JP2020112657A - 結像光学素子、結像光学素子の製造方法、ステレオカメラ装置、およびステレオカメラ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の反射光学素子を有するが組立精度に優れた結像光学素子とその製造方法、組立精度が優れた結像光学素子を有するステレオカメラ装置とその製造方法が求められていた。【解決手段】第一結像光学系に光を取り込む第一開口部と、前記第一結像光学系の一部である複数のミラーと、第二結像光学系に光を取り込む第二開口部と、前記第二結像光学系の一部である複数のミラーとが設けられた第一フレームと、前記第一結像光学系の一部である他の複数のミラーと、前記第二結像光学系の一部である他の複数のミラーとが設けられた第二フレームとを備え、前記第一フレームに設けられた前記複数のミラーと、前記第二フレームに設けられた前記他の複数のミラーとが対向配置されており、前記第一結像光学系と前記第二結像光学系の間の位置には、前記第一のフレームおよび前記第二フレームに固定された支持部材が配置されている結像光学素子である。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の反射光学素子を有する結像光学素子とその製造方法、結像光学素子を有するステレオカメラ装置とその製造方法に関する。

近年、撮像デバイスは、小型化、高性能化が進み、従来のカメラ、ビデオ、スマートフォンのみならず、ドローンや自動車などの移動体にも積極的に搭載され、周辺環境の視覚的な認知の他、測距など、広範囲の分野で高精度な撮影用途に活用されている。
自動車を例に挙げれば、自動運転や運転支援を実現するために、赤外線レーザースキャナやミリ波レーダー以外にカメラを搭載することも研究されており、一車両に１０台以上のカメラを用いる例も見られる。かかる用途にカメラを用いる場合、軽量性や、振動による性能劣化のしにくさが、仕様上の重要な要素となる。

撮像デバイスの中でもステレオカメラ装置の場合には、左右の結像光学系が重要となるが、プリズムのような屈折素子を用いて光学系を構成する場合と比較して、ミラーのような反射光学素子を用いた方が結像光学系全体を小さくすることが可能である。また、反射光学素子を用いれば、波長が異なっても結像のずれが生じにくいなどの利点を有する。

例えば、特許文献１には、鏡筒部材の表面に反射光学系を構成する複数の反射面を形成し、複数の鏡筒部材を組み立ててステレオ撮像光学系を構成する例が開示されている。

また、特許文献２には、ステレオ撮像光学系ではないが、鍔部あるいはフレームが一体型の長尺光学素子において、光学面の剛性を確保するために光学面の外周に厚肉部を形成する方法が開示されている。

特開２０１７−４４７２２号公報 特開２００６―１８０１２号公報

特許文献１に記載されたステレオ撮像光学系では、複数の鏡筒部材を組み立てる際に鏡筒部材の形状に変形が生じると、結像光学系を構成する複数の反射面の位置姿勢に誤差が生じて結像性能が低下し、三次元形状や距離の測定に支障をきたすことになる。

そこで、ステレオ撮像光学系以外の技術分野の特許文献２を参照して、光学面の外周に厚肉部を形成することも考えられる。しかし、厚肉部を備えた鏡筒部材を射出成形で製造する際には、材料の流入部と末端部の間や、厚肉部と薄肉部の間では、内部ひずみの発生の仕方に差が生じやすくなる。このため、製造した光学素子のフレームには、ねじれや反りが生じやすくなってしまう。機械強度は大きいが、ねじれや反りを有する複数の光学素子を組み合わせて全体の光学系を組み立てようとすると、組立精度を高くすることはかえって困難となり、結像性能が不足する可能性がある。

そこで、複数の反射光学素子を有するが組立精度に優れた結像光学素子とその製造方法、組立精度が優れた結像光学素子を有するステレオカメラ装置とその製造方法が求められていた。

本発明は、第一結像光学系に光を取り込む第一開口部と、前記第一結像光学系の一部である複数のミラーと、第二結像光学系に光を取り込む第二開口部と、前記第二結像光学系の一部である複数のミラーと、が設けられた第一フレームと、前記第一結像光学系の一部である他の複数のミラーと、前記第二結像光学系の一部である他の複数のミラーと、が設けられた第二フレームと、を備え、前記第一フレームに設けられた前記複数のミラーと、前記第二フレームに設けられた前記他の複数のミラーとが対向配置されており、前記第一結像光学系と前記第二結像光学系の間の位置には、前記第一のフレームおよび前記第二フレームに固定された支持部材が配置されている、ことを特徴とする結像光学素子である。

