JP2019060956A - レンズ、レンズユニットおよびカメラモジュール、並びに、レンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射率を低く抑えたモスアイ構造を有するレンズ、レンズユニットおよびカメラモジュール、並びに、レンズの製造方法を提供する。【解決手段】本発明のレンズ１３は、好ましくは鏡筒１２の物体側の端部に設けられる。このレンズ１３の物体側を向くその表面１３ａには、反射防止膜４０をモスアイ加工して成るモスアイ構造３０が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、特に自動車等の車両に搭載される車載カメラに設けられるレンズ、レンズユニットおよびカメラモジュール、並びに、レンズの製造方法に関する。

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等のカメラモジュールは、一般的に、複数のレンズが光軸に沿って並べられた複数のレンズからなるレンズ群と、このレンズ群が収容される鏡筒と、レンズ群の少なくとも一個所のレンズ間に配置される絞り部材とを有するレンズユニットを備えている。

従来のレンズユニットの一例として、特許文献１に記載のものが知られている。このレンズユニットにおいては、４枚のレンズが、鏡筒に光軸方向をそれぞれ揃えて一列に並べられた状態に保持されている。

このようなレンズユニットを構成するレンズでは、一般に、その透過率を高めるために反射を防止することが試みられるが、そのような反射防止手段として、従来から、反射防止膜や、反射防止構造としてのモスアイ構造などが知られている。特にモスアイ構造は、その構造形態のみによって反射防止作用のみならず、撥水作用も有するため、鏡筒から露出するレンズ面、すなわち、最も物体側に位置する物体側レンズの表面（外面）に設けると有益である。

特開２０１３−２３１９９３号公報

ところで、前述した反射防止構造としてのモスアイ構造は、一般に、図７に示すようにレンズ１００の表面をモスアイ加工することによって形成される。具体的には、レンズ表面をエッチング加工することによって、または、レンズ表面に樹脂ピラーを形成することによってモスアイ構造（図７では凹凸のモスアイ構造１０２）がレンズ１００の表面上に具現化される。そのため、そのようなモスアイ構造は、一般に、反射防止膜（ＡＲコーティング）と比べて反射率が大きい。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、反射率を低く抑えたモスアイ構造を有するレンズ、レンズユニットおよびカメラモジュール、並びに、レンズの製造方法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、本発明は、鏡筒の物体側の端部に設けられるレンズであって、物体側を向くその表面に、反射防止膜をモスアイ加工して成るモスアイ構造が形成されていることを特徴とする。

本発明においては、モスアイ構造が、レンズの表面を直接にモスアイ加工することによって形成されるのではなく、レンズ表面に設けられる反射防止膜をモスアイ加工（モスアイ（Moth Eey）形状を模した形態となるように加工）することによって形成される。言い換えると、反射防止作用を本質的に伴わないガラスをモスアイ加工して構造的にのみ反射防止機能をもたせるのではなく、反射防止作用を伴う反射防止膜を更にモスアイ加工することにより、反射防止膜が本来備える反射防止作用に加えて、更に構造的にも反射防止機能をもたせている。そのため、本発明の上記構成のモスアイ構造は、レンズの表面を直接にモスアイ加工して成る従来のモスアイ構造と比べて、反射防止特性に優れ、反射率を低く抑えることができる。

また、本発明の上記構成においては、好ましくは、レンズがガラスレンズであり、また、モスアイ構造が反射防止膜の膜材により形成される複数のピラーの配列からなる。この場合、モスアイ構造の表面に撥水層が形成されてもよく、そのようにすると、モスアイ構造が有する撥水効果を更に促進することができる。また、モスアイ構造は、レンズの表面に加えて、レンズの裏面にも設けられてもよい。

また、本発明は、複数のレンズが当該レンズの光軸に沿って並べられたレンズ群と、このレンズ群が収納される鏡筒とを備えるレンズユニットであって、
鏡筒の物体側の開口部に前記レンズが設けられていることを特徴とする。

本発明においては、上記構成のモスアイ構造を有するレンズが設けられているため、前述したように、レンズの表面を直接にモスアイ加工して成る従来のモスアイ構造よりも反射率を低く抑えることができる。

また、本発明に係るカメラモジュールは、前記レンズユニットを備えていることを特徴とする。
このような構成によれば、前述のレンズユニットの作用効果をカメラモジュールで得ることができる。

