JP2010204059A - 雨滴検出装置及び車載用監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成で外乱光の影響を受けずに雨滴を安定して検出することができるとともに装置の小型化を図り、車両に容易に装着可能とする。
【解決手段】光源２から車両のフロントスクリーン１００に入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、撮像装置１でフロントスクリーン１００に照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像し、雨滴検出処理部６は撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からフロントスクリーン１００に雨滴が付着しているか否を判別し、フロントスクリーン１００に雨滴が付着している場合の雨滴量を単純な構成で外乱光の影響を受けずに安定して検出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば車両のフロントスクリーンに付着した雨滴等の液滴を検出する雨滴検出装置及び車載用監視装置に関するものである。

車輌に搭載され、雨滴を検出するためカメラを用いた雨滴センサが、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。特許文献１に示された雨滴センサは、光源であるＬＥＤと、受光部である焦点をほぼ無限大に設定したカメラからなり、ＬＥＤから赤外光を車両のフロントスクリーンに照射し、その反射光をカメラで受光する。このカメラでフロントスクリーンの画像を受光している画像の輝度情報を比較し、フロントスクリーンが雨でぬれている場合は、フロントスクリーンからの反射光が強くなるため画像の輝度情報が変化することから降雨量を検出している。

特許文献２に示された雨滴センサは、フロントスクリーンを挟んで前方を観察するステレオカメラでフロントスクリーン表面に付着した雨滴を検出するようにしている。このステレオカメラは、複数の視点から見た被写体像を発生させるステレオ光学系と、ステレオ光学系で発生した被写体像に基づいてステレオ画像データを発生させる撮像素子と、発生したステレオ画像データに基づいてフロントスクリーンに付着した水滴検出装置で構成され、ウインドスクリーンに雨滴が付着すると光が散乱して光量が変化することから、付着した雨滴量を検出している。

しかしながら、このようなカメラで撮影した画像の輝度情報を用いた雨滴センサは、周囲の明るさが外乱となるため誤作動が多く、雨が降っていないにもかかわらず、雨滴センサで雨が降っていると判断し、ワイパーを自動的に動作してしまうおそれがあるという問題点があった。

このような問題を改良するために、非特許文献１に示された雨滴センサは、光源であるＬＥＤと、受光部であるフォトダイオードからなり、ＬＥＤからの光がフロントスクリーン表面で全反射してフォトダイオードに入射するようにＬＥＤとフォトダイオードを配置して構成している。そしてＬＥＤから赤外光をフロントスクリーンに照射し、その表面の反射光をフォトダイオードで受光する。フロントスクリーンが雨でぬれている場合は、フロントスクリーン表面の反射光が弱くなるためフォトダイオードの出力から雨滴の有無を判定している。この雨滴センサは雨が降っていない状態ではＬＥＤからの光がフロントスクリーンで全反射されるため、フォトダイオードからの出力は大きく外乱に強い。このように輝度情報ではなく単純な光の強弱で検知するため安定して雨滴を検出することができる。

非特許文献１に示された雨滴センサは、検出範囲境界近くまで高い検出感度を持たせるために撮像光学系に特殊なレンズ構造を用いなければならないため高コスト化は避けられない。また、雨滴を検知するための専用センサであるため他の距離センサ等との兼用ができず、車両に搭載するセンサ数の増加と設置面積の大面積化が必要であるという短所がある。現在、車両には雨滴センサのほかにオートライトオン／オフセンサやレーン逸脱防止センサ、自動ハイ／ロービーム切替センサ、標識認識センサ等多数のセンサが搭載されているため、低コスト化と設置スペースの省スペース化が問題となっている。

この発明は、このような問題を解消し、単純な構成で外乱光の影響を受けずに雨滴を安定して検出することができるとともに装置の小型化を図り、車両に容易に装着できる液滴検出装置と、車両のフロントスクリーンに付着した雨滴を検出するとともに前方の車両等までの距離を計測する機能等を有する車載用監視装置を提供することを目的とするものである。

この発明の雨滴検出装置は、光源と撮像装置及び信号処理装置を有し、前記光源は、透明なスクリーンに対して入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、前記撮像装置は、前記光源からスクリーンに照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像し、前記信号処理装置は、前記撮像装置で撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別することを特徴とする。

