JP5896462B2 - 光学系ユニット、カメラモジュール - Google Patents

Description

本発明は、レンズなどの光学部品を光軸方向に変位させて焦点位置を調整する光学系ユニット、この光学系ユニットを有するカメラモジュール、に関する。

現在、光学系ユニットを利用したカメラモジュールが、自動車のバックモニタなどに利用されている。このようなカメラモジュールは、例えば、光学部品である集光レンズと、光学支持部材と、ユニット本体と、イメージセンサと、を有する。

集光レンズは、光学ガラスや光学樹脂などで形成されており、光軸方向に所定の焦点深度が位置する。光学支持部材は、集光レンズを支持する円環状に金属などで形成されており、外周面に雄ネジが形成されている。

ユニット本体は、円筒状に金属などで形成されており、光学支持部材の雄ネジが螺合する雌ネジが内周面に形成されている。イメージセンサは、回路基板などに形成されており、例えば、ユニット本体に支持される。

このようなカメラモジュールでは、ユニット本体に光学支持部材を螺合させるとき、その回転で集光レンズを光軸方向に変位させて焦点位置をイメージセンサに一致させている。

しかし、そのままでカメラモジュールを使用すると、振動などにより光学支持部材が回動し、集光レンズの焦点位置がイメージセンサに一致しなくなることがある。そこで、これを解決するため、光学支持部材をユニット本体に接着剤や弾性体で固定する光学系ユニットがある（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−２７８８０８号公報

上述のような光学系ユニットは、組み上げてから焦点位置などをテストすることがある。この場合、焦点位置が適正でないと光学系ユニットを分解し、集光レンズの焦点位置を調整することになる。

しかし、特許文献１の光学系ユニットのように、接着剤で光学支持部材をユニット本体に固定していると、集光レンズの焦点位置を調整することはできない。一方、光学支持部材をユニット本体に弾性体で固定している場合は、集光レンズの焦点位置を調整することができる。

この場合は、弾性体が経年劣化すると光学支持部材が固定されなくなり、集光レンズの焦点位置が許容範囲から逸脱することがある。なお、このような経年劣化による集光レンズの変位は接着剤による固定の場合にも発生する。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、組み上げてから分解して光学部品の焦点位置を調整することができ、経年劣化により光学部品の焦点位置が変動することもない、光学系ユニット、この光学系ユニットを使用したカメラモジュール、を提供するものである。

本発明の光学ユニットは、光学部品と、前記光学部品を支持していて外周面に雄ネジが形成されている光学支持部材と、前記光学支持部材の雄ネジが螺合する雌ネジが内周面に形成されているユニット本体と、前記ユニット本体に装着されて前記光学支持部材を保持しているユニットカバーと、を有し、前記ユニット本体に装着された前記ユニットカバーが前記光学支持部材に係合して回動不能にするため、前記光学支持部材と前記ユニットカバーとの一方に、前記光学部品の光軸方向に突出した複数の凸部が形成されており、前記光学支持部材と前記ユニットカバーとの他方に、前記光軸方向に凹んだ複数の凹部が形成されており、複数の凸部のそれぞれが複数の前記凹部のいずれかに嵌り込んで係合しており、前記凸部及び前記凹部は、いずれも、前記光軸に対して放射方向に延びている。

本発明のカメラモジュールは、本発明の光学系ユニットと、上記光学系ユニットの光学部品の焦点位置に配置されているイメージセンサと、を有する。

本発明の光学系ユニットでは、光学支持部材とユニットカバーとの一方に形成されている複数の凸部が、光学支持部材とユニットカバーとの他方に形成されている複数の凹部のいずれかに係合している。このため、組み上げてから分解して光学部品の焦点位置を調整することができ、経年劣化により光学部品の焦点位置が変動することも防止できる。

本発明のカメラモジュールは、本発明の光学系ユニットと、光学系ユニットの光学部品の焦点位置に配置されているイメージセンサと、を有する。このため、光学系ユニットは、組み上げてから分解して光学部品の焦点位置を調整することができ、経年劣化により光学部品の焦点位置が変動することも防止できる。従って、光学系ユニットを組み上げてから分解して光学部品の焦点位置をイメージセンサに一致させることができ、このイメージセンサに一致した光学部品の焦点位置が経年劣化により変動することも防止できる。

本発明の実施の形態のカメラモジュールの組立構造を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態のカメラモジュールの組立構造を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態のカメラモジュールの組立構造を示す縦断側面図である。 本発明の実施の形態の光学系ユニットの光学部品である集光レンズと光学支持部材との構造を示す模式的な二面図である。 本発明の実施の形態の光学系ユニットのユニットカバーの構造を示す模式的な二面図である。 本発明の実施の形態の光学系ユニットの集光レンズと光学支持部材との構造を示す模式的な平面図である。 本発明の実施の形態のカメラモジュールの集光レンズとイメージセンサとの関係を示す模式的な側面図である。

