JP6054720B2 - 光学ユニット、撮像装置、および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、過酷な使用環境において高い環境性能を維持する光学ユニット、撮像装置、および移動体に関する。

車載カメラおよび監視カメラなどのように、屋外環境に曝される頻度の高いカメラが知られている。このような屋外向けのカメラに用いる光学ユニットには、防水性などの耐環境性能の向上が求められる。

高い耐環境性能をもたせるために、レンズの周辺にリング円状平坦部を形成し、当該平坦部に対面するリング状段部を有する押さえ部材によって、当該レンズを物体側から鏡筒内に固定する撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。当該撮像装置においては、リング状平坦部とリング状段部の間にシーリングを介在させ、リング状段部をリング状平坦部に押圧することでシーリングを変形させ、開口が封止される。

特開２００４−２９５１１９号公報

しかし、屋外向けのカメラに用いられる光学ユニットにおいては、対環境性能を維持することも要求される。例えば、当該カメラは高圧の水流で洗浄されることがある。光学ユニットが高圧の水流に曝されると、表面のレンズが鏡筒内に押圧されることに起因して、鏡筒内への漏水が生じ得、要求される防水性の維持が困難となることがある。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、高圧の水流による洗浄などの過酷な使用環境においても高い環境性能を維持する光学ユニットを提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による光学ユニットは、
物体側方向の面の外周の周辺および側面の少なくとも一方に第１の封止領域を有するレンズと、
前記第１の封止領域とともに封止空間を画定する第２の封止領域を有し、前記レンズを物体側方向の面から鏡筒内に固定する固定部と、
前記封止空間に介在し、前記第１の封止領域および前記第２の封止領域のそれぞれ一部に密着する封止部とを備え、
前記鏡筒の外部側から内部側に亘って画定される前記封止空間における前記第１の封止領域および前記第２の封止領域の間隔は、前記内部側の少なくとも一部において、前記外部側よりも狭く、前記封止空間は、前記封止部が前記封止空間に介在する状態で、前記封止部より前記内部側に空隙を有し、前記固定部は前記鏡筒の内面から前記レンズの光軸方向に延びる保持部と、当該保持部の前記光軸側の端部において前記レンズの結像側方向に延びる環状の壁を形成する係合部とを有する
ことを特徴とするものである。

また、第２の観点による光学ユニットにおいて、
前記封止部は、接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかを有する、ことが好ましい。
また、第３の観点による光学ユニットにおいて、
前記封止部は、前記封止部は、前記接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかを、前記第１の封止領域および前記第２の封止領域の複数の位置に密着した部材である、ことが好ましい。

また、第４の観点による光学ユニットにおいて、
前記接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかの量は、前記第１の封止領域および前記第２の封止領域の間隔が相対的に狭い部位よりも相対的に広い部位において多い、ことが好ましい。

また、第５の観点による光学ユニットにおいて、
前記接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかは硬化状態で弾性を有する、ことが好ましい。

また、第６の観点による光学ユニットにおいて、
前記接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかは吸湿硬化性または熱硬化性を有する、ことが好ましい。

また、第７の観点による撮像装置は、
物体側方向の面の外周の周辺および側面の少なくとも一方に第１の封止領域を有するレンズと、前記第１の封止領域とともに封止空間を画定する第２の封止領域を有し、前記レンズを物体側方向の面から鏡筒内に固定する固定部と、前記封止空間に介在し、前記第１の封止領域および前記第２の封止領域に密着する封止部とを有し、前記鏡筒の外部側から内部側に亘って画定される前記封止空間における前記第１の封止領域および前記第２の封止領域の間隔は、前記内部側の少なくとも一部において、前記外部側よりも狭く、前記封止空間は、前記封止部が前記封止空間に介在する状態で、前記封止部より前記内部側に空隙を有し、前記固定部は前記鏡筒の内面から前記レンズの光軸方向に延びる保持部と、当該保持部の前記光軸側の端部において前記レンズの結像側方向に延びる環状の壁を形成する係合部とを有する光学ユニットと、
当該光学ユニットを介して結像する被写体像を撮像する撮像素子とを備える
ことを特徴としている。

