JP2023148068A - レンズ保持機構、光学装置、制御システム、及び移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性部材におけるよじれの発生を防止しつつレンズの周辺部を光軸方向へ押えることが可能なレンズ保持機構を提供する。【解決手段】レンズを保持するレンズ保持機構であって、レンズを収容する鏡筒と、鏡筒に対して光軸に沿った方向へ移動可能な押え環と、光軸の周りに回転することで押え環を光軸に沿った方向へ移動させる回転環と、レンズと押え環との間に配置される弾性部材と、を有し、鏡筒には、押え環の光軸周りの回転を規制する回転規制部が設けられ、押え環の移動により弾性部材をレンズの周辺部に対して光軸に沿った方向へ付勢することで、レンズを光軸に沿った方向へ押えるように構成されたことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ保持機構、光学装置、制御システム、及び移動装置に関するものである。

近年、車間距離を計測するためにレーザ光を用いたレーザレーダ装置、いわゆるＬＩＤＡＲ（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）の様に、自動運転等に使用される車載センサとして、光学装置が自動車に搭載されることが増加している。

一般に、車載センサとして使用される光学装置は過酷な環境変化にさらされる。一方、光学装置の環境変化、特に周囲温度の変化に対して、各レンズ位置の変化を緩和する手段として、例えば特許文献１に記載される様な、レンズと押え環の間に弾性部材を配置する構造が知られている。

特開昭６１－１４９９１１号公報

特許文献１では、レンズと押え環の間に弾性部材を配置する構造としている。この特許文献１の構成では、押え環と弾性部材の接触抵抗により、弾性部材によじれが生じてしまう場合がある。弾性部材によじれが生じると、レンズにかかる付勢力が不均一となってしまう問題や、弾性部材が有効光束内にはみ出してしまう問題が生じてしまう。

また、特許文献１に記載されるように、弾性部材の前後に摩擦減衰シートを挿入する方法を用いても、押え環の締め込み力によっては弾性部材によじれが生じてしまうため、弾性部材のよじれ量をコントロールすることが困難であった。

そこで本発明においては、弾性部材におけるよじれの発生を防止しつつレンズの周辺部を光軸方向へ押えることが可能なレンズ保持機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのレンズ保持機構は、レンズを保持するレンズ保持機構であって、レンズを収容する鏡筒と、鏡筒に対して光軸に沿った方向へ移動可能な押え環と、光軸の周りに回転することで押え環を光軸に沿った方向へ移動させる回転環と、レンズと押え環との間に配置される弾性部材と、を有し、鏡筒には、押え環の光軸周りの回転を規制する回転規制部が設けられ、押え環の移動により弾性部材をレンズの周辺部に対して光軸に沿った方向へ付勢することで、レンズを光軸に沿った方向へ押えるように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、弾性部材におけるよじれの発生を防止しつつレンズの周辺部を光軸方向へ押えることが可能なレンズ保持機構を提供することができる。

実施例１に係る光学装置の構造を説明する一例の図である。 実施例１に係るテレスコープの構造を説明する断面図である。 実施例２に係るレンズユニットの撮像素子周辺の断面図である。 実施例３に係る車載システムの構成図である。 実施例３に係る車載システムを含む移動装置としての車両の模式図である。 実施例３に係る車載システムの動作例を示すフローチャートである。

以下に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について実施例や図を用いて説明する。尚、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。

＜実施例１＞
図１は、実施例１に係る光学装置（光学機器）１００の構造を説明する図である。図１に示しているように実施例１の光学装置１００は、対象物を照明する照明系及び、対象物からの反射光や散乱光を受光する受信系の光軸が有孔ミラー４で合致される、いわゆる同軸系のＬＩＤＡＲである。

実施例１に係る光学装置１００は、有孔ミラー４、固定ミラー５、可動ミラー６、集光レンズ７、受光素子８、ベース鏡筒９、光源形成部（投光部）１０、制御部１４、テレスコープ２０を有する。

有孔ミラー（導光部）４は、ベース鏡筒９に固定保持され、穴部４ａ（開口部）を有するミラーである。有孔ミラー４は、レーザ光１２を穴部４ａにより透過及び反射面４ｂにより反射させることができる。有孔ミラー４は、光源形成部１０からのレーザ光１２を固定ミラー５に導光すると共に、固定ミラー５からの反射光を集光レンズ７に導光する。固定ミラー５は、ベース鏡筒９に固定保持されるミラーである。固定ミラー５は、有孔ミラー４からのレーザ光１２を可動ミラー６に導光すると共に、可動ミラー６からの反射光を有孔ミラー４に導光する。