また、本発明は、第一フレームに、第一結像光学系に光を取り込む第一開口部と、前記第一結像光学系の一部である複数のミラーと、第二結像光学系に光を取り込む第二開口部と、前記第二結像光学系の一部である複数のミラーとを設け、第二フレームに、前記第一結像光学系の一部である他の複数のミラーと、前記第二結像光学系の一部である他の複数のミラーとを設け、前記第一フレームに設けられた前記複数のミラーと、前記第二フレームに設けられた前記他の複数のミラーとが対向する向きに前記第一フレームと前記第二フレームを配置し、前記第一フレームと前記第二フレームに、前記第一結像光学系と前記第二結像光学系の間の位置において支持部材を挟持させ、前記第一フレームと前記第二フレームが所定の相対位置関係になるよう位置合わせをし、前記第一フレームと前記支持部材、前記第二フレームと前記支持部材、前記第一フレームの一端と前記第二フレームの一端、前記第一フレームの他の一端と前記第二フレームの他の一端を、それぞれ固定する、ことを特徴とする結像光学素子の製造方法である。

本発明は、複数の反射光学素子を有するが組立精度に優れた結像光学素子とその製造方法、組立精度が優れた結像光学素子を有するステレオカメラ装置とその製造方法を提供する。

実施形態１のステレオカメラ本体の模式的な断面図。 実施形態１のステレオカメラ本体の外観斜視図。 実施形態１のステレオカメラ本体の外観斜視図。 実施形態１の製造手順を説明するためのフローチャート。 実施形態１に用いる樹脂部材を形成する工程を説明するための図。 実施形態１の反射部を形成する工程を説明するための図。 （ａ）〜（ｃ）実施形態１の組立方法の各工程を説明するための図。 実施形態１に用いる支持部材の外観斜視図。 実施形態１における組立工程を説明するための部分拡大図。 調整用光学素子の位置決め方法を説明するための模式図。 実施形態１の二重構造の筐体の具体的構成を示す分解図。 実施形態１のステレオカメラ装置の外観斜視図。 （ａ）実施形態のステレオカメラ装置を装着した密閉型自動車。（ｂ）実施形態のステレオカメラ装置を装着した開放型自動車。 （ａ）実施例１、実施例２のステレオカメラ本体の模式的な断面図。（ｂ）比較例１のステレオカメラ本体の模式的な断面図。 （ａ）〜（ｃ）実施形態２の組立方法の各工程を説明するための図。

［実施形態１］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態１である複数の反射部を有する結像光学素子、および当該結像光学素子を有するステレオカメラ装置について説明する。実施形態１は、複数の反射光学素子を組立てる際の組立て精度に優れており、しかも組み立て後に変形しにくいという利点を有する。

（ステレオカメラ本体）
図１は、第一実施形態であるステレオカメラ本体の基本構成を示すための、模式的な断面図である。ステレオカメラ本体１は、ステレオ撮像光学系ＳＴＵを含み、ステレオ撮像光学系ＳＴＵは、図中右側の第一結像光学系ＬＯ１と図中左側の第二結像光学系ＬＯ２とにより構成されている。第一結像光学系ＬＯ１は、外光を取入れる第一開口部としての開口部ＳＰ１と、反射面Ｒ１１、反射面Ｒ１２、反射面Ｒ１３、反射面Ｒ１４、反射面Ｒ１５を有する。第二結像光学系ＬＯ２は、外光を取入れる第二開口部としての開口部ＳＰ２と、反射面Ｒ２１、反射面Ｒ２２、反射面Ｒ２３、反射面Ｒ２４、反射面Ｒ２５を有する。各反射面は、自由曲面ミラーとして形成されている。開口部ＳＰ１と開口部ＳＰ２は、それぞれ第一結像光学系ＬＯ１及び第二結像光学系ＬＯ２の絞りとして用いても良い。図１では、一点鎖線で第一結像光学系ＬＯ１及び第二結像光学系ＬＯ２の基準軸（中心主光線）を示しているが、チルトした複数の反射面により基準軸が折れ曲がった２つのＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系（オフアキシャル光学系）が構成されている。尚、第一結像光学系ＬＯ１と第二結像光学系ＬＯ２は、互いに左右対称になるよう構成されていることが好ましい。左右の光学系の画角が異なると、ステレオ計測で距離を測れる範囲が画角の狭い方の結像光学系で決まってしまうからである。また、２つの光学系のＦナンバーや焦点距離に差異があると、距離測定の精度が低下してしまうおそれがあるからである。

ステレオカメラ本体１は、第一光学素子２と第二光学素子３を備え、第一結像光学系ＬＯ１と第二結像光学系ＬＯ２は、以下のように実装されている。
入射側の第一光学素子２には、第一フレームに、第一結像光学系ＬＯ１に外光を取込むための絞り面としての開口部ＳＰ１と、第一結像光学系ＬＯ１の一部を構成する反射面Ｒ１２と反射面Ｒ１４が設けられている。また、第一光学素子２には、第二フレームに、第二結像光学系ＬＯ２に外光を取込むための絞り面としての開口部ＳＰ２と、第二結像光学系ＬＯ２の一部を構成する反射面Ｒ２２と反射面Ｒ２４も設けられている。さらに、第一光学素子２には、第一結像光学系ＬＯ１の結像面に当たる位置にイメージセンサＩＭＧ１が固定され、第二結像光学系ＬＯ２の結像面に当たる位置にイメージセンサＩＭＧ２が固定されている。

