(57)【要約】【課題】組立工程を簡略化しつつ、高温下でのレンズの熱膨張により生じるレンズの熱変形および光軸方向への位置ずれを防止することにより、光学特性の低下を防止することができるレンズユニットおよびそれを備えた撮像装置を提供する。【解決手段】レンズホルダー２と、レンズホルダー２内に配置されたレンズ１とを備え、レンズホルダー２には、レンズ１の外周部を固定する保持部３が形成され、レンズ１の外周部は、保持部３に固定され、レンズ１の外周部には、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みの薄い部位が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズホルダーと、該レンズホルダー内に配置されたレンズとを備え、
前記レンズホルダーには、前記レンズの外周部を固定する保持部が形成され、
前記レンズの外周部は、前記保持部に固定され、
前記レンズの外周部には、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みの薄い部位が形成されていることを特徴とするレンズユニット。
【請求項２】
前記レンズの外周部は、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みが薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
【請求項３】
前記レンズの外周部と、前記レンズホルダーの保持部とは、互いに当接していることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズユニット。
【請求項４】
前記レンズの外周部と、前記レンズホルダーの保持部とは、互いに嵌合する形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項５】
前記レンズの外周部は、該レンズの最外部の方向に傾斜する面を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項６】
前記レンズの少なくとも一面は、凹面形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項７】
前記レンズは、中心部が最薄部となる非球面レンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項８】
前記保持部の一部には、前記レンズホルダーの外部につながる連絡部が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項９】
前記連絡部の少なくとも一部は、前記レンズを形成する材料と同一の材料で満たされていることを特徴とする請求項８に記載のレンズユニット。
【請求項１０】
前記保持部の一部には、少なくとも３つの前記連絡部が、等間隔で形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載のレンズユニット。
【請求項１１】
前記レンズを形成する材料は、シリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項１２】
前記レンズホルダーには、嵌合部が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項１３】
前記レンズホルダーを形成する材料は、低熱膨張部材であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか１項に記載のレンズユニットを製造する方法であって、
前記レンズホルダー内にレンズ型を挿入し、さらに該レンズ型の位置決めを行う第１工程と、
前記連絡部より、前記レンズを形成する材料を注入する第２工程と、
前記レンズを形成する材料を硬化させる第３工程と、
前記レンズ型の離型を行う第４工程とを含むことを特徴とするレンズユニットの製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のレンズユニットと、撮像素子とを備えていることを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の撮像装置を搭載していることを特徴とする撮像機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズユニットおよびそれを備えた撮像装置に関するものであり、特に、高温下でのリフロー工程等により生じる熱変形の影響が小さいレンズユニットおよびそれを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズユニットには、撮像光学系として１枚のレンズまたは複数枚のレンズからなるレンズ群が組み込まれている。そして、このような１枚のレンズまたはレンズ群を構成する複数枚のレンズと、これらのレンズを組み込んで保持するレンズホルダーとによって、レンズユニットを組み立てることが一般的に行われている。
【０００３】
ここで、レンズをレンズホルダーに組み込んだ場合、レンズの外周部とレンズホルダー内壁部との間には、若干のクリアランスが存在するように、レンズの外径の寸法およびレンズホルダーの内径の寸法を決定することが一般的である。若干のクリアランスを設けることにより、レンズホルダーへのレンズの挿入が容易になり、レンズユニットの組立性が向上する。
【０００４】
しかし、近年の撮像光学系の小型化や高解像度化に伴い、撮像光学系の組立公差は厳しくなっている。そして、レンズホルダーに複数のレンズを組み込む際にクリアランスを設けたことにより生じるレンズ間の光軸のずれが光学特性に与える影響を無視できなくなっている。
【０００５】
よって、高精度の撮像光学系の組立を実現するためには、レンズの外径の寸法と、レンズホルダーの内径の寸法とをほぼ同じにすることでクリアランスを減少させ、レンズ間の光軸のずれが発生するのを抑える必要がある。
