JP7105451B2 - レンズユニット - Google Patents

Description

本発明は、レンズユニットに関し、特に、ホルダ内に光学部品が収容されたレンズユニットに関する。

従来から、例えばスマートフォン、携帯電話、又は、タブレット端末等の比較的小型の電子機器に搭載される小型のレンズユニットが知られている。かかるレンズユニットは、効率的な実装のために電子機器の回路基板に配置されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載された撮像装置（レンズユニット）では、撮像レンズによる結像面側に突出した突出部を有するレンズ枠と、内周面にレンズ枠の雄ネジと螺合する雌ネジを有する鏡筒とを有し、雄ネジと雌ネジを介してレンズ枠を光軸方向に直進移動させて撮像レンズの焦点調整が行われる。

特開２００８－６４９４２号公報

ところで、レンズユニットを回路基板に配置するために、回路基板上に配置されるべき他の電子コンポーネントとともに半田リフロー工程を経る必要がある。半田リフロー工程では、例えば２７０℃の高温環境下に晒されることになる。そのため、より小型の電子機器に搭載するためには、レンズユニット自体の小型化を図るとともに、半田リフロー工程におけるレンズユニットの各部の熱膨張による光学性能の変化を極力抑制することが要請される。

しかし、上述した従来のレンズユニットのように、ネジによって焦点調整を行う場合、半田リフロー工程前に適切な焦点調整を行ったとしても高温環境下において例えばネジが光軸に対して傾斜する等によって撮像レンズの光軸方向の位置が変化してしまうことがある。いったん光軸方向の位置が変化してしまうと室温環境に戻った後にレンズユニット各部の形状が元に戻らないため、半田リフロー工程の後に光学性能が劣化する場合がある。さらに、ネジによる焦点調整機構を設ける構成の場合、レンズユニットのさらなる小型を図る場合にネジ切りの微細加工に限界があるとともに、ネジ調整機構を外側に設けている分、レンズユニットの小型化を図ることが困難である。

そこで、本発明の目的は、レンズユニットの小型化を図るとともに、熱膨張の前後での光学性能の劣化を抑制することである。

本発明のある態様は、イメージセンサと、硬化性樹脂で形成されたレンズ、弾性体で形成された絞り部材、および、中空構造のホルダと、を備えたレンズユニットである。
前記ホルダには、光軸に沿った一方の側の第１端から前記絞り部材と前記レンズがこの順に配置され、光軸に沿った他方の側の第２端に前記イメージセンサが配置される。前記レンズは、中央に形成された曲面部と、曲面部の外側に形成されたフランジ部と、を有する。前記フランジ部は、光軸に直交し、前記イメージセンサ側に形成される第１平坦面と、光軸に直交し、前記絞り部材側に形成される第２平坦面と、第１平坦面よりも外側に形成され、第１平坦面から前記イメージセンサの側に傾斜したレンズ傾斜面と、を有する。前記ホルダは、前記レンズの第１平坦面と当接する第１当接面と、第１当接面よりも外側に形成され、第１当接面から前記イメージセンサの側に傾斜したホルダ傾斜面と、を有する。前記絞り部材は、前記レンズの第２平坦面と当接する第２当接面を有する。第２当接面の範囲は、光軸方向から見て第１当接面の範囲と重複する重複範囲を有する。前記レンズの第１平坦面から前記レンズの焦点面までの距離と、前記ホルダの第１当接面から前記イメージセンサの結像面までの距離とが等しい。前記ホルダ傾斜面と前記レンズ傾斜面との間には全周に亘って第１空隙が設けられるとともに、前記レンズの外周面と前記ホルダの内面との間には全周に亘って第２空隙が設けられている。

本発明のある態様によれば、レンズユニットの小型化を図ることができ、かつ熱膨張の前後での光学性能の劣化を抑制できる。

第１の実施形態のレンズユニットの平面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 第１の実施形態のレンズユニットの分解断面図である。 第１の実施形態のレンズユニットにおいて、レンズのフランジ部とホルダとの係合関係を説明する断面図である。 第１の実施形態のレンズユニットにおいて、レンズのフランジ部周辺の部分を拡大して示す拡大断面図である。 図５において、室温時と熱膨張時の各部の形状の相違を説明する図である。 図５において、レンズユニットの組立時に接着剤がレンズ側に漏出した場合の状態を説明する図である。 第２の実施形態のレンズユニットの断面図である。 第２の実施形態の変形例に係るレンズユニットの断面図である。

以下、図１～図７を参照して、第１実施形態のレンズユニット１について説明する。
本実施形態のレンズユニット１は、極めて小型のレンズユニットであり、例えば、全体として実質的に直方体形状をなしている。図１は、レンズユニット１の光軸Ａｘの物体側（つまり、光が入射する側）から見た場合の平面図である。
物体側から見た場合のレンズユニット１の外形形状は、概ね正方形であり、その一辺の長さは１０ｍｍ以下、代表的には１～６ｍｍ程度である。レンズユニット１の高さ（図２の縦方向の長さ）は、例えば５ｍｍ以下である。

