JP2009265412A - ステレオカメラユニット - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサをステレオカメラ本体に取付けた後は、イメージセンサの位置調整が不要となり、組立時の作業効率を向上させることができるようにする。
【解決手段】カメラステイ４の左右に所定に位置出しされた状態で固設されているカメラ本体１１に形成されているセンサ格納部１３の底面１３ａと右側壁１３ｃと下側壁１３ｄとが、イメージセンサ１２の背面と右側面と下側面に対する位置出し基準面として設定されている。又イメージセンサ１２の背面から延出するリード線１２ａがカメラ本体１１を貫通してカメラ本体１１の背面に突出され、突出されたリード線１２ａが弾性シート１８を挟んで回路基板１９に実装され、カメラ本体１１の背面は弾性シート１８の弾撥力によりセンサ格納部１３の底面に押し付けられて位置出しされる。
【選択図】図３

Description

本発明は、イメージセンサがカメラ本体に対して、３つの基準面を基準に位置決め固定されているステレオカメラユニットに関する。

従来、画像による三次元計測技術として、左右のビデオカメラ（ステレオカメラ）で対象物を異なる位置から撮像し、撮像した１対の画像に基づき両画像の相関を求め、同一物体に対する視差から、両ビデオカメラに設けられているＣＣＤ（電荷結合素子）等のイメージセンサの受光面間の間隔（カメラ基線長）や焦点距離等の予め設定されているカメラパラメータを用いて三角測量の原理により、ステレオカメラと対象物との間の距離を求める、いわゆるステレオ法による画像処理が知られている。

このステレオ法による画像処理では、ステレオカメラから得た２つの画像信号を順次シフトしながら重ね合わせて２つの画像信号が一致した位置を求めるようにしている。

ステレオ法で計測された距離の精度は、ビデオカメラの取り付け位置の精度、より具体的には受光面間の位置精度に依存する。左右のビデオカメラの受光面の位置がずれた場合、カメラ基線長がずれてしまい、計測距離と実際の距離との間に誤差が生じてしまう。同様に、個々のビデオカメラの受光面の回転ずれも計測精度の低下を招く原因となる。

一般に、この種のずれは、イメージセンサをユニットに取付けた後、ユニット自体或いはイメージセンサが実装されている基板を移動させて位置調整していた。しかし、ステレオカメラでは、カメラ基線長の中心を基準として、左右のビデオカメラに配設されているイメージセンサの位置調整を個々に行なう必要があるため、調整に時間がかかり、作業効率が悪いという問題がある。

この対策として、例えば特許文献１（実開平３−６１７６２号公報）には、カメラ本体に固定されているデバイス固定ホルダに、イメージセンサを収納する収納部を形成し、この収納部の底面にイメージセンサの受光面側を当接させると共に、イメージセンサの隣り合う２辺を、収納部の側壁に形成されている位置出し基準面に当接する。そして、このイメージセンサの２辺を位置出し基準面に当接させた状態で、当該２辺の反対側の辺を、デバイス固定ホルダに固定されている押圧部材で押圧する。次いで、収納部に収納したイメージセンサの背面を押え板で押えると共に、この押え板をデバイス固定ホルダに固定して、イメージセンサを位置決めする技術が開示されている。
特開平３−６１７６２号公報

上述した文献に開示されている技術では、デバイス固定ホルダをカメラ本体に固定した状態で、イメージセンサを収納部に収納して位置決めするようにしているため、イメージセンサを取付けた後の位置調整が不要となり、作業性が向上する。

しかし、この文献に開示されている技術では、イメージセンサの背面を押え板にて押圧することで、イメージセンサの受光面を収納部の底面に当接させて、前後方向の位置決めを行なっているが、最近のイメージセンサは小型化の傾向にあり、受光面の有効画素領域がイメージセンサ前面に対して相対的に大きくなる傾向にある。

このように、イメージセンサ前面に対して受光面の有効画素領域が相対的に大きくなると、格納部の底面に形成されているイメージセンサの受光面を露呈させるための開口とイメージセンサの外枠とのオーパラップ領域が狭くなり、前後方向を正確に位置決めすることが困難となる。

