(57)【要約】【課題】距離データを正確に算出することを可能とするステレオカメラユニットを提供する。【解決手段】本発明のステレオカメラユニット１０は、カメラステイ１２と、カメラステイに固定された一対のレンズ１４と、レンズ１４で集光された光を受光する撮像素子２２と、撮像素子２２が実装される実装基板２４とを備えている。また、実装基板２２がネジ等の締結手段を介してカメラステイ１２に固定されることで、レンズ１４と撮像素子２２との相対位置が決定される。そして、実装基板２２として、カメラステイ１２と同種の金属材料をコア層に有する金属コア基板を採用している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラステイと、前記カメラステイに固定されて外部から入光する光を集光する一対のレンズと、前記一対のレンズに対応して配置されて前記レンズで集光される光を受光する撮像素子と、各々の前記撮像素子が実装されると共に前記カメラステイに固定される実装基板と、を備え、
前記実装基板として、前記カメラステイと同種の金属がコア基材として用いられた金属コア基板を採用することを特徴とするステレオカメラユニット。
【請求項２】
前記撮像素子は、ＣＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項１に記載のステレオカメラユニット。
【請求項３】
前記実装基板は、複数の締結手段を介して前記カメラステイに固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステレオカメラユニット。
【請求項４】
前記カメラステイはアルミニウムを主体とする金属から成り、
前記金属コア基板の前記コア基材としてアルミニウムを主体とする金属が採用されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のステレオカメラユニット。
【請求項５】
前記撮像素子は、前記実装基板に面実装されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のステレオカメラユニット。
【請求項６】
前記実装基板と前記カメラステイとの間には、固定プレートが配置され、
前記固定プレートとして金属基板が採用されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のステレオカメラユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元計測に用いられるステレオカメラユニットに関し、特に、複数の撮像素子が所定の位置関係でカメラステイに固定されたステレオカメラユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像による三次元計測技術として、左右のカメラ（ステレオカメラ）で対象物を異なる位置から撮像し、撮像した１対の画像に基づき両画像の相関を求め、同一物体に対する視差から距離を算出する画像処理が知られている。この種の画像処理では、カメラに設けられているイメージセンサの受光面間の間隔（カメラ基線長）や焦点距離等の予め設定されているカメラパラメータを用いて、三角測量の原理により、ステレオカメラと対象物との間の距離を求める、いわゆるステレオ法が採用されている。このステレオ法による画像処理では、ステレオカメラから得た２つの画像信号を順次シフトしながら重ね合わせて２つの画像信号が一致した位置を求めるようにしている。
【０００３】
ステレオ法で計測された距離の精度は、カメラの取り付け位置の精度に依存する。よって、カメラの受光面の位置がずれた場合、計測距離と実際の距離との間に誤差が生じてしまう。
【０００４】
この誤差を小さくするための技術が下記特許文献１に記載されている。具体的には、図３およびその説明箇所を参照すると、カメラステイ４に配置されるカメラ本体１１に設けられているセンサ格納部１３の底面１３ａと右側壁１３ｃと下側壁１３ｃとを、イメージセンサ１２の背面と右側面と下側面に対する位置出し基準面として用いている。これにより、カメラ本体１１の背面が弾性シート１８の弾性力によりセンサ格納部１３の底面に押し付けられて、その位置が正確に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記技術では使用されるカメラをカメラステイに好適に固定できない場合があった。
