JP2006234989A - レンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】レンズユニットの低コスト化、組付け性の向上、誤組付け防止等を図る。
【解決手段】物体側から像面側に向けて順次に配列された、第１レンズ１、所定の口径をもつ開口絞り板４、第２レンズ２、第１レンズ１と第２レンズ２との間に配置されたスペーサ３００を備え、スペーサ３００は同一の形状をなす複数のスペーサ３００ａ〜３００ｄを接合して配置され、開口絞り板４は複数のスペーサのいずれか二つのスペーサの間に挟持されている。これによれば、同一形状をなす複数のスペーサを採用するため、製造コストが低減され、組付け方向は正逆いずれでもよいため誤組付けを防止でき、又、開口絞り板４の配置場所も複数のスペーサのいずれか二つのスペーサの間であれば良いためその分だけ設定の自由度が高まり、光学設計の仕様に応じた位置に開口絞り板を配置することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子の撮像レンズ光学系として適用されるレンズユニットに関し、特に、光軸方向に配列された複数のレンズを備えるレンズユニットに関する。

一般に、撮像用の複数のレンズを備えたレンズユニットでは、レンズとレンズの間にスペーサが配置されて、光軸方向におけるレンズ相互の位置決めを行っている。このようなスペーサとしては、表面での反射が少なく、寸法が正確であることが望ましい。
上記の課題に対処したスペーサをもつレンズユニットとしては、レンズとスペーサとを一体成型し、部品点数を減らしコストダウンを図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、レンズとスペーサとを一体成型すると、形状が複雑になるため、成型用の金型も当然複雑になり、コストが増加する。

また、他のレンズユニットとしては、スペーサにフレアストッパ板を固着し、内面反射によるフレアの発生を防止したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、このようにストッパにフレアストッパ板を後付けにより固着する手法では、フレアストッパ板を予め板金等から打ち抜く打ち抜き作業と、スペーサに固着する固着作業とが必要になり、作業が煩雑で製造コストの増加を招く。

さらに、他のレンズユニットとしては、スペーサとしてピアノ線又はバネ用線材を使用して、微小なレンズ間隔を確保できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、スペーサとしてピアノ線あるいはバネ用線材を用いると、微小なレンズ間隔は確保できても、その組付けが容易ではなく、又、レンズ間隔を高精度に確保するのが困難である。

特開２００２−９０６２１号公報 特開２００４−１８４６８７号公報 特開２００４−２３３７９５号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、レンズ相互の組付け精度を確保しつつ、部品の形状及び構造の簡略化、低コスト化、組付け作業の容易化等を図り、又、絞り端面（絞り開口の縁部）での反射光を低減できるレンズユニットを提供することにある。

本発明のレンズユニットは、物体側から像面側に向けて順次に配列された、第１レンズと、所定の口径をもつ開口絞り板と、第２レンズと、第１レンズと第２レンズとの間に配置されたスペーサと、を備えたレンズユニットであって、上記スペーサは、同一の形状をなす複数のスペーサを接合して配置され、上記開口絞り板は、複数のスペーサのいずれか二つのスペーサの間に挟持されている、ことを特徴としている。
この構成によれば、第１レンズと第２レンズとの間隔を規制するスペーサが複数の同一形状をなすスペーサからなるため、レンズ間隔を高精度に管理できると共に、開口絞り板を組み付ける際には、隣接するスペーサ同士の間に挟み込むだけで容易に組み付けることができる。このように、同一形状をなす複数のスペーサを採用するため、製造コストが低減され、組付け方向は正逆いずれでもよいため誤組付けを防止でき、又、開口絞り板の配置場所も複数のスペーサのいずれか二つのスペーサの間であれば良いためその分だけ設定の自由度が高まり、光学設計の仕様に応じた位置に開口絞り板を配置することができる。

