JP2019066713A - レンズユニット、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置において、ケラレと有効像円の円周との間におけるにじみを緩和可能な構成とする。【解決手段】レンズユニットにおいて、入射面と出射面とを有し、前記入射面から入射する物体からの光線を前記出射面から出射し、撮像素子に結像可能なレンズ部と、前記物体から前記入射面に入射する光線のうち、前記撮像素子における有効像円内に結像する光線である有効光線を通過させるための開口部を有する光線制限部と、を備え、前記光線制限部は、前記レンズ部、または前記レンズ部と前記撮像素子との間に位置し、前記レンズ部の光軸に垂直な方向において、前記開口部の内周面と前記有効像円の円周を生成する前記有効光線との距離が、０．１ミリメートル以下になるように設けられる構成とする。【選択図】図３

Description

本発明の一態様は、カメラなどの撮像装置に採用されるレンズユニットなどに関する。

撮像装置において、被写体からの光を撮像素子に結像する光学系に、上記光を絞るための絞り膜を設けることがある。このような撮像装置は、例えば特許文献１などに開示されている。

特開２０１６−２１８２８５号公報

撮像装置では、光学系が被写体の像を良好に結合可能な領域である有効像円の位置に撮像素子を設けることにより、撮像素子において被写体の像が生成される。例えば、撮像素子が有効像円の内部に収まらない場合、撮像素子の４隅のような有効像円の外部において、光が十分に到達しないために暗く映ってしまうケラレが発生することがある。有効像円の外部はピントが合いにくい領域であるためケラレの輪郭がぼやけてしまい、ケラレと有効像円の円周との間においてにじみが発生する。このようなにじみは、画像に対する違和感を生じさせるので、にじみを緩和させるための技術が求められる。

本発明は、上記の課題などを解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
入射面（１ａ）と出射面（１ｂ）とを有し、前記入射面（１ａ）から入射する物体からの光線を前記出射面（１ｂ）から出射し、撮像素子（５）に結像可能なレンズ部（１）と、
前記物体から前記入射面（１ａ）に入射する光線のうち、前記撮像素子（５）における有効像円（７）内に結像する光線である有効光線を通過させるための開口部（２ａ）を有する光線制限部（２）と、を備え、
前記光線制限部（２）は、前記レンズ部（１）、または前記レンズ部（１）と前記撮像素子（５）との間に位置し、前記レンズ部（１）の光軸に垂直な方向において、前記開口部（２ａ）の内周面と前記有効像円（７）の円周を生成する前記有効光線（６）との距離（Ｄａ）が、０．１ミリメートル以下になるように設けられる、
レンズユニットである。

上記構成のレンズユニットによれば、開口部において有効光線を通過させるとともに、ケラレの輪郭をぼやけさせる光線、及び迷光などの有効光線以外の光線の通過を光線制限部によって制限することができるので、有効像円内において被写体の像を良好に結合させるとともに、ケラレと有効像円の円周との間において、にじみを緩和することができる。これにより、画像に対する違和感を軽減することができる。

上記レンズユニットにおいて、好ましくは、
前記光線制限部（２）は、前記距離（Ｄａ）が０ミリメートル以上０．１ミリメートル以下になるように設けられる。

上記構成のレンズユニットによれば、にじみを緩和するとともに、有効光線の通過を光線制限部が制限してしまうことを防ぐことができるので、画像に対する違和感を軽減しながら、明るい画像を提供することができる。

上記レンズユニットにおいて、好ましくは、
前記光線制限部（２）は、前記距離（Ｄａ）が０．０５ミリメートル以上０．１ミリメートル以下になるように設けられる。

上記構成のレンズユニットによれば、レンズ部の加工、ならびにレンズ部及び撮像素子の組み付けなどに対して許容誤差を確保することができるので、レンズユニットの製造を容易にすることができる。

上記レンズユニットにおいて、好ましくは、
前記レンズ部（１）は、６０度以上の画角を有する。

レンズ部が６０度以上の画角を有する場合、有効像円の外部において、ケース、鏡筒、またはレンズフードなどがにじみを伴ってケラレとして映り込む状況が発生しやすい。上記構成のレンズユニットによれば、このような有効像円の外部におけるにじみを減少させることができるので、６０度以上の画角を有するレンズ部を用いる場合においても、違和感が軽減された良好な画像を撮影することができる。

また、本発明の別の手段は、
上記のレンズユニット（１０）と、
撮像素子（５）と、を備える、
撮像装置である。

上記構成の撮像装置によれば、有効像円内において被写体の像を良好に結合させるとともに、ケラレと有効像円の円周との間において、にじみを緩和することができるので、違和感が軽減された良好な画像を撮影することができる。