図２は、レンズユニット１を、光軸Ａｘを含む面で切断したときの断面図（図１のＡ－Ａ断面を示す図）である。
図２では、レンズユニット１を使用する場合に光軸Ａｘが物体に向く側を「物体側」と表記し、その反対側を「像面側」と表記している。この表記は専ら説明の便宜のために行うものであり、本実施形態のレンズユニット１の構造を何ら限定する意図はない。
以下の説明では、光軸Ａｘに沿った方向を「光軸方向」、光軸Ａｘに直交する面に沿った方向（例えば、図２の紙面上の横方向）を「横方向」と表記することがある。また、光軸Ａｘを含む面で切断したときの断面図において、光軸Ａｘに近い側を「内側」、光軸Ａｘから遠い側を「外側」と表記することがある。

図２に示すように、レンズユニット１は、像面側の端部にイメージセンサ２（撮像素子）を備える。イメージセンサ２としては、ＣＭＯＳ，ＣＣＤ等の固体撮像素子が挙げられる。
本実施形態のレンズユニット１を小型の電子機器に効率的に搭載させるため、レンズユニット１は、他の電子コンポーネントとともに電子機器の回路基板（図示せず）上に配置される。より具体的には、レンズユニット１のイメージセンサ２側の端部が回路基板の基板面に向くように配置され、半田リフロー工程を経て、レンズユニット１が回路基板上に固定される。

半田リフロー工程では、リフロー炉において回路基板上の半田を溶融させるために、レンズユニット１は、例えば２７０℃程度の高温に晒されることになる。仮に、高温環境下においてレンズユニット１の各部の熱膨張の差により大きな歪みが生じたならば、半田リフロー工程の後に室温まで温度が低下した場合でもその歪みが残留し、光学性能に影響を与える。例えば、半田リフロー工程の前に所定の光学性能が達成できていたとしても、半田リフロー工程の後には、当該光学性能が達成できていないことが生じうる。
かかる観点から、本実施形態のレンズユニット１は、以下の目的を実現するように構成されている。

(i) 製造完成時点においてレンズの焦点面がイメージセンサの結像面に一致するように構成され、焦点調整を不要とする。それによって、焦点合わせ機構を不要とし、小型化を図る。
(ii) 半田リフロー工程等の高温環境下によって熱膨張が生ずる場合であっても、レンズユニット１の各部に歪みを生じさせず、熱膨張の前後において光学性能（つまり、レンズの焦点面がイメージセンサの結像面に一致すること）に実質的に変化がないようにする。

以下、上記(i), (ii)の目的を実現するための本実施形態のレンズユニット１の具体的な構造について説明する。

図２に示すように、本実施形態のレンズユニット１は、イメージセンサ２と、硬化性樹脂で形成されたレンズ４、弾性体で形成された絞り部材３、および、中空構造のホルダ５と、を備える。
ホルダ５は、絞り部材３とレンズ４を収容するとともに、所望の光学性能が得られるように、イメージセンサ２に対してレンズ４を所定の位置に配置するために設けられている。ホルダ５には、物体側端部５２０（第１端の一例）から光軸Ａｘに沿って絞り部材３とレンズ４がこの順に配置され、像面側端部５２６（第２端の一例）にイメージセンサ２が配置される。

図２に示すように、絞り部材３には、光軸Ａｘに沿って物体側から見たときに、レンズ４に向かうにつれて（つまり、図３の物体側主表面３１ｆから像面側主表面３１ｒに向かうにつれて）、円形の開口３Ｈの領域の径が小さくなるように、テーパ面３２２が形成される。テーパ面３２２によって規定される絞り部材３の開口３Ｈは、物体側からレンズ４に入射する光の範囲を規制する絞りとして機能する。
絞り部材３は、薄板状の弾性体であり、例えば、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の耐熱性を有する樹脂を用いて一体的に成形される。絞り部材３は、例えばアルミニウム等の金属であってもよい。

図３に示すように、絞り部材３の外縁には側壁面３１ｔが形成され、物体側主表面３１ｆと側壁面３１ｔの間には面取り面３１ｃｆが形成され、像面側主表面３１ｒと側壁面３１ｔの間には面取り面３１ｃｒが形成される。
側壁面３１ｔは、後述するホルダ５の内面５１よりも僅かに大きく形成されており、側壁面３１ｔがホルダ５の内面５１に接するようにして圧入されることで、絞り部材３がホルダ５の収容部５Ｃに保持される。
絞り部材３の像面側主表面３１ｒの一部は、後述するレンズ４の第２平坦面４２３と当接する第２当接面３２３である。

図２および図３に示すように、絞り部材３の面取り面３１ｃｆとホルダ５の内面５１の間には、接着剤１０が充填され、絞り部材３とホルダ５の連結をより強固にする。すなわち、絞り部材３自体が小型であり、側壁面３１ｔとホルダ５の内面５１の圧入の締め代を大きく取ることができないため、熱膨張時に絞り部材３がホルダ５から外れることがないように、補強的に接着剤１０を使用している。接着剤１０の材料は問わないが、例えば、熱硬化性樹脂材料や紫外線硬化性樹脂材料を使用することができる。図１に示すように、接着剤１０は、絞り部材３の外側の周縁に設けられる。

なお、図２に示す例では、絞り部材３の物体側主表面３１ｆをホルダ５の物体側端部５２０と同一面としているが、その限りではない。絞り部材３の物体側主表面３１ｆは、ホルダ５の物体側端部５２０よりも物体側に突出していてもよいし、逆に、像面側に凹んでいてもよい。

