JP2019105791A - レンズユニットおよびカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製レンズの変形に伴う光学特性の劣化を抑制できるレンズユニットを提供する。【解決手段】このレンズユニット１００は、金属製の鏡筒１０と、鏡筒１０の内周側に、鏡筒１０の軸方向に沿って並べて配置される複数のレンズ２１，２２，２３と、軸方向に隣り合うレンズの間に配置される環状の中間環３１とを備える。中間環３１は、金属製であり、像側または物体側に向かって形成された凸部３１ａを備える。レンズ２１は、樹脂製であり、凸部３１ａと嵌合する凹部２１ｃを備える。レンズ２１の外周面と鏡筒１０の内周面との隙間が、中間環３１の外周面と鏡筒１０の内周面との隙間より大きく設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、レンズユニットおよびカメラモジュールに関する。

近年、車外の風景または車室内の様子を撮像するためのカメラが、自動車に搭載されている。自動車に搭載されるカメラ（以下、車載カメラという）は、高温または低温の環境に晒される。そこで、温度特性を補償するために、車載カメラでは、金属製鏡筒とガラス製レンズとが多く採用されている。
一方、スマートフォン等の端末が備えるカメラでは、高性能かつ低コストのカメラを実現するために開発された樹脂製レンズが多く採用されている。

従来のレンズユニットの一例として、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１に開示されたレンズユニットでは、５枚のガラス製レンズが、それぞれの光軸を一致させて、光軸に沿って並べられた状態で、金属製鏡筒の内周側に配置されている。

特開２０１６−１８４０８２

上記のとおり、特許文献１に開示されたレンズユニットは、金属製鏡筒とガラス製レンズとが採用されたものである。ここで、図３に示す参考断面図を用いて、レンズユニットに、アルミニウム製鏡筒と樹脂製レンズとが採用された場合における課題を説明する。

鏡筒５０は、アルミニウム製の円筒状部材である。レンズ５１，５２，５３は、円形状の樹脂製レンズである。レンズ５１の外径は、鏡筒５０の内径より僅かに小さく形成されている。レンズ５１の外周面と鏡筒５０の内周面との間には、常温で約０．０１ｍｍの隙間が全周にわたって設けられている。レンズ５１の径方向に対する位置は、鏡筒５０の内周面によって決まるようになっている。すなわち、レンズ５１の光軸の位置は、鏡筒５０の内周面によって決まるようになっている。中間環５４は、アルミニウム製の環状部材である。中間環５４の外径は、鏡筒５０の内径と同一、または鏡筒５０の内径より僅かに小さく形成されている。中間環５４の外周面と鏡筒５０の内周面との間には、例えば２０度の常温で約０〜０．０１ｍｍの隙間が全周にわたって設けられている。

中間環５４は、アルミニウム製であるため、鏡筒５０との線膨張率の差はない。一方、レンズ５１は、樹脂製であるため、鏡筒５０との線膨張率の差が大きい。ここで、図４に示すように、レンズ５１は、光学的機能を担うレンズ部５１ａとその外周に形成されたフランジ部５１ｂとを備えているものとする。高温時において、レンズ５１のフランジ部５１ｂは、径方向外側に向かって膨張し、径方向外側に向かう力を鏡筒５０に加えるとともに、その力の反力として、径方向内側に向かって働く力を鏡筒５０から受ける。フランジ部５１ｂが径方向内側に向かって働く力を鏡筒５０から受けた場合、レンズ５１は径方向内側に向かって歪む変形をする。このため、レンズ５１の光軸が、レンズ５２，５３の光軸に対してずれてしまい、レンズユニットの光学特性が劣化する。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂製レンズの変形に伴う光学特性の劣化を抑制できるレンズユニット、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、
金属製の鏡筒と、前記鏡筒の内周側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置される複数のレンズと、軸方向に隣り合う前記レンズの間に配置される環状の中間環とを備えるレンズユニットであって、
前記中間環は、金属製であり、像側または物体側に向かって形成された凸部を備え、
前記中間環の像側または物体側に隣接する前記レンズは、樹脂製であり、前記中間環の前記凸部と嵌合する凹部を備え、
樹脂製の前記レンズの外周面と前記鏡筒の内周面との隙間が、前記中間環の外周面と前記鏡筒の内周面との隙間より大きく設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、樹脂製レンズの凹部と金属製中間環の凸部とが嵌合するように形成され、かつ、樹脂製レンズの外周面と金属製鏡筒の内周面との隙間が、金属製中間環の外周面と金属製鏡筒の内周面との隙間より大きく設けられているため、高温時において、鏡筒との線膨張率差が大きい樹脂製レンズが膨張したとしても、樹脂製レンズが、径方向内側に向かう方向に働く力を受けて変形することがない。また、樹脂製レンズの光軸の位置が、鏡筒との線膨張率差が小さく、高温時の変形量が小さい金属製中間環によって決まるため、光軸ずれが抑制される。したがって、鏡筒の内側に配置される複数のレンズの同軸度が確保され、光学特性の劣化を抑制できる。

