JP7548786B2 - カメラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学部品の結露を抑制するカメラ装置に関する。

近年、安全かつ快適な車社会の実現を目指して、運転者支援システムの実車搭載が進んでいる。その中で、衝突前の停止動作を自動で行う衝突被害軽減制動装置や、先行車を自動追尾する車間自動制御装置や、車線逸脱抑制装置、標識認識など、運転者や搭乗者の安全性と利便性と快適性を追求したシステムの開発が進んでいる。このようなシステムとしては、例えば、車両や歩行者などを認識して対象物の距離計測を行う外界認識システムがある。

外界認識システムの入力装置の一種であるカメラ装置は、外界を正確に認識するため、明確な視野の確保が必須である。しかし、カメラ装置をフロントガラスの内面に設置した場合、低温時に生じる車内外の温度差等によって、カメラ装置の光学部品に結露や曇りが生じる可能性がある。

カメラ装置の結露を改善する従来技術として、特許文献１が知られている。例えば、特許文献１の要約書には、「レンズに付着した水滴及び氷を容易に除去するとともに、コストを抑えることが可能なカメラ装置を提供する」ためのカメラ装置として、「表面１３ｂに親水コーティングが施されたレンズ１３と、レンズ１３を支持する鏡筒１２と、発熱体２５が取付けられた基板２２とを備え、鏡筒１２は、金属又は熱伝導性を有する樹脂からなり、鏡筒１２に、発熱体２５が接着剤２６を介して接続される。発熱体２５で生じる熱は、鏡筒１２を介してレンズ１３に伝わり、レンズ１３自体が温められる」カメラ装置が開示されている。

特開２０１８－２０５６０６号公報

しかしながら、特許文献１のカメラ装置では、同文献の図１や図３に示されるように、発熱体からレンズへの熱伝達に、表面積が大きく、かつ、外気に曝される鏡筒を用いるため、発熱体の熱が鏡筒を伝わる間に高い割合で外気に放熱されてしまい、レンズには十分な熱を伝えることができず、レンズ（光学部品）の結露を抑制する構造としては不十分であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発熱部品から光学部品までの伝熱効率を高め、光学部品の結露を抑制可能なカメラ装置を提供することを目的とする。

本明細書には、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、レンズと撮像素子を有するカメラモジュールと、前記レンズが筐体前面から突出するように前記カメラモジュールを保持する筐体と、前記レンズの光軸方向に光学部品を配置するように前記レンズを覆うレンズカバーと、を備えたカメラ装置であって、前記筐体は、前記レンズの周囲から前方に突出する凸部を備え、該凸部の先端は前記光学部品と熱的に接続されているカメラ装置である。

本発明のカメラ装置によれば、発熱部品から光学部品までの伝熱効率を高めることができ、光学部品の結露を抑制することができる。

実施例１に係るカメラ装置１０１の斜視外観図である。 実施例１に係るカメラ装置１０１の断面図である。 実施例１に係るカメラ装置１０１の斜視透視図である。 比較例のカメラ装置１００の断面図である。 実施例２に係るカメラ装置１０２の断面図である。 実施例３に係るカメラ装置１０３の斜視外観図である。 実施例４に係るカメラ装置１０４の断面図である。 実施例５に係るカメラ装置１０５の斜視外観図である。 実施例６に係るカメラ装置１０６の斜視外観図である。 実施例７に係るカメラ装置１０７の斜視外観図である。

以下、本発明のカメラ装置の実施例について、図面を用いて説明する。なお、以下において、同一符号を付した構成は同一機能を有するものであり、特に言及しない限り重複説明を省略する。また、各部の位置や姿勢の説明を明確にするために、必要な図面には、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標軸を記載している。

