特表 2023-542306 光学システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-06

(54)【発明の名称】光学システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/02 20210101AFI20230929BHJP

   G03B 30/00 20210101ALI20230929BHJP

   H04N 23/50 20230101ALI20230929BHJP

   H04N 23/57 20230101ALI20230929BHJP

【ＦＩ】

G02B7/02 C

G02B7/02 F

G02B7/02 Z

G03B30/00

H04N23/50

H04N23/57

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023516579

(86)(22)【出願日】2021-09-14

(85)【翻訳文提出日】2023-03-13

(86)【国際出願番号】 EP2021075154

(87)【国際公開番号】W WO2022069207

(87)【国際公開日】2022-04-07

(31)【優先権主張番号】17/035,911

(32)【優先日】2020-09-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500045121

【氏名又は名称】ツェットエフ、フリードリッヒスハーフェン、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＺＦ ＦＲＩＥＤＲＩＣＨＳＨＡＦＥＮ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100221981

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 大成

(72)【発明者】

【氏名】ブレイク・トム

【テーマコード（参考）】

2H044

5C122

【Ｆターム（参考）】

2H044AC01

2H044AH01

2H044AH13

2H044AH14

2H044AJ04

2H044AJ06

5C122DA14

5C122EA02

5C122FB08

5C122FB17

5C122GE05

5C122GE11

(57)【要約】

【課題】カメラシステムにより捕捉された画質の焦点ぼけ及び劣化を抑制する光学システムを提供する。
【解決手段】基板と、画像平面を有する、基板におけるイメージセンサと、イメージセンサ及び画像平面と交差する機械軸線を規定するとともに、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するレンズバレルと、レンズバレルと統合されて形成され、基板に結合され、第２のＣＴＥを有するレンズ取付具と、イメージセンサ及び画像平面と交差する光軸を規定するレンズ要素であって、該レンズ要素の最後の倍率調整された光学面が背面焦点距離だけ画像平面から光軸に沿って離間している、レンズ要素とを含む光学システムにおいて、第１及び第２のＣＴＥのうち少なくとも１つが、イメージセンサによって受け取られる画像の焦点ぼけ及び劣化を防止するために、光学システムの温度変化の結果としての背面焦点距離の変化を制限する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
画像平面を有する、基板におけるイメージセンサと、
イメージセンサ及び画像平面と交差する機械軸線を規定するとともに、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するレンズバレルと、
レンズバレルと統合されて形成され、基板に結合され、第２のＣＴＥを有するレンズ取付具と、
機械軸線におけるレンズバレルにあり、イメージセンサ及び画像平面と交差する光軸を規定する少なくとも１つのレンズ要素であって、該少なくとも１つのレンズ要素の最後の倍率調整された光学面が背面焦点距離だけ画像平面から光軸に沿って離間している、前記少なくとも１つのレンズ要素と
を含んでおり、
第１及び第２のＣＴＥのうち少なくとも１つが、イメージセンサによって受け取られる画像の焦点ぼけ及び劣化を防止するために、光学システムの温度変化の結果としての背面焦点距離の変化を制限することを特徴とする光学システム。

【請求項2】

レンズバレルが、統合して形成された第１及び第２のバレル部分を有し、第１のバレル部分が、レンズ取付具と係合するフランジを含み、第２のバレル部分が、フランジから基板へ向けてレンズ取付具の取付開口部へ延びていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項3】

レンズ取付具及びフランジが、機械軸線に対して横方向に延びる結合平面において互いに係合し、光学システムの温度変化により、機械軸線に沿って測定した第２のバレル部分の長さが変化し、これに対応して、第２のバレル部分の長さの変化が、光軸に沿って結合平面へ向けて、又は結合平面から離れるように最後の倍率調整された光学面を促すことを特徴とする請求項２に記載の光学システム。

【請求項4】

第２のバレル部分がその中に少なくとも１つのレンズ要素を有しており、第２のバレル部分における少なくとも１つのレンズ要素が最後の倍率調整された光学面を有しており、光学システムの温度上昇の結果としての第２のバレル部分の長さの増大が、光軸に沿って結合平面から離れるように最後の倍率調整された光学面を促し、光学システムの温度上昇の結果としての第２のバレル部分の長さの減少が、光軸に沿って結合平面へ向けて最後の倍率調整された光学面を促すことを特徴とする請求項３に記載の光学システム。

【請求項5】

第１及び第２のバレル部分のそれぞれが、その中に、機械軸線に位置決めされた少なくとも１つのレンズ要素を有していることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。

【請求項6】

第２のバレル部分が第１のＣＴＥを有し、第１のバレル部分が、第１のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有していることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。

【請求項7】

第１及び第２のＣＴＥが同一であることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項8】

第１及び第２のＣＴＥが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項9】

光学システムの温度変化により、機械軸線に沿って測定したレンズ取付具の長さが増大又は減少され、レンズ取付具の長さの増大が、画像平面から離れるように最後の倍率調整された光学面を促し、レンズ取付具の長さの減少が、画像平面へ向けて最後の倍率調整された光学面を促すことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項10】