本発明の実施の一形態に関して図面を参照して以下に説明する。なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。

本実施の形態のカメラモジュール１００は、図１ないし図３に示すように、光学系ユニット２００と、イメージセンサ１１１と、を有する。本実施の形態の光学系ユニット２００は、光学部品である集光レンズ２１０と、光学支持部材２２０と、ユニット本体の一部である外部ユニット２３０と、ユニット本体の他部である内部ユニット２４０と、ユニットカバー２５０と、を有する。

イメージセンサ１１１は、回路基板１１０の表面に集積回路として形成されており、画像の光学データを電子データに変換する。光学系ユニット２００は、イメージセンサ１１１の回路基板１１０を支持しており、図７に示すように、その集光レンズ２１０の焦点位置にイメージセンサ１１１を配置している。

本実施の形態の光学系ユニット２００では、集光レンズ２１０は、所定の光学特性を満足する光学ガラスや光学プラスチックで形成されており、光軸方向に所定の焦点深度が位置する。

光学支持部材２２０は、図１および図２に示すように、所定の機械強度を満足する硬質な金属などで、中空の円筒状に形成されている。この光学支持部材２２０は、図３および図４に示すように、集光レンズ２１０が図中上端に接着等で固定され、図中下部の外周面２２１に雄ネジ２１２が形成されている。

外部ユニット２３０は、所定の機械強度を満足する硬質な金属などで、図中上面が開口したボックス状に形成されており、その内部２３１にイメージセンサ１１１の回路基板１１０を支持する基板支持部２３２が形成されている。

内部ユニット２４０は、所定の機械強度を満足する硬質な金属などで形成されており、上述のように外部ユニット２３０に支持された回路基板１１０の図中上面に設置される。さらに、内部ユニット２４０は、内周面２４１に光学支持部材２２０の雄ネジ２１２が螺合する雌ネジ２４２が形成されている。

つまり、集光レンズ２１０を支持している光学系支持部材２２０は、外部ユニット２３０に支持された回路基板１１０に設置されている内部ユニット２４０に、螺合される。ユニットカバー２５０は、外部ユニット２３０に光軸方向である図中上方から装着され、上述のように内部ユニット２４０に螺合された光学支持部材２２０を保持する。

ただし、本実施の形態の光学系ユニット２００では、光学支持部材２２０は、外周面２２１から外周方向に円環状のリブ状部２２３が突設されている。このリブ状部２２３の、光軸方向と交差する他面である図中上面２２４に、複数の凹部２２５と複数の凸部２２６とが交互に連続的に環状に形成されている。

そして、ユニットカバー２５０は、図１および図２および図５に示すように、光軸方向と交差する一面である、内部段部の図中下面２５１に、複数の凸部２５２と複数の凹部２５３とが交互に連続的に環状に形成されている。このユニットカバー２５０の凸部２５２は光学支持部材２２０の凹部２２５と係脱自在に係合し、凹部２５３は凸部２２６と係脱自在に係合する。

さらに、本実施の形態の光学系ユニット２００では、凸部２５２，２２６が係合する凹部２２５，２５３を隣接する二つの一方から他方に移動したときの、光学支持部材２２０の回動による光軸方向の変位が、集光レンズ２１０の焦点深度より小さい。

より具体的には、図６および図７に示すように、本実施の形態の光学系ユニット２００では、光学支持部材２２０の雄ネジ２１２と内部ユニット２４０の雌ネジ２４２とは、０．５mmのネジピッチに形成されているので、光学支持部材２２０は、一回転すると光軸方向に０．５mm移動する。

一方、集光レンズ２１０は、±０．０１mmの焦点深度に形成されている。そして、光学支持部材２２０の凸部２２６から隣接する凹部２２５への角度、および、ユニットカバー２５０の凸部２５２から隣接する凹部２５３への角度、は６°に形成されている。

このため、本実施の形態の光学系ユニット２００では、凸部２５２，２２６が係合する凹部２２５，２５３を隣接する二つの一方から他方に移動したとき、
（０．５／３６０）×６＝０．００８３３…＜０．０１
となる。

上述のような構成において、本実施の形態のカメラモジュール１００を組み上げる場合、イメージセンサ１１１が形成されている回路基板１１０を外部ユニット２３０に組み付け、その回路基板１１０の上面に内部ユニット２４０を設置する。

