JP5435734B2 - 鏡枠部品、レンズ組立体、撮像装置、および鏡枠部品の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、レンズを組み込む鏡枠部品およびその製造方法に係り、特に、多孔質セラミック製の鏡枠部品およびその製造方法に関する。また、本発明は、このような鏡枠部品を備えたレンズ組立体および撮像装置にも関している。

携帯電話や自動車などに用いられる撮像装置は、高温または低温などの厳しい環境条件下において優れた性能安定性および耐久性を有することが求められる。そこで、例えば、特許文献１および２には、セラミック製の鏡枠を使用することが提案されている。また、特許文献３には、通気性と耐久性に優れる多孔質セラミックを光学部品に使用することが提案されている。
一般に、鏡枠部品は、例えば特許文献４に開示されているように、複数のレンズを収容する鏡枠本体と、鏡枠本体内で複数のレンズ間の間隔を規定する間隔環と、鏡枠本体の端部に配置される押え環とで構成されている。鏡枠部品に組み込まれたレンズは、レンズの光軸および焦点にずれが生じないように鏡枠部品と接触して固定されている。一方、多孔質セラミック製の鏡枠部品は、その表面に微小な凹凸を有する。このため、鏡枠部品にレンズを組み込む時などに両者が擦れて鏡枠部品から削れ粉が発生するといった問題が生じることが考えられる。

一方、例えば、特許文献５には、トライボケミカル反応によりセラミックの表面全体を保護膜で覆って平滑化することが提案されている。

特開２００６−２８４９９１号公報 特開２００６−２９２９２７号公報 特開２００７−２３８４３０号公報 特開２００７−２７９５５７号公報 特開２００３−１４５４１６号公報

しかしながら、鏡枠部品の凹凸を平滑化するために表面全体を保護膜で覆ってしまうと通気性を阻害し、鏡枠部品にレンズが組み込まれたレンズ組立体の内外の温度差が大きくなることでその内部に結露を発生させるおそれがある。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、多孔質セラミックの通気性を保ちつつレンズとの摩擦に起因する削れ粉の発生を抑制した鏡枠部品およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような鏡枠部品を備えたレンズ組立体および撮像装置を提供することも目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る鏡枠部品は、レンズ接触面を有する多孔質セラミック製の鏡枠部品であって、前記レンズ接触面が、水中にて研磨工具で研磨されることでトライボケミカル反応の発生により生成された水和物または酸化物からなる保護膜部分とトライボケミカル反応を発生することなく多孔質の状態が残る多孔質部分とを有するものである。

ここで、前記保護膜部分は、前記レンズ接触面に対して２０〜８０％の表面積を有するのが好ましい。
また、前記保護膜部分は、表面粗さが３μｍ以下の前記研磨工具で前記レンズ接触面を研磨することにより生成することができる。
また、鏡枠部品は、窒化ケイ素からなるのが好ましい。

また、鏡枠部品は、複数の前記レンズを収容する鏡枠本体と、前記鏡枠本体内で複数の前記レンズ間の間隔を規定する少なくとも１つの間隔環と、前記鏡枠本体の端部に配置される押さえ環とを含み、前記鏡枠本体と前記間隔環と前記押さえ環のそれぞれのレンズ接触面が前記保護膜部分と前記多孔質部分とを有することができる。

また、本発明に係るレンズ組立体は、上記のいずれか一項に記載の鏡枠部品にレンズを組み込んだものである。
また、本発明に係る撮像装置は、上記に記載のレンズ組立体を備えたものである。

また、本発明に係る鏡枠部品の製造方法は、レンズ接触面を有する多孔質セラミック製の鏡枠部品の製造方法であって、前記レンズ接触面を水中にて研磨工具で研磨することで、前記レンズ接触面の微小な突起部の領域においては、研磨に伴う摩擦熱によるトライボケミカル反応を発生させて水和物または酸化物からなる保護膜部分を生成し、前記レンズ接触面の微小な突起部以外の領域においては、トライボケミカル反応を発生することなく多孔質の状態が残る多孔質部分となる方法である。