イメージセンサとしては、例えばＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の、可視光（波長３８０ｎｍ〜７００ｎｍ）に感度を有する撮像素子が用いられる。ただし、可視光の他に、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更に好ましい。本実施形態のように、屈折力（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、プリズム等の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。よって、撮像素子の受光波長範囲が広ければ、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、可視光カメラ以外に赤外カメラ装置を別途搭載したカメラシステムよりも、全系を小型化することが可能となるため好ましい。

入射側と対向する第二光学素子３には、第一結像光学系ＬＯ１の一部を構成する反射面Ｒ１１と反射面Ｒ１３、及び第二結像光学系ＬＯ２の一部を構成する反射面Ｒ２１と反射面Ｒ２３が設けられている。また、第二光学素子３には、左右に調整用光学素子４が設置されているが、これらは独立して位置および姿勢を調整可能である。左右の調整用光学素子４には、それぞれ第一結像光学系ＬＯ１の最終の反射面Ｒ１５および第二結像光学系ＬＯ２の最終の反射面Ｒ２５が設けられている。イメージセンサＩＭＧ１及びイメージセンサＩＭＧ２の撮像面に各結像光学系から適切に結像されるように、反射面Ｒ１５及び反射面Ｒ２５は、位置および姿勢を調整されて固定されているのである。

第一光学素子２と第二光学素子３は、支持部材５を挟んで位置合わせされ、支持部材５により中央を支持された状態で接着されて互いに固定され、ユニットを形成（ユニット化）している。２つの光学素子に設けられた反射面が対向して左右に２つのＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系を構成するように位置決め固定されている。第一結像光学系ＬＯ１と第二結像光学系ＬＯ２を構成する複数の反射面は、それぞれ回転非対称な曲率を有しており、基準軸を折り曲げるようにチルトして対向配置されている。このような反射面を備えることで、収差補正をより容易にすることができ、結像性能の向上が可能となる。本実施形態では、左右の結像光学系の反射面や絞り面を同じ基材に一体化して設けているため、組立て時に左右の結像光学系同士の相対位置を調整する必要はない。

ステレオカメラ本体１の構造の理解を容易にするため、図２および図３にステレオカメラ本体１の外観斜視図を示す。図２は奇数番目の反射面が見える角度から見た斜視図で、図３は偶数番目の反射面及びイメージセンサの撮像面が見える角度から見た斜視図である。尚、図２における偶数番目の反射面と、図３における奇数番目の反射面は、直接的には見えない位置にあるが、反射面が配置されている位置の裏側に、（ ）付で反射面の番号を図示している。

（製造方法）
以下に、本発明の実施形態１であるステレオカメラ装置の製造方法を、図４を参照しながら説明する。
図４は、ステレオカメラ装置の製造手順を説明するためのフローチャートである。

まず、工程Ｓ１において、ステレオカメラ本体１の部品となる第一光学素子２の基部（第一フレーム）、第二光学素子３の基部（第二フレーム）、調整用光学素子４の基部、支持部材５をそれぞれ形成する。製造容易性を考慮すると、２つの結像光学系の全ての反射面を単一の基部（フレーム）の上に形成するのは困難であるため、本実施形態では、２つの光学素子フレームと２つの調整用光学素子に反射面を分散配置する構成としている。つまり、図２や図３のように、入射側から数えて偶数番目に反射する反射面が形成される第一光学素子２のフレームと、入射側から数えて奇数番目に反射する反射面が形成される第二光学素子３のフレームを、別のフレームとしている。

第一光学素子２の基部、第二光学素子３の基部、調整用光学素子４の基部および支持部材５は、たとえば射出成形などのモールド形成法によって製造することができる。用いる材料は、熱可塑性樹脂、Ｍｇを主成分とする合金など射出成形可能な材料から選択する。尚、樹脂で製造する際の材料は、型による成形が可能ならば何ら限定されるものではなく、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、樹脂の吸湿に伴う反射面の形状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。ポリオレフィン系樹脂の具体例としては、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。

図５は、実施形態１の光学素子の基部および支持部材を形成する工程を説明するための図である。図５には、光学素子の基部および支持部材を成形するための射出成形装置６００を図示している。図４における工程Ｓ１では、射出成形装置６００により、金型内のキャビティに溶融樹脂を射出し、樹脂成形体である光学素子の基部および支持部材を形成する。具体的に説明すると、ペレット状の樹脂７３をホッパ７２に投入すると、ペレット状の樹脂７３はヒータ７４で加熱されて液状化し、スクリュー７５により押圧されてシリンダ７６内を貯留部７７に向けて流動する。そして、貯留部７７に貯められた液状の溶融樹脂は、高速射出ユニットの作用によりノズル７８から金型内のキャビティ６０に射出される。

図４に戻り、工程Ｓ２では、工程Ｓ１で形成された光学素子の基部の上に、反射膜を形成する。反射膜の形成には、さまざまな成膜法を用いることができるが、広く一般的に利用されている蒸着やスパッタ法などを用いることができる。反射膜の材質には、アルミニウムや銀などの反射率の高い金属を用いればよく、４００ｎｍから８００ｎｍの波長域の光に対して、９０％以上の反射率を確保するのが望ましい。さらには、表面保護や反射率向上を目的として誘電体膜などを付加して多層膜としてもよい。

