JP2007093652A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載カメラ等に適用されるレンズ駆動装置において、昼間及び夜間に応じた合焦動作を行うようにする。
【解決手段】レンズＧを保持し光軸方向Ｌに移動自在に支持されたレンズ枠２０、レンズＧの後方に配置された撮像素子８０に対してレンズ枠２０を光軸方向Ｌの異なる位置に切り替えて合焦させる切替機構を備え、この切替機構は、レンズ枠２０を、可視光線に対して合焦させる第１合焦位置と、赤外線に対して合焦させる第２合焦位置とに切り替える。したがって、昼間等に可視光線領域で撮影を行う場合はレンズ枠２０（レンズ）を第１合焦位置に移動させ、夜間等に赤外線領域で撮影を行う場合はレンズ枠２０（レンズ）を第２合焦位置に移動させる。これにより、昼間（可視光線の波長領域）及び夜間（赤外線の波長領域）において、良好な撮影画像を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置に関し、特に、車等に搭載される撮像素子を備えた車載カメラあるいは監視カメラ等に適用されるレンズ駆動装置に関する。

車のバックモニターに適用される従来の車載カメラとしては、レンズ、レンズの後方に配置されると共に赤外領域の波長の光に感度を有する撮像素子、レンズ及び撮像素子を囲繞するケース、ケースの前面でレンズの周りに配置された赤外ＬＥＤ等を備え、夜間などの周囲が暗い環境下において赤外ＬＥＤを点灯させても、車外にいる人を幻惑することなく、車後方の撮影を行うことができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、被写体光がレンズを通過して撮像素子に結像する際に、レンズの枚数が少ない光学系においては、昼間等における可視光領域と夜間等における赤外光領域とでは、結像面に焦点が合う合焦位置が異なるため、レンズの光軸方向の位置を補正しないと、明瞭な撮影画像を得ることはできない。

特開２００３−１２７７７１号公報

本発明は、上記従来技術の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡略な構造にて、装置の小型化、軽量化等を図りつつ、特に、監視カメラ、車載カメラ等に適用されて、昼間及び夜間において被写体を良好に撮影するために撮像素子に対するレンズの位置を切り替えることのできるレンズ駆動装置を提供することにある。

本発明のレンズ駆動装置は、レンズを保持し光軸方向に移動自在に支持されたレンズ枠と、レンズの後方に配置された撮像素子に対してレンズ枠を光軸方向の異なる位置に切り替えて合焦させる切替機構と、を備えたレンズ駆動装置であって、上記切替機構は、レンズ枠を、可視光線に対して合焦させる第１合焦位置と、赤外線に対して合焦させる第２合焦位置とに切り替える、ことを特徴としている。
この構成によれば、切替機構は、可視光線の波長領域で撮影を行う場合は、レンズ枠（レンズ）を第１合焦位置に移動させて位置決めし、赤外線の波長領域で撮影を行う場合は、レンズ枠（レンズ）を第２合焦位置に移動させて位置決めする。これにより、昼間（可視光線の波長領域）及び夜間（赤外線の波長領域）において、良好な撮影画像を得ることができる。

上記構成において、レンズ枠を光軸方向に案内する筒状部材を含み、切替機構は、レンズ枠に対して光軸方向にカム作用を及ぼすべく筒状部材に回動自在に支持されたカムリングと、カムリングを回転駆動する駆動機構と、を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、駆動機構により、筒状部材に支持されたカムリングを所定の角度位置に回転させると、そのカム作用によりレンズ枠（レンズ）が可視光線に対して合焦する第１合焦位置と、赤外線に対して合焦する第２合焦位置と、のいずれかの位置に切り替えられて位置付けられる。すなわち、被写体に対して、主として可視光線が照射される場合は第１合焦位置にレンズ枠を位置付け、主として赤外線が照射される場合は第２合焦位置にレンズ枠を位置付けることにより、良好な撮影を行うことができる。ここでは、切替機構として、筒状部材の周りを回動するカムリング及び駆動機構を採用しているため、構造を簡略化でき、装置を小型化、軽量化することができる。

上記構成において、駆動機構は、第１合焦位置及び第２合焦位置の一方に対応する位置にカムリングを回転付勢する弾性体と、弾性体の付勢力に抗して第１合焦位置及び第２合焦位置の他方に対応する位置にカムリングを回転させる電磁アクチュエータと、を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、電磁アクチュエータが停止した状態で、カムリングは、弾性体により付勢されて第１合焦位置及び第２合焦位置の一方に対応する位置に位置決めされている。そして、電磁アクチュエータが通電されて作動すると、弾性体の付勢力に抗して、カムリングは、第１合焦位置及び第２合焦位置の他方に対応する位置に回転して位置決めされる。一方、電磁アクチュエータの通電が断たれると、弾性体の付勢力により、カムリングは元の位置（第１合焦位置及び第２合焦位置の一方に対応する位置）に戻る。このように、駆動機構として一方向においてのみ電磁駆動力を及ぼす電磁アクチュエータを採用するため、制御回路が簡単になると共に節電を行うことができる。

