JP5218026B2 - 車載カメラの組付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、セキュリティー用途、ＦＡ用途などの小型で高機能なデジタルカメラや車載カメラ等の撮像装置の構成に係り、特に、車載カメラに好適な構成およびその組付け方法に関するものである。

従来の撮像装置（デジタルカメラや車載カメラ等）は、撮像ユニットとして、まず、マスターレンズや１群，２群のレンズユニットが組み立てられ、これらレンズとその駆動およびその検出機構によって鏡胴が組み立てられる。この鏡胴は、各駆動モータや検出機構を電気的に接続するプリント基板が取り付けられ動作可能な状態となる。

ここまで組み立てた後、ズーム位置、光学系制御手段の動作、各ズーム位置での無限ピント性能等の検査が行われる。検査終了後に収集した光学特性の初期データの設定値をメモリに記憶する（例えば、無限調整位置にするフォーカスモータのステップ数、フォーカスやズーム駆動のバックラッシュ量、各焦点距離での開放口径値等）。そして、この初期値データの設定値をメモリに記憶した後、撮像ユニットの組立工程が終了する。

さらに、撮像ユニットの組み立てが終了すると、そのうちの良品がカメラ組立工程に投入され、撮像ユニットをはじめとする各ユニット部品が取り付けられて、撮像ユニット内のメモリから撮像ユニットの組立工程で記憶された初期値データの設定値を読み出し、この内容に基づいて撮像光学系の動作確認および調整を行う。このカメラ全体の初期値データがメモリに記録されて、製品検査後に製造工程が完了する（特許文献１参照）。
特開２００３−９８５８５号公報 特開２００７−２２３６４号公報

しかしながら、このような撮像装置の製造工程は、レンズユニットや駆動，検出機構等の部品同士の組み立てと、組み立てた部品の光学特性を調整し、これらの完了後に、調整データを含む各種データのメモリへの書き込みが行われるため、書き込みが完了するまでに時間を要していた。

本発明は、前記従来技術の問題を解決するものであり、光学特性の調整を短時間に効率よく行うことができる構成の撮像装置で、特に小型化を要求される車載カメラに好適なデジタルカメラとその組付け方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載した車載カメラの組付け方法は、レンズおよび撮像素子および画像処理デバイスが搭載されたカメラユニットと、カメラユニットに着脱可能で、プログラムまたは設定値を格納するための記憶素子が搭載されたメモリユニットと、カメラユニットおよびメモリユニットを包囲した状態で格納するフロントケースおよびこれに対向するリアケースと、カメラユニットで生成された映像信号および各ユニットの電力を転送するケーブルと、を備えた車載カメラの組付け方法であって、カメラユニットからメモリユニットを取り外した状態で、カメラユニットのレンズと撮像素子の位置調整の処理と、メモリユニットへのプログラムまたは設定値の書き込みの処理を別体で行うことを特徴とする。

この構成によって、メモリユニットとカメラ（撮像）ユニットとを着脱可能として、カメラユニットの光学特性の位置調整とは別に、かつ略同時にメモリユニットの記憶素子（メモリ）内容の書き換えを行うことができ、さらに、カメラユニットからメモリユニットを取り外した簡易な構成としたことで、光学特性の調整を容易にすることができ、また、主要部品を搭載するカメラユニットを共通として、メモリユニットを交換することでメモリ容量を増加したり、多機能化を図ることができる。

また、組付け方法によって、メモリユニットを取り外して、カメラユニットの位置調整をするため、メモリへの書き込み用治具による力学的干渉を受けることなく、正確に光学特性の位置調整が簡易な構成で行うことができ、さらに、メモリの書き込み用端子を設ける基板上の配置や、位置調整治具，メモリ書込治具等の物理的な干渉を避けた配置とする制約のないレイアウトができ、また、メモリユニットへは単独で書き込みを行うので、容易かつ正確な書き込み処理ができる。

本発明によれば、光学特性の調整と、ほぼ同時にメモリへの書き換えの処理ができ、また、これらの処理をするためのレイアウト等の制約をなくして容易かつ正確に行うことを可能として、デジタルカメラの組立を短時間に効率よく行うことができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態の実施例１における車載カメラの概略構成を示す図である。図１に示すように、車載用の視認カメラは、通常視野を大きくとるため広角のレンズ１が使用されフロントケース２に固定されている。このレンズ１の光軸中心および合焦点位置に、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサといった撮像素子３の中心を合わせるように、撮像素子３を搭載した基板４ａをフロントケース２に固定する。

