JP7409794B2 - レンズユニットおよびカメラモジュール - Google Patents
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Description
円筒状に形成された金属製の鏡筒と、
前記鏡筒における像側内周面に、径方向内側に向かって延びるように形成された環状の支持部と、
前記鏡筒の内側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置された樹脂製のレンズを含む複数のレンズと、
環状に形成され、所定の樹脂製レンズに隣接して配置された金属製のスペーサと、
前記鏡筒の物体側端部に装着され、前記支持部との間で、前記樹脂製のレンズを含む複数のレンズおよび前記スペーサを保持する蓋部材とを備え、
前記スペーサの内周側端部に、像側または物体側の少なくとも一方に向かって突出した凸部が形成され、
前記樹脂製レンズにおける、前記凸部と対向する位置に、像側または物体側に向かって窪んだ凹部が形成され、
前記樹脂製レンズの外周面と前記鏡筒の内周面との間に、径方向における第1の隙間が設けられているとともに、前記凸部の外周面と前記凹部の側面との間に、径方向における第2の隙間が設けられており、
常温より高い温度である第1の所定温度になると、前記樹脂製レンズの外周面と前記鏡筒の内周面とが当接し、
常温より低い温度である第2の所定温度になると、前記凸部の外周面と前記凹部の側面とが当接することを特徴とする。
円筒状に形成された金属製の鏡筒と、
前記鏡筒における像側内周面に、径方向内側に向かって延びるように形成された環状の支持部と、
前記鏡筒の内側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置された樹脂製のレンズを含む複数のレンズと、
前記鏡筒の物体側端部に装着され、前記支持部との間で、前記樹脂製のレンズを含む複数のレンズを保持する蓋部材とを備え、
前記支持部の内周側端部に、物体側に向かって突出した凸部が形成され、
最も像側の樹脂製レンズにおける、前記凸部と対向する位置に、物体側に向かって窪んだ凹部が形成され、
前記樹脂製レンズの外周面と前記鏡筒の内周面との間に、径方向における第1の隙間が設けられているとともに、前記凸部の外周面と前記凹部の側面との間に、径方向における第2の隙間が設けられており、
常温より高い温度である第1の所定温度になると、前記樹脂製レンズの外周面と前記鏡筒の内周面とが当接し、
常温より低い温度である第2の所定温度になると、前記凸部の外周面と前記凹部の側面とが当接することを特徴とする。
円筒状に形成された金属製の鏡筒と、
前記鏡筒における像側内周面に、径方向内側に向かって延びるように形成された環状の支持部と、
前記鏡筒の内側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置された樹脂製のレンズを含む複数のレンズと、
前記鏡筒の物体側端部に装着され、前記支持部との間で、前記樹脂製のレンズを含む複数のレンズを保持する蓋部材とを備え、
前記支持部の内周側端部に、物体側に向かって突出した凸部が形成され、
最も像側の樹脂製レンズにおける、前記凸部と対向する位置に、物体側に向かって窪んだ凹部が形成され、
前記凸部の内周面と前記凹部の内側の側面との間に、径方向における第1の隙間が設けられているとともに、前記凸部の外周面と前記凹部の外側の側面との間に、径方向における第2の隙間が設けられており、
常温より高い温度である第1の所定温度になると、前記凸部の内周面と前記凹部の内側の側面とが当接し、
常温より低い温度である第2の所定温度になると、前記凸部の外周面と前記凹部の外側の側面とが当接することを特徴とする。
円筒状に形成された金属製の鏡筒と、
前記鏡筒における像側内周面に、径方向内側に向かって延びるように形成された環状の支持部と、
前記鏡筒の内側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置された複数のレンズと、
環状に形成され、前記レンズに隣接して配置されたスペーサと、
前記鏡筒の物体側端部に装着され、前記支持部との間で、前記レンズおよび前記スペーサを保持する蓋部材とを備え、
前記鏡筒の内側におけるレンズがガラス製レンズを含み、前記鏡筒がフェライト系ステンレスまたはマルテンサイト系ステンレスで形成され、
前記ガラス製のレンズの線膨張係数と、前記鏡筒の線膨張係数とが近似していることを特徴とする。
円筒状に形成された金属製の鏡筒と、
前記鏡筒における像側内周面に、径方向内側に向かって延びるように形成された環状の支持部と、
前記鏡筒の内側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置された樹脂製のレンズを含む複数のレンズと、
環状に形成され、前記レンズに隣接して配置されたスペーサと、
