JP7481816B2 - 中間環、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、例えば自動車等の車両に搭載される車載カメラを構成する中間環、レンズユニットおよびカメラモジュールに関する。

近年、自動車に車載カメラを搭載し、駐車をサポートしたり、画像認識により衝突防止を図ったりすることが行なわれており、さらにそれを自動運転に応用する試みもなされている。また、このような車載カメラ等のカメラモジュールは、一般に、複数のレンズが光軸に沿って並べられて成るレンズ群と、このレンズ群を収容保持する鏡筒と、レンズ群の少なくとも一個所のレンズ間に配置される絞り部材とを有するレンズユニットを備える（例えば、特許文献１参照）。

鏡筒内にレンズを組み込んで成る前記レンズユニットでは、振動や衝撃等によってレンズがずれて解像性能劣化や光軸ずれが生じないように（あらゆる環境下で光学性能を維持し得るように）、一般にレンズが鏡筒内に所定の直径差を伴って軽圧入されるが、鏡筒の内径寸法に対してレンズの外径寸法が小さい場合には、必要に応じて、レンズの外周側面と鏡筒の内周面との間に中間環が介挿され、この中間環によってレンズを鏡筒に対して安定的に支持させるようにしている。

また、このような中間環を使用する場合、樹脂レンズのような比較的柔らかい素材のレンズであれば、中間環内にレンズが圧入して嵌め付けられる。これは、樹脂レンズの場合には、中間環への圧入時に変形されたり削られたりしながら中間環内に嵌め込まれて確実に着座され得るからである。しかしながら、ガラスモールドレンズや研磨レンズなどの硬質なレンズの場合には、中間環への圧入時に変形し得ないため、中間環内に圧入することが難しくなる。そのため、そのようなレンズでは、図７に示されるように、レンズ１１０と中間環１２０との間に所定の隙間Ｃを存してレンズ１１０が中間環１２０内に隙間嵌めによって組み付けられる。なお、この場合、中間環１２０は、鏡筒１３０の内周面１３０ａに圧入嵌合され得る。

特開２０１３－２３１９９３号公報

しかしながら、図７に示されるような隙間嵌め構造では、高温時には中間環１２０が熱膨張することにより、また、高湿時には中間環１２０が水分を吸収して膨張することにより、レンズ１１０と中間環１２０との間の隙間Ｃが大きくなり、それにより、レンズ１１０のガタつき等に伴ってレンズ１１０が偏心し、光学性能が劣化する虞がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、中間環に対する硬質レンズの圧入も可能にし、それにより、隙間に起因するレンズの偏心およびそれに伴う光学性能の悪化を防止し得る、中間環、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、本発明は、鏡筒の内周面と鏡筒内に組み付けられるレンズの外周側面との間に介挿される中間環であって、
前記レンズの前記外周側面と対向する内周面を有し、この内周面には、その周方向に沿って、前記中間環に対する前記レンズの圧入により変形可能な複数のリブが所定の間隔を隔てて径方向内側に突出して設けられることを特徴とする。

本発明によれば、中間環の内周面に、中間環に対するレンズの圧入により変形可能な複数のリブが設けられているため、すなわち、リブの変形によって中間環に対するレンズの圧入を許容するため、ガラスモールドレンズや研磨レンズなどの硬質なレンズであっても、該レンズを中間環に圧入により組み付けることができる。したがって、隙間嵌めによってレンズを中間環内に組み付ける必要がなく、その結果、隙間に起因するレンズの偏心およびそれに伴う光学性能の悪化を防止できる。

また、上記構成において、中間環は、その径方向の拡張を許容する複数の凹陥溝を更に有することが好ましい。このような凹陥溝を設けると、中間環に対するレンズの圧入時に中間環の径方向の拡張が促されることから、レンズの圧入時にリブを径方向外側に逃がして圧入力を分散緩和（低減）することができる。また、このような中間環の拡張作用は、レンズに対して常にテンションを付与するバネ性の保持力を生起でき、したがって、高温時または高湿時に中間環が膨張しても、そのバネ性により、レンズを効果的且つ確実に保持できる（すなわち、中間環内でのレンズの遊動をもたらす隙間を生じさせない）。なお、中間環は、このようなバネ性を材質によっても確保できることが好ましいが、所定の温度（例えば車載カメラに適用される場合には１２５℃程度の温度）に耐え得る耐熱性を有するべく、例えばポリカーボネートやポリフタルアミド（ＰＰＡ）により形成されることが好ましい。