また、第８の観点による移動体は、
物体側方向の面の外周の周辺および側面の少なくとも一方に第１の封止領域を有するレンズと、前記第１の封止領域とともに封止空間を画定する第２の封止領域を有し、前記レンズを物体側方向の面から鏡筒内に固定する固定部と、前記封止空間に介在し、前記第１の封止領域および前記第２の封止領域に密着する封止部とを有し、前記鏡筒の外部側から内部側に亘って画定される前記封止空間における前記第１の封止領域および前記第２の封止領域の間隔は、前記内部側の少なくとも一部において、前記外部側よりも狭く、前記封止空間は、前記封止部が前記封止空間に介在する状態で、前記封止部より前記内部側に空隙を有し、前記固定部は前記鏡筒の内面から前記レンズの光軸方向に延びる保持部と、当該保持部の前記光軸側の端部において前記レンズの結像側方向に延びる環状の壁を形成する係合部とを有する光学ユニットと、当該光学ユニットを介して結像する被写体像を撮像する撮像素子とを備える撮像装置を搭載する
ことを特徴としている。

上記のように構成された本発明に係る発光ユニット、撮像装置、および移動体によれば、過酷な使用環境においても高い耐環境性能を維持可能である。

本発明の第１の実施形態に係る光学ユニットを有する撮像装置の移動体内における設置場所を示す配置図である。 図１における光学ユニットの光軸に沿った断面図である。 光学ユニットとして組立て後の鏡筒の断面図である。 図２における第２の固定部周辺の部分拡大図である。 光学ユニットとして組立て前の鏡枠の断面図である。 光学ユニットの組立て時における硬化性を有する部材の塗布方法を示す、第２の固定部周辺の部分拡大図である。 複数の封止部が形成された状態を示す、第２の固定部周辺の部分拡大図である。 第２の封止領域を中心軸に垂直にした場合における漏水発生のメカニズムを説明するための第２の固定部周辺の部分拡大図である。 光学ユニットの組立て時において、硬化性を有する部材を１回だけ塗布した状態を示す、第２の固定部周辺の部分拡大図である。 第２の実施形態における第２の固定部周辺の部分拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

まず、本発明の第１の実施形態に係る光学ユニットを有する撮像装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光学ユニットを有する撮像装置の移動体における搭載位置を示す配置図である。

図１に示すように、光学ユニット１０を有する撮像装置１１は、表示装置１２とともに、移動体１３に設けられる。撮像装置１１は、移動体１３の何処に設けてもよいが、第１の実施形態では、後方の視界の周辺画像を撮像するために、移動体１３の後方外部に固定される。表示装置１２は、運転席から視認可能に設けられる。

光学ユニット１０は、移動体１３後方の被写体像を撮像装置１１内の撮像素子１４に結像させる。撮像装置１１は撮像素子１４を用いて被写体像を撮像し、表示装置１２に伝達する。表示装置１２は、撮像素子１４から取得する被写体像を表示する。

光学ユニット１０の構成について、図２を用いて説明する。図２は光学ユニット１０の光軸に沿った断面図である。光学ユニット１０は、鏡筒１５、光学系１６、スペーサ１７および、封止部１８を含んで構成される。

鏡筒１５は、図３に示すように、外壁部１９および収容部２０を有する。収容部２０は、中心軸ＣＸに関して回転対称に形成される。鏡筒１５においては、中心軸ＣＸに沿った一方の方向が物体側方向、他方の方向が結像側方向に定められる。

収容部２０は、内部に光学系１６を収容する（図２参照）。収容部２０の内面は、内径が一定である円筒内面状に形成される（図３参照）。収容部２０の両方の開口端には、第１の固定部２１および第２の固定部２２が形成される。

第１の固定部２１は、結像側方向の開口端に形成される。第１の固定部２１は、例えば収容部２０の結像側方向の開口を、光学系１６の収容後に内側に変形させたカシメである。または、光学系１６の収容後に、収容部２０の結像側方向の開口に螺合などの任意の結合方法により収容部２０に結合し、スペーサ１７を介して光学系１６の結像側の面の一部と係合するリテーナである。第１の固定部２１は、結像側方向から収容部２０、すなわち鏡筒１５内に、光学系１６を固定する。

第２の固定部２２は、物体側方向の開口端に予め形成される。図４に示すように、第２の固定部２２は、保持部２３および係合部２４を有する。保持部２３は、収容部２０の円筒内面から中心軸ＣＸ方向に延び、且つ結像側方向の面が中心軸ＣＸ方向に傾斜するように形成される。保持部２３の、結像側方向の面は、後述する第２の封止領域２５として機能する。保持部２３は、後述するように、第１のレンズ２６とともに、封止部１８を介在させ、保持する。係合部２４は保持部２３の中心軸ＣＸ側の端部において、結像側方向に延びる環状の壁である。第２の固定部２２は、物体側方向から収容部２０、すなわち鏡筒１５内に、光学系１６を固定する。

