JP2021039170A - レンズユニットおよび撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高画質および低コストを実現できるレンズユニットを提供すること。【解決手段】レンズユニット1は、鏡筒10と、その鏡筒10内に配置された第1レンズ11、第2レンズ13、第3レンズ14、第4レンズ15、第5レンズ16とを有する。最先端に配置された第1レンズ11、および、最先端以外の位置に配置された第4レンズ14は、ガラスレンズである。第4レンズ14は、その隣りに配置されたプラスチックレンズである第5レンズ15によって保持される。【選択図】図3

Description

本開示は、レンズユニットおよび撮像装置に関する。
従来、複数のレンズを保持するレンズユニットと、固体撮像素子を含む様々な電子部品が内蔵された電子部品ユニットとを備えた撮像装置が知られている。固体撮像素子としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサ、またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等が用いられる。
上述した撮像装置は、例えば、車両の周辺を撮影する車載用カメラとして用いられる。車載用カメラにより撮影された映像は、例えば、車室内に設けられた表示装置に表示される。
例えば、前方駐車された車両が後方発進する場合では、運転者による後方の安全確認不足を原因として、車両が歩行者(例えば、背丈の小さい子供)と接触する事故が起こりやすい。よって、車載用カメラにより撮影された車両の後方の映像を車室内の表示装置に表示することにより、運転者は、後方の安全確認をより確実に行うことができる。これにより、車両と歩行者とが接触する事故を未然に防ぐことができる。
また、例えば、視認性の向上を目的として、バックミラーやサイドミラーの代わりに車載用カメラを用いる動きも出てきている。
このような車載用カメラのニーズの増加に伴い、車載用カメラで撮影される映像の高画質化の要求が高まっており、アナログ映像からデジタル映像へと進化しつつある。
したがって、車載用カメラに搭載されるレンズユニットについても、高性能化が求められており、高画質化に対応できるように設計される必要がある。具体的には、レンズユニットは、初期性能の向上に加えて、外気温の変化により生じるフォーカスずれ(固体撮像素子の面におけるフォーカスのずれ)を極力低減できるように設計される必要がある。
その一方で、近年、車両に搭載される電子部品は増加しつつあるため、車載用カメラのコストの低減が要求されている。
すなわち、高画質化および低コストが実現されたレンズユニットが求められている。なお、従来のレンズユニットとしては、例えば、特許文献1、2に開示されているものが挙げられる。
現在では、レンズユニットにおける高画質化および低コストを実現するために、鏡筒の材料を金属から樹脂(例えば、熱可塑性プラスチック)に変更したり、または、鏡筒内に保持されるレンズをガラスレンズからプラスチックレンズに変更したりしている。
レンズユニットに含まれる複数のレンズのうち最先端に配置されたレンズ(以下、最先端レンズという)は、例えば車両外に晒されることから、耐傷性、耐候性、耐水性等を考慮して、ガラスレンズを用いる必要がある。その一方で、最先端レンズ以外のレンズについては、コスト低減のために、プラスチックレンズを用いることが好ましい。
しかし、最先端レンズにガラスレンズを用い、それ以外の全てのレンズにプラスチックレンズを用いた場合、常温時ではフォーカスが合う一方で、高温時または低温時ではフォーカスずれが生じるという問題がある。
よって、温度変化にも対応できるように、最先端レンズ以外にも、最低限必要な位置にはガラスレンズを配置することが考えられる。
例えば、最先端レンズ以外とは別に、1枚のガラスレンズを絞りの直後に配置することにより、高温時または低温時のフォーカスずれを抑制できる場合がある。しかし、絞りの直後にガラスレンズを配置すると、そのレンズ(以下、絞り直後レンズという)の有効径は、複数のレンズのうち最後端に配置されたレンズ(以下、最後端レンズという)の有効径よりも小さくなってしまう。
