JP2015056818A - 撮像装置及び撮像装置を用いたステレオカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】生産工程の撮像素子の位置調整において、調整精度を向上するとともに、調整後の経時変化の要素を少なくすることである。【解決手段】撮像素子４と、撮像素子４が搭載された回路基板８と、レンズ１と、回路基板８と接続された筐体６と、回路基板８と筐体６間に設けた回路基板固定プレート７と、回路基板８と筐体６、又は回路基板固定プレート７と筐体６を固定する複数のねじ５と、複数のねじ５の少なくとも１つのねじの頭部と筐体６間に設けた特殊ワッシャー３と、を有し、特殊ワッシャー３は、筐体６の壁部に辺で接触する形状を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は撮像素子を実装する撮像装置、及び撮像装置を用いたステレオカメラに関する。

２台の撮像手段を用いて写し出した１対の画像を用いて対象物までの距離を算出し、それによって対象物の認識を行うステレオカメラが、車の安全走行を支援する車載システムや不審者の侵入や異常を検知する監視システムなどに適用され始めている。

これらのシステムで利用されるステレオ画像処理の原理は、位置的に間隔をあけて撮像された１対の撮像画像に対して三角測量技術を適用して距離を求めるものであり、これを実現する装置は、１対の撮像手段と、これらの撮像手段が出力する１対の撮像画像に対して三角測量処理を行うステレオ画像処理ＬＳＩと、を備えているのが一般的である。

上記原理のため、１対の画像間には視差以外のずれがないことが理想的であり、各々の撮像手段ごとに、光学特性や信号特性のずれがないように高精度に調整を行い、その精度を保持できる構造が必要となる。
このようなステレオカメラにおける一対の撮像素子の相対的位置関係を調整する構造として特許文献１がある。ここでは、カメラボディ部と、カメラボディ部に内蔵された光学系と、を有するカメラの組み立て構造において、カメラボディ部に取り付けられているとともに、光学系を介した光学的情報を電気的情報に変換するセンサが搭載された回路基板と、カメラボディ部に回路基板を固定する第１の状態と、カメラボディ部における回路基板の取り付け位置を変位させることが可能な第２の状態とをとることができる取り付けネジと、を有する構造としている。

特開2001-242521号公報

ステレオカメラにおいて、上述したように測定精度を向上させるためには左右の撮像部の相対的な位置を高精度に調整する必要がある。また、調整した位置を固定する際にずれが生じることが問題となる。

特許文献１では、取り付け部材の取り付け位置を調整する調整用冶具が、その取り付け部材を収納するスペースが内部に形成された保持部と、その保持部に取り付けられ、かつ、その保持部の内部に収納された取り付け部材を水平方向に付勢する第１の付勢手段と、保持部に取り付けられ、かつ、第１の付勢手段とともに取り付け部材を挟持し、その取り付け部材の水平位置を調整する第１の調整手段と、保持部に取り付けられ、かつ、取り付け部材を垂直方向に付勢する第２の付勢手段と、保持部に取り付けられ、かつ、第２の付勢手段とともに取り付け部材を挟持し、取り付け部材の垂直位置を調整する第２の調整手段とを有することを特徴とするものを用い、強固な調整装置としている。

しかしながら、撮像素子をもつ回路基板をねじで固定する手段のため、ねじの座面と回路基板の面の摩擦力により回路基板にねじの回転が基板に伝わるが、強固に回路基板は保持されているため、回路基板には歪が生じることになり、調整治具を外した後の位置ずれもしくは、経年で内部歪によって位置ずれが生じる可能性を内包することになる。

本発明の目的は、生産工程の撮像素子の位置調整において、調整精度を向上するとともに、調整後の経時変化の要素を少なくすることである。

上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、撮像素子と、撮像素子が搭載された回路基板と、レンズと、回路基板と接続された筐体と、回路基板と筐体間に設けた固定板と、回路基板と筐体、又は固定板と筐体を固定する複数の固定部材と、複数の固定部材の少なくとも１つの固定部材の頭部と筐体間に設けた回転抑制部材と、を有し、回転抑止部材は、筐体の壁部に辺で接触する形状を有する構成とする。