【０００６】
しかし、上記レンズユニットを高温中で使用した場合、レンズとレンズホルダーとの間のクリアランスが小さいため、レンズが熱膨張した際、レンズがレンズホルダーに締め付けられるような形となり、レンズに熱変形が生じる。
【０００７】
また、上記レンズユニットを回路基板に表面実装するために半田のリフローを行う場合、リフロー工程では一般に２３０℃以上の高温に達する。そのため、使用するレンズは、例えばシリコーン系樹脂をレンズ材料とした耐熱性レンズとする必要がある。ところが、レンズ材料として多く用いられるポリカーボネート材料の線膨張係数が６×１０−５／℃程度であるのに対し、リフロー工程に対して耐性を有するシリコーン系樹脂の線膨張係数は１〜２×１０−４／℃程度である。よって、耐熱性レンズ材料としてシリコーン系樹脂を使用した場合には、高温中における熱変形がより顕著に現れるという問題が発生する。
【０００８】
特許文献１では、レンズと、そのレンズを保持する枠との間に弾性体を介在させることで、熱膨張によりレンズとレンズ枠との間に生じる負荷を弾性体が吸収し、レンズの熱変形を抑える方法が提案されている。
【０００９】
具体的には、図６に示すように、鏡枠１０５の収容凹溝１０６の小径周壁の直径をレンズ１０１の嵌合突縁１０４の内周壁の直径とほぼ等しく設けるとともに、収容凹溝１０６の大径周壁の直径を嵌合突縁１０４の外周壁の直径より適宜大径に設けてあり、かつ鏡枠１０５における収容凹溝１０６の小径周壁側端面を短形に切欠いて接着剤層収容段部１１０を設けてある。そして、鏡枠１０５の収容凹溝１０６の小径周壁には、レンズ１０１の嵌合突縁１０４の内周壁を、収容凹溝１０６の大径周壁とレンズ１０１の外周との間にレンズ変位吸収空隙１１１を形成し、かつ収容凹溝１０６の小径周壁側端面とレンズ１０１のフランジ部１０３とを当接せしめて嵌合してあるとともに、レンズ１０１と鏡枠１０５とを互いに固定保持すべく弾性を有する接着剤層１０８を接着剤層収容段部１１０とこれを囲続するレンズ１０１との間に介在してある。
【００１０】
また、特許文献２では、レンズとほぼ同じ線膨張係数を有し、かつレンズとレンズ枠との間にそれぞれ間隙を有する保持環を、レンズとレンズ枠との間に介在させることで、熱膨張によりレンズとレンズ枠との間に生じる負荷を保持環の弾性変形により吸収し、レンズの熱変形を抑える方法が提案されている。
【００１１】
具体的には、図７に示すように、レンズ１２１は所定の曲率をなすレンズ本体部１２１ａと、このレンズ本体部１２１ａの周縁部に形成された平板な鍔部１２１ｂとで構成される。また、レンズ１２１の外周にプラスチックによる環状の保持環１２２の内周が嵌合し、この保持環１２２はレンズ１２１と同等の線膨張係数を持っており、レンズ１２１を保持する。さらに、保持環１２２の外周に同様に環状の保持枠１２３が嵌合し、この保持枠１２３はレンズ１２１および保持環１２２より線膨張係数の小さい材質により形成され、保持環１２２の外周を保持する。そして、この保持枠１２３の下部内周には、水平方向のフランジ部１２３ａが設けられており、このフランジ部１２３ａの上面により、保持環１２２を一体的に取付けたレンズ１２１の鍔部１２１ｂの下面を支持する。また、この保持枠１２３の上部内周にはねじ溝１２３ｂが螺刻されており、ここには、環状をなすレンズ押え１２４の外周が螺合している。さらに、このレンズ押え１２４は、フランジ部１２３ａとともにレンズ１２１の鍔部１２１ｂを上下から挟持し、レンズ１２１をこのレンズ１２１の光軸に沿うスラスト方向に押える。
【００１２】
ここで、レンズ１２１の外周と保持環１２２の内周との間には、これらレンズ１２１および保持環１２２の周方向に沿って所定長さに形成された第１の間隔１２６が配置されている。また、これら第１の間隙１２６以外の部分は相手側との第１の接合部１２７となる。また、保持環１２２の外周と保持枠１２３の内周との間には、相手方との第２の接合部１３０が設けられている。この第２の接合部１３０は、第１の間隙１２６に対応する範囲内にそれぞれ位置する。もちろん、この第２の接合部１３０以外は第２の間隙１３１となる。
【特許文献１】特開昭６１−４６９１８号公報（昭和６１年３月７日公開）
【特許文献２】特開平７−１９１２４７号公報（平成７年７月２８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１のレンズ保持装置では、弾性体としてのゴム系の接着剤を、レンズとレンズ枠との間の狭い空間内に注入するという困難な作業を行う必要がある。そのため、多くの組立工程を経なければならないという問題点を有している。
【００１４】
また、上記特許文献２のレンズ保持構体では、レンズとレンズ枠との間に保持環を介在させる。そのため、部品点数が増え、それに伴い製造コストおよび組立工程が増加するという問題点を有している。
【００１５】
また、レンズユニットを高温中で使用した際、レンズは径方向（光軸と垂直の方向）に膨張するとともに、厚み方向（光軸方向）にも膨張する。そのため、上記特許文献１のレンズ保持装置および上記特許文献２のレンズ保持構体のように、レンズホルダー内にレンズが挿入され、レンズホルダーの内壁部とレンズの外周部とが弾性体等を介して接触している場合には、レンズユニットに対して温度上昇と温度低下とが繰り返されると、レンズホルダーの内壁部とレンズの外周部との接触面積が変化し、かつレンズホルダーの内壁部とレンズの外周部との間に摩擦抵抗が生じる。これにより、レンズの光軸方向における位置が変化する。その結果、レンズユニットの光学特性が低下する。しかし、上記特許文献１のレンズ保持装置および上記特許文献２のレンズ保持構体では、レンズの径方向の熱変形のみに対応しており、レンズの厚み方向の熱変形、即ちレンズの光軸方向における位置ずれには対応していない。その結果、上記特許文献１のレンズ保持装置および上記特許文献２のレンズ保持構体を高温中で使用した際、レンズの光軸方向における位置ずれが生じ、光学特性が低下するという問題点を有している。