一方、鏡筒は、低コストを実現するために、樹脂で構成される場合がある。このような鏡筒としては、例えば、熱可塑性プラスチック鏡筒が挙げられる。この熱可塑性プラスチック鏡筒では、寸法精度を上げ、各レンズの光軸を統一化するために、凹部形状は、物体に最も近い最先端レンズ、絞り、光線カットシート、間隔環、および、センサに最も近い最後端レンズを順番に収納するようになっている。
このような凹部形状が形成された鏡筒内において、最後端レンズから順番に、レンズ、絞り、光線カットシート、間隔環等を積み上げ、最後に最先端レンズを積み上げる。そして、樹脂製である鏡筒の一部を加熱して溶融させることで、最先端レンズを押さえ付ける形状に変形させる。このようにして、鏡筒内において最先端レンズから最後端レンズまでを固定している。
この場合、絞り直後レンズの直径が他のレンズ(例えば、最後端レンズ)の直径よりも小さいため、絞り直後レンズを保持するホルダーを鏡筒内に設ける必要がある。ホルダーの直径は、他のレンズの直径と同じである。よって、各レンズを積み上げる前に、絞り直後レンズをホルダーに接着させたものを用意しておく必要がある。
しかし、各レンズとともに、絞り直後レンズを接着させたホルダーを鏡筒内に収容する構成は、レンズのみを鏡筒内に収容する構成と比較して、構成が複雑となり、設計通りに光軸に沿った構成を確立することが難しく、光軸ズレが起こるおそれがある。さらに、絞り直後レンズは、光学的な位置ズレに対して敏感であるため、少しの位置ズレでも大幅に画質を損なう結果を招く。
特開平8-271775号公報 特開2011-221243号公報
すなわち、低コストを実現するためにガラスレンズの採用をできるだけ控える場合でも、高温時または低温時におけるフォーカスずれを抑制するためには、最低限必要な位置(例えば、絞り直後)にガラスレンズを配置する必要がある。しかし、そのガラスレンズ(例えば、絞り直後レンズ)の直径は、他のレンズの直径よりも小さくなるため、当該ガラスレンズはホルダーにより鏡筒内に配置されることになる。その場合、筐体内において光軸ズレが起こり、さらには、当該ガラスレンズが位置ズレに対して敏感であるため、高画質を実現することが困難である。
本開示の一態様の目的は、高画質および低コストを実現できるレンズユニットおよび撮像装置を提供することである。
本開示の一態様に係るレンズユニットは、鏡筒と、前記鏡筒内に配置された複数のレンズと、を有し、前記複数のレンズは、最先端に配置された第1ガラスレンズ、および、最先端以外の位置に配置された第2ガラスレンズを含み、前記第2ガラスレンズは、該第2ガラスレンズの隣りに配置されたプラスチックレンズによって保持される。
本開示の一態様に係る撮像装置は、本開示の一態様に係るレンズユニットと、前記レンズユニットの後端側に設けられ、複数の電子部品を備えた電子部品ユニットと、を有する。
本開示によれば、高画質および低コストを実現できるレンズユニットおよび撮像装置を提供できる。
本開示の実施の形態1〜5に係る撮像装置の外観を示す斜視図 本開示の実施の形態1〜5に係る撮像装置の側断面図 本開示の実施の形態1に係るレンズユニットの側断面図 本開示の実施の形態2に係るレンズユニットの側断面図 本開示の実施の形態3に係るレンズユニットの側断面図 本開示の実施の形態4に係るレンズユニットの側断面図 本開示の実施の形態5に係るレンズユニットの側断面図 従来のレンズユニットの側断面図
(従来のレンズユニット)
図8を用いて、従来のレンズユニットの構成とその問題点について説明する。図8は、従来のレンズユニットの側断面図である。
図8に示す従来のレンズユニットは、例えば、車載用カメラに用いられる。図8に示すように、従来のレンズユニットは、鏡筒10内において、被写体側から順に、第1レンズ11(最先端レンズの一例)、第2レンズ12、第3レンズ13、第4レンズ14、第5レンズ15、第6レンズ16(最後端レンズの一例)を有する。第3レンズ13と第4レンズ14との間には、絞り18が設けられている。よって、第4レンズ14は、絞り直後レンズの一例である。
第1レンズ11および第4レンズ14は、ガラスレンズである。一方、第2レンズ12、第3レンズ13、第5レンズ15、第6レンズ16は、プラスチックレンズである。
