JP2022175562A - 光学装置、撮像装置、撮像装置、車載システム、および移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を複雑化することなく、偏心や環境温度の変動による光学性能の低下を抑制することが可能な光学装置を提供する。【解決手段】光学装置（１００）は、物体側に第１の曲面（２０９）を有し、像側に第２の曲面（２１０）を有するレンズ（１０３）と、径方向においてレンズよりも外側に配置される鏡筒（１０１）と、第１の曲面に当接することでレンズを支持する第１の支持部材（２０２）と、第２の曲面に当接することでレンズを支持する第２の支持部材（２０３）とを有し、レンズと鏡筒とは径方向において互いに離間しており、光軸を含む断面において、レンズの線膨張係数をＡ（／℃）、鏡筒の線膨張係数をＢ（／℃）、２３℃におけるレンズの外径をＣ（ｍｍ）とするとき、径方向におけるレンズと鏡筒との距離は、０．０３ｍｍ、または、｜（Ａ－Ｂ）×Ｃ｜×２０（ｍｍ）のいずれか大きい方以上である。【選択図】図２

Description

本発明は、光学装置、撮像装置、撮像装置、車載システム、および移動装置に関する。

近年、ドライバーを補助する運転支援システムや自動運転への応用のため、車載カメラの需要が増えている。車載カメラに用いられる光学装置（レンズ装置）においては、偏心や環境温度の変動による光学性能の劣化が課題となる。特許文献１には、レンズと鏡筒との間に介挿部材を設け、偏心を抑制しつつ、温度変化に発生する応力を介挿部材で吸収させる光学装置が開示されている。

特開２０２０－１８７１７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された光学装置は介挿部材を必要とするため、部品数が増加するとともに光学装置の構造が複雑化する。このため、介挿部材を用いることなく、二つの支持部材でレンズを保持して光学性能の低下を抑制する構造が望まれる。

そこで本発明は、構造を複雑化することなく、偏心や環境温度の変動による光学性能の低下を抑制することが可能な光学装置、撮像装置、撮像装置、車載システム、および移動装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光学装置は、物体側に第１の曲面を有し、像側に第２の曲面を有するレンズと、径方向において前記レンズよりも外側に配置される鏡筒と、前記第１の曲面に当接することで前記レンズを支持する第１の支持部材と、前記第２の曲面に当接することで前記レンズを支持する第２の支持部材とを有し、前記レンズと前記鏡筒とは径方向において互いに離間しており、光軸を含む断面において、前記レンズの線膨張係数をＡ（／℃）、前記鏡筒の線膨張係数をＢ（／℃）、２３℃における前記レンズの外径をＣ（ｍｍ）とするとき、径方向における前記レンズと前記鏡筒との距離は、０．０３ｍｍ、または、｜（Ａ－Ｂ）×Ｃ｜×２０（ｍｍ）のいずれか大きい方以上である。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、構造を複雑化することなく、偏心や環境温度の変動による光学性能の低下を抑制することが可能な光学装置、撮像装置、撮像装置、車載システム、および移動装置を提供することができる。

実施例１における光学装置の断面図である。 実施例１における光学装置の要部拡大図である。 ベルクランプ調心効果の説明図である。 実施例２における光学装置の断面図である。 実施例２における光学装置の要部拡大図である。 実施例３における光学装置の断面図である。 実施例３における光学装置の要部拡大図である。 実施例４における光学装置の断面図である。 実施例４における光学装置の要部拡大図である。 実施例５における光学装置の断面図である。 実施例５における光学装置の要部拡大図である。 各実施例における光学装置を備えた車載システムのブロック図である。 各実施例における光学装置を備えた車両の要部概略図である。 各実施例における光学装置を備えた車載システムの動作例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の実施例１における光学装置（レンズ装置）１００の構成について説明する。図１は、光学装置１００の断面図である。図２は、光学装置１００の要部（図１中の点線部１０５）の拡大図である。

図１に示されるように、光学装置１００は、鏡筒１０１、光軸１０２に沿って配置された複数のレンズ（第１のレンズ）１０３、および支持部材１０４を備えて構成される。図２に示されるように、レンズ２０１は、レンズ（第１の支持部材、第２のレンズ）２０２およびスペーサ（第２の支持部材）２０３により保持（支持）される。スペーサ２０３は、レンズ２０１と他部材であるレンズ（第３のレンズ）２１１との間隔を決めるために設けられており、光軸１０２を含む断面において、スペーサ２０３の開口径は、レンズ２０１の外径よりも小さい。

