JP2005352156A - カメラ、及び車載カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像画像の画角が広くなる方向の撮像範囲を確保するためにレンズと撮像素子との位置合わせを精度良く行うことができる組立て方法、カメラを提供することにある。
【解決手段】 本発明に係るカメラは、レンズと、レンズが結像した像を撮像する撮像素子と、レンズまたは撮像素子の光軸に略平行な回転軸とを備え、レンズは、回転軸を中心に揺動可能な調整枠に取付けられることとした。この構成により、撮像画像の画角が広くなる方向にレンズと撮像素子との位置合わせを精度良く行うことができ、撮像範囲を確保することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明はカメラに関する発明であり、特に、撮像画像の画角が特定方向に大きいカメラに関する発明であり、さらには、車両前方の道路画像から白線情報を検出する白線認識装置や、見通しの悪い交差点などで車両前部の左右の視界を車内モニターに映し出すためのノーズビュー装置等に使用される車載カメラに関する発明である。

従来、車載カメラを組立てる際のレンズと撮像素子との位置合わせは、車載カメラ以外のカメラと同様に、ピン勘合や基準面突き当て等の方法により行われていた。例えば特許文献１には、撮像素子とレンズとの位置合わせをピン勘合により行う車載カメラについて記載されている。なお、ピン勘合等の従来の方法によりレンズと撮像素子との位置合わせを行うと、レンズや撮像素子の光軸と直行する平面での位置調整、すなわち光軸に直行する２方向の位置調整が可能となる。

車載カメラ２００を車両に取り付けた状態を図１１に示す。図において、カメラ本体２０１はカメラケース２０２を介してフロントガラス２０３に取り付けられているので、カメラ本体２０１の内部に設置されている撮像素子及びレンズの光軸方向は、カメラ本体２０１からフロントガラス２０３に向かう方向となり、光軸と直行する方向は図１１に示すようにＸ軸方向、Ｙ軸方向の２方向に規定される。したがって、従来の方法により組立てた車載カメラを図１１に示す状態で車両に取り付ける場合、必要な被写体を撮像するためにカメラ２０１組立て時の撮像素子とレンズとの位置調整は、図中Ｘ軸方向及びＹ軸方向の調整で可能になる。なお、後述するように、車載カメラは、通常、Ｙ軸方向、すなわち垂直方向の画角よりも、Ｘ軸方向、すなわち水平方向の画角が広くなる状態で取り付けられる。

一般的に、車載カメラを用いて車両前方を撮像した際の撮像画像は、図１２に示すように、画像領域Ａに車両が走行する道路１０１、画像領域Ｂに家屋等の建物や空がある画像構成となる。一方、特許文献２や特許文献３に記載されているように、車載カメラの撮像画像から道路１０１から白線情報を検出し、白線形状に沿って車両を自動操舵、または逸脱警報を鳴らす白線認識装置には、道路１０１が含まれていない画像領域Ｂの情報は必要ない。つまり、白線認識装置に必要な情報は、車両カメラから得られる撮像画像の中で水平方向に広がりをもつ画像領域Ａに含まれている。したがって、レンズ前面の一部に遮光板を設け、白線認識に不要な画像領域Ｂを予め除去することが、上記特許文献にて提案されている。

また、見通しの悪い交差点などで左右方向を確認するために、車両前方の撮像画像を車室内のモニターに映し出すノーズビュー装置が、車両に搭載される場合がある。図１３は、ノーズビュー装置用の車載カメラにて撮像された撮像画像である。撮像画像には、画面中央部に車両前部の左側の画像と右側の画像を分ける線１０２があり、各々、画像領域Ｂに空、画像領域Ａに道路１０１ａ、１０１ｂがある画像構成となっている。特許文献４に記載されているように、ノーズビュー装置を搭載した車両の運転者が交差点の情報を充分得るためには、画像領域Ｂは必ずしも必要ではなく、画像領域Ａが必要となる。

以上説明したように、白線認識装置やノーズビュー装置に必要な情報は、車載カメラによる撮像画像の中で水平方向に広がりをもつ画像領域Ａに含まれている。したがって、車載カメラには、通常、Ｙ軸方向、すなわち垂直の画角よりも、Ｘ軸方向、すなわち水平の画角が広くなるカメラが用いられると共に、車載カメラを組立てる際のレンズと撮像素子との位置合わせを、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向、すなわち撮像画像の画角が広くなる方向に精度良く行い、Ｘ軸方向の画像を確保する必要がある。

