JP7160577B2 - レンズユニットおよびカメラモジュール - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車等の車両に搭載される車載カメラを構成するレンズユニットおよびカメラモジュールに関する。

近年、自動車に車載カメラを搭載し、駐車をサポートしたり、画像認識により衝突防止を図ったりすることが行なわれており、さらにそれを自動運転に応用する試みもなされている。また、このような車載カメラ等のカメラモジュールは、一般に、複数のレンズが光軸に沿って並べられて成るレンズ群と、このレンズ群を収容保持する鏡筒と、レンズ群の少なくとも一個所のレンズ間に配置される絞り部材とを有するレンズユニットを備える（例えば、特許文献１参照）。

図７には、従来のレンズユニット１００の一例が示されている。図示のように、このレンズユニット１００は、円筒状の鏡筒（バレル）１２０と、鏡筒１２０の内側収容空間Ｓ内に配置される複数のレンズ、例えば、最も物体側に位置される第１のレンズ１３０、第２～第４のレンズ１４０，１５０，１６０、および、最も像側（結像側）に位置される第５のレンズ１５０とを備える。鏡筒１２０に固定されて支持される複数のレンズ１３０，１４０，１５０，１６０，１７０は、それぞれの光軸を一致させた状態で配置されており、１つの光軸Ｏに沿って並べられることにより、フィルタ２５０を介したパッケージセンサ（撮像素子；図示せず）による撮像に用いられる一群のレンズ群Ｌを構成している。

そして、鏡筒１２０は、その内側収容空間Ｓ内にレンズ群Ｌが組み込まれて収容保持された状態で、その物体側の端部（図７において上端部）のカシメ部１２３が径方向内側にカシメられることにより、レンズ群Ｌの最も物体側に位置される第１のレンズ１３０をこのカシメ部１２３で鏡筒１２０の物体側端部に固定する。

特開２０１３－２３１９９３号公報

ところで、このようなレンズユニット１００が車両に搭載される車載カメラを構成する場合には、車両走行中に飛び石等の異物が第１のレンズ１３０の表面（物体側の面）に衝突する場合がある。その場合、状況によっては、飛び石が衝突するレンズ１３０の部位だけでなく、その衝突部位を起点にレンズ１３０全体が大きく破損し得る。そのような現象は、特に、カシメ部１２３を含むレンズ１３０の周辺部が飛び石等の衝突を受けた際に生じ、図８の（ａ）（ｂ）に示されるように衝突部位を起点に縦横に大きく亀裂が入ってレンズ全体が激しく破損する。このような激しい破損は、外観を著しく損なうだけでなく、レンズユニット１００のビューやセンシングの機能を著しく損ない、走行中にこのような事象が起こると車両の安全性能を失うことになる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、飛び石等の衝突物によって最も物体側に位置されるレンズが全体的に破損することを防止できるレンズユニットおよびカメラモジュール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、本発明は、複数のレンズが当該レンズの光軸に沿って並べられて成るレンズ群と、このレンズ群を収容する鏡筒とを有し、前記鏡筒内に収容される前記レンズ群の最も物体側に位置されるレンズは、その物体側表面が物体側へ向けて突出する湾曲面として形成されるとともに、前記物体側表面の外周部位に形成される平面部と、この平面部と前記物体側表面の他の部位との間に形成されるエッジ部とを有するレンズユニットであって、
前記エッジ部を露出させないように覆って保護するエッジ保護部を有することを特徴とする。

本発明者らは、レンズの周辺部が飛び石等の衝突を受けた際に衝突部位を起点に縦横に大きく亀裂が入ってレンズ全体が激しく破損する原因について鋭意研究し、車両走行中を想定した飛び石衝突試験を重ねて、レンズに縦横に延びる大きな亀裂を生じさせる根源がレンズの平面部を形成するエッジ部であることを知見した。そして、本発明者らは、更に、例えば１個当たり直径が３．５～５ｍｍ程度、重量０．３～０．５ｇの鉄球の破片を複数個、レンズの特に周辺部に所定の速度で衝突させて、エッジ部を露出させないように覆って保護した場合とそうでない場合とでレンズの損傷具合を比較した結果、エッジ部を露出させた場合には、前述した図８に示されるように衝突部位を起点に縦横に大きく亀裂が入ってレンズ全体が激しく破損するが、エッジ部を露出させないように覆って保護した場合には、図４に示されるように、レンズの破損が衝突部位付近にとどまるという試験結果を得たものであり、それに基づき、エッジ部を露出させないように覆って保護するエッジ保護部をレンズユニットに設ける本発明に至ったものである。

