JP2022140135A - レンズユニット、ステレオカメラおよび移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】、鏡筒に樹脂レンズを収容するレンズユニットの鏡筒と樹脂レンズとの軸ズレ量を低減する。【解決手段】樹脂レンズと、前記樹脂レンズを収容するレンズ収容室を備える鏡筒と、前記レンズ収容室に設けられた突き当て面に、前記樹脂レンズを前記樹脂レンズの光軸方向に押圧する押圧部材と、を備え、前記樹脂レンズは、外周部を形成するフランジ部の前記鏡筒の前記突き当て面側に、前記外周部に比べて小径な嵌合部を備え、前記嵌合部は、前記レンズ収容室と全周で隙間嵌めにより嵌め合うことで光軸直交方向に対して位置決めされる。【選択図】図７

Description

本発明は、レンズユニット、ステレオカメラおよび移動体に関する。

従来、車載用のセンシングカメラなどに設けられるレンズユニットは、コストダウンを目的として、ガラスレンズから安価な樹脂レンズに置き換えられている。一般的に、レンズユニットは、鏡筒の円筒の中空部からなるレンズ収容室内にレンズを挿入する。挿入されたレンズは、ばねやネジ部材での押圧力や圧入、接着により、レンズ収容室内に保持される。

ガラスレンズの外周部は、通常、円筒形状となっている。一方、樹脂レンズは、製法上、溶融した樹脂材料を金型に流入するためのゲートを形成する必要がある。したがって、ゲート部をカットした際にゲートカット跡が残るため、樹脂レンズの外周部は、円筒形状とならない。

具体的には、樹脂レンズのゲート部と鏡筒のレンズ収容室との干渉を避けるため、樹脂レンズは、レンズ外周の一端をＤカットしてＤカット面にゲートを形成する構成が既に知られている。こうすることで、ゲート部を樹脂レンズの外周部からはみ出さないようにする。また、別の具体例としては、樹脂レンズは、ゲート部を円筒部から凸状に残すとともに、鏡筒のレンズ収容室は鏡筒側の一部に凹状の逃げ形状を形成する構成が既に知られている。こうすることで、樹脂レンズのゲート部を鏡筒の凹部に収容する。

特許文献１には、ゲート部をカットする際に生じるバリやカエリによる位置決め精度の劣化を防ぐ目的で、樹脂レンズのフランジ部に対し光軸に近い側に配置された脚部の外周面とレンズセル内壁部とを密着的に嵌合させて、レンズ部の光軸直交方向の位置決めを行う技術が開示されている。

しかしながら、樹脂レンズの外周面と鏡筒のレンズ収容室とを密着的に勘合している場合、初期の組立時や温度変化によって樹脂レンズに変形が生じて樹脂レンズとレンズ収容室間の軸ズレ量が大きくなるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、鏡筒に樹脂レンズを収容するレンズユニットの、鏡筒と樹脂レンズとの軸ズレ量を低減することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、樹脂レンズと、前記樹脂レンズを収容するレンズ収容室を備える鏡筒と、前記レンズ収容室に設けられた突き当て面に、前記樹脂レンズを前記樹脂レンズの光軸方向に押圧する押圧部材と、を備え、前記樹脂レンズは、外周部を形成するフランジ部の前記鏡筒の前記突き当て面側に、前記外周部に比べて小径な嵌合部を備え、前記嵌合部は、前記レンズ収容室と全周で隙間嵌めにより嵌め合うことで光軸直交方向に対して位置決めされる、ことを特徴とする。

本発明によれば、隙間嵌めで鏡筒に樹脂レンズを収容するレンズユニットの組立時及び温度変動時における鏡筒と樹脂レンズとの軸ズレ量を低減することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかるステレオカメラから物体までの距離を導き出す原理を説明する図である。 図２は、ステレオカメラを車両に搭載した例を示す図である。 図３は、ステレオカメラの分解斜視図である。 図４は、ステレオカメラを備えた車両制御システムの機能構成を示す機能ブロック図である。 図５は、従来のレンズユニットの構成を例示的に示す図である。 図６は、従来のレンズユニットの構成を例示的に示す図である。 図７は、本実施の形態のレンズユニットの構成を例示的に示す図である。 図８は、樹脂レンズの一端にＤカット形状を有する構成の模式図である。 図９は、樹脂レンズが全周で嵌合している場合の模式図である。

以下に添付図面を参照して、レンズユニット、ステレオカメラおよび移動体の実施の形態を詳細に説明する。

本実施の形態は、車載向けステレオカメラをはじめとした、高精度にレンズの偏心量を制御する必要があるレンズユニットに係るものであり、樹脂レンズを隙間嵌めで光軸直交方向に位置決めする場合に適用される。

（ステレオカメラの測距の原理）
図１は、実施の形態にかかるステレオカメラ１から物体１００までの距離を導き出す原理を説明する図である。図１を参照しながら、ステレオカメラ１から物体１００に対する視差を導出し、この視差によって、ステレオカメラ１から物体１００までの距離を測定する原理について説明する。

