JP6182380B2 - レンズユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、広い温度領域において使用可能なレンズユニットおよび撮像装置に関する。

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は、低温から高温まで広い温度領域において、光学性能などの撮影のための多様な性能を維持することが求められる。

光学性能を維持するためには、温度変化に対して、鏡枠に保持されるレンズの偏心を抑制することが重要である。偏心の抑制のために、鏡枠の開口および当該開口に係合するレンズの外周周辺を互いに係合するテーパ状に形成し、レンズを弾性部材によって開口側に付勢する構成体が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−１７８５４１号公報

しかし、特許文献１に記載の構成体では偏心そのものを抑制可能であるが、鏡枠およびレンズの線膨張係数の違いから、高温の使用環境においてレンズの径方向の膨張が抑制されることに起因して、レンズの曲面に歪みが生じ得る。レンズの曲面に歪みが生じることにより、光学性能の低下およびレンズ表面に施したコーティングにクラックを発生し得る。

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、広い温度領域でレンズの曲面における歪みの発生を抑制するレンズユニットおよび撮像装置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の観点によるレンズユニットは、
レンズ部と、
前記レンズ部を保持する鏡枠部と、
前記レンズ部よりもヤング率および線膨張係数が小さく且つ線膨張係数が前記鏡枠部より大きく、前記レンズ部の外周および前記鏡枠部の内周の間に配置される緩衝部とを備え、
前記鏡枠部の常温の温度領域内の第１の温度における内径をφ１、前記レンズ部の前記第１の温度における外径をφ２、前記鏡枠部の線膨張係数をα１、前記レンズ部の線膨張係数をα２、前記常温の温度領域より高い温度領域である高温の温度領域内の第２の温度と前記第１の温度の差分をΔＴとするとき、
φ１＞φ２+φ２×α２×ΔＴ
を満たす
ことを特徴とするものである。

また、第３の観点によるレンズユニットは、
レンズ部と、
前記レンズ部を保持する鏡枠部と、
前記レンズ部よりも線膨張係数が小さく且つ前記鏡枠部よりも線膨張係数が大きく、前記レンズ部の外周および前記鏡枠部の内周の間に配置される緩衝部とを備え、
前記鏡枠部の常温の温度領域内の第１の温度における内径をφ１、前記レンズ部の前記第１の温度における外径をφ２、前記鏡枠部の線膨張係数をα１、前記レンズ部の線膨張係数をα２、前記常温の温度領域より高い温度領域である高温の温度領域内の第２の温度と前記第１の温度の差分をΔＴとするとき、
φ１＞φ２+φ２×α２×ΔＴ
を満たす
ことを特徴とするものである。

また、第５の観点によるレンズユニットにおいて、
前記緩衝部の前記鏡枠部への組込み、および前記レンズ部の前記緩衝部への組込みの少なくとも一方が、圧入による
ことが好ましい。

また、第６の観点による撮像装置は、
レンズ部と、前記レンズ部を保持する鏡枠部と、前記レンズ部よりもヤング率が小さく、前記レンズ部の外周および前記鏡枠部の内周の間に配置される緩衝部とを有するレンズユニットを備える
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レンズユニットおよび撮像装置によれば、広い温度領域において曲面における歪みの発生を抑制可能である。

本発明の一実施形態に係るレンズユニットを有する撮像装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 図１におけるレンズユニットの、光軸に沿った断面図である。 緩衝部を有さないレンズユニットにおいて曲面に歪みが生じる作用を説明するための、光軸に沿った断面図である。

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、本発明の一実施形態に係るレンズユニットを有する撮像装置について説明する。撮像装置は、例えば車載用カメラおよび監視カメラなどのように低温の温度領域、常温の温度領域、および高温の温度領域を含む、広い温度領域で使用されるカメラである。低温の温度領域とは、例えば−４０℃から０℃である。常温の温度領域とは、例えば０℃から４０℃である。高温の温度領域とは、例えば４０℃から８０℃である。

図１に示すように、撮像装置１０は、レンズユニット１１、撮像素子１２、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１３、Ｉ／Ｆ（インターフェース）１４を含んで構成される。レンズユニット１１は被写体の光学像を結像させる。撮像素子１２は結像した光学像を撮像し、光学像に相当する画像信号を生成する。ＡＦＥ１３は画像信号にＣＤＳ／ＳＨ処理およびＡＤ変換処理を施す。Ｉ／Ｆ１４はＡＦＥ１３により所定の処理が施された画像信号を、撮像装置１０の外部機器、例えば表示装置および記憶装置などに出力する。本実施形態において、撮像装置１０は外部機器に対して画像信号を出力する構成であるが、撮像装置１０自身がディスプレイを有し、画像信号に相当する画像を表示してもよい。また、撮像装置１０自身がメモリを有し、画像信号を記憶してもよい。

