JP2008304642A - レンズユニット、撮像装置及び画像処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】高温時に赤外線レンズが鏡筒内で移動することを防止し、光学性能が低下を抑制することができるレンズユニットを提供する。
【解決手段】鏡筒１に挿嵌された複数の第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３と、夫々の赤外線レンズ２１，２２，２３間に配された第１及び第２スペーサ３１，３２と、反撮像素子側の第３赤外線レンズを押圧して各赤外線レンズ２１，２２，２３を鏡筒１に固定するレンズ押さえ部材４とを備えるレンズユニットＡにおいて、温度変化によって各赤外線レンズ２１，２２，２３、第１及び第２スペーサ３１，３３間に間隙が生じないように熱膨張するガタ防止部材５を第１赤外線レンズ２１と、鏡筒１の端部に形成された段部１１との間に配する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のレンズ及びスペーサを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニット、該レンズユニットを備えた撮像装置及び画像処理システムに関する。

自動車に搭載された遠赤外線撮像装置にて車両周辺を撮像し、衝突のおそれがある障害物、例えば歩行者、動物等を検出した場合、警報を発して運転車に注意を促す運転支援システムが実用化されている。遠赤外線撮像装置は、遠赤外線を集光するレンズユニット及び撮像部から構成されている。

図９は、従来のレンズユニットを模式的に示す側断面図である。従来のレンズユニットは、鏡筒３０１、該鏡筒３０１に挿嵌された赤外線レンズ３２１，３２２，３２３、夫々の赤外線レンズ３２１，３２２，３２３間に配されたスペーサ３３１，３３２、及びレンズ押さえ部材３０４を備えている。赤外線レンズ３２１は鏡筒３０１の一端側内周面に設けられた段状の押圧部３１１によって他端側に押圧され、レンズ押さえ部材３０４が赤外線レンズ３２３を光軸方向他端側に押圧することによって、各赤外線レンズ３２１，３２２，３２３は鏡筒３０１内に固定されている。鏡筒３０１及びスペーサ３３１，３３２は、例えばアルミニウム製であり、赤外線レンズ３２１，３２２，３２３は硫化亜鉛である。
特開平１０−０６８８５９号公報

しかしながら、従来の遠赤外線撮像装置においては、アルミニウムの線膨張係数が２３．１×１０^-6（１／Ｋ）、硫化亜鉛の線膨張係数が６．５×１０^-6（１／Ｋ）と異なるため、レンズユニット周辺の温度が変化した場合、鏡筒３０１及び赤外線レンズ３２１，３２２，３２３の熱膨張量に差が生じ、赤外線レンズ３２１，３２２，３２３が鏡筒３０１内で動いてしまうことがある。赤外線レンズ３２１，３２２，３２３が光軸方向又は径方向に移動すると、光学性能が低下し、障害物の検出精度が低下する虞がある。
特に、車載用の遠赤外線撮像装置は厳しい温度条件にさらされ、車両からの震動を受けるため、上述の問題が顕在化する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、温度変化時にレンズが鏡筒内で移動することを防止し、光学性能の低下を抑えることができるレンズユニット、該レンズユニットを備えた撮像装置及び画像処理システムを提供することを目的とする。

第１発明に係るレンズユニットは、鏡筒に挿嵌された複数のレンズと、夫々のレンズ間に配されたスペーサと、前記鏡筒に設けられており、光軸方向一端側のレンズを他端側に押圧する押圧部と、光軸方向他端側のレンズを前記一端側に押圧して各レンズ及びスペーサを鏡筒に固定するレンズ押さえ部材とを備えるレンズユニットにおいて、前記押圧部及びレンズ間、又は前記レンズ押さえ部材及びレンズ間に配されたガタ防止部材を備え、前記レンズ及び／又はスペーサの線膨張係数は前記鏡筒の線膨張係数に比べて小さく、前記ガタ防止部材の線膨張係数は前記鏡筒の線膨張係数に比べて大きいことを特徴とする。

第２発明に係るレンズユニットは、ΣＤ_Li×α_Li＋ΣＤ_Sj×α_Sj＋Ｄ×α≧（ΣＤ_Li＋ΣＤ_Sj＋Ｄ）×α_cを満たすことを特徴とする。但し、Ｄ_Li：光軸方向における各レンズの幅、α_Li：各レンズの線膨張係数、Ｄ_Sj：光軸方向における各スペーサの幅、α_Sj：各スペーサの線膨張係数、Ｄ：光軸方向における前記ガタ防止部材の幅、α：前記ガタ防止部材の線膨張係数、α_c ：前記鏡筒の線膨張係数を示し、Σはｉ，ｊに関する総和を示す。