また、上記構成において、リブおよび凹陥溝は、中間環に対するレンズの圧入時の応力を均等に分散できるように、中間環の周方向に沿って均等に配置されることが好ましい。また、リブおよび凹陥溝の数は、中間環の所望の強度を確保しつつ、レンズを安定的に保持できる一方で、レンズ圧入時の応力を効果的に逃がすことができるような数に個別に設定されることが好ましい。特に、リブの数は、少なくとも３個以上、好ましくは、レンズの安定した十分な保持を確保するべく８個以上であることが好ましい。また、リブの径方向内側への突出量（径方向に沿う長さ寸法）は、レンズの外周側面と中間環の内周面との間に不必要に大きな隙間を形成することなくリブの効果的な変形を可能にし得る量（例えば０．１ｍｍ）に設定される。また、中間環に対するレンズの圧入力を緩和するという点では、リブは、光軸に対して垂直な断面において、レンズと点接触することが好ましいが、線接触しても構わない。

また、上記構成において、凹陥溝は、中間環のどの部位に形成されても構わないが、中間環の内周面または外周面に形成されることが好ましい。特に、凹陥溝をリブと同じ周方向位置で中間環の外周面に設ける（径方向でリブとは反対側の位置に設ける）と、高いバネ性（径方向拡張性能）を中間環に効果的に付与できると同時に、レンズの圧入時のリブの径方向外側への逃げを効果的に促すことができ、圧入力の分散緩和に寄与し得る。また、これに加えて、中間環を樹脂によって形成すれば、中間環が変形し易くなって、特に硬質レンズの圧入が容易になるとともに、凹陥溝に伴う中間環のバネ性の生起を容易ならしめることができる。

また、上記構成では、凹陥溝とリブとが中間環の周方向に沿って交互に配置されることが好ましい。このような交互配置によれば、レンズ圧入時の応力の均等な分散と、中間環によるレンズの安定的な支持とを同時に図ることができる。

なお、上記構成において、中間環の形状は任意に設定し得る。例えば、中間環は、円形であってもよく、または、多角形であっても構わない。

また、本発明は、前述した中間環を有するレンズユニット、および、そのようなレンズユニットを備えるカメラモジュールも提供する。そのようなレンズユニットおよびカメラモジュールによっても前述した作用効果を奏することができる。

本発明によれば、中間環の内周面に、中間環に対するレンズの圧入により変形可能な複数のリブが設けられているため、中間環に対する硬質レンズの圧入も可能にし、それにより、隙間に起因するレンズの偏心およびそれに伴う光学性能の悪化を防止し得る。

本発明の一実施の形態に係る中間環を伴うレンズユニットの概略断面図である。 中間環の第１の例の平面図である。 中間環の第２の例の平面図である。 中間環の第３の例の平面図である。 中間環の第４の例の平面図である。 図１のレンズユニットを有するカメラモジュールの概略断面図である。 従来の中間環の隙間嵌めによる使用例を示すレンズユニットの概略断面図である。

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。
なお、以下で説明される本実施の形態のレンズユニットは、特に車載カメラ等のカメラモジュール用のものであり、例えば、自動車の外表面側に固定して設置され、配線は自動車内に引き込まれてディスプレイやその他の装置に接続される。また、図１～図７においてレンズについてはハッチングを省略している。

図１は、本発明の一実施の形態に係るレンズユニット１１を示している。図示のように、本実施の形態のレンズユニット１１は、例えば樹脂製（金属製であっても構わない）の円筒状の鏡筒（バレル）１２と、鏡筒１２の段付きの内側収容空間Ｓ内に配置される複数のレンズ、例えば、物体側から、第１のレンズ１３、第２のレンズ１４、第３のレンズ１５、第４のレンズ１６および第５のレンズ１７から成る５つのレンズと、２つの絞り部材２２ａ，２２ｂとを備えている。絞り部材２２ａ，２２ｂは、本実施の形態では、第２のレンズ１４と第３のレンズ１５との間、および、第３のレンズ１５と第４のレンズ１６との間に介挿されており、透過光量を制限し、明るさの指標となるＦ値を決定する「開口絞り」またはゴーストの原因となる光線や収差の原因となる光線を遮光する「遮光絞り」である。このようなレンズユニット１１を備える車載カメラは、レンズユニット１１と、図示しないイメージセンサを有する基板と、当該基板を自動車等の車両に設置する図示しない設置部材とを備えるものである。