上記構成のレンズユニットによれば、縦横に延びる大きな亀裂を最も物体側に位置されるレンズに生じさせる根源であるエッジ部を露出させないように覆って保護するエッジ保護部を設けたため、飛び石等の衝突物に対する耐衝撃性が向上し、図４からも明らかなように、飛び石等の衝突物によって前記レンズが全体的に破損することを防止できる。

最も物体側に位置されるレンズの前記平面部は、特に樹脂製の鏡筒の物体側端部をカシメて変形させることによって特にガラス製の前記レンズを固定する際に安定したカシメが行なえるようにカシメ部を圧接させるために利用され、したがって、この平面部を前記レンズの凸状に湾曲した物体側表面の外周部位に形成する際に必然的に生じる前記エッジ部がエッジ保護部によって保護されて衝突物によるレンズの全体的破損が防止されることは、樹脂製の鏡筒と最も物体側に位置されるガラス製のレンズとの組み合わせにおいて特に有益である。

また、上記構成において、平面部を有する最も物体側に位置されるレンズは、狭角レンズまたは広角レンズのいずれとして使用されてもよいが、いずれの場合においても、エッジ部を保護するエッジ保護部は、使用される前記レンズの所要の画角（レンズの物体側表面の露出開口寸法）に影響を及ぼさないようにその寸法が設定されなければならない。特に、エッジ保護部が樹脂鏡筒の前記カシメ部によって形成される場合には、カシメ部のカシメ量、カシメ角、カシメ長さに配慮して、レンズの所要の画角が確保されるようにしなければならない。また、これに関連して、最も物体側に位置されるレンズが狭角レンズである狭角レンズユニットとしてレンズユニットが構成され、最も物体側に位置されるレンズの物体側表面の曲率半径が大きくなって平坦に近づくようになると、曲率半径が小さい物体側表面と同じ傾斜角度の平面部をカットして形成する際にエッジ部が鋭い角度で立ち上がるため、カシメ部を大きく曲げなければならなくなり（カシメ量が大きくなり）、レンズとカシメ部との間に隙間が生じ易くなることから、エッジ保護部としてのカシメ部の寸法管理は更に重要となる。

また、前記カシメ部によりエッジ保護部を形成することによってエッジ部を含めてレンズの平面部全体を露出しないように覆うと、従来から平面部に施されていた遮光のためのブラスト処理が不要になるため、レンズユニットの製造工程数を削減できる。

また、上記構成において、エッジ保護部は、最も物体側に位置されるレンズに接着固定されるカバー部材によって形成されてもよく、あるいは、鏡筒に着脱自在に取り付けられて最も物体側に位置されるレンズを鏡筒に対して固定するキャップ部材によって形成されてもよい。このようにエッジ保護部を鏡筒のカシメ部とは別体の部材によって構成すれば、光学性能に影響を及ぼし易いエッジ保護部の所要の寸法精度を容易に確保できる。

また、本発明は、上記構成のレンズユニットを備えるカメラモジュールも提供する。このような構成のカメラモジュールによっても前述したレンズユニットの作用効果を得ることができる。

本発明のレンズユニットによれば、縦横に延びる大きな亀裂を最も物体側に位置されるレンズに生じさせる根源であるエッジ部を露出させないように覆って保護するエッジ保護部を設けたため、飛び石等の衝突物に対する耐衝撃性が向上し、飛び石等の衝突物によって前記レンズが全体的に破損することを防止できる。

本発明の一実施の形態に係るレンズユニットの概略断面図である。 図１のレンズユニットのエッジ保護部の要部拡大断面図である。 図１のレンズユニットを有する本発明の一実施の形態に係るカメラモジュールの概略断面図である。 異なる２つの機種のレンズユニットにおいてレンズのエッジ部をエッジ保護部によって保護した状態で行なわれた飛び石衝突試験の試験結果を示す写真である。 エッジ保護部の第１の変形例を示す要部拡大断面図である。 エッジ保護部の第２の変形例を示す要部拡大断面図である。 従来のレンズユニットの概略断面図である。 異なる２つの機種のレンズユニットにおいてレンズのエッジ部をエッジ保護部によって保護しない状態で行なわれた飛び石衝突試験の試験結果を示す写真である。

