JP2019190877A - ステレオカメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラユニットのレンズの光軸の方向のずれを抑制できるステレオカメラ装置を提供する。【解決手段】ステレオカメラ装置は、一対のカメラユニット及び筐体を備える。筐体は、前記カメラユニットを保持する。前記カメラユニットは、レンズユニットと、撮像素子と、制御部と、制御基板と、レンズマウントと、を備える。レンズユニットは、レンズを有する。撮像素子は、前記レンズを通過した光を画像生成用の電気信号に変換する。制御部は、前記撮像素子を制御する。制御基板は、前記撮像素子及び前記制御部を保持する。レンズマウントは、前記レンズユニットを一方の側で保持し、前記制御基板を他方の側で保持し、前記筐体に固定される。【選択図】図３

Description

実施形態は、ステレオカメラ装置に関する。

撮像素子等が設置された制御基板及びレンズを有する一対のカメラユニットを備えるステレオカメラ装置が知られている。このようなステレオカメラ装置では、カメラユニットのレンズの光軸が撮像側で交差するようにカメラユニットが筐体に設置されている。ステレオカメラ装置は、距離等を算出可能な視差のある画像を撮像して画像データを出力することができる。

特開平８−１６９９９号公報 特開２００１−２４２５２１号公報

しかしながら、ステレオカメラ装置のカメラユニットは、制御基板等を介して筐体等に固定されている。このようなステレオカメラ装置では、いずれかのカメラユニットが容易に位置ずれするので、レンズの光軸の方向がずれて、距離等が正確に算出できない画像が生成されるといった課題がある。

上述した課題を解決するために、実施形態のステレオカメラ装置は、一対のカメラユニット及び筐体を備える。筐体は、前記カメラユニットを保持する。前記カメラユニットは、レンズユニットと、撮像素子と、制御部と、制御基板と、レンズマウントと、を備える。レンズユニットは、レンズを有する。撮像素子は、前記レンズを通過した光を画像生成用の電気信号に変換する。制御部は、前記撮像素子を制御する。制御基板は、前記撮像素子及び前記制御部を保持する。レンズマウントは、前記レンズユニットを一方の側で保持し、前記制御基板を他方の側で保持し、前記筐体に固定される。

図１は、実施形態にかかるステレオカメラ装置が搭載された移動体の正面図である。 図２は、カメラユニットの近傍の正面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったカメラユニットの縦断面図である。

以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。

＜実施形態＞
図１は、実施形態にかかるステレオカメラ装置１０が搭載された移動体９０の正面図である。図１に示すように、移動体９０は、例えば、電車等を含む列車である。ステレオカメラ装置１０は、例えば、移動体９０の前端部に前方へ向けられて設けられている。ステレオカメラ装置１０は、移動体９０の前方の対象物を撮像して、距離算出等のための視差のある画像を生成する。

ステレオカメラ装置１０は、筐体１２と、一対のカメラユニット１４ａ、１４ｂとを備える。以下の説明において、カメラユニット１４ａ、１４ｂを区別する必要がない場合、カメラユニット１４と記載する。

筐体１２は、例えば、移動体９０の前端部の上部に設置されている。筐体１２は、例えば、中空の直方体形状に構成されている。筐体１２の前面には、円形状の一対の円形穴１２ａが形成されている。筐体１２は、各円形穴１２ａからカメラユニット１４が露出するように、一対のカメラユニット１４を内部に収容して保持する。

カメラユニット１４ａ、１４ｂは、筐体１２の左右の端部近傍であって、円形穴１２ａの後方に設けられている。カメラユニット１４ａ、１４ｂは、前方に向けて設置され、移動体９０の前方の対象物を撮像して、画像のデータを出力する。

図２は、カメラユニット１４の近傍の正面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったカメラユニット１４の縦断面図である。図２において、レンズフード３２は省略されている。図２及び図３に前後左右上下方向を矢印で示す。