図３に示すように、レンズ４は、中央に形成された曲面部４Ｒと、曲面部４Ｒの外側に形成されたフランジ部４Ｆと、を有する。曲面部４Ｒは、湾曲面４１ｓを有し、物体の像をイメージセンサ２の結像面２ｓに結像させる機能を有する。本実施形態のレンズ４は、平面視で円形形状であり、物体側が凸レンズとなっている。フランジ部４Ｆは、ホルダ５内でレンズ４を位置決めするために設けられている。
曲面部４Ｒは、球面レンズでも非球面レンズでもよいが、非球面レンズとすることで収差を小さくできる利点がある。また、レンズ４は樹脂レンズであるため、形状の製作自由度が高く、非球面であっても容易に製作することができる。
レンズ４は、例えば、シリコーン系又はエポキシ系等の耐熱性を有する熱硬化性樹脂を用いて一体的に成形されるが、その限りではない。熱硬化性樹脂のほか、紫外線硬化性樹脂等、エネルギーを加えることで硬化する硬化性樹脂であれば、如何なる材料もレンズ４に適用可能である。

図３に示すように、フランジ部４Ｆは、像面側において、湾曲面４１ｓから外側に向かって順に、第１平坦面４２１と、レンズ傾斜面４２２と、像面側端面４２４とを有する。
第１平坦面４２１は、光軸Ａｘに直交し、かつイメージセンサ２側に形成された面であり、後述するホルダ５の第１当接面５２１と当接する。第１平坦面４２１がホルダ５の第１当接面５２１と当接することで、レンズ４の焦点面が規定される。
レンズ傾斜面４２２は、第１平坦面４２１よりも外側に形成され、第１平坦面４２１からイメージセンサ２の側に向かって像面側端面４２４まで傾斜する面である。
像面側端面４２４は、レンズ傾斜面４２２よりも外側に形成される。図３では、像面側端面４２４は、光軸Ａｘに直交する平坦面としているが、その限りではない。後述するが、像面側端面４２４は、好ましくは、レンズユニット１が組み付けられた状態でホルダ５のフランジ部収容底面５２４（後述する）との間で空隙が設けられればよく、平坦面でなくてもよい。

フランジ部４Ｆは、物体側において、湾曲面４１ｓから外側に向かって第２平坦面４２３を有する。すなわち、第２平坦面４２３は、光軸Ａｘに直交し、絞り部材３側に形成される。第２平坦面４２３は、絞り部材３の像面側主表面３１ｒのうち第２当接面３２３に当接する。言い換えれば、絞り部材３の像面側主表面３１ｒのうち、フランジ部４Ｆの第２平坦面４２３と当接する面が第２当接面３２３である。
第２平坦面４２３は、絞り部材３の第２当接面３２３と当接することで、光軸方向でフランジ部４Ｆが支持されるようにするために設けられている。

図２および図３に示すように、ホルダ５は中空構造であり、絞り部材３とレンズ４を収容して所定の位置に保持する。ホルダ５の像面側端部５２６には、イメージセンサ２が接着剤１０で取り付けられる。イメージセンサ２をホルダ５に取り付けるための接着剤は限定しないが、例えば、熱硬化性樹脂材料や紫外線硬化性樹脂材料を使用することができる。接着剤がイメージセンサ２の結像面２ｓに侵入することがないように、高粘度の接着剤を用いることが好ましい。
ホルダ５は、例えば、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の耐熱性を有する樹脂を用いて一体的に成形される。

図３に示すように、ホルダ５は、物体側に設けられた収容部５Ｃと、像面側に設けられたレンズ支持部５Ｓとを有する。
収容部５Ｃを光軸Ａｘに直交する平面で切断したときの形断面状は、概ね正方形の外縁である。収容部５Ｃ内には、絞り部材３とレンズ４を収容する空間が確保されている。絞り部材３が収容部５Ｃに収容されるときには、既に述べたように、収容部５Ｃの内面５１に圧入されるとともに、絞り部材３の面取り面３１ｃｆと収容部５Ｃの内面５１とが接着剤１０により固定される。
後述するが、高温度環境下でのレンズ４とホルダ５が熱膨張量の差により接触することがないように、レンズ４の側壁面４ｔと、収容部５Ｃの内面５１との間には、空隙（後述する空隙Ｇ２）が確保されている。

図３に示すように、ホルダ５のレンズ支持部５Ｓは、第１当接面５２１と第１ホルダ傾斜面５２２とを有する。第１当接面５２１は、レンズ４の第１平坦面４２１と当接する面である。第１ホルダ傾斜面５２２は、第１当接面５２１よりも外側に形成され、第１当接面５２１からイメージセンサ２の側に向かってフランジ部収容底面５２４まで傾斜した面である。
ホルダ５のレンズ支持部５Ｓの内周面には、第２ホルダ傾斜面５２５が形成されている。第２ホルダ傾斜面５２５は、光軸方向において物体側に向かうにつれて内側に傾斜した傾斜面となっている。