この基板４ａの裏面には、ＣＰＵやＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの画像処理デバイス５を搭載しており、画像処理デバイス５で処理されたデータが、ナビゲーションシステムなど、外部のモニタで表示が可能なフォーマットとなるように、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）フォーマットの出力信号に変換するＮＴＳＣエンコーダ７も搭載している。

また、基板４ａと２枚目の基板４ｂと接続するための基板間コネクタ４ｃを搭載している。なお、撮像素子３と画像処理デバイス５はそれぞれのパッケージが大きいため、同一面に並べると基板４ａが面積的に大きくなってしまうため、小型化するには一方を裏面側に実装することが望ましい。ここで、レンズ１と各素子を実装した１枚目の基板４ａのことをカメラユニットという。

一方、２枚目の基板４ｂには、画像処理デバイス５のプログラムや補正値を格納したり、レンズ１や撮像素子３の調整結果のパラメータ（設定値）を格納するメモリ６と、各デバイスで必要な電源電圧を、外部から供給された基本となる電源電圧からカメラ内部に搭載したレギュレータなどで、所望の電圧に変換し供給する電源回路８と、１枚目の基板４ａと接続するための基板間コネクタ４ｃを搭載している。

また、外部のモニタなどに画像を転送するＮＴＳＣフォーマットの映像信号や外部からの電力の供給を受けるハーネス１０に接続するためのハーネスコネクタ９を搭載し、基板４ｂのハーネスコネクタ９とリアケース１１を通してつながるハーネス１０により、外部装置（モニタ，ナビゲーションシステム，バッテリー等）に接続される。この２枚目の基板４ｂのことを、メモリユニットという。

このような構成とすることで、メモリ６および電源回路８を撮像素子３や画像処理デバイス５などの主要な部品と分離させることができる。なお、図示しないが、電源回路８やハーネスコネクタ９とは別にメモリ６のみを１枚の基板に搭載し、３枚の基板構成にしても構わない。その場合には、レンズ１と１枚目および２枚目の基板をカメラユニット、３枚目の基板がメモリユニットとなる。また、メモリユニットは取り外す必要があるため、最もリアケース１１側に近い基板として構成することが望ましく、このメモリユニットを取り外した状態でカメラユニットの主要部品を動作させることが可能である。また、フロントケース２とリアケース１１の奥行き形状は、調整時の都合で変更している。

また、対向するリアケース１１とフロントケース２とはネジ止めなどでしっかりと締め付けられ防水性を保つとともに、ハーネス１０はリアケース１１を通過する形で信号線を車載カメラ内部に導き、ハーネスコネクタ９で基板４ｂと接続される。

一般的な車載カメラの筐体サイズは数ｃｍ角と小さく、内蔵する１枚の基板に全ての回路を搭載できるような大きな基板面積を取ることができない。このため、本実施例１では、図１に示すように２つの基板４ａ，４ｂを搭載し、基板間の信号接続には基板間コネクタ４ｃを用いて構成している。

また、図２は本実施例１の車載カメラの組立調整を説明する図である。図２に示すように、カメラユニットの基板４ａは、メモリ６を搭載した２枚目の基板４ｂがない状態で調整を行う。撮像素子３を含む主要な部品が搭載された１枚目の基板４ａを、位置調整治具１３で保持し、多数の軸で回転，位置調整して最適位置に動かし固定する。その際、調整時専用のハーネスで外部の電源１４ａと解析用ＰＣ１４ｂに接続し、２枚目の基板４ｂがない状態で画像を取得できるようにしている。インターフェースは基板間コネクタ４ｃと同じである。

このコネクタの信号線としては、本来電源回路８から供給される撮像素子３と画像処理デバイス５とＮＴＳＣエンコーダ７といった主要部品で使用される電源線（３．３Ｖ，２．５Ｖ，１．８Ｖ等）と、メモリ６との接続線（一般的なメモリは標準シリアル、Ｉ^２Ｃ（Inter-IC Bus）、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）などの３本程度の信号線）と、ＮＴＳＣ信号線でよい。これらの信号線を束ねた調整時専用ハーネスを外部の電源１４ａと解析用ＰＣ１４ｂに接続し、取得した画像を解析し、位置調整を行う。なお、必要に応じて、解析用ＰＣ１４ｂと１枚目の基板４ａの間に、信号変換を行う治具回路を挿入してもよい。

