透镜单元、拍摄装置以及移动体的制作方法

透镜单元、拍摄装置以及移动体
1.相关申请的相互参照
2.本技术主张2019年10月16日在日本技术的日本特愿2019-189728的优先权，并将该申请的全部内容援引于此以用于参照。
技术领域
3.本发明涉及透镜单元、拍摄装置以及移动体。


背景技术：

4.在专利文献1中，公开了将沿光轴方向排列的多个透镜容纳在镜筒内的镜筒装置(透镜单元)。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2003-222776号公报


技术实现要素：

8.本发明的透镜单元具有：多个透镜，沿光轴方向排列；镜筒；以及保持构件。镜筒具有大于所述多个透镜的外径的开口，容纳所述多个透镜。保持构件从所述镜筒的开口侧与所述多个透镜中的最靠开口侧的透镜抵接，来保持所述多个透镜。在所述多个透镜各自的物体侧的面以及像侧的面上，形成有从所述透镜的外缘向径向内侧延伸并与所述透镜的光轴方向垂直的平面部。所述多个透镜分别在所述平面部与保持体进行平面接触而被保持。所述保持构件沿所述光轴方向对所述多个透镜施力来保持所述多个透镜。
9.本发明的拍摄装置具有：透镜单元、以及拍摄元件。透镜单元具有：沿光轴方向排列的多个透镜、镜筒、以及保持构件。拍摄元件对由所述多个透镜成像的被拍摄体像进行拍摄。镜筒具有比所述多个透镜的外径更大的开口，容纳所述多个透镜。保持构件从所述镜筒的开口侧与所述多个透镜中的最靠物体侧的透镜抵接，来保持所述多个透镜。在所述多个透镜各自的物体侧的面以及像侧的面上，形成有从所述透镜的外缘向径向内侧延伸并与所述透镜的光轴方向垂直的平面部。所述多个透镜分别在所述平面部与保持体进行平面接触而被保持。所述保持构件沿所述光轴方向对所述多个透镜施力来保持所述多个透镜。
10.本发明的移动体具有：拍摄装置。拍摄装置具有：透镜单元、以及拍摄元件。透镜单元具有：沿光轴方向排列的多个透镜、镜筒、以及保持构件。拍摄元件对由所述多个透镜成像的被拍摄体像进行拍摄。镜筒具有比所述多个透镜的外径更大的开口，容纳所述多个透镜。保持构件从所述镜筒的开口侧与所述多个透镜中的最靠物体侧的透镜抵接，来保持所述多个透镜。在所述多个透镜各自的物体侧的面以及像侧的面上，形成有从所述透镜的外缘向径向内侧延伸并与所述透镜的光轴方向垂直的平面部。所述多个透镜分别在所述平面部与保持体进行平面接触而被保持。所述保持构件沿所述光轴方向对所述多个透镜施力来保持所述多个透镜。
附图说明
11.图1是表示具有本发明的一个实施方式的透镜单元的拍摄装置的结构例的图。
12.图2是表示图1所示的拍摄装置的结构例的剖视图。
13.图3a是用于说明一般的透镜单元中的透镜的保持的问题点的图。
14.图3b是用于说明一般的透镜单元中的透镜的保持的问题点的图。
15.图3c是用于说明一般的透镜单元中的透镜的保持的问题点的图。
16.图3d是用于说明一般的透镜单元中的透镜的保持的问题点的图。
17.图4是表示图2所示的透镜的结构例的俯视图。
18.图5是表示图2所示的多个透镜中的各个透镜与保持体平面接触的区域的一例的图。
具体实施方式
19.在上述那样的透镜单元中，需要稳定地保持容纳在镜筒内的透镜。根据本发明的一个方式，能够提高保持容纳在镜筒内的透镜的稳定性。
20.以下，参照附图对本发明的实施方式进行例示说明。在各图中，相同附图标记表示相同或同等的构成元素。另外，在以下的说明中使用的附图是示意性的图。附图上的尺寸比率等未必与现实一致。
21.如图1所示，具有本发明的一个实施方式的透镜单元100的拍摄装置10可以搭载于移动体1。在拍摄装置10搭载于移动体1的情况下，拍摄装置10可以对移动体1周围的被拍摄体进行拍摄。拍摄装置10的拍摄图像例如用于检测移动体1周围的物体(人、车辆等)。
