WO2023162330A1 - 光学装置、および光学装置を備える撮像ユニット - Google Patents

光学装置、および光学装置を備える撮像ユニット Download PDF

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WO2023162330A1
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lens
optical device
housing
layer lens
translucent body
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PCT/JP2022/039133
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French (fr)
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友基 石井
貴英 中土井
宣孝 岸
仁志 坂口
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株式会社村田製作所
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B5/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G03B5/06—Swinging lens about normal to the optical axis

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical device and an imaging unit including the optical device.
  • Imaging units are installed in the front and rear of the vehicle, and the images obtained by the imaging units are used to control safety devices and perform driving support control. Since such an imaging unit is often provided outside the vehicle, foreign matter such as raindrops (water droplets), mud, dust, etc. may adhere to the translucent body (protective cover or lens) that covers the exterior. If a foreign substance adheres to the translucent body, the foreign substance will be reflected in the image obtained by the imaging unit, making it impossible to obtain a clear image.
  • a vibrating body is provided for vibrating the body.
  • the image pickup units described in Patent Documents 1 and 2 are composed of an image sensor and an optical device including a translucent body and a lens provided in the direction of the field of view of the image sensor.
  • the optical device requires alignment adjustment between the transparent body and the lens so that the light taken in from the transparent body passes through the lens and forms an image on the imaging device.
  • there is no configuration for performing alignment adjustment between the translucent body and the lens there is a possibility that the image quality of the image obtained by the imaging device may be degraded.
  • an object of the present disclosure is to provide an optical device capable of removing foreign matter adhering to a translucent body covering the outside and improving the image quality of an image obtained by an imaging element, and an imaging unit including the optical device. That is.
  • An optical device includes a translucent body, a housing, a vibrating body, a first lens, a fixing section, and a position adjusting section.
  • the translucent body transmits light of a predetermined wavelength.
  • the housing holds the translucent body.
  • the vibrating body vibrates the translucent body held by the housing.
  • the first lens is provided in the housing at a position facing the translucent body.
  • the fixing section fixes the first lens to the housing.
  • the position adjustment section is provided on the fixed section and adjusts the alignment of the first lens with respect to the translucent body.
  • the fixed portion is connected to a portion of the housing that becomes a node of vibration by the vibrating body.
  • An imaging unit includes the optical device described above and an imaging element arranged such that the translucent body is in the viewing direction.
  • the alignment of the first lens with respect to the transparent body is adjusted by the position adjustment section provided in the fixing section. Adhered foreign matter can be removed, and the image quality of the image obtained by the imaging device can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical device according to Embodiment 1;
  • FIG. 4A and 4B are schematic diagrams for explaining vibration modes of the optical device according to the first embodiment;
  • FIG. 5 is a half cross-sectional view for explaining the position adjusting portion of the optical device according to Embodiment 1;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an alignment adjustment method in the position adjustment section of the optical device according to Embodiment 1;
  • FIG. 4A and 4B are schematic diagrams for explaining a method of fixing the position adjusting portion of the optical device according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an imaging unit including the optical device according to Embodiment 1;
  • FIG. 6 is a half cross-sectional view of an optical device according to Embodiment 2;
  • FIG. FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an adjustment method in a position adjusting section of the optical device according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining another adjustment method in the position adjustment section of the optical device according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration in which the outermost layer lens and the inner layer lens holding portion are used for fitting in an optical device;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration in which an outermost layer lens and an inner layer lens are used for fitting in an optical device;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration in which a vibrating body and a holding portion of an inner layer lens are used for fitting in an optical device;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration in which a vibrating body and an inner layer lens are used for positioning in an optical device;
  • 11 is a half cross-sectional view of an optical device according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a half cross-sectional view of an optical device according to Modification 1 of Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a half cross-sectional view of an optical device according to Modification 2 of Embodiment 3;
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an inner lens and a fixing portion according to Modification 2;
  • FIG. 11 is a half cross-sectional view of an optical device according to Embodiment 4;
  • optical device according to an embodiment and an imaging unit including the optical device will be described in detail below with reference to the drawings.
  • the same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.
  • the optical device described below is applied to, for example, a vehicle-mounted imaging unit, and can vibrate the translucent body (for example, the outermost layer lens) to remove foreign matter adhering to the surface of the translucent body.
  • the optical device is not limited to use as an in-vehicle imaging unit.
  • the optical device can be applied to surveillance cameras for security, imaging units for drones, and the like.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical device 100 according to Embodiment 1.
  • the optical device 100 has an outermost layer lens 1 , a housing 2 , a vibrating body 3 , an inner layer lens 4 , a fixing section 5 and a position adjusting section 6 .
  • the outermost layer lens 1 is a translucent body that transmits light of a predetermined wavelength (for example, the wavelength of visible light, the wavelength that can be imaged by an imaging device, etc.), and is, for example, a convex meniscus lens.
  • a predetermined wavelength for example, the wavelength of visible light, the wavelength that can be imaged by an imaging device, etc.
  • the optical device 100 may use a transparent member such as a protective cover instead of the outermost lens 1 .
  • the protective cover is made of resin such as glass or transparent plastics.
  • the edge of the outermost layer lens 1 is held by the edge of the housing 2 .
  • the optical device 100 is provided with a vibrating body 3 at a position in contact with the outermost layer lens 1 .
  • the vibrating body 3 has a cylindrical shape, and the inner layer lens 4 is arranged in the cylinder.
  • the vibrating body 3 has a connecting portion 31 that connects with the outermost layer lens 1 (translucent body), and a vibrating portion 32 in which the piezoelectric element 7 is provided.
  • the connecting portion 31 is a portion that converts the vibration of the piezoelectric element 7 and has a crank shape.
  • the vibrating portion 32 is a portion that vibrates together with the vibration of the piezoelectric element 7 and is thicker than the thin connecting portion 31 .
  • the connecting portion 31 and the vibrating portion 32 may be formed integrally or separately.
  • the piezoelectric element 7 is provided on the surface of the vibrating body 3 opposite to the side in contact with the outermost lens 1 .
  • the piezoelectric element 7 has a hollow circular shape, and vibrates by being polarized in the thickness direction, for example.
  • the piezoelectric element 7 is made of lead zirconate titanate piezoelectric ceramics. However, other piezoelectric ceramics such as (K, Na)NbO 3 may be used. Furthermore, a piezoelectric single crystal such as LiTaO 3 may be used.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining vibration modes of the optical device 100 according to the first embodiment.
  • the portion (connecting portion 31) holding the outermost layer lens 1 is elastically deformed like a leaf spring to transmit the vibration of the vibrating body 3 to the outermost layer lens 1.
  • a portion away from the outermost layer lens 1 is a vibration node.
  • the vibration node is a portion having an amplitude of approximately 1/50 or less of the maximum amplitude of the vibrating body 3 . Therefore, the displacement of the central portion of the outermost layer lens 1 becomes maximum due to the vibration of the vibrating body 3, while the displacement of the portion distant from the outermost layer lens 1 becomes small.
  • the shades of hatching indicate the magnitude of displacement, and the darker hatching indicates the portion with greater displacement, with the displacement being greater at the central portion of the outermost layer lens 1 .
  • the optical device 100 has a fixing portion 5 at a portion of the housing 2 that becomes a node of vibration, specifically near the lower end side opposite to the upper end side holding the outermost layer lens 1 in the housing 2 .
  • the vibration of the vibrating body 3 is not propagated to the inner lens 4.
  • image quality does not deteriorate due to vibration of the vibrating body 3 .
  • the inner lens 4 does not attenuate the vibration of the vibrating body 3, and the ability to remove foreign matter adhering to the outermost lens 1. does not decrease.
  • the fixing portion 5 that fixes the inner lens 4 to the housing 2 preferably has a smaller mechanical quality factor Qm than the housing 2 .
  • the fixing portion 5 is preferably made of resin.
  • the inner lens 4 has a structure in which a plurality of lenses are held by an inner lens barrel 4a.
  • the inner lens barrel 4 a is a holding portion for the inner lens 4 . Since a plurality of lenses constituting the inner lens 4 are held by the inner lens barrel 4a in an aligned state, there is no need to adjust the alignment of each individual lens again when mounting it on the optical device 100. - ⁇ However, if alignment adjustment is not performed when the outermost layer lens 1 and the inner layer lens 4 are mounted in the optical device 100, the image quality of the image obtained by the imaging element may deteriorate.
