JP2009093010A - レンズユニット、撮像装置、画像処理システム、及びレンズユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサを不要にして部品点数及び組立工数を削減することができるレンズユニットを提供する。
【解決手段】第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を鏡筒１に挿嵌してなるレンズユニットＡにおいて、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の鍔部２１ａ，２２ａ，２３ａが嵌合する複数の第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａを鏡筒１の内周面に備え、鏡筒１及び各赤外線レンズ２１，２２，２３が第２温度範囲にある場合、第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａの光軸方向背面側における鏡筒１の内周面１１，１２，１３の内径が第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３より大きく、各嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａの光軸方向正面側における鏡筒１の内周面１１，１２，１３の内径が第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の外径より大きくなるように鏡筒１並びに第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３よりを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニット、該レンズユニットを備えた撮像装置、画像処理システム、及びレンズユニットの製造方法に関する。

自動車に搭載された遠赤外線撮像装置にて車両周辺を撮像し、衝突のおそれがある障害物、例えば歩行者、動物等を検出した場合、警報を発して運転車に注意を促す運転支援システムが実用化されている。遠赤外線撮像装置は、赤外線を集光するレンズユニット及び撮像部等から構成されている。

図１２は、従来のレンズユニットを模式的に示す側断面図である。従来のレンズユニットは、鏡筒３０１に挿嵌された第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３と、レンズ間に介装されたスペーサ３，４と、レンズ押さえ５とを備えている。
レンズユニットの組立方法は以下の通りである。まず、鏡筒３０１、第１乃至第３レンズ２１，２２，２３等を用意し、鏡筒３０１に第１赤外線レンズ２１、スペーサ３、第２赤外線レンズ２２、スペーサ４、第３赤外線レンズ２３を順次挿嵌する。そして、レンズ押さえ５を鏡筒３０１に螺合させて各レンズを押圧することによって、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の位置決め及び固定を行う。
特開平１０−０６８８５９号公報

しかしながら、従来のレンズユニットにおいては、第１乃至第３赤外線レンズ間の距離を一定に保つためにスペーサ３，４を必要としているため、部品点数及び組立工程の観点からスペーサ３，４を不要にすることが望まれていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、スペーサを不要にして部品点数及び組立工数を削減することができるレンズユニット、撮像装置、画像処理システム、及びレンズユニットの製造方法を提供することを目的とする。

第１発明に係るレンズユニットは、複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニットにおいて、前記鏡筒は、各レンズの周縁部が嵌合する複数の嵌合凹部を内周面に備え、前記鏡筒及びレンズは、第１温度範囲にある場合、前記鏡筒の内径が前記レンズの外径より小さく、第１温度範囲より高温の第２温度範囲にある場合、前記鏡筒の内径が前記レンズの外径より大きくなる線膨張係数を有することを特徴とする。

第２発明に係るレンズユニットは、前記鏡筒及びレンズが第２温度範囲にある場合、前記嵌合凹部の光軸方向一端側における前記鏡筒の内周面の内径が該嵌合凹部に嵌合したレンズの外径より小さく、前記嵌合凹部の光軸方向他端側における前記鏡筒の内周面の内径が該嵌合凹部に嵌合したレンズの外径より大きいことを特徴とする。

第３発明に係るレンズユニットは、複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニットにおいて、前記鏡筒は、各レンズの周縁部が嵌合する複数の嵌合凹部を内周面に備え、前記鏡筒及びレンズは、第１温度範囲にある場合、前記鏡筒の内径が前記レンズの外径より小さく、前記鏡筒が第１温度範囲より高温の第２温度範囲にある場合、前記鏡筒の内径が前記レンズの外径より大きくなる線膨張係数を有することを特徴とする。

第４発明に係るレンズユニットは、前記鏡筒が第２温度範囲にある場合、各嵌合凹部の光軸方向一端側における前記鏡筒の内周面の内径が該嵌合凹部に嵌合したレンズの外径より小さく、前記嵌合凹部の光軸方向他端側における前記鏡筒の内周面の内径が該嵌合凹部に嵌合したレンズの外径より大きいことを特徴とする。

第５発明に係るレンズユニットは、前記鏡筒及び前記レンズが第１温度範囲内の所定温度である場合、前記レンズの外径と、前記嵌合凹部の内径とが等しいことを特徴とする。

第６発明に係るレンズユニットは、前記鏡筒及び前記レンズが第１温度範囲内の所定温度である場合、光軸方向における前記レンズの周縁部及び前記嵌合凹部の幅が等しいことを特徴とする。

第７発明に係るレンズユニットは、前記レンズは、赤外線透過性の硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム、カルコゲナイトガラス、又はシリコンのいずれか一つを含み、前記鏡筒はアルミニウムであることを特徴とする。

