JP2010122642A - 鏡筒、撮像装置及び調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設置場所に取り付けた状態でも、フォーカス調整と光軸調整とを一連の作業で行うことができる鏡筒を提供する。
【解決手段】被写体からの光を撮像素子１０ａに導くよう配置されたレンズＧ１，Ｇ２を支持する鏡筒において、撮像素子１０ａに配置されるレンズＧ２の周縁を保持するフォーカス調整部２１と、光軸方向の往復動が可能にフォーカス調整部２１を支持する円筒１１と、フォーカス調整部２１の往復動を拘束するねじ１３と、被写体側に配置されるレンズＧ１の周縁を保持し、レンズＧ１の周方向に回転するようフォーカス調整部２１に支持される光軸調整部２２と、光軸調整部２２の回転を拘束するねじ１４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像素子に被写体光を導くレンズを支持する鏡筒、この鏡筒を備えた撮像装置、並びに、レンズの光軸及びレンズと撮像素子との距離の調整方法に関する。

カメラ等の光学機器において、複数のレンズの位置調整が光学特性に大きく影響を及ぼしている。レンズの位置調整として、例えば、フィルム等の撮像素子とレンズ中心との焦点距離の調整（以下、フォーカス調整と言う）、及び複数のレンズの光軸を一致させる光軸の調整（以下、光軸調整と言う）等がある。カメラとしての性能を確保するために、これら各調整を精度よく行う必要があり、各調整を行う際には、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が用いられる。

ＭＴＦは、カメラのレンズ性能である解像度を評価する基準のひとつであり、レンズの結像性能を知るために、被写体の持つコントラストをどの程度忠実に再現できるかを空間周波数特性として表現する。このＭＴＦは、横軸に空間周波数（周期的に濃度の変化を繰返すパターンの間隔を示す値）、縦軸にＭＴＦ値（コントラスト）をプロットしたＭＴＦ曲線で表される。ＭＴＦ曲線を用いることによってレンズの解像度を視覚的に評価することが可能となる。

フォーカス調整又は光軸調整においては、移動可能なレンズの移動に伴い変化する被写体像のＭＴＦ値を計測し、所定の空間周波数のＭＴＦ値が最大となるようにレンズの位置を設定する。そして、設定した位置が、被写体に対して最適なレンズの位置となり、この状態で最大の解像度で被写体を撮像することができる。特許文献１には、複数のレンズと撮像素子とが一体となったカメラユニットにおいて、レンズの位置を３次元の各方向に対して移動させることで、高精度にフォーカス調整及び光軸調整を行うことができる装置及び方法が開示されている。
特開２００５−２４９９６号公報

ところで、車両前方又は後方等、車両周囲の状況を記録するために車両に搭載された車載カメラの場合、一般的には、レンズはカメラユニットに固定されているため、被写体の撮像時に光軸・フォーカス調整等を行うことができない。このため、レンズの位置調整を高精度に行い、その状態を固定して車両に取り付ける必要がある。特許文献１に記載の装置及び方法では、紫外線を用いてレンズを固定しているため、遠赤外線を透過し、紫外線を透過しないレンズでは、本方法により調整を行うことができない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、遠赤外線透過レンズにおいて、フォーカス調整と光軸調整とを一連の作業で行うことができる鏡筒、この鏡筒を備えた撮像装置、並びに、レンズの光軸及びレンズと撮像素子との距離の調整方法を提供することにある。

本発明に係る鏡筒は、被写体からの光を撮像素子に導くよう配置された複数のレンズを支持する鏡筒において、前記撮像素子側に配置される第１レンズの周縁を保持する第１レンズ保持部と、光軸方向の往復動が可能に前記第１レンズ保持部を支持する支持部と、前記第１レンズ保持部の往復動を拘束する第１拘束手段と、前記被写体側に配置される第２レンズの周縁を保持し、前記第２レンズの周方向に回転するよう前記第１レンズ保持部に支持される第２レンズ保持部と、前記第２レンズ保持部の回転を拘束する第２拘束手段と
を備えることを特徴とする。

