JP6805670B2 - 赤外線レンズモジュール - Google Patents

Description

本発明は赤外線レンズモジュールに関するものである。

赤外線による撮像を行うための赤外線カメラには、赤外線を透過するレンズを備える赤外線レンズモジュールが用いられる。赤外線カメラは、たとえば車載カメラとして用いることができる。車載カメラは、車両の外部に設置されることが多く、カメラの前面に雨滴、塵埃等の異物が付着する場合がある。カメラの前面にこのような異物が付着すると、車載カメラにて撮影された映像に異物が映り込み、鮮明な画像が得られないという問題が生じる。

これに対し、レンズモジュールにワイパー装置、送風装置、清掃装置などを設置して、異物を除去する技術が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特開２０１３−８１０９７号公報 特開２０１２−１６８４５７号公報 特開２０１２−３５６５４号公報

しかしながら、特許文献１〜３に開示された対応策では、レンズモジュールに異物を除去するための新たな装置を設置する必要がある。そのため、レンズモジュールの製造コストが上昇するという問題が生じる。

そこで、製造コストの上昇を抑制しつつ、レンズ表面に付着する異物を除去することが可能な赤外線レンズモジュールを提供することを目的の１つとする。

本発明に従った赤外線レンズモジュールは、赤外線を透過するレンズと、レンズを保持する鏡筒と、を備える。レンズは、赤外線が入射する側の面である入射面と、入射面とは反対側の面である裏面とを含む。鏡筒は、レンズの入射面側に位置し、レンズへの光の入射範囲を規定する規定面と、規定面に接続され、レンズの入射面側におけるレンズの光軸に沿った高さが最も高い領域を含む端面と、を含む。レンズの光軸を含む断面において、上記端面に沿う面と光軸とのなす角は鋭角である。

上記赤外線レンズモジュールによれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、レンズ表面に付着する異物を除去することが可能な赤外線レンズモジュールを提供することができる。

実施の形態１における赤外線レンズモジュールの構造を示す概略断面図である。 実施の形態１における赤外線レンズモジュールの構造を示す概略平面図である。 実施の形態２における赤外線レンズモジュールの構造を示す概略平面図である。 実施の形態３における赤外線レンズモジュールの構造を示す概略平面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の赤外線レンズモジュールは、赤外線を透過するレンズと、レンズを保持する鏡筒と、を備える。レンズは、赤外線が入射する側の面である入射面と、入射面とは反対側の面である裏面とを含む。鏡筒は、レンズの入射面側に位置し、レンズへの光の入射範囲を規定する規定面と、規定面に接続され、レンズの入射面側におけるレンズの光軸に沿った高さが最も高い領域を含む端面と、を含む。レンズの光軸を含む断面において、上記端面に沿う面と光軸とのなす角は鋭角である。

本発明者は、新たな装置を設置するのではなく、たとえば車載カメラの構成要素として使用された場合に得られる前方からの気流によって、レンズの表面に付着する異物を除去する方策について検討を行った。その結果、レンズへの光の入射範囲を規定する規定面と規定面に接続される端面とを含む鏡筒が採用される場合、端面に沿う面と光軸とのなす角が鋭角となるような鏡筒の形状を採用することにより、前方からの気流を有効に利用し、レンズの表面に付着する異物を除去可能であることが分かった。

本願の赤外線レンズモジュールでは、レンズの光軸を含む断面において、上記端面に沿う面と光軸とのなす角が鋭角となる。その結果、前方からの気流を有効に利用することで、新たな装置を設置することなく、レンズの表面に付着する異物を除去することができる。このように、本願の赤外線レンズモジュールによれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、レンズ表面に付着する異物を除去することが可能な赤外線レンズモジュールを提供することができる。

上記赤外線レンズモジュールでは、レンズの光軸を含む断面において、上記端面に沿う面と光軸とのなす角は、上記規定面に沿う面と光軸とのなす角よりも大きくてもよい。このようにすることにより、レンズへの光の入射範囲に影響を与えることなく、レンズの表面に付着する異物を除去することができる。

上記赤外線レンズモジュールにおいて、レンズを構成する材料は硫化亜鉛（ＺｎＳ）であってもよい。ＺｎＳから構成されるレンズは、温度変化に対する屈折率の変化が小さい。そのため、外部の温度の変化に対して安定な赤外線レンズモジュールを得ることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる赤外線レンズモジュールの一実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるレンズモジュールの、光軸を含む断面を示す概略断面図である。また、図２は、実施の形態１におけるレンズモジュールを入射面側から見た状態を示す概略平面図である。