また、本発明のステレオカメラは、第１の撮像素子と、第１の撮像素子が搭載された第１の回路基板と、第１のレンズと、有する第１の撮像部と、第２の撮像素子と、第２の撮像素子が搭載された第２の回路基板と、第２のレンズと、有する第２の撮像部と、一方端部に第１の撮像部と他方端部に第２の撮像部が設けられた筐体と、第１の回路基板及び筐体間に設けた第１の固定板と、第２の回路基板及び筐体間に設けた第２の固定板と、第１の回路基板と筐体、又は第１の固定板と筐体を固定する第１の複数の固定部材と、第２の回路基板と筐体、又は第２の固定板と筐体を固定する第２の複数の固定部材と、第１の複数の固定部材の少なくとも１つの第１の固定部材の頭部と筐体間に設けた第１の回転抑制部材と、第２の複数の固定部材の少なくとも１つの第２の固定部材の頭部と筐体間に設けた第２の回転抑制部材と、を有し、第１の回転抑止部材及び第２の回転抑止部材は、筐体の壁部に辺で接触する形状を有する構成とする。

本発明によれば、生産工程の撮像素子の位置調整において、調整精度を向上するとともに、調整後の経時変化の要素を少なくすることができる。

本発明に係るステレオカメラの一方撮像部の構造例を示す図である。 本発明に係るステレオカメラの筐体構造例を示す図である。 図２の一方撮像部を拡大した一構造例を示す図である。 本発明の撮像部の回路基板固定プレートの動きの抑制方法を説明する図である。 本発明に係るスレテオカメラの調整治具の一例を示す図である。 本発明のステレオカメラのチャートを用いた調整方法を説明する図である。 本発明の調整方法におけるレンズと撮像素子の相対関係を説明する図である。 本発明の撮像部に特殊ワッシャーを用いた一例を示す図である。 本発明の撮像部に特殊ワッシャーを用いた他例を示す図である。 本発明に係るステレオカメラの一方撮像部の他の構造例を示す図である。 本発明の撮像部におけるねじの締める方向を説明する図である。 本発明の特殊ワッシャーがある場合とない場合の違いを説明する図である。 本発明の回路基板プレートの接続の一例を説明する図である。

以下、各実施例について図面を用いて説明する。

図２は、本発明に係るステレオカメラの全体像の筐体構造例を示した図である。

撮像装置であるステレオカメラは、筐体６の端部に２つの撮像部を備えた装置であり、撮像部には、光学手段であるレンズと撮像手段である撮像素子とが配置される。両端の撮像部内の各撮像素子で撮像された２つの画像には視差によるずれがあり、これを基に対象物の距離を筐体６内部に入れた信号処理回路で三角測量技術を適用して距離を求める演算をし、演算した対象の方向と距離を出力するものである。

次に本発明のステレオカメラの撮像部内を説明するために、図３に、図２のＡ方向からの見た拡大図を示す。製品状態では、本拡大部は、カバーで覆うが本発明を説明するために、カバーは省略している。

筐体６の中には、撮像手段である撮像素子４が実装された回路基板８と、固定板である回路基板固定プレート７が固定部材であるねじ５で固定されており、回路基板固定プレート７は、回転抑制部材である座金、ここでは特殊ワッシャー３を介して、筐体６に固定部材であるねじ５で固定されている。また、本実施例では、筐体６と回路基板固定プレート７の間に、高さを調整可能な調整部材であるスペーサ２を設けている。

なお、固定部材であるねじ５は、回路基板８と筐体６、又は固定板である回路基板固定プレート７と筐体６を固定するものであり、１つの撮像部内に複数設けている。

撮像素子４は、図２のレンズ１の裏面にあたる部分に配されている。

次に図２で説明した構成部品の配置と本発明の機能を説明するために、図１に記したステレオカメラの一方の撮像部の断面図を用いる。

筐体６にレンズ１が固定されている。該レンズ１は、ピントを合わせるために、撮像素子４との距離を調整する機構を有している。本実施例では、該レンズ１の撮像素子４側の外周にねじ５を形成し、ステレオカメラの筐体６の対応する内径にねじ５を形成し、該レンズ１を回転することで、撮像素子４の撮像面の鉛直方向に距離を調整することができる。

