JP2021018427A - 撮像ユニット、撮像ユニットの製造方法及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】上カバーの加工工程数を少なくし、加工時間及び組み立て時間を短時間化する。【解決手段】撮像部の取り付け面が開口されている第１のカバー部材と、第１のカバー部材の取り付け面を被覆して固定される第２のカバー部材と、少なくとも一つの撮像部と、を備えた撮像ユニットを製造する。この際、第１のカバー部材の取り付け面を被覆する第２のカバー部材を、撮像部の光軸の方向と直交する形状とし、第１のカバー部材と第２のカバー部材とを固定する。これにより、第１のカバー部材と第２のカバー部材とを固定しただけで、第２のカバー部材が、撮像部の光軸の方向と直交する、好ましい構造の撮像ユニットを製造することができる。【選択図】図７

Description

本発明は、撮像ユニット、撮像ユニットの製造方法及び車両に関する。

今日において、右目用及び左目用の各撮像部の各撮像画像から視差画像を形成し、この視差画像に基づいて、物体までの距離を算出する撮像ユニットが知られている。例えば、特許文献１（特開２０１６−１７７２５７号公報）には、熱分布の偏りによる動作障害を抑制した撮像ユニットが開示されている。

ここで、撮像ユニットを組み立てる場合、上カバーに対して右目用及び左目用の各撮像部をネジ止めすると共に、回路基板を収納した状態で、上カバーの底面側（回路基板と平行な面側）及び上カバーの背面側（各撮像部の背面側）を下カバーで被覆した状態で、上カバーに下カバーをネジ止めする。すなわち、下カバーは、上カバーの底面側（回路基板と平行な面側）を被覆する底面被覆部と、上カバーの背面側（各撮像部の背面側）を被覆する背面被覆部とを一体的に加工することで形成されている。

通常、各撮像部をネジ止めするためのネジ孔は、各撮像部の光軸に沿った方向に上カバーを旋削加工して設けられる。これに対して、上カバーの背面側（各撮像部の背面側）を被覆する下カバーの背面被覆部をネジ止めするネジ孔は、各撮像部用のネジ孔の旋削方向とは関係なく、背面被覆部をネジ止めするためのネジ孔として、上カバーを旋削加工して設けられる。

このため、各撮像部をネジ止めするためのネジ孔の旋削方向と、背面被覆部をネジ止めするためのネジ孔の旋削方向とは、異なる旋削方向となっていた。これは、例えば各撮像部をネジ止めするためのネジ孔を旋削加工した後に、背面被覆部をネジ止めするためのネジ孔を旋削加工する等のように、各旋削工程が別工程となることを意味している。

換言すると、従来は、上カバーに対して、各撮像部をネジ止めするためのネジ孔と、背面被覆部をネジ止めするためのネジ孔との、挿入角度が異なる２種類のネジ孔をそれぞれ旋削加工する必要があった。このため、上カバーの加工工程数が多くなると共に加工時間も長くなる問題がある。

また、組み立て時に、各撮像部をネジ止めした後に、角度を変えて、背面被覆部をネジ止めする等のように、面倒な組み立て工程となり、撮像ユニットの生産効率が悪くなる問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、上カバーの加工工程数を少なくして加工時間及び組み立て時間を短時間化することで、撮像ユニットの生産効率の向上を図ることが可能な撮像ユニット、撮像ユニットの製造方法及び車両の提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、撮像部の取り付け面が開口されている第１のカバー部材と、第１のカバー部材の取り付け面を被覆して固定される第２のカバー部材と、少なくとも一つの撮像部と、を有し、第１のカバー部材と第２のカバー部材とを固定することで、第１のカバー部材の取り付け面を被覆する第２のカバー部材が撮像部の光軸の方向と直交する位置関係を形成すること、を特徴とする。

