JP6530215B2 - レンズユニットおよびカメラモジュール - Google Patents

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、カーナビ等のために車にモニタが搭載されることから、例えば、バックモニタシステムとして、車両のバックに搭載された車載カメラが撮影した映像をモニタに表示することが行われている。また、このカメラをバックだけではなく、車両の前後左右に備え、車両の周囲を見渡せるような画像を略リアルタイムで合成してモニタに表示するようなシステムも開発されている。

このような障害物や人物などの画像を正確に速く認識するなどのセンシング機能を有する車載カメラにおいて、レンズユニットには、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製の鏡筒およびガラス製のレンズが用いられ、高い信頼性を実現している（例えば、特許文献１参照）。
このレンズユニットにおいては、筒状の鏡筒に一群のレンズとして、複数のレンズが略鏡筒内に光軸方向に重ねて配置されている。

従来、このようなレンズユニットにおいて、ゴーストやフレアを抑制するために、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製の鏡筒の内面および撮像素子側（像面側）の端面に黒染め処理をして反射防止をしている。

特開２００６−２９２９２７号公報

しかしながら、従来のように鏡筒に黒染め処理を施すと、厚み精度が悪化するため、レンズユニットとしての必要精度を確保できない場合が生じ、製造歩留りが悪いという問題がある。
例えば、黒染め処理無しの金属製鏡筒の内径の加工精度が±０．００５〜±０．００７ｍｍ程度であるのに対して、黒染め処理を施した後の厚み精度（内径精度）が±０．０１５〜±０．０１７ｍｍ程度となり、このため特にレンズの光軸と直交する偏心精度を高めることができない。したがって、レンズの光軸の偏心精度を高めることができない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減しつつ、レンズの光軸の偏心精度を高めることができるレンズユニットおよび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、前記鏡筒の内側に前記鏡筒の軸方向に並んで設けられる複数のレンズとを備えているレンズユニットであって、複数の前記レンズのうちの最も結像側に位置する前記レンズよりも結像側に、遮光リングが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、複数の前記レンズのうちの最も結像側に位置する前記レンズよりも結像側に、遮光リングが設けられているので、金属製の鏡筒の内面に黒染め処理等の反射防止処理を施さなくても、ゴーストやフレアを抑制するための反射防止を図ることができる。このため、鏡筒の内径の加工精度を高めることができるので、レンズの光軸と直交する偏心精度を高めることができる。したがって、レンズの光軸の偏心精度を高めることができる。また、金属製の鏡筒の内面に黒染め処理等の反射防止処理を施さなくて良いので、製造コストを低減することができる。

また、本発明のレンズユニットは、金属製の鏡筒と、前記鏡筒の内側に前記鏡筒の軸方向に並んで設けられる複数のレンズと、前記鏡筒の一方の端部に配置される光学フィルタとを備えているレンズユニットであって、前記鏡筒の前記一方の端部の端面に、遮光リングが前記端面と前記光学フィルタとにより挟み込まれることにより固定されていることを特徴とする。

このような構成によれば、鏡筒の結像側の端部の端面に遮光リングが端面と光学フィルタとにより挟み込まれることにより固定されているので、金属製の鏡筒の内面に黒染め処理等の反射防止処理を施さなくても、ゴーストやフレアを抑制するための反射防止を図ることができる。このため、鏡筒の内径の加工精度を高めることができるので、レンズの光軸と直交する偏心精度を高めることができる。したがって、レンズの光軸の偏心精度を高めることができる。また、金属製の鏡筒の内面に黒染め処理等の反射防止処理を施さなくて良いので、製造コストを低減することができる。

本発明の前記構成において、複数の前記レンズは、ガラスレンズであることが好ましい。

また、本発明の前記構成において、前記鏡筒の結像側の端面に黒染め処理が施されてないことが好ましい。

このような構成によれば、鏡筒の結像側の端部の端面にも黒染め処理が施されていないので、製造コストをより低減することができる。

また、本発明の前記構成において、前記光学フィルタは、前記鏡筒に接着剤により固定されていることが好ましい。

このような構成によれば、例えば、鏡筒の一方の端部の端面に遮光リングを配置し、光学フィルタを鏡筒に接着剤により固定することなどにより、遮光リングを固定することができるので、遮光リングの取り付け作業を効率的に行うことができる。