図１に示すステレオカメラ１は、平行等位に配置されたカメラモジュール２ａとカメラモジュール２ｂと、を有する。カメラモジュール２ａ、２ｂは、それぞれ入射する光を屈折させて物体１００の像を固体撮像素子である撮像素子４ａ、４ｂにそれぞれ結像させるレンズユニット３ａ、３ｂを有する。レンズユニット３ａ、３ｂの光軸は、それぞれ撮像素子４ａ、４ｂの撮像面に垂直となっている。すなわち、レンズユニット３ａ、３ｂの光軸は、互いに平行となっている。

図１において、３次元空間内の物体１００上の点は、撮像素子４ａおよび撮像素子４ｂそれぞれにおいて、レンズユニット３ａとレンズユニット３ｂとを結ぶ直線と平行な直線上の位置に写像される。物体１００上の点からの光が撮像素子４ａ上で結像した点と、撮像素子４ａの撮像面とレンズユニット３ａの光軸との交点との距離をｚｌとし、撮像素子４ｂ上で結像した点と、撮像素子４ｂの撮像面とレンズユニット３ｂの光軸との交点との距離をｚｒすると、視差ｚは、ｚ＝ｚｒ＋ｚｌと表される。

次に、視差ｚを用いることにより、ステレオカメラ１と物体１００との間の距離Ｌを導出する。ここで、距離Ｌとは、レンズユニット３ａの主点とレンズユニット３ｂの主点とを結ぶ直線から物体１００上の点までの距離である。図１に示すように、レンズユニット３ａおよびレンズユニット３ｂの焦点距離ｆ、レンズユニット３ａの主点とレンズユニット３ｂの主点との間の長さである基線長Ｂ、および視差ｚを用いて、下記の式（１）により、距離Ｌを算出することができる。

Ｌ＝（Ｂ×ｆ）／（ｚｒ＋ｚｌ）＝（Ｂ×ｆ）／ｚ ・・・（１）

基線長Ｂおよび焦点距離ｆは既知であるので、視差ｚを検出することにより、物体１００までの距離Ｌを算出することできる。上記の式（１）により、視差ｚが大きいほど距離Ｌは小さく、視差ｚが小さいほど距離Ｌは大きくなることがわかる。

（ステレオカメラを備えた車両の概略構成）
図２は、ステレオカメラ１を車両７０に搭載した例を示す図である。図２を参照しながら、ステレオカメラ１を搭載した車両７０について説明する。図２のうち、図２（ａ）は、ステレオカメラ１を搭載した車両７０の側面図であり、図２（ｂ）は、車両７０の正面図である。

図２に示すように、移動体の一例としての自動車である車両７０は、車両制御システム６０を搭載している。車両制御システム６０は、車両７０の居室空間である車室に設置されたステレオカメラ１と、車両制御装置６１と、ステアリングホイール６２と、ブレーキペダル６３と、を備えている。

ステレオカメラ１は、車両７０の進行方向を撮像する撮像機能を有する。ステレオカメラ１は、例えば、車両７０のフロントウィンドウ内側のバックミラー近傍に設置される。ステレオカメラ１は、詳細は後述するが、筐体５と、筐体５に固定されたカメラモジュール２ａと、カメラモジュール２ｂとを備えている。カメラモジュール２ａ、２ｂは、車両７０の進行方向の被写体を撮像できるように筐体５に固定されている。

カメラモジュール２ａ、２ｂは、筐体５に対して平行等位に配置された一対の円筒形状のカメラで構成されている。また、説明の便宜上、カメラモジュール２ａを「左」のカメラと称し、カメラモジュール２ｂを「右」のカメラと称するものとする。

車両制御装置６１は、制御装置として機能するものであって、ステレオカメラ１から受信した画像データにより、各種車両制御を実行するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。車両制御装置６１は、車両制御の例として、ステレオカメラ１から受信した画像データに基づいて、ステアリングホイール６２を含むステアリング系統を制御して障害物を回避するステアリング制御、または、ブレーキペダル６３を制御して車両７０を減速および停止させるブレーキ制御等を実行する。

車両制御システム６０は、ステレオカメラ１および車両制御装置６１を用いたステアリング制御またはブレーキ制御等の車両制御が実行することによって、車両７０の運転の安全性を向上することができる。

なお、上述のように、ステレオカメラ１は、車両７０の前方を撮像するものとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、ステレオカメラ１は、車両７０の後方または側方を撮像するように設置されるものとしてもよい。この場合、ステレオカメラ１は、車両７０の後方の後続車、または側方を並進する他の車両等の位置を検出することができる。そして、車両制御装置６１は、車両７０の車線変更時または車線合流時等における危険を検知して、上述の車両制御を実行することができる。また、車両制御装置６１は、車両７０の駐車時等におけるバック動作において、ステレオカメラ１によって出力された車両７０の後方の障害物についての認識情報に基づいて、衝突の危険があると判断した場合に、上述の車両制御を実行することができる。

（ステレオカメラの構造）
図３は、ステレオカメラ１の分解斜視図である。図３を参照しながら、本実施の形態に係るステレオカメラ１の構造について説明する。なお、図３に示すように、レンズユニット３ａ、３ｂは、レンズユニット３ａの中心からレンズユニット３ｂの中心に向かう方向をＸ軸として、レンズユニット３ａ、３ｂの光軸方向をＺ軸とする、ＸＹＺ座標系に置かれているとする。