特開２００２−２０７１４９号公報（段落００１４、図１３等） 特開２０００−２４２７９３号公報（段落０００９、図２、図７等） 特開２００２−１０９６６９号公報（段落０００８、図７等） 特開平９−５８３４２号公報（段落００２１、図１１、図１２等）

しかしながら、従来のカメラの組立て方法である、ピン勘合や基準面突き当て等の方法では、必ずしも撮像画像の画角が広くなる特定の方向にレンズと撮像素子との位置合わせが精度良く行うことができないという問題点があった。

さらに、図１１のように車両に車載カメラ２０１を取り付ける際、カメラ２０１とカメラケース２０２との位置の調整ができない場合がある。したがって、車載カメラ２０１の取り付け前に、カメラ２０１のレンズと撮像素子との位置合わせを精度良く行っておく必要があった。しかしながら、従来の車載カメラの組立て方法である、ピン勘合や基準面突き当て等の方法では、必ずしもＸ軸方向にレンズと撮像素子との位置合わせが精度良く行うことができないため、カメラ２０１をカメラケース２０２に取付ける際、車前方の必要な画像が撮像できるように、カメラ２０１の姿勢を調整するという問題点があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、特定の方向にレンズと撮像素子との位置合わせを精度良く行い、その特定方向に画像を確保することができるカメラを提供することにある。

本発明に係るカメラは、
レンズと、
レンズが結像した像を撮像する撮像素子と、
レンズまたは撮像素子の光軸に略平行な回転軸とを備え、
レンズは、回転軸を中心に揺動可能な調整枠に取付けられること
としたものである。

本発明によれば、特定の方向にレンズと撮像素子との位置合わせを精度良く行い、その特定方向に画像を確保することができるカメラを得ることができる。

実施の形態１．
本実施の形態では、レンズの光軸に略平行な軸を中心にレンズ枠を揺動し、レンズと撮像素子との位置合わせを行う。以下、図を用いて実施の形態１のカメラについて説明する。図１は実施の形態１のカメラ１を示す斜視図であり、図２は実施の形態１のカメラ１を示す断面図である。

カメラ１において、レンズ２はレンズ枠３の内部に固定されている。レンズ枠３の外周には焦点調整用のねじが形成されており、レンズ枠３は調整枠４にねじ勘合で取り付けられる。調整枠４は軸穴４ａを有し、鏡筒６に設けられた回転軸６ａに取り付けられている。また、鏡筒６に設けられたピン６ｂと回路基板８に設けられたピン穴８ａが勘合することにより、鏡筒６が回路基板８に取り付けられる。回路基板８上には、レンズ２により結像した画像を撮影する撮像素子７が取り付けられている。

次に、カメラ１の組立て方法について説明する。撮像素子７を回路基板８上に取り付けた後、鏡筒６のピン６ｂと回路基板８のピン穴８ａとを係合させ、鏡筒６と回路基板８を固定する。さらに、調整枠４にレンズ枠３を取り付けた後、調整枠４の軸穴４ａに鏡筒６の回転軸６ａを差し込み、調整枠４を鏡筒６に取り付ける。なお、回転軸６ａは、レンズ２または撮像素子７の光軸方向と略平行に設けられており、調整枠４は回転軸６ａを中心に揺動可能である。レンズ枠３内にあるレンズ２と撮像素子７との焦点調整は、調整枠４に対しレンズ枠３を光軸中心に回転させ、ねじ勘合を利用して、レンズ２の光軸方向に移動させて行う。レンズ２と撮像素子７とのＸ軸方向の位置決めは、回転軸６ａを中心に調整枠４を揺動して行う。また、レンズ２と撮像素子７とのＹ軸方向の位置決めは、鏡筒６と調整枠４、鏡筒６と回路基板８とのピン勘合にて行われるが、Ｘ軸の位置調整時に調整枠４の揺動によりＹ軸方向にレンズ２の位置移動が生じる。しかし、後に述べるように、Ｙ軸方向の位置決め裕度は大きいため、主にＸ軸方向を考慮すればよい。最後に、接着剤または図示しないねじ等にてレンズ枠４と鏡筒６を固定することで、組立てが完了する。なお、レンズ２と撮像素子７との位置が最終的に決まる前であれば、各組立工程の前後は問わない。