本発明によれば、上カバーの加工工程数を少なくして加工時間及び組み立て時間を短時間化することで、撮像ユニットの生産効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態の車両制御システムが設けられた車両を、地面と平行な直線に沿って縦切りにした状態の、概略的な断面図である。 図２は、撮像ユニットの分解斜視図である。 図３は、撮像ユニットの下カバーを外した状態の背面図である。 図４は、撮像ユニットの上面図である。 図５は、撮像ユニットを、光軸に沿って縦切りにした状態の断面図である。 図６は、車両のブラケットに装着された状態の撮像ユニットを、光軸に沿って縦切りにした状態の断面図である。 図７は、光軸に沿って撮像ユニットを縦切りにした状態の概略的な断面図である。 図８は、実施の形態の車両制御システムの撮像ユニットの変形例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、撮像ユニット、撮像ユニットの製造方法及び車両を適用した実施の形態の車両制御システムの説明をする。

［システム構成］
図１は、実施の形態の車両制御システム３００が設けられた車両５００を、地面と平行な直線に沿って縦切りにした状態の、概略的な断面図である。この車両制御システム３００は、車内に設けられた撮像ユニット１、制御装置３１０と、ハンドル３２０と、ブレーキペダル３３０等を備えている。

撮像ユニット１は、車両５００のフロントガラス５１０の内側（車室側）の上部のバックミラー近傍に設けられる。具体的には、車両５００のフロントガラス５１０の内側（車室側）の上部にはブラケットが設けられている。このブラケットに撮像ユニット１を挿入することで、撮像ユニット１が位置決めされた状態で、車両５００に固定されるようになっている。

撮像ユニット１は、レンズ１０１を介して、車両５００の進行方向の測定対象物（例えば人物、他の移動体、ガードレール、電柱、標識、動物等）を撮像する。制御装置３１０は、撮像ユニット１で撮像されたステレオ画像から得た視差画像に基づいて算出した車両５００と測定対象物との間の距離及び位置関係等に応じて障害物等を自動で回避し、また、走行レーンに沿って車両を走行させる等のハンドル３２０の制御を行う。

また、制御装置３１０は、撮像ユニット１で撮像されたステレオ画像から得た視差画像に基づいて算出した車両５００と測定対象物との間の距離及び位置関係等に応じて、ブレーキペダル３３０を制御して、車両５００を減速させ、また、停止させるブレーキ制御を行う。これにより、車両５００の安全運転を補助（運転補助制御）することができる。

なお、撮像ユニット１の取り付け位置は、上述の位置に限定されず、目的の方向の撮像が可能な位置であれば、車両５００のどこに設けてもよい（フロントガラス５１０以外の位置に設けてもよい）。

（撮像ユニットの構成及び組み立て工程）
図２は、撮像ユニット１の分解斜視図である。図３は、撮像ユニット１の下カバーを外した状態の背面図である。また、図４は、撮像ユニット１の上面図、図５は、撮像ユニット１を、光軸に沿って縦切りにした状態の断面図である。さらに、図６は、車両５００のブラケットに装着された状態の撮像ユニット１を、光軸に沿って縦切りにした状態の断面図である。

まず、撮像ユニット１は、略箱型形状で、底面部及び背面部が開口されており、各種電子部品が実装された略長方形の板状の回路基板４を収納可能な上カバー２、及び、回路基板４を収納した上カバー２の底面部及び背面部を被覆する下カバー３を有している。上カバー２は、第１のカバー部材の一例である。また、下カバー３は、第２のカバー部材の一例である。

上カバー２は、右目用のレンズセル６Ｒが装着される右目用孔部５Ｒ、及び、左目用のレンズセル６Ｌが装着される左目用孔部５Ｌが、光軸に対して直交する方向に沿って、所定の間隔を空けて設けられている。なお、レンズセル６Ｒ，６Ｌは、図１のレンズ１０１に相当する。

