JP2021117329A - レンズユニットおよびカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】飛び石等の衝突物によって最も物体側に位置されるレンズが破損することを防止できるレンズユニットおよびカメラモジュールを提供する。【解決手段】本発明のレンズユニット１１は、最も物体側に位置される第１のレンズ１３と、この第１のレンズ１３にその像側で隣接する第２のレンズ１４とを有し、第１のレンズ１３と第２のレンズ１４との間には、第１のレンズ１３の表面に対する衝撃を吸収するためのショアＡ硬度が３５以下の衝撃吸収層４５が介挿されている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される車載カメラを構成し得るレンズユニットおよびカメラモジュールに関する。

近年、自動車に車載カメラを搭載し、駐車をサポートしたり、画像認識により衝突防止を図ったりすることが行なわれており、さらにそれを自動運転に応用する試みもなされている。また、このような車載カメラ等のカメラモジュールは、一般に、複数のレンズが光軸に沿って並べられて成るレンズ群と、このレンズ群を収容保持する鏡筒と、レンズ群の少なくとも一個所のレンズ間に配置される絞り部材とを有するレンズユニットを備える（例えば、特許文献１参照）。

図８には、従来のレンズユニット１００の一例が示されている。図示のように、このレンズユニット１００は、円筒状の鏡筒（バレル）１２０と、鏡筒１２０の内側収容空間Ｓ内に配置される複数のレンズ、例えば、最も物体側に位置される第１のレンズ１３０、第２〜第４のレンズ１４０，１５０，１６０、および、最も像側（結像側）に位置される第５のレンズ１７０とを備える。鏡筒１２０に固定されて支持される複数のレンズ１３０，１４０，１５０，１６０，１７０は、それぞれの光軸を一致させた状態で配置されており、１つの光軸Ｏに沿って並べられることにより、フィルタ２５０を介したパッケージセンサ（撮像素子；図示せず）による撮像に用いられる一群のレンズ群Ｌを構成している。

そして、鏡筒１２０は、その内側収容空間Ｓ内にレンズ群Ｌが組み込まれて収容保持された状態で、その物体側の端部（図８において上端部）のカシメ部１２３が径方向内側にカシメられることにより、レンズ群Ｌの最も物体側に位置される第１のレンズ１３０をこのカシメ部１２３で鏡筒１２０の物体側端部に固定する。

特開２０１３−２３１９９３号公報

ところで、このようなレンズユニット１００が車両に搭載される車載カメラを構成する場合には、車両走行中に飛び石等の異物が第１のレンズ１３０の表面（物体側の面）に衝突する場合がある。このように、第１のレンズ１３０に対して飛び石等の衝突により外部から瞬間的な衝撃が加わると、その衝突時の応力が緩和されずに集中応力が発生し、第１のレンズが破損してしまう。このような破損は、外観を著しく損なうだけでなく、レンズユニット１００のビューやセンシングの機能も著しく損ない、光学特性を悪化させる。また、走行中にこのような事象が起こると車両の安全性能を失うことにもなる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、飛び石等の衝突物によって最も物体側に位置されるレンズが破損することを防止できるレンズユニットおよびカメラモジュールを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、複数のレンズが当該レンズの光軸に沿って並べられて成るレンズ群と、該レンズ群を収容保持するための内側収容空間を有する筒状の鏡筒とを有するレンズユニットにおいて、
前記レンズ群は、最も物体側に位置される第１のレンズと、この第１のレンズにその像側で隣接する第２のレンズとを有し、
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間には、前記第１のレンズの表面に対する衝撃を吸収するためのショアＡ硬度が３５以下の衝撃吸収層が介挿されることを特徴とする。

本発明者らは、レンズ群を構成する最も物体側に位置される第１のレンズが飛び石等の衝突により衝撃を受けた際にその衝撃をいかにして効果的に緩和できるかに関し鋭意研究し、第１のレンズとこの第１のレンズにその像側で隣接する第２のレンズとの間にショアＡ硬度が３５以下の衝撃吸収層を介挿することにより５０％以上の確率で第１のレンズの破損を回避できることを知見した。具体的には、ガラス製の第１のレンズと樹脂製の第２のレンズに見立てた樹脂プレート（平板テストプレート）との間に衝撃吸収層を介挿した状態で、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２０５６７−１に準拠した装置にて飛び石試験（ｓｔｏｎｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｅｓｔ）を実施し、第１のレンズから５０〜６０ｃｍの距離を隔てた地点からこの第１のレンズ（レンズの物体側表面）へ向けて約０．３ｇの鋳鉄グリッド（直径３．５ｍｍ〜５．０ｍｍ）約１５００個（５００ｇ分）を０．１２５ＭＰａの射出圧力で放射状に１０秒間にわたって射出して、衝撃吸収層の厚さと硬度とを変えつつ第１のレンズの破損状況を確認した。その結果が図４〜図７に示される。