ここで、前記研磨工具の表面粗さは、前記レンズ接触面の表面粗さより小さくてもよい。
また、前記研磨工具の表面粗さは、３μｍ以下であってもよい。

本発明によれば、多孔質セラミックの通気性を保ちつつレンズとの摩擦に起因する削れ粉の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る鏡枠部品の構成を示す断面図である。 保護膜形成装置の構成を示す断面図である。 保護膜形成装置で保護膜部分を形成した鏡枠部品を示す拡大図である。 レンズ組立体を組み立てる様子を示す断面図である。 撮像装置の構成を示す断面図である。

以下に、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。

図１に、４枚のレンズＬ１〜Ｌ４を鏡枠部品１に組み込んだレンズ組立体１０の構成を示す。鏡枠部品１は、レンズＬ１〜Ｌ４を順次収容する鏡枠本体２と、鏡枠本体２内でレンズＬ１〜Ｌ４間の間隔を規定する間隔環６ａ〜６ｃと、鏡枠本体２の前端外周部に配置される押え環７とを有する。

鏡枠本体２は、内部を貫通した筒状の形状を有し、後端（結像側）に後端側開口３、前端（被写体側）に前端側開口４が形成されている。鏡枠本体２において、後端部の内周面はレンズＬ１の外周面と、中間部の内周面はレンズＬ２およびＬ３の外周面と、前端部の内周面はレンズＬ４の外周面とそれぞれ接するように形成されている。なお、レンズＬ１の径よりレンズＬ２およびＬ３の径が大きく、レンズＬ２およびＬ３の径よりレンズＬ４の径が大きいため、鏡枠本体２の後端部、中間部、および前端部の内周は、それぞれ異なる径を有すると共にレンズＬ１〜Ｌ４の光軸が一致するように同心円状に形成されている。
鏡枠本体２の後端側開口３は、レンズＬ１の径より小さな内径を有してレンズＬ１をレンズＬ１の後面側から支持する周縁凸部５を備えている。鏡枠本体２の前端側開口４は、レンズＬ４の径に対応する内径を有し、レンズＬ１〜Ｌ４を順次挿入できるように形成されている。

鏡枠本体２に収容された各レンズＬ１〜Ｌ４の間には、間隔環６ａ〜６ｃが挿入される。間隔環６ａ〜６ｃは、円環状の形状を有し、外周面が鏡枠本体２の内周面と接する。
間隔環６ａの後面および前面は、それぞれレンズＬ１およびレンズＬ２と接してこれらの間隔を規定する。間隔環６ｂの後面および前面は、それぞれレンズＬ２およびレンズＬ３と接してこれらの間隔を規定する。間隔環６ｃの後面および前面は、それぞれレンズＬ３およびレンズＬ４と接してこれらの間隔を規定する。

鏡枠本体２の前端外周部には、筒状の形状を有する押え環７が配置されている。押え環７の前端部は、レンズＬ４の径よりも小さな内径を有してレンズＬ４をレンズＬ４の前面側から固定する周縁凸部８を備えている。押え環７は、鏡枠本体２に螺合あるいは嵌合等により固定される。

なお、鏡枠部品１（鏡枠本体２、間隔環６ａ〜６ｃ、押え環７）は、例えば窒化ケイ素などの多孔質セラミックからなり、レンズＬ１〜Ｌ４の外周面と接触する鏡枠本体２の内周面、レンズＬ１〜Ｌ４の前面および後面と接触する間隔環６ａ〜６ｃの前面および後面、鏡枠本体２の周縁凸部５、および押え環７の周縁凸部８などのレンズ接触面を有する。ここで、多孔質セラミックとは、１０％以上の気孔率を有するセラミックである。

