JP2008233237A - 光学部材、撮像装置及び車載カメラ用鏡筒 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ面に発生する結露を抑制することができる光学部材、撮像装置及び車載カメラ用鏡筒を提供する。
【解決手段】レンズ１１の外周面と鏡筒１９の内周面との間に、断熱リング１３を配置する。また、レンズ１２の外周面と鏡筒１９の内周面との間に、断熱リング１４を配置する。外気温が低下して外気に面している鏡筒１９の温度が低下した場合でも、レンズ１１、１２の急激な温度変化を抑制することができ、鏡筒１９とレンズ１１、１２で囲まれた領域内の空気中の水蒸気は、主に鏡筒１９の断熱リング１３、１４を除いた内面に結露し、レンズ１１、１２の表面に生ずる結露を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鏡筒に収納されたレンズ表面の結露の発生を抑制することができる光学部材、該光学部材を備える撮像装置及び車載カメラ用鏡筒に関する。

自動車などの車両に搭載される撮像装置（車載カメラ）は、鏡筒にレンズを収納した光学部材（レンズユニット、レンズモジュール）、撮像素子、画像処理部などで構成され、風雨などに晒されるため耐環境性能を向上させるべく防水構造がとられている。しかし、外気温の温度差により空気中の水蒸気が鏡筒表面、鏡筒内部のレンズ表面などに結露する。外気に触れるレンズ面、鏡筒外周面などに生じた結露は、外部から結露を拭き取ることができるものの、鏡筒内部のレンズ面に生じた結露は簡単に拭き取ることができない。

レンズ面の結露は、撮像装置の光学性能を劣化させるため、レンズ面に発生する結露を抑制する方法が提案されている。例えば、レンズ付きフィルムユニットを収納する防水ケースの両側面にファインダを露呈する露呈部よりも肉厚の薄い薄肉部を形成することにより、薄肉部の内壁の温度を他の部分よりも先に下降させ、結露を薄肉部に集中させることで露呈部に生じる結露を抑制する防水型カメラが提案されている（特許文献１参照）。

また、レンズ鏡筒に収納されるレンズ間に介装されるスペーサリングの内面の表面積を広くするために、スペーサリングの内面に厚み方向に凹湾曲面形状となった水分付着面を設けることにより結露を防止するレンズ装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開２０００−１９４０４８号公報 特開平１０−１４８７４５号公報

しかしながら、特許文献１の例のように、鏡筒に薄肉部が形成された撮像装置を車両に搭載した場合、車両の走行中に生ずる振動又は衝撃などで鏡筒の薄肉部が変形し、撮像装置の光学特性の劣化あるいは撮像装置の故障といった問題が生じる可能性が高い。

また、特許文献２の例にあっては、レンズ鏡筒が熱伝導率の高い金属で形成されているため、外気温の温度変化がレンズ鏡筒を介してレンズに伝わり易く、レンズ表面に生ずる結露を十分に抑制することができない。特に、遠赤外撮像装置の場合、遠赤外光を透過するレンズ（例えば、ＺｎＳ、Ｇｅ）は、可視光で用いられるガラスに比べて熱伝導率が大きいため、結露の発生は一層顕著になる。車載用の撮像装置のように車両の安全運転を目的として装備されている場合には、レンズ面に発生する結露を抑制することは重要な課題であった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、鏡筒の内部に収納したレンズ外周面と鏡筒内周面との間に樹脂製の断熱部材を備えることにより、レンズ面に発生する結露を抑制することができる光学部材、該光学部材を備える撮像装置及び車載カメラ用鏡筒を提供することを目的とする。

第１発明に係る光学部材は、鏡筒の内部にレンズを収納した光学部材において、レンズ外周面と鏡筒内周面との間に樹脂製の断熱部材を備えることを特徴とする。

第２発明に係る光学部材は、第１発明において、前記断熱部材は、前記レンズ外周面が当接する鏡筒内周面に形成された断熱膜であることを特徴とする。

第３発明に係る光学部材は、第１発明において、前記断熱部材は、前記レンズ外周面に形成された断熱膜であることを特徴とする。

第４発明に係る光学部材は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、前記断熱部材の熱伝導率は、前記鏡筒の熱伝導率より小さいことを特徴とする。

第５発明に係る光学部材は、鏡筒の内部にレンズを収納した光学部材において、鏡筒内周面とレンズ外周面との間に空気層を形成してあることを特徴とする。

第６発明に係る光学部材は、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記レンズは、遠赤外光を透過するように構成してあることを特徴とする。

