JP4032291B2

JP4032291B2 - 撮像レンズ及び撮像装置

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Publication number: JP4032291B2
Application number: JP2002128160A
Authority: JP
Inventors: 進山口; 洋幸服部
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003035855A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像レンズ及び撮像装置に関し、特に携帯電話やパソコンなどに設置可能な撮像レンズ及び撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、ＣＰＵの高性能化、画像処理技術の発達などにより、デジタル画像データを手軽に取り扱えるようになってきた。特に、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）において、画像を表示できるディスプレイを備えた機種が出回っており、近い将来、無線通信速度の飛躍的な向上が期待できることから、このような携帯電話やＰＤＡ間で画像データの転送が頻繁に行われることが予想される。
【０００３】
ところで、現状では、デジタルスチルカメラなどで被写体像を画像データに変換した後に、パソコンなどを介してインターネットを通じて、かかる画像データを転送することが行われている。しかし、このような態様では、画像データを転送するために、デジタルスチルカメラとパソコンと双方の機器を有していなくてはならない。これに対し、携帯電話にＣＣＤなどの撮像素子を搭載しようとする試みがある。このような試みによれば、デジタルスチルカメラやパソコンを所有する必要はなく、手軽に持ち歩ける携帯電話により画像を撮像して相手に送るということが容易に行えることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現状では携帯電話より遙かに大型のデジタルスチルカメラの有する機能を、その携帯電話に持たせるとなると、携帯電話自体が大きく重くなり、手軽に持ち運べなくなるという問題がある。又、その分製造コストも増大する。
【０００５】
特に、デジタルスチルカメラの主要構成要素である撮影光学系と、撮像素子とをユニット化するとしても、撮像光学系の合焦位置に、撮像素子の光電変換部を適切にセットしなくてはならず、その調整をどうするかが問題となる。例えば、撮像素子と撮影光学系とを同一の基板にそれぞれ設置する場合、基板に取り付けるために用いる接着剤の厚みのバラツキや、構成部品の寸法バラツキなどの要因から、撮影光学系の合焦位置に撮影素子光電変換部を精度良く組み付けることは困難であるといえる。従って、撮影光学系の合焦位置と撮像素子光電変換部の組み付け精度を高めるためには、高精度の組み付け技術が必要となり、あるいは別個に合焦位置を調整する機構が必要となり、そうすると製造コストが上昇するという問題がある。例を挙げて、従来技術の問題点を指摘する。
【０００６】
図６は、従来技術の撮像装置の一例を示す断面図であるが、ガラスエポキシ製の基板ＰＣ上に、撮像素子１１０が配置され、上面の端子（不図示）から多数のワイヤＷで、基板ＰＣの裏面に配置された画像処理ＩＣ回路１１１に接続されている。
【０００７】
撮像素子１１０を覆うようにして、第１筐体１０１が配置され、その上に第２筐体１０２が載置されて、ボルト１０３で基板に対して共締めされている。第１筐体１０１と第２筐体１０２との間には、赤外線カットフィルタ１０４が配置されている。
【０００８】
第２筐体１０２の上部は円筒状となっており、その内面に形成された雌ねじ１０２ａに雄ねじ１０５ａを螺合させることで、レンズ１０６を内包するレンズ鏡筒１０５が、第２筐体１０２に対し光軸方向の位置を調整可能に取り付けられている。レンズ鏡筒１０５は、上部に絞り部１０５ｂを形成している。
【０００９】
このように従来技術の撮像装置は、多数の部品からなる比較的大型の装置となっており、従って上述した製造コストの問題もさることながら、これら部品の組み付けに手間取ると共に、組み付け時には、レンズ鏡筒１０５を回転させつつ撮像素子１１０とレンズ１０６との相対位置調整を行う必要もある。
【００１０】
このような問題を解消すべく、レンズに、その焦点位置近傍まで延在させた支持部を設けて、かかる支持部を撮像素子に直接的に当接させることによって撮像装置を構成しようとする試みがある。かかる試みによれば、レンズの合焦位置に撮像素子の光電変換部を容易に配置することができ、撮像装置の組み付け時の手間を大幅に減少させることができる。
【００１１】