可動ミラー（偏向部、走査部）６は、ベース鏡筒９に固定保持され、光源からの照明光を用いて物体を走査するミラーである。可動ミラー６は、図１中におけるＹ軸、及びＹ軸に直交する方向であるＸ軸のまわりに回転する２軸駆動ミラーとして構成される。可動ミラー６として例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーなどが挙げられる。可動ミラー６は、固定ミラー５からのレーザ光１２を、テレスコープ２０のレンズ（光学素子）を介し目標領域に照射すると共に、目標領域にある障害物１１からの反射光１３を、テレスコープ２０のレンズを介し固定ミラー５に導光する。

集光レンズ７は、ベース鏡筒９に固定保持され、有孔ミラー４からのレーザ光１２を集光し、集光したレーザ光１２を受光素子８に導く光学素子（集光光学系）である。受光素子８は、光源形成部１０からの照明光を光電変換して信号を出力するための素子である。受光素子８として、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）やＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｅｌ ＰＨＴＯＮ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）などが用いられる。有孔ミラー４、固定ミラー５、可動ミラー６、集光レンズ７、受光素子８等は、ベース鏡筒９に組み込まれることで、ベース鏡筒９内に収納される。

光源形成部（投光部）１０は、光源（半導体レーザ）１、収束レンズ２、固定絞り３を有する。光源１は、レーザ光（照射光）１２を照射する光源である。収束レンズ２は、光源１からのレーザ光１２の目標照射領域におけるビーム形状を整える光学素子である。固定絞り３は、収束レンズ２を介して光源１から照射されたレーザ光１２に含まれる不要光を遮るよう構成され、開口部３ａより投光される。

制御部１４は、ＣＰＵやメモリ（記憶部）などを含み、少なくとも１つのコンピュータで構成され、光学装置１００の各構成要素に回線を介して接続される。また、制御部１４は、メモリに格納されたコンピュータプログラムに従って、光学装置１００全体の各構成要素の動作調整などを統括的に制御する。それによって、後述の図６のフローチャートの動作が制御される。例えば、制御部１４は、光学装置１００の他の部分と一体で構成されることが好ましいが、光学装置１００の他の部分とは別体で構成してもよい。

制御部１４は、実施例１において、光源１、可動ミラー６、受光素子８等を制御する。具体的には、制御部１４は、光源１及び可動ミラー６を、それぞれ所定の駆動電圧や駆動周波数で駆動すると共に、受光素子８における受光の際の受光波形を特定の周波数で計測する。そして制御部１４によって、受光素子８で得られた受光時間と、光源１の発光時間との差分、もしくは、受光素子８で得られた受光信号の位相と、光源１の出力信号の位相との差分を計測し、差分を光速で乗じて対象物との距離を決定する。

テレスコープ（レンズ保持機構）２０は、可動ミラー６からのレーザ光１２の径を拡大するとともに、障害物１１（対象物）からの反射光１３の径を縮小する光学系である。具体的には、屈折力（パワー）を有する複数の光学素子（レンズ）で構成され、かつ全系では屈折力を持たない光学系（アフォーカル系）である。テレスコープ２０の構成は後述する。

ここで、実施例１における光学装置１００の光源形成部１０より発光されたレーザ光１２は、固定絞り３の開口部３ａからベース鏡筒９内に投光される。固定絞り３の開口部３ａから投光されたレーザ光１２は、有孔ミラー４の穴部４ａを通り、固定ミラー５により反射され、可動ミラー６により、目標領域に照射される。

テレスコープ２０から目標領域に照射されたレーザ光１２は、目標領域にある障害物１１で反射され、反射光１３としてテレスコープ２０を通り、可動ミラー６に帰ってくる。可動ミラー６により反射された反射光１３は、固定ミラー５により反射される。その後、反射光１３は、有孔ミラー４の反射面４ｂに反射され、集光レンズ７に導光される。集光レンズ７を出射した反射光１３は、受光素子８へ導光される。受光素子８は、反射光１３を光電変換して信号を出力する。

図２は、実施例１に係るテレスコープ２０の構成を説明する断面図の一例である。以下、テレスコープ２０の構成について図２を参照して説明する。実施例１のテレスコープ２０は、レンズ２１、レンズ２２、スペーサ２３、固定鏡筒（移動鏡筒）２４、押え環２５、回転環２６、弾性部材２７を有する。