【０００７】
具体的には、上記した背景技術では、ステレオ法に用いられるイメージセンサとして比較的大型のＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサが使用されていた。よって、弾性部材の付勢力を用いて、センサ自体の特定の部位を、カメラユニットの他の部位に当接させることで、センサの位置決めを行うことが出来た。
【０００８】
一方、ＣＣＤに替わる撮像素子としてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサが用いられる場合がある。ＣＭＯＳセンサは、太陽光の逆光に対しても原理的にスミアが発生しないので、車載用のイメージセンサとしては適している。
【０００９】
ところが、ＣＣＤセンサと比較すると、ＣＭＯＳセンサは小型であるので、このような小型のＣＭＯＳセンサを、弾性部材の不勢力でステレオカメラユニットの特定の部位に位置決めすることは困難であった。
【００１０】
この問題の対処方法として、小型のＣＭＯＳセンサを実装基板に実装し、この実装基板をカメラステイに固定する構造が考えられる。しかし、一般的にはガラスエポキシからなる実装基板と、アルミニウム等の金属から成るカメラステイとでは、熱膨張率が異なる。具体的には、アルミニウムから成るカメラステイの熱膨張率は２２×１０−６／度であるのに対し、ガラスエポキシから成る実装基板の熱膨張率は１５×１０−６／度である。よって、温度変化による両者の膨張量が異なり、カメラステイに固定されるレンズと、実装基板に実装されるＣＭＯＳセンサとの相対的な位置が変位してしまい、得られる画像もこの変位の影響を受けてしまう。このようになると、画像から導出されるエピポーララインの位置も狂ってしまい、ステレオ法にて右画像の一致点を左画像で探索した時に、一致点が見つからなくなり、正しい距離データを算出できなくなる。
【００１１】
更にまた、実装基板として樹脂材料を用いるとクリープが発生し、これによりボルトで実装基板に軸力を与えても実装基板が薄くなることによりボルトが緩んでしまい、実装基板に実装される撮像素子の位置が所定の箇所から変位してしまう恐れがあった。
【００１２】
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、距離データを正確に算出することを可能とするステレオカメラユニットを提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のステレオカメラユニットは、カメラステイと、前記カメラステイに固定されて外部から入光する光を集光する一対のレンズと、前記一対のレンズに対応して配置されて前記レンズで集光される光を受光する撮像素子と、各々の前記撮像素子が実装されると共に前記カメラステイに固定される実装基板と、を備え、前記実装基板として、前記カメラステイと同種の金属がコア基材として用いられた金属コア基板を採用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、撮像素子が実装された実装基板をカメラステイに固定することで、カメラステイに固定されたレンズと撮像素子との位置を所定にしている。更に、実装基板として、カメラステイと同種の金属材料をコア基材に有する金属コア基板を採用している。よって、実装基板とカメラステイとの熱膨張率が近似しており、温度変化に起因してレンズと撮像素子との相対的位置が大きく変位することが無い。このことから、ステレオ法による距離画像の算出を精度高く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るステレオカメラユニットを示す図であり、（Ａ）はステレオカメラユニットを示す正面図であり、（Ｂ）はステレオカメラユニットの電気的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るステレオカメラユニットを示す図であり、カメラステイに撮像素子等が収納される構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るステレオカメラユニットを示す図であり、撮像素子が実装される実装基板と固定プレートとの関連構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るステレオカメラユニットを示す図であり、撮像素子が実装される実装基板を拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図を参照して、本形態のカメラユニットを説明する。以下の説明において、ＵＰは上方向を示し、ＤＯＷＮは下方向を示し、ＬＨは車両の進行方向を向いた場合の左方向を示し、ＲＨは同様の場合の右方向を示し、ＦＲは前方を示し、ＲＥは後方を示す。