レンズ取付具を基板に結合する、レンズ取付具と基板の間の接着剤の層を更に含み、接着剤の層が接着剤ＣＴＥを有し、光学システムの温度変化により、機械軸線に沿って測定した接着剤の層の長さが増大又は減少され、接着剤の層の長さの増大が、画像平面から離れるように最後の倍率調整された光学面を促し、接着剤の層の長さの減少が、画像平面へ向けて最後の倍率調整された光学面を促すことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項11】

イメージセンサが第３のＣＴＥを有し、光学システムの温度変化により、機械軸線に沿って測定したイメージセンサの長さが増大又は減少され、イメージセンサの長さの増大が、最後の倍率調整された光学面へ向けて画像平面を促し、イメージセンサの長さの減少が、最後の倍率調整された光学面から離れるように画像平面を促すことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項12】

機械軸線に沿って測定したレンズ取付具の長さが、光学システムの温度変化の結果としての背面焦点距離の変化を更に制限するように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項13】

レンズ取付具及びレンズバレルが、機械軸線に対して横方向に延びる結合平面において互いに係合し、光軸が、交点において最後の倍率調整された光学面と交差し、機械軸線又は光軸に沿って測定した、結合平面と交点の間の距離が、光学システムの温度変化の結果としての背面焦点距離の変化を更に制限するように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項14】

光学システムの温度変化により、光軸に沿って測定した少なくとも１つのレンズ要素の長さ、少なくとも１つのレンズ要素の円弧及び少なくとも１つのレンズ要素の屈折率が変化し、少なくとも１つのレンズ要素の長さ、円弧及び屈折率の変化が、画像平面へ向けて、又は画像平面から離れるように最後の倍率調整された光学面を促すことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項15】

少なくとも１つのレンズ要素をレンズバレルにおいて保持するために、レンズバレルにおける少なくとも１つのスペーサ要素を更に含み、光学システムの温度変化により、光軸に沿って測定した少なくとも１つのスペーサ要素の長さが変化し、少なくとも１つのスペーサ要素の長さの変化が、光軸に沿って画像平面へ向けて、又は画像平面から離れるように最後の倍率調整された光学面を促すことを特徴とする請求項１４に記載の光学システム。

【請求項16】

請求項１に記載の光学システムを含む運転者支援システム。

【請求項17】

基板と、
基板におけるイメージセンサと、
イメージセンサと交差する機械軸線を規定するレンズバレルと、
レンズバレル及び取付具が一体部材として構成されるようにレンズバレルと統合して形成されているとともに、基板に結合され、レンズバレルを基板に結合させるレンズ取付具と、
機械軸線においてレンズバレルにある少なくとも１つのレンズ要素と
を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項18】

レンズバレルが、統合して形成された第１及び第２のバレル部分を有し、第１のバレル部分が、レンズ取付具と係合するフランジを含み、第２のバレル部分が、フランジから基板へ向けてレンズ取付具の取付開口部へ延びていることを特徴とする請求項１７に記載の光学システム。

【請求項19】

レンズ取付具及びフランジが、機械軸線に対して横方向に延びる結合平面において互いに係合し、少なくとも１つのレンズ要素によって規定される光軸が、交点において少なくとも１つのレンズ要素の最後の倍率調整された光学面と交差し、機械軸線又は光軸に沿って測定した、結合平面と交点の間の距離が、光学システムの温度変化の結果としての背面焦点距離の変化を更に制限するように選択されていることを特徴とする請求項１７に記載の光学システム。

【請求項20】

イメージセンサが画像平面を有しており、少なくとも１つのレンズ要素の最後の光学面が、少なくとも１つのレンズ要素によって規定された光軸に沿って背面焦点距離だけ画像平面から離間しており、レンズバレルが第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有しており、レンズ取付具が第２のＣＴＥを有しており、第１及び第２のＣＴＥのうち少なくとも１つが、イメージセンサによって受け取られる画像の焦点ぼけ及び劣化を防止するために、光学システムの温度変化の結果としての背面焦点距離の変化を制限することを特徴とする請求項１７に記載の光学システム。

【請求項21】

機械軸線に沿って測定したレンズ取付具の長さが、光学システムの温度変化の結果としての背面焦点距離の変化を更に制限するように選択されていることを特徴とする請求項１７に記載の光学システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学システム、特にレンズ取付具と統合して形成されたレンズバレルを有する光学システムに向けられたものである。