鏡筒１２の内側収容空間Ｓ内に組み込まれて収容保持される複数のレンズ１３，１４，１５，１６，１７は、それぞれの光軸を一致させた状態で積み重ねられて配置されており、１つの光軸Ｏに沿って各レンズ１３，１４，１５，１６，１７が並べられた状態となって、撮像に用いられる一群のレンズ群Ｌを構成している。この場合、レンズ群Ｌを構成する最も物体側に位置される第１のレンズ１３は、物体側に凸面を有するとともに像側に凹面を有する球面ガラスレンズであり、その他のレンズ１４，１５，１６，１７は樹脂レンズであるが、これに限定されない（例えば、第１のレンズ１３が樹脂レンズであってもよい）。また、これらのレンズ１３，１４，１５，１６，１７の表面には、必要に応じて、反射防止膜、親水膜、撥水膜等が設けられる。

また、本実施の形態において、像側に位置される２つの第４および第５のレンズ１６，１７は接合レンズ（貼り合わせレンズ）３０を構成している。このような接合レンズ４０を構成する第４および第５のレンズ１６，１７は、図示のように、物体側に位置される第４のレンズ１６の像側に面する表面の環状凸部１６ａが像側に位置される第５のレンズ１７の物体側に面する表面の対応する環状凹部１７ｂと嵌合されることにより組み付けられて、接着剤等によって一体的に固定される。

また、本実施の形態において、最も物体側に位置される第１のレンズ１３と鏡筒１２との間にはシール部材としてのＯリング２６が介挿され、鏡筒１２の内側のレンズ群Ｌ内に水や塵埃が侵入しないようにしている。この場合、第１のレンズ１３の外周側面１３ｃに、該レンズ１３の像側部分で径が小さくなった段差状の縮径部１３ｄが設けられ、この縮径部１３ｄにＯリング２６が装着されて、第１のレンズ１３の外周側面１３ｃと鏡筒１２の内周面との間でＯリング２６が径方向で圧縮されることにより、鏡筒１２の物体側端部が封止された状態となっている。

また、鏡筒１２は、その内側収容空間Ｓ内にレンズ群Ｌが組み込まれて収容保持された状態で、その物体側の端部（図１において上端部）のカシメ部２３が径方向内側にカシメられることにより、レンズ群Ｌの最も物体側に位置される第１のレンズ１３をこのカシメ部２３で鏡筒１２の物体側端部に固定する。なお、第１のレンズ１３の固定は、カシメ部２３に限ることなく、鏡筒１２にレンズ１３，１４，１５，１６，１７を収容した後に鏡筒１２の物体側の端部に取り付けられる固定部によって行なわれてもよい。

また、鏡筒１２の像側の端部（図１において下端部）には、第５のレンズ１７よりも径の小さい開口部を有する内側フランジ部２４が設けられている。この内側フランジ部２４とカシメ部２３とにより、鏡筒１２内にレンズ群Ｌを構成する複数のレンズ１３，１４，１５，１６，１７と絞り部材２２ａ，２２ｂとが光軸方向で保持固定されている。

また、本実施の形態において、第２のレンズ１４に対して外径がかなり小さくなる第３のレンズ１５は、鏡筒１２の内径寸法に対してその外径寸法が小さくなっており、そのため、第３のレンズ１５の外周側面と鏡筒１２の内周面との間に中間環４０が介挿され、この中間環４０によって第３のレンズ１５を鏡筒１２に対して安定的に支持させるようにしている。特に、本実施の形態では、中間環４０が樹脂によって円形に形成されるが、中間環４０は、他の形状を成していてもよく、また、金属等の他の材料によって形成されても構わない。また、必要に応じて、他のレンズ１４，１５，１７と鏡筒１２との間に中間環４０が介挿されても構わない。

そのような中間環４０の第１の例が図２に示される。図示のように、この第１の例に係る中間環４０Ａは、所定の温度（例えば車載カメラに適用される場合には１２５℃程度の温度）に耐え得る耐熱性を有するべく例えばポリカーボネートやポリフタルアミド（ＰＰＡ）によって形成されており、鏡筒１２の内周面１２ｂと第３レンズ１５の外周側面１５ａとの間に介挿され、第３のレンズ１５の外周側面１５ａと対向する内周面４０ａを有する。また、中間環４０Ａの内周面４０ａには、その周方向に沿って、中間環４０Ａに対する第３のレンズ１５の圧入により変形可能な複数（この例では８個）のリブ５０が所定の間隔を隔てて径方向内側に突出して設けられる。これらのリブ５０は、中間環４０Ａの軸方向に沿って全長にわたり延びており、光軸Ｏに対して垂直な断面において略三角形状を成している。すなわち、これらのリブ５０は、中間環４０Ａに対する第３のレンズ１５の圧入力を緩和するべく第３のレンズ１５と点接触するようになっている。しかしながら、リブ５０がレンズ１５と線接触するようになっていても構わない。

