CN104704412B - 光学单元、成像设备和可移动体 - Google Patents

Abstract

光学单元(13)包括光学***(16)、镜筒(15)和固定部(21)。光学***(16)包括多个光学元件(22‑26)。镜筒(15)具有对象侧开口，该对象侧开口小于光学***(16)中最接近对象侧的光学元件(22)的最***。镜筒(15)具有成像侧开口，该成像侧开口等于或大于光学***(16)中最接近成像侧的光学元件(26)的最***。镜筒(15)容纳光学***(16)。固定部(21)将从成像侧开口***并被容纳在镜筒(15)中的光学***(16)固定在成像侧开口处。

Description

光学单元、成像设备和可移动体

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月25日提交的第2012-211265号日本专利申请的优先权和权益，该日本专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于提高生产率的光学单元、成像设备和可移动体。

背景技术

为了在抑制偏差的同时在图像传感器的光接收表面上形成对象图像，在光学单元中设置有多个光学元件，例如，透镜和光圈。为了展示出期望的光学性能，每个光学元件需要以预定的姿态固定在预定的位置处。

因此，建议在光学单元的制造过程中，形成整体地连接至镜筒的成像侧上的开口的一端的光圈壁并且通过弹性构件使光学元件偏置到光圈壁，其中镜筒用于容纳光学元件(参见专利文献1)。

现有技术列表

专利文献

专利文献1：第2010-32902号日本专利申请公开

发明内容

然而，为了将光学元件固定在镜筒内，专利文献1中描述的制造方法需要通过使用固定件(例如，压紧件(caulking))从镜筒的对象侧挤压光学元件。然而，因为压紧件是通过使镜筒的一部分变形而形成的，所以压紧件可能会损坏外观并且对光学元件在对象侧上的光学功能产生不利影响。这些影响已降低了光学单元的成品率。

相应地，鉴于上述条件，本发明的目的在于提供能够提高成品率的光学单元、成像设备和可移动体。

为了解决上述问题，根据本发明的第一方面的光学单元包括光学***、镜筒以及固定部，其中光学***包括多个光学元件；镜筒，具有对象侧开口和成像侧开口，其中，对象侧开口小于光学***中最接近对象侧的光学元件的最***，成像侧开口等于或大于光学***中最接近成像侧的光学元件的最***，并且镜筒用于容纳光学***；以及固定部用于将从成像侧开口***并被容纳在镜筒中的光学***固定在成像侧开口处。

优选地，根据本发明的第二方面的光学单元，其中镜筒形成为在容纳光学***的状态下，使得镜筒在对象侧上的端部不从光学***中最接近对象侧的光学元件的光学功能表面突出。

优选地，根据本发明的第三方面的光学单元还包括间隔件，该间隔件插置于光学***中最接近成像侧的光学元件与固定部之间。

优选地，根据本发明的第四方面的光学单元，固定部为通过使镜筒的成像侧开口变形而获得的压紧件。

优选地，根据本发明的第五方面的光学单元，镜筒包括位于成像侧开口处的螺旋槽，并且固定部为用于通过与镜筒拧在一起来固定光学***的保持构件。

优选地，根据本发明的第六方面的光学单元，光学***中位于成像侧上的光学元件的最***等于或大于位于对象侧上的光学元件的最***，并且光学元件中的每个均装配在镜筒中。

优选地，根据本发明的第七方面的光学单元还包括支承部，该支承部用于从光学元件的***侧支承光学元件并且将光学元件装配在镜筒中。

并且，根据本发明的第八方面的成像设备包括光学单元和用于捕捉通过光学***形成的对象图像的图像传感器，其中，光学单元包括光学***、镜筒以及固定部，其中光学***包括多个光学元件；镜筒，具有对象侧开口和成像侧开口，其中，对象侧开口小于光学***中最接近对象侧的光学元件的最***，成像侧开口等于或大于光学***中最接近成像侧的光学元件的最***，并且镜筒用于容纳光学***；以及固定部用于将从成像侧开口***并被容纳在镜筒中的光学***固定在成像侧开口处。