レンズ２１及びスペーサ２３の外径は、固定鏡筒２４の内径２４ａより小さく形成される。具体的には、レンズ２１及びスペーサ２３の外径は、固定鏡筒２４の内径２４ａより、１０～２０μｍ程度小さく形成される。また、レンズ２２の外径は、固定鏡筒２４の内径２４ｂより小さく形成される。具体的には、レンズ２２の外径は、固定鏡筒２４の内径２４ｂより、１０～２０μｍ程度小さく形成される。これにより、固定鏡筒２４内にレンズ２１、レンズ２２、スペーサ２３の夫々を光軸方向（光軸に沿った方向）に収容することができる。

スペーサ２３は、レンズ２１のＲ２面及びレンズ２２のＲ１面に線接触する角部２３ａおよび角部２３ｂを有し、レンズ２１とレンズ２２の光軸直交方向（径方向）の偏心、及び光軸方向の間隔を規制している。

尚、固定鏡筒２４に対する押え環２５の光軸方向位置は、押え環２５の内径に設けられた環状の端面２５ｄと固定鏡筒２４に環状に設けられた突起部（移動規制部）２４ｄが当接して決められる。尚、突起部２４ｄは、光軸直交方向で外周側に所定量突出するように形成される。また、押え環２５の光軸直交方向位置は、押え環２５の内径嵌合部２５ｅと固定鏡筒２４の外径嵌合部２４ｅとの嵌合により決められる。

弾性部材２７は、ゴム等から成る部材で構成され、円環形状（リング形状）に一体形成される。弾性部材２７は、一体形成の円環形状で形成されるため、レンズ２１の周辺部に接触する際には全周に亘って接触する。弾性部材２７は、上記のように一体形成の円環形状であることが好ましいが、例えば、弾性部材２７は、レンズ２１の一部が接する環状形状で構成してもよい。さらに、１２０度間隔等の所定の間隔でレンズ２１に接触する例えば３つに分かれた弾性部材などから構成されてもよい。

弾性部材２７は、レンズ２１と押え環２５の間に配置される。具体的には、押え環２５に環状に形成される溝部２５ａにはめ込むように配置することで、弾性部材２７は押え環２５に保持される。溝部２５ａは、例えば、光学装置１００やテレスコープ２０を組立てる際等に弾性部材２７の設置位置がズレない（動かない）または外れないように弾性部材２７を挟み込んでガイドする。溝部２５ａは、例えば、凹部（凹形状及び凹形状と同等の形状も含む）や、半円形状としてもよく、弾性部材２７を配置した際に、弾性部材２７の位置がズレなければ何れの形状であってもよい。また、溝部２５ａは、レンズ２１のＲ１面側も設けてもよく、その場合は押え環２５に溝部を設けないようにしてもよい。

次に、押え環２５の内径に設けられるキー溝２５ｂを固定鏡筒２４のキー部（回転規制部）２４ｃと嵌合させる。これにより、押え環２５の光軸周り（周方向）の回転が規制される。さらにこの時、押え環２５の外径（光軸直交方向で外周側）に設けられている雄ネジ部２５ｃを回転環２６の内径（光軸直交方向で内周側）に設けられている雌ネジ部２６ａに螺合させる。これにより、押え環２５と回転環２６が嵌合し固定された状態となる。この状態で回転環２６を光軸周りに回転させると、押え環２５を光軸方向にのみ移動させることができる。

尚、実施例１の構成を製造する際には、押え環２５と固定鏡筒２４を嵌合し、押え環２５と回転環２６を嵌合させた際に、回転環２６の突起部２４ｄと固定鏡筒２４の端面２５ｄの間に所定の隙間が形成される。所定の隙間は、光軸方向に所定の幅寸法（間隔Ｂ）で形成される。また、この間隔Ｂの幅寸法は、弾性部材２７がレンズ２１のＲ１面に接した状態であって、且つ弾性部材２７がレンズ２１に対して付勢していない状態における寸法である。そして、この光軸方向の幅寸法が間隔Ｂである隙間は、弾性部材２７の断面寸法ΦＡに対して、以下の式（１）の関係となるように形成される。
（数１）
ΦＡ＞Ｂ （１）
上記の式（１）のように、間隔Ｂは上記した弾性部材２７の断面寸法ΦＡより小さい幅寸法となる。従って、光軸方向における幅寸法である間隔Ｂによって、弾性部材２７の光軸方向の変形量が決まる。

