JP6601273B2 - カメラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用のカメラ装置及びカメラモジュールに関する。

近年、走行支援制御等を行うために、フロントガラスに車室内からカメラが設置された車両が見られる。このような車両用のカメラとして、特許文献1に記載の車載カメラがある。特許文献1に記載の車載カメラは、鏡筒とケースとを備えている。鏡筒は、レンズと、レンズを保持する略筒状のレンズ保持部とを有している。一方、ケースは、鏡筒を保持する略筒状の鏡筒保持部と、撮像素子を内部に収納した略筐状のケース本体部とを有している。そして、鏡筒の端部が鏡筒保持部に嵌め込まれ、ピントが調整された位置で固定されている。

一般に、このような車載カメラは、車載カメラのレンズを下方から覆うフードとともにカメラケースに固定され、車載カメラとフードが固定されたカメラケースが、車両のフロントガラスに設置された支持具に取り付けられる。レンズを下方から覆うフードは、レンズの下方から入射する光を遮断して、車載カメラの画角範囲外の景色がレンズへ映り込むことを抑制する。

ところで、従来、レンズの光軸に対する撮像素子の受光面の相対位置は、４軸で調整されていた。しかしながら、４軸調整では、レンズの光軸に対する撮像素子の受光面の傾きが調整されないため、片ボケなどが生じるおそれがあった。そのため、レンズの光軸に対する撮像素子の受光面の傾きも調整する、６軸調整の技術が提案されている。

特開２００７−２２５９９１号公報

上記車載カメラにおいて、鏡筒保持部に対する鏡筒の位置決めに６軸調整を適用すると、鏡筒保持部に対して鏡筒が傾くことがある。ここで、一般車両のフロントガラスは傾斜しているため、カメラケースとフロントガラスとのクリアランスが小さいと、鏡筒が上方に傾いた場合に、フロントガラスと鏡筒が接触してしまい、カメラケースを設置できなくなる。そのため、フロントガラスとカメラケースとのクリアランスが余裕のある大きさとなるように、フロントガラスに支持具を設置しなければならない。しかしながら、クリアランスを大きくすると、遮光用のフードを大きくする必要がある。フードを大きくすると、その分フロントガラスからの視界が遮られるため、フードは小さくする方が望ましい。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、小型化が可能なカメラ装置及びカメラ装置を小型化することができるカメラモジュールを提供することを主たる目的とする。

本発明は、カメラ装置（１）であって、カメラケース（３）と、カメラモジュール（４）と、を備える。カメラケースは、車両のフロントガラス（７）に車室内から固定される。カメラモジュールは、レンズ（４１）を備える光学ユニット（４２）と、撮像素子（４５）を備えて光学ユニットの端部に固定されるカメラ基板（４３）と、を備えて、カメラケースに固定される。光学ユニットは、内部に前記レンズを保持する鏡筒部（４２ａ）と
、カメラケースにカメラモジュールを固定する際の位置決めの基準となる基準面（４２ｅ）を有し、鏡筒部が一定の位置関係で固定されるベース部（４２ｂ）と、を備える。カメラ基板は、光学ユニットに対して、ベース部に固定された鏡筒部のレンズの光軸が撮像素子の受光面の中心を通り、かつレンズの光軸が受光面に直交する位置で固定される。

本発明によれば、鏡筒部とベース部から光学ユニットが作られ、光学ユニットの端部にカメラ基板が固定されて、カメラモジュールが構成される。そして、ベース部の基準面を基準として、カメラモジュールがカメラケースに固定される。ここで、カメラ基板を、光学ユニットに対して調整するため、鏡筒部をベース部に対して調整する必要がない。よって、ベース部の基準面に対する鏡筒部の傾きは抑制される。そのため、カメラ装置をフロントガラスに取り付ける際に、鏡筒部をベース部に対して６軸調整した場合と比較して、フロントガラスの支持具に掛止されるカメラケースの掛止部から鏡筒部の先端までの公差が小さくなる。したがって、フロントガラスとカメラケースとのクリアランスを抑制して、フードの大きさを抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

