JP6114617B2 - 車載ステレオカメラ - Google Patents

Description

本発明は、車載ステレオカメラに関する。

従来から、一対のカメラモジュールをそれぞれカメラステイの長手方向の両端部に取り付けたステレオカメラが知られている（たとえば特許文献１）。

特開２０１０−４１３７３号公報

しかしながら、ブラケットに反りが発生した場合には、一対のカメラモジュールの光軸にずれが発生し、三角測量の原理に基づいて算出される前方車両までの距離の精度が低下するという問題がある。

請求項1に記載の車載ステレオカメラは、第１光学部材を介して被写体像を撮像する第１撮像部が取り付けされた第１撮像筐体と、第２光学部材を介して被写体像を撮像する第２撮像部が取り付けられた第２撮像筐体と、第１撮像部と第２撮像部から出力された信号を処理するための回路が設けられた基板と、長手方向に延在するステーとを備え、第１撮像筐体は、ステーの長手方向の一方の端部に固定され、第２撮像筐体は、ステーの長手方向の他方の端部に固定され、基板は、ステーの長手方向に沿って複数に分割された部分基板から構成され、部分基板は、第１光学部材および第２光学部材からの光電変換信号を処理する処理回路を有する１つの制御用基板を含み、部分基板のそれぞれは、ステーに対して長手方向へ自由度を有して固定するための第１孔と、ステーに対して長手方向への自由度を有することなく固定するための第２孔とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ステーの長手方向に沿って複数に分割された部分基板のそれぞれを、第１孔を介してステーに対して長手方向へ自由度を有して固定するとともに、第２孔を介してステーに対して長手方向への自由度を有することなく固定できるので、第１および第２撮像部に光軸のずれが発生することを抑制できる。

本発明の一実施の形態によるステレオカメラ装置の内部構造を説明する分解斜視図である。 一実施の形態によるステレオカメラ装置を構成するステー内部を説明する斜視図である。 一実施の形態によるステレオカメラ装置を構成するカバー内部を説明する斜視図である。 一実施の形態によるステレオカメラ装置のステーに取り付けられる基板を説明する斜視図である。

図面を参照しながら、本発明によるステレオカメラ装置の一実施の形態について説明する。本明細書においては、乗用車等の車両に備えられ、車載安全装置の一つとして用いられる外界認識センサであるステレオカメラ装置を一例として説明を行う。ステレオカメラ装置は、左右に基線長（たとえば２００ｍｍ〜４００ｍｍ程度）の間隔で離れて設けられた２つの撮像部により取得されたそれぞれの画像を用いて、三角測量の原理を利用して対象物までの距離を測定する。

図１は、一実施の形態によるステレオカメラ装置の内部構造を説明する分解斜視図である。なお、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる座標系を図示の通りに設定したものとして以後の説明を行う。図１に示すように、ステレオカメラ装置１００は、ステー７と、カバー１３と、第１撮像ユニット１１０と、第２撮像ユニット１２０とにより構成される。ステー７はアルミ等の金属材料により作成され、ｘ軸方向を長手方向として延在する。カバー１３はアルミ等の金属材料により作成され、ｘ軸方向を長手方向として延在する。

第１撮像ユニット１１０は、第１撮像素子１１１と、第１撮像基板１１２と、第１レンズ１１３と、第１撮像筐体１１４と、第１カバー１１５とにより構成される。第１レンズ１１３は、ｙ軸と光軸とが平行になるように第１撮像筐体１１４に取り付けられ、ｙ軸＋側に存在する被写体からの光束を通過させて第１撮像素子１１１へ導く。第１撮像素子１１１は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等により構成され、第１レンズ１１３の光軸と直交するように第１撮像筐体１１４に取り付けられる。第１撮像素子１１１は、第１レンズ１１３を介して被写体（前方車両や人等）からの光束を受光して、被写体像を光電変換信号として出力する。第１撮像基板１１２は、第１撮像筐体１１４に取り付けられ、後述する電源回路から電力の供給を受けて第１撮像素子１１１を動作させる。第１撮像筐体１１４は、ステー７のｘ軸＋側の端部に、第１撮像素子１１１の受光面がｘｚ平面に平行となるように取り付けられる。第１カバー１１５は、第１撮像基板１１２をｚ軸＋側から覆う保護部材である。

