(57)【要約】  自動車用カメラモジュール（１２）は、レンズアセンブリ（２０）と、バックプレート（３２）及びレンズホルダ（５３）を備えるハウジング（２２）と、を備え、バックプレート（３２）は、ハウジング（２２）内に画像センサ（２４）を担持し、レンズホルダ（５３）は、バックプレート（３２）に取り付けられ、画像センサ（２４）が対物レンズ（２０）の像面（Ａ）に又はその近くに配置されるように、対物レンズ（２０）を保持する。バックプレート（３２）は、画像センサ（２４）を保持する少なくとも１つの二材料要素（３１）を備え、二材料要素（３１）は、著しく異なる熱特性を有し、二材料要素（３１）が温度の変化に伴って湾曲するように適合されるように、一緒に接続されている少なくとも２つの材料層（３３、３４）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズ（２０）と、バックプレート（３２）及びレンズホルダ（５３）を備えるハウジング（２２）と、を備える、自動車用カメラモジュール（１２）であって、前記バックプレート（３２）は、前記ハウジング（２２）内に画像センサ（２４）を担持しており、前記レンズホルダ（５３）は、前記バックプレート（３２）に取り付けられ、かつ前記画像センサ（２４）が前記対物レンズ（２０）の像面（Ａ）に又はその近くに配置されるように前記対物レンズ（２０）を保持し、前記バックプレート（３２）は、前記画像センサ（２４）を保持する少なくとも１つの二材料要素（bi-material element）（３１）を備え、前記二材料要素（３１）は、著しく異なる熱特性を有する材料の少なくとも２つの層（３３、３４）を有し、温度の変化に伴って湾曲するように適合されるように、一緒に接続されていることを特徴とする、カメラモジュール。
【請求項２】
前記二材料要素（３１）が、前記二材料要素（３１）の前記湾曲が前記画像センサ（２４）に対して所定の位置関係に前記像面（Ａ）を保つように作用するように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項３】
前記二材料要素（３１）を前記設計することが、異なる適切な熱膨張係数を有するように、前記層（３３、３４）の前記材料を選択することを含むことを特徴とする、請求項２に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項４】
前記二材料要素（３１）を前記設計することが、適切な弾性率を有するように、前記層（３３、３４）の前記材料を選択することを含むことを特徴とする、請求項２又は３に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項５】
前記二材料要素（３１）を前記設計することが、前記二材料要素（３１）の適切な形状を選択することを含むことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項６】
前記二材料要素（３１）を前記設計することが、前記層（３３、３４）の適切な厚さを選択することを含むことを特徴とする、請求項５に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項７】
前記二材料要素（３１）が、温度の上昇に伴って、前記対物レンズ（２０）から離れて湾曲するように設計されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項８】
二材料要素（３１）が、温度の上昇に伴って、前記対物レンズ（２０）に向かって湾曲するように適合されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項９】
前記少なくとも２つの層（３３、３４）の一方又は好ましくは両方の前記材料が、金属であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項１０】
前記層（３３、３４）が、例えば、銅層などの金属層、及びガラス繊維層などの非金属複合層を備える、ＰＣＢ構造などのサンドイッチ構造層によって形成されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項１１】
前記二材料要素（３１）の前記湾曲特性が、例えば、正方格子形態において、前記サンドイッチ構造の前記銅層の前記銅被覆率を調整することによって調節されることを特徴とする、請求項１０に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項１２】