【００１７】
図１（Ａ）を参照して、本形態のステレオカメラユニット１０は、車両の車室内部に於ける前上部の所定箇所に配置される。また、ステレオカメラユニット１０は、フロントガラスを透過して車両の前方を撮影した画像に基づいて、車両とその前方に位置する物体との距離を算出する機能を有する。本形態のカメラユニットを搭載した車両は、得られた距離情報に基づいて、例えば、ユーザーに対する車間距離の警報、ブレーキの作動、誤発進の抑制、追従制御等を行う。
【００１８】
ステレオカメラユニット１０は、左右に配置された一対の撮像素子２２と、これらの撮像素子２２が固定されるカメラステイ１２と、撮像素子２２が実装された状態でカメラステイ１２に固定される実装基板２４とを主要に備えている。２つの撮像素子２２のうち、一方がメインカメラとして機能し、他方がサブカメラとして機能する。
【００１９】
カメラステイ１２は、中心線Ｓを基準位置として製造されており、この中心Ｓ付近の上面が、不図示のアジャスタプレートを介して、車両のフロントレールに固設される。カメラステイ１２は、アルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金から成り、機械加工またはダイキャスト鋳造等により製造される。カメラステイ１２は、全体が一体成型されたものでも良いし、複数の部材が溶接加工や連結されたものでも良い。
【００２０】
ここで、カメラステイ１２の中心線ＳからＲＨ側に配置された撮像素子２２の中心までの距離Ｌｒと、カメラステイ１２の中心線ＳからＬＨ側に配置された撮像素子２２の中心までの距離Ｌｌとは等しい。
【００２１】
図１（Ｂ）を参照して、ステレオカメラユニット１０が組み込まれた車両では、上記した一対の撮像素子２２から得られた画像データを基に、ステレオ画像処理用のＬＳＩ３０で距離データを算出する。そして、マイコン３２で、距離データに基づいて、車両前方に位置する物体の検出を行う。更に、この物体検出の結果に基づいて、ＣＡＮマイコン３４により、ブレーキ３６、エンジン３８、トランスミッション４０を、ＣＡＮ（Controller Area Network）を経由して制御する。また、上記した各演算を行うＬＳＩ３０やマイコン３２は、カメラステイ１２に組み込まれた他の実装基板に固着される。
【００２２】
図２を参照して、カメラステイ１２の端部に、撮像素子２２が実装された実装基板２４が組み込まれる構成を説明する。この図では、カメラステイ１２のＬＨ側の端部に実装基板２４が収納される部位を示しているが、カメラステイ１２のＲＨ側の端部にも同様の構成で実装基板２４等が収納される。
【００２３】
カメラステイ１２のＬＨ側の端部には実装基板２４に実装された撮像素子２２を収納するための空間が設けられている。また、カメラステイ１２のＬＨ側の端部のＦＲ側の外面には円筒状のレンズ固定部１２Ａが設けられており、レンズ固定部１２Ａの内部はカメラステイ１２本体の内部空間と連通している。
【００２４】
レンズ１４は、レンズ本体１４Ａと、レンズ本体１４Ａが収納される円筒状のレンズホルダ１４Ｂとから成る。レンズホルダ１４Ｂがレンズ固定部１２Ａに挿入され、ネジ等の締結手段や接着剤等でレンズホルダ１４Ｂがレンズ固定部１２Ａに固定されることで、レンズ本体１４Ａと、カメラステイ１２との相対的な位置決めが行われる。
【００２５】
レンズフード２８Ａは、レンズ固定部１２Ａが設けられた部分のカメラステイ１２を被覆するようにネジ止めされるカバーであり、レンズ固定部１２Ａに固定されたレンズ１４を保護する役割を有する。レンズフード２８ＡのＦＲ側の面には開口部が設けられている。
【００２６】
レンズ固定部１２Ａが設けられた部分に対応するカメラステイ１２の内部には、固定プレート２０、実装基板２４が所定位置に収納される。
【００２７】