回転環２６を光軸周りに回転させると、押え環２５は光軸方向に移動し、レンズ２１のＲ１面を、弾性部材２７を挟んで光軸方向に付勢する。回転環２６の内径に設けられた環状のストッパ２６ｂは、固定鏡筒２４の突起部２４ｄに対し、弾性部材２７の付勢力により光軸方向に接した状態となる。加えて、押え環２５の端面２５ｄを固定鏡筒２４の突起部２４ｄに当接するまで移動させると、弾性部材２７は間隔Ｂだけ変形し、レンズ２１、レンズ２２、及びスペーサ２３を、固定鏡筒２４の受け面２４ｆに対し付勢することができる。

間隔Ｂは、弾性部材２７の断面寸法ΦＡより小さいため、回転環２６を光軸周りに回転させ、押え環２５の端面２５ｄを突起部２４ｄに当接させたとしても、弾性部材２７の光軸方向における変形をほぼ一定とすることができる。そして、押え環２５は光軸方向にのみ移動可能である。そのため、押え環２５を光軸方向に移動させ弾性部材２７をレンズ２１に対し付勢させた際、弾性部材２７に回転力によるよじれを発生させず、レンズ２１の周辺部に全周に亘って接触し、レンズ２１を均等に押えることができる。

実施例１では、例えば、固定鏡筒２４、押え環２５、回転環２６及びスペーサ２３には、線膨張係数が、２６×１０＾－６／℃のアルミニウム合金を用いている。また、レンズ２１、レンズ２２には、線膨張係数が、７×１０＾－６／℃のガラス材を用いている。

ここで、一例としてアルミニウム合金のスペーサ２３の厚みを５ｍｍ、ガラス材のレンズ２１のＲ１面受け部からレンズ２２のＲ２面受け部の間隔を１５ｍｍとした場合を想定する。レンズ２１のＲ１面受け部は、弾性部材２７と接触するレンズ２１の部分であり、レンズ２２のＲ２面受け部は、固定鏡筒２４の受け面２４ｆと接触するレンズ２２の部分である。

この時、温度が１℃変化すると、レンズ２１のＲ１面受け部からレンズ２２のＲ２面受け部の間で約０．１９μｍの熱膨張差が発生する。即ち、温度が１℃変化すると固定鏡筒２４とレンズとの間隔差が約０．１９μｍ発生する。例えば、光学装置１００が屋外等の外部環境に配置されているような状況で、その際の外気温度や装置内部の温度等が光学装置１００等の組立時より６０℃上昇するような環境下の場合、光軸方向に約１１．４μｍのガタ（ガタ量）が発生する。また、外気温度が上記のように組立時より６０℃下降するような環境下では、光軸方向に約１１．４μｍのレンズ変形が発生する。

実施例１における光学装置１００は、自動運転等に使用され、車間距離を計測するためにレーザ光を用いたレーザ照射装置であるＬＩＤＡＲに適用することを想定しているため、過酷な環境変化に晒されることが多い。従って、上記に述べたような大きな温度変化が生じることで光軸方向にガタが発生すると、例えば、レンズ２１やレンズ２２が光軸直交方向にずれて（即ち、偏芯して）しまう可能性がある。または、レンズ２１やレンズ２２が変形して収差が悪化する可能性もある。これらは、投影位置、撮像位置のずれにつながり、障害物１１の計測精度が低下することが考えられる。また、障害物１１の表面の微小な特徴点を計測する場合等において、計測が困難となることも考えられる。

実施例１においては、上記したような光軸方向におけるガタは押え環２５の溝部２５ａに配置され、レンズ２１に接触して当該レンズを光軸方向へ付勢する弾性部材２７が弾性変形することで吸収する。即ち、外気温度が上記のように、光学装置１００等の組立時より６０℃上昇または下降するような環境下において、光軸方向にレンズの長さが約１１．４μｍ変化することとなるが、この際のレンズの変形量を弾性部材２７によって吸収可能としている。また、レンズ２１とレンズ２２の光軸直交方向（径方向）に発生するガタに対し、上記のような環境下に晒されている際には、押え環２５の端面２５ｄに固定鏡筒２４の突起部２４ｄが当接している状態である。これにより、レンズ２１とレンズ２２がスペーサ２３と弾性部材２７により押え付けられている状態であるため、相対偏心を緩和することができる。