図１は、本実施形態の撮像装置のフロント側から見た外観正面図である。 図２は、本実施形態の撮像装置の断面図である。 図３は、図２の断面図において、口径板の開口部の拡大図である。 図４は、本実施形態のレンズ部によって撮像素子に結像される像の一例を示す図である。 図５は、比較例の撮像装置において撮像素子に結像される像の一例を示す図である。 図６は、周辺光量の距離Ｄａに対する変化を示すグラフである。 図７は、本実施形態のレンズ部によって撮像素子に結像される像の一例を示す図である。

本発明の撮像装置は、レンズ部における撮像素子側の平坦部と撮像素子との間に配置された、開口部を有する光線制限部を備えた構成であって、光軸に垂直な方向において、上記開口部の内周面と有効光線との距離が、０．１ミリメートル以下になるように設けられる構成としている点を特徴のひとつとする。

なお、本明細書では、レンズの中心位置であって、撮像素子に入射する光の中心位置を「光軸」と称する。「被写体」は、レンズに対して撮像素子とは反対側に位置する撮像対象である。撮像素子に対して被写体が位置する方向を「フロント側」または「光軸方向前方」と称し、被写体に対して撮像素子が位置する方向を「リア側」または「光軸方向後方」と称する。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の撮像装置のフロント側から見た外観正面図である。図２は、本実施形態の撮像装置の断面図である。図２には、図１の切断線ＩＩ−ＩＩにおける断面図が示される。図３は、図２の断面図において、口径板２の開口部の拡大図である。

主に図１〜図３に示されるように、本実施形態の撮像装置１１は、レンズユニット１０、ケース３、鏡筒４、及び撮像素子５を含んで構成される。レンズユニット１０は、レンズ部１、及び口径板２を含む。

＜ケース３＞
ケース３は、撮像装置の筐体（ケース）を形成する部材であって、樹脂または金属などで形成される。ケース３は、光軸方向前方に、光軸を中心とする略円形の開口部を有する。また、ケース３は、光軸方向後方は略矩形状の開口部を有するとともに、光軸を覆うように、略矩形状の側面を有している。ケース３には、光軸方向前方の開口部と、光軸方向後方の開口部と、側面とで定まる内部空間が形成される。ケース３の内部空間には、レンズ部１、口径板２、鏡筒４、及び撮像素子５が収容される。ケース３は、鏡筒４を保持するとともに、保持具（図示しない）を介して撮像素子５を保持する。

＜レンズ部１＞
レンズ部１は、本実施の形態では、１６０度以上の画角を有する超広角レンズであり、ガラスまたはプラスチックなどで形成される。レンズ部１は、この例では、６個のレンズと、絞りとを含む。レンズ部１に含まれる複数のレンズを総称して、「レンズ群」と呼ぶことがある。ここでは、６個のレンズを、光軸方向前方から光軸方向後方に配列された順に、第１レンズ〜第６レンズとそれぞれ称する。各レンズは、１個または２個以上のレンズを含むことがある。

レンズ部１は、光軸方向前方側の入射面１ａ、及び光軸方向後方側の出射面１ｂを有する。詳細には、本実施の形態では、レンズ部１において最も光軸方向前方側に位置するレンズは、光軸方向前方側に突出した凸状の入射面１ａを有する凸レンズを含む。また、レンズ部１において最も光軸方向後方側に位置するレンズは、光軸方向後方側に突出した凸状の出射面１ｂと、出射面１ｂの外縁に接続する、円環形状の円環部１ｃと、を有する凸レンズを含む。また、入射面１ａと出射面１ｂとの間における絞り位置１ｄにおいて、絞りが設けられる。絞りは、例えば開口径を調整可能である。本実施形態では、絞りは、第４レンズと第５レンズとの間に設けられる。

レンズ部１は、入射面１ａから入射する物体からの光線を出射面１ｂから出射し、撮像素子５に結像可能である。詳細には、レンズ部１は、撮影対象の物体すなわち被写体からの光線の集まりである光線束を入射面１ａにおいて受け、受けた光線束を出射面１ｂから出射して集光する。また、レンズ部１は、例えば、光軸に沿って光軸方向前方または光軸方向後方に移動することが可能である。レンズ部１は、被写体からの光線束が撮像素子５に集光する位置に移動することで、レンズ部１のレンズ構成に基づく倍率の被写体の像を撮像素子５に投影する。

