撮像ユニット及びそれを備えた車両
【課題】フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制し、車両のフロントガラスに付着した異物を検出するとともに車両周辺情報も撮影可能な撮像ユニットを提供する。
【解決手段】車両内に固定されるカバー２１０と、カバー２１０に収容される撮像装置２０１と、を備え、カバー２１０には撮像レンズ２０４の画角範囲を光が通過するための開口部２３０が形成されており、開口部２３０の周辺部はフロントガラス１０５の内壁面１０５ａに密着し、カバー２１０は、平滑面２１０ａを内部に有しており、フロントガラス１０５の開口部２３０に面する部分の法線を平滑面２１０ａまで延長した延長線と平滑面２１０ａとの交点において、前記延長線と平滑面２１０ａの法線が平行である。
【解決手段】車両内に固定されるカバー２１０と、カバー２１０に収容される撮像装置２０１と、を備え、カバー２１０には撮像レンズ２０４の画角範囲を光が通過するための開口部２３０が形成されており、開口部２３０の周辺部はフロントガラス１０５の内壁面１０５ａに密着し、カバー２１０は、平滑面２１０ａを内部に有しており、フロントガラス１０５の開口部２３０に面する部分の法線を平滑面２１０ａまで延長した延長線と平滑面２１０ａとの交点において、前記延長線と平滑面２１０ａの法線が平行である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のフロントガラスの表面に付着する異物を光学的に検出する撮像ユニット及びそれを備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、雨滴の有無を光学的に検出する雨滴センサが、自動車等の車両に搭載されるようになってきている（例えば、特許文献１〜３参照）。このような雨滴センサは、例えば、車両のフロントガラスに付着した雨滴をワイパーにより除去するシステムに用いられる。
【０００３】
特許文献１には、光源から車両のフロントガラスに入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、撮像装置でフロントガラス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フロントガラスに雨滴が付着しているか否かを判別する雨滴検出装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、車両に付着した雨滴を撮像するための近距離用の第１の焦点距離と、車両の周辺を撮像するための遠距離用の第２の焦点距離とを採り得るレンズを備えた車載用監視装置が開示されている。特許文献２の車載用監視装置は、このような遠近両用の焦点を有するレンズを備えることにより、フロントガラス面の雨滴と車両周辺情報を撮像することができる。
【０００５】
また、特許文献３には、光源からフロントガラスに向けて光を照射し、フロントガラスに付着した雨滴からの反射光を撮像する画像処理システムが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された雨滴検出装置は、雨滴検出用の撮像装置の撮像レンズの焦点をフロントガラス面としているため、車両周辺状況を撮影するには車両周辺監視用の撮像装置を別途設置しなければならないという問題を有している。
【０００７】
また、特許文献２に開示された車載用監視装置は、雨滴の領域抽出のための処理負荷が大きいという問題を有している。これは、本発明者らの実験によると、フロントガラス面に焦点を合わせて雨滴を検出する場合には、雨滴に映り込んだ背景画像や雨滴の輝度が大きい部分の形状が、状況に応じて様々に変化してしまうためである。
【０００８】
なお、レンズの領域分割により遠近の２焦点を形成することは単レンズであれば可能性があるが、一般に車両に搭載される撮像レンズは４枚〜６枚程度であり、このような複数枚レンズに対して領域分割することは極めて困難である。
【０００９】
特許文献３には、光源から特定波長の光を発光させるとともに、撮像装置の内部に発光波長に対応した波長フィルタを設置することで信頼性を上げることが記載されているが、実際にはフロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制し、車両のフロントガラスに付着した異物を検出するとともに車両周辺情報も撮影可能な撮像ユニット及びそれを備えた車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像ユニットは、車両内に固定される筺体部と、該筺体部に収容される撮像装置と、を備える撮像ユニットであって、前記撮像装置は、前記車両のフロントガラスに向けて光を照射する光源と、複数の画素アレイを有する撮像素子と、前記フロントガラスの外壁面に付着した異物によって反射された前記光源からの光、及び、前記車両の外部から前記フロントガラスを透過した光を、前記撮像素子に向けて集光する撮像レンズと、前記撮像レンズと前記撮像素子との間に配置され、有効撮像領域の一部において所定の波長範囲の光のみ透過させる光学フィルタと、を有し、前記撮像レンズの焦点は前記フロントガラスの外壁面の位置よりも遠方に設定されており、前記筺体部には前記撮像レンズの画角範囲を光が通過するための開口部が形成されており、該開口部の周辺部は前記フロントガラスの内壁面に密着し、前記筐体部は、平滑面を内部に有しており、前記フロントガラスの前記開口部に面する部分の法線を前記平滑面まで延長した延長線と前記平滑面との交点において、前記延長線と前記平滑面の法線が平行であり、前記平滑面は、前記フロントガラスを垂直に透過して前記筐体部内に入射する光を前記フロントガラスに向けて反射させることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、フロントガラスを垂直に透過して筐体部内に入射する光をフロントガラスに向けて反射させるため、フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制し、車両のフロントガラスに付着した異物を検出するとともに車両周辺情報も撮影可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制し、車両のフロントガラスに付着した異物を検出するとともに車両周辺情報も撮影可能な撮像ユニット及びそれを備えた車両を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】撮像ユニットを備える車載機器制御システムの概略構成を示す模式図
【図２】ダッシュボードからのフレア光の光路を示す説明図
【図３】カバーにより遮断されたダッシュボードからのフレア光の光路を示す模式図
【図４】カバーの内壁面で発生するフレア光の光路を示す説明図
【図５】第１の実施形態に係る撮像ユニットの概略構成を示す模式図
【図６】第１の実施形態に係る撮像ユニットに設けられる撮像装置の構成を示す説明図
【図７】雨滴検出用の撮像画像データである赤外光画像データを示す説明図
【図８】光学フィルタ、撮像素子、及びセンサ基板の光透過方向に沿った断面模式図
【図９】分光フィルタ層及び領域分割型分光フィルタ層を有する光学フィルタの有効撮像領域の領域分割を説明するための正面模式図
【図１０】分光フィルタ層及び領域分割型分光フィルタ層の分光特性を示すグラフ
【図１１】偏光フィルタ層を構成するワイヤグリッド構造の拡大図
【図１２】偏光フィルタ層におけるワイヤグリッド構造の金属ワイヤの長手方向を示す説明図
【図１３】撮像装置が有する光源からの出射光の光路を示す説明図
【図１４】撮像装置が有する光源からの出射光の光路の他の例を示す説明図
【図１５】本発明者らが行った実験結果の画像を示す説明図
【図１６】カバーの内壁面で発生するフレア光の光路を示す説明図
【図１７】第２の実施形態に係る撮像ユニットの概略構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る撮像ユニット及びそれを備えた車両の実施形態について図面を用いて説明する。各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。なお、本明細書において「平滑面」とは、光が入射した場合に、拡散反射成分に比べ鏡面反射成分が十分大きくなるような表面粗さを有する面を指す。また、「梨地面」とは、光が入射した場合に、鏡面反射成分に比べ拡散反射成分が十分大きくなるような表面粗さを有する面を指す。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る撮像ユニット１０１を備える車載機器制御システムの概略構成を示す模式図である。本車載機器制御システムは、自動車などの車両１００に搭載された撮像装置で撮像した、車両１００の進行方向前方領域の撮像画像データを利用して、ヘッドランプの配光制御、ワイパーの駆動制御、その他の車載機器の制御を行うものである。
【００１７】
本車載機器制御システムに設けられる撮像装置は、撮像ユニット１０１に設けられており、走行する車両１００の進行方向前方領域を撮像範囲として撮像するものである。
【００１８】
撮像ユニット１０１の撮像装置で撮像された撮像画像データは、画像解析ユニット１０２に入力される。画像解析ユニット１０２は、撮像装置から送信されてくる撮像画像データを解析し、フロントガラス１０５に付着する雨滴などの異物などの付着物を検出したり、撮像画像データに車両１００の前方に存在する他車両の位置、方角、距離を算出したり、撮像範囲内に存在する路面上の白線（区画線）等の検出対象物を検出したりする。なお、以降では、車両１００の前方の他車両の位置、方角、距離、並びに、路面上の白線（区画線）等の情報を車両周辺情報とも呼ぶ。他車両の検出では、他車両のテールランプを識別することで車両１００と同じ進行方向へ進行する先行車両を検出し、他車両のヘッドランプを識別することで車両１００とは反対方向へ進行する対向車両を検出する。
【００１９】
画像解析ユニット１０２の算出結果は、ヘッドランプ制御ユニット１０３に送られる。ヘッドランプ制御ユニット１０３は、例えば、画像解析ユニット１０２が算出した距離データから、車両１００の車載機器であるヘッドランプ１０４を制御する制御信号を生成する。具体的には、例えば、先行車両や対向車両の運転者の目に車両１００のヘッドランプの強い光が入射するのを避けて他車両の運転者の幻惑防止を行いつつ、車両１００の運転者の視界確保を実現できるように、ヘッドランプ１０４のハイビーム及びロービームの切り替えを制御したり、ヘッドランプ１０４の部分的な遮光制御を行ったりする。
【００２０】
画像解析ユニット１０２の算出結果は、ワイパー制御ユニット１０６にも送られる。ワイパー制御ユニット１０６は、ワイパー１０７を制御して、車両１００のフロントガラス１０５に付着した雨滴などの付着物を除去する。ワイパー制御ユニット１０６は、画像解析ユニット１０２が検出した異物検出結果を受けて、ワイパー１０７を制御する制御信号を生成する。ワイパー制御ユニット１０６により生成された制御信号がワイパー１０７に送られると、車両１００の運転者の視界を確保するべく、ワイパー１０７を稼動させる。