另外，根据本发明的第九方面的可移动体包括光学单元和用于捕捉通过光学***形成的对象图像的图像传感器，其中，光学单元包括光学***、镜筒以及固定部，其中光学***包括多个光学元件；镜筒，具有对象侧开口和成像侧开口，其中，对象侧开口小于光学***中最接近对象侧的光学元件的最***，成像侧开口等于或大于光学***中最接近成像侧的光学元件的最***，并且镜筒用于容纳光学***；以及固定部用于将从成像侧开口***并被容纳在镜筒中的光学***固定在成像侧开口处。

根据如上所述构成的光学单元、成像设备和可移动体，可提高光学单元的成品率。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施方式具有光学单元的成像设备在可移动体内的安装位置的布置图；

图2是沿图1中的光学元件的光学轴线截取的剖视图；

图3是在组装以形成光学单元之后的镜筒的剖视图；

图4是在组装以形成光学单元之前的镜筒的剖视图；

图5是在组装过程中的光学单元的剖视图；

图6是沿根据第二实施方式的光学单元的光学轴线截取的剖视图；

图7是沿根据第三实施方式的光学单元的光学轴线截取的剖视图；

图8是沿根据第一变型的使用间隔件的光学单元的光学轴线截取的剖视图；以及

图9是沿根据第二变型的使用间隔件的光学单元的光学轴线截取的剖视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图对本发明的实施方式进行描述。

首先，将对根据本发明的第一实施方式具有光学单元的成像设备进行描述。图1是示出根据第一实施方式具有光学单元的成像设备在可移动体内的安装位置的布置图。

如图1所示，包括光学单元13的成像设备10与显示设备11一同设置到可移动体12。虽然成像设备10可设置在车辆上的任意位置处，但是根据本发明的成像设备10固定在可移动体12的后外部处，以如稍后所描述地捕捉车辆附近的视图的图像。显示设备11以从驾驶员的座位可见的方式设置。

光学单元13在成像设备10中的图像传感器14上形成可移动体后方的对象图像。成像设备10通过使用图像传感器14捕捉对象图像，并由此将捕捉到的对象图像传送至显示设备11。显示设备11显示从图像传感器14获得的对象图像。

将参照图2对光学单元13的结构进行描述。图2是沿光学单元13的光学轴线截取的剖视图。光学单元13包括镜筒15、光学***16和间隔件17。

如图3中所示，镜筒15包括外壁部18和容纳部19。容纳部19形成为关于中心轴线CX旋转地对称。在镜筒15中，横跨中心轴线CX的两侧之一被定义为对象侧，而另一侧被定义为成像侧。

容纳部19容纳光学***16(参见图2)。容纳部19具有圆柱形的内表面，该圆柱形具有恒定内径(参见图3)。在容纳部19的对象侧开口处，初步形成朝着中心轴线CX延伸的呈环形的锁定部20。在容纳部19的成像侧开口处，如稍后所描述的那样，在光学单元13的组装后形成固定部21。

在图2中，光学***16包括多个光学元件，例如，第一光学元件22、第二光学元件23、第三光学元件24、第四光学元件25和第五光学元件26。第一光学元件22、第二光学元件23、第三光学元件24和第五光学元件26为由树脂制成的透镜。第四光学元件25为孔径光阑。光学元件被形成并组合成使光学***16具有期望的光学属性，例如，焦距和景深。

第一光学元件22为光学***16中布置成最接近对象侧的光学元件。第一光学元件22包括从主体27以径向方向向外延伸的凸缘部28。相应地，凸缘部28与第一光学元件22的最***相对应。主体27的外径在尺寸上与镜筒15的锁定部20的内径基本对应。并且，凸缘部28的外径比锁定部20的内径大，而比容纳部19的内径小(参见图3)。主体27和锁定部20通过以下方式形成，即，当第一光学元件22装配在锁定部20中以使凸缘部28与锁定部20接合时，在第一光学元件22的对象侧平面与锁定部20之间不存在段差，也就是说，第一光学元件22的对象侧平面与锁定部20是连续的、而且彼此不突出(参见图2)。

第二光学元件23、第三光学元件24、第四光学元件25和第五光学元件26的最***的直径在尺寸上与容纳部19的内径基本上对应。

间隔件17为形成为环形的金属构件，其中心孔的内径比第五光学元件26的透镜部的外径大，第五光学元件26负责光学功能。并且，间隔件17的外径在尺寸上与容纳部19的内径基本对应。