第３発明に係るレンズユニットは、前記レンズは平坦な鍔部を備え、該鍔部に前記ガタ防止部材が当接していることを特徴とする。

第４発明に係るレンズユニットは、前記鏡筒は、撮像部を有する基台に固定されるべき固定部を端部に備え、前記ガタ防止部材は、反端部側のレンズに当接していることを特徴とする。

第５発明に係るレンズユニットは、前記レンズは、赤外線透過性の硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、又はシリコンを含み前記鏡筒及びスペーサはアルミニウム又は真鍮であり、前記ガタ防止部材は、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、又はポリエーテルイミドであることを特徴とする。

第６発明に係る撮像装置は、第１発明乃至第５発明のいずれか一つのレンズユニットと、前記レンズにて結像した像を撮像する撮像部とを備えることを特徴とする。

第７発明に係る画像処理システムは、第１発明乃至第５発明のいずれか一つのレンズユニットと、前記レンズにて結像した像を撮像する撮像部と該撮像部が撮像して得た画像データに基づいて物体を検出する画像処理部とを備えることを特徴とする。

第１、第６及び第７発明にあっては、鏡筒に複数のレンズがスペーサを介して嵌挿され、レンズ押さえ部材によって固定されている。レンズ又はスペーサの少なくともいずれか一方の線膨張係数は鏡筒の線膨張係数よりも小さいため、温度上昇時の光軸方向における鏡筒の膨張量は、レンズ及びスペーサの膨張量に比べて大きい。つまり、レンズの線膨張係数が鏡筒の線膨張係数より小さい場合、又はスペーサの線膨張係数が鏡筒の線膨張係数より小さい場合、温度上昇時の光軸方向における鏡筒の膨張量は、レンズ及びスペーサの膨張量に比べて大きい。レンズ及びスペーサの線膨張係数が鏡筒の線膨張係数に比べて小さい場合も同様である。一方、押圧部とレンズとの間、又はレンズ押さえ部材とレンズとの間には、線膨張係数が鏡筒に比べて大きいガタ防止部材が配されているため、温度が上昇した場合、ガタ防止部材は、レンズ及びスペーサ間に生ずる間隙を埋めるように熱膨張する。従って、レンズ及びスペーサ間に間隙が生じて、レンズが鏡筒内で移動することはなく、レンズユニットの光学性能を確保することができる。
また、前記レンズユニットと、撮像部とを備えた撮像装置にあっては、温度が変化するような場合であっても、光学性能を確保することができ、より鮮明な画像を得ることができる。
更に、前記レンズユニットと、撮像部と、撮像部が撮像して得た画像に基づいて物体を検出する画像処理部とを備えた画像処理システムにあっては、温度が変化するような場合であっても、鮮明な画像から物体を精度良く検出することができる。
なお、「レンズ及び／又はスペーサ」は、レンズ、スペーサ、又はレンズ及びスペーサ」を意味している。つまり、レンズの線膨張係数のみが鏡筒の線膨張係数に比べて小さい場合と、スペーサの線膨張係数のみが鏡筒の線膨張係数に比べて小さい場合と、レンズ及びスペーサ夫々の線膨張係数が鏡筒の線膨張係数に比べて小さい場合とが第１発明に含まれる。

第２、第６及び第７発明にあっては、光軸方向におけるレンズ、スペーサ及びガタ防止部材の膨張量と、鏡筒の光軸方向における膨張量とが一致する。あるいは、光軸方向におけるレンズ、スペーサ及びガタ防止部材の膨張量が、鏡筒の光軸方向における膨張量より大きい。従って、レンズ及びスペーサ間に間隙が生じて、光学性能が低下することはない。
なお、スペーサの数は複数である必要はなく、一つのスペーサを備えるように構成しても良い。また、レンズの幅は、レンズの周縁部分であって、スペーサ、ガタ防止部材又はレンズ押さえ部材が当接している部分を意味している。

第３、第６及び第７発明にあっては、ガタ防止部材はレンズの鍔部に当接して、レンズを押圧するため、レンズの変形によって光学性能が低下することはない。また、平坦な鍔部にガタ防止部材が当接するため、レンズ及びスペーサは効果的に押圧固定される。

第４、第６及び第７発明にあっては、撮像部を有する基台に対して反対側に位置するレンズと押圧部又はレンズ押さえ部材との間にガタ防止部材が配されている。従って、撮像部側にガタ防止部材を配する場合に比べて、温度変化によるレンズと撮像部との距離変化は小さく、光学性能の低下はより効果的に抑えられる。