  • the outermost lens 1 is not a lens but a light-transmitting body such as a protective cover
  • the optical characteristics of the light-transmitting body such as refracting of light transmitted through the light-transmitting body, may affect the image obtained by the imaging device. Alignment adjustment between the translucent body and the inner layer lens 4 is necessary because of the effect.
  • FIG. 3 is a half cross-sectional view for explaining the position adjusting section 6 of the optical device 100 according to the first embodiment.
  • a dashed-dotted line shown in FIG. 3 is a portion passing through the central axis of the optical device 100 .
  • the position adjusting portion 6 shown in FIG. 3 has a thread groove 6a provided in the inner wall surface of the housing 2 and two ring-shaped screws 6b and 6c corresponding to the thread groove 6a.
  • the position adjusting portion 6 can fix the position of the inner layer lens 4 with respect to the housing 2 by sandwiching the end portion of the fixing portion 5 with two ring-shaped screws 6b and 6c.
  • the position adjusting portion 6 moves the two ring-shaped screws 6b and 6c along the thread groove 6a, and moves the fixing portion 5 in the Z direction. can move.
  • the position adjusting unit 6 can move the inner lens 4 in the direction of arrow B (Z direction) with respect to the outermost lens 1 to adjust the focal position. Since the position adjusting portion 6 is provided in a portion of the housing 2 where the vibration of the vibrating body 3 is suppressed, it is possible to suppress positional deviation due to damage or vibration of the position adjusting portion.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an alignment adjustment method in the position adjustment section 6 of the optical device 100 according to the first embodiment.
  • the position of the inner layer lens 4 in the Z direction is determined by fitting the ring-shaped screw 6b into the screw groove 6a and rotating it.
  • the end portion of the fixing portion 5 fixed to the inner layer lens 4 is brought into contact with the positioned ring-shaped screw 6b to determine the angle ⁇ (elevation angle) formed by the optical axis of the inner layer lens 4 with respect to the optical axis of the outermost layer lens 1. can be adjusted with
  • the outermost layer lens 1 is The optical axis adjustment is completed by matching the optical axis of the inner layer lens 4 with the optical axis.
  • the ring-shaped screw 6c is fitted into the thread groove 6a and rotated, and the end of the fixed portion 5 is sandwiched between the two ring-shaped screws 6b and 6c.
  • the position of the inner layer lens 4 is fixed with respect to .
  • the position of the inner layer lens 4 is fixed to the housing 2 by sandwiching the end of the fixed part 5 with two ring-shaped screws 6b and 6c. It is not limited to this method.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a method of fixing the position adjustment section 6 of the optical device 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 5(a) instead of the ring-shaped screw 6c, a metal or resin plate 6d that can be crimped is fitted into the thread groove 6a, and the crimped plate 6d and the ring-shaped screw 6b are connected to the end of the fixed portion 5. is sandwiched and fixed. The state of the plate 6d after caulking is indicated by broken lines.
  • a block 6e fitted in the thread groove 6a and a ring-shaped screw 6b sandwich the end of the fixing portion 5 and fix them with an adhesive or the like.
  • the end portion of the fixing portion 5 may be fixed to the ring-shaped screw 6b only with an adhesive without providing the block 6e.
  • the ring-shaped screw 6b is used to adjust the position of the inner layer lens 4 in the Z direction, but a threaded portion may be directly provided at the end of the fixing portion 5.
  • the position adjusting portion 6 has a threaded portion at the end of the fixed portion 5, and changes the position with respect to the housing 2 provided with a thread groove 6a (groove portion) corresponding to the threaded portion to adjust the outermost layer lens 1. Adjust the alignment of the inner layer lens 4 with respect to. Thereby, the position adjusting section 6 can adjust the position of the inner layer lens 4 in the Z direction without providing the ring-shaped screw 6b.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an imaging unit 200 including the optical device 100 according to Embodiment 1.
  • the imaging unit 200 has an optical device 100 and an imaging device 8 arranged so that the outermost layer lens 1 and the inner layer lens 4 are in the viewing direction.
  • the imaging element 8 is an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sensor, and is mounted on the circuit board 9 . After performing alignment adjustment between the imaging device 8 mounted on the circuit board 9 and the inner layer lens 4, the circuit board 9 is fixed to the fixing portion 5 with an adhesive. Finally, the imaging unit 200 is completed by joining the case 10 and the housing 2 and fixing them with screws or an adhesive.
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor
  • the optical device 100 includes the outermost layer lens 1 (light-transmitting body), the housing 2, the vibrating body 3, the inner layer lens 4 (first lens), the fixing section 5, and the position adjusting section. 6.
  • the outermost layer lens 1 transmits light of a predetermined wavelength.
  • the housing 2 holds the outermost layer lens 1 .
  • the vibrating body 3 vibrates the outermost layer lens 1 held in the housing 2 .
  • the inner lens 4 is provided at a position facing the outermost lens 1 within the housing 2 .
  • the fixing portion 5 fixes the inner lens 4 to the housing 2 .
  • the position adjustment section 6 is provided on the fixed section 5 and adjusts the alignment of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 .
  • the fixing portion 5 is connected to a portion of the housing 2 that becomes a node of vibration by the vibrating body 3 .
  • the position adjusting portion provided in the fixing portion 5 connected to the portion of the housing 2 that is a node of the vibration of the vibrating body 3 is adjusted to the outermost layer lens 1 . Since the alignment of the inner layer lens 4 is adjusted, foreign matter adhering to the outermost layer lens 1 covering the outside can be removed, and the image quality of the image obtained by the imaging device 8 can be improved.
  • the translucent body is preferably the outermost layer lens 1 (second lens). Of course, a protective cover that is not a lens may be used. It is preferable that the piezoelectric element 7 is provided on at least one surface of the vibrating body 3 . In FIG. 1, the hollow circular piezoelectric element 7 is provided on the bottom surface of the vibrating body 3. Alternatively, a piezoelectric element may be provided on another surface. A plurality of shaped piezoelectric elements 7 may be provided concentrically.
  • the fixed part 5 preferably has a smaller mechanical quality factor Qm than the housing 2 . Moreover, it is preferable that the fixed part 5 is made of resin. This makes it difficult for the inner lens 4 to propagate the vibration of the vibrating body 3 through the fixed portion 5 .
  • the position adjusting part 6 is preferably provided at the end of the fixing part 5 connected to the housing 2 .
  • two ring-shaped screws 6 b and 6 c sandwiching the end of the fixing portion 5 constitute the position adjusting portion 6 . Since the fixed part 5 is connected to the part of the housing 2 that becomes a node of the vibration of the vibrating body 3, by providing the position adjusting part 6 at the end of the fixed part 5, the influence of the vibration caused by the vibrating body 3 can be reduced. Alignment can be adjusted with high accuracy without being affected, and the image quality of the image obtained by the imaging device 8 is improved.
  • the imaging unit 200 includes an optical device 100 and an imaging element 8 arranged so that the outermost layer lens 1 and the inner layer lens 4 are in the viewing direction. As a result, the imaging unit 200 can perform highly accurate alignment adjustment in the optical device 100, and the image quality of the image obtained by the imaging device 8 is improved.
  • FIG. 7 is a half cross-sectional view of an optical device 100a according to Embodiment 2.
  • FIG. 7 the same components as those of optical device 100 according to Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • the position adjusting portion 6 is a screw portion 6f provided at the end portion of the fixing portion 5 connected to the inner layer lens 4. As shown in FIG. A groove corresponding to the threaded portion 6f is provided in the inner lens barrel 4a.
  • the position adjustment unit 6 moves the inner lens barrel 4a along the threaded portion 6f, thereby moving the inner lens 4 in the Z direction. Therefore, the position adjusting unit 6 can move the inner lens 4 in the direction of arrow B (Z direction) with respect to the outermost lens 1 to adjust the focal position.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an alignment adjustment method in the position adjustment section 6 of the optical device 100a according to the second embodiment.
  • the flat portion of the inner layer lens barrel 4a and the flat portion of the outermost layer lens 1 are brought into contact with each other, thereby fixing the outermost layer lens.
  • the angle ⁇ (elevation angle) formed by the optical axis of the inner layer lens 4 with respect to the optical axis of 1 can be adjusted by guessing. Further, by moving the inner lens 4 and the fixed part 5 in the X and Y directions with the flat part of the inner lens barrel 4 a in contact with the flat part of the outermost lens 1 , the inner lens 4 is aligned with the optical axis of the outermost lens 1 . are aligned to complete the optical axis adjustment.
