JP6910184B2

JP6910184B2 - 広角レンズユニットおよび車載カメラ

Info

Publication number: JP6910184B2
Application number: JP2017079289A
Authority: JP
Inventors: 章稲葉; 雄輔馬場; 孝行杉目; 中山　修; 修中山
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-04-12
Also published as: JP2018180264A

Description

本発明は、広角レンズユニットおよび車載カメラに関する。

車載カメラとしては、駐車等の際にモニタに車の周辺の画像を表示するための広角レンズユニットを有するものが知られている。広角とは、画角が例えば６０度から１００度ぐらいのレンズユニットであるが、１００度から１８０度を超えるような超広角レンズユニットを含めても良いし、５０度から６０度程度のレンズユニットを含めてもよい。このような広角レンズユニットを有する車載カメラは、少なくとも最も物体側のレンズが車外に露出するように配置される。そのため、このような車載カメラの広角レンズユニットは、最も物体側のレンズが、雨水や、洗車の際の水や洗浄液で濡れることになる。この場合に、最も物体側のレンズに水滴が付いたままだと、撮影された画像が歪んで不鮮明となる。

そこで、広角レンズユニットの最も物体側のレンズの物体側の面には、撥水コートが施されている。撥水コートにより、水がはじかれて比較的容易にレンズから落下し、カメラの画像を鮮明にすることができる。しかし、水滴がレンズと鏡筒との境界部分で留まる場合があったり、細かい水滴が落下せずにレンズ表面に残ったりして、撮影される画像を不鮮明にする場合があった。

また、車載カメラのレンズ表面に親水膜（親水コート）を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、紫外光を照射しないと親水性が発現しない酸化チタン含有親水膜ではなく、紫外光がなくても使用可能な二酸化ケイ素の粒子とバインダとからなる親水膜をレンズに形成している。車外に露出するレンズに親水膜を設けると、レンズに水滴が付着した際の接触角が小さくなり、レンズ表面に付着した水滴が面方向に広がり、レンズ表面を覆うような状態となって水滴としての立体形状が崩れてしまうので、レンズへの光学的な影響が減少し、撮影された画像が歪むのを抑制することができる。

特開２０１５−４９２８１号公報

ところで、親水膜では、親水性の低下が問題となる。親水性低下の主要な原因としては、例えば、塵埃の付着がある。塵埃が付着した部分は、親水膜より親水性が低く、付着した塵芥の部分が水をはじく状態となり、親水性が低下する。また、例えば、アクリル系ポリマの親水膜や、上述の二酸化ケイ素の粒子をバインダで固めた親水膜は、強固な構造とは言えず、例えば、洗車時等の擦れにより傷付き、親水性が低下する。親水性が低下すると、車載カメラの画像に水滴等による乱れが生じ易くなってしまう。自動車等の車両に使用される車載カメラにおいても、ある程度の耐用年数が要求されることになり、親水性が比較的早く低下する親水膜を使用することは難しい。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性が向上した親水コートを有するレンズを用いた広角レンズユニットおよび車載カメラを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のレンズユニットは、光軸に沿って並べられた複数のレンズを備え、
前記レンズのうちの最も物体側の第１レンズがモース硬度６以上の強化ガラスからなり、
前記第１レンズに接触角が２０度以下となる親水コートが設けられ、前記親水コートに表面抵抗値が１×１０^１０Ω・ｃｍ以下となる帯電防止性が付与されていることを特徴とする。