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、組立工程を簡略化しつつ、高温下でのレンズの熱膨張により生じるレンズの熱変形および光軸方向への位置ずれを防止することにより、光学特性の低下を防止することができるレンズユニットおよびそれを備えた撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のレンズユニットは、上記課題を解決するために、レンズホルダーと、該レンズホルダー内に配置されたレンズとを備え、前記レンズホルダーには、前記レンズの外周部を固定する保持部が形成され、前記レンズの外周部は、前記保持部に固定され、前記レンズの外周部には、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みの薄い部位が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
上記の発明によれば、前記レンズホルダーには、前記レンズの外周部を固定する保持部が形成され、前記レンズの外周部は、前記保持部に固定されているので、該レンズの位置が該レンズホルダーにより規制されることになる。これにより、径方向および光軸方向におけるレンズの位置ずれを抑えることができる。その結果、本発明のレンズユニットは、光学特性の低下を防止することができる。さらに、前記レンズと前記レンズホルダーとの間に、弾性体や保持環を介在させる必要がない。その結果、本発明のレンズユニットは、組立工程を簡略化することができ、コストを低減することができる。
【００１９】
さらに、上記の発明によれば、前記レンズの外周部には、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みの薄い部位が形成されているので、高温中において、前記レンズホルダーの規制により、径方向に生じるひずみを、その部位に集中させることができる。これにより、レンズ有効径内の熱変形を抑えることができる。その結果、本発明のレンズユニットは、高温中でのレンズの熱変形による光学特性の低下を防止することができる。
【００２０】
また、本発明のレンズユニットでは、前記レンズの外周部は、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みが薄くなるように形成されていることが好ましい。
【００２１】
これにより、高温中において、前記レンズホルダーの規制により、径方向に生じるひずみを、前記レンズの外周部に集中させることができる。そして、レンズ有効径内の熱変形を抑えることができる。その結果、本発明のレンズユニットは、高温下でのリフロー工程等により生じる熱変形の影響を小さくすることができる。
【００２２】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズの外周部と、前記レンズホルダーの保持部とが、互いに当接していることが好ましい。また、本発明のレンズユニットは、前記レンズの外周部と、前記レンズホルダーの保持部とが、互いに嵌合する形状であることが好ましい。
【００２３】
これにより、径方向および光軸方向におけるレンズの位置ずれを確実に抑えることができる。その結果、本発明のレンズユニットは、光学特性の低下を確実に防止することができる。
【００２４】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズの外周部が、該レンズの最外部の方向に傾斜する面を有していることが好ましい。
【００２５】
これにより、前記レンズは、最外部の方向に厚みが徐々に薄くなるので、高温中において、レンズホルダーの規制により、径方向に生じるひずみを、該レンズの外周部に確実に集中させることができる。そして、レンズ有効径内の熱変形を確実に抑えることができる。その結果、本発明のレンズユニットは、高温中でのレンズの熱変形による光学特性の低下を確実に防止することができる。
【００２６】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズの少なくとも一面が、凹面形状であることが好ましい。また、本発明のレンズユニットでは、前記レンズは、中心部が最薄部となる非球面レンズであることが好ましい。
【００２７】
両凹レンズ、平凹レンズまたは中心部が最薄部となる非球面レンズでは、レンズの外周部が中心部に比べて厚くなり、レンズの中心部付近にひずみが集中し、レンズの熱変形を生じるおそれがある。しかし、本発明のレンズユニットは、レンズ有効径内の最薄部よりもさらに薄くなるように、レンズ有効径範囲外である外周部を形成している。これにより、前記レンズの熱膨張時に、該レンズに生じるひずみを、該レンズの外周部に集中させることができる。その結果、本発明のレンズユニットは、前記レンズの熱変形およびレンズユニットの光学特性の低下を効果的に防止することが可能となる。
【００２８】
また、本発明のレンズユニットは、前記保持部の一部には、前記レンズホルダーの外部につながる連絡部が形成されていることが好ましい。
【００２９】
これにより、前記連絡部から前記レンズの外周部を冷却し、該レンズを部分的に低温化することができる。その結果、本発明のレンズユニットは、高温中において、レンズホルダーの規制により径方向に生じるひずみによる応力を緩和することが可能となる。
【００３０】
また、本発明のレンズユニットは、前記連絡部の少なくとも一部が、前記レンズを形成する材料と同一の材料で満たされていることが好ましい。
【００３１】
これにより、前記連絡部から前記レンズを形成する材料と同一の材料を冷却することができる。その結果、本発明のレンズユニットは、前記連絡部から前記レンズの外周部を冷却し易く、該レンズを部分的に低温化することができる。
【００３２】