下面是组装如上所述的光学单元13的方法。如图4中所示，在光学单元13的组装之前，固定部21不形成在容纳部19的成像侧开口处，并且容纳部19至开口端部均是连续的以保持恒定内径。

首先，第一光学元件22从成像侧***容纳部19中(参见图5)。通过使凸缘部28与锁定部20接合的方式，第一光学元件22的主体27被装配在镜筒15的锁定部20中。O形环29设置在凸缘部28与容纳部19之间。

接着，第二光学元件23至第五光学元件26按相继顺序***容纳部19中并装配于容纳部19中。当第五光学元件26***容纳部19中时，***间隔件17。在***间隔件17之后，向内折叠容纳部19的成像侧开口，由此使成像侧开口变形并且形成充当固定部21的压紧件(caulking)(参见图2)。

在光学***16中，通常，透镜位置离对象侧越远且越接近成像侧，透镜的直径变小。因此，为了防止每个透镜在光学轴线方向上的移位，容纳部的内径总体被形成为朝向成像侧变小。由于不可能从成像侧将待定位成最接近对象侧的具有最大直径的透镜***到如上所述形成的容纳部中，所以光学元件通过传统方式从对象侧***并固定。

然而，根据本实施方式，因为在成像侧上的光学元件(第二光学元件23至第五光学元件26)与第一光学元件22具有匹配的最***，所以可在防止光学元件在径向方向上移位的同时将光学元件从成像侧***。因此，不同于传统的光学单元，根据本实施方式的光学单元13允许光学***16从容纳部19的成像侧开口固定。

如上所述根据第一实施方式的光学单元，因为光学***16从容纳部19的成像侧开口固定，所以可防止对光学单元13的外观产生影响。另外，如下面描述的那样，因为第一实施方式在防止对光学单元的外观产生影响方面是有效的，所以可提高光学单元的成品率。

例如，当在车载摄像机中使用光学单元时，光学单元需要满足对车辆制定的外部投影需求。特别是通过形成压紧件从对象侧固定的传统光学单元难以满足外部投影需求。然而，根据本实施方式的光学单元，因为对光学单元13的外观没有影响，所以光学单元可容易地满足外部投影需求。

另外，因为光学***16从容纳部19的成像侧开口固定，所以可降低对象侧上的光学元件(第一光学元件22)在光学轴线方向上的移位。具有从对象侧固定的光学***的传统光学单元在形成压紧件时会引起光学***的移位。然而，根据本实施方式，因为锁定部20初步形成在对象侧开口的端部处，所以相比于传统的光学单元可减少移位。

并且，因为光学***16从容纳部19的成像侧开口固定，所以可抑制晕影(vignetting)的发生。由于形成为比光学单元的设计更大且部分覆盖透镜的压紧件，所以具有从对象侧固定的光学***的传统光学单元可能引起晕影。然而，根据本实施方式，因为在对象侧开口的端部处初步形成了设计成防止晕影的锁定部20，所以可抑制晕影的发生。

并且，因为光学元件的透镜表面不与固定部21接触，所以可防止光学元件的光学功能的退化。具有从对象侧通过热变形或机械变形所形成的压紧件而固定的光学***的传统光学单元可能引起透镜表面的机械变形或热变形，可能使透镜的光学功能退化。然而，根据本实施方式，因为在成像侧上的透镜表面总体小于对象侧上的透镜表面的情况下从成像侧固定光学***16，所以光学元件可在光学元件中负责光学功能的部分的外侧与固定部21接合。因此，可防止光学元件的光学功能退化。

另外，根据本实施方式的光学单元，由于第五光学元件通过间隔件17固定，所以光学元件均可使用树脂制成。因为如上所述的传统光学单元可能引起透镜表面的机械变形和热变形，所以光学元件需要由强度高且具有比树脂更高的耐热性的玻璃制成。然而，根据本实施方式，因为间隔件17防止了第五光学元件26的机械变形和热变形，所以通过压紧件固定的第五光学元件也可由树脂制成。

接着，将对本发明的第二实施方式进行描述。根据第二实施方式，固定部的结构与第一实施方式的固定部的结构不同。下面是着重于第二实施方式中与第一实施方式的不同事项的描述。应注意，具有与第一实施方式的部件相同的功能和结构的部件将用相同的参考编号指示。

