JP7239435B2 - 撮像装置、移動体、および撮像装置の製造方法 - Google Patents

撮像装置、移動体、および撮像装置の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、撮像装置、移動体、および撮像装置の製造方法に関する。
特許文献１には、撮像素子の取付基準面と撮像素子との間に挿入するスペーサの厚さによってピント調整を行う方法が開示されている。
特開２０００－９９８２号公報
しかし、特許文献１に開示された方法では、撮像素子を搭載する基板とスペーサを取付基準面へねじ止めする際に、ねじの締結力によってピント位置が変動したり、複数のねじが均等な力で締結されなければ、光軸が傾いたりするおそれがある。そのため、組立て時に注意を払う必要があった。
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、ピント調整を容易にし、且つ光軸ずれ（光軸の傾きに対する結像位置の変動）を少なくすることが可能な撮像装置、移動体、および撮像装置の製造方法を提供することにある。
本開示の撮像装置は、複数のレンズを保持し、筒状の外周にねじ溝と径方向外側に突出する突出部を有する鏡筒と、前記レンズを介して入射する被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を保持し、前記鏡筒の外周のねじ溝に螺合するように対応するねじ部を有する筐体と、前記鏡筒の外周のねじ溝と前記筐体のねじ部の間に位置する接着部材と、前記突出部と前記筐体との間に位置し、当該突出部により前記鏡筒の前記筐体への挿入方向に押圧付勢されるウェーブワッシャーと、を備える。前記ねじ溝は、前記複数のレンズからなる光学系の主平面と前記鏡筒の外周とが交差する位置を含む範囲に設けられている。
本開示の移動体は、上記の撮像装置を搭載する。
本開示の撮像装置の製造方法は、複数のレンズを保持し、筒状の外周にねじ溝と径方向外側に突出する突出部を有する鏡筒と、該鏡筒の外周のねじ溝に螺合するように対応するねじ部を有する筐体と、前記突出部と前記筐体との間に位置し、当該突出部により前記鏡筒の前記筐体への挿入方向に押圧付勢されるウェーブワッシャーと、を用意し、前記ねじ溝および前記ねじ部の少なくとも一方に、接着部材を塗布し、前記ねじ溝および前記ねじ部を螺合させてピント位置を調整し、前記接着部材を硬化させて前記鏡筒および前記筐体の位置を固定する。前記ねじ溝は、前記複数のレンズからなる光学系の主平面と前記鏡筒の外周とが交差する位置に設けられている。
本開示によれば、ピント調整を容易にし、且つ光軸ずれを少なくすることが可能な撮像装置、移動体、および撮像装置の製造方法を提供することができる。
一実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る撮像装置の構成例を示す断面図である。 一実施形態に係る撮像装置の温度変化による回転ずれについて説明する図である。 一実施形態に係る撮像装置の温度変化による回転ずれについて説明する図である。 一実施形態に係る撮像装置の回転中心について説明する図である。 一実施形態に係る撮像装置の光軸ずれ量を示すグラフである。 一実施形態に係る撮像装置の製造方法を示すフローチャートである。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。各図中、同一符号は、同一又は同等の構成要素を示している。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
図１に示すように、本開示の一実施形態に係る撮像装置１０は、移動体１に搭載されてよい。撮像装置１０が移動体１に搭載される場合、撮像装置１０は、移動体１の周辺の被写体を撮像してよい。撮像装置１０の撮像画像は、例えば、移動体１の周辺の物体（人、車両など）の検出に用いられる。
移動体１は、例えば、車両および航空機を含んでよい。車両は、例えば、自動車、産業車両、鉄道車両、生活車両、滑走路を走行する固定翼機などを含んでよい。自動車は、例えば、乗用車、トラック、バス、二輪車、トロリーバスなどを含んでよい。産業車両は、例えば、農業および建設向けの産業車両などを含んでよい。産業車両は、例えば、フォークリフト、ゴルフカートなどを含んでよい。農業向けの産業車両は、例えば、トラクター、耕耘機、移植機、バインダー、コンバイン、芝刈り機などを含んでよい。建設向けの産業車両は、例えば、ブルドーザー、スクレーバー、ショベルカー、クレーン車、ダンプカー、ロードローラなどを含んでよい。車両は、人力で走行するものを含んでよい。なお、車両の分類は、上述した例に限られない。例えば、自動車は、道路を走行可能な産業車両を含んでよい。複数の分類に同じ車両が含まれてよい。航空機は、例えば、固定翼機、回転翼機などを含んでよい。