また、本発明のレンズユニットは、前記保持部の一部には、少なくとも３つの前記連絡部が、等間隔で形成されていることが好ましい。
【００３３】
これにより、前記連絡部からレンズの外周部を冷却し易くなる。その結果、本発明のレンズユニットは、高温中において、レンズホルダーの規制により径方向に生じるひずみによる応力を確実に緩和することができる。
【００３４】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズを形成する材料が、シリコーン系樹脂であることが好ましい。
【００３５】
シリコーン系樹脂は、線膨張係数が高い材料である。その結果、前記レンズを形成する材料としてシリコーン系樹脂を用いれば、本発明のレンズユニットは、該レンズの部分低温化による応力緩和をより効果的に行うことができる。さらに、シリコーン系樹脂は耐熱性を有している。これにより、前記レンズは、耐熱性を有することになる。
【００３６】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズホルダーには、嵌合部が形成されていることが好ましい。
【００３７】
前記嵌合部を互いに当接させることにより、前記レンズホルダー同士を嵌合させることができる。その結果、本発明のレンズユニットは、高精度のレンズ間の位置決めを容易に行うことが可能となる。
【００３８】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズホルダーを形成する材料として、低熱膨張部材を使用することが好ましい。
【００３９】
これにより、前記レンズホルダーの熱膨張により発生する、光軸方向のレンズの位置ずれ量を低減することが可能となる。さらに、前記レンズホルダー同士を嵌合させた場合においても、前記レンズホルダーの熱膨張により発生する、レンズ間距離のずれを低減することが可能となる。
【００４０】
また、本発明のレンズユニットの製造方法は、前記レンズホルダー内にレンズ型を挿入し、さらに該レンズ型の位置決めを行う第１工程と、前記連絡部より、前記レンズを形成する材料を注入する第２工程と、前記レンズを形成する材料を硬化させる第３工程と、前記レンズ型の離型を行う第４工程とを含むことが好ましい。
【００４１】
本発明のレンズユニットの製造方法は、前記レンズ型を用いることにより、所望の形状のレンズを形成することができる。その結果、本発明のレンズユニットの製造方法は、前記レンズの外周部を、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みが薄くなるように形成することが可能となる。
【００４２】
本発明の撮像装置は、前記レンズユニットと、撮像素子とを備えていることが好ましい。また、本発明の撮像機器は、前記撮像装置を搭載していることが好ましい。
【００４３】
これにより、本発明の撮像装置および撮像機器は、従来のレンズユニットを備えた撮像装置および撮像機器と比較して、高温中で使用した場合においても、熱膨張に起因するレンズ形状の変形およびレンズの光軸方向における位置の変化が抑えられている。その結果、本発明の撮像装置および撮像機器は、高温の使用環境に起因する解像度の劣化を防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明のレンズユニットは、以上のように、レンズホルダーと、該レンズホルダー内に配置されたレンズとを備え、前記レンズホルダーには、前記レンズの外周部を固定する保持部が形成され、前記レンズの外周部は、前記保持部に固定され、前記レンズの外周部には、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みの薄い部位が形成されているものである。
【００４５】
それゆえ、組立工程を簡略化しつつ、高温下でのレンズの熱膨張により生じるレンズの熱変形および光軸方向への位置ずれを防止することにより、光学特性の低下を防止することができるレンズユニットを提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００４７】
＜レンズユニット＞
図１は、本発明の実施形態を示すものであり、レンズユニット１０の装置構成を説明する断面図である。図１において、レンズユニット１０は、主として、レンズ１とレンズホルダー２とを備えている。
【００４８】
レンズユニット１０を回路基板に表面実装するために半田のリフロー工程を行う場合、リフロー工程では一般に２３０℃以上の高温に達するため、レンズ１は、２３０℃以上の高温に対して耐性を有する耐熱レンズであることが好ましい。また、レンズ１として使用するレンズ材料は、特に限定されないが、例えば、シリコーン系樹脂等の高温に対して耐性を有する材料であることが好ましい。
【００４９】
ここで、レンズ１の外周部とは、レンズ１のレンズ有効径範囲外の部分をいう。レンズ有効径とは、レンズの径の中で、固定リング等に遮られない径、即ち光を有効に通す径をいう。よって、本発明において、熱膨張に起因するレンズ１のレンズ有効径内の熱変形を低減するために、レンズ１の外周部には、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みの薄い部位が形成されている。また、レンズ１の外周部は、レンズ有効径内の最薄部よりも、厚みが薄くなるように形成されていることが好ましい。レンズ有効径内の最薄部とは、レンズ有効径内で、厚みが最も薄い部分をいう。
【００５０】
また、レンズ１の外周部の形状は、特に限定されないが、レンズ１の最外部の方向に傾斜する面を有していることが好ましい。ここで、レンズ１の最外部の方向に傾斜するとは、レンズ１の外周部の中で最も外側の部分に向かうにつれて、レンズ１の厚みが徐々に薄くなることをいう。
【００５１】