第７発明に係る撮像装置は、上述の発明のいずれかに係る光学部材と、該光学部材を透過した光を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする。

第８発明に係る車載カメラ用鏡筒は、上述の発明のいずれかに係る光学部材を備え、車載カメラに取り付け可能にしてあることを特徴とする。

第１発明にあっては、断熱部材をレンズ外周面と鏡筒内周面との間に設ける。鏡筒が金属製（例えば、アルミニウム）である場合、熱伝導率は約数百Ｗ／ｍＫであるのに対し、樹脂製の断熱材の熱伝導率は、例えば、０．１〜０．３Ｗ／ｍＫにすることができ、外気温が低下した場合、外気に晒されている鏡筒の温度が低下したときでも、鏡筒の温度がレンズに伝わりにくく、鏡筒内部の空気中の水蒸気は、レンズ外周面が当接していない鏡筒内周面に結露する。これにより、レンズ表面に生ずる結露を抑制する。

第２発明にあっては、レンズ外周面が当接する鏡筒内周面に断熱膜を形成する。断熱膜は、例えば、熱伝導率が０．１〜０．３Ｗ／ｍＫ程度の樹脂膜とすることができる。これにより、外気温が低下した場合、外気に晒されている鏡筒の温度が低下したときでも、鏡筒の温度がレンズに伝わりにくく、鏡筒内部の空気中の水蒸気は、鏡筒内周面の断熱膜が形成されていない部分に結露し、レンズ表面に生ずる結露を抑制する。

第３発明にあっては、レンズ外周面に断熱膜を形成する。断熱膜は、例えば、熱伝導率が０．１〜０．３Ｗ／ｍＫ程度の樹脂膜とすることができる。外気温が低下した場合、外気に晒されている鏡筒の温度が低下したときでも、鏡筒の温度がレンズに伝わりにくく、鏡筒内部の空気中の水蒸気は、レンズ外周面が当接していない鏡筒内周面に結露する。これにより、レンズ表面に生ずる結露を抑制する。

第４発明にあっては、断熱部材の熱伝導率は、鏡筒の熱伝導率より小さくする。これにより、外気温が低下した場合、外気に晒されている鏡筒の温度が低下したときでも、鏡筒の温度がレンズに伝わりにくくすることができる。

第５発明にあっては、鏡筒内周面とレンズ外周面との間に空気層を形成する。例えば、鏡筒内周面に当接するレンズ外周面に鏡筒との間で空気層を形成すべく凹部を周設する。レンズが鏡筒内周面と当接する箇所に周設された凹部には空気層が形成され、外気温が低下した場合、外気に晒されている鏡筒の温度が低下したときでも、鏡筒の温度がレンズに伝わりにくくすることができる。あるいは、レンズ外周面に当接する鏡筒内周面にレンズとの間で空気層を形成すべく凹部を周設する。レンズが鏡筒内周面と当接する箇所に周設された凹部には空気層が形成され、外気温が低下した場合、外気に晒されている鏡筒の温度が低下したときでも、鏡筒の温度がレンズに伝わりにくくすることができる。これにより、レンズが当接していない鏡筒内周面に結露させて、レンズ表面に生ずる結露を抑制する。

第６発明にあっては、レンズは遠赤外光を透過する。例えば、レンズは、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの材質で構成する。ガラスの熱伝導率１Ｗ／ｍＫに比べて、熱伝導率が大きい（例えば、数十Ｗ／ｍＫ程度）場合であっても、レンズに生ずる結露を抑制することができる。

第７発明にあっては、撮像装置は、前述の光学部材を備える。これにより、撮像装置は、外気に晒される車載用として使用した場合でも、レンズ表面の結露を抑制することができる。

第８発明にあっては、車載カメラ用鏡筒は、前述の光学部材を備え、車載カメラに取り付け可能にしてある。これにより、車載カメラ用鏡筒は、外気に晒される車載用として使用した場合でも、レンズ表面の結露を抑制することができる。