カメラ装置の外観の斜視図である。 カメラモジュールの外観の斜視図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 カメラケース内を上から見た図である。 カメラモジュールの分解斜視図である。 鏡筒部とベース部とを別部品とした場合における、図４に対応する断面図である。 フロントガラスに本実施形態のカメラ装置を取り付けた状態を模式的に示す側面図である。 フロントガラスに鏡筒部とベース部とを別部品としたカメラ装置を取り付けた状態を模式的に示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、カメラモジュール及びカメラ装置を具現化する実施形態について説明する。
［１．構成］
図１に示すように、カメラ装置１は、カメラケース３と、カメラモジュール４と、フード５と、を備える。カメラ装置１は、車両のフロントガラス７に固定された図示しないブラッケトに、車室内側から取り付けられる車載カメラである。以下では、カメラ装置１の各部材の前後左右上下方向を、カメラ装置１がフロントガラス７に取り付けられた状態における、その部材の前後左右上下方向として定義する。つまり、この定義では、各部材の前方向は車両の前方に一致する。また、各図におけるＦＲ，ＵＰＲ，ＲＨ方向は、それぞれ前方向、上方向、右方向を表すものとする。

カメラケース３は、金属又は樹脂製の箱状の部材であり、前方側になるほど厚みが小さくなるような形状を有する。カメラケース３の内部にはカメラモジュール４が固定され、前方部分にはフード５が固定される。カメラケース３の上面３ａは、前方平面部３ｂ、起立平面部３ｃ及び後方平面部３ｄを備える。前方平面部３ｂ、起立平面部３ｃ及び後方平面部３ｄは、互いに傾斜角度の異なる３つの面である。前方平面部３ｂは、前後左右方向に広がっている面である。起立平面部３ｃは、前方平面部３ｂの後ろ側端部において上方
向に起立している面である。また、後方平面部３ｄは、起立平面部３ｃの上側端部において後ろ方向へと広がっている面である。

ここで、起立平面部３ｃの上下方向における中央から後方平面部３ｄの前部近傍にかけて、カメラモジュール４を露出させる露出孔３ｅが形成されている。また、前方平面部３ｂは、平面形状が台形状であり、左右両側には上方向へ向かって、内側側面３ｆ，３ｇが形成されている。そして、前方平面部３ｂ、内側側面３ｆ，３ｇ及び起立平面部３ｃによって、台形状の窪み３ｈが形成される。なお、この窪み３ｈにフード５が嵌め込まれるため、窪み３ｈを形成する面のうちの前方平面３ｂ及び内側側面３ｆ，３ｇは、フード５の下に隠れる。

また、カメラケース３の外側側面のうち左方向に位置する左外側側面３ｉ及び右方向に位置する右外側側面３ｊには、それぞれ、上面３ａの付近において、円柱状に突出した２つすなわち計４つの掛止部３ｋが設けられている。フロントガラス７に固定されるブラケットは４つの鈎状部を備えており、４つの掛止部３ｋがそれぞれブラケットの鈎状部に掛止することで、カメラケース３はフロントガラスに固定される。

フード５は、黒色の樹脂製の部材である。フード５は、台形状の底壁と、その底壁の左右両側に立設された一対の側面と、を有する。フード５は、カメラケース３の窪み３ｈに嵌め込まれて固定され、カメラケース３の露出孔３ｅから露出した後述するレンズ４１を下方から覆う。このように、フード５が配置されることで、レンズ４１の下方から入射する光、例えば、車両のダッシュボード８で反射した光が遮断される。その結果、車両のダッシュボード８等の景色、すなわちカメラモジュール４の画角範囲外の景色が、レンズ４１へ映り込むことが抑制される。

次に、カメラモジュール４の構成について、図２及び図３を参照して説明する。カメラモジュール４は、光学ユニット４２とカメラ基板４３とを備える単眼カメラである。
光学ユニット４２は、鏡筒部４２ａとベース部４２ｂとを備える。鏡筒部４２ａ及びベース部４２ｂは、樹脂で一体成形されている。樹脂としては、熱可塑性樹脂、例えば、ＰＰＳ樹脂が用いられる。

鏡筒部４２ａは、筒状の形状を有し、内部にレンズ４１を保持する。レンズ４１は、複数の異なるサイズのレンズから構成されており、各レンズ４１は、光軸が鏡筒部４２ａの中心軸と一致するように、光軸方向に並べられている。鏡筒部４２ａの内壁は、レンズ４１のそれぞれの周囲を囲むように形成されており、これにより、各レンズ４１が鏡筒部４２ａ内で位置決めされる。本実施形態では、図３に示すように、後方に向かうほど、サイズの小さいレンズ４１が配置されており、鏡筒部４２ａの内径は小さくなっている。このような形状とすることにより、鏡筒部４２ａの内壁面を形成する金型を鏡筒部４２ａの前方から抜けるので、鏡筒部４２ａとベース部４２ｂとを一体成形しやすい。