第２撮像ユニット１２０は、第２撮像素子１２１と、第２撮像基板１２２と、第２レンズ１２３と、第２撮像筐体１２４と、第２カバー１２５とにより構成される。第２レンズ１２３は、ｙ軸と光軸とが平行になるように第２撮像筐体１２４に取り付けられ、ｙ軸＋側に存在する被写体からの光束を通過させて第２撮像素子１２１へ導く。第２撮像素子１２１は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等により構成され、第２レンズ１２３の光軸と直交するように第２撮像筐体１２４に取り付けられる。第２撮像素子１２１は、第２レンズ１２３を介して被写体（前方車両や人等）からの光束を受光して、被写体像を光電変換信号として出力する。第２撮像基板１２２は、第２撮像筐体１２４に取り付けられ、後述する電源回路から電力の供給を受けて第２撮像素子１２１を動作させる。第２撮像筐体１２４は、ステー７のｘ軸−側の端部に、第２撮像素子１２１の受光面がｘｚ平面に平行となるように取り付けられる。換言すると、第１撮像素子１１１の受光面と第２撮像素子１２１の受光面とは、互いに平行になるように取り付けられている。第２カバー１２５は、第２撮像基板１２２をｚ軸＋側から覆う保護部材である。

ステー７の内部には、電源基板８と、制御用基板９と、フレキシブルケーブル１０と、第１コネクタ１１と、第２コネクタ１２とが設置されている。電源基板８は、たとえばＦＲ４等の樹脂を材料として形成され、ステー７内部のｘ軸＋側に取り付けられる。電源基板８には、電源回路１６とメインコネクタ１８とが設置される。なお、電源基板８の形状およびステー７への取り付けについては、詳細な説明を後述する。

制御用基板９は、たとえばＦＲ４等の樹脂を材料として形成され、ステー７内部のｘ軸−側に取り付けられる。制御用基板９には、処理回路１７が設置される。なお、制御用基板９の形状およびステー７への取り付けについては、詳細な説明を後述する。

フレキシブルケーブル１０は、電源基板８と制御用基板９とを接続して、各種の信号を伝達する。第１コネクタ１１は、電源基板８と第１撮像ユニット１１０の第１撮像基板１１２とを接続して、各種の信号を伝達する。第２コネクタ１２は、制御用基板９と第２撮像ユニット１２０の第２撮像基板１２２とを接続して、各種の信号を伝達する。

メインコネクタ１８は、車両に搭載されたバッテリ（不図示）からの電源を電源回路１６へ供給する。電源回路１６は、メインコネクタ１８を介して供給された電力を、処理回路１７、第１撮像基板１１２および第２撮像基板１２２へ供給する。処理回路１７は、第１撮像素子１１１および第２撮像素子１２１からの光電変換信号を入力して、被写体の認識処理や、上述した三角測量の原理を用いて被写体までの距離を算出する距離算出処理等を行う。処理回路１７による処理結果は、メインコネクタ１８を介して車両に制御信号として出力される。

図２にステー７の内部形状を示す。ステー７の底面７Ｂには、ｚ軸＋側へ突設された突起２２，２３，３２，３３（総称する場合は、突起２０と呼ぶ）と、ねじ穴２４，２５，３４，３５（総称する場合は、ねじ穴３０と呼ぶ）とが設置される。ステー７の内壁面には、カバー１３を取り付ける際のスナップフィット嵌合用のくぼみ５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７（総称する場合は、くぼみ５０と呼ぶ）が形成される。

