JP6741610B2 - レンズユニット - Google Patents

Description

本発明は、複数のレンズが筒状のホルダ内に保持されたレンズユニットに関するものである。

広角レンズとして、メニスカスレンズを含む複数のレンズを備えたレンズ構成が提案されている（特許文献１参照）。かかる複数のレンズは筒状のホルダ内に保持される。

特開２０１１−１０７４２５号公報

特許文献１等に記載されたレンズユニットにおいて、プラスチックレンズを用いると、環境温度が上昇した際にプラスチックレンズの屈折率が低下するため、焦点位置が像側にずれてしまうという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、メニスカス形状のプラスチックレンズのホルダへの圧入構造を適正化することにより、温度上昇時の焦点位置のシフトを低減することのできるレンズユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、複数のレンズと、前記複数のレンズを内側に保持する筒状のホルダと、を有するレンズユニットにおいて、前記複数のレンズは、最も物体側に配置された第１レンズと、前記第１レンズより像側に配置されたレンズ群と、からなり、前記レンズ群は、凹状レンズ面および凸状レンズ面を備えたメニスカス形状のプラスチックレンズからなる単レンズを含み、前記ホルダは、前記単レンズより熱膨張係数が小であり、前記単レンズは、前記単レンズの側面のうち、前記凹状レンズ面が位置する凹側部分が前記ホルダの内面に当接した状態で前記ホルダに圧入されていることを特徴とする。

本発明において、メニスカス形状のプラスチックレンズからなる単レンズを用いると、環境温度が上昇した際にプラスチックレンズの屈折率が低下するが、単レンズは、側面のうち、凹状レンズ面が位置する凹側部分がホルダの内面に当接している。このため、環境温度が上昇した際に、単レンズ（プラスチックレンズ）の凸状レンズ面は、膨張しようとする力の反力を受けて、曲率半径が小さくなるように変形する。このため、環境温度が上昇した際、プラスチックレンズの屈折率の低下に起因するパワーの低下は、凸状レンズ面の変形に伴うパワーの増大によって相殺される。従って、プラスチックレンズからなるメニスカスレンズのホルダの圧入構造を適正化すれば、温度上昇時の焦点位置のシフトを低減することができる。

本発明において、前記ホルダは、無機強化繊維が配合された樹脂材からなる態様を採用することができる。かかる態様によれば、プラスチックレンズからなる単レンズより熱膨張係数が小であるホルダを効率よく製造することができる。

本発明において、前記レンズ群は、前記単レンズを複数含み、前記複数の単レンズは各
々、前記凹側部分が前記ホルダの内面に当接した状態で前記ホルダに圧入されている態様を採用することができる。

本発明において、前記レンズ群は、前記複数の単レンズと、接合レンズと、を含み、前記接合レンズは、凹状レンズ面および凸状レンズ面を備えたメニスカス形状のプラスチックレンズからなるレンズを含み、前記レンズの側面は、前記凹状レンズ面および前記凸状レンズ面のうち、前記凹状レンズ面が位置する凹側部分が前記ホルダの内面に当接した状態で前記ホルダに圧入されている態様を採用することができる。

本発明において、前記レンズ群は、物体側から像側に向かって順に配置された第２レンズ、第３レンズ、第４レンズおよび第５レンズを含み、前記第２レンズおよび前記第３レンズが前記単レンズとして構成され、前記第４レンズと前記第５レンズとが前記接合レンズを構成している態様を採用することができる。

本発明において、前記ホルダの内周面には、径方向内側に突出した環状の段部が形成されており、前記レンズ群は、前記段部を基準に光軸方向で位置決めされている態様を採用することができる。

本発明において、前記単レンズは、前記凹状レンズ面および前記凸状レンズ面にコーティング層が形成されており、前記ホルダの内周面には、周方向の複数個所に光軸方向に延在する複数のリブが形成されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、環境温度が上昇した際のレンズ面の変形を適正なレベルに抑えることができる。従って、コーティング層の割れや剥離等の問題が発生しにくい。