本発明に係る鏡筒は、前記支持部は、前記第１レンズの周方向に回転するよう前記第１レンズ保持部を支持する構成としてあることを特徴とする。

本発明に係る鏡筒は、前記第１レンズ保持部及び前記支持部は、何れか一方の一端部が他方の一端部に螺合可能な円筒形状を有していることを特徴とする。

本発明に係る鏡筒は、前記第２レンズ保持部は、前記第１レンズ保持部の他端部と、周方向の摺動が可能に嵌合する円筒形状を有していることを特徴とする。

本発明に係る鏡筒は、螺合したときに外側となる前記第１レンズ保持部又は前記支持部の一端部の側面には、貫通する第１ねじ穴が形成されており、前記第１拘束手段は、前記第１ねじ穴に螺合するねじ部材であることを特徴とする。

本発明に係る鏡筒は、前記第１及び第２レンズ保持部は、何れか一方から他方に嵌合してあり、外側となるレンズ保持部には、貫通する第２ねじ穴が嵌合部分の側面に形成されており、前記第２拘束手段は、前記第２ねじ穴に螺合するねじ部材であることを特徴とする。

本発明に係る撮像装置は、撮像素子が設けられた基板と、本発明に係る鏡筒とを備える撮像装置であって、前記第１レンズの光軸上に前記撮像素子が位置するよう前記支持部が前記基板に固定されていることを特徴とする。

本発明に係る調整方法は、被写体からの光を撮像素子に導くように配置された複数のレンズの光軸及びレンズと撮像素子との距離を調整する調整方法において、前記撮像素子側に配置される第１レンズ、及び前記被写体側に配置される第２レンズを同時に光軸方向に往復動させるステップと、前記第１レンズ及び第２レンズの往復動に伴い変化する被写体のコントラスト値を測定するステップと、前記コントラスト値が最大となる位置で、前記第１レンズ及び第２レンズの往復動を固定するステップと、前記第２レンズを周方向に回転させるステップと、第２レンズの回転に伴い変化する被写体のコントラスト値を測定するステップと、前記コントラスト値が最大となる位置で、前記第２レンズの回転動を固定するステップとを備えることを特徴とする。

本発明では、第２拘束手段で第２レンズの回転を拘束した状態で、第１及び第２レンズを光軸方向に往復動させることができる。これにより、レンズと撮像素子との距離を調整することができる。また、調整した位置で第１拘束手段により往復動を拘束し、第２拘束手段による拘束を解除することで、第２レンズのみを回転させることができる。これにより、第１及び第２レンズの光軸を調整することができる。これにより、撮像素子に対するフォーカス調整及び光軸調整を一連の作業で行うことができる。また、鏡筒を例えば車両に取り付けた状態であっても、フォーカス調整及び光軸調整を行うことができる。この結果、レンズの位置調整を行った後、車両等に取り付け、その後再度調整を行うといった二度手間を省くことができる。

往復動及び回転を拘束する拘束手段は、接着剤などにより拘束してもよいし、ねじにより拘束するようにしてもよい。また、撮像素子及び第１レンズの間、第２レンズ及び被写体の間にさらにレンズ等を設けるようにしてもよい。

本発明では、第１レンズを周方向に回転することで、第１レンズの光軸調整を行うことが可能となる。なお、第１レンズは、回転と往復とがそれぞれ独立して動作するようにしてもよいし、同時に動作するようにしてもよい。

本発明では、第１レンズ保持部を支持部に螺合させることで、第１レンズの往復動及び回転を同時に行うことが可能となる。これにより、第１レンズの光軸及び撮像素子との調整を一連の動作で行うことができ、調整に要する時間及び手間を削減することができる。なお、第１レンズ保持部を支持部に螺合する際、どちらが外側となってもよい。第１レンズ保持部及び支持部に形成するねじ溝は、どちらを外側とするかによって適宜変更される。

本発明では、第２レンズ保持部を第１レンズ保持部の他端部に、嵌め合わせる簡単な構造で、第２レンズを回転させることが可能となる。

本発明では、第１レンズ保持部を外側からねじで押圧して第１レンズの往復動を拘束する。これにより、第１レンズの調整を行い、第１レンズの往復動を拘束した後、再度調整したい場合でも、簡単に拘束を解除することができる。その結果、調整後、再度微調整を行う必要が生じても、簡単に微調整等を行うことができる。

本発明では、第１レンズ保持部と嵌合する第２レンズ保持部の回転を、ねじにより拘束する。これにより、第２レンズの調整を行い、第２レンズの回転を拘束した後、再度調整したい場合でも、簡単に拘束を解除することができる。その結果、調整後、再度微調整を行う必要が生じても、簡単に微調整等を行うことができる。