まず、図１～図４を参照し、本発明の実施例１に係るカメラ装置１０１を説明する。なお、本実施例では、カメラ装置１０１の前後方向をｘ軸、上下方向をｙ軸、左右方向をｚ軸と規定し、ｘ軸の正方向を車両前方に向け、ｙ軸の正方向を車両上方に向け、ｚ軸の正方向を車両右方に向けた状態で、カメラ装置１０１を車両のフロントガラス２０の内面に設置しているものとする。

＜本実施例のカメラ装置１０１の概略構成＞
図１は、本実施例のカメラ装置１０１の外観斜視図である。ここに示すように、本実施例のカメラ装置１０１は、左右一対のレンズ４が筐体１ａの正面側に突出したステレオカメラである。筐体１ａの背面側は筐体カバー１１で覆われており、筐体１ａと筐体カバー１１の間に、後述するカメラモジュール６やカメラ回路基板１０を収納するための密閉空間が形成されている。また、筐体１ａの正面側では、左右のレンズ４の周囲から前方に向けて複数の凸部１４が突出しており、かつ、左右のレンズ４に挟まれた中央部には多数の放熱用フィンが設けられている。さらに、筐体１ａの正面側では、各々のレンズ４を覆うように、左右一対のレンズカバー１２が取り付けられる。なお、図１では、各々のレンズ４の近傍に２本の四角柱状の凸部１４を設けた構造を例示しているが、凸部１４の数や形状はこの例に限定されず、例えば、各々のレンズ４の近傍に２本の円柱状の凸部１４を設けた構造としたり、１枚の平板状の凸部１４を設けた構造としても良い。

各々のレンズカバー１２の前面には、偏光板１３が嵌め込まれているため、各々のレンズ４には偏光板１３を透過した光が入射する。偏光板１３を用いることで、本実施例のカメラ装置１０１では、周囲の光学的な環境によらず、視認性の向上を図ることができる。なお、偏光板１３は板状でもフィルム状でも良く、また、レンズカバー１２には、偏光板１３以外の、例えば、保護板など別の光学部品を嵌め込んでも良い。

なお、図１では、カメラ装置１０１の一例として、左右一対のカメラモジュール６を組み込んだステレオカメラを例示しているが、本実施例のカメラ装置１０１は、単一のカメラモジュール６を組み込んだモノラルカメラであっても良い。

図２は、図１のＡ－Ａでのカメラ装置１０１の断面図であり、本発明の凸部１４をハッチングした図である。ここに示すように、レンズ４は、光を電気信号に変換する撮像素子２、撮像素子２を搭載する撮像素子回路基板３、および、撮像素子回路基板３とレンズ４の双方を保持するカメラホルダ５と共に、カメラモジュール６を構成する。このカメラモジュール６は、カメラ回路基板１０と共に、筐体１ａ内の密閉空間に収納される。また、図示するように、筐体１ａから前方に突出した凸部１４は、レンズカバー１２の偏光板１３の内面と接触しているため、カメラモジュール６やカメラ回路基板１０の発熱は、それらを覆う筐体１ａと凸部１４を介して、偏光板１３に伝達される構造となっている。

図３は、カメラ装置１０１の斜視透視図である。ここに示すように、カメラ回路基板１０には、複数の回路素子が搭載されている。第１回路素子７は、撮像素子２が出力した画像信号を処理するマイコンや信号処理素子、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などであり、筐体１ａや筐体カバー１１などへ放熱して冷却する必要のある発熱量が大きい回路素子である。また、第２回路素子８は、第１回路素子７で用いるデータの一時保管に用いるメモリなどであり、第３回路素子９は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）など各種の信号処理を行う素子である。なお、カメラ回路基板１０に搭載される回路素子は上記した素子に限定されるものではない。

本実施例では、筐体１ａと筐体カバー１１をアルミダイカスト等の金属部品としている。これにより、カメラモジュール６とカメラ回路基板１０は金属で囲われるため、防塵性が確保されるとともに、電磁場や放熱への対策も図られることになる。なお、本実施例の凸部１４は、アルミダイカストとして筐体１ａと一体成形されるものであるが、アルミダイカストの筐体１ａに別途製造された金属または熱伝導率の高い樹脂製の凸部１４を事後的に取り付けた構造であっても良い。また、車両制御装置（ＥＣＵ等）とカメラ装置１０１の電気的な接続は、図示していない筐体１ａの開口部を介して、双方の電気コネクタを配線接続することで行う。