【００２１】
また、画像解析ユニット１０２の算出結果は、車両走行制御ユニット１０８にも送られる。車両走行制御ユニット１０８は、画像解析ユニット１０２が検出した白線検出結果に基づいて、白線によって区画されている車線領域から車両１００が外れている場合等に、車両１００の運転者へ警告を報知したり、自車両のハンドルやブレーキを制御するなどの走行支援制御を行ったりする。
【００２２】
撮像ユニット１０１は、後述するように、撮像レンズ２０４を有する撮像装置２０１からなる。このような撮像装置２０１を車両１００内に配置した場合は、図２に示すように、太陽２０からの光（光路Ｌ０）が、フロントガラス１０５を通過した後にダッシュボード１０９で反射し（光路Ｌ１）、さらにフロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射し撮像装置２０１に向かう（光路Ｌ２）。このような光はフレア光として、撮像装置２０１が本来撮影対象としている車両周辺情報に不要情報として重畳されてしまう。
【００２３】
上述の問題を解決する構成としては、図３に示すように、撮像ユニット１０１の周囲をカバー（筐体部）２１０で覆うことにより、ダッシュボード１０９からの反射光を遮断する構成が挙げられる。カバー２１０はダッシュボード１０９からの反射光（光路Ｌ１）を遮るように設置されるとともに、撮像レンズ２０４の画角範囲を遮らないように開口部２３０が形成されてなる。
【００２４】
カバー２１０は、防塵の効果を有するとともに、運転者が誤って撮像装置２０１に触れてしまうことなどを防止する効果も有する。しかしながら、このようなカバー２１０を設置することによりダッシュボード１０９からのフレア光を抑制できる一方で、カバー２１０の内側での反射光がフレア光になってしまうという問題が生じる。
【００２５】
以下、図４を参照しながら、カバー２１０の内壁面２１０ａで発生するフレア光について説明する。フロントガラス１０５には様々な入射角度で光が入射してくるが、最も光強度が強いのはフロントガラス１０５に垂直入射する光である。即ち、フロントガラス１０５を透過する光は、入射角０度（フロントガラス１０５の法線に平行）の状態が透過率最大で、入射角が増えるにつれて透過率は減少し、特定の入射角（全反射角）を超えると光はフロントガラス１０５を透過しなくなる（全反射状態という）。従って、最も排除すべき光は、入射角０度でフロントガラス１０５に入射する光であることが分かる。
【００２６】
図４に示すように、カバー２１０の内壁面２１０ａがフロントガラス１０５に対して角度θ１だけ斜めに傾いた平滑面を有する場合、車両１００の外部からフロントガラス１０５に入射角０度で入射した光のうち、開口部２３０を通過した光は、カバー２１０の内壁面２１０ａで反射角θ１で反射され、再びフロントガラス１０５に向かう。さらに、フロントガラス１０５に向かった光の一部は、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射角θ２で反射されて撮像レンズ２０４の画角範囲に入射し、後段の光学フィルタ２０５を介してセンサ基板２０７上の撮像素子２０６で受光されてしまう。
【００２７】
図５は、上述のカバー２１０内部でのフレア光を抑制するための本実施形態の撮像ユニット１０１の概略構成を示す模式図である。即ち、撮像ユニット１０１は、車両１００内に固定されるカバー（筺体部）２１０と、カバー２１０に収容される撮像レンズ２０４、光学フィルタ２０５、撮像素子２０６、及びセンサ基板２０７を含む撮像装置と、を備える。
【００２８】
カバー２１０は、例えば、樹脂成型で形成されたものであるとよい。カバー２１０の色は、光を吸収しやすい黒色が望ましい。カバー２１０には撮像レンズ２０４の画角範囲を光が通過するための開口部２３０が形成されている。開口部２３０の周辺部と、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａとは密着されている。
【００２９】
また、カバー２１０の内壁面２１０ａは平滑面である。なお、フロントガラス１０５の開口部２３０に面する部分の法線をカバー２１０の内壁面２１０ａ（平滑面）まで延長した延長線と内壁面２１０ａ（平滑面）との交点において、延長線と内壁面２１０ａ（平滑面）の法線とは平行である。例えば、開口部２３０に面するフロントガラス１０５の面形状が平面の場合には、車両１００の外部からフロントガラス１０５を垂直に透過した光が入射する内壁面２１０ａ（平滑面）の領域の面形状は、フロントガラス１０５に平行な平面となる。なお、フロントガラス１０５は一般に湾曲形成されているため、カバー２１０の内壁面２１０ａもフロントガラス１０５の曲率に応じて湾曲することになる。
【００３０】
このような平滑面の構成により、車両１００の外部からフロントガラス１０５に垂直入射した光は、カバー２１０の内壁面２１０ａで反射されて同じ光路を逆方向に進み、フロントガラス１０５を再び透過して車両１００の外部に放射される。このため、図４に示したようなカバー２１０内でのフレア光の発生を抑制することができる。
【００３１】
図６は、本実施形態の撮像ユニット１０１に設けられる撮像装置２０１の構成を示す説明図である。なお、図６においては、カバー２１０の図示を省略している。
【００３２】
撮像装置２０１は、主に、車両１００のフロントガラス１０５に向けて光を照射する光源２０２−１、２０２−２と、２次元配置された複数の画素アレイを有する撮像素子２０６を含んだセンサ基板２０７と、の外壁面１０５ｂに付着した異物によって反射された光源２０２−１、２０２−２からの光、及び、車両１００の外部からフロントガラス１０５を透過した光を、撮像素子２０６に向けて集光する撮像レンズ２０４と、撮像レンズ２０４と撮像素子２０６との間に配置される光学フィルタ２０５と、センサ基板２０７から出力されるアナログ電気信号（撮像素子２０６上の各受光素子が受光した受光量）をデジタル電気信号に変換した撮像画像データを生成して出力する信号処理部２０８と、から構成されている。なお、図６は、光源が２つの光源２０２−１、２０２−２からなる場合を図示しているが、光源の個数は２つに限定されるものではない。
【００３３】
光源２０２−１、２０２−２は、車両１００の車高方向に関して撮像レンズ２０４の上側及び下側に分かれて配置されており、光源２０２−１、２０２−２の光軸２１、２２の方向と撮像レンズ２０４の光軸２３の方向は略平行であるとともに、撮像レンズ２０４の画角範囲と光源２０２−１、２０２−２の照射領域がフロントガラス１０５の内壁面１０５ａで重なるように配置されている。なお、光源２０２−１、２０２−２としてはアイセーフ帯の波長及び光量の光源を使用する。
【００３４】
被写体（検出対象物）を含む撮像範囲からの光は、撮像レンズ２０４を通り、光学フィルタ２０５を透過して、撮像素子２０６でその光強度に応じた電気信号に変換される。ここで、被写体（検出対象物）とは、車両１００の前方の風景や、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着した雨滴などの異物である。信号処理部２０８では、撮像素子２０６から出力される電気信号（アナログ信号）が入力されると、その電気信号から、撮像画像データとして、撮像素子２０６上における各画素の明るさ（輝度）を示すデジタル信号を、画像の水平・垂直同期信号とともに後段のユニットへ出力する。
【００３５】
本実施形態において、光源２０２−１、２０２−２は、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着した異物（以下、異物が雨滴である場合を例に挙げて説明する。）を検出するためのものである。フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに雨滴２０３が付着している場合、光源２０２−１、２０２−２が発した光は、雨滴２０３と空気の界面で反射し、その反射光は撮像装置２０１に入射する。一方、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに雨滴２０３が付着していない場合、光源２０２−１、２０２−２から照射された光は、その一部がフロントガラス１０５を透過して外部に漏れ、残りの光がフロントガラス１０５の内壁面１０５ａ、あるいは、外壁面１０５ｂと外気との界面で反射し、その反射光が撮像装置２０１へ入射する。
【００３６】
ここで、本実施形態では、撮像レンズ２０４の焦点位置は、無限遠、又は、無限遠とフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂとの間に設定している。これにより、フロントガラス１０５上に付着した雨滴２０３の検出を行う場合だけでなく、先行車両や対向車両の検出や白線の検出を行う場合にも、撮像装置２０１の撮像画像データから適切な情報を取得することができる。
【００３７】
例えば、フロントガラス１０５上に付着した雨滴２０３の検出を行う場合、撮像画像データ上の雨滴画像の形状は円形状であることが多いので、撮像画像データ上の雨滴候補画像が円形状であるかどうかを判断してその雨滴候補画像が雨滴画像であると識別する形状認識処理を行う。このような形状認識処理を行う場合、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ上の雨滴２０３に撮像レンズ２０４の焦点が合っているよりも、上述したように無限遠、又は、無限遠とフロントガラス１０５との間に焦点が合っている方が、多少のピンボケが発生することにより雨滴の形状認識率（円形状）が高くなり、雨滴検出性能が高くなる。
【００３８】
図７は、雨滴検出用の撮像画像データである赤外光画像データを示す説明図である。図７（ａ）はフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ上の雨滴２０３に撮像レンズ２０４の焦点が合っている場合、図７（ｂ）は無限遠に焦点が合っている場合における赤外光画像データをそれぞれ示している。
【００３９】
フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ上の雨滴２０３に撮像レンズ２０４の焦点が合っている場合、図７（ａ）に示すように、雨滴に映り込んだ背景画像２０３ａまでが撮像される。このような背景画像２０３ａは雨滴２０３の誤検出の原因となる。また、図７（ａ）に示すように雨滴の一部２０３ｂだけ弓状等に輝度が大きくなる場合があり、その大輝度部分の形状、即ち雨滴画像の形状は太陽光の方向や街灯の位置などによって変化する。このような種々変化する雨滴画像の形状を形状認識処理で対応するためには処理負荷が大きくなり、また認識精度の低下を招く。
【００４０】
これに対し、無限遠に焦点が合っている場合には、図７（ｂ）に示すように、多少のピンボケが発生する。そのため、背景画像２０３ａの映り込みが撮像画像データに反映されず、雨滴２０３の誤検出が軽減される。また、多少のピンボケが発生することで、太陽光の方向や街灯の位置などによって雨滴画像の形状が変化する度合いが小さくなり。雨滴画像の形状は常に略円形状となる。よって、雨滴２０３の形状認識処理の負荷が小さく、また認識精度も高くなる。