22.移动体1例如可以包括车辆以及航空器。车辆例如可以包括汽车、工业车辆、铁道车辆、生活车辆、以及在跑道上行驶的固定翼机等。汽车例如可以包括客车、卡车、公共汽车、两轮车、以及无轨电车等。工业车辆例如可以包括农业以及建设用的工业车辆等。工业车辆例如可以包括叉车、以及高尔夫球车等。农业用的工业车辆例如可以包括拖拉机、耕种机、移植机、收割扎束机、联合收割机、以及割草机等。建设用的工业车辆例如可以包括推土机、铲土机、挖掘机、起重机车、翻斗车、以及压路机等。车辆可以包括靠人力行使的车辆。此外，车辆的分类并不限定于上述的例子。例如，汽车可以包括能够在道路上行驶的工业车辆。同一车辆可以包括在多个分类中。航空器例如可以包括固定翼机、以及旋转翼机等。
23.图1所示的拍摄装置10具有：透镜单元100、以及拍摄元件200。
24.透镜单元100包括多个透镜等的光学构件。透镜单元100所具有的透镜例如可以是鱼眼透镜等视角广的透镜。透镜单元100使被拍摄体像在拍摄元件200的受光面上成像。
25.拍摄元件200例如包括：ccd(charge coupled device：电荷耦合器件)图像传感器、cmos(complementary metal oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器等。在拍摄元件200的受光面上排列有多个像素(受光元件)。拍摄元件200对在受光面上成像的被拍摄体像进行拍摄而生成拍摄图像。拍摄装置10可以向搭载于移动体1的ecu(electronic control unit：电子控制单元)、显示器、导航装置等的外部装置输出拍摄到的图像。拍摄装置10也可以具有对拍摄图像实施白平衡调整处理、曝光调整处理、以及伽马校正处理等规定的图像处理的功能。
26.在图1中，虽然示出了拍摄装置10是具有一个由透镜单元100和拍摄元件200构成
的拍摄系统的单眼摄像头的例子，但并不限定于此。拍摄装置10可以是具有多个拍摄系统，多个拍摄系统通过协作来从不同的视点对对象物进行拍摄的立体摄像头。在拍摄装置10是立体摄像头的情况下，例如，两个透镜单元100在移动体1的车宽方向上以光轴互相平行的方式横向排列地分开配置。因此，多个拍摄系统从不同视点拍摄大致相同的范围。拍摄装置10可以固定于车辆的前保险杠、挡泥板格栅、侧挡泥板、灯模块、发动机罩等。
27.接下来，参照图2对拍摄装置10的结构进行说明。
28.如图2所示，透镜单元100具有：多个透镜101a～101e、镜筒110、间隔环120a～120d、以及保持器130。以下，在不区分透镜101a～101e的情况下，称为透镜101。另外，在不区分间隔环120a～120d的情况下，称为间隔环120。
29.透镜101a～101e沿光轴方向oa排列。即，透镜101a～101e以各自的光轴与光轴方向oa一致的方式排列。以下，在从光轴方向oa观察的俯视下，将与光轴方向oa正交的方向称为径向，将围绕光轴方向oa旋转的方向称为周向。
30.透镜101由玻璃、或者、聚碳酸酯(pc)、环烯烃聚合物(cop)、环烯烃共聚物(coc)以及聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等树脂制成。
31.镜筒110是具有大于多个透镜101a～105e的开口111的筒状的构件。镜筒110将多个透镜101容纳在其内部空间中。具体而言，当从开口111侧观察时，镜筒110按照透镜101e、透镜101d、透镜101c、透镜101b以及透镜101a的顺序容纳透镜101a～101e。即，在多个透镜101中，透镜101e最靠开口111侧。另外，在多个透镜101中，透镜101a位于最远离开口111的一侧(以下，称为“底侧”)。镜筒110以使镜筒110的中心轴方向与光轴方向oa大致一致的方式容纳多个透镜101。镜筒110例如由铝、不锈钢等制成。