ここで、左右一対のカメラモジュール６を備えたカメラ装置１０１（ステレオカメラ）では、前方を撮像した一対の画像情報の中から相互の画像に共通する特徴点を抽出し、その特徴点の位置が一対の画像間でずれている画素数（視差）を求める処理を集積回路で行い、先行車等との距離を算出する。そのため、カメラ装置１０１の前方、言い換えるとレンズ４前方の光学部品である偏光板１３に結露などによって水滴や曇りが生じると、外界を認識に支障が生じ、カメラ装置１０１の機能を劣化させることとなる。

＜比較例のカメラ装置１００＞
本実施例の凸部１４の効果を説明する前提として、凸部１４を持たない比較例のカメラ装置１００では結露が発生しやすい理由を、図４の断面図を用いて説明する。

図４は、比較例のカメラ装置１００の断面図である。ここに示すように、比較例のカメラ装置１００は、車両のフロントガラス２０の内面に設置されたものであり、レンズ４の前方（撮像方向）には偏光板１３を嵌め込んだレンズカバー１２が取り付けられている。低温環境下では、フロントガラス２０の外側の外気２１の温度も低温となっているため、カメラ装置１００が駆動し筐体１の温度が上昇すると、偏光板１３の前後で温度差が生じ、結露により偏光板１３の高温側に水滴や曇りが生じる。この現象は低温時に発生するだけでなく、高温時であっても温度と湿度と飽和水蒸気量の関係で結露は生じる場合もある。何れかの現象によって、カメラ装置１００の前方、言い換えるとレンズ４前方の光学部品である偏光板１３に結露による水滴や曇りが生じると、外界の正確な認識に支障が生じ、結果的に、カメラ装置１００を利用した運転者支援システムの機能が劣化するという課題があった。

＜本実施例の凸部１４の効果＞
この課題を改善すべく、本実施例のカメラ装置１０１では、図１から図３に示したように、筐体１ａから前方に向かう凸部１４と偏光板１３を接触させることで、筐体１ａ内のカメラ回路基板１０や撮像素子回路基板３の発熱が、筐体１ａと凸部１４を通じて、偏光板１３に伝わる構造とした。この構造によって偏光板１３の表裏の温度差を小さくすることができ、偏光板１３での結露を抑制することができる。あるいは、偏光板１３の温度を上昇させ飽和水蒸気量を大きくすることによっても偏光板１３が結露しない条件（環境）を強化することができる。

また、本実施例のカメラ装置１０１では、凸部１４の伝熱効率を高めるため、凸部１４から空気への放熱を抑制するように、凸部１４を外気から隔離するように周囲を覆うレンズカバー１２を配置した。さらに、本実施例のカメラ装置１０１では、凸部１４から偏光板１３以外への放熱を抑制することでも、凸部１４の伝熱効率を高めるため、凸部１４とレンズカバー１２の偏光板１３以外の部分が直接接触しないように空隙を設けた。これらの構造により、本実施例の凸部１４は、カメラモジュール６やカメラ回路基板１０を熱源とする筐体１ａの熱を効率よく偏光板１３に伝えることができ、カメラ装置１０１の許容環境温度を拡大することができる。

以上で説明したように、本実施例のカメラ装置１０１では、カメラモジュール６やカメラ回路基板１０の熱が筐体１ａと凸部１４を通じて偏光板１３に伝わる構造とした。この構造によって、前方の光学部品である偏光板１３の結露を抑制できるため、温度や湿度など環境の大きな変化が生じた場合であっても、外界を正確に認識が可能な、信頼性の高いカメラ装置１０１を実現することができる。

