(57)【要約】【課題】撮像装置において、高い気密性を有しつつ、組立時の処理による画質の低下を抑制した構成とする。【解決手段】撮像装置において、フロントケースと、前記フロントケースと連結されるリアケースと、前記フロントケースと前記リアケースとにより形成される内部空間に収容され、撮像素子を搭載した基板と、レンズを保持し、前記フロントケースにより支持されるレンズ枠と、前記フロントケースと前記レンズ枠との間に配置されたシール部材と、を備え、前記フロントケースは、被写体側の端部近傍の光軸に略平行な第１対向面が、前記レンズ枠の光軸に略平行な第２対向面と空隙を有して対向し、前記第１対向面、及び前記第２対向面の少なくとも一方が凹部を有し、前記シール部材は、前記凹部に配置され、前記フロントケースと前記リアケースとが超音波溶着されている、構成とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロントケースと、
前記フロントケースと連結されるリアケースと、
前記フロントケースと前記リアケースとにより形成される内部空間に収容され、撮像素子を搭載した基板と、
レンズを保持し、前記フロントケースにより支持されるレンズ枠と、
前記フロントケースと前記レンズ枠との間に配置されたシール部材と、を備え、
前記フロントケースは、被写体側の端部近傍の光軸に略平行な第１対向面が、前記レンズ枠の光軸に略平行な第２対向面と空隙を有して対向し、
前記第１対向面及び前記第２対向面の少なくとも一方が凹部を有し、
前記シール部材は、前記凹部に配置され、
前記フロントケースと前記リアケースとが超音波溶着されている、
撮像装置。
【請求項２】
前記レンズ枠は、光軸に略垂直な方向における３箇所以上の位置における点接触で前記レンズを支持する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記フロントケースは、前記第１対向面から連続した撮像素子側の面に拡径方向の傾斜面を有する、
請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、撮像装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レンズを保持するレンズ枠と、撮像素子が搭載された基板とがケースに収容された撮像装置がある。近年、このような撮像装置が自動車に搭載されることが増加している。このような車載用の撮像装置では、雨風に曝された状態で使用されることになるため、高い防水性能が求められる。高い防水性能を得るために、例えば、フロントケースとリアケースとを溶着により密封可能に連結させ、さらにレンズとケースとの間に防水用のシール部材を配置する構成の撮像装置がある。例えば、特許文献１には、レンズバレルと外装ケースとの間にパッキンを配置し、フロントケースとリアケースとを超音波溶着する構成の撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６４４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の構成の撮像装置では、フロントケースとリアケースとを溶着しない構成と比較して高い防水性能を得ることができる。しかし、パッキンが被写体側の端部よりも撮像素子側に配置されているため、超音波溶着を行う際の振動がレンズに伝搬し、レンズの位置がずれることがある。レンズの位置がずれてしまうと焦点が変化し、撮像する画像の画質が低下してしまう。そこで、高い防水性能を得つつ、画質の低下を抑制可能な構成の撮像装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題などを解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。
【０００６】
本発明の一の手段は、
フロントケース（１）と、
前記フロントケースと連結されるリアケース（７）と、
前記フロントケースと前記リアケースとにより形成される内部空間に収容され、撮像素子を搭載した基板（５１、５２）と、
レンズを保持し、前記フロントケースにより支持されるレンズ枠（２）と、