図２に、鏡枠部品１のレンズ接触面に保護膜部分を形成する保護膜形成装置２１の構成を示す。保護膜形成装置２１は、例えば水などのトライボケミカル反応を発生させるための反応液Ｒを入れた水槽２２を有する。
水槽２２の反応液Ｒの中には、鏡枠本体２を固定するための部品固定手段２３が配置されている。部品固定手段２３には、駆動軸２４を介して所定の回転速度で部品固定手段２３を一定方向に回転させる回転駆動部２５が接続されている。水槽２２の反応液Ｒの中には、鏡枠本体２のレンズ接触面を研磨するための研磨工具２６が配置されている。研磨工具２６は、鏡枠本体２より高い硬度を有するセラミックまたは金属などから構成される。ここで、研磨工具２６の表面粗さは、鏡枠本体２のレンズ接触面の表面粗さより小さいものであり、例えば３μｍ以下のものが使用できる。研磨工具２６は、駆動軸２７を介して回転駆動部２８と接続されている。回転駆動部２８は、研磨工具２６を上下方向に移動させると共に部品固定手段２３の回転方向とは反対の方向に所定の速度で回転させる。

まず、鏡枠本体２が水槽２２内の部品固定手段２３に固定されると、反応液Ｒが鏡枠本体２を満たすように水槽２２内に満たされる。研磨工具２６が鏡枠本体２のレンズ接触面に接するように配置され、回転駆動部２５が部品固定手段２３を所定の速度で回転させると共に回転駆動部２８が研磨工具２６を部品固定手段２３と反対方向に所定の速度で回転させる。これにより、窒化ケイ素からなる鏡枠本体２のレンズ接触面が、反応液中にて研磨工具２６で研磨される。研磨に伴う摩擦熱はトライボケミカル反応を発生させ、鏡枠本体２の表面に生成されたケイ素と周囲の反応液Ｒとが反応して水和物（Ｓｉ−ＯＨ）および酸化物（Ｓｉ−Ｏ）からなる保護膜を生成する。

この時、研磨工具２６は、鏡枠本体２のレンズ接触面より表面粗さの小さいものであるため、鏡枠本体２の微小な凹凸のうち突起部だけを摩擦する。このため、保護膜は、鏡枠本体２の微小な突起部のみで生成される。生成された保護膜は研磨工具２６により押し潰され、微小な突起部の所定領域に平滑な保護膜部分が形成される。このようにして、鏡枠本体２の微小な突起部の領域を平滑化することができる。一方、鏡枠本体２の微小な突起部以外の領域においては、トライボケミカル反応を発生することなく窒化ケイ素の多孔質の状態が残る多孔質部分となる。このように、多孔質の状態を残すことで、鏡枠本体２は通気性も備えることができる。
研磨工具２６を鏡枠本体２のレンズ接触面に対して上下方向に移動させると共に部品固定手段２３を駆動軸２４の回りに回転させることで、鏡枠本体２の内周面全面にわたって保護膜部分と多孔質部分を有するレンズ接触面を得ることができる。

なお、間隔環６ａ〜６ｃと押え環７のレンズ接触面にも同様にしてレンズ接触面より表面粗さの小さい研磨工具を用いてトライボケミカル反応を発生させることで、微小な突起部の領域に保護膜部分を生成すると共に微小な突起部以外の領域を多孔質部分とした間隔環６ａ〜６ｃと押え環７のレンズ接触面を得ることができる。

図３に、保護膜部分２９と多孔質部分３０を有する鏡枠部品１のレンズ接触面の写真を示す。この写真は、鏡枠部品１のレンズ接触面に保護膜形成装置２１で保護膜部分を形成し、その部分を走査型電子顕微鏡で１０００倍に拡大したものである。このように、多孔質の微小な突起部の領域に保護膜部分が生成され、微小な突起部以外の領域は多孔質状態が残る多孔質部分となる。
なお、鏡枠部品１のレンズ接触面に対する保護膜部分２９の表面積の割合は、研磨工具２６の表面粗さにより制御することができ、表面粗さが大きいものを用いることで高い割合を、表面粗さが小さいものを用いることで低い割合を、それぞれ得ることができる。鏡枠部品１の通気性を保ちつつ削れ粉の発生を抑制するためには、レンズ接触面に対して２０〜８０％の表面積を有する保護膜部分２９を形成することが望ましい。