図４および図５は、衝撃吸収層としてゴムシートを用いた場合の試験結果であり、図４は、横軸がゴムシートの硬度（シェア硬度Ａ）、縦軸がゴムシートの厚さ（ｍｍ）である衝撃分布図、図５は、図４の分布結果（ゴムシートの厚さと硬度との間の関係）を表で示した図である。図４中および図５中の百分率（％）は、同一条件下で試験された複数の第１のレンズ（ガラスレンズ）のうち破損しなかった第１のレンズの割合を示す。一方、図６および図７は、衝撃吸収層として弾性接着剤を用いた場合の試験結果であり、図６は、横軸が接着剤の硬度（シェア硬度Ａ）、縦軸が接着剤層の厚さ（ｍｍ）である衝撃分布図、図７は、図６の分布結果（接着剤の層厚と硬度との間の関係）を表で示した図である。図６中および図７中の百分率（％）は、同一条件下で試験された複数の第１のレンズ（ガラスレンズ）のうち破損しなかった第１のレンズの割合を示す。なお、衝撃吸収層を設けなかった場合には、ほぼ５０％の割合で第１のレンズが破損した。

これらの試験結果から分かるように、ゴムシートの場合にはショアＡ硬度が３２以下であれば、また、弾性接着剤の場合にはショアＡ硬度が３０以下であれば、厚さを調整することにより確実に５０％以上の確率で第１のレンズの破損を回避できる（破損しない）のが分かる。また、図示しないが、少なくともショアＡ硬度が３５までは同様の試験結果が得られることが発明者らの試験により既に確認されている。

ゴムシートとしては、アクリルゴムやシリコンゴムなどを使用することが好ましい。これらのゴムを使用することにより、前述した試験結果と同様の結果を得ることができる。弾性接着剤としては、変性アクリレートを主成分としている接着剤などを使用することが好ましい。これらの接着剤を使用することにより、前述した試験結果と同様の結果を得ることができる。いずれにしても、衝撃吸収層は、少なくとも第１のレンズと第２のレンズとが接触する接触面の全体にわたって、好ましくは第１のレンズの像側の面の全体にわたって、より好ましくは第１のレンズの外径寸法の全体にわたって延在することが望ましく、第１のレンズと鏡筒との間に介挿されるシール部材（Ｏリング）と協働して衝撃緩衝作用を果たすことが更に望ましい。

また、前述した図４および図５の試験結果から明らかなように、衝撃吸収層がゴムシートである場合には、厚さが０．５ｍｍ以上であることが好ましい。０．５ｍｍ以上の厚さであれば、ショアＡ硬度３５以下において確実に５０％以上の確率で第１のレンズの破損を回避できる。なお、ゴムシートの厚さを大きくすればするほど、衝撃吸収性は増大するが、厚さが１．０ｍｍを超えると、小型化を図りつつ所望の光学性能を維持することが難しくなる。したがって、所望の光学特性に影響を与えない範囲で良好な衝撃吸収能を得るには、ゴムシートの厚さを０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下にすることが好ましい。

一方、前述した図６および図７の試験結果から明らかなように、衝撃吸収層が弾性接着剤である場合には、厚さが０．００７ｍｍ〜０．１００ｍｍでショアＡ硬度が３０以下であることが好ましい。この範囲内の厚さおよび硬度であれば、確実に５０％以上の確率で第１のレンズの破損を回避できる。この場合も先と同様に、弾性接着剤の厚さを大きくすればするほど、衝撃吸収性は増大するが、厚さが１．０ｍｍを超えると、ゴムシートの場合と同様に光学性能を維持することが難しくなる場合があり好ましくない。

なお、弾性接着剤は、レンズ間からはみ出て特にレンズ群内へ流れ込むことを防止するため、レンズの表面粗さなどを利用してレンズ設置界面中に保持されることが好ましい。そのような接着剤保持機能をもたせるために、例えば、第１のレンズと隣接する第２のレンズの物体側表面（第１のレンズとの間に接着剤を介在させる表面）上に、弾性接着剤を保持する接着剤溜まりを画定する突起が形成されてもよい。