【背景技術】

【0002】

車両用の先進運転者支援システム（「ＡＤＡＳ」）が知られている。車両用ＡＤＡＳの１つのタイプは、前方カメラシステムを用いる。カメラシステムは、車両前方における前方視界を提供するために車両のフロントガラスに固定される。このような前方へ向いた車両用ＡＤＡＳ装置は、車両の前方の動作環境を監視するとともに、車両の動作を支援するために、監視された環境情報を他の車両システムに提供する。例えば、車両用ＡＤＡＳは、車線逸脱を監視し、車線における車両の維持をアシストし、車線中央維持／車線誘導を提供し、ハイビーム及び／若しくはロービームヘッドライトの動作を制御し、車両の存在を検知し、前方衝突警告を提供し、標識認識を実行し、並びに／又は歩行者の検知に応答して自動緊急ブレーキを作動させることが可能である。車両用ＡＤＡＳ制御装置は、カメラシステムの出力部に接続されるとともに、カメラからの画像出力データを解析する。

【0003】

カメラシステムは、イメージセンサへ光を導く複数のレンズ要素を含むことができる。レンズ要素の背面焦点距離は、光学システムが焦点合わせされ、イメージセンサによって鮮明な画像が捕捉されるように選択される。カメラシステムの温度変化により引き起こされるカメラシステムの膨張又は収縮により、選択された背面焦点距離が変化することがあり、これにより、カメラシステムにより捕捉された画質の焦点ぼけ及び劣化が生じ得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の課題は、カメラシステムにより捕捉された画質の焦点ぼけ及び劣化を抑制する光学システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

１つの態様によれば、光学システムは基盤を含んでいる。イメージセンサは基板にある。イメージセンサは画像平面を有している。レンズバレルは、イメージセンサ及び画像平面と交差する機械軸線を規定する。レンズバレルは、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有している。レンズ取付具は、レンズバレルと統合して形成されている。レンズ取付具は基板に結合されている。レンズ取付具は第２のＣＴＥを有している。少なくとも１つのレンズ要素は、機械軸線においてレンズバレルにあるとともに、イメージセンサ及び画像平面と交差する光軸を規定している。少なくとも１つのレンズ要素の最後の倍率調整された光学面は、光軸に沿って、背面焦点距離だけ画像平面から離間している。第１及び第２のＣＴＥのうち少なくとも１つは、イメージセンサによって受け取られる画像の焦点ぼけ及び劣化を防止するために、光学システムの温度変化の結果としての背面焦点距離の変化を制限する。

【0006】

他の１つの態様によれば、単独で、又は任意の他の抽象的なものと組み合わせて、光学系は、基板を含むことができる。イメージセンサは基板にあってよい。レンズバレルは、イメージセンサ及び画像平面と交差する機械軸線を規定することができる。レンズバレル及び取付具が一体部材として構成されるように、レンズ取付具はレンズバレルと統合して形成されることが可能である。レンズ取付具は、基板に結合されることができるとともに、レンズバレルを基板に結合させることが可能である。少なくとも１つのレンズ要素は、機械軸線におけるレンズバレルにあってよい。

【0007】

本発明の上記の、及び他の特徴は、以下の添付の図面を参照した本発明の説明を考慮すれば、本発明に関連する当業者にとって明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施例に従い作成された光学システムの断面図である。

【図2】本発明の他の一実施例に従い作成された光学システムの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１には、車両用の先進運転者支援システム（「ＡＤＡＳ」）１２において用いられることが可能な光学システム１０が図示されている。ＡＤＡＳ１２において用いられる場合には、光学システム１０は、車両のフロンドウィンドウ、サイドウィンドウ又はリヤウィンドウのようなウィンドウに固定されることが可能である。ＡＤＡＳ１２は、車両の動作環境を監視することができるとともに、車両の動作を支援するために、監視された環境情報を他の車両システムに提供することが可能である。例えば、ＡＤＡＳ１２は、車線逸脱を監視し、車線における車両の維持をアシストし、車線中央維持／車線誘導を提供し、ハイビーム及び／若しくはロービームヘッドライトの動作を制御し、車両の存在を検知し、前方衝突警告を提供し、標識認識を実行し、並びに／又は歩行者の検知に応答して自動緊急ブレーキを作動させることが可能である。ＡＤＡＳ制御装置は、光学システム１０の出力部に接続されることができるとともに、光学システムからの画像出力データを解析することが可能である。

【0010】

図１に示されているように、光学システム１０は、基板１４を含んでいる。基板１４は、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）であってよく、それゆえ、ここではＰＣＢという。イメージセンサ１６がＰＣＢ１４上にある。イメージセンサ１６は、はんだ付けのような任意の所望の態様でＰＣＢ１４に結合されることが可能である。イメージセンサ１６は、画像平面距離２０だけＰＣＢ１４から離間した画像平面１８を規定している。機械軸線２４に沿って測定したイメージセンサの長さ２２がどのように変化するか、すなわち光学システム１０の温度変化に伴い機械軸線に沿って膨張又は収縮するかを規定するセンサ熱膨張係数（「ＣＴＥ」）をイメージセンサが有するように、イメージセンサ１６を形成する１つ又は複数の材料が選択される。イメージセンサ１６の長さ２２の変化により、画像平面距離２０が対応して増減する。