図３に示すように、ステレオカメラ１は、レンズユニット３ａ、３ｂ（光学系）と、撮像素子４ａ、４ｂと、筐体５と、を備えている。

レンズユニット３ａ、３ｂは、円柱形状のレンズであり、入射した光をそれぞれ撮像素子４ａ、４ｂに結像させる。レンズユニット３ａ、３ｂは、光軸方向の所定位置の側面に段差を有し、当該所定位置から筐体５への挿入側の端面までの部分の外形が、それ以外の部分の外形よりも小さくなっている。

筐体５は、レンズユニット３ａ、３ｂと、撮像素子４ａ、４ｂと、を固定させるためのステレオカメラ１の本体部分を構成する直方体形状の金属製部材である。筐体５は、前面から反対側の面まで貫通する貫通孔５１ａ、５１を備えている。

レンズユニット３ａは、筐体５の前面に形成された貫通孔５１ａの開口部から挿入することによって、貫通孔５１ａに嵌合する。この場合、レンズユニット３ａの外径と貫通孔５１ａの内径とは、略同一の径となっている。同様に、レンズユニット３ｂは、筐体５の前面に形成された貫通孔５１ｂの開口部から挿入することによって、貫通孔５１ｂに嵌合する。この場合、レンズユニット３ｂの外径と貫通孔５１ｂの内径とは、略同一の径となっている。このように、レンズユニット３ａ、３ｂが、それぞれ貫通孔５１ａ、５１ｂに嵌合した状態において、レンズユニット３ａ、３ｂの光軸と、貫通孔５１ａ、５１ｂ中心軸とは、それぞれ一致している。筐体５に対するレンズユニット３ａ、３ｂの固定方法としては、貫通孔５１ａ、５１ｂと、レンズユニット３ａ、３ｂとの間に接着剤を流入して固着させる方法、または、レンズユニット３ａ、３ｂの側面にねじを形成して当該レンズユニット３ａ、３ｂを貫通孔５１ａ、５１ｂにそれぞれ螺合させる方法等が挙げられる。

図４は、ステレオカメラ１を備えた車両制御システム６０の機能構成を示す機能ブロック図である。図４において、車両制御装置６１は、画像補正処理部６１１、視差演算部６１２、メモリ６１３、ステレオカメラ処理部６１４、カメラ異常検出処理部６１５、異常出力部６１６などを備える。なお、車両制御装置６１は、他には操作入力部などを備えるが、図４では省略してある。なお、車両制御部８０は、自動車等の車両７０の自動変速制御部、ブレーキ制御部、ステアリング制御部等の総称である。

なお、図４中のステレオカメラ１及び車両制御部８０を除く各部は、一般にコンピュータ装置で構成される。具体的には、画像補正処理部６１１、視差演算部６１２、ステレオカメラ処理部６１４及びカメラ異常検出処理部６１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラム等に基づいて各処理機能が実現される。

メモリ６１３は、ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory）等の総称である。メモリ６１３は、ＣＰＵで実行されるプログラム、該ＣＰＵでの処理に必要なパラメータやテーブル、該ＣＰＵでの処理途中や処理結果のデータ等を格納する。

異常出力部６１６は、表示装置や音声出力装置、アラームランプなどである。異常出力部６１６は、ステレオカメラ１の異常をユーザに通知する。

カメラモジュール２ａ、２ｂは、両者の光軸が平行に所定の間隔（基線長）で配置され、互いに同期して動作して、それぞれ異なる視点から被写体を撮影する。カメラモジュール２ａ、２ｂは、撮影した光学像をアナログ電気信号に変換し、更にデジタル信号に変換して画像データを出力する。画像データは、例えば８ビット／画素からなり、０～２５５階調（輝度値）をとる。

画像補正処理部６１１は、右カメラであるカメラモジュール２ｂの画像用の画像補正処理回路（Ｂ）２ｂ－１とバッファメモリ（Ｂ）２ｂ－２、及び左カメラであるカメラモジュール２ａの画像用の画像補正処理回路（Ａ）２ａ－１とバッファメモリ（Ａ）２ａ－２を有している。ここで、バッファメモリ（Ｂ）２ｂ－２及びバッファメモリ（Ａ）２ａ－２は、それぞれ十乃至数十ライン程度のラインバッファである。

右カメラであるカメラモジュール２ｂ及び左カメラであるカメラモジュール２ａから出力されたステレオ画像データの各画像データは、それぞれバッファメモリ（Ｂ）２ｂ－２及びバッファメモリ（Ａ）２ａ－２に格納される。画像補正処理回路（Ａ）２ａ－１及び画像補正処理回路（Ｂ）２ｂ－１は、それぞれバッファメモリ（Ａ）２ａ－２及びバッファメモリ（Ｂ）２ｂ－２に格納された画像データについて、カメラ組み付け後に残る歪みやカメラモジュール２ａ、２ｂの位置ずれを補正して出力する。補正パラメータは、カメラ異常検出処理部６１５から与えられるが、これについては後述する。