第1レンズ11、第2レンズ12、第3レンズ13、第5レンズ15、および第6レンズ16の各直径は、鏡筒10の内径とほぼ同じであるため、それらのレンズは、鏡筒10内に保持することができる。これに対し、第4レンズ14の直径は、鏡筒10の内径よりも小さいため、第4レンズ14は、そのままでは、鏡筒10内に保持することができない。そこで、図8に示すように、従来のレンズユニットでは、鏡筒10の内径と同じ直径を有する第4レンズホルダー19に第4レンズ14を設け、その第4レンズホルダー19を鏡筒10内に保持させている。すなわち、第4レンズ14は、第4レンズホルダー19を介して鏡筒10内に保持される。
第2レンズ12は、第2レンズカシメリブ30により固定されている。第2レンズカシメリブ30は、鏡筒10の一部を加熱して溶融させたものであり、第2レンズ12に溶着している。
第5レンズ15と第6レンズ16とは、接着剤で張り合わされている、いわゆる貼り合わせレンズである。
また、図8に示す従来のレンズユニットは、例えば、車両の外部に設置される。そのため、第1レンズ11と鏡筒10との間に封止材17(例えば、Oリング)を設けることにより、防水機能が実現されている。
上述した構成を備えた従来のレンズユニットでは、6枚のレンズのうち、第1レンズ11および第4レンズ14の2枚をガラスレンズとすることにより、低コストを実現するとともに、高温時または低温時におけるフォーカスずれを抑制でき、高温時または低温時であっても、常温時とほぼ同等の高画質の映像を得ることができる。
ただし、従来のレンズユニットにおいて、高画質を得るためには、第4レンズ14の設置位置の精度が重要である。第4レンズ14の設置位置と、第3レンズ13および第5レンズ15それぞれの設置位置とのズレは、許容可能な誤差内である必要がある。しかしながら、第4レンズ14が第4レンズホルダー19を介して鏡筒10内に保持される構成では、第4レンズ14が直接鏡筒10内に保持される構成に比べて、上記ズレを上記誤差内に収めることは難しい。上記ズレを上記誤差内に収めることができないと、光軸ズレが起こるため、高画質の映像を得ることができない。
以上のことから、図8に示した従来のレンズユニットでは、2枚のガラスレンズを用いることにより、低コストで高画質の映像を得られるという設計解が導き出されているものの、実際には、第4レンズ14を保持するために第4レンズホルダー19を用いることにより、光軸ズレが発生するため、高画質の映像を得ることができないという矛盾が生じている。
以上、従来のレンズユニットの構成とその問題点について説明した。
以下に説明する本開示の実施の形態1〜5に係るレンズユニットおよび撮像装置は、上記問題点を解決するものである。
以下、本開示の実施の形態1〜5について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
(実施の形態1)
本開示の実施の形態1に係る撮像装置100の構成について、図1、図2を用いて説明する。図1は、撮像装置100の外観を示す斜視図である。図2は、撮像装置100の側断面図である。
撮像装置100は、例えば、車両に搭載され、車両の周辺を撮影する車載用カメラである。
図1、図2に示すように、撮像装置100は、レンズユニット1および電子部品ユニット2を有する。
電子部品ユニット2は、レンズユニット1の後端側に設けられている。例えば、レンズユニット1は、車体から露出して設けられ、電子部品ユニット2は、車体の内部に設けられる。
図2に示すように、電子部品ユニット2は、筐体20の内部に、固体撮像素子21、固体撮像素子基板22、画像処理回路23、電源回路24、通信回路25、および電源基板26、コネクタ27を有する。これらの電子部品は、互いに電気的に接続されている。なお、図2において、レンズユニット1内の構成要素(図3参照)の図示は省略している。
固体撮像素子21は、固体撮像素子基板22上に実装されており、レンズユニット1からの光を電気信号に変換する。固体撮像素子21としては、例えば、CCD型イメージセンサ、または、CMOS型イメージセンサを用いることができる。
画像処理回路23は、固体撮像素子基板22上に実装されており、固体撮像素子21からの電気信号に対して各種処理を行い、映像信号を生成する。そして、画像処理回路23は、その映像信号を、電源基板26上に実装された通信回路25へ送信する。
通信回路25は、画像処理回路23からの映像信号を、所定の通信方式によりコネクタ27から外部装置(図示略)へ送信する。
電源回路24は、電源基板26に実装されており、撮像装置100外から得た電力を用いて、固体撮像素子21、画像処理回路23、および通信回路25のそれぞれに給電を行う。これにより、固体撮像素子21、画像処理回路23、および通信回路25は、それぞれ、上述した動作を行うことができる。