また、外部の電源１４ａや解析用ＰＣ１４ｂへの接続が可能な調整時専用コネクタを使うことで、電源の供給を行うとともに、ＮＴＳＣ信号から得た画像を解析して、最適な位置に撮像素子３を動かし基板４ａを接着剤やネジでフロントケース２に固定する。このとき、レンズ１から一定距離で離れた視野範囲に、縞模様などの評価用チャートを設置しておき、取り込んだ画像を解析して、解像度が視野全面に渡って均一で最も高くなる撮像素子３の位置を最適位置とする。同時にモニタに表示される画像の中心位置がチャート中心になるよう電気的な補正値も解析用ＰＣ１４ｂで求めておき、メモリ書込治具１５で基板４ｂ上のメモリ６に書き込む。

一方、メモリユニットでは、メモリ６を搭載した基板４ｂは別の固定治具１３’に設置し、ハーネスコネクタと同様なインターフェースのメモリ書き込み時専用ハーネスで電源１４ａ（図２ではカメラユニットに用いた電源と別に記載しているが同じであってもよい）に接続して電力を供給し、基板を動作可能とさせる。メモリ書込治具１５の針状のプローブで、基板４ｂ上にある書き込み用端子１２に接触し、別途行った撮像素子３の位置調整時に解析用ＰＣ１４ｂで得られた設定値、最新のプログラムや補正値を書き込む。

もちろん、設定値をメモリ６に格納する場合は、撮像素子３を搭載した基板４ａおよびレンズ１を格納したフロントケース部（カメラユニット）と、メモリユニットを１対１の組み合わせとする必要がある。

メモリ６へ書き込むときには、メモリ書込治具１５の針状のプローブを基板４ｂ上の書き込み用端子１２に接触させるため、確実な導通が得られるように相当な圧力で基板とプローブを押し付ける必要がある。このようにメモリ６への書き込みを別に行うことで、カメラユニットの位置調整治具への力学的干渉を回避でき、精度を要求される撮像素子３の位置調整に悪影響を及ぼすことがなくなる。

また、撮像素子３の位置調整により取得する設定値を除く、最新のプログラムや補正値を、前述のカメラユニットの位置調整時にメモリ６に書き込みを行うことができ、さらにメモリ６の書き込み処理も固定された基板４ｂに対して行えるので、容易でかつ正確な端子への接触が可能となる。

さらに異なる視点として、メモリ６の容量増加やメモリ容量の異なる複数機種の立上げにおいて、主要部品を搭載しているカメラユニットを共通として、メモリユニットのみの変更、またはラインナップ追加することに対応できることもメリットとなる。

さらに、最近では広い視野を確保するための広角レンズの使用にあわせて画像補正機能が搭載されたり、一部の画像を切り出して拡大表示したり、車幅線も表示させるなど、カメラ側に要求される機能は複雑多岐になりつつあり、これらの新しい機能を取り込むための構成として２つの構成が考えられる。

１つ目の構成は、カメラとは別体のボックス状筐体に複雑な回路を搭載するようにしたものである。こうすることによって、カメラ側は従来とほぼ同じ構成で設計することができる。しかしながら、別体のボックス分のコストアップと車への設置工数や設置スペースの増大がマイナス面となる。

また、より望ましい２つ目の構成は、カメラ内部に画像補正機能等の付加機能を高密度実装するものである。ユーザはカメラをモニタやナビゲーションシステムの接続先を選ぶことなく接続するだけで、画像を見ることができるため、非常にシンプルで受け入れやすい。しかしながら、当然カメラ内部の実装に技術的な負荷があり、組付け性等に課題がある。

例えば、図３に示す従来の車載カメラの構成では、そのカメラ内部は画像補正機能等の付加機能を実現するだけの回路が搭載されており、撮像素子３の位置調整は、基板４ａ，４ｂを位置調整治具１３で保持して位置調整し、その後にレンズ１を固定したフロントケース２に固定し、さらに、リアケース１１を組付けることで車載カメラを完成させていた（特許文献２参照）。

しかし、車載カメラの筐体サイズは小さく、レンズ１と撮像素子３と電源回路８と画像処理デバイス５を搭載すると、実装上の余裕は全くなく、特に、撮像素子３はレンズ１との位置関係に強いレイアウト的な制約があり、また画像処理デバイス５は大型パッケージのため、レイアウト上の配置を優先される。そして、画像処理プログラムや設定値を格納するメモリ６の搭載位置は、基本的に画像処理デバイス５とのデータ授受が多くセットとして使用されるため、画像処理デバイス５近傍に配置されることが多いが、メモリ６は大型パッケージの主要デバイスの配置と比べるとレイアウト上の優先順位が低く、複数枚ある基板の奥にある空き領域に置かれている。