【0011】

レンズバレル及び取付具が一体部材として構成されるように、レンズバレル２６はレンズ取付具２８と統合して形成されている。レンズ取付具２８及びレンズバレル２６は、二段階射出成形プロセス又はインサート成形プロセスによって統合して形成されている。したがって、統合して形成されたレンズバレル２６及びレンズ取付具２８は、留め具、接着結合又ははんだ付けによって互いに結合されているわけではない。レンズ取付具２８は、レンズバレル２６をＰＣＢ１４に結合する。レンズバレル２６は、機械軸線２４を規定する。機械軸線２４は、イメージセンサ１６及び画像平面１８と交差する。

【0012】

レンズバレル２６は、統合して形成された第１及び第２のバレル部分３０，３２を有している。第１及び第２のバレル部分３０，３２は、射出成形プロセス、オーバーモールドプロセス、二段階射出成形プロセス又はインサート成形プロセスによって統合して形成されることが可能である。第１及び第２のバレル部分３０，３２は、例えば、アルミニウム、真ちゅう及びポリマのうち１つ又は複数によって形成されることが可能である。機械軸線２４に沿って測定した第１のバレル部分の長さ３４がどのように変化するか、すなわち光学システム１０の温度変化に伴い機械軸線に沿って膨張又は収縮するかを規定する第１のバレルＣＴＥを第１のバレル部分が有するように、第１のバレル部分３０を形成する１つ又は複数の材料が選択される。機械軸線２４に沿って測定した第２のバレル部分の長さ３６がどのように変化するか、すなわち光学システム１０の温度変化に伴い機械軸線に沿って膨張又は収縮するかを規定する第２のバレルＣＴＥを第２のバレル部分が有するように、第２のバレル部分３２を形成する１つ又は複数の材料が選択される。

【0013】

図１の例示的な構成において示されているように、第１及び第２のバレル部分３０，３２は、第１及び第２のバレルＣＴＥが同一であるように同一の１つ又は複数の材料で形成されることが可能である。これに代えて、図２の例示的な構成において示されているように、第１及び第２のバレル部分３０，３２は、第１のバレルＣＴＥが第２のバレルＣＴＥとは異なるように異なっていてもよい。

【0014】

図１に示されているように、第１のバレル部分３０は、実質的に円筒状のフランジ３８と、フランジから機械軸線２４に沿ってＰＣＢ１４から離れる第１の方向ＦＤへ延びる実質的に円筒状の部分４０とを含んでいる。第１のバレル部分３０は、機械軸線２４に沿って第１のバレル部分を通って延びる第１のバレル開口部４２を規定する。第２のバレル部分３２は、実質的に円筒状であるとともに、第１の方向ＦＤとは逆のフランジ３８からＰＣＢ１４への第２の方向ＳＤへ延びている。第２のバレル部分３２は、機械軸線２４に沿って第２のバレル部分を通って延びる第２のバレル開口部４４を規定する。第１及び第２のバレル開口部４２，４４は、機械軸線２４に沿ってレンズバレル２６全体を通って延びるレンズバレル開口部４６を共に形成する。

【0015】

レンズ取付具２８は、実質的に円筒状であるとともに、機械軸線２４に沿ってフランジ３８から第２の方向ＳＤへ延びている。レンズ取付具２８は、レンズ取付具とＰＣＢの間の接着剤の層５４によってＰＣＢ１４に直接結合されている。レンズ取付具２８は取付開口部４８を規定しており、当該取付開口部には、第２のバレル部分３２が延びている。レンズ取付具２８及びフランジ３８は、機械軸線２４に対して横方向に延びる結合平面５０において互いに係合している。

【0016】

レンズ取付具２８は、実質的に円筒状であってよい。これに代えて、レンズ取付具２８は、当該レンズ取付具とレンズバレル２６の間の境界部が実質的に円筒状である一方、レンズ取付具とＰＣＢ１４の間の境界部が正方形又は長方形であるように構成されることが可能である。したがって、レンズ取付具２８は、レンズバレル２６と接続するための実質的に円筒状の部分と、ＰＣＢ１４と接続するための実質的に正方形又は長方形の部分とを有している。

【0017】

レンズ取付具２８は、例えば、アルミニウム、真ちゅう及びポリマのうち１つ又は複数によって形成されることが可能である。機械軸線２４に沿って測定したレンズ取付具の長さ５２がどのように変化するか、すなわち光学システム１０の温度変化に伴い機械軸線に沿って膨張又は収縮するかを規定する取付具ＣＴＥをレンズ取付具が有するように、レンズ取付具２８を形成する１つ又は複数の材料が選択される。

【0018】

機械軸線２４に沿って測定した接着剤の層の長さ５６がどのように変化するか、すなわち光学システム１０の温度変化に伴い機械軸線に沿って膨張又は収縮するかを規定する接着剤ＣＴＥを接着剤の層が有するように、接着剤の層５４を形成する１つ又は複数の材料が選択される。レンズ取付具２８が接着剤の層５４によってＰＣＢ１４に結合されるように示され、記述されているが、レンズ取付具は、はんだ付け又は１つ若しくは複数の留め具のような他の任意の所望の態様でＰＣＢに結合されることが可能である。