次に、本実施の形態のレンズユニット1について、図3を用いて説明する。図3は、レンズユニット1の側断面図である。
図3に示すように、レンズユニット1は、鏡筒10内において、被写体側から順に、第1レンズ11(最先端レンズの一例)、第2レンズ12、第3レンズ13、第4レンズ14、第5レンズ15、第6レンズ16(最後端レンズの一例)を有する。第3レンズ13と第4レンズ14との間には、絞り18が設けられている。よって、第4レンズ14は、絞り直後レンズの一例である。
鏡筒10は、例えば概略円筒形状の部材である。鏡筒10は、その内周面において、第1レンズ11、第2レンズ12、第3レンズ14、第5レンズ15、および第6レンズ16を保持している。すなわち、鏡筒10は、第4レンズ14を直接保持していない。また、鏡筒10は、例えば、透湿性を備えた樹脂により構成されている樹脂鏡筒である。
第1レンズ11および第4レンズ14は、ガラスレンズである。一方、第2レンズ12、第3レンズ13、第5レンズ15、第6レンズ16は、プラスチックレンズである。第1レンズ11および第4レンズ14は、それそれ、「第1ガラスレンズ」および「第2ガラスレンズ」の一例に相当する。
第1レンズ11、第2レンズ12、第3レンズ13、第5レンズ15、および第6レンズ16の各直径は、鏡筒10の内径と同じである。一方、第4レンズ14の直径は、鏡筒10の内径よりも小さい。
また、図3に示すレンズユニット1は、例えば、車両の外部に設置される。そのため、第1レンズ11と鏡筒10との間に封止材17(例えば、Oリング)を設けることにより、防水機能が実現されている。
第2レンズ12は、第2レンズカシメリブ30により固定されている。第2レンズカシメリブ30は、鏡筒10の一部を加熱して溶融させて形成されたものである。なお、第2レンズカシメリブ30は、第2レンズ12に溶着してもよい。
第5レンズ15と第6レンズ16とは、接着剤で張り合わされている、いわゆる貼り合わせレンズである。
図3に示すように、第5レンズ15には、凹部15aが設けられている。この凹部15aには、第4レンズ14が収納(保持と言ってもよい。以下同様)される。例えば、第4レンズ14は、凹部15aに嵌合することにより、凹部15a内に固定される。凹部15aの大きさおよび位置は、第4レンズ14が収納されたときに、第4レンズ14の設置位置(光軸と言ってもよい)と第5レンズ15の設置位置(光軸と言ってもよい)とのずれが、許容可能な誤差内となるように予め設計されている。
このように、第4レンズ14は、第6レンズ16に張り合わされた第5レンズ15の凹部15aに収納されるため、第4レンズ14、第5レンズ15、および第6レンズ16は、一体化した構造となる。
第4レンズ14が収納された第5レンズ15は、第5レンズカシメリブ31により固定されている。第5レンズカシメリブ31は、第5レンズ15の一部を加熱して溶融させて形成されたものである。なお、第5レンズカシメリブ31は、第4レンズ14に溶着してもよい。
このように、本実施の形態のレンズユニット1では、6枚のレンズのうち、第1レンズ11および第4レンズ14の2枚をガラスレンズとすることにより、低コストを実現するとともに、高温時または低温時におけるフォーカスずれを抑制でき、高温時または低温時であっても、常温時とほぼ同等の高画質の映像を得ることができる。
さらに、本実施の形態のレンズユニット1では、第4レンズ14を保持するための部品(例えば、図8に示した第4レンズホルダー19)を用いることなく、第4レンズ14を鏡筒10内に保持することができる。これにより、第4レンズ14と第5レンズ15との位置関係を精度良く保つことができる。したがって、高画質の映像を得ることができる。
以上のことから、本実施の形態のレンズユニット1およびそれを備えた撮像装置100は、高画質および低コストを実現できる。
(実施の形態2)
図4に示すように、レンズユニット1において、第5レンズ15の凹部15aに収納された第4レンズ14を、接着剤32を介して、凹部15a内に固定してもよい。なお、接着剤32を設ける位置は、図4に示す位置に限定されない。
本実施の形態は、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、接着剤32を用いて第4レンズ14を第5レンズ15の凹部15aに接着させるので、第4レンズ14と第5レンズ15との位置関係をさらに精度良く保つことができ、より確実に高画質の映像を得ることができる。