本発明にあっては、鏡筒の内部に収納したレンズ外周面と鏡筒内周面との間に樹脂製の断熱部材を備えることにより、レンズ面に発生する結露を抑制することができる。

実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るレンズユニット（光学部材）１０の構成を示す分解斜視図である。レンズユニット１０は、アルミニウム製の円筒状の鏡筒１９と、鏡筒１９内部に収納されるレンズ１１、１２、各レンズ１１、１２を所定の離隔寸法で固定するための円環状のスペーサ１７、樹脂製の断熱リング１３、１４、断熱リング１３、１４にレンズ１１、１２を固定するためのストッパーリング１５、１６、ナット（絞り）１８などで構成されている。なお、図１の例では、レンズは２枚収納される構成であるが、レンズの枚数はこれに限定されるものではなく、１枚又は３枚以上であってもよい。この場合には、適宜スペーサ等を追加収納する。

レンズユニット１０は、断熱リング１４、レンズ１２、ストッパーリング１６、スペーサ１７、断熱リング１３、レンズ１１、ストッパーリング１５、ナット１８の順番で鏡筒１９内に配置し、レンズ１１、１２、断熱リング１３、１４などを接着剤で鏡筒１９に固定して組み立てることができる。

断熱リング１３の一端側は、内径が他端側より小さくなるよう突片（不図示）を設けてあり、断熱リング１３の内周面に装着されたレンズ１１は、突片で固定される。レンズ１１が装着された断熱リング１３にストッパーリング１５を装着することでレンズ１１の外周面は断熱リング１３で覆われる。断熱リング１３を鏡筒１９内周面に装着することで、レンズ１１の外周面と鏡筒１９内周面との間には、断熱リング１３が配置されることになる。

同様に、断熱リング１４の一端側は、内径が他端側より小さくなるよう突片（不図示）を設けてあり、断熱リング１４の内周面に装着されたレンズ１２は、突片で固定される。レンズ１２が装着された断熱リング１４にストッパーリング１６を装着することでレンズ１２の外周面は断熱リング１４で覆われる。断熱リング１４を鏡筒１９内周面に装着することで、レンズ１２の外周面と鏡筒１９内周面との間には、断熱リング１４が配置されることになる。

断熱リング１３、１４の材質は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）である。なお、材質は、これに限定されるものではなく、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのエンプラでもよく、あるいは、熱伝導率、耐久性、加工性などを考慮して、その他の汎用プラスチックを用いてもよい。

鏡筒１９の材質であるアルミニウムの熱伝導率は、約２３７Ｗ／ｍＫである。また、レンズ１１、１２の材料であるゲルマニウム（Ｇｅ）の熱伝導率は、約６０Ｗ／ｍＫであり、硫化亜鉛（ＺｎＳ）の熱伝導率は、約２７Ｗ／ｍＫである。断熱リング１３、１４の熱伝導率は、約０．１〜０．３Ｗ／ｍＫにすることができる。

図２は本発明に係るレンズユニット１０の要部断面図である。なお、図２では、レンズユニット１０は光軸に対して対称であるため、その半分のみを示している。図２に示すように、レンズ１１の外周面と鏡筒１９の内周面との間には、断熱リング１３が配置されており、レンズ１１は直接鏡筒１９に当接していない。また、レンズ１２の外周面と鏡筒１９の内周面との間には、断熱リング１４が配置されており、レンズ１２は直接鏡筒１９に当接していない。

図２に示すように、樹脂製の断熱リング１３、１４を鏡筒１９とレンズ１１、１２との間に挟む２重構造とすることにより、レンズ１１、１２に保持された熱が鏡筒１９に伝わりにくくなり、外気温が低下して外気に面している鏡筒１９の温度が低下した場合でも、レンズ１１、１２の急激な温度変化を抑制することができる。これにより、鏡筒１９とレンズ１１、１２で囲まれた領域内の空気中の水蒸気は、主に鏡筒１９の断熱リング１３、１４を除いた内面に結露することになり、レンズ１１、１２の表面に生ずる結露を抑制することができる。

また、断熱リング１３、１４を用いることにより、例えば、レンズユニット内部に結露防止用の吸湿剤などを設ける必要がなく、定期的に吸湿剤を交換する作業が不要となり、また、吸湿剤を設けるための余分なスペースも不要になる。

また、鏡筒１９が熱伝導率の大きいアルミニウムなどの金属製であっても、レンズ１１、１２に生ずる結露を抑制することができるため、鏡筒１９を所要の強度に保つことができる。このため、特に車載用の撮像装置に用いる場合のように振動又は衝撃が加わる環境下においても、十分使用に耐えることが可能となる。