図１に示す撮像装置１０は、レンズユニット１００と、撮像素子２００とを備える。
レンズユニット１００は、複数のレンズなどの光学部材を含む。レンズユニット１００が備えるレンズは、例えば、魚眼レンズなどの画角の広いレンズであってよい。レンズユニット１００は、被写体像を撮像素子２００の受光面に結像させる。
撮像素子２００は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサなどを含む。撮像素子２００の受光面上には、複数の画素（受光素子）が配列されている。撮像素子２００は、受光面上に結像された被写体像を撮像して撮像画像を生成する。撮像装置１０は、移動体１に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）、ディスプレイ、ナビゲーション装置などの外部装置に、撮像した画像を出力してよい。撮像装置１０は、撮像画像に対して、ホワイトバランス調整処理、露出調整処理、ガンマ補正処理などの所定の画像処理を施す機能を有していてもよい。
図１においては、撮像装置１０は、レンズユニット１００と撮像素子２００とからなる撮像系を１つ備える単眼カメラである例を示しているが、これに限られない。撮像装置１０は、複数の撮像系を備え、複数の撮像系が協働して、対象物を異なる視点から撮像するステレオカメラであってよい。撮像装置１０がステレオカメラである場合、例えば、２つのレンズユニット１００が、光軸が互いに平行になるようにして、移動体１の車幅方向に横並びに離間して配置される。したがって、複数の撮像系は、略同じ範囲を異なる視点から撮像する。撮像装置１０は、車両のフロントバンパー、フェンダーグリル、サイドフェンダー、ライトモジュール、ボンネットなどに固定されてよい。
次に、撮像装置１０の構成について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、撮像装置１０は、レンズユニット１００と、撮像素子２００と、筐体３００と、撮像素子２００を搭載した撮像基板２０１とを備える。
レンズユニット１００は、複数のレンズ１０１ａ～１０１ｅと、鏡筒１１０と、間隔環１２０ａ～１２０ｄと、リテーナ１３０とを備える。以下では、レンズ１０１ａ～１０１ｅを区別しない場合には、レンズ１０１という。また、間隔環１２０ａ～１２０ｄを区別しない場合には、間隔環１２０という。
レンズ１０１ａ～１０１ｅは、光軸ＯＡの方向に並んでいる。すなわち、レンズ１０１ａ～１０１ｅは、それぞれの光軸が光軸ＯＡに一致するように並んでいる。以下では、光軸方向から見た平面視において、光軸方向と直交する方向を径方向といい、光軸方向周りに周回する方向を周方向という。
レンズ１０１は、ガラス、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの樹脂で構成される。
鏡筒１１０は、複数のレンズ１０１ａ～１０５ｅよりも大きい開口１１１を有する筒状の部材である。鏡筒１１０は、その内部空間に複数のレンズ１０１を収容し、保持する。具体的には、鏡筒１１０は、開口１１１側から見て、レンズ１０１ｅ、レンズ１０１ｄ、レンズ１０１ｃ、レンズ１０１ｂ、およびレンズ１０１ａの順に、レンズ１０１ａ～１０１ｅを収容する。すなわち、複数のレンズ１０１のうち、レンズ１０１ｅが最も開口１１１側に位置する。また、複数のレンズ１０１のうち、レンズ１０１ａが最も開口１１１から離れた側（以下、「底側」という。）に位置する。鏡筒１１０は、鏡筒１１０の中心軸と光軸ＯＡとが略一致するように、複数のレンズ１０１を収容する。鏡筒１１０は、例えば、アルミ、ステンレスなどで構成される。
鏡筒１１０は、外周にねじ溝１１４を有する。筐体３００は、鏡筒１１０の外周のねじ溝１１４に螺合するように対応するねじ部（ねじ山）３０１を有する。撮像装置１０は、鏡筒１１０の外周のねじ溝１１４と筐体３００のねじ部３０１の間に位置する接着部材１５１を備える。具体的には、鏡筒１１０は、筐体３００に収容され、第１固定部１５０において筐体３００にねじ止めされて固定される。ねじ部３０１は、筐体３００の鏡筒１１０を収容する収容空間の内周面の第１固定部１５０に対応する位置に、形成される。また、鏡筒１１０の外周面の第１固定部１５０に対応する位置に、ねじ部３０１に螺合するねじ溝１１４が形成される。筐体３００の収容空間の内周面に形成されたねじ部３０１、および鏡筒１１０の外周面に形成されたねじ溝１１４の少なくとも一方に、接着部材１５１が塗布される。接着部材１５１は、例えば線膨張係数の小さい接着剤である。