第５、第６及び第７発明にあっては、レンズは硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、又はシリコンを含み、赤外線を透過する。従って、赤外線の像を結像させることができる。撮像装置にあっては、赤外線にて撮像された画像を得ることができ、画像処理システムにあっては、赤外線にて撮像された画像から物体を検出することができる。
一方、鏡筒及びスペーサはアルミニウム又は真鍮であり、ガタ防止部材は、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、又はポリエーテルイミドである。アルミニウムは加工が容易であるため、鏡筒及びスペーサをアルミニウムで構成した場合、レンズユニットの製造が容易になる。真鍮は線膨張係数が小さいため、熱膨張による光学性能の低下を抑えることができる。ガタ防止部材を構成するポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、又はポリエーテルイミドは、鏡筒を構成するアルミニウム又は真鍮等に比べて線膨張係数が大きいため、効果的に間隙の発生を防止し、光学性能の低下を防止することができる。言い換えれば、薄いガタ防止部材にて光学性能の低下を抑えることができる。

本発明によれば、押圧部及びレンズ間、又はレンズ押さえ部材及びレンズ間にガタ防止部材を配することにより、温度変化時にレンズが鏡筒内で移動することを防止し、光学性能の低下を抑えることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るレンズユニットＡを模式的に示す側断面図、図２はレンズユニットＡの分解斜視図である。本発明の実施の形態１に係るレンズユニットＡは、鏡筒１、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３、第１及び第２スペーサ３１，３２、レンズ押さえ部材４、及び円環板状のガタ防止部材５を備えており、鏡筒１にガタ防止部材５、第１赤外線レンズ２１、第１スペーサ３１、第２赤外線レンズ２２、第２スペーサ３２、第３赤外線レンズ２３が順次挿嵌され、レンズ押さえ部材４にて固定されている。
第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３は、硫化亜鉛原料粉末をホットプレス法にて焼結してなる焼結体であり、８〜１２μｍ帯の赤外線に対して透過性を有している。第１赤外線レンズ２１は正面側に凸面を有するメニスカスレンズ、第２赤外線レンズ２２は背面側に凸面を有するメニスカスレンズ、第３赤外線レンズ２３は、正面側に凸面を有するメニスカスレンズである。なお、正面側は図１中左側を、背面側は図１中右側を示している。また第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３は、正面視又は背面視が環状の鍔部２１ａ，２２ａ，２３ａを外周に備えている。鍔部２１ａ，２２ａ，２３ａは、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を鏡筒１内の所定箇所に保持するためのものである。

第３赤外線レンズ２３の正面側の面は、図示しない中間層及びＤＬＣ膜にて被覆されている。ＤＬＣ膜を形成することにより、第３赤外線レンズ２３の耐環境性を向上させることができる。また、保護板、保護網等の部品を削減することができる。
ＤＬＣ膜は、ダイヤモンドに類似した構造を有するアモルファスの炭素薄膜である。ＤＬＣ膜は、表面硬度がヌープ硬度で２０００以上であり、化学的に安定で、可視から赤外域まで優れた透過性を有している。また、ＤＬＣ膜は、膜厚が０．２μｍ以上２０μｍ以下であり、屈折率は２．０〜２．４である。なお、ＤＬＣ膜の膜厚は、赤外線透過率を考慮すると、２μｍ以下とすることが好ましい。
中間層は、ＤＬＣ膜と第３赤外線レンズ２３との密着力を増加させるものである。中間層は、例えば、酸化イットリウムＹ₂ Ｏ₃ 、酸化アルミニウムＡｌ₂ Ｏ₃ 、酸化チタンＴｉＯ₃ 等の酸化物、フッ化マグネシウムＭｇＦ₂ 、フッ化イットリウムＹＦ₃ 、フッ化ランタンＬａＦ₃ 、フッ化ゲルマニウムＧｅＦ₃ 等のフッ化物、ゲルマニウムＧｅ、珪素Ｓｉ、リン化ガリウムＧａＰ、リン化ホウ素ＢＰ等であり、膜厚は０．０２μｍ以上２５μｍ以下である。該中間層は、ＤＬＣ膜及び赤外線レンズ２との密着性に優れている。なお、中間層の膜厚は、赤外線透過率を考慮すると、０．２μｍ以下とすることが好ましい。
ＤＬＣ膜及び中間層は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等によって成膜される。

なお、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の材質として硫化亜鉛を例示したが、赤外線透過性の他の材質、例えばセレン化亜鉛、ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、又はシリコンにて第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を形成するように構成しても良い。