本発明において、メニスカス形状のプラスチックレンズからなる単レンズを用いると、環境温度が上昇した際にプラスチックレンズの屈折率が低下するが、単レンズは、側面のうち、凹状レンズ面が位置する凹側部分がホルダの内面に当接している。このため、環境温度が上昇した際に、単レンズ（プラスチックレンズ）の凸状レンズ面は、膨張しようとする力の反力を受けて、曲率半径が小さくなるように変形する。このため、環境温度が上昇した際、プラスチックレンズの屈折率の低下に起因するパワーの低下は、凸状レンズ面の変形に伴うパワーの増大によって相殺される。従って、プラスチックレンズからなるメニスカスレンズのホルダの圧入構造を適正化すれば、温度上昇時の焦点位置のシフトを低減することができる。

本発明を適用したレンズユニットの断面図である。 本発明を適用したレンズユニットにおけるホルダへのレンズの圧入構造を示す説明図である。 本発明に対する比較例に係るレンズユニットにおけるホルダへのレンズの圧入構造を示す説明図である。 本発明を適用したレンズユニットの８５℃の温度における焦点位置のシフト量を模式的に示す説明図である。 本発明を適用したレンズユニットの各レンズ毎の８５℃の温度における焦点位置のシフト量を示す説明図である。 本発明を適用したレンズユニットの各温度毎の焦点位置のシフト量を示す説明図である。 本発明を適用したレンズユニットに用いたホルダの改良例を示す説明図である。

（広角レンズ１００の構成）
図１は、本発明を適用したレンズユニット１の断面図である。図１に示すように、本形態のレンズユニット１は、複数のレンズを備えた広角レンズ１００と、広角レンズ１００を内側に保持する筒状のホルダ９０とを有している。広角レンズ１００において、複数のレンズは、最も物体側Ｌａに配置された第１レンズ１１と、第１レンズ１１より像側Ｌｂに配置されたレンズ群１０とからなる。レンズ群１０は、凹状レンズ面および凸状レンズ面を備えたメニスカス形状のプラスチックレンズからなる単レンズを含んでいる。また、レンズ群１０は、接合レンズを含んでいる。

より具体的には、広角レンズ１００では、物体側Ｌａから像側Ｌｂに向けて、第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３、絞り１７、第４レンズ１４、および第５レンズ１５が順に配置されている。第１レンズ１１は、物体側Ｌａに凸面を向けた負メニスカスレンズである。本形態において、第１レンズ１１の凸面からなる物体側のレンズ面１１１、および凹面からなる像側Ｌｂのレンズ面１１２の双方が球面である。

第２レンズ１２は、像側Ｌｂに凹面を向けた負レンズである。本形態において、第２レンズ１２は、凸面からなる物体側Ｌａのレンズ面１２１、および凹面からなる像側Ｌｂのレンズ面１２２の少なくとも一方が非球面である。本形態において、第２レンズ１２の物体側Ｌａのレンズ面１２１、および像側Ｌｂのレンズ面１２２の双方が非球面である。

第３レンズ１３は、像側Ｌｂに凸面を向けた正メニスカスレンズである。本形態において、第３レンズ１３は、凹面からなる物体側Ｌａのレンズ面１３１、および凸面からなる像側Ｌｂのレンズ面１３２の少なくとも一方が非球面である。本形態において、第３レンズ１３は、凹面からなる物体側Ｌａのレンズ面１３１、および凸面からなる像側Ｌｂのレンズ面１３２の双方が非球面である。

第４レンズ１４は、像側Ｌｂに凹面を向けた負メニスカスレンズである。本形態において、第４レンズ１４は、凸面からなる物体側Ｌａのレンズ面１４１、および凹面からなる像側Ｌｂのレンズ面１４２の双方が非球面である。