上記構成において、カムリングは、径方向外向きに突出する被動レバーを有し、電磁アクチュエータは、往復動する駆動ロッドを有し、駆動ロッドは、被動レバーに連結されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、カムリングの被動レバーに電磁アクチュエータの駆動ロッドを連結することにより駆動機構が形成されるため、組み付けを容易に行うことができ、構造をより簡素化することができる。

上記構成において、電磁アクチュエータを少なくとも駆動制御する制御手段を含み、制御手段は、車のヘッドランプが点灯し、かつ、車が後退可能な状態にあるときに、電磁アクチュエータを駆動させる、構成を採用することができる。
この構成によれば、このレンズ駆動装置が車載カメラ（バックモニター用）に適用された場合において、夜間等の環境下でヘッドランプが点灯しかつ車が後退する際に、制御手段が電磁アクチュエータを駆動させて、レンズ枠（レンズ）を赤外線に対応する第２合焦位置に移動させて位置決めする。このように、車の運転状態に応じて、レンズを確実に合焦させるため、車後方の鮮明な撮影画像を得ることができる。

上記構成において、レンズの前方被写体に向けて赤外線を発する照明手段を含み、制御手段は、車のヘッドランプが点灯し、かつ、車が後退可能な状態にあるときに、電磁アクチュエータを駆動させると共に照明手段を点灯させる、構成を採用することができる。
この構成によれば、このレンズ駆動装置が車載カメラ（バックモニター用）に適用された場合において、夜間等の環境下でヘッドランプが点灯しかつ車が後退する際に、制御手段が電磁アクチュエータを駆動させてレンズ枠（レンズ）を赤外線に対応する第２合焦位置に移動させて位置決めすると共に赤外線を発する照明手段を点灯させる。したがって、赤外光の照射により、より鮮明な撮影画像を得ることができる。

上記のように、本発明のレンズ駆動装置によれば、簡略な構造にて、装置の小型化、軽量化等を達成しつつ、特に、監視カメラ、車載カメラ等に適用されて、昼間及び夜間において被写体を良好に撮影し得るレンズ駆動装置を提供することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図６は、本発明に係るレンズ駆動装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の外観斜視図、図２は装置の正面図、図３は装置の一部を省いた分解斜視図、図４は装置の一部をなすカムリングの展開図、図５及び図６は装置の断面図である。

このレンズ駆動装置は、図１ないし図３に示すように、光軸方向Ｌに伸長する（軸線をもつ）筒状部材１０、筒状部材１０の前方側に収容されるレンズ枠２０、筒状部材１０の外周面に対して回動自在に設けられてレンズ枠２０を光軸方向Ｌの所定位置に移動させる切替機構の一部をなす環状のカムリング３０、同様に筒状部材１０の外周面を取り囲むように設けられたコイルスプリング４０、コイルスプリング４０を圧縮して押える押え部材５０、カムリング３０に連結されて切替機構（駆動機構）の一部をなす電磁アクチュエータ６０、カムリング３０に連結されて駆動機構の一部をなす弾性体としてのバネ７０、図５及び図６に示された筒状部材１０の後方側に配置された撮像素子としてのＣＣＤ８０等を備えている、尚、この装置は、ＣＣＤ８０を含むためカメラユニットを構成するが、ＣＣＤ８０は別個に取り付けられるようになっていてもよい。

筒状部材１０は、図３に示すように、光軸方向Ｌの前方側Ｆに位置する円筒部１１、光軸方向Ｌの後方側Ｒにおいて円筒部１１と一体的に形成された矩形状の接合部１２等により形成されている。
円筒部１１は、その径方向に貫通すると共に光軸方向Ｌに伸長しかつ前方側Ｆに開口する３つのガイド孔１１ａ、その前端面において前方に向けて突出する３つの突起１１ｂ、後述するレンズ枠２０の円筒部２１を摺動自在に案内する内周面１１ｃ、カムリング３０を回動自在に支持する外周面１１ｄ等を備えている。

