JP6700651B2 - ステレオカメラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステレオカメラ装置に関する。

特許文献１には、シャーシに対して基板の四隅を固定し、基板の中央部をシャーシに設けた弾性切片により弾性的に保持する保持構造が示されている。引用文献２には、弾性部材の内部に剛性筒体を配置した基板固定具をねじ止めすることにより、基板を筐体にフローティング支持する構造が示されている。

特開２０１２−６４９８５号公報

特許文献１に示すように、基板の四隅を筐体に一体に固定すると、基板と筐体との線膨張係数の差により応力が発生し、筐体が歪むおそれがある。筐体が歪むと、製品として筐体を取り付け位置に取り付ける際の取り付け精度などに影響を与えるおそれがある。一方、特許文献２に示すように基板を筐体にフローティング支持すると、筐体に対する基板の相対的な位置決めが困難となる。したがって、ねじと基板の穴との間のクリアランスを適切に保つことが困難であり、また、製品としての組み立て精度に影響を与えるおそれもある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筐体に対する基板の相対的な位置決めができ、かつ基板との線膨張係数の違いによる筐体の歪みを防止できるステレオカメラ装置を提供することである。

上記課題を解決する本発明のステレオカメラ装置は、左右の撮像部を有する筐体に基板が取り付けられたステレオカメラ装置であって、前記筐体は細長の矩形形状を有し、前記基板は前記筐体の長手方向に沿って取付けられ細長の矩形形状を有するものであり、前記左右の撮像部は、前記筐体の長手方向の両端部に設けられており、前記基板を前記筐体に固定する一つの固定手段と、該固定手段により固定された固定点に接近及び離間する方向に移動可能に前記基板を前記筐体に支持する少なくとも一つのフローティング支持手段とを有し、前記基板は、前記左右の撮像部の間に配置されており、前記フローティング支持手段の数は、前記固定手段の数よりも多いことを特徴としている。

本発明によれば、筐体に対する基板の相対的な位置決めができ、かつ基板との線膨張係数の違いによる筐体の歪みを防止できるステレオカメラ装置を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

ステレオカメラ装置を搭載した車両を模式的に示す図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図。 ステレオカメラ装置の左側面図。 ステレオカメラ装置の背面図。 ステレオカメラ装置の下面図。 下カバーを外した状態を示す下面図。 基板を取り外した状態を示す下面図。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。 図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。

次に、本発明の一実施形態について図面を用いて以下に説明する。
図１は、ステレオカメラ装置を搭載した車両を模式的に示す図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図である。

本実施の形態は、本発明の基板の保持構造を車載用のステレオカメラ装置に適用したものである。ステレオカメラ装置１は、図１（ａ）に示すように、車両Ｍの車室内に配置され、フロントガラスを透過して車両前方を撮像する。ステレオカメラ装置１は、図１（ｂ）に示すように、左右一対の撮像部２Ｒ、２Ｌを有しており、各撮像部２Ｒ、２Ｌで撮像した一対の画像から視差を算出し、距離画像を生成する。ステレオカメラ装置１で生成された距離画像は、他の車両や歩行者などの障害物との衝突を回避する車両制御や警報制御等に用いられる。

図２は、ステレオカメラ装置の左側面図、図３は、ステレオカメラ装置の背面図、図４は、ステレオカメラ装置の下面図、図５は、下カバーを外した状態を示す下面図、図６は、基板を外した状態を示す下面図である。

ステレオカメラ装置１は、例えば図５に示すように、撮像部２Ｒ、２Ｌを有する筐体３と、筐体３に取り付けられた基板４を有している。筐体３は、略一定幅で左右に延在する細長薄厚の矩形形状を有しており、その長手方向両端部に撮像部２Ｒ、２Ｌが設けられている。筐体３は、下カバー５との協働により基板４を内部に収容する基板収容部３１と、基板収容部３１の左右両端に設けられて撮像部２Ｒ、２Ｌがそれぞれ固定される一対のカメラ固定部３２と、基板収容部３１の前端及び後端から前後方向にそれぞれ突出して車室の天井等の車体部材に吊り下げ固定される車体部材固定部３３とを有している。

基板収容部３１は、図６に示すように、平面視略矩形の上面部３１ａと、上面部３１ａの周縁に沿って周状に連続するように立設された縦壁部３１ｂとを有する平箱形状を有しており、これら上面部３１ａと縦壁部３１ｂによって囲まれる内部空間に基板４が収容されるようになっている。