前記フロントケースと前記レンズ枠との間に配置されたシール部材（４）と、を備え、
前記フロントケースは、被写体側の端部近傍の光軸に略平行な第１対向面（１１）が、前記レンズ枠の光軸に略水平な第２対向面（２１）と空隙を有して対向し、
前記第１対向面及び前記第２対向面の少なくとも一方が凹部（２２）を有し、
前記シール部材（４）は、前記凹部（２２）に配置され、
前記フロントケースと前記リアケースとが超音波溶着されている、
撮像装置である。
【０００７】
上記構成の撮像装置では、フロントケースとリアケースとの超音波溶着の際に大きな振動エネルギーが発生してレンズに振動が伝搬しやすいフロントケースの被写体側の端部近傍とレンズ枠との間に、シール部材が配置された構成としている。そのため、超音波溶着の際の振動がレンズ枠に伝搬しづらい構成にすることができる。これにより、レンズ枠に保持されたレンズが位置ずれを起こしてしまうことを抑制することができ、焦点が撮像素子からずれてしまうことを抑制することができる。ひいては、焦点のずれに起因する撮像した画像の画質の低下を防止することができる。
【０００８】
上記撮像装置において、好ましくは、
前記レンズ枠は、光軸に略垂直な方向における３箇所以上の位置における点接触で前記レンズを支持する。
【０００９】
上記構成の撮像装置によれば、レンズ枠が、３箇所以上の点接触でレンズを保持しているため、超音波溶着の際の振動によりレンズが位置ずれを起こすことをより効果的に抑制することができる。これにより、焦点が撮像素子からずれてしまうことをより効果的に抑制し、焦点のずれに起因する撮像した画像の画質の低下を防止することができる。
【００１０】
上記撮像装置において、好ましくは、
前記フロントケースは、前記第１対向面から連続した撮像素子側の面に拡径方向の傾斜面（１２）を有する。
【００１１】
上記構成の撮像装置によれば、フロントケースの内径に対してやや外径が大きいシール部材と組み付けられたレンズ枠を、フロントケースに組み込むことを容易にした構成となる。これにより、レンズ枠とフロントケースとがシール部材を介して高い密封性で連結され、密封性をさらに高めた構成にすることができ、より高い防水性及び防塵性を備えた構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、撮像装置をフロント側から見た外観斜視図である。
【図２】図２は、撮像装置をフロント側から見た平面図である。
【図３】図３は、撮像装置の断面図である。
【図４】図４は、撮像装置の断面図である。
【図５】図５は、シール部材を配置した箇所の断面図である。
【図６】図６は、超音波溶着をする前のフロントケース及びリアケースの溶着部分の拡大図である。
【図７】図７は、超音波溶着をした後のフロントケース及びリアケースの溶着部分の拡大図である。
【図８】図８は、フロント側から見たときのレンズ及びレンズ枠の平面図である。
【図９】図９は、レンズとレンズ枠との接触部分の拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の撮像装置は、ケース内部にレンズ枠を組み込みフロントケースとリアケースとを超音波溶着し、レンズ枠とフロントケースとがシール部材を介して密封された構成であって、フロントケースの被写体側の端部近傍の凹部にシール部材が配置された構成になっている点を特徴のひとつとする。
【００１４】
本発明の具体的な構成例としての実施形態について、以下の構成にしたがって説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。
１．実施形態
２．補足事項
【００１５】
なお、本明細書では、撮像装置に搭載されたレンズの中心位置であって、撮像素子に入射する光の中心位置を「光軸」と称する。レンズに対して撮像素子とは反対側に位置する撮像対象を「被写体」と称する。撮像素子に対して被写体が位置する方向を「光軸方向前方」、「フロント側」または「被写体側」と称し、被写体に対して撮像素子が位置する方向を「光軸方向後方」、「リア側」または「撮像素子側」と称する。
【００１６】
＜１．実施形態＞