次に、図５を参照し、本発明の実施例２を説明する。なお、実施例１との共通点については重複説明を省略する。

図５は、本実施例に係るカメラ装置１０２の断面図であり、本発明の凸部１４をハッチングした図である。本実施例の特徴は、凸部１４と偏光板１３の間に、伝熱効率を高めるための構成（緩衝材１６ａまたは加工面１６ｂ）を設けた点にある。実施例１で説明したように、凸部１４をアルミダイカストで成型すると、凸部１４と偏光板１３の接触の態様が点接触となる惧れもあり、両者の接触部での伝熱効率が劣化する可能性がある。

そこで、本実施例では、例えば、図５の左図のように、接着剤や熱伝導性の放熱ゲルなどの緩衝材１６ａを介在させて凸部１４と偏光板１３を熱的に接続する。このように、偏光板１３よりも剛性が低い緩衝材１６ａを介して接続することによって、取り付け状態によらず接続面積が確保でき、凸部１４の熱を効率的に偏光板１３に伝えることができる。さらに、偏光板１３より剛性が低い接着剤や熱伝導性の高い部材等の緩衝材１６ａを介して凸部１４と偏光板１３を熱的に接続することによって、凸部１４から偏光板１３に余分な力が加わらず、光学部品である偏光板１３の変形を防止できるため、実施例１の構成に比べ、光学特性が改善される。

また、図５の右図に示すように、凸部１４の先端に梨地状またはのこぎり状の加工面１６ｂを設けることによって、凸部１４が偏光板１３に食い込むように接触させることができ、凸部１４と偏光板１３を確実に接続することで、凸部１４の熱を効率的に偏光板１３に伝えることができる。さらに、凸部１４の先端の加工面１６ｂによって、偏光板１３に食い込み位置を固定できるため、偏光板の位置保持にも可能となる。ここで、凸部１４の先端を加工面１６ｂを梨地状またはのこぎり状としたが、梨地状やのこぎり状に代えて針状など凸部１４と偏光板１３が食い込むことが可能な形状としても良い。

また、凸部１４とレンズカバー１２を、偏光板１３をはさんでねじ止めすれば、凸部１４と偏光板１３をより確実に接続でき、凸部１４の熱をより効率的に偏光板１３に伝えることができる。

次に、図６を参照し、本発明の実施例３を説明する。なお、実施例１との共通点については重複説明を省略する。

図６は、本実施例に係るカメラ装置１０３の斜視外観図である。実施例１では、図１等に示したように、各々のレンズ４の右下と左下に各１本（合計２本）の凸部１４を設けた。これに対し、本実施例の特徴は、各々のレンズ４について、左上、右上、左下、右下の４箇所に各１本の凸部１４を配置した点である。このように、各々のレンズ４を中心とする４本の凸部１４で筐体１ｃと偏光板１３を熱的に接続することで、筐体１ｃの熱を均等に偏光板１３に伝えることができ、偏光板１３内の温度差をより均一化することができる。これにより偏光板１３の熱変形が抑制され、カメラ装置１０３の光学特性が更に良好となる。

なお、本実施例では１つのレンズ４につき４本の凸部１４を設けたが、３本や５本の凸部１４を配置した場合でも略同様の効果を得ることができる。

次に、図７を参照し、本発明の実施例４を説明する。なお、実施例１との共通点については重複説明を省略する。

図７は、本実施例に係るカメラ装置１０４の断面図であり、凸部１４と、カメラモジュール６を固定するための取付部６ａをハッチングした図である。実施例１では、カメラモジュール６を筐体１ａに固定する構造については特に言及しなかった。これに対し、本実施例の特徴は、カメラモジュール６を筐体１ｄに固定する取付部６ａを、凸部１４と直線状に配置した構造となっている点である。

