JP2022166366A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成により光源による照明及び撮像素子による撮像を実現することができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１は、前面２Ａに窓部２６と鏡筒収容部２４とが幅方向（Ｘ方向）に並んで形成されたフロントケース２と、レンズ２２を含み、フロントケース２の鏡筒収容部２４の内部に取付可能なレンズ鏡筒２０と、レンズ鏡筒２０のレンズ２２を通過した光を受光する撮像素子３２が実装され、全体として幅方向に延びる第１の回路基板３０と、フロントケース２の窓部２６を通して光を出射するＬＥＤ１２が実装され、全体として幅方向に延びる第２の回路基板１０とを備える。第２の回路基板１０は、第１の回路基板３０よりも前方に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に係り、特に光源及び撮像素子を備えた撮像装置に関するものである。

近年、自動車などの事故を防止するため、運転者の状態（注意力の低下や居眠りの兆候など）をモニタリングするドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）の開発が進んでいる。このようなＤＭＳとして、近赤外光などの光で運転者を照明しつつ運転者を撮像する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような撮像装置は自動車のダッシュボードやインストルメントパネルなどの化粧部に埋設されることが多いが、車室のデザインに影響を与えないようになるべくコンパクトにすることが求められている。

特開２０１９－９５５４１号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、コンパクトな構成により光源による照明及び撮像素子による撮像を実現することができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、コンパクトな構成により光源による照明及び撮像素子による撮像を実現することができる撮像装置が提供される。この撮像装置は、前面に少なくとも１つの窓部と鏡筒収容部とが幅方向に並んで形成された筐体と、少なくとも１つのレンズを含み、上記筐体の上記鏡筒収容部の内部に取付可能なレンズ鏡筒と、上記レンズ鏡筒の上記少なくとも１つのレンズを通過した光を受光する撮像素子が実装され、全体として上記幅方向に延びる第１の回路基板と、上記筐体の上記少なくとも１つの窓部を通して光を出射する少なくとも１つの光源が実装され、全体として上記幅方向に延びる第２の回路基板とを備える。上記第２の回路基板は、上記第１の回路基板よりも前方に配置される。

図１は、本発明の一実施形態における撮像装置を示す斜視図である。 図２は、図１に示す撮像装置の分解斜視図である。 図３は、図１に示す撮像装置の縦断面図である。 図４は、図１に示す撮像装置の横断面図である。 図５Ａは、図２に示す撮像装置におけるレンズ鏡筒の正面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示すレンズ鏡筒の平面図である。 図６は、図２に示す撮像装置における第２の回路基板を示す正面図である。 図７は、図１に示す撮像装置を自動車の車室に組み込んだ例を示す模式図である。

以下、本発明に係る撮像装置の実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。図１から図７において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図７においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第１」や「第２」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。

図１は、本発明の一実施形態における撮像装置１を示す斜視図である。本実施形態における撮像装置１は、上述したようなドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）において用いられる撮像装置であるものとして説明するが、本発明に係る撮像装置は他の用途にも用いることが可能であることは言うまでもない。

図１に示すように、この撮像装置１は、フロントケース２とリアケース３とから構成される筐体４を備えており、この筐体４の内部には、例えば近赤外光を出射する光源として２つのＬＥＤ（発光ダイオード）１２と、内部に少なくとも１つのレンズ２２を保持するレンズ鏡筒２０とが収容されている。なお、図１においては、理解を容易にするために、後述する封止シート部材及びカバー部材の図示を省略している。また、本実施形態では、便宜的に、図１における＋Ｙ方向を「前」又は「前方」といい、－Ｙ方向を「後」又は「後方」ということとする。

図２は撮像装置１の分解斜視図、図３は縦断面図、図４は横断面図である。図２から図４に示すように、撮像装置１のフロントケース２とリアケース３との間には、撮像素子３２が実装された第１の回路基板３０と、ＬＥＤ１２が実装された第２の回路基板１０と、第１の回路基板３０に取り付けられるＬＥＤコネクタ４１及びカメラコネクタ４２とが収容されている。ＬＥＤコネクタ４１の周囲には防水及び防塵用のシール部材４３が配置されている。リアケース３は、ネジ５２によってフロントケース２に固定されており、フロントケース２とリアケース３との間には、フロントケース２及びリアケース３の外周に沿ってシール部材４４が配置されている。また、リアケース３の内部には信号ノイズを低減するためのシールド部材４５が配置されている。