鏡筒１１０を周方向に回転させつつ、筐体３００の収容空間に鏡筒１１０を挿入することで、筐体３００の収容空間の内周面に形成されたねじ部３０１と鏡筒１１０の外周面に形成されたねじ溝１１４とが螺合しつつ、鏡筒１１０が筐体３００の収容空間にねじ込まれる。複数のレンズ１０１によって結像される被写体像が、撮像素子２００の受光面上で合焦する位置に鏡筒１１０の位置が調整された上で、鏡筒１１０と筐体３００とが接着固定される。接着部材１５１が熱硬化接着剤である場合には、熱硬化接着剤を硬化させることにより、鏡筒１１０と筐体３００とが接着固定される。
レンズユニット１００と撮像素子２００との間には、フィルタ２０２が位置する。フィルタ２０２は、例えば、ＵＶ（Ultra Violet）／ＩＲ(Infrared）カットフィルタ、カラーフィルタ、またはローパスフィルタである。フィルタ２０２は、ＡＲ（Anti Reflection）コートされたガラス板であってもよい。フィルタ２０２は、支持部２０３により支持される。支持部２０３は、フィルタ２０２を支持する。支持部２０３は、撮像素子２００の受光面上に異物が付着しないように封止構造を有する。
鏡筒１１０の外周面には、径方向外側に突出する第１突出部１１２が形成されている。第１突出部１１２は、レンズユニット１００が筐体３００に収容された状態で、ウェーブワッシャー１４０を介して筐体３００と当接する。ウェーブワッシャー１４０は、筐体３００の収容空間への鏡筒１１０の挿入に伴い、鏡筒１１０の第１突出部１１２により鏡筒１１０の挿入方向に押圧付勢される。鏡筒１１０の回転による位置調整の際に、バックラッシュにより細かな調整が難しいことがある。その点、鏡筒１１０の第１突出部１１２と筐体３００との間に押圧付勢されたウェーブワッシャー１４０が位置することで、バックラッシュを軽減することができる。
鏡筒１１０の底側の内周面には、径方向内側に突出する第２突出部１１３が形成されている。第２突出部１１３における鏡筒１１０の内径は、最も底側に位置するレンズ１０１ａの外径よりも小さい。したがって、第２突出部１１３は、レンズ１０１ａを保持する保持体である。
間隔環１２０は、外径が鏡筒１１０の内径と略同じであり、内径が後述するレンズ１０１のレンズ部の外径と略同じである、環状の部材である。間隔環１２０は、鏡筒１１０内において、レンズ１０１を保持する保持体である。また、間隔環１２０は、レンズ１０１間の光軸方向の距離を調整するスペーサである。
間隔環１２０ａは、レンズ１０１ａの物体側（開口１１１側）の面とレンズ１０１ｂの像側（底側）の面との間に位置する。間隔環１２０ｂは、レンズ１０１ｂの物体側の面とレンズ１０１ｃの像側の面との間に位置する。間隔環１２０ｃは、レンズ１０１ｃの物体側の面に位置する。間隔環１２０ｄは、間隔環１２０ｃとレンズ１０１ｄの像側の面との間に位置する。レンズ１０１ｄの物体側の面に当接して、レンズ１０１ｅが位置する。間隔環１２０ａ～１２０ｄにより、鏡筒１１０に収容される複数のレンズ１０１間の光軸方向の間隔が調整される。
上述したように、鏡筒１１０は、複数のレンズ１０１の外径よりも大きな開口１１１を有する。また、鏡筒１１０は、底側の内周面に、径方向内側に突出し、最も底側に位置するレンズ１０１ａを保持可能な第２突出部１１３を有する。したがって、レンズ１０１ａ、間隔環１２０ａ、レンズ１０１ｂ、間隔環１２０ｂ、レンズ１０１ｃ、間隔環１２０ｃ、間隔環１２０ｄ、レンズ１０１ｄ、およびレンズ１０１ｅがこの順に、開口１１１側から鏡筒１１０内に挿入される。
保持部材としてのリテーナ１３０は、複数のレンズ１０１のうち最も開口１１１側に位置するレンズ１０１ｅに当接して、開口１１１側から複数のレンズ１０１を保持する。リテーナ１３０は、外周部１３１と、当接部１３２とを含む。
外周部１３１は、鏡筒１１０の外周面に固定される。例えば、外周部１３１は、図２に示すように、第２突出部１１３よりも開口１１１側の第２固定部１６０において、鏡筒１１０の外周面に固定される。外周部１３１は、例えば、鏡筒１１０にねじ止めされて固定される。この場合、鏡筒１１０の外周面の第２固定部１６０に対応する位置に、例えば、ねじ山が形成される。また、外周部１３１の内周面の第２固定部１６０に対応する位置に、鏡筒１１０の外周面に形成されたねじ山に螺合するねじ溝が形成される。リテーナ１３０を周方向に回転させつつ、リテーナ１３０を光軸方向に筐体３００に押し込むことで、リテーナ１３０が鏡筒１１０の外周面に固定される。