本発明のカメラモジュールは、金属製の鏡筒と、前記鏡筒の内側に前記鏡筒の軸方向に並んで設けられる複数のレンズとを備え、複数の前記レンズのうちの最も結像側に位置する前記レンズよりも結像側に、遮光リングが設けられているレンズユニットと、
前記レンズユニットにより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、製造コストを低減しつつ、レンズの光軸の偏心精度を高めることができる。

本発明の実施の形態に係るカメラモジュールを示す断面図である。 図１の要部拡大断面図である。

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および図２に示すように、この実施の形態のレンズユニット１００は、鏡筒１と、鏡筒１内に配置される複数（本例では５枚）のレンズ２，３，４，５，６と、鏡筒１のレンズ２，３，４，５，６が像を結ぶ結像側（撮像素子７が配置される側）の端部に配置される光学フィルタ８と、レンズ２とレンズ６との間に配置される複数（本例では３枚）の環状の遮光リング２２，２３，２４および複数（本例では３つ）の環状のスペーサ（中間環）２５，２６，２７と、鏡筒１の結像側の端部の端面と光学フィルタ８との間に挟まれている環状の遮光リング２８とを備えている。
このレンズユニットは、例えば、自動車の後方側や前方側、自動車の周囲を撮影するために設けられる車載カメラに用いられる。

鏡筒１は、ステンレス鋼あるいはアルミニウム合金等の金属から形成されている。
この鏡筒１には、その内面および結像側（撮像素子７が配置される側）の端部の端面を含めてすべての部分に、黒染め処理が施されていない。
なお、鏡筒１の外形部は、意匠的な理由等で黒染め処理を施しても良い。重要な点は、レンズ２，３，４，５，６を光軸ＯＡと直交する方向に位置規制をする鏡筒１の内面および結像側端部の端面が、黒染め処理されていないことである。
ここで、黒染め処理とは、ステンレス鋼の代表的な処理として、例えば、黒色三価クロムめっき処理、アルミ合金の代表的な処理として、例えば、黒色アルマイト処理が挙げられる。これらの黒染め処理は、良好な反射防止機能を有する反面、膜厚バラツキが大きく、金属鏡筒の精度低下を招く問題を抱えている。

鏡筒１内には、鏡筒１の軸方向に沿って１つのレンズ群を構成する５枚のレンズ２，３，４，５，６が並べて配置される。鏡筒１の軸方向と略一致するように各レンズ２，３，４，５，６の光軸ＯＡ方向（鏡筒１の軸線方向）に配置されている。鏡筒１の一方の端部が結像側として撮像素子７に向いて配置され、他方の端部が物体側として撮影対象を向いて配置される。５枚のレンズ２，３，４，５，６はすべて、ガラスレンズ（ガラス製のレンズ）である。

レンズ２，３，４，５，６、スペーサ２５，２６，２７および遮光リング２２，２３，２４は、鏡筒１の内部に、物体側から結像側に向かって挿入されて設置されるようになっている。鏡筒１内には、レンズ６、遮光リング２５、スペーサ２７、レンズ５、レンズ４、スペーサ２６、遮光リング２４、スペーサ２５、レンズ３、遮光リング２３およびレンズ２が撮像素子７側から物体側に向かってこの順に配置されている。隣接する各部材は互いに当接している。

遮光リング２５、遮光リング２４および遮光リング２３は、通過光の範囲を制限するためのものであり、本例では金属製である。
また、スペーサ２７、スペーサ２６およびスペーサ２５は、本例ではステンレス鋼あるいはアルミニウム合金等の金属から形成されている。

鏡筒１の内周側は、径の異なる複数（５つ）の保持部３２，３３，３４，３５，３６が物体側から結像側に向かってこの順に設けられている。保持部３２，３３，３４，３５および３６はそれぞれ、レンズ２，３，４，５および６を保持するために設けられている。保持部３２，３３，３４，３５，３６の内径は、物体側から結像側に向かってこの順に次第に小径になっている。保持部３６内には、レンズ６、遮光リング２５およびスペーサ２７が嵌入されている。レンズ６のフランジ部の結像側の面は、鏡筒１の径方向内方に環状に突出する支持部３７に当接している。保持部３５内には、レンズ５が嵌入されている。保持部３４内には、レンズ４およびスペーサ２６が嵌入されている。保持部３３内には、遮光リング２４、スペーサ２５およびレンズ３が嵌入されている。保持部３２内には、レンズ２が嵌入されている。