レンズホルダー２として使用する材料は、特に限定されないが、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ／Liquid Crystal Polymer、以下「ＬＣＰ」という）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ／Poly Phenylene Sulfide、以下「ＰＰＳ」という）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ／Poly Ether Ether Ketone、以下「ＰＥＥＫ」という）等の高温に対して耐性を有する材料であることが好ましい。また、レンズホルダー２として使用する材料の色については、レンズユニット内での反射による迷光防止のため、黒色であることが好ましい。
【００５２】
レンズホルダー２の内部には、レンズ１を保持するための保持部３が形成されており、その保持部３とレンズ１の外周部とは固定されている。レンズ１の外周部と、レンズホルダー２の保持部３とを固定する方法は、特に限定されない。また、レンズ１と保持部３とは互いに当接していることが好ましい。また、レンズ１と保持部３とは互いに嵌合する形状であることが好ましい。
【００５３】
リフロー工程に対して耐性のある上記レンズユニット１０では、レンズホルダー２として使用する材料の線膨張係数よりもレンズ１として使用する材料の線膨張係数の方が大きい。例えば、レンズ１として使用する材料であるシリコーン系樹脂の線膨張係数が、１〜２×１０−４／℃程度であるのに対し、レンズホルダー２として使用する材料であるＬＣＰの線膨張係数は１×１０−５／℃程度となっている。
【００５４】
よって、レンズユニット１０を高温中で使用した場合、レンズ１の熱膨張がレンズホルダー２によって径方向（光軸と垂直の方向）の規制を受けるため、レンズ１にひずみが発生し、レンズ１の形状変形が生じる。そして、レンズ１が径方向に規制を受けた際に、もっともひずみが集中する部分はレンズ１の最薄部であるため、レンズ有効径内に最薄部が形成されている場合、その部分にひずみが集中してしまう。その結果、レンズ１の形状が変形し、レンズユニット１０の光学特性が低下する。
【００５５】
例えば、両凸レンズ等は中心部に最も厚みがあり、外周部にいくにつれて薄くなっているため、レンズホルダーの規制によるレンズのひずみは、レンズの外周部に集中する。一方、凹メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズ等は中心部が最も厚みの薄い形状となっているため、レンズホルダーの規制によるレンズのひずみは、レンズの中心部に集中する。その結果、レンズとして、凹メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズ等を用いれば、レンズユニットは、レンズ形状の変形により光学特性が低下する。
【００５６】
また、近年の撮像光学系の小型化に伴い、最大像高付近における、撮像素子の受光面に対する光線の入射角が大きくなっている。ここで、光軸中心と最大像高付近における光線の入射角の差は、通常、撮像素子側に形成されたマイクロレンズアレイにより補正される。しかし、光軸中心と最大像高付近における光線の入射角の差が大きい場合、マイクロレンズアレイのスケーリングでは対応できなくなってしまう。そこで、光軸中心と最大像高付近における光線の入射角の差を低減するために、レンズ有効径内の周辺部（外周部）の形状を非球面形状にする等、レンズの形状を複雑化する必要がある。
【００５７】
その結果として、従来のレンズユニットは、レンズの外周部が中心部に比べて厚くなり、レンズの中心部付近にひずみが集中し、レンズの熱変形を生じるおそれがある。
【００５８】
本実施の形態のレンズユニット１０では、レンズ１のレンズ有効径内の最薄部よりもさらに薄くなるように、レンズ１のレンズ有効径範囲外である外周部を形成することにより、熱膨張時にレンズ１に生じるひずみをレンズ１の外周部に集中させ、レンズ１の形状変形およびレンズユニット１０の光学特性の低下を防止することが可能となる。
【００５９】
さらに、レンズユニットを高温中で使用した際、レンズは径方向へ膨張するとともに、厚み方向へも膨張する。よって、従来のレンズユニットのように、レンズホルダー内にレンズが挿入され、レンズホルダーの内壁部とレンズの外周部とが接触しているような形となっている場合、レンズユニットに対して温度上昇と温度低下が繰り返された場合、レンズホルダーの内壁部とレンズの外周部との接触面積の変化や、レンズホルダーの内壁部とレンズの外周部との間の摩擦抵抗により、レンズの光軸方向における位置が変化する。その結果として、レンズユニットの光学特性の低下につながる。
【００６０】
本実施の形態のレンズユニット１０は、レンズ１とレンズホルダー２とが一体化しているため、レンズ１の外周部がレンズホルダー２によって光軸方向に規制されている。そのため、レンズユニット１０に対して温度上昇と温度低下を繰り返した場合であっても、熱膨張や熱収縮によってレンズ１の光軸方向における位置ずれを防止することが可能となる。その結果、レンズユニット１０の光学特性の低下を抑えることができる。
【００６１】
ここで、上記レンズユニット１０は、レンズ１をレンズホルダー２に圧入し、レンズホルダー２に形成されている保持部３により、レンズ１を嵌合させる方法や、図１に示す点線部でレンズホルダー２を分割し、レンズ１を、分割したレンズホルダー２で挟み込み、接着する方法等により、作製が可能である。
【００６２】
図２は、本発明の実施形態を示すものであり、レンズユニット１０の装置構成を説明する断面図である。
【００６３】
図２において、レンズユニット１０は、主として、レンズ１とレンズホルダー２とを備えている。
【００６４】
レンズホルダー２の内部に形成されている保持部３の一部には、レンズホルダー２の外部につながる連絡部４が形成されていることが好ましい。そして、連絡部４内の少なくとも一部は、レンズ１として使用するレンズ材料と同一の材料で満たされていることが好ましい。さらに、保持部３の一部には、少なくとも３つの連絡部４が、等間隔で形成されていることが好ましい。