当接部１３２は、外周部１３１の開口１１１側の端部から径方向内側に延在する。当接部１３２は、リテーナ１３０が鏡筒１１０の外周面に固定された状態で、最も開口１１１側に位置するレンズ１０１ｅに当接して、複数のレンズ１０１を光軸方向に保持する。
撮像素子２００は、レンズ１０１を介して入射する被写体像を撮像する。筐体３００は、撮像素子２００を保持する。
次に、温度変化による接着部材１５１の熱膨張収縮に伴う回転ずれについて、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。接着部材１５１は、温度変化によって膨張又は収縮する。温度変化によるレンズユニット１００の回転ずれ量（レンズ回転角）θは、接着部材１５１の熱膨張収縮量Δｇと、ねじの呼び径Ｍを用いて、次式（１）で表される。
Figure 0007239435000001
本実施形態では、呼び径（鏡筒１１０の外径）Ｍを１２ミリとし、熱膨張収縮量Δｇを０.００２２ミリとする。この場合、式（１）によりレンズ回転角θは０．０２１度となる。よって、接着部材１５１の熱膨張収縮に伴い、レンズユニット１００は最大で０．０２１度傾く事が想定される。図３Ｂは、第１固定部１５０を拡大した図である。ねじのクリアランスについては、最悪のケースを想定し、図３Ｂに示すようにねじに当て付いた状態で計算している。ただし、実際は回転抑制が働くため、このようなケースになる事はないと考えられる。
図４に示すように、本実施形態では、撮像素子２００のセンサ面から像側主点Ｐまでの距離ｆは、空気換算距離で４．２８ミリである。第１固定部１５０におけるねじの締結位置（鏡筒１１０と筐体３００との接着固定位置）は、レンズユニット１００の回転中心Ｑとみなすことができる。回転中心の理想は像側主点Ｐである。像側主点Ｐを回転中心とすると、結像位置は変わらないからである。最悪の場合を想定して、第１固定部１５０におけるねじの締結位置をねじの勘合部の端とすると、像側主点Ｐと回転中心Ｑとの間の距離ｄは１．６２８ミリとなる。また、温度変化によるレンズ回転角θを０．０２１度とする。
接着部材１５１の温度変化に伴うレンズ回転角θを０．０２１度とした場合の光軸ずれ量を図５に示す。横軸は、撮像素子２００のセンサ面から回転中心Ｑまで距離である。縦軸は、光軸ずれ量である。図５から分かるように、第１固定部１５０におけるねじの締結位置（すなわち、回転中心Ｑ）を像側主点Ｐの近傍とすることにより、光軸ずれ量を少なくすることができる。したがって、図２，４に示すように、第１固定部１５０における鏡筒１１０の外周のねじ溝１１４は、複数のレンズ１０１からなる光学系の主平面(像側主点Ｐを通って光軸ＯＡに垂直な平面)と鏡筒１１０の外周とが交差する位置を含む範囲に設けられている。
例えば、レンズ１０１の光軸ＯＡにおける、鏡筒１１０の外周のねじ溝１１４と筐体３００のねじ部３０１とが螺合する範囲に対応する範囲に、複数のレンズ１０１のうちの撮像素子２００に最も近いレンズ１０１ａの像側の面を位置させることにより、回転中心Ｑを像側主点Ｐに近づけることができ、光軸ずれ量を少なくすることができる。図５のグラフを参照すると、例えば像側主点Ｐと回転中心Ｑとの間の距離ｄを上述の１．６２８ミリとした場合でも、光軸ずれ量を０．２４画素と少なくすることができる。両眼レンズの場合には、光軸ずれ量は０．２４画素の２つの二乗和平均をとり、０．０３４画素となる。
次に、撮像装置１０の製造方法について、図６を参照して説明する。
ステップＳ１０１では、複数のレンズ１０１を保持し、筒状の外周にねじ溝１１４を有する鏡筒１１０を用意する。また、ねじ溝１１４に螺合するように対応するねじ部３０１を有する筐体３００を用意する。ねじ溝１１４は、複数のレンズ１０１からなる光学系の主平面と鏡筒１１０の外周とが交差する位置に設けられている。
ステップＳ１０２では、ねじ溝１１４およびねじ部３０１の少なくとも一方に、接着部材１５１を塗布する。
ステップＳ１０３では、ねじ溝１１４およびねじ部３０１を螺合させて、ピント位置を調整する。撮像素子２００に最も近いレンズ１０１ａの像側の面は、レンズ１０１の光軸ＯＡにおける、鏡筒１１０の外周のねじ溝１１４と筐体３００のねじ部３０１とが螺合する範囲に対応する範囲に位置する。