レンズ２０１において、レンズ２０２との接触部（第１の接触部）２０４、およびスペーサ２０３との接触部（第２の接触部）２０５は、レンズ２０１のＲ面（曲面）２０９、２１０上にそれぞれ位置している。すなわちレンズ２０１は、Ｒ面２０９に設けられた接触部２０４においてレンズ２０２により支持され、Ｒ面２１０に設けられた接触部２０５において、スペーサ２０３により支持されている。換言すると、レンズ２０２はＲ面２０９に当接することでレンズ２０１を支持し、スペーサ２０３は、Ｒ面２１０に当接することでレンズ２０１を支持する。また、レンズ２０１の接触部２０４、２０５はいずれも、結像に寄与する有効領域と連続した領域に位置している。

距離２０７は、レンズ２０１との接触部２０４と光軸１０２との間の距離（光軸１０２と直交する方向（径方向）の距離）である。距離２０８は、スペーサ２０３との接触部２０５と光軸１０２との間の距離（光軸１０２と直交する方向（径方向）の距離）である。２０９は、レンズ２０１におけるレンズ２０２側（物体側）のＲ面である。２１０は、レンズ２０１におけるスペーサ２０３側（像側）のＲ面である。Ｒ面２０９は第１の曲率半径を有する面（第１の曲面）であり、Ｒ面２１０は第２の曲率半径を有する面（第２の曲面）である。

レンズ２０１を両側で支持するレンズ２０２およびスペーサ２０３は、ラジアル方向（径方向）において、レンズ２０１よりも外側に配置された鏡筒１０１との嵌め合いにより支持され、スラスト方向（光軸方向）において別のレンズや支持部材により支持される。レンズ２０１のラジアル方向は、鏡筒１０１と非接触となるように隙間２０６が設けられている。すなわちレンズ２０１と鏡筒１０１との間には隙間２０６が形成されており、レンズ２０１と鏡筒１０１とは径方向において非接触である（互いに離間している）。隙間２０６は、鏡筒１０１の線膨張係数とレンズ２０１の線膨張係数とに応じて、所定距離以上の隙間であることが好ましい。これは、線膨張係数の差により、レンズ２０１の径方向の隙間がなくならないようにするためである。

隙間２０６は、常温環境において、鏡筒１０１の線膨張係数をＡ（１／℃）、レンズ２０１の線膨張係数をＢ（／℃）、レンズ２０１の外径（例えば、外径の最小値）をＣ（ｍｍ）とするとき、｜（Ａ－Ｂ）Ｃ｜×２０（ｍｍ）以上に設定されることが好ましい。これは、少なくとも一般的な使用環境を想定した常温環境（２３℃）＋２０℃において、線膨張の挙動を加味しても隙間が生じるようにするためである。より好ましくは、車載カメラモジュールの動作温度環境の中でも厳しい常温環境（２３℃）±６５℃でも隙間が生じるようにするため、常温環境において、隙間２０６は、｜（Ａ－Ｂ）Ｃ｜×６５（ｍｍ）以上に設定される。例えば、鏡筒１０１として、Ａ＝６．０×１０^－５／℃となる樹脂材を用い、レンズ２０１として、Ｂ＝６．０×１０^－６／℃となるガラスレンズを用いる。ここで、レンズ２０１の径Ｃが４０ｍｍである場合、｜（Ａ－Ｂ）Ｃ｜×２０≒０．０４３となり、干渉しないための隙間は４３μｍ以上であることが必要である。６５℃でも干渉しないためには、｜（Ａ－Ｂ）Ｃ｜×６５≒０．１４となり、１４０μｍ以上の隙間が必要である。

一方、レンズ２０１や鏡筒１０１の公差を加味したときに小径レンズである場合（径Ｃが小さい場合）や鏡筒１０１とレンズ２０１の線膨張が近い場合（Ａ－Ｂが小さい場合）、前述の式は適切でない。例えば６ｍｍの小径レンズを用いた場合、｜（Ａ－Ｂ）Ｃ｜×２０≒０．００６となり、６μｍの隙間があれば良いことを示している。しかしながら、一般的な公差で鏡筒とレンズとの間の隙間は２０μｍ程度の増減をするため、６μｍの隙間では公差によって隙間が埋まってしまう。前述のようにＡ－Ｂが小さい場合や小径レンズを使用する場合、一般的な嵌め合い公差を加味しても十分である３０μｍ（０．０３ｍｍ）以上の隙間を設定することが好ましい。したがって、光軸を含む断面において（一部でも全周でもよい）、隙間２０６の径方向の長さ（径方向におけるレンズと鏡筒との距離（の最小値））は、０．０３ｍｍ、または、前述の｜（Ａ－Ｂ）×Ｃ｜×２０（ｍｍ）のいずれか大きい方以上に設定される。好ましくは、隙間２０６の径方向の長さは、０．０３ｍｍ、または、｜（Ａ－Ｂ）×Ｃ｜×６５（ｍｍ）のいずれか大きい方以上である。

