特開 2024-145483 レンズユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145483

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】レンズユニット

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/04 20210101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

G02B7/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057855

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000147350

【氏名又は名称】株式会社精工技研

(72)【発明者】

【氏名】平尾 朋三

【テーマコード（参考）】

2H044

【Ｆターム（参考）】

2H044BF09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】固定焦点の小型レンズユニットであって、フォーカス調整が可能で、高温環境に晒されても画質の変化を抑えられる構造を提案する。
【解決手段】レンズユニットの焦点位置にフォーカスプレートＦＰの位置決め面ＧＡが一致するように、フォーカスプレートＦＰがホルダＨに圧入調整され、位置決め面ＧＡにイメージセンサを当接させることで、最良な画質のカメラモジュールが得られる。さらに、ネジ構造を用いずにフォーカス調整が可能な構造のため、高温下での部材変形による画質の劣化を抑えることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レンズと、イメージセンサを光軸方向に位置決めするためのフォーカスプレートと、中空形状のホルダと、を有するレンズユニットであって、
前記ホルダには、前記フォーカスプレートが圧入され、
前記フォーカスプレートは、前記イメージセンサの感光部を避けた位置に前記イメージセンサを当接するための位置決め面を有していることを特徴とするレンズユニット。

【請求項2】

請求項１に記載のレンズユニットであって、
前記位置決め面の光軸方向の位置と前記レンズユニットの焦点位置が一致していることを特徴とするレンズユニット。

【請求項3】

請求項１に記載のレンズユニットであって、
前記ホルダと前記ファーカスプレートが組まれた後、前記レンズユニットの外周側面部に形成された空間部に接着剤が充填されていることを特徴とするレンズユニット。

【請求項4】

請求項１または請求項３に記載のレンズユニットであって、
前記ホルダと前記フォーカスプレートが同一材料で形成されていることを特徴とするレンズユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォーカス調整を簡便に制御できる構造を有するレンズユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

撮像レンズとイメージセンサを組み合わせたカメラモジュールにおいて、オートフォーカス機構を有さない固定焦点カメラモジュールは、レンズユニット組立後、イメージセンサの感光面にレンズの焦点位置を合わせて、位置決めをする必要がある。

【0003】

レンズユニットの焦点位置は、レンズやレンズを収納するホルダの製造精度、それらを組立する際に発生する組立誤差によって変化する。これらの焦点位置変化量は部材の点数が少ない場合や、それぞれの部材精度が高い場合は、小さくなる。

【0004】

一定以上の変化量がある場合は、イメージセンサを組み込んだ後に、フォーカス調整によって、レンズの焦点位置変化をキャンセルしなければいけない。

【0005】

また、近年、１つの基板内での電子部品点数が増加し、個々の電子部品サイズは小さくなってきている。カメラモジュールを実装するスペースも小さくなってきているため、カメラモジュールの実装後に、フォーカス調整を実行できるようなスペースが取れない。この課題解決のため、他の電子部品と一緒に、半田リフロー工程へ流すことができるカメラモジュールが求められている。

【0006】

さらに、現在のカメラモジュール実装では、一度、実装基板にイメージセンサを半田リフロー工程で固定した後、レンズユニットを取り付けてフォーカス調整を実施している。リフロー対応レンズを使用し、フォーカス調整を簡便に制御できる構造を有するレンズユニットであれば、他の電子部品（イメージセンサ等）と一緒に半田リフロー工程で実装基板へ実装することが可能となる。その場合、半田リフロー工程で固定した後、レンズユニットを取り付けてフォーカス調整をする工程が削減できるため、工数の削減が可能となる。

【0007】

イメージセンサとレンズユニットの距離を調整する構造として、特許文献１にネジ構造を利用した構造が開示されている。

【0008】

また、特許文献２には、半田リフロー工程を経ても性能の劣化を抑えられる小型レンズユニットとイメージセンサを固定する構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許２９２６３７０

【特許文献2】特開２０１８―８８０１６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１では、雄ネジ部が形成されたレンズ鏡筒部材の中にレンズが収納され、このレンズ鏡筒部材は、雌ネジ部が形成され、イメージセンサ等の撮像素子を固定する部材に、ネジ部を介して取付られている。レンズ鏡筒部材を回転することで、レンズ鏡筒部材が光軸方向に上下し、イメージセンサ等の撮像素子との距離を調整することができる。