【００４１】
ただし、無限遠に焦点が合っている場合、遠方を走行する先行車両のテールランプを識別する際に、撮像素子２０６上のテールランプの光を受光する受光素子が１個程度になることがある。この場合、テールランプの光がテールランプ色（赤色）を受光する赤色用受光素子に受光されない恐れがあり、その際にはテールランプを認識できず、先行車両の検出ができない。このような不具合を回避しようとする場合には、撮像レンズ２０４の焦点を無限遠よりも手前に合わせることが好ましい。これにより、遠方を走行する先行車両のテールランプがピンボケするので、テールランプの光を受光する受光素子の数を増やすことができ、テールランプの認識精度が上がり先行車両の検出精度が向上する。
【００４２】
撮像ユニット１０１の光源２０２−１、２０２−２には、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などを用いることができる。また、光源２０２−１、２０２−２の発光波長は、例えば可視光や赤外光を用いることができる。ただし、光源２０２−１、２０２−２の光で対向車両の運転者や歩行者等を眩惑するのを回避する場合には、可視光よりも波長が長くて撮像素子２０６の受光感度がおよぶ範囲の波長、例えば８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の赤外光領域の波長を選択するのが好ましい。本実施形態の光源２０２−１、２０２−２は、赤外光領域の波長を有する光を照射するものである。
【００４３】
ここで、フロントガラス１０５で反射した光源２０２−１、２０２−２からの赤外波長光を撮像装置２０１で撮像する際、撮像装置２０１の撮像素子２０６では、光源２０２−１、２０２−２からの赤外波長光のほか、例えば太陽光などの赤外波長光を含む大光量の外乱光も受光される。よって、光源２０２−１、２０２−２からの赤外波長光をこのような大光量の外乱光と区別するためには、光源２０２−１、２０２−２の発光量を外乱光よりも十分に大きくする必要があるが、このような大発光量の光源２０２−１、２０２−２を用いることは困難である場合が多い。
【００４４】
そこで、本実施形態においては、例えば、光源２０２−１、２０２−２の発光波長よりも短い波長の光をカットするようなカットフィルタか、もしくは、透過率のピークが光源２０２−１、２０２−２の発光波長とほぼ一致したバンドパスフィルタを介して、光源２０２−１、２０２−２からの光を撮像素子２０６で受光するように構成する。これにより、光源２０２−１、２０２−２の発光波長以外の光を除去して受光できるので、撮像素子２０６で受光される光源２０２−１、２０２−２からの光量は、外乱光に対して相対的に大きくなる。その結果、大発光量の光源を用いなくても、光源からの光を外乱交と区別することが可能となる。
【００４５】
ただし、本実施形態においては、撮像画像データから、フロントガラス１０５上の雨滴２０３などの異物を検出するだけでなく、先行車両や対向車両の検出や白線の検出も行う。そのため、撮像画像全体について光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光以外の波長帯を除去してしまうと、先行車両や対向車両の検出や白線の検出に必要な波長帯の光を撮像素子２０６で受光できず、これらの検出に支障をきたす。そこで、本実施形態では、撮像画像データの画像領域を、フロントガラス１０５上の雨滴２０３を検出するための雨滴検出画像領域と、先行車両や対向車両の検出や白線の検出を行うための車両周辺情報検出画像領域と、に区分し、雨滴検出画像領域に対応する部分についてのみ光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光以外の波長帯を除去する構成としている。
【００４６】
図８は、光学フィルタ２０５、撮像素子２０６、及び、センサ基板２０７の光透過方向に沿った断面模式図である。
【００４７】
撮像素子２０６は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などを用いたイメージセンサであり、その受光素子にはフォトダイオード２０６Ａを用いている。フォトダイオード２０６Ａは、画素ごとに２次元的にアレイ配置されており、フォトダイオード２０６Ａの集光効率を上げるために、各フォトダイオード２０６Ａの入射側にはマイクロレンズ２０６Ｂが設けられている。この撮像素子２０６がワイヤボンディングなどの手法によりＰＷＢ（Printed Wiring Board）に接合されてセンサ基板２０７が形成されている。
【００４８】
光学フィルタ２０５は、図８に示したように、使用帯域（本実施形態では可視光領域と赤外光領域）の光に対して透明な基板２２０と、基板２２０上の撮像レンズ２０４側の有効撮像領域の全面に形成され、波長λ１〜λ２、λ３〜λ４（λ１＜λ２＜λ３＜λ４）の範囲の波長成分の光のみ透過させる分光フィルタ層（第１の分光フィルタ層）２２１と、基板２２０の撮像素子２０６側の面に形成される偏光フィルタ層２２３と、偏光フィルタ層２２３上に充填される充填材２２４と、基板２２０上の撮像素子２０６側の有効撮像領域の一部に、上記偏光フィルタ層２２３及び充填材２２４を介して形成され、波長λ３〜λ４の範囲の波長成分の光のみ透過させる領域分割型分光フィルタ層（第２の分光フィルタ層）２２２と、を有し、領域分割型分光フィルタ層２２２の撮像素子２０６側の面が撮像素子２０６に密着接合されてなる。
【００４９】
即ち、光学フィルタ２０５は、分光フィルタ層２２１と領域分割型分光フィルタ層２２２とが光透過方向に重ね合わせられた構造となっている。
【００５０】
図９は、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２を有する光学フィルタ２０５の有効撮像領域の領域分割を説明するための正面模式図である。図９に示すように、有効撮像領域は、上記の車両周辺情報検出画像領域に対応する可視光透過領域２１１と、上記の雨滴検出画像領域に対応する赤外光透過領域２１２とに、領域分割されている。例えば、可視光透過領域２１１は有効撮像領域の中央部１／２の領域であり、一方、赤外光透過領域２１２は有効撮像領域の上部及び下部の領域であるとよい。
【００５１】
対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の画像は、主に撮像画像の中央部に存在することが多く、撮像画像の下部には自車両前方の直近路面の画像が存在するのが通常である。よって、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の識別に必要な情報は撮像画像の中央部に集中しており、その識別において撮像画像の下部の情報はあまり重要ではない。一方、撮像画像の上部には空が写るのが通常であるから、撮像画像の上部の情報もあまり重要ではない。
【００５２】
よって、単一の撮像画像データから、対向車両や先行車両あるいは白線の検出と雨滴の検出とを両立して行う場合には、図９に示したように、有効撮像領域の上部及び下部を雨滴検出用の赤外光透過領域２１２とし、残りの有効撮像領域の中央部を車両周辺情報検出用の可視光透過領域２１１とし、これに対応して領域分割型分光フィルタ層２２２を領域分割するのが好適である。なお、有効撮像領域のうち、充填材２２４上の領域分割型分光フィルタ層２２２が形成されていない領域に、光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光をカットするフィルタが形成されていてもよい。
【００５３】
図１０は、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２の分光特性を示すグラフである。分光フィルタ層２２１は、図１０（ａ）に示すように波長範囲４００ｎｍ〜６７０ｎｍ（ここでは、λ１＝４００ｎｍ、λ２＝６７０ｎｍ）のいわゆる可視光領域の光と、波長範囲９４０ｎｍ〜９７０ｎｍ（ここでは、λ３＝９４０ｎｍ、λ４＝９７０ｎｍ）の赤外光領域の光を透過させる。可視光領域の光は車両周辺情報検出用に用いられ、赤外光領域の光は雨滴検出用に用いられる。
【００５４】
ただし、本実施形態の撮像素子２０６を構成する各受光素子は、赤外波長帯の光に対しても感度を有するので、赤外波長帯を含んだ光を撮像素子２０６で受光すると、得られる撮像画像は全体的に赤みを帯びたものとなってしまう。その結果、テールランプに対応する赤色の画像部分を識別することが困難となる場合がある。そこで、本実施形態では、分光フィルタ層２２１が、波長範囲７００ｎｍ〜９４０ｎｍの赤外光を透過させないようになっている（透過率５％以下が望ましい）。これにより、テールランプの識別に用いる撮像画像データ部分から赤外波長帯が除外されるので、テールランプの識別精度が向上する。
【００５５】
また、領域分割型分光フィルタ層２２２は、図１０（ｂ）に示すように波長範囲９４０ｎｍ〜９７０ｎｍの赤外光領域を透過帯としている。従って、光学フィルタ２０５は、領域分割型分光フィルタ層２２２と上述の分光フィルタ層２２１との組合せにより、波長範囲９４０ｎｍ（＝λ３）〜９７０ｎｍ（＝λ４）の範囲の光のみを透過させることとなる。なお、この波長範囲λ３〜λ４における透過率のピークと光源２０２−１、２０２−２の発光波長を略同等にしておくのが望ましい。
【００５６】
撮像装置２０１の撮像方向を下方へ傾けていくと、撮像範囲内の下部に自車両のボンネットが入り込んでくる場合がある。この場合、自車両のボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどが外乱光となり、これが撮像画像データに含まれることで対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の誤識別の原因となる。このような場合でも、本実施形態では、有効撮像領域全体に波長範囲７００ｎｍ〜９４０ｎｍの光を遮断する分光フィルタ層２２１が形成されているので、ボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどの外乱光が除去される。よって、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の識別精度が向上する。
【００５７】
なお、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２を光学フィルタ２０５の基板２２０の両面に形成することにより、光学フィルタ２０５の反りを抑制することが可能となる。例えば、基板２２０の片側の面にだけ分光フィルタ層を形成した場合には、基板２２０に応力がかかり、反りが生じる。しかしながら、図８に示したように、基板２２０の両面に分光フィルタ層を形成した場合には、応力の効果が相殺されるため、反りを抑制することができる。
【００５８】
