特許 7532926 撮像ユニットおよび車両制御ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】撮像ユニットおよび車両制御ユニット

(51)【国際特許分類】

   G03B 17/55 20210101AFI20240806BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20240806BHJP

   G03B 17/02 20210101ALI20240806BHJP

   B60R 11/02 20060101ALI20240806BHJP

   H04N 23/51 20230101ALI20240806BHJP

   H04N 23/52 20230101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

G03B17/55

G03B15/00 V

G03B17/02

B60R11/02 Z

H04N23/51

H04N23/52

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020101630

(22)【出願日】2020-06-11

(65)【公開番号】P2021021939

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2023-04-12

(31)【優先権主張番号】P 2019140072

(32)【優先日】2019-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】足達 雅史

【審査官】藏田 敦之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１０９７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６３５８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１７７２５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ １７／５５

Ｇ０３Ｂ １５／００

Ｇ０３Ｂ １７／０２

Ｇ０３Ｂ １９／０７

Ｂ６０Ｒ １１／０２

Ｈ０４Ｎ ２３／４５ － ２５／６９８

Ｇ０１Ｃ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの撮像装置と、
前記２つの撮像装置の動作に係る発熱部品が少なくとも２つ以上配置されている回路基板と、
前記回路基板を保持する筐体と、
前記筐体における前記２つの撮像装置の光軸間の中央部をはさむように前記筐体に設けられ、前記回路基板側に突出している２つの凸形状部と、
前記２つの凸形状部にそれぞれ設けられ、前記発熱部品とそれぞれ接触して放熱する２つの放熱部材と、
を備え、
前記２つの発熱部品は、前記２つの撮像装置の光軸間の中央部に対して、位置関係が線対称ではなく、
前記２つの撮像装置の光軸間の中央部に対する前記２つの凸形状部の形状は、同形状であり、かつ、前記２つの発熱部品の配置位置とサイズの差に基づいて、前記筐体が左右非対称に変形するのを防ぐように、線対称に近くなるような配置位置として、前記２つの凸形状部のサイズが決定され、
前記２つの放熱部材は、前記発熱部品のそれぞれに、前記発熱部品の位置関係よりも線対称に近くなるように設けられる、
ことを特徴とする撮像ユニット。

【請求項2】

２つの撮像装置と、
前記２つの撮像装置の動作に係る発熱部品が少なくとも２つ以上配置されている回路基板と、
前記回路基板を保持する筐体と、
前記筐体における前記２つの撮像装置の光軸間の中央部に対して線対称の位置に設けられ、前記回路基板側に突出している２つの凸形状部と、
前記２つの凸形状部にそれぞれ設けられ、前記発熱部品とそれぞれ接触して放熱する２つの放熱部材と、
を備え、
前記２つの発熱部品は、前記２つの撮像装置の光軸間の中央部に対して、位置関係が線対称ではなく、
前記２つの凸形状部は、前記２つの発熱部品の配置位置とサイズの差に基づいて、前記筐体が左右非対称に変形するのを防ぐように、線対称に近くなるような配置位置として、サイズが決定され、
前記２つの放熱部材は、前記発熱部品のそれぞれに、前記発熱部品の位置関係よりも線対称に近くなるように設けられる、
ことを特徴とする撮像ユニット。

【請求項3】

前記放熱部材は、ＴＩＭ（Thermal Interface Material）と称されるものである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像ユニット。

【請求項4】

前記発熱部品は、前記２つの撮像装置により撮影された撮影画像を処理する画像処理回路である、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の撮像ユニット。

【請求項5】

前記発熱部品は、前記２つの撮像装置により撮影された撮影画像から視差演算を行う処理回路である、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の撮像ユニット。

【請求項6】

車両に搭載され、当該車両の動きを制御する車両制御ユニットにおいて、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の撮像ユニットと、
前記撮像ユニットからの視差画像に基づく被写体までの距離情報により各種車両制御を実行する制御装置と、
を備えることを特徴とする車両制御ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像ユニットおよび車両制御ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人間の目のように目標物までの距離を算定することができる撮像ユニットとして、いわゆるステレオカメラが知られている。ステレオカメラは、２つの単眼カメラを備えるものである。例えば、車両を制御する車両制御ユニットにステレオカメラを連動させることで、当該車両の前方にある物体との距離を算出し、この距離に応じた車両の動作制御をすることができる。

【0003】

ステレオカメラが備える２つの単眼カメラは、同一平面上に配置され、かつ、双方の光軸が平行になるように固定される。これら２つの単眼カメラが同時に同一の被写体を撮影することで被写体の視差量を検出し、この視差量に基づいて当該被写体までの距離を算定することができる。