実装基板２４は、レンズ１４を経由してカメラステイ１２の内部に進入する光を受光する撮像素子２２が実装される。実装基板２４は、コア基材を備える金属コア基板であり、この詳細は後述する。実装基板２４には、撮像素子２２を囲む位置に複数の孔部が設けられ、この孔部を貫通するネジ等の締結手段により実装基板２４はカメラステイ１２に固定されている。
【００２８】
撮像素子２２は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、レンズ本体１４Ａで集光された光が撮像素子２２の受光面に照射されることにより光電変換を行い、これにより得られた電気信号は演算素子に出力される。
【００２９】
固定プレート２０は、カメラステイ１２の内壁と実装基板２４との間に配置される。固定プレート２０の材料としては、エポキシ樹脂等の樹脂材料またはアルミニウム等の金属材料を採用可能できる。固定プレート２０の役割は、カメラステイ１２と実装基板２４との間に介在し、レンズ本体１４Ａと撮像素子２２との相対的な位置関係を所定にすることで、撮像素子２２で撮影される画像の歪みを補正することにある。
【００３０】
図３を参照して、実装基板２４および、固定プレート２０の関連構成を説明する。
【００３１】
この図を参照して、実装基板２４には複数の孔部２４Ａが設けられており、この孔部２４Ａを挿通するネジ（締結手段）を介して、実装基板２４はカメラステイ１２に固定される。ここでは、撮像素子２２が実装された領域を囲むように、４つの孔部２４Ａが図示されているが、孔部２４Ａの個数は特に制限されない。また、実装基板２４にはコネクタ（不図示）が実装されており、撮像素子２２は、コネクタに接続されたフレキシブル配線基板を経由して上記したＬＳＩ等と電気的に接続される。
【００３２】
固定プレート２０には、レンズ１４により集光された光を通すための開口部２０Ｂが設けられており、この開口部２０Ｂは実装基板２４に実装された撮像素子２２と重畳している。固定プレート２０の平面視での大きさおよび形状は、実装基板２４と同等程度で良い。使用状況下にて外部から入射した光は、固定プレート２０の開口部２０Ｂを経由して撮像素子２２の受光面に照射される。固定プレート２０には締結のための複数の孔部２０Ａが設けられている。ここで、実装基板２４に設けられる孔部２４Ａの位置と、固定プレート２０に設けられる孔部２０Ａの位置を重畳させても良い。これにより、実装基板２４の孔部２４Ａと、固定プレート２０の孔部２０Ａとを挿通するネジにより、これらの基板をカメラステイに固定することが可能となる。
【００３３】
図４を参照して、本形態では、撮像素子２２が実装される実装基板２４として金属コア基板が採用されている。ここで、金属コア基板とは、コアと成る基材として金属材料が採用された基板であり、放熱性および熱膨張係数が金属基板に近似するものである。
【００３４】
実装基板２４は、厚み方向に於ける中央部分に層状のコア基材２４Ｂを有しており、基板全体の機械的強度および放熱はこのコア基材２４Ｂが担っている。コア基材２４Ｂの材料としては、上記したカメラステイ１２と同様に、アルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金等が採用可能である。ここで、コア基材２４Ｂは、実装基板２４に備えられる導電層の中で最も厚い導電層である。コア基材２４Ｂの形状は、パターニングされていない所謂ベタの形状でも良いし、複数に分割された形状でも良い。
【００３５】
コア基材２４Ｂの上面および下面には、樹脂から成る絶縁層を介してパターン層２４Ｃが積層されている。このパターン層２４Ｃは、導電材料から成り、実装された素子同士または素子と外部とを接続する配線として機能する。実装基板２４の上面には、撮像素子２２が実装されるためのパターンが配置されている。実装基板２４を貫通するように貫通電極２４Ｄが設けられており、この貫通電極２４Ｄにより各パターンの電気的接続が行われる。
【００３６】
撮像素子２２は、半田等の導電性固着剤を用いて実装基板２４の上面に面実装で固着され、実装基板２４の上面に形成されたパターンと導電性固着剤を介して電気的に接続される。撮像素子２２は、ＷＬＰ（Wafer Level Package）または樹脂封止型パッケージであり、下面または側方に導出する端子部に半田等の導電性固着剤を塗布して加熱溶融することで実装基板２４の上面に固着される。
【００３７】
本形態では、図２を参照して、撮像素子２２が実装される実装基板２４として金属コア基板を採用することで、使用状況下に於いてステレオカメラユニットに温度変化が作用しても、これにより撮像素子２２とレンズ１４との位置が変動することが抑制される。