リアケース３には、ＬＥＤコネクタ４１が挿入されるコネクタ開口部５０が形成されており、このコネクタ開口部５０の内部にＬＥＤコネクタ４１が挿入及び収容される。図４に示すように、ＬＥＤコネクタ４１の後端部はリアケース３から突出して外部に露出している。このＬＥＤコネクタ４１にはリアケース３の後方から相手方コネクタ（図示せず）を接続できるようになっており、ＬＥＤコネクタ４１を介してＬＥＤ１２に制御信号が入力されるようになっている。

リアケース３は、後方（－Ｙ方向）に延びる円筒部５１を有しており、この円筒部５１の内部にカメラコネクタ４２が挿入及び収容される。このカメラコネクタ４２にはリアケース３の後方から相手方コネクタ（図示せず）を接続できるようになっており、撮像素子３２で得られた信号がカメラコネクタ４２を介して外部に出力されるようになっている。

図２から図４に示すように、第１の回路基板３０及び第２の回路基板１０は、それぞれ全体としてＸ方向（幅方向）に延びている。第２の回路基板１０は、第１の回路基板３０の前方（＋Ｙ方向側）に配置されており、第２の回路基板１０に実装された２つのＬＥＤ１２は、第１の回路基板３０に取り付けられたＬＥＤコネクタ４１と電線４６によって接続されている。この第２の回路基板１０は、ネジ４７によってフロントケース２に固定される。

図２に示すように、フロントケース２の前面２Ａの幅方向の略中央には、レンズ鏡筒２０を収容する鏡筒収容部２４が形成され、この鏡筒収容部２４を挟んで幅方向の両側に窓部（開口）２６が形成されている。鏡筒収容部２４は、内部に雌ネジ部２４Ａを有している。このように、本実施形態では、フロントケース２の前面２Ａに鏡筒収容部２４と窓部２６とが幅方向に並んで形成されている。

図５Ａはレンズ鏡筒２０の正面図、図５Ｂは平面図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、レンズ鏡筒２０は、１つ以上のレンズ２２と、レンズ２２を保持するレンズバレル２３とを含んでいる。なお、図３及び図４の断面図においては、簡略化のために、複数のレンズをまとめて１つのレンズ２２として模式的に示している。

レンズバレル２３は、フロントケース２の鏡筒収容部２４の雌ネジ部２４Ａに螺合する雄ネジ部８１と、雄ネジ部８１の前方に位置するフランジ部８２とを含んでいる。このフランジ部８２は雄ネジ部８１よりも径が大きくなっている。このレンズ鏡筒２０の雄ネジ部８１をフロントケース２の鏡筒収容部２４の雌ネジ部２４Ａに螺合させることで、レンズ鏡筒２０がフロントケース２の鏡筒収容部２４の内部に取り付けられる。

また、レンズバレル２３は、フランジ部８２の前縁部の外周縁から前方に延出する２つの延出片８３を有している。これらの延出片８３は互いに周方向に離間して配置されており、２つの延出片８３の間には溝８４が形成されている。本実施形態では、２つの延出片８３がＹＺ平面に対して面対称となるように配置されており、２つの溝８４はレンズ２２の光軸を中心として１８０度回転した位置にある。

この延出片８３の間に形成される溝８４には、例えばマイナスドライバのような治具（図示せず）を挿入することが可能である。したがって、この溝８４に治具を挿入してレンズバレル２３を回転させることにより、レンズバレル２３の雄ネジ部８１と鏡筒収容部２４の雌ネジ部２４Ａとの螺合を介してレンズ鏡筒２０をＹ方向（光軸方向）に移動させることができる。このようにレンズ鏡筒２０をＹ方向に移動させることによって撮像素子３２によって得られる画像のピント位置を調整することができる。

フロントケース２の窓部２６の後方には、第２の回路基板１０に実装されたＬＥＤ１２が位置している。このような構成により、フロントケース２の窓部２６を通じてＬＥＤ１２からの光（照明光）を出射して撮影対象物（例えば運転者）を照明することができる。このように、本実施形態では、ＬＥＤ１２からの光によって照明を行いつつ、撮像素子３２による撮像を行うことができるので、より高品質の画像を取得することができる。

図１に戻って、フロントケース２は、前面２Ａから前方（＋Ｙ方向）に突出する凸部２７を有している。この凸部２７は、鏡筒収容部２４及び窓部２６の下方及び側方を取り囲むように略コ字状に延びている。この凸部２７で三方を囲まれた領域には、図２に示すような封止シート部材６２及びカバー部材６０が配置される。