次に、このようにして、それぞれのレンズ接触面に保護膜部分と多孔質部分とを形成した鏡枠本体２、間隔環６ａ〜６ｃ、押え環７を用いて、図１に示したレンズ組立体１０を組み立てる動作を説明する。

まず、図４に示すように、鏡枠本体２の前端側開口４からレンズＬ１が挿入され、レンズＬ１の外周面と、鏡枠本体２の内周面に所定の割合で形成された保護膜部分とを接触させながらレンズＬ１の後面が鏡枠本体２の周縁凸部５と接触するまでレンズＬ１を移動させる。なお、周縁凸部５にも所定の割合で保護膜部分が形成されており、周縁凸部５は保護膜部分によりレンズＬ１の後面と接触している。次に、鏡枠本体２の前端側開口４から間隔環６ａが挿入され、間隔環６ａの外周面と、鏡枠本体２の内周面に形成された保護膜部分とを接触させながら間隔環６ａの後面がレンズＬ１の前面と接触するまで間隔環６ａを移動させる。この時、間隔環６ａは、後面に所定の割合で形成された保護膜部分によりレンズＬ１と接触している。同様にして、レンズＬ２、間隔環６ｂ、レンズＬ３、間隔環６ｃ、およびレンズＬ４を順次鏡枠本体２の前端側開口４から挿入し、間隔環６ａの前面および間隔環６ｂの後面がレンズＬ２と、間隔環６ｂの前面および間隔環６ｃの後面がレンズＬ３と、間隔環６ｃの前面がレンズＬ４とそれぞれ接触するまで移動させる。この時も、間隔環６ｂおよび６ｃは、外周面を鏡枠本体２の内周面に形成された保護膜部分と接触させながら移動し、後面および前面に所定の割合で形成された保護膜部分によりレンズＬ２〜Ｌ４とそれぞれ接触している。

このように、レンズＬ１〜Ｌ４は鏡枠本体２の平滑化された保護膜部分と接触しながら移動するため、レンズＬ１〜Ｌ４と鏡枠本体２の多孔質部分とが擦れて削れ粉が発生することを防止することができる。また、間隔環６ａ〜６ｃも同様に、間隔環６ａ〜６ｃの平滑化された保護膜部分とレンズＬ１〜Ｌ４とが接触しているため、間隔環６ａ〜６ｃの多孔質部分とレンズＬ１〜Ｌ４とが擦れて削れ粉が発生することを防止することができる。

鏡枠本体２にレンズＬ１〜Ｌ４が収容されると、鏡枠本体２の前端部に押え環７が取り付けられ、押え環７の周縁凸部８でレンズＬ４を前面側から押さえて鏡枠本体２と押え環７が固定される。これにより、鏡枠本体２の周縁凸部５と押え環７の周縁凸部８でレンズＬ１〜Ｌ４が挟持され、鏡枠本体２、レンズＬ１、およびレンズＬ４の内部が密閉されてレンズ組立体１０が組み立てられる。

ここで、押え環７の周縁凸部８は所定の割合で形成された保護膜部分によりレンズＬ４と接触しているため、押え環７の多孔質部分とレンズＬ４とが擦れて削れ粉が発生することを防止することができる。

本実施形態によれば、鏡枠部品１のレンズ接触面が保護膜部分と多孔質部分を所定の割合で有することで、鏡枠部品１の通気性を保ちつつ鏡枠部品１の多孔質部分とレンズＬ１〜Ｌ４との接触による削れ粉の発生を防止することができる。また、鏡枠部品１にレンズＬ１〜Ｌ４を組み込んだ後においても、鏡枠部品１のレンズ接触面は、保護膜部分によりレンズＬ１〜Ｌ４と接触しているため振動や移動などにより削れ粉が発生するのを防止でき、また、多孔質部分により通気性が保たれているため密閉により内外に生じる温度差を抑制することができる。

このようにして形成されたレンズ組立体１０と撮像素子等とを組み合わせることにより撮像装置を構成することができる。例えば、図５に示すように、撮像装置３１は、レンズ組立体１０の鏡枠本体２の後端部に筒状の形状を有するカメラ本体枠３２を接着固定し、撮像素子３３等が搭載された基板３４をカメラ本体枠３２の後端側を覆うように接着固定することで組み立てられる。