このような状態で、集光レンズ２１０が固定されている光学支持部材２２０を、内部ユニット２４０に螺合させる。このとき、集光レンズ２１０の焦点深度にイメージセンサ１１１が位置するように、光学支持部材２２０を回転させて光軸方向に調整する。

この調整が完了すると、ユニットカバー２５０を外部ユニット２３０に装着する。このとき、ユニットカバー２５０の複数の凸部２５２と複数の凹部２５３とが、光学支持部材２２０の複数の凹部２２５と複数の凸部２２６と、係合する。

この係合により光学支持部材２２０は回動不能に保持されるので、本実施の形態の光学系ユニット２００は、経年劣化により集光レンズ２１０の焦点位置が変動することがなく、本実施の形態のカメラモジュール１００は、イメージセンサ１１１に一致した集光レンズ２１０の焦点位置が経年劣化により変動することを防止できる。

なお、ユニットカバー２５０の複数の凸部２５２と複数の凹部２５３とが、光学支持部材２２０の複数の凹部２２５と複数の凸部２２６と係合するとき、光学支持部材２２０が回動することがある。

しかし、本実施の形態の光学系ユニット２００では、前述のように凸部２５２，２２６が係合する凹部２２５，２５３を隣接する二つの一方から他方に移動したときの、光学支持部材２２０の回動による光軸方向の変位が、集光レンズ２１０の焦点深度より小さい。

このため、ユニットカバー２５０の凸部２５２と凹部２５３とに、凹部２２５と凸部２２６とが係合するときに光学支持部材２２０が回動しても、集光レンズ２１０の焦点深度からイメージセンサ１１１が逸脱することを防止できる。

さらに、本実施の形態のカメラモジュール１００では、上述のように組み上げてから集光レンズ２１０の焦点深度にイメージセンサ１１１が位置するかテストして、位置しない場合には分解して再度組み上げることもできる。

その場合、やはり集光レンズ２１０の焦点深度にイメージセンサ１１１が位置するように、光学支持部材２２０を回転させて光軸方向に調整する。この調整が完了すると、ユニットカバー２５０を外部ユニット２３０に装着し、ユニットカバー２５０の複数の凸部２５２と複数の凹部２５３とを、光学支持部材２２０の複数の凹部２２５と複数の凸部２２６と、係合させる。

この場合も、ユニットカバー２５０の複数の凸部２５２と複数の凹部２５３と、光学支持部材２２０の複数の凹部２２５と複数の凸部２２６と、の係合により光学支持部材２２０が回動することがあるが、やはり集光レンズ２１０の焦点深度からイメージセンサ１１１が逸脱することを防止できる。

本実施の形態の光学系ユニット２００は、上述のように組み上げてから分解して集光レンズ２１０の焦点位置を調整することができ、経年劣化により集光レンズ２１０の焦点位置が変動することも防止できる。

従って、本実施の形態のカメラモジュール１００は、光学系ユニット２００を組み上げてから分解して集光レンズ２１０の焦点位置をイメージセンサ１１１に一致させることができ、このイメージセンサ１１１に一致した集光レンズ２１０の焦点位置が経年劣化により変動することも防止できる。

特に、複数の凹部２２５，２５３が放射状に連続的に形成されており、凸部２５２，２２６が係合する凹部２２５，２５３を隣接する二つの一方から他方に移動したときの光学支持部材２２０の回動による光軸方向の変位が集光レンズ２１０の焦点深度より小さい。

このため、カメラモジュール１００を組み上げるときに、複数の凹部２２５，２５３に複数の凸部２５２，２２６が係合することで光学支持部材２２０が回動しても、集光レンズ２１０の焦点深度からイメージセンサ１１１が逸脱することを防止できる。

さらに、本実施の形態の光学系ユニット２００では、光学支持部材２２０とユニットカバー２５０との両方に複数の凸部２５２，２２６と複数の凹部２２５，２５３とが形成されている。

このため、複数の凸部２５２，２２６と複数の凹部２２５，２５３とによる光学支持部材２２０とユニットカバー２５０との係合が強固であり、外乱などのために光学支持部材２２０が回動することを良好に防止できる。

しかも、本実施の形態の光学系ユニット２００では、光学支持部材２２０の光軸方向と直角に交差する上面２２４に凹部２２５と凸部２２６とが形成されており、ユニットカバー２５０の光軸方向と直角に交差する下面２５１に凸部２５２と凹部２５３とが形成されている。

このため、光学支持部材２２０にユニットカバー２５０を光軸方向に装着させるときに、複数の凸部２５２，２２６と複数の凹部２２５，２５３とを円滑に係合させることができる。