また、本発明の前記構成において、前記凸部における外周側の面と前記凹部における外周側の面とは、前記鏡筒の軸方向に対して傾斜し、互いに当接または近接する傾斜面となっていることが好ましい。

また、本発明の前記構成において、前記中間環の像側に樹脂製の前記レンズが隣接する場合、前記凸部の傾斜面および前記凹部の傾斜面は、物体側から像側に向かって外径が小さくなるように傾斜していることが好ましい。

また、本発明の前記構成において、前記中間環の物体側に樹脂製の前記レンズが隣接する場合、前記凸部の傾斜面および前記凹部の傾斜面は、物体側から像側に向かって外径が大きくなるように傾斜していることが好ましい。

このような構成によれば、中間環を鏡筒の内周側に挿入する際に、傾斜面がガイドの役割を担い、組付けの作業性が向上する。

また、本発明の前記構成において、前記中間環に隣接する樹脂製の前記レンズは、厚さが外径寸法の２５％以下となるように形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、厚さが外径寸法の２５％以下となるように形成された樹脂製のレンズが、径方向内側に向かって歪む変形をするのを防止することができる。

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と、前記レンズユニットで結像された画像を撮像する撮像素子と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、上述の本発明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、樹脂製レンズの変形に伴う光学特性の劣化を抑制できる。

本発明の実施の形態に係るレンズユニットを示す断面図である。 同、要部を示す断面図である。 同、嵌合部を示す拡大断面図である。 従来の構造における課題を説明するための参考断面図である。

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。
図１は、本実施の形態に係るレンズユニット１００の断面図である。図２は、レンズユニット１００の要部の断面図である。
図１に示すレンズユニット１００は、例えば、車載カメラに用いられる。この車載カメラは、例えば、バックミラーに内蔵され、車室内の様子を撮像する。

図１に示すように、レンズユニット１００は、鏡筒１０と、複数のレンズ２１，２２，２３，２４，２５と、中間環（スペーサ）３１，３２，３３と、光学フィルタ４０と、押え部材７０と、絞り部材８１，８２とを備えている。なお、図１および図２では、断面であることを示すハッチング（斜線部）を鏡筒１０にのみ施し、それ以外の部品についてはハッチングを省略している。
光学フィルタ４０は、レンズユニット１００における、複数のレンズ２１〜２５が像を結ぶ像側の端部に配置されている。以下、円筒状である鏡筒１０の軸方向を軸方向Ｚとする。また、軸方向Ｚにおける、レンズユニット１００の光学フィルタ４０側の端部を、像側という。また、軸方向Ｚにおける、レンズユニット１００の像側とは反対側の端部を、物体側という。レンズユニット１００は、物体側が撮像対象を向くように配置されている。また、図２に示すように、レンズユニット１００の像側には、撮像素子６０が配置されている。撮像素子６０は、レンズユニット１００で結像された画像を撮像するために、レンズユニット１００が取り付けられるカメラケースに配置されている。また、図１に示すように、押え部材７０は、鏡筒１０の内側に収容された部品を押さえるために、レンズユニット１００の物体側の端部に取り付けられている。押え部材７０は、金属製であり、例えば、アルミニウムで形成されている。

鏡筒１０は、金属製であり、例えば、アルミニウムで形成されている。レンズ２１〜２５、中間環３１〜３３、および絞り部材８１，８２は、鏡筒１０の内周側に挿入され、鏡筒１０の軸方向Ｚ（以下、軸方向Ｚという）に沿って並べて配置されている。
レンズ２１〜２５、中間環３１〜３３、および絞り部材８１，８２は、像側から物体側に向かって、レンズ２１、中間環３１、レンズ２２、レンズ２３、絞り部材８１、中間環３２、レンズ２４、絞り部材８２、中間環３３、レンズ２５の順で配置されている。レンズ２１〜２５は、それぞれの光軸を一致させて、光軸に沿って並べた状態で配置されている。
以下、図２を用いてレンズユニット１００の要部について説明する。中間環３１は、軸方向Ｚに隣り合うレンズ２１とレンズ２２との間に配置されている。鏡筒１０の像側の端部には、レンズ２１が当接する支持部１１が設けられている。支持部１１は、鏡筒１０の内側に、径方向内側に向かって突出するように形成されている。