第８発明に係る撮像装置は、第１発明乃至第７発明のいずれか一つに記載のレンズユニットと、前記レンズにて結像した像を撮像する撮像部とを備えることを特徴とする。

第９発明に係る画像処理システムは、車両に配された第１発明乃至第７発明のいずれか一つに記載のレンズユニットと、前記レンズにて結像した像を撮像する撮像部と、該撮像部が撮像して得た画像データに基づいて物体を検出する画像処理部とを備えることを特徴とする。

第１０発明に係るレンズユニットの製造方法は、複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニットの製造方法において、複数のレンズと、各レンズの周縁部が嵌合する複数の嵌合凹部を内周面に備えた鏡筒とを用意し、前記鏡筒及びレンズを加熱し、前記鏡筒に前記レンズを挿入し、前記鏡筒及びレンズを第１温度範囲に冷却して前記レンズを前記嵌合凹部に嵌合させることを特徴とする。

第１１発明に係るレンズユニットの製造方法は、複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニットの製造方法において、複数のレンズと、各レンズの周縁部が嵌合する複数の嵌合凹部を内周面に備えた鏡筒とを用意し、前記鏡筒を加熱し、前記鏡筒に前記レンズを挿入し、前記鏡筒を第１温度範囲に冷却して前記レンズを前記嵌合凹部に嵌合させることを特徴とする。

第１、第８、第９、第１０発明にあっては、鏡筒及びレンズが第１温度範囲にある場合、鏡筒の内周面に形成された嵌合凹部にレンズの周縁部が嵌合しており、レンズの外径が鏡筒の内周面の内径よりも大きいため、各レンズはレンズ間の距離を一定に保った状態で鏡筒に固定される。従って、レンズ間の距離を保つスペーサが不要である。
一方、鏡筒及びレンズが第１温度範囲より高温の第２温度範囲にある場合、鏡筒の内径がレンズの外径よりも大きくなる。従って、鏡筒及びレンズを第２温度範囲まで加熱することにより、レンズを鏡筒に挿入して嵌合凹部の位置まで移動させることが可能になる。また、第１温度範囲まで冷却することにより、レンズを鏡筒の嵌合凹部に嵌合させることができる。

前記レンズユニットを製造する場合、まず前記鏡筒及びレンズを用意する。そして、鏡筒及びレンズを第２温度範囲まで加熱する。鏡筒及びレンズを熱膨張させて、レンズを鏡筒に挿入可能にするためである。なお、第２温度範囲であれば、鏡筒及びレンズを異なる温度に加熱するようにしても良い。従ってまた、鏡筒及びレンズの線膨張係数の大小関係は特に限定されない。次いで、鏡筒に各レンズを挿入する。次いでまた、鏡筒及びレンズを第１温度範囲まで冷却させる。鏡筒及びレンズを再び熱収縮させ、レンズを鏡筒の嵌合凹部に嵌合させるためである。このように加熱及び冷却によりレンズを鏡筒に固定する（以下、焼きばめという）製造方法を採用することにより、スペーサが不要になり、スペーサをレンズ間に介装させる製造工程も不要になる。

第２、第８、第９、第１１発明にあっては、鏡筒の内周面は階段状をなしており、鏡筒に複数のレンズを焼きばめする際、各レンズが対応する嵌合凹部の位置で係止するように形成されている。具体的には鏡筒及びレンズが第２温度範囲にある場合であっても、各嵌合凹部の光軸方向一端側における鏡筒の内周面の内径が嵌合凹部に嵌合すべきレンズの外径よりも小さくなるように形成されているため、レンズは他端側から一端側に抜け落ちることはなく、該嵌合凹部の位置でレンズが係止される。また、鏡筒及びレンズが第２温度範囲にある場合、嵌合凹部の光軸方向他端側における鏡筒の内周面の内径が嵌合凹部に嵌合すべきレンズの外径より大きくなるように形成されているため、レンズを他端側から挿入することができる。従って、外径が小さいレンズから順に鏡筒の他端側から挿入することによって、簡易に複数のレンズを対応する嵌合凹部に位置させることができ、鏡筒及びレンズを冷却することによって各レンズを嵌合凹部に嵌合させることができる。

第３発明にあっては、鏡筒及びレンズが第１温度範囲にある場合、鏡筒の内周面に形成された嵌合凹部にレンズの周縁部が嵌合しており、レンズの外径が鏡筒の内周面の内径よりも大きいため、レンズはレンズ間の距離を一定に保った状態で鏡筒に固定される。従って、レンズ間の距離を保つスペーサが不要である。
一方、鏡筒が第１温度範囲より高温の第２温度範囲にある場合、鏡筒の内径がレンズの外径よりも大きくなる。従って、鏡筒を第２温度範囲まで加熱することにより、レンズを鏡筒に挿入して嵌合凹部の位置まで移動させることが可能になる。また、第１温度範囲まで冷却することにより、レンズを鏡筒の嵌合凹部に嵌合させることができる。