さらに、本実施の形態の光学系ユニット２００では、集光レンズ２１０は光学ガラスや光学プラスチックで形成されており、光学支持部材２２０は硬質な金属などで形成されている。このため、集光レンズ２１０は、所定の光学特性を満足することができ、光学支持部材２２０は、所定の機械強度を満足することができる。

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では光学支持部材２２０とユニットカバー２５０との両方に、複数の凸部２５２，２２６と複数の凹部２２５，２５３とが放射状に連続的に形成されていることを例示した。

しかし、光学支持部材２２０とユニットカバー２５０との一方のみに、複数の凹部が放射状に連続的に形成されており、他方には凸部が一個以上形成されていてもよい（図示せず）。

また、上記形態では光学支持部材２２０の光軸方向と直交する上面２２４に凹部２２５と凸部２２６とが形成されており、ユニットカバー２５０の光軸方向と直交する下面２５１に凸部２５２と凹部２５３とが形成されていることを例示した。

しかし、このような凸部２２６，２５２や凹部２２５，２５３が、光学支持部材やユニットカバーの光軸方向と傾斜して交差する円錐状の斜面に形成されていてもよく、光軸方向と平行な外周面と内周面とに形成されていてもよい（図示せず）。

さらに、上記形態では光学支持部材２２０とユニットカバー２５０との両方に、複数の凸部２５２，２２６と複数の凹部２２５，２５３とが最初から形成されていることを例示した。

しかし、光学支持部材２２０とユニットカバー２５０との少なくとも一方に硬質で先鋭な凸部が形成されており、光学支持部材２２０とユニットカバー２５０との他方が凸部の圧接により凹部が成形される軟質な材料で形成されていてもよい（図示せず）。

また、上記形態では集光レンズ２１０と光学支持部材２２０とが別体に形成されていて、接着などにより一体に装着されていることを例示した。しかし、必要な光学特性と機械強度とを確保できるなら、光学部品と光学支持部材とが最初から一体に形成されていてもよい（図示せず）。

さらに、上記形態ではユニット本体の一部である外部ユニット２３０と、ユニット本体の他部である内部ユニット２４０とが、別体に形成されていることを例示した。しかし、このような外部ユニットと内部ユニットとが一個のユニット本体として一体に形成されていてもよい（図示せず）。その場合、例えば、ユニット本体は下面開口の円筒状に形成され、その内周面の段部にイメージセンサ１１１の回路基板１１０が下方から接着などで装着されればよい。

１００ カメラモジュール
１１１ イメージセンサ
２００ 光学系ユニット
２１０ 光学部品である集光レンズ
２２０ 光学支持部材
２２４ 他面である上面
２２５ 凹部
２２６ 凸部
２３０ ユニット本体の一部である外部ユニット
２４０ ユニット本体の他部である内部ユニット
２５０ ユニットカバー
２５１ 一面である下面
２５２ 凸部
２５３ 凹部

Claims (5)

1. 光学部品と、
   前記光学部品を支持していて外周面に雄ネジが形成されている光学支持部材と、
   前記光学支持部材の雄ネジが螺合する雌ネジが内周面に形成されているユニット本体と、
   前記ユニット本体に装着されて前記光学支持部材を保持しているユニットカバーと、を有し、
   前記ユニット本体に装着された前記ユニットカバーが前記光学支持部材に係合して回動不能にするため、前記光学支持部材と前記ユニットカバーとの一方に、前記光学部品の光軸方向に突出した複数の凸部が形成されており、前記光学支持部材と前記ユニットカバーとの他方に、前記光軸方向に凹んだ複数の凹部が形成されており、複数の凸部のそれぞれが複数の前記凹部のいずれかに嵌り込んで係合しており、
   前記凸部及び前記凹部は、いずれも、前記光軸に対して放射方向に延びている、
   光学系ユニット。
2. 前記凸部が係合する前記凹部を隣接する二つの一方から他方に移動したときの前記光学支持部材の回動による光軸方向の変位が前記光学部品の焦点深度より小さい、
   請求項１に記載の光学系ユニット。
3. 前記光学支持部材と前記ユニットカバーとの少なくとも一方に硬質な前記凸部が形成されており、
   前記光学支持部材と前記ユニットカバーとの他方が前記凸部の圧接により前記凹部が成形される軟質な材料で形成されている、
   請求項１または２に記載の光学系ユニット。
4. 前記凸部が先鋭な形状に形成されている、請求項３に記載の光学系ユニット。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の光学系ユニットと、
   前記光学系ユニットの光学部品の焦点位置に配置されているイメージセンサと、
   を有するカメラモジュール。

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