この発明の他の雨滴検出装置は、車両に搭載された光源と撮像装置及び信号処理装置を有し、前記光源は、前記車両のフロントスクリーンに対して入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、前記撮像装置は、前記光源からフロントスクリーンに照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像し、前記信号処理装置は、前記撮像装置で撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からフロントスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別することを特徴とする。

前記撮像装置は、撮像レンズと、該撮像レンズを透過した光束の出射側に設けられ、透過軸が直交して偏光を分離する２つの偏光子領域を有する偏光フィルタと、該偏光フィルタの各領域を通過した光を受光してスクリーン表面を撮影する複数の撮像領域を有する撮像ユニットとを有し、前記偏光フィルタの２つの偏光子領域のいずれか一方の偏光子領域を透過した光束でＳ偏光画像を取得し、他の偏光子領域を透過した光束でＰ偏光画像を取得することを特徴とする。

また、前記偏光フィルタの各偏光子領域は、透明基板上に屈折率が異なる複数の透明材料を積層した多層構造体からなり、各層毎に一方向に繰り返される１次元周期的な凹凸形状を有することを特徴とする。

さらに、前記偏光フィルタの各偏光子領域は、ワイヤグリッド型偏光子により構成しても良い。

この発明の車載用監視装置は、車両に搭載された光源と１対の撮像装置及び信号処理装置を有し、前記光源は、前記車両のフロントスクリーンに対して入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、前記１対の撮像装置のいずれか一方の撮像装置は、前記光源からフロントスクリーンに照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像するとともに前記車両の前方の被写体の画像を撮像し、他方の撮像装置は、前記車両の前方の被写体の画像を撮像し、前記信号処理装置は、雨滴検出処理部と外部情報処理部を有し、前記雨滴検出処理部は、前記一方の撮像装置で撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からフロントスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別し、前記外部情報処理部は、前記一方の撮像装置と他方の撮像装置で撮像した前記車両の前方の被写体の画像に基づいて前記被写体までの距離を算出することを特徴とする。

前記車載用監視装置の一方の撮像装置は、撮像レンズと、該撮像レンズを透過した光束の出射側に設けられ、透過軸が直交して偏光を分離する２つの偏光子領域と偏光を分離しない領域を有する偏光フィルタと、該偏光フィルタの各領域を通過した光を受光して前記スクリーンを撮影する複数の撮像領域を有する撮像ユニットとを有し、前記偏光フィルタの２つの偏光子領域のいずれか一方の偏光子領域を透過した光束でＳ偏光画像を取得し、他の偏光子領域を透過した光束でＰ偏光画像を取得することを特徴とする。

また、前記車載用監視装置で前記光源とともに他の光源を設け、前記光源と前記他の光源は、前記車両のフロントスクリーンの異なる領域に入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、前記１対の撮像装置は、前記光源からフロントスクリーンの異なる領域に照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像するとともに前記車両の前方の被写体の画像を撮像し、前記信号処理装置の雨滴検出処理部は、前記１対の撮像装置で撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からフロントスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別することを特徴とする。

さらに、前記車載用監視装置で前記１対の撮像装置とともに他の１対の撮像装置を有し、前記１対の撮像装置を近距離計測用とし、前記他の１対の撮像装置を遠距離計測用とし、前記信号処理装置の外部情報処理部は、前記近距離計測用の１対の撮像装置と前記遠距離計測用の他の１対の撮像装置で撮像した前記車両の前方の被写体の画像に基づいて前記被写体までの距離を算出することを特徴とする。

この発明は、光源から透明なスクリーンや車両のフロントスクリーンに入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、スクリーンに照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像し、撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別することにより、スクリーンに雨滴が付着しているか否と、付着している場合の雨滴量を単純な構成で外乱光の影響を受けずに安定して検出することができる。

また、偏光フィルタの偏光子領域を、透明基板上に屈折率が異なる複数の透明材料を積層した多層構造体で形成し、各層毎に一方向に繰り返される１次元周期的な凹凸形状を有することにより、偏光子領域を高精度で作製することができるとともに耐熱性に優れた偏光フィルタを得ることができる。

さらに、撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からフロントスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別するとともに、１対の撮像装置で撮像した車両前方の被写体の画像に基づいて被写体までの距離を算出することにより、多機能を有する車載用監視装置を得ることができ、車両の安全性を向上させることができる。

