JP2019185012A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射光学素子を撮影光学系に用いた撮影装置に関する。 The present invention relates to a photographing apparatus using a reflective optical element in a photographing optical system.
監視カメラや車などの移動体に搭載するカメラのような撮影装置に用いる広角レンズでは、広い視野を確保でき、小型軽量かつ高精度に測距できる構成が望まれている。撮影光学系に屈折光学系を用いる場合には、例えばレンズの構成枚数ができるだけ少なくて済む2群構成程度の種々の光学系を撮像素子と組み合わせる構成が知られている。また、屈折光学系ではなく反射光学系を撮影光学系に用いる構成も考えられる。 A wide-angle lens used in an imaging device such as a camera mounted on a moving body such as a surveillance camera or a car is desired to have a wide field of view, a compact, lightweight, and highly accurate distance measurement. In the case where a refractive optical system is used for the photographing optical system, for example, a configuration is known in which various optical systems having a two-group configuration that requires as few lenses as possible are combined with an image sensor. Further, a configuration in which a reflection optical system instead of a refractive optical system is used for the photographing optical system is also conceivable.
一方、反射光学系を撮影光学系に用いる場合、色収差がなく共通の光学系で可視光から赤外光にまで対応することができる利点がある。撮像素子と反射光学ユニットを組み合わせた撮影装置としては、下記の特許文献1に示されるような構成が知られている。この特許文献1では、測距の精度を確保しながら、尚且つ小型のステレオカメラを実現する方法として、複数の反射面を鏡筒部材の表面に形成した光学ユニットが開示されている。 On the other hand, when the reflection optical system is used for the photographing optical system, there is an advantage that there is no chromatic aberration and the common optical system can cope with visible light to infrared light. As an imaging device that combines an imaging element and a reflective optical unit, a configuration as shown in Patent Document 1 below is known. In Patent Document 1, an optical unit in which a plurality of reflecting surfaces are formed on the surface of a lens barrel member is disclosed as a method for realizing a small stereo camera while ensuring the accuracy of distance measurement.
車載用の撮影装置を用いたシステムでは、撮像素子と左右2つの結像光学系を有するステレオカメラを自動車の運転室内に設置し、撮影しながら視野内の対象物との距離を測定する構成が知られている。測定した距離情報は、運転支援や、運転制御に用いられる。例えば運転支援では、測定した距離情報を運転者に報知する、また、運転制御では、測定した距離情報を画像認識などの結果と組合せて障害物を回避したり自動的にブレーキを掛けたりするような態様が考えられる。 In a system using an in-vehicle imaging device, a configuration in which a stereo camera having an imaging device and two imaging optical systems on the left and right sides is installed in a driver's cab and the distance to an object in the field of view is measured while taking an image. Are known. The measured distance information is used for driving support and driving control. For example, in driving assistance, the measured distance information is notified to the driver, and in driving control, the measured distance information is combined with the result of image recognition, etc. to avoid obstacles or automatically brake. Various embodiments are possible.
一般に、ステレオ撮影を行う撮影装置では、三角測量の原理を用いて、左右の両結像光学系を通して得られる同一物の2つの画像の視差量から距離を算出する。特に上記のような車載用の撮影装置では、単なる画像取得を目的とするカメラよりも高精度な光学系が必要とされる。 In general, in an imaging apparatus that performs stereo imaging, the distance is calculated from the parallax amounts of two images of the same object obtained through both the left and right imaging optical systems using the principle of triangulation. In particular, in-vehicle imaging devices such as those described above require an optical system with higher accuracy than a camera intended for simple image acquisition.
また、車両に搭載して用いられる車載用の撮影装置では、周囲温度などに関して厳しい環境条件に曝されていても、適切に動作することが求められる。例えば、自動車の運転室内の天井、ルームミラーの近傍などに撮影装置が設置される場合、撮影装置の周囲に大きな温度分布が生じていることが考えられる。このような設置位置では、例えば直射日光と冷房機器からの冷気を同時に浴びるような稼働環境となる場合がある。 In addition, an in-vehicle imaging device used by being mounted on a vehicle is required to operate properly even if it is exposed to severe environmental conditions with respect to ambient temperature and the like. For example, when an imaging device is installed near the ceiling of a driver's cab, a room mirror, or the like, a large temperature distribution may occur around the imaging device. In such an installation position, for example, there may be an operating environment in which direct sunlight and cold air from a cooling device are exposed simultaneously.
このような車載用の撮影装置に、上記特許文献1に示されるような光学ユニットを用いると、撮影装置内部の各部に大きな温度差が生じることが考えられる。これに起因して、各部の熱膨張量に差異が生じ、例えばミラーの面精度や複数ミラー面間の位置精度が影響を受け、測距精度の低下を生じる可能性がある。温度条件を厳密に管理すべき種々の電子機器では、恒温装置、冷却(加温)装置などを用いて積極的に温度管理を行う構成が用いられる。しかしながら、車載用の撮影装置ではコストや設置スペース、動作騒音などを考慮するとそのような能動的な温度管理のための構成を採用し難い場合が多い。上記のような温度条件に関する問題は、ステレオ撮影装置ではない、単眼の撮影装置の場合であっても同様である。 When an optical unit as shown in Patent Document 1 is used for such an in-vehicle imaging device, it is conceivable that a large temperature difference occurs in each part inside the imaging device. Due to this, there is a difference in the amount of thermal expansion of each part, and for example, the surface accuracy of the mirror and the positional accuracy between the plurality of mirror surfaces are affected, and there is a possibility that the ranging accuracy will be lowered. In various electronic devices whose temperature conditions should be strictly managed, a configuration in which temperature management is positively performed using a constant temperature device, a cooling (heating) device, or the like is used. However, in many cases, it is difficult to adopt such a configuration for active temperature management in consideration of cost, installation space, operation noise, and the like in a vehicle-mounted imaging device. The above-described problems relating to the temperature condition are the same even in the case of a monocular imaging device that is not a stereo imaging device.
本発明の課題は、上記に鑑み、例えば大きな温度分布が生じるような環境でも反射光学系を介して高精度かつ高品位な撮影を行える、簡単安価かつ小型軽量に構成可能な撮影装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can be configured with a simple, low cost, small size and light weight that can perform high-accuracy and high-quality imaging via a reflective optical system even in an environment where a large temperature distribution occurs. There is.
基材に設けられた複数の反射光学素子と、前記複数の反射光学素子で順次反射された撮影光を受光する撮像素子と、を備えた撮影部を有する撮影装置において、前記撮影部を収容する第1の容器と、前記第1の容器を収容する第2の容器と、を備え、前記第1の容器の熱伝導率が前記第2の容器の熱伝導率よりも高い撮影装置である。 In a photographing apparatus having a photographing unit including a plurality of reflective optical elements provided on a base material and an imaging element that receives photographing light sequentially reflected by the plurality of reflective optical elements, the photographing unit is accommodated. The imaging apparatus includes a first container and a second container that houses the first container, and the thermal conductivity of the first container is higher than the thermal conductivity of the second container.
上記構成によれば、例えば車載環境などにおいて、大きな温度分布が生じるような環境でも反射光学系を介して高精度かつ高品位な撮影を行える、簡単安価に構成可能な、優れた撮影装置を提供することができる。 According to the above configuration, for example, in an in-vehicle environment, an excellent imaging device that can perform high-accuracy and high-quality imaging via a reflective optical system even in an environment where a large temperature distribution occurs, and that can be configured simply and inexpensively is provided. can do.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the structure shown below is an example to the last, For example, it can change suitably for those skilled in the art in the range which does not deviate from the meaning of this invention about a detailed structure. Moreover, the numerical value taken up by this embodiment is a reference numerical value, Comprising: This invention is not limited.
以下では、基材に設けられた複数の反射光学素子としてのミラー(R1〜R6)と、これらのミラーで順次反射された撮影光を受光する撮像素子(IMG1、IMG2)と、を備えた撮影部(撮影光学系STU:図1)を有する撮影装置の構成を例示する。この撮影装置の撮影部では、ミラー(R1〜R6)によってOff−Axial(オフアキシャル)な結像光学系が構成され、この撮影光学系は屈折光学素子を有していない。 In the following, a photographing provided with mirrors (R1 to R6) as a plurality of reflective optical elements provided on a base material and imaging elements (IMG1, IMG2) that receive photographing light sequentially reflected by these mirrors. The structure of the imaging device which has a part (imaging optical system STU: FIG. 1) is illustrated. In the photographing unit of this photographing apparatus, an off-axial imaging optical system is configured by the mirrors (R1 to R6), and this photographing optical system does not have a refractive optical element.