ところが、レンズの支持部をどのような形状にするかという問題がある。即ち、レンズから例えば３本ないしは４本の脚部を、撮像素子に向かって延在させることも考えられるが、そのような脚部は、外力に対し変形し易いという問題がある。脚部が変形すると、撮像素子の光電変換部とレンズの合焦位置とにズレが生じ、画質を劣化させる恐れがある。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされてものであり、安価でありながら、部品点数を削減でき、小型化が図れ、かつ無調整であっても精度良く組み付けでき、さらには防塵、防湿の構造を有し、また高画質な画像を得ることができる信頼性の高い撮像レンズ及び撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、レンズ部と、前記レンズ部の光軸方向に沿って筒状に延在する脚部とを備え、鏡枠に内包される撮像レンズと、光電変換部と、その周囲に配置された周囲面とを、前記レンズ部に対向する面に形成した撮像素子と、を有し、前記脚部の先端を含み前記レンズ部の光軸に直交する空間平面上に、所定の物体距離にある物点の像が位置するように形成された前記脚部の先端は面状であって、前記脚部の先端面が、該撮像素子の外周を超えない範囲であって、且つ前記撮像素子の前記レンズ部に対向する面の周囲面、又は前記光電変換部の画像形成に無関係な領域に当接し、もしくは前記撮像素子に張り付けられた保護部材に当接し、前記撮像レンズは、前記鏡枠に嵌合することにより光軸に直交する方向に位置決めされるので、剛性の高い筒状の前記脚部により、前記レンズ部を外力から保護し且つ支持することができ、更に、例えば前記脚部の端部を撮像素子の上面に当接させることで、前記レンズ部の合焦位置と、前記撮像素子の受光部とを精度良く合わせることが可能となる。
【００１４】
尚、本明細書中、「レンズ部の外縁」とは、レンズ部における撮像に寄与する有効光束の透過領域（いわゆるレンズ有効径）以外の部分を指す。又、「脚部がレンズ部の光軸方向に沿って延在する」とは、必ずしも脚部が光軸と正確に平行に形成されているものだけを指すのではなく、結果的に撮像装置の光電変換部に対して、所定の間隔をもってレンズ部を位置付けるように延在しているものも含む。更に、「所定の物体距離にある物点の像が位置する」とは、無限遠方から至近距離までのどこかに位置する物点の像が合焦することを示す。
【００１５】
又、前記レンズ部と脚部とがプラスチック材料の射出により成形されてなるので、温度変化に起因する前記レンズ部の合焦位置の変動を低減することが可能になる。すなわち、プラスチックレンズは、温度が上昇するに連れて屈折率が下がるので、かかる場合、前記レンズ部の合焦位置が前記レンズ部から離れる方向に移動する。一方、前記脚部は温度上昇により伸びる（熱膨張）ため、前記撮像素子の光電変換部から合焦位置がずれることを低減する効果がある。
【００１６】
更に、前記脚部が円筒状であると、前記撮像レンズを射出成形によって製造する場合に、金型の構成をより簡素なものとでき、又、射出成形時に、前記レンズ部の周囲において、ゲートから流入する素材の流れが阻害されにくい形状となり、前記レンズ面の非対称な形状誤差の発生を効果的に抑制できる。
【００１７】
又、前記脚部は、光軸に交差する方向の位置決め用の嵌合部を有すると好ましい。特に、前記嵌合部が円筒状であれば、嵌合される相手側も円筒状とすることで、精度の良い嵌合が可能となる。
【００１８】
更に、前記脚部は、筒状の部分よりも光軸直交方向の肉厚が薄い端部分を有すると、前記撮像レンズの金型の分割部を、前記端部分よりも肉厚の厚い部分に位置せしめることで、射出成形時に、金型分割部に沿ってバリが生じたような場合でも、かかるバリが前記端部分から突出するようなことを抑制できる。かかるバリが、前記端部分から突出したりすると、前記端部分と、それが載置される合焦位置の基準となる面との間に介在し、そのバリ分だけ合焦位置に誤差が生じてしまい、画質を低下させる恐れがあるが、本発明により、そのような問題は解消できる。
【００１９】
又、前記脚部は、前記先端を下にして前記撮像レンズを平面上に載置したときに、前記レンズ部の光軸が前記平面に対して直交するような形状であるようになっていると、例えば組み付け時に前記端部分を平面上に当接させた状態で、前記撮像レンズを立てておくことができ、支持台などが不要となって便利である。又、光軸に直交する方向の支持が面接触でなく点接触で良くなり、位置決めを行う上で好ましい。
【００２０】
更に、前記撮像レンズは、飽和吸水率が１．２％以下であると好ましい。プラスチック材料を素材とするレンズ（以下、プラスチックレンズという）は、ガラスレンズにくらべ飽和吸水率が大きいため、急激な湿度変化があると過渡的に吸水量の不均一が生じ、屈折率が均一にならず、良好な結像性能が得られなくなる傾向があるが、１．２％以下（好ましくは０．７％以下）にすればこのような不具合を低減できる。また、プラスチックレンズは、吸湿により屈折率が大きくなるので、本発明の場合、前記レンズ部の合焦位置は、前記撮像レンズに近づく方向に変化する。一方、前記脚部も吸湿により伸びる（吸水膨張）ため、吸湿による合焦位置ずれが拡大されてしまうという欠点がある。１．２％以下（好ましくは０．７％以下）にすればこのような不具合を低減できる。尚、飽和吸水率が０．７％以下の素材としては、例えばポリオレフィン系のプラスチック材料（０．０１％）がある。
【００２１】
又、前記脚部を、遮光性を有するプラスチック材料で形成することで、不要光が前記脚部の周面を透過して結像面に至ることを抑制でき、従って本来の画像に影響を与えることが抑制されるので好ましい。
【００２２】