第５レンズ１５は、両凸レンズであり、第５レンズ１５の物体側Ｌａのレンズ面１５１は、第４レンズ１４の像側Ｌｂのレンズ面１４２と接合されて接合レンズ１６を構成している。第５レンズ１５は、凸面からなる物体側Ｌａのレンズ面１５１、および凸面からなる像側Ｌｂのレンズ面１５２の双方が非球面である。

第１レンズ１１はガラスレンズであり、第２レンズ１２、第３レンズ１３、第４レンズ１４および第５レンズ１５はプラスチックレンズである。従って、第２レンズ１２、第３レンズ１３、第４レンズ１４および第５レンズ１５には、レンズ面に対して径方向外側にフランジ部１２５、１３５、１４５、１５５が形成されている。

このように構成した広角レンズ１００において、光学系全体の有効焦点距離ｆ０が１．０５６ｍｍであり、物像間距離が１１．７９４ｍｍであり、レンズ系全体のＦ値が２．０であり、最大画角が１９３ｄｅｇ、水平画角が１９３ｄｅｇである。

（ホルダ９０等の構成）
ホルダ９０は、樹脂や金属製であり、プラスチックレンズ（第２レンズ１２、第３レンズ１３、第４レンズ１４、および第５レンズ１５）より熱膨張係数が小さい材料からなる。例えば、プラスチックレンズに用いられるレンズ材料の線膨張係数が６０^−６／℃〜７０×１０^−６／℃であることから、ホルダ９０には、アルミウニム（線膨張係数＝２３×
１０^−６／℃）や真鍮（線膨張係数＝１９×１０^−６／℃）等の金属、またはポリカーボネート（線膨張係数＝５０^−６／℃）等の樹脂材が用いられている。また、ホルダ９０は、ガラス繊維等の無機強化繊維が充填された樹脂材が用いられることもあり、この場合、ホルダ９０は、ガラス繊維等の無機強化繊維が充填された樹脂材が用いられることもある。この場合、ホルダ９０は、プラスチックレンズよりさらに熱膨張係数が小さい。従って、無機強化繊維が充填された樹脂材を用いれば、熱膨張係数が小さいホルダ９０を効率よく製造することができる。

ホルダ９０は、光軸Ｌ方向において、最も後側に位置する底板部９７と、底板部９７の外周縁から前側（物体側Ｌａ）に延在する筒状胴部９１と、筒状胴部９１の前端で径方向外側に拡径する環状の受け部９２と、筒状胴部９１より大の内径をもって受け部９２の外周縁から前側（物体側Ｌａ）に延在する大径の筒状部９４とを有している。かかるホルダ９０において、底板部９７には開口部９７０が形成されている。底板部９７の像側Ｌｂの面には赤外線フィルタ８２が保持され、赤外線フィルタ８２の像側Ｌｂに撮像素子８３が配置されている。

ホルダ９０の筒状胴部９１の内部には、物体側Ｌａから像側Ｌｂに向けて、第１収容部９１１、第１収容部９１１より内径が小さい第２収容部９１２、および第２収容部９１２より内径が小さい第３収容部９１３が順に形成されている。かかる構成に対応して、筒状胴部９１には像側Ｌｂから物体側Ｌａに向けて凹んだ凹部９６が円環状に形成されている。また、凹部９６の内周面には、第１収容部９１１、第２収容部９１２、および第３収容部９１３における肉厚差を圧縮するように段部が形成されている。このため、ホルダ９０を樹脂成形により製造する際、樹脂のヒケに起因する寸法精度の低下を抑制することができる。

本形態において、接合レンズ１６では、第４レンズ１４の外径が第５レンズ１５の外径より大きいことから、第４レンズ１４において第５レンズ１５から径方向外側に張り出した部分が第２収容部９１２と第３収容部９１３との間で径方向内側に突出した段部９１６に当接している。また、筒状胴部９１の内部には、接合レンズ１６に対して物体側Ｌａ側に絞り１７、第３レンズ１３および第２レンズ１２が順に重ねて配置されている。従って、レンズ群１０は、段部９１６を基準に光軸Ｌ方向で位置決めされている。