以上のように、上記構成のレンズユニットによれば、第１のレンズと第２のレンズとの間に、第１のレンズの表面に対する衝撃を吸収するためのショアＡ硬度が３５以下の衝撃吸収層が介挿されているため、飛び石等の衝突物に対する第１のレンズの耐衝撃性が向上し、第１のレンズが破損することを防止できる。

また、本発明は、上記構成のレンズユニットを備えるカメラモジュールも提供する。このような構成のカメラモジュールによっても前述したレンズユニットの作用効果を得ることができる。

本発明のレンズユニットによれば、第１のレンズと第２のレンズとの間に、第１のレンズの表面に対する衝撃を吸収するためのショアＡ硬度が３５以下の衝撃吸収層が介挿されているため、飛び石等の衝突物によって第１のレンズが破損することを防止できる。

本発明の一実施の形態に係るレンズユニットの概略断面図である。 図１のレンズユニットを有する本発明の一実施の形態に係るカメラモジュールの概略断面図である。 変形例に係る衝撃吸収層を有するレンズユニットの要部拡大図である。 横軸がゴムシートの硬度（シェア硬度Ａ）、縦軸がゴムシートの厚さ（ｍｍ）である衝撃分布図である。 図４の分布結果（ゴムシートの厚さと硬度との間の関係）を表で示した図である。 横軸が接着剤の硬度（シェア硬度Ａ）、縦軸が接着剤層の厚さ（ｍｍ）である衝撃分布図である。 図６の分布結果（接着剤の層厚と硬度との間の関係）を表で示した図である。 従来のレンズユニットの概略断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
なお、以下で説明される本実施の形態のレンズユニットは、特に車載カメラ等のカメラモジュール用のものであり、例えば、自動車の外表面側に固定して設置され、配線は自動車内に引き込まれてディスプレイやその他の装置に接続される。また、図１〜図３および図８においてレンズについてはハッチングを省略している。

図１は、本発明の一実施の形態に係るレンズユニットを示している。図示のように、本実施の形態のレンズユニット１１は、円筒状の鏡筒（バレル）１２と、鏡筒１２の段付きの内側収容空間Ｓ内に配置される複数のレンズ、例えば、物体側から、第１のレンズ１３、第２のレンズ１４、第３のレンズ１５、第４のレンズ１６、および、第５のレンズ１７から成る５つのレンズと、２つの絞り部材２２ａ，２２ｂとを備えている。このレンズユニット１１を備える車載カメラは、レンズユニット１１と、図示しないイメージセンサを有する基板と、当該基板を自動車等の車両に設置する図示しない設置部材とを備えるものである。

鏡筒１２に固定されて支持されている複数のレンズ１３，１４，１５，１６，１７は、それぞれの光軸を一致させた状態に配置されており、１つの光軸Ｏに沿って各レンズ１３，１４，１５，１６，１７が並べられた状態となって、撮像に用いられる一群のレンズ群Ｌを構成している。なお、これらのレンズの表面には、必要に応じて、反射防止膜、親水膜、撥水膜等が設けられる。

２つの絞り部材２２ａ，２２ｂのうちの物体側から１番目の絞り部材２２ａは、物体側から２番目のレンズ１４と３番目のレンズ１５との間に配置されている。物体側から２番目の絞り部材２２ｂは、物体側から３番目のレンズ１５と４番目のレンズ１６との間に配置されている。絞り部材２２ａ，２２ｂは透過光量を制限し、明るさの指標となるＦ値を決定する「開口絞り」またはゴーストの原因となる光線や収差の原因となる光線を遮光する「遮光絞り」である。

鏡筒１２の物体側の端部（図１において上端部）には、当該端部を径方向内側にカシメてなるカシメ部２３が設けられており、このカシメ部２３によってレンズ群Ｌの最も物体側に位置されるレンズ１３が鏡筒１２の物体側の端部に固定されている。なお、本実施の形態において、鏡筒１２は樹脂製であり、最も物体側に位置されるレンズ１３はガラスレンズであり、その他のレンズは樹脂レンズであるが、これに限らない。

また、鏡筒１２の像側（結像側）の端部（図１において下端部）には、第５のレンズ１７よりも径の小さい開口部を有する内側フランジ部２４が設けられている。この内側フランジ部２４とカシメ部２３とにより、鏡筒１２内にレンズ群Ｌを構成する複数のレンズ１３、１４、１５、１６，１７と絞り部材２２ａ，２２ｂとが保持されている。