発熱部品である撮像素子２を搭載した撮像素子回路基板３の熱は、カメラホルダ５、取付部６ａ、凸部１４の三者を通じて、偏光板１３に伝わる。本実施例のように、これら三者を直線状に配置すれば、撮像素子回路基板３の熱を効率よく偏光板１３に伝えることができ、カメラ装置１０４の前方の光学部品の結露をより効率よく抑制することができる。

なお、図７では、一つの凸部１４に着目し、凸部１４と直線状に配置した取付部６ａを例示したが、複数の凸部１４が存在する場合は、各々の凸部１４に対応する位置でも取付部６ａを直線状に配置することが望ましい。これにより、カメラモジュール６から偏光板１３への伝熱効率を更に高めることができる。

次に、図８を参照し、本発明の実施例５を説明する。なお、実施例３との共通点については重複説明を省略する。

図８は、本実施例に係るカメラ装置１０５の斜視外観図である。実施例３では、図６に示したように、レンズ４を中心に４本の四角柱状の凸部１４を配置した。これに対し、本実施例の特徴は、レンズ４を中心に４本のＬ字状断面の凸部１４ａを配置した点にある。これにより、凸部１４ａの各々の剛性が高まるだけでなく、筐体１ｅ全体としても上下方向及び左右方向の剛性を高めることができる。

ここで、左右一対のカメラモジュール６を備えたカメラ装置１０５（ステレオカメラ）では、カメラ装置１０５の前面側を撮像し、一対の画像情報の中から相互の画像に共通する特徴点を抽出し、その特徴点の位置が一対の画像間でずれている画素数（視差）を求める処理を集積回路で行い、距離を算出する。そのため、一対の画像間に本来の視差以外のずれがあると、距離測定結果に誤差が生じてしまう。また、広画角化や高精度や高速対応などのカメラ装置１０５の高性能化にともなって、ずれの許容量が小さくなり、光軸ずれを低減する必要が生じている。そのため、上下（ｙ方向），左右（ｚ方向）の筐体１ｅの剛性の向上により、温度分布などによる筐体１ｅの変形を小さくでき、２つのカメラモジュール６の光軸の相対ずれを小さくできる。すなわち、温度変化に対して、測定精度が高く信頼性の高いカメラ装置１０５となる。

次に、図９を参照し、本発明の実施例６を説明する。なお、実施例５との共通点については重複説明を省略する。

図９は、本実施例に係るカメラ装置１０６の外観図である。実施例５では、図８に示したように、レンズカバー１２は、上下左右の各面が閉鎖されており、外気がレンズカバー１２の内側に侵入しにくい構造であった。これに対し、本実施例の特徴は、偏光板１３の裏面やレンズ４の表面周囲の空気流を積極的に作るように、レンズカバー１２の上下面にスリット１２ａ，１２ｂを設けた点である。なお、図９中では、上部のスリット１２ａしか見えていないが、下部にもスリット１２ｂを設け、上下に空気が流れる構造となっている。

本実施例のスリット１２ａ、１２ｂは、凸部１４ａを避けるように設けており、スリット１２ａ、１２ｂ間の空気流によっては、高温の凸部１４ａが冷却されにくい構造となっている。温度と湿度と飽和水蒸気量の関係で生じる結露は、空気流があるところでは結露しにくいため、スリット１２ａ、１２ｂ間の空気流と、凸部１４ａの伝熱効果によって、偏光板１３の結露をさらに抑制することができる。また、偏光板１３の下部にスリット１２ｂを配置すると、偏光板１３に結露が生じた場合には、偏光板１３から下面に流れた水滴をカメラ装置１０６から排出することができるため、カメラ装置１０６内部の錆びや電気回路の短絡等を防止することができる。

なお、ここでは、偏光板１３の結露を防ぐことを述べたが、スリット１２ａ、１２ｂ間の空気流によっては、レンズ４の表面の結露を防ぐこともできる。また、スリット１２ａ、１２ｂの形状は、図９に図示した形状に限定されず、上下方向の空気流を阻害しないものであれば、例えば任意の数、形状の穴であっても良い。