カバー部材６０は、フロントケース２の鏡筒収容部２４及び窓部２６の前方を覆うものであり、ＬＥＤ１２から発される光を透過する材料から形成される。本実施形態では、ＬＥＤ１２から近赤外光を出射し、撮像素子３２では近赤外光の画像を取得するため、撮像素子３２で得られる画像に対する可視光の影響を低減するためにカバー部材６０として可視光カットフィルタを用いることができる。

封止シート部材６２は、防水性及び防塵性を有する材料から形成されており、フロントケース２の鏡筒収容部２４及び窓部２６に対応する部分には開口６２Ａが形成されている。すなわち、封止シート部材６２は、フロントケース２の鏡筒収容部２４及び窓部２６を取り囲む形状を有している。このような封止シート部材６２をフロントケース２の鏡筒収容部２４及び窓部２６を取り囲むように配置するとともに、この前面にカバー部材６０を配置することで、鏡筒収容部２４内のレンズ鏡筒２０や窓部２６の後方に位置するＬＥＤ１２に外部から水や塵が進入することを抑制することができる。

この封止シート部材６２は両面テープであることが好ましい。封止シート部材６２を両面テープにより構成することで、封止シート部材６２を介してカバー部材６０をフロントケース２の前面２Ａに取り付けることができる。

本実施形態では、フロントケース２の前面２Ａから前方に突出する凸部２７が鏡筒収容部２４及び窓部２６の下方及び側方を取り囲むように配置されているため、封止シート部材６２及びカバー部材６０をフロントケース２の前面２Ａに配置する際に、この凸部２７に封止シート部材６２及びカバー部材６０を突き当てることで、封止シート部材６２及びカバー部材６０の位置決めをすることができる。

図３及び図４に示すように、撮像素子３２は、レンズ鏡筒２０のレンズ２２を通過した光が結像する面に配置されており、レンズ２２を通過した光を受光するように構成されている。また、図３に示すように、レンズ鏡筒２０の中心軸（光軸）Ｐは、フロントケース２の上面２Ｂと下面２Ｃとの間の中央よりも上方に位置している。すなわち、レンズ鏡筒２０の中心軸Ｐは、フロントケース２の下面２Ｃよりも上面２Ｂに近い位置にある。撮像装置１を車内のダッシュボードやインストルメントパネルなどの化粧部に埋設する場合には、レンズ鏡筒２０以外の部分は化粧部に埋め込むことができる。したがって、このようにレンズ鏡筒２０をフロントケース２内で上方寄りに配置することで、撮像装置１が化粧部から突出する高さを低くすることができる。これにより、撮像装置１が車室のデザインに与える影響を少なくすることができる。

図６は、第２の回路基板１０を示す正面図である。図６に示すように、本実施形態では、１つの回路基板１０に２つのＬＥＤ１２（１２Ａ，１２Ｂ）が実装されている。このように、複数のＬＥＤ１２を１つの回路基板に実装することで、それぞれのＬＥＤ１２のための配線を共通化することができるため、回路基板の内部の配線パターンを少なくすることができ、回路基板の小型化が可能となる。また、ＬＥＤコネクタ４１が取り付けられた第１の回路基板３０とそれぞれのＬＥＤ１２とを接続するための電線４６も＋極と－極の２本だけで済む。また、本実施形態のように、複数のＬＥＤ１２Ａ，１２Ｂを用いることにより、撮像装置１から出射する光（照明光）の量を増やすことができるので、撮像素子３２においてより高品質な画像を得ることができる。

図６に示すように、第２の回路基板１０は、略Ｕ字状の形状を有しており、ＬＥＤ１２Ａが実装される光源実装部７１Ａと、ＬＥＤ１２Ｂが実装される光源実装部７１Ｂと、２つの光源実装部７１Ａ，７１Ｂを互いに連結する連結部７２とを有している。連結部７２の高さ方向（Ｚ方向）の寸法は、光源実装部７１Ａ，７１Ｂの高さ方向の寸法よりも小さくなっており、連結部７２は、レンズ鏡筒２０の下方で幅方向に延びている。これにより、連結部７２の上方にはレンズ鏡筒２０を挿通させる鏡筒挿通空間Ｓが形成され、連結部７２がレンズ鏡筒２０を避けつつ光源実装部７１Ａ，７１Ｂを互いに連結するようになっている。