更に、前記筒状の脚部の内周面の少なくとも一部には、内面反射防止処理が施されていると、不要光が前記脚部の内周面から反射して結像面に至ることを抑制でき、従って、本来の画像に影響を与えることが抑制されるので好ましい。
【００２３】
又、前記脚部の内周面は、前記レンズ部に向かうに連れて縮径するテーパ面となっており、前記テーパ面のテーパ角は３度以上であると好ましい。例えば前記脚部で反射する、結像に寄与しない不要光を散乱させるため、前記脚部の内周面に微細な凹凸形状を設けることが考えられるが、そのような場合、前記内周面の離型性が悪化する恐れがある。そこで、前記テーパ面のテーパ角は３度以上とすることで、射出成形時の離型性を高めることができる。
【００２７】
又、前記撮像装置は、前記撮像レンズを内包する鏡枠を有し、前記撮像レンズの脚部は、前記鏡枠に嵌合することにより光軸に直交する方向に位置決めを行う嵌合部を有するので、光軸に直交する方向の位置決めを容易に行うことができる。
【００２８】
更に、前記脚部は、前記撮像素子に当接する当接部を有すると、前記撮像素子の受光部と、前記レンズ部の合焦位置とを精度良く容易に合わせることができる。
【００２９】
又、前記脚部は、前記先端を前記撮像素子上に載置したときに、前記レンズ部の光軸が前記撮像素子の上面に対して直交するような形状であると、例えば前記撮像レンズと、それを内包する鏡枠との間を点接触とした場合でも、前記撮像素子に向かって前記撮像レンズを付勢することで、ガタ付きなく撮像レンズを保持することができる。
【００３４】
尚、本明細書で言う撮像素子は、光電変換部側の表面において、少なくとも一部にガラス板などの平行平板からなる保護部材を設けていても良い。かかる場合、前記脚部は保護部材を介して前記撮像素子に当接することとなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態にかかる撮像装置の断面図である。図２は、図１の撮像装置の斜視図である。図３は、撮像レンズの斜視図であり、図４（ａ）は、撮像レンズの下面図である。図５は、撮像素子の上面図である。
【００３６】
撮像レンズ１は、透明なプラスチック材料を素材とし、図１に示すように、円筒状の脚部１ｃと、脚部１ｃの一部としてその先端に形成された４つの当接部１ｄと、脚部１ｃの上端周囲に形成された段部１ｅと、脚部１ｃの上端を塞ぐ板状の上面部１ｂと、上面部１ｂの中央に形成された凸レンズ部１ａとから一体的に形成されている。但し、略円筒状のフランジ部１ｅは、変形例である図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、光軸と交差する方向の位置決めのための係合部として、一部が切り欠かれ、いわゆるＤカット部１ｆを形成していることが好ましく、脚部１ｃは、Ｄカット部１ｆを含めても、フランジ部１ｅに対して光軸直角方向の内側（即ち光軸に近い側）に配置されていることが好ましい。尚、上面部１ｂの上面であって、凸レンズ部１ａの周囲には、遮光性のある素材からなり、凸レンズ部１ａのＦナンバーを規定する第１の絞りとしての開口３ａを有する絞り板３が接着等により固定されている。
【００３７】
撮像レンズ１の外側には、遮光性のある素材からなる鏡枠４が配置されている。鏡枠４は、図２から明らかなように、角柱状の下部４ａと、円筒状の上部４ｂとを設けている。下部４ａの下端は、基板ＰＣ上に当接し、接着剤Ｂにより固着されている。下部４ａの上面は、隔壁４ｃにより周辺側が覆われており、隔壁４ｃの円形内周面４ｄには、撮像レンズ１の脚部１ｃの外周面１ｇ（嵌合部）が密着的に嵌合している。従って、基板ＰＣと鏡枠４とを、例えば自動組立機に備えられた光学センサ（不図示）などを用いて位置決め配置するだけで、後述する撮像素子２ｂの光電変換部２ｄに対してレンズ部１ａを、光軸直交方向に精度良く位置決めすることができる。
【００３８】
一方、鏡枠４の上部４ｂの上端には、遮光板５が接着剤Ｂにより取り付けられている。遮光板５は、その中央に第２の絞りとしての開口５ａを有している。遮光板５の開口５ａの下方には、赤外線吸収特性を有する素材からなるフィルタ７が、接着剤Ｂにより取り付けられている。遮光板５とフィルタ７とでカバー部材を構成する。
【００３９】
図１において、遮光板５と、撮像レンズ１の段部１ｅとの間には、ゴムなどからなる弾性部材６が配置され、遮光板５が鏡枠４に取り付けられることで弾性変形し、その弾性力により、撮像レンズ１を図１中、下方に向かって押圧している。よって、遮光板５からの力は、基板ＰＣには伝達されるものの、直接、撮像素子２ｂに伝達されることがない。尚、弾性部材を設ける代わりに、ばね部材を設けても良い。又、弾性部材６を絞り板３と一体で形成すれば、部品点数の削減を図ることができる。
【００４０】
図５において、撮像ユニット２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ或いはＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサなどの撮像素子２ｂからなる。矩形薄板状の撮像素子２ｂの下面は、基板ＰＣの上面に取り付けられている。撮像素子２ｂの上面中央には、画素が２次元的に配列された光電変換部２ｄが形成されており、その周囲には、撮像素子２ｂの内部であって且つ内側に画像信号処理回路が構成されている周囲面２ａが形成されている。薄い側面に直交するように交差した周囲面２ａの外縁近傍には、多数のパッド２ｃが配置されている。結線用端子であるパッド２ｃは、図１に示すごとくワイヤＷを介して、基板ＰＣに接続されている。ワイヤＷは、基板ＰＣ上の所定の回路に接続されている。