このような構成によれば、水が付着した際に接触角が２０度以下となる親水コートにより水滴が玉状になるのを防止して、レンズの物体側の面に水を広げた状態とすることで、水にぬれた状態でも画質を維持できる。接触角を２０度以下とする親水コートを用いることで、霧等の小さな水滴がレンズについたような場合であっても、十分に水を広げて撮影される画像の画質の劣化を抑制することができる。また、親水コートに表面抵抗値が１×１０^１０Ω・ｃｍ以下となる帯電防止性を付与することにより、第１レンズの帯電を防止し、静電気による塵埃の付着を抑制し、塵埃の付着による親水性の低下を抑制できる。さらに、第１レンズをモース硬度６以上の強化ガラスとすることにより、第１レンズの表面の親水コートの傷が第１レンズのガラスに至り、さらに傷が深くなることにより、傷の表面積が大きくなるのを防止できる。例えば、傷が断面楔状に近い形状になる場合に、傷が深くなるほど、表面側で傷が広がることになる。したがって、第１のレンズを強化ガラスとして硬くすることにより、親水コートの傷が第１ガラスレンズに至ってさらに深くなるのを抑制して、傷の表面積を小さくすることにより、親水コートに形成された傷により、親水性が低下するのを抑制することができる。また、この場合に傷により、電気の流れが断ち切られる状態となるのを抑制し、帯電防止性が低下するのを抑制できる。
なお、接触角とは、図３に示すように、固体Ｓ表面が液体（水滴）Ｗおよび気体Ｇと接触しているとき、この３相の接触する境界線において液体Ｗ面が固体Ｓ面と成す角度を接触角（θ）という。接触角が90°以下の状態をぬれるといい、接触角が小さい性質を親水性、大きい性質を撥水性という。接触角が１０度以下を超親水という。本発明において親水コートの接触角は２０度以下であるが、より好ましくは１０度以下である。親水コートは第１レンズの物体側レンズ面全面とするのが望ましいが、一部でもよい。この場合に、特に擦れやすいレンズ面中央部に親水コートを設けるとよい。

本発明の前記構成において、前記第１レンズと前記親水コートとの間に反射防止コートが設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、親水コートの親水性を維持したまま広角レンズユニットの最も物体側の第１レンズに反射防止機能を付与することができる。

本発明の車載カメラは、前記構成の広角レンズユニットを有することを特徴とする。
このような構成によれば、上述の広角レンズを用いることにより、雨等で濡れても撮影される画像の画質の低下を抑制し、かつ、耐用期間の延長を図ることができる。

本発明によれば、撮影される画像への雨等による影響を長い期間に渡って抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る広角レンズユニットおよび車載カメラを示す概略断面図である。レンズの傷を説明するための図であって、（ａ）は参考例を示し、（ｂ）は実施例を示す図である。接触角を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態の広角レンズユニットは、自動車等の車両に搭載される車載カメラに設けられるものである。図１に示すように、本実施の形態の広角レンズユニット１０は、略円筒状の鏡筒１８と、この鏡筒１８内に配置される複数のレンズ１１〜１４からなるレンズ群１７とを備えている。レンズ群１７は、物体側から像側に、第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３、第４レンズ１４を有し、第１レンズ１１は、ガラスレンズであり、第２レンズ１２、第３レンズ１３および第４レンズ１４は、樹脂レンズである。また、第４レンズ１４は、物体側の樹脂レンズ１５と像側の樹脂レンズ１６を接着剤で接合した接合レンズである。
また、第２レンズ１２と第３レンズ１３との間と、第３レンズ１３と第４レンズ１４との間には絞り２１、２２が設けられている。

鏡筒１８に固定されて支持されている複数のレンズ１１〜１４は、それぞれの光軸を一致させた状態に配置されており、１つの光軸に沿って各レンズ１１〜１４が並べられた状態となって、撮像に用いられる１群のレンズ群１７を構成している。

鏡筒１８は、両端開口の筒状部材であり、物体側（外側、入射側）の端部（一端部）に開口１８ａを有し、かつ、像側（内側、出射側）の端部（他端部）に開口１８ｂを有している。また、鏡筒１８の像側の端部には、開口１８ｂを狭めるように形成された縮径部１８ｃが設けられている。なお、開口１８ｂは、開口１８ａよりも狭められているとともに、第４レンズ１４の外径より小径となっている。鏡筒１８の内径は、第１レンズ１１から第４レンズ１４の外径に対応して、像側から物体側に内径が段階的に広くなっている。また、鏡筒１８には、物体側の開口１８ａから第４レンズ１４、第３レンズ１３、第２レンズ１２、第１レンズ１１の順でレンズが圧入されている。なお、ガラスレンズは、圧入ではなく、すきまばめであってもよい。また、鏡筒１８に第４レンズ１４から第１レンズ１１まで設置した状態で物体側の開口１８ａがかしめられて第１レンズ１１〜第４レンズ１４が鏡筒に固定されている。第１レンズ１１の外周と鏡筒１８の内周の間には、環状のシール部材１９が配置されている。
また、鏡筒１８の像側の開口１８ｂには、例えば、赤外カットフィルタ２３が設けられている。このようなレンズユニットの像側には、イメージセンサ２５が配置され、これにより車載カメラが構成される。なお、イメージセンサ２５は、図示しない基板に搭載され、レンズユニットは、図示しない取付部材を介してイメージセンサ２５を有する基板に固定されている。