前記レンズユニットを製造する場合、まず前記鏡筒及びレンズを用意する。そして、鏡筒を第２温度範囲まで加熱する。鏡筒を熱膨張させて、レンズを鏡筒に挿入可能にするためである。次いで、鏡筒に各レンズを挿入する。次いでまた、鏡筒を第１温度範囲まで冷却させる。鏡筒を再び熱収縮させ、レンズを鏡筒の嵌合凹部に嵌合させるためである。このようにレンズを鏡筒に焼きばめする製造方法を採用することにより、スペーサが不要になり、スペーサをレンズ間に介装させる製造工程も不要になる。

第４発明にあっては、鏡筒の内周面は階段状をなしており、鏡筒に複数のレンズを焼きばめする際、各レンズが対応する嵌合凹部の位置で係止するように形成されている。具体的には鏡筒が第２温度範囲にある場合であっても、各嵌合凹部の光軸方向一端側における鏡筒の内周面の内径が嵌合凹部に嵌合すべきレンズの外径よりも小さくなるように形成されているため、レンズは他端側から一端側に抜け落ちることはなく、該嵌合凹部の位置でレンズが係止される。また、鏡筒が第２温度範囲にある場合、嵌合凹部の光軸方向他端側における鏡筒の内周面の内径が嵌合凹部に嵌合すべきレンズの外径より大きくなるように形成されているため、レンズを他端側から挿入することができる。従って、外径が小さいレンズから順に鏡筒の他端側から挿入することによって、簡易に複数のレンズを対応する嵌合凹部に位置させることができ、鏡筒を冷却することによって各レンズを嵌合凹部に嵌合させることができる。

第５発明にあっては、レンズ及び鏡筒が第１温度範囲にある場合、レンズの外径と嵌合凹部の内径が等しい。従って、所定温度においてレンズの径方向の位置決めを行うことができる。

第６発明にあっては、レンズ及び鏡筒が第１温度範囲にある場合、レンズの周縁部の光軸方向幅と嵌合凹部の光軸方向幅が等しい。従って、所定温度においてレンズの光軸方向の位置決めを行うことができる。

第７発明にあっては、レンズは硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム、カルコゲナイトガラス、又はシリコンのいずれか一つを含み、赤外線を透過する。従って、赤外線の像を結像させることができる。撮像装置にあっては、赤外線にて撮像された画像を得ることができ、画像処理システムにあっては、赤外線にて撮像された画像から物体を検出することができる。
また、鏡筒はアルミニウムであるため、嵌合凹部の加工が容易であり、真鍮等の他の金属に比べて線膨張係数が高いため焼きばめに好適である。

本発明によれば、鏡筒の内周面に形成された嵌合凹部にレンズを焼きばめすることによって、レンズユニット、該レンズユニットを備えた撮像装置及び画像処理システムにおけるレンズ位置決め用のスペーサを不要にして部品点数及び組立工数を削減することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るレンズユニットＡを模式的に示す側断面図である。本発明の実施の形態１に係るレンズユニットＡは、鏡筒１と、鏡筒１に順次挿嵌された第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３とを備えている。

第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３は、硫化亜鉛原料粉末をホットプレス法にて焼結してなる焼結体であり、８〜１２μｍ帯の赤外線に対して透過性を有している。各レンズを硫化亜鉛でモールド成形することにより、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を低コストで製造することができる。第１赤外線レンズ２１は正面側に凸面を有するメニスカスレンズ、第２赤外線レンズ２２は背面側に凸面を有するメニスカスレンズ、第３赤外線レンズ２３は、正面側に凸面を有するメニスカスレンズである。なお、正面側は図１中上側を、背面側は図１中下側を示している。また第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３は、正面視又は背面視が環状の鍔部（周縁部）２１ａ，２２ａ，２３ａを外周に備えている。鍔部２１ａ，２２ａ，２３ａは、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を鏡筒１内の所定箇所に保持するためのものである。

なお、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の材質として硫化亜鉛を例示したが、赤外線透過性の他の材質、例えばセレン化亜鉛、ゲルマニウム、カルコゲナイトガラス、又はシリコンにて形成するように構成しても良い。