ここで、本実施の形態の画像補正処理部６１１は、比較画像についてカメラモジュール２ａ、２ｂの位置ずれを補正する。画像補正処理部６１１は、基準画像について、カメラモジュール２ａ、２ｂの位置ずれ補正を行わない。例えば、右カメラであるカメラモジュール２ｂの画像を基準画像、左カメラであるカメラモジュール２ａの画像を比較画像とすると、画像補正処理回路（Ａ）２ａ－１では、バッファメモリ（Ａ）２ａ－２の画像データについて、カメラ組み付け後に残る歪み及びカメラモジュール２ａ、２ｂの位置ずれを補正する。一方、画像補正処理回路（Ｂ）２ｂ－１では、バッファメモリ（Ｂ）２ｂ－２の画像データについて、カメラ組み付け後に残る歪みのみを補正する。補正は、バッファメモリ（Ａ）２ａ－２及びバッファメモリ（Ｂ）２ｂ－２の画像データを座標変換（アフィン変換等）して出力することで行う。

なお、右カメラであるカメラモジュール２ｂ及び左カメラであるカメラモジュール２ａから出力される画像データがカラー画像データの場合は、画像補正処理回路（Ａ）２ａ－１及び画像補正処理回路（Ｂ）２ｂ－１では、カラー画像データについて、モノクロ画像データ（輝度画像データ）に変換した後、必要な補正処理を行うようにする。

視差演算部６１２は、画像補正処理部６１１から右カメラであるカメラモジュール２ｂ及び左カメラであるカメラモジュール２ａの歪みや位置ずれの補正された２つの画像データ（ステレオ画像データ）を入力し、微小領域毎に視差を計算して視差画像データを生成する。視差計算には、周知のブロックマッチングという手法を利用する。

すなわち、右カメラであるカメラモジュール２ｂ及び左カメラであるカメラモジュール２ａの２つの画像データについて、例えば、カメラモジュール２ｂの画像データ（輝度画像データ）から微小領域ａを切り出し、それに対応する領域を探索するために、カメラモジュール２ａの画像データ（輝度画像データ）から同じく微小領域ｂを切り出し、微小領域ａの位置を基準に、微小領域ｂの位置を所定の範囲内で移動させて、対応点の位置を探索する。この探索された対応点の位置の差分が視差を示す。カメラモジュール２ａ、２ｂの２つの画像データについて、ブロックマッチング処理を繰り返すことにより、カメラモジュール２ａ、２ｂのステレオ画像データ全体の微小領域毎の視差値、すなわち、視差画像データが得られる。

メモリ６１３は、視差演算部６１２で算出された視差画像データ、及び、カメラモジュール２ａ、２ｂの各画像データ（輝度画像データ）を格納する。

ステレオカメラ処理部６１４は、メモリ６１３からカメラモジュール２ａ、２ｂの各画像データ（輝度画像データ）、及び、視差画像データを読み込み、障害物の画像認識処理や、障害物までの距離計算などを行う。これらの処理をステレオカメラ処理と称す。

車両制御部８０は、ステレオカメラ処理部６１４の処理結果に応じて、車両７０の走行等の制御を実施する。車両制御部８０は、例えば、車間距離維持のために自動変速やブレーキペダル６３、衝突回避のためにステアリングホイール６２などの制御を行う。

一方、カメラ異常検出処理部６１５は、メモリ６１３からカメラモジュール２ａ、２ｂの各画像データを読み込み、カメラモジュール２ａ、２ｂ（ステレオカメラ１）の位置ずれを検出する。そして、カメラモジュール２ａ、２ｂの位置ずれ量がバッファメモリ（バッファメモリ（Ａ）２ａ－２、バッファメモリ（Ｂ）２ｂ－２）の範囲内であれば、位置ずれ量をもとに補正パラメータを生成して画像補正処理回路（Ａ）２ａ－１及び画像補正処理回路（Ｂ）２ｂ－１に送る。さらに、カメラ異常検出処理部６１５は、生成した補正パラメータを保持する。一方、カメラモジュール２ａ、２ｂの位置ずれ量がバッファメモリ（バッファメモリ（Ａ）２ａ－２、バッファメモリ（Ｂ）２ｂ－２）の範囲を超えていれば、カメラモジュール２ａ、２ｂ（ステレオカメラ１）は異常と判断して、ステレオカメラ処理部６１４及び異常出力部６１６に対してカメラ異常（ステレオカメラ異常）を通知する。

ステレオカメラ処理部６１４は、カメラ異常検出処理部６１５からカメラ異常を通知されると、ステレオカメラ処理を一時中断する。この結果、車両制御部８０の制御動作も一時中断する。また、異常出力部６１６は、カメラ異常検出処理部６１５からカメラ異常を通知されると、ユーザへカメラ異常を通知する。具体的には、異常出力部６１６は、カメラ異常等を表示したり、音声やブザーなどで通知したりする。これにより、ユーザ（運転者）は、車両制御部８０が機能していないことを認識する。