以上、実施例１における光学装置１００においては、テレスコープ２０に組み込まれるレンズ２１やレンズ２２等の光軸方向におけるガタを弾性部材２７に吸収させることができる。即ち、複数のレンズ（レンズ２１、２２）やスペーサ２３を環状に形成される１つの弾性部材２７で押えることで、温度変化による線膨張差で発生する複数のレンズやスペーサのガタ量を、弾性部材２７に吸収させることができる。さらに押え環２５は光軸方向にのみ移動可能であるため、弾性部材２７に回転力によるよじれを発生させないで、レンズの周辺部を均等に押えることができる。さらに、弾性部材２７の断面寸法ΦＡより、所定の隙間の間隔Ｂの寸法を小さくしているため、弾性部材２７は最大でも間隔Ｂの寸法分しか変形しない。これにより、弾性部材２７の光軸方向における変形をほぼ一定とすることができ、レンズ２１の周辺部を均等に押えることができる。

尚、実施例１では、２枚のレンズでテレスコープ２０を構成する構造を説明しているが、これに限らずレンズ枚数は、１枚以上構成されていればよい。また、実施例１においては、レーザ照射装置（レーザレーダ装置）であるＬＩＤＡＲのテレスコープに適用することを想定しているが、これに限らずレーザ照射装置以外の、他の装置に適用してもよい。

＜実施例２＞
実施例１では、ＬＩＤＡＲのテレスコープの前玉（レンズ２１）固定部に、弾性部材２７を採用した例を説明した。実施例２では、撮像レンズユニットの撮像素子３０を保持したセンサホルダ３５による、レンズの保持形態について説明する。実施例２として言及しない事項は、実施例１に従う。

図３は、実施例２に係る光学装置１００の構造を説明する図である。具体的には、光学装置１００における撮像レンズユニット（レンズ保持機構）の撮像素子３０周辺の断面図である。

図３において、レンズ３１、レンズ３２、スペーサ３３は、固定鏡筒３４に組込まれ、撮像レンズユニットの一部を構成する。レンズ３１の外径は、固定鏡筒３４の内径３４ａより小さく形成される。具体的には、レンズ３１の外径は、固定鏡筒３４の内径３４ａより、１０～２０μｍ程度小さく形成される。また、レンズ３２及びスペーサ３３の外径は、固定鏡筒３４の内径３４ｂより小さく形成される。具体的には、レンズ３２及びスペーサ３３の外径は、固定鏡筒３４の内径３４ｂより１０～２０μｍ程度小さく形成される。これにより、固定鏡筒３４内にレンズ３１、レンズ３２、スペーサ３３の夫々を光軸方向に沿って収容することができる。

スペーサ３３は、レンズ３１のＲ２面及びレンズ３２のＲ１面に線接触する角部３３ａおよび角部３３ｂを有し、レンズ３１とレンズ３２の光軸直交方向の偏心、及び光軸方向の間隔を規制している。

センサホルダ３５には、撮像素子３０が固定保持されており、固定鏡筒３４との光軸方向位置はセンサホルダ３５に環状に設けられた端面３５ｄと固定鏡筒３４の内径に設けられた環状の突起部（移動規制部）３４ｄが当接して決められる。尚、突起部３４ｄは、光軸直交方向で外周側に所定量突出するように形成される。また、センサホルダ３５の光軸直交方向位置は、センサホルダ３５の内径嵌合部３５ｅと固定鏡筒３４の外径嵌合部３４ｅとの嵌合により決められる。

弾性部材３７は、レンズ３２とセンサホルダ３５の間に配置される。具体的には、センサホルダ３５に環状に形成される溝部３５ａにはめ込むように配置することで、弾性部材３７はセンサホルダ３５に保持される。溝部３５ａは、例えば、光学装置１００や撮像レンズユニットを組立てる際等に弾性部材２７の設置位置がズレない（動かない）または外れないように弾性部材３７を挟み込んでガイドする。

また、センサホルダ３５の内径に設けられるキー溝３５ｂを固定鏡筒３４のキー部（回転規制部）３４ｃと嵌合させる。これにより、センサホルダ３５の光軸周りの回転が規制される。さらにこの時、センサホルダ３５の外径に設けられている雄ネジ部３５ｃを回転環３６の内径に設けられている雌ネジ部３６ａに螺合させる。これにより、センサホルダ３５と回転環３６が嵌合し固定された状態となる。この状態で回転環３６を光軸周りに回転させると、センサホルダ３５を光軸方向にのみ移動させることができる。

