WO2017179516A1 - 多眼光学装置 - Google Patents

Abstract

筒形状のフランジ部分を有する筐体と、該フランジ部分に挿入され、固定されたレンズとを含む光学装置を少なくとも二つ、互いの光軸が略平行となるように並んで設置された多眼光学装置において、二つの光学装置が並ぶ方向を基線長方向とした場合、フランジ部分の側面のうち、レンズの基線長方向延長上に貫通孔が形成され、該貫通孔を介して筐体とレンズとが固定されている。

Description

多眼光学装置

　本発明は、多眼光学装置に関する。

　物体との距離を測定する装置として、複数の光学装置を用いて写した画像から距離を算出する、多眼光学装置が知られている。距離測定が可能な多眼光学装置は、自動車の運転支援システム、ロボットの姿勢制御システム、船舶に搭載される距離計等に適用されている。自動車の運転支援システムとしては、緊急自動ブレーキ、車間距離維持、車線逸脱防止、事故自動回避などのシステムが考えられている。このようなシステムにおいて、物体までの距離を測定する為の車載用センサの一つとして、ステレオカメラと呼ばれる多眼光学装置が用いられる。

　ステレオカメラは２台の光学装置から構成され、２台の光学装置は互いの光軸が凡そ平行であり、所定の距離（基線長）だけ離れた位置に設置される。このステレオカメラでは、２台の光学装置から得られた画像の視差から、物体との距離を演算できる。したがってステレオカメラを自動車の進行方向に向けて設置することで、道路の形状と道路上に存在する物体の位置を検出できる。このことにより自動車の衝突事故防止の一助となることが期待されており、安価で信頼性の高い車載用のステレオカメラが望まれている。

　本技術分野の背景技術として、特開２００１－２９６４６２号公報（特許文献１）がある。この公報には、「１対のレンズ要素からなるレンズユニットと、１対のセンサ要素からなるセンサユニットとが、ホルダの両端に固定されている。レンズユニットは１対のレンズ要素の略中央を通りかつその基線長方向に垂直な面上に固着部を有する。ホルダはレンズユニットの固着部に接近又は当接する固着部を有する。そして、レンズユニットの固着部とホルダの固着部との間が、溶剤又は接着剤により固着される。」と記載されている。

日本国特開２００１－２９６４６２号公報

　多眼光学装置では、経年変化による光軸ずれによって、距離測定の精度が低下することが課題である。光軸ずれとは、光学装置を構成するレンズの光軸と撮像素子との相対的位置関係が変化することで、物体の結像位置がずれる現象である。これはレンズや撮像素子の固定位置が、温度変化などの要因で所定の位置からずれることで起こる。多眼光学装置では複数の光学装置から得られた画像の視差から物体との距離を算出する為、これによって距離の測定値にずれが生じる。ステレオカメラでは、２台の光学装置から得られた画像の基線長方向の視差から物体との距離を算出する為、基線長方向に光軸ずれが発生した場合、距離測定値の誤差は大きくなる。したがってステレオカメラにおいては、距離測定の精度を長期に亘って維持する為、経年変化による基線長方向の光軸ずれを抑制することが必要である。

　前記特許文献１には、レンズユニットとセンサユニットが接着剤によって固定された光学モジュールを用いて、被写体との距離を測定する仕組みが示されている。しかし特許文献１に記載の光学モジュールのように、レンズユニットの基線長方向に接着剤が存在しない構造では、経年変化による基線長方向の光軸ずれを防止できない。このような光学モジュールでは、例えば周囲の温度変化によって接着部に基線長方向の熱応力が働いた場合、レンズユニットの接着面にはせん断応力が加わる事となる為、レンズユニットの位置ずれに起因する基線長方向の光軸ずれが、容易に発生すると考えられる。そこで本発明は、温度変化の大きい環境下においても、レンズの位置ずれに起因する基線長方向の光軸ずれを起こし難い多眼光学装置を提供する。