【0011】

特許文献１の構造では、レンズユニットのフォーカス調整は鏡筒を回転することで実施されるが、半田リフロー工程のような高温プロセスに晒された場合、部材の熱膨張によって、ネジ部に負荷がかかり、鏡筒が傾いたり、上下に移動したりして、調整した最適なフォーカス位置から、ずれて画質が劣化してしまう。

【0012】

さらに、レンズユニット自体が小型になることで、鏡筒も小さくなるため、形成されるネジ部は細径でかつ細目になる。半田リフロー工程のような高温条件下では、ネジ部が細目になると、熱膨張によって部材同士の位置関係がずれ、画質劣化が起こる可能性がさらに高まる。

【0013】

また、鏡筒に雄ネジ部を形成し、センサを固定する部材に雌ネジ部を形成する必要のある従来構造はレンズユニットのサイズが大きくなってしまうので、小型化には不向きである。

【0014】

特許文献２に開示されている構造は、１つのホルダにレンズとイメージセンサを固定できるため、小型化には有利である。

【0015】

さらに、半田リフロー工程のような高温下での熱膨張をキャンセル可能なレンズとレンズホルダの構造を有しており、熱膨張による部材の変形や破損が抑えられ、レンズユニットの焦点位置も変化しないため、画質劣化が起き難い。

【0016】

また、レンズを固定する位置決め面が、イメージセンサ側の段差になっているため、１枚構成のレンズであれば、レンズ単体の厚み誤差によるレンズ焦点位置変化を抑えることが可能となっている。

【0017】

しかし、特許文献２で提案されている構造は、レンズやレンズホルダの部材単体を高精度で形成する必要がある。かつレンズユニットにするための組立誤差まで考慮する場合、レンズユニットの焦点位置を精密に制御するためには、１枚か多くても２枚構成程度のレンズが限界となる。

【0018】

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、半田リフロー工程等の高温下に晒されても、画質の劣化が抑えられ、かつレンズユニットのフォーカス調整が可能な構造を有し、小型化も実現できるレンズユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

以上の問題を解決するため本発明のレンズユニットは、レンズと、イメージセンサを光軸方向に位置決めするためのフォーカスプレートと、中空形状のホルダと、を備え、前記ホルダには、前記フォーカスプレートが圧入され、前記フォーカスプレートは、前記イメージセンサの感光部を避けた位置に前記イメージセンサを当接するための位置決め面を有している構成としている。

【0020】

前記構成において、前記位置決め面の光軸方向の位置と前記レンズユニットの焦点位置が一致している構成としても良い。このような構造を取ることで、ネジ構造を用いずにレンズユニットのフォーカス位置とイメージセンサの感光面位置を精密に合わせることが可能となる。

【0021】

前記構成において、前記ホルダと前記ファーカスプレートが組まれた後、前記レンズユニットの外周側面部に形成された空間部に接着剤が充填されている構成としても良い。前記ホルダに前記フォーカスプレートが圧入され、フォーカス調整が完了したした後、外周側面部にできる前記空間部に接着剤を充填し、前記フォーカスプレートと前記ホルダを接着固定することにより強固に部材同士を固定することが可能となるので、画質の劣化をさらに抑えることが可能となる。

【0022】

前記構成において、前記ホルダと前記フォーカスプレートが同一材料で形成されている構成としても良い。このように同一材料で構成することにより、部材間の線膨張差が少なくなるため、熱による部材間の膨張差が少なくなるので、画質の劣化が起き難くなる。

【0023】

また、前記フォーカスプレートに当接する前記イメージセンサがカバーガラスで封止され、前記レンズは前記ホルダに固定され、前記フォーカスプレートは前記ホルダに圧入され、前記フォーカスプレートは、前記イメージセンサの前記カバーガラスの上面側を当接する前記位置決め面を有し、前記カバーガラスの厚みを加味した前記レンズユニットのフォーカス位置と前記イメージセンサの感光面の光軸方向位置が一致した状態で固定される。このような構成にすることで、カバーガラスで封止されたイメージセンサに対しても、フォーカス調整が可能となる。

