立体相机单元的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够准确地算出距离数据的立体相机单元。本发明的立体相机单元（10）具备：相机托架（12）；一对透镜（14），固定在相机托架；拍摄器件（22），接收由透镜（14）聚集的光；安装基板（24），安装拍摄器件（22）。并且，安装基板（22）通过螺丝等紧固单元被固定到相机托架（12），由此确定透镜（14）和拍摄器件22的相对位置。并且，采用金属芯基板作为安装基板（22），所述金属芯基板将与相机托架（12）相同种类的金属材料作为芯层而具备。
【专利说明】立体相机单元
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于三维测量的立体相机单元，尤其涉及一种将多个拍摄器件以 预定的位置关系固定在相机托架的立体相机单元。
【背景技术】
[0002] 目前，作为基于图像的三维测量技术已知有如下的图像处理：用左右的相机(立体 相机）从不同的位置拍摄对象物，基于所拍摄的一对图像来求出两图像的相关性，从针对同 一物体的视差中算出距离。这种图像处理采用如下的所谓的立体法：使用设置在相机的图 像传感器的受光面之间的间隔(相机基线长度）和焦距等的预先设置的相机参数，依据三角 测量的原理，求出立体相机和对象物之间的距离。针对根据此立体法的图像处理而言，使从 立体相机获得的两个图像信号依次移位并重合而求出两个图像信号一致时的位置。
[0003] 用立体法测量的距离的精度依赖于相机的安装位置的精度。因此，当相机的受光 面的位置有偏移时，测量距离和实际的距离之间会有误差。
[0004] 在下述专利文献1中记载有用于减小该误差的技术。具体地，参照图3以及该说明 部分可知，将设置在配置于相机托架4的相机本体11的传感器容纳部13的底面13a、右侧 壁13c以及下侧壁13c用作针对图像传感器12的背面、右侧面以及下侧面的定位基准面。 据此，通过弹性薄片18的弹力，使相机本体11的背面紧压于传感器容纳部13的底面，从而 准确地固定该位置。 现有技术文献 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2009-265412号公报
[0006] 但是，在上述技术中，有时无法将所使用的相机适当地固定在相机托架。
[0007] 具体地，在上述【背景技术】中，作为立体法中所使用的图像传感器使用了较大型的 电荷稱合元件（CCD:Charge Coupled Device)传感器。由此，利用弹性部件的作用力，可使 传感器自身的特定部位接触到相机单元的其他部位，从而对传感器进行定位。
[0008] 另夕卜，有时使用互补金属氧化半导体（CMOS :Complementar y Metal Oxide Semiconductor)传感器而作为代替(XD的拍摄器件。CMOS传感器原理上对太阳光的逆光 也不会产生漏光（smear)，因此适合当作车载用图像传感器。
[0009] 但是，相比C⑶传感器，CMOS传感器较为小型，因此通过弹性部件的作用力，难以 将这种小型的CMOS传感器定位到立体相机单元的特定的部位。
[0010] 作为针对该问题的处理方法可考虑如下结构：将小型的CMOS传感器安装在安装 基板，并且将该安装基板固定在相机托架。但是，一般来说，由环氧树脂玻璃（glass epoxy) 构成的安装基板的热膨胀率和由铝等金属构成的相机托架的热膨胀率不同。具体地，由铝 构成的相机托架的热膨胀率为22 X ΚΓ6/度，相对于此，由环氧树脂玻璃构成的安装基板的 热膨胀率为15ΧΚΓ6/度。因此，因温度变化引起的两者的膨胀量不同，导致固定在相机托 架的透镜和安装在安装基板的CMOS传感器的相对位置产生变化，获得的图像也受到该位 置变化的影响。据此，从图像导出来的核线（印ipolar line)的位置也不准确，当用立体法 在左图像查找与右图像的相同的点时无法找到相同的点，进而无法算出准确的距离数据。 [0011] 而且，作为安装基板而使用树脂材料时产生蠕变，据此即使通过螺栓向安装基板 施加轴向力，随着安装基板变薄而螺栓也变得松弛，所以安装在安装基板的拍摄器件的位 置有可能从预定的地方发生位置变化。
【发明内容】
[0012] 本发明是鉴于这种问题而提出的，本发明的目的在于提供一种能够准确地算出距 离数据的立体相机单元。