レンズ群Ｌを構成する最も物体側に位置する第１のレンズ１３の外周面１３ｂには、当該レンズ１３の像側部分に径が小さくなった縮径部１３ｃが設けられ、当該縮径部１３ｃにシール部材としてのＯリング２６が設けられ、第１のレンズ１３の外周面１３ｂと鏡筒１２の内周面１２ｃとの間を、鏡筒１２の物体側端部で封止した状態となっている。これにより、レンズユニット１１の物体側の端部から鏡筒１２内に水や塵埃等の微粒子が浸入するのを防止している。

また、鏡筒１２の内側には物体側において円筒状の内壁１２ｂが設けられ、この内壁１２ｂと外壁１２ｃとの間には溝１８が形成されている。また、溝１８の中には環状体２７が設けられ、この環状体２７にＯリング２６が密接している。内壁１２ｂと外壁１２ａの間に溝１８を形成している理由は、溝がなく内壁１２ｂと外壁１２ａとが一体化している場合には壁厚が厚くなるため、樹脂の鏡筒１２を成形・冷却する際に大きくヒケが発生し寸法精度が狂うことを抑制するためである。環状体２７は比較的柔らかい弾性を有する物質から構成され、例えばテフロン（登録商標）が用いられる。環状体２７はＯリング２６を光軸方向に支持する機能を有している。環状体２７は鏡筒１２とは別部材になっているため、Ｏリング２６の大きさに応じて高さの異なる環状体２７に変更が可能であり、Ｏリング２６が適切な弾性力でシールすることを担保している。

鏡筒１２は、その内径が物体側から像側に向かって段階的に小さくなっている。これに対応して、レンズ１３，１４，１５，１６，１７は、物体側から像側に向かうにつれて、外径が小さくなっている。基本的に、レンズ１３，１４，１５，１６，１７それぞれの外径と、鏡筒１２の各レンズ１３，１４，１５，１６，１７が支持される部分それぞれの内径とは略等しくなっている。なお、鏡筒１２の外周面には、鏡筒１２を車載カメラに設置する際に用いられる外側フランジ部２５が鏡筒１２の外周面に鍔状に設けられている。

また、カシメ部２３によって鏡筒１２の物体側の端部に固定される第１のレンズ１３は、その物体側表面１３ａが物体側へ向けて突出する湾曲状の凸面として形成されるとともに、その像側表面の中央部分（径方向内側部分）１３ｄが物体側へ向けて窪んだ湾曲状の凹面として形成されている。一方、第１のレンズ１３にその像側で隣接する第２のレンズ１４は、その物体側表面の中央部分（径方向内側部分）１４ａが像側へ向けて窪んだ湾曲状の凹面として形成されている。そして、本実施の形態において、第１のレンズ１３と第２のレンズ１４との間には、第１のレンズ１３の表面（物体側表面１３ａ）に対する衝撃を吸収するためのショアＡ硬度が３５以下の衝撃吸収層４５が介挿されている。

本実施の形態において、この衝撃吸収層４５は、アクリルゴムやシリコンゴムから成る厚さが０．５ｍｍ以上のゴムシートにより形成され、光軸Ｏに対して略垂直に延びる第１のレンズ１３の像側の径方向外側の環状面１３ｅと、これに対向して光軸Ｏに対して略垂直に延びる第２のレンズ１４の物体側の径方向外側の環状面１４ｂとの間に介挿されている。また、衝撃吸収層４５は、少なくとも第１のレンズ１３と第２のレンズ１４との接触部位の全体にわたって、好ましくは第１のレンズ１３の像側の環状面１３ｅの全体にわたって、特に本実施の形態では第１のレンズ１３の外径寸法の全体にわたって延在している。

また、図２は、図１のレンズユニット１１を有する本実施の形態のカメラモジュール３００の概略断面図である。図示のように、カメラモジュール３００は、フィルタ１００が装着されたレンズユニット１１を含んで構成されている。

カメラモジュール３００は、外装部品である上ケース（カメラケース）３０１と、レンズユニット１１を保持するマウント（台座）３０２とを備えている。また、カメラモジュール３００は、シール部材３０３およびパッケージセンサ（撮像素子）３０４を備えている。