更に、イメージセンサの前面を収納部の底面に押し当てて前後方向の位置決めを行なう構造では、収納部の底面が位置出し基準面となっているため、この底面とイメージセンサの表面との間に、レンズを通して直接入ってくる光以外の、レンズの後面とイメージセンサ間で反射する光や隙間からの漏れ光（以下「ノイズ光線」と称する）を除くための遮光部材を介在させることができず、イメージセンサに入射されるノイズ光線を直前で確実に遮光することができないという不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、イメージセンサをステレオカメラ本体に取付けた後は、イメージセンサの位置調整が不要となり、組立時の作業効率が良いばかりでなく、イメージセンサの前面側を位置出し基準面とすることなく前後方向を正確に位置決めすることができると共に、イメージセンサの直前に遮光部材を介在させて、受光面に入射されるノイズ光線を確実に遮光することのできるステレオカメラユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、カメラステイと、該カメラステイの両側に一体的に設けられている一対のカメラ本体と、該各カメラ本体に形成されているセンサ格納部に位置決めされた状態で格納されるイメージセンサとを備えるステレオカメラユニットにおいて、前記センサ格納部の互いに直交する２つの側壁と底面とが、前記イメージセンサの互いに直交する２つの側面と背面とに当接される基準面として設定されていると共に、前記イメージセンサの背面から延出されて、前記カメラ本体を貫通して該カメラ本体の背面に突出されているリード線が回路基板に、弾発部材を介して該回路基板と前記イメージセンタとの距離が離間する方向へ付勢された状態で実装されていることを特徴とする。

本発明によれば、イメージセンサをステレオカメラ本体に取付けた後は、イメージセンサの位置調整が不要となり、組立時の作業効率が良い。又、センサ格納部の底面にイメージセンサの背面を当接させることで、このイメージセンサの前後方向を位置決めしているので、このイメージセンサ１２の前後方向を正確に位置決めすることができる。更に、イメージセンサの前面が位置決めされていないため、この直前に遮光部材を介在させて、受光面に入射されるノイズ光線を有効に遮光することができる。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１はステレオカメラユニットの正面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図１のIII-III断面図である。

本実施形態によるステレオカメラユニット１は、車両の車室内の前上部に設けられて車幅方向へ延出するフロントレール２６（図３参照）の車幅方向中央に、後述するカメラステイ４の幅方向の中央部が固設される。又、図３の符号２７は車両のフロントガラスである。尚、以下においては、ステレオカメラユニット１の方向（前後左右上下）を、このステレオカメラユニット１が取付けられる車両の方向（前後左右上下）に対応させて説明する。

このステレオカメラユニット１は、左右に配設されているメインビデオカメラ２及びサブビデオカメラ３とカメラステイ４とを有し、両ビデオカメラ２，３がカメラステイ４に対し、このカメラステイ４の中心Ｓを挟んで左右等しい位置に設けられている。このカメラステイ４は中心Ｓを基準位置として製造されており、この中心Ｓの上面が、フロントレール２６にアジャスタプレート５を介して固設されている。このアジャスタプレート５はステレオカメラユニット１のフロントレール２６に対する取付け位置を微調整するものである。尚、この両ビデオカメラ２，３は等しい構造を有しているため、以下においてはメインビデオカメラ２の構造について説明し、サブビデオカメラ３の構造については、メインビデオカメラ２と同一の符号を付して説明を省略する。

図２、図３に示すように、メインビデオカメラ２（サブビデオカメラ３）のカメラ本体１１がカメラステイ４の底面に配設されている。本実施形態で採用する左右のカメラ本体１１とカメラステイ４とは、アルミニュウム製、或いはアルミニュウム合金製であり、機械加工により別々に製造した後、所定に位置出しした状態で一体化されている。尚、この左右のカメラ本体１１とカメラステイ４とはダイキャスト鋳造等により一体成型されていても良い。

又、図３に示すように、このカメラステイ４は前方から後方へ向かって上方へ傾斜する断面略くさび状に形成されている。尚、このカメラステイ４の傾斜角は後述するように、フロントレール２６の当接面２６ａの傾斜とアジャスタプレート５の板厚とに対応して、両ビデオカメラ２，３の光軸が設定方向へ指向する角度に設定されている。

