(57)【要約】【課題】構成を複雑化する事なく、温度ピント変化の設計値と実測値の差を低減することが可能な撮像装置を提供すること。【解決手段】レンズ鏡筒と、撮像素子と、撮像素子が電気的に接続された撮像素子基板と、撮像素子基板を保持する基板保持部材と、レンズ鏡筒と基板保持部材を保持する鏡筒保持部材を備え、鏡筒保持部材にはレンズ鏡筒を撮像素子に対してレンズ鏡筒の光軸方向に移動可能に保持するための鏡筒保持部が設けられ、鏡筒保持部には鏡筒保持部材とレンズ鏡筒を固定するための固定部が光軸方向で異なる位置に複数の箇所に設けられる事を特徴とする構成とした。【選択図】  図１
2018146772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ鏡筒と、
撮像素子と、
前記撮像素子が電気的に接続された撮像素子基板と、
前記撮像素子基板を保持する基板保持部材と、
前記レンズ鏡筒と前記基板保持部材を保持する鏡筒保持部材を備え、
前記鏡筒保持部材には前記レンズ鏡筒を前記撮像素子に対して前記レンズ鏡筒の光軸方向に移動可能に保持するための鏡筒保持部が設けられ、
前記鏡筒保持部には前記鏡筒保持部材と前記レンズ鏡筒を固定するための固定部が
前記光軸方向で異なる位置に複数の箇所に設けられる事を特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記固定部が前記鏡筒保持部に設けた接着部であり、
前記接着部は前記鏡筒保持部を貫通する溝であり、
前記接着部と前記レンズ鏡筒で形成される空間に接着剤を塗布する事で前記鏡筒保持部材と前記レンズ鏡筒を固定する事を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記レンズ鏡筒が固定焦点である事を特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記固定部の少なくとも一つが他の固定部に対して前記光軸に対する周方向で異なる位相にあり、
位相の異なる位置にある固定部が光軸方向において一部重複する位置にある事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
レンズ鏡筒と、
撮像素子と、
前記撮像素子が電気的に接続された撮像素子基板と、
前記撮像素子基板を保持する基板保持部材と、
前記レンズ鏡筒と前記基板保持部材を保持する鏡筒保持部材を備え、
前記鏡筒保持部材には前記レンズ鏡筒を前記撮像素子に対して前記レンズ鏡筒の光軸方向に移動可能に保持するための鏡筒保持部が設けられ、
前記鏡筒保持部には、前記レンズ鏡筒を挿入するための開口部から光軸方向に溝が設けられ、
前記レンズ鏡筒には前記光軸方向で異なる位置に複数の箇所に設けられた固定部が設けられ、
前記鏡筒保持部材と前記レンズ鏡筒を固定するための固定手段が、前記鏡筒保持部材に設けられた前記溝と、前記レンズ鏡筒に設けられた固定部で形成される事を特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記固定部が前記レンズ鏡筒の外形に前記光軸方向で異なる位置に複数の箇所に設けた突起部であり、
前記固定手段が、前記突起部と前記鏡筒保持部材に設けられた前記溝と前記レンズ鏡筒の外形で形成される空間での接着である事を特徴とする請求項５に記載の撮像装置
【請求項７】
前記レンズ鏡筒が固定焦点である事を特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置に関し、特に光学調整機構を有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置では、レンズ鏡筒等の光学系により結像された被写体画像をCMOSセンサ等の撮像素子で電気信号に変換し、画像処理用のICやCPUの搭載された本体側に送信して使用している。
【０００３】
ここで、撮影した画像が設計上で保証する画質を実現する為には、撮像装置の光学系のピント位置と撮像素子の撮像面の位置が、焦点深度の範囲内で一致している必要がある。ただし、光学系のピント位置と撮像面の位置関係は、構成部品や組立の製造バラツキにより厳密には個体毎に異なる。また、使用温度の変化によっても構成部品が収縮することにより光学系のピント位置と撮像面の位置関係が変化する。そのため、撮像装置では製造バラツキや温度変化を考慮した上で、保証する使用環境下において光学系のピント位置と撮像面の位置が、焦点深度の範囲内で一致するように設計及び組立を行う必要がある。
【０００４】
特に、フォーカス機構を有さない撮像装置では、使用中に光学系のピント位置或いは撮像面の位置を操作する事は出来ない為、製造バラツキに対して、組立時に光学系のピント位置と撮像面の位置を調整するピント調整を行うものが提案されている。
【０００５】