  • the end of the fixed part 5 is fixed to the housing 2 with an adhesive at the position of the inner layer lens 4 where the alignment adjustment with respect to the outermost layer lens 1 has been performed.
  • the position of the inner layer lens 4 is fixed to the housing 2 by fixing the end of the fixing portion 5 to the housing 2 with an adhesive. The method is not limited.
  • the position of the inner lens 4 in the Z direction is determined by rotating the inner lens barrel 4a in the direction of arrow A with respect to the threaded portion 6f.
  • the imaging unit 200 is formed by attaching the case 10 including the imaging device 8 shown in FIG. 6 to the optical device 100a.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining another adjustment method in the position adjusting section 6 of the optical device 100a according to the second embodiment.
  • the housing 2 is provided with a projecting portion 6h for joining with the fixing portion 5.
  • the angle ⁇ (elevation angle) formed by the optical axis of the inner lens 4 with respect to the optical axis of the outermost lens 1 is adjusted by guessing. That is, in a state in which the fixed portion 5 is not fixed to the housing 2, the angle ⁇ formed by the optical axis of the inner layer lens 4 with respect to the optical axis of the outermost layer lens 1 can be adjusted by bringing the end portion of the fixed portion 5 and the protrusion 6h into contact with each other. (elevation angle) can be adjusted by guessing.
  • the inner lens barrel 4a is rotated in the direction of arrow A with respect to the threaded portion 6f so that the tapered portion of the inner lens barrel 4a contacts the tapered portion of the vibrating body 3.
  • the barrel 4a is brought closer to the vibrating body 3.
  • the inner lens 4 and the fixed portion 5 are moved in the X and Y directions, and the optical axis of the inner lens 4 is aligned with the optical axis of the outermost lens 1. are matched to complete the optical axis adjustment.
  • the end portion of the fixing portion 5 is moved to the projection portion by the block 6i. 6h to fix the position of the inner lens 4.
  • the method for fixing the position of the inner layer lens 4 is not limited to the block 6i, and may be fixed only with a plate that can be crimped or with an adhesive.
  • the position of the inner lens 4 in the Z direction is determined by rotating the inner lens barrel 4a in the direction of arrow A with respect to the threaded portion 6f.
  • the position adjusting section 6 can move the inner layer lens 4 in the Z direction with respect to the outermost layer lens 1 to adjust the focal position.
  • the alignment is adjusted by contacting the flat portion of the inner lens barrel 4a with the flat portion of the outermost lens 1, or by contacting the tapered portion of the inner lens barrel 4a with the tapered portion of the vibrating body 3. It is carried out.
  • the configuration that can be used for guessing will be collectively described.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration in which the outermost layer lens 1 and the holding portion (inner layer lens barrel 4a) of the inner layer lens 4 are used for fitting in the optical device.
  • FIG. 10A shows alignment adjustment (mainly the angle ⁇ (elevation angle)) of the inner lens 4 with respect to the outermost lens 1 by bringing the flat surface of the outermost lens 1 and the flat surface 4b of the inner lens barrel 4a into contact. It shows that it can be done by guessing.
  • FIG. 10B shows alignment adjustment (mainly in the X and Y directions) of the inner lens 4 with respect to the outermost lens 1 by bringing the tapered portion of the outermost lens 1 and the tapered portion 4c of the inner lens barrel 4a into contact. It shows what you can do with determination.
  • FIG. 10(c) shows alignment adjustment (mainly in the X and Y directions) of the inner lens 4 with respect to the outermost lens 1 by bringing the concave portion 1a of the outermost lens 1 and the convex portion 4d of the inner lens barrel 4a into contact. It shows what you can do with determination.
  • the shapes formed in the outermost layer lens 1 and the inner layer lens barrel 4a are not limited to the concave portion 1a and the convex portion 4d, and may be reversed.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a configuration in which the outermost layer lens 1 and the inner layer lens 4 are used for fitting in an optical device.
  • FIG. 11A shows alignment adjustment (mainly the angle ⁇ (elevation angle)) of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 by bringing the plane portion of the outermost layer lens 1 and the plane portion 4e of the inner layer lens 4 into contact. It shows what you can do with determination.
  • the tapered portion of the outermost layer lens 1 and the tapered portion of the inner layer lens 4 are brought into contact with each other so that the alignment adjustment (mainly in the X and Y directions) of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 can be determined. It shows what you can do.
  • the concave portion 1a of the outermost layer lens 1 and the convex portion 4f of the inner layer lens 4 are brought into contact with each other to adjust the alignment of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 (mainly in the X and Y directions). It shows what you can do with
  • the shapes formed in the outermost layer lens 1 and the inner layer lens 4 are not limited to the concave portion 1a and the convex portion 4f, and may be reversed.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a configuration in which the vibrating body 3 and the holding portion (inner layer lens barrel 4a) of the inner layer lens 4 are used for fitting in the optical device.
  • FIG. 12A shows alignment adjustment (mainly the angle ⁇ (elevation angle)) of the inner lens 4 with respect to the outermost lens 1 by bringing the flat surface of the vibrating body 3 and the flat surface 4b of the inner lens barrel 4a into contact. It shows what you can do with determination.
  • the alignment adjustment (mainly in the X and Y directions) of the inner lens 4 with respect to the outermost lens 1 is determined by bringing the tapered portion of the vibrating body 3 and the tapered portion 4c of the inner lens barrel 4a into contact. It shows what you can do with
  • the concave portion 3a of the vibrating body 3 and the convex portion 4d of the inner lens barrel 4a are brought into contact with each other to adjust the alignment of the inner lens 4 with respect to the outermost lens 1 (mainly in the X and Y directions). It shows what you can do with
  • the shapes formed on the vibrating body 3 and the inner lens barrel 4a are not limited to the concave portion 3a and the convex portion 4d, and may be reversed.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a configuration in which the vibrating body 3 and the inner layer lens 4 are used for fitting in an optical device.
  • FIG. 13A shows alignment adjustment (mainly the angle ⁇ (elevation angle)) of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 by bringing the plane portion of the vibrating body 3 and the plane portion 4e of the inner layer lens 4 into contact. It shows what you can do with
  • alignment adjustment (mainly in the X and Y directions) of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 is performed by contacting the tapered portion of the vibrating body 3 and the tapered portion of the inner layer lens 4. shows that it is possible.
  • alignment adjustment (mainly in the X and Y directions) of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 can be determined by bringing the concave portion 3a of the vibrating body 3 and the convex portion 4f of the inner layer lens 4 into contact. It shows what you can do.
  • the shapes formed in the vibrating body 3 and the inner layer lens 4 are not limited to the concave portion 3a and the convex portion 4f, and may be reversed.
  • the configuration for determination described with reference to FIGS. 10 to 12 can be used not only for the optical device 100a according to Embodiment 2, but also for optical devices according to other embodiments.
  • the position adjusting section 6 is provided at the end of the fixed section 5 connected to the inner lens 4. As shown in FIG. Further, the position adjusting portion 6 has a screw portion 6f at the end portion of the fixing portion 5, and changes the position with respect to the inner layer lens barrel 4a provided with a groove portion corresponding to the screw portion 6f. Adjust the alignment of the outermost layer lens 1 with respect to .
  • the position adjusting portion provided in the fixing portion 5 connected to the portion of the housing 2 that is a node of vibration by the vibrating body 3 allows the outermost layer lens 1 to Since the alignment of the inner layer lens 4 is adjusted, it is possible to remove foreign matter adhering to the outermost layer lens 1 covering the outside and to improve the image quality of the image obtained by the imaging device.
  • the threaded portion 6f at the end of the fixing portion 5 provided in the second embodiment may be provided in the optical device according to another embodiment.
  • the outermost layer lens 1 or vibrating body 3 has a plane portion (first plane portion), the inner layer lens 4 or inner lens barrel 4a has plane portions 4e and 4b (second plane portion), and a plane portion ( It is preferable that the flat portions 4e and 4b (second flat portions) can contact with each other.
  • the outermost lens 1 or vibrating body 3 has a tapered portion (first tapered portion), the inner lens 4 or inner lens barrel 4a has a tapered portion 4c (second tapered portion), and a tapered portion (first tapered portion). (taper portion) and the taper portion 4c (second taper portion) are preferably contactable.
  • the outermost lens 1 or vibrating body 3 has concave portions 1a and 3a (first fitting portion), and the inner lens 4 or inner lens barrel 4a has convex portions 4f and 4d (second fitting portion).