図２において、光学系１６は、第１のレンズ２６および複数の光学素子２７によって構成される。光学素子２７は、レンズおよび開口絞りなどの光学部材である。光学系１６が、例えば焦点距離および被写界深度などの所望の光学特性を備えるように、第１のレンズ２６および各光学素子２７が形成され、組合される。

第１のレンズ２６は、光学系１６の中で最も物体側に配置される。第１のレンズ２６は本体２８から径方向外側に延びる鍔部２９を有する（図４参照）。鍔部２９の物体側方向の面は、光軸に対して垂直且つ平坦であり、第１の封止領域３０として機能する。したがって、第１のレンズ２６は物体側の面の外周の周辺に第１の封止領域３０を有する。本体２８の外径は第２の固定部２２の内径と実質的に同じ長さである。また、鍔部２９の外径は第２の固定部２２の内径より長く、収容部２０（図３参照）の内径より短い。

複数の光学素子２７の最外縁の外径は、収容部２０の内径と実質的に同じ長さである。

図２において、スペーサ１７は、中心の孔部の内径が、最も像側の光学素子２７の光学的に機能する部位の外径よりも大きくなるように、リング状に形成された、金属製の部材である。また、スペーサ１７の外径は、収容部２０の内径と実質的に同じ長さである。

封止部１８は、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５が画定する封止空間Ｓの間に介在し（図４参照）、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５に密着する。封止部１８は、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５に密着することにより、鏡筒１５内部への漏水を抑制する。封止部１８は、硬化性を有する部材によって形成される。硬化性を有する部材とは、例えば接着剤、シーリング材、およびコーキング材である。硬化性を有する部材は、吸湿硬化性あるいは熱硬化性を有し且つ硬化後も弾性を有することが好適である。

以上のような光学ユニット１０の組立て方法を、以下に説明する。図５に示すように、光学ユニット１０の組立て前には、収容部２０の結像側方向の開口端に第１の固定部２１は形成されず、収容部２０は一定の内径のまま結像側方向の開口端まで連続している。

図６に示すように、硬化性を有する部材３１を、第２の封止領域２５に、複数回、例えば２回同心円状に塗布する。複数回に亘る塗布位置は、互いに近接していることが好ましい。硬化性を有する部材３１は、第２の封止領域２５から係合部２４の高さを超えるように塗布される。硬化性を有する部材３１の、中心軸ＣＸ側の部位すなわち第１の封止領域３０および第２の封止領域２５の間隔が相対的に広い部位の塗布量（符号“Ａ”参照）は、収容部２０内部側の部位すなわち当該間隔が相対的に狭い部位の塗布量（符号“Ｂ”参照）より多い。また、硬化性を有する部材３１は、封止空間Ｓの容積よりも硬化後の封止部１８の体積が小さくなるように、すなわち封止部１８が介在した状態で封止空間Ｓが空隙を有するように塗布される。

硬化性を有する部材３１の塗布後に、第１のレンズ２６が、収容部２０の結像側方向から挿入される。鍔部２９が第２の固定部２２に係合するまで、第１のレンズ２６の本体２８が第２の固定部２２に嵌込まれる（図４参照）。

第２の固定部２２への嵌込み時には、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５は対向する。鏡筒１５の外部側から内部側に亘って確定される封止空間における両者の間隔は、収容部２０の内壁側すなわち鏡筒１５の内部側において、中心軸ＣＸ側すなわち鏡筒１５の外部側よりも狭い。また、第２の固定部２２への嵌込み時には、硬化性を有する部材３１が第１の封止領域３０および第２の封止領域２５によって押潰され、単一（図４参照）または複数（図７参照）の封止部１８に変形する。

次に、複数の光学素子２７が、収容部２０に嵌合するように、順番に挿入される。最も像側の光学素子２７を収容部２０内に挿入した状態で、スペーサ１７が挿入される。スペーサ１７の挿入後、収容部２０の結像側方向の開口を内側に折り曲げることにより、前述の第１の固定部２１が形成される。

以上のような構成の第１の実施形態の光学ユニットによれば、封止部１８を密着させる第１の封止領域３０および第２の封止領域２５の間隔が、鏡筒１５の内部側において、鏡筒１５の外部側よりも狭いので、以下に説明するように、過酷な使用環境においても耐環境性能、特に防水性を維持可能である。

第１の封止領域３０および第２の封止領域２５’の間隔が一定である場合には、第１のレンズ２６が高圧水流により結像側方向に押圧されると、第１のレンズ２６が微小に結像側方向に変位し（図８（ａ）参照）、封止部１８を押圧する圧力が低下する。この状態において、高圧水流は第１の封止領域３０および第２の封止領域２５’に侵入し、封止部１８を鏡筒１５’の内側方向に押圧する（図８（ｂ）参照）。第１の封止領域３０および第２の封止領域２５’による封止部１８を押圧する圧力が低下しているので、封止部１８は第１の封止領域３０および第２の封止領域２５’から剥離する可能性が高まり、漏水が生じ得る。