前記鏡筒の物体側端部に装着され、前記支持部との間で、前記樹脂製のレンズを含む複数のレンズおよび前記スペーサを保持する蓋部材とを備え、
前記蓋部材は、金属材料または樹脂材料で形成され、最も物体側に位置するレンズに当接し、軸方向に弾性変形可能となっていることを特徴とする。
以下、図面を参照しながら本発明の第1の実施の形態について説明する。
図1は、第1の実施の形態に係るレンズユニット100を備えたカメラモジュール500の軸方向断面図である。なお、図1では、断面であることを示すハッチングを省略している。カメラモジュール500は、レンズユニット100、支持部310、および撮像素子320等を備えている。
+U℃(例えば105℃)(第1の所定温度)の環境における第5レンズ5の膨張量(径方向外側)をXとする。また、+U℃の環境における鏡筒10の膨張量(径方向外側)をY(<X)とする。このときT1=X-Yとなっている。T1、X、Yはそれぞれの中心軸を同一とした際の径方向の寸法とする。このT1のクリアランス(全周)を設けておくことで、+U℃となった際に、第5レンズ5の外周面が鏡筒10の内周面に当接してT1=0となる。このため、第5レンズ5の径方向(軸方向と直交する方向)に対する位置が規制される。すなわち、第5レンズ5のガタつき(光軸からの偏心)が抑制され、偏心量を許容値内とすることができる。これにより、高温環境に曝された場合における、レンズユニット100の光学性能(解像度性能等)の劣化が抑制される。すなわち、プラスチックレンズを金属製の鏡筒10の内側に配置したレンズユニット100の信頼性を向上させることができる。換言すると、信頼性に優れたレンズユニット100を実現することができる。
-V℃(例えば-40℃)(第2の所定温度)の環境における第5レンズ5の収縮量(径方向内側)をAとする。また、-V℃の環境におけるスペーサ63の収縮量(径方向内側)をB(<A)とする。このときT2=A-Bとなっている。T2、A、Bはそれぞれの中心軸を同一とした際の径方向の寸法とする。このT2のクリアランス(全周)を設けておくことで、-V℃となった際に、凹部80の側面82が凸部70の外周面71に当接してT2=0となる。このため、第5レンズ5の径方向(軸方向と直交する方向)に対する位置が規制され、偏心量を許容値内とすることができる。すなわち、第5レンズ5のガタつき(光軸からの偏心)が抑制される。これにより、低温環境に曝された場合における、レンズユニット100の光学性能(例えば解像度性能)の劣化が抑制される。すなわち、プラスチックレンズを金属製の鏡筒10の内側に配置したレンズユニット100の信頼性を向上させることができる。換言すると、信頼性に優れたレンズユニット100を実現することができる。
例えば、スペーサ63の物体側の内周部に、物体側に向かって突出する凸部70を設け、第4レンズ4のフランジ部の像側内周部に凹部80を設けてもよい。このとき、鏡筒10の内周面と第4レンズ4の外周面との間に隙間T1を確保し、かつ凸部70の外周面71と凹部80の側面82との間に隙間T2を確保する。このように構成することで、高温時にはT1=0となり、低温時にはT2=0となって、第4レンズ4の径方向に対する位置が規制され、第4レンズ4の光軸からの偏心が抑制される。これにより、レンズユニット100の光学性能が低下せず、レンズユニット100の信頼性を向上させることができる。
このように構成することで、高温時にはT1=0となり、低温時にはT2=0となって、第5レンズ5の径方向に対する位置が規制され、第5レンズ5の光軸からの偏心が抑制される。これにより、レンズユニット100の光学性能が低下せず、レンズユニット100の信頼性を向上させることができる。
次に、図面を参照しながら本発明の第2の実施の形態について説明する。
図5は、第2の実施の形態に係るレンズユニット100の軸方向断面図である。なお、図5では、断面であることを示すハッチングを省略している。以下、第1の実施の形態で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
また、低温(例えば-40℃)の環境下では、第1レンズ1の収縮量(径方向内側)に比べて鏡筒10の収縮量(径方向内側)が大きいことから、鏡筒10の内周面が第1レンズ1の外周面に当接して、第1レンズ1に径方向外側から過度の応力が加わり、第1レンズ1が変形、破損する。換言すると、図5において、径L1の縮径量が径L2の縮径量より大きいため、第1レンズ1が径方向外側から力を受けてしまう。
高温時および低温時におけるこれらの問題は、レンズユニット100の光学性能の低下を招くこととなる。
フェライト/マルテンサイト系のステンレスで形成された鏡筒10の線膨張係数は、9.0×E-6[1/K]から11.0×E-6[1/K]の範囲となっており、ガラスの線膨張係数に近い値となっている。