鏡筒部４２ａは、内部にレンズ４１が順次収納されて位置決めされた後、最もベース部４２ｂ側のレンズ４１の後方部分における内壁が加熱され、内壁の形状が変形されて固定部４２ｉが形成される。レンズ４１は、鏡筒部４２ａの筒状の壁と一体の樹脂で形成された固定部４２ｉにより、筒状の壁の内部に固定される。すなわち、レンズ４１は、鏡筒部４２ａに収納された後、熱かしめにより鏡筒部４２ａの内部に固定される。

ベース部４２ｂは、レンズ４１の光軸と垂直な方向に広がり、後方が開放した直方体状の形状を有する。詳しくは、ベース部４２ｂは、カメラケース３にカメラモジュール４を固定する際の位置決めの基準となる板状の基準面４２ｅと、基準面４２ｅから起立した上下左右の板状の側面を備える。上下左右の側面の前後方向における長さは全て同じ長さと
なっている。更に、ベース部４２ｂは、カメラモジュール４をカメラケース３に固定するための取付部４２ｃを備える。取付部４２ｃは、基準面４２ｅから左方向及び右方向に伸びた板状の部位であり、取付部４２ｃと基準面４２ｅの前方側の表面は、面一な形状となっている。取付部４２ｃには、螺子孔４２ｄが形成されている。

基準面４２ｅは、基準面４２ｅの中央部分に、基準面４２ｅを貫通する貫通孔４２ｇを備える。貫通孔４２ｇは、鏡筒部４２ａよりも径が小さく形成されており、鏡筒部４２ａは、基準面４２ｅの外壁面側において、貫通孔４２ｇを塞ぐ位置に設置される。すなわち、鏡筒部４２ａの内部と貫通孔４２ｇとは連通している。また、基準面４２ｅは、内壁面４２ｆに、光学フィルタ４４を固定するための固定用溝４２ｈを備える。固定用溝４２ｈは、貫通孔４２ｇの内壁面と連結して、貫通孔４２ｇを囲むように形成されている。

光学フィルタ４４は、所定の波長の光をカットするものである。光学フィルタ４４としては、例えば、赤外線をカットする赤外線カットフィルタが挙げられる。赤外線カットフィルタを、レンズ４１と後述する撮像素子４５との間に設置することで、屋外などの赤外線の多い環境で撮影した場合に、電荷が飽和して画像が真っ白になることが抑制される。光学フィルタ４４は、基準面４２ｅに形成されている固定用溝４２ｈに、接着剤で固定される。

鏡筒部４２ａ及びベース部４２ｂは、レンズ４１の光軸に対照な形状を有する。ここで、鏡筒部４２ａ及びベース部４２ｂを樹脂で一体成形しようとすると、部品の精度が出しにくいという問題がある。本実施形態では、鏡筒部４２ａ及びベース部４２ｂを単純な形状とすることにより、樹脂による一体成形に伴う部品の精度の低下を抑制している。

カメラ基板４３は、撮像素子４５及びコネクタ４６が搭載された板状部材である。本実施形態では、コネクタ４６は、撮像素子４５と板状部材の同じ側に搭載されているが、板状部材の反対側に搭載されていてもよい。カメラ基板４３は、撮像素子４５が搭載された面を前方に向けて、ベース部４２ｂの後方の開放端部に組み付けられる。すなわち、カメラ基板４３は、撮像素子４５が、基準面４２ｅの内壁面に設置された光学フィルタ４４と対向するように、ベース部４２ｂの後方端部に組み付けられる。

カメラ基板４３とベース部４２ｂとは、互いに組み合わさった状態において、ぴったりと嵌り合って互いの動きが規制される形状ではなく、相対位置の調整が可能な形状になっている。後述するように、カメラ基板４３とベース部４２ｂとは、相対位置が調整された状態で接着剤を用いて固定される。

撮像素子４５は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の半導体イメージセンサ素子である。撮像素子４５は、矩形板状であり、表面が単一平面をなす受光面で構成されており、レンズ４１により受光面に結像された被写体像を撮像して画像信号を出力する。このとき、レンズ４１の光軸に対して撮像素子４５の受光面が傾くと、片ボケ等が生じて画像の品質が低下してしまう。よって、レンズ４１の光軸に対する撮像素子４５の受光面が正確に直交するように、光学ユニット４２とカメラ基板４３の位置決めを行う必要がある。なお、光学ユニット４２とカメラ基板４３の相対位置の調整については後述する。

カメラモジュール４は、図４に示すように、基準面４２ｅの表面を位置決めの基準として、カメラケース３に固定される。すなわち、カメラモジュール４は、カメラケース３の左側面内壁３ｌ及び右側面内壁３ｍに、取付部４２ｃが螺子３０で螺子止めされることで、カメラケース３に固定される。