撮像素子４は、撮像面をレンズ１側に配し、反対面に電気的接続部をもち、回路基板８上に実装されている。図１では、省略しているが、図３で説明したように、回路基板８は、回路基板固定プレート７にねじ５等をもちいて固定される。

その回路基板固定プレート７は、貫通穴を有しており、複数本の固定部材であるねじ５を通して、筐体６に固定される。

回路基板固定プレート７の該貫通穴径は、ねじ５の径より大きいため、回路基板固定プレート７は、取り付け面に対して径の差の範囲で、レンズ１に対する撮像素子４の相対位置を調整可能な構造となっている。

レンズ１に対する撮像素子を所望の位置に調整後、ねじ５で固定する。ねじ５の座面と回路基板固定プレート７の間に配するように、回転抑制部材である特殊ワッシャー３を通して、筐体６に固定する。

また、この特殊ワッシャー３は、筐体６の壁部と辺で接触する形状としており、設置面で回転しない形状となっている。

本実施例では、図３に示したように、ねじ５は３ヶ所としているが、そのうち特殊ワッシャーは１ヶ所もしくは、複数ヶ所入れることが可能である。

次に、撮像素子４の相対位置の調整工程と固定工程を説明し、特殊ワッシャー３の機能を説明する。

調整する方法としては、図６に示すようなチャート１２を用いる。チャート１２には、ステレオカメラの左右両端のレンズ間隔（基線長）と同じ間隔で、一対の光軸中心１３を示す図柄が描画されている。ステレオカメラは、このチャート１２の左右の光軸中心１３の鉛直上に左右のレンズの光軸が重なるように配置する。このとき、光軸中心１３とレンズ１と撮像素子４の相対関係は図７のように直線上の配置となる。

撮像素子４の位置調整は、光軸中心１３を、レンズ１を通して撮像素子４で撮像した画像から、該画像に写った光軸中心１３の画素位置と、光軸中心１３を合わせたい画素の位置との差から、差がなくなる方向へ回路基板固定プレート７を筐体６との合わせ面に沿って移動させる。

図５は、説明した動作を行うために用いる、調整治具を説明するものである。

回路基板固定プレート７には切り欠きが形成されている。調整治具１０には、その切り欠きに密着する形状をもつピンがあり、該ピンは、調整治具１１を押し当てることで、回路基板固定プレート７を保持できる。

調整治具１０はパーソナルコンピュータ等の指示で移動するアクチュエータ上に取り付けることで、回路基板固定プレート７と同一面で回路基板固定プレート７を移動できる。これにより、前述のとおり、撮像素子４から得られる画像をパーソナルコンピュータに取り込み、画像上の光軸中心１３の配列位置と目標の配列位置の差分でアクチュエータを動かすことで、目標の配列位置とする自動調整を可能とすることができる。

前述のように撮像素子４の位置を、回路基板固定プレート７を保持した、調整治具１０を使って調整した後、調整治具１０の位置を保持した状態で、ねじ５を締めて固定する。調整後、ねじ５を締めて固定するが、そのときの本発明の機構について図１２をもちいて説明する。

図１２（a）は特殊ワッシャーがある本発明の場合、図１２（ｂ）は特殊ワッシャーがない場合である。

図１２（b）の場合、ねじ５を締めるために回転すると、ねじ５の座面と回路基板固定プレート７との接点の摩擦により、回路基板固定プレート７が回転方向にずれる。このため、調整した撮像素子４の位置がずれることになる。図１２（a）の場合、ねじ５の座面と特殊ワッシャー３の接点では摩擦により、回路基板固定プレート７に回転方向の力を受けるが、特殊ワッシャー３が筐体６と辺で接しているため、回転方向のずれを抑制される。以上のように、回路基板固定プレート７は、特殊ワッシャー３のみに接しているため、ねじ５の回転による回転方向のずれを抑制し、撮像素子４のずれが抑制される。

ここまでに示してきた実施例では、ねじ５は３本の場合を用いているが、特殊ワッシャー３は、そのねじ５の位置に対して１ヶ所もしくは複数ヶ所入れることが可能である。１ヶ所の場合、最初に特殊ワッシャー３を挿入したねじ５を締める。その後、他のねじ５を締める手順とする。

また、本実施例を説明するために示した図１、図３の構造では、回路基板固定プレート７とステレオカメラの筐体６との間に、高さを調整可能な調整部材であるスペーサ２をねじ５を通して挿入している。

