JP2010060754A

JP2010060754A - 車両搭載カメラ及び光学装置

Info

Publication number: JP2010060754A
Application number: JP2008225364A
Authority: JP
Inventors: Koichi Wakamiya; 孝一若宮; Atsushi Sekine; 淳関根; Tomoji Nakamura; 友二中村; Taiji Ouchi; 泰司大内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-03
Also published as: JP5417773B2

Abstract

【課題】ダッシュボードなどがフロントウインドウシールドやリアウインドウシールドを経由してカメラに写りこむのを阻止するようにした車両搭載カメラ及びこの車両搭載カメラを有する光学装置を提供する。
【解決手段】車両用撮像システム１０等の光学装置に搭載される車両搭載カメラ１は、フロントウインドウシールドＷを介して車両の外部を撮像する撮像レンズ２と、撮像レンズ２の視野の外に配置された直線偏光フィルター３と、を有して構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両搭載カメラ、及び、この車両搭載カメラを有する光学装置に関する。

近時、車両に搭載されていて車両の前方（若しくは後方）の走行環境を撮影する車両搭載カメラが種々提案されているが、従来、フロントウインドウシールド（フロントガラス）を透かして車両前方の走行環境を撮影するとき、ダッシュボードなどがフロントウインドウシールドに反射して写りこみ、画像のコントラストを低下させる問題があった。これを解決させる手段として、カメラの前面に偏光フィルターを設置する案が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−７８７３７号公報

しかしながら、カメラの前面に偏光フィルターを設置する方法は、確かに簡素にして効果が認められるが、同時に、車両前方の走行環境を撮影する際、光量の減衰を招き、更には、外界の景色に偏光成分が含まれていた場合に、写るべきものが写らない等の、人の視覚と異なる描画を成す場合が起こるという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、車両の外部を撮影する際、光量の減衰を招かず、更に必要な景色が確実に写るように、ダッシュボードなどがフロントウインドウシールドやリアウインドウシールドを経由したカメラへの写りこみのみを阻止するようにした車両搭載カメラ及びこの車両搭載カメラを有する光学装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る車両搭載カメラは、ウインドウシールドを介して車両の外部を撮像する撮像レンズと、撮像レンズの視野の外に配置された直線偏光フィルターと、を有して構成される。

このような車両搭載カメラにおいて、直線偏光フィルターは、ウインドウシールドに反射して撮像レンズに入射する光線が、この撮像レンズに入射する前に透過する位置に配置されていることが好ましい。

また、このような車両搭載カメラにおいて、直線偏光フィルターは、撮像レンズの下方に配置されていることが好ましい。

また、このような車両搭載カメラにおいて、直線偏光フィルターは、撮像レンズの側方に配置されていることが好ましい。

また、このような車両搭載カメラにおいて、直線偏光フィルターは、撮像レンズに入射する光線のうち、少なくともＳ偏光成分を遮断する方向に取り付けられていることが好ましい。

また、このような車両搭載カメラにおいて、直線偏光フィルターは、撮像レンズの光軸から傾けて配置されていることが好ましい。

また、このような車両搭載カメラにおいて、直線偏光フィルターは、撮像レンズの前方周囲を覆うように配置されていることが好ましい。

さらに、このような車両搭載カメラは、直線偏光フィルターを透過して撮像レンズに入射する光線が、直線偏光フィルターに入射する前に透過するように配置された第２の直線偏光フィルターをさらに有し、この第２の直線偏光フィルターは、その偏光軸が直線偏光フィルターの偏光軸と略直交するように配置されていることが好ましい。

また、本発明に係る光学装置は、上述の車両搭載カメラのいずれかを有して構成される。

本発明に係る車両搭載カメラ及びこの車両搭載カメラを有する光学装置を以上のように構成すると、ウインドウシールドで反射して写り込むダッシュボード等の像を効果的に除去することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、車両に搭載され、フロントウインドウシールドＷを通して前方を撮影する車両搭載カメラＫを示しており、このカメラＫを、例えば、ルームミラーＲの背後（前方側）に取り付けた場合を示している。この車両のダッシュボードＤに降り注いだ光線群（例えば、太陽からの直接光）ＬはこのダッシュボードＤで乱反射して四方八方に散乱する。その一部の光線Ｌ′は、フロントウインドウシールドＷで反射して（反射光Ｌ″）カメラＫに写り込み、このカメラＫで撮影される画像のコントラストを低下させてしまう。そこで、以降の説明では、このフロントウインドウシールドＷの表面で反射する光線の反射角に着目する。