ホルダ５には、レンズ４とイメージセンサ２の間の気体を退避させるための貫通孔５ｈ（２箇所）が形成されている。図２において、仮にレンズ４とイメージセンサ２に囲われたホルダ５内の空間が密閉された状態であると、高温環境下で内部の空気が膨張してレンズ４及び／又はイメージセンサ２に悪影響を及ぼす可能性がある。
図３に示すように、貫通孔５ｈは、第２ホルダ傾斜面５２５とホルダ５の外面を連通する。貫通孔５ｈの位置は、図３に示した位置に限定されない。例えば、像面側端部５２６の一部を切り欠くことで貫通孔を形成することもできる。

次に、レンズ４と絞り部材３とイメージセンサ２をホルダ５に収容（固定）するときの組立方法について、図２～図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）はレンズ４のフランジ部４Ｆの断面の一部を示し、図４（ｂ）はホルダ５の収容部５Ｃの断面の一部を示す。図４（ｃ）は、レンズ４のフランジ部４Ｆが収容部５Ｃに収容された状態を示す。

先ず、図３において、ホルダ５の収容部５Ｃに対して物体側からレンズ４を挿入して、ホルダ５のレンズ支持部５Ｓに載置すると、フランジ部４Ｆの第１平坦面４２１がホルダ５の第１当接面５２１に当接する。それによって、レンズ４の像面側の変位が規制される。この状態では、図４（ｃ）に示すように、フランジ部４Ｆのレンズ傾斜面４２２と、ホルダ５の第１ホルダ傾斜面５２２との間には、僅かな空隙Ｇ１が設けられる。限定しない例としては、レンズ傾斜面４２２又は第１ホルダ傾斜面５２２の法線方向の空隙Ｇ１が５～１５μｍ程度である。

レンズ傾斜面４２２の光軸Ａｘに対する傾斜角度θ１（図４（ａ）参照）と、第１ホルダ傾斜面５２２の光軸Ａｘに対する傾斜角度θ２（図４（ｂ）参照）とは、ともに０度から３０度の範囲内であることが好ましい。傾斜角度θ１又はθ２が３０度より大きくなると、ホルダ５の収容部５Ｃに対して物体側からレンズ４を挿入したときに、レンズ４がホルダ５の中心から偏心して配置される場合がある。
なお、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２は同じ値でなくても構わない。

次いで、レンズ４が挿入済みのホルダ５の収容部５Ｃに対して、物体側から絞り部材３を圧入する。絞り部材３の圧入は、絞り部材３の第２当接面３２３がレンズ４の第２平坦面４２３に当接するまで、絞り部材３の物体側主表面３１ｆを押圧することにより行われる。したがって、絞り部材３の圧入が完了した状態では、フランジ部４Ｆの第１平坦面４２１がホルダ５の第１当接面５２１に当接するとともに、フランジ部４Ｆの第２平坦面４２３が絞り部材３の第２当接面３２３に当接する。つまり、レンズ４は、像面側の第１平坦面４２１と物体側の第２平坦面４２３を介して、絞り部材３とホルダ５に挟持された状態で固定される。
圧入後、絞り部材３の面取り面３１ｃｆとホルダ５の内面５１の間に接着剤１０を充填して硬化させる。

次いで、接着剤を用いて、イメージセンサ２の結像面２ｓがホルダ５の像面側端部５２６に接するようにして、イメージセンサ２をホルダ５に取り付ける。ホルダ５の像面側端部５２６の外縁には段差５２７が形成されているため、いったんイメージセンサ２が像面側端部５２６に取り付けられた後は、光軸Ａｘに直交する平面上でイメージセンサ２が高い精度で位置決めされる。
以上説明したようにして、レンズ４、絞り部材３、および、イメージセンサ２がホルダ５に固定されると、図２に示したようにレンズユニット１が完成する。

レンズユニット１が完成した状態では、レンズ４の第１平坦面４２１からレンズ４の焦点面までの距離が、ホルダ５の第１当接面５２１からイメージセンサ２の結像面２ｓまでの距離５Ｓｈ（図２参照）と等しくなっている。言い換えれば、レンズ４の第１平坦面４２１がホルダ５の第１当接面５２１に当接した状態で、レンズ４の焦点面がイメージセンサ２の結像面２ｓと一致するように、像面側端部５２６を基準とした第１当接面５２１の光軸方向の高さが決定されている。そのため、本実施形態のレンズユニット１では、レンズの焦点合わせ機構は不要である。

次に、図５～図７を参照して、本実施形態のレンズユニット１の特徴点について、さらに詳しく説明する。図５～図７の各図とも、レンズ４のフランジ部４Ｆの周辺の部分の断面を拡大して示してある。
図５を参照すると、レンズ４のフランジ部４Ｆの第１平坦面４２１がホルダ５の第１当接面５２１に当接したときの当接面範囲Ｒ１が示される。当接面範囲Ｒ１は、図５において位置Ｐ１１と位置Ｐ１２により画定される範囲である。このとき、図４（ｃ）においても示したように、レンズ４のレンズ傾斜面４２２と、ホルダ５の第１ホルダ傾斜面５２２との間には、全周に亘って空隙Ｇ１（第１空隙の一例）が設けられている。