また、この第１の例において、リブ５０の高さ、すなわち、リブ５０の径方向内側への突出量（径方向に沿う長さ寸法）は、第３のレンズ１５の外周側面１５ａと中間環４０Ａの内周面４０ａとの間に不必要に大きな隙間を形成することなくリブ５０の効果的な変形を可能にし得る量、例えば０．１ｍｍに設定される。

図３には、中間環４０の第２の例が示される。図示のように、この第２の例に係る中間環４０Ｂは、第１の例と同様のリブ５０に加え、中間環４０Ｂの径方向の拡張を許容する複数の凹陥溝６０を更に有している。この場合、凹陥溝６０は、光軸Ｏに対して垂直な断面において略三角形状（山形）を成しており、中間環４０Ｂの内周面４０ａに形成されている。また、この第２の例では、凹陥溝６０とリブ５０とが周方向に沿って交互に配置されている。また、中間環４０Ｂに対するレンズ１５の圧入時の応力を均等に分散できるように、リブ５０および凹陥溝６０は、中間環４０Ｂの周方向に沿って均等に配置されている。なお、それ以外の構成は第１の例と同じである。

図４には、中間環４０の第３の例が示される。図示のように、この第３の例に係る中間環４０Ｃも、第１の例と同様のリブ５０に加え、中間環４０Ｃの径方向の拡張を許容する複数の凹陥溝６０を更に有している。しかしながら、この第３の例では、第２の例と異なり、凹陥溝６０が中間環４０Ｂの外周面４０ｂに形成されるとともに、凹陥溝６０がリブ５０の周方向位置と同じ周方向位置（径方向でリブ５０とは反対側の位置）に設けられている。なお、それ以外の構成は第２の例と同じである。

図５には、中間環４０の第４の例が示される。図示のように、この第４の例に係る中間環４０Ｄは、第２の例と同様に、リブ５０に加えて、中間環４０Ｃの径方向の拡張を許容する複数の凹陥溝６０を更に有し、凹陥溝６０とリブ５０とが周方向に沿って交互に配置されている。しかしながら、この第４の例では、第２の例と異なり、凹陥溝６０が中間環４０Ｂの外周面４０ｂに形成されている。なお、それ以外の構成は第２の例と同じである。

また、図６は、以上のような構成を成すレンズユニット１１を有する本実施の形態のカメラモジュール３００の概略断面図である。図示のように、このカメラモジュール３００は、フィルタ１００が装着された図１のレンズユニット１１を含んで構成される。

カメラモジュール３００は、外装部品である上ケース（カメラケース）３０１と、レンズユニット１１を保持するマウント（台座）３０２とを備えている。また、カメラモジュール３００は、シール部材３０３およびパッケージセンサ（撮像素子）３０４を備えている。

上ケース３０１は、鏡筒１２の外周面１２ａに鍔状に設けられるフランジ部２５に係合されるとともに、レンズユニット１１の物体側の端部を露出させて他の部分を覆う部材である。マウント３０２は、上ケース３０１の内部に配置されており、レンズユニット１１の雄ねじ１１ａと螺合する雌ねじ３０２ａを有する。シール部材３０３は、上ケース３０１の内面とレンズユニット１１の鏡筒１２の外周面１２ａとの間に介挿された部材であり、上ケース３０１の内部の気密性を保持するための部材である。

パッケージセンサ３０４は、マウント３０２の内部に配置されており、かつ、レンズユニット１１により形成される物体の像を受光する位置に配置されている。また、パッケージセンサ３０４は、外側に透明カバーを有し、その内部にＣＣＤやＣＭＯＳ等を備えており、レンズユニット１１を通じて集光されて到達する光を電気信号に変換する。変換された電気信号は、カメラにより撮影された画像データの構成要素であるアナログデータやデジタルデータに変換される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中間環４０（４０Ａ－４０Ｄ）の内周面４０ａに、中間環４０に対する第３のレンズ１５の圧入により変形可能な複数のリブ５０が設けられているため、すなわち、リブ５０の変形によって中間環４０に対する第３のレンズ１５の圧入を許容するため、第３のレンズ１５がガラスモールドレンズや研磨レンズなどの硬質なレンズであっても、該レンズ１５を中間環４０に圧入により組み付けることができる。したがって、隙間嵌めによってレンズを中間環内に組み付ける必要がなく、その結果、隙間に起因するレンズ１５の偏心およびそれに伴う光学性能の悪化を防止できる。