前述のように、レンズ２０１は、径方向において鏡筒１０１との間に隙間２０６が設けられている。またレンズ２０１のＲ面２０９、２１０は、接触部２０４、２０５で支持されている。これは、ベルクランプ法による調心効果により偏心を抑制するためである。

次に、図３を参照して、一般的なベルクランプ法における調心効果（ベルクランプ調心効果）およびその発生しやすさを示すＺ係数を説明する。図３は、ベルクランプ調心効果の説明図である。

３０１は、ベルクランプ法により支持されるレンズである。３０２、３０３は、レンズ３０１を支持する支持部材である。光軸１０２からレンズ３０１における支持部材３０２との接触部３０４までの光軸１０２と直交する方向（径方向）における距離をｒ１とする。光軸１０２からレンズ３０１における支持部材３０３との接触部３０５までの光軸１０２と直交する方向（径方向）における距離をｒ２とする。支持部材３０３に接触するレンズ３０１のＲ面の曲率半径をＲ１、支持部材３０２に接触するレンズ３０１のＲ面の曲率半径をＲ２とする。このとき、Ｚ係数（Ｚ）は以下の式（１）で表される。

Ｚ＝｜０．５×（ｒ１／Ｒ１±ｒ２／Ｒ２）｜ …（１）
式（１）中の±の符号は、メニスカスレンズの場合にはマイナス、両凸および両凹レンズの場合にはプラスである。Ｚ係数は、一般的にベルクランプの調心効果の閾値として知られている値である。両凸レンズおよび両凹レンズの場合、Ｚ係数は、支持面の曲率が大きいほど、また、支持部材が中心から離れているほど、支持されたレンズが滑り、調心されやすいことを意味している。メニスカスレンズの場合、Ｚ係数は、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との差が大きいほど、また距離ｒ１と距離ｒ２との差が大きいほど、調心しやすいことを意味している。一般的に、Ｚ係数が０．１０以上である場合、ベルクランプによる調心効果が得られると考えられる。このため本実施例において、ベルクランプ法におけるＺ係数は０．１０以上であることが好ましい。より好ましくは、Ｚ係数は０．１５以上である。本実施例において、レンズ２０１はメニスカスレンズであるため、Ｚ係数は、以下の式（２）で表される。

Ｚ＝｜０．５×（ｒ１／Ｒ１－ｒ２／Ｒ２）｜ …（２）
ベルクランプ調心効果を得るには、Ｚ係数が大きくなるように前述の距離２０７、３０８およびＲ面２０９、２１０の曲率半径を調整すればよい。例えば、距離２０７＝２．８ｍｍ、距離２０８＝３．２ｍｍ、Ｒ面２０９の曲率半径＝４．０ｍｍ、Ｒ面２１０の曲率半径＝８．０ｍｍとするとき、Ｚ係数は０．１５となり、十分なベルクランプ調心効果が得られる。

なお、ベルクランプ法による調心については一般的に広く知られているため、ここでは詳細を述べないが、ベルクランプ調心効果により、レンズ２０１はレンズ２０２およびスペーサ２０３にならうように調心され、偏心が抑制される。ベルクランプ調心効果は、レンズ研磨での心出しに使用されるほど精度良く、高い精度で偏心を抑制することができる。このような構成は、光学装置の中で偏心敏感度の高いレンズを保持する場合に特に効果的である。

本実施例において、レンズ２０１は、物体側においてレンズ２０２により支持され、像側においてスペーサ２０３により支持される。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、物体側においてスペーサにより支持され、像側においてレンズにより支持されるように構成してもよい。また本実施例において、調心効果を得るためのレンズ２０１はメニスカスレンズであるが、これに限定されるものではなく、凹レンズや凸レンズでもよい。また本実施例において、１枚のレンズ２０１のみをベルクランプ法による調心効果を得るための対象としているが、鏡筒１０１内の複数のレンズを対象としてもよい。

