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1. (WO2019004196) LENTILLE COLLÉE ET CAMÉRA EMBARQUÉE
Document

明 細 書

発明の名称 接合レンズ及び車載カメラ 0001  

技術分野

0002  

背景技術

0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

0005   0006   0007   0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3  

明 細 書

発明の名称 : 接合レンズ及び車載カメラ

関連出願の相互参照

[0001]
 本国際出願は、2017年6月30日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2017-128873号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2017-128873号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

技術分野

[0002]
 本開示は接合レンズ及び車載カメラに関する。

背景技術

[0003]
 従来、接合レンズが知られている。接合レンズは、接合層によりレンズとレンズとを接合したものである(特許文献1参照)。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2010-243966号公報

発明の概要

[0005]
 発明者の詳細な検討の結果、以下の課題が見出された。接合レンズを、例えば、車載カメラ等に使用することが考えられる。車載カメラは、過酷な温度環境に晒されることがある。また、車載カメラには、長期にわたる耐久性が要求される。
[0006]
 車載カメラの温度環境によっては、接合レンズを構成する接合層に熱歪が生じる。接合層に繰り返し熱歪が生じると、バルサム切れと呼ばれる白濁が接合層に生じる。その結果、車載カメラの撮像精度が低下してしまう。本開示の一局面では、接合層における白濁を抑制できる接合レンズ及び車載カメラを提供することが好ましい。
[0007]
 本開示の一局面は、凸面を備える第1のレンズと、凹面を備える第2のレンズと、前記凸面と前記凹面とを接合する接合層と、を備える接合レンズであって、前記接合層は、樹脂及びギャップ剤を含む接合レンズである。
[0008]
 本開示の一局面である接合レンズによれば、接合層に熱歪が生じた場合でも、接合層に白濁が生じにくい。
 なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 車両における画像センサの配置を表す説明図である。
[図2] 画像センサ及び車載カメラの構成を表す説明図である。
[図3] 接合レンズの構成を表す断面図である。