第１レンズ１１の表面には、反射防止膜としてのＡＲコート３１が形成されるとともに、ＡＲ（反射防止）コート３１上に、親水コート３２が形成されている。すなわち、第１レンズ１１と親水コート３２の間にＡＲコート３１が設けられている。ＡＲコート３１は、物質の表面での光の反射を減少させるために、表面に付けた透明な薄膜である。
例えば、単層の薄膜では、物質の屈折率をｎ０、薄膜の屈折率をｎ１、外の媒質の屈折率をｎ２としたときに、ｎ０＞ｎ１＞ｎ２（またはｎ０＜ｎ１＜ｎ２）の条件で、薄膜の厚さをｄとすると、薄膜の光学的厚さｎ１ｄが１／４波長のとき、反射率は最小になり、さらに薄膜の屈折率ｎ１＝（ｎ０・ｎ２）１／２の条件を満足するとき、最小反射率の値は０になる。さらに、完全な反射防止には、多層反射防止膜が用いられる。真空蒸着法などによって作られる。ＡＲコート３１の材料としては、例えば、ＭｇＦ_２やＳｉＯ_２などがあげられる。また、ＡＲコート３１としては、真空蒸着以外の方法として、湿式による方法もあり、例えば、フッ素樹脂系の材料を塗布するものが知られている。なお、ＡＲコート３１は、上述のものに限られるものではなく、各種ＡＲコートを用いることができるが、例えば、蒸着により形成されてできるだけ硬度が高いものが好ましい。

親水コート３２は、接触角が２０度以下となる親水性を示すものが好ましく、より好ましくは接触角が１０度以下で超親水性を示すものが好ましい。これにより、撮影に対する細かな水滴による悪影響も抑制することができる。すなわち、親水膜では、レンズ面と空気との界面がレンズ面と水との界面に置き換わるように水が面積を拡張する拡張濡れが生じ、水が丸く集まった状態とならず、光学的な影響を低減できる。親水コート３２は、例えば、親水性ポリマとして例えばアクリル系ポリマが用いられるが、これに限られるものではない。基本的に、周知の接触角が２０度以下となる親水性を示すものを用いることができる。接触角が２０度以下となるものであれば、親水コート３２は、親水性ポリマを使用する必要はなく、無機系の親水コートであってもよく、例えば、シリカ系の親水コート３２であってもよい。また、親水コート３２は、表面抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以下となっており、帯電防止性を有するものとなっている。帯電防止性の付与は、例えば、親水コート材料に透明な導電性金属酸化物を加えるものとしてよく、たとえば、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および酸化アンチモンのうちの一つまたは複数を用いるものとしてもよい。また、帯電防止性の付与は、親水ポリマに界面活性剤を加えるものとしてもよい。

第１レンズ１１は、ガラスレンズであるが、強化ガラスからなっている。強化ガラスは、例えば、イオン交換法や風冷強化法などで製造される。なお、強化ガラスは加工し難いため、ガラスの形状が決まってから（レンズに成形されてから）強化することになる。イオン交換法では、ナトリウム（Ｎａ）イオンを含有したガラスを、カリウム（Ｋ）イオンを含有した水溶液に浸けることにより、ガラス表面のＮａイオンと溶液中のＫイオンが交換される。この際に、Ｎａイオンより大きいＫイオンが、元々Ｎａイオンがあった狭い空間に入り込んで、ガラス表面に圧縮応力の層が生じる。すると、ガラスを破壊するためには、分子間の結合を破壊する力だけでなく、表面の圧縮応力を取り除く力も必要となる。このため、このガラスを破壊するには通常のガラスよりも大きな力が必要となる。