鏡筒１は略円筒状のアルミニウム製であり、背面側端部の内周面に段部１１（押圧部）が形成されている。第１赤外線レンズ２１はガタ防止部材５を介して段部１１に係止し、段部１１は第１赤外線レンズ２１を正面側へ押圧している。より詳細には、段部１１は、背面側端部から正面側にかけて内径が大きくなった階段状部分であり、段部１１の内周面部分１１ａは、内径が鍔部２１ａの外径と略等しくなるように形成されている。従って、第１赤外線レンズ２１が鏡筒１に挿入されて、内周面部分１１ａに第１赤外線レンズ２１の鍔部２１ａが内嵌した場合、径方向の位置が正確に位置決めされる。そして、第１赤外線レンズ２１が更に背面側に挿入されると、鍔部２１ａが段部１２に当接して、光軸Ｌ方向についても位置決めされる。
なお、鏡筒１の材質としてアルミニウムを例示したが、真鍮にて鏡筒１を形成しても良い。アルミニウムは真鍮に比べて加工が容易であり、レンズユニットＡのコストを抑えることができる。一方、真鍮はアルミニウムに比べて線膨張係数が小さいため、膨張量を調整するガタ防止部材５を薄くすることができる。

ガタ防止部材５は、正面視が第１赤外線レンズ２１の鍔部２１ａと略同形の円環板状をなし、第１赤外線レンズ２１と段部１１との間に配されている。ガタ防止部材５は、例えばポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド等の樹脂からなり、レンズユニットＡの温度が上昇して熱膨張した際に、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３と、第１及び第２スペーサ３１，３２との間に間隙が生じないように熱膨張してガタを防止することができる線膨張係数及び寸法を有している。

また、鏡筒１は、段部１１よりも正面側内周面の適宜箇所に段部１２及び段部１３がこの順で形成されており、第１スペーサ３１が段部１２及び段部１３に保持されている。段部１２及び段部１３は、背面側から正面側にかけて更に内径が大きく広がった階段状部分である。第１スペーサ３１は、段部１２及び段部１３に内嵌するように拡径した外径を有する筒状であり、例えばアルミニウムにて形成されている。第１スペーサ３１の背面側端部は第１赤外線レンズ２１の鍔部２１ａに当接し、正面側端部は鏡筒１に挿入された第２赤外線レンズ２２の鍔部２２ａに当接しており、第１赤外線レンズ２１及び第２赤外線レンズ２２は、光軸Ｌ方向で位置決めされている。

段部１３の内周面部分１３ａの内径は、第２赤外線レンズ２２を構成する鍔部２２ａの外径と略等しくなるように形成されている。なお、寸法精度は第２赤外線レンズ２２と同様である。従って、第２赤外線レンズ２２が鏡筒１に挿入されて、内周面部分１３ａに第２赤外線レンズ２２の鍔部２２ａが内嵌した場合、径方向の位置が正確に位置決めされる。

第２赤外線レンズ２２の正面側には筒状の第２スペーサ３２が内嵌しており、更にその正面側には第３赤外線レンズ２３が内嵌している。第２スペーサ３２及び鍔部２３ｂの外径は、内周面部分１３ａの内径と略等しい。第２スペーサ３２は、アルミニウムにて形成されている。
なお、第１及び第２スペーサ３１，３２の材質としてアルミニウムを例示したが、真鍮にて第１及び第２スペーサ３１，３２を形成するようにしても良い。アルミニウムは真鍮に比べて加工が容易であり、レンズユニットＡのコストを抑えることができる。一方、真鍮はアルミニウムに比べて線膨張係数が小さいため、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の光軸Ｌ方向の位置変化を抑えることができる。

レンズ押さえ部材４は、鏡筒１の正面側端部の内周面に螺刻された雌ねじ１ａに螺合する雄ねじ４ａを外周面に有している。レンズ押さえ部材４は、鏡筒１の正面側先端部に螺合して、第３赤外線レンズ２３に当接し、第３赤外線レンズ２３を背面側へ押圧する。これにより、第３赤外線レンズ２３は光軸Ｌ方向で位置決めされている。

また、鏡筒１の背面側端部には、撮像部６１を有する基台７に固定するための固定部１ｂが形成されており（図５参照）、固定部１ｂの外周面には雄ねじが形成されている。

図３は、レンズユニットＡの一部を模式的に示す側断面図である。第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３、第１及び第２スペーサ３１，３２、ガタ防止部材５並びに鏡筒１の光軸Ｌ方向の寸法、線膨張係数は、次式（１）で表される関係を満たしている。
ΣＤ_Li×α_Li＋ΣＤ_Sj×α_Sj＋Ｄ×α＝（ΣＤ_Li＋ΣＤ_Sj＋Ｄ）×α_c …（１）