本発明の一実施形態について、図１〜図９を参照しながら説明する。図１及び図２は撮像装置の外観図であって、図１はフロント側から見た斜視図、図２はフロント側から見た平面図である。図３及び図４は、撮像装置の断面図であるが、断面の位置が異なる。図３は、光軸を含む位置での断面図である。図４は、光軸からずれた位置での断面図である。図５は、シール部材４を配置したレンズ枠２及びフロントケース１の連結部分の断面図である。図６及び図７は、フロントケース１及びリアケース７の超音波溶着部分の拡大図であって、図６は超音波溶着前の図、図７は超音波溶着後の図である。図６及び図７は、図３及び図４の「Ａ」の位置の拡大図である。図８は、フロント側から見たときのレンズ２ａ及びレンズ枠２の平面図である。図９は、図８におけるレンズ２ａとレンズ枠２との接触部分の拡大図である。
【００１７】
各図面にはｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を示している。レンズの光軸に平行な軸であって、撮像素子から見て被写体へ向いている軸を「ｚ軸」と定義する。ｚ軸に垂直な軸を「ｘ軸」と定義する。また、ｚ軸およびｘ軸の両方に垂直な軸を「ｙ軸」と定義する。ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は３次元の直交座標を形成する。以下、ｚ軸の矢印方向をｚ軸＋側、矢印とは逆方向をｚ軸−側と呼ぶことがあり、その他の軸についても同様である。つまり、ｚ軸に沿って、ｚ軸＋側が「リア側」または「光軸方向後方」であり、ｚ軸−側が「フロント側」または「光軸方向前方」である。
【００１８】
図示されるように、本実施形態の撮像装置は、フロントケース１、レンズ枠２、フランジ３、シール部材４、第１基板５１、第２基板５２、フレキシブル基板５３、シールド板６、及びリアケース７を含んで構成される。
【００１９】
＜フロントケース１＞
フロントケース１は、リアケース７と共に撮像装置の筐体（ケース）を形成する部材であって、金属または樹脂などで形成される。フロントケース１は、光軸方向前方に、光軸を中心とする開口部を有する。この開口部には、レンズ枠２に保持されたレンズ２ａなどが位置する。フロントケース１の光軸方向後方は、リアケース７と連結可能に開放されており、光軸を覆うように略矩形状の周面を有している。具体的には後述するが、フロントケース１は、リアケース７と超音波溶着される。フロントケース１とリアケース７とが連結されることで、レンズ枠２、フランジ３、第１基板５１、第２基板５２、フレキシブル基板５３、及びシールド板６などを収容する内部空間が形成される。
【００２０】
フロントケース１とレンズ枠２との間には、シール部材４が配置される。具体的には、図５に示されるように、フロントケース１の被写体側の端部近傍の、光軸に略垂直な垂直面１１にシール部材４が接するよう配置される。
【００２１】
図４に示されるように、フロントケース１は、光軸方向後方（ｚ軸＋側）に延びるよう形成された延伸部１７を有する。延伸部１７には、ねじ８を挿入可能なねじ孔が形成されている。フロントケース１の延伸部１７のねじ孔にねじ８が挿入されることで、フランジ３がフロントケース１に固定される。ねじ８とフランジ３との間には、ゴムなどの弾性体で形成された座金（ワッシャー）８１が配置される。なお、座金８１は、振動の伝達を抑制可能な防振部材または振動抑制部材であれば、他の部材に置き換えてもよい。
【００２２】
＜レンズ枠２＞
レンズ枠２は、レンズ２ａを含む１以上の光学部材を保持し、光軸方向に伸びる円筒状の部材である。レンズ枠２は、フロントケース１により支持される。レンズ枠２は、フランジ３を介してフロントケース１により支持されてもよい。
【００２３】
レンズ枠２は、フロントケース１の垂直面１１に対向する、光軸に略垂直な垂直面２１を有する。垂直面２１には、径方向に円環状に窪むよう凹部２２が形成されている。つまり、凹部２２は周方向に延びる溝状に形成されている。凹部２２には、シール部材４が配置される。シール部材４は、レンズ枠２の凹部２２の径方向の面に接している。シール部材４は、凹部２２の光軸方向の面に接していてもよい。ただし、シール部材４が光軸方向前方及び後方の面の双方に接するよう配置されると、シール部材４が熱などで膨張した際にシール部材４が破損することがあるため、光軸方向の一方の面にのみ接するよう配置される。
