【課題】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。
【解決手段】レンズユニット1は、複数のレンズと、複数のレンズを内側に保持する筒状のホルダ90とを有しており、ホルダ90は、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(第2レンズ12および第3レンズ13)より熱膨張係数が小さい。第2レンズ12および第3レンズ13の側面126、136は、凹状レンズ面および凸状レンズ面のうち、凹状レンズ面が位置する凹側部分127、137がホルダ90の内面に当接した状態に圧入されている。従って、環境温度が上昇した際、プラスチックレンズの屈折率は、低下するが、凸状レンズ面は、曲率半径が小さくなるように変形する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【発明の効果】
【0014】
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。
【発明を実施するための形態】
【0016】
(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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
(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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
(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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
(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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
(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。
【0042】
[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。