また、風冷強化法では，ガラスを約６５０〜７００℃まで加熱した後、ガラス表面に空気を吹きつけ、急激に冷やすことにより生成する。表面に圧縮応力層を形成するという点ではイオン交換法と同じであるが、風冷強化法では熱処理によって表面層と内部の密度差をつけることによって応力場を形成する。本実施の形態では、第１レンズ１１が強化ガラスとされ、モース硬度が６以上となっている。ここで、参考例として、第１レンズ１１のガラスが強化されていない場合には、レンズ表面のコーティングに洗車等により傷が付く場合に、図２（ａ）に示すように傷３５がＡＲコート３１および親水コート３２を超えて第１レンズ１１のガラスに至る虞がある。それに対して、実施例として、第１レンズ１１のガラスが強化されてモース硬度が６以上となっている場合には、図２（ｂ）に示すように傷３５が第１レンズ１１のガラス表面で止められる可能性が高くなる。この場合に、傷３５が概略断面楔状の場合に、傷３５の断面方向に沿った幅が第１レンズ１１を強化ガラスとした方が短くなる。これにより、傷３５が生じた場合に第１レンズ１１を強化ガラスとした方が強化ガラスとしない場合よりも親水コート３２の残量が多くなる。すなわち、第１レンズ１１を強化ガラスとすることにより、親水コート３２の傷により失われる量を減らすことができる。これにより親水コートの傷による親水性の減衰や、帯電防止性の減衰を減らすことができる。特に、親水コートの表面抵抗値を低く維持するためには、できるだけ傷が小さい方が好ましく、強化ガラスを用いることで、帯電防止性をできるだけ長く維持し、塵埃の第１レンズ１１への付着を防止することができる。

本実施形態によれば、車載カメラの第１レンズ１１が外部にさらされる広角レンズユニット１０において、親水性を付与することにより、撥水性よりも水滴による撮影画像への影響を低減できるとともに、本実施の形態では、接触角が２０度以下の親水コート３２を用いることで、画像への影響をより少なくすることができる。また、表面抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の帯電防止性を付与することで、第１レンズ１１への塵埃の付着による親水性の低下を防止でき、耐用期間を延ばすことができる。また、第１レンズ１１を強化ガラスとすることにより、親水コートに生じる傷を小さくして、親水性、帯電防止性の減衰を遅らせることができる。

なお、本実施例においてはＡＲコート３１および親水コート３２は、レンズ群１７において、最も物体側の第１レンズ１１の物体側の面に形成しているが、内部空間に存在する水蒸気による曇り防止の観点から、第１レンズ１１の像側にも形成するものとしてもよい。この際に、第１レンズの像側にもゴースト防止の観点からはＡＲコートを親水コートの下層に設けるのが好ましい。
また、第２レンズ１２〜第４レンズ１４は、樹脂レンズであるが、これらの全部または一部をガラスレンズとしてもよい。また、鏡筒１８は、例えば、樹脂であるが金属製としてもよい。

１０広角レンズユニット
１１第１レンズ
１２第２レンズ
１３第３レンズ
１４第４レンズ
１７レンズ群（複数のレンズ）
３１反射防止コート
３２親水コート

Claims

光軸に沿って並べられた複数のレンズを備え、
前記レンズのうちの最も物体側の第１レンズがモース硬度６以上の強化ガラスからなり、
前記第１レンズに接触角が２０度以下となる親水コートが設けられ、前記親水コートに表面抵抗値が１×１０^１０Ω・ｃｍ以下となる帯電防止性が付与されていることを特徴とする広角レンズユニット。
前記第１レンズと前記親水コートとの間に反射防止コートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の広角レンズユニット。
請求項１または請求項２に記載の広角レンズユニットを有する車載カメラ。