第１レンズ１１の外径は、筒状胴部９１の内径より大きく、第１レンズ１１は、筒状部９４の内側で受け部９２に当接するように配置されている。第１レンズ１１と受け部９２との間には、受け部９２に形成された環状溝９３にＯリング９９が配置されており、この状態で、筒状部９４の物体側Ｌａの端部がカシメされて第１レンズ１１が固定されている。

（ホルダ９０への圧入構造）
図２は、本発明を適用したレンズユニット１におけるホルダ９０へのレンズの圧入構造を示す説明図である。図１に示すレンズユニット１では、レンズ群１０をホルダ９０の内側に圧入し、レンズ群１０を固定する。その結果、第２レンズ１２のフランジ部１２５の側面１２６がホルダ９０の内周面に当接し、第３レンズ１３のフランジ部１３５の側面１３６がホルダ９０の内周面に当接し、第４レンズ１４のフランジ部１４５の側面１４６がホルダ９０の内周面に当接する。

本形態では、第２レンズ１２および第３レンズ１３が各々、メニスカス形状のプラスチックレンズからなる単レンズとして構成されていることから、かかる単レンズの側面のうち、凹状レンズ面が位置する凹側部分をホルダ９０の内面に当接させる。

より具体的には、図２に示すように、第２レンズ１２では、フランジ部１２５の側面１２６のうち、像側Ｌｂのレンズ面１２２（凹状レンズ面）が位置する凹側部分１２７を物体側Ｌａのレンズ面１２１（凸状レンズ面）が位置する凸側部分１２８より大径にして、凹側部分１２７をホルダ９０の内面に当接させている。

また、第３レンズ１３では、フランジ部１３５の側面１３６のうち、物体側Ｌａのレンズ面１３１（凹状レンズ面）が位置する凹側部分１３７を像側Ｌｂのレンズ面１３２（凸状レンズ面）が位置する凸側部分１３８より大径にして、凹側部分１３７をホルダ９０の内面に当接させている。

さらに、本形態では、接合レンズ１６に用いた第４レンズ１４もメニスカス形状のプラスチックレンズからなるため、フランジ部１４５の側面１４６のうち、像側Ｌｂのレンズ面１４２（凹状レンズ面）が位置する凹側部分１４７を物体側Ｌａのレンズ面１４１（凸状レンズ面）が位置する凸側部分１４８より大径にして、凹側部分１４７をホルダ９０の内面に当接させている。

（作用および効果）
図３、図４、図５および図６を参照して、本発明を適用したレンズユニット１の温度特性を比較例に係るレンズユニットの温度特性と比較しながら説明する。

図３は、本発明に対する比較例に係るレンズユニットにおけるホルダ９０へのレンズの圧入構造を示す説明図であり、図２に対応する説明図である。図４は、本発明を適用したレンズユニット１の８５℃の温度における焦点位置のシフト量を模式的に示す説明図である。図５は、本発明を適用したレンズユニット１の各レンズ毎の８５℃の温度における焦点位置のシフト量を示す説明図である。図６は、本発明を適用したレンズユニット１の各温度毎の焦点位置のシフト量を示す説明図である。

なお、図３に示す比較例の説明では、図２に示す構成と対応する部分には同一の符号を付してある。図５では、本発明を適用したレンズユニット１の特性を＊印を付したグラフで示し、比較例に係るレンズユニットの特性を×印を付したグラフで示してある。図６では、アルミニウム製のホルダ９０を用いて、本発明に係るレンズユニットを構成した場合の特性を実線Ａ１で示し、比較例の特性を実線Ａ２で示す。また、図６では、ポリカーボネート製のホルダ９０を用いて、本発明に係るレンズユニットを構成した場合の特性を破線Ｃ１で示し、比較例の特性を破線Ｃ２で示す。

