JP2023074129A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子などのセンサへの振動を低減できる撮像装置を提供すること。【解決手段】開放面を持つ筐体と、前記筐体に対して基板支持部によって固定された基板と、前記筐体の開放面を覆うカバーと、前記カバーと前記筐体とを接続し、弾性変形によって、前記カバーの振動を減衰させる減衰部材と、を備え、前記減衰部材は、前記基板から筐体側接続部までの部位より前記基板からカバー側接続部までの部位が弾性変形しやすい構造体である撮像装置。【選択図】 図４

Description

本発明は、車両に搭載され、自車前方を撮像する撮像装置に関する。

近年、安全かつ快適な車社会の実現を目指して、運転者支援システムの実車搭載が進んでいる。その中で、障害物への衝突前に自動的に減速する衝突被害軽減制動システムや、先行車との車間距離を略一定距離に維持しながら自動追尾する車間自動制御システムや、車線逸脱抑制システムや、標識認識システムなど、運転者や搭乗者の安全性と利便性と快適性を追求したシステムの開発が進んでいる。このような運転者支援システムの実現には、車両や歩行者や路面などを認識したり、対象物までの距離を計測したりする外界認識システムが必要である。

ここで、外界認識システムの入力装置の一種である、従来の撮像装置（ステレオカメラ）を説明する。図１Ａは、従来の撮像装置の上方からの外観斜視図であり、図１Ｂは、従来の撮像装置の下方からの外観斜視図である。なお、この撮像装置は、撮像装置のｘ軸正方向が車両の進行方向、ｙ軸正方向が車両の上方向、ｚ軸正方向が車両の右方向と一致するように車両に取り付けられているものとする。

この撮像装置は、上面にフィンを有し内部に空間を有する、金属製（例えば、アルミダイカスト）の筐体１と、筐体１の開放面（背面および底面）を覆う、金属製（例えば、アルミ板）のカバー１０と、車両の前方をステレオ撮像する左右の撮像モジュール２（２Ｌ、２Ｒ）を備えている。そして、カバー１０を複数のネジ１０ａで固定することで筐体１を密閉し、筐体内部の撮像モジュール２や基板７等の防塵性、放熱性、ノイズ耐性を確保している。なお、図示を省略しているが、カバー１０の一部（例えば、背面）からは、車両の制御装置（ＥＣＵ等）と通信接続するためのコネクタが露出している。

図２は、筐体１の内部に基板７を固定する方法を説明する拡大断面図である。ここに示すように、基板７は、筐体１とはネジ８で連結される一方、カバー１０とは接触が無い。

外界認識装置で外界を正確に認識するためには、撮像装置の明確な視野の確保が必要である。しかし、前記した構成の撮像装置に、例えば不整地走行中の激しい走行振動が加わると、撮像モジュール２が大きく振動し、撮像画像の品質が劣化する結果、外界認識性能も劣化する可能性がある。また、走行振動の影響を受け、基板７上の回路素子に繰り返しひずみが加わると、基板７上のはんだ部などに断線が生じる可能性がある。さらに、走行振動を受けたカバー１０には、カバー１次曲げ振動モードＭ１（図３Ａ）や、カバー２次曲げ振動モードＭ２（図３Ｂ）などの振動モードが生じるが、軽量化とコスト低減のためにカバー１０を薄くすると、振動モードが低周波数で生じやすく、カバー１０がスピーカのように振動し、騒音も生じやすい。加えて、カバー１０の振動モードが低周波数になると、筐体１の振動モードと共振しやすくなるという問題もある。

このように、従来の撮像装置には、撮像モジュールの振動低減、基板の振動低減、カバーの振動低減による振動モード周波数帯域の広域化、および、筐体とカバーの共振対策が必要であった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、撮像モジュールと基板とカバーの振動を低減することができる撮像装置を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、開放面を持つ筐体と、前記筐体に対して基板支持部によって固定された基板と、前記筐体の開放面を覆うカバーと、前記カバーと前記筐体とを接続し、弾性変形によって前記カバーの振動を減衰させる減衰部材と、を備え、前記減衰部材は、前記基板から筐体側接続部までの部位より前記基板からカバー側接続部までの部位が弾性変形しやすい構造体であることにより、達成される。