次に、レンズユニット１１の構成について詳細に説明する。図２に示すように、レンズユニット１１は、鏡枠部１５、少なくとも一つのレンズ部１６、および緩衝部１７を含んで構成される。

鏡枠部１５は金属などの硬質の材料によって、円筒形状に形成される。鏡枠部１５は、円筒内周にレンズ部１６を保持する。

レンズ部１６は、線膨張係数が鏡枠部１５の線膨張係数より大きく、ヤング率として表される硬さが鏡枠部１５の硬さより低い材料によって形成される。すなわち、鏡枠部１５およびレンズ部１６の線膨張係数をそれぞれα１、α２とすると、α２＞α１である。また、鏡枠部１５およびレンズ部１６のヤング率をそれぞれＥ１、Ｅ２とすると、Ｅ１＞Ｅ２である。また、常温の温度領域内の第１の温度と高温の温度領域内の第２の温度との差分をΔＴ、第１の温度における鏡枠部１５の円筒内径をφ１、第１の温度におけるレンズ部１６の外径をφ２とすると、φ１＞φ２＋φ２×α２×ΔＴを満たすように、レンズ部１６は形成される。第１の温度は、使用が想定される環境において、常温の温度領域内で頻度が大きいと想定される温度である。第２の温度は、使用が想定される環境において、高温の温度領域内で頻度が大きいと想定される温度である。また、レンズ部１６においては、レンズユニット１１として所望の光学性能、例えば焦点距離および被写界深度などを満たすように、曲面が形成される。レンズ部１６は、後述する緩衝部１７を介して、鏡枠部１５に保持される。

緩衝部１７は、線膨張係数が鏡枠部１５の線膨張係数より大きく且つレンズ部１６の線膨張係数より小さく、ヤング率として表される硬さがレンズ部１６の硬さより小さい材料によって形成される。すなわち、緩衝部１７の線膨張係数およびヤング率をそれぞれα３、Ｅ３とすると、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３であり、α２＞α３＞α１である。また、緩衝部１７は、第１の温度において、内径がレンズ部１６の外径より僅かに小さく、外径が鏡枠部１５の内径より僅かに大きな、環状である。緩衝部１７は、鏡枠部１５の円筒内周およびレンズ部の外周の間に配置される。

緩衝部１７は、圧入により鏡枠部１５内に組込まれる。または、緩衝部１７は、鏡枠部１５内に、例えば二色成型により一体的に形成されていてもよい。または、緩衝部１７は、レンズ部１６の周方向に沿って液状ガスケットを塗布した状態で鏡枠部１５内に組込み後、湿気硬化させることにより、形成されてもよい。レンズ部１６は、圧入により緩衝部１７内に組込まれる。または、レンズ部１６は、緩衝部１７内に、二色成型により一体的に形成されていてもよい。

以上のような構成の本実施形態のレンズユニットによれば、緩衝部１７を介してレンズ部１６を鏡枠部１５内に保持するので、高温の温度領域下におけるレンズ部１６の曲面における歪みの発生を抑制可能である。以下に、歪みの発生の抑制作用について詳細に説明する。

レンズ部１６は高温の温度領域において全方向に膨張する。レンズ部１６’が直接鏡枠部１５’内に組込まれる場合には、レンズ部１６’よりも線膨張係数の小さな鏡枠部１５’によって径方向の膨張が抑制され、レンズ部１６’の厚さ方向に偏って膨張し得る（図３参照）。レンズ部１６’の厚さ方向に偏った膨張により、前述のように、レンズ部１６’の曲面に歪みが生じる。

一方で、本実施形態のレンズユニットにおいては、ヤング率がレンズ部１６よりも小さな緩衝部１７がレンズ部の径方向の膨張を許容するので、レンズ部１６の曲面における歪みの発生を抑制可能である。

また、本実施形態のレンズユニットによれば、α２＞α３を満たすので、低温の温度領域における緩衝部１７の収縮量はレンズ部１６の収縮量より小さい。一般的に、レンズ部１６の線膨張係数は鏡枠部１５の線膨張係数より大きく、低温の温度領域におけるレンズ部１６の外径の収縮量に比べて鏡枠部１５の内径の収縮量は小さい。それゆえ、緩衝部１７を介在させずに、レンズ部１６を鏡枠部１５に保持させる場合には低温の温度領域においてレンズ部１６と鏡枠部１５との間に隙間が生じ得る。一方で、本実施形態のレンズユニットによれば、上述のような条件の線膨張係数である緩衝部１７の外径の縮小量は当該緩衝部１７をレンズ部１６と同一の材料に置換した部材の外径の縮小量より小さい。したがって、外径の収縮量を鏡枠部１５の内径の収縮量に近付けることが可能なので、緩衝部１７と鏡枠部１５との間の隙間の発生が抑制される。