レンズ２２，２３は、円形状の樹脂製レンズである。レンズ２２，２３の外径は、鏡筒１０の内径より小さく形成されている。
鏡筒１０の内周面であって、レンズ２２の外周側の側面（外周側面）と対向する位置には、軸方向Ｚに対する段差１２が形成されている。レンズ２２の外周側面の上半分（物体側の半分）と鏡筒１０の内周面との間には、直径方向において常温で約０．１ｍｍの隙間が全周にわたって設けられている。レンズ２２の外周側面の下半分（像側の半分）と鏡筒１０の内周面との間には、直径方向において常温で約０．０１ｍｍの隙間が全周にわたって設けられている。これにより、レンズ２２の径方向に対する位置は、鏡筒１０の内周面によって決まるようになっている。
ここで、鏡筒１０の内周面に段差１２を設けている理由について説明する。レンズを成型する際に、固定型と可動型の合わせ目であるパーティングラインには、必然的にバリが生成される。レンズ２３では、バリがフランジの下側（像側）に出るようにし、レンズ２２では、バリがフランジの上側（物体側）に出るようにしている。レンズ２２，２３は貼り合わせにより一体化された、貼り合わせレンズであるが、レンズ２２とレンズ２３とを貼り合わせた際に、バリが対向するようになっている。段差１２を設けることで、レンズ２２，２３のそれぞれに形成されたバリが約０．１ｍｍの隙間に収まるようになっている。また、レンズ２２，２３は貼り合わせレンズであるが、貼り合わせレンズにおいてこのようにバリが対向するようにしているのは、貼り合わせレンズの組立時に、両方のレンズを別々の治具で把持する必要があり、その際に把持部分にバリが存在しては、組み立ての精度を欠くこととなるためである。

レンズ２３の外周面と、鏡筒１０の内周面との間には、直径方向において常温で約０．１ｍｍの隙間が全周にわたって設けられている。このため、レンズ２３の径方向に対する位置は、鏡筒１０の内周面によっては決まらない。レンズ２２には、軸方向Ｚにおいて像側に向かって窪んだ形状である凹部２２ａが形成されている。また、レンズ２３には、軸方向Ｚにおいて像側に向かって突出した形状である凸部２３ａが形成されている。レンズ２３の凸部２３ａとレンズ２２の凹部２２ａとが嵌合することで、レンズ２３の径方向に対する位置が規制される。すなわち、レンズ２３の径方向に対する位置（レンズ２３の光軸の位置）は、レンズ２２の径方向に対する位置（レンズ２２の光軸の位置）によって決まることとなる。なお、上記では、凹部２２ａがレンズ２２に形成され、凸部２３ａがレンズ２３に形成されているものとしたが、凹部がレンズ２３に形成され、凸部がレンズ２２に形成されていてもよい。

中間環３１は、環状の部材である。また、中間環３１は、金属製であり、例えば、アルミニウムで形成されている。また、中間環３１は、鏡筒１０に中間嵌めされるように形成されている。具体的には、中間環３１の外径寸法は、鏡筒１０の内径より僅かに小さい寸法から鏡筒１０の内径より僅かに大きい寸法までの間の範囲で設定されている。中間環３１の外径寸法は、例えば、鏡筒１０の内径より０．００５ｍｍ小さい寸法から鏡筒１０の内径より０．００５ｍｍ大きい寸法までの間の範囲で設定されている。なお、このように中間環３１の外径寸法が、鏡筒１０の内径に対して０〜＋０．００５ｍｍと設定されている場合、中間環３１の鏡筒１０への挿入は、鏡筒１０を高温にした状態で、鏡筒１０の内側に挿入される。