本発明の撮像装置によれば、撮像装置（特に、カバー、基板、撮像モジュール）の振動を低減することができる。

従来の撮像装置の上方からの外観斜視図。 従来の撮像装置の下方からの外観斜視図。 従来の撮像装置の基板固定方法を説明する拡大断面図。 従来の撮像装置のカバー１次曲げ振動モード模擬図。 従来の撮像装置のカバー２次曲げ振動モード模擬図。 実施例１の撮像装置の透視斜視図。 実施例１の減衰部材の断面図。 実施例１の減衰部材の斜視図。 実施例１の減衰部材の変形例。 実施例１の減衰部材の取付け方法の説明図。 実施例１の減衰部材の配置の説明図。 実施例２の減衰部材の断面図。 実施例２の減衰部材の斜視図。 実施例２の減衰部材の斜視図。 実施例２の減衰部材の斜視図。 実施例２の減衰部材の断面図。 実施例３の減衰部材の斜視図。 実施例３の減衰部材の斜視図。 実施例４の減衰部材の斜視図。 実施例５の減衰部材の断面図。 実施例５の減衰部材の斜視図。 実施例６の減衰部材の断面図。 実施例６の減衰部材の斜視図。

以下、本発明の撮像装置の実施例について、図面を用いて説明する。なお、上記した従来の撮像装置（図１Ａ、図１Ｂ）との共通点については重複説明を省略する。

まず、本発明の実施例１の撮像装置１００を、図４～７を用いて説明する。なお、以下では、撮像装置１００がステレオカメラである例を説明するが、撮像装置１００は単眼カメラであっても良い。

図４の透視斜視図に示すように、本実施例の撮像装置１００は、筐体１と、左撮像モジュール２Ｌと、右撮像モジュール２Ｒと、複数の回路素子６を搭載する基板７と、基板７を支持する減衰部材１２と、カバー１０（図示せず）を備えている。

左撮像モジュール２Ｌは、前方を撮像する左撮像素子３Ｌと、左撮像素子３Ｌを搭載した左撮像基板４Ｌと、左撮像素子３Ｌの前方に配置した左レンズ５Ｌを備えている。同様に、右撮像モジュール２Ｒは、前方を撮像する右撮像素子３Ｒと、右撮像素子３Ｒを搭載した右撮像基板４Ｒと、右撮像素子３Ｒの前方に配置した右レンズ５Ｒを備えている。

基板７には、回路素子６（６ａ～６ｃ）が搭載されている。第１回路素子６ａは、画像信号を処理するマイコンや信号処理素子、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などであり、筐体１やカバー１０などへの熱伝導を必要とするような発熱量が大きい回路素子である。第２回路素子６ｂは、データの一時保管に用いるメモリなどであり、第３回路素子６ｃは、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）など各種の信号処理を行う素子である。なお、回路素子６は上記素子に限定するものではない。

この種の撮像装置（ステレオカメラ）では、左右一対の撮像モジュール２で車両の前方をステレオ撮像し、一対の画像情報の中から相互の画像に共通する特徴点を抽出し、その特徴点の位置が一対の画像間でずれている画素数（視差）を求める処理を集積回路で行い、距離を算出する。そのため、撮像装置の筐体１やカバー１０などの振動が、左右の撮像素子３に伝わり振動すると、画像に振動分の差が生じ、距離や速度の差となって、測定精度の低下が生じる。また、広画角化や高精度や高速対応などの撮像装置の高性能化にともなって、振動に対するずれの許容量が小さくなり、撮像装置の振動振幅を低減する必要が生じた。さらに振動が基板７に伝わると、基板７に搭載されている回路素子６に繰り返しひずみが加わり、はんだ部などに断線が生じる可能性がある。特に不整地走行など各種環境に対応するセンサの高性能化には、外乱の増加や周波数帯域の広域化が必要と考えられるので、振動振幅の低減の必要性は増している。

これらの課題を考慮し、本実施例の撮像装置１００では、従来の撮像装置で使用していた、図２のネジ８に代え、減衰部材１２を利用することで、筐体１と基板７とカバー１０の三者の振動振幅を低減できるようにした。

＜本実施例の減衰部材１２の構造＞
本実施例の撮像装置１００では、図４に示すように、筐体１とカバー１０の間に、基板支持機能と振動低減機能の双方を担う、４つの減衰部材１２を配置した。そして、これらの減衰部材１２の弾性変形によってカバー１０の振動を吸収・減衰させ、その結果として、撮像モジュール２、基板７、カバー１０の振動振幅の低減を図っている。以下、減衰部材１２の構造や作用の詳細を順次説明する。