一対のカメラ固定部３２は、基板収容部３１から互いに離反する方向に延出する延出部３２ａと、延出部３２ａの前端で折曲されて下方に向かって垂下する垂下面部３２ｂとを有しており、図２に示すように断面Ｌ字状となり、垂下面部３２ｂの前面に撮像部２Ｒ、２Ｌが固定されている。

車体部材固定部３３は、基板収容部３１の前方の縦壁部３１ｂに突設された左右一対の突起部３３ａと、基板収容部３１の後方の縦壁部３１ｂに突設された１つの突起部３３ｂに、それぞれ貫通孔３３ｃ、３３ｄが穿設されている。そして、これら各貫通孔３３ｃ、３３ｄに不図示の固定ボルトを挿通して固定ボルトの先端を車体部材に螺合することによって、筐体３が車体部材に固定される。

撮像部２Ｒ、２Ｌは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子とレンズを有しており、レンズの光軸や撮像素子の位置を微調整可能なキャリブレーション機構２１を介して筐体３のカメラ固定部３２に固定されている。撮像部２Ｒ、２Ｌには、撮像した撮像画像の信号を基板４に出力するための信号ケーブル２２が接続されている。

基板４は、例えばガラスエポキシなどの合成樹脂を含む材料からなり基板収容部３１に配置される細長の矩形形状を有する基板本体４１に電子回路を構成するための各種電子部品が実装されている。基板本体４１には、車両のＥＣＵと通信するための通信ケーブルが挿脱されるコネクタ４３が設けられている。コネクタ４３は、基板収容部３１の後面に開口する開口穴３１ｄに連続する位置に配置されており、基板収容部３１の後方から通信ケーブルを挿脱するようになっている。

基板４に実装される電子部品のうち、マイコンやＬＳＩ、電源レギュレータの電子部品は、通電により発熱する発熱部品４２となる。したがって、図６に示すように、基板収容部３１の上面部３１ａには、これらの発熱部品４２の熱を積極的に吸収するために、発熱部品４２に対応する位置にヒートシンクとなる凸部３１ｃが設けられており、基板４とのクリアランスが狭められている。発熱部品４２の熱は、クリアランスを介して凸部３１ｃに伝達され、筐体３全体に拡散されて放熱される。

ステレオカメラ装置１は、各撮像部２Ｒ、２Ｌで撮像した一対の画像に基づいて視差を算出するので、視差の算出精度を確保するために、撮像部２Ｒ、２Ｌの取り付け位置のずれや振動を抑制する必要がある。従って、各撮像部２Ｒ、２Ｌを有する筐体３は、所定以上の剛性が得られるように軽量の金属製材料によって構成されており、本実施形態では、アルミニウム合金を鋳造して成形されている。

筐体３に用いられるアルミニウム合金と基板本体４１に用いられるガラスエポキシ材料とは、線膨張係数が異なっており、アルミニウム合金の方がガラスエポキシ材料よりも熱膨張率が高い。従って、例えば筐体３に対して基板４の複数箇所をすべて動かないように一体に固定した場合、すなわちリジッドに固定した場合に、熱膨張により基板４よりも筐体３の方が伸びるので、筐体３が基板４に引っ張られて筐体３に曲げ応力が作用するおそれがある。

特に、本実施の形態では、筐体３が細長薄厚の矩形形状を有しているので、長手方向に伸びる量が多い。したがって、基板４の複数箇所をすべて固定してしまうと、曲げ応力により筐体３に歪みが生じやすく、その両端に設けられている撮像部２Ｒ、２Ｌの位置が変化するおそれがある。撮像部２Ｒ、２Ｌの位置が変化すると、基線長や車両との幾何学系の設定が変化してしまい、視差の検出精度に影響を与えるおそれがある。

これに対して、本実施の形態におけるステレオカメラ装置１は、基板４を筐体３に保持する構造として、基板４を筐体３に固定する少なくとも一つの固定手段Ａ１と、固定手段Ａ１により固定された固定点に接近及び離間する方向に移動可能に基板４を筐体３に支持する少なくとも一つのフローティング支持手段Ａ２とを有している。従って、筐体３に対する基板４の相対的な位置決めをすることができ、かつ、熱膨張時に筐体３と基板４との間に応力が発生して筐体３が歪むのを防止できる。