図１の撮像素子４の撮像面の鉛直方向にレンズ１の光軸を配することが必要であり、撮像素子４は、回路基板８にＢＧＡなどの形態ではんだ実装される。しかし、撮像素子４の実装時の傾きやＢＧＡの高さばらつきなどで、撮像素子４の鉛直方向は、レンズ１の光軸方向とずれが出ることがある。スペーサ２は、高さを変えたものを準備しておいて、光軸方向とのずれの方向によって、挿入するスペーサ２の高さを選んで補正することができる。つまり、調整部材であるスペーサ２を設けることでレンズ１に対する撮像素子４の撮像面の傾きを調整することができる。

但し、図１０のように、スペーサ２を設けず、ある程度の高さをもって、回路基板８とステレオカメラの筐体６とを接続してもよい。また、図１３に示すように、回路基板固定プレート７上で、３ヶ所の内、１ヶ所の高さは固定し、２ヶ所の高さを変えると、傾きを任意に調整することができる。

また、ステレオカメラの場合、上記した通り、撮像部が左右の２つ配置されるが、左右の撮像部（第１の撮像部、第２の撮像部）の両方に、筐体６と辺で接する回転抑止部材である特殊ワッシャー３を設けている。これによりねじ５の回転による回転方向のずれを抑制し、撮像素子４のずれが抑制されることは当然である。

なお、これまで撮像素子が２つあるステレオカメラについて述べてきたが、本発明は、撮像素子１つを有する撮像装置でも、同様な課題があり、同様にねじを締めるときの回路基板固定プレートの回転を抑止することができるものである。

以上の構成によれば、生産工程の撮像素子の位置調整において、調整精度を向上するとともに、調整後の経時変化の要素を少なくすることができる。また、調整装置も強固な治具を必要とせず、低コストな設備で実現可能とすることができる。

図４は、実施例１とは異なる回路基板固定プレート７の動きを抑制する実施例である。

実施例１では、特殊ワッシャー３はステレオカメラの筐体６と辺で接触することとした。本実施例では、特殊ワッシャー３とステレオカメラの筐体６の間にピン１１を挿入しておき、ねじ５を締めた後、ピン１１を外す。

図１、図１２で説明したときと同様に、特殊ワッシャー３の動きを抑制することで、回路基板固定プレート７の動きを抑制することができる。

図８は、実施例１の特殊ワッシャー３の個数が異なる実施例であり、実施例１の特殊ワッシャー３をねじ５の２ヶ所に対して配した実施例である。つまり、回転抑止部材である特殊ワッシャー３が筐体６の壁部側の２つのねじ５にそれぞれ設けられた構成である。

特殊ワッシャー３が１ヶ所のみに配置された場合、特殊ワッシャー３のあるねじ５を締めた後、他のねじ５を締めるため、ねじ５を全ヶ所で均等に締め付けることができないが、筐体６に接する側の２ヶ所に配することにより、２ヶ所を均等に締めることができる。

図９は、実施例１、３の特殊ワッシャー３の形状が異なる実施例であり、実施例３の特殊ワッシャー３の２ヶ所に配したものを１部品とした実施例である。つまり、回転抑止部材である特殊ワッシャー３が筐体６の壁部側の２つのねじ５に跨って１つ設けられた構成である。

特殊ワッシャー３を一部品として、筐体６と接する面積を大きくすることで、サイズが大きくなることだけではなく、よりねじ５を締めたときの回路基板固定プレート７の動きを更に抑制することができ、生産時の取り扱いも容易にすることができる。

図１１は、実施例３のように特殊ワッシャー３を２箇所設けたとき、それぞれの箇所で、ねじの締める方向が異なるようにねじ山を形成した実施例である。

一方の箇所では、ねじ５−２のねじ山が右回りで締まるものに対して、他方の箇所では、ねじ５−１のねじ山が左回りで締まるもののように、ねじ山を形成することで、回路基板固定スペーサ７が受ける回転方向による力を相殺することが可能である。