（レンズユニットの構造）
ところで、ステレオカメラ１を構成しているレンズユニット３ａ、３ｂにおいては、樹脂レンズをレンズに用いている。このような樹脂レンズは、温度変化や外力等によりレンズの偏心状態が変化することがある。レンズの偏心状態が変化した場合、物体の結像位置が変化し、視差値ｚが変化する。上述した式（１）より、ステレオカメラ１の測距値は視差値ｚの値により導出されるため、レンズの偏心量が変化した場合、測距精度の劣化につながる。視差値とレンズの偏心量の関係は、レンズの光学系によって変わるが、μｍ単位で制御される必要がある。

本実施の形態のように、自動車である車両７０に対する車載用途などの場合、使用温度範囲が広いため温度による偏心状態の変化の影響が大きい。具体的には、車載用途などの場合、－４０℃～１０５℃程度までの環境下での利用が想定される。そのため、温度変化時に、レンズの偏心状態が変化しないような構成とすることが必要とされる。

図５および図６は、従来のレンズユニットの構成を例示的に示す図である。図５および図６に示すレンズユニットは、概略的には、樹脂レンズ３００を鏡筒３１０に隙間嵌めで位置決めするようにしたものである。以下において、詳述する。

図５および図６に示すように、樹脂レンズ３００は、光学有効範囲３０１と、光学有効範囲３０１よりも外側に設けられるフランジ部３０２と、から構成される。フランジ部３０２の外周部の一端には、成形時に溶融した樹脂材料を金型に流入するためのゲート部３０４が形成される。

鏡筒３１０と樹脂レンズ３００の組み立てに際して、ゲート部３０４が鏡筒３１０の内壁と干渉しないようにする必要があるため、図５に示すように樹脂レンズ３００の外周面内にゲート部３０４を形成する構成や、図６に示すように鏡筒３１０にゲート部３０４の逃げ形状３１１を設ける構成が採られる。

図５に示す構成における樹脂レンズ３００の形状は、樹脂レンズ３００の外周の一端をカットした（以降、Ｄカットとする）平坦部３０３にゲート部３０４を形成し、ゲート部３０４をフランジ部３０２の外周部の延長線上から飛び出さないようにした形状とする。

鏡筒３１０は、略円筒形状のレンズ収容室３１０ａを備える。樹脂レンズ３００は、鏡筒３１０の突き当て面３１０ｂに当接する位置まで、レンズ収容室３１０ａに挿入される。このとき樹脂レンズ３００は、平坦部３０３の領域を除く円筒面により、鏡筒３１０のレンズ収容室３１０ａと嵌め合い光軸直交方向の位置決めがされる。

図６に示す構成における樹脂レンズ３００のゲート部３０４は、樹脂レンズ３００の外周部から凸状に飛び出した形状である。ゲート部３０４は、鏡筒３１０側の凹状の逃げ形状３１１に嵌合することで干渉を回避する。レンズユニットの組み立てに際しては、前者同様、鏡筒３１０の突き当て面３１０ｂに当接するまでレンズ収容室３１０ａに樹脂レンズ３００を挿入する。尚、このとき樹脂レンズ３００は、鏡筒３１０の逃げ形状３１１を除いた領域において径方向に嵌め合い、光軸直交方向の位置決めがなされる。

図５および図６のいずれの方式においても、樹脂レンズ３００の外周部と鏡筒３１０の内壁間は、所望の嵌合代（隙間）を空けて組み立てられ、樹脂レンズ３００は押圧部材３２０により押圧力を受けて鏡筒３１０に固定される。

このように樹脂レンズ３００の外周部と鏡筒３１０の内壁間に嵌合代（隙間）を空けている場合、初期の組立時や温度変動時において樹脂レンズ３００に変形が生じた場合に、樹脂レンズ３００と鏡筒３１０のレンズ収容室３１０ａ間の軸ズレ量が大きくなるという問題があった。

次に、本実施の形態のレンズユニット３ａ、３ｂの構成について詳述する。

ここで、図７は本実施の形態のレンズユニット３ａ、３ｂの構成を例示的に示す図である。図７（ａ）は樹脂レンズ３０を下方から見た斜視図、図７（ｂ）は樹脂レンズ３０を上方から見た斜視図、図７（ｃ）は樹脂レンズ３０を鏡筒４０に収容した状態でのレンズユニット３ａ、３ｂの断面図である。

図７に示すように、レンズユニット３ａ、３ｂは、樹脂レンズ３０と、鏡筒４０と、押圧部材２０と、を備える。

樹脂レンズ３０は、光学有効範囲３１と、光学有効範囲３１よりも外側に設けられるフランジ部３２と、を備える。樹脂レンズ３０は、鏡筒４０において径方向に嵌め合い、光軸直交方向の位置決めがなされる。樹脂レンズ３０は、押圧部材２０により押圧力を受けて鏡筒４０に固定される。

図７に示す構成における樹脂レンズ３０は、フランジ部３２の外周部の一端をカットした（以降、Ｄカットとする）平坦部３３に、成形時に溶融した樹脂材料を金型に流入するためのゲート部３４を形成する。ゲート部３４は、フランジ部３２の外周部の延長線上から飛び出さないようにした形状とする。