本実施例の減衰部材１２は、基板７と筐体１を繋ぐ部位が高剛性で、基板７とカバー１０を繋ぐ部位が低剛性の、シリコンゴム等の弾性体である。従って、減衰部材１２の弾性変形は、筐体側で小さく、カバー側で大きくなる。このような特性により、振動による基板７上での断線を防ぐべく、剛性の高い筐体１に基板７を剛に取付けることができ、基板７の振動モードの高域化を図っている。それに対して、カバー１０の振動モードは低周波で生じやすいので、減衰部材１２の弾性変形で振動振幅の低減を図っている。

図５Ａは、撮像装置１００内の減衰部材１２の断面図であり、図５Ｂは、減衰部材１２の斜視図である。これらに示すように、本実施例の減衰部材１２は、基板支持部１２ａと、挿入部１２ｂと、変形部１２ｃと、中空部１２ｄを有している。

基板支持部１２ａは、基板７を支持するための部位であり、例えば、基板７を上下から挟み込むように設けられた二重フランジである。このような基板支持部１２ａを基板７に取り付ける方法としては、図６のような方法が考えられる。すなわち、基板７の端部に切込部７ａを設けた構成であれば、この切込部７ａの側方から基板支持部１２ａを挿入することで、基板７に減衰部材１２を取り付けることができる。

挿入部１２ｂは、減衰部材１２を筐体１に固定するための部位であり、例えば、筐体１の基板固定部１ａの貫通孔１ｂに弾性変形しながら挿入されるブッシュである。なお、図５Ａに示すように、挿入部１２ｂの先端は、撮像装置１００内へのほこり等の侵入を防ぐことができるよう径方向に拡大した構造となっている。

図５Ｃは、挿入部１２ｂの先端形状の別案を説明する斜視図である。図５Ｂの挿入部１２ｂは、円錐台状の先端構造であったが、挿入部１２ｂ１のように円錐台状先端の側面に切れ目を入れても良いし、挿入部１２ｂ２のように円錐台状先端の側面に複数の欠落部を設けても良い。何れの場合も、図５Ｂの挿入部１２ｂより変形しやすくなるため、減衰部材１２を筐体１に固定する組立作業の組立性をより向上させることができる。なお、挿入部１２ｂ２を用いる場合、筐体１の外面側に挿入部１２ｂ２の上面視形状と符合する凹み（図５Ｃの右下図の破線）を設けておくことが望ましい。これにより、挿入部１２ｂ２を矢印方向に回転させることで、挿入部１２ｂ２を凹みに嵌め、減衰部材１２の回転を防止することができる。

変形部１２ｃは、基板７とカバー１０を繋ぎ、また、撮像装置１００に伝わった走行振動によって弾性変形する部位である。この変形部１２ｃは、内側に中空部１２ｄを設けることで剛性を低くして、弾性変形しやすくしている。また、変形部１２ｃは、図５Ａと図５Ｂに示すように、真円環状の平板部と真円筒を交互に重ねた段差構造を設けることによっても剛性を低くして、弾性変形を促進している。なお、図５Ａには、２つの真円筒を上下に重ねた段差構造の変形部１２ｃを例示したが、弾性変形をさらに促進したい場合は、より多くの真円筒を重ねた段差構造にしても良い。

また、変形部１２ｃの剛性を、挿入部１２ｂの剛性より低くするため、減衰部材１２の寸法を次のように設計している。すなわち、変形部１２ｃの板厚ｔａを、挿入部１２ｂの板厚ｔｂより薄くし、また、基板７とカバー１０の距離ｌａを、基板７と筐体１の距離ｌｂより長くしている。これらの寸法的な特徴によっても、減衰部材１２においては、筐体１と基板７の間の弾性変形より、基板７とカバー１０の間の弾性変形が大きくなる。

なお、図５Ｂから明らかなように、本実施例の減衰部材１２は、中心軸（図中の一点鎖線）に対して点対称の形状であり、減衰部材１２を筐体１に取り付ける際に周方向の向きを気にする必要がないため、組立てが容易な構造となっている。また、カバー１０の内面に突起を設け、減衰部材１２と接触させる際の位置決めに用いてもよい。

＜減衰部材１２の設置位置＞
ここで、図７を用いて、カバー１０に対する、減衰部材１２の配置を説明する。図７に示すように、カバー１０の複数の振動モード（１次曲げ振動モード、２次曲げ振動モード、３次曲げ振動モード、等）を考慮すると、各振動モードで振動振幅の低減が可能なように、モード振幅が大きい個所に減衰部材１２を配置することが望ましい。

そのため、本実施例では、カバー１０の長軸方向（ｚ軸方向）の長さＬとすると、カバー１０の長軸方向端面からＬ／６からＬ／３の位置に、減衰部材１２を配置している。このように減衰部材１２を配置すると、カバー１０の振動振幅を効果的に低減することができる。