これは、あくまで１つの撮像部内の２つのねじの締める方向を異ならせるものであり、ステレオカメラとした場合、２つの撮像部では、それぞれ同じ方向にねじを締める必要がある。具体的には、第１の撮像部内では、図１１に記すように複数の固定部材である２つのねじ５は、右回りで締まるものと左回りで締めるものとした場合、第２の撮像部内でも、同様に、２つのねじ５は、右回りで締まるものと左回りで締めるものとする。第１の撮像部内で複数のねじは全て右回りで締めるのであれば、第２の撮像部内でも複数のねじは全て右回りで締めることで、第１の撮像部（左の撮像部）と第２の撮像部（右の撮像部）で、ねじの回転よるずれが生じた場合であっても同じずれが生じ、精度良い視差計算が可能となる。

１ レンズ
２ スペーサ
３ 特殊ワッシャー
４ 撮像素子
５ ねじ
６ 筐体
７ 回路基板固定プレート
８ 回路基板
１０ 調整治具
１１ ピン
１２ チャート
１３ 光軸中心

Claims (12)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子が搭載された回路基板と、
   レンズと、
   前記回路基板と接続された筐体と、
   前記回路基板と前記筐体間に設けた固定板と、
   前記回路基板と前記筐体、又は前記固定板と前記筐体を固定する複数の固定部材と、
   前記複数の固定部材の少なくとも１つの固定部材の頭部と前記筐体間に設けた回転抑制部材と、を有し、
   前記回転抑止部材は、前記筐体の壁部に辺で接触する形状を有する撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置において、
   前記回転抑止部材は、座金である撮像装置。
3. 請求項２記載の撮像装置において、
   前記回転抑止部材は、前記筐体の壁部側の２つの前記固定部材にそれぞれ設けられた撮像装置。
4. 請求項２記載の撮像装置において、
   前記回転抑止部材は、前記筐体の壁部側の２つの前記固定部材に跨って１つ設けられた撮像装置。
5. 請求項１記載の撮像装置において、
   前記筐体と固定板間に設け、高さを調整する調整部材を有する撮像装置。
6. 請求項５記載の撮像装置において、
   前記調整部材は、スペーサであって、
   前記スペーサは、前記レンズに対する前記撮像素子の撮像面の傾きを調整する撮像装置。
7. 請求項３記載の撮像装置において、
   前記２つの固定部材は、それぞれ締める方向が異なる撮像装置。
8. 請求項４記載の撮像装置において、
   前記２つの固定部材は、それぞれ締める方向が異なる撮像装置。
9. 第１の撮像素子と、前記第１の撮像素子が搭載された第１の回路基板と、第１のレンズと、有する第１の撮像部と、
   第２の撮像素子と、前記第２の撮像素子が搭載された第２の回路基板と、第２のレンズと、有する第２の撮像部と、
   一方端部に前記第１の撮像部と他方端部に前記第２の撮像部が設けられた筐体と、
   前記第１の回路基板及び前記筐体間に設けた第１の固定板と、
   前記第２の回路基板及び前記筐体間に設けた第２の固定板と、
   前記第１の回路基板と前記筐体、又は前記第１の固定板と前記筐体を固定する第１の複数の固定部材と、
   前記第２の回路基板と前記筐体、又は前記第２の固定板と前記筐体を固定する第２の複数の固定部材と、
   前記第１の複数の固定部材の少なくとも１つの第１の固定部材の頭部と前記筐体間に設けた第１の回転抑制部材と、
   前記第２の複数の固定部材の少なくとも１つの第２の固定部材の頭部と前記筐体間に設けた第２の回転抑制部材と、を有し、
   前記第１の回転抑止部材及び前記第２の回転抑止部材は、前記筐体の壁部に辺で接触する形状を有するステレオカメラ。
10. 請求項９記載のステレオカメラにおいて、
    前記第１の回転抑止部材及び前記第２の回転抑止部材は、座金であるステレオカメラ。
11. 請求項９記載のステレオカメラにおいて、
    前記第１の回転抑止部材は、前記筐体の壁部側の前記第１の複数の固定部材にそれぞれ設けられ。
    前記第２の回転抑止部材は、前記筐体の壁部側の前記第２の複数の固定部材にそれぞれ設けられたステレオカメラ。
12. 請求項１１記載のステレオカメラにおいて、
    前記第１の複数の固定部材と前記第２の複数の固定部材は、締める方向が同じであるステレオカメラ。