発明を実施するための形態

[0010]
 本開示の例示的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
 1.画像センサ1及び車載カメラ3の構成
 画像センサ1及び車載カメラ3の構成を図1及び図2に基づき説明する。図1に示すように、画像センサ1は車両5に搭載されている。図2に示すように、画像センサ1は、車載カメラ3と、ケース7と、基板9と、を備える。
[0011]
 車載カメラ3は、レンズ11、13、15、17と、接合レンズ19と、フィルター21と、イメージャー23と、プリント基板25と、カメラケース27と、を備える。
 レンズ11、13、15、17、及び接合レンズ19は車載カメラ3の光学系を構成する。なお、接合レンズ19の構成は後述する。フィルター21は、所定の波長領域の光をカットする。イメージャー23は光を電気信号に変換する。プリント基板25は、イメージャー23を含む電子部品を保持する。カメラケース27は、車載カメラ3の構成要素を収容する。車載カメラ3は、車両5の周囲を撮影し、画像を作成する。車載カメラ3が撮影する方向は、例えば、車両5の前方、後方、側方等である。
[0012]
 ケース7は、車載カメラ3及び基板9を収容する。基板9とプリント基板25とは、ハーネス29により接続されている。基板9は、ハーネス29を介して、車載カメラ3が作成した画像を取得する。基板9は、取得した画像を解析し、運転支援の処理を実行する。運転支援として、例えば、衝突回避、高度運転支援、レーンキープアシスト、自動運転等が挙げられる。
[0013]
 2.接合レンズ19の構成
 接合レンズ19の構成を図3に基づき説明する。接合レンズ19は、凸レンズ31と、凹レンズ33と、接合層35と、を備える。凸レンズ31は、凸面31Aを備える。凹レンズ33は凹面33Aを備える。凸レンズ31は第1のレンズに対応する。凹レンズ33は第2のレンズに対応する。接合層35は凸面31Aと凹面33Aとを接合する。
[0014]
 接合層35は、樹脂37及びギャップ剤39を含む。樹脂37は、例えば、活性エネルギー線硬化性樹脂である。樹脂37が活性エネルギー線硬化性樹脂である場合、樹脂37を硬化させる工程が容易になる。活性エネルギー線硬化性樹脂として、例えば、紫外線硬化性樹脂等が挙げられる。樹脂37は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、及びポリエステル樹脂から成る群から選択される1以上である。樹脂37が、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、及びポリエステル樹脂から成る群から選択される1以上である場合、接合層35の白濁を一層抑制できる。
[0015]
 ギャップ剤39は、複数の粒子から構成される。粒子の粒径は、例えば、1~30μmであり、好ましくは3~10μmである。粒子の粒径が1~30μmの範囲内である場合、接合層35の白濁を一層抑制できる。粒子の粒径が3~10μmの範囲内である場合、接合層35の白濁を特に抑制できる。粒径の測定方法は以下のとおりである。
[0016]
 1gのギャップ剤39と、5gの界面活性剤とを混合し、さらに超純水30を加え、超音波分散機を用いてギャップ剤を分散させ、測定試料を調製する。この測定試料について、精密粒度分布測定装置を用いて、平均粒子径を測定する。測定した平均粒子径を、ギャップ剤39の粒径とする。精密粒度分布測定装置は、ベックマン・コールター社製のコールターマルチサイザーである。使用するアパーチャーの径は50μmである。
[0017]
 ギャップ剤39を構成する粒子は、樹脂37の海の中に分散している。接合層35の質量を100質量部とした場合、ギャップ剤39の質量は0.02~0.5質量部の範囲内が好ましい。この範囲内である場合、接合層35の白濁を一層抑制できる。
[0018]
 ギャップ剤39は、例えば、有機組成物から成る。有機組成物として、例えば、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。ギャップ剤39が有機組成物から成る場合、ギャップ剤39の屈折率と、樹脂37の屈折率との差の絶対値(以下では屈折率差とする)が小さい。そのため、ギャップ剤39と樹脂37との界面における光の散乱を抑制できる。
[0019]
 なお、ギャップ剤39の屈折率と、樹脂37の屈折率とを測定する方法は以下のとおりである。0.5gのギャップ剤39を高屈折率溶媒に投入する。高屈折率溶媒は二硫化炭素である。次に、ギャップ剤39を含む高屈折率溶媒を攪拌しながら、低屈折率溶媒を滴下してゆく。低屈折率溶媒はエタノールである。低屈折率溶媒を所定量滴下すると、液が透明になる。液が透明になったときの、高屈折率溶媒と、低屈折率溶媒との組成比を決定する。決定した組成比を有する、高屈折率溶媒と低屈折率溶媒との混合溶媒の屈折率を、ATAGO社製のアッベ屈折率計を用いて測定する。その測定結果を、ギャップ剤39の屈折率とする。
[0020]
 樹脂37から成る、厚み0.1mmの板状試料を用意する。この板状試料の屈折率を、ATAGO社製のアッベ屈折率計を用いて測定する。測定結果を樹脂37の屈折率とする。屈折率の測定に用いる光線はD線である。D線は波長が589nmである光線である。
[0021]