  • the concave portions 1a, 3a (first fitting portions) and the convex portions 4f, 4d (second fitting portions) are preferably fittable. As a result, the alignment adjustment of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 can be performed by guessing.
  • FIG. 14 is a half cross-sectional view of an optical device 100b according to Embodiment 3.
  • FIG. 14 the same components as those of optical device 100 according to Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • the housing 2 is provided with a projecting portion 6h for joining with the fixing portion 5.
  • the projection 6h and the end of the fixing portion 5 are bonded together with an ultraviolet curable adhesive 6k. Afterwards, it is necessary to irradiate with ultraviolet (UV) light.
  • UV ultraviolet
  • the projecting portion 6h and the fixing portion 5 have a structure that does not transmit ultraviolet rays, even if the projecting portion 6h and the end portion of the fixing portion 5 are adhered to each other and then irradiated with ultraviolet rays, the projection portion 6h and the fixing portion 5 will not be separated. There is a risk that the adhesive 6k between the ends will not harden.
  • the end portion of the fixed portion 5 has a member 6j that transmits ultraviolet rays.
  • the member 6j transmits ultraviolet rays, so that the UV-curable adhesive 6k provided between the member 6j and the projection 6h located opposite to the member 6j is aligned with the outermost lens 1. It can be cured after conditioning.
  • the fixing portion 5 not only the end portion of the fixing portion 5 but also the fixing portion 5 itself may be the member 6j that transmits ultraviolet rays.
  • FIG. 15 is a half cross-sectional view of an optical device 100c according to Modification 1 of Embodiment 3.
  • FIG. 15 the same components as those of the optical device 100 according to Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • the optical device 100c has at least one window 6m that transmits ultraviolet light at the end of the fixed portion 5.
  • the window portion 6m transmits ultraviolet rays, so that the ultraviolet curing adhesive 6k provided between the window portion 6m and the projection portion 6h located opposite to the window portion 6m is applied to the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1. It can be cured after adjusting the alignment.
  • FIG. 16 is a half cross-sectional view of an optical device 100d according to Modification 2 of Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 17 is a schematic diagram of the inner layer lens 4 and the fixing portion 5 according to Modification 2. As shown in FIG. In optical device 100d shown in FIGS. 16 and 17, the same components as optical device 100 according to Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • the optical device 100d has at least one slit 6n at the end of the fixed portion 5.
  • a plurality of slits 6n are provided so as to surround the outer periphery of the fixed portion 5 as shown in FIG.
  • the slits 6n transmit ultraviolet rays, so that the ultraviolet curing adhesive 6k provided between the slits 6n and the projections 6h located opposite to the slits 6n is used to align the inner lens 4 with respect to the outermost lens 1. It can be cured after conditioning.
  • the fixed portion 5 has the member 6j or at least one window portion 6m that transmits ultraviolet rays at the end portion, and the member 6j or the window portion 6m By transmitting ultraviolet rays, the ultraviolet curing adhesive 6k provided between the member 6j or the projection 6h located opposite the window 6m is aligned with the outermost lens 1. can be cured after adjustment. As a result, the optical devices 100b and 100c can be fixed to the housing 2 at the position of the end of the fixed portion 5 after the alignment adjustment.
  • the fixed portion 5 has at least one slit 6n at the end, and the slit 6n transmits ultraviolet rays, thereby forming a protrusion at a position facing the slit 6n.
  • the ultraviolet curable adhesive 6k provided between the portion 6h and the portion 6h can be cured after the alignment of the inner layer lens 4 with respect to the outermost layer lens 1 is adjusted.
  • the optical device 100d can be fixed to the housing 2 at the position of the end portion of the fixed portion 5 after the alignment adjustment.
  • Embodiment 4 In Embodiment 1, it was explained that the end portion of the fixing portion 5 is fixed after the alignment adjustment. In the fourth embodiment, a configuration for actively performing alignment adjustment in response to alignment fluctuations is employed as the position adjustment section. 18 is a half cross-sectional view of an optical device according to Embodiment 4. FIG. In optical device 100e shown in FIG. 18, the same components as those of optical device 100 according to Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • an actuator 6 P is provided at the end of the fixed part 5 connected to the housing 2 as a position adjusting part for performing alignment adjustment between the outermost lens 1 and the inner lens 4 .