又、カメラ本体１１に、イメージセンサ１２を格納するセンサ格納部１３が形成されている。イメージセンサ１２は直方体形状をなしており、外形寸法は予め設定された公差内で形成されている。尚、イメージセンサ１２としては、ＣＣＤ(Charge Coupled Device) イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等があるが、本実施形態で採用するイメージセンサ１２は、これらに限定されるものではない。

図３、図４に示すように、このセンサ格納部１３は前面を開口する有底凹状に形成されており、その底面１３ａに、イメージセンサ１２の背面から延出するリード線１２ａを遊挿して貫通させる横長の逃げ孔１３ｂが上下二段に形成されている。又、センサ格納部１３の前部外縁に、イメージセンサ１２に入射されるノイズ光線を遮光する遮光枠部材１５を装着する凹部１４が形成されている。センサ格納部１３の底面１３ａまでの深さは、イメージセンサ１２の板厚よりも、１０〜２０[μｍ]程度、深く形成されている。従って、センサ格納部１３にイメージセンサ１２が格納された状態では、凹部１４の底面とイメージセンサ１２の前面との間に、微小間隙α（約１０〜２０[μｍ]）が形成される。

図７に示すように、センサ格納部１３と凹部１４は共に角形の間口を有しているが、凹部１４はセンサ格納部１３に対して、一方へ偏倚した位置に形成されている。

上述したように、イメージセンサ１２は予め設定された寸法公差で形成された直方体形状をなしており、このイメージセンサ１２をセンサ格納部１３に格納すると、図３に示すように、イメージセンサ１２の背面が、センサ格納部１３の底面１３ａに当接される。又、図７に一点鎖線で示すように、イメージセンサ１２の右側面と下側面とが、センサ格納部１３の右側壁１３ｃと下側壁１３ｄとに当接される。イメージセンサ１２をセンサ格納部１３に所定に格納した状態では、センサ格納部１３の上側壁１３ｅと左側壁１３ｆと、イメージセンサ１２の上側面と左側面との間に、直角に屈曲する差し金状の溝部１６が形成される。

この溝部１６に、弾発部材としての板ばね１７が装着される。図８に示すように、この板ばね１７は、予め設定された波形形状に形成されており、その中央部に湾曲された屈曲部１７ａが形成され、この屈曲部１７ａを挟んで長手方向両側に、湾曲状の押圧面１７ｂ，１７ｃが形成されている。

図５に示すように、この板ばね１７を溝部１６に装着すると、板ばね１７の屈曲部１７ａが溝部１６の角部に収納され、その両側に形成されている押圧面１７ｂ，１７ｃが、イメージセンサ１２の上側面と左側面を押圧すると共に、板ばね１７の両端がセンサ格納部１３の上側壁１３ｅと左側壁１３ｆに当接される。板ばね１７は、その両端がセンサ格納部１３の上側壁１３ｅと左側壁１３ｆに押し付けられる際の反力で、押圧面１７ｂ，１７ｃがイメージセンサ１２の上側面と左側面を押圧する。

又、図３に示すように、センサ格納部１３に格納されたイメージセンサ１２の背面から延出されているリード線１２ａは、逃げ孔１３ｂを貫通してカメラ本体１１の背面から突出される。このカメラ本体１１の背面に突出されたリード線１２ａに、他の弾発部材としての弾性シート１８を介して回路基板１９が電気的に接続され、半田などにより固定されている。この弾性シート１８は発泡ゴムやシリコンゴム等の絶縁性を有する弾性材料から形成されている。

又、凹部１４に装着される遮光枠部材１５は、金属製、ゴム製、プラスチック製等の板材であり、表面に黒塗り等の光無反射処理が施されている。更に、この遮光枠部材１５の中央に、透過窓１５ａが開口されている。凹部１４の間口は、センサ格納部１３に格納されたイメージセンサ１２の受光面の中心を中心とする、イメージセンサ１２の外形にほぼ相似しており、遮光枠部材１５の外周形状及び板厚は、凹部１４の外周形状及び深さと同じサイズに形成されている。更に、この遮光枠部材１５の中央に形成されている透過窓１５ａの内周は、イメージセンサ１２の有効受光領域を囲むように形成されていると共に、イメージセンサ１２の縁部に対し、前面視においてややオーバラップされた状態となっている。