なお、本発明においては、上記構成のモスアイ構造を有するレンズの製造方法も提供される。

本発明によれば、レンズ表面に設けられる反射防止膜をモスアイ加工することによってモスアイ構造が形成されるため、そのようなモスアイ構造は、レンズの表面を直接にモスアイ加工して成る従来のモスアイ構造よりも反射率を低く抑えることができる。

本発明の一実施の形態に係るレンズユニットの概略断面図である。 モスアイ構造を有するレンズを製造するための製造工程を示すフローチャートである。 図２の製造工程を図式的に示す概略断面図である。 （ａ）は図３の製造工程によって形成されるモスアイ構造の第１の形成例を示す概略断面図、（ｂ）はモスアイ構造の第２の形成例を示す概略断面図である。 モスアイ構造の変形例を示す概略断面図である。 図１のレンズユニットを有するカメラモジュールの概略断面図である。 従来のモスアイ構造の一例を示す概略断面図である。

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。
なお、本実施の形態のレンズを含むレンズユニットは、特に車載カメラ等のカメラモジュール用のものであり、例えば、自動車の外表面側に固定して設置され、配線は自動車内に引き込まれてディスプレイやその他の装置に接続される。また、図１および図３〜図７においてはレンズのハッチングを省略している。

図１は、本発明の一実施の形態に係るレンズユニットを示している。図１に示すように、本実施の形態のレンズユニット１１は、円筒状の鏡筒１２と、鏡筒１２内に配置される複数（例えば、５つ）のレンズ１３，１４，１５，１６，１７と、２つの絞り部材２２ａ，２２ｂとを備えている。このレンズユニット１１を備える車載カメラは、レンズユニット１１と、図示しないイメージセンサを有する基板と、当該基板を自動車等の車両に設置する図示しない設置部材とを備えるものである。

鏡筒１２に固定されて支持されている複数のレンズ１３，１４，１５，１６，１７は、それぞれの光軸を一致させた状態に配置されており、１つの光軸Ｏに沿って各レンズ１３，１４，１５，１６，１７が並べられた状態となって、撮像に用いられる１群のレンズ群を構成している。なお、本実施の形態では、鏡筒１２の物体側の端部に設けられるレンズ１３がガラスレンズであり、それ以外の内側のレンズ１４，１５，１６，１７が樹脂製のレンズであるが、これに限らない。

２つの絞り部材２２ａ，２２ｂのうちの物体側から１番目の絞り部材２２ａは、物体側から２番目のレンズ１４と３番目のレンズ１５との間に配置されている。物体側から２番目の絞り部材２２ｂは、物体側から３番目のレンズ１５と４番目のレンズ１６との間に配置されている。絞り部材２２ａ，２２ｂは透過光量を制限し、明るさの指標となるＦ値を決定する「開口絞り」またはゴーストの原因となる光線や収差の原因となる光線を遮光する「遮光絞り」である。

鏡筒１２の物体側の端部（図１において上端部）には、当該端部を内径側にカシメてなるカシメ部２３が設けられており、このカシメ部２３によってガラスレンズ１３が鏡筒１２の物体側の端部（開口部）に固定されている。

また、鏡筒１２の像面（結像）側の端部（図１において下端部）には、レンズ１７よりも径の小さい開口部を有するフランジ部２４が設けられている。このフランジ部２４とカシメ部２３とにより、鏡筒１２内にレンズ群を構成する複数のレンズ１３、１４、１５、１６，１７と絞り部材２２ａ，２２ｂとが保持されている。なお、ガラスレンズ１３の固定は、カシメ部２３に限ることなく、鏡筒１２にレンズ１３，１４，１５，１６，１７を収納した後に鏡筒１２の物体側の端部に取り付けられる固定部によって行なわれてもよい。

最も物体側に位置するガラスレンズ１３の外周面には、該レンズ１３の像面側部分に径が小さくなった縮径部が設けられ、当該縮径部にシール部材としてのＯリング２６が設けられ、レンズ１３の外周面と鏡筒１２の内周面との間を、鏡筒１２の物体側端部で封止した状態となっている。これにより、レンズユニット１１の物体側の端部から鏡筒１２内に水や塵埃等の微粒子が浸入するのを防止している。なお、鏡筒１２の内部には物体側において円筒状の内壁１２ｂが設けられ、この内壁１２ｂと外壁１２ａとの間に環状体２７が設けられ、この環状体２７にＯリング２６が密接している。なお、本実施の形態のレンズ１３は、断面視において、表面が物体側に向けて凸状をなすとともに、裏面がレンズ内側に向けて凹むように形成されている。