上記で説明した組立て方法によれば、Ｙ軸方向の位置合わせは、ピン勘合による位置決め精度と、Ｘ軸方向の調整時に生じるＹ軸方向の位置ずれの範囲内での精度となる。しかし、Ｘ軸方向には、回転軸６ａを中心として調整枠４を容易に動かすことができるので、Ｘ軸方向の位置合わせを精度良く行うことでき、Ｘ軸方向の画像を確保することが可能となる。

すなわち、Ｘ軸方向に画角の広いカメラを上記で説明した方法で組み立て、図１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、光軸方向と、図１１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、光軸方向の各方向を一致させる。すると、Ｘ軸方向、すなわち水平方向に必要な撮像範囲を確保することができる。

ところで、画角が広い方向における位置合わせの精度の必要性について説明する。図３は、撮像素子の撮像範囲と、理想的なレンズの結像円との関係を示す図である。図において、長辺２ａ、短辺２ｂ（ａ＞ｂ）の長方形Ａが撮像素子の撮像範囲を示し、半径Ｒａである長方形Ａの外接円Ｃａは理想的なレンズの結像円を示す。さらに、撮像素子の撮像範囲である長方形ＡをＹ軸の正方向にｙ０移動した場合を考える。この場合、撮像範囲を確保する為には、図に示すような、半径Ｒｙの円Ｃｙを結像円とするレンズが必要となる。

Ｒｙは、ａ、ｂ、Ｒａ、ａ^２＋ｂ^２＝Ｒａ^２、ｙ０を用いて下記ように表すことができる。

一方、撮像素子の撮像範囲である長方形ＡがＸ軸の正の方向にｙ０移動した場合を考える。この場合も、移動した長方形Ａに外接する円Ｃｘの半径Ｒｘを下記のように表すことができる。

上記２式から、ａ＞ｂであるので、Ｒａ、ｙ０が同じ値である場合は、Ｒｘ＞Ｒｙである。すなわち、同じ量のずれが、画角の広い方向と画角の狭い方向とに発生した場合、必要となるレンズの結像円は、画角の広い方向にずれが発生した場合の方が大きくなる。つまり、画角の広い方向のレンズと撮像素子の組立て精度が、画角の狭い方向より重要である。

これを数値にて確認する。画面の比率がＸ軸方向：Ｙ軸方向＝４：３である１／４．２型の撮像素子の有効撮像範囲は、Ｘ軸方向に２ａ＝約３．５ｍｍ、Ｙ軸方向に２ｂ＝約２．６ｍｍであり、２Ｒａ＝４．３６ｍｍである。そして、Ｘ軸方向にｙ０＝±１００μｍとすると、２Ｒｘ＝約４．５２ｍｍとなる。この直径４．５２ｍｍの円Ｒｘを実際のレンズの結像円とした場合、Ｙ軸方向の余裕は±１３０μｍであり、Ｘ軸方向と比較して±３０μｍの余裕が発生する。

ところで、車載カメラの場合、使用される撮像素子はＸ軸方向：Ｙ軸方向＝４：３であり、通常のデジタルスチルカメラやビデオカメラにて用いられているものと同様の仕様である。しかしながら、上記にて説明したように、通常の場合よりさらにＸ軸方向にのみ広い領域が必要な場合に、撮像範囲をＸ軸方向：Ｙ軸方向＝１６：９であるワイド画面の比率とすることも考えられる。この場合、図４に示すように、１／４．２型の撮像素子から中心部の有効撮像範囲Ａ１を切り出すと、Ｘ軸方向に２ａ＝約３．５ｍｍ、Ｙ軸方向に２ｂ＝１．９７ｍｍとなる。なお、不要となる範囲Ａ２のＹ軸方向長さはｙａ＝０．３１５ｍｍである。そして、Ｘ軸方向にｙ０＝±１００μｍとすると、２Ｒｘ＝約４．１９ｍｍとなる。この直径４．１９ｍｍの円Ｒｘを実際のレンズの結像円とした場合、Ｙ軸方向の余裕は±１６８μｍとなり、Ｘ軸方向と比較して±６８μｍの余裕が発生する。図５に、撮像範囲Ａ１がＹ軸方向の正方向に移動し、結像円Ｒｘと接している状態を示す。なお、Ｘ軸方向：Ｙ軸方向＝１６：９であるワイド画面の比率である撮像素子を使用した場合も、図４、図５にて説明した場合と同様である。