32.镜筒110在外周上具有螺纹槽。框体11具有以与镜筒110的外周的螺纹槽螺合的方式对应的螺纹部。拍摄装置10具有位于镜筒110的外周的螺纹槽与框体11的螺纹部之间的粘接构件。具体而言，镜筒110容纳于拍摄装置10的框体11中，且在第一固定部141固定至框体11。镜筒110例如通过拧入框体11来固定。在该情况下，在框体11的容纳镜筒110的容纳空间的内周面的与第一固定部141对应的位置处形成有螺纹牙。另外，在镜筒110的外周面的与第一固定部141对应的位置处形成有与形成在框体11的容纳空间中的螺纹牙螺合的螺纹槽。在形成于框体11的容纳空间的内周面的螺纹牙以及形成于镜筒110的外周面的螺纹槽的至少一方上涂敷粘接构件。
33.通过使镜筒110沿周向旋转并将镜筒110插入到框体11的容纳空间中，从而形成于框体11的容纳空间的内周面的螺纹牙与形成于镜筒110的外周面的螺纹槽螺合，并且镜筒110被拧入到框体11的容纳空间中。在镜筒110的位置被调整到由多个透镜101成像的被拍摄体像在位于拍摄基板201上的拍摄元件200的受光面上对焦的位置之后，将镜筒110与拍摄装置10的框体11粘接固定。在粘接构件为热固化型粘接剂的情况下，通过使热固化型粘接剂固化，将镜筒110与框体11粘接固定。例如，如图2所示，第一固定部141可以在镜筒110的底侧的端部附近。
34.滤光器202位于透镜单元100与拍摄元件200之间。滤光器202例如是uv(ultra violet：紫外线)/ir(infrared：红外线)截止滤光器、滤色器、或者低通滤光器。滤光器202也可以是涂敷有ar(anti reflection：抗反射)涂层的玻璃板。滤光器202被支撑部203支撑。支撑部203支撑滤光器202。支撑部203具有密封结构，使得异物不会附着在拍摄元件200
的受光面上。
35.在镜筒110的外周面上形成有向径向外侧突出的第一突出部112。在透镜单元100容纳于框体11的状态下，第一突出部112经由防松垫圈(web washer)140与框体11抵接。伴随着镜筒110向框体11的容纳空间的插入，防松垫圈140被镜筒110的第一突出部112向镜筒110的插入方向推压。当通过镜筒110的旋转进行位置调整时，有时由于齿隙(back lash)而难以进行细微的调整。关于这一点，由于被推压的防松垫圈140位于镜筒110的第一突出部112与框体11之间，因此能够减小齿隙。
36.在镜筒110的底侧的内周面上形成有向径向内侧突出的第二突出部113。第二突出部113处的镜筒110的内径小于最靠底侧的透镜101a的外径。因此，第二突出部113是保持透镜101a的保持体。
37.间隔环120是外径与镜筒110的内径大致相同，且内径与后述的透镜101的透镜部的外径大致相同的环状的构件。间隔环120是在镜筒110内保持透镜101的保持体。另外，间隔环120是在光轴方向oa上位于相邻的透镜101之间，并调整相邻的透镜101之间的光轴方向oa的距离的间隔件。
38.间隔环120a位于透镜101a的物体侧(开口111侧)的面与透镜101b的像侧(底侧)的面之间。间隔环120b位于透镜101b的物体侧的面与透镜101c的像侧的面之间。间隔环120c位于透镜101c的物体侧的面上。间隔环120d位于间隔环120c与透镜101d的像侧的面之间。透镜101e与透镜101d的物体侧的面抵接。通过间隔环120a～120d来调整容纳于镜筒110的多个透镜101之间的光轴方向oa的间隔。
39.如上所述，镜筒110具有大于多个透镜101的外径的开口111。另外，镜筒110在底侧的内周面上具有向径向内侧突出且能够保持最靠底侧的透镜101a的第二突出部113。因此，透镜101a、间隔环120a、透镜101b、间隔环120b、透镜101c、间隔环120c、间隔环120d、透镜101d以及透镜101e依次从开口111侧插入到镜筒110内。
40.作为保持构件的保持器130与多个透镜101中的最靠开口111侧的透镜101e抵接，从开口111侧保持多个透镜101。保持器130包括：外周部131、以及抵接部132。