本発明では、撮像装置が本発明に係る鏡筒を備えているため、レンズが撮像部に取り付けられた状態であっても、鏡筒の各部を調整することで、レンズと撮像素子との距離及びレンズの光軸の調整を行うことが可能となる。撮像装置は、車両に取り付ける車載カメラであってもよいし、持ち運びできるデジタルカメラ等であってもよい。

本発明では、第２拘束手段で第２レンズの回転を拘束した状態で、第１及び第２レンズを光軸方向に往復動させることができる。これにより、レンズと撮像素子との距離を調整することができる。また、調整した位置で第１拘束手段により往復動を拘束し、第２拘束手段による拘束を解除することで、第２レンズのみを回転させることができる。これにより、第１及び第２レンズの光軸を調整することができる。これにより、撮像素子に対するフォーカス調整及び光軸調整を一連の作業で行うことができる。また、鏡筒を例えば車両に取り付けた状態であっても、フォーカス調整及び光軸調整を行うことができる。この結果、レンズの位置調整を行った後、車両等に取り付け、その後再度調整を行うといった二度手間を省くことができる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るレンズユニットの斜視図である。図２は、レンズユニットの分解斜視図である。図３は、レンズユニットを模式的に示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。本実施形態に係るカメラユニットは、例えば車両のバンパー等に設けられる。

レンズユニット（鏡筒）は、ベース１０と、ベース１０に設けられた鏡筒２０を備えている。ベース１０は、略正方形の面を有する直方体で、正方形の一面略中央には円筒（支持部）１１が設けられている。円筒１１の内周面は、鏡筒２０がねじ作用で嵌められるよう、雌ねじ１１ａが形成されている。ベース１０は、内部にボロメータ等の熱電変換型撮像素子１０ａ、及び、撮像素子１０ａを固定する基板（図示せず）等を備えている。撮像素子１０ａは、円筒１１の中心軸上に位置するよう設けられ、鏡筒２０が有する後述のレンズ（第２レンズ）Ｇ１及びレンズ（第１レンズ）Ｇ２を透過して入射される被写体光を撮像する。また、撮像素子１０ａを固定する基板は、マイクロコンピュータが組み込まれ、撮像素子１０ａを駆動する回路基板等を保持している。

円筒１１の側面には、内側に貫通するネジ穴１２が形成されている。ネジ穴１２には、ねじ（第１拘束手段）１３を挿し込むことができ、円筒１１に挿し込まれた後述のフォーカス調整部２１の外周を押圧して、フォーカス調整部２１を固定するようになっている。ねじ１３によりフォーカス調整部２１の往復動を拘束することで、拘束した後でも簡単に拘束を解除できる。従って、何度でもレンズ調整を行うことができる。なお、フォーカス調整部２１の往復動は、接着剤により行ってもよい。

鏡筒２０は、レンズＧ１及びレンズＧ２を支持し、ベース１０の円筒１１にねじ作用により嵌められるようになっている。鏡筒２０がベース１０に支持されることで、レンズＧ１及びレンズＧ２は、撮像素子１０ａと略直線上に位置するようになっている。レンズＧ１及びレンズＧ２は、硫化亜鉛粉末をモールド成形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。レンズＧ１及びレンズＧ２は、正面側に凸面を有するメニスカスレンズである。

鏡筒２０は、レンズＧ２を支持するフォーカス調整部（第１レンズ保持部）２１を備えている。フォーカス調整部２１は、互いに径が異なる円筒状で、中心軸を同じにして連結された螺合部２１１及び挿嵌部２１２を有している。螺合部２１１は、挿嵌部２１２より径が小さく、凸面が挿嵌部２１２側となるようレンズＧ２の周縁部分を内周面で支持している。また、螺合部２１１は、ベース１０の円筒１１の内径と略同じ外径を有しており、外周面には、ベース１０の雌ねじ１１ａと噛み合う雄ねじ２１１ａが形成されている。

挿嵌部２１２は、螺合部２１１より径が大きく、円筒１１の外径と略同じ外径を有している。挿嵌部２１２は、螺合部２１１と反対側の端部近傍の内周面に沿って、内側に突出した凸部２１２ａが形成されている。後述の光軸調整部２２は、凸部２１２ａにより回転可能にフォーカス調整部２１に嵌め込むことができるようになっている。