図２は、空気中から屈折率１．５５のガラスへ入射する光線の反射率の値を計算したものである（例えば、「応用化学」、岩波全書、久保田広著、ｐｐ１４６〜１５２参照）。この図２は、横軸を入射角（度）とし、縦軸を反射光の強度として、入射角に対する反射光の反射強度をグラフ化したものであり、入射光および境界面の垂線を含む面（入射面）とこれに垂直の平面を考え、この２つの偏光成分に関して、入射面内の偏光成分をＰ偏光成分とし、反射強度のＰ成分をＩｐとする。また、入射面に垂直の偏光成分をＳ偏光成分とし、反射強度のＳ成分をＩｓとする。入射角度の違いにより、反射率が異なるが、とくに偏光特性の違いが著しい。ことに、入射角６０度付近はブリュウスター角と呼ばれており、Ｐ成分では反射光がゼロになる。この条件下では、Ｓ成分の反射光強度が２０％にも達するのでかなり反射率が高いが、これを除去する直線偏光フィルターを介したときは反射光を消すことができる。すなわち、以降に説明する車両搭載カメラは、ガラスの表面反射に関して上記の性質を利用しようとするものであり、主としてＳ偏光成分を直線偏光フィルターで除去しようとするものである。

図３は、車のフロントウインドウシールド（フロントガラス）Ｗを介して前方を監視するように構成された車両搭載カメラ１の光学系を示しており、撮像レンズ２と、直線偏光フィルター３と、を有している。この場合、撮像レンズ２は垂直視野角ω１の視界を有して前方を撮像することができる。フロントウインドウシールドＷの内側より外側が相対的に暗くなるに従い、内部の構造物、たとえばダッシュボードＤや計器盤Ｍの明かりなどがフロントウインドウシールドＷの空気界面Ｗ１，Ｗ２で反射してゴースト像が目立つ様になり、これは前方監視に際して非常に有害である。一例として、ダッシュボードＤが視野の像に重畳して有害像を作る光路を図３に図示して説明する。

光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は外部の天空や室内からの光線である。これらの光線は上述のように、ダッシュボードＤの表面で拡散され四方八方に乱反射する。それらの中で、ダッシュボードＤで正反射し、更にフロントウインドウシールドＷの空気界面Ｗ１，Ｗ２で正反射して撮像レンズ２の入射瞳２ａを通過して撮像面Ｉに達する正反射光を光線Ｌ１′，Ｌ２′，Ｌ３′で示す。これらの光線Ｌ１′〜Ｌ３′は、撮像レンズ２の入射瞳２ａの中心を通り、フロントウインドウシールドＷに対して垂直な仮想軸Ｑ１を回転軸として、この回転軸廻りのあらゆる方向から入射し得るものであって、撮像面Ｉに配置された撮像素子（図示せず）でその一部が検出される。外部の天空や室内からの光線Ｌ１〜Ｌ３は通常自然光で無偏光である。

ところが、車のフロントウインドウシールドＷで反射する場合の入射角はかなり大きく、そこでの反射の結果、図２を用いて説明したように偏光が生じる。たとえば乗用車のフロントウインドウシールドＷは水平からの傾きが３０度前後あり、撮像レンズ２が車両前方を撮影するために水平方向を向いているとすれば、光線Ｌ１′はフロントウインドウシールドＷに入射角θ１＝６０度で入射する。その結果、撮像レンズ２にはＰ偏光成分が少なく、Ｓ偏光成分の多い光線が入射することになる（反射光Ｌ２′，Ｌ３′も同様である）。以上より、反射光Ｌ１′〜Ｌ３′によるゴースト像を低減するには、これらの反射光Ｌ１′〜Ｌ３′のうち、相対的に光量が多いＳ偏光成分を低減するのが効果的であり、少なくとも、光線Ｌ１′〜Ｌ３′の光路中にこれらの光線のＳ偏光成分の透過を少なくする偏光フィルター３を挿入するのが効果的である。