そして、この車載カメラの組立調整を行うには、図４に示すようにリアケース１１を外した状態で、撮像素子３を搭載した基板４ａ，４ｂを位置調整治具１３で保持し、多数の軸で回転させて位置調整を行う。外部の電源１４ａや解析用ＰＣ１４ｂへの接続は、正規のハーネス１０と同じインターフェースの組付け時専用のハーネスを用いる。これにより電源の供給とともに、ＮＴＳＣ信号から得た画像を解析して最適位置を求め撮像素子３を固定する。さらに調整結果の設定値を、解析用ＰＣ１４ｂで求めて、メモリ書込治具１５により最新のプログラム等とともに、メモリ６に書き込まれていた。

また、メモリ６にはメーカー出荷時にプログラムや補正値を書き込むこともできるが、レンズ１と撮像素子３の特性や、Ｘ，Ｙ軸調整結果のパラメータ（設定値）を記憶したり、改めてプログラムの最新版を出荷前に書き込めるように、組付け中や組付け後でもメモリ内容が書き込めることが望ましい。そのため、書き込みに必要な書き込み用端子１２を、組付け調整時に調整装置とは別の専用治具で触ることのできる限られたスペース（多くの場合、レンズ１とは反対に位置するリアケース１１に接する基板面）に引き出し、この書き込み用端子１２を利用してメモリ６にデータが書き込まれている。

このとき、基板１４ｂ上に設けた書き込み用端子１２に、針状のプローブを押し付けを行う機構により、メモリ６に書き込みが行われる。ただし、このプローブが接触する際、確実な導通を得るため、相当な圧力で基板とプローブを押し付けることから、基板４ａ，４ｂの保持および自在に動かせる位置調整治具への力学的干渉が生じ、撮像素子３の位置調整に悪影響を及ぼす懸念がある。

組付け工程の時間短縮のためには、基板４ａ，４ｂを保持して撮像素子３の位置調整と同時にメモリ６への書き込みを行うとよいが、前述した悪影響の懸念から位置調整時ではなく調整後にメモリ６への書き込みを行っており、組付け完了までに時間を要していた。また、多数の調整軸を持つ複雑な位置調整治具１３が基板４ａ，４ｂを保持するため、限られた基板上のスペースを一部占有され、さらに、それ以外のスペースで位置調整治具に物理的に干渉しない位置で、メモリ書込治具１５によって書き込み可能なように、書き込み用端子１２を設ける必要があり、基板レイアウトと治具レイアウト上での制約が厳しかった。

また、撮像素子３の位置調整は、フロントケース２または鏡筒の中心軸にレンズ１の光軸を合わせ、その延長上に撮像素子３の中心を合わせるものである。これを正確に行うためには、レンズ１の焦点距離に撮像素子３の中心を傾きなく配置することも必要であり、正確な位置調整を行うためには、多数の調整軸を持つ治具が必要である。

そこで、前述した本実施例１の図１に示すような構成とすることで、高い精度を要求される撮像素子３の位置調整に悪影響を及ぼすことなく、また容易かつ確実にメモリ６へデータを書き込むことを可能とし、さらに、組付けと書き込み完了までの時間を短縮することも可能とした。

なお、本実施例１の図１に示すレンズ１において、広角視野と高画質を両立させるため、図示はしないが、複数枚のレンズからなることが多い。また、フロントケース２にレンズ１や撮像素子３を搭載した基板４ａを固定するかのように図示しているが、別途鏡筒というレンズ固定用の部品（図示せず）を用いて、複数枚のレンズ１や、撮像素子３を搭載した基板４ａを固定するとよい。

図５は本実施形態の実施例２における車載カメラの概略構成を示す図である。図５において、前述した図１と使用する部品はほぼ同じであるが、ハーネス１０と基板４ｄ間をフレキシブルケーブル１７でつないでおり、フレキシブルケーブル１７上にメモリ６を搭載している点で異なる。