第３赤外線レンズ２３の正面側の面は、図示しない中間層及びＤＬＣ膜にて被覆されている。ＤＬＣ膜を形成することにより、第３赤外線レンズ２３の耐環境性を向上させることができる。また、保護板、保護網等の部品点数及び組立工数を削減することができる。
ＤＬＣ膜は、ダイヤモンドに類似した構造を有するアモルファスの炭素薄膜である。ＤＬＣ膜は、表面硬度がヌープ硬度で２０００以上であり、化学的に安定で、可視から赤外域まで優れた透過性を有している。また、ＤＬＣ膜は、膜厚が０．２μｍ以上２０μｍ以下であり、屈折率は２．０〜２．４である。なお、ＤＬＣ膜の膜厚は、赤外線透過率を考慮すると、２μｍ以下とすることが好ましい。
中間層は、ＤＬＣ膜と第３赤外線レンズ２３との密着力を増加させるものである。中間層は、例えば、酸化イットリウムＹ₂ Ｏ₃ 、酸化アルミニウムＡｌ₂ Ｏ₃ 、酸化チタンＴｉＯ₃ 等の酸化物、フッ化マグネシウムＭｇＦ₂ 、フッ化イットリウムＹＦ₃ 、フッ化ランタンＬａＦ₃ 、フッ化ゲルマニウムＧｅＦ₃ 等のフッ化物、ゲルマニウムＧｅ、珪素Ｓｉ、リン化ガリウムＧａＰ、リン化ホウ素ＢＰ等であり、膜厚は０．０２μｍ以上２５μｍ以下である。該中間層は、ＤＬＣ膜及び第３赤外線レンズ２３との密着性に優れている。なお、中間層の膜厚は、赤外線透過率を考慮すると、０．２μｍ以下とすることが好ましい。
なお、ＤＬＣ膜及び中間層は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等によって成膜される。
また、ＤＬＣ膜等のコーティング温度は約４００℃であり、後述するように焼きばめ温度の２００℃程度に加熱しても損傷及び剥離することはない。

鏡筒１は、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３に比べて線膨張係数が大きいアルミニウムにて成形されている。なお、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の線膨張係数は、７．０×１０^-6（１／Ｋ）であり、鏡筒１の線膨張係数は、２３．１×１０^-6（１／Ｋ）である。
鏡筒１は内径が異なる内周面１０，１１，１２，１３を階段状に備えており、内周面１１，１２，１３には夫々第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａが形成されている。内周面１０，１１，１２，１３、第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａの内径は、鏡筒１に第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａに焼きばめするために必要な寸法を有している。

第１嵌合凹部１１ａより背面側に形成された内周面１０の内径は、室温（２５℃）乃至所定の焼きばめ温度（２００℃）において、第１赤外線レンズ２１の外径より小さくなるような寸法である。第１嵌合凹部１１ａより正面側に形成された内周面１１の内径は、室温において第１赤外線レンズ２１の外径より小さく、焼きばめ温度において、第１赤外線レンズ２１の外径よりも大きくなるような寸法である。
第１嵌合凹部１１ａの内径及び光軸Ｌ方向の幅は、室温において第１赤外線レンズ２１の外径及び光軸Ｌ方向の幅と略等しくなるような寸法である。なお、前記幅が等しくなる温度は室温に限定されず、レンズユニットＡの使用環境の温度で前記幅が等しくなるように構成すれば良い。例えば、車載用のレンズユニットＡであれば、車両に搭載されたときのレンズユニットＡの温度で前記幅が等しくなるように構成すれば良い。

図２は、第１赤外線レンズ２１及び鏡筒１の内周面の寸法の一例を示す図表である。例えば、室温の２５℃において第１赤外線レンズ２１の外径は２０（ｍｍ）、第１嵌合凹部１１ａより正面側の内周面１１の内径は１９．９５（ｍｍ）、第１嵌合凹部１１ａより背面側の内周面１０の内径は１４．４（ｍｍ）である。鏡筒１を構成するアルミニウムの線膨張係数は２６．４×１０^-6（１／Ｋ）、第１赤外線レンズ２１の線膨張係数は７．０×１０^-6（１／Ｋ）であるため、鏡筒１及び第１赤外線レンズ２１を焼きばめ温度の２００℃まで加熱すると、内周面１１の内径は１９．９５×（１＋２６．４×１０^-6×１７５）＝２０．０３９、第１赤外線レンズ２１の外径は２０×（１＋７．０×１０^-6×１７５）＝２０．０２５となる。従って、正面側から第１赤外線レンズ２１を挿入することによって第１赤外線レンズ２１は内周面１１部分を通過して第１嵌合凹部１１ａまで移動させることができる。
また、鏡筒１及び第１赤外線レンズ２１を焼きばめ温度の２００℃まで加熱すると、内周面１０の内径は１４．４×（１＋２６．４×１０^-6×１７５）＝１４．５、第１赤外線レンズ２１の外径は２０×（１＋７．０×１０^-6×１７５）＝２０．０２５となる。従って、正面側から挿入された第１赤外線レンズ２１が内周面１０を通過して背面側に抜け落ちることはない。つまり、鏡筒１の背面側端部の内周面に形成された突出部の環状面１４に第１赤外線レンズ２１が係止される。
第１赤外線レンズ２１が第１嵌合凹部１１ａに位置した状態で鏡筒１及び第１赤外線レンズ２１を室温まで冷却すると、再び内周面１１の内径は１９．９５（ｍｍ）に、第１赤外線レンズ２１の外径は２０（ｍｍ）になるため、第１赤外線レンズ２１は第１嵌合凹部１１ａに嵌合した状態で光軸Ｌ方向に移動できなくなり、固定される。