空隙Ｇ１を設けている理由は以下のとおりである。
先ず、仮に、レンズ傾斜面４２２と第１ホルダ傾斜面５２２の間に空隙がないとしたならば、各傾斜面の傾斜角度のばらつきによっては、組立時にレンズ４をホルダ５のレンズ支持部５Ｓに載置した状態で、レンズ傾斜面４２２が第１ホルダ傾斜面５２２に部分的に干渉する場合がある。この場合、第１平坦面４２１は光軸方向に直交する平面上から外れ、フランジ部４Ｆの第１平坦面４２１が第１当接面５２１に少なくとも部分的に当接しない状態が生じ得る。この状態では、レンズ４の所期の位置決めがなされていないため、焦点面のずれ等、レンズ性能に悪影響がある。
第１平坦面４２１が第１当接面５２１に少なくとも部分的に当接しない状態であっても、絞り部材３を圧入する際の像面側への押圧力によって、フランジ部４Ｆの第１平坦面４２１が当接面範囲Ｒ１において第１当接面５２１に当接することはあり得る。しかし、その場合には、レンズ４に大きな歪みが生じる可能性がある。
よって、レンズ４の焦点を正確に合わせつつ、レンズ４に歪みが生じないようにするために、空隙Ｇ１を設けている。

図５では、絞り部材３の像面側主表面３１ｒにおいて、レンズ４のフランジ部４Ｆの第２平坦面４２３と当接する第２当接面３２３の範囲として、当接面範囲Ｒ２が示される。当接面範囲Ｒ２は、図５において位置Ｐ２１と位置Ｐ２２により画定される範囲である。
本実施形態のレンズユニット１では、当接面範囲Ｒ２は、光軸方向から見て当接面範囲Ｒ１と重複する重複範囲ＲＯを有する。そのため、絞り部材３のホルダ５に対する圧入のために、絞り部材３の物体側主表面３１ｆから像面側に押圧すると、重複範囲ＲＯに光軸方向の力が加わり、第１平坦面４２１と第１当接面５２１の面接触、および、第２平坦面４２３と第２当接面３２３の面接触が確実になされた状態で、レンズ４が絞り部材３とホルダ５に挟持される。それにより、ホルダ５の収容部５Ｃ内で、所望の光学性能が得られる位置にレンズ４を配置することができる。重複範囲ＲＯにおいてレンズ４を絞り部材３とホルダ５の間で拘束するため、半田リフロー工程の前後でレンズ４の光学性能の基準となる位置が保たれる。
なお、絞り部材３の押圧中に上記面接触を確実に行う観点から、重複範囲ＲＯは、当接面範囲Ｒ１を基準として５０％以上であることが好ましい。

次に、図６を参照して、レンズ４のフランジ部４Ｆの周辺の部分において、室温時と半田リフロー工程での熱膨張時での各部の形状変化について説明する。

実施形態のレンズユニット１では、半田リフロー工程の高温環境に晒される前後でレンズ４に大きな応力が掛からないようにしている。高温環境下でレンズ４に大きな応力が掛かることでレンズ４が変形した場合、半田リフロー工程の後に、レンズ４が半田リフロー工程前の形状に復帰せず、所期の光学性能が得られないためである。
仮に、ホルダ５の線膨張係数がレンズ４より大きいとしたならば、高温環境下でのホルダ５の熱膨張によってレンズ４が物体側に押し上げるように作用し、レンズ４に大きな負荷が掛かる。そこで、ホルダ５の線膨張係数をレンズ４の線膨張係数よりも小さいものにすること好ましい（すなわち、レンズ４の線膨張係数＞ホルダ５の線膨張係数の関係）。ここで、レンズ４の材料として使用される透明樹脂材料は、例えば６０～１００×１０－６／Ｋ（６０～１００ｐｐｍ）等の線膨張係数が高い材料であるが、ホルダ５の材料としては、より低い線膨張係数の樹脂材料を使用することで上記関係が達成される。

図６では、室温時のレンズ４の外形を点線（図５のレンズ４の実線に相当）で示し、熱膨張時のレンズ４の外形を実線で示している。
本実施形態のレンズユニット１では、絞り部材３の一辺、および、レンズ４の径はそれぞれ数ｍｍであるのに対して、厚み１ｍｍ以下であることから、熱膨張時の形状変化の量（膨張量）は、厚み方向（つまり、光軸方向）と比較して横方向（つまり、光軸Ａｘに直交する方向）が支配的である。

図５に示したように、熱膨張前の状態では、レンズ４のフランジ部４Ｆの側壁面４ｔとホルダ５の内面５１の間で、全周に亘って空隙Ｇ２（第２空隙の一例）が設けられている。空隙Ｇ２は、レンズ４が熱膨張したときに、レンズ４の側壁面４ｔがホルダ５の内面５１に干渉して歪みが生ずることがないように設定される。干渉が生じないための空隙Ｇ２の横方向の大きさは、レンズ４とホルダ５に使用される樹脂材量によるが、例えば、光軸方向から見て、空隙Ｇ２は、レンズ４の外径の５～１０％の範囲内であることが好ましい。空隙Ｇ２がレンズ４の外径の５％以上あればレンズ４とホルダ５の干渉が生じず、１０％以下であればレンズユニット１全体を小型化できる点で好ましい。

なお、レンズ４の熱膨張量がホルダ５の熱膨張量より大きい場合、図６に示すように、空隙Ｇ１（レンズ傾斜面４２２と第１ホルダ傾斜面５２２の間の空隙；図５参照）は、室温の場合よりも高温環境下においてさらに拡大することから、高温環境下でレンズ４のレンズ傾斜面４２２に応力は生じない。