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。
なお、以下で説明される本実施の形態のレンズユニットは、特に車載カメラ等のカメラモジュール用のものであり、例えば、自動車の外表面側に固定して設置され、配線は自動車内に引き込まれてディスプレイやその他の装置に接続される。また、図４および図８を除く全ての図においてレンズについてはハッチングを省略している。

図１は、本発明の一実施の形態に係るレンズユニットを示している。図示のように、本実施の形態のレンズユニット１１は、円筒状の鏡筒（バレル）１２と、鏡筒１２の段付きの内側収容空間Ｓ内に配置される複数（例えば、５つ）のレンズ１３，１４，１５，１６，１７と、２つの絞り部材２２ａ，２２ｂとを備えている。このレンズユニット１１を備える車載カメラは、レンズユニット１１と、図示しないイメージセンサを有する基板と、当該基板を自動車等の車両に設置する図示しない設置部材とを備えるものである。

鏡筒１２に固定されて支持されている複数のレンズ１３，１４，１５，１６，１７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Ｏに沿って各レンズ１３，１４，１５，１６，１７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Ｌを構成している。なお、これらのレンズの表面には、必要に応じて、反射防止膜、親水膜、撥水膜等が設けられる。

２つの絞り部材２２ａ，２２ｂのうちの物体側から１番目の絞り部材２２ａは、物体側から２番目のレンズ１４と３番目のレンズ１５との間に配置されている。物体側から２番目の絞り部材２２ｂは、物体側から３番目のレンズ１５と４番目のレンズ１６との間に配置されている。絞り部材２２ａ，２２ｂは透過光量を制限し、明るさの指標となるＦ値を決定する「開口絞り」またはゴーストの原因となる光線や収差の原因となる光線を遮光する「遮光絞り」である。

鏡筒１２の物体側の端部（図１において上端部）には、当該端部を径方向内側にカシメてなるカシメ部２３が設けられており、このカシメ部２３によってレンズ群Ｌの最も物体側に位置されるレンズ１３が鏡筒１２の物体側の端部に固定されている。なお、本実施の形態において、鏡筒１２は樹脂製であり、最も物体側に位置されるレンズ１３はガラスレンズであり、その他のレンズは樹脂レンズであるが、これに限らない。

また、鏡筒１２の像側（結像側）の端部（図１において下端部）には、レンズ１７よりも径の小さい開口部を有する内側フランジ部２４が設けられている。この内側フランジ部２４とカシメ部２３とにより、鏡筒１２内にレンズ群Ｌを構成する複数のレンズ１３、１４、１５、１６，１７と絞り部材２２ａ，２２ｂとが保持されている。

最も物体側に位置するレンズ１３の外周面には、当該レンズ１３の像側部分に径が小さくなった縮径部が設けられ、当該縮径部にシール部材としてのＯリング２６が設けられ、レンズ１３の外周面と鏡筒１２の内周面との間を、鏡筒１２の物体側端部で封止した状態となっている。これにより、レンズユニット１１の物体側の端部から鏡筒１２内に水や塵埃等の微粒子が浸入するのを防止している。なお、鏡筒１２の内部には物体側において円筒状の内壁１２ｂが設けられ、この内壁１２ｂと外壁１２ａとの間に環状体２７が設けられ、この環状体２７にＯリング２６が密接している。なお、環状体２７は任意であり、鏡筒１２と一体としてもよい。

鏡筒１２は、その内径が物体側から像側に向かって段階的に小さくなっている。これに対応して、レンズ１３，１４，１５，１６，１７は、物体側から像側に向かうにつれて、外径が小さくなっている。基本的に、レンズ１３，１４，１５，１６，１７それぞれの外径と、鏡筒１２の各レンズ１３，１４，１５，１６，１７が支持される部分それぞれの内径とは略等しくなっている。なお、鏡筒１２の外周面には、鏡筒１２を車載カメラに設置する際に用いられる外側フランジ部２５が鏡筒１２の外周面に鍔状に設けられている。