また、近距離計測用の１対の撮像装置と遠距離計測用の１対の撮像装置で撮像した車両前方の被写体の画像に基づいて被写体までの距離を算出することにより、近距離から遠距離までのワイドレンジで車両等までの距離を精度良く検出できるとともに近距離は広角検知でき、車両の左右からの飛び出しも安定して検出することができる。

この発明の雨滴検出装置の光学系の構成図である。 雨滴検出装置の雨滴検出処理部の構成を示すブロック図である。 雨滴検出装置の撮像装置の構成を示す分解斜視図である。 偏光フィルタの構成を示す斜視図である。 フロントスクリーンの入射光と反射光及び屈折光を示す模式図である。 フロントスクリーンから反射したＳ偏光とＰ偏光の反射率の変化特性図である。 車載用監視装置の光学系の構成図である。 車載用監視装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 車載用監視装置の撮像装置に使用する偏光フィルタと固体撮像ユニットの構成を示す平面図である。 前方の被写体までの距離算出処理を示す模式図である。 車載用監視装置の第２の光学系の構成図である。 車載用監視装置の第３の光学系の構成図である。

図１、図２は、この発明の雨滴検出装置の構成を示し、図１は光学系の構成図、図２は雨滴検出処理部の構成を示すブロック図である。液滴認識装置の光学系は、図１に示すように、撮像装置１と光源２を有し、車両のフロントスクリーン１００の表面に付着した雨滴２００の画像を撮像する。光源２はＬＥＤ等の発光素子２１とレンズ２２を有し、発光素子２１から出射した光をレンズ２２で平行光束としてフロントスクリーン１００に入射する。この光源２はフロントスクリーン１００に入射する平行光束の入射角がブリュースター角θＢ（θＢ＝５７度）になるように配置されている。この光源２から出射してフロントスクリーン１００で反射した反射光を撮像装置１で撮像する。

撮像装置１は、図３の分解斜視図に示すように、撮像レンズ３と偏光フィルタ４及び固体撮像ユニット５で形成されている。偏光フィルタ４は、Ｓ偏光成分の光のみ通す偏光子領域４１ａとＰ偏光成分の光のみ通す偏光子領域４１ｂとをそれぞれ複数有する。固体撮像ユニット５は、雨滴検出処理部６を有する基板５１上に搭載された第１の撮像素子５２ａと第２の撮像素子５２ｂを偏光フィルタ４の複数の偏光子領域４１ａと偏光子領域４１ｂに対応して有する。この第１の撮像素子５２ａと第２の撮像素子５２ｂは白黒のセンシングを行う場合は内部にカラーフィルタを有しなく、カラー画像のセンシングを行う場合は、カラーフィルタを前段に配置してやれば良い。

この撮像装置１の偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａ，４１ｂは、例えばフォトニック結晶からなる偏光子からなり、図４（ａ）の斜視図に示すように、周期的な溝列を形成した透明基板４１１上に、透明で高屈折率の媒質層４１２と低屈折率の媒質層４１３とを界面の形状を保存しながら交互に積層して形成されている。この高屈折率の媒質層４１２と低屈折率の媒質層４１３の各層は、透明基板４１１の溝列と直交するＸ方向に周期性を持つが、溝列と平行なＹ方向には一様であっても良いし、Ｘ方向より大きい長さの周期的または非周期的な構造を有していても良い。このような微細な周期構造（フォトニック結晶）は自己クローニング技術と呼ばれる方式を用いることにより、再現性良く且つ高い均一性で作製することができる。

このフォトニック結晶からなる偏光子領域４１ａ，４１ｂは、図４（ｂ）と（ｃ）の斜視図に示すように、光軸と平行なＺ軸と、Ｚ軸と直交するＸＹ軸を有する直交座標系において、ＸＹ面に平行な１つの基板４１１の上に２種以上の透明材料をＺ軸方向に交互に積層した多層構造体、例えばＴａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２の交互多層膜からなり、偏光子領域４１ａ，４１ｂは各膜が凹凸形状を有しており、この凹凸形状はＸＹ面内の一つの方向に周期的に繰り返されて形成されている。そして偏光子領域４１ａは溝の方向がＹ軸方向に対して平行であり、偏光子領域４１ｂは溝の方向がＸ軸方向に対して平行であり、偏光子領域４１ａと偏光子領域４１ｂで溝の方向が９０度異なって形成されている。すなわちＸＹ面に入射される光から、偏光子領域４１ａと偏光子領域４１ｂによって偏光方向が異なる偏光成分を透過させる。このように偏光子領域４１ａ，４１ｂをフォトニック結晶で形成することにより、紫外線劣化などに優れて長期間安定して使用することができる。

偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａ，４１ｂはいずれか一方、例えば偏光子領域４１ｂの溝方向がフロントスクリーン１００と平行に配置されるように撮像装置１を配置して、偏光子領域４１ａ，４１ｂでフロントスクリーン１００に付着した雨滴からの反射光の垂直偏光画像と水平偏光画像を取得する。

撮像装置１の固体撮像ユニット５の基板５１に設けられた雨滴検出処理部６は、図２に示すように、信号前処理部６１ａ，６１ｂと画像メモリ６２ａ，６２ｂと演算処理部６３と液滴判別部６４及び出力部６５を有する。信号前処理部６１ａ，６１ｂは固体撮像ユニット５の第１の撮像素子５２ａと第２の撮像素子５２ｂから出力された画像信号の感度むら等を補正するシェーディング補正等を行ってＳ偏光画像とＰ偏光画像を画像メモリ６２ａ，６２ｂに格納する。演算処理部６３は画像メモリ６２ａ，６２ｂに格納されたＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率差（強度差）を演算する。雨滴判別部６４は演算処理部６３で演算したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率差によりフロントスクリーン１００に雨滴が付着しているか否と付着した雨滴量を判定する。出力部６５は雨滴判別部６４で判定した雨滴量があらかじめ定めた所定量に達したとき車両のワイパーを駆動する駆動制御部７に駆動信号を出力する。

この雨滴検出装置でフロントスクリーン１００に付着した雨滴を検出するときの動作を説明するにあたり、まず動作原理を説明する。

光源２の発光素子２１から出射された光はレンズ３３で平行光になってフロントスクリーン１００（ガラス）に入射し、フロントスクリーン１００で反射して撮像装置１入射する。撮像装置１に入射した反射光は撮像レンズ３で集光され、偏光フィルタ４を通って固体撮像ユニット５で受光される。このとき光源２から出射した光のフロントスクリーン１００への入射角がブリュースター角θＢになるように光源２が配置されているから、雨滴が付着していないフロントスクリーン１００からはＳ偏光だけが反射される。すなわち、図５に示すように、フロントスクリーン１００に入射角がブリュースター角θＢ（θＢ＝５７度）のとき、Ｐ偏光は反射率０％でＳ偏光は約２０％反射される。したがって撮像レンズ３と偏光フィルタ４を通って固体撮像ユニット５で受光される光はS偏光だけになる。この状態で雨が降ってフロントスクリーン１００であるガラスの屈折率ｎ＝1.5168の表面に水の屈折率ｎ＝1.33の膜ができるため、図６に示すように、反射する光のＳ偏光とＰ偏光の反射率差が変化する。このＳ偏光とＰ偏光の反射率差を検出することにより雨滴量を検出することができる。

次に、雨滴検出装置でフロントスクリーン１００に付着した雨滴を検出するときの動作を説明する。撮像装置１の偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａ，４１ｂの内いずれか一方、例えば偏光子領域４１ｂの溝方向がフロントスクリーン１００と平行になるように撮像装置１を配置し、フロントスクリーン１００の撮像装置１による撮像領域に光源２から入射角がブリュースター角θＢになる光を照射してフロントスクリーン１００の撮影を行う。この撮影するときフロントスクリーン１００に雨滴が付着していない状態ではフロントスクリーン１００からＳ偏光だけが反射し、撮像レンズ３に入射した光束は偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａに入射し、偏光子領域４１ａでＳ偏光成分の光のみを通して固体撮像ユニット５の第１の撮像素子５２ａに入射する。一方、偏光フィルタ４の偏光子領域４１ｂに入射した光は偏光子領域４１ｂでＳ偏光成分が遮断され、固体撮像ユニット５の第２の撮像素子５２ｂには光を入射しない状態になっている。したがって第１の撮像素子５２ａからだけ画像信号が雨滴検出処理部６の信号前処理部６１ａに入力して処理され、Ｓ偏光画像だけが画像メモリ６２ａに格納される。演算処理部６３は画像メモリ６２ａ，６２ｂに格納されているＳ偏光画像とＰ偏光画像の輝度から反射率差を演算する。このとき、画像メモリ６２ａだけにＳ偏光画像が格納され、画像メモリ６２ｂにはＰ偏光画像が格納されていないから演算処理部６３はＳ偏光の反射率Ｒｓが１００％、Ｐ偏光の反射率Ｒｐが０％であるから、これに対応するＳ偏光とＰ偏光の反射率差ΔＲ＝（Ｒｓ−Ｒｐ）として演算結果を雨滴判別部６４に出力する。雨滴判別部６４は演算処理部６３からＳ偏光の反射率が１００％、Ｐ偏光の反射率が０％であることを示す情報が入力すると、フロントスクリーン１００に雨滴が付着していないと判定する。