３つのガイド孔１１ａは、周方向において等角度（１２０度）の間隔で形成されており、３つの突起１１ｂは、３つのガイド孔１１ａに対して６０度ずれた位置で周方向に等角度（１２０度）の間隔で形成されている。
接合部１２には、図５及び図６に示すように、ＣＣＤ８０及びガラスプレート８１を保持する略矩形状の保持部材８２が連結されている。

レンズ枠２０は、図１、図２、図５、図６に示すように、内部にレンズＧを保持する円筒部２１、円筒部２１の外周面から径方向外側に向けて突出する３つの突出部２２、内周面から内側に突出する突起２３等により形成されており、レンズＧの前方には所定の口径をなす円形の開口部２４ａを画定する開口板２４が設けられている。尚、開口板２４は、レンズ枠２０に形成された突起２３により位置決めされて固定されている。

円筒部２１は、図５及び図６に示すように、その外周面２１ａが筒状部材１０の円筒部１１の内周面１１ｃに嵌め込まれ（内嵌され）て、光軸方向Ｌに摺動自在に支持されている。３つの突出部２２は、周方向において等角度（１２０度）の間隔で形成されており、筒状部材１０のガイド孔１１ａに挿通されて、周方向においてガタツキが無く光軸方向Ｌにのみ往復動自在に案内されるようになっている。また、突出部２２は、それぞれ、後方側の側面２２ａが後述するカムリング３０のカム面３３に係合し、前方側の側面２２ｂが環状の座金４１を介してコイルスプリング４０の一端部に係合するようになっている。

カムリング３０は、図１、図２、図４、図５及び図６に示すように、環状部３１、環状部３１の外周面から径方向外側に突出すると共に光軸方向Ｌに伸長する被動レバー３２、環状部３１の前端面に形成された３つのカム面３３等を備えている。
そして、カムリング３０は、環状部３１が、筒状部材１０（保持部１２）の前端面１２ａに当接した状態で筒状部材１０（円筒部１１）の外周面１１ｄに外嵌されて、回動自在に支持されている。

３つのカム面３３は、それぞれレンズ枠２０の３つの突出部２２（側面２２ａ）を受けて光軸方向Ｌにカム作用を及ぼすものであり、図４に示すように、基準面となるカム面３３ａと所定のカム高さをもつカム面３３ｂと、両者を連結する傾斜面３３ｃとにより形成されている。そして、カム面３３ａが、レンズＧ（レンズ枠２０）を可視光線の領域に対して合焦させる第１合焦位置に位置決めする可視光撮影領域Ａ１に対応し、カム面３３ｂが、レンズＧ（レンズ枠２０）を赤外線の領域に対して合焦させる第２合焦位置に位置決めする赤外線撮影領域Ａ２に対応するようになっている。

被動レバー３２は、図１ないし図３、図５、図６に示すように、環状部３１から径方向外向きに突出すると共に光軸方向Ｌの前方に向けて屈曲するように形成されている。そして、被動レバー３２には、連結バー６３を介して、電磁アクチュエータ６０の駆動ロッド６２及びバネ７０が連結されている。
すなわち、被動レバー３２に対して、電磁アクチュエータ６０の駆動力又はバネ７０の付勢力が及ぼされることで、カムリング３０が所定の角度位置に回転させられるようになっている。
このように、カムリング３０の被動レバー３２に電磁アクチュエータ６０の駆動ロッド６２を連結することにより駆動機構が形成されるため、組み付けを容易に行うことができ、構造をより簡素化することができる。

コイルスプリング４０は、図１、図３、図５、図６に示すように、筒状部材１０（円筒部１１）の外周面１１ｄを取り囲むように、座金４１を挟んで３つの突出部２２に隣接して取り付けられ、押え部材５０により、所定の付勢力を発生するように圧縮された状態に保持されている。したがって、コイルスプリング４０は、レンズ枠２０の突出部２２（側面２２ｂ）を光軸方向Ｌの後方側Ｒに向けて付勢し、突出部２２（側面２２ａ）をカム面３３に対して常に接触させるように作用する。

押え部材５０は、図１、図２、図３、図５、図６に示すように、環状に形成されており、その内周面において３つの切欠き部５１を備えている。３つの切欠き部５１は、周方向において等角度（１２０度）の間隔で形成されており、筒状部材１０（円筒部１１）の３つの突起１１ｂをそれぞれ受け入れるものである。すなわち、押え部材５０は、切欠き部５１に突起１１ｂを嵌め込むことで筒状部材１０に連結され、コイルスプリング４０も圧縮した状態に容易に組み付けられる。