上カバー２の上面部２ａは、各レンズセル６Ｒ，６Ｌから、上カバー２の前面側に切り下がるかたちで斜めに傾斜加工されている。一例ではあるが、この上面部２ａの傾斜角度は、図５及び図６に示すように、各レンズセル６Ｒ，６Ｌの画角を狭めることが無いように、各レンズセル６Ｒ，６Ｌの画角の下限に抵触せず、かつ、画角の下限と略平行となる傾斜角度とすることが好ましい。これにより、撮像画像内に、上カバー２の上面部２ａが常時写り込む不都合を防止している。

このような上カバー２に対して各レンズセル６Ｒ、６Ｌを装着する場合、まず、右目用のレンズセル６Ｒを右目用孔部５Ｒに挿入し、左目用のレンズセル６Ｌを左目用孔部５Ｌに挿入する。この状態で、上カバー２の裏側から、各レンズセル６Ｒ，６Ｌに赤外線フィルタ７Ｒ，７Ｌを、それぞれ装着する。また、赤外線フィルタ７Ｒ，７Ｌに防塵ゴム８Ｒ，８Ｌを重ねて装着し、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子１０が設けられているセンサ基板９Ｒ，９Ｌをネジ１２により、上カバー２にネジ止めする。

なお、各レンズセル６Ｒ、６Ｌ、赤外線フィルタ７Ｒ，７Ｌ、防塵ゴム８Ｒ，８Ｌ、センサ基板９Ｒ，９Ｌ及び撮像素子１０は、撮像部の一例である。

すなわち、図３に示すように、上カバーの背面側には、センサ基板９Ｒをネジ止めするための一対のネジ孔２１（撮像部固定用孔部の一例）及び、センサ基板９Ｌをネジ止めするための一対のネジ孔２２が設けられている。各ネジ孔２１、２２は、各レンズセル６Ｒ，６Ｌの光軸に沿った方向に旋削加工されている。撮像ユニット１を組み立てる者は、このネジ孔２１、２２にネジ１２をそれぞれ螺合させることで、赤外線フィルタ７Ｒ，７Ｌ、防塵ゴム８Ｒ，８Ｌ、及び、センサ基板９Ｒ，９Ｌが上カバー２に固定される。

各センサ基板９Ｒ，９Ｌは、それぞれフレキシブルプリントケーブル１１により、回路基板４に対して電気的かつ物理的に接続されている。回路基板４は、各センサ基板９Ｒ，９Ｌが上カバー２に装着された後に、熱伝導部材１３を介して上カバー２内に収納される。

下カバー３は、上カバー２の開口面となっている底面部を被覆可能な板部材及び背面部を被覆可能な板部材を一体形成した形状を有している。下カバー３の底面部３ｂには、複数のネジ孔が設けられている。下カバー３は、回路基板４が収納された上カバー２に、下カバー３の底面部３ａを嵌合させた状態で、ネジ１５によりネジ止めされる。

また、上カバー２に下カバー３を嵌合させると、下カバー３の背面部３ａにより、上カバー２の背面部が被覆された状態となる。図３に示すように、上カバー２の背面部の中央上側には、所定の間隔を空けて、一対のネジ孔２３（下カバー固定用孔部）が設けられている。この下カバー固定用孔部の一例であるネジ孔２３は、撮像部固定用孔部の一例であるネジ孔２１、２２と同じく、各レンズセル６Ｒ，６Ｌの光軸に沿った方向に旋削加工されている。また、下カバー３の背面部３ａには、ネジ孔２３に対応する位置に、図２に示すように、ネジ孔１６がそれぞれ設けられている。

上カバー２に回路基板４を収納して下カバー３を嵌合させ、図２に示すネジ１５により上カバー２の底面部に下カバー３の底面部３ａをネジ止めし、下カバー３の背面部３ａのネジ孔１６を介して、ネジ１４を、上カバー２のネジ孔２３に螺合させる。これにより、撮像ユニット１が組み上がる。組み上がった撮像ユニット１は、図６に示すようにブラケット４００に装着されることで、車両５００のフロントガラス５１０を介して、例えば車両５００の前方の道路、人物、道路標識、ガードレール等を撮像する。