基板４は、筐体３に対して合計で５つの箇所で留められており、より詳しくは、図５に示すように、基板４の前部が左右に分かれて２箇所で留められ、基板４の後部が左右とその中央の３箇所で留められている。そして、基板４の前部左の１箇所のみが固定手段Ａ１により筐体３に対して動かないように一体に固定され、残りの４箇所がフローティング支持手段Ａ２により支持されている。

基板４は、固定手段Ａ１によって筐体３に対して位置決めされた状態で固定される。そして、フローティング支持手段Ａ２は、固定手段Ａ１により固定された固定点に対して接近及び離間する方向に移動可能に基板４を筐体３に支持しているので、基板４と筐体３が熱膨張して線膨張係数の差によって基板４よりも筐体３の方がより大きく膨張した場合に、基板４によって筐体３が引っ張られるのを防ぐことができる。

図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、固定手段の構造の一例を説明する断面図、図８は、図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図であり、フローティング支持手段の構成の一例を説明する断面図である。

固定手段Ａ１は、図７に示すように、筐体３のボス３４Ａに螺設されたねじ穴と、基板本体４１の貫通孔４１ａに挿通されてねじ穴に螺合される固定ねじ５１を有しており、固定ねじ５１のヘッド５３とボス３４Ａとの間に基板本体４１を挟み込んで固定する。基板４は、固定手段Ａ１によって筐体３に一体に固定され、基板本体４１の貫通孔４１ａと、貫通孔４１ａに挿通される固定ねじ５１との間の隙間の範囲内で筐体３に位置決めされる。

フローティング支持手段Ａ２は、図８に示すように、筐体３のボス３４Ｂに螺設されたねじ穴と、基板本体４１の貫通孔４１ｂに挿通されて先端のねじ軸部６２がねじ穴に螺合される段付ねじ６１を有している。

段付ねじ６１は、ねじ軸部６２と、その基端で拡径された太軸部６３と、太軸部６３に外嵌される弾性Ｏリング６５よりも太軸部６３の基端に設けられたフランジ部６４とを有している。太軸部６３は、基板本体４１の貫通孔４１ｂに挿通される。

太軸部６３の外径は、筐体３と基板本体４１との間の線膨張係数の差により、基板本体４１と筐体３とが相対的にスライド方向に移動した際に、太軸部６３が基板本体４１に当接することなく、相対的な移動を許容する隙間を貫通孔４１ｂとの間に形成する大きさを有している。すなわち、太軸部６３と基板本体４１の貫通孔４１ｂとの間には、筐体３と基板本体４１が熱膨張した際に、基板本体４１と筐体３とが相対的にスライド方向に移動可能な隙間が形成されている。

太軸部６３の外径は、ボス３４Ｂの頭頂面の外径よりも小さく、フランジ部６４の外径は、ボス３４Ｂの頭頂面の外径とほぼ同じ大きさを有しており、フランジ部６４とボス３４Ｂの頭頂面とが互いに対向している。段付ねじ６１は、ねじ軸部６２と太軸部６３との間の段付面がボス３４Ｂの頭頂面に当接することによって筐体３に固定され、フランジ部６４がボス３４Ｂの頭頂面との間に一定の間隔を空けて対向配置される。基板本体４１は、太軸部６３に外嵌された弾性部材からなるＯリング６５によって、ボス３４Ｂに所定の押圧力で押圧されており、ボス３４Ｂに対する基板本体４１のスライド方向の移動を可能とした状態で筐体３に支持されている。

したがって、例えば筐体３と基板４が熱膨張して筐体３のボス３４Ａとボス３４Ｂとの間の距離が基板４の貫通孔４１ａと貫通孔４１ｂとの間の距離よりも長くなった場合に、ボス３４Ｂに対して基板４をスライド移動させることができ、基板４によって筐体３が引っ張られるのを防ぐことができ、筐体３の歪みを防止できる。

ステレオカメラ装置１は、１点を固定手段Ａ１で固定し、他の４点をフローティング支持手段Ａ２でフローティング支持している。従って、他の４点における段付ねじ６１の太軸部６３と基板本体４１の貫通孔４１ｂとの間のクリアランスを適切に保つことができる。

上述の実施の形態では、基板４の前部左の１箇所のみが固定手段Ａ１により固定され、残りの４箇所がフローティング支持手段Ａ２により支持されている場合について説明したが、固定手段Ａ１の数は一つに限定されるものではない。例えば複数の固定手段Ａ１を互いの離間距離が短い位置に設けて、各固定手段Ａ１からの離間距離が長い位置にフローティング支持手段Ａ２を設けてもよい。また、フローティング支持手段Ａ２の数も複数に限定されるものではなく、一つとしてもよい。