図３において、偏光フィルター３は、ダッシュボードＤ等で反射した光線Ｌ１′〜Ｌ３′のＳ偏光成分を遮断するように配置されており、撮像レンズ２の入射瞳２ａの中心を球心とする球面状に形成されている。実際には、この偏光フィルター３を、入射瞳２ａを通る回転軸Ｑ２を中心に自転させて、消光効果の最大になる偏光フィルター３の自転角を決めれば良い。また、Ｓ偏光成分の透過が少なくなる偏光フィルター３を挿入する場所は光路中のどこであっても良いが、前方を監視する撮像レンズ２の撮像画像およびドライバーの視界に影響を与えない場所としてフロントウインドウシールドＷで光線Ｌ１′〜Ｌ３′が反射する直前で撮像レンズ２の視界に掛からない場所、すなわち図３に示す位置（撮像レンズ２の下方）に偏光フィルター３を配置するのが適当である。その際、撮像レンズ２の視界に掛からない場所であれば偏光フィルター３はどのように傾けて配置してもかまわないが、偏光フィルター３の表面反射自体も強い場合があり、できれば偏光フィルター３の表面反射光が撮像レンズ２の入射瞳２ａに入らないように配置することが望ましい。例えば、図３に示すように、撮像レンズ２の入射瞳２ａの中心を球心とする偏光フィルター３を設置することにより、入射瞳２ａを通過する光線以外は偏光フィルター３の表面で反射した反射光が入射瞳２ａを通過し得ないようにすることができ、光線Ｌ１，Ｌ２と平行な光線は、偏光フィルター３の表面で正反射した後、撮像レンズ２の入射瞳２ａに入射しない。

なお、球面状の偏光フィルター３を設置することが困難な場合は、図４に示すように平行平面形状を有する偏光フィルター３を用いても構わないし、厳密に入射瞳２ａと垂直な向きに配置しなければいけない訳ではない（図４において、図３と同様の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する）。尚、この図４に示すように、撮像レンズ２には、通常用いられるごときレンズフード４を併用するのが望ましい。

図５は、車を上から見た模式図であって、水平視野角ω２の視界を有する撮像レンズ２に対して側方からの反射光Ｌ４′，Ｌ５′がこの撮像レンズ２の入射瞳を通過して像面に達する様子を示した図である。上述の図３を用いて説明したように、反射光Ｌ１′〜Ｌ３′などの光線は、撮像レンズ２の入射瞳２ａの中心を通り、フロントウインドウシールドＷに垂直な仮想軸Ｑ１を回転軸として、回転対称に入射し得るものであり、この図５に示す反射光Ｌ４′，Ｌ５′は、上述の反射光Ｌ１′〜Ｌ３′などのうちの１つが図３に示す仮想軸Ｑ１を回転軸として、回転したものである。それゆえ、フロントウインドウシールドＷで反射する際の入射角は上述の光線の入射角と変わらない。よってこれらの光線Ｌ４′，Ｌ５′も偏光しており、これらの反射光を軽減するために、車両搭載カメラ１の撮像レンズ２の側方に直線偏光フィルター３ｂ，３ｃを配置してある。図５の直線偏光フィルター３ｂ，３ｃは、平行平面の形状のものを傾けて配置したが、他の形状のものであってもかまわない。また、図５に示すように、下方からの反射光に対応する直線偏光フィルター３ａ（以降の説明では、下方の直線偏光フィルターを３ａとする）の一部であっても構わない。この図５においては、撮像レンズ２の下方に配置された直線偏光フィルター３ａの左右の側部から上方に延びるように左右の直線偏光フィルター３ｂ，３ｃを設けて、撮像レンズ２の前方周囲を覆うように配置した場合を示している。

また、この図５において、車両搭載カメラ１′は水平視野角ω３の視野を有する撮像レンズ２′により、リアウインドウシールドＷ′を通して後方視するために配置してある。上述のフロントウインドウシールドＷと同じくリアウインドウシールドＷ′も傾斜しており、反射ゴーストが問題になる場合が多い。この場合も、この図５に示すように直線偏光フィルター３′を設けることにより、ゴーストを軽減することが可能である（構成等は、前方監視用の車両搭載カメラ１と同様である）。

ところで、図６に示すように、ダッシュボードＤ上の計器盤Ｍが点灯された場合、この計器盤Ｍからの光線が、フロントウインドウシールドＷで反射し、撮像レンズ２に入射してゴーストを発生させてしまう。このような場合、計器盤Ｍが自己発光型で、偏光していないとすれば、直線偏光フィルター３と略直行する偏光軸を有する第２の直線偏光フィルター５を計器盤Ｍの直前に配置すればよい。そうすると、直線偏光フィルター３と偏光軸が略直行する第２の直線偏光フィルター５の組み合わせによって、ダッシュボードＤの計器盤Ｍで反射した反射光Ｌ２′の光線は大部分が透過せず、さらにフロントウインドウシールドＷでの反射によって計器盤Ｍのゴーストが完全に消滅する。計器盤Ｍ以外の部分、たとえばダッシュボードＤからの反射光に関しては、上述の図３の説明と重複するので省略するが、この図６の構成では直線偏光フィルター３を平行平面にし、傾きも光線Ｌ１′が略垂直に入射するような傾斜に押さえている。このような構成の場合、光線Ｌ１，Ｌ２のように天空からの光線がフィルター３の表面で反射した後、撮像レンズ２の入射瞳２ａを通過し得るが、視野外なので、レンズフード４等の遮蔽物の工夫でゴーストやフレアを防ぐことが可能である。