【００４１】
更に、撮像レンズ１の当接部１ｄは、図４（ａ）に示すごとき形状（但し、変形例である図４（ｂ）〜（ｄ）に示す形状でも良い）で、脚部１ｃの下端から突出し脚部１ｃの一部を構成してなる。すなわち、当接部１ｄは、脚部１ｃの周方向に不連続に設けられている。本実施の形態においては、図５で点線に示すように、撮像素子２ｂの周囲面２ａにおいて、パッド２ｃの内側に、当接部１ｄのみが当接した状態で配置されることとなる。従って、面平面度に関しては、当接部１ｄの下面のみ所定範囲に維持されれば足りる。ここで、周囲面２ａの裏側（図１で下面側）には、撮像素子の不図示の画像信号処理回路が設けられているが、当接部１ｄの当接により回路の処理には影響が及ばないようになっている。
【００４２】
ここで、当接部１ｄの当接位置を検討するに、例えば図５に示す光電変換部２ｄのうち、隅部２ｇなどは、有効画素領域を全画素領域よりやや小さめにとることで、画像形成に無関係な領域となるので、そのような場合は光電変換部２ｄ内であっても、隅部２ｇの領域に当接部１ｄを当接させても撮像素子２ｂの撮像性能に影響を与える恐れは少ないといえる。尚、周囲面２ａ又は光電変換部２ｄのいずれの領域に当接させるにしろ、当接部１ｄからの荷重は５００ｇ以下（但し、面圧で１０００ｇ／ｍｍ^２以下）であることが好ましい。この荷重（面圧）を越えると、撮像素子２ｂにダメージが付与される恐れがあるからである。但し、振動などによる画像のブレを考慮すると、当接部１ｄからの荷重は、５ｇ以上であることが望ましい。
【００４３】
本実施の形態によれば、脚部１ｃは、凸レンズ部１ａの焦点位置近傍まで、凸レンズ部１ａから円筒状に光軸方向に延在しているので、剛性の高い筒状の脚部１ｃにより、凸レンズ部１ａを外力から保護し且つ支持することができ、更に、脚部１ｃの端部である当接部１ｄを、撮像素子２ｂの周囲面２ａに当接させることで、凸レンズ部１ａの合焦位置と、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄとを精度良く合わせることが可能となる。
【００４４】
更に、脚部１ｃは、円筒状であるので、撮像レンズを射出成形によって製造する場合に、金型の構成をより簡素なものとでき、又、射出成形時に、凸レンズ部１ａの周囲において、ゲート（不図示）から流入する素材の流れが阻害されにくい形状となり、凸レンズ部１ａの非対称な形状誤差の発生を効果的に抑制できる。
【００４５】
又、脚部１ｃは、円筒状の部分よりも光軸直交方向の肉厚が薄い端部分としての当接部１ｄを有するので、撮像レンズの金型の分割部を、当接部１ｄよりも肉厚の厚い部分（例えば図１の点Ｐ）に位置せしめることで、射出成形時に、金型分割部に沿ってバリが生じたような場合でも、かかるバリが当接部１ｄと撮像素子２ｂの周囲面２ａとの間に介在するような恐れを抑制できる。
【００４６】
尚、図４（ａ）｛或いは（ｂ）〜（ｄ）｝に示すように、当接部１ｄの各端面を含む空間平面を凸レンズ部１ａの光軸に直交させるように配置し、且つ各端面で囲う領域内に撮像レンズ１の重心を位置させることによって、撮像レンズ１を単体で平面上に載置したときに、凸レンズ部１ａの光軸が、かかる平面に対して直交する状態で、撮像レンズ１を支持するようになっている。かかる構成によれば、例えば組み付け時に当接部１ｄを平面上に当接させた状態で、撮像レンズ１を立てておくことができ、支持台などが不要となって便利である。
【００４７】
又、撮像レンズ１を鏡枠４に組み込んだときに、弾性部材６によって、撮像素子２ｂに向かって撮像レンズ１を付勢することで、振動などに対してガタ付きなく撮像レンズ１を保持することができる。
【００４８】
更に、脚部１ｃの内周面は、先端側から凸レンズ部１ａに向かうに連れて縮径するテーパ面となっており、かかるテーパ面のテーパ角（図１でθ）は３度以上である。脚部１ｃで反射する結像に寄与しない不要光を散乱させるため、脚部１ｃの内周面に微細な凹凸形状を設けることが考えられるが、そのような場合、内周面の離型性が悪化する恐れがある。本実施の形態のように、テーパ面のテーパ角を３度以上とすることで、射出成形時の離型性を高めることができる。
【００４９】
本実施の形態によれば、当接部１ｄが、撮像素子２ｂの周囲面２ａに当接した状態で、撮像レンズ１の段部１ｅの下面と、鏡枠４の下部４ａの隔壁４ｃとの間には、スキマΔが形成されるようになっているので、レンズ部１ａと撮像素子２ｂの光電変換部２ｄとの距離Ｌ（即ち光軸方向の位置決め）は、脚部１ｃの長さにより精度良く設定されるようになっている。本実施の形態では、４ヶ所の当接部を設けてはいるが、１ヶ所乃至３ヶ所でもよい。また、パッド２ｃとの干渉が回避できるのであれば、不連続な当接部ではなく、撮像レンズ１の円筒状の脚部１ｃに沿った、輪帯状の当接部であっても良い。更に、当接部は、必ずしも等間隔に形成される必要はなく、変形例にかかる図４（ｄ）に示す当接部１ｄ’のごとき、非対称の形状であっても良い。また、変形例にかかる図４（ｃ）の当接部１ｄは、円柱状の凸部となっている。
【００５０】