また、本実施形態の撮影部(撮影光学系STU:図1)は、ステレオカメラとして構成されている。即ち、撮影部(撮影光学系STU:図1)は、撮影光軸が互いに異なる、それぞれ複数のミラー(R1〜R6)から成る第1および第2の反射光学系(LO1、LO2:結像光学系)を備える。そして、第1および第2の反射光学系を介して反射された撮影光は、第1および第2の撮像素子(IMG1、IMG2)によってそれぞれ撮像される。 In addition, the imaging unit (imaging optical system STU: FIG. 1) of the present embodiment is configured as a stereo camera. That is, the imaging unit (imaging optical system STU: FIG. 1) includes first and second reflection optical systems (LO1, LO2: imaging optics) each having a plurality of mirrors (R1 to R6) having different imaging optical axes. System). The photographing light reflected through the first and second reflective optical systems is imaged by the first and second imaging elements (IMG1, IMG2), respectively.
また、上記撮影部(撮影光学系STU:図1)を備えた撮影装置(100:図2〜図4、800:図8のステレオ撮影装置)は、自動車などの車両に搭載(図8)可能な車載用撮影装置として構成される。その場合、撮影装置(100)による例えばステレオ撮影によって得た画像データやその解析結果は、車両制御や運転支援に用いることができる。 In addition, an imaging apparatus (100: FIGS. 2 to 4, 800: stereo imaging apparatus of FIG. 8) provided with the imaging unit (imaging optical system STU: FIG. 1) can be mounted on a vehicle such as an automobile (FIG. 8). Configured as an in-vehicle imaging device. In that case, the image data obtained by, for example, stereo photographing by the photographing apparatus (100) and the analysis result thereof can be used for vehicle control and driving support.
図1は、本実施形態に係るステレオ撮影光学系に用いられる結像光学系の断面構成を模式的に示している。本実施形態では、物体側(被写体側)から像側(撮像素子に形成される像面側)に向かって、不図示の物体面の中心から瞳(絞り)の中心を通って像面の中心に至る1つの光線を、中心主光線または基準軸光線と定義する。図1では、この中心主光線または基準軸光線は一点鎖線により示されている。以下では、この中心主光線または基準軸光線の通る経路を単に「基準軸」ということがある。 FIG. 1 schematically shows a cross-sectional configuration of an imaging optical system used in the stereo photographing optical system according to the present embodiment. In this embodiment, from the object side (subject side) to the image side (image plane side formed on the image sensor), the center of the image plane passes from the center of the object plane (not shown) through the center of the pupil (aperture). Is defined as a central chief ray or a reference axis ray. In FIG. 1, this central principal ray or reference axis ray is indicated by a one-dot chain line. Hereinafter, the path along which the central principal ray or the reference axis ray passes may be simply referred to as “reference axis”.
図1において、光学的な機能部位には、SP1、SP2、R1〜R6などの参照符号が用いられている。R1、R2は、左右のステレオ撮影光が入射される開口部(アパーチャ)で、この例では絞り面を兼ねている。図中の左右方向に離間して配置された開口部SP1、SP2は、ステレオ測定系におけるいわゆる視差を構成し、その距離は基線長と呼ばれることがある。 In FIG. 1, reference numerals such as SP1, SP2, R1 to R6 are used for the optical functional parts. R1 and R2 are openings (apertures) into which the left and right stereo photographing light is incident, and in this example also serve as a diaphragm surface. The openings SP1 and SP2 that are spaced apart in the left-right direction in the drawing constitute a so-called parallax in the stereo measurement system, and the distance may be referred to as a baseline length.
図1において、R2〜R6は、ステレオ構成の左右の結像光学系LO1、LO2をそれぞれ構成するミラーである。各ミラーの反射面は、それぞれ第2面(R2)は開口部SP1、SP2(R1)に対してチルトした反射面、第3面(R3)、第4面(R4)、第5面(R5)、第6面(R6)は各々の前段の反射面に対してシフト、チルトした反射面である。第2面(R2)から第6面(R6)までの各ミラーの反射面は、金属やガラス、プラスチック等で構成される。反射面としては、アルミニウム、銀、クロム等からなる公知の反射膜を用いることができる。反射率の観点からは、好ましくはアルミニウムまたは銀、より好ましくは銀の反射膜を用いることができる。第2面〜第6面を構成するミラーR2〜R6は、凹面ないし凸面を組合せた形状で、これらから成る結像光学系LO1、LO2は、好ましくは例えば60°〜70°程度、あるいはそれ以上の角度の画角を有する広角系として構成される。 In FIG. 1, R2 to R6 are mirrors that respectively constitute the left and right imaging optical systems LO1 and LO2 in a stereo configuration. The reflecting surfaces of the mirrors are the reflecting surface tilted with respect to the openings SP1 and SP2 (R1), the third surface (R3), the fourth surface (R4), and the fifth surface (R5). ), And the sixth surface (R6) is a reflective surface shifted and tilted with respect to each of the preceding reflective surfaces. The reflecting surface of each mirror from the second surface (R2) to the sixth surface (R6) is made of metal, glass, plastic, or the like. As the reflecting surface, a known reflecting film made of aluminum, silver, chromium or the like can be used. From the viewpoint of reflectivity, a reflective film of aluminum or silver, more preferably silver can be used. The mirrors R2 to R6 constituting the second surface to the sixth surface have a combination of concave or convex surfaces, and the imaging optical systems LO1 and LO2 made of these are preferably about 60 ° to 70 ° or more, for example. It is configured as a wide-angle system having an angle of view.
本実施形態の撮影光学系(LO1、LO2)は、物体面から像面に至る基準波長の光路(基準軸)と、反射面の面法線が基準軸と一致しない平面ではない曲面(Off−Axial曲面)を含むOff−Axial光学系(オフアキシャル光学系)である。この撮影光学系において、結像光学系LO1、LO2を構成する各反射面は、共通の光軸を有していない。そこで、本実施形態においては、開口部SP1、SP2(R1)の中心位置を原点位置とする光学座標系を設定する。すなわち、開口部SP1、SP2(R1)の中心である光学座標系の原点位置と最終結像面(撮像素子面)の中心位置とを通る光線(中心主光線または基準光軸線)の辿る経路が基準軸である。さらに、基準軸は方向(向き)を持っている。その方向は、中心主光線または基準軸光線が像面方向に進行する方向である。 The imaging optical system (LO1, LO2) of the present embodiment has a reference wavelength optical path (reference axis) from the object plane to the image plane, and a curved surface (Off−) where the surface normal of the reflecting surface does not coincide with the reference axis. This is an off-axial optical system (off-axial optical system) including an axial curved surface. In this photographing optical system, the reflecting surfaces constituting the imaging optical systems LO1 and LO2 do not have a common optical axis. Therefore, in the present embodiment, an optical coordinate system is set in which the center position of the openings SP1 and SP2 (R1) is the origin position. That is, a path followed by a ray (central principal ray or reference optical axis) passing through the origin position of the optical coordinate system, which is the center of the openings SP1 and SP2 (R1), and the center position of the final imaging plane (imaging element surface). Reference axis. Furthermore, the reference axis has a direction (orientation). The direction is the direction in which the central principal ray or the reference axis ray travels in the image plane direction.
本実施形態の撮影光学系では、中心主光線または基準軸光線は、開口部SP1、SP2(R1)の中心点(原点)を通り最終結像面の中心へ至るまでに、各反射面によって反射する。各面の順番は、中心主光線または基準軸光線が反射を受ける順番に設定している。このため、基準軸は設定された各面の順番に沿って反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に撮像素子IMG1、IMG2の像面の中心に到達する。なお、本実施形態において、像側ないし物体側とは、基準軸の方向に対してどちら側であるかを意味する。 In the imaging optical system of the present embodiment, the central principal ray or the reference axis ray is reflected by each reflecting surface before passing through the center point (origin) of the openings SP1 and SP2 (R1) and reaching the center of the final imaging plane. To do. The order of each surface is set so that the central principal ray or the reference axis ray is reflected. For this reason, the reference axis finally reaches the center of the image plane of the image sensors IMG1 and IMG2 while changing the direction in accordance with the law of reflection along the set order of each plane. In the present embodiment, the image side or object side means which side is the direction of the reference axis.