上記構成において、複数のスペーサは、円筒状の二つのスペーサからなり、開口絞り板は、二つのスペーサの間に挟持されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、同一形状をなす二つのスペーサの間に開口絞り板を挟み込むだけで、第１レンズと第２レンズとの間のレンズ間隔を規制できると共に、開口絞り板の位置を規制することができる。また、組付けの際にも、例えば直立したレンズ鏡筒に第２レンズが組み込まれた状態で、光軸方向の前方側から、一方のスペーサを落とし込み、次に開口絞り板を落とし込み、続いて他方のスペーサを落とし込み、最後に第１レンズを落とし込むだけで、容易に全体の組付け作業が完了する。

上記構成において、二つのスペーサは、同心にて段差を画定するように縮径された円筒状の縮径部を有し、二つのスペーサの各々の縮径部は、お互いに協働して開口絞り板を挟み込むように対向して配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、二つのスペーサが同一形状であるため、コスト低減を達成できると共に、段差を画定する縮径部を設けたことにより、円筒状をなすスペーサの内周面での乱反射を軽減させることができ、フレアの発生を防止できる。

上記構成において、第１レンズは、物体側に凹面を向けた負の屈折力をもつ非球面を含む負レンズであり、第２レンズは、物体側に凸面を向けた正の屈折力をもつ非球面を含む正レンズである、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズに負の屈折力をもつ非球面を含む負レンズ、第２レンズに正の屈折力をもつ非球面を含む正レンズを採用したことにより、球面収差、非点収差、歪曲収差等の諸収差が良好に補正されて、撮像レンズとして良好な光学特性をもつレンズユニットが得られる。

上記構成において、第１レンズの屈折率をＮ１及びアッベ数をν１、第２レンズの屈折率をＮ２及びアッベ数をν２とするとき、次の条件式（１），（２）
（１）Ｎ１＝Ｎ２
（２）ν１＝ν２
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズ及び第２レンズを同一の材料で形成することができるため、全体のコストをさらに低減することができる。

以上の構成をなすレンズユニットによれば、レンズ相互の組付け精度を確保しつつ、部品の形状及び構造の簡略化、低コスト化、組付け作業の容易化等を達成でき、又、スペーサ内での乱反射光を低減できるレンズユニットを得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係るレンズユニットの一実施形態を示す断面図である。このレンズユニットは、図１に示すように、光軸方向Ｌにおいて物体側から像面側に向けて順次に配列された第１レンズ１及び第２レンズ２、第１レンズ１と第２レンズ２との間に配置された複数（ここでは二つ）のスペーサ３（３ａ，３ｂ）、二つのスペーサ３（３ａ，３ｂ）の間に挟持された開口絞り板４、これらを囲繞して外輪郭を画定する鏡筒５、鏡筒５の前面に螺合されて第１レンズ１を押えるレンズ押え６等を備えている。

鏡筒５は、図１に示すように、金属材料又は樹脂材料により略円筒状に形成されて、開口５ａ´をもつ座部５ａ、円筒壁５ｂ、５ｃ、雄ネジ部５ｄ等を備えている。座部５ａは、第２レンズ２を受けて光軸方向Ｌの後端位置を規制（位置決め）するものである。円筒壁５ｂは、第２レンズ２、スペーサ３（３ａ，３ｂ）及び開口絞り板４を光軸方向Ｌの同軸上に配列させるように規制（位置決め）するものである。円筒壁５ｃは、円筒壁５ｂよりも若干拡径して形成されており、第１レンズ１を光軸方向Ｌの同軸上に配列させるように規制（位置決め）するものである。尚、円筒壁５ｂの光軸方向Ｌの深さは、第２レンズ２、開口絞り４、及び複数のスペーサ３を積層した厚みよりも浅く（短く）設定されている。

第１レンズ１は、ガラス材料又は樹脂材料により形成され、図１に示すように、光軸方向Ｌの後方において平坦な後端面１ａ及び前方において平坦な前端面１ｂを画定するコバ部を備えている。そして、後端面１ａがスペーサ３ａの前端面に当接し、前端面１ｂがレンズ押え６の押え面６ｂに当接するようになっている。
第２レンズ２は、ガラス材料又は樹脂材料により形成され、図１に示すように、光軸方向Ｌの後方において平坦な後端面２ａ及び前方において平坦な前端面２ｂを画定するコバ部を備えている。