図１および図２を参照して、実施の形態１における赤外線レンズモジュール１は、レンズ１０と、鏡筒５０とを備える。

レンズ１０は、赤外線、より具体的には波長８μｍ以上１４μｍ以下の光を透過する赤外線レンズである。レンズ１０を構成する材料は、たとえばＺｎＳである。レンズ１０は、入射面としての第１レンズ面１１と、裏面である第２レンズ面１２と、外周面１３とを含む。第１レンズ面１１は、中央に位置し、光軸Ｃと交差する凸面である中央領域１１Ａと、中央領域１１Ａを取り囲む平面である外縁領域１１Ｂとを含む。第２レンズ面１２は、中央に位置し、光軸Ｃと交差する凹面である中央領域１２Ａと、中央領域１２Ａを取り囲む平面である外縁領域１２Ｂとを含む。

鏡筒５０は、キャップ２０と、鏡筒本体３０とを含む。鏡筒本体３０は、中空円筒状の形状を有する。鏡筒本体３０は、端部において第２レンズ面１２の外縁領域１２Ｂおよび外周面１３に接触してレンズ１０を支持する。本実施の形態において、鏡筒本体３０は樹脂またはアルミニウム合金などの金属からなっている。

キャップ２０は、一方の端部に内周側に突出する突出部２９が形成された円筒状の形状を有する。キャップ２０は、たとえばアルミニウム合金などの金属からなっている。キャップ２０の外周面２６は、円筒面形状を有する。キャップ２０の突出部２９と第１レンズ面１１の外縁領域１１Ｂとが接触する。また、突出部２９が形成された側とは反対側の端部において鏡筒本体３０の端部と嵌め合う状態で、キャップ２０は鏡筒本体３０に対して固定されている。このようにして、レンズ１０は鏡筒５０に保持される。

キャップ２０の内周面は、第１レンズ面１１の中央領域１１Ａと外縁領域１１Ｂとの境界部に接触し、外縁領域１１Ｂから離れるにしたがって内径が小さくなる第１テーパ面２１と、第１テーパ面２１に接続され、光軸Ｃ方向において外縁領域１１Ｂから離れるにしたがって内径が大きくなる第２テーパ面２３とを含む。第１テーパ面２１と第２テーパ面２３とは円環状の第１接続部２２において接続されている。第１接続部２２が、キャップ２０の内周面において最も直径が小さい領域である。第１テーパ面２１および第２テーパ面２３は、いずれも円錐面形状を有する。第２テーパ面２３は、レンズ１０の第１レンズ面１１側に位置し、レンズ１０への光の入射範囲を規定する規定面である。端面２５は、第２テーパ面２３に円環状の第２接続部２４において接続される。端面２５は、レンズ１０の第１レンズ面１１側における光軸Ｃに沿った高さが最も高い領域である外周面２６と端面２５との接続部である第３接続部２７を含む。

そして、端面２５に沿う面と光軸Ｃとのなす角αは鋭角（９０°未満）である。すなわち、端面２５は、光軸Ｃに近づくにしたがって、光軸Ｃ方向における高さが小さくなっている。別の観点から説明すると、端面２５は、内周側に向けて傾斜する円錐面形状を有している。

このようなキャップ２０の形状を採用することにより、第１レンズ面１１に対して光軸Ｃ方向からの気流が与えられる場合、第１レンズ面１１近傍、特に第１接続部２２近傍における風速が大きくなる。その結果、前方からの気流を有効に利用することで、新たな装置を設置することなく、レンズ１０の表面に付着する異物を除去することができる。このように、本実施の形態の赤外線レンズモジュール１は、製造コストの上昇を抑制しつつ、レンズ表面に付着する異物を除去することが可能な赤外線レンズモジュールとなっている。

また、本実施の形態においては、端面２５に沿う面と光軸Ｃとのなす角αは、第２テーパ面２３に沿う面と光軸Ｃとのなす角βよりも大きい。このような構造が採用されることにより、レンズ１０への光の入射範囲に影響を与えることなく、レンズ１０の表面に付着する異物を除去することができる。

（実施の形態２）
次に、他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図３は、実施の形態２におけるレンズモジュールの概略平面図であって、上記実施の形態１の図２に対応する図である。

図３を参照して、実施の形態２における赤外線レンズモジュール１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２の赤外線レンズモジュール１では、キャップ２０に溝部３１が形成されている点において、実施の形態１の場合とは異なっている。

具体的には、実施の形態２の赤外線レンズモジュール１においては、端面２５および第２テーパ面２３を径方向に貫通する溝部３１が形成されている。溝部３１は、周方向において等間隔に複数（本実施の形態では４本）形成されている。溝部３１は、いずれも光軸Ｃ方向から平面的に見て直線状に延在する。このような溝部３１を形成することにより、実施の形態２の赤外線レンズモジュール１においては、第１レンズ面１１近傍における風速が一層大きくなる。

（実施の形態３）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図４は、実施の形態３におけるレンズモジュールの概略平面図であって、上記実施の形態１および２の図２および図３に対応する図である。

図４を参照して、実施の形態４における赤外線レンズモジュール１は、基本的には実施の形態２の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３の赤外線レンズモジュール１は、溝部３１の形状において、実施の形態２の場合とは異なっている。