 ギャップ剤39が有機組成物から成る場合、ギャップ剤39が凸レンズ31又は凹レンズ33を傷つけることを抑制できる。また、ギャップ剤39が有機組成物から成る場合、後述する接着剤においてギャップ剤39が沈降しにくい。そのため、接合層35におけるギャップ剤39の含有量が安定する。また、ギャップ剤39は、無機物から成っていてもよい。無機物として、例えば、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、タルク、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、クオーツ、非晶性シリカ、2酸化ジルコニウム、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化鉄等の無機フィラー等が挙げられる。
[0022]
 ギャップ剤39を構成する粒子の形状として、例えば、球状、不定形、繊維状、鱗片状、異型等が挙げられる。ギャップ剤39を構成する粒子の形状は球形であることが好ましい。ギャップ剤39を構成する粒子の形状が球形である場合、接合層35の膜厚におけるばらつきを低減できる。また、ギャップ剤39を構成する粒子の形状が球形である場合、後述する接着剤を製造するとき、接着剤中に空気を巻き込みにくい。
[0023]
 ここで「球形」とは、厳密な意味での「球形」に限るものではなく、上記と同様の効果を奏するのであれば厳密に「球形」でなくてもよい。
 ギャップ剤39の粒径分布におけるCVは15以下であることが好ましく、10以下であることが特に好ましい。CVが10以下である場合、接合層35の膜厚におけるばらつきを低減できる。CVは、変動係数であり、変化係数又は変位係数とも呼ばれる。CVは、ギャップ剤39の粒径における標準偏差を、ギャップ剤39の粒径における平均値で除した値である。
[0024]
 屈折率差は0.01以下であることが好ましい。屈折率差が0.01以下である場合、ギャップ剤39と樹脂37との界面における光の散乱を一層抑制できる。
 接合層35のうち、接合レンズ19の有効光学面に属する部分は、ギャップ剤39を含まないようにすることができる。この場合、ギャップ剤39が車載カメラ3の光学特性に影響することを抑制できる。接合層35のうち、接合レンズ19の有効光学面に属さない部分の少なくとも一部に、ギャップ剤39を含むことができる。接合層35は、樹脂37及びギャップ剤39以外の成分を含んでいてもよい。
[0025]
 3.接合レンズ19の製造方法
 例えば、以下のようにして接合レンズ19を製造できる。未硬化の樹脂と、ギャップ剤39とを含む成分を混合して接着剤を製造する。このとき、ギャップ剤39は、未硬化の樹脂の海の中に分散する。
[0026]
 樹脂として、例えば、活性エネルギー線硬化性樹脂等が挙げられる。活性エネルギー線硬化性樹脂として、例えば、紫外線硬化性樹脂等が挙げられる。樹脂が活性エネルギー線硬化性樹脂である場合、接着剤に活性エネルギー線重合開始剤を含むことが好ましい。また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、及びポリエステル樹脂から成る群から選択される1以上が挙げられる。
[0027]
 次に、接着剤を、凸面31A及び凹面33Aのうちの一方又は両方の表面に塗布する。次に、塗布した接着剤により、凸面31A及び凹面33Aを貼り合わせる。次に、接着剤を硬化させる。接着剤が活性エネルギー線硬化性樹脂を含む場合は、活性エネルギー線を照射して樹脂を硬化させる。活性エネルギー線として、例えば、紫外線等が挙げられる。接着剤に含まれていた樹脂が硬化して樹脂37となる。また、接着剤の層が接合層35となる。硬化反応として、例えば、ラジカル重合、カチオン重合、エンチオール反応、縮合反応等が挙げられる。
[0028]
 4.接合レンズ19が奏する効果
 接合層35に熱歪が生じた場合でも、接合層35に白濁が生じにくい。その理由は以下のように推測される。接合層35はギャップ剤39を含むため、ギャップ剤39を含まない場合より、接合層35の膜厚が大きくなり、且つ膜厚が安定する。その結果、接合層35に熱歪が生じても、樹脂37に加わるストレスが軽減され、白濁が生じにくくなる。
[0029]
 5.実施例
 (5-1)実施例1
 レンズ接着剤に、0.16phrの分量のギャップ剤を添加し、真空遊星攪拌機を用いて混合攪拌した。レンズ接着剤は、協立化学産業株式会社製のWR5515である。レンズ接着剤は、未硬化の紫外線硬化性樹脂を含む。紫外線硬化性樹脂は、活性エネルギー線硬化性樹脂に対応する。ギャップ剤は、株式会社日本触媒製のソリースターRA/B50Xである。ギャップ剤は複数の粒子から構成される。粒子の粒径は5μmである。粒子の形状は球形である。ギャップ剤の材質は有機・無機ハイブリット材料である。ギャップ剤を構成する粒子の粒径分布におけるCVは6.2である。真空遊星攪拌機は株式会社シンキー製のVRA-210である。混合攪拌の条件は、2000rpm、3分間、3.0kPaである。
[0030]
 混合攪拌の結果、ギャップ剤入り接着剤が得られた。ギャップ剤入り接着剤において、ギャップ剤は均一分散していた。
 凸レンズ及び凹レンズを用意した。凹レンズにおける凹面にギャップ剤入り接着剤を滴下した。滴下したギャップ剤入り接着剤により、凹レンズの凹面と凸レンズの凸面とを貼り合わせた。レンズ調心を行ってから、UV照射器を用いて100mJ/cm の条件で光を照射し、ギャップ剤入り接着剤を仮硬化させた。このとき、凸レンズ及び凹レンズの光軸は一致した。
[0031]
 次に、バッチ式UV硬化炉にて6000mJ/cm の条件で光を照射し、ギャップ剤入り接着剤を本硬化させて、接合レンズを完成した。接合レンズにおいて、硬化したギャップ剤入り接着剤の層が接合層を構成する。接合層は、樹脂及びギャップ剤を含む。ギャップ剤の屈折率と樹脂の屈折率との差の絶対値は0.002であった。接合層の膜厚における最大値は12.8μmであり、最小値は5.7μmであった。
[0032]
 接合レンズの製造に使用した材料、接着層の構成等を表1に示す。
[0033]
[表1]