鏡筒１の物体側の端部の外周面には、雄ねじが形成されており、この雄ねじに断面形状がコ字状の蓋体５３の筒部の内周面の雌ねじが螺合されている。蓋体５３の天板の中央部は開口されている。蓋体５３を鏡筒１にねじ込むことにより、レンズ６、遮光リング２５、スペーサ２７、レンズ５、レンズ４、スペーサ２６、遮光リング２４、スペーサ２５、レンズ３、遮光リング２３およびレンズ２が蓋体５３の天板と鏡筒１の支持部３７とに挟持されて鏡筒１内に固定されている。

スペーサ２６の内周面は、ねじ形状に形成されており、これにより時間のかかる切削加工の加工速度を高めることができ、生産性を向上させることができるとともに、ゴーストを効果的に防止することができる。

鏡筒１の結像側（撮像素子７が配置される側）の端部には、支持部３７より先端側に、遮光リング２８を収容し固定するシリンダ状（扁平な円筒状）の凹部６２が形成されている。凹部６２の底面６３は、鏡筒１の軸線と直交する環状（円環状）の平面となっている。この凹部６２の底面６３は、鏡筒１の結像側（撮像素子７が配置される側）の端面を構成している。

この凹部６２の円環状の底面６３に先ず薄い円環板状の遮光リング２８を配置し、次いで扁平な円柱状の光学フィルタ８を凹部６２内に嵌入し、次いで光学フィルタ８の外周面と鏡筒１の凹部６２の内周面との間に接着剤７２を入れ、その後硬化させることにより、遮光リング２８が鏡筒１の凹部６２内に固定される。光学フィルタ８の外周面と凹部６２の内周面との間に接着材７２が介在されて、光学フィルタ８と鏡筒１とは強固に固定される。接着剤７２としては、例えば熱硬化型エポキシ樹脂や、紫外線硬化型アクリル樹脂が用いられる。紫外線硬化型の接着剤７２は、紫外線を照射することにより短時間で硬化するので取り扱いが容易である。一方、熱硬化型エポキシ樹脂の接着剤７２は、耐熱性に優れ、信頼性試験後の接着強度が高い特長がある。また、接着剤７２は、チキソ性を有することで、フィルタ８と凹部６２の間に染み込むことなく、多少盛り上がった形態で、接着することができる（図２参照）。

遮光リング２８は、金属製である。遮光リング２８は、例えば、例えばＳＵＳ３０４(オーステナイト系ステンレス鋼)製であり、表面に黒色酸化被膜を形成することで、反射防止機能を有する。なお、他の遮光リング２２，２３，２４も同様に構成されている。
また、スペーサ（中間環）２５，２６，２７は、ＳＵＳ３０３(オーステナイト系ステンレス鋼)製であり、黒色三価クロムめっきを表面に施すことで、反射防止機能を有する。スペーサ２５，２６，２７は、レンズの光軸ＯＡと直交する方向の位置規制をする訳ではないので、黒染めの厚みバラツキによる精度低下の問題はない。スペーサ２５，２６，２７の材質は、アルミニウム合金、例えばＡ５０５６にサテン処理（化学的または物理的凹凸処理）を行った後、黒色アルマイト処理をすることでも代用出来る。

光学フィルタ８は、例えば、外光の特定の周波数成分を除去する目的でガラスに多層膜を蒸着させたものであり、この実施の形態では、光学フィルタ８が、赤外線カットフィルタ（赤外線除去フィルタ）とされている。
なお、光学フィルタ８は、上述のように特定の周波数成分を除去するものならば、赤外線カットフィルタに限られるものではない。

例えば、光学フィルタ８として、可視光帯域の光を透過し、可視光帯域に隣接する第１の近赤外帯域の光を遮断し、さらに第１の近赤外帯域よりも長波長の第２の近赤外帯域の光を透過する光学フィルタを用いてもよい。この光学フィルタによれば、第２の近赤外波長帯域を、夜間撮影の際に補助的に使用される赤外線照明の出力波長（例えば８８０ｎｍ等）に合わせることにより、昼間は、第２の近赤外帯域を除く赤外帯域の光が遮断され良好に撮影が可能であり、夜間にも、光学フィルタを透過する第２の近赤外帯域を利用した赤外線照明の光によって撮影が可能になる。