なお、本実施形態において、鏡枠部品１のレンズ接触面にのみ保護膜部分を形成させたが、例えば鏡枠本体２と接する間隔環６ａ〜６ｃの外周面など、多孔質部分が擦れて削れ粉が発生する箇所に所定の割合で保護膜部分を形成してもよい。
また、鏡枠部品１は、トライボケミカル反応を発生させて保護膜部分を生成できればよく、例えば、窒化ケイ素または炭化ケイ素などのケイ素を含有するものから構成することができる。
また、間隔環６ａ〜６ｃは、レンズＬ１〜Ｌ４の間隔を規定できれば外周面が鏡枠本体２の内周面と接していなくてもよい。
また、保護膜形成装置２１による鏡枠部品１の研磨方法は、鏡枠部品１の微小な突起部の領域において研磨に伴う摩擦熱によるトライボケミカル反応を発生させて保護膜部分を生成できればよく、例えば、研磨用工具としてセラミックボールを用いたバレル研磨等が利用できる。
また、鏡枠部品１に組み込まれるレンズは、被写体からの光を結像できればよく、レンズＬ１〜Ｌ４の４枚に限られない。

１ 鏡枠部品、２ 鏡枠本体、３ 後端側開口、４ 前端側開口、５ 周縁凸部、６ａ〜６ｃ 間隔環、７ 押え環、８ 周縁凸部、１０ レンズ組立体、２１ 保護膜形成装置、２２ 水槽、２３ 部品固定手段、２４，２７ 駆動軸、２５，２８ 回転駆動部、２６ 研磨工具、２９ 保護膜部分、３０ 多孔質部分、３１ 撮像装置、３２ カメラ本体枠、３３ 撮像素子、Ｌ１〜Ｌ４ レンズ、Ｒ 反応液

Claims (10)

1. レンズ接触面を有する多孔質セラミック製の鏡枠部品であって、
   前記レンズ接触面が、水中にて研磨工具で研磨されることでトライボケミカル反応の発生により生成された水和物または酸化物からなる保護膜部分とトライボケミカル反応を発生することなく多孔質の状態が残る多孔質部分とを有することを特徴とする鏡枠部品。
2. 前記保護膜部分は、前記レンズ接触面に対して２０〜８０％の表面積を有する請求項１に記載の鏡枠部品。
3. 前記保護膜部分は、表面粗さが３μｍ以下の前記研磨工具で前記レンズ接触面を研磨することにより生成された請求項１または２に記載の鏡枠部品。
4. 窒化ケイ素からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の鏡枠部品。
5. 複数の前記レンズを収容する鏡枠本体と、前記鏡枠本体内で複数の前記レンズ間の間隔を規定する少なくとも１つの間隔環と、前記鏡枠本体の端部に配置される押さえ環とを含み、前記鏡枠本体と前記間隔環と前記押さえ環のそれぞれのレンズ接触面が前記保護膜部分と前記多孔質部分とを有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の鏡枠部品。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の鏡枠部品にレンズを組み込んだことを特徴とするレンズ組立体。
7. 請求項６に記載のレンズ組立体を備えたことを特徴とする撮像装置。
8. レンズ接触面を有する多孔質セラミック製の鏡枠部品の製造方法であって、
   前記レンズ接触面を水中にて研磨工具で研磨することで、前記レンズ接触面の微小な突起部の領域においては、研磨に伴う摩擦熱によるトライボケミカル反応を発生させて水和物または酸化物からなる保護膜部分を生成し、前記レンズ接触面の微小な突起部以外の領域においては、トライボケミカル反応を発生することなく多孔質の状態が残る多孔質部分となる
   ことを特徴とする鏡枠部品の製造方法。
9. 前記研磨工具の表面粗さは、前記レンズ接触面の表面粗さより小さい請求項８に記載の鏡枠部品の製造方法。
10. 前記研磨工具の表面粗さは、３μｍ以下である請求項９に記載の鏡枠部品の製造方法。