この状態で雨が降ってフロントスクリーン１００に雨滴が付着するとフロントスクリーン１００からはＳ偏光とＰ偏光が反射して撮像装置１に入射し、偏光子領域４１ａ，４１ｂを通って固体撮像ユニット５の第１の撮像素子５２ａと第２の撮像素子５２ｂで受光される。第１の撮像素子５２ａと第２の撮像素子５２ｂからはＳ偏光画像とＰ偏光画像が雨滴検出処理部６の信号前処理部６１ａ，６１ｂに入力して処理され、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像が画像メモリ６２ａ，６２ｂに格納される。演算処理部６３は画像メモリ６２ａ，６２ｂに格納されているＳ偏光画像とＰ偏光画像の輝度から反射率差を演算する。このとき、画像メモリ６２ａに格納されたＳ偏光画像の輝度は小さくなり、Ｓ偏光とＰ偏光の反射率差ΔＲが小さくなる。この演算結果が雨滴判別部６４に出力される。雨滴判別部６４は演算処理部６３からＳ偏光とＰ偏光の反射率差ΔＲが小さくなると雨が降ってきたと判断し、Ｓ偏光とＰ偏光の反射率差ΔＲがあらかじめ設定された値ΔＲｔ、例えばΔＲｔ＝（８０−２０）になると、車両のワイパーを駆動する駆動制御部７に駆動信号を出力する。

このようにしてフロントスクリーン１００に雨滴が付着しているか否と、付着している場合の雨滴量を単純な構成で安定して検出することができる。

次に、前記雨滴検出装置を有し、車両の前方を監視する車載用監視装置について、図７の光学系を示す構成図と図８の信号処理部の構成を示すブロック図を参照して説明する。

車載用監視装置の光学系は、第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂと光源２を有し、車両のインナーミラー付近に設けられている。第１の撮像装置１ａは光源２からフロントスクリーン１００に照射され、フロントスクリーン１００で反射した光を入射してＳ偏光とＰ偏光の画像を撮像するとともに、第２の撮像装置１ｂとともに車両の前方の車両や人や障害物等の画像を撮像する。光源２はＬＥＤ等の発光素子２１とレンズ２２を有し、発光素子２１から出射した光をレンズ２２で平行光束としてフロントスクリーン１００に入射角がブリュースター角θＢになるように照射する。

第１の撮像装置１ａは、撮像レンズ３ａと偏光フィルタ４ａ及び固体撮像ユニット５ａで形成されている。偏光フィルタ４ａは、図９（ａ）に示すように、Ｓ偏光成分の光のみ通す偏光子領域４１ａとＰ偏光成分の光のみ通す偏光子領域４１ｂと偏光を分離しない非偏光子領域４１ｃをそれぞれ複数有する。固体撮像ユニット５ａは、図９（ｂ）に示すように、偏光フィルタ４ａの偏光子領域４１ａと偏光子領域４１ｂ及び非偏光子領域４１ｃに対応して基板５１に第１の撮像素子５２ａと第２の撮像素子５２ｂと第３の撮像素子５２ｃを有する。第２の撮像装置１ｂは、撮像レンズ３ｂ及び固体撮像ユニット５ｂで形成されている。第１の撮像装置１ａの撮像レンズ３ａと第２の撮像装置１ｂの撮像レンズ３ｂは、数ｍから数十ｍの先の範囲に対して焦点が合うレンズを使用している。