また、カシメ部２３によって鏡筒１２の物体側の端部に固定されるレンズ群Ｌの最も物体側に位置される前述したレンズ１３は、図１に明確に示されるように、その物体側表面１３ｃが物体側へ向けて突出する湾曲面として形成されるとともに、図２に明確に示されるように、物体側表面１３ｃの外周部位に形成される平面部１３ａと、この平面部１３ａと物体側表面１３ｃの球面あるいは非球面で構成される他の部位との間に形成されるエッジ部１３ｂとを有する。この場合、平面部１３ａは、鏡筒１２の物体側端部のカシメ部２３をカシメて変形させることによって最も物体側に位置されるレンズ１３を固定する際に安定したカシメが行なえるようにカシメ部２３を圧接させるために利用される。このように平面部１３ａとカシメ部２３が面で圧接されることにより、強力な防水機能が担保されている。

また、このような構成のレンズユニット１１は、最も物体側に位置されるレンズ１３のエッジ部１３ｂを露出させないように覆って保護するエッジ保護部２３ａを有する。特に、本実施の形態では、このエッジ保護部２３ａがカシメ部２３によって形成される。

このようなエッジ保護部２３ａを備えるレンズユニット１１において、平面部１３ａを有する最も物体側に位置されるレンズ１３は、狭角レンズまたは広角レンズのいずれとして使用されてもよいが、いずれの場合においても、エッジ保護部２３ａは、使用されるレンズ１３の所要の画角（レンズ１３の物体側表面１３ｃの露出開口寸法Ｌ；図１参照）に影響を及ぼさないようにその寸法が設定されなければならない。特に、本実施の形態のようにエッジ保護部２３ａが樹脂鏡筒１２のカシメ部２３によって形成される場合には、カシメ部２３のカシメ量、カシメ角、カシメ長さに配慮して、レンズ１３の所要の画角が確保されるようにしなければならない。

また、図３は、図１のレンズユニット１１を有する本実施の形態のカメラモジュール３００の概略断面図である。図示のように、カメラモジュール３００は、フィルタ１００が装着されたレンズユニット１１を含んで構成されている。

カメラモジュール３００は、外装部品である上ケース（カメラケース）３０１と、レンズユニット１１を保持するマウント（台座）３０２とを備えている。また、カメラモジュール３００は、シール部材３０３およびパッケージセンサ（撮像素子）３０４を備えている。

上ケース３０１は、レンズユニット１１の物体側の端部を露出させるとともに他の部分を覆う部材である。マウント３０２は、上ケース３０１の内部に配置されており、レンズユニット１１の雄ねじ１１ａと螺合する雌ねじ３０２ａを有する。シール部材３０３は、上ケース３０１の内面とレンズユニット１１の鏡筒１２の外周面１２ａとの間に介挿された部材であり、上ケース３０１の内部の気密性を保持するための部材である。

パッケージセンサ３０４は、マウント３０２の内部に配置されており、かつ、レンズユニット１１により形成される物体の像を受光する位置に配置されている。また、パッケージセンサ３０４は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を備えており、レンズユニット１１を通じて集光されて到達する光を電気信号に変換する。変換された電気信号は、カメラにより撮影された画像データの構成要素であるアナログデータやデジタルデータに変換される。

以上説明したように、本実施の形態のレンズユニットによれば、縦横に延びる大きな亀裂を最も物体側に位置されるレンズ１３に生じさせる根源であるエッジ部１３ｂを露出させないように覆って保護するエッジ保護部２３ａを設けたため、飛び石等の衝突物に対する耐衝撃性が向上し、飛び石等の衝突物によってレンズ１３が全体的に破損することを防止できる。このことは、エッジ部をエッジ保護部２３ａにより保護した状態での飛び石衝突損傷具合を示す図４とエッジ部をエッジ保護部２３ａにより保護しない状態での飛び石衝突損傷具合を示す図８とを比較すれば明らかである。

また、本実施の形態のように遮光性を有するカシメ部２３によりエッジ保護部２３ａを形成することによってエッジ部１３ｂを含めてレンズ１３の平面部１３ａ全体を露出しないように覆うと、従来から平面部１３ａに施されていた遮光のためのブラスト処理が不要になるため、レンズユニット１１の製造工程数を削減できる。