  • the actuator 6P is composed of a piezoelectric body (single layer, laminated layer), a motor (voice coil motor), and the like.
  • the actuator 6P moves the outermost layer lens 1 based on a control signal from a control circuit (not shown) that detects a change in alignment from an image acquired by the imaging element 8 and the output of a sensor provided on the inner layer lens 4 or the like.
  • the actuator 6P may be provided at the end of the fixed portion 5 connected to the inner layer lens 4 .
  • the actuator 6P provided at the end of the fixed portion 5 serves as the position adjusting portion. Accordingly, in the optical device 100e, it is possible to actively perform alignment adjustment in response to variations in the alignment of the inner lens 4 with respect to the outermost lens 1, thereby improving the image quality of the image obtained by the imaging device.
  • the imaging unit 200 may include a camera, LiDAR, Radar, and the like. Alternatively, a plurality of imaging units may be arranged side by side.
  • the imaging unit 200 is not limited to an imaging unit provided in a vehicle, and includes an optical device and an imaging element arranged so that the translucent body is in the viewing direction. The same can be applied to any image pickup unit that needs to remove foreign matter from.

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Abstract

本開示は、外部を覆う透光体に付着した異物を除去できるとともに、撮像素子で得られる画像の画質を向上させることができる光学装置、および光学装置を備える撮像ユニットを提供する。本開示は、光学装置（１００）は、最外層レンズ（１）（透光体）、筐体（２）、振動体（３）、内層レンズ（４）（第１レンズ）、固定部（５）、位置調整部（６）、を備えている。振動体（３）は、筐体（２）に保持された最外層レンズ（１）を振動する。内層レンズ（４）は、筐体（２）内において、最外層レンズ（１）と対向する位置に設けられる。固定部（５）は、内層レンズ（４）を筐体（２）に固定する。位置調整部（６）は、固定部（５）に設けられ、最外層レンズ（１）に対する内層レンズ（４）のアライメントを調整する。固定部（５）は、振動体（３）による振動の節となる筐体（２）の部分に接続されている。

Description

光学装置、および光学装置を備える撮像ユニット
　本開示は、光学装置、および光学装置を備える撮像ユニットに関する。
　車両の前部や後部に撮像ユニットを設け、当該撮像ユニットで得た画像を利用して安全装置を制御したり、運転支援制御を行ったりすることが行われている。このような撮像ユニットは、車外に設けられることが多いため、外部を覆う透光体（保護カバーやレンズ）に雨滴（水滴）、泥、塵埃等の異物が付着することがある。透光体に異物が付着すると、当該撮像ユニットで得た画像に異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる。
　そこで、特開２０１７－１７０３０３号公報（特許文献１）または米国特許第１０４０１６１８号明細書（特許文献２）に記載の撮像ユニットでは、透光体の表面に付着した異物を除去するために透光体を振動させる振動体が設けられている。
特開２０１７－１７０３０３号公報 米国特許第１０４０１６１８号明細書
　特許文献１および特許文献２に記載の撮像ユニットでは、撮像素子と、当該撮像素子の視野方向に設けられる透光体およびレンズを含む光学装置とで構成される。光学装置は、透光体から取り込んだ光がレンズを経て撮像素子で結像するように、透光体とレンズとのアライメント調整が必要となる。しかし、特許文献１に記載の撮像ユニットでは、透光体とレンズとのアライメント調整を行う構成がなく、撮像素子で得られる画像の画質が劣化する虞があった。
　そこで、本開示の目的は、外部を覆う透光体に付着した異物を除去できるとともに、撮像素子で得られる画像の画質を向上させることができる光学装置、および光学装置を備える撮像ユニットを提供することである。
　本開示の一形態に係る光学装置は、透光体と、筐体と、振動体と、第１レンズと、固定部と、位置調整部と、を備える。透光体は、所定の波長の光を透過する。筐体は、透光体を保持する。振動体は、筐体に保持された透光体を振動する。第１レンズは、筐体内において、透光体と対向する位置に設けられる。固定部は、第１レンズを筐体に固定する。位置調整部は、固定部に設けられ、透光体に対する第１レンズのアライメントを調整する。固定部は、振動体による振動の節となる筐体の部分に接続されている。
　本開示の一形態に係る撮像ユニットは、上記に記載の光学装置と、透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備える。
　本開示によれば、光学装置、および光学装置を備える撮像ユニットは、固定部に設けられた位置調整部で、透光体に対する第１レンズのアライメントを調整するので、外部を覆う透光体に付着した異物を除去できるとともに、撮像素子で得られる画像の画質を向上させることができる。
実施の形態１に係る光学装置の断面図である。 実施の形態１に係る光学装置の振動モードを説明するための概略図である。 実施の形態１に係る光学装置の位置調整部を説明するための半断面図である。 実施の形態１に係る光学装置の位置調整部でのアライメント調整方法を説明するための概略図である。 実施の形態１に係る光学装置の位置調整部の固定方法を説明するための概略図である。 実施の形態１に係る光学装置を備える撮像ユニットの断面図である。 実施の形態２に係る光学装置の半断面図である。 実施の形態２に係る光学装置の位置調整部での調整方法を説明するための概略図である。 実施の形態２に係る光学装置の位置調整部での別の調整方法を説明するための概略図である。 光学装置での当て決めで最外層レンズと内層レンズの保持部とを利用する構成について説明するための図である。 光学装置での当て決めで最外層レンズと内層レンズとを利用する構成について説明するための図である。 光学装置での当て決めで振動体と内層レンズの保持部とを利用する構成について説明するための図である。 光学装置での当て決めで振動体と内層レンズとを利用する構成について説明するための図である。 実施の形態３に係る光学装置の半断面図である。 実施の形態３の変形例１に係る光学装置の半断面図である。 実施の形態３の変形例２に係る光学装置の半断面図である。 変形例２に係る内層レンズおよび固定部の概略図である。 実施の形態４に係る光学装置の半断面図である。
　以下に、実施の形態に係る光学装置、および光学装置を備える撮像ユニットについて図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。以下に説明する光学装置は、例えば、車載用の撮像ユニットに適用され、透光体（例えば最外層レンズ）の表面に付着した異物を除去するために透光体を振動させることができる。光学装置は、車載用の撮像ユニットの用途に限定されない。例えば、光学装置は、セキュリティ向けの監視カメラ、ドローン用の撮像ユニット等にも適用することができる。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る光学装置１００の断面図である。なお、図中のＸ，Ｚ方向は、それぞれ、光学装置１００の横方向、高さ方向を示す。光学装置１００は、最外層レンズ１、筐体２、振動体３、内層レンズ４、固定部５、位置調整部６、を有している。
　最外層レンズ１は、所定の波長（例えば、可視光の波長、撮像素子で撮像可能な波長など）の光を透過する透光体であり、例えば、凸メニスカスレンズである。なお、光学装置１００は、最外層レンズ１に代えて保護カバーのような透明部材を用いてもよい。保護カバーは、ガラスや透明なプラスチックスなどの樹脂により構成される。
　最外層レンズ１の端部は、筐体２の端部で保持される。光学装置１００は、筐体に保持された最外層レンズ１を振動させるため、最外層レンズ１に接する位置に振動体３が設けられている。
　振動体３は、円筒状の形状で、円筒内に内層レンズ４が配置される。振動体３は、最外層レンズ１（透光体）とを接続する接続部３１と、圧電素子７を設ける振動部３２とを有する。接続部３１は、圧電素子７の振動を変換する部分であり、クランク形状である。一方、振動部３２は、圧電素子７の振動とともに振動する部分であり、肉薄の接続部３１に比べて肉厚である。なお、接続部３１と振動部３２とは一体で形成しても、個別に形成してもよい。圧電素子７は、最外層レンズ１に接する側とは反対側の振動体３の面に設けられている。圧電素子７は、中空円状であり、例えば、厚み方向において分極することで振動する。圧電素子７は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。もっとも、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの他の圧電セラミックスが用いられてもよい。さらにＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶が用いられてもよい。