突起２２および２３と、ねじ穴２４および２５とは、電源基板８のステー７への取り付けに用いられ、突起２２および２３はステー７の中央部近傍に設置され、ねじ穴２４および２５はステー７のｘ軸＋側の端部近傍に設置される。突起３２および３３と、ねじ穴３４および３５とは、制御用基板９のステー７への取り付けに用いられ、突起３２および３３はステー７の中央部近傍に設置され、ねじ穴３４および３５はステー７のｘ軸−側の端部近傍に配置される。突起２０の高さ、すなわちｚ軸方向の長さは、電源基板８および制御用基板９を取り付けた際、それぞれの基板の上面（ｚ軸＋側の面）から突起２０が突出しないように形成される。

図３にカバー１３の内部形状を示す。カバー１３の上面１３Ｕには、ｚ軸−側へ突設された突起４１，４２，４３，４４（総称する場合は、突起４０と呼ぶ）が設置される。カバー１３の外壁面には、カバー１３をステー７に取り付ける際のスナップフィット固定用の突起６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７（総称する場合は、突起６０と呼ぶ）が設置され、ステー７への取り付け時には、それぞれくぼみ５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７と勘合する。

突起４１および４２は電源基板８をｚ軸＋側から固定するための部材であり、ステー７にカバー１３を取り付けた際に、ステー７に設けられた突起２２および２３とそれぞれｚ軸方向に沿って実質的に同一線上に並ぶように設置される。突起４３および４４は制御用基板９をｚ軸＋側から固定するための部材であり、ステー７にカバー１３を取り付けた際に、ステー７に設けられた突起３２および３３とそれぞれｚ軸方向に沿って実質的に同一線上に並ぶように設置される。

図４に示す内部斜視図を参照しながら、電源基板８の形状およびステー７への取り付けについて説明する。電源基板８は、ステー７の内部に取り付け可能となるように、ｘｙ平面上にてｘ軸方向を長手方向とした矩形形状に形成される。図に示すように、電源基板８のｘ軸方向の長さＬ１は、ステー７の底面７Ｂと重複する面積を減少させるために、ステー７のｘ軸方向の長さＬ０よりも短い。

電源基板８の四隅には、それぞれ開口が設けられている。電源基板８のｘ軸＋側の二つの開口は、取付穴６１および６２であり、ステー７に設置されたねじ穴２４および２５に対応する位置にそれぞれ設けられる。電源基板８は、取付穴６１および６２およびステー７のねじ穴２４および２５に挿通したねじ９１および９２によりねじ止めによって取り付けられる。すなわち、取付穴６１および６２は、温度変化に応じて発生するステー７に対するｘ軸方向への相対的な長さ変化に対して自由度を有することなく電源基板８を固定する。

電源基板８のｘ軸−側の二つの開口は、貫通孔６３および６４であり、ステー７に設置された突起２２および２３に対応する位置にそれぞれ設けられる。電源基板８が、ステー７に取り付けられると、ステー７に設置された突起２２および２３は貫通孔６３および６４にそれぞれ挿入される。なお、突起２２および２３のｚ軸方向の長さは上述したように形成されているので、突起２２および２３が電源基板８の上面から突出することはない。

貫通孔６３および６４は、ｘ軸方向を長径とする楕円状に加工される。後述するように、貫通孔６３および６４の長径は、電源基板８が温度変化に応じてｘ軸方向へ延びる長さ（膨張量）と、ステー７が温度変化に応じてｘ軸方向へ延びる長さ（膨張量）との差分に応じて、ｘ軸方向の長さが突起２２および２３の径よりも長くなるように決定される。

次に、制御用基板９の形状およびステー７への取り付けについて説明する。制御用基板９は、ステー７の内部に取り付け可能となるように、ｘｙ平面上にてｘ軸方向を長手方向とした矩形形状に形成される。図４に示すように、制御用基板９のｘ軸方向の長さＬ２は、ステー７の底面７Ｂと重複する面積を減少させるために、ステー７のｘ軸方向の長さＬ０よりも短い。なお、本実施の形態では、制御用基板９のｘ軸方向の長さＬ２と上述した電源基板８のｘ軸方向の長さＬ１との和は、ステー７のｘ軸方向の長さＬ０よりも短くなるように形成されている。換言すると、本実施の形態のステレオカメラ装置１００が備える基板は、２つの部分基板としての電源基板８と制御用基板９とにより分割されて構成される。なお、基板は、ステー７のｘ軸方向の長さに応じて、３つ以上の部分基板により分割されてもよい。

