JP6573713B2 - 車載画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子を備えた車載画像処理装置に関する。

２台の撮像部を用いて写し出した１対の画像を用いて、三角測量により対象物までの距離を算出し、それによって対象物の認識を行う車載画像処理装置である車載カメラ（以下、ステレオカメラと呼ぶ）が、車の安全走行を支援する車載システムに適用され始めている。

特に車載環境においては、たとえば前方車両や人間、障害物などの検知を行い、事前に安全に対処する、といったアプリケーション要求があるために、遠距離対象物の距離計測、認識を確実に実現する必要がある。

さらに、車載システムでこれらのステレオ画像処理システムを利用する場合、小型化、低価格化と高信頼性も要求される。

このシステムにおいては、１対の画像に含まれる画素情報の中から相互の画像に共通する特徴点の画素位置の特定と、その特徴点が１対の画像でずれている画素数（以下、視差と呼ぶ）を求める処理を行う専用のLSIが搭載されているのが一般的である。

上記原理のため、１対の画像間には視差以外のずれがないことが理想的であり、各々の撮像手段ごとに、光学特性や信号特性のずれがないように高精度に調整を行い、その精度を保持できる構造が必要となる。

また、前方車両などの検知性能を高めるために、1対の画像の中で共通する特徴点を間違いなく求める必要があり、そのためには、それぞれの特徴点の輝度値が基準カメラと対になるもう一方のカメラとで等しい値となることが好ましい。よって、両方のカメラのレンズが結露しないことが重要である。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。この公報には、「ズーム撮影レンズをズーム作動させる動力を発生するズームモータの軸の一端には動力を伝達するギヤが取り付けられ、軸の反対側にはカメラ内の空気を循環させるファンが取り付けられている。
ズームモータが作動すると、このファンにより起こされるカメラ内の空気の流れは、空気誘導部材によりカバーガラスの後面に導かれる。」と記載されている。

特開２００６−１０９８３号公報

上述の通り、車室外の風景を撮影した際に、左右のカメラに視差以外のずれがない画像を取り込む必要があるが、実際には車室内と外の温度差や湿度増加により、カメラのレンズが結露することがある。ステレオカメラの場合、両方のカメラのレンズが結露している場合はもちろんのこと、どちらか一方のカメラのレンズが結露している場合でも、視差を求めることができず、対象物までの距離が計測できなくなる。ステレオカメラとしては、結露により車外の映像が認識できない場合は機能を停止することで、誤動作が発生しないようにしている。

前述した特許文献１においては、カメラ内の空気を循環させるためにファンを設けているが、この場合、内部構造が複雑化するため、車載カメラの品質の観点では好ましくない。また、ウインドシールドガラスのレンズ付近に電熱線を張り、結露を検出した場合は、電熱線に電流を印加して、レンズの結露を乾燥させている。電熱線による暖気は電力を消費するため、車両としての燃費の悪化につながる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造でレンズの結露を積極的に取り除くことができる車両用撮像装置を提供することである。

上記課題を解決する本発明の車両用撮像装置は、レンズと、該レンズを通過した光が結像する撮像素子と、該撮像素子によって撮影された画像を処理する処理回路基板と、前記回路基板を保持する筺体と、を備える車両用撮像装置であって、前記筺体には、前記処理回路基板の発熱を放熱させる放熱構造が設けられ、前記放熱構造は、前記レンズに向かう方向に沿う放熱面を有することを特徴とする。

本発明によれば、処理回路基板の発熱を利用してレンズの結露を積極的に取り除ける。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る車載画像処理装置の実施例１の構造例を示す分解斜視図。 ステレオカメラ断面を正面から見た図。 本発明に係る車載画像処理装置の実施例１の車両への設置例を示す図。 本発明の実施例2の放熱空気誘導構造の構造例を示す図。 本発明の実施例2の放熱空気誘導構造の構造例を示す図。 本発明の実施例2の放熱空気誘導構造の構造例を示す図。 本発明の実施例2の放熱空気誘導構造の構造例を示す図。 本発明に係る車載画像処理装置の実施例3の構造例を示す図。 本発明に係る車載画像処理装置の実施例4の構造例を示す図。

以下、図面を用いて各実施例を説明する。

［実施例１］
本発明の車載画像処理装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の車載画像処理装置が有する放熱構造の一例を示す図である。