＜鏡筒４＞
鏡筒４は、レンズ部１を収容するための孔部４ａを有する略円筒形の部材であり、本実施の形態では、ケース３と一体的に形成される。なお、鏡筒４は、ケース３と別個に形成されてもよい。鏡筒４は、レンズ部１及び口径板２を保持する。詳細には、孔部４ａには、レンズ部１における各レンズをそれぞれ保持するための複数の段差が形成される。各段差は、光軸を中心とする円環形状を有する。ここで、各段差のうち、最も光軸方向後方側に位置する段差、すなわち、レンズ部１における円環部１ｃと対向する段差を、段差４ｂと称する。

＜撮像素子５＞
図４は、本実施形態のレンズ部によって撮像素子に結像される像の一例を示す図である。撮像素子５は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサであり、撮像領域５ａを有する。撮像領域５ａには、レンズ部１から受ける光を電気信号に変換する複数の受光素子（図示しない）が設けられる。つまり、撮像素子５は、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子である。有効像円７は、本実施形態では、レンズ部１のレンズ構成によって定まるイメージサークルである。有効像円７の内部では、物体からの光線束に基づく像を明瞭に結像することが可能である。一方、有効像円７の外部は、物体からの光線束に基づく像を明瞭に結像することが困難な領域である。また、有効像円７の外部では、例えば、鏡筒４またはケース３によって物体からの光線束が遮られることによってケラレ８が生成される。

＜比較例＞
図５は、比較例の撮像装置において撮像素子に結像される像の一例を示す図である。比較例の撮像装置は、本実施形態の撮像装置と比較して、口径板２が設けられていない。比較例の撮像装置における撮像素子では、図５に示すように、ケラレ８と有効像円７の円周との間において、不鮮明なにじみ７ａが発生している。このような解像ぼけによる画像の違和感、および迷光の増大を抑制する技術が望まれる。

＜口径板２＞
図１〜図３に示されるように、口径板２は、開口部２ａを有する円筒形状の部材であり、樹脂または金属などで形成される。口径板２は、光軸に対して開口部２ａより外側の光を遮蔽する機能を有する。なお、本実施形態の口径板２は、本発明でいう光線制限部の一具体例である。開口部２ａは、略円筒形の孔であり、開口部２ａの軸が口径板２の軸に沿うように設けられる。口径板２は、本実施形態では、レンズ部１に設けられる。詳細には、口径板２は、レンズ部１の絞り位置１ｄにおける絞り（図示しない）と撮像素子５との間に設けられる。具体的には、口径板２は、開口部２ａの軸が光軸に沿うように、レンズ部１における円環部１ｃと鏡筒４における段差４ｂとの間において挟持される。開口部２ａは、レンズ部１における入射面１ａに入射する光線のうち、撮像素子５における有効像円７内に結像する光線である有効光線を通過させる。

主に、図２〜図４に示されるように、口径板２は、光軸に垂直な方向において、開口部２ａの内周面と有効像円７の円周を生成する有効光線である側端有効光線６との距離Ｄａが、０．１ミリメートル以下になるように設けられる。詳細には、口径板２は、光軸に垂直な方向において、開口部２ａの内周面と側端有効光線６において光軸から最も離れた部分である有効光線外縁部６ａとの距離Ｄａが、０．１ミリメートル以下になるように設けられる。

図４に示す像は、距離Ｄａが０．１ミリメートルの場合における像である。このように、本実施形態の撮像装置では、距離Ｄａが０．１ミリメートル以下になるように口径板２を設ける構成としている。この構成により、開口部２ａにおいて有効光線を通過させるとともに、ケラレ８の輪郭をぼやけさせる光線、及び迷光などの有効光線以外の光線の通過を口径板２によって遮蔽することができるので、有効像円７内において被写体の像を良好に結合させるとともに、ケラレ８と有効像円７の円周との間において、にじみを緩和することができる。これにより、画像に対する違和感を軽減することができる。具体的には、図５に示す像を生成する従来構成と比較して、図４に示す像では、ケラレ８と有効像円７の円周との間において、にじみ７ａを緩和することができるので、解像ぼけによる画像の違和感、および迷光の増大を抑制することができる。

図６は、周辺光量の距離Ｄａに対する変化を示すグラフである。ここで、周辺光量は、入射面１ａに入射する光線束のうちの有効像円７の内部に照射される光線束の光量の積算値である。図６に示すグラフにおいて、横軸は距離Ｄａであり、縦軸は周辺光量となっている。好ましくは、口径板２は、距離Ｄａが０ミリメートル以上０．１ミリメートル以下になるように設けられる。