　上記課題を解決する為に本発明の多眼光学装置は、筒形状のフランジ部分を有する筐体と、該フランジ部分に挿入され、固定されたレンズとを含む光学装置を、少なくとも二つ、互いの光軸が略平行となるように並んで設置された、多眼光学装置において、前記二つの光学装置が並ぶ方向を基線長方向とした場合、前記フランジ部分の側面のうち、前記レンズの基線長方向延長上に貫通孔が形成され、貫通孔を介して前記筐体と前記レンズとが固定されていることを特徴とする。

　本発明によれば、温度変化の大きい環境下であっても、経年による基線長方向の光軸ずれが発生し難い多眼光学装置を提供できる。

　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。

本発明に係る多眼光学装置の全体斜視図である。 本発明に係る多眼光学装置の正面図である。 図２Ａの線分ＡＡにおける断面図である。 実施例１に係る貫通孔付近の固定構造を説明する図である。 レンズ鏡筒がフランジ部の中心に挿入された状態を表す図である。 レンズ鏡筒がフランジ部の中心からずれて挿入された状態を表す図である。 レンズ鏡筒がフランジ部の中心軸から傾いて挿入された状態を表す図である。 実施例２に係る貫通孔付近の固定構造を説明する図である。 接着剤の不完全な充填によって、レンズ鏡筒が位置ずれを起こすメカニズムを表した図である。 実施例３に係る貫通孔付近の固定構造を説明する図である。 実施例４に係る貫通孔付近の固定構造を説明する図である。 実施例５に係る貫通孔付近の固定構造を説明する図である。 実施例５の効果の一例を説明する図である。

　以下、実施例を図面によって説明する。

　第１の実施例について、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３を用いて説明する。

　図１は本発明に係る多眼光学装置の全体斜視図、図２Ａは本発明に係る多眼光学装置の正面図、図２Ｂは図２Ａの線分ＡＡにおける断面図、図３は実施例１に係る図２Ｂにおける貫通孔１１５及び貫通孔１２５付近の固定構造を説明する図である。

　多眼光学装置１００は、光学装置１１０、光学装置１２０、センターボディ１３０、を有する。
　光学装置１１０は、ベース部１１１、フランジ部１１２、レンズ鏡筒１１３、撮像素子１１４、一対の貫通孔１１５（貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ））、を有する。ベース部１１１及びフランジ部１１２により、光学装置１１０の筐体が構成される。

　筒形状のフランジ部１１２にはレンズ鏡筒１１３が同軸方向に挿入されており、フランジ部１１２の側面のうち基線長方向（図１乃至図３に記載のＸ方向）に貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ）が形成されている。なお、レンズ鏡筒１１３の挿入を容易とする為、フランジ部１１２の内径はレンズ鏡筒１１３の外形に対して大きくなっている。レンズ鏡筒１１３は、貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ）を介して、フランジ部１１２に固定される。

　撮像素子１１４は、ベース部１１１を挟んでレンズ鏡筒１１３と対向する位置に固定される。なお、レンズ鏡筒１１３をフランジ部１１２に固定する具体的な方法として、図３に示したような、貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ）に対し、接着剤１１６（接着剤１１６（ａ）及び接着剤１１６（ｂ））をそれぞれ注入する方法の他、該貫通孔にネジを挿入する方法や、樹脂を注入する方法、ゴム等の弾性体を挿入する方法などが考えられる。

　この構成によって、レンズ鏡筒１１３は外界から得た視覚情報を撮像素子１１４へ結像し、これによって光学装置１１０は外界の画像を得る。なお、このときレンズ鏡筒１１３と撮像素子１１４の光軸は平行である必要がある。

