JP2019101281A - レンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズをカメラ装置本体に取り付ける際に目視で位置決めする煩わしさを回避しつつ、レンズ面に付着した水滴に起因する光学的特性の劣化を抑制することのできるレンズ及び撮像装置を提供する。【解決手段】水滴が介在する光路上に配置されたレンズ１２であって、光路に交差するレンズ面１３に形成された撥水コート１２ｒ及び親水コート１２ｈを有し、撥水コート１２ｒは、レンズ面１３の周縁部１３ｒ及び周縁部１３ｒからレンズ面１３の中央部１３ｃの外側に向かって延びる複数の線状領域１４ａ〜１４ｈに形成され、親水コート１２ｈは、複数の線状領域１４ａ〜１４ｈの間の領域１５ａ〜１５ｈ及びレンズ面１３の中央部１３ｃに形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ及び撮像装置に関する。

従来、車載カメラを車両の外部に設置したシステムでは、天候、泥、及び粉塵等によって車載カメラのレンズ面に様々な汚れが付着することがある。レンズ面に付着した汚れは、フレア、白点、白濁、ケラレ、ピンボケ、歪み異常等、レンズ面に付着した水滴に起因する光学的特性の劣化を招くことになり、種々の対策が提案されている。

例えば、磁性体と永久磁石をコイルによる磁力を調整することで駆動させ、レンズに付着した水滴をワイパアームで払拭するようにした付着物払拭装置が提案されている（例えば、特許文献１）。しかし、この付着物払拭装置では、ワイパアームが水滴自体に含まれる汚れを引き伸ばしたり、汚れの拭き残しを引き起こしたりする懸念がある。

一方で、ワイパアームのような機構的要素を用いずに、レンズの表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施すことで、レンズの表面に付着した水滴を除去するようにした水滴除去方法も提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２０１４−１２５１０４号公報 特開２０１５−１８１０６号公報

特許文献２に開示された水滴除去方法では、レンズをカメラ装置本体に組み込む向きの方向性が一意に決まっている。すなわち、カメラ装置本体に組み込む場合、一意の位置関係でのみ固定されることになる。つまり、所望の光学的特性を発揮し得るレンズの姿勢は、一通りのみに限定される。したがって、レンズを左右反対に組み込んだり、上下反対に組み込んだりすることが物理的にできない。その結果、レンズをカメラ装置本体に組み込む際に目視による厳密な位置決めが必要になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、レンズをカメラ装置本体に取り付ける際に目視で位置決めする煩わしさを回避しつつ、レンズ面に付着した水滴に起因する光学的特性の劣化を抑制することのできるレンズ及び撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレンズは、水滴が介在する光路上に配置されたレンズであって、前記光路に交差するレンズ面に形成された撥水コート及び親水コートを有し、前記撥水コートは、前記レンズ面の周縁部及び前記周縁部から前記レンズ面の中央部の外側に向かって延びる複数の線状領域に形成され、前記親水コートは、前記複数の線状領域の間の領域及び前記レンズ面の前記中央部に形成されることを特徴とする。

本発明に係る撮像装置は、本発明に係るレンズと、前記レンズ面を介して像を受光する撮像面を有する撮像素子と、前記レンズ及び前記撮像素子が取り付けられた筐体と、を有することを特徴とする。

このように構成された本発明に係るレンズ及び撮像装置によれば、レンズをカメラ装置本体に取り付ける際に目視で位置決めする煩わしさを回避しつつ、レンズ面に付着した水滴に起因する光学的特性の劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置を模式的に示した斜視図である。 レンズ面に形成された親水コート及び撥水コートを示す説明図である。 レンズに付着した水滴の流れを説明する図である（その１）。 レンズに付着した水滴の流れを説明する図である（その２）。 変形例に係るレンズについて説明する図である（その１）。 変形例に係るレンズについて説明する図である（その２）。

以下、本発明に係るレンズ及び撮像装置の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

（撮像装置の説明）
図１は、本発明の実施形態に係るレンズが光学系に組み込まれた撮像装置を模式的に示した斜視図である。

撮像装置１０は、例えば、車載用リアビジョンカメラや車載用サイドビューカメラ等の屋外で使用される車載用カメラ装置である。車載用カメラ装置を搭載したシステムでは、撮像装置１０で撮像した画像を使用した画像認識技術により、道路の車線や障害物を認識する機能が搭載されている。

撮像装置１０は、例えば、車両（不図示）の前部において、レンズ１２の中心を通る光軸Ｐが水平方向よりも下方を向いて取り付けられている。その結果、撮像装置１０は、例えば、車両の前方にある道路の車線等の表示、車両、歩行者、障害物等、路面上の対象物の画像を撮像する。

撮像装置１０は、カメラ装置本体１１（筐体）と、カメラ装置本体１１の前面に取り付けられたレンズ１２とを備える。

（レンズの構成）
以下、レンズ１２の構成について説明する。

レンズ１２は、例えば、水滴ＤＷ（図３）が介在する光路上に配置された凸レンズであって、図２に示すように、光路に交差するレンズ面１３が球面形状を有している。

レンズ１２には、レンズ面１３に付着した水滴ＤＷを効率良く除去するための工夫が施されている。すなわち、レンズ１２は、レンズ面１３に形成された、撥水コート１２ｒ及び親水コート１２ｈを有する。