二つのスペーサ３、すなわち、スペーサ３ａとスペーサ３ｂとは、樹脂材料により同一の金型を用いて形成された同一の円筒形状をなすものである。また、二つのスペーサ３ａ，３ｂは、お互いの間に開口絞り板４を挟み込んだ状態で、第１レンズ１と第２レンズ２とのレンズ間隔（光軸方向Ｌにおける間隔）を所定値に規定するように、予めその光軸方向Ｌの長さ（厚み）が設定されている。

開口絞り板４は、板厚が０．０５ｍｍ程度の薄板状の板金を打ち抜くことにより形成されており、図１に示すように、中央に所定の口径をなす開口４ａを備えている。このように、開口絞り板４を独立して形成することにより、スペーサと一体成型する場合に比べて、開口４ａの縁部（絞り端面）の厚みを薄くできるため、この領域での反射光が軽減され、フレアの発生を抑制することができる。

レンズ押え６は、金属材料又は樹脂材料によりキャップ状に形成されて、図１に示すように、第１レンズ１の物体側前方において所定の口径をなす開口６ａ、第１レンズ１の前端面１ｂに当接して押える押え面６ｂ、鏡筒５の雄ネジ部５ｄと螺合する雌ネジ部６ｃ等を備えている。

上記構成をなすレンズユニットの組付けについて説明すると、先ず、鏡筒５を直立させた状態で、第２レンズ２を円筒壁５ｂに嵌め込み、座部５ａにその後端面２ａを当接させて位置決めする。
続いて、二つのスペーサ３のうち、一方のスペーサ３ｂを円筒壁５ｂに嵌め込み、第２レンズ２の前端面２ｂに当接させる。続いて、開口絞り板４を円筒壁５ｂに嵌め込み、スペーサ３ｂに当接させる。その上から、他方のスペーサ３ａを円筒壁５ｂに嵌め込み、スペーサ３ｂと協働して開口絞り板４を挟み込む。
続いて、第１レンズ１を円筒壁５ｃに嵌め込み、その後端面１ａをスペーサ３ａの前端面に当接させる。その後、レンズ押え６を鏡筒５に螺合して、その押え面６ｂで第１レンズ１の前端面１ｂを押さえ込む。

このように、組付けに際しては、直立した鏡筒５に第２レンズ２が組み込まれた状態で、光軸方向Ｌの前方側から、一方のスペーサ３ｂ、開口絞り板４、他方のスペーサ３ａ、第１レンズ１を順次に嵌め込み、最後にレンズ押え６を取り付けるだけで、容易に全体の組付け作業が完了する。

上記レンズユニットの構成によれば、第１レンズ１と第２レンズ２との間隔を規制するスペーサ３が二つの同一形状をなすスペーサ３ａ，３ｂからなるため、二つのスペーサ３ａ，３ｂの間に開口絞り板４を挟み込むだけで、第１レンズ１と第２レンズ２との間のレンズ間隔及び開口絞り板４の位置を規制することができ、レンズ間隔及び開口絞りの位置を高精度に管理することができる。
また、開口絞り板４を組み付ける際には、スペーサ３ａ，３ｂ同士の間に挟み込むだけで容易に組み付けることができ、さらに、同一形状をなす二つのスペーサ３ａ，３ｂを採用するため、別々の形状をなすものを用いる場合に比べて製造コストが低減され、又、組付け方向は光軸方向Ｌにおいて正逆いずれでもよいため誤組付けを防止できる。
さらに、開口絞りをスペーサと一体成型するような場合に比べて、金型のコストを低減することができ、又、開口絞りの仕様を変更する場合にも、開口絞り板４だけを変更すればよいので、種々の光学仕様に応じたレンズユニットを提供することができる。