【0004】

ステレオカメラにおいて正確な距離の算定を行うには、２つの単眼カメラに用いるレンズの特性を合わせて焦点距離を同じにし、２つの単眼カメラの光軸間の距離である「基線長」を設計値どおりに固定し続けられることが重要である。さらに、２つの単眼カメラの光軸の平行度が組み立て時から精度良く設定され、かつ、これが維持し続けられることが重要である。

【0005】

そこで、特許文献１には、ステレオカメラとしての性能低下を抑制する目的で、温度により筐体が熱変形する際に左右対称の変形にさせるために、複数の発熱構造を、２つの単眼カメラの光軸間の中央部に対して対称の位置に設ける技術が開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ステレオカメラには、高温を発する発熱部品が複数搭載される。例えば、制御部であるＣＰＵ（Central Processing Unit）の他、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のような画像処理や視差演算を行う部品である。これらの複数の発熱部品は、種類、基板上の配置位置、サイズなどが異なるものである。そのため、特許文献１に開示された技術のように、複数の発熱部品を２つの単眼カメラの光軸間の中央部に対して対称の位置に設けることは、非常に難しいという課題がある。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、温度変化による筐体の形状変化に際し、熱膨張時の筐体の左右非対称な変形を抑えることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、２つの撮像装置と、前記２つの撮像装置の動作に係る発熱部品が複数配置されている回路基板と、前記回路基板を保持する筐体と、前記筐体における前記２つの撮像装置の光軸間の中央部をはさむように前記筐体に設けられ、前記回路基板側に突出している２つの凸形状部と、前記２つの凸形状部にそれぞれ設けられ、前記発熱部品とそれぞれ接触して放熱する２つの放熱部材と、を備え、前記２つの発熱部品は、前記２つの撮像装置の光軸間の中央部に対して、位置関係が線対称ではなく、前記２つの撮像装置の光軸間の中央部に対する前記２つの凸形状部の形状は、同形状であり、かつ、前記２つの発熱部品の配置位置とサイズの差に基づいて、前記筐体が左右非対称に変形するのを防ぐように、線対称に近くなるような配置位置として、前記２つの凸形状部のサイズが決定され、前記２つの放熱部材は、前記発熱部品のそれぞれに、前記発熱部品の位置関係よりも線対称に近くなるように設けられる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、温度変化による筐体の形状変化に際し、熱膨張時の筐体の左右非対称な変形を抑えることができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、第１の実施の形態にかかるステレオカメラの概要を示す分解斜視図である。

【図2】図２は、ステレオカメラの筐体を裏側から見た状態を示す斜視図である。

【図3】図３は、図１に示したステレオカメラのＡ－Ａ´縦断断面図である。

【図4】図４は、図１に示したステレオカメラ１における迎え形状部と発熱部品と放熱部材との位置関係を示す図である。

【図5】図５は、第２の実施の形態にかかる車両制御ユニットを概略的に示す全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に添付図面を参照して、撮像ユニットおよび車両制御ユニットの実施の形態を詳細に説明する。

【0012】

（第１の実施の形態）
ここで、図１は第１の実施の形態にかかるステレオカメラ１の概要を示す分解斜視図、図２はステレオカメラ１の筐体１０を裏側から見た状態を示す斜視図、図３は図１に示したステレオカメラ１のＡ－Ａ´縦断断面図、図４は図１に示したステレオカメラ１における迎え形状部と発熱部品と放熱部材との位置関係を示す図である。

【0013】

図１に示すように、撮像ユニットであるステレオカメラ１は、２つの撮像装置（単眼カメラ）１００を保持する撮像装置保持部である筐体１０と、筐体１０が固定される回路基板２０と、を備える。

【0014】

図２に示すように、筐体１０は、回路基板２０側に突出形成されている同形状であって、位置が左右対称な迎え形状部１１を備えている。迎え形状部１１は、筐体１０の上方から見て凹形状に形成されている。なお、迎え形状部１１は、筐体１０と一体で形成されていても、別体で形成されていてもよい。また、迎え形状部１１は、回路基板２０の方に突出していればよく、筐体１０の外部からは凹形状が見えないように形成してもよい。

【0015】

以下、ステレオカメラ１の構成を説明するときに用いる３次元直交座標系における軸について定義する。図１に示すように、２つの撮像装置１００（レンズ１０１）が並んでいる方向をＸ軸とする。撮像装置１００が備えるイメージセンサー１０２（図２参照）の結像の法線の方向をＺ軸とする、Ｘ軸とＺ軸に直交するステレオカメラ１の高さ方向をＹ軸とする。