撥水コート１２ｒは、レンズ面１３の周縁部１３ｒ及び線状領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈに形成される。なお、以下では、線状領域１４ａ〜１４ｈを特に区別しないときは、単に線状領域１４ともいう。周縁部１３ｒに形成された撥水コート１２ｒの厚みは、例えば０．９ｍｍである。なお、周縁部１３ｒに形成された撥水コート１２ｒの厚みは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることが好ましい。撥水コート１２ｒの成分としては、例えばシリコン樹脂やフッ素樹脂等が用いられる。

親水コート１２ｈは、線状領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの間の領域１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ及びレンズ面１３の中央部１３ｃに形成される。なお、以下では、領域１５ａ〜１５ｈを特に区別しないときは、単に領域１５ともいう。親水コート１２ｈの成分としては、例えば、アルコキシシラン、ポリエチレンリコール、光触媒（ＴｉＯ_２）、又はオルガノシロキサン等が用いられる。

線状領域１４ａ〜１４ｈは、周縁部１３ｒからレンズ面１３の中央部１３ｃの外側に向かって延びる領域である。線状領域１４ａ〜１４ｈは、レンズ面１３の中央部１３ｃを中心に等角度おきであって、且つレンズ面１３の周方向に等間隔を隔てて並んでいる。

（レンズの製造方法）
次に、レンズの製造方法について説明する。製造方法の一例としては、レンズ面１３の全面に親水コート１２ｈを形成する工程、周縁部１３ｒ及び線状領域１４ａ〜１４ｈに撥水コート１２ｒを形成する工程、を順に行えば良い。なお、コーティングの方法としては、真空蒸着を用いてもよいし、ゾルゲル法、スピンコート又はインクジェット等により塗布してもよい。

このように構成された実施形態に係るレンズ及び撮像装置によれば、線状領域１４ａ〜１４ｈの本数が偶数本（８本）であるので、線状領域１４ａ，１４ｅ同士、線状領域１４ｂ，１４ｆ同士、線状領域１４ｃ，１４ｇ同士、線状領域１４ｄ，１４ｈ同士を点対称な位置に割り当てることができる。これにより、レンズ１２をカメラ装置本体１１に取り付ける向きの方向性をより一層無くすることができる。したがって、レンズ１２をカメラ装置本体１１に対して左右反対に組み込んだり、上下反対に組み込んだりすることが物理的に可能となる。その結果、レンズ１２をカメラ装置本体１１に組み込む際の目視による厳密な位置決めを無くすことができる。

また、撥水コート１２ｒは、レンズ面１３の周縁部１３ｒの他、線状領域１４ａ〜１４ｈに形成される。すなわち、撥水コート１２ｒはレンズ面１３の一部に形成されているだけであって、全面に形成されているわけではない。つまり、撥水コート１２ｒが形成される領域が小さいため、水滴ＤＷ自体の吸着力に起因してレンズ面１３と水滴ＤＷとの付着状態が保たれる現象は起こりにくい。加えて、撥水コート１２ｒに水滴ＤＷが若干残ったとしても、水滴ＤＷに起因する光学的特性の劣化が必要以上に進むことは無い。

また、光軸が通過する中央部１３ｃには親水コート１２ｈが施されている。すなわち、中央部１３ｃには撥水コート１２ｒが施されていない。このため、カメラ画像として重要な役割を果たす中心付近の画像が水滴ＤＷによる悪影響を受けることは無い。具体的には、中央部１３ｃに形成された水滴ＤＷが光の散乱を引き起こすことを防止又は抑制できる。したがって、中央部１３ｃを通して結像された中心付近の画像が不鮮明になることを防止又は抑制できる。その結果、撮像装置１０は、レンズ１２を通じて、中心付近が鮮明な画像を撮像することができる。

また、親水コート１２ｈが形成されている領域１５ａ〜１５ｈに隣接する線状領域１４ａ〜１４ｈに撥水コート１２ｒが形成されるので、親水コート１２ｈに付着している水膜ＷＦを撥水コート１２ｒの表面張力でいち早く粒状の形に変えることができる（図３）。水膜ＷＦから粒状に姿を変えた水滴ＤＷは、その水滴ＤＷの自重又は車両の振動でレンズ面１３の下側に向けて転がり落ちる（図３）。

その転がり落ちた水滴ＤＷはレンズ面１３の下部にある親水コート１２ｈに偏ることで、再び、水膜ＷＦ（図４）となってレンズ面１３に付着することも起こり得る。この場合も、水膜ＷＦ（図４）をその自重又は車両の振動でレンズ面１３の下側に向けて落とすことができる。なぜなら、レンズ面１３の周縁部１３ｒに形成された撥水コート１２ｒに水膜ＷＦ（図４）が触れた時点で即、水膜ＷＦが粒状の形に姿を変えるからである。