特許文献１では、レンズ鏡筒の外径と、撮像素子が接続された基板の保持部材の内径に設けたねじ部が螺合しており、撮影画像のピントを確認しながら、締め込み量を変えることで撮像面の位置に対するレンズ鏡筒の位置を調整するピント調整方法が提案されている。そして、ピント調整をした後にレンズ鏡筒の先端部と撮像素子保持部材の先端部とに設けた溝に接着剤を塗布し、硬化させることでレンズ鏡筒と撮像素子保持部材を固定し、レンズ鏡筒のピント位置と撮像面の位置を固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３３０１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のように組立時にピント調整を行い、レンズ鏡筒と撮像面の位置関係を固定する構成の場合、前述のように使用温度が変化すると構成部品の伸縮によって光学系のピント位置と撮像面の位置関係は変化するが、使用時に位置関係を操作はできない。そのため、設計時には構成部品の温度変化による伸縮量を材質の線膨張係数から算出し、温度変化があっても、光学系のピント位置と撮像面の位置が焦点深度の範囲内で一致するように設計する必要がある。
【０００８】
しかしながら、実際には材質の線膨張係数は仕様の値と同じにはならない為、温度変化による部品の伸縮量は設計値と実測値と間に少なからず誤差が発生する。特に金型成形部品では金型の流動方向の影響を受けて誤差が大きく発生する場合がある。そして、温度変化による部品の伸縮量は設計値に対して誤差が発生すると、温度変化による光学系のピント位置と撮像面の位置の変化量にも誤差が発生する為、焦点深度と誤差の相対関係によっては、製品の性能上問題となる。
【０００９】
つまり、焦点深度が誤差に対して相対的に小さく、光学系のピント位置と撮像面の位置が焦点深度の範囲内で一致しないと、ピント調整をした温度から温度変化が大きい環境で使用する場合に、画像に認識可能なピントボケが発生して製品の性能上問題となる。
【００１０】
ここで、今後、更に撮像装置の高性能化や小型化が進む事を考えると、撮像素子のセルピッチ微細化等や光学系の低Ｆナンバー化により、焦点深度は現状よりも小さくなる事が予測され、温度変化による部品の伸縮量の誤差が無視できなくなっていく。また、屋外に設置され、厳しい温度環境で使用されるネットワークカメラ等の撮像装置では、使用温度範囲が広くなっていく事を考えると、ピント調整をした温度からの温度変化が大きくなり、部品の伸縮量の設計値からの誤差も大きくなっていく事が予測される。
【００１１】
したがって、より小さな焦点深度や広い使用温度範囲に対応するには、温度変化による部品の伸縮量に設計値と実測値に誤差があっても、光学系のピント位置と撮像面の位置関係の変化について設計値と実測値の誤差を低減する事が可能な撮像装置が必要となる。尚、今後は温度変化による光学系のピント位置と撮像面の位置関係の変化による撮像装置のピント性能の変化を温度ピント変化と呼ぶ。
【００１２】
以上より、本発明では構成を複雑化する事なく、温度ピント変化の設計値に対する実測値の誤差を低減することが可能な撮像装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、レンズ鏡筒と、撮像素子と、撮像素子が電気的に接続された撮像素子基板と、撮像素子基板を保持する基板保持部材と、レンズ鏡筒と基板保持部材を保持する鏡筒保持部材を備え、鏡筒保持部材にはレンズ鏡筒を撮像素子に対してレンズ鏡筒の光軸方向に移動可能に保持するための鏡筒保持部が設けられ、鏡筒保持部には鏡筒保持部材とレンズ鏡筒を固定するための固定部が光軸方向で異なる位置に複数の箇所に設けられる事を特徴とする撮像装置を提供する。
【００１４】
また、別の実施形態では、レンズ鏡筒を挿入するための開口部から光軸方向に伸びた溝が設けられ、レンズ鏡筒には光軸方向で異なる位置に複数の箇所に設けられた固定部が設けられ、鏡筒保持部材とレンズ鏡筒を固定するための固定手段が、鏡筒保持部材に設けられた溝と、レンズ鏡筒に設けられた固定部で形成される事を特徴とする撮像装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、構成を複雑化する事なく、温度ピント変化の設計値に対する実測値の誤差を低減することが可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に記載のレンズユニットの説明図
【図２】実施形態１に記載のレンズユニットの斜視図
【図３】実施形態１に記載のレンズユニットの分解斜視図
【図４】実施形態１に記載のレンズユニットの断面図
【図５】実施形態１に記載のセンサホルダの斜視図
【図６】実施形態１に記載のレンズユニットにおける高温下での構成部品の位置変化の説明図
【図７】実施形態１に記載のレンズユニットにおける高温下での構成部品の位置変化の説明図
【図８】実施形態２に記載のレンズユニットの説明図
【図９】実施形態２に記載のレンズユニットの斜視図
【図１０】実施形態２に記載のセンサホルダの斜視図
【図１１】実施形態３に記載のレンズユニットの説明図
【図１２】実施形態４に記載のレンズユニットの説明図
【図１３】実施形態４に記載のレンズユニットの斜視図