41.外周部131固定于镜筒110的外周面。例如，如图2所示，外周部131在比第一突出部112更靠开口111侧的第二固定部142固定于镜筒110的外周面。外周部131例如通过螺纹固定而固定于镜筒110。在该情况下，在镜筒110的外周面的与第二固定部142对应的位置，例如形成有螺纹牙。另外，在外周部131的内周面的与第二固定部142对应的位置，形成有与形成在镜筒110的外周面的螺纹牙螺合的螺纹槽。通过使保持器130沿周向旋转，并且将保持器130沿光轴方向oa压入到框体11中，从而将保持器130固定于镜筒110的外周面。
42.抵接部132从外周部131的开口111侧的端部向径向内侧延伸。在保持器130固定于镜筒110的外周面的状态下，抵接部132与最靠开口111侧的透镜101e抵接，从而将多个透镜101保持在光轴方向oa上。
43.接下来，更详细地说明本实施方式的透镜单元100中的透镜101的结构以及保持器130对多个透镜101的保持。首先，对将多个透镜保持在镜筒内的一般的透镜单元中的问题进行说明。
44.如上所述，镜筒例如由铝制成。另外，透镜例如由玻璃制成。在该情况下，在高温时，由铝制成的镜筒的膨胀比由玻璃制成的透镜的膨胀更大。因此，当达到高温时，镜筒在
径向上扩展，将透镜保持在光轴方向oa上的轴向力降低。其结果，有可能产生透镜的位置偏移等。另外，在低温时，由铝制成的镜筒与由玻璃制成的透镜相比大幅收缩。因此，作用于透镜的应力变大，有可能产生透镜的破坏或部件的变形等。
45.另外，如图3a所示，在一般的透镜单元中，透镜301的一个面的整个表面构成为曲面状(在图3a中，凸曲面状)。这样，在透镜301的整个表面是曲面状的情况下，难以稳定地保持透镜301。关于其理由，参照图3a～图3d进行说明。在图3a～图3d中，将透镜301的外径设为将容纳透镜301的镜筒310的内径设为将保持镜筒310内的透镜301的间隔环320的外径设为来进行说明。
46.如图3a所示，考虑透镜301的外径镜筒310的内径以及间隔环320的外径大致相同的情况。在该情况下，由于透镜301的一个面的整个表面是曲面状，因此，当从某个剖面观察时，透镜301与间隔环320不会成为线接触，而会成为点接触。因此，难以稳定地保持透镜301。
47.另外，如图3b所示，考虑间隔环320的外径小于透镜301的外径以及镜筒310的内径的情况。在该情况下，在镜筒310的内径与间隔环320的外径的径向的差的范围内，透镜301与间隔环320的接触点位移。因此，难以稳定地保持透镜301。
48.另外，如图3c所示，考虑透镜301的外径小于镜筒310的内径以及间隔环320的外径的情况。在该情况下，当从某个剖面观察时，透镜301与间隔环320只在一个点抵接。因此，难以稳定地保持透镜301。
49.另外，如图3d所示，考虑镜筒310由于高温而沿着径向膨胀的情况。在该情况下，例如，与图3a所示的情况相比，透镜301与间隔环320的接触点偏移。因此，导致透镜301的光轴也移位。
50.另外，通常，对透镜301的曲面部分进行了镜像加工。因此，透镜301与间隔环320之间的摩擦力变小，从而难以稳定地保持透镜301。
51.这样，在现有的透镜单元中，存在难以稳定地保持透镜301的问题。在本发明中，通过以下更详细地说明的多个透镜101以及保持器130的结构，使保持容纳在镜筒110内的多个透镜101的稳定性提高。首先，对保持器130的构造进行说明。
52.如上所述，保持器130具有：抵接部132，从固定于镜筒110的外周面的外周部131的开口111侧的端部向径向内侧延伸并与透镜101e抵接。如图2所示，抵接部132的光轴方向oa的宽度d2小于径向的宽度d1。即，抵接部132在光轴方向oa上形成为厚度较薄。通过这样的结构，抵接部132在光轴方向oa上具有弹性。其结果，通过抵接部132与最靠开口111侧的透镜101e抵接，保持器130能够沿光轴方向oa对多个透镜101施力来保持多个透镜101。