また、樹脂レンズ３０は、フランジ部３２の下方（後述する鏡筒３１の突き当て面３１ｂ側）に、フランジ部３２に比べて小径な小径部である嵌合部３６を備えている。なお、以下においては、便宜上、フランジ部３２を大径部３５という。嵌合部３６は、大径部３５に設けられたＤカットの平坦部３３には達しない程度に、大径部３５よりも径が小さく、略円筒形状となる。

鏡筒４０は、円筒形状のレンズ収容室４０ａを備える。レンズ収容室４０ａは、樹脂レンズ３０を突き当てる突き当て面４０ｂを備える。このように鏡筒４０のレンズ収容室４０ａと、樹脂レンズ３０の嵌合部３６とは、円筒形状に形成される。このようにすることで、鏡筒４０の加工が容易になる、という効果がある。

図７（ｃ）に示すように、レンズユニット３ａ、３ｂの組み立てに際しては、樹脂レンズ３０は、鏡筒４０の突き当て面４０ｂに当接する位置まで、レンズ収容室４０ａに挿入される。樹脂レンズ３０と鏡筒４０との組み立てに際して、樹脂レンズ３０の嵌合部３６は、鏡筒４０のレンズ収容室４０ａと全周で隙間嵌めにより嵌め合い、光軸直交方向の位置決めを行う。

なお、上述したような使用環境下（－４０℃～１０５℃程度）における樹脂レンズ３０のレンズ面の変形を抑制するため、嵌合部３６とレンズ収容室４０ａの初期の嵌合代（隙間）は、ステレオカメラ１の使用温度範囲内において、圧入の状態とならないように、使用温度範囲内で下記に示す関係となるよう設定することが望ましい。
レンズ収容室の内径≧樹脂レンズの外径

上述の関係により、「あそび」を持たせて組付ける「隙間嵌め」が可能になる。通常の樹脂レンズ３０の固定では、樹脂レンズ３０のレンズ外径と鏡筒４０のレンズ収容室４０ａの内径とを２点または３点以上で当接させることで、樹脂レンズ３０と鏡筒４０のレンズ収容室４０ａとの位置関係を固定する。本実施の形態では、あえて固定させず全周で適切な「あそび」を持たせることで、温度変化等に対応する。このような状態を「隙間嵌め」と表現する。このようにレンズ収容室４０ａと樹脂レンズ３０とは、使用環境温度の範囲において、光軸直交方向に隙間を有することにより、レンズ面の変形を抑制する、という効果がある。

具体的には、レンズ収容室４０ａの内径と、樹脂レンズ３０の外径とは、以下の式を満足する径がよい。例えば、樹脂レンズ３０の外径寸法Ｄ＝１０ｍｍ、使用温度内での温度差ΔＴ＝８０℃、鏡筒４０の線膨張係数αＣ＝２４．３×１０^－６／℃、樹脂レンズ３０の線膨張係数αl＝６０．０×１０^－６／℃の場合、嵌合代（隙間）の寸法δは、下記の式（２）により２８．６ｍｍになる。
δ≧ΔＴ（αｃ－αｌ）×Ｄ ・・・式（２）
ここで、αｃは鏡筒４０の線膨張係数、αｌは樹脂レンズ３０の線膨張係数、Ｄは嵌合部の径、ΔＴは常温と使用環境温度の上限の差、δは嵌合代（隙間）を示す。

なお、樹脂レンズ３０を形成する樹脂材料は、線膨張係数が温度により変動するものがあるため、使用環境温度の範囲において、嵌合代（隙間）δが最小となる温度での値を用いる。上述の計算では、２０～１０５℃における線膨張係数で算出を行った。

また、本実施の形態においては、使用温度範囲において樹脂レンズ３０の外周部が鏡筒４０の内壁とは接触しないように、大径部３５の外形寸法を設定し、光軸直交方向の位置決めには影響しない構成とする。

図７（ｃ）に示すように、光軸方向に対しては、嵌合部３６の押圧面３７と鏡筒４０の突き当て面４０ｂとが突き当たることで位置決めされる。そして、押圧部材２０が、大径部３５側の押圧面３８に当接して押圧力を伝達することにより、樹脂レンズ３０が鏡筒４０に固定される。このとき、鏡筒４０の突き当て面４０ｂと嵌合部３６の押圧面３７との当接面、および押圧部材２０と大径部３５の押圧面３８との当接面は、光軸に対して軸対称形状であることが望ましい。こうすることにより、押圧力の不均一性による変形と軸ズレを抑制することができる、という効果がある。

なお、本実施の形態では、径方向の位置決めは略円筒形状同士での嵌め合いとしているが、これに限るものではなく、光軸に軸対称となる円錐形状であってもよい。このように鏡筒４０のレンズ収容室４０ａと、樹脂レンズ３０の嵌合部３６とが、円錐形状に形成される場合には、樹脂レンズ３０と鏡筒４０との組み立て性が良くなる、という効果がある。

また、本実施の形態では、大径部３５と嵌合部３６とを段付き形状で構成したが、これに限るものではなく、大径部３５と嵌合部３６とは連続的にテーパで接続されていてもよい。これにより、大径部３５であるフランジ部３２の強度を高めることができる。