前記二材料要素（３１）の前記湾曲特性が、前記レンズホルダ（５３）から機械的に取り外すために、前記層（３３、３４）の少なくとも一方にスリットを提供することによって調節されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項１３】
前記二材料要素（３１）の前記湾曲特性が、前記金属層、特に前記銅層に不均一なパターンを提供することによって調節され、好ましくは、前記不均一なパターンが、好ましい方向におけるストライプ、円形パターン、又はそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項１４】
前記二材料要素（３１）は、前記二材料要素（３１）の熱変位が、前記レンズホルダ（５３）の熱膨張、並びに前記対物レンズ（２０）の変化及び前記対物レンズ内の変化によって引き起こされる前記像面のシフトを補償することができるように設計されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のカメラモジュール（１２）。
【請求項１５】
対物レンズ（２０）と、バックプレート（３２）及びレンズホルダ（５３）を備えるハウジング（２２）と、を備える、自動車用カメラモジュール（１２）であって、前記バックプレート（３２）は、前記ハウジング（２２）内に画像センサ（２４）を担持し、前記レンズホルダ（５３）は、前記バックプレート（３２）に取り付けられ、前記画像センサ（２４）が前記対物レンズ（２０）の像面（Ａ）に又はその近くに配置されるように前記対物レンズ（２０）を保持し、前記バックプレート（３２）及び前記レンズホルダ（５３）が、熱特性及び形状を有し、前記バックプレート（３２）が温度の変化に伴って湾曲するように適合されるように、一緒に接続されることを特徴とする、カメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズと、バックプレート及びレンズホルダを備えるハウジングと、を備え、バックプレートは、ハウジング内に画像センサを担持しており、レンズホルダは、バックプレートに取り付けられ、画像センサが対物レンズの像面に又はその近くに配置されるように対物レンズを保持している、自動車用カメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用カメラモジュールは、広い範囲にわたって変化する温度に曝され、実際に生じる全温度範囲において優れた撮像性能を有することが求められている。更に、自動車用カメラモジュールは、通常、コスト上の理由からオートフォーカス機構を含んでいない。多くの固定焦点型自動車用カメラモジュールでは、温度エンベロープＴに焦点を保持することが大きな課題である。低ｆ／＃レンズの場合、画像とセンサとの間の距離は、マイクロメートルの尺度で制御する必要がある。
【０００３】
温度の差は、カメラモジュールのハウジング寸法のそれぞれの変化につながる。例えば、ハウジングの高さは、ハウジング温度の増加に伴う熱膨張に起因して増加する。これにより、通常、ハウジングの前端に取り付けられている対物レンズと、通常、ハウジングの後端に配置されている画像センサとの間の距離が、温度の増加に伴って増加し、その結果、センサが、対物レンズの像面外に移動する。結果として、高温又は非常に低い温度では、画像センサは、適度な温度の場合ほど明瞭に画像を検出しないことがある。
【０００４】
したがって、固定焦点カメラの場合、大きく変化する温度で対物レンズによって引き起こされる像面ドリフトのバランスを取る必要があり、さもなければ、このような条件下では、画像の鮮明度が必然的に低下する。更に、画像センサの画素サイズは常に縮小されているので、より高い精度で像面ドリフトを制御する必要がある。
【０００５】
カメラモジュール内に、反動機械的素子、いわゆる「アサーマルライザ（athermalizer）」を導入することによって、像面ドリフトを制御する解決策が存在する。例えば、国際公開第２０１５／０３２５１２（Ａ１）号には、対物レンズを保持する管を有する自動車用カメラモジュールが開示されており、この管を調節して、像面ドリフトを打ち消す。この解決策は単純で、かつ信頼性が高いが、管は追加部品であり、カメラモジュールを取り付ける際に追加のステップとなる。
【０００６】
本発明の根底にある課題は、対物レンズの像面の近くに画像センサを保つための簡素な機構を有する、迅速に取り付け可能なカメラモジュールを提供することである。
【０００７】
本発明は、独立請求項の特徴を用いてこの目的を解決する。本発明は、画像センサ面外の焦点面の熱ドリフトが、カメラモジュールの背面側で、すなわち、画像センサを保持し、かつ温度の変化に伴って湾曲するように設計されている二材料要素（bi-material element）を提供することによって、相殺され得ることを実現している。この湾曲作用が、画像センサの移動を引き起こし、このような移動を設計することで、画像センサ、それと共にセンサ面が、画像焦点面の熱変位に追従するようにすることができる。