図２及び図３に示すように、筐体１２は、筐体本体２０と、ステー２２とを有する。

筐体本体２０は、中空の直方体形状に構成されている。筐体本体２０は、移動体９０に固定されるとともに、カメラユニット１４を収容し保持する。筐体本体２０の外周面は、光を反射しない黒色等で着色されていることが好ましい。

ステー２２は、筐体本体２０に固定されている。尚、ステー２２は、筐体本体２０に一体化されて固定されていてもよい。ステー２２は、筐体本体２０の左右の両端部の近傍にわたって延びる。ステー２２は、長手方向（ここでは、左右方向）の両端部で各カメラユニット１４を保持する。即ち、１個のステー２２が、２個のカメラユニット１４を保持する。ステー２２の両端部近傍の上面には、上下方向に延びて上面を貫通する複数（例えば、４個）の貫通穴２２ａが形成されている。貫通穴２２ａはカメラユニット１４を固定するための穴である。ステー２２の上面には、カメラユニット１４の回転を規制するための一対の凹部２４が設けられている。凹部２４は、後述するカメラユニット１４のレンズ４２の光軸９２に沿って延びる溝であってよい。

カメラユニット１４は、レンズユニット３０と、レンズフード３２と、レンズマウント３４と、制御ユニット３６と、放熱部３８と、ネジ等の複数の固定具４０とを備える。

レンズユニット３０は、複数のレンズ４２と、レンズ鏡胴４４とを有する。

複数のレンズ４２は、互いの光軸９２を揃えて、光軸９２に沿って配列されている。尚、レンズ４２は、１個であってもよい。一方のカメラユニット１４の光軸９２と他方のカメラユニット１４の光軸９２は、例えば、数百ｍ（例えば、３００ｍ）前方で交差する。

レンズ鏡胴４４は、中空の筒状に構成されている。レンズ鏡胴４４は、中空領域で複数のレンズ４２を保持する。レンズ鏡胴４４の後面には、ネジ溝が設けられた複数（例えば、４個）の保持孔４４ａが形成されている。保持孔４４ａは、例えば、レンズ鏡胴４４の四隅のそれぞれの近傍に設けられている。レンズ鏡胴４４は、保持孔４４ａに固定された複数（例えば、４個）の固定具４０によってレンズマウント３４に保持される。これにより、複数のレンズ４２を含むレンズユニット３０がレンズマウント３４に保持される。

レンズフード３２は、前方以外からレンズ４２に入射する光を遮光する。レンズフード３２は、レンズユニット３０の前端部と筐体１２の円形穴１２ａとの間に設けられている。レンズフード３２は、中空の部分円錐形状に構成されている。レンズフード３２の外周部は、例えば、光を遮光し反射しない黒色に構成されている。

レンズマウント３４は、筐体１２に固定され、一方の側の面（例えば、前面）でレンズユニット３０を保持するとともに、一方の面と対向する他方の側の面（例えば、後面）で後述する制御ユニット３６の制御基板５２を保持する。

レンズマウント３４は、例えば、中空の直方体形状に構成されている。レンズマウント３４の中空領域は、光軸９２の方向においてレンズマウント３４を貫通する。レンズマウント３４の中空領域は、レンズ鏡胴４４の中空領域に対応して設けられている。従って、レンズマウント３４がレンズユニット３０を保持した状態では、レンズマウント３４の中空領域は、レンズ鏡胴４４の中空領域と連なる。

レンズマウント３４には、複数（例えば、４個）の貫通穴３４ａが形成されている。貫通穴３４ａは、レンズマウント３４の四隅の近傍であって、レンズ鏡胴４４の保持孔４４ａに対応付けて設けられている。貫通穴３４ａは、レンズマウント３４を前後方向に貫通する。貫通穴３４ａには、先端が保持孔４４ａのネジ溝に嵌め合された複数（例えば、４個）の固定具４０が通される。これにより、レンズマウント３４は、レンズユニット３０を保持する。

レンズマウント３４の下面には、ネジ溝が形成された複数の固定穴３４ｂが形成されている。固定穴３４ｂは、ステー２２の貫通穴２２ａに対応している。レンズマウント３４は、固定穴３４ｂのネジ溝に嵌め合された複数（例えば、４個）の固定具４０によって、ステー２２を介して取り外し可能に筐体１２に固定される。