また、図８及び図９に示したように、領域分割型分光フィルタ層２２２を有効撮像領域の上部と下部に設けたパターンが望ましい。有効撮像領域の上部あるいは下部のいずれか一方にのみ雨滴検出用の赤外光透過領域２１２を設けた場合、光学フィルタ２０５と撮像素子２０６を平行に接着することが難しくなる。光学フィルタ２０５と撮像素子２０６とが傾いて接着されてしまうと有効撮像領域の上部と下部で光路長が変わってしまい、車両周辺情報、例えば白線検知を行う場合には白線座標の読み誤りなど認識精度の劣化原因となる。
【００５９】
なお、雨滴検出用の画素と車両周辺情報検出用の画素を市松状のパターンやストライプ状のパターンを有効撮像領域全体に形成したものであっても、光学フィルタ２０５と撮像素子２０６を平行に接着することが可能である。この場合、赤外光透過領域２１２を大きく取ることができるため、雨滴の検出精度をさらに上げることが可能である。
【００６０】
なお、偏光フィルタ層２２３は、光源２０２−１、２０２−２から照射された後、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射された外乱光をカットするために形成される。一般に、このような外乱光の偏光成分は大部分がＳ偏光成分であることが知られている。即ち、偏光フィルタ層２２３の偏光軸は、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａの法線に対して直交する偏光方向成分（Ｓ偏光成分）の光を遮光するように形成されている。言い換えれば、偏光フィルタ層２２３は、光源２０２−１、２０２−２のフロントガラス１０５へ向かって出射する光の光軸２１と、撮像レンズ２０４の光軸２３との２つの光軸で形成される面に対して平行な偏光成分（Ｐ偏光成分）のみを透過させるように設計される。このように設計された偏光フィルタ層２２３はダッシュボードなどで反射した映りこみ光も遮断することができる。
【００６１】
なお、既に述べたように、撮像素子２０６のマイクロレンズ２０６Ｂ側の面には、光学フィルタ２０５が近接配置されている。光学フィルタ２０５と撮像素子２０６との間に空隙がある構成としてもよいが、光学フィルタ２０５を撮像素子２０６に密着させる構成とした方が、光学フィルタ２０５の可視光透過領域２１１と赤外光透過領域２１２の境界と、撮像素子２０６上のフォトダイオード２０６Ａ間の境界とを一致させやすくなる。これにより、赤外光透過領域２１２と可視光透過領域２１１の境界が明確になり、雨滴の検出精度を上げることができる。
【００６２】
光学フィルタ２０５と撮像素子２０６は、例えば、ＵＶ接着剤で接合してもよいし、撮像に用いる有効画素範囲外でスペーサにより支持した状態で有効画素範囲外の四辺領域をＵＶ接着や熱圧着してもよい。
【００６３】
なお、光源２０２−１、２０２−２は、連続発光（ＣＷ発光）を行うものであってもよいし、特定のタイミングでパルス発光するものであってもよい。特に、パルス発光を行う構成は、発光のタイミングと画像撮影のタイミングの同期させることにより、外乱光による影響をより小さくできるため好ましい。
【００６４】
また、本実施形態のように、光源が複数の場合には、複数の光源を同時に発光させてもよいし、順次発光させてもよい。順次発光させた場合は、その発光のタイミングと画像撮影のタイミングを同期させれば、外乱光による影響をより小さくできる。
【００６５】
次に、光学フィルタ２０５の各部詳細について説明する。
基板２２０は、使用帯域（本実施形態では可視光領域と赤外光領域）の光を透過可能な透明な材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施形態では、ガラス、特に、安価でかつ耐久性もある石英ガラス（屈折率１．４６）やテンパックスガラス（屈折率１．５１）を好適に用いることができる。
【００６６】
基板２２０上に形成される偏光フィルタ層２２３は、図１１に示すようなワイヤグリッド構造で形成された偏光子で構成される。ワイヤグリッド構造は、アルミニウムなどの金属で構成された特定方向に延びる金属ワイヤ（導電体線）を特定のピッチで配列した構造である。ワイヤグリッド構造のワイヤピッチを、入射光の波長帯（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ）に比べて十分に小さいピッチ（例えば１／２以下）とすることで、金属ワイヤの長手方向に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、金属ワイヤの長手方向に対して直交する方向に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。
【００６７】
ワイヤグリッド構造の偏光子は、一般に、金属ワイヤの断面積が増加すると、消光比が増加し、更に周期幅に対する所定の幅以上の金属ワイヤでは透過率が減少する。また、金属ワイヤの長手方向に直交する断面形状がテーパ形状であると、広い帯域において透過率、偏光度の波長分散性が少なく、高消光比特性を示す。
【００６８】
図１２は、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２３におけるワイヤグリッド構造の金属ワイヤの長手方向を示す説明図である。フロントガラス１０５は一般に湾曲しているため、ダッシュボードからの映りこみ光などの偏光方向が、有効撮像領域の各場所で変化するため、偏光フィルタ層２２３はその変化に応じた偏光軸を有することが望ましい。
【００６９】
具体的には、図１２に示すように、フロントガラス１０５の湾曲に応じた偏光軸を実現するために、ワイヤグリッド構造の長手方向（溝方向）を偏光フィルタ層２２３の各場所で変化させればよい。
【００７０】
本実施形態では、偏光フィルタ層２２３をワイヤグリッド構造で形成していることにより、以下のような効果を有する。
【００７１】
ワイヤグリッド構造は、広く知られた半導体製造プロセスを利用して形成することができる。具体的には、基板２２０上にアルミニウム薄膜を蒸着した後、パターニングを行い、メタルエッチングなどの手法によってワイヤグリッドのサブ波長凹凸構造を形成すればよい。このような製造プロセスにより、撮像素子２０６の撮像画素サイズ相当（数μｍレベル）で金属ワイヤの長手方向、即ち偏光方向（偏光軸）を調整することが可能となる。よって、本実施形態のように、撮像画素単位で金属ワイヤの長手方向、即ち偏光方向（偏光軸）を異ならせた偏光フィルタ層２２３を作成することができる。
【００７２】
また、ワイヤグリッド構造は、アルミニウムなどの金属材料によって作製されるため、耐熱性に優れ、高温になりやすい車両室内などの高温環境下においても好適に使用できるという利点もある。
【００７３】
偏光フィルタ層２２３の積層方向上面を平坦化するために用いられる充填材２２４は、偏光フィルタ層２２３の金属ワイヤ間の凹部に充填される。この充填材２２４としては、基板２２０よりも屈折率が低いか又は同等の屈折率を有する無機材料を好適に利用できる。なお、本実施形態における充填材２２４は、偏光フィルタ層２２３の金属ワイヤ部分の積層方向上面も覆うように形成される。
【００７４】
充填材２２４の具体的な材料としては、偏光フィルタ層２２３の偏光特性を劣化させないように、その屈折率が空気の屈折率（屈折率＝１）に極力近い低屈折率材料であることが好ましい。例えば、セラミックス中に微細な空孔を分散させて形成してなる多孔質のセラミックス材料が好ましく、具体的には、ポーラスシリカ（ＳｉＯ2）、ポーラスフッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、ポーラスアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などが挙げられる。また、これらの低屈折率の程度は、セラミックス中の空孔の数や大きさ（ポーラス度）によって決まる。基板２２０の主成分がシリカの水晶やガラスからなる場合には、ポーラスシリカ（ｎ＝１．２２〜１．２６）が好適に使用できる。
【００７５】
充填材２２４の形成方法としては、無機系塗布膜（ＳＯＧ：Spin On Glass）法を好適に用いることができる。具体的には、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）4）をアルコールに溶かした溶剤を、基板２２０上に形成された偏光フィルタ層２２３上にスピン塗布し、その後に熱処理によって溶媒成分を揮発させ、シラノール自体を脱水重合反応させるような経緯で形成される。
【００７６】
偏光フィルタ層２２３はサブ波長サイズのワイヤグリッド構造であり、機械的強度が弱く、わずかな外力によって金属ワイヤが損傷してしまう。本実施形態の光学フィルタ２０５は、撮像素子２０６に密着配置することが望まれるため、その製造段階において光学フィルタ２０５と撮像素子２０６とが接触する可能性がある。本実施形態では、偏光フィルタ層２２３の積層方向上面、即ち撮像素子２０６側の面が充填材２２４によって覆われているので、撮像素子２０６と接触した際にワイヤグリッド構造が損傷する事態が抑制される。
【００７７】
また、本実施形態のように充填材２２４を偏光フィルタ層２２３のワイヤグリッド構造における金属ワイヤ間の凹部へ充填することで、その凹部への異物進入を防止することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、充填材２２４の上に積層される領域分割型分光フィルタ層２２２については充填材２２４のような保護層を設けていない。これは、本発明者らの実験によれば、撮像素子２０６に領域分割型分光フィルタ層２２２が接触しても、撮像画像に影響を及ぼすような損傷が発生しなかったため、低コスト化を優先して保護層を省略したものである。また、偏光フィルタ層２２３の金属ワイヤ（凸部）の高さは一般に使用波長の半分以下と低い一方、領域分割型分光フィルタ層２２２の高さは、高さ（厚み）を増すほど遮断波長での透過率特性を急峻にできるため、使用波長と同等から数倍程度の高さとしている。充填材２２４の厚みが増すほど、その上面の平坦性を確保することが困難になり、光学フィルタ２０５の特性に影響を与えるので、充填材２２４を厚くするにも限度がある。そのため、本実施形態では、領域分割型分光フィルタ層２２２を充填材で覆っていない。即ち、本実施形態では、偏光フィルタ層２２３を充填材２２４で覆った後に領域分割型分光フィルタ層２２２を形成しているため、充填材２２４の層を安定的に形成できる。また、充填材２２４の層の上面に形成される領域分割型分光フィルタ層２２２もその特性を最適に形成することが可能である。
【００７９】
本実施形態の分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２は、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互に多層重ねた多層膜構造で作製されている。このような多層膜構造を採用すれば、光の干渉を利用することで分光透過率の設定自由度が高くなり、また、特定波長（例えば赤色以外の波長帯域帯）に対して１００％近い反射率を実現することも可能である。本実施形態においては、撮像画像データの使用波長範囲が略可視光から赤外光の波長帯であるため、当該使用波長範囲に感度を有する撮像素子２０６を選択するとともに、多層膜部分の透過波長範囲を例えば９００ｎｍ以上に設定し、それ以外の波長帯は反射するカットフィルタを形成すればよい。