一方、第１の実施形態においては、封止部１８が剥離した場合であっても、水流により封止部１８が間隔の狭くなる方向に変位することにより、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５から封止部１８を押圧する反力が増加する。反力の増加により、封止部１８と第１の封止領域３０および第２の封止領域２５との密着性が再び高まるので、漏水を抑止することが可能である。すなわち、過酷な使用環境においても防水性を維持可能である。

また、第１の実施形態においては、光学ユニット１０の組立て時に、硬化性を有する部材３１を複数回塗布するので、以下に説明するように、封止部１８の接着強度の光学ユニット１０毎の固体差を低減化可能である。

硬化性を有する部材３１の塗布時には、表面張力によって断面が球状になる（図６参照）。それゆえ、中心軸ＣＸ方向とは垂直な幅方向に封止部１８が所定の長さを有するように、塗布量を定めると、幅方向だけでなく、中心軸ＣＸ方向に平行な高さ方向の長さも長くなる。このような現象に対して、図９に示すように、１回の塗布では、硬化性を有する部材３１の高さ方向の長さが長いため、押圧による変形量が大きく、変形後の封止部１８の断面形状は光学ユニット１０の固体毎に大きく変動し得る。一方、第１の実施形態のように複数回の塗布によれば、１回の塗布の場合と全体で同じ塗布量であっても、硬化性を有する部材３１の高さ方向の長さが抑えられるので、押圧による変形量が小さくなる。それゆえ、接着強度の固体差を低減化可能である。

また、第１の実施形態においては、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５の間隔が相対的に広い部位の塗布量は当該間隔が相対的に狭い部位の塗布量より多いので、塗布部位毎に硬化性を有する部材３１の高さ方向の長さが抑えられる。それゆえ、封止部１８の接着強度の光学ユニット１０毎の固体差をさらに低減化可能である。

また、第１の実施形態においては、封止空間Ｓの容積よりも、硬化後の封止部１８の体積が小さいので、硬化性を有する部材３１の使用量の抑制、ならびに収容部２０内および本体２８のレンズ面側への硬化性を有する部材３１の流出を抑えることが可能である。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では第２の封止領域の形状が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能および構成を有する部位には同じ符号を付す。

図１０に示すように、第２の実施形態における鏡筒１５０の第２の封止領域２５０は、第１の実施形態と異なり、中心軸ＣＸ側から収容部２０内部側に向かって、第１の段の面３２０および第２の段の面３３０を有する。係合部２４の結像側の端部を基準とした深さは、第１の段の面３２０の方が第２の段の面３３０より深い。

光学ユニット１０の組立て時には、第１の段の面３２０および第２の段の面３３０に、硬化性を有する部材３１を同心円状に塗布する。第１の実施形態と同様に、第１の段の面３２０および第２の段の面３３０における塗布位置は、互いに近接していることが好ましい。

第２の実施形態において、第２の封止領域２５０以外の光学ユニット１０の各部位の構成および機能、ならびに第２の封止領域２５０における硬化性を有する部材３１の塗布以外の光学ユニット１０の組立て方法は、第１の実施形態と同じである。

以上のような構成の第２の実施形態の光学ユニットによっても、第１の実施形態と同様に、封止部１８を密着させる第１の封止領域３０および第２の封止領域２５０の間隔が、鏡筒１５０の内部側において鏡筒１５０の外部側よりも狭いので、過酷な使用環境においても耐環境性能、特に防水性を維持可能である。また、第２の実施形態の光学ユニットによっても、第１の実施形態と同様に、光学ユニット１０の組立て時に、硬化性を有する部材３１を複数回塗布するので、封止部１８の接着強度の光学ユニット１０毎の固体差を低減化可能である。また、第２の実施形態の光学ユニットによっても、第１の実施形態と同様に、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５０の間隔が相対的に広い部位の塗布量は当該間隔が相対的に狭い部位の塗布量より多いので、封止部１８の接着強度の光学ユニット１０毎の固体差をさらに低減化可能である。また、第２の実施形態の光学ユニットによっても、第１の実施形態と同様に、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５０によって画定される封止空間Ｓの容積よりも、硬化後の封止部１８の体積が小さいので、硬化性を有する部材３１の使用量の抑制、ならびに収容部２０内および本体２８のレンズ面側への硬化性を有する部材３１の流出を抑えることが可能である。