【図１４】実施形態４に記載のレンズユニットの分解斜視図
【図１５】実施形態４に記載のレンズユニットの断面図
【図１６】実施形態４に記載のレンズユニットにおける高温下での構成部品の位置変化の説明図
【図１７】実施形態４に記載のレンズユニットにおける高温下での構成部品の位置変化の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に関わるレンズユニットの説明図である。
【００１８】
［実施形態１］
以下、図１から図７を参照して、本発明の第1の実施形態による、レンズユニットについて説明する。まず、図１から図４を参照して、本実施形態のレンズユニットの構成について説明する。
【００１９】
図２は本実施形態に記載のレンズユニットの斜視図、図３は本実施形態に記載のレンズユニットの分解斜視図、図４は本実施形態に記載のレンズユニットの断面図である。
【００２０】
本実施形態のレンズユニットは、光学系であるレンズ鏡筒１をセンサホルダ2に対して被写体方向から取付け、対向方向から光学素子8、センサゴム7、そして、撮像素子4を含む撮像素子ユニット3の順に取付ける構成となっている。ここで、レンズ鏡筒１の構成について説明する。本実施形態のレンズ鏡筒1は固定焦点用のレンズ鏡筒である。レンズ鏡筒１は鏡筒10に対して被写体方向からレンズL2、スペーサー11、レンズL1を挿入し、対向方向からレンズL3、スペーサー12、レンズL4、スペーサー13、レンズL5を順に挿入し、両端を押え環14、押え環15のねじ部との螺合で固定することで構成される。
【００２１】
次に、撮像素子ユニット3の構成について説明する。撮像素子ユニット3はCMOSセンサ等の撮像素子4を、保持用のセンサプレート5に位置決めをした後、接着で固定し、撮像素子4の端子部を撮像素子基板6に半田実装することでこれらが一体に構成される。
【００２２】
次に、センサホルダ2に対する、撮像素子ユニット3とレンズ鏡筒1の取付けについて説明する。撮像素子ユニット3は、センサホルダ2に光学素子8、センサゴム7を順に挿入した状態で、センサプレート5に設けた穴を通したねじ9で、センサプレート5をセンサホルダ2に設けたねじ穴により共締めする事で固定される。レンズ鏡筒1はセンサホルダ2に設けた筒状の鏡筒保持部2ｄに挿入され、鏡筒10の外径10が鏡筒保持部2dに嵌合され、レンズ鏡筒1はセンサホルダ2に対して、光学調整後に固定されるまではレンズ鏡筒1の光軸方向に移動可能に保持される。
【００２３】
レンズ鏡筒1により結像される撮影画像は、撮像素子4の撮像面4aにおいて電気信号に変換され、撮像素子基板6に設けられたコネクタ部からケーブルを通して画像処理用のICやCPUの搭載された撮像装置の本体側に送信される。
【００２４】
次に、光学調整であるピント調整について説明する。前述のようにレンズ鏡筒1のピント位置及び撮像面4aの位置は、構成部品や組立の製造バラツキにより個体毎に異なる。製造バラツキが焦点深度に対して大きい場合は、そのまま組立を行っても、レンズ鏡筒1のピント位置及び撮像面4aの位置関係が焦点深度の範囲内に一致しない場合が発生する。このような場合、組立時にレンズ鏡筒1のピント位置及び撮像面4aの位置関係を焦点深度の範囲内で一致するように調整をする必要があり、撮影画像或いは画像に対する評価値を用いてピント性能を確認しながら光学的に位置調整を行い、これをピント調整と呼ぶ。
【００２５】
具体的な調整方法としては、レンズユニットの前方に評価用のチャートを設置し、撮影したチャート画像から解像度やコントラスト値を確認して、撮像面4aに対して、要求する画質を満足する位置までレンズ鏡筒1を光軸方向に移動させている。
【００２６】
以上のように、本実施形態のレンズユニットは、レンズ鏡筒1がセンサホルダ2に対して、レンズ鏡筒1の光軸方向に移動可能に保持され、レンズ鏡筒1のピント位置を撮像面4aの位置に対して、焦点距離の範囲内に調整する事が可能な構成となっている。
【００２７】
次に、ピント調整後のレンズ鏡筒1と撮像面4aの位置関係の固定について説明する。本発明の特徴はレンズ鏡筒1と撮像面4aの位置関係の固定に関し、本発明の課題で述べた温度ピント変化に対して設計値と実測値との間で発生する誤差を低減する構造を有する事である。
【００２８】
以下、図５から図７を参照して、詳細を説明する。図５は本実施形態に記載のセンサホルダ2の斜視図であり、図６と図７は本実施形態に記載のレンズユニットにおける高温下での構成部品の位置変化の説明図である。まず、センサホルダ2に設けたレンズ鏡筒1を固定する為の固定部について説明する。本実施形態における固定手段は接着剤による接着である。センサホルダ2の鏡筒保持部2dには、レンズ鏡筒1をセンサホルダ2に固定する為の複数の固定部2a、2b、2cが、レンズユニットに組立てた状態でレンズ鏡筒1の光軸方向となる方向に各々が異なる位置に設けられている。
【００２９】