なお、この例では、結像光学系の基準となる基準軸を上記のように設定しているが、基準軸の決め方は任意であり、また、結像光学系を構成する各面形状の光学設計、収差計算、そのための光線追跡などを考慮し、都合のよい設定を採用して構わない。一般的には、像面の中心と、絞りまたは入射瞳または射出瞳、ないし結像光学系LO1、LO2の開口部SP1、SP2(R1)や、最終面の中心のいずれかを通る光線の辿る経路を基準軸に設定するとよい。 In this example, the reference axis serving as the reference for the imaging optical system is set as described above. However, the method for determining the reference axis is arbitrary, and each surface-shaped optical component that constitutes the imaging optical system. A convenient setting may be adopted in consideration of design, aberration calculation, and ray tracing for that purpose. In general, the ray traces that pass through the center of the image plane, the stop or entrance pupil or exit pupil, or the openings SP1 and SP2 (R1) of the imaging optical systems LO1 and LO2 and the center of the final plane. The route should be set as the reference axis.
本実施形態の結像光学系LO1、LO2から成るステレオ撮影光学系は、以下のような考察に基づいて構成されている。 The stereo photographing optical system including the imaging optical systems LO1 and LO2 of the present embodiment is configured based on the following considerations.
従来、車載カメラ用途での光学系において、レンズを使用した透過型の屈折光学系を2つ水平に並べてステレオ視することで距離を測定し、あるいは3D形状を取得するものが知られている。また、回転非対称な反射面を含む結像光学系を利用した小型で高画質な撮影光学系も種々提案されている。ステレオ撮影光学系を用いて精度良く距離を測定する、もしくは3D形状を取得するためには、結像性能を高めて高画質化することが必要となる。また、車載カメラでの距離測定用途では、周囲も広く捉える必要があるため、ある程度の画角の広角化が必要であった。しかも、外部環境によって温度が上下変動しやすい車内環境において、温度変化によって結像性能に大きな変化が起きてしまうと、距離測定精度が劣化する可能性がある。そのため、温度による結像性能変化が少ないことが望まれていた。 2. Description of the Related Art Conventionally, an optical system for use in an in-vehicle camera has been known in which a distance is measured or a 3D shape is acquired by horizontally observing two transmissive refractive optical systems using lenses and viewing them in stereo. In addition, various small-sized and high-quality photographing optical systems using an imaging optical system including a rotationally asymmetric reflecting surface have been proposed. In order to measure a distance with high accuracy using a stereo photographing optical system or to acquire a 3D shape, it is necessary to improve the imaging performance and improve the image quality. In addition, in the distance measurement application with an in-vehicle camera, it is necessary to capture the surroundings widely, and thus it is necessary to widen the angle of view to some extent. In addition, in a vehicle environment where the temperature tends to fluctuate up and down depending on the external environment, if the imaging performance is greatly changed due to the temperature change, the distance measurement accuracy may be deteriorated. Therefore, it has been desired that there is little change in imaging performance due to temperature.
また、単純な高感度化では、ノイズの影響などで可視光領域だけでは夜間の距離測定が困難であるため、可視光領域だけでなく近赤外光領域も撮像できることが望まれている。この可視光領域とは、波長380nm〜700nm程度、近赤外光領域は700nm〜1500nm程度の波長領域を言う。このような波長域の撮影光を取り扱う場合には、回折限界の関係上、F2〜4程度の比較的、明るいF値を有する結像光学系が望まれる。 In addition, in the case of simple enhancement of sensitivity, it is difficult to measure the distance at night only in the visible light region due to the influence of noise and the like, and it is desired that not only the visible light region but also the near infrared light region can be imaged. The visible light region refers to a wavelength region having a wavelength of about 380 nm to 700 nm, and the near infrared light region is a wavelength region of about 700 nm to 1500 nm. When handling imaging light in such a wavelength range, an imaging optical system having a relatively bright F value of about F2 to 4 is desired because of the diffraction limit.
また、上記のような要求を満たすステレオ撮影光学系を透過型のレンズ光学系で構成すると、一般には、レンズ枚数を増やせば広角でF値が明るい高画質な撮影光学系が得られる。しかしながら、このような屈折光学系による構成では、部品点数が大幅に増えることからコストが増大し、また、製造誤差や組み立て誤差を抑える必要があるため、製造難易度が上がる問題があった。さらに、ステレオ視のために2つの光学系の位置を精度良く調整するにはやはり製造コストが増大する。 In addition, when a stereo photographing optical system that satisfies the above-described requirements is configured by a transmissive lens optical system, generally a high-quality photographing optical system with a wide angle and a bright F value can be obtained by increasing the number of lenses. However, such a refracting optical system has a problem in that the number of parts is greatly increased, resulting in an increase in cost, and manufacturing errors and assembly errors must be suppressed. Furthermore, manufacturing costs are still increased in order to adjust the positions of the two optical systems with high accuracy for stereo viewing.
これに対して、本実施形態のステレオ撮影光学系は、2つの結像光学系がそれぞれ複数の反射面を有し、反射面が表面に有する、少なくとも1つの(2光学系で共通の)鏡筒部材を備える。特に、複数の反射面を構成する反射光学素子はミラーとし、さらに好ましくは鏡筒部材の表面に反射面を形成した中空ミラー構成とすることにより、色収差を補正する必要がなく、少ない部品点数でF値が明るく高い結像性能を得られる。また、鏡筒部材の表面に反射面を一体的に形成、配置するため、製造誤差による結像性能の劣化を低減できる。 On the other hand, the stereo imaging optical system of the present embodiment has at least one mirror (common to both optical systems) in which each of the two imaging optical systems has a plurality of reflecting surfaces, and each of the reflecting surfaces has a surface. A cylindrical member is provided. In particular, the reflecting optical element constituting the plurality of reflecting surfaces is a mirror, and more preferably a hollow mirror structure in which the reflecting surface is formed on the surface of the lens barrel member, so that it is not necessary to correct chromatic aberration and the number of components is small. F-number is bright and high imaging performance can be obtained. In addition, since the reflecting surface is integrally formed and arranged on the surface of the lens barrel member, it is possible to reduce deterioration in imaging performance due to manufacturing errors.
ここで中空ミラー構成とは、反射面が銀、アルミニウムなどの、可視光領域や赤外領域で反射率の高い材料のコーティング(蒸着など手法は任意)されたミラー構造をいう。即ち、中空ミラー構成では、前記反射面の入射側と射出側(反射側)が共に空気などの気体媒質もしくは真空である。 Here, the hollow mirror configuration refers to a mirror structure in which a reflecting surface is coated with a material having a high reflectance in the visible light region or the infrared region, such as silver or aluminum (a method such as vapor deposition is arbitrary). That is, in the hollow mirror configuration, the incident side and the emission side (reflection side) of the reflection surface are both a gas medium such as air or a vacuum.
即ち、本実施形態の反射光学素子は、プリズムなどの透明な固体媒質内で光を伝播させ、壁面(または外界との境界部)で反射する構成ではない。反射光学素子として、プリズムのような素子を用いると、色収差が発生する原因となり、好ましくない。 That is, the reflective optical element of the present embodiment is not configured to propagate light in a transparent solid medium such as a prism and reflect it on the wall surface (or the boundary with the outside world). If an element such as a prism is used as the reflective optical element, it will cause chromatic aberration, which is not preferable.
また、本実施形態では、第1の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも1つと第2の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも1つが同一の鏡筒部材の表面に形成されている。このように同一、共通の鏡筒部材を用いることにより、ステレオ結像光学系の2つの光軸の相互の位置決めが極めて容易になる。同一、共通の鏡筒部材を用いる、即ち、第1の結像光学系の少なくとも一部と第2の結像光学系の少なくとも一部を一体に構成することで、2つの結像光学系の位置合わせ誤差を大きく低減することができる。 In the present embodiment, at least one of the plurality of reflecting surfaces constituting the first imaging optical system and at least one of the plurality of reflecting surfaces constituting the second imaging optical system are the same surface of the lens barrel member. Is formed. Thus, by using the same and common lens barrel member, the two optical axes of the stereo image forming optical system can be positioned extremely easily. By using the same and common lens barrel members, that is, by forming at least a part of the first imaging optical system and at least a part of the second imaging optical system integrally, the two imaging optical systems The alignment error can be greatly reduced.