図５に示したように、本実施形態のレンズユニット１では、レンズ４を絞り部材３とホルダ５で挟持する重複範囲ＲＯが、レンズ４のフランジ部４Ｆのうち光軸Ａｘに近い側（つまり、内側）に設けられている。このことは、高温環境下において絞り部材３がホルダ５から外れ難くする点で有利である。その理由は、以下のとおりである。
本実施形態のレンズユニット１では、レンズ４は、図５の重複範囲ＲＯにおいて絞り部材３とホルダ５に挟持されて拘束されるが、それ以外の部分は自由な状態にある。また、絞り部材３は、その周囲に亘ってホルダ５に圧入されることで拘束されているが、圧入されている位置以外の部分は自由な状態にある。ここで、図５に示すように、レンズユニット１では、レンズ４の第１平坦面４２１および第２平坦面４２３のうち重複範囲ＲＯに相当する位置（拘束位置）と、絞り部材３とホルダ５の圧入位置（拘束位置）とが、比較的離れている。そのため、レンズ４および絞り部材３の熱膨張による変形が、比較的離れた２点の拘束位置の間で生じる（つまり、変形がその間で吸収される）ことから、絞り部材３とホルダ５の圧入位置に大きな負荷が掛からない構造となっている。

ホルダ５の線膨張係数をレンズ４の線膨張係数よりも低くする場合であっても、ホルダ５とレンズ４の線膨張係数の差は８０ｐｐｍ以下であることが好ましい。ホルダ５とレンズ４の線膨張係数の差が８０ｐｐｍより大きい場合には、ホルダ５とレンズ４の高温環境下での膨張量の差が大きく、レンズ４に歪みが生じやすくなるためである。
他方、前述したように、レンズ４および絞り部材３の熱膨張による変形が２点の拘束位置の間で生じ、その間は、レンズ４と絞り部材３は自由な状態である。そのため、レンズ４と絞り部材３の高温環境下での熱膨張量の差は少ないことが好ましい。レンズ４と絞り部材３の熱膨張量の差を少なくすることで、高温環境下では両者が少しずつ変形し、その後の室温下では両者が元の位置に戻りやすくなる。例えば、レンズ４と絞り部材３の線膨張係数の差は１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。

図５に示すように、本実施形態のレンズユニット１では、レンズ４のフランジ部４Ｆの第２平坦面４２３が、絞り部材３の像面側主表面３１ｒの一部である第２当接面３２３と当接する構造となっている。すなわち、フランジ部４Ｆの物体側には傾斜面を設けていないため、レンズユニット１の高さ（つまり、光軸方向の長さ）を低くすることができ、レンズユニット１をより小型にすることができる。

図７に示すように、本実施形態のレンズユニット１では、第１ホルダ傾斜面５２２の外側において、ホルダ５とレンズ４は、光軸方向の空隙Ｇ３（第３空隙の一例）が設けられていることが好ましい。より具体的には、レンズ４のフランジ部４Ｆの像面側端面４２４と、ホルダ５のフランジ部収容底面５２４との間には、空隙Ｇ３が設けられていることが好ましい。
空隙Ｇ３を設けることが好ましい理由は、以下のとおりである。

前述したように、絞り部材３は、ホルダ５の内面５１に圧入されるとともに、絞り部材３の面取り面３１ｃｆ（図３参照）とホルダ５の内面５１とが接着剤１０により固定される。このとき、接着剤１０よりも像面側において絞り部材３がホルダ５に圧入されているため、接着剤１０がレンズ４側に侵入することは通常はない。しかし、仮に接着剤１０がレンズ４側に侵入した場合であっても、レンズ４の曲面部４Ｒの光学機能の影響を与えることがないようにするために、空隙Ｇ３を設けている。
図７では、接着剤１０がレンズ４側に侵入した場合を示しているが、このような場合であっても空隙Ｇ３が設けられているため、接着剤１０が空隙Ｇ３に収容されて、曲面部４Ｒの湾曲面４１ｓまで到達することはない。ここで、仮に空隙Ｇ３がないとしたならば、レンズ４側に侵入してきた接着剤１０が毛細管現象によりレンズ４とホルダ５の間から接着剤１０が曲面部４Ｒに到達する可能性がある。このような可能性が排除するために、空隙Ｇ３を設けることが好ましい。

以上、本実施形態のレンズユニット１について詳述したが、レンズユニット１の主要な特徴をまとめると、以下のとおりである。
（１）本実施形態のレンズユニット１では、レンズ４の第１平坦面４２１がホルダ５の第１当接面５２１に当接した状態で、レンズ４の焦点面がイメージセンサ２の結像面２ｓと一致するように、像面側端部５２６を基準とした第１当接面５２１の光軸方向の高さが決定されている。そのため、レンズの焦点合わせ機構が不要であり、レンズユニット１を小型とすることができる。