図１Ａは斜視分解図である。
車載画像処理装置であるステレオカメラは、左右一対のレンズ13と、該レンズ13を通過した光が結像する撮像素子と、該撮像素子によって撮影された画像を処理する基板（処理回路基板）17と、基板17を保持する筐体12を備えている。ステレオカメラは、一方の端にレンズ13と撮像素子からなるカメラ部を持ち、そのカメラ部をもう一方の端にも持つ。二つのカメラ部を筐体12によって接続し、一定の基線長でレンズの位置を保つ。また、カメラの撮像範囲にかからないように配置された壁14を両カメラに持つ。この該壁14については、カメラの形状により、必ずしも設ける必要はない。

筐体12には、基板17の発熱を放熱させる放熱構造11が設けられている。放熱構造11は、複数のレンズに対応させて複数設けられており、本実施例では、左右一対のレンズ13に対応させて左右に分かれてそれぞれ設けられている。放熱構造11は、レンズ13に向かう方向に沿う放熱面を有しており、レンズ13の前方に配置されている。放熱面から放熱された熱は、レンズ13に向けて供給され、レンズ13の結露が防止される。

放熱構造11は、放熱面同士を対向させて配置される複数の放熱体や、複数の放熱突起や、複数のフィンや、複数のリブを有する。複数の放熱体は、例えば筐体12の表面に複数本の凹溝を平行に並べて設けることによって形成される。複数の放熱突起は、例えば筐体12の表面に複数本の凸条突起を平行に並べて設けることによって形成される。複数のフィンは筐体12の表面に複数本の薄板状突起を平行に並べて設けることによって形成される。複数のリブは筐体12の表面に複数本の厚板状突起を平行に並べて設けることによって形成される。

なお、これら複数の放熱体等は、あくまで外形的な形状を述べたものであり、図１に示すように、一つの放熱突起が有する２つの放熱面間に空間がない中実なものであってもよく、また、特に図示していないが、一つの放熱突起が有する２つの放熱面間に空間が存在する中空なものであってもよい。

放熱構造11は、車両のウインドシールドガラス（フロントガラス）23に対向させて配置することにより、レンズ13の光軸方向の前方から後方に流れる空気の流れの向きをレンズ13に向くように変更する放熱空気誘導構造も併せ持つ。放熱構造11は、車両の室内の空気を流入させるための空気流入部を有している。空気流入部は、放熱構造11の前方部分に設けられている。空気流入部から流入した空気は、放熱構造11内を通る際にIC16の熱で温度が上昇し、レンズに向かう。したがって、レンズの結露をより積極的に取り除くことができ、更に、温度上昇することでレンズ付近のウインドシールドガラス23の結露を取り除くデフロスタ機能を補助する。したがって、車載状態におけるウインドシールドガラスの結露除去効果を得ることができる。放熱構造11は、レンズ13に対して上面視斜め下方に配置される。そして、放熱構造11は、レンズ13の上面視下方の位置からレンズ13に向かって配置される。

また、レンズ13を通って撮像素子に受光した光から画像を生成し、画像処理を行うために、演算用のIC（画像処理素子）16が基板（処理回路基板）17に実装されている。基板17には、IC16の他に、ステレオカメラへの電源の供給のためや、ステレオカメラからの信号を出力するためのインターフェースコネクタ15と、その他の電子部品が実装されている。
基板17は、筐体12へ固定されている。

図１Ｂはステレオカメラ断面を正面から見た図である。放熱構造11とIC16との位置関係について述べる。
演算用のIC16は、前述のように基板17に実装されるが、その際、車両取付姿勢のカメラにおいて、上方へ熱を伝導させる構造とする。筐体12の放熱構造11は、基板17のIC16に対応する位置に形成されている。IC16は、基板17の中で発熱量が多く、筐体12に熱伝達することによって、筐体12の放熱構造11から効果的に放熱することができる。IC16から筐体12への熱伝達は、放熱伝導材18を介して行われる。放熱伝導材18は例えばシート状のものや、ペースト状のものである。

次に図２を用いてステレオカメラの車両への取付けについて説明する。図２はステレオカメラをウインドシールドガラス23に固定する一例である。

ステレオカメラはカメラ保持部材21に固定される。車両の種類によってウインドシールドガラス23の角度は異なるため、ステレオカメラが所望の設置角度になるように、カメラ保持部材21で角度を調整する。角度の調整は各車両にあった角度のカメラ保持部材21を用意するのでもよいし、調整機能付きのカメラ保持部材21を用意するのでもよい。

カメラ保持部材21とウインドシールドガラス23は、間にカメラ保持部材固定材22を介して互いに固定される。カメラ保持部材固定材22には、例えば接着剤を使用し、カメラ保持部材21とウインドシールドガラス23を固定する。