さらに、第２の実施形態の光学ユニットによれば、第２の封止領域２５０が中心軸ＣＸに垂直な方向から傾斜していないので、物体側方向を鉛直下方にした光学ユニット１０の組立てにおいて硬化性を有する部材３１の傾斜面に沿った流動が抑止される。それゆえ、封止部１８の形成位置が塗布位置から変動することが無いため、封止部１８の接着強度の光学ユニット１０毎の固体差を低減化可能である。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、第１の実施形態では、第２の封止領域２５が中心軸ＣＸ方向に傾斜する構成であるが、第１の封止領域３０が中心軸ＣＸ方向に傾斜する構成であってもよい。また、第２の実施形態においては、第２の封止領域２５０が第１の段の面３２０および第２の段の面３３０を有する構成であるが、第１の封止領域３０が第１の段の面および第２の段の面を有する構成であってもよい。

また、第１の実施形態および第２の実施形態において、第１の封止領域３０および第２の封止領域２５の間隔が、鏡筒１５の外部側から内部側に向かって狭くなるよう構成であるが、全体に亘って狭くなる構成でなくてもよい。外部側から内部側に向かって間隔が狭くなる部位を有すれば、さらにその内部側において間隔が広くなっても、第１の実施形態および第２の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

また、第１の実施形態および第２の実施形態では、封止部１８は硬化性を有する部材３１を硬化させることにより形成される構成であるが、例えばＯリングのような弾性を有する部材によって形成してもよい。

また、第１の実施形態および第２の実施形態では、鍔部２９の物体側方向の面を第１の封止領域３０として機能させているが、鍔部２９の側面を第１の封止領域３０として機能させてもよい。例えば、収容部２０の円筒内面に連続する、第２の固定部２２の側面の一部を、鏡筒１５内部側から外部側に向かって拡径するように形成し第２の封止領域として機能させることにより、第２の封止領域に対向する、鍔部２９の側面を第１の封止領域３０として機能させることが可能である。

１０ 光学ユニット
１１ 撮像装置
１２ 表示装置
１３ 移動体
１４ 撮像素子
１５、１５０ 鏡筒
１６ 光学系
１７ スペーサ
１８ 封止部
１９ 外壁部
２０ 収容部
２１ 第１の固定部
２２ 第２の固定部
２３ 保持部
２４ 係合部
２５、２５０ 第２の封止領域
２６ 第１のレンズ
２７ 光学素子
２８ 本体
２９ 鍔部
３０ 第１の封止領域
３１ 硬化性を有する部材
３２０ 第１の段の面
３３０ 第２の段の面
ＣＸ 中心軸
Ｓ 封止空間

Claims (8)

1. 物体側方向の面の外周の周辺および側面の少なくとも一方に第１の封止領域を有するレンズと、
   前記第１の封止領域とともに封止空間を画定する第２の封止領域を有し、前記レンズを物体側方向の面から鏡筒内に固定する固定部と、
   前記封止空間に介在し、前記第１の封止領域および前記第２の封止領域のそれぞれ一部に密着する封止部とを備え、
   前記鏡筒の外部側から内部側に亘って画定される前記封止空間における前記第１の封止領域および前記第２の封止領域の間隔は、前記内部側の少なくとも一部において、前記外部側よりも狭く、前記封止空間は、前記封止部が前記封止空間に介在する状態で、前記封止部より前記内部側に空隙を有し、前記固定部は前記鏡筒の内面から前記レンズの光軸方向に延びる保持部と、当該保持部の前記光軸側の端部において前記レンズの結像側方向に延びる環状の壁を形成する係合部とを有する
   ことを特徴とする光学ユニット。
2. 請求項１に記載の光学ユニットであって、前記封止部は、接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかを有することを特徴とする光学ユニット。
3. 請求項２に記載の光学ユニットであって、前記封止部は、前記接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかを、前記第１の封止領域および前記第２の封止領域の複数の位置に密着した部材であることを特徴とする光学ユニット。
4. 請求項２または請求項３に記載の光学ユニットであって、前記接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかの量は、前記第１の封止領域および前記第２の封止領域の間隔が相対的に狭い部位よりも相対的に広い部位において多いことを特徴とする光学ユニット。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光学ユニットであって、前記接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかは硬化状態で弾性を有することを特徴とする光学ユニット。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の光学ユニットであって、前記接着剤、シーリング材、コーキング材の少なくともいずれかは吸湿硬化性または熱硬化性を有することを特徴とする光学ユニット。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学ユニットと、
   当該光学ユニットを介して結像する被写体像を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項７に記載の撮像装置を搭載することを特徴とする移動体。

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