如图6中所示，光学单元130包括镜筒150、光学***16、间隔件17和固定部210(参见图6)。光学***16和间隔件17的结构和功能与第一实施方式的光学***和间隔件的结构和功能相似。

与第一实施方式类似地，镜筒150包括外壁部18和容纳部190。外壁部18的结构和功能与第一实施方式的外壁部的结构和功能相似。不同于第一实施方式，在容纳部190的外表面上形成有外螺纹。并且，容纳部190形成为在中心轴线方向上比第一实施方式的容纳部19更短。然而，容纳部190具有在中心轴线方向上覆盖第一光学元件22至第五光学元件26的***的长度。除了具有外螺纹以及在中心轴线方向上更短以外，容纳部290具有与第一实施方式的容纳部19相似的结构。

根据第二实施方式，固定部210包括圆柱部300和从圆柱部300的端部向内延伸的锁定部310，其中，圆柱部300具有形成在其内表面上的内螺纹。当光学***16与间隔件17一同***容纳部190中时，圆柱部300和容纳部190拧在一起，由此锁定部310经由间隔件17将光学***16固定在容纳部190中。

与第一实施方式类似地，如上所述根据第二实施方式的光学单元具有以下效果，即，防止对光学单元130的外观产生影响、减少移位、抑制晕影的发生、防止光学元件的光学功能的退化、以及允许选择由树脂制成的光学元件。

接着，将对本发明的第三实施方式进行描述。第三实施方式与第一实施方式的区别在于，通过使用支承部将透镜中的一些固定在容纳部中。下面是着重于第三实施方式中与第一实施方式的区别的描述。应注意，具有与第一实施方式的部件相同的功能和结构的部件将用相同的参考编号指示。

如图7中所示，光学单元131包括镜筒15、光学***161和间隔件17。镜筒15和间隔件17的结构和功能与第一实施方式的镜筒和间隔件的结构和功能相似。

光学***161包括多个光学元件，例如，第一光学元件22、第二光学元件231、第三光学元件241、第四光学元件25和第五光学元件261，并且还包括第一支承部321、第二支承部331和第三支承部341。第一光学元件22和第四光学元件25的结构和功能与第一实施方式的那些相同。第二光学元件231、第三光学元件241和第五光学元件261由树脂制成并具有比容纳部19的内径小的外径。

第一支承部321具有与第二光学元件231的外径相等的内径，并具有与容纳部19的内径相等的外径，并且第一支承部321将第二光学元件231支承在其中。第二支承部331具有与第三光学元件241的外径相等的内径，并具有与容纳部19的内径相等的外径，并且第二支承部331将第三光学元件241支承在其中。第三支承部341具有与第五光学元件261的外径相等的内径，并具有与容纳部19的内径相等的外径，并且第三支承部341将第五光学元件261支承在其中。

与第一实施方式类似地，为了组装光学单元131，首先将第一光学元件22从成像侧***容纳部19中。接下来，由第一支承部321支承的第二光学元件231、由第二支承部331支承的第三光学元件241、第四光学元件25、以及由第三支承部341支承的第五光学元件261按照上述顺序***容纳部19中以装配于其中。随后，与第一实施方式相似地，在间隔件17***容纳部19中之后，向内折叠容纳部19的成像侧开口，由此使成像侧开口变形并且形成充当固定部21的压紧件。

与第一实施方式相似地，如上所述根据第三实施方式的光学单元具有以下效果，即，防止对光学单元131的外观产生影响、减少移位、抑制晕影的发生、防止光学元件的光学功能的退化、以及允许选择由树脂制成的光学元件。

虽然已基于附图和实施方式描述了本发明，但是应理解，本领域的普通技术人员可基于本公开实施各种修改和变型。因此，这种修改和变型包括在本发明的范围内。

例如，虽然在第一实施方式至第三实施方式中间隔件17用于保护第五光学元件26和261，但是间隔件17也可具有其他功能。例如，如图8中所示，间隔件172可具有用于将第二光学元件23至第五光学元件26容纳在其中的圆柱部，以抑制光学元件在径向方向上的移位。或者，如图9中所示，间隔件173可支承例如红外光截止滤光器(IR cut filter)353的光学元件。