図６は、工程Ｓ２において、第二光学素子３の反射面Ｒ１１、反射面Ｒ１３、反射面Ｒ２１、反射面Ｒ２３となる部分に、真空蒸着法で反射膜を形成する例を示すための模式図で、８０は真空蒸着装置の真空チャンバ、８１は蒸着源、８２は蒸着マスクである。所定の真空度に減圧された真空チャンバ８０内の所定位置に、第二光学素子３の基部をセットする。所定位置とは、蒸着源８１から、反射面Ｒ１１、反射面Ｒ１３、反射面Ｒ２１、反射面Ｒ２３となるべき箇所が見える位置である。反射面Ｒ１１、反射面Ｒ１３、反射面Ｒ２１、反射面Ｒ２３となるべき箇所以外の表面に反射膜材料が付着しないように、真空チャンバ８０内には蒸着マスク８２が配置されている。蒸着源８１から蒸発した反射膜材料は、反射面Ｒ１１、反射面Ｒ１３、反射面Ｒ２１、反射面Ｒ２３となるべき自由曲面上に堆積され、反射膜を形成する。第二光学素子３の片側の面に反射面Ｒ１１、反射面Ｒ１３、反射面Ｒ２１、反射面Ｒ２３を配置する構成のため、単一の蒸着プロセスで各反射面の反射膜を同時に形成することが可能である。第一光学素子２、調整用光学素子４の各反射膜も、同様にして製造することが可能である。尚、真空蒸着装置内に複数の光学素子の基部をセットできるようにして、一度の蒸着で複数の基部に反射膜を形成できるようにして、量産性を向上させてもよい。スパッタ法などの他の成膜技術を用いる場合も同様である。

図４に戻り、工程Ｓ３では、第一光学素子２、第二光学素子３および支持部材５を位置合わせして組み立てる。組立の方法を図７（ａ）〜図７（ｃ）、図８、および図９を参照して詳しく説明する。

図７（ａ）に示すように、まず、第一光学素子２に、所定形状の基準治具２０３を当接させる。基準治具２０３の高さＨ２０３は、第一光学素子２および第二光学素子３の距離を規定する基準寸法で製作されている。また、第一光学素子２および第二光学素子３には、それぞれ基準治具２０３と当接するための平面部Ｚ２、平面部Ｚ３が形成されている。基準治具２０３を第一光学素子２の平面部Ｚ２に当接した状態で、支持部材５の突起部５０２を第一光学素子２の穴部２０５にはめ込む。

次に、図７（ｂ）に示すように、第一光学素子２と第二光学素子３とが所定の相対位置関係になるように、第二光学素子３をセットする。すなわち、第二光学素子３の平面部Ｚ３を基準治具２０３と当接させ、第二光学素子３と支持部材５とを位置合わせする。第二光学素子３には、基準治具２０３と当接する箇所に平面部Ｚ３が形成されている。基準治具２０３が平面部Ｚ２および平面部Ｚ３と当接した状態で、外側からボールプランジャ（不図示）で平面部Ｚ２および平面部Ｚ３の裏側から押圧を与えて固定する。

このとき、基準治具２０３を平面部Ｚ２および平面部Ｚ３に確実に当接させ、平面部Ｚ２と平面部Ｚ３の距離が基準治具２０３の高さＨ２０３と等しくなるようにする。そのために、第一光学素子２の平面部Ｐ２５と第二光学素子３の平面部Ｐ３５の距離Ｌ２３に対して、図８に示す支持部材５の高さＨ５を小さくしている。したがって、第一光学素子２の平面部Ｐ２５と支持部材５の平面部Ｐ５２の間と、第二光学素子３の平面部Ｐ３５と支持部材５の平面部Ｐ５３との間のうち、少なくとも一方には隙間が生じる。その状態で、第一光学素子２と支持部材５の間および第二光学素子３と支持部材５の間に接着剤を注入して接合する。そして、第二光学素子３と第一光学素子２の両端部（一端および他の一端）のクリアランスＣＬ２３に接着剤を注入して固定した後、図７（ｃ）に示すようにボールプランジャおよび基準治具２０３を取り外す。

図８は支持部材５の形状を示す斜視図である。支持部材５は板状の形状をしており、両端部には第一光学素子２の平面部Ｐ２５と向かい合う平面部Ｐ５２、および第二光学素子３の平面部Ｐ３５と向かい合う平面部Ｐ５３を有する。平面部Ｐ５２には、第一光学素子２の穴部２０５と嵌合する突起部５０２が、平面部Ｐ５３には第二光学素子３の穴部３０５と嵌合する突起部５０３が設けられている。本実施形態においては、それぞれの突起部の径は、嵌合する穴部の径よりも小さくしている。また、支持部材５の素材は任意であり、たとえば熱可塑性樹脂を使用して、射出成形で製造することができる。特に、第一光学素子２および第二光学素子３と同一の素材を使用すると、外部の温度が変化しても熱変形による内部応力の発生が緩和されるため、好適である。