【0016】

２つの撮像装置１００はそれぞれ、レンズ１０１と、イメージセンサー１０２と、センサー基板１０３と、を有する。レンズ１０１は、筐体１０のカメラステー部１０ａの前面においてＸ軸方向に設けられている孔１０ｂに嵌め込まれる。カメラステー部１０ａに嵌め込まれた状態において各レンズ１０１の光軸Ｌｘは、距離の算出に必要となる基線長（２つの撮像装置１００の光軸Ｌｘ間の距離）が確保された状態になる。また、各レンズ１０１の光軸Ｌｘは、Ｚ軸と平行な状態が保持されていて、同一方向に向いている。

【0017】

各レンズ１０１の裏面側、すなわち、Ｚ軸方向にはイメージセンサー１０２が固定されていて、各レンズ１０１の光軸Ｌｘとイメージセンサー１０２の結像面の中心が合致するように構成されている。イメージセンサー１０２は、個別のセンサー基板１０３に固定されている撮像素子であって、対応するレンズ１０１を介して結像面に結像した被写体像に係る信号を出力する。

【0018】

すなわち、撮像装置１００は、カメラステー部１０ａの前面の孔１０ｂのそれぞれにレンズ１０１を嵌め込んで、このレンズ１０１のそれぞれの光軸Ｌｘに合わせてイメージセンサー１０２を固定することで構成される。これによって、ステレオカメラ１は、２つのイメージセンサー１０２によって取得した画像から視差量を検出し、距離の算定をすることができる。

【0019】

距離の算定を正確におこなうために重要な要素の一つである「基線長」をもって２つのレンズ１０１を正確に固定するためには、レンズ１０１が所定の位置に所定の姿勢をもって精度よく維持されなければならない。そのためには、たとえば、カメラステー部１０ａにおけるレンズ１０１の突き当て面を精度よく加工し、かつ、レンズ１０１側におけるカメラステー部１０ａへの突き当て部を精度よく加工する。また、カメラステー部１０ａにおいて、レンズ１０１を嵌めこむ孔１０ｂの位置、大きさなどを正確に加工し、ここにレンズ１０１を嵌めこむ。なお、距離の算定における重要な要素の一つである焦点距離を合わせるには、同じ光学特性を有するレンズ１０１を用いる。また、カメラ特性を左右するイメージセンサー１０２においても、特性が同じイメージセンサーを用いる。なお、同じ特性を有するレンズ／センサーに限定されるものではなく、特性が異なるレンズ／センサーを用いるようにしてもよい。

【0020】

さらに、距離の算定を正確におこなうには、２つのレンズ１０１の光軸Ｌｘの平行度を維持できなければならない。これらの平行度を維持するには、やはり、カメラステー部１０ａにおいて、精度良く加工されたレンズ１０１の突き当て面と、精度よく加工されたレンズ１０１側におけるカメラステー部１０ａへの突き当て部とを形成することが重要となる。また、カメラステー部１０ａにおける孔１０ｂを精度よく加工して形成することになる。

【0021】

回路基板２０には、撮像装置１００の動作の制御や２つの画像の視差量から距離を算定する演算素子や、または、電源制御用の素子など、撮像装置１００の動作に係る部品が配置されている。図１に示すように、回路基板２０には、制御部であるＣＰＵ（Central Processing Unit）２１の他に、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のような画像処理や視差演算を行う処理回路２２、ＣＰＵ２１等の動作電源を供給する電源部２３、などが配置されている。なお、回路基板２０と撮像装置１００との間には配線が施されているが図示を省略する。これら部品の中には、高温を発する発熱部品が含まれている。図１において例示する発熱部品は、ＣＰＵ２１や処理回路２２である。

【0022】

なお、ＣＰＵ２１や処理回路２２などの発熱部品は、種類、回路基板２０上の配置位置、サイズなどが異なるものである。

【0023】

以下の説明において、本実施形態に係るステレオカメラ１における発熱部品をＣＰＵ２１に限って説明する。なお、発熱部品をＣＰＵ２１に限る必要はない。例えば、回路基板２０に実装される他の部品、ＦＰＧＡや電源ＩＣなども発熱部品に該当する。発熱部品が回路基板２０に複数配置されているときは、各発熱部品に対して、以下において説明する放熱部材４０を設ければよい。