同様に、第２嵌合凹部１２ａの背面側には内周面１１が形成されており、正面側に内周面１２が形成されている。内周面１１の内径は、室温乃至所定の焼きばめ温度において、第２赤外線レンズ２２の外径より小さくなるような寸法である。内周面１２の内径は、室温において第２赤外線レンズ２２の外径より小さく、焼きばめ温度において、第２赤外線レンズ２２の外径よりも大きくなるような寸法である。

第２嵌合凹部１２ａの内径及び光軸Ｌ方向の幅は、室温において第２赤外線レンズ２２の外径及び光軸Ｌ方向の幅と略等しくなるような寸法である。

同様にまた、第３嵌合凹部１３ａの背面側には内周面１２が形成されており、正面側に内周面１３が形成されている。内周面１２の内径は、室温乃至所定の焼きばめ温度において、第３赤外線レンズ２３の外径より小さくなるような寸法である。内周面１３の内径は、室温において第３赤外線レンズ２３の外径より小さく、焼きばめ温度において、第３赤外線レンズ２３の外径よりも大きくなるような寸法である。

第３嵌合凹部１３ａの内径及び光軸Ｌ方向の幅は、室温において第３赤外線レンズ２３の外径及び光軸Ｌ方向の幅と略等しくなるような寸法である。

鏡筒１の背面側端部の外周面には、撮像部６１を有する基台７に固定するための雄ねじ１５が形成されている。

図３は、本発明の実施の形態１に係るレンズユニットＡの組立方法を示す工程図、図４乃至図６は、各組立工程におけるレンズユニットＡを模式的に示す側断面図である。まず、図１に示したレンズユニットＡを構成する鏡筒１、並びに第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を用意し（ステップＳ１１）、鏡筒１、並びに第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を焼きばめ温度の２００℃まで加熱する（ステップＳ１２）。

そして、図４に示すように、鏡筒１に、外径が一番小さい第１赤外線レンズ２１を挿入する（ステップＳ１３）。焼きばめ温度においては、内周面１１の内径は第１赤外線レンズ２１の外径よりも大きいため、第１嵌合凹部１１ａの位置まで第１赤外線レンズ２１を挿入することができる。また、第１嵌合凹部１１ａよりも背面側の内周面１０の内径は、焼きばめ温度においても第１赤外線レンズ２１より小さいため、背面側に抜け落ちることはなく、第１赤外線レンズ２１を第１嵌合凹部１１ａの位置に係止することができる。

次いで、図５に示すように、鏡筒１に第２赤外線レンズ２２を挿入する（ステップＳ１４）。焼きばめ温度においては、第２赤外線レンズ２２は、第１赤外線レンズ２１同様、第２嵌合凹部１２ａの位置まで移動させることができ、該位置に係止させることができる。

次いでまた、図６に示すように鏡筒１に第３赤外線レンズ２３を挿入する（ステップＳ１５）。焼きばめ温度においては、第３赤外線レンズ２３は、第１赤外線レンズ２１同様、第３嵌合凹部１３ａの位置まで移動させることができ、該位置に係止させることができる。

そして、鏡筒１、並びに第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を室温、例えば２５℃まで冷却する（ステップＳ１６）。室温まで冷却すると、鏡筒１、並びに第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３は熱収縮し、図１に示すように第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３は第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａに嵌合し、位置決めされる。

次に、本実施の形態１に係るレンズユニットＡの適用例を説明する。
図７は、本実施の形態１に係る画像処理システムを概念的に示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る画像処理システムは、車両前部に搭載された２基の遠赤外線撮像装置Ｂ、及び画像処理装置９１を備えている。２基の遠赤外線撮像装置Ｂにて共通の撮像対象を撮像することによって、両撮像画像における撮像対象の視差を算出し、三角測量の原理により撮像対象までの距離を求めることができる。

図８は、本実施の形態１に係るレンズユニットＡを備えた遠赤外線撮像装置Ｂの構成を模式的に示す側断面図、図９は、遠赤外線撮像装置Ｂの構成を示すブロック図である。遠赤外線撮像装置ＢはレンズユニットＡ、撮像部６１、基台７、及び筐体８を備えており、レンズユニットＡ、撮像部６１及び基台７は筐体８に収容されている。