なお、鏡筒部材U1、U2の材質は特に限定されず、例えば金属あるいは樹脂を主成分とすることができる。金属を主成分にすれば、良熱伝導材料であるため好ましい。尚、ここでいう金属とはいわゆる純金属には限られず、例えば合金でもよい。アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽量金属合金を用いれば、フレームや支持台を安価で軽量かつ高剛性に製造することができるというメリットがある。さらに、マグネシウム合金を用いると、チクソモールド法によって、より高精度に金属製鏡筒部材を製造することが可能になり、反射面の精度(面精度や位置精度)を高いものにする上で有利である。また、樹脂であれば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化性樹脂等の中から成形のしやすさ、耐久性その他を鑑みて選ぶことができる。例えば、ポリカーボネート樹脂や、アクリル樹脂、MS樹脂、ポリオレフィン系樹脂などを用いることができる。特に、ポリオレフィン系樹脂は吸湿性が低いので、樹脂の吸湿に体積変化を抑制することができ、ユニットを使用する湿度環境に影響されず高い測距精度を実現する反射光学ユニットを提供できる。ポリオレフィン系材料の具体例としては、例えば日本ゼオン株式会社製のZEONEX(登録商標)などを用いることができる。また、必ずしも単一の材料から構成される必要はなく、材料としての特性向上や機能付与のため無機微粒子などが分散されたものを使用することもできる。また、材料の異なる複数の層から構成されても良い。 The material of the lens barrel members U1 and U2 is not particularly limited, and for example, a metal or resin can be the main component. It is preferable to use a metal as a main component because it is a good heat conductive material. The metal here is not limited to a so-called pure metal, but may be an alloy, for example. If a lightweight metal alloy such as an aluminum alloy or a magnesium alloy is used, there is an advantage that the frame and the support base can be manufactured at low cost, light weight and high rigidity. Furthermore, when a magnesium alloy is used, it is possible to manufacture a metal barrel member with higher accuracy by the thixomold method, which is advantageous for improving the accuracy (surface accuracy and position accuracy) of the reflecting surface. It is. Moreover, if it is resin, it can select from a thermosetting resin, a thermoplastic resin, an ultraviolet curable resin, etc. in view of easiness of shaping | molding, durability, etc. For example, polycarbonate resin, acrylic resin, MS resin, polyolefin resin, or the like can be used. In particular, since the polyolefin resin has low hygroscopicity, it is possible to provide a reflective optical unit that can suppress volume change due to moisture absorption of the resin and realize high ranging accuracy without being affected by the humidity environment in which the unit is used. As a specific example of the polyolefin-based material, for example, ZEONEX (registered trademark) manufactured by ZEON CORPORATION can be used. Moreover, it is not necessarily composed of a single material, and it is possible to use a material in which inorganic fine particles or the like are dispersed in order to improve the properties and impart functions of the material. Moreover, you may be comprised from the several layer from which material differs.
さらには、本実施形態の撮影装置では、撮像素子の選定、例えば遠赤外光領域用、例えば波長3μm〜17μmなどのサーモグラフィ用途撮像素子などを選択するだけで、光学素子の改変なしに遠赤外光撮像も撮像できる。もし、レンズやプリズムなどを含む屈折光学系によるステレオ撮影で遠赤外光撮影を行おうとすると、レンズ材料をガラスなどからゲルマニウムなどに変更する必要があり、撮像素子の交換だけでは到底、対処できない。 Furthermore, in the imaging apparatus according to the present embodiment, the selection of the image sensor, for example, for the far infrared light region, for example, selecting the image sensor for thermography having a wavelength of 3 μm to 17 μm, etc. External light imaging can also be performed. If you are going to shoot far-infrared light in stereo shooting using a refractive optical system that includes lenses and prisms, you need to change the lens material from glass to germanium, and so on. .
以上のように、本実施形態では、上述したような中空ミラー構成でステレオ撮影光学系を構成することにより、可視光領域から遠赤外光領域まで同じステレオ撮影光学系で対応することができる。例えば、同じ撮影光学系を用いて、撮像素子の品種のみ変更して、可視光領域と遠赤外光領域とでそれぞれステレオ撮影を行う異なる製品をラインアップする場合でも、それぞれの製造コストを著しく低く抑えることができる。 As described above, in the present embodiment, by configuring the stereo photographing optical system with the hollow mirror configuration as described above, it is possible to cope with the same stereo photographing optical system from the visible light region to the far infrared light region. For example, using the same imaging optical system, changing only the type of image sensor, and lineup of different products that perform stereo shooting in the visible light region and the far-infrared light region, the manufacturing costs for each are significantly increased. It can be kept low.
上記の事情を踏まえ、ここで図1の撮影光学系STU(撮影部)の構成をさらに詳細に説明しておく。図1に示すように、撮影光学系STUは、それぞれが複数の反射面を備える第1の結像光学系LO1と第2の結像光学系LO2を備える。これら第1、第2の結像光学系LO1、LO2は、最も物体側に第1、第2の開口部SP1、SP2を有する。また、第1、第2の結像光学系LO1、LO2の結像面には、第1、第2の撮像素子IMG1、IMG2がそれぞれ配置されている。ここで、撮影光学系STUの複数の反射面(R2〜R6)は、撮影光学系STUの基材を構成する鏡筒部材U1、U2の表面に形成されている。 Based on the above circumstances, the configuration of the imaging optical system STU (imaging unit) in FIG. 1 will now be described in more detail. As shown in FIG. 1, the photographing optical system STU includes a first imaging optical system LO1 and a second imaging optical system LO2 each having a plurality of reflecting surfaces. The first and second imaging optical systems LO1 and LO2 have first and second openings SP1 and SP2 on the most object side. The first and second imaging elements IMG1 and IMG2 are arranged on the imaging surfaces of the first and second imaging optical systems LO1 and LO2, respectively. Here, the plurality of reflecting surfaces (R2 to R6) of the photographing optical system STU are formed on the surfaces of the lens barrel members U1 and U2 constituting the base material of the photographing optical system STU.
図1において、撮影光は、結像光学系LO1、LO2の2つの開口部SP1、SP2から入射する。そして、結像光学系LO1と結像光学系LO2の第2面(R2)〜第6面(R6)の複数の反射面を構成する各ミラーで順次反射され、それぞれ撮像素子IMG1とIMG2に結像する。開口部SP1、SP2の位置は、第2面(R2)〜第6面(R6)の各ミラーで構成された結像光学系LO1、LO2の入射瞳の位置に相当する。図1において、それぞれ結像光学系LO1、結像光学系LO2を構成する第2面(R2)〜第6面(R6)の反射面は、いずれも、例えば回転非対称形状で構成する。また、結像光学系LO1、LO2は、図示のように基準軸が折れ曲がったOff−Axial光学系(オフアキシャル光学系)として構成される。 In FIG. 1, photographing light enters from two openings SP1 and SP2 of the imaging optical systems LO1 and LO2. Then, the light is sequentially reflected by each mirror constituting the plurality of reflecting surfaces of the second surface (R2) to the sixth surface (R6) of the imaging optical system LO1 and the imaging optical system LO2, and is connected to the image sensors IMG1 and IMG2, respectively. Image. The positions of the openings SP1 and SP2 correspond to the positions of the entrance pupils of the imaging optical systems LO1 and LO2 configured by the mirrors of the second surface (R2) to the sixth surface (R6). In FIG. 1, the reflecting surfaces of the second surface (R2) to the sixth surface (R6) constituting the imaging optical system LO1 and the imaging optical system LO2, respectively, are configured in a rotationally asymmetric shape, for example. The imaging optical systems LO1 and LO2 are configured as an off-axial optical system (off-axial optical system) in which the reference axis is bent as illustrated.
上記のステレオ撮像光学系において、ステレオ撮影光学系を用いて撮影(撮像)後に2つの画像から距離を算出するためには、2つの結像光学系の各反射光学素子の配置精度が大きく影響する。反射光学系は小型化と結像性能の高性能化に有利である一方、1つの結像光学系の中の製造誤差敏感度が高いという課題と、2つの結像光学系を精度良くステレオ配置する必要があるという2つの課題が存在する。 In the above stereo imaging optical system, in order to calculate the distance from two images after shooting (imaging) using the stereo imaging optical system, the arrangement accuracy of the reflecting optical elements of the two imaging optical systems greatly affects. . Reflective optical systems are advantageous for miniaturization and high performance of imaging performance, while the problem of high sensitivity of manufacturing errors in one imaging optical system and the precise arrangement of two imaging optical systems in stereo. There are two issues that need to be done.