尚、実施例２の構成を製造する際には、センサホルダ３５と固定鏡筒３４を嵌合し、センサホルダ３５と回転環３６を嵌合させた際に、固定鏡筒３４の突起部３４ｄとセンサホルダ３５の端面３５ｄの間に所定の隙間が形成される。所定の隙間は、光軸方向に所定の幅寸法（間隔Ｄ）で形成される。また、この間隔Ｄの幅寸法は、弾性部材３７がレンズ３２のＲ２面に接した状態であって、且つ弾性部材３７がレンズ３２に対して付勢していない状態であるにおける寸法である。そして、この光軸方向の幅寸法が間隔Ｄである隙間は、弾性部材３７の断面寸法ΦＣに対して、以下の式（２）の関係となるように形成される。
（数２）
ΦＣ＞Ｄ （２）
上記の式（２）のように、間隔Ｄは、上記した弾性部材３７の断面寸法ΦＣより小さい幅寸法となる。従って、光軸方向における幅寸法である間隔Ｄよって、弾性部材３７の光軸方向の変形量が決まる。

回転環３６を光軸周りに回転させると、センサホルダ３５は光軸方向に移動し、レンズ３２のＲ２面を、弾性部材２７を挟んで光軸方向に付勢する。回転環３６の内径に設けられた環状のストッパ３６ｂは、固定鏡筒３４に設けられた突起部３４ｄに対し、弾性部材３７の付勢力により光軸方向に接した状態となる。加えて、センサホルダ３５の端面３５ｄを固定鏡筒３４の突起部３４ｄに当接するまで移動させると、弾性部材３７は間隔Ｄだけ変形し、レンズ３２、レンズ３１、及びスペーサ３３を、センサホルダ３５の受け面３５ｆに対し付勢することができる。

間隔Ｄは、弾性部材３７の断面寸法ΦＣより小さいため、回転環３６を光軸周りに回転させ、センサホルダ３５の端面３５ｄを突起部３４ｄに当接させたとしても、弾性部材３７の光軸方向における変形をほぼ一定とすることができる。そして、センサホルダ３５は光軸方向にのみ移動可能である。そのため、センサホルダ３５を光軸方向に移動させ弾性部材３７をレンズ３２に対し付勢させた際、弾性部材３７に回転力によるよじれを発生させず、レンズ３２の周辺部に全周に亘って接触し、レンズ３２を均等に押えることができる。

実施例２では、例えば、固定鏡筒３４、センサホルダ３５、回転環３６及びスペーサ３３には、線膨張係数が２６×１０＾－６／℃のアルミニウム合金を用いている。また、レンズ３１、レンズ３２には、線膨張係数は７×１０＾－６／℃のガラス材料を用いている。

ここで、一例としてアルミニウム合金のスペーサ３３の厚みを５ｍｍ、ガラス材のレンズ３１のＲ１面受け部からレンズ３２のＲ２面受け部の間隔が１５ｍｍとした場合を想定する。レンズ３１のＲ１面受け部は、センサホルダ３５の受け面３５ｆと接触するレンズ３１の部分であり、レンズ３２のＲ２面受け部は、弾性部材３７と接触するレンズ３２の部分である。

この時、温度が１℃変化すると、レンズ３１のＲ１面受け部からレンズ３２のＲ２面受け部の間で約０．１９μｍの熱膨張差が発生する。即ち、固定鏡筒３４とレンズとの間隔差が約０．１９μｍ発生する。例えば、光学装置１００が屋外等の外部環境に配置されているような状況で、その際の外気温度や装置内部の温度等が光学装置１００等の組立時より６０℃上昇するような環境下の場合、光軸方向に約１１．４μｍのガタ（ガタ量）が発生する。また、外気温度が上記のように組立時より６０℃下降するような環境下では、光軸方向に約１１．４μｍのレンズ変形が発生する。実施例２における光学装置１００も実施例１と同様に、自動運転等に使用され、車間距離を計測するためにレーザ光を用いたレーザ照射装置であるＬＩＤＡＲに適用することを想定している。

実施例２においては、上記したような光軸方向におけるガタはセンサホルダ３５の溝部３５ａに配置され、レンズ３２に接触して当該レンズを光軸方向へ付勢する弾性部材３７が弾性変形することで吸収する。即ち、外気温度が上記のように、光学装置１００等の組立時より６０℃上昇または下降するような環境下において、光軸方向にレンズの長さが約１１．４μｍ変化することとなるが、この際のレンズの変形量を弾性部材３７によって吸収可能としている。また、レンズ３１とレンズ３２の光軸直交方向（径方向）に発生するガタに対し、上記のような環境下に晒されている際には、センサホルダの端面３５ｄに固定鏡筒３４の突起部３４ｄが当接している状態である。これにより、レンズ３１とレンズ３２がスペーサ３３と弾性部材２７により押え付けられている状態であるため、相対偏心を緩和することができる。