図９を参照して、第一光学素子２と支持部材５の組立について詳しく説明する。支持部材５には、第一光学素子２に設けた穴部２０５と対応する突起部５０２が形成されている。本実施形態においては、穴部２０５と突起部５０２は、径の大小関係により、すきま嵌めの関係にあるため、光学素子と支持部材の相対位置を調整することが可能である。ただし、場合によっては中間嵌めや締り嵌めでもよい。光学素子と支持部材の相対位置を調整したうえで、穴部２０５と突起部５０２の間に形成されたクリアランスに接着剤（図示せず）を流し込み、硬化させて両者を接合する。このとき使用する接着剤は耐環境性および剛性などを基に選択する。たとえば、化学反応で硬化する接着剤や、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂等を使用することができる。穴部２０５と突起部５０２の個数は本実施形態では３つであるが、その個数は任意である。特に、２つ以上の個数であると第一光学素子２および支持部材５を強固に固定することができる。本実施形態において、支持部材５は第一光学素子２の略中央部に設置しているが、支持部材を配置する箇所およびその個数は光路を遮らない位置において任意である。また、支持部材５の突起部と第一光学素子２および第二光学素子３の穴の関係や各素子の組み込みの順序を入れ替えてもよい。

図４に戻り、工程Ｓ４では、工程Ｓ３でユニット化された結像光学素子に、イメージセンサを位置合わせして固定する。すなわち、第一結像光学系ＬＯ１の結像位置にイメージセンサＩＭＧ１を、第二結像光学系ＬＯ２の結像位置にイメージセンサＩＭＧ２を配置可能にするため、第一光学素子２の所定位置にイメージセンサＩＭＧ１とイメージセンサＩＭＧ２を固定する。

次に、工程Ｓ５では、イメージセンサに最も近い反射面を実装している調整用光学素子４の位置を調整し、光軸を合わせた後、第二光学素子３の基部（フレーム）に固定する。通常は、第一結像光学系ＬＯ１と第二結像光学系ＬＯ２について、それぞれ個別に光軸調整を行う。

図１０は、工程Ｓ５において、第一結像光学系ＬＯ１の光軸調整のため、調整用光学素子４の位置姿勢を調整する状態を模式的に示している。第一結像光学系ＬＯ１については、外光を取入れる第一開口部としての開口部ＳＰ１と、反射面Ｒ１１、反射面Ｒ１２、反射面Ｒ１３、反射面Ｒ１４、及びイメージセンサＩＭＧ１は、すでに相対位置が固定されている。光軸調整を容易に行うためには、第一結像光学系の中でイメージセンサに最も近い最終段の調整用光学素子４を用いて光軸の調整を行うのが、有利である。そこで、図１０のように、開口部ＳＰ１から光を入射させ、イメージセンサＩＭＧ１における結像状態を光像あるいはセンサ出力信号を見ながら観測し、不図示の治具を用いて調整用光学素子４の位置と角度を調整する。位置と角度が調整された調整用光学素子４は、第二光学素子３の基部（フレーム）に固定される。これと同様に、第二結像光学系ＬＯ２についても、不図示の治具を用いて調整用光学素子４の位置と角度を調整して反射面Ｒ２５の光軸を合わせた後、調整用光学素子４を第二光学素子３の基部（フレーム）に固定する。この工程により、ステレオ撮像光学系ＳＴＵを含むステレオカメラ本体１が完成する。

図４に戻り、工程Ｓ６では、工程Ｓ５で完成したステレオカメラ本体１を、内側筐体６０３及び外側筐体６０５に収納する。図１１に示したように、ステレオカメラ本体１を、内側筐体上部材６０３１と内側筐体下部材６０３２で挟むようにして支持し、さらにその外側から外側筐体上部材６０５１と外側筐体下部材６０５２により挟むようにして支持する。そして、外側筐体６０５の上部には、ステレオカメラ装置を自動車等のフロントガラス（ウィンドシールド）やドローンに実装するためのアタッチメント部材（不図示）を接合する。以上により、ステレオカメラ本体１を実装したステレオカメラ装置が完成する。

本実施形態によれば、第一光学素子２と第二光学素子３により支持部材５を挟持させた際に、基準治具２０３を用いることにより第一光学素子２と第二光学素子３の相対位置を高精度に位置決めできる。基準治具２０３により規定される位置関係においては、支持部材５と両光学素子の間にはクリアランス（隙間）が確保されているため、支持部材５が光学素子と干渉して位置決め動作が阻害されることはない。また、基準治具２０３により規定される所定位置においては、両光学素子の両端部においてクリアランスＣＬ２３（隙間）が確保されているため、光学素子どうしが干渉して位置決め動作が阻害されることはない。

そして、位置決めした後に、支持部材５と両光学素子の間のクリアランス、および両光学素子の両端部のクリアランスＣＬ２３に接着剤を注入して、支持部材５および両光学素子を固定させる。