又、撮像レンズ１をプラスチック材料で構成した場合、温度変化時のレンズ部の屈折率変化に基づく合焦位置のずれを低減することも可能である。すなわち、プラスチックレンズは温度が上昇するにつれて、レンズの屈折率が下がり、合焦位置がレンズから離れる方向に変化する。一方、脚部１ｃは温度上昇により伸びる（熱膨張）ため、合焦位置ずれの低減効果がある。尚、本実施の形態の撮像レンズ１は、比重が比較的軽いプラスチック材料からなるので、同一体積でもガラスに比べて軽量であり、かつ衝撃吸収特性に優れるため、撮像装置を誤って落としたような場合でも、撮像素子２ｂの破損を極力抑制できるという利点がある。
【００５１】
又、図５に示すような構造を有する場合、撮像レンズ１が鏡枠４の中で任意に回転できる構造であると、当接部１ｄがパッド２ｃと干渉してしまうので、回転が規制されながら組付けられる構造（例えば回転ストッパを鏡枠４に設けるなど）が好ましい。このため、本実施の形態の変形例においては、回転ストッパ部としてＤカット部１ｆを利用している。より具体的には、図４（ｂ）に示すように、点線で示す鏡枠４の上半部４ｂの一部には、撮像レンズ１のフランジ部１ｅのＤカット部１ｆに対応して、内周側に突出した半月部４ｅが形成されており、変形例にかかる図４（ｂ）に示す位置から、撮像レンズ１と鏡枠４とが相対回転しようとすると、Ｄカット部１ｆと半月部４ａとが干渉して、かかる相対回転を阻止するように機能する。
【００５２】
本実施の形態の動作について説明する。撮像レンズ１のレンズ部１ａは、被写体像を、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄに結像する。撮像素子２ｂは、受光した光の量に応じた電気的信号を画像信号等に変換しパッド２ｃおよびワイヤＷを介して出力できるようになっている。
【００５３】
更に、本実施の形態においては、撮像レンズ１を基板ＰＣ上に取り付けるのではなく、撮像素子２ｂの周囲面２ａ上に取り付けているので、撮像レンズ１の脚部１ｃ（当接部１ｄを含む）の寸法精度、即ち、上述した距離Ｌの精度を管理することで、組み付け時に、レンズ部１ａの合焦位置に関する調整を不要とできる。
【００５４】
本発明の撮像装置は、被写体距離に応じたピント調整機能が無いため、レンズとしては、遠距離被写体から近距離被写体までピントが合う、パンフォーカスレンズであることが好ましい。従って過焦点距離Ｕ≒ｆ^２／（Ｆ×２Ｐ）（ただし、ｆ：レンズの焦点距離、Ｆ：レンズのＦナンバー、Ｐ：撮像素子の画素ピッチ）における、レンズ部１ａの像点位置と、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄとの光軸方向の位置を一致させることにより、幾何光学的には、無限遠方からＵ／２の距離の物体にピントが合っていると見なせる状態となる。
【００５５】
例えば、ｆ＝３．２ｍ、Ｆ＝２．８、Ｐ＝０．００５６ｍｍの場合、基準被写体距離として、過焦点距離Ｕ≒ｆ^２／（Ｆ×２Ｐ）＝０．３３ｍにおけるレンズ部１ａの像点位置と、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄとの光軸方向の位置を一致させるように、上述の距離Ｌを設定すれば、無限遠方から約０．１７ｍの距離までピントが合っている状態になる。また、必ずしも過焦点距離を基準被写体とする必要は無く、例えばより遠方の画質に重点を置きたい場合は、基準被写体距離を過焦点距離より遠方に設定すればよい。（具体的には上述の距離Ｌを若干短めにすればよい。）
【００５６】
ここで距離Ｌの精度であるが、パンフォーカスレンズとして合焦位置の調整を不要とするためには、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄと、レンズ部１ａの基準被写体距離における像点位置の光軸方向のズレを、空気換算長で±０．５×（Ｆ×２Ｐ）（Ｆ：撮影レンズのＦナンバー、Ｐ：撮像素子の画素ピッチ）程度に抑える必要がある。また、望ましくは±０．２５×（Ｆ×２Ｐ）程度に抑えるのがよい。このズレが大きいと、無限遠方や至近距離における画質が劣化し好ましくない。Ｆナンバーは、光学系の明るさを示す量の一つであり、レンズの等価焦点距離を、このレンズの入射瞳径で割った値で表す。例えば、焦点距離が、１００ｍで入射瞳径が５０ｍｍのレンズのＦナンバーは２である。（オプトロニクス社発行：光技術用語辞典参照）
【００５７】
より具体的に説明すると、本実施の形態では撮像レンズ１を、設計基準の物像間距離５００ｍｍにおけるレンズ部ｌａの像点位置（合焦位置）と、当接部１ｄの下面との光軸方向の位置を一致させるような形状としており、これにより、レンズ部ｌａの像点を、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄに一致させることができる撮像装置構成となっている。ただし、実際は、撮像レンズ１のレンズ部ｌａの面形状誤差、屈折率誤差、脚部ｌｃ（当接部ｌｄを含む）の寸法誤差と言った製造誤差が生ずるため、これらの製造誤差を考慮した上で、レンズ部ｌａの像点位置（合焦位置）と、当接部ｌｄの下面との光軸方向の位置ズレを、上述の±０．５×（Ｆ×２Ｐ）以下になるよう抑えている。
【００５８】