このような構成とすることにより、温度変化時の樹脂レンズ３０と鏡筒４０のレンズ収容室４０ａとの間の軸ズレ量の変化を低減する効果と、初期の組立時の樹脂レンズ３０と鏡筒４０のレンズ収容室４０ａとの間の軸ズレを低減する効果と、を得ることができる。また、成形時のバリの影響を低減することも可能となる。

ここで、温度変化時の樹脂レンズ３０と鏡筒４０のレンズ収容室４０ａとの間の軸ズレ量変化の低減効果について詳述する。

温度が変化した場合、各部品は各々の材料の線膨張係数に従って膨張する。樹脂レンズ３０と鏡筒４０の線膨張係数が異なる場合は、樹脂レンズ３０と鏡筒４０との間の嵌合代（隙間）の寸法が変化する。いずれかの温度域で樹脂レンズ３０と鏡筒４０の内壁部とが接触する場合、その状態から嵌合代（隙間）が狭まる温度変化を生じると、膨張差分だけ鏡筒４０の内壁に樹脂レンズ３０が押されて樹脂レンズ３０の軸ズレ量が変化する。初期の組立時に樹脂レンズ３０と鏡筒４０の内壁とが接触した状態において、組み立て時から温度変化による軸ズレ量変化は最大となり、その値は樹脂レンズ３０と鏡筒４０との膨張量の差分の半分となる。

一般に、精度を要求されるレンズユニット３ａ、３ｂの場合、鏡筒４０はアルミニウムや真鍮等の金属部品が使われるが、樹脂レンズ３０との線膨張係数差が大きく、上記の軸ズレ量の変動が生じやすい。具体的には、樹脂レンズ３０の材料は線膨張係数が６０～７０×１０^－６／℃程度であり、鏡筒４０がアルミニウムの場合、３６～４６×１０^－６／℃程度の線膨張係数差となる。すなわち、鏡筒４０と樹脂レンズ３０との線膨張係数差は、２０×１０^－６／℃以上である。

温度変動による軸ズレ量の変化が大きい場合、組み立て初期からの像位置の変化が大きくなり、測距精度が劣化することが懸念される。

温度による軸ズレ量の変動を抑制するためには樹脂レンズ３０と鏡筒４０との線膨張係数差を小さくするか、嵌合径を小さくする必要がある。本実施の形態の樹脂レンズ３０のレンズ形状においては、レンズ径を小さくすることが可能である。レンズ径を小さくすることにより、軸ズレ量の変化を低減することができる。

具体的には、従来のＤカットしているレンズにおいては、嵌合部となる外周部の外形はゲート部３４を外周円筒内に収めるために、外形を大きくする必要があった。一方、本実施の形態における樹脂レンズ３０のレンズ形状においては、Ｄカットを形成する平坦部３３と嵌合部を別に設けており、嵌合部となる嵌合部３６は、Ｄカット部の平坦部３３よりも径を小さくすることができる。そのため、従来のＤカットの構成に比べて軸ズレ量を低減することが可能となる。

また、上記で鏡筒４０の内壁と樹脂レンズ３０が当接することによる影響について記述したが、鏡筒４０の内壁と樹脂レンズ３０とが接触していない場合においても、熱膨張量が異なることで、光軸方向の突き当て面で摺動力が働き、軸ズレ量が変化する影響も生じる。この影響は軸力が押圧面で分布がある場合に、摩擦力の不均一性が強まり、より大きくなる。

本実施の形態の構成においては、押圧面は軸対称とするため、樹脂レンズ３０に加わる力が均一となり、上記の軸ズレ量の変化を低減することができる。

また、当接面を均一化することにより樹脂レンズ３０の変形量に対しても、不均一な変形が押えられ、軸力が分散するため抑制する効果も得られる。

次に、成形時のバリの影響を低減効果について詳述する。

射出成形において、樹脂レンズ３０の金型のパーディングラインやガスベントの位置にバリを生じる場合がある。樹脂レンズ３０の外周部で径嵌合する場合は、外周部に上記のようなバリを生じないよう、金型の構成や管理方法を考慮する必要がある。本実施の形態の構成においては、嵌合部は外周部ではない嵌合部３６となるため、大径部３５に金型の割りやガスベントを設けることで成形時のバリの影響を避ける事ができるため、比較的金型構成や管理を容易にすることが可能となる。

次に、初期の組立時の樹脂レンズ３０と鏡筒４０のレンズ収容室４０ａとの間の軸ズレを低減する効果について説明する。

ここで、図８は樹脂レンズ３０の一端にＤカット形状を有する構成の模式図、図９は樹脂レンズ３０が全周で嵌合している場合の模式図を示す。なお、各々の図において実線で示している曲線１はレンズ鏡筒を、破線で示している曲線２及び曲線３は樹脂レンズ３０の嵌合部の外形形状の模式図を示している。

Ｄカットの平坦部３３を有する場合における組付け時の軸ズレ量について考えると、Ｄカットの平坦部３３の両端面（Ｐ１、Ｐ２）が鏡筒４０の内壁にそれぞれ接触する場合に軸ズレ量が最大となる。このときの初期の最大軸ズレ量をｐとおくと、ｐは次の式（３）で求められる。