【００６５】
連絡部４の径、数等については、レンズ１の外周部の冷却効率、レンズ１を構成する樹脂材料の注入工程におけるタクトタイム等から、任意に決定すればよい。
【００６６】
レンズユニット１０を回路基板に表面実装するために半田のリフローを行う場合、レンズ１の熱膨張がレンズホルダーに規制されるため、保持部３に応力が集中し、保持部３付近に大きな負荷がかかり、レンズユニット１０またはレンズ１の割れ等の問題が生じる場合がある。そこで、リフロー工程時に、連絡部４を通してレンズ１に冷却装置を接続することにより、レンズ１のみを部分的に冷却し、熱膨張によりレンズ１にかかる負荷を低減することが可能となる。
【００６７】
ここで、レンズ１の部分冷却に使用する冷却装置としては、特に限定されないが、例えばペルチェモジュール等の冷却器が挙げられる。特に、レンズ１に使用するレンズ材料として線膨張係数の大きいシリコーン系樹脂を使用した場合には、冷却による応力緩和効果がより高くなる。
【００６８】
上述したように、本実施の形態に記載のレンズユニット１０によれば、レンズ１の外周部にレンズホルダー２の規制により径方向に生じるひずみを集中させることにより、レンズ１のレンズ有効径内の変形を抑えることができる。その結果、熱変形による光学特性の低下を防ぐことができる。
【００６９】
また、レンズ１はレンズホルダー２により光軸方向に規制されているため、レンズ１の光軸方向における位置ずれを抑えることができる。
【００７０】
また、リフロー工程時には、連絡部４を通してレンズ１を部分的に冷却することにより、レンズ１にかかる応力を緩和することが可能となる。特に、線膨張係数の大きいシリコーン系樹脂等をレンズ材料として使用した場合には、より高い応力緩和効果を発揮する。
【００７１】
＜レンズユニットの製造方法＞
図３は、本発明の実施形態を示すものであり、図２で説明した、保持部３の一部に、レンズホルダー２の外部につながる連絡部４が形成されているレンズユニット１０の製造方法を説明する断面図である。
【００７２】
図３に示すように、レンズホルダー２内には、レンズ１を成型するためのレンズ型１５およびレンズ型１６がそれぞれ挿入されている。
【００７３】
レンズ型１５・１６の光軸方向の位置については、所望のレンズの厚さになるように位置を決定すればよい。つまり、レンズ型１５とレンズ型１６との間隔が、所望のレンズの厚さになるようにレンズ型１５・１６の位置を決定すればよい。
【００７４】
レンズ型１５・１６の光軸方向の位置を決定した後、レンズホルダー２の外部につながる連絡部４から、レンズ１を構成する樹脂材料を注入する。そして、該樹脂材料を硬化させた後、レンズ型１５・１６を取り外すことにより、レンズユニット１０を製造することができる。
【００７５】
上記樹脂材料として熱可塑性樹脂を使用する場合には、高温の熱可塑性樹脂を連絡部４より注入し、注入後に該樹脂を冷却硬化させ、レンズ１を成型すればよい。また、上記樹脂材料として熱硬化性樹脂を使用する場合には、熱硬化性樹脂を連絡部４より注入し、注入後に昇温させたレンズ型１５・１６により樹脂を硬化させ、レンズ１を成型すればよい。また、上記樹脂材料として紫外線硬化樹脂を使用する場合には、紫外線硬化樹脂を連絡部４より注入し、注入後に紫外線を該樹脂に照射することで該樹脂を硬化させ、レンズ１を成型すればよい。
【００７６】
上記樹脂に紫外線を照射できるように、レンズ型１５・１６の構成材料としては、紫外線を透過する透明材料を使用することが好ましい。
【００７７】
なお、本実施の形態では、本発明が効果的に適用できるレンズ１として、両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズを例に挙げているが、本発明を適用できるレンズはこれらに限定されない。また、レンズ１の少なくとも一面は、凹面形状であることが好ましい。また、レンズ１は、中心部が最薄部となる非球面レンズであることが好ましい。
【００７８】
また、レンズホルダー２は、低熱膨張部材からなっていることが好ましい。レンズホルダー２の材質として、ＬＣＰ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫを例に挙げているが、リフロー工程に対して耐性のある材料であれば、これらに限定されない。
【００７９】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図４（ａ）・（ｂ）に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
＜レンズユニット＞
図４（ａ）・（ｂ）は、本発明の実施形態を示すものであり、レンズユニット２０の装置構成を説明する断面図である。図４（ａ）・（ｂ）において、レンズユニット２０は、前記実施の形態１のレンズユニット１０の構成と比べて、レンズホルダー１２・２２の形状が異なる。
【００８１】
前記実施の形態１で説明したレンズユニット１０の製造方法は、レンズホルダー２内に２つのレンズ型１５・１６を挿入し、レンズ１の成型を行うため、１つのレンズホルダーに複数枚のレンズを成型することは不可能である。しかし、高解像度であり、かつ小型である撮像光学系等は、１枚のレンズで実現することは不可能であり、複数枚のレンズにより撮像光学系を構成する必要がある。
【００８２】
そこで、本実施の形態では、前記実施の形態１で説明したレンズユニット１０を複数個組み合わせて構成されたレンズユニット２０について説明する。
【００８３】
図４（ａ）・（ｂ）に示すレンズユニット２０は、レンズ１１と、レンズ１１を保持するレンズホルダー１２、レンズ２１と、レンズ２１を保持するレンズホルダー２２によって構成されている。
【００８４】
また、レンズホルダー１２・２２には前記実施の形態１と同様に、レンズ１１・２１を保持するための保持部１３・２３、レンズ１１・２１の構成材料と同様の材料で満たされている連絡部１４・２４がそれぞれ設けられている。