具体的な数値をあげると、後述の表１、表２に示されるレンズ部１ａの実施例のように、ＦナンバーをＦ２．８とし、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄの画素ピッチＰを０．００８ｍｍと仮定すると、
±０．５×（Ｆ×２Ｐ）
＝±０．５×２．８×２×０．００８≒±０．０２２ｍｍ
以下に抑える必要がある。また、より高画質な画像を得るためには、この値の１／２程度に抑えるのが望ましい。なお、本発明で言う像点位置（合焦位置）とは、像面湾曲を考慮し、中心画像と周辺画像ともに良好となるような画像の得られる位置を言う。以上述べた例においては、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄと周囲面２ａとの間に段差がないという前提に立っており、光電変換部２ｄと周囲面２ａとの間に段差がある場合には、その段差分だけ脚部１ｃ（当接部１ｄを含む）の長さを長くしたり、或いは短くしたりすることにより、レンズ部１ａの像点位置（合焦位置）を撮像素子２ｂの光電変換部２ｄに一致させることができる。
【００５９】
又、本実施の形態によれば、撮像レンズ１の脚部１ｃの当接部１ｄが、撮像素子２ｂの周囲面２ａに当接することで、レンズ部１ａと撮像素子２ｂの光電変換部２ｄとの光軸方向の位置決めを行うことができる。又、鏡枠４が、基板ＰＣに撮像素子２ｂの光電変換部２ｄを位置決め基準にして設置されることで、レンズ部１ａと撮像素子２ｂの光電変換部２ｄとの光軸直交方向の位置決めが行われるので、低コストでありながら高い位置決め精度を達成できることとなる。
【００６０】
特に、撮像素子２ｂの周囲面２ａに、撮像素子２ｂと基板ＰＣとを接続するためのパッド２ｃ及びワイヤＷが形成されているような場合、脚部１ｃの当接部１ｄが、パッド２ｃよりも光電変換部２ｄ側において周囲面２ａに当接するように構成すれば、撮像素子２ｂをコンパクトな構成に維持しつつも、当接部１ｄの当接面積を大きく確保でき、それにより撮像レンズ１を安定させると共に、当接面の面圧を低く抑えることができるため、撮像素子２ｂの保護を図りながらも、パッド２ｃやワイヤＷとの干渉が抑制され、しかも高精度の位置決めが達成されることとなる。尚、鏡枠４が基板ＰＣに接着されており、他の２ヶ所の接着部とあわせて、撮像装置の外部に対して、異物が侵入しないよう密封された状態に維持されるため、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄに対する異物の悪影響を排除することができる。これらに用いる接着剤は、防湿性を有するのが好ましい。これにより、湿気の侵入による撮像素子やパッドの表面劣化を防ぐことができる。
【００６１】
本実施の形態においては、レンズ部１ａを、鏡枠４に対して光軸方向に押圧する弾性部材６を設けることが好ましい。更に、前記弾性部材６は、撮像レンズ１のフランジ部１ｅを所定の付勢力で光軸方向に押圧するコイルばねであることが好ましい。かかる弾性部材６の弾性力を用いて、レンズ部１ａを適切な当接力（上述した５ｇ以上５００ｇ以下の荷重に相当する力）で光軸方向に沿って押しつけることができ、内側に画像信号処理回路が配置された撮像素子２ｂの周囲面２ａに過大なストレスが生じることがないし、振動で撮像レンズ１ががたつくこともないようになっている。また鏡枠４の光軸方向に大きな力が加わった場合でもその力は基板ＰＣには伝達するが、直接撮像素子２ｂに伝達されることはなく、撮像素子２ｂの保護という観点から好ましい。尚、弾性部材６としては、ウレタンやスポンジなども考えられるが、長期間安定した弾性力を発揮できる金属製のコイルばねなどが好ましい。
【００６２】
又、遮光板５とフィルタ７とで構成するカバー部材を、レンズ部１ａより被写体側に配置しているので、レンズ部１ａを剥き出しにすることなく、その保護が図れると共に、レンズ面への異物の付着防止も図れる。更に、フィルタ７が、赤外線吸収特性を有する材質から形成されているので、別個に赤外線カットフィルタを設ける必要がなくなり、部品点数を削減できるため好ましい。フィルタ７に赤外線カット特性を付与する代わりに、撮像レンズ１自体を赤外線吸収特性のある素材から形成したり、レンズ１ａの表面に、赤外線カット特性を有する皮膜をコーティングすることも考えられる。
【００６３】
更に、組み付け時において、遮光板５を鏡枠４から取り外した状態で、撮像レンズ１を、鏡枠４に対して被写体側より挿入することができ、その後、遮光板５を鏡枠４に組み付けることができる。このような構成により、撮像レンズ１の組み付け性が向上し、自動組立などを容易に行うことができる。この際に、鏡枠４の下部４ａいずれかに空気逃げの孔を形成しておくと、鏡枠４と撮像レンズ１とのスキマがわずかであっても、容易に組み付けを行うことができる。但し、かかる空気逃げの孔は、組み付け後に充填剤などで封止することで、外部からの異物の侵入や、湿気による撮像素子およびパッドの表面劣化などを抑制することが好ましい。また、かかる場合の充填剤は、光漏れを抑制するように遮光性のあるものが好ましい。尚、基板ＰＣに鏡枠４を接着した後に、撮像レンズ１を挿入しても良く、或いは撮像レンズ１を鏡枠４に取り付けた後に、そのユニット毎基板ＰＣに接着するようにしても良く、それにより工程の自由度が確保される。後者の組付手順とする場合は、鏡枠４の隔壁４ｃは撮像レンズ１の抜け落ち防止の機能をかねることができる。