フォーカス調整部２１は、螺合部２１１の雄ねじ２１１ａとベース１０の雌ねじ１１ａとのねじ作用により、ベース１０の円筒１１に嵌め込むことができるようになっている。雄ねじ２１１ａと雌ねじ１１ａとのねじ作用により、フォーカス調整部２１は、ベース１０に対して近づく又は遠ざかるといった、軸方向に沿った往復動が可能となっている。具体的には、ベース１０に嵌め込む方向にフォーカス調整部２１を回転させた場合、フォーカス調整部２１はベース１０に対して近づく。ベース１０から外す方向にフォーカス調整部２１を回転させた場合、フォーカス調整部２１はベース１０から遠ざかる。これにより、フォーカス調整部２１に支持されるレンズＧ２を、ベース１０の撮像素子１０ａに近づける又は遠ざけることが可能となり、その結果、レンズＧ２と撮像素子１０ａとの距離である焦点距離の調整が可能となる。

また、挿嵌部２１２の側面には、内側に貫通するネジ穴２１ａが形成されている。ネジ穴２１ａには、ねじ（第２拘束手段）１４を挿し込むことができ、挿嵌部２１２に挿し込まれた後述の光軸調整部２２の外周を押圧して、光軸調整部２２を固定するようになっている。

鏡筒２０は、レンズＧ１を支持する光軸調整部（第２レンズ保持部）２２を備えている。光軸調整部２２は、挿嵌部２１２と略同じ径を有し、中心軸を同じにしてフォーカス調整部２１に嵌め込み可能となっている。具体的には、光軸調整部２２の端部には、溝２２ａが形成されており、溝２２ａに螺合部２１１の凸部２１２ａを嵌め込むことで、光軸調整部２２をフォーカス調整部２１に嵌め込むことができる。また、溝２２ａは、嵌め込まれた凸部２１２ａとの間に空間が形成されるようになっており、溝２２ａに沿って凸部２１２ａをすり動かすことが可能となっている。これにより、光軸調整部２２は、周方向に回転可能となっている。

また、溝２２ａとは反対側の光軸調整部２２の端部には、レンズＧ１が嵌め込み可能な切欠部２２ｂが形成されている。切欠部２２ｂは、凸面が被写体方向となるようレンズＧ１を軸方向に沿って挿し込むことが可能に形成されている。また、光軸調整部２２の外周面には、カバー２３がねじ作用で嵌められるよう、雌ねじ２２ｃが形成されている。カバー２３の内周面には、雌ねじ２２ｃと噛み合う雄ねじ２３ａが形成されている。切欠部２２ｂに挿し込まれたレンズＧ２は、光軸調整部２２に嵌めこまれたカバー２３及び光軸調整部２２により挟み込まれるようになっている。これにより、レンズＧ２を光軸調整部２２に固定することができる。

光軸調整部２２を周方向に回転させることができるため、光軸調整部２２が支持するレンズＧ１も周方向に回転させることができる。これにより、レンズＧ１の光軸とレンズＧ２の光軸とが一致するように調整することができる。なお、レンズＧ１及びＧ２の距離は、２枚のレンズを合わせた合成焦点距離、レンズの大きさ又は種類等により予め設定されており、レンズＧ１及びＧ２が設定された距離で支持されるように、鏡筒２０は設計されている。

次に、以上のように構成されたカメラユニットにおけるフォーカス調整及び光軸調整の方法について説明する。

フォーカス調整を行う場合、ねじ１３を緩め、ねじ１４を締める。ねじ１３を緩めることで、フォーカス調整部２１は、光軸方向に沿って往復動可能となる。一方、ねじ１４を締めることで、光軸調整部２２は、回転不可に拘束される。これにより、光軸調整部２２は、フォーカス調整部２１と一体となる。この状態で、フォーカス調整部２１を正逆回転させ、フォーカス調整部２１を光軸方向に沿って前後に移動させる。このとき、光軸調整部２２も共に移動するため、レンズＧ１及びレンズＧ２は共に移動する。そして、移動に伴い変化する被写体像のＭＴＦ値を計測し、所定の空間周波数のＭＴＦ値が最大となる位置を検出する。最大となった位置で、ねじ１３を締めフォーカス調整部２１をベース１０に固定する。

次に、ねじ１４を緩め、光軸調整部２２を回転可能にする。光軸調整部２２を回転させることで、レンズＧ１も回転する。そして、レンズＧ１の光軸をレンズＧ１の光軸に一致するよう調整する。具体的には、フォーカス調整と同様に、レンズＧ１の回転に伴い変化する被写体像のＭＴＦ値を計測し、所定の空間周波数のＭＴＦ値が最大となる位置を検出する。最大となった位置で、ねじ１４を締め、光軸調整部２２をフォーカス調整部２１に固定する。