また、第２～第４の例に係る中間環４０Ｂ－４０Ｄのようにその径方向の拡張を許容する複数の凹陥溝６０を更に設ければ、中間環４０Ｂ－４０Ｄに対するレンズ１５の圧入時に中間環４０Ｂ－４０Ｄの径方向の拡張が促されることから、レンズ１５の圧入時にリブ５０を径方向外側に逃がして圧入力を分散緩和（低減）することができる。また、このような中間環４０Ｂ－４０Ｄの拡張作用は、レンズ１５に対して常にテンションを付与するバネ性の保持力を生起でき、したがって、高温時または高湿時に中間環４０Ｂ－４０Ｄが膨張しても、そのバネ性により、レンズ１５を効果的且つ確実に保持できる（すなわち、中間環４０Ｂ－４０Ｄ内でのレンズ１５の遊動をもたらす隙間を生じさせない）。

特に、第３の例に係る中間環４０Ｃのように凹陥溝６０をリブ５０と同じ周方向位置で中間環４０Ｃの外周面４０ｂに設けると、高いバネ性（径方向拡張性能）を中間環４０Ｃに効果的に付与できると同時に、レンズ１５の圧入時のリブ５０の径方向外側への逃げを効果的に促すことができ、圧入力の分散緩和に寄与し得る。また、これに加えて、中間環４０Ｃが樹脂によって形成されているため、中間環４０Ｃが変形し易くなって、特に硬質レンズの圧入が容易になるとともに、凹陥溝６０に伴う中間環４０Ｃのバネ性の生起を容易ならしめることができる。

また、第２および第４の例に係る中間環４０Ｂ，４０Ｄのように凹陥溝６０とリブ５０とが中間環４０Ｂ，４０Ｄの周方向に沿って交互に配置されれば、レンズ１５の圧入時の応力の均等な分散と、中間環４０Ｂ，４０Ｄによるレンズ１５の安定的な支持とを同時に図ることができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。例えば、本発明において、レンズ、鏡筒、中間環などの形状は、前述した実施の形態に限定されない。また、前述した実施の形態では、第３のレンズに中間環が設けられたが、他のレンズに中間環が設けられてもよい。

１１ レンズユニット
１２ 鏡筒
１３，１４，１５，１６，１７ レンズ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ 中間環
５０ リブ
６０ 凹陥溝
３００ カメラモジュール
Ｏ 光軸

Claims (10)

1. 鏡筒の内周面と鏡筒内に組み付けられるレンズの外周側面との間に介挿され、レンズをその圧入によって受ける中間環であって、
   前記レンズの前記外周側面と対向する内周面を有し、この内周面には、その周方向に沿って、前記中間環に対する前記レンズの圧入により変形可能な複数のリブが所定の間隔を隔てて径方向内側に突出して設けられ、
   前記複数のリブは、前記レンズの光軸に対して垂直な断面において略三角形状を成すとともに、圧入される前記レンズと点接触し、その変形によって前記レンズの圧入を許容するように形成されることを特徴とする中間環。
2. 前記中間環の径方向の拡張を許容する複数の凹陥溝を更に有することを特徴とする請求項１に記載の中間環。
3. 前記凹陥溝が前記中間環の前記内周面に形成されることを特徴とする請求項２に記載の中間環。
4. 前記凹陥溝が前記中間環の外周面に形成されることを特徴とする請求項２に記載の中間環。
5. 前記凹陥溝と前記リブとが周方向に沿って交互に配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の中間環。
6. 前記凹陥溝は、前記リブの周方向位置と同じ周方向位置に設けられることを特徴とする請求項４に記載の中間環。
7. 樹脂によって形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の中間環。
8. 複数のレンズが当該レンズの光軸に沿って並べられたレンズ群と、このレンズ群が収納される鏡筒とを備えるレンズユニットであって、
   前記鏡筒の内周面と前記鏡筒内に組み付けられる前記レンズの外周側面との間に介挿され、レンズをその圧入によって受ける中間環を有し、
   前記レンズの前記外周側面と対向する前記中間環の内周面には、その周方向に沿って、前記中間環に対する前記レンズの圧入により変形可能な複数のリブが所定の間隔を隔てて径方向内側に突出して設けられ、
   前記複数のリブは、前記レンズの光軸に対して垂直な断面において略三角形状を成すとともに、圧入される前記レンズと点接触し、その変形によって前記レンズの圧入を許容するように形成されることを特徴とするレンズユニット。
9. 前記中間環がその径方向の拡張を許容する凹陥溝を有することを特徴とする請求項８に記載のレンズユニット。
10. 請求項８または９に記載のレンズユニットと、前記レンズユニットを通じて集光される光を電気信号に変換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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