ウインドシールドガラス23が結露した場合、車両に付属しているエアーコンディショナーにより、図２においてステレオカメラの前下方から風が送られ、結露を除去する。

本実施例の車両用撮像装置は、放熱構造11を左右端のレンズ13の間に配置する。ステレオカメラの場合、視差を算出するために一方のレンズ13と、もう一方のレンズ13との距離（以下、基線長と呼ぶ）が離れている必要がある。更には、算出視差の精度を向上させるためには基線長をできるだけ長く取る必要がある。このため、ステレオカメラの場合は、一方のレンズ13ともう一方のレンズ13を接続する筐体12は、全長が左右方向に長くなり、ステレオカメラ全体が受ける前下方からの空気の流量に対して、レンズ13の前下方からくる空気の流量は少なくなる。

そこで、放熱構造11により放熱空気の誘導を行い、レンズ13の光軸方向の前方から後方に流れる空気の流れの向きをレンズ13に向くように変更する。放熱構造11は、ステレオカメラの前下方から送られる風を流入させるための空気流入部を、光軸方向における放熱構造の前方に有する。放熱構造11を構成する複数の放熱体等は、筐体12の前方から後方に移行するにしたがって筐体12の中央部分から左右のレンズ13に向かって移行するように形成されている。

したがって、ステレオカメラ全体が受ける前下方からの空気の流量に対して支配的となる、一方のレンズ13ともう一方のレンズ13の間を流れる空気に対して、各々のレンズ13の方向へ空気が流れるような向きに変更でき、レンズ13へ向かう風の温度を上げることができる。これにより、レンズ13の結露を軽減できる。もしくは結露した場合、結露除去の時間を短くすることができる。そして、エアーコンディショナーによるデフロスタ機能を補助して、車載状態におけるレンズ付近のウインドシールドガラス23の結露を積極的に除去する効果を得ることができる。

該構造は、どちらか一方のレンズ13の近傍にIC16を配置し、その上に放熱構造11を設けるのでもよいが、ステレオカメラの場合、前述したとおり左右のカメラの光軸方向が揃っていることが重要である。そのため、筐体12の熱変形を考慮すると、図1(b)のように、左右のレンズ13の近傍にそれぞれIC16を配置し、放熱構造11を複数設けることが好ましい。
更に複数の放熱構造11は、ステレオカメラの長手方向の中央部に対してできるだけ対称の位置に設けるのが好ましい。これにより、左右のカメラ部は、IC16からの温度により筐体12が変形する際、左右対称の変形をすることになり、ステレオカメラとしての性能低下を抑制することができる。

放熱構造11の形状は、レンズ13の画角外からの光を防ぐために設ける壁14と共用しても良い。壁14は、カメラ撮像範囲を避ける位置に設けられている。

また、放熱構造11へ伝達されるIC16の熱量は増加傾向にある。それは、画像処理を行うために、IC16では高速で膨大な量の演算が行われているためである。特に、近年は撮像素子がカラーになったり、画素数が増えることに伴い、演算処理量が増加している。また、多様な画像処理を行うために処理速度を速める必要が出てきている。

これらにより、IC16の発熱量は増加傾向にあるため、本発明の放熱構造11を設けた場合に得られる効果も向上している。

上述の車載画像処理装置によれば、基板17の発熱を放熱させる放熱構造11を筐体12に設けており、放熱構造11がレンズ13に向かう方向に沿う放熱面を有しているので、基板17の発熱を利用してレンズ13の結露を積極的に取り除くことができる。

［実施例２］
図３Ａ〜図３Ｄを用いて、レンズ13への空気流量を増やすための構造について説明する。

ステレオカメラの前下方からウインドシールドガラス23に沿って流れてくる空気に対し、出来るだけ多くの空気をレンズ13の方向へ向けるためには、空気の流路入口（空気流入部）31を広く取ることが好ましい。

また、放熱構造11を構成する複数の放熱体等は、レンズ13の近傍ほど対向する放熱面間の距離が小さくなるように配置されており、流路出口32が流路入口31よりも狭くなっている。このように、流路出口32を流路入口31より狭くすることにより、ベンチュリー効果が生まれ、流路出口32から出射する風の速度は入射したときよりも加速する。これにより、よりレンズ13へ積極的に空気を送り込み、結露除去・結露防止の効果が高まる。
放熱構造11を構成する複数の放熱体等の形状は、図３Ａのように、流路入口31から流路出口32に向かって一直線状に延びる直線構造でもよいし、図３Ｂのように、放熱面間の距離が途中で段階的に小さくなる非直線構造でもよい。