かかる本実施形態によれば、複数の光学素子を組み立てる際の組立精度が優れ、しかも組み立て後は、接着された支持部材５により機械強度が向上されたステレオ光学系を実現することができる。

例えば、光学素子のフレームを肉厚にして強度を向上させて組み立て時の精度を確保しようとする従来方法と比較すれば、本実施形態は射出成形で光学素子のフレームを製造する際のひずみの発生が小さいため、フレーム自体の形状精度がよい。しかも、ねじれや反りを有する強度の大きな複数の光学素子を組み立てるのではなく、形状精度の高い光学素子のフレーム両端部や支持部材との間にクリアランスを確保しながら、高精度な基準治具を用いて位置決めして組み立てるため、組立て精度が高い。しかも、組み立て後は、接合された支持部材により高い構造強度を実現できる。
尚、本発明の実施形態である製造方法は、上述した例に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能である。

図１２は、ステレオカメラ装置８００の外観斜視図である。図示のように、内側筐体、外側筐体、アタッチメント部材の前面側には、ステレオカメラ本体の開口部ＳＰ１及び開口部ＳＰ２に所定画角の外光が入射するように、外広がりの遮光フード６０５３が設けられている。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、ステレオカメラ装置８００を実装した自動車の例である。両図において、１０００は自動車、１００１はフロントガラス（ウィンドシールド）、１００２は乗員席である。ステレオカメラ装置８００は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に図示するように、窓ガラスであるフロントガラス１００１に対して乗員席１００２側に設けられ、具体的にはフロントガラス１００１の上縁部近傍に装着されている。本実施形態のステレオカメラ装置８００は、図１３（ａ）に例示するような乗員席が密閉された自動車であっても、図１３（ｂ）に例示するような乗員席の上方が開放された自動車であっても、フロントガラスに好適に実装することが可能である。尚、自動運転や運転支援を高度化する際に、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、ステレオカメラ装置８００をリア側の窓ガラスの乗員席側に装着することも可能である。その場合であっても、本実施形態のステレオカメラ装置は、極めて高い精度で組み立てられ機械強度に優れたステレオ光学系を備えるため、信頼性が高いステレオ計測結果を得ることが可能である。

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。本実施形態の撮影装置は、装着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。

また、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能である。例えば、各結像光学系を構成する自由曲面ミラーの数、形状、配置等は、適宜変更することが可能である。

［実施形態２］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態２であるステレオカメラ装置とその製造方法について説明する。実施形態１と同一の部分については説明を省略する。実施形態２の組み立てプロセスは、実施形態１における図４のＳ３工程、すなわち図７（ａ）〜図７（ｃ）に示された組立プロセスと差異がある。また、支持部材５の寸法形状が実施形態１と異なる。

図１５に、実施形態２における組立プロセスを示す。本実施形態では基準治具２０３を使用せずに組み立てを行う。本実施形態においては、支持部材５は、高さＨ５が第一光学素子２と第二光学素子３の平面部間の距離Ｌ２３を規定する高さと一致するように、予め高い形状精度で形成されている。支持部材５の平面部Ｐ５２が第一光学素子２の平面部Ｐ２５と、平面部Ｐ５３が第二光学素子３の平面部Ｐ３５と、それぞれ当接するように位置決めされた状態で突起部５０２と穴部２０５、突起部５０３と穴部３０５が接着固定される。

この組立方法により、基準治具２０３を使用せずとも高精度な組み立てが可能となり、組立工程が単純化され、ステレオカメラ装置をより安価に製造することができるようになる。本実施形態においても、複数の光学素子を組み立てる際の組立精度が優れ、しかも組み立て後は、接着された支持部材により機械強度が向上されたステレオ光学系を実現することができる。

（実施例１および比較例１）
次に、実施形態１の具体例である実施例１と、比較例１について説明する。
図１に示す第一光学素子２のフレーム、および第二光学素子３のフレームとして、長さ２００ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ４ｍｍの樹脂成形体を射出成形により製造した。樹脂はポリオレフィン系樹脂（日本ゼオン社製ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）を使用した。ミラー（反射面）として使用するアルミニウム膜を蒸着によりフレームの曲面上に積層し、第一光学素子２および第二光学素子３を得た。

また、支持部材５は、厚さ４ｍｍ、幅３２ｍｍとし、剛性を高めるために図８と同様のＩ字型の形状とし、同じくポリオレフィン系樹脂（日本ゼオン社製ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）で射出成形により成形した。基準治具２０３は、アルミニウムを切削加工して作成した。基準治具２０３の高さＨ２０３は、第一光学素子２と第二光学素子３の面間距離に準じて２０ｍｍとした。また、基準治具２０３については、第一光学素子２の平面部Ｚ２と当接する部分、および第二光学素子３の平面部Ｚ３と当接する部分の、平面度を５μｍ以内とした。