【００８５】
また、レンズホルダー１２とレンズホルダー２２には、それぞれのレンズホルダーを径方向（光軸と垂直の方向）および光軸方向に位置決めするための嵌合部８と嵌合部９がそれぞれ設けられている。嵌合部８・９は、嵌合面８ａ・９ａを互いに当接させた際に、レンズ１１・２１の径方向および光軸方向の位置が所定の位置になるように形成されている。
【００８６】
図４（ｂ）に示すように、上記嵌合部８・９を嵌め合わせることにより、レンズ１１・２１の径方向および光軸方向の高精度での位置決めを容易に行うことができる。嵌合部８・９を嵌合させた後、嵌合面８ａ・９ａの接触部付近を、例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂等で固定することにより、レンズ１１・２１の位置を固定すればよい。
【００８７】
ここで、レンズ１１・２１は、前記実施の形態１におけるレンズ１と同一の機能を有するものである。よって、レンズ１１・２１の形状、構成材料等はレンズ１と同様である。また、レンズホルダー１２・２２は、前記実施の形態１におけるレンズホルダー２と同一の機能を有するものである。よって、レンズホルダー１２・２２の形状以外の構成材料等はレンズホルダー２と同様である。
【００８８】
また、保持部１３・２３は、前記実施の形態１における保持部３と同一の機能を有するものである。また、連絡部１４・２４は、前記実施の形態１における連絡部４と同一の機能を有するものである。
【００８９】
複数枚のレンズの径方向および光軸方向の位置決め方法としては、従来、レンズの外周部に、それぞれのレンズを嵌合するための嵌合部をそれぞれ設け、それぞれの嵌合部の嵌合面を当接させることで、レンズ間の位置決めを行う方法が用いられている。しかし、レンズの外周部に設けられた嵌合部を嵌合させた場合、高温中ではレンズの熱膨張により、レンズ間の光軸方向における距離が変化してしまう。その結果として、レンズユニットの光学特性が低下してしまう。特に、半田のリフロー工程で使用されるシリコーン系樹脂は、線膨張係数が１〜２×１０−４／℃程度であり、一般的にレンズ材料として使用されているポリカーボネート樹脂の線膨張係数６×１０−５／℃に対して大きい。そのため、シリコーン系樹脂のようにリフロー工程に対して耐性を有するレンズ材料を使用する場合には、ポリカーボネート樹脂を使用した場合と比べて、レンズ間の光軸方向における距離の変化が、顕著に現れてしまう。そこで、レンズホルダー１２・２２の構成材料として、リフロー工程に耐性のある低熱膨張部材を使用することにより、熱膨張によるレンズ間の光軸方向における距離の変化を抑えることが可能となる。例えば、リフロー工程に耐性のある低熱膨張部材としては、ＬＣＰ等が挙げられる。ＬＣＰの線膨張係数は１×１０−５程度であるため、シリコーン系樹脂で構成されたレンズを用い、そのレンズの外周部に形成した嵌合部で位置合わせを行った場合と比較すると、光軸方向における距離の変化を１／１０〜１／２０程度に抑えることが可能となる。
【００９０】
上述したように、本実施の形態のレンズユニット２０によれば、レンズホルダー１２・２２に設けられた嵌合部８・９を互いに当接させることにより、高精度のレンズ間の位置決めを容易に行うことが可能となる。よって、レンズホルダー１２・２２の構成材料として、低熱膨張部材を使用することにより、熱膨張によるレンズ間の光軸方向における距離の変化を抑えることが可能となる。
【００９１】
レンズ１１・２１に使用する材料としては、２３０℃以上に達するリフロー工程に対応するため、例えばシリコーン系樹脂等の耐熱性樹脂を使用することが好ましい。また、レンズ１１に使用する材料とレンズ２１に使用する材料とは、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。
【００９２】
また、レンズホルダー１２・２２に使用する材料としては、例えばＬＣＰのように、リフロー工程に耐性を有し、かつ低熱膨張である材料を使用することが好ましい。また、レンズホルダー１２に使用する材料とレンズホルダー２２に使用する材料とは、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。
【００９３】
＜撮像装置＞
図５は、本発明の実施形態を示すものであり、レンズユニット２０を備えた撮像装置を説明する断面図である。
【００９４】
本実施の形態の撮像装置３０は、主として、本実施の形態で説明したレンズユニット２０と、撮像素子１７と、撮像素子１７に対してレンズユニット２０を位置決めおよび固定するためのベース１８と、撮像素子１７に入射する赤外光等を遮断するためのフィルター１９とにより構成されている。
【００９５】
ここで、撮像装置３０を構成する撮像素子１７は、レンズユニット２０によって結像された像を光電変換して電気信号として出力するものであり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサー等が挙げられる。
【００９６】
レンズ１１・２１およびレンズホルダー１２・２２に耐熱性材料を用いることにより、上記撮像装置は回路基板に表面実装するためのリフロー工程に対応することが可能となる。
【００９７】
また、高温中における上記レンズ１１・２１の径方向の変形については、保持部１３・２３にひずみを集中させることにより、レンズ有効径内の変形を抑えることができる。また、低熱膨張部材のレンズホルダー１２・２２に設けられた嵌合部８・９により、レンズ１１・２１の径方向および光軸方向の位置を規制することができる。これにより、熱膨張によるレンズ１１とレンズ２１との間の光軸方向における距離の変化を抑えることが可能となる。
【００９８】
よって、上述したように、本実施の形態の撮像装置によれば、従来のレンズユニットを用いた撮像装置に比べ、高温中で使用した場合においても、熱膨張に起因するレンズ形状の変形およびレンズ間の光軸方向における距離の変化が抑えられているため、高温中での使用環境に起因する解像度の劣化を防ぐことが可能となる。