このように、第２の回路基板１０の連結部７２がレンズ鏡筒２０を避けるように光源実装部７１Ａ，７１Ｂを連結しているため、第２の回路基板１０の高さ方向（Ｚ方向）の寸法を大きくすることなく、複数のＬＥＤ１２Ａ，１２Ｂを実装することが可能となる。したがって、第２の回路基板１０、ひいては撮像装置１を小型化しつつ、撮像装置１から出射する光（照明光）の量を増やすことができる。

ところで、撮像素子３２とＬＥＤ１２とを同一の回路基板に実装すると、その回路基板の幅方向及び高さ方向の寸法がどうしても大きくなってしまう。本実施形態においては、図２から図４に示すように、撮像素子３２が実装される第１の回路基板３０とＬＥＤ１２が実装される第２の回路基板１０とを分離してこれらの回路基板１０，３０を前後に配置しているため、それぞれの回路基板１０，３０の幅方向及び高さ方向の寸法が過度に大きくならない。

また、ＬＥＤ１２が実装される第２の回路基板１０を後方に配置すると、ＬＥＤ１２からフロントケース２の窓部２６までの距離が長くなり、光の拡散を考慮して窓部２６の幅方向及び高さ方向の寸法を大きくする必要があるが、本実施形態では、ＬＥＤ１２が実装される第２の回路基板１０が第１の回路基板３０よりも前方に配置されるため、フロントケース２の窓部２６の幅方向及び高さ方向の寸法が過度に大きくならず、撮像装置１全体をコンパクトにすることができる。

上述した実施形態では、第２の回路基板１０に２つのＬＥＤ１２が実装されている例を説明したが、第２の回路基板１０にＬＥＤ１２を１つだけ実装してもよく、あるいは３つ以上実装してもよい。２つ以上のＬＥＤ１２を第２の回路基板１０に実装する場合には、幅方向におけるレンズ鏡筒２０の両側にＬＥＤ１２を配置することが好ましい。

本明細書において使用した用語「上」、「下」、「上方」、「下方」、「上側」、「下側」、「前」、「前方」、「後」、「後方」、「幅方向」、「高さ方向」、その他の位置関係を示す用語は、図示した実施形態との関連において要素間の相対的な関係を特定するために使用されているだけであり、絶対的な位置関係を特定するものではない。したがって、撮像装置１の位置や姿勢が変われば、それに応じてこれらの用語が意味する方向も変化することに留意されたい。例えば、図７の撮像装置１Ａのように、上述した撮像装置１を自動車の運転席Ｄと助手席Ｑとの間のダッシュボード１００に埋め込んでもよく、この場合には上述した「上」や「上方」は鉛直上方を意味し、「下」や「下方」は鉛直下方を意味する。あるいは、図７の撮像装置１Ｂのように、上述した撮像装置１を自動車のルーフ部１０２に埋め込んでもよく、この場合には上述した「上」や「上方」は鉛直下方を意味し、「下」や「下方」は鉛直上方を意味することとなる。このような撮像装置１のＬＥＤ１２から例えば赤外線などを運転席Ｄに向かって照射し、レンズ２２を通して撮像素子３２によって撮像された運転者の画像から運手者の状態を分析する。

以上述べたように、本発明の一態様によれば、コンパクトな構成により光源による照明及び撮像素子による撮像を実現することができる撮像装置が提供される。この撮像装置は、前面に少なくとも１つの窓部と鏡筒収容部とが幅方向に並んで形成された筐体と、少なくとも１つのレンズを含み、上記筐体の上記鏡筒収容部の内部に取付可能なレンズ鏡筒と、上記レンズ鏡筒の上記少なくとも１つのレンズを通過した光を受光する撮像素子が実装され、全体として上記幅方向に延びる第１の回路基板と、上記筐体の上記少なくとも１つの窓部を通して光を出射する少なくとも１つの光源が実装され、全体として上記幅方向に延びる第２の回路基板とを備える。上記第２の回路基板は、上記第１の回路基板よりも前方に配置される。

撮像素子と光源とを同一の回路基板に実装すると、その回路基板の幅方向及び高さ方向の寸法が大きくなってしまう。本発明の一態様によれば、撮像素子を有する回路基板と光源を有する回路基板とを分離してこれらの回路基板を前後に配置しているため、それぞれの回路基板の幅方向及び高さ方向の寸法が過度に大きくならない。また、光源を有する第２の回路基板を後方に配置すると、光源から筐体の窓部までの距離が長くなり、光の拡散を考慮して窓部の幅方向及び高さ方向の寸法を大きくする必要があるが、本発明の一態様によれば、光源を有する第２の回路基板が第１の回路基板よりも前方に配置されるため、窓部の幅方向及び高さ方向の寸法を大きくする必要がなく、撮像装置全体をコンパクトにすることができる。