（撮像ユニットの作用効果）
ここで、図７は、点線で示す光軸に沿って撮像ユニット１を縦切りにした状態の概略的な断面図を示している。この図７において、点線で示す光軸を有する光を受光している部材が、撮像素子１０である。上述のように、各センサ基板９Ｒ，９Ｌをネジ止めするためのネジ孔２１、２２は、光軸に沿った方向に旋削加工されている。また、各センサ基板９Ｒ，９Ｌは、図７に示すように各撮像素子１０の中央部を光軸と一致させ、かつ、各撮像素子１０と光軸とが略垂直の関係となるように、上カバー２にネジ止めされる。

すなわち、撮像素子１０の光軸方向及び下カバー３の背面部３ａが、略直交とされることが製造方法からも好ましい構造である。換言すると、撮像素子１０と下カバー３の背面部３ａを略平行とし、下カバー３の背面部３ａと下カバー３の底面部３ｂの角度は直角ではない構造である。また、下カバー３の底面部３ｂ及び回路基板４を略平行とした構造である。

さらに換言すると、撮像素子１０は、ネジ孔２１、２２にネジ１２を挿入（螺号）させて上カバー２に固定される。また、下カバー３の底面部３ｂは、上カバー２に設けられたネジ孔２３にネジ１４を挿入（螺号）させて、撮像素子１０の光軸の方向と平行となるように上カバー２に固定される。上カバー２の背面を被覆する下カバー３の背面部３ａは、上カバー２に固定された際に、撮像素子１０の光軸の方向と直交する位置関係となる角度を有する。このため、下カバー３を上カバー２にネジで固定しただけで、撮像素子１０の光軸方向及び下カバー３の背面部３ａが略直交となる好ましい構造を、迅速かつ簡単に形成することができる。従って、上カバー２の加工工程数を少なくして加工時間及び組み立て時間を短時間化することができ、撮像ユニット１の生産効率の向上を図ることができる。

なお、開口部を覆う部材と光軸は直角であること、若しくは（換言すれば）、取り付け部材（ねじ）の方向と光軸は同じ方向（一致）であることが好ましい。

また、撮像ユニット１は、いわゆるステレオカメラ構成として説明するが、撮像ユニット１は、単眼のカメラ構成でもよい。この場合、第１のカバー部材（単眼構成とした上カバー２に相当）に単眼の撮像部用として開口されている取り付け面を、第２のカバー部材（単眼構成とした下カバー３に相当）で被覆するように、第１のカバー部材に第２のカバー部材を固定する。これにより、第１のカバー部材の取付け面を被覆する第２のカバー部材が、撮像部の光軸の方向と直交する状態で、第１のカバー部材と第２のカバー部材とが固定される。撮像ユニット１を、このような最小構成としても、以下に説明する効果と同じ効果を得ることができる。

また、下カバー３の背面部３ａをネジ止めするためのネジ孔２３も、光軸に沿った方向に旋削加工されている。このため、下カバー３の背面部３ａは、各撮像素子１０の受光面と平行となっている。すなわち、下カバー３の底面部３ｂと背面部３ａで形成される角度θ２は、９０度以上の角度となっている（θ２≠９０度）。また、下カバー３の底面部３ｂと背面部３ａで形成される角度θ２は、この角度θ２の対角となる上カバー２の角度θ１よりも大きな角度となっている（θ１＞θ２）。このため、下カバー３の背面部３ａは、各センサ基板９Ｒ，９Ｌ及び各撮像素子１０に対して平行となる位置関係となるように、上カバー２にネジ止めされる。

図７の点線で示す枠及び図６に示す点線は、比較例となる撮像ユニットの背面部６００の角度を示している。比較例となる撮像ユニットの下カバーの背面部６００の角度を９０度に形成すると、各センサ基板９Ｒ，９Ｌのネジ止めの方向と、下カバーの背面部のネジ止めの方向が、異なる角度となる。このため、例えば各センサ基板９Ｒ，９Ｌ用のネジ孔を旋削加工した後に、下カバーの背面部用のネジ孔を旋削加工する等のように、２回の旋削工程が必要となる。