制御用基板９の四隅には、それぞれ開口が設けられている。制御用基板９のｘ軸−側の二つの開口は、取付穴７１および７２であり、ステー７に設置されたねじ穴３４および３５に対応する位置にそれぞれ設けられる。制御用基板９は、取付穴７１および７２およびステー７のねじ穴３４および３５に挿通したねじ９３および９４によりねじ止めによって取り付けられる。すなわち、取付穴７１および７２は、温度変化に応じて発生するステー７に対するｘ軸方向への相対的な長さ変化に対して自由度を有することなく制御用基板９を固定する。

制御用基板９のｘ軸＋側の二つの開口は、貫通孔７３および７４であり、ステー７に設置された突起３２および３３に対応する位置にそれぞれ設けられる。制御用基板９が、ステー７に取り付けられると、ステー７に設置された突起３２および３３は貫通孔７３および７４にそれぞれ挿入される。なお、突起３２および３３のｚ軸方向の長さは上述したように形成されているので、突起３２および３３が制御用基板９の上面から突出することはない。

貫通孔７３および７４は、貫通孔６３および６４と同様に、ｘ軸方向を長径とする楕円状に加工される。後述するように、貫通孔７３および７４の長径は、制御用基板９が温度変化に応じてｘ軸方向へ延びる長さ（膨張量）と、ステー７が温度変化に応じてｘ軸方向へ延びる長さ（膨張量）との差分に応じて、ｘ軸方向の長さが突起３２および３３の径よりも長くなるように決定される。すなわち、すなわち、貫通孔７３および７４は、温度変化に応じて発生するステー７に対するｘ軸方向への相対的な長さ変化に対して自由度を有して制御用基板９を固定する。

以下、貫通孔６３，６４，７３および７４のｘ軸方向に沿った長径の長さの決定方法について説明する。長径の長さは、温度変化により電源基板８または制御用基板９の線膨張率とステー７の線膨張率との相違にともなうステー７の反りのを発生を防止することを目的として決定される。以下の説明は、制御用基板９に設けられた貫通孔７３および７４の長径について行うが、電源基板８に設けられた貫通孔６３および６４についても同様にして長径の長さが決定される。

貫通孔７３および７４の長径の長さは、制御用基板９のｘ軸方向の膨張量と、ステー７のｘ軸方向の膨張量との差分に基づいて決定される。制御用基板９の膨張量ΔＬ２と、制御用基板９と重複するステー７の膨張量ΔＬ０とは、それぞれ以下の式（１）を用いて算出される。
ΔＬ２＝α１×Ｌ２×ΔＴ
ΔＬ０＝α０×Ｌ２×ΔＴ …（１）
なお、ΔＴは温度変化を表し、α１およびα０はそれぞれ制御用基板９およびステー７の材料が有する、常温、一般的な普通純度における線膨張率を表す。上述したように、ステー７はアルミを材料としているので、線膨張率α１は２３．５×１０^−６［／℃］であり、制御用基板９はＦＲ４を材料としているので、線膨張率α０は１５×１０^−６［／℃］である。

上記の式（１）により算出された制御用基板９とステー７の膨張量ΔＬ２およびΔＬ０とを用いて、以下の式（２）のように、膨張量の差分Ｄが算出できる。
Ｄ＝｜ΔＬ０−ΔＬ２｜ …（２）

貫通孔７３および７４の長径を、それぞれに挿入される突起３２および３３の径よりもｘ軸＋側と−側とのそれぞれに少なくとも式（２）で算出される膨張量の差分Ｄだけ長く設定する。温度変化によりステー７と制御用基板９がｘ軸方向へ膨張して、それぞれのｘ軸方向の長さＬ０およびＬ２が変化しても、突起３２および３３が貫通孔７３および７４に対して、ｘ軸方向に沿った相対移動が可能になる。ステー７が制御用基板９に対してｘ軸方向に沿って膨張量の差分Ｄだけ相対移動可能であれば、線膨張率の相違によるステー７の反りの発生を防ぐことができる。したがって、貫通孔７３および７４の長径の長さＱは、以下の式（３）を満たすように決定できる。
Ｑ≧ｄ＋２Ｄ …（３）
なお、ｄは貫通孔７３および７４に挿入される突起３２および３３の径である。