支持部材５の突起部５０２，５０３の径と第一光学素子２および第二光学素子３の穴部２０５，３０５の径の大きさは、隙間嵌めの関係とした。突起部は円柱形状とし、直径３ｍｍ、高さ４ｍｍとした。穴は直径３．５ｍｍとした。これらの突起部と穴の間に生じたクリアランスに紫外線硬化型接着剤を塗布し、紫外線照射によって固定した。紫外線硬化型接着剤はワールドロック８１２０ＴＴ（協立化学産業株式会社）を使用した。

また比較例１として、支持部材５および基準治具２０３を使用せずに、従来技術のように第一光学素子２と第二光学素子３を両端部のみで接着したステレオ光学系を作製した。第一光学素子２および第二光学素子３の端部どうしを当接させ、両者を紫外線硬化型接着剤（ワールドロック８１２０ＴＴ）で接合した。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）を参照して、作製した実施例１のステレオ光学系および比較例１のステレオ光学系の評価方法について説明する。面間位置の基準となる素子の平面部Ｚ２および平面部Ｚ３の間の距離であるＺ２３とＺ’２３を、三次元測定機を用いて測定し、測定値をもとに面間位置の設計値からのずれ量を評価する。

測定結果として、設計値に対する面間距離のずれ量を表１に示す。実施例１では、基準治具２０３を用いて位置決めした状態で支持部材５と光学素子が固定されるため、設計値からのずれ量が基準治具２０３の平面度以下に抑制されている。設計値に対して許容される面間距離のずれ量の許容範囲は、例えば±３０μｍであるものとする。この許容範囲は、求められる画像の精度に応じて決めればよい。

一方、表１における比較例１の結果からは、第一光学素子２と第二光学素子３のうち少なくとも片方において生ずる射出成形時のソリが、組立ユニットの姿勢に反映される。このため、基準平面間の距離Ｚ’２３に設計値から１００μｍのずれが生じており、許容範囲を超えていた。

（実施例２）
次に、実施形態２の具体例である実施例２について説明する。
各光学素子のフレーム及び反射面の製造方法は、実施例１と同様である。組立方法は、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）を参照して説明した方法に準じた。支持部材５の高さＨ５を、第一光学素子２の平面部Ｐ２５と第二光学素子３の平面部Ｐ３５との設計上の距離に応じて、２４ｍｍとした。その他の製品寸法および材質は実施例１と同様とした。基準治具２０３を使用せずに、支持部材５の平面部Ｐ５２と平面部Ｐ５３を、第一光学素子２の平面部Ｐ２５と第二光学素子３の平面部Ｐ３５にそれぞれ当接させて位置決めし、それぞれの当接部位近傍を紫外線硬化型接着剤を使用して接着固定した。

表２に、実施例２および上記比較例１の、設計値に対する面間距離のずれ量の測定結果を示す。基準治具２０３を使用した実施例１に対して、実施例２は支持部材５の成形精度が組立精度に反映されるため、ずれ量は若干増大し、１０μｍとなった。しかし、支持部材５を使用せず組み立てた比較例１に対して、ずれ量は小さく、製品の面間位置の位置ずれ規格に対しては許容範囲内となった。

［他の実施形態］
なお、本発明は、以上説明した実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。

１・・・ステレオカメラ本体／２・・・第一光学素子／３・・・第二光学素子／４・・・調整用光学素子／５・・・支持部材／６０・・・キャビティ／７２・・・ホッパ／７３・・・ペレット状の樹脂／７４・・・ヒータ／７５・・・スクリュー／７６・・・シリンダ／７７・・・貯留部／７８・・・ノズル／８０・・・真空チャンバ／８１・・・蒸着源／８２・・・蒸着マスク／２０３・・・基準治具／２０５、３０５・・・穴部／５０２、５０３・・・突起部／６００・・・射出成形装置／６０３・・・内側筐体／６０５・・・外側筐体／８００・・・ステレオカメラ装置／１０００・・・自動車／１００１・・・フロントガラス／１００２・・・乗員席／６０３１・・・内側筐体上部材／６０３２・・・内側筐体下部材／６０５１・・・外側筐体上部材／６０５２・・・外側筐体下部材／６０５３・・・遮光フード／ＣＬ２３・・・第一光学素子２と第二光学素子３の両端部のクリアランス／Ｈ５・・・支持部材の高さ／Ｈ２０３・・・基準治具の高さ／ＩＭＧ１、ＩＭＧ２・・・イメージセンサ／Ｌ２３・・・第一光学素子２と第二光学素子３の平面部間の距離／ＬＯ１・・・第一結像光学系／ＬＯ２・・・第二結像光学系／Ｐ２５、Ｐ３５、Ｐ５２、Ｐ５３・・・平面部／Ｒ１１〜Ｒ１５、Ｒ２１〜Ｒ２５・・・反射面／ＳＰ１、ＳＰ２・・・開口部／ＳＴＵ・・・ステレオ撮像光学系／Ｚ２、Ｚ３・・・平面部／Ｚ２３、Ｚ’２３・・・組立後の第一光学素子２と第二光学素子３の面間距離

Claims (18)