また、図３Ｃのように空気への接触面積を拡大した放熱構造34として、波状の形状でもよい。波状にすることにより、空気との接触面積を増やすことができるため、レンズ13へ送り込む空気の温度をより高くすることができる。

また、図３Ｄのように、放熱構造11は、複数の放熱体３５等が可能な限り薄い方が良い。複数の放熱体35等の厚さが薄いほど、IC16からの熱をより空気中に伝えやすくなり、放熱効果が高まる。放熱構造11は、別部材を筐体12に接合する構成でもよいし、切削や成形等により筐体12に一体的に形状を実現する構成でもよい。生産性を加味すると、筐体12を形状づける型で同時に成型するのが好ましい。

［実施例３］
図４を用いて、放熱構造11の別の設置例について説明する。

レンズ13方向へ向けるための壁は、IC16の発熱を利用するためには、IC16と接触している筐体12に設けるほうが好ましいが、ステレオカメラとウインドシールドガラス23を結合するためのカメラ保持部材21に設けられた放熱構造41を配置してもよい。また、レンズ13の前に、画角外からの光を遮光するためのレンズフードを設ける場合、その部材に該放熱構造を設けても良い。

［実施例４］
図５を用いて、放熱構造の別の構成例について説明する。

本実施例では、レンズ13の前方に放熱構造51が設けられている。放熱構造51は、筐体12の上面に設けられた複数本の凸条部を有している。複数本の凸条部は、レンズ13の前方で筐体12の前後方向に沿って延在し、後方に移行するにしたがって、左右の間隔幅が漸次狭められるように設けられている。そして、特に図示していないが、基板17のIC16が放熱構造51の対応する位置に配置されている。したがって、上記した実施例１〜３と同様に、基板17のIC16の放熱を利用してレンズ13の結露を取り除くことができる。また、車載状態において、エアーコンディショナーによって前下方からウインドシールドガラス23に沿って送られてきた風を、複数本の凸条部によってレンズ13の前方に集めて、車載状態におけるレンズ付近のウインドシールドガラス23の結露を取り除くことができる。

なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、本発明はステレオカメラに適用する内容であるが、カメラ部が一つからなる単眼の画像処理カメラに適用してもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１１ 放熱構造１２ 筐体１３ レンズ１４ カメラ撮像範囲を避ける壁１５ インターフェースコネクタ１６ IC１７ 基板１８ 放熱伝導材２１ カメラ保持部材２２ カメラ保持部材固定材２３ ウインドシールドガラス３１ 流路入口３２ 流路出口３４ 空気への接触面積を拡大した放熱構造３５ 薄くした放熱体４１ カメラ保持部材に設けられた放熱構造

Claims (8)

1. レンズと、該レンズを通過した光が結像する撮像素子と、該撮像素子によって撮影された画像を処理する処理回路基板と、前記処理回路基板を保持する筺体と、を備える車両用撮像装置であって、
   前記筺体には、前記処理回路基板の発熱を放熱させる放熱構造が設けられ、
   前記放熱構造は、前記レンズに向かう方向に沿う放熱面を有する、車両用撮像装置。
2. 前記放熱構造は、前記レンズの前方に配置される、請求項１に記載の車両用撮像装置。
3. 前記車両用撮像装置は、前記放熱構造を車両のウインドシールドガラスに対向させて配置され、
   前記放熱構造は、前記レンズの光軸方向の前方から後方に流れる空気の流れの向きが前記レンズに向くように変更する、請求項１に記載の車両用撮像装置。
4. 前記車両用撮像装置は、車両の室内の空気を流入させる空気流入部を前記レンズの光軸方向における前記放熱構造よりも前方に有する、請求項１に記載の車両用撮像装置。
5. 前記処理回路基板は、画像処理素子を有し、
   前記放熱構造は、前記画像処理素子に対応する位置に形成される、請求項１に記載の車両用撮像装置。
6. 前記放熱構造は、前記レンズに対して上面視斜め下方に配置され、
   前記放熱構造は、前記レンズの上面視下方の位置から前記レンズに向かって配置される、請求項１に記載の車両用撮像装置。
7. 前記レンズは、一つの前記筺体に対して複数設けられ、
   前記放熱構造は、前記複数のレンズに対応させて複数設けられる、請求項１に記載の車両用撮像装置。
8. 前記放熱構造は、前記放熱面同士を対向させて配置される複数の放熱体／放熱突起／フィン／リブを有し、
   前記複数の放熱体／放熱突起／フィン／リブは、前記レンズの近傍ほど対向する前記放熱面間の距離が小さくなるように配置される、請求項１に記載の車両用撮像装置。

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