　中空円状の圧電素子７が径方向に振動し、この振動が振動体３の接続部３１にてＺ方向（図中上下方向）の振動に変換され、最外層レンズ１がＺ方向に振動する。図２は、実施の形態１に係る光学装置１００の振動モードを説明するための概略図である。筐体２は、図２から分かるように、最外層レンズ１を保持している部分（接続部３１）が板バネのように弾性変形して振動体３の振動を最外層レンズ１に伝え、最外層レンズ１から離れた部分が振動の節となっている。ここで、振動の節とは、振動体３の最大振幅の概ね５０分の１以下の振幅となる部分である。そのため、振動体３の振動により最外層レンズ１の中央部で変位が最大となる一方、最外層レンズ１から離れた部分の変位は小さくなる。なお、図２では、ハッチングの濃淡で変位の大きさを示しており、ハッチングが濃い部分が変位の大きい部分を示しており、最外層レンズ１の中央部で変位が大きい。
　光学装置１００は、振動の節となる筐体２の部分で、具体的には筐体２のうち最外層レンズ１を保持する上端側とは反対側の下端側近傍にて、固定部５を介して、内層レンズ４を筐体２に固定することで、内層レンズ４に振動体３の振動を伝搬させないようにしてある。そのため、光学装置１００を用いた撮像ユニットでは、振動体３の振動により画質の劣化が発生しない。また、振動の節となる筐体２の部分に内層レンズ４を固定したことにより、内層レンズ４が振動体３の振動を減衰させることがなく、最外層レンズ１に付着した異物を除去する性能を低下させることもない。
　内層レンズ４を筐体２に固定する固定部５は、筐体２に比べて機械的品質係数Ｑｍが小さいことが好ましい。筐体２に比べて固定部５の機械的品質係数Ｑｍを小さくすることで、固定部５を介して振動体３の振動を内層レンズ４により伝搬し難くなる。具体的に、固定部５は、樹脂により構成されることが好ましい。
　内層レンズ４は、複数のレンズを内層レンズバレル４ａで保持した構造である。内層レンズバレル４ａは、内層レンズ４の保持部である。内層レンズ４を構成する複数のレンズは、アライメント調整された状態で内層レンズバレル４ａにより保持されているため、光学装置１００に実装する際に改めて個々のレンズのアライメント調整を行う必要がない。しかし、最外層レンズ１と内層レンズ４とは光学装置１００に実装する際にアライメント調整を行わない場合、撮像素子で得られる画像の画質が劣化する虞がある。なお、最外層レンズ１がレンズでなく保護カバーのような透光体であっても、当該透光体を透過した光が屈折するなど当該透光体の光学特性が撮像素子で得られる画像に影響を与えるため、透光体と内層レンズ４とのアライメント調整は必要になる。
　そこで、光学装置１００では、最外層レンズ１と内層レンズ４とのアライメント調整を行うための位置調整部６を固定部５と筐体２との間に設けている。図３は、実施の形態１に係る光学装置１００の位置調整部６を説明するための半断面図である。図３に示す一点鎖線は、光学装置１００の中心軸を通る部分である。
　図３に示し位置調整部６は、筐体２の内壁面に設けたネジ溝６ａと、このネジ溝６ａに対応する２つのリング型ネジ６ｂ，６ｃとを有している。位置調整部６は、固定部５の端部を２つのリング型ネジ６ｂ，６ｃで挟み込むことで、筐体２に対して内層レンズ４の位置を固定することができる。そして、位置調整部６は、２つのリング型ネジ６ｂ，６ｃを矢印Ａの方向に回すことで２つのリング型ネジ６ｂ，６ｃがネジ溝６ａに沿って移動し、固定部５をＺ方向に動かすことができる。そのため、位置調整部６は、最外層レンズ１に対して内層レンズ４を矢印Ｂの方向（Ｚ方向）に動かして焦点位置を調整することができる。この位置調整部６は、筐体２のうち振動体３による振動が抑制された部分に設けられているため、位置調整部の破損や振動による位置ずれを抑制することができる。
　最外層レンズ１と内層レンズ４とのアライメント調整には、最外層レンズ１に対して内層レンズ４をＺ方向に動かす焦点位置調整以外に、最外層レンズ１の光軸と内層レンズ４の光軸とを合わせる光軸調整がある。この光軸調整を含めたアライメント調整方法について図を用いて説明する。図４は、実施の形態１に係る光学装置１００の位置調整部６でのアライメント調整方法を説明するための概略図である。
　まず、図４（ａ）に示すように、リング型ネジ６ｂをネジ溝６ａに嵌めて回転させることで内層レンズ４のＺ方向での位置を決める。次に、位置決めしたリング型ネジ６ｂに内層レンズ４に固定した固定部５の端部を当てることで最外層レンズ１の光軸に対する内層レンズ４の光軸の成す角θ（仰角）を当て決めで調整することができる。
　さらに、図４（ｂ）に示すように、固定部５の端部をリング型ネジ６ｂに当てた状態で内層レンズ４および固定部５をＸ，Ｙ方向に動かすことで、最外層レンズ１の光軸に内層レンズ４の光軸を一致させて光軸調整が完了する。
　次に、図４（ｃ）に示すように、リング型ネジ６ｃをネジ溝６ａに嵌めて回転させ、固定部５の端部を２つのリング型ネジ６ｂ，６ｃで挟み込むことで、筐体２に対して内層レンズ４の位置を固定する。なお、図４（ｃ）では、２つのリング型ネジ６ｂ，６ｃで固定部５の端部を挟み込むことで、筐体２に対して内層レンズ４の位置を固定しているが、固定方法はこの方法に限定されない。
　図５は、実施の形態１に係る光学装置１００の位置調整部６の固定方法を説明するための概略図である。図５（ａ）では、リング型ネジ６ｃに代えてカシメが行える金属や樹脂の板６ｄをネジ溝６ａに嵌めて、カシメを行った板６ｄとリング型ネジ６ｂとで固定部５の端部を挟んで固定している。なお、カシメ後の板６ｄの状態を破線で示してある。
　また、図５（ｂ）では、リング型ネジ６ｃに代えてネジ溝６ａに嵌めるブロック６ｅとリング型ネジ６ｂとで固定部５の端部を挟み、接着剤などで固定している。もちろん、ブロック６ｅを設けずに固定部５の端部を接着剤のみでリング型ネジ６ｂに固定してもよい。
　図４および図５では、リング型ネジ６ｂを用いて内層レンズ４のＺ方向の位置を調整しているが、固定部５の端部にネジ部を直接設けてもよい。位置調整部６は、固定部５の端部にネジ部を有し、当該ネジ部と対応するネジ溝６ａ（溝部）を設けた筐体２に対して位置を変化させて、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整する。これにより、位置調整部６は、リング型ネジ６ｂを設けずに内層レンズ４のＺ方向の位置を調整することができる。
　最外層レンズ１と内層レンズ４とのアライメント調整を行った後、光学装置１００に撮像素子８を含むケース１０を取り付けることで撮像ユニット２００となる。図６は、実施の形態１に係る光学装置１００を備える撮像ユニット２００の断面図である。
　撮像ユニット２００は、光学装置１００と、最外層レンズ１および内層レンズ４が視野方向となるように配置された撮像素子８と、を有している。撮像素子８は、例えばＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）やＣＭＯＳ（Complementary　Metal-Oxide-Semiconductor）センサなどのイメージセンサであり、回路基板９に実装されている。回路基板９に実装された撮像素子８と内層レンズ４とのアライメント調整を行った後、回路基板９を固定部５に接着剤で固定する。最後に、ケース１０と筐体２とを接合させ、ねじ止めや接着剤で固定することで撮像ユニット２００が完成する。
　以上のように、実施の形態１に係る光学装置１００は、最外層レンズ１（透光体）、筐体２、振動体３、内層レンズ４（第１レンズ）、固定部５、位置調整部６、を備えている。最外層レンズ１は、所定の波長の光を透過する。筐体２は、最外層レンズ１を保持する。振動体３は、筐体２に保持された最外層レンズ１を振動する。内層レンズ４は、筐体２内において、最外層レンズ１と対向する位置に設けられる。固定部５は、内層レンズ４を筐体２に固定する。位置調整部６は、固定部５に設けられ、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整する。固定部５は、振動体３による振動の節となる筐体２の部分に接続されている。
　これにより、実施の形態１に係る光学装置１００は、振動体３による振動の節となる筐体２の部分に接続されている固定部５に設けられた位置調整部で、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整するので、外部を覆う最外層レンズ１に付着した異物を除去できるとともに、撮像素子８で得られる画像の画質を向上させることができる。
　透光体は、最外層レンズ１（第２レンズ）であることが好ましい。もちろん、レンズでない保護カバーでもよい。振動体３は、少なくとも１面に圧電素子７が設けられていることが好ましい。図１では、振動体３の底面に中空円状の圧電素子７が設けられているが、これとは別に他の面に圧電素子を設けてもよく、また、振動体３の底面に、矩形状の圧電素子７を同心円状に複数設けてもよい。
　固定部５は、筐体２に比べて機械的品質係数Ｑｍが小さいことが好ましい。また、固定部５は、樹脂により構成されることが好ましい。これにより、固定部５を介して振動体３の振動を内層レンズ４により伝搬し難くなる。
　位置調整部６は、筐体２と接続される固定部５の端部に設けられることが好ましい。図１では、固定部５の端部を挟む２つのリング型ネジ６ｂ，６ｃが位置調整部６を構成している。固定部５は、振動体３による振動の節となる筐体２の部分に接続されているので、固定部５の端部に位置調整部６を設けることで、振動体３による振動の影響を受けることなく、精度の高いアライメント調整が可能となり、撮像素子８で得られる画像の画質が向上する。
　撮像ユニット２００は、光学装置１００と、最外層レンズ１および内層レンズ４が視野方向となるように配置された撮像素子８と、を備える。これにより、撮像ユニット２００は、光学装置１００において精度の高いアライメント調整が可能となり、撮像素子８で得られる画像の画質が向上する。
　（実施の形態２）
　実施の形態１に係る光学装置１００では、位置調整部６が、筐体２と接続される固定部５の端部に設けられる構成について説明した。しかし、位置調整部は、振動体による振動の節となる筐体の部分に接続されている固定部に設けられていれば、振動体による振動の影響を受け難くなる。そこで、実施の形態２に係る光学装置では、位置調整部が、内層レンズ（第１レンズ）と接続される固定部の端部に設けられる構成について説明する。
　図７は、実施の形態２に係る光学装置１００ａの半断面図である。なお、図７に示す光学装置１００ａにおいて、実施の形態１に係る光学装置１００と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。