そこで、本実施形態では、図1に示すように第1の結像光学系LO1を構成する複数の反射面が、撮影光学系STUを構成するよう、それぞれ一体で成形された鏡筒部材U1もしくはU2の表面に形成される構造としている。即ち、第1の結像光学系LO1を構成する複数の反射面のうち、図1下側の反射面(R3)、R5は鏡筒部材U1の表面に形成される。また、図1上側の反射面(R2)、R4、R6は鏡筒部材U2の表面に形成される。また、第2の結像光学系LO2を構成する複数の反射面が撮影光学系STUを構成する鏡筒部材U1もしくはU2の表面に形成される。即ち、第2の結像光学系LO2を構成する複数の反射面のうち、図1下側の反射面(R3)、R5は鏡筒部材U1の表面に形成される。また、図1上側の反射面(R2)、R4、R6は鏡筒部材U2の表面に形成される。また、本実施形態では、第1の鏡筒部材U1の表面には、第1および第2の結像光学系における反射面(R3、R5)が形成されている。また、第2の鏡筒部材U2の表面にも第1および第2の結像光学系における反射面(R2、R4、R6)が形成されている。このような構成により、ステレオ撮影を行う2つの結像光学系LO1、LO2の相互の位置関係を調整する作業が、基本的には不要となる。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of reflecting surfaces constituting the first imaging optical system LO1 are integrally formed so as to constitute the photographing optical system STU, respectively. The structure is formed on the surface of U2. That is, among the plurality of reflecting surfaces constituting the first imaging optical system LO1, the lower reflecting surface (R3) and R5 in FIG. 1 are formed on the surface of the barrel member U1. Further, the upper reflecting surface (R2), R4, and R6 in FIG. 1 are formed on the surface of the barrel member U2. In addition, a plurality of reflecting surfaces constituting the second imaging optical system LO2 are formed on the surface of the barrel member U1 or U2 constituting the photographing optical system STU. That is, among the plurality of reflecting surfaces constituting the second imaging optical system LO2, the reflecting surface (R3) and R5 on the lower side in FIG. 1 are formed on the surface of the barrel member U1. Further, the upper reflecting surface (R2), R4, and R6 in FIG. 1 are formed on the surface of the barrel member U2. In the present embodiment, reflection surfaces (R3, R5) in the first and second imaging optical systems are formed on the surface of the first lens barrel member U1. Further, reflection surfaces (R2, R4, R6) in the first and second imaging optical systems are also formed on the surface of the second lens barrel member U2. With such a configuration, the work of adjusting the mutual positional relationship between the two imaging optical systems LO1 and LO2 that perform stereo shooting is basically unnecessary.
以上のような構成により上記の2つの課題を解決することができる。また、第1の結像光学系LO1と第2の結像光学系LO2は、前記基準軸を折り曲げるために、回転非対称な曲率を有した反射面を複数有している。このような反射面を有することで、収差補正をより容易にすることができ、結像性能を向上させることができる。 With the above configuration, the above two problems can be solved. The first imaging optical system LO1 and the second imaging optical system LO2 have a plurality of reflecting surfaces having rotationally asymmetric curvatures in order to bend the reference axis. By having such a reflective surface, aberration correction can be facilitated and imaging performance can be improved.
また、ステレオ撮影のための撮像素子IMG1、IMG2は可視光(波長:380nm〜700nm)の他、可視光とは異なる波長帯域の光(例えば1000nm付近の近赤外領域)も受光し電気信号に変換可能なものであればさらに好ましい。本実施形態のように、結像、集光力(光学的パワー)を有する光学面を反射面だけで構成した結像光学系の場合、色収差が存在しないため、屈折光学系で構成した結像光学系よりも広い波長帯域で高い結像性能を維持することができる。従って、撮像素子の受光波長範囲を拡大するだけで、同じ光学系を用いて可視光以外の情報も同時に取得することができる。このため、赤外カメラ装置を別途搭載したカメラシステムよりも撮影系の小型化が可能となる。 In addition to the visible light (wavelength: 380 nm to 700 nm), the imaging elements IMG1 and IMG2 for stereo photography also receive light in a wavelength band different from visible light (for example, near-infrared region near 1000 nm) and receive it as an electrical signal. It is more preferable if it can be converted. In the case of an imaging optical system in which an optical surface having imaging and condensing power (optical power) is configured only by a reflective surface as in the present embodiment, there is no chromatic aberration, and thus an imaging configured by a refractive optical system. High imaging performance can be maintained in a wider wavelength band than the optical system. Therefore, information other than visible light can be acquired simultaneously using the same optical system simply by expanding the light receiving wavelength range of the image sensor. For this reason, it is possible to reduce the size of the photographing system as compared with a camera system in which an infrared camera device is separately mounted.
また、第1および第2の結像光学系(LO1およびLO2)を保持する鏡筒は、撮像素子IMG1やIMG2も保持可能な構成が好ましい。このような構成によれば、鏡筒にそのまま撮像素子を固定できるため、2つの結像光学系(LO1、LO2)とそれぞれの撮像素子のアライメント作業が基本的には不要となり、これにより組み立て工程を簡易化でき、製造コストの点で有利である。 Further, the lens barrel that holds the first and second imaging optical systems (LO1 and LO2) preferably has a configuration that can also hold the imaging elements IMG1 and IMG2. According to such a configuration, since the imaging device can be fixed to the lens barrel as it is, the alignment work between the two imaging optical systems (LO1 and LO2) and the respective imaging devices is basically unnecessary, and thereby the assembly process. This is advantageous in terms of manufacturing cost.
本実施形態の撮影部(結像光学系(LO1およびLO2)の構成には、上記のようなメリットがある。以下では、上述の撮影部を用いて、特に車両制御や運転支援の目的で自動車などの車両に搭載される車載用撮影装置として好適な構成の一例を示す。 The configuration of the imaging unit (imaging optical system (LO1 and LO2) of the present embodiment has the above-described advantages. Hereinafter, an automobile is used for the purpose of vehicle control and driving support, particularly using the above-described imaging unit. An example of a configuration suitable as a vehicle-mounted imaging device mounted on a vehicle such as is shown.
図1〜図4は本実施形態の車載用撮影装置として構成されたステレオ撮影装置100の構成例を示している。また、図1〜図4のステレオ撮影装置100は、例えば図8(a)、(b)に示すような態様でステレオ撮影装置800として自動車などの移動体に搭載することができる。
1 to 4 show a configuration example of a
図8(a)、(b)は、図1〜図4のステレオ撮影装置100と同様に構成されたステレオ撮影装置800を車載用撮影装置として車両に搭載した例を示している。同図において、ステレオ撮影装置800は、図8(a)、(b)に示すように、自動車1000のフロントガラス1001(ウィンドシールド)の内側、車室1002の側に装着することができる。図8(a)、(b)の例では、いずれの自動車1000でも、フロントガラス1001の上縁部近傍の車室1002内天井に装着されている。ステレオ撮影装置800は、例えば図8(a)のような車室1002の上部に屋根のある自動車1000であっても、図8(b)のような車室1002の上方が開放された自動車1000(いわゆるオープンカー)のいずれにも搭載することができる。例えば、ステレオ撮影装置800は、フロントガラス1001、ないしその付近の天井内面などに好適に実装することができる。
FIGS. 8A and 8B show an example in which a
なお、自動運転や運転支援を高度化するため、ステレオ撮影装置800を用いて後方を走行する他車との距離や、後退時における物体との距離を測定する必要があれば、ステレオ撮影装置800をリアガラスの内側などに装着してもよい。本実施形態のステレオ撮影装置は、後述のように、直射日光や冷気等による撮影ないし測定精度の低下を良好に抑制できる構成であり、車両のどのような位置に配置されても、信頼性が高い測定結果を得ることができる。
In order to enhance automatic driving and driving support, if it is necessary to measure the distance from another vehicle that travels behind using the
図8のような態様でステレオ撮影装置800を車載用撮影装置として車両に搭載すると、その周囲の温度環境は、電子機器にとってはかなり苛酷なものとなる場合がある。例えば、真夏の炎天下に置かれた場合、フロントガラス1001を介して太陽光(直射日光)に曝され、車内のダッシュボード等の内装品は高温になることがある。ダッシュボードの場合、太陽光(直射日光)の照射により、その表面温度が約120℃付近まで到達する場合がある。また、その際の車室内の雰囲気温度は、エアコンディショニングされていなければ、約75℃付近の高温になる。
When the
図2に示すように、ステレオ撮影装置のフロントガラス1001側の上方に太陽光(直射日光)が照射される。一方、運転者や乗員が車室内にいて、自動車のエンジンをかけてエアコンを作動させると、ステレオ撮影装置が設置される例えばルームミラー付近には、下方から約25℃となったエアコンの風が当たることになる。
As shown in FIG. 2, sunlight (direct sunlight) is irradiated above the
そのような温度差の激しい温度環境の中に本撮像装置が置かれた場合、温度差により光学系に熱変形が生じ、光学性能が影響を受ける可能性がある。特に、本実施形態のようなステレオ撮影光学系においては、環境温度の温度ムラにより変形が不均一になることが大きな問題となるため、光学系周囲の温度を均一に保つ必要がある。 When the imaging apparatus is placed in such a temperature environment having a large temperature difference, the optical system may be thermally deformed due to the temperature difference, and the optical performance may be affected. In particular, in the stereo photographing optical system as in the present embodiment, it becomes a big problem that the deformation becomes non-uniform due to the temperature unevenness of the environmental temperature. Therefore, it is necessary to keep the temperature around the optical system uniform.