また、本実施形態のレンズユニットによれば、α３＞α１を満たすので、低温の温度領域における緩衝部１７の収縮量は鏡枠部１５の収縮量よりも大きい。前述のように、緩衝部１７を介在させずに、レンズ部１６を鏡枠部１５に保持させる場合には低温の温度領域においてレンズ部１６と鏡枠部１５との間に隙間が生じ得る。一方で、本実施形態のレンズユニットによれば、上述のような条件の線膨張係数である緩衝部１７の内径の縮小量は当該緩衝部１７を鏡枠部１５と同一の材料に置換した部材の内径の縮小量より大きい。したがって、内径の縮小量をレンズ部１６の外径の縮小量に近付けることが可能なので、緩衝部１７とレンズ部１６との間の隙間の発生が抑制される。

また、本実施形態のレンズユニットによれば、φ１＞φ２＋φ２×α２×ΔＴを満たす形状にレンズ部１６が形成されるので、高温の温度領域である第２の温度においても鏡枠部１５の内径がレンズ部１６の外径より大きい。したがって、第２の温度においてもレンズ部１６の径方向の膨張の抑制が防がれ、レンズ部１６の曲面における歪みの抑制効果を向上可能である。

また、本実施形態のレンズユニットによれば、緩衝部１７ならびにレンズ部１６は、圧入によりそれぞれ鏡枠部１５および緩衝部１７に組込まれるので、それぞれ緩衝部１７および鏡枠部１５間の隙間の発生、ならびにレンズ部１６および緩衝部１７間の隙間の発生をさらに抑制可能である。隙間の発生の抑制作用について、以下に説明する。

緩衝部１７を圧入により鏡枠部１５に組込むために、緩衝部１７の外径が鏡枠部１５の内径より僅かに大きく形成される。それゆえ、低温の温度領域における緩衝部１７の収縮に対して、緩衝部１７と鏡枠部１５との間における隙間の発生がさらに抑制される。また、レンズ部１６を圧入により緩衝部１７に組込むために、緩衝部１７の内径がレンズ部１６の外径より僅かに小さく形成される。それゆえ、低温の温度領域におけるレンズ部１６の収縮に対して、レンズ部１６と緩衝部１７との間における隙間の発生がさらに抑制される。

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。

１０ 撮像装置
１１ レンズユニット
１２ 撮像素子
１３ ＡＦＥ（アナログフロントエンド）
１４ Ｉ／Ｆ（インターフェース）
１５、１５’ 鏡枠部
１６、１６’ レンズ部
１７ 緩衝部

Claims (4)

1. レンズ部と、
   前記レンズ部を保持する鏡枠部と、
   前記レンズ部よりもヤング率および線膨張係数が小さく且つ線膨張係数が前記鏡枠部より大きく、前記レンズ部の外周および前記鏡枠部の内周の間に配置される緩衝部とを備え、
   前記鏡枠部の常温の温度領域内の第１の温度における内径をφ１、前記レンズ部の前記第１の温度における外径をφ２、前記鏡枠部の線膨張係数をα１、前記レンズ部の線膨張係数をα２、前記常温の温度領域より高い温度領域である高温の温度領域内の第２の温度と前記第１の温度の差分をΔＴとするとき、
   φ１＞φ２+φ２×α２×ΔＴ
   を満たす
   ことを特徴とするレンズユニット。
2. レンズ部と、
   前記レンズ部を保持する鏡枠部と、
   前記レンズ部よりも線膨張係数が小さく且つ前記鏡枠部よりも線膨張係数が大きく、前記レンズ部の外周および前記鏡枠部の内周の間に配置される緩衝部とを備え、
   前記鏡枠部の常温の温度領域内の第１の温度における内径をφ１、前記レンズ部の前記第１の温度における外径をφ２、前記鏡枠部の線膨張係数をα１、前記レンズ部の線膨張係数をα２、前記常温の温度領域より高い温度領域である高温の温度領域内の第２の温度と前記第１の温度の差分をΔＴとするとき、
   φ１＞φ２+φ２×α２×ΔＴ
   を満たす
   ことを特徴とするレンズユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載のレンズユニットであって、
   前記緩衝部の前記鏡枠部への組込み、および前記レンズ部の前記緩衝部への組込みの少なくとも一方が、圧入による
   ことを特徴とするレンズユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレンズユニットを備えることを特徴とする撮像装置。

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