【0019】

少なくとも１つのレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６は、レンズバレル２６において機械軸線２４にあるとともに、イメージセンサ１６に光を導くために用いられる。図１の例示的な構成において示されているように、第１のバレル部分３０は、機械軸線２４において第１のバレル開口部４２に複数のレンズ要素５８，６０，６２，６４を有している。第２のバレル部分３２は、機械軸線２４において第２のバレル開口部４４に１つのレンズ要素６６を有している。各レンズ要素５８，６０，６２，６４，６６は、ガラス、ポリマ、ポリカーボネート、アクリルガラス及び環状オレフィン系共重合体のうち１つ又は複数で形成されることが可能である。機械軸線２４に沿って測定した各レンズ要素の長さがどのように変化するか、すなわち光学システム１０の温度変化に伴い機械軸線に沿って膨張又は収縮するかを規定するレンズＣＴＥを各レンズ要素が有するように、各レンズ要素５８，６０，６２，６４，６６を形成する１つ又は複数の材料が選択される。

【0020】

レンズ要素５８，６０，６２，６４，６６は、イメージセンサ１６及び画像平面１８と交差する光軸２５を規定する。図１に示されているように、軸線２４，２５は、同軸となっている。これに代えて、軸線２４，２５は、実質的に同軸となっていてもよい。実質的に同軸な軸線２４，２５は、わずかな度合いだけ互いにオフセットされていることが可能である。

【0021】

レンズ要素６６は、レンズ要素５８，６０，６２，６４，６６の最後の倍率調整された（ｐｏｗｅｒｅｄ）光学面６８を規定する。最後の倍率調整された光学面６８は、画像平面１８に最も近いレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６の非平面的な光学面である。画像平面１８と、光軸２５が倍率調整された光学面と交差する、倍率調整された光学面６８における交点７０との間の距離は、背面焦点距離７２と呼ばれる。背面焦点距離７２は、光学システム１０が焦点合わせされ、イメージセンサ１６によって鮮明な画像が捕捉されるように選択される。その選択された背面焦点距離７２は、２５℃である光学システム１０の温度を基礎として決定されることが可能である。

【0022】

光学システム１０は、１つ若しくは複数のスペーサ要素７４，７６，７８及び／又は１つ若しくは複数のリテーナ８０，８２を更に含むことができる。スペーサ要素７４，７６，７８及びリテーナ８０，８２は、レンズバレル２６においてレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６を保持する。図１に示されているように、複数のスペーサ要素７４，７６，７８がレンズバレル２６にある。各スペーサ要素７４，７６，７８は、隣接した２つのレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６に係合するか、又はレンズ要素と、レンズバレル２６の隣接するショルダ部８４とに係合する。ショルダ部８４は、機械軸線２４に向けて第１のバレル開口部４２へ径方向に延びている。スペーサ要素７４，７６，７８は、アルミニウム、真ちゅう及びポリマのうち１つ又は複数によって形成されることが可能である。機械軸線２４に沿って測定した各スペーサ要素の長さがどのように変化するか、すなわち光学システム１０の温度変化に伴い機械軸線に沿って膨張又は収縮するかを規定するスペーサＣＴＥを各スペーサ要素が有するように、スペーサ要素７４，７６，７８を形成する１つ又は複数の材料が選択される。

【0023】

図１に示されているように、第１のリテーナ８０は、第１のバレル部分３０に結合、例えば螺着されることが可能である。第１のリテーナ８０は、ショルダ部８４と第１のリテーナの間にあるレンズ要素５８，６０，６２及びスペーサ要素７４，７６がレンズバレル２６における所定の位置から移動することを防止するのを補助する。第２のリテーナ８２は、第２のバレル部分３２に結合、例えば螺着されることが可能である。第２のリテーナ８２は、ショルダ部８４と第２のリテーナの間にあるレンズ要素６４，６６及びスペーサ要素７８がレンズバレル２６における所定の位置から移動することを防止するのを補助する。第１及び第２のリテーナ８０，８２は、金属、アルミニウム、真ちゅう及びポリマのうち１つ又は複数によって形成されることが可能である。

【0024】

フィルタレンズ８６は、第２のリテーナ８２に結合されることが可能である。フィルタレンズ８６は、機械軸線２４に沿って延在している。フィルタレンズ８６は、イメージセンサ１６及びレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６の保護を補助することができる。フィルタレンズ８６は、レンズ要素５８，６０，６２，６４，６６を通してイメージセンサ１６へ通過する光の特性を変化させることも可能である。フィルタレンズ８６は、ポリマ、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、アクリルガラス及び環状オレフィン系共重合体のうち１つ又は複数で形成されることが可能である。