電磁アクチュエータ６０は、励磁用のコイル及び磁石等を含む本体部６１、本体部６１に対して出没自在に往復動する駆動ロッド６２、駆動ロッド６２に連結された連結バー６３等を備えている。
そして、励磁用のコイルが通電されると、電磁駆動力が発生して、駆動ロッド６２が本体部６１に没入する方向に移動して、被動レバー３２を図２中の右向きにすなわちカムリング３０を時計回りＲ２に回転させるように電磁駆動力を及ぼし、コイルへの通電が断たれると、その電磁駆動力が消滅し、駆動ロッド６１は、バネ７０の付勢力により図２中の左向きにすなわち本体部６１から突出する方向に移動するようになっている。
このように、駆動機構として一方向においてのみ電磁駆動力を及ぼす電磁アクチュエータ６０を採用するため、制御回路が簡単になると共に節電を行うことができる。

バネ７０は、図１及び図２に示すように、コイル状に形成された引っ張りバネであり、その一端が連結バー６３に掛止され、その他端が装置を固定する部材（不図示）に掛止されている。そして、被動レバー３２を図２中の左向きにすなわちカムリング３０を反時計回りＲ１に回転させるように付勢力を及ぼしている。

次に、この装置の動作について、図５及び図６を参照しつつ説明する。
先ず、図２に示すように、電磁アクチュエータ６０が非通電の状態で、カムリング３０がバネ７０の付勢力により反時計回りＲ１の回転端に位置決めされるとき、レンズ枠２０の（図４において二点鎖線で示す）突出部２２には、図４に示すように、カムリング３０のカム面３３ａが作用して、レンズ枠２０（レンズＧ）は、図５に示すように光軸方向Ｌにおいて後退した第１合焦位置（ＣＣＤ８０に近づいた位置）にある。この状態では、可視光線の波長領域でＣＣＤ８０の結像面に焦点が合うため、被写体に対して可視光線が照射される（昼間等の）環境下において、鮮明な撮影画像を得ることができる。

一方、被動レバー３２に時計回りＲ２の駆動力が及ぼされて、カムリング３０が時計回りＲ２に回転して回転端に移動すると、レンズ枠２０の（図４において実線で示す）突出部２２には、図４に示すように、カムリング３０のカム面３３ｂが作用して、レンズ枠２０（レンズＧ）は、図６に示すように、光軸方向Ｌの前方に所定量だけ繰り出された位置（ＣＣＤ８０から遠のいた位置）にある。この状態では、赤外線の波長領域でＣＣＤ８０の結像面に焦点が合うため、被写体に対して例えば赤外線が照射されるような環境下において、鮮明な撮影画像を得ることができる。

図７は、上記レンズ駆動装置Ｍが、車（自動車）のバックモニターシステムに含まれる車載カメラに適用される場合のシステム図を示すものである。
すなわち、このバックモニターシステムは、種々の情報に基づいてレンズ駆動装置Ｍの駆動制御を含む種々の制御を司る制御手段としての制御回路１００、レンズ駆動装置Ｍを駆動する駆動回路１０１、ＣＣＤ８０により撮影された画像を処理する画像処理回路１０２、撮影された画像を表示するバックモニター１０３、赤外線を照射する照明手段としての赤外ランプ１０４、赤外ランプをオンオフさせる赤外ランプスイッチ回路１０５、ヘッドラップ１０６をオンオフさせるヘッドランプスイッチ回路１０７、ヘッドランプスイッチ１０８、トランスミッション又はシフトレバー１０９が前進のギヤ位置状態かあるいは後退のギヤ位置状態か等を検出するギヤ位置検出回路１１０等を備えている。

すなわち、このバックモニターシステムにおいて、制御回路１００は、ヘッドラップスイッチ回路１０７及びギヤ位置検出回路１１０の情報に基づいて、車のヘッドランプ１０６が点灯しかつ車が後退可能な状態（バックギヤに入った状態）にあると判断したときは、電磁アクチュエータ６０を駆動させて、カムリング３０を時計回りにＲ２に回転させ、レンズ枠２０（レンズＧ）を第２合焦位置に位置決めすると共に、赤外ランプスイッチ回路１０５に指令信号を発して、赤外ランプ１０４を点灯させる。

すなわち、車が夜間等の環境下で後退する状態にある場合に、被写体が赤外線で照射されると共に、レンズ枠２０（レンズＧ）が赤外線の波長領域でＣＣＤ８０と焦点が合う状態に位置決めされるため、より鮮明な撮影画像が得られ、運転者は誤認することなく安全な運転を行うことができる。
尚、赤外ランプ１０４による照射は必ずしも必要ではなく、より鮮明に撮影するという点で赤外ランプ１０４を付加した方が好ましい。