　光学装置１２０は、ベース部１２１、フランジ部１２２、レンズ鏡筒１２３、撮像素子１２４、一対の貫通孔１２５（貫通孔１２５（ａ）及び貫通孔１２５（ｂ））、を有する。ベース部１２１及びフランジ部１２２により、光学装置１２０の筐体が構成される。筒形状のフランジ部１２２にはレンズ鏡筒１２３が同軸方向に挿入されており、フランジ部１２２の側面のうち基線長方向（図１乃至図３に記載のＸ方向）に貫通孔１２５（ａ）及び貫通孔１２５（ｂ）が形成されており、光学装置１１０と同等の構成になっている。レンズ鏡筒１２３をフランジ部１２２に固定する方法は、光学装置１１０と同様である。すなわち、図３に示したような、貫通孔１２５（ａ）及び貫通孔１２５（ｂ）に対し、接着剤１２６（接着剤１２６（ａ）及び接着剤１２６（ｂ））をそれぞれ注入する方法の他、該貫通孔にネジを挿入する方法や、樹脂を注入する方法、ゴム等の弾性体を挿入する方法などが考えられる。以後は光学装置１１０について主に説明するが、光学装置１２０も光学装置１１０と同様の構成になっているものとする。光学装置１１０と光学装置１２０は、センターボディ１３０を介して互いに所定の距離だけ離れた位置に固定される。

　光学装置１１０で得られた外界の画像と、光学装置１２０で得られた外界の画像とを比較し、基線長方向の視差を算出することで、外界の三次元情報を含む距離画像を生成する。なお、このときレンズ鏡筒１１３とレンズ鏡筒１２３の光軸は平行である必要がある。

　次に、本発明によって経年変化による基線長方向の光軸ずれを抑制できるメカニズムの一例を、図４、図５、図６を用いて説明する。

　図４はレンズ鏡筒１１３がフランジ部１１２の中心に挿入された状態を表す図、図５はレンズ鏡筒１１３がフランジ部１１２の中心軸から基線長方向にずれて挿入された状態を表す図、図６はレンズ鏡筒１１３がフランジ部１１２の中心軸に対して基線長方向に傾いて挿入された状態を表す図である。

　レンズ鏡筒１１３の理想的な挿入状態は、レンズ鏡筒１１３の光軸とフランジ部１１２の中心軸が一致した、図４に示すような状態である。このような挿入状態では、レンズ鏡筒１１３は周囲と等間隔なクリアランスを有した状態で、フランジ部１１２と固定される。

　一方でレンズ鏡筒１１３を挿入する際、設置精度の問題からレンズ鏡筒１１３の光軸がフランジの中心軸から基線長方向にずれた状態（図５）、又は基線長方向に傾いた状態（図６）で固定されることがある。このような固定状態では、図５や図６に示したようなクリアランスの狭い部分が発生する為、温度変化によるレンズ鏡筒１１３とフランジ部１１２の接触が起こり易くなる。

　例えば図５や図６のような固定状態で、光学装置１１０周囲の温度が低下した場合、フランジ部１１２の収縮によってレンズ鏡筒１１３とフランジ部１１２は接触し、接触力がレンズ鏡筒１１３の基線長方向に作用する。この接触力がレンズ鏡筒１１３を介して固定部に繰り返し作用し、変形が蓄積されることで、経年による基線長方向の光軸ずれが起こる。このようなモードで発生する光軸ずれを防止する為には、フランジ部１１２側面のうち基線長方向に貫通孔１１５（貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ））を設け、該貫通孔１１５に接着剤１１６（接着剤１１６（ａ）及び接着剤１１６（ｂ））を注入又はネジを挿入してレンズ鏡筒１１３を固定する、本発明の構成が有効である。

　前記特許文献１に代表される従来の固定方法では、レンズの接着面が基線長方向に対して平行となっている。このような構造では、例えば前述のような接触力がレンズの基線長方向に作用した場合、接着面に対してはせん断力が加わる。接着面に対してせん断力が加わった場合、接着面内の応力分布は均一とならず、接着面の端部などごく狭い部分に応力が集中する。これによって、接着剤１１６は基線長方向に大きく変形し、光軸ずれが発生する。