カメラケース３において、カメラモジュール４の下方には、図示しない信号処理基板や接続配線が配置される。信号処理基板は、カメラモジュール４により取得される画像信号の処理を行う板状の部品であり、カメラモジュール４の下方においてカメラケース３に固定される。信号処理基板にはコネクタが設けられており、信号処理基板のコネクタと、カメラ基板４３のコネクタ４６とは接続配線で電気的に接続される。なお、ここでは、被写体像を撮像して画像信号を生成する部品をカメラモジュール４といい、カメラモジュール４に、更に信号処理基板や接続配線、カメラケース３、フード５等の部品を含めた全体をカメラ装置１という。

次に、光学ユニット４２とカメラ基板４３との相対位置の調整、及び光学ユニット４２とカメラ基板４３との固定について、図５を参照して説明する。上述したように、光学ユニット４２とカメラ基板４３とは、互いに組み合わされた状態において、相対位置の調整が可能である。この自由度を利用して、６軸調整により、光学ユニット４２に対するカメラ基板４３の相対位置を調整する。すなわち、カメラ基板４３が、光学ユニット４２に対して、レンズ４１の光軸が撮像素子４５の受光面の中心を通り、かつ光軸が撮像素子４５の受光面に直交する位置に固定される。ここでの６軸調整は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の並進方向、並びにそれぞれの軸回りの回転方向における調整を意味する。本実施形態では、光学ユニット４２とカメラ基板４３の相対位置の調整は、接着剤の形状、例えば接着剤の厚みや広がり等を調整することにより行われる。

［２．車載］
次に、カメラ装置１を車両へ搭載した状態について、図７及び図８を参照して説明する。光学ユニット４２は樹脂で一体成形されているため、ベース部４２ｂの基準面４２ｅに対する鏡筒部４２ａの角度は一定となる。したがって、カメラケース３の掛止部３ｋから鏡筒部４２ａの先端までの総合公差は、掛止部３ｋから基準面４２ｅまでの公差、及び基準面４２ｅから鏡筒部４２ａの先端までの公差の合計となる。

これに対して、図６に示すカメラモジュール４０のように、鏡筒部４２０ａとベース部４２０ｂとを別部品として、ベース部４２０ｂに対して鏡筒部４２０ａの相対位置を６軸で調整した場合、ベース部４２０ｂの基準面４２０ｅに対する鏡筒部４２ａの角度が大きくなるおそれがある。この場合、総合公差は、掛止部３ｋから基準面４２ｅまでの公差、基準面４２０ｅから鏡筒部４２０ａとベース部４２０ｂとの接着部までの公差、及び接着部から鏡筒部４２ａの先端までの公差の合計となる。よって、カメラモジュール４０は、本実施形態と比べて総合公差が大きくなる。

図７に示すように、カメラ装置１を車両に搭載する場合、総合公差が比較的小さくなるため、フロントガラス７とカメラケース３とのクリアランスＣＬ１を比較的小さくすることができる。その結果、フロントガラス７とカメラケース３との間に設置され、レンズ４１を下方から覆うフード５の前後方向のサイズを、比較的小さくすることができる。この場合、カメラ装置１の前後方向のサイズ、すなわちフード５の前方先端からカメラケース３の後面までの距離はＬＬ１となる。

なお、カメラ装置１では、カメラモジュール４に対するカメラ基板４３の相対位置を６軸調整するため、基準面４２ｅに対してカメラ基板４３が傾くことがある。よって、カメラ装置１では、カメラモジュール４の後面とカメラケース３の後面とのクリアランスＣＬ２を、ベース部４２ｂに対する鏡筒部４２ａの相対位置を６軸調整する場合よりも大きくする必要がある。ここで、コネクタ４６を撮像素子４５と基板の同じ側に搭載すると、クリアランスＣＬ２を抑制することができる。

一般に、カメラ装置１のレンズ４１は、路面の白線を写すように画角範囲が設定されて
いる。よって、フード５は、レンズ４１の画角範囲に入らないように、上下方向の高さを低く、かつ前後方向の長さを長く形成されて、フロントガラス７とカメラケース３との間を埋めている。そのため、クリアランスＣＬ１が十分に小さい場合は、フード５の前後方向のサイズを抑制することができるが、クリアランスＣＬ１が大きくなると、フード５の前後方向のサイズは急増してしまう。

カメラモジュール４０をカメラケース３に固定したカメラ装置１０を車両に搭載する場合、カメラ装置１と比較して公差が大きくなる。図８に破線で示すように、一般車両のフロントガラス７は車室内に向かって傾斜しているため、総合公差が大きな場合には、クリアランスＣＬ１を大きくしないと、カメラ装置１０を車両に搭載できなくなる。よって、カメラ装置１０を車両に搭載する場合、クリアランスＣＬ１が比較的大きくなり、その結果、フード５０の前後方向のサイズが増大する。カメラ装置１０の前後方向のサイズは、カメラ装置１の前後方向のサイズよりも大きいＬＬ２となり、カメラ装置１よりも大型化してしまう。