次に、図４および図５を参照して、本発明の実施例２における光学装置４００の構成について説明する。図４は、光学装置４００の断面図である。図５は、光学装置４００の要部（図４中の点線部４０５）の拡大図である。

図４に示されるように、光学装置４００は、鏡筒４０１、光軸４０２に沿って配置された複数のレンズ４０３、および支持部材４０４を備えて構成される。図５に示されるように、レンズ５０１は、第１のスペーサ（第１の支持部材）５０２および第２のスペーサ（第２の支持部材）５０３により保持（支持）される。第１のスペーサ５０２は、レンズ５０１とレンズ（第２のレンズ）５１１とのレンズ間隔を一定に保つために設けられている。第２のスペーサ５０３は、レンズ５０１とレンズ（第３のレンズ）５１２とのレンズ間隔を一定に保つために設けられている。なお、第１のスペーサ５０２および第２のスペーサ５０３の開口径はいずれも、レンズ５０１の外径よりも小さい。

レンズ５０１において、第１のスペーサ５０２との接触部（第１の接触部）５０４、および第２のスペーサ５０３との接触部（第２の接触部）５０５は、レンズ５０１のＲ面（曲面）５０９、５１０上にそれぞれ位置している。

距離５０７は、第１のスペーサ５０２との接触部５０４と光軸４０２との間の距離（光軸４０２と直交する方向（径方向）の距離）である。距離５０８は、第２のスペーサ５０３との接触部５０５と光軸４０２との間の距離（光軸４０２と直交する方向（径方向）の距離）である。５０９は、レンズ５０１における第１のスペーサ５０２側（物体側）のＲ面である。５１０は、レンズ５０１における第２のスペーサ５０３側（像側）のＲ面である。

レンズ５０１を両側で支持する第１のスペーサ５０２および第２のスペーサ５０３は、ラジアル方向（径方向）において鏡筒４０１との嵌め合いにより支持され、スラスト方向（光軸方向）において別のレンズや支持部材により支持される。レンズ５０１のラジアル方向は、鏡筒４０１と非接触となるように隙間５０６が設けられている。すなわちレンズ５０１と鏡筒４０１との間には隙間５０６が形成されており、レンズ５０１と鏡筒４０１とは径方向において非接触である。隙間５０６は、鏡筒４０１の線膨張係数とレンズ５０１の線膨張係数とに応じて、所定距離以上の隙間であることが好ましい。

隙間５０６の設定および調心効果を得るためのＺ係数の設定は、実施例１と同様である。実施例１は、ベルクランプ調心効果を得るレンズの片側がレンズ（第２のレンズ）である場合について説明したが、これに限定されるものではない。本実施例のように、両側がスペーサであってもＲ面を両側保持し、径方向に隙間を設定するなどの前述の保持構成をとることで、実施例１と同様にベルクランプ法による調心効果を得ることができる。

なお本実施例において、調心効果を得るレンズ５０１は凸レンズであるが、これに限定されるものではなく、凹レンズやメニスカスレンズなどでもよい。また本実施例において、１枚のレンズ５０１のみをベルクランプ法による調心効果を得るための対象としているが、鏡筒４０１内の複数のレンズを対象としてもよい。

次に、図６および図７を参照して、本発明の実施例３における光学装置６００の構成について説明する。図６は、光学装置６００の断面図である。図７は、光学装置６００の要部（図６中の点線部６０５）の拡大図である。

図６に示されるように、光学装置６００は、鏡筒６０１、光軸６０２に沿って配置された複数のレンズ６０３、および支持部材６０４を備えて構成される。図７に示されるように、レンズ７０１は、第２のレンズ（第１の支持部材）７０２および第３のレンズ（第２の支持部材）７０３により保持（支持）される。レンズ７０１において、第２のレンズ７０２との接触部（第１の接触部）７０４、および第３のレンズ７０３との接触部（第２の接触部）７０５は、レンズ７０１のＲ面（曲面）７０９、７１０上にそれぞれ位置している。

距離７０７は、第２のレンズ７０２との接触部７０４と光軸６０２との間の距離（光軸６０２と直交する方向（径方向）の距離）である。距離７０８は、第３のレンズ７０３との接触部７０５と光軸６０２との間の距離（光軸６０２と直交する方向（径方向）の距離）である。７０９は、レンズ７０１における第２のレンズ７０２側（物体側）のＲ面である。７１０は、レンズ７０１における第３のレンズ７０３側（像側）のＲ面である。