上記実施形態においては、切替機構として、筒状部材１０に回動自在に支持されるカムリング３０を含む構成を示したが、これに限定されるものではなく、レンズ枠２０（レンズＧ）を可視光線の波長領域と赤外線の波長領域にそれぞれ合焦させるものであれば、その他の機構を採用することができる。
上記実施形態においては、レンズ駆動装置を車のバックモニターシステムに適用した場合を示したが、これに限らず、監視カメラ等に適用してもよい。

以上述べたように、本発明のレンズ駆動装置は、小型化、軽量化が達成されつつ、昼間及び夜間において被写体を良好に撮影することができるため、監視カメラ、車載カメラ等に適用できるのは勿論のこと、可視光線及び赤外線にて適宜焦点合わせを要するその他のカメラシステムにおいても有用である。

本発明に係るレンズ駆動装置の一実施形態を示す外観斜視図である。 本発明に係るレンズ駆動装置の一実施形態を示す正面図である。 本発明に係るレンズ駆動装置の分解斜視図である。 切替機構の一部をなすカムリングの展開図である。 レンズ枠が後退した第１合焦位置にある状態を示す装置の断面図である。 レンズ枠が前進した第２合焦位置にある状態を示す装置の断面図である。 本発明に係るレンズ駆動装置が車のバックモニターシステムに適用された場合のシステム図である。

符号の説明

Ｌ 光軸方向
Ｆ 前方側
Ｒ 後方側
Ｇ レンズ
１０ 筒状部材
１１ 円筒部
１１ａ ガイド孔
１１ｂ 突起
１２ 接合部
２０ レンズ枠
２１ 円筒部
２２ 突出部
２３ 突起
２４ 開口板
２４ａ 開口部
３０ カムリング（切替機構）
３１ 環状部
３２ 被動レバー
３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ） カム面
４０ コイルスプリング
４１ 座金
５０ 押え部材
６０ 電磁アクチュエータ（切替機構、駆動機構）
６１ 本体部
６２ 駆動ロッド
６３ 連結バー
７０ バネ（弾性体、駆動機構）
８０ ＣＣＤ（撮像素子）
８１ ガラスプレート
８２ 保持部材
１００ 制御回路（制御手段）
１０１ 駆動回路
１０２ 画像処理回路
１０３ バックモニター
１０４ 赤外ランプ（照明手段）
１０５ 赤外ランプスイッチ回路
１０６ ヘッドランプ
１０７ ヘッドランプスイッチ回路
１０８ ヘッドランプスイッチ
１０９ トランスミッション（又はシフトレバー）
１１０ ギヤ位置検出回路

Claims (6)

1. レンズを保持し光軸方向に移動自在に支持されたレンズ枠と、前記レンズの後方に配置された撮像素子に対して前記レンズ枠を光軸方向の異なる位置に切り替えて合焦させる切替機構と、を備えたレンズ駆動装置であって、
   前記切替機構は、前記レンズ枠を、可視光線に対して合焦させる第１合焦位置と、赤外線に対して合焦させる第２合焦位置とに切り替える、
   ことを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記レンズ枠を光軸方向に案内する筒状部材を含み、
   前記切替機構は、前記レンズ枠に対して光軸方向にカム作用を及ぼすべく前記筒状部材に回動自在に支持されたカムリングと、前記カムリングを回転駆動する駆動機構と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
3. 前記駆動機構は、前記第１合焦位置及び第２合焦位置の一方に対応する位置に前記カムリングを回転付勢する弾性体と、前記弾性体の付勢力に抗して前記第１合焦位置及び第２合焦位置の他方に対応する位置に前記カムリングを回転させる電磁アクチュエータと、を含む、
   ことを特徴とする請求項２記載のレンズ駆動装置。
4. 前記カムリングは、径方向外向きに突出する被動レバーを有し、
   前記電磁アクチュエータは、往復動する駆動ロッドを有し、
   前記駆動ロッドは、前記被動レバーに連結されている、
   ことを特徴とする請求項３記載のレンズ駆動装置。
5. 前記電磁アクチュエータを少なくとも駆動制御する制御手段を含み、
   前記制御手段は、車のヘッドランプが点灯し、かつ、車が後退可能な状態にあるときに、前記電磁アクチュエータを駆動させる、
   ことを特徴とする請求項４記載のレンズ駆動装置。
6. 前記レンズの前方被写体に向けて赤外線を発する照明手段を含み、
   前記制御手段は、車のヘッドランプが点灯し、かつ、車が後退可能な状態にあるときに、前記照明手段を点灯させる、
   ことを特徴とする請求項５記載のレンズ駆動装置。
   
   

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