以下、レンズユニット状態でのレンズ鏡筒1の光軸のことを光軸と呼ぶ。また、固定部2a、2b、2cは光軸と直交する方向で筒状の鏡筒保持部2dを貫通するように設けられた溝であり、レンズユニット状態で固定部2a、2b、2cを通して鏡筒10の外径10aを外部から確認する事ができる。また、固定部2a、2b、2cは光軸方向で同じ位置に光軸周りの周方向に複数設けられていても良く、光軸周りの周方向に複数の溝を設ける場合は、レンズ鏡筒1に対する保持力が均衡するような位相に配置するのが好適である。
【００３０】
本実施のセンサホルダ2では、図５に示すように固定部2a、2b、2cの各々が光軸周りの異なる位相に設けた３個の溝で構成され、固定部2a、2b、2cは各々が光軸方向で異なる位置に設けられている。ピント調整により撮像面4aに対してレンズ鏡筒1を光軸方向で位置調整した後、鏡筒10の外径10aと固定部2a、2b、2cにより形成される接着剤塗布用の空間に接着剤を塗布し、接着剤が硬化する事でレンズ鏡筒1とセンサホルダ2が一体的に固定される。
【００３１】
ここで、接着剤塗布用の空間は固定部2a、2b、2cにより形成されるため、光軸方向で異なる位置に形成されるが、接着剤を塗布するのは、固定部2a、2b、2cのいずれか一つで形成される空間のみで、他の空間には接着剤を塗布しない。また、使用する接着剤としては、放置時間が必要なく、紫外線を照射する事で組立作業者の意図したタイミングでの硬化が可能な紫外線硬化性の接着剤が好適である。
【００３２】
以上により、レンズ鏡筒1とセンサホルダ2が固定部2a、2b、2cのいずれかの位置で固定されると、撮像素子ユニット3はセンサホルダ2に固定されている為、レンズ鏡筒1と撮像面4aの位置を固定する事が出来る。
【００３３】
次に、本実施形態の特徴である、センサホルダ2に対して光軸方向に異なる位置に複数の固定部2a、2b、2cが設けられている事の効果について説明する。
【００３４】
本発明が解決しようとする課題で述べたように、温度変化による部品の伸縮量は、設計値と実測値の間に少なからず誤差が発生し、特に金型成形部品では金型の流動方向の影響を受けて誤差が大きく発生する場合がある。しかし、同一の製作工程や条件で製作された同一部品は、一般に部品間の個体差は小さく、設計値と実測値との誤差に対して実測値の個体差は小さい。金型成形部品も同一の金型と成形条件で作成した同一部品は、部品間の個体差が小さい特徴があり、温度変化による部品の伸縮量は、設計値と実測値との誤差は金型の流動方向の影響を受けて大きく発生する事があるが、その実測値についての個体差は小さい。
【００３５】
したがって、組立初期に温度変化による光学系のピント位置と撮像面の位置関係の変化量を測定し、実測値を用いて撮像装置を好適な状態に組立てれば、温度変化による部品の伸縮量に誤差があっても、温度ピント変化の設計値に対する誤差を低減可能となる。また、使用する部品の製作工程や条件が変更された場合には、改めて組立初期に、温度変化による光学系のピント位置と撮像面の位置関係の変化量を測定して、その実測値を用いて撮像装置を好適な状態に組立てれば良い。
【００３６】
ここで、本実施形態では、センサホルダ2に対して光軸方向に異なる位置に複数の固定部2a、2b、2cを設けている為、レンズ鏡筒1とセンサホルダ2を固定する固定位置を複数の中から選択する事が可能である。そして、温度変化による部品の伸縮量は部品の長さに比例する為、レンズ鏡筒1とセンサホルダ2の固定位置が複数から選択可能だと、温度変化によりセンサホルダ2が伸縮する事による撮像面4aに対するレンズ鏡筒1の位置の変化量を調整する事が可能となる。また、温度変化によりレンズ鏡筒1は構成部品の伸縮により、内部でのレンズの位置が変化して、レンズ間隔が変化する為にピント位置が変化する。
【００３７】
したがって、温度変化による部品の伸縮量に誤差があっても、撮像面4aに対するレンズ鏡筒1の位置の変化量と、レンズ鏡筒1のピント位置変化量を打ち消す方向に、また、その偏差が最小となるように固定部2a、2b、2cを選択すれば良い。
【００３８】
ここで、本実施形態では固定部2ｂが、温度変化による部品の伸縮量を材質の線膨張係数から算出して、温度変化によるレンズ鏡筒1のピント位置と撮像面4aの位置関係の変化量が最小となる設計位置に配置された固定部である。また、固定部2a,2cは温度変化による部品の伸縮量に誤差があり、レンズ鏡筒1と撮像面4aの位置関係の変化量に誤差が発生した場合に、レンズ鏡筒1の固定位置を調整できるよう、設計位置に配置された固定部2bに対して光軸方向の前後の位置に配置されている。
【００３９】
ここで、図６は設計位置に配置された固定部2bでレンズ鏡筒1とセンサホルダ2を接着した場合を示し、撮像面4aから固定部2bまでの長さLbと温度変化量に比例して、レンズ鏡筒1は撮像面4aに対して位置が変化する。また、図７では、固定部2cでレンズ鏡筒1とセンサホルダ2を接着した場合を示し、撮像面4aから固定部2bまでの長さLbと温度変化量に比例して、レンズ鏡筒1は撮像面4aに対して位置が変化する。
【００４０】