　一方、本発明で提案する固定方法では、レンズの接着面が基線長方向に対して垂直となっている。このような構造では、例えば前述のような接触力がレンズの基線長方向に作用した場合、接着面に対しては引張力又は圧縮力が加わる。接着面に対して引張力や圧縮力などの軸力が作用した場合、接着面内の応力分布はせん断力に比べて均一となり、応力集中を起こし難い。したがって本発明の構成によれば、温度変化によって発生する基線長方向の光軸ずれを抑制できる。

　第２の実施例について、図７、図８を用いて説明する。なお実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。図７は実施例２に係る貫通孔１１５及び貫通孔１２５付近の固定構造を説明する図、図８は接着剤１１６の不完全な充填によって、レンズ鏡筒１１３が位置ずれを起こすメカニズムを表した図である。

　本実施例では、図７に示すように、基線長方向の貫通孔１１５（貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ））に対して、接着剤１１６（接着剤１１６（ａ）及び接着剤１１６（ｂ））を、該貫通孔の容積以上にそれぞれ充填する。同様に、基線長方向の貫通孔１２５（貫通孔１２５（ａ）及び貫通孔１２５（ｂ））に対して、接着剤１２６（接着剤１２６（ａ）及び接着剤１２６（ｂ））を、該貫通孔の容積以上にそれぞれ充填する。

　貫通孔１１５の容積に対して少ない量の接着剤１１６を充填した場合、接着剤１１６が貫通孔１１５の壁面を濡れ上がることで、図８に示すように接着剤１１６の厚みにばらつきが生じる。接着剤１１６に繰り返しの温度変化が加わると、硬化ひずみ開放などの影響で体積が徐々に変化する。またその体積変化量は接着剤１１６が厚い部分で大きく、薄い部分で小さくなる。したがって接着剤１１６に厚みばらつきが存在する場合、接着剤１１６の体積変化によってレンズ鏡筒１１３は当初の固定位置から徐々に傾き、光軸ずれを起こす。なお、貫通孔１２５の容積に対して少ない量の接着剤１２６を充填した場合も同様である。

　一方で本実施例のように、接着剤１１６及び接着剤１２６を貫通孔１１５及び貫通孔１２５の容積以上にそれぞれ充填した構成では、接着剤１１６、１２６は貫通孔１１５、１２５の壁面を濡れ上がることが無い為、接着剤１１６及び接着剤１２６の厚みばらつきを低減できる。したがって本実施例の構成によれば、実施例１の効果に加えて、温度変化によって発生する基線長方向の光軸ずれを更に抑制できる。

　第３の実施例について、図９を用いて説明する。なお実施例１乃至実施例２に記載され本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。図９は実施例３に係る貫通孔１１５及び貫通孔１２５付近の固定構造を説明する図である。

　本実施例では、図９に示すように、基線長方向の貫通孔１１５（貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ））の周囲に、薄肉領域１１７（薄肉領域１１７（ａ）及び薄肉領域１１７（ｂ））をそれぞれ形成する。同様に、基線長方向の貫通孔１２５（貫通孔１２５（ａ）及び貫通孔１２５（ｂ））の周囲に、薄肉領域１２７（薄肉領域１２７（ａ）及び薄肉領域１２７（ｂ））をそれぞれ形成する。

　本実施例の構成によれば、実施例１及び実施例２の効果に加えて、接着剤１１６及び接着剤１２６を貫通孔１１５及び貫通孔１２５の容積以上にそれぞれ充填した際に、使用する接着剤量を少なくできる。これによって接着剤１１６及び接着剤１２６の直材費を削減できる他、接着剤１１６及び接着剤１２６の未硬化物が固定部に残留することを防止できる。また接着剤１１６及び接着剤１２６の硬化に要する時間やエネルギー入力量を低減できる。