本実施形態のステレオ撮影装置100(図2〜図4)では、上記の撮影部(撮影光学系101:上記の結像光学系(LO1およびLO2)を第1の容器に収容し、さらに第1の容器(ケース102)を第2の容器(ケース103)に収容する。第1の容器(102)の熱伝導率と、第2の容器(103)の熱伝導率と、は互いに異なり、特に第1の容器(102)は、第2の容器(103)よりも熱伝導率が高い構成とする。 In the stereo photographing apparatus 100 (FIGS. 2 to 4) of the present embodiment, the photographing unit (the photographing optical system 101: the imaging optical system (LO1 and LO2)) is housed in a first container, and further the first The container (case 102) is accommodated in the second container (case 103), and the thermal conductivity of the first container (102) and the thermal conductivity of the second container (103) are different from each other. The first container (102) has a higher thermal conductivity than the second container (103).
図2において、撮影光学系101は、図1の結像光学系LO1およびLO2に相当する。各ミラーの位置は、図中の太い黒線により模式的に示してある。また、撮像素子IMG1ないしIMG2は図2では撮像素子105として示してある。撮像素子105の信号線はケース102、103から導出されて、ケース103を保持する外装部材104に装着されたメイン基板106に接続されている。メイン基板106は、車両に搭載された運転支援や運転制御を行う制御装置(不図示)に配線される。
In FIG. 2, the photographing
特に、メイン基板106上の回路に、動作時の発熱が大きい部材を搭載する必要がある場合には、図2のような構成は有効である。即ち、メイン基板106をケース102、103の内側の撮像素子IMG1ないしIMG2の近傍などに配置するのではなく、外側のケース103の外部に配置する。これにより、メイン基板106の発する熱量が、撮影光学系101の各光学素子(ミラー)や撮像素子IMG1ないしIMG2に影響を及ぼさないよう、メイン基板106を隔離することができる。
In particular, when it is necessary to mount a member that generates a large amount of heat during operation on the circuit on the
ステレオ撮影装置100は、車載用であれば、外装部材104を介して、車両の所定の装着位置、例えばフロントウィンドウ付近、ルームミラー付近などに装着される。外装部材104は、ステレオ撮影装置100を車両に装着する装着部(マウント部材)として機能する。なお、装着部としての外装部材104には、支柱やブラケットのような構成を用いてもよい。
If the
なお、外装部材104の材料が金属などの熱伝導率が高く、放熱力のある組成である場合には、メイン基板106と外装部材104の間にヒートシンクのような導熱材料を配置しておくことができる。これにより、動作時にメイン基板106で発生した熱量を外装部材104の側に逃がすことができる。
Note that when the material of the
図2において、撮影光学系101として示した梨地の部分は、図1の鏡筒部材U1もしくはU2の側方から見た断面形状にほぼ相当する。この撮影光学系101を第1の容器(ケース102)および第2の容器(ケース103)に収容する2重構造とすることにより、ステレオ撮影装置100の周囲の温度分布の影響を緩和することができる。この構成により、別途、ファンや冷却、加温などのための温度調節装置を用いなくても、撮影光学系101の部位に対する温度分布の影響を緩和し、所望の光学性能を発揮させ、環境温度に左右されずに高精度な撮影光学系を低コストで提供することができる。
In FIG. 2, the satin portion shown as the photographing
図2のステレオ撮影装置100において、撮影光学系101は、内側のケース102により、支持部材107を介して保持される。そしてケース102は、外側のケース103により、支持部材107を介して保持される。
In the
即ち、撮影光学系101〜内側のケース102〜外側のケース103の各々の間には、支持部材107をそれぞれ介在させる。この構成により、外側の部材の内面と、内側の部材の外面がそれらの面の大きなパーセンテージを占める面で面接触せず、支持部材107のサイズによって定まる空間を隔てて対向するように配置される。
That is, the
好ましくは、外側のケース103は、撮影光学系101に対する周囲環境からの熱の影響を低減できるよう、熱伝導率の低い、断熱性のある、例えば、樹脂などで構成する。これに対して、内側のケース102は、外側のケース103よりも熱伝導率の高い材質、例えば金属などから構成する。
Preferably, the
ステレオ撮影装置100が車載用であれば、同装置は、例えばフロントウィンドウ付近に配置され、主に上方からは直射日光(SL)を受け、下方のダッシュボードの方向からエアコン(AC)の冷風などを受けるように設置される。もし、ケース102、103が無ければ、撮影光学系101は上方から加熱され、下方からは冷却されるような状態となり、その上部と下部に極端な温度分布が生じ、これにより、撮影光学系101の上部では熱膨張、下部では熱収縮が生じる可能性がある。そして、このような変形によって、例えば撮影光学系101のミラーが歪み、その形状や光軸が設計時に意図されたものとは異なる状態となる可能性がある。もし、上記のような温度分布の影響による撮影光学系101の構成部材の変形が大きければ、ステレオ撮像精度や、それに基づく測距精度が大きく低下する。
If the
これに対して、図2のように撮影光学系101の周囲に2重のケース102、103を配置した場合、例えば外側の樹脂製のケース103は、撮影光学系101に対する周囲環境からの加熱、冷却の影響を低減するよう作用する。一方、内側のケース102は、外側のケース103よりも熱伝導率の高い材質、例えば金属製であって、全体に熱伝導が良好であって、撮影光学系101周囲の温度をほぼ一様に、また迅速に収束させる作用がある。
On the other hand, when the
従って、上記構成によれば、温度調節装置などを配置しなくても、撮影光学系101がステレオ撮影装置100の周囲温度の影響を受けにくく、撮影光学系101の全体が、一様な温度分布に保たれるよう温度管理することができる。これにより、ステレオ撮像精度や、それに基づく測距精度を高精度に維持することができる。
Therefore, according to the above configuration, the photographing
図3、図4は、ステレオ撮影装置100の外装構造を示している。図3は、外装部材104の方向からステレオ撮影装置100の上部を斜視図の形式で示している。図3において、結像光学系LO1、LO2の2つの開口部SP1、SP2は、ケース103の下側を構成する下ケース1032(図4参照)に形成された三角形ないし台形の開口1010、1010の頂点の位置で撮影装置の外部に臨んでいる。開口1010、1010は、その形状により、不要光が結像光学系LO1、LO2に入射しないよう遮光するフード(遮光部材)の機能を有する。開口部SP1、SP2を頂点とする開口1010、1010の三角形ないし台形の開き角度は、結像光学系LO1、LO2の撮影画角の角度に対して充分な値に設定される。
3 and 4 show the exterior structure of the
図4は、ステレオ撮影装置100の、撮影光学系101と、ケース102、103、外装部材104などの組立構造を分解斜視図の形式で示している。図4に示すように、この構造例では、ケース102およびケース103は、それぞれ上下2分割した構造となっている。即ち、内側のケース102は、金属製の上ケース1021および下ケース1022から、外側のケース103は、樹脂製の上ケース1031および下ケース1032から構成されている。これら上および下ケースは、例えばそれぞれコの字型の断面を有し、その上下が組み立てられた状態において、内部をほぼ包み込むよう密閉する中空の容器を構成する。
FIG. 4 shows an exploded perspective view of an assembly structure of the photographic
ケース102は、上ケース1021および下ケース1022によって、撮影光学系101を挟み込むように保持する。また、ケース103は、上ケース1031および下ケース1032によって、ケース102と撮影光学系101を挟み込むように保持する。その際、撮影光学系101〜内側のケース102〜外側のケース103の各々の間には、支持部材107をそれぞれ介在させる。支持部材107は、図4では、具体的な形状ではなく、上下方向の矢印によって模式的に示してある。支持部材107の水平方向に関しては図示を省略してあるが、支持部材107を配置することによって、上述のように、撮影光学系101〜内側のケース102〜外側のケース103の各々同士が面で接触しないよう離隔される。
The
ケース103の場合、図4の例では、例えば下ケース1032は、全体としては、上ケース1031よりも大きな外形の形状を有している。そして、下ケース1032はその上ケース1031と同サイズに樹脂などから成形された内枠部分によって、上ケース1031と組み立てられ、図2のような断面構造を構成する。また、下ケース1032の上ケース1031よりも外側の外殻部分は、外装部材104と組み立て可能な形状である。そして、外装部材104が上ケース1031およびそれからはみ出た下ケース1032の上部を覆うことによりステレオ撮影装置100の外装構造が完成される。
In the case of the
なお、上部の外装部材104は、図2に示したように内部に組み込まれた撮像素子105と配線接続されたメイン基板106を保持しており、基板発熱箇所と熱伝導物質で接続されることで、メイン基板106の排熱を行う。なお、図4の構造では、撮像素子105(図4では105R、105L)は、ケース102の内部に設置している。しかしながら、撮像素子105(図4では105R、105L)は、不図示の撮影光を通過させる窓などを配置することによって、ケース102とケース103の間、もしくはケース103の外部に設置する構成であってもよい。
As shown in FIG. 2, the
上記のように、ステレオ撮影装置100の外装を構成するケース103は、周囲環境の熱をできる限り伝えないようにする目的から、ケース102よりも熱伝導率の低い樹脂製であることが好ましい。樹脂としてはポリカーボネート樹脂や、ABS樹脂、アクリル樹脂、MS樹脂等を使用することができる。軽量かつ十分な強度が得られるという観点においてはポリカーボネート樹脂が好ましい。また、内部のケース102は、内部にできてしまった温度ムラをできる限り均一にする目的から、ケース103よりも熱伝導率の高い金属製であることが好ましく、例えばアルミニウムや銅、マグネシウムおよびそれらを用いた合金材料などから構成する。また、ケース102およびケース103の材質の組み合わせとしては、低コスト且つ軽量であるという観点において、ケース103がポリカーボネート樹脂、ケース102がアルミニウムもしくはアルミニウム合金であることが好ましい。
As described above, the
図5(a)、図5(b)、図5(c)は、図2の支持部材107のより具体的な構成例を示している。ここでは、支持部材107が、撮影光学系101、ケース102、ケース103などとは別体構造である場合を示す。しかしながら、支持部材107の同様の構造は撮影光学系101、ケース102、ケース103などに一体成形されていても構わない。
FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C show more specific configuration examples of the
図5(a)に示した支持部材1071は半円柱形の形状である。図5(a)の支持部材1071は、撮影光学系101〜内側のケース102〜外側のケース103の間に配置された時、半円の頂点の接触部1072の部位において、内側の部材、例えば撮影光学系101やケース102と線接触する構成である。支持部材1071は、装着面1073を介して、接着などの手法により、内外のケース102、103の内面側に装着できる。
The
また、支持部材1071は、図5(b)に示すように、半球形の形状であってもよい。図5(b)の支持部材1071は、撮影光学系101〜内側のケース102〜外側のケース103の間に配置された時、半球の頂点の接触部1072の部位において、内側の部材、例えば撮影光学系101やケース102と線接触する構成である。この支持部材1071も、装着面1073を介して、接着などの手法により、内外のケース102、103の内面側に装着できる。
Further, the
図5(a)および図5(b)の支持部材1071は、樹脂などの熱伝導率の低い断熱材料を用いて構成する。また、支持部材1071には、以下に弾性部材108として示す部材と同様、その全体にシリコーンゴム等のような弾性材料を用いてもよい。
The
図5(a)および図5(b)に示したように、支持部材1071を用いて撮影光学系101〜内側のケース102〜外側のケース103を、空間を隔てて配置する。この状態で、支持部材1071は、内、外側の撮影光学系や容器同士を線接触もしくは点接触で保持し、これらの部材同士の相互の位置関係を規制する。このような支持構造によって、ケース間、あるいはケースと撮影光学系の間の熱の伝導を抑制し、ケース間、あるいはケースと撮影光学系の間の断熱的保持を実現することができる。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the photographing
また、支持部材1071の全体ないしその一部に、図5(c)に示すように、弾性部材108を用いる構造としてもよい。この構成では、弾性部材108の端部が支持部材1071の装着面1073となる。そして、支持部材1071、撮影光学系101、内側のケース102、外側のケース103などの相互の寸法の設定によって、組み立てた状態では弾性部材108が圧縮変形された状態となるよう構成する。このような構造により、適切な圧力で、撮影光学系101〜内側のケース102〜外側のケース103の多重構造を保持することができる。なお、弾性部材108の弾性、例えば、ケース102(ケース103)そのものの弾性を利用してもよい。即ち、ケース102(ケース103)の材質を適宜選定することにより、弾性部材108として機能するのに必要な弾性を与えておくことにより、上記のように単体の弾性部材108を配置した場合と、同様の効果を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 5C, the
なお、上記のように、2重のケース102、103を別材質、例えばケース102を金属材料から、ケース103を樹脂材料から構成すると、熱膨張のアンバランスが生じる可能性がある。例えば、ステレオ撮影装置100の周囲の温度環境によって、一方のケース、例えばケース103の寸法の方が大きくなる、といった状態となることが考えられる。その場合、温度が上昇して熱膨張が生じると、ケース103はケース102から離れる方向へ変形することになる。このように環境温度が変化した場合でも、上記のように支持部材1071の全体、ないし少なくともその一部に、弾性部材108を用いる構造によれば、弾性部材108の変形によって、ケース102とケース103間の保持状態を維持することができる。
As described above, when the
また、ケース102と、撮影光学系101ないしその基材としての鏡筒部材U1、U2との両者の材質、組成を同一にすることが考えられる。その場合、上記のような熱膨張差による問題はほとんど考慮しなくてもよくなる。そして、環境温度が変化した場合においても、ケース102と撮影光学系101の間の保持状態を維持することができる。
Further, it is conceivable that the material and the composition of both the
なお、支持部材1071に、弾性部材108、例えばゴムのような材料から成る弾性部を設ける場合、この弾性部が車両の振動などの影響を受け、単振動的な共振、といった不要振動を発生する可能性がある。このような不要振動をダンピングできる部材、例えば種々の樹脂スポンジのような発泡材料から成る振動吸収部材を支持部材1071および弾性部材108とともに、撮影光学系101〜内側のケース102〜外側のケース103の間に配置してもよい。
When the
撮影光学系101とケース102、ケース102とケース103の相互位置関係の規制方法に関して、図6と図7を用いて、より詳細に説明する。図6は、ステレオ撮影装置の断面構造を示している。図6において、撮影光学系101には凹部としてV字型溝部であるV字溝109が設けられており、ケース102には、V字溝109と対向する位置に支持部材107が設けられている。支持部材107は半球形の形状で、V字溝109の略中心に位置するように設けられ、V字溝の開口側である2つの面に対して点接触している。なお、V字溝の開口側と対向する頂点部は多少の丸みを帯びていても構わない。2つの面と支持部材が接触できる形状であれば構わない。
A method for regulating the mutual positional relationship between the photographing
図7はステレオ撮影装置を下方から斜視により示した図であり、V字溝109の配置をより詳細に説明するための図である。撮影光学系101には、図7に示すように溝部であるV字溝を1091、1092、1093と、3つ設けている。3つのV字溝のうち2つ(1092、1093)は一直線上に配置されており、他の1つ(1091)は同一直線上には配置されない。ここで、V字溝1092とV字溝1093は一直線上に存在し、溝方向も平行となっていることに対して、V字溝1091は、V字溝1092とV字溝1093が存在する直線上になく、2つの溝方向に対して直交している。なお、V字溝の方向は、この組み合わせの限りではなく、全てのV字溝が平行になる配置でなければよい。
3つのV字溝の位置関係としては、その中心を結ぶ三角形の内部に、撮影光学系101の重心が位置することが好ましい。また、V字溝1091を比較的重量がある撮像素子105付近に設けることにより、図7に示す斜線の三角形状内部に撮影光学系101の重心が位置している。このように、撮影光学系101の3か所のV字溝と対向するケース102の箇所に、支持部材107が配置され、V字溝に半球形状の支持部材が点接触することで、撮影光学系101とケース102の相互位置関係を規制している。このような構成を採用することで、ケース102に対して撮影光学系101を載置するだけで相互位置関係を規制することができ、側面方向の位置調整が必要なくなるため、組立調整を簡略化することができる。また、V字溝1092および1093は、撮影光学系101が2つの鏡筒部材U1およびU2を合わせることにより構成される際には、それぞれの鏡筒部材に設けた面取り部分を合わせることで形成できる。
FIG. 7 is a perspective view of the stereo imaging device from below, and is a diagram for explaining the arrangement of the V-shaped
As the positional relationship between the three V-shaped grooves, it is preferable that the center of gravity of the photographing
以上の説明では、撮影光学系101にV字溝を設け、ケース102に支持部材を設けたが、撮影光学系101に支持部材を設け、ケース102にV字溝を設けても構わない。
また、ケース102とケース103における相互位置関係の規制についても、撮影光学系101とケース102で行った手法を適用することができる。具体的には、ケース102の外面に3つのV字溝を設け、ケース103の内面にケース102外面のV字溝と対向する位置に半球形状の支持部材107を設けることで、ケース102とケース103の相互位置関係を規制することができる。また、ケース103に支持部材、ケース102にV字溝を設けても構わない。
In the above description, the photographing
Further, the method performed by the photographing
尚、撮影光学系101とケース102、ケース102とケース103の相互位置関係を規制する構成は、上述の例に限られるわけではない。例えば、V字型の溝ではなく、他の形状の凹部であってもよい。また、支持部材は、頂部が半球形であるものには限られず、他の形状の凸部でもよい。相互の接触により位置を規制できる組み合わせであれば、凹部と凸部が2点で接触する形態に限らず、より多くの点で接触したり、線接触や面接触する形態であってもよい。
Note that the configuration for restricting the mutual positional relationship between the photographing
以上のように、本実施形態では、温度の変化や分布が著しい環境に設置される、反射光学系を備えた撮影装置において、少なくとも光学系を含む撮影部を2重の容器に収容する構成を用いている。この構成により、光学部材周辺の大きな温度範囲に渡る温度分布の影響を緩和し、熱膨張/収縮に起因する反射光学系の光学性能の劣化を抑制することができる。これにより、別途温調装置を必要とすることなく、低コストかつ高精度な撮像装置を実現することができる。即ち、本実施形態によれば、簡単安価に製造でき、小型軽量な高性能なステレオ撮像装置を実現することができる。 As described above, in the present embodiment, in an imaging apparatus including a reflective optical system that is installed in an environment where temperature change and distribution are significant, a configuration in which an imaging unit including at least the optical system is accommodated in a double container. Used. With this configuration, the influence of the temperature distribution over a large temperature range around the optical member can be mitigated, and deterioration of the optical performance of the reflective optical system due to thermal expansion / contraction can be suppressed. Thereby, a low-cost and high-accuracy imaging device can be realized without requiring a separate temperature control device. That is, according to the present embodiment, a compact and lightweight high-performance stereo imaging device that can be manufactured easily and inexpensively can be realized.