レンズ７０１を両側で支持する第２のレンズ７０２および第３のレンズ７０３は、ラジアル方向（径方向）において鏡筒６０１との嵌め合いにより支持され、スラスト方向（光軸方向）において別のレンズや支持部材により支持される。レンズ７０１のラジアル方向は、鏡筒６０１と非接触となるように隙間７０６が設けられている。すなわちレンズ７０１と鏡筒６０１との間には隙間７０６が形成されており、レンズ７０１と鏡筒６０１とは径方向において非接触である。隙間７０６は、鏡筒６０１の線膨張係数とレンズ７０１の線膨張係数とに応じて、所定距離以上の隙間であることが好ましい。

隙間７０６の設定および調心効果を得るためのＺ係数の設定は、実施例１と同様である。本実施例のように、レンズ７０１の両側がレンズ７０２、７０３であってもＲ面を両側保持し、径方向に隙間を設定するなどの前述の保持構成をとることで、実施例１と同様にベルクランプ法による調心効果を得ることができる。

なお本実施例において、調心効果を得るレンズ７０１は凸レンズであるが、これに限定されるものではなく、凹レンズやメニスカスレンズなどでもよい。また本実施例において、１枚のレンズ７０１のみをベルクランプ法による調心効果を得るための対象としているが、鏡筒６０１内の複数のレンズを対象としてもよい。

次に、図８および図９を参照して、本発明の実施例４における光学装置８００の構成について説明する。図８は、光学装置８００の断面図である。図９は、光学装置８００の要部（図８中の点線部８０５）の拡大図である。

図８に示されるように、光学装置８００は、鏡筒８０１、光軸８０２に沿って配置された複数のレンズ８０３、および支持部材８０４を備えて構成される。図９に示されるように、レンズ９０１は、スペーサ（第１の支持部材）９０２および鏡筒（第２の支持部材）９０３により保持（支持）される。鏡筒９０３は、図８中の鏡筒８０１の一部に相当する。レンズ９０１において、スペーサ９０２との接触部（第１の接触部）９０４、および鏡筒９０３との接触部（第２の接触部）９０５は、レンズ９０１のＲ面（曲面）９０９、９１０上にそれぞれ位置している。

距離９０７は、スペーサ９０２との接触部９０４と光軸８０２との間の距離（光軸８０２と直交する方向（径方向）の距離）である。距離９０８は、鏡筒９０３との接触部９０５と光軸８０２との間の距離（光軸８０２と直交する方向（径方向）の距離）である。９０９は、レンズ９０１におけるスペーサ９０２側（物体側）のＲ面である。９１０は、レンズ９０１における鏡筒９０３側（像側）のＲ面である。

レンズ９０１を物体側で支持するスペーサ９０２は、ラジアル方向（径方向）において鏡筒８０１との嵌め合いにより支持され、スラスト方向（光軸方向）において別のレンズや支持部材により支持される。レンズ９０１のラジアル方向は、鏡筒８０１と非接触となるように隙間９０６が設けられている。すなわちレンズ９０１と鏡筒８０１との間には隙間９０６が形成されており、レンズ９０１と鏡筒８０１とは径方向において非接触である。隙間９０６は、鏡筒８０１の線膨張係数とレンズ９０１の線膨張係数とに応じて、所定距離以上の隙間であることが好ましい。

隙間９０６の設定および調心効果を得るためのＺ係数の設定は、実施例１と同様である。本実施例のように、レンズ９０１の一方側が鏡筒９０３、他方側がスペーサ９０２であってもＲ面を両側保持し、径方向に隙間を設定するなどの前述の保持構成をとることで、実施例１と同様にベルクランプ法による調心効果を得ることができる。

なお本実施例において、調心効果を得るレンズ９０１はメニスカスレンズであるが、これに限定されるものではなく、凸レンズや凹レンズなどでもよい。また本実施例において、１枚のレンズ９０１のみをベルクランプ法による調心効果を得るための対象としているが、鏡筒８０１内の複数のレンズを対象としてもよい。また本実施例において、レンズ９０１は、物体側においてスペーサ９０２により支持され、像側において鏡筒９０３により支持されているが、物体側において鏡筒により支持され、像側においてスペーサにより支持されるように構成してもよい。

次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施例５における光学装置１０００の構成について説明する。図１０は、光学装置１０００の断面図である。図１１は、光学装置１０００の要部（図１０中の点線部１００５）の拡大図である。