これに対して、実施の形態の車両制御システム３００の撮像ユニット１の場合、下カバーの背面部３ａの角度を、各センサ基板９Ｒ，９Ｌと平行となる角度とすることで、各センサ基板９Ｒ，９Ｌ用のネジ孔２１，２２の旋削方向と、下カバーの背面部３ａ用のネジ孔２３の旋削方向を一致する旋削方向とすることができる。このため、上カバー２に対して、各センサ基板９Ｒ，９Ｌ用のネジ孔２１，２２の旋削加工と、下カバー３の背面部３ａ用のネジ孔２３の旋削加工を同時に行うことが可能となり、旋削工程の削減を図ることができる。

また、図６に点線で示す比較例のように、底面部に対する背面部６００の角度を９０度に形成すると、画角を確保するために、背面部６００が撮像ユニットの高さ方向に突出し、撮像ユニット１が大型化する。

これに対して、実施の形態の車両制御システム３００の撮像ユニット１は、下カバー３の背面部３ａと撮像素子１０を並行（撮像素子１０の光軸方向と、下カバー３の背面部３ａが直交）とする。これにより、撮像ユニット１の高さ方向に対する背面部３ａの突出量を少なくすることができ、撮像ユニット１全体の小型化を図ることができる。

また、各センサ基板９Ｒ，９Ｌのネジ止め方向と、下カバー３の背面部３ａのネジ止め方向とが同じ方向となる。このため、例えば各センサ基板９Ｒ，９Ｌをネジ止めした後に、角度を変えて、下カバー３の背面部３ａのネジ止めする等の面倒な手間が無くなり、ネジ止め工程を簡素化して撮像ユニット１の生産効率の向上を図ることができる。

また、下カバー３の底面部３ｂと背面部３ａで形成される角度θ２を、この角度θ２の対角となる上カバー２の角度θ１よりも大きな角度（θ１＞θ２）とすることで、上カバーの上面部２ａを、回路基板４に対して、前側に向かって鋭角とすることで、画角を確保すると共に、撮像ユニット１の高さ方向の突出量を最小限として、撮像ユニット１の小型化を図ることができる。

（変形例）
上述の実施の形態の説明では、下カバー３の背面部３ａ及び底面部３ｂは、一体形成されていることとしたが、図８に示すように、下カバー３の背面部３ａ及び底面部３ｂを別部材として形成し、それぞれ上カバー２にネジ止めしてもよい。この場合でも、各センサ基板９Ｒ，９Ｌと背面部３ａを平行な位置関係とすることで、上述と同じ効果を得ることができる。

また、上カバー２は、背面部のみが開口されており、これを下カバー３の背面部３ａで被覆してもよい。

最後に、上述の実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、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、変更を行うことも可能である。

例えば、上述の実施の形態の説明では、撮像ユニット１は、２つのレンズセル６Ｒ，６Ｌを備えたステレオカメラ構造であることとしたが、これは単眼のカメラ構造でもよい。この場合でも上述の実施の形態と同じ効果を得ることができる。

また、各センサ基板９Ｒ，９Ｌ及び下カバー３の背面部３ａ等は、各ネジ孔を介してネジ止めすることとしたが、孔部に挿入することで密着して固定される固定部材で固定してもよい。

また、実施の形態及び実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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ものである。