ステップＳ１０４では、接着部材１５１を硬化させて、鏡筒１１０および筐体３００の位置を固定する。
このように、本実施形態において、撮像装置１０は、複数のレンズ１０１を保持し、筒状の外周にねじ溝１１４を有する鏡筒１１０を備える。また、撮像装置１０は、撮像素子２００を保持し、鏡筒１１０の外周のねじ溝１１４に螺合するように対応するねじ部３０１を有する筐体３００を備える。そのため、ねじ部３０１とねじ溝１１４とを螺合させながら鏡筒１１０を筐体３００の収容空間に挿入することができるため、ピント調整を容易に行うことが可能となる。
また、本実施形態において、鏡筒１１０の外周のねじ溝１１４は、複数のレンズ１０１からなる光学系の主平面と鏡筒１１０の外周とが交差する位置を含む範囲に設けられる。また、レンズ１０１の光軸ＯＡにおける、ねじ溝１１４とねじ部３０１が螺合する範囲に対応する範囲に、撮像素子２００に最も近いレンズ１０１ａの像側の面を配置してよい。かかる構成により、回転中心Ｑを像側主点Ｐに近づけることができるため、光軸ずれ量を少なくすることが可能となる。
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。
本開示において「第１」および「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」および「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１光学部材は、第２光学部材と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」および「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。
１ 移動体
１０ 撮像装置
１００ レンズユニット
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ レンズ
１０２ レンズ部
１０３ 平面部
１１０ 鏡筒
１１１ 開口
１１２ 第１突出部
１１３ 第２突出部（保持体）
１１４ ねじ溝
１２０，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ 間隔環（保持体）
１３０ リテーナ（保持部材）
１３１ 外周部
１３２ 保持部
１４０ ウェーブワッシャー
１５０ 第１固定部
１５１ 接着部材
１６０ 第２固定部
２００ 撮像素子
２０１ 撮像基板
２０２ フィルタ
２０３ 支持部
３００ 筐体
３０１ ねじ部

Claims (4)

  1. 複数のレンズを保持し、筒状の外周にねじ溝と径方向外側に突出する突出部を有する鏡筒と、
    前記レンズを介して入射する被写体像を撮像する撮像素子と、
    前記撮像素子を保持し、前記鏡筒の外周のねじ溝に螺合するように対応するねじ部を有する筐体と、
    前記鏡筒の外周のねじ溝と前記筐体のねじ部の間に位置する接着部材と、
    前記突出部と前記筐体との間に位置し、当該突出部により前記鏡筒の前記筐体への挿入方向に押圧付勢されるウェーブワッシャーと、を備え、
    前記ねじ溝は、前記複数のレンズからなる光学系の主平面と前記鏡筒の外周とが交差する位置を含む範囲に設けられている、撮像装置。
  2. 前記レンズの光軸における、前記鏡筒の外周のねじ溝と前記筐体のねじ部が螺合する範囲に対応する範囲に、複数のレンズのうちの前記撮像素子に最も近いレンズの像側の面が位置する、請求項１に記載の撮像装置。
  3. 請求項１又は２に記載の撮像装置を搭載する移動体。
  4. 複数のレンズを保持し、筒状の外周にねじ溝と径方向外側に突出する突出部を有する鏡筒と、該鏡筒の外周のねじ溝に螺合するように対応するねじ部を有する筐体と、前記突出部と前記筐体との間に位置し、当該突出部により前記鏡筒の前記筐体への挿入方向に押圧付勢されるウェーブワッシャーと、を用意し、
    前記ねじ溝および前記ねじ部の少なくとも一方に、接着部材を塗布し、
    前記ねじ溝および前記ねじ部を螺合させてピント位置を調整し、
    前記接着部材を硬化させて前記鏡筒および前記筐体の位置を固定し、
    前記ねじ溝は、前記複数のレンズからなる光学系の主平面と前記鏡筒の外周とが交差する位置に設けられている、撮像装置の製造方法。
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