また、鏡筒10の線膨張係数が11.0×E-6[1/K]より大きくなると、鏡筒10の線膨張係数と鏡筒10内に積層されるガラスレンズ群の線膨張係数との差が許容値より大きくなり、高温時に、鏡筒10の内周面とガラスレンズの外周面との間に隙間が生じて、ガラスレンズが径方向に動いて光軸から偏心し、光学性能が低下してしまう虞がある。
フェライト系ステンレスの代表的なものはSUS430の18クロム系のステンレスである。このステンレスは、熱処理により硬化することがほとんどなく、焼なまし(軟質)状態で使用される。また、マルテンサイト系ステンレスより成形加工性および耐食性が優れており、溶接性も比較的良好であるため、一般耐食用として広く用いられている。このステンレスは、例えば、厨房用品、建築内装、自動車部品、ガス・電気器具部品等で、主に薄板および線の形で使用される。
次に、図面を参照しながら本発明の第3の実施の形態について説明する。図6は、第3の実施の形態に係るレンズユニット100を備えたカメラモジュール500の軸方向断面図である。なお、図6では、断面であることを示すハッチングを省略している。以下、第1の実施の形態および第2の実施の形態で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
高温(例えば105℃)の環境下では、L1の膨張量(軸方向)がL2の膨張量(軸方向)より大きい(L1>L2)。このL1とL2の寸法差により、部品群が軸方向に移動可能となる。すなわち、部品群が軸方向にガタつく(軸方向にずれる)。これにより、部品間に隙間が形成される、レンズが傾く、部品群(レンズ群)と撮像素子320(図6参照)との間の距離が変化してしまう等の問題が生じる。
低温(例えば-40℃)の環境下では、L1の収縮量(軸方向)がL2の収縮量(軸方向)より大きい(L1<L2)。このL1とL2の寸法差により、部品群が軸方向から力(応力)を受けることとなる。これにより、レンズが変形、破損する等の問題が生じる。
高温(例えば105℃)の環境下では、L2の膨張量(軸方向)がL1の膨張量(軸方向)より大きい(L2>L1)。このL1とL2の寸法差により、部品群が軸方向から力(応力)を受けることとなる。これにより、レンズが変形、破損する等の問題が生じる。
低温(-40℃)の環境下では、L2の収縮量(軸方向)がL1の収縮量(軸方向)より大きい(L2<L1)。このL1とL2の寸法差により、部品群が軸方向に移動可能となる。すなわち、部品群が軸方向にガタつく(軸方向にずれる)。これにより、部品間に隙間が形成される、レンズが傾く、部品群(レンズ群)と撮像素子320(図6参照)との間の距離が変化してしまう等の問題が生じる。
樹脂材料では、半芳香族ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のいずれかで、ガラス繊維または炭素繊維を含有し、その含有量が30wt%以上のものが好ましく、引張り降伏応力が200MPa以上の材料がより好ましい。
樹脂系では、材料の曲げ弾性率(ヤング率)が低く、変形時に発生する応力が低いため、材料に求められる破壊強度(ここでは引張強度/降伏強度)が低くてもよい。
金属材料ではステンレスが挙げられ、マルテンサイト系にCu、Nbを添加し析出硬化性を持たせたSUS630が好ましく、引張強度が900MPa以上の材料がより好ましい。また、アルミ合金ではアルミ展延材でAl-Mg系合金のA5052,A5053、Al-Mg-Si系合金のA6063,A6061、Al-Cu系合金のA2014,A2017、Al-Zn-Mg系合金のA7003,A7075等が挙げられ、引張強度が400Mpa以上の材料が好ましい。
ステンレスは、材料の曲げ弾性率(ヤング率)が高く、変形時に発生する応力が高いため、材料に求められる引張強度/降伏強度が高くなる。アルミ合金についても同様に、曲げ弾性率(ヤング率)によって材料に求められる引張強度/降伏強度が決定される。レンズ押え部9bは厚みを他の部位よりも薄くすることでバネ性を持たせることが可能となる。
(第1レンズ1~第5レンズ5がガラスレンズの場合)
高温(例えば105℃)でのL1とL2の差分(L1-L2)を予め算出する。次に、常温において、蓋部材9の鏡筒10への装着位置が、基準装着位置からさらにL1とL2の差分(L1-L2)軸方向像側に移動した位置となるまで、蓋部材9を予め多く締め込む。基準装着位置とは、例えば、蓋部材9を鏡筒10に締め込んでいき(例えば時計回り)、蓋部材9のレンズ押え部9b(図6参照)の径方向内側の端部が第1レンズ1に当接して蓋部材9の回転が停止する位置であり、それ以上蓋部材9を回転させると回転方向とは逆向きのトルクが発生する位置である。蓋部材9が基準装着位置より像側に位置する状態では、蓋部材9のレンズ押え部9bが軸方向物体側に弾性変形した状態(撓んだ状態)となっている。