図１０に示されるように、光学装置１０００は、鏡筒１００１、光軸１００２に沿って配置された複数のレンズ１００３、支持部材１００４、および弾性部材１００６を備えて構成される。弾性部材１００６は、温度変動により鏡筒１００１とレンズ１００３との間に隙間が生じた際にレンズ１００３の倒れを防止するように鏡筒１９９１内の支持部材１００４やレンズ１００３を光軸方向に抑えつける役割を持つ。弾性部材１００６は、Ｏリングなどの反発力を有する部材で構成される。

図１１に示されるように、レンズ１１０１は、鏡筒（第１の支持部材）１１０２およびレンズ（第２の支持部材）１１０３により保持（支持）される。鏡筒１１０２は、図１０中の鏡筒１００１の一部に相当する。レンズ１１０１において、鏡筒１１０２との接触部（第１の接触部）１１０４、およびレンズ１１０３との接触部（第２の接触部）１１０５は、レンズ１１０１のＲ面（曲面）１１０９、１１１０上にそれぞれ位置している。

距離１１０７は、鏡筒１１０２との接触部１１０４と光軸１００２との間の距離（光軸１００２と直交する方向（径方向）の距離）である。距離１１０８は、レンズ１１０３との接触部１１０５と光軸１００２との間の距離（光軸１００２と直交する方向（径方向）の距離）である。１１０９は、レンズ１１０１における鏡筒１１０２側（物体側）のＲ面である。１１１０は、レンズ１１０１におけるレンズ１１０３側（像側）のＲ面である。

レンズ１１０１を像側で支持するレンズ１１０３は、ラジアル方向（径方向）において鏡筒１００１との嵌め合いにより支持され、スラスト方向（光軸方向）において別のレンズや支持部材により支持される。レンズ１１０１のラジアル方向は、鏡筒１００１と非接触となるように隙間１１０６が設けられている。すなわちレンズ１１０１と鏡筒１００１との間には隙間１１０６が形成されており、レンズ１１０１と鏡筒１００１とは径方向において非接触である。隙間１１０６は、鏡筒１００１の線膨張係数とレンズ１１０１の線膨張係数とに応じて、所定距離以上の隙間であることが好ましい。

隙間１１０６の設定および調心効果を得るためのＺ係数の設定は、実施例１と同様である。本実施例のように、レンズ１１０１の一方側が鏡筒１１０２、他方側がレンズ１１０３であってもＲ面を両側保持し、径方向に隙間を設定するなどの前述の保持構成をとることで、実施例１と同様にベルクランプ法による調心効果を得ることができる。

なお本実施例において、調心効果を得るレンズ１１０１は凸レンズであるが、これに限定されるものではなく、凹レンズやメニスカスレンズなどでもよい。また本実施例において、１枚のレンズ１１０１のみをベルクランプ法による調心効果を得るための対象としているが、鏡筒１００１内の複数のレンズを対象としてもよい。また本実施例において、レンズ１１０１は、物体側において鏡筒１１０２により支持され、像側においてレンズ１１０３により支持されているが、物体側においてレンズにより支持され、像側において鏡筒により支持されるように構成してもよい。

（車載システム）
次に、図１２乃至図１４を参照して、各実施例の光学装置を備える車載カメラ１０、および車載カメラ１０を備える車載システム（運転支援装置）６０について説明する。図１２は、車載カメラ１０およびそれを備える車載システム６０の構成図である。車載システム６０は、自動車（車両）等の移動可能な移動体（移動装置）により保持され、車載カメラ１０により取得した車両の周囲の画像情報に基づいて、車両の運転（操縦）を支援するためのシステムである。図１３は、車載システム６０を備える移動装置としての車両７０の概略図である。図１３においては、車載カメラ１０の撮像範囲５０を車両７０の前方に設定した場合を示しているが、撮像範囲５０を車両７０の後方や側方などに設定してもよい。

図１２に示されるように、車載システム６０は、車載カメラ１０と、車両情報取得装置２０と、制御装置（制御部、ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３０と、警告装置（警告部）４０とを備える。また、車載カメラ１０は、撮像部（撮像装置）１と、画像処理部２と、視差算出部３と、距離取得部（取得部）４と、衝突判定部５とを備えている。画像処理部２、視差算出部３、距離取得部４、及び衝突判定部５で、処理部が構成されている。撮像部１は、上述した何れかの実施例に係る光学系（光学装置）と、撮像素子とを有する。

図１４は、本実施形態に係る車載システム６０の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って車載システム６０の動作を説明する。

まず、ステップＳ１では、撮像部１を用いて車両の周囲の障害物や歩行者などの対象物（被写体）を撮像し、複数の画像データ（視差画像データ）を取得する。

また、ステップＳ２では、車両情報取得装置２０により車両情報の取得を行う。車両情報とは、車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む情報である。