又、このカメラ本体１１の前面に、撮像レンズ等が収められたレンズ鏡筒２０が装着されており、このレンズ鏡筒２０の後端と凹部１４の底面とで遮光枠部材１５の板厚方向が挟持されて固定されている。遮光枠部材１５をレンズ鏡筒２０の後端と凹部１４の底面とで挟持させることで固定するようにしたので、接着剤を用いて遮光枠部材１５を凹部１４に固定する必要がなく、接着剤自体の劣化、及び接着剤の影響を受けて遮光枠部材１５が劣化してしまうことがなく、耐久性を向上させることができる。尚、符号２１は、レンズ鏡筒２０の先端に固設されているレンズフードである。

図９に示すように、本実施形態では、イメージセンサ１２をカメラ本体１１に取付けるだけで位置出しできる構造とすべく、センサ格納部１３の底面１３ａ、右側壁１３ｃ、及び下側壁１３ｄを、位置出し基準面として規定し、この３つの基準面（１３ａ，１３ｃ，１３ｄ）を、研削加工等の後加工により寸法出し、及び面出している。更に、図１に示すように、左右のビデオカメラ２，３のカメラ本体１１は、カメラステイ４の中心Ｓに対しての距離Ｌｌ，Ｌｒが等しい位置に寸法出しされている（Ｌｌ＝Ｌｒ、従って、カメラ基線長＝Ｌｌ＋Ｌｒ）。

尚、本実施形態では、この距離Ｌｌ，Ｌｒをイメージセンサ１２の有効受光領域の中心とカメラステイ４の中心Ｓとの距離で示している。又、本実施形態で採用する左右のビデオカメラ２，３に設けられているカメラ本体１１は対称形状ではなく、同一構造で形成されている。従って、サブビデオカメラ３に設けられているカメラ本体１１のセンサ格納部１３も、底面１３ａ、右側壁１３ｃ、及び下側壁１３ｄが位置出し基準面として寸法出し、及び面出しされている。

次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。ステレオカメラユニット１の製造に際しては、先ず、左右のビデオカメラ２，３を構成するカメラ本体１１、及びこのカメラ本体１１が固設されているカメラステイ４を、機械加工或いはダイキャスト鋳造等により所定に形成する。

次いで、カメラ本体１１のセンサ格納部１３の位置出し基準面となる底面１３ａ、右側壁１３ｃ、及び下側壁１３ｄを、研削加工等の後加工により寸法出し、及び面出しする。

その後、２つの同一構造のカメラ本体１１をカメラステイ４に固設する。２つのカメラ本体１１をカメラステイ４に固設するに際しては、カメラステイ４の中心Ｓを基準として、左右の等しい距離Ｌｌ，Ｌｒの底面に、カメラ本体１１に格納されるイメージセンサ１２の有効受光領域の中心が来るように所定に位置出しした状態で固設する。

次に、製造工程おいて一体化されたカメラステイ４とカメラ本体１１とを組立ラインに搬送する。組立ラインでは、図４に示すように、カメラ本体１１に対してビデオカメラを構成する部品を組付ける。

先ず、センサ格納部１３にイメージセンサ１２を装着し、背面から延出しているリード線１２ａを、センサ格納部１３の底面１３ａに穿設されている逃げ孔１３ｂを貫通して、カメラ本体１１の背面に突出させる。その際、図９に示すように、イメージセンサ１２の背面と右側面と下側面とを、センサ格納部１３の位置出し基準面として所定に寸法出し、及び面出しされている底面１３ａ、右側壁１３ｃ、下側壁１３ｄに当接させる。