53.通过由保持器130沿光轴方向oa对多个透镜101施力来保持多个透镜101，从而在低温时能够吸收因镜筒110的收缩而作用于多个透镜101的应力。其结果，能够防止低温时的透镜101的破坏或者部件的变形等，从而能够稳定地保持容纳在镜筒110内的多个透镜101。
54.另外，通过由保持器130沿光轴方向oa对多个透镜101施力来保持多个透镜101，从而在高温时能够补偿因镜筒110的膨胀而作用于多个透镜101的轴向力的下降。其结果，能够防止高温时的透镜101的位置偏移等，从而能够稳定地保持容纳在镜筒110内的多个透镜101。
55.保持器130(抵接部132)的光轴方向oa的弹簧常数是基于构成透镜101的构件的线膨胀系数、透镜101的尺寸、构成镜筒110的构件的线膨胀系数、镜筒110的尺寸、构成保持器130的构件的强度等各种参数而确定的。总之，只要以具有如下的弹簧常数的方式来设计保持器130即可：在低温时，吸收因镜筒110的收缩而作用于多个透镜101的应力，在高温时，能够补偿因镜筒110的膨胀而降低的轴向力。
56.接下来，参照图2、4对透镜101的结构进行说明。在图4中，示出了从光轴方向oa观察透镜101的一个表面的状态。
57.在本实施方式中，透镜101具有：透镜部102、以及平面部103。
58.如图4所示，透镜部102位于透镜101的中央部分。透镜部102具有凸曲面或者凹曲面。透镜部102在凸曲面或者凹曲面中使光折射而发散或会聚。
59.平面部103从透镜101的外缘沿径向延伸，以包围透镜部102的方式位于透镜部102的周围。即，平面部103是环状。如图2所示，平面部103是与透镜101的光轴方向oa垂直的平面。透镜101在物体侧的面和像侧的面上分别具有透镜部102和平面部103。透镜101通过在平面部103与保持体进行平面接触而被保持。
60.例如，作为保持体的第二突出部113具有与光轴方向oa垂直的平面。透镜101a通过第二突出部113的与光轴方向oa垂直的平面与形成于透镜101a的像侧的面的平面部103进行平面接触而被保持。另外，作为保持体的间隔环120a在透镜101a侧以及透镜101b侧的两面均具有与光轴方向oa垂直的平面。透镜101a通过形成在间隔环120a的一个面的与光轴方向oa垂直的平面和形成在101a的物体侧的面的平面部103进行平面接触而被保持。其他透镜101b～101e也与透镜101a同样地，通过形成于物体侧的面以及像侧的面的平面部103和保持体的与光轴方向oa垂直的平面进行平面接触而被保持。此外，最靠开口111侧的透镜101e通过作为保持体的保持器130的抵接部132与物体侧的面的平面部103抵接而被保持。
61.保持透镜101的保持体的与光轴方向oa垂直的平面形成为不与透镜101的透镜部102抵接。由此，能够在不妨碍透镜部102中的光的行进的情况下保持透镜101。
62.由于透镜101通过与保持体(保持器130、第二突出部113、间隔环120或者其他透镜101)进行平面接触而被保持，因此能够增加透镜101与保持体之间的接触面积，另外，能够使轴向力的传递稳定化。另外，由于透镜101与保持体进行平面接触，因此即使发生因高温而引起的镜筒110的膨胀，也不会发生保持体与透镜101的接触点在光轴方向oa上的位移。其结果，保持透镜101的稳定性提高。
63.另外，在本实施方式中，多个透镜101的外径相同。由于多个透镜101的外径相同，因此能够使镜筒110的内径也保持恒定。由于镜筒110的内径恒定，因此多个间隔环120的尺寸也可以相同。因此，能够简化构成透镜单元100的部件的形状。
64.另外，由于镜筒110的内径均匀，因此将多个透镜101保持在光轴方向oa上的轴向力沿着光轴方向oa直线地传递到各个透镜101。因此，轴向力的损失减小，从而能够提高保持多个透镜101的稳定性。
65.另外，作为透镜101的由保持体保持的部分(座面)，在透镜101的两面形成与光轴方向oa垂直的平面即平面部103，由此能够使座面的厚度增加。通过使座面的厚度增加，能够减轻座面的挠曲，从而能够提高保持透镜101的稳定性。