図６、図７の図中の矢印はピント調整をした温度から高温側に変化した際の構成部品の伸縮方向を示す。固定部2bで固定する場合に対して、固定部2cで固定する場合は、撮像面4aから固定部までの長さが短く、温度変化によるレンズ鏡筒1の位置変化は小さい。そのため、設計値に対して、温度変化によるレンズ鏡筒1のピント位置変化の誤差量が、撮像面4aに対するレンズ鏡筒１の位置変化の誤差量より小さい場合は、固定部2bより固定部2cでレンズ鏡筒1を固定すると温度ピント変化の設計値からの誤差を低減できる。
【００４１】
また、これと逆に、設計値に対して、温度変化によるレンズ鏡筒1のピント位置変化の誤差量が、撮像面4aに対するレンズ鏡筒１の位置変化の誤差量より大きい場合は、固定部2bより固定部2aを選択して固定すると温度ピント変化の設計値からの誤差を低減できる。
【００４２】
以上のように、本実施形態のレンズユニットでは、レンズ鏡筒とセンサホルダを固定するために固定部を、センサホルダに対して光軸方向の異なる位置に複数設ける事により、温度ピント変化の設計値に対する誤差を低減できる。尚、本実施形態の構成は、温度ピント変化の設計値に対する誤差の低減のために、部品数の増加や特殊な機構を必要とするものではなく、センサホルダに溝を設けるのみで、構成を複雑化する事なく温度ピント変化の設計値からの誤差の低減を実現している。
【００４３】
また、実施形態１では固定部はそれぞれが独立した溝であったが、固定位置が光軸方向で区別可能であれば、固定部が一部に切欠き部を有し、光軸方向で異なる位置にある固定部と切欠き部で繋がっていても良い。
【００４４】
［実施形態２］
以下、図８から図１０を参照して、本発明の第２の実施形態による、レンズユニットについて説明する。図８は本実施形態に記載のレンズユニットの説明図、図９は本実施形態に記載のレンズユニットの分解斜視図、図１０は本実施形態に記載のセンサホルダの分解斜視図である。
【００４５】
本実施形態に記載のレンズユニットは、実施形態１に記載のレンズユニットに対して、センサホルダ2の代わりにセンサホルダ16を使用しており、センサホルダ以外は同じ構成になっている為、実施形態1と重複する内容については説明を省略する。
【００４６】
本実施形態のレンズユニットは、実施形態1と同様に、光学系であるレンズ鏡筒１をセンサホルダ16に対して被写体方向から取付け、対向方向から光学素子8、センサゴム7、そして、撮像素子4を含む撮像素子ユニット3の順に取付ける構成となっている。また、実施形態1と同様に、レンズ鏡筒1はセンサホルダ16に設けた筒状の鏡筒保持部16fに挿入され、鏡筒10の外径10aが鏡筒保持部16fに嵌合され、レンズ鏡筒1はセンサホルダ16に対して、ピント調整後に固定されるまでは光軸方向に移動可能に保持される。
【００４７】
次に本実施形態の特徴である、センサホルダ16に設けたレンズ鏡筒１を固定する為の固定部について説明する。本実施形態における固定手段も実施形態１と同様に接着による固定である。センサホルダ16の鏡筒保持部16fには、レンズ鏡筒1をセンサホルダ16に固定する為の複数の固定部16a、16b、16c、16d、16eが、レンズ鏡筒1の光軸方向においてそれぞれが異なる位置に設けられている。また、固定部16a、16b、16c、16d、16eは光軸と直交する方向で筒状の鏡筒保持部16fを貫通するように設けられた溝であり、レンズユニット状態で固定部16a、16b、16c、16d、16eを通してレンズ鏡筒1の外径を外部から確認する事ができる。
【００４８】
また、固定部16a、16b、16c、16d、16eは光軸方向で同じ位置に光軸周りの周方向に複数設けられていても良く、光軸周りの周方向に複数の溝を設ける場合は、レンズ鏡筒1に対する保持力が均衡するような位相に複数の溝を配置するのが好適である。
【００４９】
本実施のセンサホルダ16では、図１０に示すように固定部16a、16b、16c、16d、16eの各々が光軸周りの異なる位相に設けた３個の溝で構成され、固定部16a、16b、16c、16d、16eは各々が光軸方向で異なる位置に設けられている。また、光軸周りの周方向において、固定部16a、16c、16eは同一の位相に設けられており、固定部16b、16dはそれと異なる位相に設けられている。さらに、異なる位相に設けられた固定部16bは、固定部16aと固定部16cに対して光軸方向の幅の一部が重なる位置に配置されており、固定部16dは、固定部16cと固定部16eに対して光軸方向の幅の一部が重なる位置に配置されている。
【００５０】
固定部16a、16b、16c、16d、16eは接着剤の塗布と接着強度確保の為に、光軸方向に幅を有するが、本実施形態のように配置することで、固定部の光軸方向の幅よりも小さい間隔で固定部を配置可能となる。光軸方向で小さい間隔に固定部が配置できれば、レンズ鏡筒1の固定位置をより微小な位置で選択する事ができ、温度ピントの設計値に対する誤差をより精度良く調整する事ができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、レンズ鏡筒とセンサホルダの固定部の少なくとも一つが光軸周りの周方向で異なる位相にあり、位相の異なる固定部が光軸方向で一部重複する位置にある事で、温度ピント変化の設計値に対する誤差の低減が微小な単位で可能となる。尚、本実施形態の構成は実施形態１と同様に、温度ピント変化の設計値に対する誤差の低減のために、部品数の増加や特殊な機構を必要とせず、センサホルダに溝を設けるのみであり、構成を複雑化する事なく温度ピント変化の設計値からの誤差の低減を実現している。