なお以上では、ステレオ撮影装置を車載用の撮影装置とする例を示したが、本実施形態のステレオ撮影装置は、車載用のみならずドローン等の移動体など、種々の用途に利用可能なビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することができる。その場合、撮影系は必ずしもステレオ撮影系でなくも構わない。本実施形態の撮影装置は、接続部を介して各種の移動体の基体(例えばボディやフレーム)に接続して用いることができる。そして、本実施形態の構成を備えた撮影装置は、その種々の用途において、例えば周囲の温度環境などに左右されることなく、高精度、高画質な撮影を行え、あるいはさらにそれに基づく高精度な物理測定を行える。 In the above, an example in which the stereo image capturing device is an in-vehicle image capturing device has been described. However, the stereo image capturing device according to the present embodiment is a video that can be used for various purposes such as a mobile object such as a drone. The present invention can be applied to an imaging apparatus such as a camera or a digital still camera. In that case, the photographing system is not necessarily a stereo photographing system. The imaging apparatus of the present embodiment can be used by being connected to a base (for example, a body or a frame) of various moving bodies via a connection unit. The imaging apparatus having the configuration of the present embodiment can perform high-accuracy and high-quality imaging in various applications without depending on, for example, the ambient temperature environment, or more accurately based on it. Perform physical measurements.
100…ステレオ撮影装置、101…撮影光学系、102、103…ケース(容器)、1021、1031…上ケース、1022、1032…下ケース、104…外装部材、105…撮像素子、106…メイン基板、107…支持部材、108…弾性部材。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記撮影部を収容する第1の容器と、
前記第1の容器を収容する第2の容器と、を備え、
前記第1の容器の熱伝導率が前記第2の容器の熱伝導率よりも高い撮影装置。 In an imaging apparatus having an imaging unit comprising a plurality of reflective optical elements provided on a base material and an imaging element that receives imaging light sequentially reflected by the plurality of reflective optical elements,
A first container that houses the imaging unit;
A second container for housing the first container,
An imaging apparatus in which the thermal conductivity of the first container is higher than the thermal conductivity of the second container.
前記第1の容器が、金属を主成分とする材料から成る撮影装置。 The imaging device according to claim 1,
An imaging apparatus in which the first container is made of a material whose main component is a metal.
前記第1の容器の材料の主成分が、アルミニウムもしくはアルミニウム合金である撮影装置。 The imaging device according to claim 2,
An imaging apparatus in which a main component of the material of the first container is aluminum or an aluminum alloy.
前記第2の容器が、樹脂を主成分とする材料から成る撮影装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 3,
An imaging apparatus in which the second container is made of a material mainly composed of a resin.
前記第2の容器の材料の主成分が、ポリカーボネートである撮影装置。 In the imaging device according to claim 4,
An imaging apparatus in which the main component of the material of the second container is polycarbonate.
前記反射光学素子がミラーである撮影装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 5,
An imaging apparatus in which the reflective optical element is a mirror.
前記撮影部と前記第1の容器との間に位置して、前記撮影部の外面および前記第1の容器の内面の相互の位置関係を規制する第1支持部材、及び/または、
前記第1の容器と前記第2の容器との間に位置して、前記第1の容器の外面および前記第2の容器の内面の相互の位置関係を規制する第2支持部材、
を備えた撮影装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 6,
A first support member that is positioned between the imaging unit and the first container and regulates a mutual positional relationship between an outer surface of the imaging unit and an inner surface of the first container; and / or
A second support member that is positioned between the first container and the second container and regulates a mutual positional relationship between the outer surface of the first container and the inner surface of the second container;
An imaging device with
前記第1支持部材、及び/または、前記第2支持部材が、前記第1の容器より熱伝導率の低い材料から成る撮影装置。 In the imaging device according to claim 7,
An imaging apparatus in which the first support member and / or the second support member is made of a material having a lower thermal conductivity than the first container.
前記第1支持部材は、線接触もしくは点接触を介して、前記撮影部の外面および前記第1の容器の内面の一部の相互の位置関係を規制し、
前記第2支持部材は、線接触もしくは点接触を介して、前記第1の容器の外面および前記第2の容器の内面の一部の相互の位置関係を規制する撮影装置。 In the imaging device according to claim 7 or 8,
The first support member regulates the mutual positional relationship between the outer surface of the imaging unit and a part of the inner surface of the first container through line contact or point contact,
The second support member is an imaging apparatus that regulates a mutual positional relationship between an outer surface of the first container and a part of an inner surface of the second container through line contact or point contact.
前記撮影部の外面および前記第1の容器の内面の一方に凹部が設けられており、他方には前記第1支持部材が設けられており、
前記凹部と前記第1支持部材が接触している撮影装置。 In the imaging device according to any one of claims 7 to 9,
A recess is provided on one of the outer surface of the photographing unit and the inner surface of the first container, and the first support member is provided on the other.
An imaging apparatus in which the recess and the first support member are in contact.
前記第1の容器の外面および前記第2の容器の内面の一方に凹部が設けられており、他方には前記第2支持部材が設けられており、
前記凹部と前記第2支持部材が接触している撮影装置。 In the imaging device according to any one of claims 7 to 9,
A recess is provided on one of the outer surface of the first container and the inner surface of the second container, and the second support member is provided on the other;
An imaging apparatus in which the recess and the second support member are in contact with each other.
前記凹部はV字型溝部である撮影装置。 In the imaging device according to claim 10 or 11,
The imaging device, wherein the recess is a V-shaped groove.
前記第1支持部材および/または前記第2支持部材の少なくとも一部が弾性材料から成る撮影装置。 In the imaging device according to any one of claims 7 to 13,
An imaging apparatus in which at least a part of the first support member and / or the second support member is made of an elastic material.
前記一部が、圧縮変形した状態で配置されている撮影装置。 The imaging device according to claim 14, wherein
An imaging apparatus in which the part is arranged in a compressed and deformed state.
前記複数の反射光学素子とは光軸が異なるように前記基材に設けられた第2の複数の反射光学素子と、前記第2の複数の反射光学素子で順次反射された撮影光を受光する第2の撮像素子と、
をさらに備える撮影装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 15,
The second plurality of reflection optical elements provided on the base so as to have an optical axis different from that of the plurality of reflection optical elements, and imaging light sequentially reflected by the second plurality of reflection optical elements are received. A second imaging device;
An imaging device further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/006607 WO2019193860A1 (en) | 2018-04-03 | 2019-02-21 | Image-capturing device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2018071409 | 2018-04-03 |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JP2019185012A (en) |
-
2019
- 2019-01-08 JP JP2019001416A patent/JP2019185012A/en active Pending
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