＜本実施例の効果＞
以上で説明したように、筐体１とカバー１０を減衰部材１２で接続し、かつ、減衰部材１２の筐体側よりカバー側を低剛性にすることにより、カバー１０の振動振幅を低減できるとともに、カバー１０と筐体１間の振動を遮断し共振を防ぎ、左右の撮像素子３への振動振幅が低減できる。そして、振動振幅を低減することによって、撮像画像の振動も抑制されるため、対象物の位置と速度などの認識を高精度に測定できる。また、基板７に加わる繰り返しひずみも低減され、基板７上のはんだ部などの断線を回避することができる。さらに、カバー１０の振動振幅の低減により、カバー１０を振動子として発生する騒音も低減される。加えて、減衰部材１２が基板支持部を兼ねることにより、従前は基板７を固定するために必要であったネジを削減でき撮像装置の部品点数を低減することができる。これらの結果、高性能で信頼性の高い撮像装置１００を低コストで製造することができる。

本発明の実施例２の撮像装置を、図８Ａ、Ｂ、および、図９Ａ～Ｃを用いて説明する。なお、本実施例は、減衰部材の変形部の形状を、真円環状の平板部と真円筒を交互に重ねた段差構造の実施例１の変形部１２ｃ（図５Ａ、図５Ｂ）と異ならせたものであるが、それ以外の構造は実施例１と同等であるので、実施例１との共通点については重複説明を省略することとする。

図８Ａの断面図、および、図８Ｂの斜視図に示す、本実施例の減衰部材１３は、実施例１の変形部１２ｃに代え、真円環状の平板部と真円錐台側面を積層した斜面構造の変形部１３ａを設け、この斜面構造で弾性変形を促進したものである。

また、図９Ａの斜視図に示す、本実施例の減衰部材１４は、実施例１の変形部１２ｃに代え、正多角形環状の平板部と正多角形筒を重ねた段差構造の変形部１４ａを設け、この段差構造で弾性変形を促進したものである。同様に、図９Ｂの斜視図に示す、本実施例の減衰部材１５は、実施例１の変形部１２ｃに代え、正多角形環状の平板部と正多角形錐台側面を積層した斜面構造の変形部１５ａを設け、この斜面構造で弾性変形を促進したものである。

さらに、図９Ｃの断面図に示す、減衰部材１６の変形部１６ａは、実施例１の変形部１２ｃに代え、段差構造の一部（例えば、カバー１０と略平行な平板部）の厚さを他の部位より薄くし、厚さの薄い部位で弾性変形を促進したものである。

以上で説明した、本実施例の撮像装置１００によれば、実施例１の効果以外に次の効果を得ることができる。すなわち、変形部が上面視四角形状である、あるいは、変形部に敢えて他の部位より剛性の弱い部位を設けた本実施例によれば、変形部が上面視環状でありその厚さも一様である実施例１に比べ、減衰部材の変形方向が制限されることから、カバー１０の振動を減衰させる形状の減衰部材をより容易に設計することができる。

本発明の実施例３の撮像装置を、図１０、１１を用いて説明する。なお、上記実施例との共通点は重複説明を省略する。

図１０の斜視図に示す本実施例の減衰部材１７は、実施例１の変形部１２ｃに代え、縦横比の異なる多角形環（例えば、長方形環）状の平板部と多角形筒を重ねた段差構造の変形部１７ａを設け、この段差構造で弾性変形を促進したものである。同様に、図１１の斜視図に示す本実施例の減衰部材１８は、実施例１の変形部１２ｃに代え、縦横比の異なる円環（例えば、楕円環）状の平板部と円錐台側面を重ねた斜面構造の変形部１８ａを設け、この斜面構造で弾性変形を促進したものである。

両図のように、減衰部材１７，１８の縦横比を異ならせた場合、減衰部材の長手方向とカバーの長手方向を一致させるように取り付ければ、減衰部材の設置位置が基準位置から多少ずれても、その減衰部材は、カバー１０の複数の振動モードで振動振幅の低減が可能な領域（カバーの長軸方向端面からＬ／６からＬ／３の位置（図７参照））を大きく含むため、各減衰部材の製造バラツキや組立てバラツキがあっても、カバー１０の振動を適切に低減させることができる。