【００５２】
［実施形態３］
以下、図１１を参照して、本発明の第３の実施形態による、レンズユニットについて説明する。図１１は本実施形態に記載のレンズユニットの説明図である。本実施形態に記載のレンズユニットは、実施形態１に記載のレンズユニットに対して、センサホルダ2の代わりにセンサホルダ17を使用している。また、レンズ鏡筒とセンサホルダの固定手段が接着ではなく、止めねじの押圧力による固定であり、センサホルダと固定手段以外は実施形態1と同じ構成になっている為、実施形態1と重複する内容については説明を省略する。
【００５３】
本実施形態のレンズユニットは、実施形態1と同様に、光学系であるレンズ鏡筒１をセンサホルダ17に対して被写体方向から取付け、対向方向から光学素子8、センサゴム7、そして、撮像素子4を含む撮像素子ユニット3の順に取付ける構成となっている。また、実施形態1と同様に、レンズ鏡筒1はセンサホルダ17に対して、ピント調整後に固定されるまでは光軸方向に移動可能に保持される。
【００５４】
次に本実施形態の特徴である、センサホルダ17に設けたレンズ鏡筒１を固定する為の固定部について説明する。本実施形態における固定手段は実施形態１と異なり、止めねじの押圧力による固定である。
【００５５】
図１１に示すようにセンサホルダ17には光軸方向の異なる位置にレンズ鏡筒１をセンサホルダ17に固定する為の複数の固定部としてねじ穴17a、17b、17cが設けられている。ねじ穴17a、17b、17cは貫通穴であり、レンズユニット状態でねじ穴17a、17b、17cを通してレンズ鏡筒の外径を外部から確認する事ができる。
【００５６】
また、実施形態１と同様に、温度変化による部品の伸縮量に誤差があっても、撮像面4aに対するレンズ鏡筒1の位置の変化量と、レンズ鏡筒1のピント位置の変化量を打ち消す方向に、また、その偏差が最小となるようにねじ穴17a、17b、17cを選択する。そして、選択したねじ穴にねじ18を締め込む事で、レンズ鏡筒1の外径をねじ18で押圧することで、センサホルダ17とレンズ鏡筒1の位置関係を固定する。
【００５７】
以上のように、本実施形態では、レンズ鏡筒とセンサホルダの固定部が光軸方向で異なる位置に設けられたねじ穴であり、レンズ鏡筒とセンサホルダの固定手段は接着に限定されない。尚、本実施形態の構成は実施形態１に対して、接着の代わりにねじでの固定を用いるものであり、実施形態１と同様に構成を複雑化する事なく温度ピント変化の設計値からの誤差の低減を実現している。
【００５８】
以上、本発明の実施形態によれば、構成を複雑化する事なく、温度ピント変化の設計値に対する実測値の誤差を低減することが可能な撮像装置を提供する事ができる。
【００５９】
［実施形態４］
以下、図１２から図１７を参照して、本発明の第1の実施形態による、レンズユニットについて説明する。まず、図１２から図１５を参照して、本実施形態のレンズユニットの構成について説明する。図１３は本実施形態に記載のレンズユニットの斜視図、図１４は本実施形態に記載のレンズユニットの分解斜視図、図１５は本実施形態に記載のレンズユニットの断面図である。
【００６０】
本実施形態のレンズユニットは、光学系であるレンズ鏡筒１をセンサホルダ2に対して被写体方向から取付け、対向方向から光学素子8、センサゴム7、そして、撮像素子4を含む撮像素子ユニット3の順に取付ける構成となっている。ここで、レンズ鏡筒１の構成について説明する。本実施形態のレンズ鏡筒1は固定焦点用のレンズ鏡筒である。レンズ鏡筒１は鏡筒10に対して被写体方向からレンズL2、スペーサー11、レンズL1を挿入し、対向方向からレンズL3、スペーサー12、レンズL4、スペーサー13、レンズL5を順に挿入し、両端を押え環14、押え環15のねじ部との螺合で固定することで構成される。
【００６１】
次に、撮像素子ユニット3の構成について説明する。撮像素子ユニット3はCMOSセンサ等の撮像素子4を、保持用のセンサプレート5に位置決めをした後、接着で固定し、撮像素子4の端子部を撮像素子基板6に半田実装することでこれらが一体に構成される。次に、センサホルダ2に対する、撮像素子ユニット3とレンズ鏡筒1の取付けについて説明する。
【００６２】
撮像素子ユニット3は、センサホルダ2に光学素子8、センサゴム7を順に挿入した状態で、センサプレート5に設けた穴を通したねじ9で、センサプレート5をセンサホルダ2に設けたねじ穴により共締めする事で固定される。レンズ鏡筒1はセンサホルダ2に設けた筒状の鏡筒保持部2aに挿入され、鏡筒10の外径10ｄが鏡筒保持部2aに嵌合され、レンズ鏡筒1はセンサホルダ2に対して、光学調整後に固定されるまではレンズ鏡筒1の光軸方向に移動可能に保持される。レンズ鏡筒1により結像される撮影画像は、撮像素子4の撮像面4aにおいて電気信号に変換され、撮像素子基板6に設けられたコネクタ部からケーブルを通して画像処理用のICやCPUの搭載された撮像装置の本体側に送信される。