【００２４】
レンズ枠２に保持される光学部材には、１以上のレンズの他に、スペーサ、口径板、及び光学フィルタなどが含まれる。レンズは、ガラスまたはプラスチック等の透過性を有する素材で形成され、光軸方向前方からの光を屈折させながら光軸方向後方に透過させる。スペーサは、光軸方向に適度な厚みを有する板状で円環状の部材であり、各レンズの光軸方向の位置を調整する。スペーサは、光軸を含む中心部に開口部を有する。口径板は、通過する光の最外位置を決める。光学フィルタは、所定の波長の光を抑制または遮蔽する。これらの光学部材の数及び種類は、任意に変更可能である。
【００２５】
撮像装置の組み立ての際、レンズ枠２は、シール部材４を組み付けた状態で、撮像素子側（リア側）から被写体側（フロント側）に向かって、フロントケース１に組み込まれる。このとき、最外周にはシール部材４が位置し、シール部材４がフロントケース１の傾斜面１２に接触しながら、被写体側に圧入されていく。
【００２６】
図９に示されるように、レンズ枠２は、光軸に垂直な径方向にリブ状に突出する凸部２ｂを有している。凸部２ｂは、周方向に均等な感覚で６つ形成される。すなわち、凸部２ｂは、６０°間隔で形成される。このレンズ枠２の凸部２ｂはレンズ枠２と点接触している。つまり、レンズ枠２は、光軸に垂直な方向において６箇所で点接触することで、レンズ２ａを径嵌合により支持する。なお、レンズ枠２は６箇所の凸部２ｂのうちの３箇所以上でレンズ２ａと接していればよく、すべての凸部２ｂがレンズ２ａに接していなくてもよい。
【００２７】
＜シール部材４＞
シール部材４は、ゴムなどの弾性部材により形成された円環状の部材である。シール部材４は、レンズ枠２に形成された凹部２２に配置され、組み立てられた状態ではフロントケース１とレンズ枠２との間に配置される。シール部材４は、光軸に垂直な径方向に圧縮された状態で配置され、フロントケース１とレンズ枠２とを隙間無く連結させ、水分や塵埃などがケース内部に侵入することを抑制するよう作用する。
【００２８】
＜リアケース７＞
リアケース７は、フロントケース１と共に撮像装置の筐体（ケース）を形成する部材であって、フロントケース１同様、金属または樹脂などで形成される。リアケース７は、フロントケース１よりも光軸方向後方に配置される。上記のように、フロントケース１と連結されることで、レンズ枠２、フランジ３、第１基板５１、第２基板５２、及びシールド板６などを収容する内部空間を形成する。リアケース７の光軸方向前方は、フロントケース１の光軸方向後方と略同形状であり、フロントケース１と超音波溶着される。
【００２９】
＜フロントケース１とリアケース７との超音波溶着＞
超音波溶着される前の図６に示されるように、フロントケース１は、光軸方向後方の端面１６、光軸に垂直な面１５及び１３、並びに面１５と面１３とを繋ぐ傾斜面１４を含む。リアケース７は、光軸方向前方の端面７１及び７３、並びに端面７１と端面７３とを繋ぐ、光軸に垂直な面７２を含む。フロントケース１の端面１６と、リアケース７の端面７３とは光軸方向に対向している。フロントケース１の面１５と、リアケース７の面７２とは、光軸に垂直な方向に対向している。フロントケース１の傾斜面１４は、リアケース７の端面７１と面７２とで形成される角に対向している。
【００３０】
超音波溶着された状態の図７に示されるように、外部から超音波が与えられると、リアケース７の端面７１と面７２とで形成される角を含む融着箇所周辺が溶解して広がって、フロントケース１とリアケース７との隙間を埋める。これにより、フロントケース１とリアケース７とが超音波溶着される。
【００３１】
＜フランジ３＞
フランジ３は、フロントケース１及びリアケース７の内部空間に配置され、リアケース７、及びレンズ枠２と連結される。フランジ３は、レンズ枠２と径方向にねじ嵌合する。フランジ３は、リアケース７にねじ止めされる。
【００３２】
＜第１基板５１＞