レンズマウント３４の下面には、凸部４６が設けられている。凸部４６は、レンズマウント３４の下面から突出している。凸部４６は、レンズ４２の光軸９２に沿って延びる。凸部４６は、凹部２４に対応し、凹部２４に嵌められるように設けられている。レンズマウント３４がステー２２に固定されると、凸部４６が凹部２４に嵌め込まれる。これにより、凹部２４及び凸部４６は、例えば、レンズ４２の光軸９２と交差する方向である交差方向の周りにおけるカメラユニット１４の回転を規制する。交差方向は、光軸９２と交差し、一対のカメラユニット１４の配列された方向（ここでは、左右方向）と交差する方向であってよい。この場合、交差方向は、鉛直方向となる。従って、凹部２４及び凸部４６は、鉛直方向の周りにおけるカメラユニット１４の回転を規制する。

制御ユニット３６は、対象物を撮像して画像データを生成するとともに、カメラユニット１４を制御する。制御ユニット３６は、撮像素子４８と、制御部５０と、制御基板５２とを有する。

撮像素子４８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサまたはＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ等の半導体素子であってよい。撮像素子４８は、レンズマウント３４の中空領域内であって、レンズ４２の光軸９２上に配置されている。撮像素子４８は、レンズ４２を通過した光を画像生成用の電気信号に変換して生成した画像データを制御部５０へ出力する。

制御部５０は、例えば、プロセッサと、記憶装置とを有するコンピュータである。プロセッサは、記憶装置に格納されたプログラムを読み出して種々の処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェアプロセッサであってよい。記憶装置は、プログラム及びプログラムの実行に必要なデータを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）と、プログラムの実行時に作業領域として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）とを含む。制御部５０は、撮像素子４８を制御するとともに、撮像素子４８が撮像した画像に対して画像処理等を実行して画像データを生成して移動体９０を制御する情報処理装置等に出力する。

制御基板５２は、レンズマウント３４に保持されるとともに、撮像素子４８及び制御部５０を保持する。制御基板５２には、撮像素子４８と制御部５０とを電気的に接続する配線が設けられている。制御基板５２は、第１保持部５４と、第２保持部５６とを有する。

第１保持部５４は、例えば、鉛直面に平行な板状に構成され、レンズマウント３４の他方の側の面（例えば、後面）に保持されている。第１保持部５４には、前後方向に貫通する複数（例えば、４個）の貫通穴５４ａが形成されている。貫通穴５４ａは、レンズマウント３４の貫通穴３４ａ及びレンズユニット３０の保持孔４４ａに対応する位置に設けられている。従って、制御基板５２がレンズマウント３４に保持された状態では、貫通穴５４ａはレンズマウント３４の貫通穴３４ａ及びレンズユニット３０の保持孔４４ａと連なる。制御基板５２は、貫通穴３４ａ、５４ａに通されて保持孔４４ａのネジ溝に嵌め合された複数（例えば、４個）の固定具４０によって、レンズマウント３４の面のうち、レンズユニット３０が保持される面と対向する面であるレンズマウント３４の他方の側の面に固定される。

第１保持部５４のレンズマウント３４側の面である前面は、撮像素子４８を保持する。第１保持部５４は、撮像素子４８を接着剤等によって保持してもよく、ネジ等によって保持してもよい。

第２保持部５６は、水平面に平行な板状に構成されている。即ち、第２保持部５６は、第１保持部５４と交差する面で構成されている。第２保持部５６の一端（例えば、後端）は、第１保持部５４の一端（例えば、上端）と連結されている。即ち、第２保持部５６は、第１保持部５４と一体化されている。

第２保持部５６は、レンズユニット３０及びレンズマウント３４の上方に配置されている。第２保持部５６のレンズユニット３０及びレンズマウント３４側の面（例えば、下面）は、制御部５０を保持する。第２保持部５６は、制御部５０を接着剤等によって保持してもよく、ネジ等によって保持してもよい。ここで、第２保持部５６は、レンズユニット３０及びレンズマウント３４と、制御部５０との間に間隙が形成されるように配置されている。