鏡筒１の外周面の結像側（撮像素子７が配置される側）の端部分には、雄ねじ７２が形成されており、また中央部分には雄ねじ７２よりも大径の嵌合部７３が形成されている。
このように構成されたレンズユニット１００は、台座としてのホルダー（マウント）２００に取り付けられる。ホルダー２００は、レンズユニット１００が取り付けられる筒部２０２と、筒部２０２の外周面から袴状に外方および下方に延びる基部２０３とを備えている。基部２０３の先端は、筒部２０２の結像側の端よりも撮像素子７側に突出している。ホルダー２００は、ステンレス鋼あるいはアルミニウム合金等の金属から形成されている。ホルダー２００をアルミニウム合金で形成する場合には、ダイキャスト工法で製造できるため、より複雑な形状にすることができる。

ホルダー２００の筒部２０２は、物体側の部分が結像側の部分よりも大径になっている。筒部２０２の大径の部分の内周面には、嵌合部２２２が形成され、また小径の部分の内周面には、雌ねじ２２３が形成されている。レンズユニット１００は、鏡筒１の嵌合部７３をホルダー２００の嵌合部２２２に嵌合させてガイドとして機能させつつ、雄ねじ７２
を雌ねじ２２３にねじ込むことで、ホルダー２００に取り付けられる。

このように、レンズユニット１００およびホルダー２００にそれぞれ、嵌合部７３および嵌合部２２２と雄ねじ７２および雌ねじ２２３とが設けられているので、嵌合部７３と嵌合部２２２とを嵌合させつつ、雄ねじ７２を雌ねじ２２３にねじ込むことができる。このため、レンズユニット１００をホルダー２００に実装する時に、鏡筒１を回転させることにより、光学系の光軸ＯＡ倒れを防ぎつつ、ピント調整を行うことができる。

また、ホルダー２００の筒部２０２の結像側の端部には、径方向内方に向かって光学フィルタ２８の外周部近傍まで延びる環状の突出部２２５が形成されている。
この突出部２２５は、ダストトラップ部を構成する。すなわち、上述のように、鏡筒１を回転させてピント調整を行う際に、金属製のねじ同士を歯み合わせるので、鏡筒１およびホルダー２００の雄ねじ７２および雌ねじ２２３の削れ粉が撮像素子７に落下し、画像に黒いシミが発生する虞がある。そこで、突出部２２５の撮像素子７側の面に粘着物質を塗布したダストトラップ部を形成して、削れ粉をダストトラップ部に付着させ、画像へのシミの発生を防止することができる。

このようなレンズユニット１００は、ホルダ２００、撮像素子７、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（撮像装置）とは、少なくともレンズユニットと撮像素子とを備えたものを言う。
撮像素子７は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)といった一般的な撮像素子により構成される。撮像素子７の撮像面（主面）には複数の画素がマトリクス状に形成されている。撮像素子７は、配線基板上に配置され、ホルダー２００の基部２０３の内側の収納空間に収納される。

カメラモジュールは、次のように動作する。物体側から入射する光は、レンズユニット１００のレンズを介して撮像素子７に入射する。撮像素子７は、入射した像を電気信号に変換する。信号処理回路は、撮像素子７からの電気信号に対して信号処理（Ａ／Ｄ変換、画像補正処理等）を実行する。信号処理回路から出力される電気信号は、フレキシブル配線シートおよびコネクタを介して外部の電子機器に接続される。

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、鏡筒１の結像側（撮像素子７が配置される側）の端部の端面（凹部６２の底面６３）に遮光リング２８がこの端面と光学フィルタ８とにより挟み込まれることにより固定されているので、金属製の鏡筒１の内面に黒染め処理等の反射防止処理を施さなくても、ゴーストやフレアを抑制するための反射防止を図ることができる。このため、鏡筒１の内径の加工精度を高めることができるので、レンズの光軸ＯＡと直交する偏心精度を高めることができる。したがって、レンズの光軸ＯＡの偏心精度を高めることができる。また、金属製の鏡筒の内面に黒染め処理等の反射防止処理を施さなくて良いので、製造コストを低減することができる。

また、鏡筒１の内周面だけでなく、鏡筒１の結像側（撮像素子７が配置される側）の端面にも黒染め処理（表面処理）が施されてないので、製造コストをより低減することができる。
また、光学フィルタ８が鏡筒１に接着剤７２により固定されているので、鏡筒１の凹部６２の底面６３に遮光リング２８を配置し、光学フィルタ８を鏡筒１の凹部６２に接着剤７２により固定することにより、遮光リング２８を固定することができるため、遮光リング２８の取り付け作業を効率的に行うことができる。