1. 第一結像光学系に光を取り込む第一開口部と、前記第一結像光学系の一部である複数のミラーと、第二結像光学系に光を取り込む第二開口部と、前記第二結像光学系の一部である複数のミラーと、が設けられた第一フレームと、
   前記第一結像光学系の一部である他の複数のミラーと、前記第二結像光学系の一部である他の複数のミラーと、が設けられた第二フレームと、を備え、
   前記第一フレームに設けられた前記複数のミラーと、前記第二フレームに設けられた前記他の複数のミラーとが対向配置されており、
   前記第一結像光学系と前記第二結像光学系の間の位置には、前記第一フレームおよび前記第二フレームに固定された支持部材が配置されている、
   ことを特徴とする結像光学素子。
2. 前記第一結像光学系と前記第二結像光学系はステレオ光学系を構成している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の結像光学素子。
3. 前記支持部材は、前記第一フレームおよび前記第二フレームに接着剤で固定されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の結像光学素子。
4. 前記第一フレームおよび前記第二フレームはそれぞれ穴部を有し、前記支持部材は両端に突起部を有し、
   前記支持部材の一端の前記突起部は、前記第一フレームの前記穴部と嵌合し、前記支持部材の他の一端の前記突起部は、前記第二フレームの前記穴部と嵌合し、
   前記突起部と前記穴部が接着剤で固定されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結像光学素子。
5. 前記第一フレームの一端は、前記第二フレームの一端と接着剤を介して固定され、
   前記第一フレームの他の一端は、前記第二フレームの他の一端と接着剤を介して固定されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結像光学素子。
6. 前記第一フレーム、前記第二フレーム、および前記支持部材の材料の主成分が同一である、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結像光学素子。
7. 前記第一フレーム、前記第二フレーム、および前記支持部材の材料の主成分は同一の樹脂である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の結像光学素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の結像光学素子と、
   前記第一結像光学系と前記第二結像光学系が結像する光を受光するイメージセンサを備える、
   ことを特徴とするステレオカメラ装置。
9. 請求項８に記載のステレオカメラ装置と、
   前記ステレオカメラ装置を移動体の基部に装着する装着部と、を備える、
   ことを特徴とする移動体。
10. 第一フレームに、第一結像光学系に光を取り込む第一開口部と、前記第一結像光学系の一部である複数のミラーと、第二結像光学系に光を取り込む第二開口部と、前記第二結像光学系の一部である複数のミラーとを設け、
    第二フレームに、前記第一結像光学系の一部である他の複数のミラーと、前記第二結像光学系の一部である他の複数のミラーとを設け、
    前記第一フレームに設けられた前記複数のミラーと、前記第二フレームに設けられた前記他の複数のミラーとが対向する向きに前記第一フレームと前記第二フレームを配置し、
    前記第一フレームと前記第二フレームに、前記第一結像光学系と前記第二結像光学系の間の位置において支持部材を挟持させ、
    前記第一フレームと前記第二フレームが所定の相対位置関係になるよう位置合わせをし、
    前記第一フレームと前記支持部材、前記第二フレームと前記支持部材、前記第一フレームの一端と前記第二フレームの一端、前記第一フレームの他の一端と前記第二フレームの他の一端を、それぞれ固定する、
    ことを特徴とする結像光学素子の製造方法。
11. 前記第一フレームと前記第二フレームが所定の相対位置関係になるよう、前記第一フレームと前記第二フレームを基準治具に当接させて位置合わせをする、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の結像光学素子の製造方法。
12. 前記第一フレームと前記第二フレームが所定の相対位置関係になるよう、前記第一フレームと前記支持部材、および前記第二フレームと前記支持部材を、それぞれ当接させて位置合わせをする、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の結像光学素子の製造方法。
13. 前記第一フレームと前記支持部材、前記第二フレームと前記支持部材、をそれぞれ接着剤で固定する、
    ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の結像光学素子の製造方法。
14. 前記第一フレームおよび前記第二フレームに穴部を形成し、
    前記支持部材の両端に突起部を形成し、
    前記支持部材の一端の前記突起部を、前記第一フレームの前記穴部と嵌合させ、
    前記支持部材の他の一端の前記突起部を、前記第二フレームの前記穴部と嵌合させ、
    前記第一フレームと前記支持部材、前記第二フレームと前記支持部材を、それぞれ接着剤で接合する、
    ことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の結像光学素子の製造方法。
15. 前記第一フレームの一端を前記第二フレームの一端と接着剤を介して固定し、
    前記第一フレームの他の一端を前記第二フレームの他の一端と接着剤を介して固定する、
    ことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の結像光学素子の製造方法。
16. 前記第一フレーム、前記第二フレーム、および前記支持部材の材料の主成分が同一である、
    ことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の結像光学素子の製造方法。
17. 前記第一フレーム、前記第二フレーム、および前記支持部材の材料の主成分が同一の樹脂である、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の結像光学素子の製造方法。
18. 請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の結像光学素子の製造方法にて結像光学素子を製造し、
    前記第一結像光学系の光を受光するイメージセンサと前記第二結像光学系の光を受光するイメージセンサを前記第一フレームに固定する、
    ことを特徴とするステレオカメラ装置の製造方法。

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