第１基板５１は、撮像素子５１１が搭載されたリジッド基板である。第１基板５１には、撮像素子５１１以外の電子部品が搭載されてもよい。第１基板５１の光軸方向前方の面には撮像素子５１１が搭載されているため、撮像時に撮像素子５１１に光が照射されるよう、第１基板５１は光軸に垂直な平面に沿って配置される。第１基板５１と第２基板５２とは、フレキシブル基板などで電気的に接続される。第１基板５１は、ねじなどでフランジ３と連結されて位置が固定される。
【００３３】
＜撮像素子５１１＞
撮像素子５１１は、照射された光を電気信号に変換する光電変換素子であって、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサである。ただし、撮像素子５１１は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサに限定されるものではない。撮像素子５１１は、レンズ枠２に保持されたレンズ等を通過した光を受光して電気信号に変換する。撮像素子５１１により取得された電気信号は、第１基板５１及び第２基板５２に搭載された電子部品により所定の電気処理または信号処理が施された後、撮像装置の外部に画像データとして出力される。
【００３４】
＜第２基板５２＞
第２基板５２は、電子部品を搭載したリジッド基板である。第２基板５２は、第１基板５１と同様、光軸に垂直な平面に沿って配置される。つまり、第１基板５１と第２基板５２とは、互いに平行に配置される。第２基板５２は、第１基板５１よりも、光軸方向後方に配置されている。第２基板５２は、ねじなどでフロントケース１と連結されて位置が固定される。第２基板５２はさらに、シールド板６と連結される。第１基板５１と第２基板５２とは、フレキシブル基板５３を介して電気的に接続されている。
【００３５】
なお、第２基板５２は撮像装置において必須の構成ではなく、第１基板５１のみを有する構成としてもよい。また、第２基板５２に加え、電子部品を搭載する基板をさらに有する構成としてもよい。
【００３６】
＜シールド板６＞
シールド板６は、導電性を有する金属などの板状の部材により形成される。シールド板６は、フロントケース１とリアケース７とで形成される内部空間に、第１基板５１及び第２基板５２を覆うよう配置される。シールド板６は、接地電位に電気的に接続されることが好ましい。シールド板６は、第２基板５２と連結されて位置固定される。
【００３７】
＜組立手順＞
ここで、本実施形態の撮像装置の組立手順について説明する。まず、フランジ３に、レンズ２ａを保持したレンズ枠２がねじ嵌合される。次に、フランジ３に第１基板５１がねじ等で連結される。ここで、撮像素子５１１に対する、レンズ２ａを含むレンズの位置を調整することで、焦点の調整を行う。次に、フロントケース１にシール部材４を介在させてレンズ枠２を径嵌合させ、ねじ８でフロントケース１にフランジ３が連結され、第２基板５２とフロントケース１とがねじ等で連結される。次に、シールド板６が光軸方向後方から挿入されることで第２基板５２と連結される。次に、フロントケース１とリアケース７とが仮連結され、超音波溶着により強固に連結される。
【００３８】
ここで、フロントケース１がリアケース７と超音波溶着される際、フロントケース１の光軸方向前方の位置（シール部材４が配置された位置）が、レンズ枠２に対して与える振動エネルギーが大きくなる位置であることがシミュレーション等により確認された。これは、以下のような現象に起因すると考えられる。すなわち、フロントケース１とリアケース７とが超音波溶着される際には、超音波振動がフロントケース１及びリアケース７に与えられる。このとき、フロントケース１からレンズ枠２及びレンズ２ａへ伝搬する振動は、光軸方向前方のシール部材４を介した経路、及び延伸部１７からフランジ３を介した経路が、主な伝搬経路となる。ここで、延伸部１７からフランジ３を介する部分は、フロントケース１の光軸方向前方のシール部材４が配置された部分よりも比較的厚く形成されており、レンズ枠２への振動の伝搬がある程度抑制される。つまり、フロントケース１の光軸方向前方の位置が、レンズ枠２への振動の主な伝搬経路となる。よって、この位置での振動伝搬の抑制が、超音波溶着時の振動に起因するレンズ２ａの位置のずれを抑制するのに効果的である。
【００３９】