【0024】

フォーカス調整完了後、ホルダとフォーカスプレートは接着または溶着等の固定手段により固定される。圧入部の向かい合う２面もしくは４面でホルダとフォーカスプレートが固定されるため、半田リフロー等の高温下に晒されても、画質の劣化を抑えることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の構造では、ネジ構造を用いずにフォーカス調整が可能となり、半田リフロー工程のような高温条件下に晒されても、画質の劣化を抑えられ、かつネジ構造を有していないため、イメージセンササイズに近い大きさまで小型化したレンズユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】レンズユニット断面図

【図2】レンズユニット平面図

【図3】実施例１のカメラモジュール断面図

【図4】実施例１の接着固定位置

【図5】実施例１のフォーカス調整説明図

【図6】実施例２のカメラモジュール断面図

【図7】実施例２の接着固定説明図

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図を参照して、本発明の実施の形態例について説明する。なお、各図
は、本発明に係る一構成例を図示するものであり、本発明が理解できる程度に各構成要素の断面形状や配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、本発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の条件等を用いることがあるが、これらの材料および条件は好適例の一つに過ぎず、従って、本発明は何らこれらに限定されるものではない。

【0028】

図１は、本発明のレンズユニット断面図である。図２はイメージセンサ挿入側（図１下側）からレンズユニットを見た平面図である。レンズＬはホルダＨに挿入され、ストッパＳＴがホルダＨに圧入され、固定されている。フォーカスプレートＦＰは、イメージセンサＳの上面が当接する位置決め面ＧＡと、レンズユニットの画質が最も良くなる焦点位置ＢＦＡが光軸方向で一致する位置になるように、圧入調整された後、接着等の手段で固定されている。

【0029】

このように構成することで、ネジ構造を用いずにフォーカス調整が可能となるので、小型で半田リフロー工程等の高温プロセスに晒されても、画質の劣化が起きないレンズユニットを提供することができる。

【実施例0030】

図３は第１の実施例のカメラモジュール断面図である。液晶ポリマーで形成されたホルダＨには１枚の熱硬化型エポキシ樹脂で形成されたレンズＬが挿入され、液晶ポリマーで形成されたストッパＳＴを介してホルダＨに固定されている。耐熱ナイロン樹脂で形成されたフォーカスプレートＦＰは、ホルダＨに圧入固定され、位置決め面ＧＡがイメージセンサＳの感光部を避けた位置でイメージセンサＳと当接している。フォーカスプレートＦＰとホルダＨは、イメージセンサＳと基板の間を接続するワイヤーを避けた形状となっている。ホルダＨと基板は、接着剤により固定されている。

【0031】

ストッパＳＴとホルダＨはＵＶ光で硬化する接着剤により固定されているが、固定手段は接着に限定されず、レーザー溶着や超音波溶着、熱カシメ等の手段を用いることもできる。

【0032】

ホルダＨとフォーカスプレートＳＰは接着剤により固定されているが、固定手段は接着に限定されず、レーザー溶着や超音波溶着、熱カシメ等の手段を用いることもできる。また、固定箇所は図４では対面２か所としているが、固定強度が不足する場合は、４か所を固定しても良い。

【0033】

図５は、本発明のフォーカス調整構造を説明した断面図である。図５左のようにフォーカスプレートＦＰを、レンズＬが組み込まれた後のホルダＨに挿入する。レンズユニットの焦点位置ＢＦＡを確認しながら、フォーカスプレートＦＰをイメージセンサＳに当接する位置決め面ＧＡを基準としてゆっくり圧入し、図５右のようにレンズユニットのフォーカス位置ＢＦＡとイメージセンサＳの上面に当接する位置決め面ＧＡが一致する位置で、圧入を停止する。この場合の一致とは、レンズユニットの焦点が画質仕様を満たす位置範囲であれば一致していると判断でき、画質仕様を満たさない位置の場合は一致していないこととなる。

【0034】

フォーカス調整完了後に、図４で図示した２か所の接着固定によって、ホルダＨとフォーカスプレートＦＰを固定する。本実施例においては、２か所の接着固定をしているが、接着固定する箇所については、特に限定されず、各辺毎に接着箇所を設けても良いし、接着剤の種類としてはＵＶ硬化性接着剤や熱硬化性接着剤等、用途に応じて、選択することが可能である。但し、半田リフロー工程を通す必要がある場合は、適応温度に注意して接着剤の選定が必要となる。