図７は、上述の車両搭載カメラ１，１′を有する光学装置の例として、車両の前方及び後方を監視する車両用撮像システム１０、及び、この車両用撮像システム１０で撮像された画像から車内外の環境を解析してこの車両の制御を行う制御部２０の構成を示している。車両用撮像システム１０は、撮像レンズ２及び直線偏光フィルター３を有し、車内に配置されてフロントウインドウシールドＷを介して前方を撮像する車両搭載カメラ１と、撮像レンズ２により結像された像を検出する撮像素子１１と、撮像レンズ２′及び直線偏光フィルター３′を有し、車内に配置されてリアウインドウシールドＷ′を介して後方を撮像する車両搭載カメラ１′と、撮像レンズ２′により結像された像を検出する撮像素子１２と、撮像素子１１，１２からの信号を処理して画像情報（映像信号）を生成する画像処理部１３と、車内で撮影して得られた映像信号をメモリもしくは記録媒体に必要に応じて蓄積あるいは記録する映像蓄積装置１４と、から構成される。なお、画像処理部１３は、車両搭載カメラ１，１′を駆動するための制御系やカメラによって得られた映像信号を増幅その他信号処理する回路を有する。また、制御部２０は、映像信号およびカメラ以外を含むその他の情報と併せて車内外の環境状態を解析し、制御信号を発する機能を有する。なお、撮像レンズ２，２′の周囲に設けられる直線偏光フィルター３，３′は、不要なゴースト像の発生を押さえ、忠実かつ良質な前方視（後方視）の画像を提供するために、必要に応じて選択することができる。

以上説明したように、車両搭載カメラ１，１′を以上のように構成すると、フロントまたはリアウインドウシールドＷ，Ｗ′で反射して写り込むダッシュボートＤ等の像を効果的に除去することができるので、この車両搭載カメラ１，１′の像のコントラストが低下することがない。

車両のフロントウインドウシールド近辺の構成を示す。空気中から屈折率１．５５のガラスへ光線が入射するときの入射角と反射光の強度との関係を示すグラフである。フロントウインドウシールドを介して前方を監視する場合の、車両搭載カメラの横断面図である。図３において直線偏光フィルターの形状を変えた場合の、車両搭載カメラの横断面図である。車を上方から見たときの、車両搭載カメラの構成を示す。計器盤の写り込みも合わせて除去するようにした車両搭載カメラの横断面図である。車両用撮像システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１′ 車両搭載カメラ２，２′ 撮像レンズ
３（３ａ，３ｂ，３ｃ），３′ 直線偏光フィルター４レンズフード
５第２の直線偏光フィルター１０車両用撮像システム（光学装置）
ＷフロントウインドウシールドＷ′ リアウインドウシールド

Claims

ウインドウシールドを介して車両の外部を撮像する撮像レンズと、
前記撮像レンズの視野の外に配置された直線偏光フィルターと、を有する車両搭載カメラ。
前記直線偏光フィルターは、前記ウインドウシールドに反射して前記撮像レンズに入射する光線が、前記撮像レンズに入射する前に透過する位置に配置されている請求項１に記載の車両搭載カメラ。
前記直線偏光フィルターは、前記撮像レンズの下方に配置されている請求項１または２に記載の車両搭載カメラ。
前記直線偏光フィルターは、前記撮像レンズの側方に配置されている請求項１〜３いずれか一項に記載の車両搭載カメラ。
前記直線偏光フィルターは、前記撮像レンズに入射する光線のうち、少なくともＳ偏光成分を遮断する方向に取り付けられている請求項１〜４いずれか一項に記載の車両搭載カメラ。
前記直線偏光フィルターは、前記撮像レンズの光軸から傾けて配置されている請求項１〜５いずれか一項に記載の車両搭載カメラ。
前記直線偏光フィルターは、前記撮像レンズの前方周囲を覆うように配置されている請求項１〜６いずれか一項に記載の車両搭載カメラ。
前記直線偏光フィルターを透過して前記撮像レンズに入射する光線が、前記直線偏光フィルターに入射する前に透過するように配置された第２の直線偏光フィルターをさらに有し、
前記第２の直線偏光フィルターは、偏光軸が前記直線偏光フィルターの偏光軸と略直交するように配置されている請求項１〜７いずれか一項に記載の車両搭載カメラ。
請求項１〜８いずれか一項に記載の車両搭載カメラを有する光学装置。