　実施の形態２に係る光学装置１００ａでは、図７に示すように位置調整部６が、内層レンズ４と接続される固定部５の端部に設けられるネジ部６ｆである。ネジ部６ｆに対応する溝部が内層レンズバレル４ａに設けられている。位置調整部６は、内層レンズバレル４ａを矢印Ａの方向に回すことで内層レンズバレル４ａがネジ部６ｆに沿って移動し、内層レンズ４をＺ方向に動かすことができる。そのため、位置調整部６は、最外層レンズ１に対して内層レンズ４を矢印Ｂの方向（Ｚ方向）に動かして焦点位置を調整することができる。
　実施の形態２に係る光学装置１００ａでのアライメント調整方法について図を用いて説明する。図８は、実施の形態２に係る光学装置１００ａの位置調整部６でのアライメント調整方法を説明するための概略図である。
　まず、図８（ａ）に示すように、固定部５が筐体２に固定されていない状態で、内層レンズバレル４ａの平面部と最外層レンズ１の平面部とを当てることで最外層レンズ１の光軸に対する内層レンズ４の光軸の成す角θ（仰角）を当て決めで調整することができる。さらに、内層レンズバレル４ａの平面部を最外層レンズ１の平面部に当てた状態で内層レンズ４および固定部５をＸ，Ｙ方向に動かすことで、最外層レンズ１の光軸に内層レンズ４の光軸を一致させて光軸調整が完了する。
　次に、図８（ｂ）に示すように、最外層レンズ１に対するアライメント調整を行った内層レンズ４の位置で、固定部５の端部を接着剤で筐体２に固定する。なお、図８（ｂ）では、固定部５の端部を接着剤で筐体２に固定することで、筐体２に対して内層レンズ４の位置を固定しているが、固定方法はこの方法に限定されない。
　さらに、図８（ｃ）に示すように、ネジ部６ｆに対して内層レンズバレル４ａを矢印Ａの方向に回すことで内層レンズ４のＺ方向での位置を決める。最外層レンズ１と内層レンズ４とのアライメント調整を行った後、光学装置１００ａに図６に示す撮像素子８を含むケース１０を取り付けることで撮像ユニット２００となる。
　次に、実施の形態２に係る光学装置１００ａでの別のアライメント調整方法について図を用いて説明する。図９は、実施の形態２に係る光学装置１００ａの位置調整部６での別の調整方法を説明するための概略図である。
　まず、図９（ａ）に示すように、筐体２には固定部５と接合するための突起部６ｈが設けてある。この突起部６ｈを利用して最外層レンズ１の光軸に対する内層レンズ４の光軸の成す角θ（仰角）を当て決めで調整する。つまり、固定部５が筐体２に固定されていない状態で、固定部５の端部と突起部６ｈとを当てることで最外層レンズ１の光軸に対する内層レンズ４の光軸の成す角θ（仰角）を当て決めで調整することができる。
　さらに、図９（ｂ）に示すように、内層レンズバレル４ａのテーパ部が振動体３のテーパ部に当たるように、ネジ部６ｆに対して内層レンズバレル４ａを矢印Ａの方向に回して内層レンズバレル４ａを振動体３に近づける。内層レンズバレル４ａのテーパ部と振動体３のテーパ部とを当てることで、内層レンズ４および固定部５をＸ，Ｙ方向に動かして、最外層レンズ１の光軸に内層レンズ４の光軸を一致させて光軸調整が完了する。
　さらに、図９（ｃ）に示すように、最外層レンズ１の光軸と内層レンズ４の光軸とを一致させる光軸調整が完了した後、ブロック６ｉで固定部５の端部を突起部６ｈとで挟んで、内層レンズ４の位置を固定する。内層レンズ４の位置を固定する方法は、ブロック６ｉに限定されず、カシメを行うことができる板や、接着剤のみで固定するだけでもよい。
　次に、図９（ｄ）に示すように、ネジ部６ｆに対して内層レンズバレル４ａを矢印Ａの方向に回すことで内層レンズ４のＺ方向での位置を決める。これにより、位置調整部６は、最外層レンズ１に対して内層レンズ４をＺ方向に動かして焦点位置を調整することができる。
　図８および図９では、内層レンズバレル４ａの平面部と最外層レンズ１の平面部とを当てたり、内層レンズバレル４ａのテーパ部を振動体３のテーパ部に当てたりする当て決めでアライメント調整を行っている。ここで、当て決めで用いることができる構成についてまとめて説明する。
　まず、図１０は、光学装置での当て決めで最外層レンズ１と内層レンズ４の保持部（内層レンズバレル４ａ）とを利用する構成について説明するための図である。図１０（ａ）は、最外層レンズ１の平面部と内層レンズバレル４ａの平面部４ｂとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主に角θ（仰角））を当て決めで行うことができることを示している。
　図１０（ｂ）は、最外層レンズ１のテーパ部と内層レンズバレル４ａのテーパ部４ｃとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主にＸ，Ｙ方向）を当て決めで行うことができることを示している。図１０（ｃ）は、最外層レンズ１の凹部１ａと内層レンズバレル４ａの凸部４ｄとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主にＸ，Ｙ方向）を当て決めで行うことができることを示している。なお、最外層レンズ１および内層レンズバレル４ａに形成する形状は、凹部１ａ、凸部４ｄに限定されず、逆でもよい。
　次に、図１１は、光学装置での当て決めで最外層レンズ１と内層レンズ４とを利用する構成について説明するための図である。図１１（ａ）は、最外層レンズ１の平面部と内層レンズ４の平面部４ｅとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主に角θ（仰角））を当て決めで行うことができることを示している。
　図１１（ｂ）は、最外層レンズ１のテーパ部と内層レンズ４のテーパ部とを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主にＸ，Ｙ方向）を当て決めで行うことができることを示している。図１１（ｃ）は、最外層レンズ１の凹部１ａと内層レンズ４の凸部４ｆとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主にＸ，Ｙ方向）を当て決めで行うことができることを示している。なお、最外層レンズ１および内層レンズ４に形成する形状は、凹部１ａ、凸部４ｆに限定されず、逆でもよい。
　次に、図１２は、光学装置での当て決めで振動体３と内層レンズ４の保持部（内層レンズバレル４ａ）とを利用する構成について説明するための図である。図１２（ａ）は、振動体３の平面部と内層レンズバレル４ａの平面部４ｂとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主に角θ（仰角））を当て決めで行うことができることを示している。
　図１２（ｂ）は、振動体３のテーパ部と内層レンズバレル４ａのテーパ部４ｃとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主にＸ，Ｙ方向）を当て決めで行うことができることを示している。図１２（ｃ）は、振動体３の凹部３ａと内層レンズバレル４ａの凸部４ｄとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主にＸ，Ｙ方向）を当て決めで行うことができることを示している。なお、振動体３および内層レンズバレル４ａに形成する形状は、凹部３ａ、凸部４ｄに限定されず、逆でもよい。
　最後に、図１３は、光学装置での当て決めで振動体３と内層レンズ４とを利用する構成について説明するための図である。図１３（ａ）は、振動体３の平面部と内層レンズ４の平面部４ｅとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主に角θ（仰角））を当て決めで行うことができることを示している。
　図１３（ｂ）は、振動体３のテーパ部と内層レンズ４のテーパ部とを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主にＸ，Ｙ方向）を当て決めで行うことができることを示している。図１３（ｃ）は、振動体３の凹部３ａと内層レンズ４の凸部４ｆとを当てることで、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整（主にＸ，Ｙ方向）を当て決めで行うことができることを示している。なお、振動体３および内層レンズ４に形成する形状は、凹部３ａ、凸部４ｆに限定されず、逆でもよい。
　図１０～図１２で説明した当て決めの構成は、実施の形態２に係る光学装置１００ａだけでなく他の実施の形態に係る光学装置に対しても同様に利用することができる。
　以上のように、実施の形態２に係る光学装置１００ａでは、位置調整部６が、内層レンズ４と接続される固定部５の端部に設けられる。また、位置調整部６は、固定部５の端部にネジ部６ｆを有し、当該ネジ部６ｆと対応する溝部を設けた内層レンズバレル４ａに対して位置を変化させて、最外層レンズ１に対する最外層レンズ１のアライメントを調整する。これにより、実施の形態２に係る光学装置１００ａは、振動体３による振動の節となる筐体２の部分に接続されている固定部５に設けられた位置調整部で、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整するので、外部を覆う最外層レンズ１に付着した異物を除去できるとともに、撮像素子で得られる画像の画質を向上させることができる。なお、実施の形態２で設けた固定部５の端部のネジ部６ｆを、他の実施の形態に係る光学装置に設けてもよい。
　最外層レンズ１または振動体３は、平面部（第１平面部）を有し、内層レンズ４または内層レンズバレル４ａは、平面部４ｅ，４ｂ（第２平面部）を有し、平面部（第１平面部）と平面部４ｅ，４ｂ（第２平面部）とは当接可能であることが好ましい。最外層レンズ１または振動体３は、テーパ部（第１テーパ部）を有し、内層レンズ４または内層レンズバレル４ａは、テーパ部４ｃ（第２テーパ部）を有し、テーパ部（第１テーパ部）とテーパ部４ｃ（第２テーパ部）とは当接可能であることが好ましい。最外層レンズ１または振動体３は、凹部１ａ，３ａ（第１嵌合部）を有し、内層レンズ４または内層レンズバレル４ａは、凸部４ｆ，４ｄ（第２嵌合部）を有し、凹部１ａ，３ａ（第１嵌合部）と凸部４ｆ，４ｄ（第２嵌合部）とは嵌合可能であることが好ましい。これにより、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメント調整を当て決めで行うことができる。
　（実施の形態３）
　実施の形態１では、アライメント調整後に、固定部５の端部を接着剤で筐体２に固定してもよいと説明した。実施の形態３では、アライメント調整後に、接着剤で固定部５の端部を筐体２に固定する構成について説明する。図１４は、実施の形態３に係る光学装置１００ｂの半断面図である。なお、図１４に示す光学装置１００ｂにおいて、実施の形態１に係る光学装置１００と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。