制御用基板９のｘ軸方向の長さＬ２を２００［ｍｍ］、温度を８５［℃］とした場合、貫通孔７３および７４の長径の長さＱは、以下のように決定できる。ステー７の膨張量ΔＬ０および制御用基板９の膨張量ΔＬ２は、式（１）より、それぞれ０．２８［ｍｍ］および０．１８［ｍｍ］となる。この場合の膨張量の差分Ｄは、式（２）により、０．１［ｍｍ］である。したがって、貫通孔７３および７４長径の長さＱは、突起３２および３３の径よりも、ｘ軸＋側および−側にそれぞれ少なくとも０．１［ｍｍ］ずつ長くなるように決定される。特に、マージンを取って、貫通孔７３および７４長径の長さＱをｘ軸＋側および−側にそれぞれ１［ｍｍ］ずつ長くすることが好ましい。

上記のような構成を有する電源基板８および制御用基板９をステー７に取り付けた後、カバー１３の突起６０をステー７のくぼみ５０に勘合させてカバー１３をステー７に取り付ける。カバー１３には、上記のようにｚ軸−側に突設された突起４０が設けられているので、電源基板８および制御用基板９がそれぞれの貫通孔７１，７２，７３および７４にてｚ軸＋方向からカバー１３によって付勢される。その結果、電源基板８および制御用基板９がステー７に対して固定されるとともに、ステレオカメラ装置１００に振動が加わった場合に、振動による騒音の発生を抑制できる。

なお、上述したステー７の底面７Ｂに設けられた突起２０に代えて、ねじ穴を設けて電源基板８および制御用基板９をねじ締めにより取り付けてもよい。この場合、ねじ穴と電源基板８および制御用基板９との間にゴムワッシャを挟んでねじ止めするのが好ましい。

上述した一実施の形態によるステレオカメラ装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ステー７に取り付ける基板を電源基板８と制御用基板９との２つの部分基板に分割した。式（１）に示すように、温度変化による膨張量は、ステー７に取り付けられた基板のｘ軸方向の長さに比例して大きくなる。このため、ステー７の長手方向に沿った長辺を有する矩形形状の１つの基板を取り付けた場合、ステー７と基板と間で生じる長手方向への膨張量の差分が大きくなり、ステー７に反りが発生して、第１レンズ１１３の光軸と第２レンズ１２３の光軸との間にずれが生じる。これに対して、本実施の形態によれば、電源基板８と制御用基板９とに分割することによって、ステー７に取り付けられるそれぞれの基板のｘ軸方向の長さを短くして、ステー７とそれぞれの基板とが重複する面積を減少させる。この結果、ステー７に反りが発生することを抑制できるので、第１レンズ１１３の光軸と第２レンズ１２３の光軸とのズレが抑制される。したがって、第１および第２撮像ユニット１１０および１２０は上下方向や回転方向へのズレの発生が低減された画像を取得可能になり、認識処理や距離算出処理の処理不可の低減や、処理精度の向上に寄与する。また、基板が複数に分割されることにより、長手方向の両端へ部品を取り付ける際の半田付け性を確保することも可能になる。

さらに、電源基板８および制御用基板９のそれぞれは、ステー７に対して長手方向へ自由度を有して固定するための貫通孔６３，６４および７３、７４と、ステー７に対して長手方向への自由度を有することなく固定するための取付穴６１，６２および７１、７２とを備えるようにした。このため、温度変化によりｘ軸方向へ膨張しても、電源基板８および制御用基板９とステー７とは、互いにｘ軸方向に沿って相対移動が可能になり、線膨張率の相違によるステー７の反りの発生を防ぐことができる。この結果、第１および第２撮像ユニット１１０および１２０は上下方向や回転方向へのズレの発生が低減された画像を取得可能になり、認識処理や距離算出処理の処理不可の低減や、処理精度の向上に寄与する。