なお、上述の実施の形態においては、複数のレンズ２，３，４，５，６がすべてガラスレンズにしたが、複数のレンズ２，３，４，５，６の一部または全部を樹脂製等の他の材料のレンズにしてもよい。
また、上述の実施の形態においては、遮光リング２２，２３，２４，２８およびスペーサ２５，２６，２７をすべて金属製にしたが、これらの一部または全部を樹脂製等の他の材料のものにしても良い。
また、上述の実施の形態においては、ホルダー２００を金属製としたが、樹脂製等の他の材料ものにしても良い。
また、上述の実施の形態においては、光学フィルタ８を金属製にしたが、樹脂製等の他の材料のものにしても良い。この場合、レンズの光軸ＯＡの偏心精度は低下する虞があるが、金属製の鏡筒１の内面に黒染め処理等の反射防止処理を施さなくても、ゴーストやフレアを抑制するための反射防止を図ることができる。
また、上述の実施の形態においては、鏡筒１に光学フィルタ８を接着剤７２により固定するようにしたが、他の方法により固定するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態においては、鏡筒１の結像側の端部の端面６３に遮光リング２８をこの端面６３と光学フィルタ８とにより挟み込むことにより固定するようにしたが、鏡筒の端面６３あるいは光学フィルタ８に接着剤により固定するようにしてもよいし、さらには他の方法により固定してもよい。

また、上述の実施の形態においては、光学フィルタ８と遮光リング２８とを鏡筒１の外側の結像側に固定するようにしているが、鏡筒１内において、最も結像側に位置するレンズ６よりも結像側に遮光リング２８を設けるようにしてもよい。例えば、鏡筒１の結像側の支持部３７とレンズ６との間に光学フィルタ８および遮光リング２８を設けるようにしてもよい。この場合、光学フィルタ８、遮光リング２８およびレンズ６を結像側からこの順に嵌入できる鏡筒１を用いるのが好ましい。要は、最も結像側に位置するレンズ６よりも結像側に光学フィルタ８および遮光リング２８を設置するようにしてもよい。さらには、光学フィルタ８を用いないで、最も結像側に位置するレンズ６よりも結像側に遮光リング２８を設置するようにしてもよい。

１ 鏡筒
２，３，４，５，６ レンズ
８ 光学フィルタ
２８ 遮光リング
６３ 凹部の底面（端面）
７２ 接着剤
１００ レンズユニット

Claims (10)

1. 金属製の鏡筒と、前記鏡筒の内側に前記鏡筒の軸方向に並んで設けられる複数のレンズとを備えているレンズユニットであって、
   複数の前記レンズのうちの最も結像側に位置する前記レンズよりも結像側に、円環板状の金属製の遮光リングが設けられていることを特徴とするレンズユニット。
2. 複数の前記レンズのうちの最も結像側に位置する前記レンズと、
   前記鏡筒の内側に設けられ、前記レンズを結像側から支持する支持部との間に、
   前記遮光リングが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
3. 金属製の鏡筒と、前記鏡筒の内側に前記鏡筒の軸方向に並んで設けられる複数のレンズと、複数の前記レンズのうちの最も結像側に位置する前記レンズより結像側に配置される光学フィルタとを備えているレンズユニットであって、
   円環板状の金属製の遮光リングが、前記光学フィルタと前記鏡筒の結像側に形成された光学フィルタ受け部とにより挟み込まれることにより固定されていることを特徴とするレンズユニット。
4. 前記鏡筒の内側には、前記レンズを結像側から支持する支持部が設けられ、
   前記光学フィルタ受け部は、前記支持部の結像側の面であることを特徴とする請求項３に記載のレンズユニット。
5. 前記光学フィルタ受け部は、前記鏡筒の結像側の端部に形成された円形状の窪みである凹部であり、前記凹部の底面と前記光学フィルタとの間に前記遮光リングが挟み込まれることにより固定されていることを特徴とする請求項３に記載のレンズユニット。
6. 前記遮光リングは、ステンレス鋼材で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のレンズユニット。
7. 複数の前記レンズは、ガラスレンズであることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のレンズユニット。
8. 前記鏡筒の結像側の端面に黒染め処理が施されていないことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレンズユニット。
9. 前記光学フィルタは、前記鏡筒に接着剤により固定されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のレンズユニット。
10. 金属製の鏡筒と、前記鏡筒の内側に前記鏡筒の軸方向に並んで設けられる複数のレンズとを備え、複数の前記レンズのうちの最も結像側に位置する前記レンズよりも結像側に、円環板状の金属製の遮光リングが設けられているレンズユニットと、
    前記レンズユニットにより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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