図２は、本発明に係るレンズユニットの他の実施形態を示すものであり、スペーサを変更した以外は前述の実施形態と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態に係るレンズユニットにおいては、二つのスペーサ３０（３０ａ，３０ｂ）が、樹脂材料により同一の金型を用いて形成された同一の段差付き円筒形状をなすものである。すなわち、二つのスペーサ３０ａ，３０ｂは、同軸にて段差を画定するように縮径された円筒状の縮径部３０ａ´，３０ｂ´を一体的に備えている。
そして、一方のスペーサ３０ａの縮径部３０ａ´と他方のスペーサ３０ｂの縮径部３０ｂ´とは、図２に示すように、お互いに協働して開口絞り板４を挟み込むように、背中合わせに対向して配置されている。
これによれば、二つのスペーサが同一形状であるため、前述同様にコストを低減できると共に、前方側に配置されるスペーサ３０ａの縮径部３０ａ´により、スペーサ３０の内周面での乱反射を軽減させることができ、フレアの発生を防止できる。

図３及び図４（ａ），（ｂ）は、本発明に係るレンズユニットのさらに他の実施形態を示すものであり、スペーサの個数を変更した以外は前述の実施形態と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態に係るレンズユニットにおいては、スペーサ３００が４つのスペーサ３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄから構成されている。これら４つのスペーサ３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄは、樹脂材料により同一の金型を用いて形成された同一の円筒形状をなすものである。

この構成によれば、第１レンズ１と第２レンズ２との間隔を規制するスペーサ３００が４つの同一形状をなすスペーサ３００ａ〜３００ｄからなるため、開口絞り板４を組み付ける際には、隣接するスペーサ同士の間であれば、図３に示すように前から二番目のスペーサ３００ｂと三番目のスペーサ３００ｃとの間、図４（ａ）に示すように前から三番目のスペーサ３００ｃと四番目のスペーサ３００ｄとの間、あるいは、図４（ｂ）に示すように前から一番目のスペーサ３００ａと二番目のスペーサ３００ｂとの間、のうちのいずれかの位置に挟み込むだけで容易に組み付けることができる。
このように、同一形状をなす複数（４つ）のスペーサ３００を採用するため、製造コストが低減され、誤組付けも防止できると共に、開口絞り板４の配置場所も複数のスペーサ３００のいずれか二つのスペーサの間であれば良いため、その分だけ開口絞り板４を設定する際の自由度が高まり、光学設計の仕様に応じた位置に開口絞り板４を配置することができる。

上記構成をなすレンズユニットにおいて、図５に示すように、第１レンズ１としては、物体側に凹面Ｓ１及び像面側に凹面Ｓ２を向けた負の屈折力をもつ負レンズ（両凹レンズ）を採用し、第２レンズ２としては、物体側に凸面Ｓ４及び像面側に凸面Ｓ５を向けた正の屈折力をもつ正レンズ（両凸レンズ）を採用することができる。
ここで、第１レンズ１及び第２レンズ２の面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５は、好ましくは非球面として形成される。この非球面を表す式としては、次式で規定される。
Ｚ＝Ｃｙ^２／〔１＋（１−（κ＋１）Ｃ^２ｙ^２）^１／２〕＋Ｄｙ^４＋Ｅｙ^６＋Ｆｙ^８＋Ｇｙ^１０
、但し、Ｚ：非球面の頂点における接平面から、光軸Ｌからの高さがｙの非球面上の点までの距離、ｙ：光軸からの高さ、Ｃ：非球面の頂点における曲率（１／Ｒ）、κ：円錐定数、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：各々高さｙの４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
このレンズ構成によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差等の諸収差が良好に補正されて、撮像レンズとして良好な光学特性をもつレンズユニットが得られる。

また、第１レンズ１の屈折率をＮ１及びアッベ数をν１、第２レンズ２の屈折率をＮ２及びアッベ数をν２とするとき、次の条件式（１），（２）
（１）Ｎ１＝Ｎ２
（２）ν１＝ν２
を満足する構成を採用してもよい。
これによれば、第１レンズ１及び第２レンズ２を同一の材料で形成することができるため、全体のコストをさらに低減することができる。