次に、図１０を参照し、本発明の実施例７を説明する。なお、実施例６との共通点については重複説明を省略する。

図１０は、本実施例に係るカメラ装置１０７の外観図である。実施例６では、図９に示したように、レンズ４を中心に４本のＬ字状断面の凸部１４ａを配置した。これに対し、本実施例の特徴は、図９の凸部１４ａに代え、図９に示した上方一対の凸部１４ａを連結した上側の凸部１４ｂと、レンズ４の下方一対の凸部１４ａを連結した下側の凸部１４ｂを用いる点である。このように、本実施例では、左右方向（ｚ方向）に延ばした形状の凸部１４ｂを用いるため、筐体１ｇの左右方向の剛性をさらに向上させることができる。なお、上下の凸部１４ｂの中央には、レンズカバー１２の上下のスリット１２ａ、１２ｂに対応した上下の第２スリット１５ａ、１５ｂを設けており、レンズカバー１２のスリット１２ａ、１２ｂ間の空気流を阻害しない構造となっている。

本実施例のカメラ装置１０７は、左右に長い構造であるため、左右方向が一番変形しやすい方向である。そのため、連結経常の凸部１４ｂを用いて左右方向の剛性を向上させ、温度分布などによる筐体１ｇの変形を小さくでき、左右一対のカメラモジュール６の光軸のずれを小さくできる。すなわち、温度変化に対して、測定精度が高く信頼性の高いカメラ装置１０７となる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施例で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

１００－１０７ カメラ装置
１ 筐体
２ 撮像素子
３ 撮像素子回路基板
４ レンズ
５ カメラホルダ
６ カメラモジュール
６ａ 取付部
７－９ 回路素子
１０ カメラ回路基板
１１ 筐体カバー
１２ レンズカバー
１２ａ、１２ｂ スリット
１３ 偏光板
１４，１４ａ，１４ｂ 凸部
１５ａ，１５ｂ スリット
１６ａ 緩衝材
１６ｂ 加工面
２０ フロントガラス
２１ 外気

Claims (11)

1. レンズと撮像素子を有するカメラモジュールと、
   前記レンズが筐体前面から突出するように前記カメラモジュールを保持する筐体と、
   前記レンズの光軸方向に光学部品を配置するように前記レンズを覆うレンズカバーと、
   を備えたカメラ装置であって、
   前記筐体は、前記レンズの周囲から前方に突出する凸部を備え、該凸部の先端は前記光学部品と熱的に接続されており、
   前記レンズの周囲には、複数の前記凸部を配置し、
   前記筐体と前記凸部は一体成型されたアルミダイカストであり、
   車両のフロントガラスの内面に設置されることを特徴とするカメラ装置。
2. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記光学部品は、偏光板または保護板であることを特徴とするカメラ装置。
3. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記凸部は、前記レンズカバーに覆われることで外気から隔離されていることを特徴とするカメラ装置。
4. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記凸部は、先端以外の部分が前記レンズカバーと接触しないことを特徴とするカメラ装置。
5. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記凸部の先端には、前記光学部品よりも剛性の低い緩衝材を配置したことを特徴とするカメラ装置。
6. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記凸部の先端には、梨地状またはのこぎり状の加工面を設けたことを特徴とするカメラ装置。
7. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記レンズの周囲には、前記レンズを中心とする３つ以上の前記凸部を配置したことを特徴とするカメラ装置。
8. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記筐体は、前記凸部と直線状となる位置に、前記カメラモジュールを固定する取付部を配置したことを特徴とするカメラ装置。
9. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記凸部は、四角柱状、円柱状、板状、または、Ｌ字断面柱状の何れかの形状であることを特徴とするカメラ装置。
10. 請求項１に記載のカメラ装置において、前記レンズカバーは、上下面にスリットを有することを特徴とするカメラ装置。
11. 請求項１に記載のカメラ装置において、左右一対の前記カメラモジュールを内蔵したステレオカメラであることを特徴とするカメラ装置。

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