車載用監視装置の信号処理部８は、図８のブロック図に示すように、雨滴検出処理部６と外部情報処理部９を有する。外部情報処理部９は信号前処理部９１ａ，９１ｂと画像メモリ９２ａ，９２ｂと距離演算処理部９３及び出力部９４を有する。信号前処理部９１ａ，９１ｂは第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂから出力された画像信号の感度むら等を補正するシェーディング補正等を行って車両の前方の情報、例えば前方の車両や人や道路の白線等を示す画像を画像メモリ９２ａ，９２ｂに格納する。距離演算処理部９３は画像メモリ９２ａ，９２ｂに格納された画像の視差から前方の車両等までの距離を演算する。出力部９４は距離演算処理部９３で演算した距離と前方の車両等の画像を表示装置１０に出力して表示させる。また、前方の車両等までの距離が近い場合は衝突を回避するために自動的にブレーキの操作信号を出力し、警報を鳴らすようにしても良い。

この車載用監視装置の第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂで前方の車両等の画像を撮像し、信号処理部８で撮像した画像に基づいて前方の車両等までの距離を算出するときの処理を説明する。

第１の撮像装置１ａは前方の画像を撮像するとき、撮像レンズ３ａから入射した光を偏光フィルタ４ａの偏光子領域４１ａと偏光子領域４１ｂ及び非偏光子領域４１ｃを通して固体撮像ユニット５ａの第１の撮像素子５２ａと第２の撮像素子５２ｂ及び第３の撮像素子５２ｃで受光して前方の車両等の画像を撮像する。また、第２の撮像装置１ｂも撮像レンズ３ｂから入射した光を固体撮像ユニット５ｂで受光して前方の車両等の画像を撮像する。この第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂで撮像された画像が信号処理部８の信号前処理部９１ａ，９１ｂに入力して前処理がされた後、画像メモリ９２ａ，９２ｂにそれぞれ格納される。距離演算処理部９３は画像メモリ９２ａ，９２ｂに格納された画像を読み出し、三角測量の原理で前方の車両等までの距離を演算する。この前方の車両等の被写体までの距離を演算するとき、図１０の模式図に示すように、第１の撮像装置１ａの撮像レンズ３ａと第２の撮像装置１ｂの撮像レンズ３ｂの焦点距離をｆ、撮像レンズ３ａ，３ｂ間の間隔（基線長）をＢ、被写体１１までの距離をＡ、固体撮像ユニット５ａ，５ｂの各撮像素子の画素サイズをδとすると、第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂで撮像した画像の視差Ｓは下記（１）式で表せる。
Ｓ＝Ｂ・ｆ）／（Ａ・δ） （１）
したがって第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂで撮像した画像の視差Ｓから被写体１１までの距離Ａを算出することができる。この視差Ｓは大きいほど被写体１１までの距離Ａを算出しやすいため、遠方の距離を測定するためには、撮像レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆと撮像レンズ３ａ，３ｂ間の間隔（基線長）Ｂを大きくすると良い。

また、車載用監視装置でフロントスクリーン１００に雨滴が付着したかどうかを判定するときは、光源２から出射してフロントスクリーン１００で反射した反射光を第１の撮像装置１ａで撮像し、撮像したＳ偏光とＰ偏光の画像を雨滴検出処理部６で処理してフロントスクリーン１００に雨滴が付着したかどうかを判定する。

前記車載用監視装置はフロントスクリーン１００に雨滴が付着したことを光源２から出射してフロントスクリーン１００で反射した反射光を第１の撮像装置１ａで撮像して判定する場合について説明したが、図１１の光学系の構成図に示すように、第２の撮像装置１ｂを第１の撮像装置１ａと同じ構成にするとともに、第２の光源２ａを設け、第２の光源２ａから出射してフロントスクリーン１００で反射した反射光を第２の撮像装置１ｂで撮像し、撮像したＳ偏光とＰ偏光の画像を雨滴検出処理部６で処理してフロントスクリーン１００に雨滴が付着したかどうかを判定するようにしても良い。このように第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂで撮像したフロントスクリーン１００の画像から雨滴付着の有無を判定することにより、より大きな面積で雨滴付着の有無を判定してフロントスクリーン１００に付着した雨滴と雨滴量をより精度良く検出することができる。