【０００８】
したがって、好ましくは、二材料要素は、二材料要素の湾曲が像面を画像センサに対して所定の位置関係、最も好ましくは画像センサの感応面に保つように作用するように設計される。理想的には、センサを保持する二材料要素の湾曲は、画像焦点面及びセンサ面が、自動車用途において存在する全温度範囲にわたって一致するように、調節される。有利には、二材料要素は、二材料要素の熱変位が、レンズホルダの熱膨張、並びに対物レンズの変化及び対物レンズ内の変化によって引き起こされる像面のシフトを補償することができるように設計される。
【０００９】
本発明の実現には、異なる好ましい態様が含まれ、これらは、以下に記載されるものとする。好ましくは、二材料要素の設計は、
−異なる適切な熱膨張係数を有するように層の材料を選択すること、
−適切な弾性率を有する層の材料を選択すること、及び／又は
−二材料要素の適切な形状、特に層の適切な厚さを選択すること、
のうちの１つ以上を含む。
【００１０】
本発明下での好ましい実施形態では、少なくとも２つの層の一方又は好ましくは両方の材料は、金属である。特に、二材料要素は、二金属ストリップ又はプレートであってもよい。これらの実施形態では、層の材料は、例えば、鋼などの鉄をベースにしてもよく、かつ／又は真鍮などの銅及び／若しくはスズをベースにしてもよい。
【００１１】
本発明下における他の好ましい実施形態では、層は、例えば銅層などの金属層、及びガラス繊維層などの非金属複合層を備える、ＰＣＢ構造などのサンドイッチ構造層によって形成される。このような実施形態では、プレートの湾曲特性は、好ましくは、
−例えば、正方格子形態において、サンドイッチ構造の銅層の銅被覆率を調整すること、
−剛性レンズホルダから機械的に取り外すために、プレート層の少なくとも１つにスリットを提供すること、
−金属層、特に銅層において不均一なパターンを提供することであって、不均一パターンが、好ましくは、好ましい方向のストライプ、円形パターン、又はそれらの組み合わせを含む、提供すること、のうちの１つ以上によって調整されてもよい。
【００１２】
本発明は、同じ種類のカメラモジュールでも上述の目的を解決し、バックプレート内の二材料要素の代わりに、バックプレート及びレンズホルダが、熱特性及び形状を有し、かつバックプレートが温度の変化に伴って湾曲するように適合されるように一緒に接続される材料で作製されている。この実施形態では、バックプレート及びレンズホルダの材料、厚さ、及び形状を組み合わせて、二材料効果を達成する。バックプレートの二材料要素に関する上記の多くの好ましい特徴は、対応する様式で、この実施形態にも適用される。特に、バックプレートは、バックプレートの湾曲が像面を画像センサに対して所定の位置関係に保つように作用するような様式で設計され、レンズホルダに接続される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以下では、添付の図面を参照して、好ましい実施形態に基づいて本発明を例解する。
【図１】本発明のカメラモジュールを備える視覚システムを概略的に示す。
【図２】本発明のカメラモジュールの一実施形態を概略的に示す。
【図３】本発明のカメラモジュールの一実施形態を概略的に示す。
【図４】他の実施形態におけるカメラモジュールを概略的に示す。
【図５】本発明のカメラモジュールで使用するための対物レンズの概略断面図である。
【図６】更なる実施形態における本発明のカメラモジュールを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、自動車（図示せず）に取り付けられた視覚システム１０が示されており、このシステムには、自動車の周囲の領域、例えば、自動車の前方領域の画像を取得するための撮像装置１１を備える。撮像装置１１は、１つ以上のカメラモジュール１２を備える。カメラモジュール１２は、好ましくは、可視波長領域において動作する。代替的実施形態では、カメラモジュール１２は、赤外線波長領域において動作し、赤外線は、５ミクロン未満の波長を有する近赤外線及び／又は５ミクロンを超える波長を有する遠赤外線を網羅する。一実施形態では、撮像装置１１は、特にステレオ撮像装置１１を形成する複数のカメラモジュール１２を備える。代替的に、モノ撮像装置１１を形成するカメラモジュール１２のみを使用することができる。
【００１５】