【００６４】
撮像レンズ１の脚部１ｃが、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄの近くに配置されているため、結像に寄与しない光束が脚部１ｃに反射し、光電変換部２ｄに入射することで、ゴーストやフレアが生じる原因となることが懸念される。これを防止するには、レンズ部１ａのＦナンバーを規定する第１の絞り（開口３ａ）の被写体側に、周辺光束を規制する第２の絞り（開口５ａ）を配置し、不要光の入射を低減させるのが効果的である。なお、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄの短辺・長辺、対角方向で画角が異なるため、第２の絞りの開口５ａを矩形とすることで、より一層の効果が得られる。更に、本実施の形態では、遮光板５の開口５ａにこの機能を持たせているが、フィルタ７の被写体側に、遮光性を有する被膜を必要な開口部以外にコーティングもしくは塗布することで絞りを形成してもよい。又、同様な理由により、脚部１ｃの少なくとも一部に内面反射防止処理を施すのが好ましい。内面反射防止処理とは、例えば微細な凹凸形状を設ける等で表面粗さを粗くした面を形成し、結像に寄与しない光束を散乱させるようにすること、反射防止コーティングまたは低反射特性を有する塗料を塗布することを含む。更に、脚部１ｃを着色した遮光性のある素材から形成することで、透過光が撮像素子２ｂの光電変換部２ｂに至ることを抑制できる。
【００６５】
又、開口３ａを備えた絞り板３をレンズ部１ａの入射面側に設けているので、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄに入射する光束を、垂直に近い角度で入射させ、すなわちテレセントリックに近いものとすることができ、それにより高画質な画像を得ることができる。更に、レンズ部１ａの形状は、像側に強い曲率の面を向けた正レンズの形状とすることで、絞り（開口３ａ）とレンズ部１ａの主点との間隔が大きくとれ、よりテレセントリックに近い望ましい構成となる。本実施の形態では、レンズ部１ａを像側に凸面を向けた正のメニスカス形状としている。また、より高画質な画像を得るためには、レンズ部を複数枚のレンズで構成するのが好ましい。
【００６６】
図７は、第２の実施の形態にかかる撮像装置を示す図である。第２の実施の形態においては、上述した実施の形態に対して、絞り板及び遮光板の構成を変更した点のみが異なるため、脚部と撮像素子との当接位置を含む、その他の同様な構成に関しては、同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
図７において、鏡枠４の上部４ｂの上端には、薄い遮光シート８を上面に貼り付けた保持部材５’が、接着剤Ｂにより取り付けられている。遮光性のある素材からなる保持部材５’の中央の開口５ａ’内には、赤外線吸収特性を有する素材からなるフィルタ７’が嵌合配置されている。保持部材５’の開口５ａ’の上縁には、テーパ面５ｂ’が形成されており、ここに接着剤Ｂを付着させることによって、保持部材５’とフィルタ７’との接合を行うことができる。更に、保持部材５’は、開口５ａ’の下方に向かって突出し内径が段々と縮径する縮径部５ｃ’を設けており、その下端の最も絞られた部分が、第１の絞り５ｄ’を構成する。又、遮光シート８の中央開口８ａが第２の絞りを構成する。保持部材５’とフィルタ７’と遮光シート８とでカバー部材を構成する。
【００６８】
本実施の形態によれば、保持部材５’とフィルタ７’と遮光シート８とで構成するカバー部材を、撮像レンズ１のレンズ部１ａより被写体側に配置しているので、レンズ部１ａを剥き出しにすることなく、その保護が図れると共に、レンズ面への異物の付着防止も図れる。更に、かかるカバー部材は一体で形成できることから、撮像装置全体の部品点数の削減に貢献する。
【００６９】
上述の実施の形態と同様に、撮像レンズ１の脚部１ｃが、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄの近くに配置されているため、結像に寄与しない光束が脚部１ｃに反射し、光電変換部２ｄに入射することで、ゴーストやフレアが生じる原因となることが懸念される。本実施の形態においては、レンズ部１ａのＦナンバーを規定する第１の絞り５ａ’の被写体側に、周辺光束を規制する第２の絞り（開口８ａ）を配置し不要光の入射を低減している。なお、撮像素子２ｂの光電変換部２ｄの短辺・長辺、対角方向で画角が異なるため、第２の絞りの開口８ａを矩形とすることで、より一層の効果が得られる。
【００７０】
図８は、図１，７の実施の形態に適用可能である光学部材１のレンズ部１ａの第１の実施例（実施例１）に関する設計基準物像間距離における収差図である。又、［表１］に、本実施例のレンズ部のレンズデータを示す。尚、本実施例の設計基準物像間距離は５００ｍｍである。又、本実施例のレンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料からなる。
【表１】

本明細書中で用いる表中の記号については、ｆは全系の焦点距離（ｍｍ）、ＦはＦナンバー、ωは半画角（°）、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄは軸上面間隔（ｍｍ）、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはアッベ数である。