但し、添え字のｉ（ｉ＝１，２，３）は、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を夫々示しており、添え字のｊ（ｊ＝１，２）は、第１及び第２スペーサ３１，３２を夫々示している。また、図３に示すように、Ｄは、ガタ防止部材５の光軸Ｌ方向の幅、Ｄ_Liは、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の光軸Ｌ方向の幅、特に鍔部２１ａ，２２ａ，２３ａの幅、Ｄ_Sjは、第１及び第２スペーサ３１，３２の光軸Ｌ方向の幅である。更に、αは、ガタ防止部材５の線膨張係数、α_L1＝α_L2＝α_L3は第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の線膨張係数、α_S1＝α_S2は、第１及び第２スペーサ３１，３２の線膨張係数、α_c は鏡筒１の線膨張係数である。
なお、ポリカーボネートからなるガタ防止部材５の線膨張係数αは、６８×１０^-6（１／Ｋ）、硫化亜鉛からなる第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の線膨張係数α_L1＝α_L2＝α_L3は６．５×１０^-6（１／Ｋ）、アルミニウムからなる第１乃至第２スペーサ３２並びに鏡筒１の線膨張係数α_S1＝α_S2＝α_c は２３．１×１０^-6（１／Ｋ）である。

例えば、Ｄ_L1＝Ｄ_L2＝Ｄ_L3＝４（ｍｍ）である場合、式（１）は、４×３×６．５×１０^-6＋Ｄ×６８×１０^-6＝（４×３＋Ｄ）×２３．１×１０^-6と表され、ガタ防止部材５の幅Ｄは、４×３×（２３．１−６．５）／（６８−２３．１）＝４．４（ｍｍ）になる。

上記式（１）の関係を満たすように材質及び寸法を選択した場合、レンズユニットＡの温度が上昇しても第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３、第１及び第２スペーサ３１，３２に間隙は生じない。

なお、第１及び第２スペーサ３１，３２、鏡筒１をアルミニウム、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を硫化亜鉛、ガタ防止部材５をポリカーボネートにて構成した場合のＤの値を例示したが、他の材質で構成した場合も同様にして式（１）を満たすようにガタ防止部材５の材質及び厚みを選択すれば良い。
また、一例として式（１）を例示したが、ΣＤ_Li×α_Li＋ΣＤ_Sj×α_Sj＋Ｄ×α＞（ΣＤ_Li＋ΣＤ_Sj＋Ｄ）×α_cを満たすように構成しても良い。

例えば、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を形成し得るセレン化亜鉛の線膨張係数は７．１×１０^-6（１／Ｋ）、ゲルマニウムの線膨張係数は６．１（１／Ｋ）、カルコゲナイドガラスの線膨張係数は０．２８×１０^-6（１／Ｋ）であり、鏡筒１、第１及び第２スペーサ３１，３２を形成し得る真鍮の線膨張係数は１９×１０^-6（１／Ｋ）である。また、ガタ防止部材５をポリエーテルイミドにて形成しても良い。ポリエーテルイミドの線膨張係数は５６×１０^-6（１／Ｋ）であり、アルミニウム等の金属に比べて大きな値である。

第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３をゲルマニウムにて形成し、他の材質及び寸法を上記同様に設定した場合、上記式（１）を満たすガタ防止部材５の幅Ｄは、４×３×（２３．１−６．１）／（６８−２３．１）＝４．５（ｍｍ）、セレン化亜鉛にて形成した場合、４×３×（２３．１−７．１）／（６８−２３．１）＝４．３（ｍｍ）となる。
また、鏡筒１、第１及び第２スペーサ３１，３２を真鍮、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を硫化亜鉛にて形成した場合、上記式（１）を満たすガタ防止部材５の幅Ｄは４×３×（２３．１−６．５）／（６８−１９）＝４．１（ｍｍ）となる。
その他の組み合わせにおいても、同様の計算によってガタ防止部材の材質及び寸法を計算することができる。

図４は、本実施の形態１に係る画像処理システムを概念的に示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る画像処理システムは、車両前部に搭載された２基の遠赤外線撮像装置Ｂ、及び画像処理装置９１を備えている。２基の遠赤外線撮像装置Ｂにて共通の撮像対象を撮像することによって、両撮像画像における撮像対象の視差を算出し、三角測量の原理により撮像対象までの距離を求めることができる。