以上、実施例２における光学装置１００においては、撮像レンズユニットに組み込まれるレンズ３１やレンズ３２等の光軸方向におけるガタを弾性部材２７に吸収させることができる。即ち、複数のレンズ（レンズ３１、３２）やスペーサ３３を環状に形成される１つの弾性部材３７で押えることで、温度変化による線膨張差で発生する複数のレンズやスペーサのガタ量を、弾性部材３７に吸収させることができる。さらにセンサホルダ３５は光軸方向にのみ移動可能であるため、弾性部材３７に回転力によるよじれを発生させないで、実施例１と同様にレンズの周辺部を均等に押えることができる。さらに、弾性部材３７の断面寸法ΦＣより、所定の隙間の間隔Ｄの寸法を小さくしているため、弾性部材３７は最大でも間隔Ｄの寸法分しか変形しない。これにより、弾性部材３７の光軸方向における変形をほぼ一定とすることができ、レンズの周辺部を均等に押えることができる。

尚、実施例２では、２枚のレンズで撮像レンズユニットを構成する構造を説明しているが、これに限らずレンズ枚数は、１枚以上であれば何枚でもかまわない。

＜実施例３＞
図４は、上記の各実施例に係る光学装置１００及びそれを備える車載システム（運転支援装置）１０００の構成図である。車載システム１０００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、光学装置１００により取得した車両の周囲の障害物や歩行者などの対象物の距離情報に基づいて、車両５００の運転（操縦）を支援するための制御システムである。図５は、車載システム１０００を含む移動装置としての車両５００の模式図である。図５においては、光学装置１００の測距範囲（検出範囲）を車両５００の前方に設定した場合を示しているが、測距範囲を車両５００の後方や側方などに設定してもよい。

図４に示すように、車載システム１０００は、光学装置１００と、車両情報取得装置２００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）３００と、警告装置（警告部）４００とを備える。車載システム１０００において、光学装置１００が備える制御部１４は、距離取得部（取得部）及び衝突判定部（判定部）としての機能を有する。ただし、必要に応じて、車載システム１０００において制御部１４とは別体の距離取得部や衝突判定部を設けてもよく、夫々を光学装置１００の外部（例えば車両５００の内部）に設けてもよい。あるいは、制御装置３００を制御部１４として用いてもよい。

図６は、実施例３に係る車載システム１０００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１０００の動作を説明する。

まず、ステップＳ１では、光学装置１００の光源形成部１０により照射したレーザ光１２によって車両５００の周囲の対象物（障害物１１）を照明し、対象物からの反射光１３を受光する。制御部１４は、反射光１３を受光することで受光素子（受光部）８が出力する信号に基づいて、対象物の距離情報を取得する。この時、距離取得部は、受光素子８からの信号に基づき物体の距離情報を取得する距離情報取得手段として機能する。ここで、距離情報は、移動装置（車両５００）から物体までの距離に関する情報であればよく、距離そのものでなくてもよい。また、ステップＳ２では、車両情報取得装置２００により車両５００の車速、ヨーレート、舵角などを含む車両情報の取得を行う。そして、ステップＳ３では、制御部１４によって、ステップＳ１で取得された距離情報やステップＳ２で取得された車両情報を用いて、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行う。

これにより、車両５００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５００と対象物との衝突可能性を判定することができる。なお、ステップＳ１及びＳ２は、上記の順番とは逆の順番で行われてもよいし、互いに並列して処理を行われてもよい。制御部１４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Ｓ４）、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Ｓ５）。

次に、制御部１４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３００や警告装置４００に対して通知（送信）する。このとき、制御装置３００は制御部１４での判定結果に基づいて車両５００を制御し（ステップＳ６）、警告装置４００は制御部１４での判定結果に基づいて車両５００のユーザ（運転者、搭乗者）への警告を行う（ステップＳ７）。この時、警告装置４００は、物体の距離情報に応じて警告を行う警告手段として機能する。なお、判定結果の通知は、制御装置３００及び警告装置４００の少なくとも一方に対して行えばよい。

制御装置３００は、車両５００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５００の駆動及び移動を制御することができる制御手段として機能する。制御装置３００は、例えば、車両５００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４００は、ユーザに対して、例えば警告音を発する、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、実施例３に係る車載システム１０００によれば、上記の処理により対象物の検出及び測距を行うことができ、車両５００と対象物との衝突を回避することが可能になる。特に、上記した各実施例に係る光学装置１００を車載システム１０００に適用することで、高い測距精度を実現することができるため、対象物の検出及び衝突判定を高精度に行うことが可能になる。