以上説明したように、本実施形態では、ねじ１４によりレンズＧ１の回転を拘束した状態で、レンズＧ１及びレンズＧ２を光軸方向に往復動させ、レンズＧ２と撮像素子１０ａとの距離を調整する。また、調整した位置でねじ１３によりフォーカス調整部２１の往復動を拘束する。ねじ１４による拘束を解除することで、レンズＧ１のみを周方向に回転させ、レンズＧ１及びレンズＧ２の光軸を調整する。このように、撮像素子１０ａに対するフォーカス調整及び光軸調整を一連の作業で行うことができる。また、レンズユニットを車両に取り付けた状態であっても、フォーカス調整及び光軸調整を行うことができる。この結果、レンズの位置調整を行った後、車両等に取り付け、その後再度調整を行うといった二度手間を省くことができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について、具体的に説明したが、各構成及び動作等は適宜変更可能であって、上述の実施の形態に限定されることはない。

本実施形態に係るレンズユニットの斜視図である。 レンズユニットの分解斜視図である。 レンズユニットを模式的に示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

符号の説明

１３ ねじ
１４ ねじ
２１ フォーカス調整部
２２ 光軸調整部
２３ カバー
１１ａ 雌ねじ
２１１ａ 雄ねじ
Ｇ１、Ｇ２ レンズ

Claims (8)

1. 被写体からの光を撮像素子に導くよう配置された複数のレンズを支持する鏡筒において、
   前記撮像素子側に配置される第１レンズの周縁を保持する第１レンズ保持部と、
   光軸方向の往復動が可能に前記第１レンズ保持部を支持する支持部と、
   前記第１レンズ保持部の往復動を拘束する第１拘束手段と、
   前記被写体側に配置される第２レンズの周縁を保持し、前記第２レンズの周方向に回転するよう前記第１レンズ保持部に支持される第２レンズ保持部と、
   前記第２レンズ保持部の回転を拘束する第２拘束手段と
   を備えることを特徴とする鏡筒。
2. 前記支持部は、
   前記第１レンズの周方向に回転するよう前記第１レンズ保持部を支持する構成としてある
   ことを特徴とする請求項１に記載の鏡筒。
3. 前記第１レンズ保持部及び前記支持部は、
   何れか一方の一端部が他方の一端部に螺合可能な円筒形状を有している
   ことを特徴とする請求項２に記載の鏡筒。
4. 前記第２レンズ保持部は、
   前記第１レンズ保持部の他端部と、周方向の摺動が可能に嵌合する円筒形状を有している
   ことを特徴とする請求項３に記載の鏡筒。
5. 螺合したときに外側となる前記第１レンズ保持部又は前記支持部の一端部の側面には、貫通する第１ねじ穴が形成されており、
   前記第１拘束手段は、
   前記第１ねじ穴に螺合するねじ部材である
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の鏡筒。
6. 前記第１及び第２レンズ保持部は、
   何れか一方から他方に嵌合してあり、
   外側となるレンズ保持部には、
   貫通する第２ねじ穴が嵌合部分の側面に形成されており、
   前記第２拘束手段は、
   前記第２ねじ穴に螺合するねじ部材である
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の鏡筒。
7. 撮像素子が設けられた基板と、
   請求項１から６の何れか一つに記載の鏡筒と
   を備える撮像装置であって、
   前記第１レンズの光軸上に前記撮像素子が位置するよう前記支持部が前記基板に固定されている
   ことを特徴とする撮像装置。
8. 被写体からの光を撮像素子に導くように配置された複数のレンズの光軸及びレンズと撮像素子との距離を調整する調整方法において、
   前記撮像素子側に配置される第１レンズ、及び前記被写体側に配置される第２レンズを同時に光軸方向に往復動させるステップと、
   前記第１レンズ及び第２レンズの往復動に伴い変化する被写体のコントラスト値を測定するステップと、
   前記コントラスト値が最大となる位置で、前記第１レンズ及び第２レンズの往復動を固定するステップと、
   前記第２レンズを周方向に回転させるステップと、
   第２レンズの回転に伴い変化する被写体のコントラスト値を測定するステップと、
   前記コントラスト値が最大となる位置で、前記第２レンズの回転動を固定するステップと
   を備えることを特徴とする調整方法。

Images