【００６３】
次に、光学調整であるピント調整について説明する。前述のようにレンズ鏡筒1のピント位置及び撮像面4aの位置は、構成部品や組立の製造バラツキにより個体毎に異なる。製造バラツキが焦点深度に対して大きい場合は、そのまま組立を行っても、レンズ鏡筒1のピント位置及び撮像面4aの位置関係が焦点深度の範囲内に一致しない場合が発生する。
【００６４】
このような場合、組立時にレンズ鏡筒1のピント位置及び撮像面4aの位置関係を焦点深度の範囲内で一致するように調整をする必要があり、撮影画像或いは画像に対する評価値を用いてピント性能を確認しながら光学的に位置調整を行い、これをピント調整と呼ぶ。
【００６５】
具体的な調整方法としては、レンズユニットの前方に評価用のチャートを設置し、撮影したチャート画像から解像度やコントラスト値を確認して、撮像面4aに対して、要求する画質を満足する位置までレンズ鏡筒1を光軸方向に移動させている。
【００６６】
以上のように、本実施形態のレンズユニットは、レンズ鏡筒1がセンサホルダ2に対して、レンズ鏡筒1の光軸方向に移動可能に保持され、レンズ鏡筒1のピント位置を撮像面4aの位置に対して、焦点距離の範囲内に調整する事が可能な構成となっている。
【００６７】
次に、ピント調整後のレンズ鏡筒1と撮像面4aの位置関係の固定について説明する。本発明の特徴はレンズ鏡筒1と撮像面4aの位置関係の固定に関し、本発明の課題で述べた温度ピント変化に対して設計値と実測値との間で発生する誤差を低減する構造を有する事である。
【００６８】
以下、図１５から図１７を参照して、詳細を説明する。図１６と図１７は本実施形態に記載のレンズユニットにおける高温下での構成部品の位置変化の説明図である。まず、レンズ鏡筒1に設けたセンサホルダ2との固定に使用する固定部について説明する。本実施形態における固定手段は接着剤による接着である。レンズ鏡筒1にはセンサホルダ2との固定の為に、鏡筒10の外径10dに複数の突起部10a、10b、10cが、レンズ鏡筒1の光軸方向の異なる位置に設けられている。
【００６９】
以下、レンズユニット状態でのレンズ鏡筒1の光軸のことを光軸と呼ぶ。また、センサホルダ2の鏡筒保持部2aにはレンズ鏡筒1を挿入する開口部から光軸方向に延びた固定溝2bが設けられている。ここで、突起部10a、10b、10cおよび固定溝2bは光軸周りの周方向で同一の位相に設けられており、レンズユニット状態で固定溝2bに突起部10a、10b、10cが入り込むようになっている。また、突起部10a、10b、10cおよび固定溝2bは光軸周りの周方向に複数設けられていても良く、光軸周りの周方向に複数の溝を設ける場合は、レンズ鏡筒1に対する保持力が均衡するような位相に溝を配置するのが好適である。
【００７０】
本実施のレンズユニットでは、突起部10a、10b、10cおよび固定溝2bが光軸周りの異なる位相に各々３箇所設けられている。ピント調整により撮像面4aに対してレンズ鏡筒1を光軸方向で位置調整した後、鏡筒10の外径10dと突起部10a、10b、10cおよび固定溝2bにより形成される接着剤塗布用の空間に接着剤を塗布する事でレンズ鏡筒1とセンサホルダ2が一体的に固定される。
【００７１】
ここで、接着剤塗布用の空間は突起部10a、10b、10cの間に形成されるため、光軸方向で異なる位置に複数箇所形成されるが、接着剤を塗布するのは、突起部10a、10b、10cの間に形成されるいずれか一つの空間のみで、他の空間には接着剤を塗布しない。また、使用する接着剤としては、放置時間が必要なく、紫外線を照射する事で組立作業者の意図したタイミングでの硬化が可能な紫外線硬化性の接着剤が好適である。
【００７２】
以上により、レンズ鏡筒1とセンサホルダ2が突起部10a、10b、10cの間のいずれかの位置で固定されると、撮像素子ユニット3はセンサホルダ2に固定されている為、レンズ鏡筒1と撮像面4aの位置を固定する事が出来る。
【００７３】
次に、本実施形態の特徴である、レンズ鏡筒１に対して光軸方向に異なる位置に複数の突起部10a、10b、10cが設けられている事の効果について説明する。
【００７４】
本発明が解決しようとする課題で述べたように、温度変化による部品の伸縮量は、設計値と実測値の間に少なからず誤差が発生し、特に金型成形部品では金型の流動方向の影響を受けて誤差が大きく発生する場合がある。しかし、同一の製作工程や条件で製作された同一部品は、一般に部品間の個体差は小さく、設計値と実測値との誤差に対して実測値の個体差は小さい。金型成形部品も同一の金型と成形条件で作成した同一部品は、部品間の個体差が小さい特徴があり、温度変化による部品の伸縮量は、設計値と実測値との誤差は金型の流動方向の影響を受けて大きく発生する事があるが、その実測値についての個体差は小さい。
【００７５】