【００８０】
このようなカットフィルタは、光学フィルタ２０５の積層方向下側から順に、「基板／（０．１２５Ｌ０．２５Ｈ０．１２５Ｌ）ｐ／媒質Ａ」のような構成の多層膜を作製することで得ることができる。ここでいう「基板」は、上述した充填材２２４を意味する。また、「０．１２５Ｌ」は、低屈折率材料（例えばＳｉＯ2）の膜厚標記方法でｎｄ／λを１Ｌとしたものであり、従って「０．１２５Ｌ」の膜は１／８波長の光路長となるような膜厚をもつ低屈折率材料の膜であることを意味する。なお、「ｎ」は屈折率であり、「ｄ」は厚みであり、「λ」はカットオフ波長である。同様に、「０．２５Ｈ」は、高屈折率材料（例えばＴｉＯ2）の膜厚標記方法でｎｄ／λを１Ｈとしたものであり、従って「０．２５Ｈ」の膜は１／４波長の光路長となるような膜厚をもつ高屈折率材料の膜であることを意味する。また、「ｐ」は、かっこ内に示す膜の組合せを繰り返す（積層する）回数を示し、「ｐ」が多いほどリップルなどの影響を抑制できる。また、媒質Ａは、空気あるいは撮像素子２０６との密着接合のための樹脂や接着剤を意図するものである。
【００８１】
あるいは、領域分割型分光フィルタ層２２２は、透過波長範囲が９４０ｎｍ〜９７０ｎｍである図１０（ｂ）に示すようなバンドパスフィルタであってもよい。このようなバンドパスフィルタであれば、赤色よりも長波長側の近赤外域と赤色領域との識別も可能となる。このようなバンドパスフィルタは、例えば、「基板／（０．１２５Ｌ０．５Ｍ０．１２５Ｌ）ｐ（０．１２５Ｌ０．５Ｈ０．１２５Ｌ）ｑ（０．１２５Ｌ０．５Ｍ０．１２５Ｌ）ｒ／媒質Ａ」のような構成の多層膜を作製することで得ることができる。なお、上記の通り、高屈折率材料として二酸化チタン（ＴｉＯ2）、低屈折率材料として二酸化珪素（ＳｉＯ2）などを使用すれば、対候性の高い領域分割型分光フィルタ層２２２を実現できる。
【００８２】
本実施形態の領域分割型分光フィルタ層２２２の作製方法の一例について説明すると、まず、基板２２０及び偏光フィルタ層２２３上に形成された充填材２２４の層上に、上述した多層膜を形成する。このような多層膜を形成する方法としては、よく知られる蒸着などの方法を用いればよい。続いて、非分光領域に対応する箇所について多層膜を除去する。この除去方法としては、一般的なリフトオフ加工法を利用すればよい。リフトオフ加工法では、目的とするパターンとは逆のパターンを、金属、フォトレジストなどで、事前に充填材２２４の層上に形成しておき、その上に多層膜を形成してから、非分光領域に対応する箇所の多層膜を当該金属やフォトレジストと一緒に除去する。
【００８３】
本実施形態では、領域分割型分光フィルタ層２２２として多層膜構造を採用しているので、分光特性の設定自由度が高いといった利点がある。一般に、カラーセンサなどに用いられるカラーフィルタは、レジスト剤によって形成されているが、このようなレジスト剤では多層膜構造に比べて、分光特性のコントロールが困難である。本実施形態では、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２として多層膜構造を採用しているので、光源２０２−１、２０２−２の波長と赤外光透過領域２１２の波長帯域を略一致させることが可能となる。
【００８４】
図１３は、撮像装置２０１が有する光源２０２−１、２０２−２からの出射光の光路を示す説明図である。図１３においては、光源２０２−１、２０２−２の光軸２１、２２の方向と撮像レンズ２０４の光軸２３の方向が略平行である例を示している。以下、図１３を参照しながら本実施形態の撮像ユニット１０１がフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着した雨滴などの異物を検出する機能を説明する。
【００８５】
・光路Ａ、Ａ'
フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂの雨滴が付着していない箇所に向かう光路Ａ（又はＡ'）の光は、その一部がそのまま車両１００の外部に漏れる。残りの一部は、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射される（不図示）。
【００８６】
・光路Ｂ、Ｂ'
上記のように、光源２０２−１、２０２−２からの出射光のうち、その一部はフロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射される。既に述べたように、このような反射光の偏光成分は大部分がＳ偏光成分である。また、このような反射光は、本来の雨滴検出にとっては不要光であり、誤検出の原因にもなる。本発明では、光学フィルタ２０５内にＳ偏光成分をカットする偏光フィルタ層２２３が配置されているため、不要光を除去することが可能である。
【００８７】
・光路Ｃ、Ｃ'
光源２０２−１、２０２−２からの出射光のうち、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射されずにフロントガラス１０５内を透過した光の成分としては、Ｐ偏光成分がＳ偏光成分に比べて多くなる。このフロントガラス１０５内に入射した光は、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに雨滴が付着している場合には、雨滴内部で多重反射して撮像装置２０１側に向けて再度フロントガラス１０５内を透過して、撮像装置２０１の光学フィルタ２０５に到達する。
【００８８】
さらに、光学フィルタ２０５に到達した光は、分光フィルタ層２２１を透過し、そのＰ偏光成分がワイヤグリッド構造の偏光フィルタ層２２３を通過する。偏光フィルタ層２２３を透過したＰ偏光成分の光（赤外光）のうち、雨滴検出用の赤外光透過領域２１２の領域分割型分光フィルタ層２２２に到達した光は、領域分割型分光フィルタ層２２２を透過して撮像素子２０６に入射し、図１に示した画像解析ユニット１０２により、雨滴がフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着していることが認識される。なお、偏光フィルタ層２２３を透過したＰ偏光成分の光は、可視光透過領域２１１にも入射し得るが、この領域に光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光をカットするフィルタが形成されていれば、撮像素子２０６への入射を妨げることができる。
【００８９】
・光路Ｄ
光源２０２−１、２０２−２からの光ではなく、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ側から入射して撮像装置２０１に到達する光のうち、赤外光透過領域２１２に到達する光は、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２により、その大部分がカットされる。このように、赤外光透過領域２１２は、フロントガラス１０５の外側の外乱光もカットできる構成となっている。
【００９０】
・光路Ｅ
光源２０２−１、２０２−２からの光ではなく、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ側から入射して可視光透過領域２１１を通過する光の成分のうち、赤外光成分は分光フィルタ層２２１により遮断される。
【００９１】
・光路Ｆ、Ｆ'
車両１００のダッシュボードなどからの映りこみ光は、車両１００の前方の撮影や雨滴検出には不要な成分である。これらの光は、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射されて大部分がＳ偏光成分の偏光成分を有する光となり、偏光フィルタ層２２３によりカットされる。
【００９２】
・光路Ｇ
光源２０２−１、２０２−２からの光ではなく、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ側から入射して可視光透過領域２１１を通過する光の成分のうち、可視光成分及び光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光の波長帯の成分のみ分光フィルタ層２２１を透過してＰ偏光成分のみとなり、不要光がカットされた状態で撮像素子２０６に到達し、車両周辺情報検出用の信号として検出される。
【００９３】
光源２０２−１、２０２−２から出射され、雨滴と空気の境界面で反射された光が撮像素子２０６に撮像されるように、光源２０２−１、２０２−２からの出射光のフロントガラス１０５への入射角度が設定される。本発明者らの実験結果によれば、雨滴からの反射光が最も強くなるレイアウトの一例は、図１３に示したように、撮像レンズ２０４と光源２０２−１、２０２−２の光軸とが略平行となるように光源２０２−１、２０２−２が配置された例が挙げられる。
【００９４】
また、雨滴からの反射光が最も強くなるレイアウトの他の例としては、図１４に示すように、撮像レンズ２０４の光軸２３と、光源２０２−２の光軸２２との交点を通るフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂの法線１０を挟むように、撮像レンズ２０４の光軸２３と、光源２０２−２の光軸２２とが配置された例が挙げられる。なお、図１４の例においては、光源２０２−１の光軸２１は図１３の例と同様に撮像レンズ２０４の光軸２３に略平行である。
【００９５】
撮像レンズ２０４の光軸２３に平行な光路Ａで光源２０２−１からフロントガラス１０５に光が入射する場合と、撮像レンズ２０４の下側からの光路Ｃ'で光源２０２−２からフロントガラス１０５に光が入射する場合とで、雨滴の多重反射状態は変わるため、検出できる雨滴の形状が広げられる。なお、図１４では、図１３で説明した光路Ｄ〜Ｇについては、図面が煩雑になるのを避けるために省略している。
【００９６】
図１５は、本発明者らが行った実験結果の画像を示す説明図である。画像の上部及び下部に雨滴検出画像領域が設けられている。図１５（ａ）は雨滴がフロントガラス１０５に付着している場合、図１５（ｂ）は雨滴がフロントガラス１０５に付着していない場合の画像である。
【００９７】
図１５中の白四角で囲んだ箇所が雨滴検出画像領域に相当し、この領域に雨滴が付着している時は光源２０２−１、２０２−２からのＬＥＤ光が撮像素子２０６に入射し、画像解析ユニット１０２により雨滴がフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着していることが認識される。このとき、運転者に雨滴の付着を通知するための「Ｒａｉｎ ｄｅｔｅｃｔｅｄ！」などの表示を画像中に示すことが好ましい。
【００９８】
一方、雨滴がフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着していないときは、光源２０２−１、２０２−２からのＬＥＤ光は撮像素子２０６に入射しないため、画像解析ユニット１０２は雨滴の付着を認識しない。この場合には、運転者に雨滴の付着がないことを通知するための「Ｒａｉｎ ｎｏｔ ｄｅｔｅｃｔｅｄ」などの表示を画像中に示すことが好ましい。