[0013] 本发明的立体相机单元具备：相机托架；一对透镜，固定在所述相机托架且聚集 由外部入射的光；拍摄器件，与所述一对透镜对应地配置，以接收由所述透镜聚集的光；安 装基板，安装有各个所述拍摄器件，同时固定在所述相机托架，采用金属芯基板作为所述安 装基板，所述金属芯基板使用与所述相机托架相同种类的金属作为芯基材。
[0014] 在本发明中，将安装有拍摄器件的安装基板固定到相机托架，从而确定固定在相 机托架的透镜和拍摄器件之间的位置。尤其，采用金属芯基板作为所述安装基板，所述金属 芯基板将与相机托架相同种类的金属材料作为芯基材而具备。因此，安装基板和相机托架 的热膨胀率近似，不会因温度变化引起透镜和拍摄器件之间的相对位置产生较大变化。据 此，能够提高根据立体法进行的距离图像的计算的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是示出根据本发明的实施方式的立体相机单元的图，（A)是示出立体相机单 元的主视图，（B)为示出立体相机单元的电气构成的框图。 图2是示出根据本发明的实施方式的立体相机单元的图，具体地是示出在相机托架中 容纳有拍摄器件等的构成的立体图。 图3是示出根据本发明的实施方式的立体相机单元的图，具体地是示出安装有拍摄器 件的安装基板和固定板的相关构成的立体图。 图4是示出根据本发明的实施方式的立体相机单元的图，具体地是放大示出安装有拍 摄器件的安装基板的立体图。 符号说明： 10 :立体相机单元 12 :相机托架 12A :透镜固定部 14 :透镜 14A :透镜本体 14B :透镜支架 20 :固定板 20A :孔部 20B :开口部 22 :拍摄器件 24 :安装基板 24A :孔部 24B :芯基材 24C :图案层 24D :贯穿电极 28A :透镜遮光罩 30 ：LSI 32 :微型计算机(又称微机） 34 :CAN微型计算机 36 :制动器 38 :发动机 40 :变速器
【具体实施方式】
[0016] 以下，参照附图来说明本实施方式的相机单元。在以下的说明中，UP表示上方向， DOWN表不下方向，LH表不面向车辆的行进方向时的左方向，RH表不相同情况下的右方向， FR表示前方，RE表示后方。
[0017] 参照图1中的（A)，本实施方式的立体相机单元10配置在车辆的车室内部中的前 上部的预定位置。并且，立体相机单元10具备基于透过前窗玻璃来拍摄车辆的前方的图 像，算出车辆和位于其前方的物体之间的距离的功能。例如，安装了本实施方式的相机单元 的车辆基于获得的距离信息进行面向用户的车间距离报警、制动器的启动、误前进的抑制、 追踪控制等。
[0018] 立体相机单元10主要具备左右配置的一对拍摄器件22、固定这些拍摄器件22的 相机托架12、以安装有拍摄器件22的状态固定在相机托架12的安装基板24。在两个拍摄 器件22中，一个起到主相机的作用，另一个起到辅助相机的作用。
[0019] 相机托架12以中心线S为基准位置而制造，并且该中心线S的附近的上面通过未 图示的调整板而固定地设置在车辆的前纵梁（front rail)。相机托架12由铝或者以铝为 主成分的合金构成，并且通过机械加工或者拉模铸造等来制造。针对相机托架12而言，可 以是整体为一体化成型，也可以是熔接加工或连接多个部件而成。
[0020] 在此，从相机托架12的中心线S到配置在RH侧的拍摄器件22的中心为止的距离 Lr与从相机托架12的中心线S到配置在LH侧的拍摄器件22的中心为止的距离L1相等。
[0021] 参照图1中的（B)，装配立体相机单元10的车辆基于由上述一对拍摄器件22获得 的图像数据，通过立体图像处理用的大规模集成电路（L arge Scale Integration) 30算 出距离数据。然后，微型计算机32基于距离数据，检测位于车辆前方的物体。尤其，基于该 物体的检测结果，由控制器局域网络（CAN :Controller Area Network)微型计算机34通过 CAN (Contro ller Area Network)来控制制动器36、发动机38、变速器40。并且，进行上 述各种计算的LSI30和微型计算机32固定在装配到相机托架12的其他安装基板。
[0022] 参照图2,对在相机托架12的端部装配安装有拍摄器件22的安装基板24的构成 进行说明。在此图中，在相机托架12的LH侧的端部示出容纳安装基板24的部位，但是在 相机托架12的RH侧的端部也可以用相同的构成来容纳安装基板24等。