基台７は、撮像部６１が配された基板を支持する基板支持体７ａと、基板支持体７ａの正面側端部に設けられた保持筒支持体７ｂと、保持筒支持体７ｂから正面側に突出したレンズユニット保持筒７ｃとを備えている。レンズユニット保持筒７ｃは、鏡筒１よりも大径であり、レンズユニットＡの雄ねじ１５が螺合している。

撮像部６１はレンズユニットＡが備える第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の背面側の適宜箇所に配設されており、サーモパイルのような撮像素子を備えている。

また、遠赤外線撮像装置Ｂは、信号処理部６２、一時記憶用の画像メモリ６３及び映像出力部６４を備えており、各構成部は配線６５にて接続されている。

撮像部６１は、レンズユニットＡの赤外線レンズにて結像した像を電気信号に変換する撮像処理を連続的又は断続的に行い、例えば１秒当たり３０枚の画像データ（画像フレーム）を生成して信号処理部６２へ出力する。

信号処理部６２は、輝度信号をデジタルの画像データにＡＤ変換し、ＡＤ変換された画像データに対して各種補正処理を実行し、映像出力部６４に接続されたケーブル９４を介して該画像データを画像処理装置９１へ送信する。

図１０は、画像処理装置９１の構成を示すブロック図である。画像処理装置９１は、制御部９１ａ、画像メモリ９１ｂ、ＲＡＭ９１ｃ、映像入力部９１ｄ、映像出力部９１ｅ、及び通信インタフェース部９１ｆを備えている。

映像入力部９１ｄには、ケーブル９４を介して遠赤外線撮像装置Ｂが接続されており、遠赤外線撮像装置Ｂから送信された画像データの入力を行う。映像入力部９１ｄに入力された画像データは、１フレーム単位で順に画像メモリ９１ｂに記憶される。

映像出力部９１ｅにはケーブル９５を介して表示装置９２、液晶ディスプレイ、メータ内ディスプレイ、ナビディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ等が接続されている。映像出力部９１ｅは、入力された画像データを適宜表示装置９２に送信し、表示装置９２に遠赤外線撮像装置Ｂが撮像して得た画像を表示させる。例えば、遠赤外線撮像装置Ｂが撮像して得た各画像を横方向に並列して表示させる。

通信インタフェース部９１ｆには、ＣＡＮに準拠した車載ＬＡＮケーブル９６を介して警報装置９３が接続されており、制御部９１ａの制御に応じた警報信号が通信インタフェース部９１ｆを介して警報装置９３に送信されるように構成されている。

警報装置９３は、ブザー、スピーカ、表示部等を備えており、接触又は衝突する虞がある歩行者を検出したような場合、その旨の音声、警告音等によって出力する。例えば、「ＤＡＮＧＥＲ」等の文字を表示するとともに警告音を発するようにすることができる。また、検出された歩行者の画像を表示装置９２で表示させることもできる。

画像メモリ９１ｂは、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＳＤＲＡＭ等であり、映像入力部９１ｄを介して遠赤外線撮像装置Ｂから入力された画像データを一時記憶する。

制御部９１ａは、画像メモリ９１ｂに記憶された画像データをフレーム単位で読み出し、読み出した画像データに基づいて、動物、歩行者等の障害物を検出する等の各種処理を行う。例えば、制御部９１ａは、画像データからエッジを抽出し、視差が略等しいエッジをグルーピングすることによって障害物を検出する。以下、障害物の検出方法の一例を説明する。

制御部９１ａは、一の遠赤外線撮像装置Ｂから取得した遠赤外画像（以下、基準画像という）に対してエッジ抽出処理を実行してエッジ点を抽出する。赤外線放射特性は物体毎に異なるため、障害物と背景との境界がエッジ点として抽出される。具体的には、制御部９１ａは、エッジ抽出オペレータによるフィルタ処理、閾値処理によってエッジを抽出する。なお、エッジ抽出オペレータは、縦方向のエッジを抽出するプルューウィット・オペレータが好適である。

次いで、制御部９１ａは、隣接する複数のエッジ点、例えば８連結した複数のエッジ点からなるエッジグループを特定する。この段階では視差が異なるエッジ点であっても隣接していれば同一のエッジグループとしてグループ化される。

そして、制御部９１ａは、エッジグループに外接する矩形領域を設定し、設定した矩形領域を所定サイズのブロックに分割する。次いで、制御部９１ａは、基準画像におけるエッジ領域（エッジ点を含むブロック）に対応する対応領域を他の遠赤外線撮像装置Ｂにて撮像された遠赤外画像から特定する。以下、他の遠赤外線撮像装置Ｂにて撮像された遠赤外画像を参照画像という。