さらに、Ｘ軸方向：Ｙ軸方向＝４：３の撮像素子から、任意の位置を撮像範囲として選ぶことができる場合を考える。すなわち、図６に示すように、撮像に用いない範囲Ａ２を撮像素子の一方向にまとめる。この場合、撮像素子のＹ軸方向の撮像範囲（２ｂ＋２ｙａ）が約２．６ｍｍ、その内、ワイド画面にするため上下方向で使用していない範囲のＹ軸方向の寸法ｙａは、ｙａ＝（２．６−１．９７）／２＝０．３１５ｍｍとなる。このように、撮像に用いない範囲Ａ２を一方向にまとめることで、先に示した片側１６８μｍの余裕に加えて、ｙａ＝０．３１５ｍｍ＝３１５μｍを余裕として使用できる。したがって、片側４８３μｍの裕度を得ることができ、Ｘ軸方向の余裕片側１００μｍと比較して約５倍以上の大きさとなる。

すなわち、主に画角の広い方向の組立て精度のみを考慮している、本実施の形態で説明したカメラの組立て方法は、特定方向に画角の広いカメラの組立てに適している。

なお、本実施の形態では、調整枠４の軸穴４ａに鏡筒６の回転軸６ａを通すことにより、調整枠４の鏡筒６への取り付けを行っているが、軸穴を鏡筒、回転軸を調整枠にそれぞれ設けても良い。

実施の形態２．
本実施の形態では、レンズの光軸に略平行な軸を中心にレンズ枠を揺動してレンズと撮像素子との位置合わせを行う際に、歯車を用いる。以下、図を用いて実施の形態２のカメラについて説明する。図７は実施の形態２のカメラ１１を示す斜視図である。なお、実施の形態１のカメラ１と共通する構成要素には同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のカメラ１１では図７に示すように、レンズ２と撮像素子７との位置決めに治具１９を用いる。治具１９には、筐体１９ｂに回転軸１９ｃが設けられ、この回転軸１９ｃに治具歯車１９ａが取付けられている。一方、調整枠１４において、軸穴１４ａに対しレンズ枠３の取付け位置と同じ方向の端面を治具歯車１９ａと噛み合う歯車形状部１４ｂとする。そして、歯車形状部１４ｂと治具歯車１９ａが噛み合う位置に治具１９とカメラ１１を設置する。その後、回転軸１９ｃを中心に治具歯車１９ａを回転させることにより、回転軸６ａを中心に調整枠１４を揺動させ、撮像素子７に対しＸ軸方向にレンズ２の位置決めを行う。最後に、接着剤または図示しないねじ等にてレンズ枠１４と鏡筒６を固定し、治具１９を取り外し組立てが完了する。

本実施の形態で説明したカメラ１１の組み立て方法によれば、治具歯車１９ａと歯車形状部１４ｂとの減速比を変えることにより、容易にＸ軸方向により正確な位置決めが可能となる。特に部品の小さい小型カメラの組み立てに本実施の形態で説明した組み立て方法を適用すると、より容易で高精度な位置決めが可能となる。

なお、上記の説明では、治具歯車１９ａと歯車形状部１４ｂを噛み合わせることにより調整枠１４を揺動させ、レンズ２と撮像素子７との位置調整を行う場合について説明したが、それぞれの外周を互いに噛み合う凹凸形状として調整枠１４を揺動させてもよい。また、摩擦力を使用した位置調整方法、すなわち、調整枠１４を実施の形態１の調整枠４ような形状とし、治具歯車１９ａの代用として治具円盤を用い、両者間の摩擦力により調整枠を揺動させてもよい。さらに、歯車形状部１４ｂの形成位置を軸穴１４ｂに対しレンズ枠３の取付け位置と反対側としてもよい。

実施の形態３．
本実施の形態では、調整枠の固定に固定枠を使用する。以下、図を用いて実施の形態３のカメラについて説明する。図８は実施の形態３のカメラ２１を示す斜視図、図９は固定枠２９の斜視図、図１０は固定枠２９を調整枠１４に取り付けた状態の図である。なお、実施の形態１のカメラ１、実施の形態２のカメラ１１と共通する構成要素には同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のカメラ２１では図８に示すように、調整枠１４の固定に固定枠２９を用いる。図８、及び図９に示すように固定枠２９は、鏡筒２６に設けられた軸穴２６ａ及び長穴２６ｂに対応したピン２９ａ、２９ｂ、レンズ２に光を取り込む穴２９ｃ、穴２９ｃに取付けられた光学フィルタ２９ｄを有している。さらに、固定枠２９は、調整枠１４の歯車形状部１４ｂと噛み合うラック部２９ｅを有している。