水膜ＷＦ（図４）から粒状に姿を変えた水滴ＤＷは、レンズ面１３と接触する部分が少なくなる。これにより、水滴ＤＷとレンズ面１３との摩擦力が低減される。したがって、レンズ面１３の平坦でない凹凸状の部分だったり傾斜した部分だったりを利用して、粒状の水滴ＤＷをレンズ面１３の下側に転がり落とすことができる。

すなわち、親水コート１２ｈに水膜ＷＦとなって付着した水滴ＤＷが撥水コート１２ｒに引き渡されることで、撥水コート１２ｒの表面張力でもっていち早く粒状にその姿を変え、レンズ１２の外側へと排除されていく。このような水滴ＤＷの排除は、親水コート１２ｈ及び撥水コート１２ｒの連係によって、より一層促進される。その結果、水滴ＤＷに起因する光学的特性の劣化を抑制可能な程度に効率良く水滴ＤＷをレンズ１２の外側へと排除できる。

さらに、レンズ面１３に撥水コート１２ｒ及び親水コート１２ｈを形成するだけで水滴ＤＷの除去ができるため、圧縮空気発生ユニット等の水滴除去専用の装置を別途設置する必要がない。よって、車両に搭載される撮像装置１０におけるレンズ１２の表面に付着した水滴ＤＷの除去を省スペース及び低コストで実現できる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述したが、実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであるため、本発明は実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

上記実施形態では、本発明を凸レンズに適用する例を示した。しかし、これに限られない。例えば、本発明を凹レンズ、非球面レンズ等のレンズに適用しても良い。

上記実施形態では、線状領域１４の本数を８本とする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、線状領域１４の本数を１６本としてもよい（図５）。この変形例においても、図５に示すように、線状領域１４ａ，１４ｉ同士、線状領域１４ｂ，１４ｊ同士、線状領域１４ｃ，１４ｋ同士、線状領域１４ｄ，１４ｌ同士、線状領域１４ｅ，１４ｍ同士、線状領域１４ｆ，１４ｎ同士、線状領域１４ｇ，１４ｏ同士、線状領域１４ｈ，１４ｐ同士を点対称な位置に割り当てることができる。

要するに、線状領域１４の本数は、図５に示すように、線状領域１４同士を点対称な位置に割り当てることのできる偶数本であれば良い。図５に示す変形例では、線状領域１４の本数を８本から１６本へと２倍に増やせるので、線状領域１４に形成された撥水コート１２ｒの表面張力で水膜ＷＦから粒状にその姿を変える水滴ＤＷの量も２倍以上にすることができる。その結果、レンズ面１３に付着した水滴ＤＷの排除をより一層促進することができる。

上記実施形態では、周縁部１３ｒに形成された撥水コート１２ｒの厚みを０．９ｍｍとする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、撥水コート１２ｒの厚みを０．９ｍｍよりも大きな２．０ｍｍにしても良い（図６）。この変形例においては、周縁部１３ｒに形成された撥水コート１２ｒの厚みが増えた分だけ、水膜ＷＦが接触する面積を増やすことができる。したがって、撥水コート１２ｒの表面張力で水膜ＷＦから粒状にその姿を変える水滴ＤＷの量も増やすことができる。その結果、レンズ面１３に付着した水滴ＤＷの排除をより一層促進することができる。

上記実施形態では、以上のような特徴を備えたレンズ１２が光学系に組み込まれた撮像装置１０を車載用カメラ装置に適用する例を示した。しかし、これに限られない。例えば、撮像装置１０は、車載用カメラ装置に限らず、気温の変化が大きい屋外に設置されること多い監視用カメラや防犯カメラ等に適用しても良い。

１０・・・撮像装置
１１・・・カメラ装置本体（筐体）
１２・・・レンズ
１２ｈ・・・親水コート
１２ｒ・・・撥水コート
１３・・・レンズ面
１３ｃ・・・中央部
１３ｒ・・・周縁部
１４、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ・・・線状領域
１５、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ・・・領域
ＤＷ・・・水滴
ＷＦ・・・水膜

Claims (5)

1. 水滴が介在する光路上に配置されたレンズであって、
   前記光路に交差するレンズ面に形成された撥水コート及び親水コートを有し、
   前記撥水コートは、前記レンズ面の周縁部及び前記周縁部から前記レンズ面の中央部の外側に向かって延びる複数の線状領域に形成され、
   前記親水コートは、前記複数の線状領域の間の領域及び前記レンズ面の前記中央部に形成されることを特徴とするレンズ。
2. 請求項１に記載のレンズにおいて、
   前記線状領域は、前記レンズ面の前記中央部を中心に等角度間隔で前記レンズ面に形成されることを特徴とするレンズ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のレンズにおいて、
   前記線状領域の本数は偶数本であることを特徴とするレンズ。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のレンズにおいて、
   前記周縁部に形成された前記撥水コートの厚みは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とするレンズ。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のレンズと、
   前記レンズ面を介して像を受光する撮像面を有する撮像素子と、
   前記レンズ及び前記撮像素子が取り付けられた筐体と、を有することを特徴とする撮像装置。