[0023] 在相机托架12的LH侧的端部，设置有用于容纳被安装在安装基板24的拍摄器件 22的空间。并且，在相机托架12的LH侧的端部的FR侧的外面，设置有圆筒状的透镜固定 部12A，透镜固定部12A的内部与相机托架12本体的内部空间连通。
[0024] 透镜14由透镜本体14A、容纳透镜本体14A的圆筒状的透镜支架14B构成。将透 镜支架14B插入至透镜固定部12A，并且用螺丝等紧固单元或粘结剂等使透镜支架14B固定 在透镜固定部12A，由此进行透镜本体14A和相机托架12之间的相对定位。
[0025] 透镜遮光罩28A是被螺丝紧固成遮盖设置有透镜固定部12A的部分的相机托架12 的盖子，具有保护固定在透镜固定部12A的透镜14的作用。透镜遮光罩28A的FR侧的面 设置有开口部。
[0026] 在与设置有透镜固定部12A的部分对应的相机托架12的内部，固定板20、安装基 板24容纳在预定位置。
[0027] 在安装基板24安装有接收经过透镜14而进入到相机托架12的内部的光的拍摄 器件22。安装基板24为具备芯（core)基材的金属芯基板，此内容将在后面详细叙述。安 装基板24在围绕拍摄器件22的位置设置有多个孔部，并且安装基板24通过贯穿该孔部的 螺丝等紧固单元固定在相机托架12。
[0028] 拍摄器件22为CMOS (互补金属氧化半导体）图像传感器，其基于由透镜本体14A 聚集的光照射到拍摄器件22的受光面而进行光电转换，并且据此获得的电气信号输出到 计算器件。
[0029] 固定板20配置在相机托架12的内壁和安装基板24之间。作为固定板20的材 料，可采用环氧树脂等树脂或者铝等金属材料。固定板20的作用为，通过夹设于相机托架 12和安装基板24之间并确定透镜本体14A和拍摄器件22的相对位置关系，从而校正由拍 摄器件22拍摄的图像的失真。
[0030] 参照图3,说明安装基板24以及固定板20的相关构成。
[0031] 参照该图，在安装基板24设置有多个孔部24A，通过贯穿该孔部24A的螺丝(紧固 单元)，安装基板24固定在相机托架12。在此，为了围绕安装有拍摄器件22的区域，示出 有四个孔部24A，但是孔部24A的数量不限于此。并且，在安装基板24安装有连接器(未图 示)，拍摄器件22经由连接于连接器的柔性配线基板而电气连接至上述LSI等。
[0032] 在固定板20设置有用于使由透镜14聚集的光通过的开口部20B，该开口部20B与 安装在安装基板24的拍摄器件22重叠。从平面视图上来看，固定板20的大小以及形状可 以与安装基板24相同。在使用情形下，从外部入射的光经过固定板20的开口部20B而照 射至拍摄器件22的受光面。在固定板20设置有用于紧固的多个孔部20A。在此，设置在安 装基板24的孔部24A的位置和设置在固定板20的孔部20A的位置可以重叠。据此，通过 贯穿安装基板24的孔部24A和固定板20的孔部20A的螺丝，可以将这些基板固定到相机 托架。
[0033] 参照图4,在本实施方式中，采用金属芯基板作为安装拍摄器件22的安装基板24。 在此，金属芯基板为作为成为芯的基材而采用了金属材料的基板，其散热性以及热膨胀系 数与金属基板相似。
[0034] 针对安装基板24而言，在厚度方向中的中央部分具备层状的芯基材24B，基板 整体的机械强度以及散热由该芯基材24B来决定。与上述相机托架12相同地，作为芯基 材24B的材料可采用铝或者以铝为主成分的合金等。在此，在安装基板24所具备的导电 层之中，芯基材24B是最厚的导电层。针对芯基材24B的形状而言，可以是没有被图案化 (patterning)的所谓平板的形状，也可以是分割为多个的形状。
[0035] 在芯基材24B的上面以及下面，经由由树脂构成的绝缘层而层叠着图案层24C。该 图案层24C由导电材料构成，并且具有连接被安装的器件之间或者连接器件与外部的作为 配线的功能。在安装基板24的上面配置有用于安装拍摄器件22的图案。贯穿电极24C被 设置成贯穿安装基板24,根据该贯穿电极24D各图案被电气连接。
[0036] 针对拍摄器件22而言，使用焊剂等导电性粘合剂以表面安装方式（SMT :Surface mount technology)固定在安装基板24的上面，并且通过导电性粘合剂与形成在安装基板 24上面的图案电气连接。拍摄器件22为晶圆级封装件（WLP:Wafer Level Package)或者 树脂密封型封装件，其通过在其下面或者侧方被引出来的端子部涂覆焊剂等导电性粘合剂 并使该导电性粘合剂加热熔融，从而固定在安装基板24的上面。