本発明の実施例４の撮像装置を、図１２を用いて説明する。なお、上記実施例との共通点は重複説明を省略する。

図１２の斜視図に示す本実施例の減衰部材１９は、実施例３の変形部１７ａ（図１０）を更に改良したものであり、変形部の長手方向伸びるスリット（切欠）で、周方向に分割された変形部１９ａを設けたものである。このように変形部１９ａを分割することによって、変形部１９ａの撓みにくい方向（スリット方向）と、撓みやすい方向（スリットと直交する方向）ができるため、板厚等の形状管理で弾性変形をコントロールしやすい構造となる。なお、スリットの位置や数は図１２に例示するものに限定されず、必要とされる仕様に応じて、任意のスリットを設けても良い。

本発明の実施例５の撮像装置を、図１３Ａ、図１３Ｂを用いて説明する。なお、上記実施例との共通点は重複説明を省略する。

図１３Ａ、図１３Ｂに示す本実施例の減衰部材２０は、変形部１２ｃのカバー側端部に、減衰部材２０をカバー１０Ａの開口部に取り付けるための取付け構造２０ａを設けたものである。この取付け構造２０ａによって、減衰部材２０をカバー１０Ａに確実に接続することができ、カバー１０Ａの振動をより効果的に低減することができる。なお、減衰部材２０の取付け構造２０ａを二重フランジ構造とした場合、カバー外面側フランジの径を、カバー内面側フランジの径より小さくすると、カバー１０Ａへの減衰部材２０の取り付けが容易となる。

本発明の実施例６の撮像装置を、図１４Ａ、図１４Ｂを用いて説明する。なお、実施例５との共通点は重複説明を省略する。

図１４Ａ、図１４Ｂに示す本実施例の減衰部材２１は、実施例５の取付け構造２０ａを更に改良したものであり、二分割した取付け構造２１ａをカバー１０Ｂの２箇所に設けた孔１１に挿入して固定し、これにより中空部１２ｄを密閉したものである。

本実施例によれば、実施例５と同等の効果が得られるだけでなく、密閉状態の中空部１２ｄがエアーダンパとして機能することにより、カバー１０Ｂの振動振幅を更に低減することができる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施例で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

１００…撮像装置
１…筐体
１ａ…基板固定部
１ｂ…貫通孔
２…撮像モジュール
３…撮像素子
４…撮像基板
５…レンズ
６…回路素子
６ａ…第１回路素子
６ｂ…第２回路素子
６ｃ…第３回路素子
７…基板
７ａ…切込部
８…ネジ
１０、１０Ａ、１０Ｂ…カバー
１１…孔
１２…実施例１の減衰部材
１２ａ…基板支持部
１２ｂ…挿入部
１２ｃ…変形部
１２ｄ…中空部
１３～１６…実施例２の減衰部材
１７、１８…実施例３の減衰部材
１９…実施例４の減衰部材
１３ａ～１９ａ…弾性変形部
２０…実施例５の減衰部材
２０ａ…取付け構造
２１…実施例６の減衰部材
２１ａ…取付け構造

Claims (10)

1. 開放面を持つ筐体と、前記筐体に対して基板支持部によって固定された基板と、前記筐体の開放面を覆うカバーと、前記カバーと前記筐体とを接続し、弾性変形によって前記カバーの振動を減衰させる減衰部材と、を有し、
   前記減衰部材は、前記基板から筐体側接続部までの部位より前記基板からカバー側接続部までの部位が弾性変形しやすい構造体であることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記減衰部材は、前記基板支持部によって前記基板が固定されている箇所に設けられることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記減衰部材は、前記基板支持部と一体であることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記減衰部材は、前記基板から前記カバー側接続部までの部位に中空構造を有することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記減衰部材は、前記基板から前記筐体までの距離より、前記基板から前記カバーまでの距離が長いことを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記減衰部材は、前記カバー側接続部に径の異なる筒状体を重ねた構造であることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記減衰部材は、前記カバー側接続部が前記カバーの長軸方向に長いことを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記減衰部材は、ブッシュ構造で前記筐体に取り付けられることを特徴とする撮像装置。
9. 請求項８に記載の撮像装置であって、
   前記減衰部材は、二重フランジ構造で前記カバーに取り付けられることを特徴とする撮像装置。
10. 開放面を持つ筐体と、前記筐体に対して基板支持部によって固定された基板と、前記筐体の開放面を覆うカバーと、前記カバーと前記筐体とを接続し、弾性変形によって前記カバーの振動を減衰させる減衰部材と、を有し、
    前記減衰部材は、前記基板から筐体側接続部までの部位より前記基板からカバー側接続部までの部位の剛性が小さいことを特徴とする撮像装置。

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