【００３８】
具体的には、本形態では、撮像素子２２を実装基板２４に実装し、この実装基板２４をネジでカメラステイ１２の内部に固定することで、撮像素子２２とカメラステイ１２との位置を固定している。よって、実装基板２４とカメラステイ１２とで熱膨張率が異なると、温度変化が作用した際に両者の膨張量が異なり、カメラステイ１２に対する撮像素子２２の位置が変異する。このようになると、カメラステイ１２に固定されるレンズ本体１４Ａと撮像素子２２との相対的位置も変位するので、撮像素子２２により撮影される画像に基づいて正確に距離を算出することが困難と成る。
【００３９】
そこで本形態では、実装基板２４として、カメラステイ１２と同種の金属材料から成るコア基材２４Ｂを備えた金属コア基板を用いている。ここで、同種の金属材料から成るとは、構成比率が最も大きい金属材料が同一である、という意味である。これにより、実装基板２４の熱膨張係数をカメラステイ１２と略同一にすることが可能となる。例えば、上記したカメラステイ１２の材料としてアルミニウムが採用され、実装基板２４のコア基材２４Ｂの材料としてもアルミニウムが採用された場合、両者の熱膨張係数は２２×１０−６／度となる。よって、図２を参照して、使用状況下の温度変化が本形態のステレオカメラユニットに作用したとしても、撮像素子２２が実装される実装基板２４とカメラステイとが同程度の熱膨張を示すので、撮像素子２２とカメラステイ１２との相対的位置は変化しない。従って、カメラステイ１２に固着されるレンズ１４と撮像素子２２その相対的な位置関係も変位しないので、撮像素子２２に得られる画像データに基づく物体検出よび距離算出を正確に行える。
【００４０】
また、同様の理由により、実装基板２４をカメラステイ１２に固定させるネジに剪断力が作用することが抑制される。
【００４１】
更に、金属コア基板は、基板の厚み方向の大部分が金属材料から成る。よって、背景技術で発生していたクリープの発生が抑制されている。このことから、ネジ等の締結手段で実装基板２４をカメラステイ１２に固定しても、ネジが締結する部分でクリープが発生しないので、ネジの軸力が抜けることによる緩みが抑制される。これによっても、上記した変位による光軸ズレの問題が抑制されている。
【００４２】
更にまた、本形態では、実装基板２４とカメラステイ１２との間に介在する固定プレート２０としてアルミニウム等の金属材料を採用している。そして、カメラステイ１２、固定プレート２０および実装基板２４は面的に接触して配置されている。よって、熱の伝導性に優れた固定プレート２０を介してカメラステイ１２と実装基板２４とが熱的に結合されるので、ステレオカメラユニット１０が晒される外部雰囲気の温度変化に応じて、カメラステイ１２と実装基板２４とが略同一に温度変化するようになる。これによっても、上記した変位に起因した問題が抑止される。
【００４３】
上記した本形態は、例えば以下のように変更することができる。
【００４４】
上記した本形態では、実装基板２４のコア基材およびカメラステイ１２の材料としてアルミニウムを主体とする金属を採用したが、他の金属を採用することができる。例えば、これらの材料として、銅、鉄、ステンレス等を主材料とする金属を採用することができる。
【００４５】
上記の本形態では、カメラステイの材料と、実装基板のコア基材とで材料を同一としたが、両者の材料は必ずしも同一には限られない。即ち、両者の材料としてアルミニウムを主体とする金属が採用された場合であっても、アルミニウムが含まれる割合が若干異なっても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１０   ステレオカメラユニット
１２   カメラステイ
１２Ａ レンズ固定部
１４   レンズ
１４Ａ レンズ本体
１４Ｂ レンズホルダ
２０   固定プレート
２０Ａ 孔部
２０Ｂ 開口部
２２   撮像素子
２４   実装基板
２４Ａ 孔部
２４Ｂ コア基材
２４Ｃ パターン層
２４Ｄ 貫通電極
２８Ａ レンズフード
３０   ＬＳＩ
３２   マイコン
３４   ＣＡＮマイコン
３６   ブレーキ
３８   エンジン
４０   トランスミッション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014182178.tif 000006