上記レンズ鏡筒の中心軸は、上記筐体の下面よりも上面に近い位置にあることが好ましい。例えば、撮像装置を車内のダッシュボードやインストルメントパネルなどの化粧部に埋設する場合には、レンズ鏡筒以外の部分は化粧部に埋め込むことができるため、このようにレンズ鏡筒を筐体内で上方寄りに配置することで、撮像装置が化粧部から突出する高さを低くすることができる。したがって、撮像装置が車室のデザインに与える影響を少なくすることができる。

上記少なくとも１つの光源は、上記幅方向において上記レンズ鏡筒の一方の側に配置される第１の光源と、上記幅方向において上記レンズ鏡筒の他方の側に配置される第２の光源とを含んでいてもよい。このように、複数の光源を第２の回路基板に実装することで、それぞれの光源のための配線を共通化することができるため、第２の回路基板の内部の配線パターンを少なくすることができ、第２の回路基板の小型化が可能である。また、複数の光源を用いることにより、撮像装置から出射する光（照明光）の量を増やすことができるので、撮像素子においてより高品質な画像を得ることができる

上記第２の回路基板は、上記第１の光源が実装される第１の光源実装部と、上記第２の光源が実装される第２の光源実装部と、上記レンズ鏡筒を避けるように上記レンズ鏡筒の下方で上記第１の光源実装部と上記第２の光源実装部とを互いに連結する連結部とを含むことが好ましい。このような構成により、第２の回路基板の高さ方向の寸法を大きくすることなく、複数の光源を実装することが可能となる。したがって、第２の回路基板、ひいては撮像装置を小型化しつつ、撮像装置から出射する光（照明光）の量を増やすことができる。

上記撮像装置は、上記鏡筒収容部の周囲を取り囲むように上記筐体の上記前面に配置される封止シート部材と、上記封止シート部材の前面に配置されるカバー部材とをさらに備えていてもよい。このような封止シート部を鏡筒収容部の周囲を取り囲むように配置し、その前面にカバー部材を配置することにより、鏡筒収容部内のレンズ鏡筒に外部から水や塵が進入することを抑制することができる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ 撮像装置
２ フロントケース
２Ａ 前面
２Ｂ 上面
２Ｃ 下面
３ リアケース
４ 筐体
１０ 第２の回路基板
１２ ＬＥＤ
２０ レンズ鏡筒
２２ レンズ
２３ レンズバレル
２４ 鏡筒収容部
２４Ａ 雌ネジ部
２６ 窓部
２７ 凸部
３０ 第１の回路基板
３２ 撮像素子
６０ カバー部材
６２ 封止シート部材
７１Ａ，７１Ｂ 光源実装部
７２ 連結部
８１ 雄ネジ部
８２ フランジ部
８３ 延出片
８４ 溝
Ｐ 中心軸（光軸）

Claims (5)

1. 前面に少なくとも１つの窓部と鏡筒収容部とが幅方向に並んで形成された筐体と、
   少なくとも１つのレンズを含み、前記筐体の前記鏡筒収容部の内部に取付可能なレンズ鏡筒と、
   前記レンズ鏡筒の前記少なくとも１つのレンズを通過した光を受光する撮像素子が実装され、全体として前記幅方向に延びる第１の回路基板と、
   前記筐体の前記少なくとも１つの窓部を通して光を出射する少なくとも１つの光源が実装され、全体として前記幅方向に延びる第２の回路基板であって、前記第１の回路基板よりも前方に配置される第２の回路基板と
   を備える、撮像装置。
2. 前記レンズ鏡筒の中心軸は、前記筐体の下面よりも上面に近い位置にある、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記少なくとも１つの光源は、
   前記幅方向において前記レンズ鏡筒の一方の側に配置される第１の光源と、
   前記幅方向において前記レンズ鏡筒の他方の側に配置される第２の光源と
   を含む、請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記第２の回路基板は、
   前記第１の光源が実装される第１の光源実装部と、
   前記第２の光源が実装される第２の光源実装部と、
   前記レンズ鏡筒を避けるように前記レンズ鏡筒の下方で前記第１の光源実装部と前記第２の光源実装部とを互いに連結する連結部と
   を含む、請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記鏡筒収容部の周囲を取り囲むように前記筐体の前記前面に配置される封止シート部材と、
   前記封止シート部材の前面に配置されるカバー部材と
   をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置。

Images