次に、カメラ２１の組立て方法について説明する。まず、実施の形態２で説明したように、治具１９を用いて撮像素子７に対するレンズ２の図中Ｘ軸方向の位置決めを行う。調整枠１４の位置を決定した後、ピン２９ａ、２９ｂをそれぞれ鏡筒２６の軸穴２６ｂ及び長穴２６ｃに差し込み、鏡筒２６に固定枠２９を取り付ける。この取付けの際、図１０に示すように、固定枠２９のラック２９ｅと調整枠１４の歯車形状部１４ｂとが噛み合い、調整枠１４のＸ軸方向の動きが規制され、その位置が固定される。その後、治具１９を取り外し、固定枠２９の当て面２９ｆが鏡筒２６の当て面２６ｃに突き当たるまで、ピン２９ａ、２９ｂを軸穴２６ａ、長穴２６ｂに挿入することにより組み立てが完了する。

本実施の形態で説明したカメラ２１の組み立て方法によれば、固定枠２９で調整枠１４が固定されているので、接着剤やねじ等で最終的に固定する際に、調整枠１４がずれる可能性が低くなる。また、紫外線硬化接着剤等による仮固定の工程を省略することが可能となる。さらに、接着剤を使用せず、ねじ固定する場合も、調整枠１４と鏡筒２６の位置決めが、ピン２９ａ，２９ｂと穴２６ａ，２６ｂの勘合と、歯車形状部１４ｂとラック２９ｅの勘合でされているため、ねじ頭と調整枠１４間の摩擦により調整枠１４が動くことがなく、ねじ固定のみで精度の良い固定が可能となる。また、経時変化で、ねじによる締結力が下がった場合も、振動、衝撃などにより調整枠１４と鏡筒２６間の位置関係がずれる可能性が低くなる。

また、固定枠２９に光学フィルタ２９ｄを取り付けているので、固定枠２９を光学フィルタ２９用の枠と兼用でき、カメラ２１本体の小型化が可能となる。なお、光学フィルタ２９ｄ以外にもレンズ２の保護カバーを取り付けてもよい。

なお、上記実施の形態１から３では車載カメラを例にとり本発明に係るカメラの説明をしたが、パノラマカメラのように特定の方向に画角の広いカメラにも本発明は適応可能である。また、特定方向にレンズと撮像素子との位置合わせを精度良く行う必要があるカメラであれば、通常のカメラにも適応可能である。

この発明の実施の形態１のカメラの構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１のカメラの構成を示す断面図である。 撮像素子の撮像範囲とレンズの結像円との関係を示す図である。 撮像素子の撮像範囲とレンズの結像円との関係を示す図である。 撮像素子の撮像範囲とレンズの結像円との関係を示す図である。 撮像素子の撮像範囲とレンズの結像円との関係を示す図である。 この発明の実施の形態２のカメラの構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３のカメラの構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３の固定枠の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３の固定枠の取付けの構成を示す図である。 車載カメラを車両に取り付けた状態を示す図である。 白線認識装置用の車載カメラにて車両前方を撮像した際の撮像画像を示す図である。 ノーズビュー装置用の車載カメラにて車両前方を撮像した際の撮像画像を示す図である。

符号の説明

１ カメラ、２ レンズ、３ レンズ枠、４ 調整枠、６ 鏡筒、６ａ 回転軸、７ 撮像素子、８ 回路基板、１１ カメラ、１４ 調整枠、１９ 治具、１９ａ 治具歯車、２６ 鏡筒、２６ 回転軸、２９ 固定枠、２００ 車載カメラ。

Claims (6)

1. レンズと、
   当該レンズが結像した像を撮像する撮像素子と、
   前記レンズまたは前記撮像素子の光軸に略平行な回転軸とを備え、
   前記レンズは、前記回転軸を中心に揺動可能な調整枠に取付けられること
   を特徴とするカメラ。
2. 調整枠の端面の一部は、他の部材と係合可能な形状であること
   を特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. 調整枠の端面に形成された係合部と係合する係合部を有し、
   当該調整枠を固定する固定枠
   を備えることを特徴とする請求項２に記載のカメラ。
4. 撮像素子は特定の方向の画角が広いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のカメラ。
5. 画角が広い方向に揺動可能であることを特徴とする請求項４に記載のカメラ。
6. 請求項１から５に記載のカメラを備える車載カメラ。
   

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