ステレオカメラ装置１は、固定手段Ａ１が基板収容部３１の前部左に配置されている。基板収容部３１の前部左の近傍には、基板４の発熱部品４２が多く配置されており、基板４の中でも比較的高温となりやすい領域である。このように高温領域に固定手段Ａ１を設けることによって、基板４の熱を固定ねじ５１からボス３４Ａに伝達し、筐体３全体に放熱させることができ、基板４の冷却性能を向上させることができる。

また、図６に示すように、筐体３の上面部３１ａには、発熱部品４２に対応する位置にヒートシンクとなる凸部３１ｃが設けられており、基板４とのクリアランスが他よりも狭められている。従って、高温領域に固定手段Ａ１を配置することによって、凸部３１ｃと基板４との間のクリアランスを一定に保つことができ、安定した放熱性能を確保することができる。

そして、基板４の後部左には、コネクタ４３が配置されている。コネクタ４３に通信ケーブルを挿脱する際に、基板４には前後方向の力が作用するが、固定手段Ａ１が基板収容部３１の前部左に配置されて、コネクタ４３の挿脱方向に対向する位置に配置されているので、この前後方向に作用する力を固定手段Ａ１で受けることができ、かかる力に起因した基板４の移動を抑制できる。また、基板４の位置は固定手段Ａ１によって位置決めされているので、コネクタ４３を基板収容部３１の開口穴３１ｄに対向する位置に必ず配置することができ、組立精度と品質の高い製品を提供することができる。

固定手段Ａ１は、左右の撮像部２Ｒ、２Ｌの間の中央寄り位置に配置されているのに対して、フローティング支持手段Ａ２は、固定手段Ａ１よりも左右の撮像部２Ｒ、２Ｌの一方側に接近した位置に配置されている。このように、筐体３の長手方向端部よりも長手方向中央寄り位置に固定手段Ａ１を設けることにより、基板本体４１の端部までの距離をなるべく短くし、熱膨張により筐体３が伸びる距離をより短くすることができる。従って、段付ねじ６１の太軸部６３と基板本体４１の貫通孔４１ｂとの間に形成される基板本体４１と筐体３とが相対的にスライド方向に移動可能な隙間をより小さくすることができる。

固定手段Ａ１を基板４のノイズが発生しやすい箇所に配置して積極的にグランドアースする構成としてもよい。基板４で発生したノイズを固定手段Ａ１の固定ねじ５１から筐体３に逃がすことができ、ノイズによる影響を抑制できる。

上述の実施の形態では、ステレオカメラ装置１の場合を例に説明したが、撮像部を一つもしくは３以上有するカメラ装置にも適用することができ、筐体３の歪みを抑えることによって、光軸のずれや車両との幾何学系の設定変化を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ ステレオカメラ装置（カメラ装置）
２Ｒ、２Ｌ 撮像部
３ 筐体
４ 基板
４３ コネクタ
５１ 固定ねじ
Ａ１ 固定手段
Ａ２ フローティング支持手段
Ｍ 車両

Claims (2)

1. 左右の撮像部を有する筐体に基板が取り付けられたステレオカメラ装置であって、
   前記筐体は、金属製材料によって構成される細長の矩形形状を有し、
   前記基板は、前記筐体の長手方向に沿って取付けられ、かつ合成樹脂を含む材料からなる細長の矩形形状を有するものであり、
   前記左右の撮像部は、前記筐体の長手方向の両端部に設けられており、
   前記基板を前記筐体に固定する一つの固定手段と、
   前記基板を該基板の厚さ方向に挟持して前記基板の面に沿う方向であって前記固定手段により固定された固定点に接近及び離間する方向に前記基板を前記筐体にスライド移動可能に支持する支持手段と、を有し、
   前記基板は、前記左右の撮像部の間に配置されており、
   前記支持手段の数は、前記固定手段の数よりも多く、
   前記固定手段は、前記支持手段の少なくとも一つよりも前記筐体の長手方向中央寄り位置に配置され、
   前記基板は、発熱部品を備えるものであり、
   前記固定手段は、前記発熱部品による高温領域に設けられることを特徴とするステレオカメラ装置。
2. 前記固定手段は、前記基板を前記筐体に締結する固定ねじを有することを特徴とする請求項１に記載のステレオカメラ装置。

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