　第４の実施例について、図１０を用いて説明する。なお実施例１乃至実施例３に記載され本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。

　図１０は実施例４に係る貫通孔１１５及び貫通孔１２５付近の固定構造を説明する図である。本実施例では、図１０に示すように、基線長方向の貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ）及び貫通孔１２５（ａ）及び貫通孔１２５（ｂ）の周囲に、段差を有する薄肉領域１１７（ａ）及び１１７（ｂ）及び１２７（ａ）及び１２７（ｂ）をそれぞれ形成する。すなわち、薄肉領域１１７（ａ）、１１７（ｂ）、１２７（ａ）及び１２７（ｂ）のピッチ方向（基線長方向（Ｘ軸方向）とレンズ鏡筒１１３、１２３の光軸方向（Ｚ軸方向）の両方に垂直なＹ軸方向）を含む周囲の各方向に、段差が形成されている。なお、図１０では、貫通孔１２５（ｂ）の周囲に形成された薄肉領域１２７（ｂ）のみを図示しているが、他の貫通孔１１５（ａ）、１１５（ｂ）及び１２５（ａ）の周囲にも、同様の薄肉領域１１７（ａ）、１１７（ｂ）及び１２７（ａ）がそれぞれ形成されている。

　本実施例の構成によれば、実施例１乃至実施例３の効果に加えて、接着剤を貫通孔の容積以上に充填した際に、接着剤が液垂れし、製品を汚染することを防ぐことができる。

　第５の実施例について、図１１、図１２を用いて説明する。なお実施例１乃至実施例４に記載され本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。

　図１１は実施例５に係る貫通孔１１５及び貫通孔１２５付近の固定構造を説明する図である。本実施例では、図１１に示すように、基線長方向の貫通孔１１５（ａ）及び貫通孔１１５（ｂ）及び貫通孔１２５（ａ）及び貫通孔１２５（ｂ）の周囲に、段差を有する薄肉領域１１７（ａ）及び１１７（ｂ）及び１２７（ａ）及び１２７（ｂ）をそれぞれ形成する。このとき前記貫通孔の中心から前記段差までのＹ軸方向（ピッチ方向）の長さは、前記貫通孔の中心から前記段差までのＺ方向の長さに対して、短くなっている。なお、図１１では、貫通孔１２５（ｂ）の周囲に形成された薄肉領域１２７（ｂ）のみを図示しているが、他の貫通孔１１５（ａ）、１１５（ｂ）及び１２５（ａ）の周囲にも、同様の薄肉領域１１７（ａ）、１１７（ｂ）及び１２７（ａ）がそれぞれ形成されている。

　図１２は本実施例の効果の一例を説明する図である。図１２（ａ）に示すように、接着剤１１６（ａ）が薄肉領域１１７（ａ）の壁面に付着した場合、表面張力等によって接着剤１１６（ａ）の厚みが不均衡となる可能性がある。

　例えば、図１２（ａ）のように、図の上部の接着剤１１６（ａ）の厚みが図の下部の厚みよりも厚い場合、接着剤の伸縮によってレンズ鏡筒１１３に加わる力は図の上部の接着剤１１６（ａ）から加わる力１３１（ａ）のほうが下部の接着剤から加わる力１３１（ｂ）よりも大きくなる。従って、力１３１（ａ）と力１３１（ｂ）の合成により、レンズ鏡筒１１３には、反時計回りのモーメント１３１（ｃ）が加わり、フランジの中心軸とレンズ鏡筒１１３の光軸がずれてしまう。