（２）貫通孔６３，６４，７３および７４は、長手方向に沿って、ステー７と電源基板８および制御用基板９とのそれぞれの線膨張率に基づいた長径を有し、突起２０の径よりも貫通孔６３，６４，７３および７４の長径が長くなるようにした。その結果、簡便な構成により、電源基板８および制御用基板９とステー７とのｘ軸方向に沿った相対移動を確保して、第１レンズ１１３の光軸と第２レンズ１２３の光軸とのズレを抑制できる。

（３）第１撮像素子１１１の受光面と第２撮像素子１２１の受光面とが平行であり、第１レンズ１１３の光軸と第１撮像し１１１の受光面とが直交し、第２レンズ１２１の光軸と第２撮像素子１２１の受光面とが直交するように、第１撮像ユニット１１０と第２撮像ユニット１２０とがステー７に固定されるようにした。したがって、第１および第２撮像ユニット１１０および１２０は上下方向や回転方向へのズレの発生が低減された画像を取得可能になり、認識処理や距離算出処理の処理不可の低減や、処理精度の向上に寄与する。

上述した実施の形態によるステレオカメラ装置１００は、車両に搭載される車載用カメラとして説明した。しかし、建設機械や鉄道車両等の移動体や、産業用ロボットに搭載されるカメラ装置も本発明の一態様に含まれる。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

７…ステー、８…電源基板、９…制御用基板、１３…カバー、
２０、２２、２３、３２、３３…突起、
２４、２５、３０、３４、３５…ねじ穴、
６３、６４、７３、７４…貫通孔、
１００…ステレオカメラ装置、
１１０…第１撮像ユニット、１１１…第１撮像素子、１１２…第１撮像基板、
１１３…第１レンズ、１１４…第１撮像筐体、１２０…第２撮像ユニット、
１２１…第２撮像素子、１２２…第２撮像基板、１２３…第２レンズ、
１２４…第２撮像筐体

Claims (3)

1. 第１光学部材を介して被写体像を撮像する第１撮像部が取り付けされた第１撮像筐体と、
   第２光学部材を介して被写体像を撮像する第２撮像部が取り付けられた第２撮像筐体と、
   前記第１撮像部と前記第２撮像部から出力された信号を処理するための回路が設けられた基板と、
   長手方向に延在するステーとを備え、
   前記第１撮像筐体は、前記ステーの前記長手方向の一方の端部に固定され、
   前記第２撮像筐体は、前記ステーの前記長手方向の他方の端部に固定され、
   前記基板は、前記ステーの前記長手方向に沿って複数に分割された部分基板から構成され、前記部分基板は、前記第１光学部材および前記第２光学部材からの光電変換信号を処理する処理回路を有する１つの制御用基板を含み、前記部分基板のそれぞれは、前記ステーに対して前記長手方向へ自由度を有して固定するための第１孔と、前記ステーに対して前記長手方向への自由度を有することなく固定するための第２孔とを備えることを特徴とする車載ステレオカメラ。
2. 請求項１に記載の車載ステレオカメラにおいて、
   前記第１孔は、前記長手方向に沿って、前記ステーと前記部分基板のそれぞれの膨張率に基づいた長径を有し、
   前記ステーは、前記第１孔に対応する位置に、前記第１孔の長径よりも短い径を有する突起部を有することを特徴とする車載ステレオカメラ。
3. 請求項１または２に記載の車載ステレオカメラにおいて、
   前記第１撮像筐体は前記第１撮像部を取り付けるための第１基準面を有し、
   前記第２撮像筐体は前記第２撮像部を取り付けるための第２基準面を有し、
   前記第１撮像筐体と前記第２撮像筐体とは、前記第１基準面と前記第２基準面とが平行であり、前記第１光学部材の光軸と前記第１基準面とが直交し、前記第２光学部材の光軸と前記第２基準面とが直交するように前記ステーに固定されることを特徴とする車載ステレオカメラ。

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