　光学装置１００ｂは、図１４に示すように、筐体２には固定部５と接合するための突起部６ｈが設けてある。突起部６ｈと固定部５の端部とは紫外線硬化型の接着剤６ｋで接着するが、当該接着剤６ｋを硬化させるためには、突起部６ｈと固定部５の端部とを貼り合わせた後、紫外線（ＵＶ）を照射する必要がある。しかし、突起部６ｈおよび固定部５が紫外線を透過しない構成であれば、突起部６ｈと固定部５の端部とを貼り合わせた後に紫外線を照射しても、突起部６ｈと固定部５の端部との間の接着剤６ｋが硬化しない虞がある。
　そこで、光学装置１００ｂでは、固定部５の端部に紫外線を透過する部材６ｊを有している。当該部材６ｊは、紫外線を透過することで、当該部材６ｊと対向する位置にある突起部６ｈとの間に設けた紫外線硬化型の接着剤６ｋを、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整した後に硬化させることができる。なお、固定部５の端部だけでなく、固定部５自体が紫外線を透過する部材６ｊであってもよい。
　図１４に示す光学装置１００ｂでは、固定部５の端部に紫外線を透過する部材６ｊを設けたが、固定部５の端部に紫外線を透過する少なくとも１つの窓部を設ける構成でもよい。図１５は、実施の形態３の変形例１に係る光学装置１００ｃの半断面図である。なお、図１５に示す光学装置１００ｃにおいて、実施の形態１に係る光学装置１００と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。
　光学装置１００ｃでは、固定部５の端部に紫外線を透過する少なくとも１つの窓部６ｍを有している。当該窓部６ｍは、紫外線を透過することで、当該窓部６ｍと対向する位置にある突起部６ｈとの間に設けた紫外線硬化型の接着剤６ｋを、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整した後に硬化させることができる。
　さらに、固定部５の端部に紫外線を透過する部材６ｊや窓部６ｍを設けるのではなく、スリットを設ける構成でもよい。図１６は、実施の形態３の変形例２に係る光学装置１００ｄの半断面図である。図１７は、変形例２に係る内層レンズ４および固定部５の概略図である。なお、図１６および図１７に示す光学装置１００ｄにおいて、実施の形態１に係る光学装置１００と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。
　光学装置１００ｄでは、固定部５の端部にスリット６ｎを少なくとも１つ有している。スリット６ｎは、図１７に示すように固定部５の外周を囲むように複数設けてある。当該スリット６ｎは、紫外線を透過することで、当該スリット６ｎと対向する位置にある突起部６ｈとの間に設けた紫外線硬化型の接着剤６ｋを、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整した後に硬化させることができる。
　以上のように、実施の形態３に係る光学装置１００ｂ，１００ｃでは、固定部５は、端部に紫外線を透過する部材６ｊまたは少なくとも１つの窓部６ｍを有し、当該部材６ｊまたは窓部６ｍは、紫外線を透過することで、当該部材６ｊまたは窓部６ｍと対向する位置にある突起部６ｈとの間に設けた紫外線硬化型の接着剤６ｋを、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整した後に硬化させることができる。これにより、光学装置１００ｂ，１００ｃでは、アライメント調整後の固定部５の端部の位置で筐体２に固定できる。
　実施の形態３に係る光学装置１００ｄでは、固定部５は、端部にスリット６ｎを少なくとも１つ有し、当該スリット６ｎは、紫外線を透過することで、当該スリット６ｎと対向する位置にある突起部６ｈとの間に設けた紫外線硬化型の接着剤６ｋを、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントを調整した後に硬化させることができる。これにより、光学装置１００ｄでは、アライメント調整後の固定部５の端部の位置で筐体２に固定できる。
　（実施の形態４）
　実施の形態１では、アライメント調整後に、固定部５の端部を固定すると説明した。実施の形態４では、アライメントの変動に対して、アクティブにアライメント調整する構成を位置調整部として採用する。図１８は、実施の形態４に係る光学装置の半断面図である。なお、図１８に示す光学装置１００ｅにおいて、実施の形態１に係る光学装置１００と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。
　光学装置１００ｅは、最外層レンズ１と内層レンズ４とのアライメント調整を行うための位置調整部として、アクチュエータ６Ｐが筐体２と接続される固定部５の端部に設けてある。アクチュエータ６Ｐは、圧電体（単層、積層）、モータ（ボイスコイルモータ）などで構成されている。アクチュエータ６Ｐは、撮像素子８で取得した画像や内層レンズ４等に設けられたセンサの出力からアライメントの変動を検出した制御回路（図示せず）からの制御信号に基づいて、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントをアクティブに調整する。アクチュエータ６Ｐは、内層レンズ４と接続される固定部５の端部に設けられてもよい。
　以上のように、実施の形態４に係る光学装置１００ｅでは、位置調整部が、固定部５の端部に設けられたアクチュエータ６Ｐである。これにより、光学装置１００ｅでは、最外層レンズ１に対する内層レンズ４のアライメントの変動に対して、アクティブにアライメント調整することができ、撮像素子で得られる画像の画質を向上させることができる。
　（その他の変形例）
　前述の実施の形態に係る撮像ユニット２００は、カメラ、ＬｉＤＡＲ，Ｒａｄａｒなどを含んでもよい。また、複数の撮像ユニットを並べて配置するようにしてもよい。
　前述の実施の形態に係る撮像ユニット２００は、車両に設けられる撮像ユニットに限定されず、光学装置と、透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備え、透光体への異物を除去する必要があるどのような撮像ユニットに対しても同様に適用することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、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。
　１　最外層レンズ、２　筐体、３　振動体、４　内層レンズ、４ａ　内層レンズバレル、５　固定部、６　位置調整部、６Ｐ　アクチュエータ、７　圧電素子、８　撮像素子、９　回路基板、１０　ケース、１００，１００ａ～１００ｅ　光学装置、２００　撮像ユニット

Claims (15)

  1. 　所定の波長の光を透過する透光体と、
    　前記透光体を保持する筐体と、
    　前記筐体に保持された前記透光体を振動する振動体と、
    　前記筐体内において、前記透光体と対向する位置に設けられる第１レンズと、
    　前記第１レンズを前記筐体に固定する固定部と、
    　前記固定部に設けられ、前記透光体に対する前記第１レンズのアライメントを調整する位置調整部と、を備え、
    　前記固定部は、前記振動体による振動の節となる前記筐体の部分に接続されている、光学装置。
  2. 　前記透光体は、第２レンズである、請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記振動体は、少なくとも１面に圧電素子が設けられている、請求項１または請求項２に記載の光学装置。
  4. 　前記固定部は、前記筐体に比べて機械的品質係数Ｑｍが小さい、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の光学装置。
  5. 　前記固定部は、樹脂により構成される、請求項４に記載の光学装置。
  6. 　前記位置調整部は、前記筐体と接続される前記固定部の端部に設けられる、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の光学装置。
  7. 　前記位置調整部は、前記第１レンズと接続される前記固定部の端部に設けられる、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の光学装置。
  8. 　前記位置調整部は、前記固定部の端部にネジ部を有し、当該ネジ部と対応する溝部を設けた構成に対して位置を変化させて、前記透光体に対する前記第１レンズのアライメントを調整する、請求項６または請求項７に記載の光学装置。
  9. 　前記固定部は、端部に紫外線を透過する部材または少なくとも１つの窓部を有し、当該部材または窓部は、紫外線を透過することで、当該部材または窓部と対向する位置にある構成との間にある紫外線硬化型の接着剤を、前記透光体に対する前記第１レンズのアライメントを調整した後に硬化させることができる、請求項６または請求項７に記載の光学装置。
  10. 　前記固定部は、端部にスリットを少なくとも１つ有し、当該スリットは、紫外線を透過することで、当該スリットと対向する位置にある構成との間に設けた紫外線硬化型の接着剤を、前記透光体に対する前記第１レンズのアライメントを調整した後に硬化させることができる、請求項６または請求項７に記載の光学装置。
  11. 　前記位置調整部は、前記固定部の端部に設けられたアクチュエータである、請求項６または請求項７に記載の光学装置。
  12. 　前記透光体または前記振動体は、第１平面部を有し、
    　前記第１レンズまたは前記第１レンズの保持部は、第２平面部を有し、
    　前記第１平面部と前記第２平面部とは当接可能である、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の光学装置。
  13. 　前記透光体または前記振動体は、第１テーパ部を有し、
    　前記第１レンズまたは前記第１レンズの保持部は、第２テーパ部を有し、
    　前記第１テーパ部と前記第２テーパ部とは当接可能である、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の光学装置。
  14. 　前記透光体または前記振動体は、第１嵌合部を有し、
    　前記第１レンズまたは前記第１レンズの保持部は、第２嵌合部を有し、
    　前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とは嵌合可能である、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の光学装置。
  15. 　請求項１～請求項１４のいずれか１項に記載の前記光学装置と、
    　前記透光体および前記第１レンズが視野方向となるように配置された撮像素子と、を備える撮像ユニット。
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