図５は、本実施の形態１に係るレンズユニットＡを備えた遠赤外線撮像装置Ｂの構成を模式的に示す側断面図、図６は、遠赤外線撮像装置Ｂの構成を示すブロック図である。遠赤外線撮像装置ＢはレンズユニットＡ、撮像部６１、基台７、及び筐体８を備えており、レンズユニットＡ、撮像部６１及び基台７は筐体８に収容されている。

基台７は、撮像部６１が配された基板を支持する基板支持体７ａと、基板支持体７ａの正面側端部に設けられた円環板状の保持筒支持体７ｂと、保持筒支持体７ｂから正面側に突出したレンズユニット保持筒７ｃとを備えている。レンズユニット保持筒７ｃは、鏡筒１よりも大径であり、レンズユニットＡの固定部１ｂが螺合している。

撮像部６１はレンズユニットＡが備える第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の背面側の適宜箇所に配設されており、サーモパイルのような撮像素子を備えている。

また、遠赤外線撮像装置Ｂは、信号処理部６２、一時記憶用の画像メモリ６３及び映像出力部６４を備えており、各構成部は配線６５にて接続されている。

撮像部６１は、レンズユニットＡの第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３にて結像した像を電気信号に変換する撮像処理を連続的又は断続的に行い、例えば１秒当たり３０枚の画像データ（画像フレーム）を生成して信号処理部６２へ出力する。

信号処理部６２は、輝度信号をデジタルの画像データにＡＤ変換し、ＡＤ変換された画像データに対して各種補正処理を実行し、映像出力部６４に接続されたケーブル９４を介して該画像データを画像処理装置９１へ送信する。

図７は、画像処理装置９１の構成を示すブロック図である。画像処理装置９１は、制御部９１ａ、画像メモリ９１ｂ、ＲＡＭ９１ｃ、映像入力部９１ｄ、映像出力部９１ｅ、及び通信インタフェース部９１ｆを備えている。

映像入力部９１ｄには、ケーブル９４を介して遠赤外線撮像装置Ｂが接続されており、遠赤外線撮像装置Ｂから送信された画像データの入力を行う。映像入力部９１ｄに入力された画像データは、１フレーム単位で順に画像メモリ９１ｂに記憶される。

映像出力部９１ｅにはケーブル９５を介して表示装置９２、例えばヘッドアップディスプレイが接続されている。映像出力部９１ｅは、入力された画像データを適宜表示装置９２に送信し、表示装置９２に遠赤外線撮像装置Ｂが撮像して得た画像を表示させる。例えば、遠赤外線撮像装置Ｂが撮像して得た各画像を横方向に並列して表示させる。

通信インタフェース部９１ｆには、ＣＡＮに準拠した車載ＬＡＮケーブル９６を介して警報装置９３が接続されており、制御部９１ａの制御に応じた警報信号が通信インタフェース部９１ｆを介して警報装置９３に送信されるように構成されている。

警報装置９３は、ブザー、スピーカ、表示部等を備えており、接触又は衝突する虞がある歩行者を検出したような場合、その旨の音声、警告音等によって出力する。例えば、「ＤＡＮＧＥＲ」等の文字を表示するとともに警告音を発するようにすることができる。また、検出された歩行者の画像を表示装置９２で表示させることもできる。

画像メモリ９１ｂは、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＳＤＲＡＭ等であり、映像入力部９１ｄを介して遠赤外線撮像装置Ｂから入力された画像データを一時記憶する。

制御部９１ａは、画像メモリ９１ｂに記憶された画像データをフレーム単位で読み出し、読み出した画像データに基づいて、動物、歩行者等の障害物を検出する等の各種処理を行う。例えば、制御部９１ａは、画像データからエッジを抽出し、視差が略等しいエッジをグルーピングすることによって障害物を検出する。以下、障害物の検出方法の一例を説明する。

制御部９１ａは、一の遠赤外線撮像装置Ｂから取得した遠赤外画像（以下、基準画像という）に対してエッジ抽出処理を実行してエッジ点を抽出する。赤外線放射特性は物体毎に異なるため、障害物と背景との境界がエッジ点として抽出される。具体的には、制御部９１ａは、エッジ抽出オペレータによるフィルタ処理、閾値処理によってエッジを抽出する。なお、エッジ抽出オペレータは、縦方向のエッジを抽出するプルューウィット・オペレータが好適である。

次いで、制御部９１ａは、隣接する複数のエッジ点、例えば８連結した複数のエッジ点からなるエッジグループを特定する。この段階では視差が異なるエッジ点であっても隣接していれば同一のエッジグループとしてグループ化される。