放熱部３８は、制御部５０から発生した熱を放熱する。放熱部３８は、放熱シート６０と、一対の側面部６４ａ、６４ｂと、放熱部材６６とを有する。

放熱シート６０は、制御部５０が保持されている面とは反対側の第２保持部５６の面（例えば、上面）に設けられている。放熱シート６０は、第２保持部５６と放熱部材６６との接触を向上させる。

一対の側面部６４ａ、６４ｂは、鉛直面に平行な板状に構成されている。一対の側面部６４ａ、６４ｂの下端部は、筐体１２のステー２２に固定されている。一方の側面部６４ａは、光軸９２と交差する方向であって、水平方向と平行な方向において、レンズユニット３０及びレンズマウント３４の一方の側（例えば、右側）に配置されている。他方の側面部６４ｂは、光軸９２と交差する方向であって、水平方向と平行な方向において、レンズユニット３０及びレンズマウント３４の他方の側（例えば、左側）に配置されている。即ち、一方の側面部６４ａは、他方の側面部６４ｂに対してレンズユニット３０及びレンズマウント３４の反対側に配置されている。

放熱部材６６は、制御部５０が発した熱を放熱する。放熱部材６６は、水平面に平行な板状に構成されている。放熱部材６６の一端部は一方の側面部６４ａの上端部に連結されている。放熱部材６６の他端部は他方の側面部６４ｂの上端部に連結されている。即ち、放熱部材６６及び側面部６４ａ、６４ｂは、一体化され、前後方向の面及び下面が開口した中空の直方体形状に構成される。放熱部材６６は、制御ユニット３６の第２保持部５６の上側に設けられている。放熱部材６６の面のうち、制御部５０側の面である下面は、放熱シート６０と接触している。これにより、放熱部材６６には、制御部５０の熱が放熱シート６０を介して効率よく伝達される。放熱部材６６の上面は、放熱シート６０を介して伝達された制御部５０の熱を上方へと放熱する。

次に、上述のステレオカメラ装置１０の動作を説明する。

ステレオカメラ装置１０では、一対のカメラユニット１４の各撮像素子４８が移動体９０の前方を撮像する。撮像素子４８は、撮像した画像データを制御部５０へ出力する。ここで、各カメラユニット１４のレンズ４２の光軸９２は移動体９０の前方で交差するので、撮像素子４８が撮像した画像は視差を有する。各制御部５０は、取得した画像データに画像処理等を実行した後、移動体９０に設けられた情報処理装置へ出力する。情報処理装置は、視差を有する画像に基づいて、移動体９０の前方の対象物の有無及び対象物までの距離の算出処理等を実行する。

上述したようにステレオカメラ装置１０では、レンズマウント３４が筐体１２のステー２２に固定されている。これにより、ステレオカメラ装置１０は、制御基板５２等を介してカメラユニット１４を筐体１２に固定する場合に比べて、カメラユニット１４を強固に筐体１２に固定できる。従って、ステレオカメラ装置１０は、一対のカメラユニット１４のレンズ４２の光軸９２のずれを抑制して、対象物の距離等を高い精度で算出可能な画像を撮像できる。特に、一対のレンズ４２の光軸９２が交差する個所がカメラユニット１４から遠距離（例えば、３００ｍ）であり、レンズ４２の光軸９２の小さいずれの影響が大きい列車等の移動体９０に設けられている場合であっても、ステレオカメラ装置１０は、レンズ４２の光軸９２のずれを抑制して、高い精度で距離を算出可能な画像を生成できる。

ステレオカメラ装置１０では、レンズマウント３４の凸部４６が設けられ、ステー２２に凹部２４が設けられている。これにより、ステレオカメラ装置１０は、筐体１２に対するレンズマウント３４の位置合わせを容易にするとともに、位置ずれを抑制できる。