具体的には、制御部９１ａはエッジ領域と同一サイズの領域（参照領域）を参照画像内、特にエピポーラ線上に設定し、エッジ領域と基準領域との相関値を算出し、相関値が最大となったエピポーラ線上の点を対応領域の位置として特定する。

次いで、制御部９１ａは、各エッジ領域と対応領域との視差を算出し、各エッジ領域の視差の差が略等しいエッジ領域同士をグループ化し直すことによって、新たなエッジグループを障害物候補領域として再特定する。障害物候補領域の特徴量を算出することによって、障害物候補領域が歩行者であるか、人工構造物であるか等を判別し、適切な警告を発するように構成することができる。

本実施の形態１にあっては、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を鏡筒１に焼きばめ可能に形成された第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａを備えており、焼きばめによって第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を夫々第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａに嵌合させて位置決めする構成である。従って、スペーサが不要になり、部品点数及び組立工数を削減することができる。

また、鏡筒１は階段状の内周面を有しており、焼きばめ温度において第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３が夫々第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａの位置で係止するような寸法を有している。従って、外径が小さい第１赤外線レンズ２１から順に鏡筒１に挿入することによって、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａの位置に配置することができ、室温に冷却することによって、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を一度に嵌合して、位置決めすることができる。

更に、室温において第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の外径及び光軸Ｌ方向の幅は、夫々第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａの内径及び光軸Ｌ方向の幅に略等しいため、光軸Ｌ方向及び径方向において第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の位置決めを行うことができる。

更にまた、アルミニウムは真鍮のような他の金属に比べて加工が容易であり、レンズユニットＡのコストを抑えることができる。また、アルミニウムの線膨張係数は他の金属に比べて大きいため、より低温の焼きばめ温度にて第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａに嵌合させることができる。

なお、遠赤外線レンズを備えたレンズユニットを説明したが、可視光、近赤外線を透過するレンズを備えたレンズユニットに本発明を適用しても良い。

また、車両の運転支援を行う画像処理システムに遠赤外線撮像装置Ｂを適用した例を説明したが、撮像装置の用途はこれに限定されない。例えば、夜間運転支援システム用、トンネル内監視用、港湾監視用、鉄道線路への侵入者監視用等に適用しても良い。

更に、第１乃至第３赤外線レンズを備えた３枚組のレンズユニットを説明したが、２枚、又は４枚以上の赤外線レンズを有するレンズユニットに本発明を適用しても良い。

更にまた、焼きばめ温度を２００℃、冷却後の室温を２５℃として説明したが、焼きばめ温度及び室温は一例であり、他の温度範囲で焼きばめ及び冷却するように構成しても良い。

更にまた、本実施の形態１にあっては加熱して、第１乃至第３赤外線レンズを鏡筒に挿嵌するように構成してあるが、鏡筒の線膨張係数が第１乃至第３赤外線レンズの線膨張係数よりも小さくなるように構成し、鏡筒並びに第１乃至第３赤外線レンズを冷却して、第１乃至第３赤外線レンズを鏡筒に挿嵌するように構成しても良い。

（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２に係るレンズユニットＡの組立方法を示す工程図である。実施の形態２に係るレンズユニットＡの組立方法は、鏡筒１のみを焼きばめ温度に加熱して第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を鏡筒１に挿嵌する点が実施の形態１に係るレンズユニットＡの組立方法と異なるため、以下では主に上記相違点について説明する。

まず、実施の形態１同様、鏡筒１、並びに第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を用意し（ステップＳ２１１）、鏡筒１を焼きばめ温度の２００℃まで加熱する（ステップＳ２１２）。

そして、鏡筒１に第１赤外線レンズ２１を挿入し（ステップＳ２１３）、第２赤外線レンズ２２を挿入し（ステップＳ２１４）、第３赤外線レンズ２３を挿入する（ステップＳ２１５）。

そして、鏡筒１、並びに第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を室温、例えば２５℃まで冷却する（ステップＳ２１６）。室温まで冷却すると、鏡筒１並びに第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３は熱収縮し、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３は第１乃至第３嵌合凹部１１ａ，１２ａ，１３ａに嵌合し、位置決めされる。

本実施の形態２にあっては、鏡筒１のみを加熱するため、より低温の焼きばめ温度で第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３を鏡筒１に嵌合させることができる。また、第１乃至第３赤外線レンズ２１，２２，２３の取り扱いが容易である。