　一方で、図１２（ｂ）のようにＹ軸方向の薄肉領域１１７(ａ)の壁面に接着剤が付着し、図の上部の接着剤１１６（ａ）の厚みが図の下部の厚みよりも厚い場合、接着剤の伸縮によってレンズ鏡筒１１３に加わる力は図の上部の接着剤１１６（ａ）から加わる力１３２（ａ）のほうが下部の接着剤から加わる力１３２（ｂ）よりも大きくなる。従って、力１３２（ａ）と力１３２（ｂ）の合成により、レンズ鏡筒１１３には、反時計回りのモーメント１３２（ｃ）が加わる。しかしながら、モーメント１３２（ｃ）はモーメント１３１（ｃ）と比較してレンズ鏡筒１１３の光軸ずれへの影響が小さいため、接着剤１１６（ａ）の厚みがＹ軸方向に不均衡になることによる光軸ずれへの影響は少ない。

　このように、Ｚ軸方向の薄肉領域１１７(ａ)の壁面に接着剤が付着した場合の光軸ずれに対する影響はＹ軸方向の壁面に接着剤が付着した場合の光軸ずれに対する影響よりも大きいため、Ｚ軸方向の薄肉領域１１７(ａ)の壁面に接着剤が付着することを優先的に防ぐ必要がある。

　本実施例において、貫通孔の中心から前記段差までのＺ軸方向の長さを、前記貫通孔の中心から前記段差までのＹ軸方向の長さに対して長くしているのは接着剤と壁面との距離を大きくすることで接着剤とＹ軸方向の壁面とが接続されるのを防ぐことができる。

　本実施例の構成によれば、実施例１乃至実施例４の効果に加えて、接着剤を貫通孔の容積以上に充填した際に、液垂れした接着剤がＹ軸方向の段差に付着し、光軸方向に接着剤の厚みばらつきが生じることを防ぐことができる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１６年第０８１６８０号（２０１６年４月１５日出願）

１００　多眼光学装置
１１０、１２０　光学装置
１１１、１２１　ベース部
１１２、１２２　フランジ部
１１３、１２３　レンズ鏡筒
１１４、１２４　撮像素子
１１５、１２５　貫通孔
１１６、１２６　接着剤
１１７、１２７　薄肉領域
１３０　センターボディ

Claims (9)

1. 　筒形状のフランジ部分を有する筐体と、
   　該フランジ部分に挿入され、固定されたレンズとを含む光学装置を少なくとも二つ、互いの光軸が略平行となるように並んで設置された多眼光学装置において、
   　前記二つの光学装置が並ぶ方向を基線長方向とした場合、
   　前記フランジ部分の側面のうち、前記レンズの基線長方向延長上に貫通孔が形成され、
   　該貫通孔を介して前記筐体と前記レンズとが固定されている、多眼光学装置。
2. 　請求項１に記載の多眼光学装置において、
   　前記貫通孔に接着剤が注入されることで、前記筐体と前記レンズとが固定されている、多眼光学装置。
3. 　請求項２に記載の多眼光学装置において、
   　前記接着剤が前記貫通孔の容積以上に充填されている、多眼光学装置。
4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の多眼光学装置において、
   　前記貫通孔の周囲に薄肉領域が形成されている、多眼光学装置。
5. 　請求項４に記載の多眼光学装置において、
   　前記基線長方向と前記レンズの光軸方向の両方に垂直な方向をピッチ方向とした場合、
   　前記薄肉領域のピッチ方向に段差が形成されている、多眼光学装置。
6. 　請求項５に記載の多眼光学装置において、
   　前記薄肉領域の周囲に段差が形成されている、多眼光学装置。
7. 　請求項６に記載の多眼光学装置において、
   　前記薄肉領域の周囲に形成された段差のうち、前記貫通孔から前記ピッチ方向の段差までの長さが、前記貫通孔から前記レンズの光軸方向の段差までの長さより短くなっている、多眼光学装置。
8. 　請求項１に記載の多眼光学装置において、
   　前記貫通孔にネジが挿入されることで、前記筐体と前記レンズとが固定されている、多眼光学装置。
9. 　請求項１に記載の多眼光学装置において、
   　前記貫通孔にゴム又は樹脂が注入されることで、前記筐体と前記レンズとが固定されている、多眼光学装置。

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