撮像装置１１からの画像データは、電子処理装置１４に供給され、画像処理及びデータ処理は、対応するソフトウェアによって行われる。特に、処理装置１４における画像及びデータ処理は、以下の機能を含む：歩行者、他の車両、自転車、若しくは大型動物などの、自動車の周囲にある可能性のある物体の識別及び分類；記録された画像において識別された物体候補の位置の経時的追跡；車両と被検出物との間における衝突確率の計算；並びに／又は、物体検出結果及び追跡処理及び／若しくは衝突確率計算に応じた少なくとも１つの運転者支援装置１８の作動若しくは制御。運転者支援装置１８は、検出された物体に関する情報を表示する表示装置、好適な光学的、音響的、及び／若しくは触覚的な警告信号によって運転者に衝突警告を提供するように適合された警告装置；乗員用エアバッグ若しくは安全ベルト用テンショナ、歩行者用エアバッグ、フードリフトなどの１つ以上の拘束システム；並びに／又はブレーキ若しくはステアリング装置などの動的車両制御システムを備えてもよい。処理装置１４は、好都合にも、メモリ装置２５へのアクセスを有する。
【００１６】
データ処理装置１４は、好ましくは、プログラムされた、又はプログラム可能なデジタル装置であり、かつ好ましくは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はシステムオンチップ（ＳｏＣ）装置を備える。データ処理装置１４及びメモリ装置２５は、好ましくは、車載電子制御ユニット（ＥＣＵ）内に設けられ、別個のケーブル又は車両データバスを介して撮像装置１１に接続され得る。別の実施形態では、ＥＣＵ及び撮像装置１２のうちの１つ以上を、単一のユニットに統合することができ、ＥＣＵ及びすべての撮像装置１２を含むワンボックスソリューションが好ましい場合がある。撮像、画像処理から、運転者支援装置１８の考えられる起動又は制御までのすべてのステップは、運転中にリアルタイムで自動的かつ連続的に実行される。
【００１７】
図２には、本発明のカメラモジュール１２の実施形態が概略的に示されている。カメラモジュール１２は、対物レンズ２０と、ハウジング２２と、画像センサ２４と、を備える。ハウジング２２は、レンズホルダ５３と、画像センサ２４を保持するバックプレート３２と、を備える。ハウジング２２は、基本的には、前端開口部２８を除いて、耐光様式で閉じられている。レンズホルダ５３は、対物レンズ２０を保持する筒状部５４と、レンズホルダ５３をバックプレート３２に接続するように適合された基部５５と、を備える。筒状部５４は、好ましくは、円筒状であり、対物レンズ２０の光軸に平行に延在している。
【００１８】
開口部２８から入射した、画像からの放射線又は光は、レンズホルダ５３によって保持されている対物レンズ２０を介して透過される。対物レンズ２０は、対物レンズ２０の像面Ａに画像の焦点を合わせる。対物レンズ２０及び画像センサ２４の感応面は、像の焦点が画像センサ２４の感応面にあるように、対物レンズ２０の背面焦点距離に理想的に対応する所定の距離ｄ１で互いに離間して配置される。
【００１９】
画像センサ２４は、好ましくは、２次元画像センサ、特に、好ましくは、可視波長領域において、最大感度を有する光学センサであり、検出する画像の画像情報を含む電気信号に入射光を変換するように適合されている。上記のとおり、画像センサ２４は、有利には、対物レンズ２０の像面Ａに又はその近くでハウジング２２内に配置される。
【００２０】
好ましくは、レンズホルダ５３は、金属又は金属合金製であり、例えば、ジンク（ｚｉｎｋ）合金で作製される。別の実施形態では、レンズホルダ５３は、ポリマー材料、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）で作製されてもよい。更に好ましくは、レンズホルダ５３は、強化プラスチック、特にガラス繊維及び／又は鉱物粉末強化プラスチックで作製される。レンズホルダ５３に対して非常に好ましい材料は、ＰＰＳ  ＧＭ６５、すなわち６５％のガラス繊維及び鉱物粉末強化を有するＰＰＳである。
【００２１】
像面Ａとセンサ２４の感応面との間の温度依存距離ａ（Ｔ）は、２つのパラメータによって決定される（図２を参照されたい）。第１のパラメータは、対物レンズ２０とセンサ２４の感応面との間の温度依存距離ｄ１（Ｔ）である。第２のパラメータは、対物レンズ２０と像面Ａとの間の距離ｄ２（Ｔ）であり、この距離は、対物レンズ２０における機械的変位、対物レンズ２０内の光学素子又はレンズの屈折率の変化、対物レンズ２０内の寸法の変化により、温度によって変動する。センサ２４に対する画像位置Ａは、（Ｔ）＝ｄ１（Ｔ）−ｄ２（Ｔ）によって求められる。理想的には、像面は、常にセンサ表面と一致するものとし、すなわちａ（Ｔ）＝０であり、これにより、ｄ１（Ｔ）＝ｄ２（Ｔ）となる。
【００２２】