【００９９】
画像解析ユニット１０２による上記の認識処理は、例えば、撮像素子２０６におけるＬＥＤ光の受光量に対して予め設定された閾値に基づき、受光量が閾値を超えた場合には雨滴が付着したと認識し、受光量が閾値以下の場合には雨滴が付着していないと認識するものであるとよい。
【０１００】
なお、上記の閾値は、予め定められた一定値である必要はなく、車両周辺情報検出画像の露光調整情報などに基づいて逐次算出されるものであってもよい。具体的には、車両周辺が明るい昼間などの高照度時には、光源２０２−１、２０２−２の光出力パワーを上げるとともに閾値も上げてもよい。これにより、外乱光の影響を排除した雨滴検出が可能となる。
【０１０１】
なお、図１５には車両周辺情報と雨滴を同時に撮影した画像を示したが、車両周辺情報と雨滴は別々に撮影されてもよい。例えば、撮像装置２０１は、領域分割型分光フィルタ層２２２が形成された赤外光透過領域２１２において、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着した雨滴などの異物を撮影するための第１の露光時間で画像を撮影するとともに、領域分割型分光フィルタ層２２２が形成されていない可視光透過領域２１１において、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂの位置より遠方の画像を撮影するための第２の露光時間で画像を撮影するものであってもよい。
【０１０２】
分光フィルタ層２２１のみが形成された可視光透過領域２１１と、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２が形成された赤外光透過領域２１２とでは、撮影に必要な光量が異なるが、露光時間の異なる２枚の画像を撮影する上記の構成であれば、それぞれの画像について最適な露光で画像を撮影することが可能となる。
【０１０３】
具体的には、遠方の画像を撮影する場合は、分光フィルタ層２２１のみが形成された有効撮像領域を透過する光の光量を検出しながら自動露光調整を行い、雨滴の画像を撮影する場合は、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２が形成された有効撮像領域を透過する光の光量を検出しながら自動露光調整すればよい。
【０１０４】
なお、分光フィルタ層２２１のみが形成された有効撮像領域は光量変化が大きい。具体的には、車両周辺の照度は昼間の数万ルクスから夜間の１ルクス以下まで変化するため、その撮影シーンに応じて露光時間を調整する必要がある。これに対しては、公知の自動露光制御を行えばよい。なお、本実施形態で説明してきた撮像装置２０１においては、被写体は路面周辺にあるため、路面領域の画像をもとに露光制御を行うのが望ましい。
【０１０５】
一方、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２が形成された有効撮像領域については、異物からの反射光のみを取り込むように設計されているため、周辺環境による光量の変化は小さく、固定露光時間で撮影することも可能である。
【０１０６】
以上説明したように、本実施形態の撮像ユニットは、車両のフロントガラスに付着した雨滴などの異物の検出と同時に、車両周辺情報も検出することができる。
また、本実施形態の撮像ユニットは、フロントガラスを垂直に透過してカバー内に入射する光をフロントガラスに向けて反射させるため、フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制できる。
【０１０７】
（第２の実施形態）
本発明に係る撮像ユニット１１０の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。第１の実施形態ではカバー２１０の内壁面２１０ａが平滑面である場合を例に挙げたが、本実施形態では内壁面２１０ａが梨地面である場合の構成について述べる。
【０１０８】
以下、図１６を参照しながら、カバー２１０の内壁面２１０ａで発生するフレア光について説明する。図１６は、開口部２３０に面するフロントガラス１０５の面形状が平面であり、車両１００の外部からフロントガラス１０５を垂直に透過した光が入射する内壁面２１０ａ（梨地面）の領域の面形状がフロントガラス１０５に平行な平面である場合を示している。
【０１０９】
しかしながら、カバー２１０の内壁面２１０ａが梨地面であるため、内壁面２１０ａへの入射光は拡散（散乱）する。そのため、カバー２１０の内壁面２１０ａを図１６に示すように構成しても、車両１００の外部からフロントガラス１０５に垂直入射した光の一部はフレア光となって撮像レンズ２０４に入射してしまう。
【０１１０】
図１７は、上述のカバー２１０内部でのフレア光を抑制するための本実施形態の撮像ユニット１１０の概略構成を示す模式図である。即ち、カバー２１０の内壁面２１０ａは、複数の反射領域２１０−１〜２１０−６からなる梨地面である。
【０１１１】
各反射領域２１０−１〜２１０−６は、車両１００の外部からフロントガラス１０５を垂直に透過してカバー２１０内に入射する光を、撮像レンズ２０４の画角範囲から外れるように他の反射領域に向けて反射させるようになっている。例えば、車両１００の外部からフロントガラス１０５に垂直入射して反射領域２１０−１に到達した光の大部分は、反射領域２１０−３、２１０−５に向けて反射される。さらに、反射領域２１０−３、２１０−５で反射された光は他の反射領域で反射される。このような反射が繰り返されることにより、反射光は減衰していく。従って、図１６に示したようなカバー２１０内でのフレア光の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 法線
２１、２２、２３ 光軸
１００ 車両
１０１、１１０ 撮像ユニット
１０２ 画像解析ユニット
１０３ ヘッドランプ制御ユニット
１０４ ヘッドランプ
１０５ フロントガラス
１０５ａ 内壁面
１０５ｂ 外壁面
１０６ ワイパー制御ユニット
１０７ ワイパー
１０８ 車両走行制御ユニット
２０１ 撮像装置
２０２ 光源
２０３ 雨滴
２０３ａ 背景画像
２０４ 撮像レンズ
２０５ 光学フィルタ
２０６ 撮像素子
２０６Ａ フォトダイオード（受光素子）
２０６Ｂ マイクロレンズ
２０７ センサ基板
２０８ 信号処理部
２１０ カバー（筺体部）
２１０−１〜２１０−６ 反射領域
２１０ａ 内壁面
２１１ 可視光透過領域
２１２ 赤外光透過領域
２２０ 基板
２２１ 分光フィルタ層（第１の分光フィルタ層）
２２２ 領域分割型分光フィルタ層（第２の分光フィルタ層）
２２３ 偏光フィルタ層
２２４ 充填材
２３０ 開口部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１３】
【特許文献１】特開２０１０−２０４０５９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２５２５０号公報
【特許文献３】特許第４３２６９９９号明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のフロントガラスの表面に付着する異物を光学的に検出する撮像ユニット及びそれを備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、雨滴の有無を光学的に検出する雨滴センサが、自動車等の車両に搭載されるようになってきている（例えば、特許文献１〜３参照）。このような雨滴センサは、例えば、車両のフロントガラスに付着した雨滴をワイパーにより除去するシステムに用いられる。
【０００３】
特許文献１には、光源から車両のフロントガラスに入射角がブリュースター角になる平行光束を照射し、撮像装置でフロントガラス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フロントガラスに雨滴が付着しているか否かを判別する雨滴検出装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、車両に付着した雨滴を撮像するための近距離用の第１の焦点距離と、車両の周辺を撮像するための遠距離用の第２の焦点距離とを採り得るレンズを備えた車載用監視装置が開示されている。特許文献２の車載用監視装置は、このような遠近両用の焦点を有するレンズを備えることにより、フロントガラス面の雨滴と車両周辺情報を撮像することができる。
【０００５】
また、特許文献３には、光源からフロントガラスに向けて光を照射し、フロントガラスに付着した雨滴からの反射光を撮像する画像処理システムが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された雨滴検出装置は、雨滴検出用の撮像装置の撮像レンズの焦点をフロントガラス面としているため、車両周辺状況を撮影するには車両周辺監視用の撮像装置を別途設置しなければならないという問題を有している。
【０００７】
また、特許文献２に開示された車載用監視装置は、雨滴の領域抽出のための処理負荷が大きいという問題を有している。これは、本発明者らの実験によると、フロントガラス面に焦点を合わせて雨滴を検出する場合には、雨滴に映り込んだ背景画像や雨滴の輝度が大きい部分の形状が、状況に応じて様々に変化してしまうためである。
【０００８】
なお、レンズの領域分割により遠近の２焦点を形成することは単レンズであれば可能性があるが、一般に車両に搭載される撮像レンズは４枚〜６枚程度であり、このような複数枚レンズに対して領域分割することは極めて困難である。
【０００９】
特許文献３には、光源から特定波長の光を発光させるとともに、撮像装置の内部に発光波長に対応した波長フィルタを設置することで信頼性を上げることが記載されているが、実際にはフロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制し、車両のフロントガラスに付着した異物を検出するとともに車両周辺情報も撮影可能な撮像ユニット及びそれを備えた車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像ユニットは、車両内に固定される筺体部と、該筺体部に収容される撮像装置と、を備える撮像ユニットであって、前記撮像装置は、前記車両のフロントガラスに向けて光を照射する光源と、複数の画素アレイを有する撮像素子と、前記フロントガラスの外壁面に付着した異物によって反射された前記光源からの光、及び、前記車両の外部から前記フロントガラスを透過した光を、前記撮像素子に向けて集光する撮像レンズと、前記撮像レンズと前記撮像素子との間に配置され、有効撮像領域の一部において所定の波長範囲の光のみ透過させる光学フィルタと、を有し、前記撮像レンズの焦点は前記フロントガラスの外壁面の位置よりも遠方に設定されており、前記筺体部には前記撮像レンズの画角範囲を光が通過するための開口部が形成されており、該開口部の周辺部は前記フロントガラスの内壁面に密着し、前記筐体部は、平滑面を内部に有しており、前記フロントガラスの前記開口部に面する部分の法線を前記平滑面まで延長した延長線と前記平滑面との交点において、前記延長線と前記平滑面の法線が平行であり、前記平滑面は、前記フロントガラスを垂直に透過して前記筐体部内に入射する光を前記フロントガラスに向けて反射させることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、フロントガラスを垂直に透過して筐体部内に入射する光をフロントガラスに向けて反射させるため、フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制し、車両のフロントガラスに付着した異物を検出するとともに車両周辺情報も撮影可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制し、車両のフロントガラスに付着した異物を検出するとともに車両周辺情報も撮影可能な撮像ユニット及びそれを備えた車両を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】撮像ユニットを備える車載機器制御システムの概略構成を示す模式図