そして、制御部９１ａは、エッジグループに外接する矩形領域を設定し、設定した矩形領域を所定サイズのブロックに分割する。次いで、制御部９１ａは、基準画像におけるエッジ領域（エッジ点を含むブロック）に対応する対応領域を他の遠赤外線撮像装置Ｂにて撮像された遠赤外画像から特定する。以下、他の遠赤外線撮像装置Ｂにて撮像された遠赤外画像を参照画像という。

具体的には、制御部９１ａはエッジ領域と同一サイズの領域（参照領域）を参照領域内、特にエピポーラ線上に設定し、参照領域と基準領域との相関値を算出し、相関値が最大となったエピポーラ線上の点を対応領域の位置として特定する。

次いで、制御部９１ａは、各エッジ領域と対応領域との視差を算出し、各エッジ領域の視差が略等しいエッジ領域同士をグループ化し直すことによって、新たなエッジグループを障害物候補領域として再特定する。また、障害物候補領域の特徴量を算出することによって、障害物候補領域が歩行者であるか、人工構造物であるか等を判別し、適切な警告を発するように構成することができる。

このように構成された本実施の形態１に係るレンズユニットＡ、遠赤外線撮像装置Ｂ、画像処理システムにあっては、温度変化時、特に温度上昇時にガタ防止部材５が、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３と第１及び第２スペーサ３１，３２との間隙を埋めるように膨張するため、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３が鏡筒１内で移動することを防止し、高温時の光学性能の低下を抑えることができる。

また、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３、第１及び第２スペーサ３１，３２、並びにガタ防止部材５の膨張量と、鏡筒１の熱膨張量とが一致するように、ガタ防止部材５の材質及び幅が選択されているため、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３が移動することはなく、しかも熱膨張したガタ防止部材５によって第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を圧迫され変形することもない。従って、光学性能の低下を好適に抑えることができる。

更に、第１赤外線レンズ２１の鍔部２１ａにガタ防止部材５が当接するように構成されているため、第１赤外線レンズ２１の変形を抑えることができ、光学性能を確保することができる。

更にまた、平坦な鍔部２１ａにガタ防止部材５が当接する構成であるため、ガタ防止部材５にて各赤外線レンズ２１，２２，２３を効果的に固定することができ、光学性能を確保することができる。
第１赤外線レンズ２１の曲面にガタ防止部材５が当接する構成の場合、ガタ防止部材５が曲面に沿って変形し、第１赤外線レンズ２１を光軸方向に押圧することができず、光学性能を十分に確保できない虞がある。

更にまた、第１及び第２スペーサ３１，３２、鏡筒１をアルミニウムで形成し、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３をモールド成型する構成であるため、低コストでレンズユニットＡ、遠赤外線撮像装置Ｂ及び画像処理システムを構成することができる。

なお、赤外線レンズを備えたレンズユニットＡを説明したが、可視光、近赤外線を透過するレンズを備えたレンズユニットＡに本発明を適用しても良い。

また、車両の運転支援を行う画像処理システムに遠赤外線撮像装置Ｂを適用した例を説明したが、撮像装置の用途はこれに限定されない。例えば、夜間運転支援システム用、トンネル内監視用、港湾監視用、鉄道線路への侵入者監視用等に適用しても良い。

更に、本実施の形態１にあっては式（１）を満たすように、鏡筒、赤外線レンズ、スペーサ、ガタ防止部材の寸法及び材質が決定されているが、赤外線レンズ、スペーサ及びガタ防止部材の光軸方向における膨張量が鏡筒の膨張量より大きくなるように構成しても良い。ガタ防止部材をポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド等で形成した場合、余分に膨張したとしても、赤外線レンズに不測の圧力が加わる虞はない。

更にまた、実施の形態１に係る画像処理システムは、遠赤外線撮像装置と画像処理装置とが別体で構成されているが、画像処理装置の構成を遠赤外線撮像装置に内蔵するように構成しても良い。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るレンズユニットを模式的に示す側断面図である。

実施の形態２に係るレンズユニットは、実施の形態１同様、鏡筒１、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３、第１及び第２スペーサ３１，３２、レンズ押さえ部材４及びガタ防止部材２０５を備えている。ガタ防止部材２０５の配置が実施の形態１に係るレンズユニットＡと異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。

実施の形態２に係るガタ防止部材２０５は、正面視が第３赤外線レンズ２３の鍔部２３ａと略同形の円環板状をなし、第３赤外線レンズ２３とレンズ押さえ部材４との間に配されている。ガタ防止部材２０５は、例えばポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、又はポリエーテルイミド等の樹脂からなり、レンズユニットが熱膨張した際に、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３と、第１及び第２スペーサ３１，３２との間に間隙が生じないように熱膨張してガタを防止することができる線膨張係数及び寸法を有している。