上ケース３０１は、レンズユニット１１の物体側の端部を露出させるとともに他の部分を覆う部材である。マウント３０２は、上ケース３０１の内部に配置されており、レンズユニット１１の雄ねじ１１ａと螺合する雌ねじ３０２ａを有する。シール部材３０３は、上ケース３０１の内面とレンズユニット１１の鏡筒１２の外周面１２ａとの間に介挿された部材であり、上ケース３０１の内部の気密性を保持するための部材である。

パッケージセンサ３０４は、マウント３０２の内部に配置されており、かつ、レンズユニット１１により形成される物体の像を受光する位置に配置されている。また、パッケージセンサ３０４は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を備えており、レンズユニット１１を通じて集光されて到達する光を電気信号に変換する。変換された電気信号は、カメラにより撮影された画像データの構成要素であるアナログデータやデジタルデータに変換される。

図３には、第１のレンズ１３と第２のレンズ１４との間に介挿される衝撃吸収層の変形例が示されている。この変形例に係る衝撃吸収層４５Ａは、弾性接着剤の層として形成されており、その層厚が０．００７ｍｍ〜０．１００ｍｍでショアＡ硬度が３０以下となっている。弾性接着剤層から成る衝撃吸収層４５Ａは、レンズ１３，１４間からはみ出て特にレンズ群Ｌ内へ流れ込むことを防止できるようにレンズ１３，１４の環状面１３ｅ，１４ｂ上に保持されることが好ましい。そのような接着剤保持機能としては、レンズ１３，１４の表面粗さなどを利用してレンズ１３，１４同士の設置界面中に接着剤を保持することも考えられるが、本実施の形態では、接着剤保持機能として、第２のレンズ１４の物体側表面の径方向外側の環状面１４ｂ上に、弾性接着剤（衝撃吸収層）４５Ａを保持する接着剤溜まり５３を画定する突起５０，５２が形成されている。具体的には、本実施の形態では、環状面１４ｂの径方向外側端縁に形成された環状の第１の突起５０と、環状面１４ｂの径方向内側端縁に形成された環状の第２の突起５２とによって環状の接着剤溜まり５３が画定されている。

以上説明したように、本実施の形態のレンズユニット１１（カメラモジュール３００）によれば、第１のレンズ１３と第２のレンズ１４との間に、第１のレンズ１３の表面に対する衝撃を吸収するためのショアＡ硬度が３５以下の衝撃吸収層４５（４５Ａ）が介挿されているため、飛び石等の衝突物に対する第１のレンズ１３の耐衝撃性が向上し、第１のレンズ１３が破損することを防止できる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。例えば、本発明において、レンズ、鏡筒などの形状は、前述した実施の形態に限定されない。また、第１のレンズと第２のレンズとの間に介挿される衝撃吸収層は、ゴムシートや接着剤などに限らず、シェアＡ硬度が３５以下で衝撃を吸収できる材料であればどのような材料であっても構わない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、前述した実施の形態の一部または全部を組み合わせてもよく、あるいは、前述した実施の形態のうちの１つから構成の一部が省かれてもよい。

１１ レンズユニット
１２ 鏡筒
１３ 第１のレンズ
１４ 第２のレンズ
４５，４５Ａ 衝撃吸収層
５０，５２ 突起
５３ 接着剤溜まり
３００ カメラモジュール
Ｏ 光軸
Ｌ レンズ群
Ｓ 内側収容空間

Claims (5)

1. 複数のレンズが当該レンズの光軸に沿って並べられて成るレンズ群と、該レンズ群を収容保持するための内側収容空間を有する筒状の鏡筒とを有するレンズユニットにおいて、
   前記レンズ群は、最も物体側に位置される第１のレンズと、この第１のレンズにその像側で隣接する第２のレンズとを有し、
   前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間には、前記第１のレンズの表面に対する衝撃を吸収するためのショアＡ硬度が３５以下の衝撃吸収層が介挿されることを特徴とするレンズユニット。
2. 前記衝撃吸収層は、厚さが０．５ｍｍ以上のゴムシートであることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記衝撃吸収層は、厚さが０．００７ｍｍ〜０．１００ｍｍまたは０．００７ｍｍ〜０．１ｍｍ以下でショアＡ硬度が３０以下の弾性接着剤であることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
4. 前記第１のレンズと隣接する前記第２のレンズの物体側表面上には、前記弾性接着剤を保持する接着剤溜まりを画定する突起が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のレンズユニット。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズユニットを備えることを特徴とするカメラモジュール。

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