【図２】ダッシュボードからのフレア光の光路を示す説明図
【図３】カバーにより遮断されたダッシュボードからのフレア光の光路を示す模式図
【図４】カバーの内壁面で発生するフレア光の光路を示す説明図
【図５】第１の実施形態に係る撮像ユニットの概略構成を示す模式図
【図６】第１の実施形態に係る撮像ユニットに設けられる撮像装置の構成を示す説明図
【図７】雨滴検出用の撮像画像データである赤外光画像データを示す説明図
【図８】光学フィルタ、撮像素子、及びセンサ基板の光透過方向に沿った断面模式図
【図９】分光フィルタ層及び領域分割型分光フィルタ層を有する光学フィルタの有効撮像領域の領域分割を説明するための正面模式図
【図１０】分光フィルタ層及び領域分割型分光フィルタ層の分光特性を示すグラフ
【図１１】偏光フィルタ層を構成するワイヤグリッド構造の拡大図
【図１２】偏光フィルタ層におけるワイヤグリッド構造の金属ワイヤの長手方向を示す説明図
【図１３】撮像装置が有する光源からの出射光の光路を示す説明図
【図１４】撮像装置が有する光源からの出射光の光路の他の例を示す説明図
【図１５】本発明者らが行った実験結果の画像を示す説明図
【図１６】カバーの内壁面で発生するフレア光の光路を示す説明図
【図１７】第２の実施形態に係る撮像ユニットの概略構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る撮像ユニット及びそれを備えた車両の実施形態について図面を用いて説明する。各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。なお、本明細書において「平滑面」とは、光が入射した場合に、拡散反射成分に比べ鏡面反射成分が十分大きくなるような表面粗さを有する面を指す。また、「梨地面」とは、光が入射した場合に、鏡面反射成分に比べ拡散反射成分が十分大きくなるような表面粗さを有する面を指す。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る撮像ユニット１０１を備える車載機器制御システムの概略構成を示す模式図である。本車載機器制御システムは、自動車などの車両１００に搭載された撮像装置で撮像した、車両１００の進行方向前方領域の撮像画像データを利用して、ヘッドランプの配光制御、ワイパーの駆動制御、その他の車載機器の制御を行うものである。
【００１７】
本車載機器制御システムに設けられる撮像装置は、撮像ユニット１０１に設けられており、走行する車両１００の進行方向前方領域を撮像範囲として撮像するものである。
【００１８】
撮像ユニット１０１の撮像装置で撮像された撮像画像データは、画像解析ユニット１０２に入力される。画像解析ユニット１０２は、撮像装置から送信されてくる撮像画像データを解析し、フロントガラス１０５に付着する雨滴などの異物などの付着物を検出したり、撮像画像データに車両１００の前方に存在する他車両の位置、方角、距離を算出したり、撮像範囲内に存在する路面上の白線（区画線）等の検出対象物を検出したりする。なお、以降では、車両１００の前方の他車両の位置、方角、距離、並びに、路面上の白線（区画線）等の情報を車両周辺情報とも呼ぶ。他車両の検出では、他車両のテールランプを識別することで車両１００と同じ進行方向へ進行する先行車両を検出し、他車両のヘッドランプを識別することで車両１００とは反対方向へ進行する対向車両を検出する。
【００１９】
画像解析ユニット１０２の算出結果は、ヘッドランプ制御ユニット１０３に送られる。ヘッドランプ制御ユニット１０３は、例えば、画像解析ユニット１０２が算出した距離データから、車両１００の車載機器であるヘッドランプ１０４を制御する制御信号を生成する。具体的には、例えば、先行車両や対向車両の運転者の目に車両１００のヘッドランプの強い光が入射するのを避けて他車両の運転者の幻惑防止を行いつつ、車両１００の運転者の視界確保を実現できるように、ヘッドランプ１０４のハイビーム及びロービームの切り替えを制御したり、ヘッドランプ１０４の部分的な遮光制御を行ったりする。
【００２０】
画像解析ユニット１０２の算出結果は、ワイパー制御ユニット１０６にも送られる。ワイパー制御ユニット１０６は、ワイパー１０７を制御して、車両１００のフロントガラス１０５に付着した雨滴などの付着物を除去する。ワイパー制御ユニット１０６は、画像解析ユニット１０２が検出した異物検出結果を受けて、ワイパー１０７を制御する制御信号を生成する。ワイパー制御ユニット１０６により生成された制御信号がワイパー１０７に送られると、車両１００の運転者の視界を確保するべく、ワイパー１０７を稼動させる。
【００２１】
また、画像解析ユニット１０２の算出結果は、車両走行制御ユニット１０８にも送られる。車両走行制御ユニット１０８は、画像解析ユニット１０２が検出した白線検出結果に基づいて、白線によって区画されている車線領域から車両１００が外れている場合等に、車両１００の運転者へ警告を報知したり、自車両のハンドルやブレーキを制御するなどの走行支援制御を行ったりする。
【００２２】
撮像ユニット１０１は、後述するように、撮像レンズ２０４を有する撮像装置２０１からなる。このような撮像装置２０１を車両１００内に配置した場合は、図２に示すように、太陽２０からの光（光路Ｌ０）が、フロントガラス１０５を通過した後にダッシュボード１０９で反射し（光路Ｌ１）、さらにフロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射し撮像装置２０１に向かう（光路Ｌ２）。このような光はフレア光として、撮像装置２０１が本来撮影対象としている車両周辺情報に不要情報として重畳されてしまう。
【００２３】
上述の問題を解決する構成としては、図３に示すように、撮像ユニット１０１の周囲をカバー（筐体部）２１０で覆うことにより、ダッシュボード１０９からの反射光を遮断する構成が挙げられる。カバー２１０はダッシュボード１０９からの反射光（光路Ｌ１）を遮るように設置されるとともに、撮像レンズ２０４の画角範囲を遮らないように開口部２３０が形成されてなる。
【００２４】
カバー２１０は、防塵の効果を有するとともに、運転者が誤って撮像装置２０１に触れてしまうことなどを防止する効果も有する。しかしながら、このようなカバー２１０を設置することによりダッシュボード１０９からのフレア光を抑制できる一方で、カバー２１０の内側での反射光がフレア光になってしまうという問題が生じる。
【００２５】
以下、図４を参照しながら、カバー２１０の内壁面２１０ａで発生するフレア光について説明する。フロントガラス１０５には様々な入射角度で光が入射してくるが、最も光強度が強いのはフロントガラス１０５に垂直入射する光である。即ち、フロントガラス１０５を透過する光は、入射角０度（フロントガラス１０５の法線に平行）の状態が透過率最大で、入射角が増えるにつれて透過率は減少し、特定の入射角（全反射角）を超えると光はフロントガラス１０５を透過しなくなる（全反射状態という）。従って、最も排除すべき光は、入射角０度でフロントガラス１０５に入射する光であることが分かる。
【００２６】
図４に示すように、カバー２１０の内壁面２１０ａがフロントガラス１０５に対して角度θ１だけ斜めに傾いた平滑面を有する場合、車両１００の外部からフロントガラス１０５に入射角０度で入射した光のうち、開口部２３０を通過した光は、カバー２１０の内壁面２１０ａで反射角θ１で反射され、再びフロントガラス１０５に向かう。さらに、フロントガラス１０５に向かった光の一部は、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射角θ２で反射されて撮像レンズ２０４の画角範囲に入射し、後段の光学フィルタ２０５を介してセンサ基板２０７上の撮像素子２０６で受光されてしまう。
【００２７】
図５は、上述のカバー２１０内部でのフレア光を抑制するための本実施形態の撮像ユニット１０１の概略構成を示す模式図である。即ち、撮像ユニット１０１は、車両１００内に固定されるカバー（筺体部）２１０と、カバー２１０に収容される撮像レンズ２０４、光学フィルタ２０５、撮像素子２０６、及びセンサ基板２０７を含む撮像装置と、を備える。
【００２８】
カバー２１０は、例えば、樹脂成型で形成されたものであるとよい。カバー２１０の色は、光を吸収しやすい黒色が望ましい。カバー２１０には撮像レンズ２０４の画角範囲を光が通過するための開口部２３０が形成されている。開口部２３０の周辺部と、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａとは密着されている。
【００２９】
また、カバー２１０の内壁面２１０ａは平滑面である。なお、フロントガラス１０５の開口部２３０に面する部分の法線をカバー２１０の内壁面２１０ａ（平滑面）まで延長した延長線と内壁面２１０ａ（平滑面）との交点において、延長線と内壁面２１０ａ（平滑面）の法線とは平行である。例えば、開口部２３０に面するフロントガラス１０５の面形状が平面の場合には、車両１００の外部からフロントガラス１０５を垂直に透過した光が入射する内壁面２１０ａ（平滑面）の領域の面形状は、フロントガラス１０５に平行な平面となる。なお、フロントガラス１０５は一般に湾曲形成されているため、カバー２１０の内壁面２１０ａもフロントガラス１０５の曲率に応じて湾曲することになる。
【００３０】
このような平滑面の構成により、車両１００の外部からフロントガラス１０５に垂直入射した光は、カバー２１０の内壁面２１０ａで反射されて同じ光路を逆方向に進み、フロントガラス１０５を再び透過して車両１００の外部に放射される。このため、図４に示したようなカバー２１０内でのフレア光の発生を抑制することができる。
【００３１】
図６は、本実施形態の撮像ユニット１０１に設けられる撮像装置２０１の構成を示す説明図である。なお、図６においては、カバー２１０の図示を省略している。