(実施の形態3)
図5に示すように、レンズユニット1において、固定ボス33を用いて、絞り18を第5レンズ15に密着させてもよい。絞り18を貫通した固定ボス33は、第5レンズ15に溶着される。このとき、第4レンズ14は、絞り18に接触し、絞り18により下方へ押圧され、凹部15a内に固定される。よって、絞り18、第4レンズ14、第5レンズ15、および第6レンズ16は、一体化した構造となる。
本実施の形態は、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、固定ボス33が第5レンズ15に溶着されることにより、第4レンズ14は、絞り18に押圧されて、凹部15a内に固定されるので、第4レンズ14と第5レンズ15との位置関係をさらに精度良く保つことができ、より確実に高画質の映像を得ることができる。
(実施の形態4)
図6に示すように、レンズユニット1において、第5レンズ15にガイド部34を設け、そのガイド部34を介して、絞り18および第3レンズ13が第5レンズ15に固定されてもよい。
ガイド部34は、図中の上方に向けて突出した形状である。ガイド部34は、第5レンズ15と第3レンズ13との位置決め用に設けられている。また、本実施の形態では、絞り18には貫通穴(符号の図示略)が設けられており、第3レンズ13の下方には嵌合用穴(符号の図示略)が設けられている。
ガイド部34は、絞り18の貫通穴に挿通されるとともに、第3レンズ13の嵌合用穴に嵌合する。これにより、第3レンズ13、絞り18、第4レンズ14、第5レンズ15、第6レンズ16は、一体化した構造となる。
また、実施の形態2と同様に、レンズユニット1において、第5レンズ15の凹部15aに収納された第4レンズ14を、接着剤32を介して、凹部15a内に固定してもよい。なお、接着剤32を設ける位置は、図6に示す位置に限定されない。
本実施の形態は、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、ガイド部34により第5レンズ15と第3レンズ13とが嵌合するので、第3レンズ13と、第4レンズ14と、第5レンズ15との位置関係をさらに精度良く保つことができ、より確実に高画質の映像を得ることができる。
(実施の形態5)
図7に示すように、上述した第5レンズカシメリブ31(図3参照)、接着剤32(図4、図6参照)、固定ボス33(図5参照)等を用いることなく、第2レンズカシメリブ30のみにより、第4レンズ14を固定してもよい。
この場合、まず、鏡筒10内において、第4レンズ14が凹部15a内に収納された第5レンズ15の上方に、絞り18、第3レンズ13、第2レンズ12をこの順で積み上げる。次に、第2レンズ12を下方に押圧しながら、鏡筒10の一部である第2レンズカシメリブ30を加熱し、第2レンズ12に溶着させる。これにより、第4レンズ14は、絞り18により下方へ押圧され、凹部15a内に固定される。
また、このとき、絞り18における第4レンズ14との接触部分(およびその近傍)が撓むことによる反力により、第4レンズ14は、凹部15a内に固定される。
本実施の形態は、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、第2レンズカシメリブ30が第2レンズ12に溶着されることにより、第4レンズ14は、絞り18に押圧されて、凹部15a内に固定されるので、第4レンズ14と第5レンズ15との位置関係をさらに精度良く保つことができ、より確実に高画質の映像を得ることができる。また、本実施の形態では、上述した第5レンズカシメリブ31(図3参照)、接着剤32(図4、図6参照)、固定ボス33(図5参照)等を用いることがないので、コストをより低減することができる。
なお、本開示は、上記実施の形態1〜5の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
例えば、実施の形態1〜5では、第4レンズ14が第5レンズ15に収納される場合を例に挙げて説明したが、例えば、第3レンズ13に凹部15aと同様の凹部を設け、そこに第4レンズ14が収納されてもよい。すなわち、本開示では、複数のガラスレンズのうち、最先端に配置されたガラスレンズ(例えば、第1レンズ11)以外のガラスレンズ(例えば、第4レンズ14)が、その隣りに配置されたプラスチックレンズ(例えば、第3レンズ13または第5レンズ15)に収納されてもよい。