并且，虽然在第一实施方式至第三实施方式中容纳部19的内表面呈圆柱形，但是容纳部19的内表面不限于此。另外，虽然在第一实施方式和第二实施方式中第二光学元件23至第五光学元件26的最***呈圆形，并且在第三实施方式中第一支承部321至第三支承部341的最***也呈圆形，但是它们的最***并不限于此。当容纳部19的横截面呈多边形，并且最靠近成像侧的光学元件(即，第五光学元件26)的最***或第三支承部341的最***呈非圆形时，只要成像侧开口等于或大于第五光学元件26的最***或第三支承部341的最***，即可在光学单元13或130的组装之前使第一光学元件22至第五光学元件26容纳在容纳部19中。应注意，“开口等于或大于第五光学元件26的最***或第三支承部341的最***”是指开口的最大宽度大于第五光学元件26的最大宽度。

并且，虽然在第一实施方式至第三实施方式中，镜筒15的锁定部20和第一光学元件22的凸缘部28均呈圆形，但锁定部20和凸缘部28的形状不限于此。当锁定部20的开口比凸缘部28的最***小时，锁定部20可防止第一光学元件22从对象侧脱离。应注意，“开口比凸缘部28的最***小”是指开口的最小宽度比凸缘部28的最大宽度小。

另外，虽然在第一实施方式和第二实施方式中第二光学元件23至第五光学元件26具有统一的外径，并且同时，容纳部19和191具有恒定的直径，但是当在彼此相邻的光学元件之间，在成像侧上的光学元件的外径大于对象侧上的光学元件的外径并且容纳部具有朝向成像侧逐渐变大的内径时，所有光学元件均可从成像侧开口***。

参考标记列表

10 成像设备

11 显示设备

12 可移动体

13、130、131 光学单元

14 图像传感器

15、150 镜筒

16、161 光学***

17、172 间隔件

18 外壁

19、190 容纳部

20 锁定部

21、210 固定部

22 第一光学元件

23 第二光学元件

24 第三光学元件

25 第四光学元件

26 第五光学元件

27 主体

28 凸缘部

29 O形环

300 圆柱部

310 锁定部

321 第一支承部

331 第二支承部

341 第三支承部

CX 中心轴线

Claims (8)

1.一种光学单元，包括：

光学***，包括多个光学元件；

镜筒，具有对象侧开口和成像侧开口，其中，所述对象侧开口小于所述光学***中最接近对象侧的光学元件的最***，所述成像侧开口等于或大于所述光学***中最接近成像侧的光学元件的最***，并且所述镜筒用于容纳所述光学***，所述镜筒具有容纳部，所述容纳部覆盖中心轴线方向上的所有光学元件的***；

固定部，用于将从所述成像侧开口***并被容纳在所述镜筒中的所述光学***固定在所述成像侧开口处；以及

间隔件，插置于所述光学***中最接近所述成像侧的光学元件与所述固定部之间，

其中，在所述镜筒的对象侧开口处，形成有呈环形的锁定部，所述光学***中最接近对象侧的光学元件包括以径向方向向外延伸的凸缘部，所述凸缘部与所述锁定部接合，并且在所述凸缘部与所述镜筒的内表面之间设置有O形环。

2.根据权利要求1所述的光学单元，其中，

所述镜筒形成为在容纳所述光学***的状态下，使得所述镜筒在所述对象侧上的端部不从所述光学***中最接近所述对象侧的光学元件的光学功能表面突出。

3.根据权利要求1所述的光学单元，其中，

所述固定部为通过使所述镜筒的所述成像侧开口变形而获得的压紧件。

4.根据权利要求1所述的光学单元，其中，

所述镜筒包括位于所述成像侧开口处的螺旋槽，并且所述固定部为用于通过与所述镜筒拧在一起来固定所述光学***的保持构件。

5.根据权利要求1所述的光学单元，其中，

所述光学***中位于所述成像侧上的光学元件的最***等于或大于位于所述对象侧上的光学元件的最***，并且所述光学元件中的每个均装配在所述镜筒中。

6.根据权利要求1所述的光学单元，还包括：

支承部，用于从所述光学元件的***侧支承所述光学元件并且将所述光学元件装配在所述镜筒中。

7.一种成像设备，包括：

根据权利要求1所述的光学单元；以及

图像传感器，用于捕捉通过所述光学***所形成的对象图像。

8.一种可移动体，具有安装在其上的根据权利要求7所述的成像设备。

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