【0024】

発熱部品は、動作中において周囲に熱を放出する部品をいう。例えば、ＣＰＵ２１のような発熱部品は、放熱できないと熱暴走して異常な動作をすることがある。そこで、ＣＰＵ２１には、放熱を促進させる放熱部材４０が取り付けられている。

【0025】

放熱部材４０は、ＴＩＭ（Thermal Interface Material）と称されるものである。ＴＩＭは、効果的に熱伝導率を高めるものである。ＴＩＭは、例えば、金属のほか、熱伝導グリースやグラファイトシートなどが適用される。

【0026】

放熱部材４０は、一端がＣＰＵ２１側に接して熱を集め、他端は筐体１０と接している。放熱部材４０とＣＰＵ２１との固定は、例えば両面テープなどで行われる。

【0027】

放熱部材４０の他端が接触する筐体１０の位置は、例えば、図２に示す迎え形状部１１である。より詳細には、図１ないし図４に示すように、２つ設けられた迎え形状部１１と放熱部材４０とは、各々接している。また、各放熱部材４０は、回路基板２０側に突出した２つの迎え形状部１１にそれぞれ設けられ、２つの発熱部品（ＣＰＵ２１や処理回路２２）とそれぞれ接触して放熱する。

【0028】

すなわち、迎え形状部１１は、回路基板２０の方向（発熱部品接触方向）側に突出している形状である凸形状部である。また、より詳細には、迎え形状部１１は、２つの撮像装置１００の光軸Ｌｘ間の中央部Ｃに対して、放熱部材４０よりも線対称に近い形状及び位置関係で設けられている。なお、中央部Ｃは、２つの撮像装置１００（レンズ１０１）の光軸Ｌｘを含む面において光軸Ｌｘに平行な中央線を含む面である。

【0029】

上述のように、ＣＰＵ２１や処理回路２２などの発熱部品からの熱は、放熱部材４０を介して、２つの撮像装置１００の光軸Ｌｘ間の中央部Ｃに対して放熱部材４０よりも線対称に近い位置に設けられた２つの迎え形状部１１の何れかへと伝わり、２つの迎え形状部１１から筐体１０全体に伝わっていく。

【0030】

ところで、前述したように、ＣＰＵ２１や処理回路２２などの発熱部品は、種類、回路基板２０上の配置位置、サイズなどが異なるものである。そのため、複数の発熱部品を２つの撮像装置１００の光軸Ｌｘ間の中央部Ｃに対して対称の位置に設けることは、非常に難しいものとなっている。

【0031】

しかしながら、本実施形態においては、２つの撮像装置１００の光軸Ｌｘ間の中央部Ｃに対してＣＰＵ２１や処理回路２２などの発熱部品が線対称となっていなくても、発熱部品がそれぞれ接触する２つの迎え形状部１１の２つの撮像装置１００の光軸Ｌｘ間の中央部Ｃに対する形状及び位置関係は、２つの撮像装置１００の光軸Ｌｘ間の中央部Ｃに対する２つの発熱部品（ＣＰＵ２１や処理回路２２など）の位置関係よりも線対称に近くなるように設けられる。これにより、温度変化による筐体１０の形状変化に際し、熱膨張時の左右非対称な変形を抑えることができ、熱膨張によるステレオカメラ１の性能低下を抑制することができる。また、発熱部品がそれぞれ接触する２つの迎え形状部１１が、同形状であり、かつ、線対称となっているとより熱膨張に対する効果を得ることができる。

【0032】

このように本実施形態によれば、温度変化による筐体１０の形状変化に際し、熱膨張時の１０の左右非対称な変形を抑えることができ、熱膨張によるステレオカメラ１の性能低下を抑制することができる。

【0033】

なお、上述したように、迎え形状部１１は、基本的に完全に左右対称であることが好ましい。一方で、２つの発熱部品（ＣＰＵ２１や処理回路２２など）の配置位置やサイズが大きく異なる場合は、迎え形状部１１を完全に左右対称にするのではなく、２つの発熱部品（ＣＰＵ２１や処理回路２２など）の配置位置とサイズの差に基づき、迎え形状部１１の配置位置とサイズを決定することで、筐体１０が左右非対称に変形するのを防ぐことに効果がある場合がある。

【0034】

なお、本実施形態においては、迎え形状部１１、発熱部品（ＣＰＵ２１や処理回路２２など）、放熱部材４０をそれぞれ２つ設けるようにしたが、これに限るものではなく、それぞれ少なくとも２つ以上設けられるものであってもよい。