図５は、エッジ保護部の第１の変形例を示している。図示のように、この変形例において、レンズ１３のエッジ部１３ｂを露出させないように覆って保護するエッジ保護部は、最も物体側に位置されるレンズ１３の外周に接着固定されるリング状のカバー部材５０によって形成されている。この場合、カバー部材５０は、エッジ部１３ｂを完全に覆うようにその一部がレンズ１３の物体側表面１３ｃの外周部上に位置されるとともにその一部がカシメ部２３の上端平面部２３ｂ上に位置されており、レンズ１３およびカシメ部２３との間に充填される接着剤５２によってレンズ１３とカシメ部２３とに対して固定される。なお、このカバー部材５０は遮光性のある樹脂製であることが好ましいが、それに限られず、例えば金属製でもよい。

図６は、エッジ保護部の第２の変形例を示している。図示のように、この変形例において、レンズ１３のエッジ部１３ｂを露出させないように覆って保護するエッジ保護部は、鏡筒１２に着脱自在に取り付けられて最も物体側に位置されるレンズ１３を鏡筒１２に対して固定するキャップ部材６０によって形成されている。この場合、キャップ部材６０は、その下端部内周面に形成される雌ネジ６０ｃが鏡筒１２の物体側端部の外周面に形成される雄ネジ１２ｃに螺合されることによって鏡筒１２に着脱自在に取り付けられており、レンズ１３の平面部１３ａに圧接されてレンズ１３を鏡筒１２に対して固定する押圧固定部６０ａと、レンズ１３のエッジ部１３ｂを露出させないように覆って保護する保護部６０ｂとを有している。

第１および第２の変形例のようにエッジ保護部を鏡筒１２のカシメ部２３とは別体の部材５０，６０によって構成すれば、光学性能に影響を及ぼし易いエッジ保護部の所要の寸法精度を容易に確保できる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。例えば、本発明において、レンズ、鏡筒などの形状は、前述した実施の形態に限定されない。また、最も物体側に位置されるレンズのエッジ部を露出させないように覆って保護するエッジ保護部は、カシメ部２３、カバー部材５０、および、キャップ部材６０によって形成されている必要はなく、レンズのエッジ部を覆って保護できればどのような形態のものであっても構わない。

１１ レンズユニット
１２ 鏡筒
１３，１４，１５，１６，１７ レンズ
１３ａ 平面部
１３ｂ エッジ部
１３ｃ 物体側表面
２３ カシメ部
２３ａ エッジ保護部
５０ カバー部材
６０ キャップ部材
３００ カメラモジュール
Ｏ 光軸
Ｌ レンズ群
Ｓ 内側収容空間

Claims (4)

1. 複数のレンズが当該レンズの光軸に沿って並べられて成るレンズ群と、このレンズ群を収容する鏡筒とを有し、前記鏡筒内に収容される前記レンズ群の最も物体側に位置されるレンズは、その物体側表面が物体側へ向けて突出する湾曲面として形成されるとともに、前記物体側表面の外周部位に形成される平面部と、この平面部と前記物体側表面の他の部位との間に形成されるエッジ部とを有するレンズユニットであって、
   前記エッジ部を露出させないように、前記エッジ部の全体を覆って保護するエッジ保護部を有し、
   前記エッジ保護部は、最も物体側に位置される前記レンズに接着固定されるカバー部材によって形成されることを特徴とするレンズユニット。
2. 複数のレンズが当該レンズの光軸に沿って並べられて成るレンズ群と、このレンズ群を収容する鏡筒とを有し、前記鏡筒内に収容される前記レンズ群の最も物体側に位置されるレンズは、その物体側表面が物体側へ向けて突出する湾曲面として形成されるとともに、前記物体側表面の外周部位に形成される平面部と、この平面部と前記物体側表面の他の部位との間に形成されるエッジ部とを有するレンズユニットであって、
   前記エッジ部を露出させないように、前記エッジ部の全体を覆って保護するエッジ保護部を有し、
   前記エッジ保護部は、前記鏡筒に着脱自在に取り付けられて最も物体側に位置される前記レンズを前記鏡筒に対して固定するキャップ部材によって形成されることを特徴とするレンズユニット。
3. 最も物体側に位置される前記レンズがガラスレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズユニット。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズユニットを備えることを特徴とするカメラモジュール。

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