図３は本発明に係るレンズユニット１０を備えた撮像装置１００の構成を示すブロック図である。撮像装置（車載カメラ）１００は、レンズユニット１０、撮像素子３０、画像処理部４０、画像メモリ５０、通信インタフェース部６０などを備えている。この場合、レンズユニット１０の鏡筒１９には、撮像装置１００の一部品（車載カメラ用鏡筒）として構成されるべく、例えば、撮像装置の筐体に取り付けるための螺子部を備えている。なお、取付方法は、これに限定されるものではない。

レンズユニット１０は、遠赤外光を透過して撮像素子３０の表面へ集光する。

撮像素子３０は、例えば、ボロメータ、焦電センサ、ＳＯＩダイオードなどの遠赤外線センサであり、例えば、波長が７〜１４μｍの遠赤外光を輝度信号に変換し、変換した輝度信号を画像処理部４０へ出力する。

画像処理部４０は、ＬＳＩで構成され、撮像素子３０から入力された輝度信号をデジタル信号に変換し、撮像素子３０のばらつきを補正する処理、撮像素子３０の出力値（輝度信号）を算出する処理、欠陥素子の補正処理、ゲイン制御処理等を行い、処理後の撮像データを画像メモリ５０へ記憶する。なお、撮像データを画像メモリ５０へ一時記憶することは必須ではなく、通信インタフェース部６０を介して外部（例えば、モニタ）へ出力することもできる。

通信インタフェース部６０は、ＮＴＳＣ等のアナログ映像方式、又はデジタル映像方式に対応した映像ケーブルを介して、例えば、モニタへ撮像データを出力する。

実施の形態２
実施の形態１では、断熱リングを用いる構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、レンズの外周面に断熱膜を形成することもできる。

図４は実施の形態２のレンズユニット１０の要部断面図である。図４に示すように、レンズ１１の外周面（すなわち、鏡筒１９に当接する部分）に樹脂膜１１ａを形成する。樹脂膜１１ａの材質は、断熱リング１３、１４と同じ材質のものを用いることができる。樹脂膜１１ａの熱伝導率は、例えば、約０．１〜０．３Ｗ／ｍＫのものを用いることができる。また、樹脂膜１１ａの膜厚も適宜設定することができる。同様に、レンズ１２の外周面（すなわち、鏡筒１９に当接する部分）に樹脂膜１１ａと同じ材質の樹脂膜１２ａを形成する。

これにより、レンズ１１、１２に保持された熱が鏡筒１９に伝わりにくくなり、外気温が低下して外気に面している鏡筒１９の温度が低下した場合でも、レンズ１１、１２の急激な温度変化を抑制することができる。これにより、鏡筒１９とレンズ１１、１２で囲まれた領域内の空気中の水蒸気は、主に鏡筒１９の内面に結露することになり、レンズ１１、１２の表面に生ずる結露を抑制することができる。

実施の形態３
実施の形態２では、レンズの外周面に断熱膜を形成する構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、レンズの外周面が当接する鏡筒内周面に断熱膜を形成することもできる。

図５は実施の形態３のレンズユニット１０の要部断面図である。図５に示すように、レンズ１１の外周面が当接する鏡筒１９の内周面に樹脂膜１９ａを形成する。樹脂膜１９ａの材質は、断熱リング１３、１４と同じ材質のものを用いることができる。樹脂膜１９ａの熱伝導率は、例えば、約０．１〜０．３Ｗ／ｍＫのものを用いることができる。また、樹脂膜１９ａの膜厚も適宜設定することができる。同様に、レンズ１２の外周面が当接する鏡筒１９の内周面に樹脂膜１９ａと同じ材質の樹脂膜１９ｂを形成する。

これにより、レンズ１１、１２に保持された熱が鏡筒１９に伝わりにくくなり、外気温が低下して外気に面している鏡筒１９の温度が低下した場合でも、レンズ１１、１２の急激な温度変化を抑制することができる。これにより、鏡筒１９とレンズ１１、１２で囲まれた領域内の空気中の水蒸気は、主に鏡筒１９の樹脂膜１９ａ、１９ｂが形成されていない内面に結露することになり、レンズ１１、１２の表面に生ずる結露を抑制することができる。

実施の形態４
実施の形態１では、断熱リングを用いる構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、レンズと鏡筒の間に空気層を形成することもできる。