図３に示すように、本発明に対する比較例に係るレンズユニットにおいて、第２レンズ１２では、フランジ部１２５の側面１２６のうち、像側Ｌｂのレンズ面１２２（凹状レンズ面）が位置する凹側部分１２７を物体側Ｌａのレンズ面１２１（凸状レンズ面）が位置する凸側部分１２８より小径にして、凸側部分１２８をホルダ９０の内面に当接させている。第３レンズ１３では、フランジ部１３５の側面１３６のうち、物体側Ｌａのレンズ面１３１（凹状レンズ面）が位置する凹側部分１３７を像側Ｌｂのレンズ面１３２（凸状レンズ面）が位置する凸側部分１３８より小径にして、凸側部分１３８をホルダ９０の内面に当接させている。接合レンズ１６に用いた第４レンズ１４は、フランジ部１４５の側面１４６のうち、像側Ｌｂのレンズ面１４２（凹状レンズ面）が位置する凹側部分１４７を物体側Ｌａのレンズ面１４１（凸状レンズ面）が位置する凸側部分１４８より小径にして、凸側部分１４８をホルダ９０の内面に当接させている。

本発明の比較例に係るレンズユニットにおいて、環境温度が上昇すると、プラスチックレンズの屈折率が低下するので、図４に示すように、焦点位置が位置ｆ０から位置ｆｂに大きくシフトする。かかるプラスチックレンズの屈折率の低下は、本発明を適用したレン
ズユニット１でも発生する。但し、本発明を適用したレンズユニット１においては、図２を参照して説明したように、メニスカス形状のプラスチックレンズ（第２レンズ１２、第３レンズ１３および第４レンズ１４）では、凹側部分１２７、１３７、１４７をホルダ９０の内面に当接させている。また、ホルダ９０は、プラスチックレンズより熱膨張係数が小である。従って、環境温度が上昇した際に、メニスカス形状のプラスチックレンズ（第２レンズ１２、第３レンズ１３および第４レンズ１４）は各々、膨張しようとする力の反力（図２に示す矢印Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４）を受けて、図２に一点鎖線Ｌ１２１、Ｌ１３２、Ｌ１４１で示すように、凸状レンズ面の曲率半径が小さくなるように変形する。このため、環境温度が上昇した際、プラスチックレンズの屈折率の低下に起因するパワーの低下は、凸状レンズ面の変形に伴うパワーの増大によって相殺される。従って、プラスチックレンズからなるメニスカスレンズの温度上昇時の焦点位置のシフトを、図４に示す位置ｆａまで低減することができる。これに対して、本発明の比較例に係るレンズユニットでは、上記の変形が発生しない。なお、図２に示す一点鎖線Ｌ１２１、Ｌ１３２、Ｌ１４１は、凸状レンズ面の曲率半径の変形を説明するために示したものであって、実際の変形は、一点鎖線Ｌ１２１、Ｌ１３２、Ｌ１４１で示す変形より小さく、数μｍから十数μｍ程度である。

従って、環境温度を常温から８５℃に変化させた場合の各レンズの焦点位置のシフトは図５に示す結果となり、本発明を適用したレンズユニット１では、比較例に係るレンズユニットに比べて、各レンズの焦点位置のシフト量（焦点距離変化量）が小さい。それ故、本発明を適用したレンズユニット１では、比較例に係るレンズユニットに比べて、レンズ系全体（合計）の焦点位置のシフト量も小さい。

また、図６に示すように、ホルダ９０として、アルミニウム製およびポリカーボネート製のいずれを用いた場合も、本発明を適用したレンズユニット１では、比較例に係るレンズユニットに比べて、各レンズの焦点位置のシフト量（焦点距離変化量）が小さい。