【００９９】
そして、上記撮像装置は、高温中でも信頼性の高い撮像機器として、例えば、デジタルカメラ、プロジェクター、携帯電話、パソコン（Personal Computer）、カーナビ（Car Navigation System）等の光学機器に利用することができる。
【０１００】
＜他の実施の形態＞
本実施の形態では、撮像光学系を構成するレンズユニット２０中のレンズの枚数は２枚となっているが、これに限定されない。つまり、本発明のレンズユニットは、必要なレンズ枚数に応じて、レンズホルダーに形成する嵌合部を増やし、レンズユニットを組み合わせればよい。また、レンズの枚数は１枚であってもよい。つまり、図５におけるレンズユニット２０を、前記実施の形態１で説明したレンズユニット１０に変更してもよい。
【０１０１】
また、本発明のレンズユニットは、嵌合部８・９の形状についても、図４（ａ）・（ｂ）に示すような形状に限定されず、互いの嵌合部を当接させた際に、レンズ間の径方向および光軸方向の位置決めができるような形状であればよい。
【０１０２】
〔その他〕
このように、本発明のレンズユニットは、レンズと、レンズホルダーと、レンズホルダーに形成された、レンズの外周部を保持する保持部とを備え、前記レンズの外周部分（外周部）はレンズ有効径内の最薄部よりも薄く形成されているという構成であってもよい。
【０１０３】
また、本発明のレンズユニットは、レンズの外周部と接するレンズホルダーの保持部とは、互いに接すると共に、互いに嵌合する形状からなるという構成であってもよい。
【０１０４】
また、本発明のレンズユニットは、レンズの外周部と、レンズの外周部と接するレンズホルダーの保持部とは、嵌合する形状であると共に、レンズの外周部の最外方向へ傾斜構造を有するという構成であってもよい。
【０１０５】
また、本発明のレンズユニットは、レンズの少なくとも一面は、凹面形状からなるという構成であってもよい。
【０１０６】
また、本発明のレンズユニットは、レンズは、中心部が最薄部からなる非球面レンズであるという構成であってもよい。
【０１０７】
また、本発明のレンズユニットは、前記保持部の一部にレンズホルダー外部につながる連絡部が形成され、前記連絡部の少なくとも一部がレンズ材料と同一材料で満たされているという構成であってもよい。
【０１０８】
また、本発明のレンズユニットは、少なくとも３つの連絡部が等間隔で形成されているという構成であってもよい。
【０１０９】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズを形成する材料は、シリコーン系樹脂であるという構成であってもよい。
【０１１０】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズホルダーにはレンズホルダー同士を嵌合するための嵌合部が形成されているという構成であってもよい。
【０１１１】
また、本発明のレンズユニットは、前記レンズホルダーを形成する材料は、低膨張部材であるという構成であってもよい。
【０１１２】
また、本発明のレンズユニットの製造方法は、前記レンズホルダー内にレンズ型を挿入、位置決めを行う第１の工程と、前記連絡部よりレンズ材料を注入する第２の工程と、前記レンズ材料を硬化する第３の工程と、前記レンズ型の離型を行う第４の工程を有するという構成であってもよい。
【０１１３】
また、本発明の撮像装置は、前記レンズユニットと、撮像素子とを備えているという構成であってもよい。
【０１１４】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、リフロー工程等、高温中で使用した場合においても解像度等の光学特性の劣化が小さい撮像装置に適用することができる。具体的には、撮像機器として、例えば、デジタルカメラ、プロジェクター、携帯電話、パソコン（Personal Computer）、カーナビ（Car Navigation System）等の光学機器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明におけるレンズユニットの実施の一形態を示す断面図である。
【図２】本発明におけるレンズユニットの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明におけるレンズユニットの製造方法を説明する断面図である。
【図４】（ａ）・（ｂ）は、本発明におけるレンズユニットの他の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明におけるレンズユニットを備えた撮像装置の実施の一形態を示す断面図である。
【図６】従来のレンズユニットを示す断面図である。
【図７】従来のレンズユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１    レンズ
２    レンズホルダー
３    保持部
４    連絡部
８    嵌合部
８ａ  嵌合面
９    嵌合部
９ａ  嵌合面
１０  レンズユニット
１１  レンズ
１２  レンズホルダー
１３  保持部
１４  連絡部
１５  レンズ型
１６  レンズ型
１７  撮像素子
１８  ベース
１９  フィルター
２０  レンズユニット
２１  レンズ
２２  レンズホルダー
２３  保持部
２４  連絡部
３０  撮像装置
【図１】
2009003130.tif 000003
【図２】
2009003130.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009003130.tif 000006
【図５】
2009003130.tif 000007
【図６】
2009003130.tif 000008
【図７】
2009003130.tif 000009