また、図１１の光学系の構成図に示すように、第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂとともに第３の撮像装置１ｃと第４の撮像装置１ｄを設け、第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂの撮像レンズ３ａ，３ｂには焦点距離が短いレンズを使用して第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂを近距離計測用とし、第３の撮像装置１ｃと第４の撮像装置１ｄの撮像レンズ３ｃ，３ｄには焦点距離が長いレンズを使用して第３の撮像装置１ｃと第４の撮像装置１ｄを遠距離計測用としても良い。

このように近距離計測用の第１の撮像装置１ａと第２の撮像装置１ｂと、遠距離計測用の第３の撮像装置１ｃと第４の撮像装置１ｄを設けることにより近距離から遠距離までのワイドレンジで車両等までの距離を精度良く検出できるとともに近距離は広角検知でき、車両の左右からの飛び出しも安定して検出することができる。

前記説明では偏光フィルタ４，４ａの偏光子領域４１ａ，４１ｂを例えばフォトニック結晶で形成した場合について説明したが、偏光子領域４１ａ，４１ｂとしてワイヤグリッド型の偏光子を使用しても良い。このワイヤグリッド型の偏光子とは、細い金属ワイヤを周期的に配列することにより形成された偏光子であり、従来、電磁波のミリ波領域において多く用いられてきた偏光子である。ワイヤグリッド型偏光子の構造は、入力光の波長に比べて十分細い金属細線が波長に比べて十分に短い間隔で並んだ構造を有する。このような構造に光を入射した場合、金属細線に平行な偏光は反射され、それに直交する偏光は透過されることはすでに知られている。金属細線の方向については、１枚の基板内において領域ごとに独立に変化させて作製することができるため、ワイヤグリッド偏光子の特性を領域毎に変えることができる。これを利用すれば、偏光子領域４１ａ，４１ｂ毎に透過軸の方向を変化させた構造とすることができる。

このワイヤグリッドの作製方法としては、基板上に金属膜を形成し、リソグラフィによりパターニングを行うことで、細線状の金属を残すことができる。また、他の作製方法としては、リソグラフィにより基板に溝を形成し、この溝の方向とは直角で基板の法線から傾いた方向（基板面に斜めの方向）から真空蒸着により金属を成膜することで作製することができる。真空蒸着では蒸着源から飛来する粒子はその途中で他の分子もしくは原子にほとんど衝突することはなく、粒子は蒸着源から基板にむかって直線的に進むため、溝を構成する凸部にのみ成膜される一方、溝の底部（凹部）では、凸部に遮蔽されほとんど成膜されない。したがって、成膜量を制御することで、基板上に形成された溝の凸部にのみ金属膜を成膜することができ、金属細線を作製することができる。このワイヤグリッド型偏光子に用いられるワイヤ金属としては、アルミニウムもしくは銀が望ましいが、例えばタングステンなど、そのほかの金属であっても同様の現象を実現できる。また、リソグラフィとしては、光リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ又はＸ線リソグラフィなどが挙げられるが、可視光での動作を想定すると細線の間隔が１００ｎｍ程度になるため、電子ビームリソグラフィもしくはＸ線リソグラフィがより望ましい。また、金属の成膜では真空蒸着が望ましいが、主として基板に入射する粒子の方向性が重要であるので、高真空度の雰囲気におけるスパッタリング、もしくはコリメーターを用いたコリメーションスパッタでも可能である。

１；撮像装置、２；光源、３；撮像レンズ、４；偏光フィルタ、
５；固体撮像ユニット、６；雨滴検出処理部、７；駆動制御部、８；信号処理部、
９；外部情報処理部、１０；表示装置、１１；被写体、２１；発光素子、
２２；レンズ、４１；偏光フィルタの領域、５２；撮像素子、６１；信号前処理部、
６２；画像メモリ、６３；演算処理部、６４；液滴判別部、６５；出力部、
９１；信号前処理部、９２；画像メモリ、９３；距離演算処理部、９４；出力部、
１００；フロントスクリーン。

特表２００５−５３１７５２号公報 ＷＯ２００４／１０６８５８号公報

三菱自動車テクニカルレビュー ２００８ Ｎｏ．２０

Claims (9)