また、低温環境下でL1がL2より小さくなった場合、L1とL2の寸法差分、蓋部材9のレンズ押え部9bが変形する。すなわち、蓋部材9が変形に追従する。このため、部品群が軸方向から過度な応力を受けることがない。また、常に第1レンズ1~第5レンズ5が支持部11側に押されているため、レンズの間隔がL1とL2の差分(L1-L2)によって広がることがない。よって、光学性能やフランジバックが維持されることから光学性能の劣化を抑えることが出来る。
更に、信頼性試験前後にガラスレンズが鏡筒10内で軸方向に動いて光学性能が変化することを抑制するために、鏡筒10の内径とガラスレンズ外径とを接着剤を用いて固定する方法があるが、本発明では接着剤を用いて固定する必要がないことから生産性にも優れる。
低温(例えば-40℃)でのL1とL2の差分(L1-L2)を予め算出する。次に、常温において、蓋部材9の鏡筒10への装着位置が、基準装着位置からさらにL1とL2の差分(L1-L2)軸方向像側に移動した位置となるまで、蓋部材9を予め多く締め込む。蓋部材9が基準装着位置より像側に位置する状態では、蓋部材9のレンズ押え部9bが軸方向物体側に弾性変形した状態(撓んだ状態)となっている。
また、高温環境下でL2がL1より大きくなった場合、L2とL1の寸法差分、蓋部材9のレンズ押え部9bが変形する。すなわち、蓋部材9が変形に追従する。このため、部品群が軸方向から過度な応力を受けることがない。また、常に第1レンズ1~第5レンズ5が支持部11側に押されているため、レンズの間隔がL1とL2の差分(L1-L2)によって広がることがない。よって、光学性能やフランジバックが維持されることから光学性能の劣化を抑えることが出来る。
更に、信頼性試験前後にプラスチックレンズが鏡筒10内で軸方向に動いて光学性能が変化することを抑制するために、鏡筒10の内径とプラスチックレンズの外径とを接着剤を用いて固定する方法があるが、本発明では接着剤を用いて固定する必要がないことから生産性にも優れる。
9 蓋部材
10 鏡筒
11 支持部
63 スペーサ
70 凸部
71 (凸部の)外周面
80 凹部
82,82a (凹部の外側の)側面
82b (凹部の外側の)側面
T1 第1の隙間
T2 第2の色摩
100 レンズユニット
500 カメラモジュール
Claims (3)
- 円筒状に形成された金属製の鏡筒と、
前記鏡筒における像側内周面に、径方向内側に向かって延びるように形成された環状の支持部と、
前記鏡筒の内側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置された樹脂製のレンズを含む複数のレンズと、
前記鏡筒の物体側端部に装着され、前記支持部との間で、前記樹脂製のレンズを含む複数のレンズを保持する蓋部材とを備え、
前記支持部の内周側端部に、物体側に向かって突出した凸部が形成され、
最も像側の樹脂製レンズにおける、前記凸部と対向する位置に、物体側に向かって窪んだ凹部が形成され、
前記樹脂製レンズの外周面と前記鏡筒の内周面との間に、径方向における第1の隙間が設けられているとともに、前記凸部の外周面と前記凹部の側面との間に、径方向における第2の隙間が設けられており、
常温より高い温度である第1の所定温度になると、前記樹脂製レンズの外周面と前記鏡筒の内周面とが当接し、
常温より低い温度である第2の所定温度になると、前記凸部の外周面と前記凹部の側面とが当接することを特徴とするレンズユニット。 - 円筒状に形成された金属製の鏡筒と、
前記鏡筒における像側内周面に、径方向内側に向かって延びるように形成された環状の支持部と、
前記鏡筒の内側に、前記鏡筒の軸方向に沿って並べて配置された樹脂製のレンズを含む複数のレンズと、
前記鏡筒の物体側端部に装着され、前記支持部との間で、前記樹脂製のレンズを含む複数のレンズを保持する蓋部材とを備え、
前記支持部の内周側端部に、物体側に向かって突出した凸部が形成され、
最も像側の樹脂製レンズにおける、前記凸部と対向する位置に、物体側に向かって窪んだ凹部が形成され、
前記凸部の内周面と前記凹部の内側の側面との間に、径方向における第1の隙間が設けられているとともに、前記凸部の外周面と前記凹部の外側の側面との間に、径方向における第2の隙間が設けられており、
常温より高い温度である第1の所定温度になると、前記凸部の内周面と前記凹部の内側の側面とが当接し、
常温より低い温度である第2の所定温度になると、前記凸部の外周面と前記凹部の外側の側面とが当接することを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1または請求項2に記載のレンズユニットと、前記レンズユニットで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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