（ホルダ９０の改良例）
図７は、本発明を適用したレンズユニット１に用いたホルダ９０の改良例を示す説明図である。図１および図２を参照して説明したレンズユニット１において、第２レンズ１２のレンズ面１２１、１２２、第３レンズ１３のレンズ面１３１、１３２、および第４レンズ１４のレンズ面１４１等には、反射防止膜等のコーティング層が形成されることがあり、この場合、レンズ面が大きく変形すると、コーティング層に割れや剥離等が発生するおそれがある。そこで、図７に示すように、ホルダ９０の内周面９８に対して、周方向の複数個所に光軸Ｌ方向に延在する複数のリブ９５を形成しておき、図２に示す矢印Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４で示す反力を低減し、レンズ面の変形を小さく抑えてもよい。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、４群５枚のレンズ構成の場合を例示したが、他のレンズ構成を採用した場合に本発明を適用してもよい。

１…レンズユニット、１０…レンズ群、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、１６…接合レンズ、１７…絞り、８２…赤外線フィルタ、８３…撮像素子、９０…ホルダ、９１…筒状胴部、９２…受け部、９３…環状溝、９４…筒状部、９５…リブ、９７…底板部、９８…内周面、９９…Ｏリング、１００…広角レンズ、１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２、１４１、１４２、１５１、１５２…レンズ面、１２５、１３５、１４５、１５５…フランジ部、１２６、１３６、１４６…側面、１２７、１３７、１４７…凹側部分、１２８、１３８、１４８…凸側部分、９１６…段部、Ｌ…光軸、Ｌａ…物体側、Ｌｂ…像側

Claims (7)

1. 複数のレンズと、
   前記複数のレンズを内側に保持する筒状のホルダと、
   を有するレンズユニットにおいて、
   前記複数のレンズは、最も物体側に配置された第１レンズと、前記第１レンズより像側に配置されたレンズ群と、からなり、
   前記レンズ群は、凹状レンズ面および凸状レンズ面を備えたメニスカス形状のプラスチックレンズからなる単レンズを含み、
   前記ホルダは、前記単レンズより熱膨張係数が小であり、
   前記単レンズは、前記単レンズの側面のうち、前記凹状レンズ面が位置する凹側部分が前記ホルダの内面に当接した状態で前記ホルダに圧入されていることを特徴とするレンズユニット。
2. 前記ホルダは、無機強化繊維が配合された樹脂材からな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. 前記レンズ群は、前記単レンズを複数含み、
   前記複数の単レンズは各々、前記凹側部分が前記ホルダの内面に当接した状態で前記ホルダに圧入されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズユニット。
4. 前記レンズ群は、前記複数の単レンズと、接合レンズと、を含み、
   前記接合レンズは、凹状レンズ面および凸状レンズ面を備えたメニスカス形状のプラスチックレンズからなるレンズを含み、
   前記レンズの側面は、前記凹状レンズ面および前記凸状レンズ面のうち、前記凹状レンズ面が位置する凹側部分が前記ホルダの内面に当接した状態で前記ホルダに圧入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。
5. 前記レンズ群は、物体側から像側に向かって順に配置された第２レンズ、第３レンズ、第４レンズおよび第５レンズを含み、
   前記第２レンズおよび前記第３レンズが前記単レンズとして構成され、
   前記第４レンズと前記第５レンズとが前記接合レンズを構成していることを特徴とする請求項４に記載のレンズユニット。
6. 前記ホルダの内周面には、径方向内側に突出した環状の段部が形成されており、
   前記レンズ群は、前記段部を基準に光軸方向で位置決めされていることを特徴とする請求項１から５までの何れか一項に記載のレンズユニット。
7. 前記単レンズは、前記凹状レンズ面および前記凸状レンズ面にコーティング層が形成されており、
   前記ホルダの内周面には、周方向の複数個所に光軸方向に延在する複数のリブが形成されていることを特徴とする請求項１から６までの何れか一項に記載のレンズユニット。