実施の形態１に示したように第１赤外線レンズ２１と段部１１との間にガタ防止部材５を配した場合、温度上昇時にガタ防止部材５が熱膨張して第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を正面側に押圧するため、第１赤外線レンズ２１と撮像部６１との距離が広がり、焦点がずれる虞がある。
一方、実施の形態２にあっては、撮像部６１の反対側の第３赤外線レンズ２３とレンズ押さえ部材４との間にガタ防止部材２０５が配されているため、第１赤外線レンズ２１と撮像部６１との距離の変化を抑えることができる。従って、実施の形態１に係るレンズユニットＡに比べてより効果的に光学性能の低下を抑えることができる。

本発明の実施の形態２に係るレンズユニット、遠赤外線撮像装置Ｂ及び画像処理システムの他の構成、作用及び効果は、実施の形態１に係るレンズユニットＡ、遠赤外線撮像装置Ｂ及び画像処理システムの構成、作用及び効果と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係るレンズユニットを模式的に示す側断面図である。 レンズユニットの分解斜視図である。 レンズユニットの一部を模式的に示す側断面図である。 本実施の形態１に係る遠赤外線撮像装置を備えた画像処理システムを概念的に示す説明図である。 本実施の形態１に係るレンズユニットを備えた遠赤外線撮像装置の構成を模式的に示す側断面図である。 遠赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。 画像処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るレンズユニットを模式的に示す側断面図である。 従来のレンズユニットを模式的に示す側断面図である。

符号の説明

１ 鏡筒
１ｂ 固定部
４ レンズ押さえ部材
５，２０５ ガタ防止部材
７ 基台
１１ 段部（押圧部）
２１ 第１赤外線レンズ
２２ 第２赤外線レンズ
２３ 第３赤外線レンズ
２１ａ，２２ａ，２３ａ 鍔部
３１ 第１スペーサ
３２ 第２スペーサ
６１ 撮像部
Ａ レンズユニット
Ｂ 遠赤外線撮像装置
Ｌ 光軸

Claims (7)

1. 鏡筒に挿嵌された複数のレンズと、夫々のレンズ間に配されたスペーサと、前記鏡筒に設けられており、光軸方向一端側のレンズを他端側に押圧する押圧部と、光軸方向他端側のレンズを前記一端側に押圧して各レンズ及びスペーサを鏡筒に固定するレンズ押さえ部材とを備えるレンズユニットにおいて、
   前記押圧部及びレンズ間、又は前記レンズ押さえ部材及びレンズ間に配されたガタ防止部材を備え、
   前記レンズ及び／又はスペーサの線膨張係数は前記鏡筒の線膨張係数に比べて小さく、前記ガタ防止部材の線膨張係数は前記鏡筒の線膨張係数に比べて大きい
   ことを特徴とするレンズユニット。
2. ΣＤ_Li×α_Li＋ΣＤ_Sj×α_Sj＋Ｄ×α≧（ΣＤ_Li＋ΣＤ_Sj＋Ｄ）×α_c
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
   但し、Ｄ_Li：光軸方向における各レンズの幅、α_Li：各レンズの線膨張係数、Ｄ_Sj：光軸方向における各スペーサの幅、α_Sj：各スペーサの線膨張係数、Ｄ：光軸方向における前記ガタ防止部材の幅、α：前記ガタ防止部材の線膨張係数、α_c ：前記鏡筒の線膨張係数を示し、Σはｉ，ｊに関する総和を示す。
3. 前記レンズは平坦な鍔部を備え、該鍔部に前記ガタ防止部材が当接している
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレンズユニット。
4. 前記鏡筒は、
   撮像部を有する基台に固定されるべき固定部を端部に備え、
   前記ガタ防止部材は、反端部側のレンズに当接している
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のレンズユニット。
5. 前記レンズは、赤外線透過性の硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、又はシリコンを含み
   前記鏡筒及びスペーサはアルミニウム又は真鍮であり、
   前記ガタ防止部材は、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、又はポリエーテルイミドである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のレンズユニット。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のレンズユニットと、
   前記レンズにて結像した像を撮像する撮像部と
   を備えることを特徴とする撮像装置。
7. 車両に配された請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のレンズユニットと、
   前記レンズにて結像した像を撮像する撮像部と
   該撮像部が撮像して得た画像データに基づいて物体を検出する画像処理部と
   を備えることを特徴とする画像処理システム。

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