（２）本実施形態のレンズユニット１では、図５に示したように、当接面範囲Ｒ２が光軸方向から見て当接面範囲Ｒ１と重複する重複範囲ＲＯを有するとともに、フランジ部４Ｆのレンズ傾斜面４２２とホルダ５の第１ホルダ傾斜面５２２の間に空隙Ｇ１が形成される。そのため、絞り部材３をホルダ５に圧入するときには、重複範囲ＲＯに光軸方向の力が加わり、第１平坦面４２１と第１当接面５２１の面接触、および、第２平坦面４２３と第２当接面３２３の面接触が確実になされた状態で、レンズ４が絞り部材３とホルダ５に挟持される。そのため、レンズユニット１の製造完成時点において、レンズ４の焦点面がイメージセンサ２の結像面２ｓと正確に一致し、所望の光学性能が得ることができる。
また、本実施形態のレンズユニット１では、重複範囲ＲＯにおいてレンズ４が絞り部材３とホルダ５によって挟持されているため、温度環境に関わらず焦点面が変化し難い構造である。

（３）本実施形態のレンズユニット１を半田リフロー工程により電子機器の回路基板上に固定する場合、レンズユニット１は高温環境下に晒される。高温環境下ではレンズユニット１の各部が熱膨張するが、膨張量が支配的な横方向において、レンズ４のフランジ部４Ｆの側壁面４ｔと、ホルダ５の内面５１の間に空隙Ｇ２が形成されているため、レンズ４の側壁面４ｔがホルダ５の内面５１に干渉しない。
レンズ４は、重複範囲ＲＯ（図５参照）において絞り部材３とホルダ５により拘束されているため、高温環境下ではレンズ４が特に横方向に膨張することにより、重複範囲ＲＯを支点としてホルダ５の収容部５Ｃが外側に反るようにして変形する。このとき、レンズ４は自由状態であり、絞り部材３はホルダ５との圧入位置で拘束されているに過ぎないため、レンズ４と弾性体である絞り部材３は比較的自由に移動可能な状態にある。そのため、高温環境下での各部に掛かる応力は高くないことから、高温環境下から室温に復帰したときには、レンズユニット１の各部は組立時の元の位置に戻り、歪みが生じない。

次に、図８および図９を参照して、第２の実施形態のレンズユニットについて説明する。
図８は、第２の実施形態のレンズユニット１Ａの断面図であり、図２と同様に、レンズユニット１Ａを、光軸Ａｘを含む面で切断したときの断面を示している。なお、レンズユニット１と同一の構成要素については同一の符号を付している。
本実施形態のレンズユニット１Ａのレンズ４Ａは、第１の実施形態のレンズ４と異なり、曲面部４Ｒａが物体側に対して凹面を有する構造となっている。
本実施形態のレンズユニット１Ａのレンズ４Ａ、ホルダ５Ａ、および、イメージセンサ２のホルダ５Ａに対する取り付け方法は、第１の実施形態のレンズユニット１と同じである。すなわち、レンズ４Ａは、光軸Ａｘに沿って絞り部材３とホルダ５Ａに挟持された状態となっている。
図８には、レンズ４Ａのフランジ部４Ｆａの像面側平坦面がホルダ５Ａの当接面に当接したときの当接面範囲Ｒ１（位置Ｐ１１と位置Ｐ１２により画定される範囲）と、レンズ４Ａのフランジ部４Ｆａの物体側平坦面が絞り部材３の当接面に当接したときの当接面範囲Ｒ２（位置Ｐ２１と位置Ｐ２２により画定される範囲）とが示される。レンズユニット１Ａでは、当接面範囲Ｒ２が当接面範囲Ｒ１に対して完全に重複した状態となっている。そのため、絞り部材３を圧入するときの平坦面と当接面同士の面接触が確実になされた状態で、レンズ４Ａが絞り部材３とホルダ５Ａに挟持される。それにより、ホルダ５Ａの収容部内で、所望の光学性能が得られる位置にレンズ４Ａを配置することができる。

次に、第２の実施形態の変形例に係るレンズユニット１Ｂについて、図９を参照して説明する。
図９は、第２の実施形態の変形例に係るレンズユニット１Ｂの断面図であり、図２と同様に、レンズユニット１Ｂを、光軸Ａｘを含む面で切断したときの断面を示している。
この変形例のレンズユニット１Ｂがレンズユニット１Ａ（図８参照）と異なるのは、レンズ形状である。レンズユニット１Ｂのレンズ４Ｂのフランジ部４Ｆｂは、フランジ部４Ｆａと比較して、物体側の面において外側に窪み４２５が形成され、それによってフランジ部４Ｆｂと絞り部材３との間に空隙Ｇ４（第４空隙の一例）が設けられている。空隙Ｇ４を設けることで、レンズ４の物体側への移動自由度が高くなるため、高温環境下においてレンズ４Ｂに生ずる応力を低下させることができる。
レンズユニット１Ｂでは、空隙Ｇ４を設けることに伴って図８のレンズユニット１Ａよりも当接面範囲Ｒ２が狭まっている。このとき、前述したように、重複範囲ＲＯは、当接面範囲Ｒ１を基準として５０％以上であることが好ましい。

図９に示す例では、レンズ４Ｂのフランジ部４Ｆｂに窪み４２５を形成することで空隙Ｇ４を設けているが、その限りではない。フランジ部４Ｆｂの物体側の表面を平坦面とする代わりに、絞り部材３の像面側主表面に窪みを形成することで空隙Ｇ４を設けてもよい。あるいは、フランジ部４Ｆｂの物体側の表面、および、絞り部材３の像面側主表面の両方に窪みを形成することで空隙Ｇ４を設けてもよい。