但し、ｒは鏡筒４０の内径の半径、ｒ’は樹脂レンズ３０のレンズ外形の半径、ｌはＤカット幅、αは嵌合部の隙間最大量を示す。

他方、全周で径嵌合する場合を考えると、組付け時の軸ズレ量が最大となる場合は、鏡筒４０の内壁に樹脂レンズ３０のレンズ外形が当接する場合であり、その際の最大軸ズレ量ｑはα／２となる。

最大軸ズレ量のｐとｑを比較すると、ｐのほうが大きい値を取る。仮にｒ＝５ｍｍ、ｌ＝５ｍｍ、α＝０．０４ｍｍの場合を考えると、Ｄカットを有する樹脂レンズの場合の軸ズレ量ｑのほうが、全周嵌合した場合の樹脂レンズ３０の軸ズレ量ｐに比べて３μｍ程度軸ズレ量が大きくなる。

初期の軸ズレ量が大きい場合は、初期の光学性能の劣化につながる。加えて、初期状態において樹脂レンズが片側に寄せられると反対側の内壁面までの嵌合代（隙間）が大きくなり樹脂レンズの可動範囲が大きくなる。そのため、経時や衝撃荷重が加わった場合に樹脂レンズの軸ズレ量がより大きくなる可能性があり、組み立て後の性能にも影響する懸念がある。

本実施の形態の構成においては、樹脂レンズ３０に設けられた円筒形状の嵌合部３６で鏡筒４０に嵌合するため、従来のＤカットレンズよりも軸ズレをより抑制することが可能となる。

このように本実施の形態によれば、外周部の一端にゲート部３４を設けるためのＤカット形状が形成されたフランジ部３２に、当該フランジ部３２に比べて小径な嵌合部３６を形成し、嵌合部３６は円筒形状として鏡筒４０の内壁部と全周で隙間嵌めにより嵌め合い、光軸直交方向の位置決めを行う。これにより、樹脂レンズ３００を隙間嵌めで鏡筒４０に収容するレンズユニット３ａ、３ｂにおいて、樹脂レンズ３００の組立時及び温度変動時の軸ズレ量を低減することができる。

また、上述の実施の形態では、車両７０としての自動車に搭載されるステレオカメラ１について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、他の車両の一例としてバイク、自転車、ドローン、車椅子または農業用の耕運機等の車両に搭載されるものとしてもよい。また、移動体の一例としての車両だけでなく、ロボット等の移動体であってもよい。

さらに、ロボットは、移動体だけでなく、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）において固定設置される工業用ロボット等の装置であってもよい。また、固定設置される装置としては、ロボットだけでなく、防犯用の監視カメラ等であってもよい。

１ ステレオカメラ
２０ 押圧部材
３ａ、３ｂ レンズユニット
４ａ、４ｂ 撮像素子
３０ 樹脂レンズ
３６ 嵌合部
４０ 鏡筒
４０ａ レンズ収容室
４０ｂ 突き当て面
６１ 制御装置
７０ 移動体

特開２００２－３４１２１８号公報

Claims (10)

1. 樹脂レンズと、
   前記樹脂レンズを収容するレンズ収容室を備える鏡筒と、
   前記レンズ収容室に設けられた突き当て面に、前記樹脂レンズを前記樹脂レンズの光軸方向に押圧する押圧部材と、
   を備え、
   前記樹脂レンズは、外周部を形成するフランジ部の前記鏡筒の前記突き当て面側に、前記外周部に比べて小径な嵌合部を備え、
   前記嵌合部は、前記レンズ収容室と全周で隙間嵌めにより嵌め合うことで光軸直交方向に対して位置決めされる、
   ことを特徴とするレンズユニット。
2. 前記鏡筒の前記レンズ収容室と、前記樹脂レンズの前記嵌合部とは、円筒形状である、
   ことを特徴とした請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記鏡筒の前記レンズ収容室と、前記樹脂レンズの前記嵌合部とは、円錐形状である、
   ことを特徴とした請求項１に記載のレンズユニット。
4. 前記フランジ部と前記嵌合部とは、連続的にテーパで接続されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載のレンズユニット。
5. 前記鏡筒と前記樹脂レンズとの線膨張係数差が、２０×１０^－６／℃以上である、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のレンズユニット。
6. 前記レンズ収容室と前記樹脂レンズとは、使用環境温度の範囲において、光軸直交方向に隙間を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のレンズユニット。
7. 前記樹脂レンズの前記外周部は、該外周部の一端がカットされている、
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のレンズユニット。
8. 前記鏡筒の前記突き当て面と前記嵌合部の押圧面との当接面、および前記押圧部材と前記フランジ部の押圧面との当接面は、光軸に対して軸対称形状である、
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のレンズユニット。
9. 光軸が互いに平行となるように設けられる、２つの請求項１ないし８のいずれか一項に記載のレンズユニットと、
   ２つの前記レンズユニットそれぞれに入射した光から画像データに変換する２つの撮像素子と、
   を備えることを特徴とするステレオカメラ。
10. 請求項９に記載のステレオカメラと、
    前記ステレオカメラから受信した画像データから導出される視差に基づいて動作制御する制御装置と、
    を備えることを特徴とする移動体。

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