鏡筒１２は、その内径が物体側から像面側に向かって段階的に小さくなっている。これに対応して、レンズ１３，１４，１５，１６，１７は、物体側から像面側に向かうにつれて、外径が小さくなっている。基本的に、レンズ１３，１４，１５，１６，１７それぞれの外径と、鏡筒１２の各レンズ１３，１４，１５，１６，１７が支持される部分それぞれの内径とは略等しくなっている。なお、鏡筒１２の外周面には、鏡筒１２を車載カメラに設置する際に用いられるフランジ部２５が鍔状に設けられている。

また、本実施の形態において、鏡筒の物体側の端部に設けられる前述したガラスレンズ１３には、物体側を向くその表面１３ａに、反射防止膜をモスアイ加工して成るモスアイ構造３０が形成される。なお、図１では、図示を容易にするために、モスアイ構造３０がレンズ表面１３ａ上の全体にわたってハッチングして描かれているが、実際には、モスアイ構造３０は、図４に示すように、モスアイ形状（モスアイ（Moth Eey）形状を模した形態）を成している。具体的には、モスアイ構造３０は、反射防止膜の膜材により形成される複数のピラー３２の配列からなる。この場合、それぞれのピラー３２は、例えば頂端が丸みを帯びた略円錐形状を成しており、全体としてモスアイ（Moth Eey）形状を模した形態を成すようにレンズ表面１３ａの全体にわたって配列される。なお、本実施の形態においては、反射防止膜として、例えば多層膜構造が採用される。そのような多層膜構造は、レンズ面（例えばガラス）と直接に接触する最下層をＡｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、又は、ＳｉＯ_２のうちのいずれか１つとし、その上に、ＳｉＯ_２層とＴａ_２Ｏ_５層とが対を成す組を１組〜最大で１０組上下に積み重ねて成ることが好ましく、与えられた仕様（すなわち、どの波長範囲でどの程度の反射率以下にするか）に基づいて決定される。

このようなモスアイ構造３０は、例えば図２および図３に示すように製造される。なお、ここで、図２は、製造工程の概略的なフローチャートであり、また、図３は、製造過程を単に概念的に示したものにすぎず、したがって、モスアイ形状パターンは概略的である（前述したように、モスアイ形状を形成するピラー３２は例えば図４に示すように略円錐形を成していてもよいが、図３では、矩形の凹凸断面により概念的に描かれている）。

このような製造工程では、まず最初に、図３（ａ）に示すように、レンズ１３の表面１３ａに反射防止膜４０を形成する反射防止膜形成工程Ｓ１（図２参照）が行なわれる。次に、図３（ｂ）に示すように、反射防止膜４０上にレジスト膜４２を形成するレジスト膜形成工程Ｓ２（図２参照）が行なわれる。本実施の形態では、レジスト膜４２として例えば紫外線硬化性樹脂が用いられる。その後、図３（ｃ）に示すように、レジスト膜４２にモスアイ形状のパターンを形成するモスアイ形状パターン形成工程Ｓ３（図２参照）が行なわれる。すなわち、レジスト膜４２として紫外線硬化性樹脂を用いる本実施の形態では、例えば、表面にモスアイ形状パターンが形成されたモールド（スタンプ）４４をレジスト膜４２に押し付けて圧縮成形し、この圧縮成形と同時に又は圧縮成形した後に紫外光ＵＶを照射して、モールド４４のモスアイ形状パターンをレジスト膜４２に転写する。このようにしてレジスト膜４２にモスアイ形状パターンが形成されたら、続いて、図３（ｄ）に示すように、このレジスト膜４２をマスクとして反射防止膜４０をモスアイ形状にエッチングするエッチング工程Ｓ４（図２参照）が行なわれる。その後、このようにしてモスアイ形状に形成された反射防止膜４０の表面に残存するレジスト膜４２を除去するレジスト膜除去工程Ｓ５（図２参照）が行われることにより、図３（ｅ）に示すように、反射防止膜４０をモスアイ加工して成るモスアイ構造３０、すなわち、反射防止膜４０の膜材により形成される複数のピラー３２の配列が形成される。