次に、上記第１レンズ１及び第２レンズ２の具体的な数値による実施例を以下に示す。
この実施例では、第１レンズ１及び第２レンズ２は、全ての面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５が非球面に形成され、かつ、同一の材料により形成されている。
また、図５に示すように、物体ＯＢ、第１レンズ１、開口絞り板４、第２レンズ２、像面Ｐが配列される構成において、それぞれの面をＳｉ（ｉ＝１〜５）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜５）、ｄ線に対する屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１，２）、物体ＯＢ〜第１レンズ１〜開口絞り板４〜第２レンズ２までのそれぞれの光軸Ｌ上における間隔（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝０〜４）で表し、第２レンズ２〜像面Ｐまでの間隔をＢＦで表す。

実施例における主な仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に、非球面に関する数値データは表３に示す。また、球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は図６に示すような結果となる。尚、図６において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。

この実施例によるレンズ仕様によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差が良好に補正された光学性能の高い撮像レンズを得ることができる。

以上述べたように、本発明のレンズユニットは、レンズ相互の組付け精度を確保しつつ、低コスト化、組付け作業の容易化等を達成でき、又、スペーサ内での乱反射光を低減できるため、固体撮像素子を備えた撮像レンズ光学系のレンズユニットとして好適なのは勿論のこと、その他のレンズ光学系においても有用である。

本発明に係るレンズユニットの一実施形態を示す断面図である。 本発明に係るレンズユニットの他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係るレンズユニットのさらに他の実施形態を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は図３に示すレンズユニットの組付けの変形例を示すものである。 本発明に係るレンズユニットのレンズ系の配置を示す構成図である。 具体的な数値実施例における、球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。

符号の説明

１ 第１レンズ（負レンズ）
１ａ 後端面
１ｂ 前端面
２ 第２レンズ（正レンズ）
２ａ 後端面
２ｂ 前端面
３（３ａ，３ｂ） 複数のスペーサ
４ 開口絞り板
５ 鏡筒
５ａ 座部
５ｂ，５ｃ 円筒壁
５ｄ 雄ネジ部
６ レンズ押え
６ｂ 押え面
３０（３０ａ，３０ｂ） 複数のスペーサ
３０ａ´，３０ｂ´ 縮径部
３００（３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ） 複数のスペーサ
Ｌ 光軸

Claims (5)

1. 物体側から像面側に向けて順次に配列された、第１レンズと、所定の口径をもつ開口絞り板と、第２レンズと、前記第１レンズと第２レンズとの間に配置されたスペーサと、を備えたレンズユニットであって、
   前記スペーサは、同一の形状をなす複数のスペーサを接合して配置され、
   前記開口絞り板は、前記複数のスペーサのいずれか二つのスペーサの間に挟持されている、
   ことを特徴とするレンズユニット。
2. 前記複数のスペーサは、円筒状の二つのスペーサからなり、
   前記開口絞り板は、前記二つのスペーサの間に挟持されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。
3. 前記二つのスペーサは、同心にて段差を画定するように縮径された円筒状の縮径部を有し、
   前記二つのスペーサの各々の縮径部は、お互いに協働して前記開口絞り板を挟み込むように対向して配置されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のレンズユニット。
4. 前記第１レンズは、物体側に凹面を向けた負の屈折力をもつ非球面を含む負レンズであり、
   前記第２レンズは、物体側に凸面を向けた正の屈折力をもつ非球面を含む正レンズである、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のレンズユニット。
5. 前記第１レンズの屈折率をＮ１及びアッベ数をν１、前記第２レンズの屈折率をＮ２及びアッベ数をν２とするとき、次の条件式（１），（２）
   （１）Ｎ１＝Ｎ２
   （２）ν１＝ν２
   を満足する、ことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載のレンズユニット。
   
   

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