 (5-2)実施例2
 基本的には実施例1と同様にして、接合レンズを製造した。ただし、本実施例では、レンズ接着剤として、WR5515の代わりに、協立化学産業株式会社製のWR5517を使用した。WR5517は、未硬化の紫外線硬化性樹脂を含む。
[0034]
 ギャップ剤の屈折率と、接合層に含まれる樹脂の屈折率との差の絶対値は0.010であった。接合層の膜厚における最大値は13.5μmであり、最小値は6.2μmであった。接合レンズの製造に使用した材料、接着層の構成等を上記表1に示す。
[0035]
 (5-3)実施例3
 基本的には実施例1と同様にして、接合レンズを製造した。ただし、本実施例では、ギャップ剤として、ソリースターRA/B50Xの代わりに、株式会社日本触媒製のソリースターRA/E48Xを使用した。ソリースターRA/E48Xは複数の粒子から構成される。粒子の粒径は4.8μmである。粒子の形状は球形である。ソリースターRA/E48Xの材質は有機・無機ハイブリット材料である。ソリースターRA/E48Xを構成する粒子の粒径分布におけるCVは6.5である。
[0036]
 ギャップ剤の屈折率と、接合層に含まれる樹脂の屈折率との差の絶対値は0.032であった。接合層の膜厚における最大値は12.3μmであり、最小値は5.4μmであった。接合レンズの製造に使用した材料、接着層の構成等を上記表1に示す。
[0037]
 (5-4)比較例1
 基本的には実施例1と同様にして、接合レンズを製造した。ただし、本比較例1では、レンズ接着剤にギャップ剤を添加しなかった。そのため、接合層はギャップ剤を含まない。接合層の膜厚における最大値は10.5μmであり、最小値は0.5μmであった。実施例1~3に比べて、接合層の膜厚のばらつきが大きかった。接合レンズの製造に使用した材料、接着層の構成等を上記表1に示す。
[0038]
 (5-5)比較例2
 基本的には実施例2と同様にして、接合レンズを製造した。ただし、本比較例2では、レンズ接着剤にギャップ剤を添加しなかった。そのため、接合層はギャップ剤を含まない。接合層の膜厚における最大値は11.2μmであり、最小値は0.7μmであった。実施例1~3に比べて、接合層の膜厚のばらつきが大きかった。接合レンズの製造に使用した材料、接着層の構成等を上記表1に示す。
[0039]
 (5-6)初期光学特性の評価
 実施例1~3、及び比較例1、2の接合レンズにおける初期光学特性を以下のように評価した。接合レンズをカメラモジュールに組み付けた。そのカメラモジュールにおける誤差を測定した。そして、測定した誤差が、比較対象に比べてどれだけ増加しているかを算出した。実施例1、3の場合、比較対象は、比較例1である。実施例2の場合、比較対象は比較例2である。算出した誤差の増加量に基づき、以下の基準により、接合レンズの初期光学特性を評価した。評価結果を上記表1に示す。
[0040]
 ◎:誤差の増加が10%未満である。
 ○:誤差の増加が10%以上、20%未満である。
 △:誤差の増加が20%以上である。
[0041]
 実施例1、2においては、初期光学特性の評価結果が良好であった。その理由は、実施例1、2では屈折率差が小さいためであると推測される。
 (5-7)白濁の発生試験
 実施例1~3、及び比較例1、2の接合レンズについて、熱衝撃を加えた場合に接合層に白濁が生じるか否かを以下のように試験した。接合レンズを熱衝撃試験機に収容した。120℃の温度で30分間維持し、次に、-40℃の温度で30分間維持する過程を1サイクルとした。このサイクルを2000回繰り返した。その後、接合層の外周側を顕微鏡で観察し、白濁が生じているか否かを判断した。上記の試験を、それぞれの接合レンズについて、N数を10個として行った。10個の接合レンズのうち、白濁が生じた接合レンズの比率を上記表1に示す。実施例1~3では、10個の接合レンズのいずれにも白濁が生じず、比較例1、2では白濁が高確率で生じた。
[0042]
 実施例1~3において白濁が生じなかった理由は、以下のように推測される。実施例1~3における接合層はギャップ剤を含むため、ギャップ剤を含まない比較例1、2の場合より、接合層の膜厚が大きくなり、膜厚が安定する。その結果、接合層に熱歪が生じても、樹脂に加わるストレスが軽減され、白濁が生じにくくなる。
[0043]
 6.他の実施形態
 以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
[0044]
 (1)接合レンズ19を、車載カメラ3以外のカメラ等に使用してもよい。
 (2)凸面31Aを備える第1のレンズ31は、凸レンズ以外のレンズであってもよい。凹面33Aを備える第2のレンズ33は、凹レンズ以外のレンズであってもよい。
[0045]
 (3)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
[0046]
 (4)上述した車載カメラ3、画像センサ1の他、それらを構成要素とするシステム、基板9が備えるCPUに運転支援処理を実行させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、接合レンズ19の製造方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。