すると、図７に示すように、センサ格納部１３の上側壁１３ｅ及び左側壁１３ｆと、イメージセンサ１２の上側面及び左側面との間に、差し金状の溝部１６が形成される。この溝部１６に、図８に示す板ばね１７を屈曲部１７ａを屈曲させた状態で装着する。すると、図５に示すように、板ばね１７の両端がセンサ格納部１３の上側壁１３ｅと左側壁１３ｆとに当接され、その反力で湾曲状に形成されている押圧面１７ｂ，１７ｃが、イメージセンサ１２の上側面と左側面を押圧する。

その結果、イメージセンサ１２の右側面と下側面とが、センサ格納部１３に形成されている右側壁１３ｃと下側壁１３ｄとに当接される。このセンサ格納部１３に形成されている右側壁１３ｃと下側壁１３ｄとは所定に寸法出し、及び面出しされているため、図９に示すように、センサ格納部１３に形成されている右側壁１３ｃと下側壁１３ｄとを基準面としてイメージセンサ１２の上下左右の回転方向（Ｘ−Ｙ方向）が位置出しされる。

次いで、カメラ本体１１に穿設されている逃げ孔１３ｂを貫通して、その背面から突出されているリード線１２ａに対して弾性シート１８を装着し、この弾性シート１８を挟んで、リード線１２ａに回路基板１９を電気的に接続させる。そして、イメージセンサ１２と回路基板１９とを互いに近接される方向へ押圧した状態で、リード線１２ａを回路基板１９に半田付けする。すると、イメージセンサ１２の背面が、弾性シート１８の弾撥力により、センサ格納部１３の底面１３ａに押し付けられる。この底面１３ａは所定に寸法出し、及び面出しされてるため、この底面１３ａを基準面としてイメージセンサ１２の前後方向（Ｚ方向）が位置出しされると共に、前後の傾きが規制される。そして、回路基板１９をカメラ本体１１の背面にネジ止めして固定する。

次いで、センサ格納部１３の前部に形成されている凹部１４に、板状の遮光枠部材１５を装着する。すると、図２に示すように、この遮光枠部材１５に開口されている透過窓１５ａが、イメージセンサ１２の周縁にややオーバラップされると共に、このイメージセンサ１２の有効受光領域を囲むように配設される。

その後、カメラ本体１１の前面に、前端にレンズフード２１が固設されているレンズ鏡筒２０を固設する。すると、遮光枠部材１５が、レンズ鏡筒２０の後端と凹部１４とで挟持されて位置決めされる。

このように、本実施形態では、センサ格納部１３の底面１３ａ、右側壁１３ｃ、及び下側壁１３ｄを後加工により、寸法出し、及び面出ししているので、このセンサ格納部１３にイメージセンサ１２を装着し、このイメージセンサ１２の背面、右側面、及び下側面を、センサ格納部１３の底面１３ａ、右側壁１３ｃ、及び下側壁１３ｄに押し当てるだけで、このイメージセンサ１２の位置出しを正確に行なうことができるので、取付け後の調整作業が不要となり、組立効率が向上する。

又、カメラステイ４に対して左右のカメラ本体１１が所定に位置出しされた状態で固定されており、且つイメージセンサ１２がセンサ格納部１３に組付けるだけで所定に位置出しされるので、本実施形態によるステレオカメラユニット１は、左右のカメラ本体１１にイメージセンサ１２をそれぞれ組付けた後は、両イメージセンサ１２間の位置調整を行なう必要がなくなり、調整作業が大幅に簡略化されるめため、作業効率の向上を実現させることができる。

又、イメージセンサ１２の前後方向は、当該イメージセンサ１２の背面をセンサ格納部１３の底面１３ａに押し当てることで位置出ししているので、従来のように、イメージセンサ１２の前面を位置出し基準面とする必要がなく、従って、イメージセンサ１２の有効受光領域が、イメージセンサ１２の前面に対して広く形成されていても、このイメージセンサ１２の後方向を正確に位置決めすることができる。

又、イメージセンサ１２は、板ばね１７と弾性シート１８の弾撥力で、センサ格納部１３に保持されているので、例えばイメージセンサ１２が熱膨張した場合であっても、その膨張が板ばね１７と弾性シート１８の弾撥力で吸収されるため、経時的な位置ずれに対しても調整が不要となり、メンテナンス性が良く、しかも高い信頼を得ることができる。