【0035】

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。

【0036】

第２の実施の形態は、第１の実施の形態のステレオカメラ１を備えた車両制御ユニットについて説明するものである。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

【0037】

図５は、第２の実施の形態にかかる車両制御ユニットを概略的に示す全体構成図である。図５に示すように、車両制御ユニット３００は、車両５００に搭載され、当該車両５００の動きを制御する。車両制御ユニット３００は、すでに説明をしたステレオカメラ１を用いて、車両５００の進行方向に存在する物体との距離を算出し、この距離に応じて当該車両の動きを制御する。

【0038】

図５に示すようにステレオカメラ１が備えるレンズ１０１は、車両５００の進行方向前方の光景を撮影することができるように設置されている。ステレオカメラ１は、車両５００のフロントガラスの内側（車室側）上部のインナーリアビューミラー付近に搭載される。ステレオカメラ１の取付位置は、上述の位置に限定されず、車両５００の進行方向前方の車両外の状況を検知することができる位置であればよい。

【0039】

ステレオカメラ１は、撮影した被写体を含む画像データから被写体（測定対象）までの距離を求める（距離情報を取得する）。ステレオカメラ１の測定対象は、他の移動体や人物や動物などである。

【0040】

車両制御ユニット３００は、居室空間である車室において設置されたステレオカメラ１と、制御装置３１０と、ステアリングホイール３２０と、ブレーキペダル３３０と、を備えている。ステレオカメラ１は、車両５００の進行方向を撮影する撮影機能を有し、例えば、車両５００のフロントウィンドウ内側のバックミラー近傍に設置される。

【0041】

ここで、ステレオカメラ１と車両制御ユニット３００との関係について説明する。車両制御ユニット３００の制御装置３１０は、ステレオカメラ１から受信した視差画像に基づいて求まるステレオカメラ１から被写体までの距離情報により、各種車両制御を実行する。

【0042】

制御装置３１０は、車両制御の例として、ステレオカメラ１から受信した視差画像に基づいて、ステアリングホイール３２０を含むステアリング系統（制御対象）を制御して障害物を回避するステアリング制御を実行する。制御装置３１０は、また、ステレオカメラ１から受信した視差画像に基づいて、ブレーキペダル３３０（制御対象）を制御して車両５００を減速および停止させるブレーキ制御等を実行する。このようなステレオカメラ１および制御装置３１０を含む車両制御ユニット３００のように、ステアリング制御またはブレーキ制御等の車両制御が実行されることによって、車両５００の運転の安全性を向上することができる。

【0043】

なお、上述のように、ステレオカメラ１は、車両５００の前方を撮影するものとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、ステレオカメラ１は、車両５００の後方または側方を撮影するように設置されるものとしてもよい。この場合、ステレオカメラ１は、車両５００の後方の後続車、または側方を並進する他の車両等の位置を検出することができる。そして、制御装置３１０は、車両５００の車線変更時または車線合流時等における危険を検知して、上述の車両制御を実行することができる。

【0044】

また、制御装置３１０は、車両５００の駐車時等におけるバック動作において、ステレオカメラ１によって検出された車両５００の後方の障害物の視差画像に基づいて、衝突の危険があると判断した場合に、上述の車両制御を実行することができる。

【0045】

このように本実施形態によれば、２つの撮像装置１００の光軸Ｌｘ間の中央部Ｃに対してＣＰＵ２１や処理回路２２などの発熱部品が線対称となっていなくても、発熱部品がそれぞれ接触する２つの迎え形状部１１がより線対称に近い形状及び位置関係となっていることにより、温度変化による筐体１０の形状変化に際し、熱膨張時の筐体１０の左右非対称な変形を抑えることができる。これにより、熱膨張によるステレオカメラ１の性能低下を抑制することができるので、ステレオカメラ１から被写体までの距離情報の算出に与える誤差影響を小さくすることができる。

【0046】

なお、ステレオカメラ１は、測定対象との距離が変化する物体に設置されるものであればよい。したがって、ステレオカメラ１は、車両５００に限定されず、船舶、鉄道等の移動体、ＦＡ（Factory Automation）用途の場合には建物などの固定物にも設置することができる。

【符号の説明】

【0047】

１ 撮像ユニット
１０ 筐体
１１ 迎え形状部
２０ 回路基板
４０ 放熱部材
１００ 撮像装置
３００ 車両制御ユニット
３１０ 制御装置

【先行技術文献】

【特許文献】

【0048】

【文献】国際公開第２０１７／１６３５８４号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】