[0037] 参照图2,在本实施方式中，作为安装拍摄器件22的安装基板24采用金属芯基板， 因此在使用情形下，即使立体相机单元受到温度变化的影响，也可以抑制拍摄器件22和透 镜14之间的位置的变动。
[0038] 具体地，在本实施方式中，通过将拍摄器件22安装在安装基板24,并用螺丝将该 安装基板24固定在相机托架12的内部，从而可以固定拍摄器件22和相机托架12的位置。 由此，当安装基板24和相机托架12的热膨胀率不同时，在温度变化的情形下两者的膨胀量 不同，从而拍摄器件22的相对相机托架12的位置发生变化。此时，固定在相机托架12的 透镜本体14A和拍摄器件22之间的相对位置也变位，因此基于通过拍摄器件22拍摄的图 像难以算出准确的距离。
[0039] 因此，在本实施方式中，作为安装基板24使用具备芯基材24B的金属芯基板，其中 芯基材24B由与相机托架12相同种类的金属材料构成。在此，由相同种类的金属材料构成 意指，在材料中的构成比例最大的金属材料相同。据此，可使安装基板24的热膨胀系数与 相机托架12的热膨胀系数大致相同。例如，当作为上述的相机托架12的材料采用铝，作为 安装基板24的芯基材24B的材料也采用铝时，两者的热膨胀系数为22ΧΚΓ 6 /度。因此， 参照图2,即使在使用情形下的温度变化影响了本实施方式的立体相机单元，安装拍摄器件 22的安装基板24和相机托架表现出相同的热膨胀，由此拍摄器件22和相机托架12的相对 位置没有变化。据此，固定在相机托架12的透镜14和拍摄器件22之间相对的位置关系没 有变化，所以基于通过拍摄器件22获得的图像数据可以准确地检测物体以及算出距离。
[0040] 并且，基于相同的理由，可以抑制将安装基板24固定于相机托架12的螺丝所受到 的剪应力的作用。
[0041] 而且，针对金属芯基板而言，基板的厚度方向的大部分由金属材料构成。因此，可 以抑制在【背景技术】所提及的蠕变（creep)的发生。据此，即使使用螺丝等紧固单元将安装 基板24固定到相机托架12,在由螺丝紧固的部分也不会产生蠕变，所以可以抑制因螺丝的 轴向力的消失导致的松弛。因此，还可以抑制上述因位置变化而引起的光轴偏移。
[0042] 进而，在本实施方式中，作为介于安装基板24和相机托架12之间的固定板20采 用铝等金属材料。并且，相机托架12、固定板20以及安装基板24被配置为形成面接触。据 此，通过热传导性优秀的固定板20来使相机托架12和安装基板24热结合，因此根据立体 相机单元10被暴露的外部环境的温度变化，相机托架12和安装基板24的温度变化大致相 同。由此，还可以抑制因上述位置变化导致的问题。
[0043] 上述的本实施方式例如还可变更为如下。
[0044] 在上述的本实施方式中，作为安装基板24的芯基材以及相机托架12的材料采用 了以铝作为主成分的金属，但是也可采用其他金属。例如，作为上述材料，可采用以铜、铁、 不锈钢等为主材料的金属。
[0045] 在上述本实施方式中，相机托架的材料和安装基板的芯基材的材料相同，但是两 者的材料未必一定相同。即，作为两者的材料而采用了以铝为主成分的金属的情形下，包含 铝的比例可以稍微不同。
【权利要求】
1. 一种立体相机单元，其特征在于，具备： 相机托架； 一对透镜，固定在所述相机托架且聚集由外部入射的光； 拍摄器件，与所述一对透镜对应地配置，以接收由所述透镜聚集的光； 安装基板，安装有各个所述拍摄器件，同时固定在所述相机托架， 采用金属芯基板作为所述安装基板，所述金属芯基板使用与所述相机托架相同种类的 金属作为芯基材。
2. 根据权利要求1所述的立体相机单元，其特征在于，所述拍摄器件为CMOS传感器。
3. 根据权利要求1或2所述的立体相机单元，其特征在于，所述安装基板通过多个紧固 单元被固定在所述相机托架。
4. 根据权利要求1或2所述的立体相机单元，其特征在于， 所述相机托架由将铝作为主成分的金属构成， 采用将铝作为主成分的金属作为所述金属芯基板的所述芯基材。
5. 根据权利要求1或2所述的立体相机单元，其特征在于，所述拍摄器件表面安装于所 述安装基板。
6. 根据权利要求1或2所述的立体相机单元，其特征在于， 在所述安装基板和所述相机托架之间配置有固定板， 采用金属基板作为所述固定板。
【文档编号】H04N5/225GK104065856SQ201410089902
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】高桥靖 申请人:富士重工业株式会社