ステップＳ３では、撮像部１により取得された複数の画像データに対して、画像処理部２により画像処理を行う。具体的には、画像データにおけるエッジの量や方向、濃度値などの特徴量を解析する画像特徴解析を行う。ここで、画像特徴解析は、複数の画像データの夫々に対して行ってもよいし、複数の画像データのうち一部の画像データのみに対して行ってもよい。

ステップＳ４では、撮像部１により取得された複数の画像データ間の視差（像ズレ）情報を、視差算出部３によって算出する。視差情報の算出方法としては、ＳＳＤＡ法や面積相関法などの既知の方法を用いることができるため、本実施形態では説明を省略する。なお、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４は、上記の順番に行われてもよいし、互いに並列して処理を行われてもよい。

ステップＳ５では、撮像部１により撮像した対象物との間隔情報を、距離取得部４によって取得（算出）する。距離情報は、視差算出部３により算出された視差情報と、撮像部１の内部パラメータ及び外部パラメータと、に基づいて算出することができる。なお、ここでの距離情報とは、対象物との間隔、デフォーカス量、像ズレ量、などの対象物との相対位置に関する情報のことであり、画像内における対象物の距離値を直接的に表すものでも、距離値に対応する情報を間接的に表すものでもよい。

そして、ステップＳ６では、車両情報取得装置２０により取得された車両情報や、距離取得部４により算出された距離情報を用いて、対象物までの距離が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を、衝突判定部５によって行う。これにより、車両の周囲の設定距離内に対象物が存在するか否かを判定し、車両と対象物との衝突可能性を判定することができる。衝突判定部５は、設定距離内に対象物が存在する場合は「衝突可能性あり」と判定し（ステップＳ７）、設定距離内に対象物が存在しない場合は「衝突可能性なし」と判定する（ステップＳ８）。

次に、衝突判定部５は、「衝突可能性あり」と判定した場合、その判定結果を制御装置３０や警告装置４０に対して通知（送信）する。このとき、制御装置３０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両を制御し（ステップＳ６）、警告装置４０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両のユーザ（運転者、搭乗者）への警告を行う（ステップＳ７）。なお、判定結果の通知は、制御装置３０及び警告装置４０の少なくとも一方に対して行えばよい。

制御装置３０は、車両の駆動部（エンジンやモータなど）に対して制御信号を出力することで、車両の移動を制御することができる。例えば、車両においてブレーキをかける、アクセルを戻す、ハンドルを切る、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制するなどの制御を行う。また、警告装置４０は、ユーザに対して、例えば警告音（警報）を発する、カーナビゲーションシステムなどの画面に警告情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどの警告を行う。

以上、本実施形態に係る車載システム６０によれば、上記の処理により、効果的に対象物の検知を行うことができ、車両と対象物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施例に係る光学系を車載システム６０に適用することで、車載カメラ１０の全体を小型化して配置自由度を高めつつ、広画角にわたって対象物の検知及び衝突判定を行うことが可能になる。

なお、距離情報の算出については、様々な実施形態が考えられる。一例として、撮像部１が有する撮像素子として、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素部を有する瞳分割型の撮像素子を採用した場合について説明する。瞳分割型の撮像素子において、一つの画素部は、マイクロレンズと複数の光電変換部とから構成され、光学系の瞳における異なる領域を通過する一対の光束を受光し、対をなす画像データを各光電変換部から出力することができる。

そして、対をなす画像データ間の相関演算によって各領域の像ずれ量が算出され、距離取得部４により像ずれ量の分布を表す像ずれマップデータが算出される。あるいは、距離取得部４は、その像ずれ量をさらにデフォーカス量に換算し、デフォーカス量の分布（撮像画像の２次元平面上の分布）を表すデフォーカスマップデータを生成してもよい。また、距離取得部４は、デフォーカス量から変換される対象物との間隔の距離マップデータを取得してもよい。

また、車載システム６０や車両７０は、万が一車両７０が障害物に衝突した場合に、その旨を車載システムの製造元（メーカー）や移動装置の販売元（ディーラー）などに通知するための通知装置（通知部）を備えていてもよい。例えば、通知装置としては、車両７０と障害物との衝突に関する情報（衝突情報）を予め設定された外部の通知先に対して電子メールなどによって送信するもの採用することができる。