ステレオカメラ装置１０では、凸部４６及び凹部２４がレンズ４２の光軸９２と交差する方向（例えば、鉛直方向）の周りにおけるレンズマウント３４の回転を規制する。これにより、ステレオカメラ装置１０は、光軸９２と交差する方向におけるレンズマウント３４及びレンズ４２の光軸９２の回転を抑制することができる。

ステレオカメラ装置１０では、凸部４６及び凹部２４がレンズ４２の光軸９２の方向に沿って延びる。これにより、ステレオカメラ装置１０は、光軸９２と交差する方向の周りにおけるレンズ４２及びレンズマウント３４の回転を抑制するとともに、凸部４６及び凹部２４の延びる方向と交差する方向におけるレンズマウント３４の位置ずれを抑制できる。

ステレオカメラ装置１０では、制御基板５２の第２保持部５６がレンズ４２の上方に設けられ、制御部５０を保持している。これにより、ステレオカメラ装置１０は、制御部５０の熱を第２保持部５６の上方へ放熱することができるので、当該熱がレンズ４２の近傍に通過することを抑制できる。この結果、ステレオカメラ装置１０は、制御部５０の熱による画像の劣化を抑制できる。

ステレオカメラ装置１０では、制御基板５２の第２保持部５６の上面に放熱部材６６が設けられている。これにより、ステレオカメラ装置１０は、上方に伝達する制御部５０の熱を放熱部材６６によって放熱効率をより向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

上述の実施形態では、移動体９０が列車である例を挙げてが、移動体９０は列車以外のバス等の車両であって、エンジン及びモータ等を有する駆動源を有する車両であってよい。

上述の実施形態では、凸部４６がレンズマウント３４に設けられ、凹部２４がステー２２に設けられている例を挙げて説明したが、凸部４６がステー２２に設けられ、凹部２４がレンズマウント３４に設けられていてもよい。

上述の実施形態では、凹部２４及び凸部４６がレンズ４２の光軸９２に沿って延びる形状を例に挙げて説明したが、凹部２４及び凸部４６の形状はこれに限定されない。例えば、凹部２４及び凸部４６は、突起及び凹みであってもよい。

１０：ステレオカメラ装置、 １２：筐体、 １４：カメラユニット、 １４ａ：カメラユニット、 １４ｂ：カメラユニット、 ２２：ステー、 ２４：凹部、 ３０：レンズユニット、 ３４：レンズマウント、 ４２：レンズ、 ４６：凸部、 ４８：撮像素子、 ５０：制御部、 ５２：制御基板、 ５４：第１保持部、 ５６：第２保持部、 ６６：放熱部材、 ９２：光軸。

Claims (6)

1. 一対のカメラユニット及び前記カメラユニットを保持する筐体を備えるステレオカメラ装置であって、
   前記カメラユニットは、
   レンズを有するレンズユニットと、
   前記レンズを通過した光を画像生成用の電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子を制御する制御部と、
   前記撮像素子及び前記制御部を保持する制御基板と、
   前記レンズユニットを一方の側で保持し、前記制御基板を他方の側で保持し、前記筐体に固定されるレンズマウントと、
   を備えるステレオカメラ装置。
2. 前記筐体及び前記レンズマウントのうち、一方には凸部が設けられ、他方には前記凸部が嵌められる凹部が設けられている
   請求項１に記載のステレオカメラ装置。
3. 前記凸部及び前記凹部は、前記レンズの光軸と交差する方向の周りにおける前記レンズマウントの回転を規制する
   請求項２に記載のステレオカメラ装置。
4. 前記凸部及び前記凹部は、前記レンズの光軸の方向に沿って延びる
   請求項２または請求項３に記載のステレオカメラ装置。
5. 前記制御基板は、
   前記レンズマウントの前記他方の側に保持され、前記撮像素子を保持する第１保持部と、
   前記レンズマウントの上方に配置され、前記第１保持部と連結され、前記制御部を保持する第２保持部と、
   を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステレオカメラ装置。
6. 前記第２保持部の上側に設けられた放熱部材を更に備える請求項５に記載のステレオカメラ装置。

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