更に、イメージセンサ１２の直前に遮光枠部材１５が介在されているので、受光面に入射しようとするノイズ光線を確実に遮光することができる。又、この遮光枠部材１５は、凹部１４の底面とレンズ鏡筒２０の後端とで挟持されて固定されているので、遮光枠部材１５を凹部１４に接着する必要がなく、接着剤の影響による劣化が防止され、耐久性が向上する。又、凹部１４の底面とイメージセンサ１２の前面との間に、微小間隙α（１０〜２０[μｍ]）が形成されているので、この凹部１４に装着された遮光枠部材１５の背面でイメージセンサ１２の前面が押圧されることが無く、この遮光枠部材１５によりイメージセンサ１２に無理な力が印加されることがない。

尚、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、例えば、カメラ本体１１の背面と回路基板１９との間に介装されている他の弾発部材は弾性シート１８に限らず、絶縁性を有するプラスチック板ばねであっても良く、或いはリード線１２ａを囲むように挿通される絶縁性を有するプラスチックコイルばねであっても良い。

又、カメラステイ４と、該カメラステイ４の両側に一体的に設けられている一対のカメラ本体１１とからなるステレオカメラユニット１について説明したが、３つ以上のカメラを用いる場合にも、本発明を適用することは可能である。

ステレオカメラユニットの正面図 図１の要部拡大図 車両に取付けた状態の図１のIII-III断面図 ビデオカメラの分解断面図 ビデオカメラのレンズ鏡筒を外した状態の正面図 ビデオカメラの背面図 カメラ本体の正面図 板ばねの斜視図 イメージセンサの位置出し状態を示す概略斜視図

符号の説明

１…ステレオカメラユニット、
２…メインビデオカメラ、
３…サブビデオカメラ、
４…カメラステイ、
１１…カメラ本体、
１２…イメージセンサ、
１２ａ…リード線、
１３…センサ格納部、
１３ａ…底面、
１３ｂ…逃げ孔、
１３ｃ…右側壁、
１３ｄ…下側壁、
１３ｅ…上側壁、
１３ｆ…左側壁、
１４…凹部、
１５…遮光枠部材、
１５ａ…透過窓、
１６…溝部、
１７…板ばね、
１７ｂ，１７ｃ…押圧面、
１８…弾性シート、
１９…回路基板、
２０…レンズ鏡筒、
α…微小間隙

Claims (4)

1. カメラステイと、該カメラステイの両側に一体的に設けられている一対のカメラ本体と、該各カメラ本体に形成されているセンサ格納部に位置決めされた状態で格納されるイメージセンサとを備えるステレオカメラユニットにおいて、
   前記センサ格納部の互いに直交する２つの側壁と底面とが、前記イメージセンサの互いに直交する２つの側面と背面とに当接される基準面として設定されていると共に、
   前記イメージセンサの背面から延出されて、前記カメラ本体を貫通して該カメラ本体の背面に突出されているリード線が回路基板に、弾発部材を介して該回路基板と前記イメージセンサとの距離が離間する方向へ付勢された状態で実装されている
   ことを特徴とするステレオカメラユニット。
2. 前記イメージセンサの互いに直交する前記２つの側面に平行する他方の２つの側面と、該他方の２つの側面に対設する前記センサ格納部の側壁との間に、該イメージセンサの互いに直交する前記２つの側面を、前記センサ格納部の互いに直交する前記２つの側壁に押圧する他の弾発部材が介装されている
   ことを特徴とする請求項１記載のステレオカメラユニット。
3. 前記センサ格納部の前部外縁に遮光枠部材を装着する凹部が形成されており、
   前記遮光枠部材が前記凹部の底面と前記カメラ本体の前面に装着されるレンズ鏡筒の後端とで挟持されて固定されている
   ことを特徴とする請求項１或いは２記載のステレオカメラユニット。
4. 前記遮光枠部材の背面と前記イメージセンサの前面との間に間隙が形成されている
   ことを特徴とする請求項３記載のステレオカメラユニット。

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