このようにして形成されるモスアイ構造３０は、前述したように、頂端が丸みを帯びた略円錐形状を成していてもよく、その場合、図４（ａ）に示すようにピラー３２が下層のガラスレンズ１３を露出させるように互いに離間されてもよく、あるいは、図４（ｂ）に示すように、ピラー３２間が反射防止膜４０で繋がれてこの反射防止膜４０により下層のガラスレンズ１３が覆われても構わないが、図４（ａ）に示すような形態を成すことが好ましい。これは、図４（ｂ）の場合には、反射防止膜が残存している４０の部分において、設計とは異なる膜厚になっており、反射防止膜としての機能を果たし難いからである。したがって、図４（ｂ）の場合の反射防止膜（図中の４０の部分）の厚さは、ピラー３２の高さの１０％以下であることが好ましい。このようなピラー３２は、例えば可視光波長の１／４の高さ、具体的には例えば１００〜２００ｎｍの高さを有してもよい。

また、このようなモスアイ構造３０の撥水作用を更に促進させるために、図５に示すように、モスアイ構造３０の表面に撥水層３５が形成されてもよい。

図６は、本実施の形態のカメラモジュール３００の概略断面図である。図６に示すように、カメラモジュール３００は、フィルタ１００が装着されたレンズユニット１１を含んで構成されている。
カメラモジュール３００は、外装部品である上ケース（カメラケース）３０１と、レンズユニット１１を保持するマウント（フランジ、台座）３０２とを備えている。また、カメラモジュール３００は、シール部材３０３およびパッケージセンサ（撮像素子）３０４を備えている。

上ケース３０１は、レンズユニット１１の物体側の端部を露出させるとともに他の部分を覆う部材である。マウント３０２は、上ケース３０１の内部に配置されており、レンズユニット１１の雄ねじ１１ａと螺合する雌ねじ３０２ａを有する。シール部材３０３は、上ケース３０１の内面とレンズユニット１１の鏡筒１２の外周面１２ａとの間に介挿された部材であり、上ケース３０１の内部の気密性を保持するための部材である。

パッケージセンサ３０４は、マウント３０２の内部に配置されており、かつ、レンズユニット１１により形成された物体の像を受光する位置に配置されている。また、パッケージセンサ３０４は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を備えており、レンズユニット１１を通じて集光して到達した光を電気信号に変換する。変換された電気信号はカメラにより撮影された画像データの構成要素であるアナログデータやデジタルデータに変換される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、モスアイ構造が、レンズの表面を直接にモスアイ加工することによって形成されるのではなく、レンズ表面に設けられる反射防止膜をモスアイ加工（モスアイ（Moth Eey）形状を模した形態となるように加工）することによって形成される。言い換えると、反射防止作用を本質的に伴わないガラスをモスアイ加工して構造的にのみ反射防止機能をもたせるのではなく、反射防止作用を伴う反射防止膜を更にモスアイ加工することにより、反射防止膜が本来備える反射防止作用に加えて、更に構造的にも反射防止機能をもたせている。そのため、本発明の上記構成のモスアイ構造は、レンズの表面を直接にモスアイ加工して成る従来のモスアイ構造と比べて、反射防止特性に優れ、反射率を低く抑えることができる。

なお、本発明において、レンズ、筐体、モスアイ構造などの形状は、前述した実施の形態に限定されない。また、反射防止膜の材料、レンズの材料なども任意に設定できる。さらに、モスアイ構造は、レンズユニット中の任意のレンズに設けられてもよく、また、レンズの表面のみならず裏面に設けられてもよい。

１１ レンズユニット
１２ 鏡筒
１３，１４，１５，１６，１７ レンズ
１３ａ 表面
３０ モスアイ構造
３５ 撥水層
４０ 反射防止膜
３００ カメラモジュール

Claims (7)

1. 鏡筒の物体側の端部に設けられるレンズであって、物体側を向く表面に、反射防止膜をモスアイ加工して成るモスアイ構造が形成されていることを特徴とするレンズ。
2. 前記モスアイ構造は、前記反射防止膜の膜材により形成される複数のピラーの配列からなることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
3. 前記モスアイ構造の表面に撥水層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンズ。
4. 前記レンズがガラスレンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズ。
5. 複数のレンズが当該レンズの光軸に沿って並べられたレンズ群と、このレンズ群が収納される鏡筒とを備えるレンズユニットであって、
   前記鏡筒の物体側の開口部に請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズが設けられていることを特徴とするレンズユニット。
6. 請求項５に記載のレンズユニットを備えていることを特徴とするカメラモジュール。
7. モスアイ構造を有するレンズの製造方法であって、
   レンズの表面に反射防止膜を形成する工程と、
   前記反射防止膜上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜にモスアイ形状のパターンを形成する工程と、
   前記レジスト膜をマスクとして前記反射防止膜をモスアイ形状にエッチングする工程と、
   前記レジスト膜を除去する工程と、
   を含むことを特徴とするレンズの製造方法。

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