レンズ２１は、円形状の樹脂製レンズであり、光学的機能を担うレンズ部２１ａとその外周に形成されたフランジ部２１ｂとを備えている。また、レンズ２１は、中間環３１の像側に隣接し、フランジ部２１ｂにおける像側の面が、鏡筒１０の支持部１１に当接するように配置されている。また、レンズ２１は、レンズ部２１ａがフランジ部２１ｂから像側に向けて湾曲した形状となっている。レンズ部２１ａにおける物体側の面は、凹曲面となっている。また、レンズ部２１ａにおける像側の面は、中心部が凹曲面となっていて、その周辺部が凸曲面となっている。レンズ２１の外径は、鏡筒１０の内径より小さく形成されており、レンズ２１の外周面と鏡筒１０の内周面との間には、直径方向において常温で約０．１ｍｍの隙間が全周にわたって設けられている。このため、レンズ２１の径方向に対する位置は、鏡筒１０の内周面によっては決まらない。

一方、中間環３１の外周面と鏡筒１０の内周面との隙間は、レンズ２１の外周面と鏡筒１０の内周面との隙間より小さい。このため、中間環３１の径方向に対する位置は、鏡筒１０の内周面によって決まる。そして、レンズ２１と中間環３１とは、後述する嵌合部により互いに嵌合するように形成されている。これにより、レンズ２１の径方向に対する位置（レンズ２１の光軸の位置）は、中間環３１の径方向に対する位置によって決まることとなる。

以下、レンズ２１と中間環３１との嵌合部について説明する。レンズ２１と中間環３１との嵌合部は、凹部２１ｃと凸部３１ａとにより形成されている。
凹部２１ｃは、フランジ部２１ｂの物体側の面に形成されている。また、凹部２１ｃは、軸方向Ｚにおいて像側に向かって窪んだ形状であり、フランジ部２１ｂの全周にわたって環状に形成されている。図２では、凹部２１ｃが、レンズ２１の内周側に形成されている例を示しているが、凹部２１ｃは、レンズ２１の外周側に形成されていてもよい。
凸部３１ａは、中間環３１の像側の面に形成されている。また、凸部３１ａは、軸方向Ｚにおいて像側に向かって突出した形状であり、中間環３１の全周にわたって環状に形成されている。図２では、凸部３１ａが、中間環３１の内周側に形成されている例を示しているが、凸部３１ａは、中間環３１の外周側に形成されていてもよい。
なお、凹部が中間環３１に形成され、凸部がレンズ２１に形成された場合には、中間環３１とレンズ２１の線膨張率の差によって、レンズ２１が中間環３１から力を受けてしまい、光学性能が劣化してしまうという問題がある。
図３は、嵌合部（図２におけるＸ）を示す拡大断面図である。凹部２１ｃの窪み量は、例えば、０．２ｍｍである。凸部３１ａにおける外周側の面は、軸方向Ｚに対して、テーパ状に傾斜した傾斜面３１ｂとなっている。傾斜面３１ｂは、物体側から像側に向かって外径が小さくなるように形成されている。傾斜面３１ｂは、例えば、鏡筒１０の軸方向Ｚ（光軸方向）に対して約２０°傾斜している。凹部２１ｃにおける外周側の面は、傾斜面３１ｂと当接または近接する傾斜面２１ｄとなっている。傾斜面３１ｂと傾斜面２１ｄとの間には、０〜約０．０１ｍｍの隙間が形成されている。

凸部３１ａの先端面は、凹部２１ｃの底面に当接するように形成されている。レンズ２１は、軸方向Ｚにおいて、凸部３１ａの先端面と、鏡筒１０の支持部１１とにより挟み込まれている。また、凹部２１ｃの傾斜面２１ｄは、凸部３１ａの傾斜面３１ｂに当接または近接している。これにより、軸方向Ｚおよび径方向に対するレンズ２１の位置が規制される。なお、凸部３１ａの先端面が凹部２１ｃの底面に当接している状態では、軸方向Ｚにおいて、中間環３１の像側の面とフランジ部２１ｂの物体側の面との間に、隙間が形成されている。

レンズユニット１００は、撮像素子６０、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１００と撮像素子６０とを備えたものをいう。
なお、撮像素子６０には、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の一般的な撮像素子が用いられる。