具体的には、撮像素子３が搭載された基板４ａの裏面に、画像処理デバイス５と、ＮＴＳＣエンコーダ７と、基板間コネクタ４ｃを搭載している。一方、２枚目の基板４ｄには、基板間コネクタ４ｃと電源回路８とフレキシブルケーブル対応のハーネスコネクタ９ａを搭載している。レンズ１と１枚目および２枚目の基板４ａ，４ｃがカメラユニットに相当する。

また、ハーネス１０はリアケース１１との接続部にあるモールド内で線材からフレキシブルケーブル１７に変換されており、このフレキシブルケーブル１７を基板４ｄ上のハーネスコネクタ９ａに接続する構成となっている。フレキシブルケーブル１７には、メモリ６を搭載しており、書き込み用端子１２も設けられている。この場合、フレキシブルケーブル１７がメモリユニットに相当する。

フレキシブルケーブル１７は一部基板となって、スペーサ１６を介して基板４ａに固定され、部品実装の信頼性を高めたリジットフレキシブルケーブルであっても構わない。これで、メモリ６を撮像素子３や画像処理デバイス５などの主要な部品と分離させることができる。

図６は本実施例２の車載カメラの組立調整を説明する図である。図６に示すように、メモリ６を搭載した正規のフレキシブルケーブル１７がない状態で撮像素子３を含む主要な部品の調整を行う。調整時は、メモリ６を搭載していない調整時専用フレキシブルケーブルを用いるが、インターフェースは本来のフレキシブルケーブル１７と同じで、電源関係の信号と、メモリ６との接続線と、ＮＴＳＣ信号である。

これを外部の電源１４ａと解析用ＰＣ１４ｂに接続し、取得した画像を解析し、位置調整を行う。一方、本実施例２では、メモリ６を搭載したフレキシブルケーブル１７が付いたハーネス１０は別の固定治具１３’により設置し、正規の接続方法と同様に電源１４ａに接続する。同時に、メモリ書込治具１５の針状のプローブで、フレキシブルケーブル１７上にある書き込み用端子１２に接触し、解析用ＰＣ１４ｂで得られた設定値や最新のプログラムを書き込む。こうすることにより、調整精度を要求される撮像素子３の位置調整時には、メモリ書込治具１５による接触が不要になる。またメモリ書き込みも固定されたフレキシブルケーブル１７に行うことができるので、容易でかつ正確な書き込み用端子１２への接触が可能となる。

本発明に係る装置とその組付け方法は、光学特性の調整と、ほぼ同時にメモリの書き換えの処理を行うことができ、また、これらの処理をするためのレイアウト等の制約をなくして容易かつ正確に行うことを可能として、デジタルカメラの組立を短時間に効率よく行うことができ、セキュリティー用途、ＦＡ用途などの小型で高機能な撮像装置の構成に係り、特に、車載カメラに好適である。

本発明の実施形態の実施例１における車載カメラの概略構成を示す図 本実施例１の車載カメラの組立調整を説明する図 本実施形態の参考例で車載カメラの概略構成を示す図 本実施形態の参考例で車載カメラの組立調整を説明する図 本実施形態の実施例２における車載カメラの概略構成を示す図 本実施例２の車載カメラの組立調整を説明する図

符号の説明

１ レンズ
２ フロントケース
３ 撮像素子
４ａ，４ｂ，４ｄ 基板
４ｃ 基板間コネクタ
５ 画像処理デバイス
６ メモリ
７ ＮＴＳＣエンコーダ
８ 電源回路
９，９ａ ハーネスコネクタ
１０ ハーネス
１１ リアケース
１２ 書き込み用端子
１３ 位置調整治具
１３’ 固定治具
１４ａ 電源
１４ｂ 解析用ＰＣ
１５ メモリ書込治具
１６ スペーサ
１７ フレキシブルケーブル

Claims (1)

1. レンズおよび撮像素子および画像処理デバイスが搭載されたカメラユニットと、前記カメラユニットに着脱可能で、プログラムまたは設定値を格納するための記憶素子が搭載されたメモリユニットと、前記カメラユニットおよび前記メモリユニットを包囲した状態で格納するフロントケースおよびこれに対向するリアケースと、前記カメラユニットで生成された映像信号および各ユニットの電力を転送するケーブルと、を備えた車載カメラの組付け方法であって、
   前記カメラユニットから前記メモリユニットを取り外した状態で、前記カメラユニットのレンズと撮像素子の位置調整の処理と、前記メモリユニットへのプログラムまたは設定値の書き込みの処理を別体で行うことを特徴とする車載カメラの組付け方法。

Images