1. 光源と撮像装置及び信号処理装置を有し、
   前記光源は、透明なスクリーンに対して入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、
   前記撮像装置は、前記光源からスクリーンに照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像し、
   前記信号処理装置は、前記撮像装置で撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差から前記スクリーンに雨滴が付着しているか否を判別することを特徴とする雨滴検出装置。
2. 車両に搭載された光源と撮像装置及び信号処理装置を有し、
   前記光源は、前記車両のフロントスクリーンに対して入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、
   前記撮像装置は、前記光源からフロントスクリーンに照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像し、
   前記信号処理装置は、前記撮像装置で撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からフロントスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別することを特徴とする雨滴検出装置。
3. 前記撮像装置は、撮像レンズと、該撮像レンズを透過した光束の出射側に設けられ、透過軸が直交して偏光を分離する２つの偏光子領域を有する偏光フィルタと、該偏光フィルタの２つの偏光子領域で分離された偏光を受光して前記スクリーンの表面を撮影する複数の撮像領域を有する撮像ユニットとを有し、前記偏光フィルタの２つの偏光子領域のいずれか一方の偏光子領域を透過した光束でＳ偏光画像を取得し、他の偏光子領域を透過した光束でＰ偏光画像を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の雨滴認識装置。
4. 前記偏光フィルタの各偏光子領域は、透明基板上に屈折率が異なる複数の透明材料を積層した多層構造体からなり、各層毎に一方向に繰り返される１次元周期的な凹凸形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の雨滴認識装置。
5. 前記偏光フィルタの各偏光子領域は、ワイヤグリッド型偏光子により構成された請求項１乃至３のいずれかに記載の雨滴認識装置。
6. 車両に搭載された光源と１対の撮像装置及び信号処理装置を有し、
   前記光源は、前記車両のフロントスクリーンに入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、
   前記１対の撮像装置のいずれか一方の撮像装置は、前記光源からフロントスクリーンに照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像するとともに前記車両の前方の被写体の画像を撮像し、他方の撮像装置は、前記車両の前方の被写体の画像を撮像し、
   前記信号処理装置は、雨滴検出処理部と外部情報処理部を有し、
   前記雨滴検出処理部は、前記一方の撮像装置で撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からフロントスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別し、
   前記外部情報処理部は、前記一方の撮像装置と他方の撮像装置で撮像した前記車両の前方の被写体の画像に基づいて前記被写体までの距離を算出することを特徴とする車載用監視装置。
7. 前記一方の撮像装置は、撮像レンズと、該撮像レンズを透過した光束の出射側に設けられ、透過軸が直交して偏光を分離する２つの偏光子領域と偏光を分離しない領域を有する偏光フィルタと、該偏光フィルタの各領域を通過した光を受光して前記スクリーン表面を撮影する複数の撮像領域を有する撮像ユニットとを有し、前記偏光フィルタの２つの偏光子領域のいずれか一方の偏光子領域を透過した光束でＳ偏光画像を取得し、他の偏光子領域を透過した光束でＰ偏光画像を取得することを特徴とする請求項６記載の車載用監視装置。
8. 前記光源とともに他の光源を有し、
   前記光源と前記他の光源は、前記車両のフロントスクリーンの異なる領域に入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、
   前記１対の撮像装置は、前記光源からフロントスクリーンの異なる領域に照射した光束の反射光を受光してＳ偏光画像とＰ偏光画像を撮像するとともに前記車両の前方の被写体の画像を撮像し、
   前記信号処理装置の雨滴検出処理部は、前記１対の撮像装置で撮像したＳ偏光画像とＰ偏光画像の反射率の差からフロントスクリーンに雨滴が付着しているか否を判別することを特徴とする請求項６又は７記載の車載用監視装置
9. 前記１対の撮像装置とともに他の１対の撮像装置を有し、前記１対の撮像装置を近距離計測用とし、前記他の１対の撮像装置を遠距離計測用とし、
   前記信号処理装置の外部情報処理部は、前記近距離計測用の１対の撮像装置と前記遠距離計測用の他の１対の撮像装置で撮像した前記車両の前方の被写体の画像に基づいて前記被写体までの距離を算出することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の車載用監視装置。

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