また、実施の形態1〜5では、撮像装置100は、車載用カメラである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、車載用以外の様々な用途に用いることができる。
また、実施の形態1〜5では、第5レンズ15の凹部15aは、第4レンズ14全体を収納可能な大きさおよび形状である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、凹部15aは、第4レンズ14の一部を固定的に収納(保持)する大きさおよび形状であってもよい。
また、実施の形態1〜5で説明した構成は、適宜組み合わせてもよい。
本開示のレンズユニットおよび撮像装置は、車両に搭載されるカメラに有用である。
1 レンズユニット
2 電子部品ユニット
10 鏡筒
11 第1レンズ
12 第2レンズ
13 第3レンズ
14 第4レンズ
15 第5レンズ
15a 凹部
16 第6レンズ
17 封止材
18 絞り
19 第4レンズホルダー
20 筐体
21 固体撮像素子
22 固体撮像素子基板
23 画像処理回路
24 電源回路
25 通信回路
26 電源基板
27 コネクタ
30 第2レンズカシメリブ
31 第5レンズカシメリブ
32 接着剤
33 固定ボス
34 ガイド部
100 撮像装置

Claims (11)

  1. 鏡筒と、
    前記鏡筒内に配置された複数のレンズと、を有し、
    前記複数のレンズは、最先端に配置された第1ガラスレンズ、および、最先端以外の位置に配置された第2ガラスレンズを含み、
    前記第2ガラスレンズは、該第2ガラスレンズの隣りに配置されたプラスチックレンズによって保持される、
    レンズユニット。
  2. 前記プラスチックレンズは、
    前記第2ガラスレンズを収納可能な凹部を備える、
    請求項1に記載のレンズユニット。
  3. 前記第2ガラスレンズは、
    前記プラスチックレンズの一部が溶融することで形成されたリブによって前記プラスチックレンズに固定される、
    請求項1または2に記載のレンズユニット。
  4. 前記第2ガラスレンズは、
    前記プラスチックレンズに固着された絞りに押圧されることによって前記プラスチックレンズに固定される、
    請求項1または2に記載のレンズユニット。
  5. 前記第2ガラスレンズは、
    絞りよりも前の位置に配置されたレンズを固定する際の加圧により前記絞りが変形したときに生じる反力によって前記プラスチックレンズに固定される、
    請求項1または2に記載のレンズユニット。
  6. 前記プラスチックレンズは、
    前記プラスチックレンズの隣りに配置されたレンズとの位置決め用のガイド部を有する、
    請求項1または2に記載のレンズユニット。
  7. 前記第2ガラスレンズは、
    接着剤によって前記プラスチックレンズに固定される、
    請求項1から6のいずれか1項に記載のレンズユニット。
  8. 前記鏡筒は、
    樹脂で構成されている、
    請求項1から7のいずれか1項に記載のレンズユニット。
  9. 請求項1から8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の後端側に設けられ、複数の電子部品を備えた電子部品ユニットと、を有する、
    撮像装置。
  10. 前記複数の電子部品は、
    前記レンズユニットからの光を電気信号に変換する固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子からの電気信号に基づいて映像信号を生成する画像処理回路と、
    前記画像処理回路からの映像信号を外部装置へ送信する通信回路と、
    前記固体撮像素子、前記画像処理回路、前記通信回路に対して給電を行う電源回路と、を含む、
    請求項9に記載の撮像装置。
  11. 車両に搭載され、
    前記車両の周辺の撮影に用いられる、
    請求項9または10に記載の撮像装置。
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