本実施の形態２に係るレンズユニットＡ、遠赤外線撮像装置Ｂ、画像処理システム、レンズユニットＡの製造方法の他の構成、作用及び効果は、実施の形態１に係るレンズユニットＡ、遠赤外線撮像装置Ｂ及び画像処理システムの構成、作用及び効果と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係るレンズユニットを模式的に示す側断面図である。 第１赤外線レンズ及び鏡筒の内周面の寸法の一例を示す図表である。 本発明の実施の形態１に係るレンズユニットの組立方法を示す工程図である。 各組立工程におけるレンズユニットを模式的に示す側断面図である。 各組立工程におけるレンズユニットを模式的に示す側断面図である。 各組立工程におけるレンズユニットを模式的に示す側断面図である。 本実施の形態１に係る画像処理システムを概念的に示す説明図である。 本実施の形態１に係るレンズユニットを備えた遠赤外線撮像装置の構成を模式的に示す側断面図である。 遠赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。 画像処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るレンズユニットの組立方法を示す工程図である。 従来のレンズユニットを模式的に示す側断面図である。

符号の説明

１ 鏡筒
１０，１１，１２，１３ 内周面
１１ａ 第１嵌合凹部
１２ａ 第２嵌合凹部
１３ａ 第３嵌合凹部
２１ 第１赤外線レンズ
２２ 第２赤外線レンズ
２３ 第３赤外線レンズ
７ 基台
８ 筐体
６１ 撮像部
Ａ レンズユニット
Ｂ 遠赤外線撮像装置
Ｌ 光軸

Claims (11)

1. 複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニットにおいて、
   前記鏡筒は、
   各レンズの周縁部が嵌合する複数の嵌合凹部を内周面に備え、
   前記鏡筒及びレンズは、
   第１温度範囲にある場合、前記鏡筒の内径が前記レンズの外径より小さく、第１温度範囲より高温の第２温度範囲にある場合、前記鏡筒の内径が前記レンズの外径より大きくなる線膨張係数を有する
   ことを特徴とするレンズユニット。
2. 前記鏡筒及びレンズが第２温度範囲にある場合、前記嵌合凹部の光軸方向一端側における前記鏡筒の内周面の内径が該嵌合凹部に嵌合したレンズの外径より小さく、前記嵌合凹部の光軸方向他端側における前記鏡筒の内周面の内径が該嵌合凹部に嵌合したレンズの外径より大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
3. 複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニットにおいて、
   前記鏡筒は、
   各レンズの周縁部が嵌合する複数の嵌合凹部を内周面に備え、
   前記鏡筒及びレンズは、
   第１温度範囲にある場合、前記鏡筒の内径が前記レンズの外径より小さく、前記鏡筒が第１温度範囲より高温の第２温度範囲にある場合、前記鏡筒の内径が前記レンズの外径より大きくなる線膨張係数を有する
   ことを特徴とするレンズユニット。
4. 前記鏡筒が第２温度範囲にある場合、各嵌合凹部の光軸方向一端側における前記鏡筒の内周面の内径が該嵌合凹部に嵌合したレンズの外径より小さく、前記嵌合凹部の光軸方向他端側における前記鏡筒の内周面の内径が該嵌合凹部に嵌合したレンズの外径より大きい
   ことを特徴とする請求項３に記載のレンズユニット。
5. 前記鏡筒及び前記レンズが第１温度範囲内の所定温度である場合、前記レンズの外径と、前記嵌合凹部の内径とが等しい
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のレンズユニット。
6. 前記鏡筒及び前記レンズが第１温度範囲内の所定温度である場合、光軸方向における前記レンズの周縁部及び前記嵌合凹部の幅が等しい
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のレンズユニット。
7. 前記レンズは、赤外線透過性の硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム、カルコゲナイトガラス、又はシリコンのいずれか一つを含み、
   前記鏡筒はアルミニウムである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のレンズユニット。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載のレンズユニットと、
   前記レンズにて結像した像を撮像する撮像部と
   を備えることを特徴とする撮像装置。
9. 車両に配された請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載のレンズユニットと、
   前記レンズにて結像した像を撮像する撮像部と、
   該撮像部が撮像して得た画像データに基づいて物体を検出する画像処理部と
   を備えることを特徴とする画像処理システム。
10. 複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニットの製造方法において、
    複数のレンズと、各レンズの周縁部が嵌合する複数の嵌合凹部を内周面に備えた鏡筒とを用意し、
    前記鏡筒及びレンズを加熱し、
    前記鏡筒に前記レンズを挿入し、
    前記鏡筒及びレンズを第１温度範囲に冷却して前記レンズを前記嵌合凹部に嵌合させる
    ことを特徴とするレンズユニットの製造方法。
11. 複数のレンズを鏡筒に挿嵌してなるレンズユニットの製造方法において、
    複数のレンズと、各レンズの周縁部が嵌合する複数の嵌合凹部を内周面に備えた鏡筒とを用意し、
    前記鏡筒を加熱し、
    前記鏡筒に前記レンズを挿入し、
    前記鏡筒を第１温度範囲に冷却して前記レンズを前記嵌合凹部に嵌合させる
    ことを特徴とするレンズユニットの製造方法。

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