１ 撮像ユニット
２ 上カバー
３ 下カバー
４ 回路基板
５Ｒ 右目用孔部
５Ｌ 左目用孔部
６Ｒ 右目用レンズセル
６Ｌ 左目用レンズセル
７Ｒ 赤外線フィルタ
７Ｌ 赤外線フィルタ
８Ｒ 防塵ゴム
８Ｌ 防塵ゴム
９Ｒ センサ基板
９Ｌ センサ基板
１０ 撮像素子
１１ フレキシブルプリント基板
１２ ネジ
１３ 熱伝導部材
１４ ネジ
１５ ネジ
１６ 下カバーの背面部のネジ孔
２１ センサ基板用のネジ孔
２２ センサ基板用のネジ孔
２３ 下カバーの背面部固定用のネジ孔

特開２０１６−１７７２５７号公報

Claims (8)

1. 撮像部の取り付け面が開口されている第１のカバー部材と、
   前記第１のカバー部材の前記取り付け面を被覆して固定される第２のカバー部材と、
   少なくとも一つの撮像部と、を有し、
   前記第１のカバー部材と前記第２のカバー部材とを固定することで、前記第１のカバー部材の前記取り付け面を被覆する前記第２のカバー部材が前記撮像部の光軸の方向と直交する位置関係を形成すること、
   を特徴とする撮像ユニット。
2. 前記第１のカバー部材は、少なくとも背面が開口されている上カバーであり、撮像部固定用孔部と、下カバー固定用孔部と、を備え、
   前記撮像部は、前記撮像部固定用孔部に固定部材を挿入して前記上カバーに固定され、
   前記第２のカバー部材は、前記上カバーの背面を被覆する下カバーであり、当該下カバーの背面は、前記上カバーに固定された際に、前記撮像部の光軸の方向と直交する位置関係となる角度を有し、当該下カバーの底面は、前記上カバーに設けられた前記下カバー固定用孔部に固定部材を挿入して、前記撮像部の光軸の方向と平行となるように前記上カバーに固定されること
   を特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記第１のカバー部材は、背面及び底面が開口されており、
   前記第２のカバー部材は、前記第１のカバー部材の背面を被覆する背面被覆部と、前記第１のカバー部材の底面を被覆する底面被覆部とを有すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像ユニット。
4. 前記第２のカバー部材の前記背面被覆部及び前記底面被覆部は、一体形成されており、又は、別部材として形成されていること
   を特徴とする請求項３に記載の撮像ユニット。
5. 前記第１のカバー部材の上面部は、前記撮像部の画角となる撮像範囲外となるように傾斜加工されていること
   を特徴とする請求項１から請求項４のうち、いずれか一項に記載の撮像ユニット。
6. 撮像部の取り付け面が開口されている第１のカバー部材と、前記第１のカバー部材の前記取り付け面を被覆して固定される第２のカバー部材と、少なくとも一つの撮像部と、を備えた撮像ユニットの製造方法であって、
   前記第１のカバー部材の前記取り付け面を被覆する前記第２のカバー部材を、前記撮像部の光軸の方向と直交する形状とし、
   前記第１のカバー部材と前記第２のカバー部材とを固定することで、前記第２のカバー部材が、前記撮像部の光軸の方向と直交する位置関係の撮像ユニットを製造すること
   を特徴とする撮像ユニットの製造方法。
7. 前記第１のカバー部材は、少なくとも背面が開口されている上カバーであり、撮像部固定用孔部と、下カバー固定用孔部と、を備え、
   前記第２のカバー部材は、前記上カバーの背面を被覆する下カバーであり、当該下カバーの背面は、前記上カバーに固定された際に、前記撮像部の光軸の方向と直交する位置関係となる角度を有し、
   前記撮像部を、前記撮像部固定用孔部に固定部材を挿入して前記上カバーに固定し、
   前記下カバーの底面を、前記上カバーに設けられた前記下カバー固定用孔部に固定部材を挿入して、前記撮像部の光軸の方向と平行となるように前記上カバーに固定して撮像ユニットを製造すること
   を特徴とする請求項６に記載の撮像ユニットの製造方法。
8. 請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載の撮像ユニットと、
   前記撮像ユニットで撮像された画像に基づいて運転補助制御を行う制御装置と
   を有する車両。

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