［３．効果］
以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）鏡筒部４２ａとベース部４２ｂとが樹脂で一体成形されて光学ユニット４２が作られるため、ベース部４２ｂの基準面４２ｅに対する鏡筒部４２ａの角度は一定となる。そのため、カメラ装置１をカメラケース３に固定する際に、カメラケース３の掛止部３ｋから鏡筒部４２ａの先端までの公差を抑制できる。ひいては、フード５大きさを抑制し、カメラ装置１を小型化することができる。

（２）鏡筒部４２ａとベース部４２ｂを一体部品としても、カメラ基板４３を６軸調整することで、レンズ４１と撮像素子４５との相対位置を適切な位置にすることができる。具体的には、レンズ４１と撮像素子４５の相対位置を、レンズ４１の光軸が撮像素子４５の受光面の中心を通り、かつ、レンズ４１の光軸が撮像素子４５の受光面に直交する位置にすることができる。

（３）光学ユニット４２を単純な形状としたことにより、光学ユニット４２を樹脂で一体成形しやすいとともに、光学ユニット４２の精度を出しやすい。
［他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）上記実施形態では、鏡筒部４２ａとベース部４２ｂとを樹脂で一体成形しているが、これに限定されるものではない。例えば、鏡筒部４２ａとベース部４２ｂとを金属で一体成形してもよい。また、鏡筒部４２ａとベース部４２ｂとを別部品とし、ベース部４２ｂに鏡筒部４２ａを一定の位置関係で螺子止めしたり、接着剤で止めたりしてもよい。この場合、鏡筒部４２ａとベース部４２ｂとを一体した場合よりも、上記総合公差は大きくなるが、ベース部４２ｂに対して鏡筒部４２ａの相対位置を６軸で調整する場合よりも抑制することができる。ひいては、カメラ装置１を小型化することができる。

（２）上記実施形態では、光学ユニット４２とカメラ基板４３の相対位置の調整は、接着剤の形状を調整することにより行っているが、これに限定されるものではない。例えば、ベース部４２ｂの端部とカメラ基板４３との間にシム部材等をいれて、光学ユニット４２とカメラ基板４３の相対位置を調整してもよい。

（３）上記実施形態では、カメラモジュール４をカメラケース３に螺子を用いて固定しているが、これに限定されるものではない。例えば、カメラモジュール４をカメラケース
３に接着剤を用いて固定してもよい。

（４）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

１…カメラ装置、３…カメラケース、４…カメラモジュール、５…フード、４１…レンズ、４２…光学ユニット、４３…カメラ基板、４２ａ…鏡筒部、４２ｂ…ベース部、４２ｅ…基準面。

Claims (2)

1. 車両のフロントガラス（７）に車室内から固定されるカメラケース（３）と、
   レンズ（４１）を備える光学ユニット（４２）と、撮像素子（４５）を備えて前記光学ユニットの端部に固定されるカメラ基板（４３）と、を備えて、前記カメラケースに固定されるカメラモジュール（４）と、を備え、
   前記光学ユニットは、内部に前記レンズを保持する鏡筒部（４２ａ）と、前記カメラケースに前記カメラモジュールを固定する際の位置決めの基準となる基準面（４２ｅ）を有し、前記鏡筒部が一定の位置関係で固定されるベース部（４２ｂ）と、を備え、
   前記カメラ基板は、前記光学ユニットに対して、前記ベース部に固定された前記鏡筒部の前記レンズの光軸が前記撮像素子の受光面の中心を通り、かつ前記レンズの光軸が前記受光面に直交する位置で固定され、
   前記鏡筒部と前記ベース部とは一体成形されており、
   前記ベース部と前記カメラ基板とが接着によって固定され、
   前記ベース部は、前記カメラモジュールを前記カメラケースに固定するための取付部（４２ｃ）を有し、
   前記取付部は、前記基準面を有し、
   前記取付部の前記基準面は、前記撮像素子及び前記カメラケースの内壁（３ｌ，３ｍ）に対して平行であり、
   前記カメラケースの内壁と当接した前記取付部の前記基準面において、前記カメラモジュールが前記カメラケースに固定される、
   カメラ装置。
2. 請求項１に記載のカメラ装置であって、
   前記光学ユニットは、前記レンズの光軸に対して対称な形状を有する、カメラ装置。

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