したがって、組立初期に温度変化による光学系のピント位置と撮像面の位置関係の変化量を測定し、実測値を用いて撮像装置を好適な状態に組立てれば、温度変化による部品の伸縮量に誤差があっても、温度ピント変化の設計値に対する誤差を低減可能となる。また、使用する部品の製作工程や条件が変更された場合には、改めて組立初期に、温度変化による光学系のピント位置と撮像面の位置関係の変化量を測定して、その実測値を用いて撮像装置を好適な状態に組立てれば良い。
【００７６】
ここで、本実施形態では、レンズ鏡筒１に対して光軸方向に異なる位置に複数の突起部10a、10b、10cを設けている為、レンズ鏡筒1とセンサホルダ2を固定する固定位置を複数の中から選択する事が可能である。そして、温度変化による部品の伸縮量は部品の長さに比例する為、レンズ鏡筒1とセンサホルダ2の固定位置が複数から選択可能だと、温度変化によりセンサホルダ2が伸縮する事による撮像面4aに対するレンズ鏡筒1の位置の変化量を調整する事が可能となる。また、温度変化によりレンズ鏡筒1は構成部品の伸縮により、内部でのレンズの位置が変化して、レンズ間隔が変化する為にピント位置が変化する。
【００７７】
したがって、温度変化による部品の伸縮量に誤差があっても、撮像面4aに対するレンズ鏡筒1の位置の変化量と、レンズ鏡筒1のピント位置変化量を打ち消す方向に、また、その偏差が最小となるように固定位置を選択すれば良い。ここで、本実施形態では突起部10aと10bの中間位置が、温度変化による部品の伸縮量を材質の線膨張係数から算出して、温度変化によるレンズ鏡筒1のピント位置と撮像面4aの位置関係の変化量が最小となる設計位置である。
【００７８】
ここで、図１６は設計位置である突起部10aと10bの中間位置でレンズ鏡筒1とセンサホルダ2を接着した場合を示し、撮像面4aから接着位置までの長さLabと温度変化量に比例して、レンズ鏡筒1は撮像面4aに対して位置が変化する。また、図１７では、突起部10bと10cの中間位置でレンズ鏡筒1とセンサホルダ2を接着した場合を示し、撮像面4aから接着位置までの長さLbcと温度変化量に比例して、レンズ鏡筒1は撮像面4aに対して位置が変化する。
【００７９】
図１６、図１７の図中の矢印はピント調整をした温度から高温側に変化した際の構成部品の伸縮方向を示す。突起部10aと10bの中間位置で固定する場合に対して、突起部10bと10cの中間位置で固定する場合は、撮像面4aから固定部までの長さが短く、温度変化によるレンズ鏡筒1の位置変化は小さい。そのため、設計値に対して温度変化によるレンズ鏡筒1のピント位置変化の誤差量が、撮像面4aに対するレンズ鏡筒１の位置変化の誤差量より小さい場合は、突起部10bと10cの中間位置でレンズ鏡筒1を固定すると温度ピント変化の設計値からの誤差を低減できる。
【００８０】
逆に、設計値に対して、温度変化によるレンズ鏡筒1のピント位置変化の誤差量が、撮像面4aに対するレンズ鏡筒１の位置変化の誤差量より大きい場合は、突起部10aより被写体側の位置でレンズ鏡筒１を固定すると温度ピント変化の設計値からの誤差を低減できる。
【００８１】
また、突起部10a、10b、10cはレンズ鏡筒10の外径10dに設けられる為、レンズ鏡筒1とセンサホルダ2の固定位置とレンズ鏡筒１の内部のレンズの位置関係が外部から明確に分かる。そのため、レンズの位置変化に対するピント位置変化が大きいレンズ等、温度変化による位置変化を出来るだけ少なくしたいレンズがある場合には、そのレンズと光軸方向で近い位置に突起部を設ける事で温度変化の影響を低減する事が可能となる。
【００８２】
以上のように、本実施形態のレンズユニットでは、レンズ鏡筒とセンサホルダを固定するために固定部を、光軸方向の異なる位置に複数設ける事により、温度ピント変化の設計値に対する誤差を低減できる。尚、本実施形態の構成は、温度ピント変化の設計値に対する誤差の低減のために、部品数の増加や特殊な機構を必要とせず、レンズ鏡筒に突起部とセンサホルダに溝を設けるのみで、構成を複雑化する事なく温度ピント変化の設計値からの誤差の低減を実現する。
【００８３】
以上、本発明の実施形態によれば、構成を複雑化する事なく、温度ピント変化の設計値に対する実測値の誤差を低減することが可能な撮像装置を提供する事ができる。また、本発明はこれらの好ましい実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等の光学調整機構を有する撮像装置や光学機器に使用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
1：レンズ鏡筒
2：センサホルダ
2a、2b、2c：固定部
2d：鏡筒保持部
3：撮像素子ユニット
4：撮像素子
4a：撮像面
5：基板保持部材
6：撮像素子基板
7：光学素子、
8：センサゴム
9：ねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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