図９では、フランジ部４Ｆｂの物体側の表面に段差を付けることで空隙Ｇ４を設ける例を示したが、その限りではない。すなわち、フランジ部４Ｆｂに形成する窪みは、空隙Ｇ４が設けられる限り如何なる形状でもよく、例えば、テーパ形状であってもよいし、湾曲形状であってもよい。絞り部材３の像面側主表面に窪みを形成する場合も同様である。

以上、本発明のレンズユニットの実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。
例えば、第２の実施形態の変形例で述べた技術的特徴（つまり、レンズのフランジ部の物体側の表面、及び／又は、絞り部材の像面側主表面に窪みを形成すること）は、第１の実施形態のレンズユニット１に適用することができる。

上述した実施形態のレンズユニット１は直方体形状であるが、本発明は、如何なる外形形状のレンズユニットに対しても適用することができる。例えば、レンズユニットの外形形状を実質的に円筒形状とすることもできる。

１，１Ａ，１Ｂ…レンズユニット
２…イメージセンサ
２ｓ…結像面
３…絞り部材
３Ｈ…開口
３１ｆ…物体側主表面
３１ｒ…像面側主表面
３１ｃｆ，３１ｃｒ…面取り面
３１ｔ…側壁面
３２２…テーパ面
３２３…第２当接面
４，４Ａ，４Ｂ…レンズ
４ｔ…側壁面
４Ｒ，４Ｒａ…曲面部
４１ｓ…湾曲面
４Ｆ…フランジ部
４２１…第１平坦面
４２２…レンズ傾斜面
４２３…第２平坦面
４２４…像面側端面
４２５…窪み
５，５Ａ…ホルダ
５Ｃ…収容部
５Ｓ…レンズ支持部
５ｈ…貫通孔
５１…内面
５２０…物体側端部
５２１…第１当接面
５２２…第１ホルダ傾斜面
５２４…フランジ部収容底面
５２５…第２ホルダ傾斜面
５２６…像面側端部
５２７…段差
１０…接着剤
Ａｘ…光軸
Ｇ１～Ｇ４…空隙
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２…位置
Ｒ１，Ｒ２…当接面範囲
ＲＯ…重複範囲

Claims (9)

1. イメージセンサと、硬化性樹脂で形成されたレンズ、弾性体で形成された絞り部材、および、中空構造のホルダと、を備えたレンズユニットであって、
   前記ホルダには、光軸に沿った一方の側の第１端から前記絞り部材と前記レンズがこの順に配置され、光軸に沿った他方の側の第２端に前記イメージセンサが配置され、
   前記レンズは、中央に形成された曲面部と、曲面部の外側に形成されたフランジ部と、を有し、
   前記フランジ部は、
   光軸に直交し、前記イメージセンサ側に形成される第１平坦面と、
   光軸に直交し、前記絞り部材側に形成される第２平坦面と、
   第１平坦面よりも外側に形成され、第１平坦面から前記イメージセンサの側に傾斜したレンズ傾斜面と、を有し、
   前記ホルダは、前記レンズの第１平坦面と当接する第１当接面と、第１当接面よりも外側に形成され、第１当接面から前記イメージセンサの側に傾斜したホルダ傾斜面と、を有し、
   前記絞り部材は、前記レンズの第２平坦面と当接する第２当接面を有し、
   第２当接面の範囲は、光軸方向から見て第１当接面の範囲と重複する重複範囲を有し、
   前記レンズの第１平坦面から前記レンズの焦点面までの距離と、前記ホルダの第１当接面から前記イメージセンサの結像面までの距離とが等しく、
   前記ホルダ傾斜面と前記レンズ傾斜面との間には全周に亘って第１空隙が設けられ、
   前記レンズの外周面と前記ホルダの内面との間には全周に亘って第２空隙が設けられている、
   レンズユニット。
2. 光軸を含む断面において、前記レンズ傾斜面および前記ホルダ傾斜面の光軸に対する傾斜角度は、０度から３０度の範囲内である、
   請求項１に記載されたレンズユニット。
3. 光軸方向から見て、前記第２空隙は、前記レンズの外径の５～１０％の範囲内である、
   請求項１又は２に記載されたレンズユニット。
4. 前記レンズの線膨張係数は、前記ホルダの線膨張係数よりも大きい、
   請求項１から３のいずれか一項に記載されたレンズユニット。
5. 前記絞り部材は、外側の周縁に設けられた接着剤によって前記ホルダの内面に固定され、
   前記ホルダ傾斜面の外側において、前記ホルダと前記レンズは、光軸方向の第３空隙が設けられている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載されたレンズユニット。
6. 前記重複範囲よりも外側において、光軸方向で前記フランジ部と前記絞り部材との間に第４空隙が設けられている、
   請求項１から５のいずれか一項に記載されたレンズユニット。
7. 前記ホルダの第２端には、前記イメージセンサを位置決めするための段差が形成されている、
   請求項１から６のいずれか一項に記載されたレンズユニット。
8. 前記レンズの曲面部は、非球面を有する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載されたレンズユニット。
9. 前記ホルダには、前記レンズと前記イメージセンサの間の気体を退避させるための貫通孔が形成されている、
   請求項１から８のいずれか一項に記載されたレンズユニット。

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