このように、本実施形態の撮像装置では、距離Ｄａが０ミリメートル以上かつ０．１ミリメートル以下になるように口径板２が設けられるため、にじみを緩和するとともに、有効光線の通過を口径板２が遮蔽してしまうことを防ぐことができるので、画像に対する違和感を軽減しながら、明るい画像を提供することができる。

図７は、本実施形態のレンズ部によって撮像素子に結像される像の一例を示す図である。図７に示す像は、距離Ｄａが０．０５ミリメートルの場合における像である。より好ましくは、口径板２は、距離Ｄａが０．０５ミリメートル以上かつ０．１ミリメートル以下になるように設けられる。このように、本実施形態の撮像装置では、距離Ｄａが０．５ミリメートル以上かつ０．１ミリメートル以下になるように口径板２が設けられるため、レンズ部１の加工精度、ならびにレンズ部１、ケース３、鏡筒４及び撮像素子５の組み付けなどに対して許容誤差を確保することができるので、撮像装置１１の製造を容易にすることができる。

また、本実施形態の撮像装置では、レンズ部１が６０度以上の画角を有するため、有効像円７の外部において、ケース３もしくは鏡筒４、またはレンズフード（図示しない）などがにじみを伴ってケラレとして映り込む状況が発生しやすいが、このような有効像円７の外部におけるにじみを減少させることができるので、６０度以上の画角を有するレンズ部１を用いる場合においても、違和感が軽減された良好な画像を撮影することができる。

なお、レンズ部１の画角が９０度以上の広角である場合には、ケラレおよびにじみが発生することが多いため、本実施形態のような口径板２を採用した構成が特に有用である。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

本実施形態の撮像装置では、光を遮蔽する機能を有する口径板２について説明したが、口径板２は、光の透過を制限する機能を有する構成であればよく、例えば、数％程度の光の透過率を有してもよい。

また、本実施形態の撮像装置では、口径板２がレンズ部１に位置する構成について説明したが、口径板２が、レンズ部１と撮像素子５との間に位置する構成としてもよい。

また、本実施形態の撮像装置では、レンズ部１のレンズ構成によって定まるイメージサークルを有効像円７として説明したが、有効像円７は、例えば、レンズフードなどが映り込みことによって生ずる機械的な口径食が発生した場合における、当該口径食の抑制された円形の領域としてもよい。

また、本実施形態の撮像装置では、超広角レンズとして機能するレンズ部１について説明したが、レンズ部１は、６０度以上の画角を有する広角レンズであってもよいし、画角が６０度より小さい標準レンズなどの任意のレンズであってもよく、撮像素子５が有効像円７の内部に収まらない場合に、口径板２は、にじみによる画像の違和感を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の撮像装置では、口径板２が鏡筒４によって保持される構成について説明したが、口径板２がケース３によって保持される構成としてもよい。

本発明は、車載用の撮像装置などとして好適に利用される。

１…レンズ部
１ａ…入射面
１ｂ…出射面
１ｃ…円環部
１ｄ…絞り位置
２…口径板
２ａ…開口部
３…ケース
４…鏡筒
４ａ…孔部
４ｂ…段差
５…撮像素子
５ａ…撮像領域
６…側端有効光線
６ａ…有効光線外縁部
７…有効像円
７ａ…にじみ
８…ケラレ
１０…レンズユニット
１１…撮像装置

Claims (5)

1. 入射面と出射面とを有し、前記入射面から入射する物体からの光線を前記出射面から出射し、撮像素子に結像可能なレンズ部と、
   前記物体から前記入射面に入射する光線のうち、前記撮像素子における有効像円内に結像する光線である有効光線を通過させるための開口部を有する光線制限部と、を備え、
   前記光線制限部は、前記レンズ部、または前記レンズ部と前記撮像素子との間に位置し、前記レンズ部の光軸に垂直な方向において、前記開口部の内周面と前記有効像円の円周を生成する前記有効光線との距離が、０．１ミリメートル以下になるように設けられる、
   レンズユニット。
2. 前記光線制限部は、前記距離が０ミリメートル以上０．１ミリメートル以下になるように設けられる、
   請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記光線制限部は、前記距離が０．０５ミリメートル以上０．１ミリメートル以下になるように設けられる、
   請求項２に記載のレンズユニット。
4. 前記レンズ部は、６０度以上の画角を有する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレンズユニット。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレンズユニットと、
   撮像素子と、を備える、
   撮像装置。