これを達成するために、画像センサ２４は、好ましくは平面であり、かつプレート又はストリップの形態を有する二材料要素３１上に取り付けられる。特に、二材料要素３１は、バックプレート３２を形成することができ、バックプレート３２の一部であってもよく、又はバックプレート３２に取り付けられてもよい。画像センサ２４は、好ましくは、図２〜図４に示すように、長手方向に二材料要素３１の中央に取り付けられている。二材料要素３１は、著しく異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、温度が変化し、二材料要素３１が湾曲するような任意の様式で（例えば、二材料要素３１の対向する縁に沿って）互いに接続されている、異なる材料で作製された少なくとも２つの層３３、３４を備える。
【００２３】
一実施形態では、層３３、３４は、金属、例えば鋼などの鉄系層３３、及び真鍮などの銅並びに／又はスズ系層３４で作製されてもよい。別の実施形態では、層３３、３４は、サンドイッチＰＣＢ構造層、特に銅層及びガラス繊維層であってもよい。
【００２４】
プレート層３３、３４の材料は、自動車の運転中に生じる温度範囲にわたって上記式ｄ１（Ｔ）＝ｄ２（Ｔ）が満たされるように適正に選択される。図２及び図３の実施形態では、低ＣＴＥを有する材料のプレート３３は、対物レンズ２０に対して面し、画像センサ２４を担持し、高ＣＴＥを有する材料のプレート３４は、対物レンズ２０から離れるように面するカメラモジュール２３の外側に配置される。このような実施形態では、二材料要素３１は、温度の上昇に伴って、凸状の様式で外側に、すなわち対物レンズ２０から離れて湾曲する。例えば、図２は、基準温度における二材料要素３１の平坦状態を示し、図３は、基準温度よりもかなり高い温度における二材料要素３１の湾曲状態を示す。レンズホルダ５３が温度の上昇に伴って膨張するため（温度の上昇に伴って収縮する材料は不明である）、対物レンズ２０内の作用によって引き起こされる、温度の上昇に伴う像面Ａの下方への移動が、レンズホルダ５３の収縮に勝る場合には、本実施形態は有益であり得る。
【００２５】
図４の実施形態では、低ＣＴＥを有する材料のプレート３３は、対物レンズ２０から離れて面するカメラモジュール２３の外側に配置され、高ＣＴＥを有する材料のプレート３４は、対物レンズ２０に対して面し、画像センサ２４を担持している。換言すれば、層３３、３４の配置は、図２及び図３と比較してその逆である。このような実施形態では、二材料要素３１は、温度の上昇に伴って内側に、凹状の様式で、すなわち対物レンズ２０に向かって湾曲する。この実施形態は、レンズホルダ５３の膨張が、対物レンズ２０内の作用によって引き起こされる像面Ａの移動に勝る場合に有益であり得る。
【００２６】
対物レンズ２０は、鏡筒６３と、鏡筒６３内に保持され、リング状のスペーサ７０を用いて互いに離間配置されている１つ以上のレンズ６４〜６９と、を備える（図５を参照されたい）。鏡筒６３及びスペーサ７０は、好ましくは、金属、特に真鍮で作製される。レンズ６４〜６９は、凸レンズ６５、６６、６８、６９、及び凹レンズ６４、６７を備えていてもよい。鏡筒６３の外形は、略筒状であり、筒状部２４の内筒形状に密着して、筒状部２４内で対物レンズ２０を相接して誘導させる。
【００２７】
本発明の実用的な実施形態には、図２に示す平面又は平坦な二材料要素３１を有する状態を備えているものとする要件はない。特に、本発明の実用的な実施形態は、二材料要素３１が、わずかな凸状である湾曲状態と大きく凸状である湾曲状態との間、又はわずかな凹状である湾曲状態と大きく凹状である湾曲状態との間で変化するように設計されてもよい。すなわち、二材料要素３１は、自動車の運転中に生じる全温度範囲にわたって一方向に湾曲されてもよい。
【００２８】
図６は、バックプレート３２が、温度が上昇したときに対物レンズ２０に向かってここではバックプレート３２の湾曲を引き起こす材料、形態、及び厚さで作製された実施形態を示しており、これにより、バックプレート３２に取り付けられた画像センサ２４は、温度の上昇に伴って、対物レンズ２０に向かって移動する。特に、バックプレート３２は、レンズホルダ５３の材料と比較して、著しく異なる熱特性、特に高ＣＴＥを有する材料で作製されてもよい。したがって、この実施形態では、バックプレート３２がレンズホルダ５３に接続されることによって所望の二材料効果が達成されるが、バックプレート３２はそれ自体、すなわちレンズホルダ５３から切り離されているときには、熱による湾曲を必要としない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2019530887.tif 000009
2019530887.tif 000010