾斜面４ｅに入射した迷光Ｌは屈折作用により光軸から遠ざかる方向に向きをかえ、傾斜面４ｆに入射した迷光Ｌは全反射することにより向きを大きく変えるため、迷光Ｌが絞り部材１１の開口部へ入射することを抑制できる。
このように絞り部材１１の開口部への迷光Ｌの入射を抑制することにより、撮像素子１００に届く迷光の量を減らし、ゴーストを抑制することができる。特に、環状溝４ｄの傾斜面４ｅおよび傾斜面４ｆで迷光Ｌを反射・屈折させることにより、物体側から結像側に向かう迷光Ｌの結像側に向かう力を弱めたり、あるいは、結像側から物体側に向かうように迷光Ｌを反射させたりすることができるので、これにより、ゴーストを効果的に抑制することができる。
なお、正規の光路を通らずに撮像素子１００に届く迷光は、図３に示す迷光Ｌの他にも存在する場合もあるが、特に強度の強い迷光あるいは撮像素子１００で撮像される画像に強い影響を与える迷光が通る箇所に、環状溝４ｄを設けることが望ましい。特に画角１５０度以上の光学系においては、特に強度の強い迷光が発生する傾向があるが、この迷光を環状溝４ｄで抑制できる

また、環状溝４ｄが形成されたレンズ４よりも結像側に、絞り部材１１（遮光板）が設けられているので、環状溝４ｄで反射あるいは屈折された迷光Ｌが、絞り部材１１（遮光板）に当たるように、迷光Ｌを反射あるいは屈折するようにすることで、撮像素子１００に届く迷光の量を減らし、ゴーストを強く抑制することができる。

また、傾斜面４ｅおよび傾斜面４ｆにはシボ加工が施されているので、このシボ加工部分により、傾斜面４ｅまたは傾斜面４ｆにおいて反射または屈折される迷光Ｌを拡散させることができる。したがって、この反射あるいは屈折された光が図３に示す迷光Ｌの光路とは別の経路を辿って撮像素子１００の所定位置に集中するのを防ぎ、ゴーストを抑制することができる。

また、環状溝４ｄは、断面三角形状であるため、環状溝４ｄに向かってきた迷光Ｌを所定の方向に集中して反射・屈折させて出射させることができる。例えば、環状溝４ｄが断面半円状等となっており、連続する曲面を有している場合、この環状溝４ｄから反射または屈折される光は、環状溝４ｄから満遍なく多方向に反射または屈折されることになるので、このうちの一部の光は図３に示す迷光Ｌのように撮像素子１００に届いてしまうおそれがある。本実施の形態においては、環状溝４ｄは、断面三角形状であるため、迷光Ｌを所定の方向に集中して反射または屈折させることができ、撮像素子１００に届く迷光の量を大幅に減らすことができるので、ゴーストを強く抑制することができる。
なお、環状溝４ｄの断面形状は、正確な三角形状である必要はなく、三角形の角部分が丸みを帯びたり、三角形の辺部分が緩い曲面で構成された略三角形状であってもよい
また、環状溝４ｄの断面形状は、三角形状ではなく、他の多角形状であってもよい。また、多角形状の場合も、正確な多角形状である必要はなく、多角形の角部分が丸みを帯びたり、多角形の辺部分が緩い曲面で構成された略多角形状であってもよい。このように、環状溝４ｄが、複数の辺を持つ断面形状となっていれば、所定の方向に光が集まるように、迷光Ｌを反射または屈折させることができる。

ここで、あるレンズとレンズとの間に迷光の光路を変化させる環状溝を配置したい場合には、結像側にあるレンズの物体側の面に環状溝を形成するよりも、物体側にあるレンズの結像側の面に環状溝を形成する方が望ましい。この理由は、以下の通りである。
一般に鏡筒内には気体（空気）が充満しているため、２つのレンズが隣接している部分において、実際にはレンズとレンズとの間に気体の層が形成されている。また、レンズと気体とでは、レンズの方が屈折率が高い。すなわち、鏡筒内の当該部分においては、相対的に屈折率の低い気体が、相対的に屈折率の高いレンズに挟まれていることとなる。また、光は、その性質から、屈折率の高い物質から屈折率の低い物質に向かう場合には、その境界で反射されやすい。逆に、光は、屈折率の低い物質から屈折率の高い物質に向かう場合には、屈折率の高い物質に引き込まれやすい。したがって、物体側にあるレンズの結像側の面に環状溝を形成することで、この環状溝で反射される迷光の割合を増やし、結像側に向かう迷光の量を減らすことができる。逆に、結像側にあるレンズの物体側の面に環状溝を形成しても、当該結像側にあるレンズには迷光が引き込まれやすいので、物体側にあるレンズの結像側の面に環状溝を形成した場合に比べると、ゴーストの原因となる迷光の量を減らす効果が低くなる。

本実施の形態においては、光軸方向において隣接するレンズ４とレンズ５とのうち、物体側にあるレンズ４の結像側の面４ｃに環状溝４ｄが形成されているので、レンズ５の物体側の面５ｃに環状溝が形成されている場合に比べ、ゴーストを強く抑制することができる。

また、レンズ４とレンズ５とは、樹脂レンズであるため、墨塗りをすることができない。このため、従来であれば、レンズ４とレンズ５との有効径外部分４ｂ，５ｂを通過する迷光Ｌによるゴーストを抑制することは難しい。しかし、本実施の形態においては、環状溝４ｄによって迷光Ｌによるゴーストを抑制しているので、従来であれば対応困難な迷光Ｌによるゴーストを抑制することができる。

なお、上述のような光路の迷光Ｌが生じるのは、レンズユニット１が水平画角１３０度以上の広角のレンズユニットのためである。すなわち、レンズユニット１が広角である場合、一番物体側のレンズ３は径が大きくなり、迷光が生じる可能性が高くなるので、この迷光に対する対策をする必要が生じる。このことからわかるように、本発明は広角のレンズユニットであるほど効果を発揮し、特に水平画角１３０度以上のレンズユニットにおいて有用である。また、水平画角１５０度以上のレンズユニットであると、さらに有用となる。

１ レンズユニット
２ 鏡筒
３，４，５，６，７，８，９ レンズ
３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂ 有効径外部分
４ｄ 環状溝
１００ 撮像素子
Ｌ 迷光

Claims (2)

1. 複数のレンズとこれら複数のレンズを支持する筒状の鏡筒とを備えるとともに、水平画角１５０度以上の広角のレンズユニットであって、
   前記複数のレンズは、レンズの光軸方向において互いに隣接する２つの樹脂レンズを含み、
   前記鏡筒内を通る迷光の光路上で、かつ前記２つの樹脂レンズのうちの物体側に位置する樹脂レンズの有効径外部分における結像側の面に、断面形状が略三角形状の環状溝が形成されていることを特徴とするレンズユニット。
2. 請求項１に記載のレンズユニットを備えるとともに、前記レンズユニットにより結像された画像を撮像する撮像素子を備えることを特徴とするカメラモジュール。

Images