このように、通知装置によって衝突情報を自動通知する構成を採ることにより、衝突が生じた後に点検や修理などの対応を速やかに行うことができる。なお、衝突情報の通知先は、保険会社、医療機関、警察などや、ユーザが設定した任意のものであってもよい。また、衝突情報に限らず、各部の故障情報や消耗品の消耗情報を通知先に通知するように通知装置を構成してもよい。衝突の有無の検知については、上述した受光部２からの出力に基づいて取得された距離情報を用いて行ってもよいし、他の検知部（センサ）によって行ってもよい。

なお、本実施形態では、車載システム６０を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限らず、車載システム６０をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載システム６０は、自動車等の車両に限らず、例えば船舶や航空機、産業用ロボットなどの移動体に適用することができる。また、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等の物体認識を利用する種々の機器に適用することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

上述した実施形態では、光学装置を測距装置としての車載カメラ１０に適用する場合について説明したが、測距装置以外の車載カメラに適用してもよい。例えば、車載カメラを車両の後部や側部などに配置し、取得された画像情報を車内の表示部（モニタ）に表示することで運転支援ができるようにしてもよい。この場合、視差算出部、距離取得部、衝突判定部などの測距に用いるものについては設けなくてもよい。

また、上述した実施形態では、光学装置を車載システムにおける撮像部に適用する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、光学装置をデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、銀塩フィルム用カメラなどの撮像装置に適用してもよいし、望遠鏡等の光学機器やプロジェクタなどの投影装置に適用してもよい。

１００ 光学装置
１０１ 鏡筒
１０３ レンズ（第１のレンズ）
２０２ レンズ（第１の支持部材）
２０３ スペーサ（第２の支持部材）
２０９ Ｒ面（第１の曲面）
２１０ Ｒ面（第２の曲面）

Claims (14)

1. 物体側に第１の曲面を有し、像側に第２の曲面を有するレンズと、
   径方向において前記レンズよりも外側に配置される鏡筒と、
   前記第１の曲面に当接することで前記レンズを支持する第１の支持部材と、
   前記第２の曲面に当接することで前記レンズを支持する第２の支持部材と、を有し、
   前記レンズと前記鏡筒とは径方向において互いに離間しており、
   光軸を含む断面において、前記レンズの線膨張係数をＡ（／℃）、前記鏡筒の線膨張係数をＢ（／℃）、２３℃における前記レンズの外径をＣ（ｍｍ）とするとき、径方向における前記レンズと前記鏡筒との距離は、０．０３ｍｍ、または、｜（Ａ－Ｂ）×Ｃ｜×２０（ｍｍ）のいずれか大きい方以上であることを特徴とする光学装置。
2. 前記径方向における前記レンズと前記鏡筒との前記距離は、０．０３ｍｍ、または、｜（Ａ－Ｂ）×Ｃ｜×６５（ｍｍ）のいずれか大きい方以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. ベルクランプ法における前記レンズのＺ係数は、０．１０以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
4. 前記第１の支持部材または前記第２の支持部材の一方は、第２のレンズであり、
   前記第１の支持部材または前記第２の支持部材の他方は、前記レンズと他部材との間隔を決めるスペーサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
5. 前記断面において、前記スペーサの開口径は前記レンズの外径よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記第１の支持部材は、前記レンズと第２のレンズとのレンズ間隔を一定に保つために設けられた第１のスペーサであり、
   前記第２の支持部材は、前記レンズと第３のレンズとのレンズ間隔を一定に保つために設けられた第２のスペーサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
7. 前記第１の支持部材は、第２のレンズであり、
   前記第２の支持部材は、第３のレンズであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
8. 前記第１の支持部材または前記第２の支持部材の一方は、前記鏡筒の一部であり、
   前記第１の支持部材または前記第２の支持部材の他方は、第２のレンズであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
9. 前記第１の支持部材または前記第２の支持部材の一方は、前記鏡筒の一部であり、
   前記第１の支持部材または前記第２の支持部材の他方は、前記レンズと第２のレンズとのレンズ間隔を一定に保つために設けられたスペーサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
10. 前記第１の曲面および前記第２の曲面は、結像に寄与する有効領域を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学装置。
11. 前記レンズは、メニスカスレンズであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学装置と、該光学装置を介して物体を撮像する撮像素子とを備ることを特徴とする撮像装置。
13. 請求項１２に記載の撮像装置と、該撮像装置により取得される前記物体の画像情報を表示する表示部とを備えることを特徴とする車載システム。
14. 請求項１２に記載の撮像装置を備え、該撮像装置を保持して移動可能であることを特徴とする移動装置。
    

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