上述のように構成されたレンズユニット１００およびカメラモジュールにあっては、樹脂製レンズ２１の凹部２１ｃと金属製中間環３１の凸部３１ａとが嵌合するように形成され、かつ、樹脂製レンズ２１の外周面と金属製鏡筒１０の内周面との隙間が、金属製中間環３１の外周面と金属製鏡筒１０の内周面との隙間より大きく設けられているため、高温時において、金属との線膨張率差が大きい樹脂製レンズ２１が膨張したとしても、樹脂製レンズ２１が、径方向内側に向かう方向に働く力を受けて変形することがない。また、樹脂製レンズ２１の光軸の位置が、鏡筒１０との線膨張率差が小さく、高温時の変形量が小さい金属製中間環３１によって決まるため、光軸ずれが抑制される。したがって、鏡筒１０の内側に配置される複数のレンズ２１〜２５の同軸度が確保され、光学特性の劣化を抑制できる。なお、金属製である鏡筒１０および中間環３１の線膨張率は、例えば２．４×Ｅ−５である。樹脂製レンズ２１の線膨張率は、例えば６．０×Ｅ−５である。

また、凸部３１ａにおける外周側の面と凹部２１ｃにおける外周側の面とは、軸方向Ｚに対して傾斜し、互いに当接または近接する傾斜面３１ｂ，２１ｄとなっている。このため、中間環３１を鏡筒１０の内側に挿入する際に、傾斜面３１ｂ，２１ｄがガイドの役割を担い、組付けの作業性が向上する。また、金型を製作しやすくなるとともに、部品の製造時に、金型をスムーズに離型させることができるという効果がある。

図４に示した従来の構造では、特に、レンズ５１の厚さが外径寸法の２５％以下である場合に、高温時におけるレンズ５１の変形が大きいものであった。これに対し、本実施の形態に係るレンズユニット１００によれば、レンズ２１の厚さが外径寸法の２５％以下となるように形成された場合、すなわち、例えば、レンズ２１が厚さ１．２ｍｍ、外径φ８ｍｍで形成された場合でも、高温時におけるレンズ２１の変形は抑制される。なお、レンズ２２およびレンズ２３は、外径寸法に対するレンズ厚の寸法が大きいため、高温時の変形量が小さい。

なお、上述の実施の形態においては、レンズ２１が中間環３１の像側に隣接して配置されている場合について説明した。ただし、これに限定されるものではなく、レンズ２１は、中間環３１の物体面側に隣接して配置されていてもよい。その場合、中間環３１の凸部３１ａは、軸方向Ｚにおいて物体側に向かって突出し、レンズ２１の凹部２１ｃは、軸方向Ｚにおいて物体側に向かって窪むように形成される。このとき、傾斜面３１ｂと傾斜面２１ｄとは、物体側から像側に向かって外径が大きくなるように形成される。

また、上述の実施の形態においては、レンズ２１，２２，２３が樹脂製である場合について説明した。ただし、中間環３１の像側または物体側に隣接する樹脂製のレンズ２１以外のレンズ（レンズ２２〜２５）は、樹脂製であってもガラス製であってもよい。

１０ 鏡筒
２１，２２，２３，２４，２５ レンズ
２１ｃ 凹部
２１ｄ 傾斜面
３１ 中間環
３１ａ 凸部
３１ｂ 傾斜面
６０ 撮像素子

Claims (6)

1. 金属製の鏡筒と、前記鏡筒の内周側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置される複数のレンズと、軸方向に隣り合う前記レンズの間に配置される環状の中間環とを備えるレンズユニットであって、
   前記中間環は、金属製であり、像側または物体側に向かって形成された凸部を備え、
   前記中間環の像側または物体側に隣接する前記レンズは、樹脂製であり、前記中間環の前記凸部と嵌合する凹部を備え、
   樹脂製の前記レンズの外周面と前記鏡筒の内周面との隙間が、前記中間環の外周面と前記鏡筒の内周面との隙間より大きく設けられていることを特徴とするレンズユニット。
2. 前記凸部における外周側の面と前記凹部における外周側の面とは、前記鏡筒の軸方向に対して傾斜し、互いに当接または近接する傾斜面となっていることを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。
3. 前記中間環の像側に樹脂製の前記レンズが隣接する場合、前記凸部の傾斜面および前記凹部の傾斜面は、物体側から像側に向かって外径が小さくなるように傾斜していることを特徴とする請求項２記載のレンズユニット。
4. 前記中間環の物体側に樹脂製の前記レンズが隣接する場合、前記凸部の傾斜面および前記凹部の傾斜面は、物体側から像側に向かって外径が大きくなるように傾斜していることを特徴とする請求項２記載のレンズユニット。
5. 前記中間環に隣接する樹脂製の前記レンズは、厚さが外径寸法の２５％以下となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレンズユニットと、前記レンズユニットで結像された画像を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とするカメラモジュール。

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