66.如上所述，透镜101a～101e分别通过在平面部103与作为保持体的保持器130、第二突出部113、其他透镜101或者间隔环进行平面接触而被保持。
67.将透镜101a与第二突出部113进行平面接触的区域的外径设为将内径设为将透镜101a与间隔环120a进行平面接触的区域的外径设为将内径设为另外，将透镜101b与间隔环120a进行平面接触的区域的外径设为将内径设为以下，类似地，将最靠物体侧的透镜101(在图2的例子中，透镜101e)与保持器130进行平面接触的区域的外径设为将内径设为此时，可以满足以下的式子。
[0068][0069]
在上述的式子中，如果将透镜101与保持体进行平面接触的区域的外径设为将内径设为则是指，在图2所示的剖视图中，从相当于外径的部分中除去相当于内径的部分得到的部分。
[0070]
如果换句话来解释上述的式子，在从光轴方向oa观察时，多个透镜101分别与保持体进行平面接触的区域可以至少一部分重叠。即，如图5所示，如果将透镜101a与第二突出部113进行平面接触的区域设为r1，以下类似地，将最靠物体侧的透镜101e与透镜101d进行平面接触的区域设为r
n－1
，将透镜101e与保持器130进行平面接触的区域设为rn，则从光轴方向oa观察时，可以存在所有区域r1，
···
区域r
n－1
，rn共同重叠的部分。
[0071]
通过这样的结构，即使多个透镜101的外径不同，将多个透镜101保持在光轴方向oa上的轴向力也沿着光轴方向oa直线地传递到各个透镜101。因此，能够减小对各部件的应力。
[0072]
这样，在本实施方式中，透镜单元100具有：沿光轴方向oa排列的多个透镜101；镜筒110；以及作为保持构件的保持器130。镜筒110具有大于多个透镜101的外径的开口111，并容纳多个透镜101。保持器130从镜筒110的开口111侧与多个透镜101中的最靠开口111侧的透镜101e抵接，来保持多个透镜101。在多个透镜101各自的物体侧的面以及像侧的面上，形成有从透镜101的外缘向径向内侧延伸并与透镜101的光轴方向oa垂直的平面部103。多个透镜101分别在平面部103与保持体进行平面接触而被保持。保持器130沿光轴方向oa对多个透镜101施力来保持多个透镜101。
[0073]
通过由保持器130沿光轴方向oa对多个透镜101施力来保持多个透镜101，从而在低温时，能够吸收因镜筒110的收缩而作用于多个透镜101的应力。另外，在高温时，能够补偿因镜筒110的膨胀而作用于多个透镜101的轴向力的下降。另外，通过透镜101的平面部103与保持体进行平面接触来保持透镜101，从而能够实现接触面积的增加以及轴向力的稳定的传递，并且不易引起因镜筒110的膨胀等而导致的光轴偏移。因此，能够提高保持容纳在镜筒110内的多个透镜101的稳定性。
[0074]
基于各附图以及实施例对本发明的一个实施方式进行了说明，但应该注意的是，本领域技术人员能够容易地基于本发明进行各种变形以及修正。因此，这些变形以及修正也包含在本发明的范围内。
[0075]
附图标记的说明：
[0076]
1 移动体
[0077]
10 拍摄装置
[0078]
11 框体
[0079]
100 透镜单元
[0080]
101、101a、101b、101c、101d、101e 透镜
[0081]
102 透镜部
[0082]
103 平面部
[0083]
110 镜筒
[0084]
111 开口
[0085]
112 第一突出部
[0086]
113 第二突出部(保持体)
[0087]
120、120a、120b、120c、120d 间隔环(保持体)
[0088]
130 保持器(保持构件)
[0089]
131 外周部
[0090]
132 保持部
[0091]
140 防松垫圈
[0092]
141 第一固定部
[0093]
142 第二固定部
[0094]
200 拍摄元件
[0095]
201 拍摄基板
[0096]
202 滤光器
[0097]
203 支撑部