具体的には、実施の形態３の赤外線レンズモジュール１において、溝部３１は光軸Ｃ方向から平面的に見て曲線状（円弧状）に延在している。このような溝の形状を採用することにより、溝部３１内を通過してレンズ１０へと光が入射することを抑制することができる。

実施の形態２および３のように、αを鋭角にするとともに溝部３１を形成することにより、前方からの気流を有効に利用できるが、αが９０°の場合であっても溝部３１の形成は有効である。溝部３１は、たとえば切削加工により形成してもよいし、鍛造による成形や鋳造時の型によって形成してもよい。また、溝部３１が形成された部材を別途作製し、当該部材をキャップ２０に貼り付けてもよい。このような部材は、たとえば樹脂材料を射出成形することにより作製することができる。

上記実施の形態と同様の構造を有するキャップ２０において、光軸Ｃに沿う方向における第１テーパ面２１の高さｈ_２（単位：ｍｍ）、第２テーパ面２３の高さｈ_１（単位：ｍｍ）、光軸Ｃに垂直な面と端面２５に沿う面とのなす角θ（単位：°）を変化させた場合のレンズ面近傍（第１接続部２２近傍）における風速を見積もるシミュレーション実験を行った。風速は、第１レンズ面１１に対して光軸Ｃに沿った方向から１３．８ｍ／ｓ（時速５０ｋｍに相当）の気流が与えられる、との条件の下で導出した。また、実施の形態２の場合と同様の溝部３１が形成される場合についても、同様に風速を見積もった。実験結果を表１に示す。

表１において、第１テーパ面２１および第２テーパ面２３の高さは、レンズ１０の有効径で除して規格化した値を示している。また、θについては、次の式（１）の関係が成立する。
α＝９０°−θ・・・（１）
また、ｈ_２／Ｄが０である場合とは、第１テーパ面２１が存在せず、第２テーパ面２３において最も直径の小さい領域が第１レンズ面１１に接触する場合を意味する。Ｎｏ．１０および１１は、実施の形態２と同様の溝部３１を形成した場合に対応する。

表１を参照して、Ｎｏ．１とＮｏ．４との比較、およびＮｏ．２とＮｏ．５、Ｎｏ．７およびＮｏ．８との比較から、θを正の値とすることにより、すなわちαを鋭角とすることにより、レンズ付近での風速が上昇することが確認される。このことから、αを鋭角とする本願の赤外線レンズモジュールによれば、前方からの気流を有効に利用できることが確認される。また、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４およびＮｏ．５の比較から、ｈ_１／Ｄを小さくすることにより、レンズ付近での風速が上昇することが確認される。また、Ｎｏ．２、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８およびＮｏ．９の比較から、ｈ_２／Ｄの大小によらず、αを鋭角とすることによりレンズ付近での風速が上昇することが確認できる。また、Ｎｏ．１０とＮｏ．１１との比較から、溝部３１が形成された場合でも、αを鋭角とすることにより、風速が上昇することが確認される。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の赤外線レンズモジュールは、レンズに異物が付着するおそれがある環境下において使用される赤外線レンズモジュールに、特に有利に適用され得る。

１ 赤外線レンズモジュール
１０ レンズ
１１ 第１レンズ面
１１Ａ 中央領域
１１Ｂ 外縁領域
１２ 第２レンズ面
１２Ａ 中央領域
１２Ｂ 外縁領域
１３ 外周面
２０ キャップ
２１ 第１テーパ面
２２ 第１接続部
２３ 第２テーパ面
２４ 第２接続部
２５ 端面
２６ 外周面
２７ 第３接続部
２９ 突出部
３０ 鏡筒本体
３１ 溝部
５０ 鏡筒

Claims (2)

1. 赤外線を透過するレンズと、
   前記レンズを保持する鏡筒と、を備え、
   前記レンズは、
   赤外線が入射する側の面である入射面と、
   前記入射面とは反対側の面である裏面とを含み、
   前記鏡筒は、
   前記レンズの前記入射面側に位置し、前記レンズへの光の入射範囲を規定する規定面と、
   前記規定面に接続され、前記レンズの前記入射面側における前記レンズの光軸に沿った高さが最も高い領域を含む端面と、を含み、
   前記レンズの光軸を含む断面において、前記端面に沿う面と前記光軸とのなす角は鋭角であり、前記光軸に沿う方向における前記規定面の高さｈ_１を前記レンズの有効径Ｄで除した値であるｈ_１／Ｄが０．１３５以下であり、かつ前記光軸に垂直な面と前記端面に沿う面とのなす角θが１２°以上であり、
   前記レンズの光軸を含む断面において、前記端面に沿う面と前記光軸とのなす角は、前記規定面に沿う面と前記光軸とのなす角よりも大きい、赤外線レンズモジュール。
2. 前記レンズを構成する材料は硫化亜鉛である、請求項１に記載の赤外線レンズモジュール。
   

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