図６は実施の形態４のレンズユニット１０の要部断面図である。図６に示すように、レンズ１１の外周面に、レンズ１１と鏡筒１９内周面との間に空気層を形成すべく凹部１１ｂを周設する。同等に、レンズ１２の外周面に、レンズ１２と鏡筒１９内周面との間に空気層を形成すべく凹部１２ｂを周設する。空気の熱伝導率は、約０．０２４Ｗ／ｍＫであり、レンズ１１、１２に保持された熱が鏡筒１９に伝わるのを抑制する。

これにより、レンズ１１、１２に保持された熱が鏡筒１９に伝わりにくくなり、外気温が低下して外気に面している鏡筒１９の温度が低下した場合でも、レンズ１１、１２の急激な温度変化を抑制することができる。これにより、鏡筒１９とレンズ１１、１２で囲まれた領域内の空気中の水蒸気は、主に鏡筒１９の内面に結露することになり、レンズ１１、１２の表面に生ずる結露を抑制することができる。

実施の形態５
図７は実施の形態５のレンズユニット１０の要部断面図である。図７に示すように、レンズ１１の外周面が当接する鏡筒１９の内周面に、レンズ１１と鏡筒１９内周面との間に空気層を形成すべく凹部１９ｃを周設する。同等に、レンズ１２の外周面が当接する鏡筒１９の内周面に、レンズ１２と鏡筒１９内周面との間に空気層を形成すべく凹部１９ｄを周設する。また、図７に示すように、レンズ１２の位置を調節すべくスペーサ２０を配置してもよい。この場合も、実施の形態４と同様に、レンズ１１、１２の表面に生ずる結露を抑制することができる。

以上説明したように、本発明にあっては、レンズに保持された熱が鏡筒に伝わりにくくなり、外気温が低下して外気に面している鏡筒の温度が低下した場合でも、レンズの急激な温度変化を抑制することができる。これにより、鏡筒とレンズで囲まれた領域内の空気中の水蒸気は、主に鏡筒の内面に結露することになり、レンズの表面に生ずる結露を抑制することができる。

上述の実施の形態１〜５では、硫化亜鉛、ゲルマニウムなどの遠赤外光を透過できる材質のレンズを用いたレンズユニットの例について説明したが、遠赤外光用に限定されるものではなく、本発明は、ガラスを用いた可視光用レンズを用いたレンズユニット、撮像装置についても適用することができる。

レンズ表面に発生する結露をさらに抑制するために、上述の実施の形態を組み合わせることも可能である。例えば、実施の形態２と実施の形態５とを組み合わせることもでき、あるいは、実施の形態３と実施の形態４とを組み合わせてもよい。

本発明の実施の形態に係るレンズユニットの構成を示す分解斜視図である。 本発明に係るレンズユニットの要部断面図である。 本発明に係るレンズユニットを備えた撮像装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２のレンズユニットの要部断面図である。 実施の形態３のレンズユニットの要部断面図である。 実施の形態４のレンズユニットの要部断面図である。 実施の形態５のレンズユニットの要部断面図である。

符号の説明

１０ レンズユニット（光学部材）
１１、１２ レンズ
１１ａ、１２ａ、１９ａ、１９ｂ 樹脂膜
１１ｂ、１２ｂ、１９ｃ、１９ｄ 凹部
１３、１４ 断熱リング
１５、１６ ストッパーリング
１７、２０ スペーサ
１８ ナット
１９ 鏡筒
３０ 撮像素子
４０ 画像処理部
５０ 画像メモリ
６０ 通信インタフェース部

Claims (8)

1. 鏡筒の内部にレンズを収納した光学部材において、
   レンズ外周面と鏡筒内周面との間に樹脂製の断熱部材を備えることを特徴とする光学部材。
2. 前記断熱部材は、
   前記レンズ外周面が当接する鏡筒内周面に形成された断熱膜であることを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
3. 前記断熱部材は、
   前記レンズ外周面に形成された断熱膜であることを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
4. 前記断熱部材の熱伝導率は、前記鏡筒の熱伝導率より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学部材。
5. 鏡筒の内部にレンズを収納した光学部材において、
   鏡筒内周面とレンズ外周面との間に空気層を形成してあることを特徴とする光学部材。
6. 前記レンズは、遠赤外光を透過するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学部材。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかの光学部材と、該光学部材を透過した光を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれかの光学部材を備え、車載カメラに取り付け可能にしてあることを特徴とする車載カメラ用鏡筒。

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