【００７１】
また面Ｎｏ．中の＊は非球面であることを示しており、かかる非球面は、面の頂点を原点とし光軸方向をＸ軸とする直交座標系において、頂点曲率をＣ、円錐定数をＫ、非球面係数をＡ_４，Ａ_６，Ａ_８，Ａ_１０，Ａ_１２として、以下の数式で表される。
【数１】

【数２】

【００７２】
図９は、図１，７の実施の形態に適用可能である光学部材１のレンズ部１ａの第２の実施例（実施例２）に関する設計基準物像間距離における収差図である。又、［表２］に、本実施例のレンズ部のレンズデータを示す。尚、本実施例の設計基準物像間距離は５００ｍｍである。又、本実施例のレンズは、ポリオレフィン系のプラスチック材料からなる。
【表２】

【００７３】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態では、撮像素子２ｂと基板ＰＣとの接続は、ワイヤＷにより行っているが、撮像素子２ｂの内部に配線をはわせて、撮像素子２ｂの背面（光電変換部と反対側）又は側面より、信号を取り出す構成も考えられる。かかる構成によれば、撮像素子の周囲面を広く確保できると共に、結線を容易に行うことができる。更に、本実施の形態では、撮像ユニットをベアチップである撮像素子のみから構成したが、その上面又は下面にガラスなどの保護部材を張り付けることで、一体形の撮像ユニットを構成することも考えられる。又、基板はハードなものに限らず、フレキシブルなものであっても良い。本発明の撮像装置は、携帯電話、パソコン、ＰＤＡ、ＡＶ装置、テレビ、家庭電化製品など種々のものに組み込むことが可能と考えられる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、安価でありながら、部品点数を削減でき、小型化が図れ、かつ無調整であっても精度良く組み付けでき、さらには防塵、防湿の構造を有し、また高画質な画像を得ることができる信頼性の高い撮像レンズ及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる撮像装置の断面図である。
【図２】図１の撮像装置の斜視図である。
【図３】撮像レンズの斜視図である。
【図４】撮像レンズの下面図であり、図４（ａ）は実施の形態で、図４（ｂ）〜（ｄ）は変形例である。
【図５】撮像素子の上面図である。
【図６】従来技術の撮像装置の一例を示す断面図
【図７】第２の実施の形態にかかる撮像装置の断面図である。
【図８】図１，７の実施の形態に適用可能である光学部材１のレンズ部１ａの第１の実施例（実施例１）に関する収差図である。
【図９】図１，７の実施の形態に適用可能である光学部材１のレンズ部１ａの第２の実施例（実施例２）に関する収差図である。
【符号の説明】
１撮像レンズ
１ａレンズ部
１ｃ脚部
１ｄ、１ｄ’ 当接部
２撮像ユニット
２ａ周囲面
２ｂ撮像素子
２ｄ光電変換部
３絞り板
４鏡枠
５遮光板
６弾性部材
７フィルタ
８遮光シート
５’ 保持部材
７’ フィルタ

Claims

レンズ部と、前記レンズ部の光軸方向に沿って筒状に延在する脚部とを備え、鏡枠に内包される撮像レンズと、
光電変換部と、その周囲に配置された周囲面とを、前記レンズ部に対向する面に形成した撮像素子と、を有し、
前記脚部の先端を含み前記レンズ部の光軸に直交する空間平面上に、所定の物体距離にある物点の像が位置するように形成された前記脚部の先端は面状であって、
前記脚部の先端面が、該撮像素子の外周を超えない範囲であって、且つ前記撮像素子の前記レンズ部に対向する面の周囲面、又は前記光電変換部の画像形成に無関係な領域に当接し、もしくは前記撮像素子に張り付けられた保護部材に当接し、
前記撮像レンズは、前記鏡枠に嵌合することにより光軸に直交する方向に位置決めされることを特徴とする撮像装置。
前記撮像レンズの前記レンズ部と脚部とがプラスチック材料の射出により成形されてなることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記脚部が円筒状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記撮像レンズの脚部は、前記鏡枠に嵌合する嵌合部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
前記撮像レンズは、飽和吸水率が１．２％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
前記脚部を、遮光性を有するプラスチック材料で形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置。
前記筒状の脚部の内周面の少なくとも一部には、内面反射防止処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像装置。
前記脚部の内周面は、前記レンズ部に向かうに連れて縮径するテーパ面となっており、前記テーパ面のテーパ角は３度以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の撮像装置。