本実施形態の撮像装置は、超音波溶着の際に大きな振動エネルギーが発生するフロントケース１の被写体側の端部近傍の垂直面１１と、これに対向するレンズ枠２の垂直面２１との間に設けられた凹部２２に、シール部材４が配置されている。そのため、フロントケース１とリアケース７とを超音波溶着する際の振動がシール部材４によって抑制され、レンズ枠２に伝搬しづらい構成となる。これにより、レンズ枠２に保持されたレンズ２ａ等が位置ずれを起こしてしまうことを抑制することができ、焦点が撮像素子５１１からずれてしまうことを抑制することができる。ひいては、焦点のずれに起因する撮像した画像の画質の低下を防止した撮像装置を構成することができる。
【００４０】
なお、実施形態では、凹部２２がレンズ枠２の垂直面２１に形成されたが、シール部材４が配置される凹部は、フロントケース１の垂直面１１に形成されてもよい。または、凹部２２に加え、フロントケース１の垂直面１１にも凹部が形成され、これらの凹部にシール部材４が配置される構成としてもよい。これらの構成にしたとしても、上記同様の効果が得られる。
【００４１】
また、本実施形態の撮像装置は、レンズ枠２が、光軸に垂直な径方向の６箇所（または３箇所以上）でレンズ２ａと点接触することで支持する構成であり、超音波溶着の際の振動によりレンズが位置ずれを起こすことをより効果的に抑制する構成となっている。これにより、焦点が撮像素子からずれてしまうことをより効果的に抑制し、焦点のずれに起因する撮像した画像の画質の低下を防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態の撮像装置は、フロントケース１が、垂直面１１から連続した撮像素子側の位置に傾斜面１２を有する構成となっている。そのため、フロントケース１の内径に対してやや外径が大きいシール部材４と組み付けられたレンズ枠２を、フロントケース１に撮像素子側から組み込むことを容易にした構成となる。これにより、レンズ枠２とフロントケース１とがシール部材４を介して高い密封性で連結され、密封性をさらに高めた構成にすることができ、より高い防水性及び防塵性を備えた構成にすることができる。
【００４３】
＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態、及び本発明の構成における特徴についての説明を行った。上記説明では、あくまで本発明の一例の説明であって、本発明の範囲は上記内容に留まらず、各実施形態の記載の内容に基づいて当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。
【００４４】
例えば、実施形態では、フロントケース１の垂直面１１と、レンズ枠２の垂直面２１とが、いずれも光軸に垂直な面である構成を説明したが、これらの垂直面１１及び垂直面２１は、光軸に対して完全に垂直ではなくてもよく、傾斜を有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、車載用の撮像装置などとして好適に利用される。
【符号の説明】
【００４６】
１…フロントケース
１１…垂直面
１２…傾斜面
１７…延伸部
２…レンズ枠
２ａ…レンズ
２ｂ…凸部
２１…垂直面
２２…凹部
３…フランジ
４…シール部材
５１…第１基板
５１１…撮像素子
５２…第２基板
５３…フレキシブル基板
６…シールド板
７…リアケース
８…ねじ
８１…座金
【図１】
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【図２】
2020071311.tif 000004
【図３】
2020071311.tif 000005
【図４】
2020071311.tif 000006
【図５】
2020071311.tif 000007
【図６】
2020071311.tif 000008
【図７】
2020071311.tif 000009
【図８】
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【図９】
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