【0025】

２５℃からの光学システム１０の温度の変化により、光学システムの選択された背面焦点距離７２が変化し得る。２５℃からの光学システム１０の温度の変化の結果としての第２のバレル部分３２の長さ３６の変化により、交点７０と結合平面５０の間の距離８８（ここでは、結合平面距離８８という）が増減し得る。第２のバレルＣＴＥにより、光学システム１０の温度が上昇する場合に、第２のバレル部分３２の長さ３６がＰＣＢ１４に向けて第２の方向ＳＤへ膨張することとなる。第１のバレル部分３０のフランジ３８が第１の方向ＦＤへの第２のバレル部分３２の膨張を防止するため、第２のバレル部分３２は、第２の方向ＳＤにおいて膨張する。膨張する第２のバレル部分３２は、結合平面距離８８を増大させるために、結合平面５０から離れるように第２の方向ＳＤへ最後の光学面６８の交点７０を促す。結合平面距離８８の増大により、背面焦点距離７２が減少し得る。逆に、第２のバレルＣＴＥにより、光学システム１０の温度が低下する場合に、第２のバレル部分３２の長さ３６がＰＣＢ１４から離れるように第１の方向ＦＤへ収縮することとなる。収縮する第２のバレル部分３２は、結合平面距離８８を減少させるために、結合平面５０に向けて第２の方向ＦＤへ交点７０を促す。結合平面距離８８の減少により、背面焦点距離７２が増大し得る。

【0026】

取付具ＣＴＥにより、光学システム１０の温度が上昇する場合に、レンズ取付部２８の長さ５２がＰＣＢ１４から離れるように第１の方向ＦＤへ膨張することとなる。膨張するレンズ取付具２８は、ＰＣＢ１４から離れるように第１の方向ＦＤにおいてレンズバレル２６及び結合平面５０を促す。膨張するレンズ取付具２８も、画像平面１８から離れるように第１の方向ＦＤにおいてレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６及び交点７０を促す。逆に、取付具ＣＴＥにより、光学システム１０の温度が低下する場合に、レンズ取付部２８の長さ５２がＰＣＢ１４に向けて第２の方向ＳＤへ収縮することとなる。収縮するレンズ取付具２８は、ＰＣＢ１４に向けて第２の方向ＳＤにおいてレンズバレル２６及び結合平面５０を促す。収縮するレンズ取付具２８も、画像平面１８へ向けて第２の方向ＳＤにおいてレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６及び交点７０を促す。

【0027】

接着剤ＣＴＥにより、光学システム１０の温度が上昇する場合に、接着剤の層５４の長さ５６がＰＣＢ１４から離れるように第１の方向ＦＤへ膨張することとなる。膨張する接着剤の層５４は、ＰＣＢ１４から離れるように第１の方向ＦＤにおいてレンズ取付具２８及びレンズバレル２６を促す。膨張する接着剤の層５４も、画像平面１８から離れるように第１の方向ＦＤにおいてレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６及び交点７０を促す。逆に、接着剤ＣＴＥにより、光学システム１０の温度が低下する場合に、接着剤の層５４の長さ５６がＰＣＢ１４に向けて第２の方向ＳＤへ収縮することとなる。収縮する接着剤の層５４は、ＰＣＢ１４に向けて第２の方向ＳＤにおいてレンズ取付具２８及びレンズバレル２６を促す。収縮する接着剤の層５４も、画像平面１８へ向けて第２の方向ＳＤにおいてレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６及び交点７０を促す。

【0028】

センサＣＴＥにより、光学システム１０の温度が上昇する場合に、イメージセンサ１６の長さ２２がＰＣＢ１４から離れるように第１の方向ＦＤへ膨張することとなる。膨張するイメージセンサ１６は、ＰＣＢ１４から離れるように、交点７０に向けて第１の方向ＦＤへ画像平面１８を促す。したがって、膨張するイメージセンサ１６は、画像平面距離２０を増大させることとなり得る。逆に、センサＣＴＥにより、光学システム１０の温度が低下する場合に、イメージセンサ１６の長さ２２がＰＣＢ１４に向けて第２の方向ＳＤへ収縮することとなる。収縮するイメージセンサ１６は、交点７０に向けてＰＣＢ１４から離れるように、第２の方向ＳＤへ画像平面１８を促す。したがって、収縮するイメージセンサ１６は、画像平面距離２０を減少させることとなり得る。

【0029】

選択された背面焦点距離７２に影響を与える他のファクタは、レンズ要素における温度の総和効果（「総和効果」）である。総和効果は、様々なファクタが画像平面１８に向かって、又は画像平面１８から離れるようにどのように交点７０を促すかを反映した所定の値である。総和効果は、光学システム１０の温度の変化の結果としてのレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６の屈折率の変化を含むことができる。レンズ要素５８，６０，６２，６４，６６の屈折率の変化は、光学システム１０における温度が２５℃から変化するときに、選択された背面焦点距離７２が変化するように促す主要なファクタであり得る。総和効果には、光学システム１０の温度の変化の結果としてのレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６の長さの変化が含まれ得る。総和効果は、レンズ要素５８，６０，６２，６４，６６の円弧が温度変化に応答してどのように変化するかも含むことができる。スペーサ要素７４，７６，７８の長さの変化は、画像平面１８に向けて、又は画像平面１８から離れるようにレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６を促すことも可能である。したがって、総和効果には、スペーサ要素７４，７６，７８の長さの変化が含まれ得る。