【0035】

ホルダＨとフォーカスプレートＦＰの固定が完了したレンズユニットに、フォーカスプレートＦＰの位置決め面ＧＡへ、イメージセンサＳの上面を当接させ、ホルダＨと基板を接着固定すれば、画質の調整が完了したカメラモジュールが製作可能となる。

【0036】

このようにして製作したカメラモジュールは、使用している部材が全て半田リフロー工程の温度に耐えうる材料で形成されており、かつ、ネジ構造無しでフォーカス調整が実行されており、さらに光軸方向は、フォーカスプレートＦＰの位置決め面ＧＡとイメージセンサーＳの上面が当接し固定されているため、カメラモジュールの状態で半田リフロー工程等の高温下に晒されても、画質の劣化を抑えることができる。

【0037】

以上の通り、本発明による構造を用いることで、半田リフロー工程のような高温条件下に晒されても、画質の劣化を抑えられ、かつネジ構造を有しないため、イメージセンササイズに近い大きさまで小型化できるレンズユニットを提供することができる。

【実施例0038】

図６は、第２の実施例におけるカメラモジュール断面図である。実施例１とは異なり、使用するイメージセンサはカバーガラスによって封止されている。実施例２は、イメージセンサに直接フォーカスプレートＦＰを当接できない場合における本発明の構造例となる。

【0039】

物体側から順に、熱硬化型のエポキシ樹脂で形成された第１レンズＬ１、熱硬化型アクリル樹脂で形成された第２レンズＬ２、熱可塑性ポリエーテルイミド樹脂で形成された第３レンズＬ３が配され、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間には、Ｆ値を決定する開口絞り板ＡＰが挿入され、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間には、レンズ間隔を調整するためのスペーサーＳＰが挿入され、開口絞り板ＡＰとスペーサーＳＰ、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３は耐熱ナイロン樹脂で形成されたホルダＨに圧入され、第３レンズＬ３とホルダＨは熱で硬化する接着剤で固定されている。

【0040】

レンズや必要な部材が組み込まれたホルダＨに、実施例1と同様に耐熱ナイロン樹脂で形成されたフォーカスプレートＦＰを挿入し、位置決め面ＧＢを基準に、圧入によりフォーカス調整を実行し、カバーガラスＣＧを考慮したレンズユニットの焦点位置ＢＦＢとイメージセンサの感光面が一致した時点で圧入を停止する。

【0041】

ホルダＨとフォーカスプレートＦＰには、フォーカス調整完了後に、２種類の空間ＧＰ1とＧＰ２が形成される。空間部ＧＰ１はレンズユニットの内側、空間部ＧＰ２はレンズユニットの外側に形成される。

【0042】

図７はレンズユニット外側の空間部ＧＰ２にＵＶ光で１次硬化し、熱で２次硬化するエポキシ系接着剤を充填し、ホルダＨとフォーカスプレートＦＰを固定していることを説明した拡大図である。

【0043】

レンズユニット外側の空間部ＧＰ２を埋めるようにホルダＨとフォーカスプレートＦＰを接着剤で固定することにより、固定強度を上げることができる。さらに、ホルダＨとフォーカスプレートＦＰが同一材料のため、熱による膨張差は少なく、半田リフロー工程のような高温条件に晒された後でも、画質の劣化が抑えるられる。

【0044】

このように製作したレンズユニットのフォーカスプレートＦＰに形成された位置決め面ＧＢと、カバーガラスＣＧで封止されたイメージセンサチップＳＣのカバーガラスＣＧ上面側ＣＧ１とを当接することで、画質が良い状態で光軸方向の位置を固定することが可能となる。

【0045】

イメージセンサチップＳＣを光軸方向へ固定した後、フォーカスプレートＦＰとイメージセンサチップＳＣを、ＵＶ硬化型接着剤により固定すると、カメラモジュールが製作可能となる。

【0046】

以上の通り、本発明による構造を用いることで、半田リフロー工程のような高温条件下に晒されても、画質の劣化を抑えられ、かつネジ構造を有しないため、イメージセンササイズに近い大きさまで小型化できるレンズユニットを提供することができる。