請求の範囲

[請求項1]
 凸面(31A)を備える第1のレンズ(31)と、
 凹面(33A)を備える第2のレンズ(33)と、
 前記凸面と前記凹面とを接合する接合層(35)と、
 を備える接合レンズ(19)であって、
 前記接合層は、樹脂(37)及びギャップ剤(39)を含む接合レンズ。
[請求項2]
 請求項1に記載の接合レンズであって、
 前記ギャップ剤を構成する粒子の形状が球形である接合レンズ。
[請求項3]
 請求項1又は2に記載の接合レンズであって、
 前記ギャップ剤が有機組成物から成る接合レンズ。
[請求項4]
 請求項1~3のいずれか1項に記載の接合レンズであって、
 前記ギャップ剤の屈折率と前記樹脂の屈折率との差の絶対値が0.01以下である接合レンズ。
[請求項5]
 請求項1~4のいずれか1項に記載の接合レンズであって、
 前記樹脂は、活性エネルギー線硬化性樹脂である接合レンズ。
[請求項6]
 請求項1~5のいずれか1項に記載の接合レンズであって、
 前記接合層のうち、有効光学面に属する部分は、前記ギャップ剤を含まない接合レンズ。
[請求項7]
 請求項1~6のいずれか1項に記載の接合レンズを備える車載カメラ(3)。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]