【0030】

それゆえ、選択された背面焦点距離７２は、光学システム１０の２５℃からの温度の変化が第２のバレル部分３２、レンズ取付具２８、接着剤の層５４、イメージセンサ１６及びレンズ要素５８，６０，６２，６４，６６にどのように影響を与えるかに基づいて、変化を促されることが可能である。以下の方程式は、選択された背面焦点距離７２が、イメージセンサ１６によって受け取られる画像の焦点ぼけ及び劣化を防止するために制限又は防止されることを保証するために用いられることが可能である。
ΔＢＦＬ＝ＳＥ＋ΔＣＰＤ－ΔＬ_ＬＭ－ΔＬ_ＬＯＡ＋ΔＩＰＤ
ここで、ΔＢＦＬは選択された背面焦点距離７２の変化であり、ＳＥは総和効果であり、ΔＣＰＤは結合平面距離８８の変化であり、ΔＬ_ＬＭはレンズ取付具２８の長さ５２の変化であり、ΔＬ_ＬＯＡは接着剤の層５４の長さ５６の変化であり、ΔＩＰＤは画像平面距離２０の変化である。

【0031】

第２のバレル部分３２、レンズ取付具２８、接着剤の層５４、イメージセンサ１６、レンズ要素５８，６０，６２，６４，６６及びスペーサ要素７４，７６，７８のうち１つ又は複数の材料及びＣＴＥは、光学システム１０の温度の変化の結果としての選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬがゼロ又はほぼゼロであるように選択されることが可能である。光学システムの設計制約条件により第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８は、選択された材料及びＣＴＥにおいて最大のフレキシビリティを提供することができる。１つの構成においては、第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８を形成する材料は、選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬを防止するか、又は最小化するために、第２のバレルＣＴＥ及び取付具ＣＴＥが同一であるように選択されることが可能である。これに代えて、第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８を形成する材料は、選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬを防止するか、又は最小化するために、第２のバレルＣＴＥ及び取付具ＣＴＥが異なるように選択されることが可能である。

【0032】

第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８が共に統合して形成されるとしても、第２のバレルＣＴＥ及び取付具ＣＴＥは、第２のバレル部分及びレンズ取付具を形成するために２つの異なる基材を用いることで、互いに異なるように作られることが可能である。１つの例示的な構成では、第２のバレル部分３２の基材はポリフェニレンサルファイド（「ＰＰＳ」）のようなポリマであってよく、一方、レンズ取付具２８の基材はアルミニウムである。第２のバレル部分３２を形成するＰＰＳは、「未充填」であってよい。未充填のＰＰＳは、多量の充填剤を含んでいない。未充填のＰＰＳのＣＴＥは、典型的にはアルミニウムのＣＴＥよりも大きい。それゆえ、この例示的な構成では、第２のバレル部分３２はレンズ取付具２８よりも大きな異なるＣＴＥを有している。

【0033】

これに代えて、第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８が同一の基材を含むとしても、第２のバレルのＣＴＥ及び取付具ＣＴＥは、異なるように作られることが可能である。１つの例示的な構成では、第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８の両方の基材はＰＰＳであってよい。しかし、第２のバレル部分３２は、約４５～７０％のＰＰＳと、約３０～５５％の、ガラスファイバ、ガラスビーズ及び／又は雲母のような充填剤とを含むことができる。レンズ取付具２８は、約３５～４４％のＰＰＳと、約５６～６５％の充填剤とを含むことができる。第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８において用いられる充填剤により、典型的には、第２のバレルＣＴＥ及び取付具ＣＴＥは、第２のバレル部分及びレンズ取付具が充填材を含まない場合よりも低くなる。第２のバレル部分３２がレンズ取付具２８よりも低いパーセンテージの充填剤を含むため、第２のバレルＣＴＥは取付具ＣＴＥよりも大きい。したがって、第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８の両方が同一の基材を含むとしても、第２のバレルＣＴＥ及び取付具ＣＴＥは、第２のバレル部分及びレンズ取付具のそれぞれに含まれる充填剤の量を変えることで、互いに異なるように作られることが可能である。第２のバレルＣＴＥ及び取付具ＣＴＥは、第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８が同一の基材を有する場合に、第２のバレル部分３２及びレンズ取付具２８のそれぞれに含まれる充填剤のタイプを代えることで異なるように作られることも可能である。