なお、実施例３では、車載システム１０００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１０００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１０００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）や監視システム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。

また、車載システム１０００や車両５００は、万が一、車両５００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）や移動装置の販売元（ディーラ）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５００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、上述した受光素子８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。

以上、本発明の好ましい実施形態について実施例を用いて説明したが、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。また、上述の実施例を組み合わせて実施してもよい。

また、上述した各実施例における制御の一部または全部を上述した各実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワークまたは各種記憶媒体を介して光学装置１００等に供給するようにしてもよい。そしてその光学装置１００等におけるコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

１ 半導体レーザ
２ 収束レンズ
４ 有孔ミラー
５ 固定ミラー
６ 可動ミラー
７ 集光レンズ
８ 受光素子
９ ベース鏡筒
１０ 光源形成部
１４ 制御部
２０ テレスコープ
２１、２２ レンズ
２３ スペーサ
２４ 固定鏡筒
２５ 押え環
２６ 回転環
２７ 弾性部材

Claims (15)

1. レンズを保持するレンズ保持機構であって、
   前記レンズを収容する鏡筒と、
   前記鏡筒に対して光軸に沿った方向へ移動可能な押え環と、
   前記光軸の周りに回転することで前記押え環を前記光軸に沿った方向へ移動させる回転環と、
   前記レンズと前記押え環との間に配置される弾性部材と、を有し、
   前記鏡筒には、前記押え環の光軸周りの回転を規制する回転規制部が設けられ、
   前記押え環の移動により前記弾性部材を前記レンズの周辺部に対して前記光軸に沿った方向へ付勢することで、前記レンズを前記光軸に沿った方向へ押えるように構成されたことを特徴とするレンズ保持機構。
2. 前記鏡筒には、前記押え環の前記光軸に沿った方向の移動を規制する移動規制部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ保持機構。
3. 前記弾性部材は、前記押え環に形成される凹部にはめ込まれることで前記押え環に保持されることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ保持機構。
4. 前記押え環と前記回転環は互いに螺合していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のレンズ保持機構。
5. レンズを保持するレンズ保持機構であって、
   前記レンズを収容する鏡筒と、
   撮像素子を固定保持し、前記鏡筒に対して光軸に沿った方向へ移動可能なセンサホルダと、
   光軸周りに回転することで前記センサホルダを前記光軸に沿った方向へ移動可能させる回転環と、
   前記レンズと前記センサホルダとの間に配置される弾性部材と、を有し、
   前記鏡筒には、前記センサホルダの前記光軸周りの回転を規制する回転規制部が設けられ、
   前記センサホルダの移動により前記弾性部材が前記レンズの周辺部に対して前記光軸に沿った方向へ付勢することで、前記レンズを前記光軸に沿った方向へ押えるように構成されたことを特徴とするレンズ保持機構。
6. 前記鏡筒には、前記センサホルダの前記光軸に沿った方向の移動を規制する移動規制部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ保持機構。
7. 前記弾性部材は、前記センサホルダに形成される凹部にはめ込まれることで前記センサホルダに保持されることを特徴とする請求項５又は６に記載のレンズ保持機構。
8. 前記センサホルダと前記回転環は互いに螺合していることを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載のレンズ保持機構。
9. 光源からの照明光を用いて物体を走査する走査部と、
   請求項１～８のいずれか１項に記載のレンズ保持機構と、を備え、
   前記走査部により照明された前記物体からの反射光を、前記レンズを介して受光素子に導くことを特徴とする光学装置。
10. 請求項９に記載の光学装置を備え、
    前記受光素子からの信号に基づき前記物体の距離情報を取得する距離取得部を有することを特徴とする制御システム。
11. 前記距離情報に基づき、移動可能な移動体である移動装置の駆動を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１０に記載の制御システム。
12. 前記物体の前記距離情報に応じて警告を行う警告装置を備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の制御システム。
13. 請求項９に記載の光学装置を備え、
    前記受光素子からの信号に基づき前記物体の距離情報を取得する距離情報取得手段を有することを特徴とする移動装置。
14. 前記距離情報に基づき、前記移動装置の駆動を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１３に記載の移動装置。
15. 前記物体の前記距離情報に応じて警告を行う警告手段を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の移動装置。