【0034】

第２のバレル部分３２及び／又はレンズ取付具２８のような光学システム１０の１つ又は複数の特徴の材料及びＣＴＥは、２５℃から所定の度数への光学システム１０の温度の低下の結果としての選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬが２５℃から所定の度数への光学システムの温度の上昇の結果としての選択された背面焦点距離の変化とほぼ同じであるように選択されることも可能である。例えば、光学システム１０が２５℃から－４０℃へ冷却される場合の選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬは、光学システムが２５℃から１０５℃へ加熱される場合の選択された背面焦点距離の変化とほぼ同一であり得る。

【0035】

レンズ取付具２８、第２のバレル部分３２及び接着剤の層５４のうち１つ又は複数の長さは、２５℃からの光学システム１０の温度の変化の結果としての選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬがゼロ又はほぼゼロであるように選択されることも可能である。レンズ取付具の長さの変化ΔＬ_ＬＭは、選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬが制限又は防止されることを保証するのを補助するための方程式における一成分である。光学システム１０の温度が２５℃から変化すると、レンズ取付具２８の長さ５２が、２５℃におけるレンズ取付具の長さ及び温度変化に比例する量だけ変化する。したがって、２５℃におけるレンズ取付具２８の長さ５２を選択する際に、２５℃からの光学システム１０の温度の変化の結果としての選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬがゼロ又はほぼゼロであるように、ΔＬ_ＬＭ成分を調整することが可能である。

【0036】

結合平面距離の変化ΔＣＰＤは、選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬが制限又は防止されることを保証するのを補助するための方程式における他の一成分である。光学システム１０の温度が２５℃から変化すると、結合平面距離８８が、２５℃における結合平面距離の長さ及び温度変化に比例する量だけ変化する。したがって、２５℃における結合平面距離の長さを選択する際に、２５℃からの光学システム１０の温度の変化の結果としての選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬがゼロ又はほぼゼロであるように、ΔＣＰＤ成分を調整することが可能である。

【0037】

所望される場合には、結合平面５０に対してレンズ要素６６及び／又は交点７０を第２の方向ＳＤへ移動させることで、２５℃における結合平面距離８８を図１に示されたものから増大させることが可能である。結合平面距離８８の当該増大に適応するために、光学システム１０の温度が２５℃であるときに第２のバレル部分３２がフランジ３８から第２の方向ＳＤに延びる長さ３６を図１に示すものよりも長くすることが可能である。逆に、結合平面５０に対してレンズ要素６６及び／又は交点７０を第１の方向ＦＤへ移動させることで、２５℃における結合平面距離８８を図１に示されたものから減少させることが可能である。結合平面距離８８の当該減少に適応するために、光学システム１０の温度が２５℃であるときに第２のバレル部分３２がフランジ３８から第２の方向ＳＤに延びる長さ３６を図１に示すものよりも短くすることが可能である。

【0038】

結合平面距離８８は、光学システム１０の温度が２５℃の場合に、機械軸線２４に沿ったフランジ３８の位置を選択することによって選択されることが可能である。例えば、図１における結合平面距離８８は、図１に示すレンズバレル１８における光軸２５に沿った位置に交点７０を維持しつつ図１に示すフランジの位置から機械軸線２４に沿ってフランジ３８を第１の方向ＦＤに移動させることによって、増大されることが可能である。第１のバレル部分が、フランジと、フランジから第１の方向に延びる部分４０とを含むため、フランジ３８を第１の方向ＦＤに移動させることにより、第１のバレル部分３０の長さ３４を短くすることが可能である。第２のバレル部分が、フランジ３８から第２の方向ＳＤに延びるレンズバレル２６を含むため、フランジを第１の方向ＦＤに移動させることにより、第２のバレル部分３２の長さ３６を長くすることが可能である。他の一例として、図１における結合平面距離８８は、図１に示すレンズバレル１８における光軸２５に沿った位置に交点７０を維持しつつ図１に示すフランジの位置から機械軸線２４に沿ってフランジ３８を第２の方向ＳＤに移動させることによって、減少されることが可能である。フランジ３８を第２の方向ＳＤに移動させることにより、第１のバレル部分３０の長さ３４を長くすることができるとともに、第２のバレル部分３２の長さ３６を短くすることができる。

【0039】

レンズ取付具の長さの変化ΔＬ_ＬＯＡも、選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬが制限又は防止されることを保証するのを補助するための方程式における一成分である。光学システム１０の温度が２５℃から変化すると、接着剤の層５４の長さ５６が、２５℃における接着剤の層の長さ及び温度変化に比例する量だけ変化する。したがって、２５℃における接着剤の層５４の長さ５６を選択する際に、２５℃からの光学システム１０の温度の変化の結果としての選択された背面焦点距離の変化ΔＢＦＬがゼロ又はほぼゼロであるように、ΔＬ_ＬＯＡ成分を調整することが可能である。

【0040】

本発明の上述の説明から、当業者は、改良、変更及び修正を理解する。当業者の技能内でのこのような改良、変更及び修正は、添付の特許請求の範囲によってカバーされることを意図している。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】