【００３２】
撮像装置２０１は、主に、車両１００のフロントガラス１０５に向けて光を照射する光源２０２−１、２０２−２と、２次元配置された複数の画素アレイを有する撮像素子２０６を含んだセンサ基板２０７と、の外壁面１０５ｂに付着した異物によって反射された光源２０２−１、２０２−２からの光、及び、車両１００の外部からフロントガラス１０５を透過した光を、撮像素子２０６に向けて集光する撮像レンズ２０４と、撮像レンズ２０４と撮像素子２０６との間に配置される光学フィルタ２０５と、センサ基板２０７から出力されるアナログ電気信号（撮像素子２０６上の各受光素子が受光した受光量）をデジタル電気信号に変換した撮像画像データを生成して出力する信号処理部２０８と、から構成されている。なお、図６は、光源が２つの光源２０２−１、２０２−２からなる場合を図示しているが、光源の個数は２つに限定されるものではない。
【００３３】
光源２０２−１、２０２−２は、車両１００の車高方向に関して撮像レンズ２０４の上側及び下側に分かれて配置されており、光源２０２−１、２０２−２の光軸２１、２２の方向と撮像レンズ２０４の光軸２３の方向は略平行であるとともに、撮像レンズ２０４の画角範囲と光源２０２−１、２０２−２の照射領域がフロントガラス１０５の内壁面１０５ａで重なるように配置されている。なお、光源２０２−１、２０２−２としてはアイセーフ帯の波長及び光量の光源を使用する。
【００３４】
被写体（検出対象物）を含む撮像範囲からの光は、撮像レンズ２０４を通り、光学フィルタ２０５を透過して、撮像素子２０６でその光強度に応じた電気信号に変換される。ここで、被写体（検出対象物）とは、車両１００の前方の風景や、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着した雨滴などの異物である。信号処理部２０８では、撮像素子２０６から出力される電気信号（アナログ信号）が入力されると、その電気信号から、撮像画像データとして、撮像素子２０６上における各画素の明るさ（輝度）を示すデジタル信号を、画像の水平・垂直同期信号とともに後段のユニットへ出力する。
【００３５】
本実施形態において、光源２０２−１、２０２−２は、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着した異物（以下、異物が雨滴である場合を例に挙げて説明する。）を検出するためのものである。フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに雨滴２０３が付着している場合、光源２０２−１、２０２−２が発した光は、雨滴２０３と空気の界面で反射し、その反射光は撮像装置２０１に入射する。一方、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに雨滴２０３が付着していない場合、光源２０２−１、２０２−２から照射された光は、その一部がフロントガラス１０５を透過して外部に漏れ、残りの光がフロントガラス１０５の内壁面１０５ａ、あるいは、外壁面１０５ｂと外気との界面で反射し、その反射光が撮像装置２０１へ入射する。
【００３６】
ここで、本実施形態では、撮像レンズ２０４の焦点位置は、無限遠、又は、無限遠とフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂとの間に設定している。これにより、フロントガラス１０５上に付着した雨滴２０３の検出を行う場合だけでなく、先行車両や対向車両の検出や白線の検出を行う場合にも、撮像装置２０１の撮像画像データから適切な情報を取得することができる。
【００３７】
例えば、フロントガラス１０５上に付着した雨滴２０３の検出を行う場合、撮像画像データ上の雨滴画像の形状は円形状であることが多いので、撮像画像データ上の雨滴候補画像が円形状であるかどうかを判断してその雨滴候補画像が雨滴画像であると識別する形状認識処理を行う。このような形状認識処理を行う場合、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ上の雨滴２０３に撮像レンズ２０４の焦点が合っているよりも、上述したように無限遠、又は、無限遠とフロントガラス１０５との間に焦点が合っている方が、多少のピンボケが発生することにより雨滴の形状認識率（円形状）が高くなり、雨滴検出性能が高くなる。
【００３８】
図７は、雨滴検出用の撮像画像データである赤外光画像データを示す説明図である。図７（ａ）はフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ上の雨滴２０３に撮像レンズ２０４の焦点が合っている場合、図７（ｂ）は無限遠に焦点が合っている場合における赤外光画像データをそれぞれ示している。
【００３９】
フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ上の雨滴２０３に撮像レンズ２０４の焦点が合っている場合、図７（ａ）に示すように、雨滴に映り込んだ背景画像２０３ａまでが撮像される。このような背景画像２０３ａは雨滴２０３の誤検出の原因となる。また、図７（ａ）に示すように雨滴の一部２０３ｂだけ弓状等に輝度が大きくなる場合があり、その大輝度部分の形状、即ち雨滴画像の形状は太陽光の方向や街灯の位置などによって変化する。このような種々変化する雨滴画像の形状を形状認識処理で対応するためには処理負荷が大きくなり、また認識精度の低下を招く。
【００４０】
これに対し、無限遠に焦点が合っている場合には、図７（ｂ）に示すように、多少のピンボケが発生する。そのため、背景画像２０３ａの映り込みが撮像画像データに反映されず、雨滴２０３の誤検出が軽減される。また、多少のピンボケが発生することで、太陽光の方向や街灯の位置などによって雨滴画像の形状が変化する度合いが小さくなり。雨滴画像の形状は常に略円形状となる。よって、雨滴２０３の形状認識処理の負荷が小さく、また認識精度も高くなる。
【００４１】
ただし、無限遠に焦点が合っている場合、遠方を走行する先行車両のテールランプを識別する際に、撮像素子２０６上のテールランプの光を受光する受光素子が１個程度になることがある。この場合、テールランプの光がテールランプ色（赤色）を受光する赤色用受光素子に受光されない恐れがあり、その際にはテールランプを認識できず、先行車両の検出ができない。このような不具合を回避しようとする場合には、撮像レンズ２０４の焦点を無限遠よりも手前に合わせることが好ましい。これにより、遠方を走行する先行車両のテールランプがピンボケするので、テールランプの光を受光する受光素子の数を増やすことができ、テールランプの認識精度が上がり先行車両の検出精度が向上する。
【００４２】
撮像ユニット１０１の光源２０２−１、２０２−２には、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などを用いることができる。また、光源２０２−１、２０２−２の発光波長は、例えば可視光や赤外光を用いることができる。ただし、光源２０２−１、２０２−２の光で対向車両の運転者や歩行者等を眩惑するのを回避する場合には、可視光よりも波長が長くて撮像素子２０６の受光感度がおよぶ範囲の波長、例えば８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の赤外光領域の波長を選択するのが好ましい。本実施形態の光源２０２−１、２０２−２は、赤外光領域の波長を有する光を照射するものである。
【００４３】
ここで、フロントガラス１０５で反射した光源２０２−１、２０２−２からの赤外波長光を撮像装置２０１で撮像する際、撮像装置２０１の撮像素子２０６では、光源２０２−１、２０２−２からの赤外波長光のほか、例えば太陽光などの赤外波長光を含む大光量の外乱光も受光される。よって、光源２０２−１、２０２−２からの赤外波長光をこのような大光量の外乱光と区別するためには、光源２０２−１、２０２−２の発光量を外乱光よりも十分に大きくする必要があるが、このような大発光量の光源２０２−１、２０２−２を用いることは困難である場合が多い。
【００４４】
そこで、本実施形態においては、例えば、光源２０２−１、２０２−２の発光波長よりも短い波長の光をカットするようなカットフィルタか、もしくは、透過率のピークが光源２０２−１、２０２−２の発光波長とほぼ一致したバンドパスフィルタを介して、光源２０２−１、２０２−２からの光を撮像素子２０６で受光するように構成する。これにより、光源２０２−１、２０２−２の発光波長以外の光を除去して受光できるので、撮像素子２０６で受光される光源２０２−１、２０２−２からの光量は、外乱光に対して相対的に大きくなる。その結果、大発光量の光源を用いなくても、光源からの光を外乱交と区別することが可能となる。
【００４５】
ただし、本実施形態においては、撮像画像データから、フロントガラス１０５上の雨滴２０３などの異物を検出するだけでなく、先行車両や対向車両の検出や白線の検出も行う。そのため、撮像画像全体について光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光以外の波長帯を除去してしまうと、先行車両や対向車両の検出や白線の検出に必要な波長帯の光を撮像素子２０６で受光できず、これらの検出に支障をきたす。そこで、本実施形態では、撮像画像データの画像領域を、フロントガラス１０５上の雨滴２０３を検出するための雨滴検出画像領域と、先行車両や対向車両の検出や白線の検出を行うための車両周辺情報検出画像領域と、に区分し、雨滴検出画像領域に対応する部分についてのみ光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光以外の波長帯を除去する構成としている。
【００４６】
図８は、光学フィルタ２０５、撮像素子２０６、及び、センサ基板２０７の光透過方向に沿った断面模式図である。
【００４７】
撮像素子２０６は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などを用いたイメージセンサであり、その受光素子にはフォトダイオード２０６Ａを用いている。フォトダイオード２０６Ａは、画素ごとに２次元的にアレイ配置されており、フォトダイオード２０６Ａの集光効率を上げるために、各フォトダイオード２０６Ａの入射側にはマイクロレンズ２０６Ｂが設けられている。この撮像素子２０６がワイヤボンディングなどの手法によりＰＷＢ（Printed Wiring Board）に接合されてセンサ基板２０７が形成されている。
【００４８】
光学フィルタ２０５は、図８に示したように、使用帯域（本実施形態では可視光領域と赤外光領域）の光に対して透明な基板２２０と、基板２２０上の撮像レンズ２０４側の有効撮像領域の全面に形成され、波長λ１〜λ２、λ３〜λ４（λ１＜λ２＜λ３＜λ４）の範囲の波長成分の光のみ透過させる分光フィルタ層（第１の分光フィルタ層）２２１と、基板２２０の撮像素子２０６側の面に形成される偏光フィルタ層２２３と、偏光フィルタ層２２３上に充填される充填材２２４と、基板２２０上の撮像素子２０６側の有効撮像領域の一部に、上記偏光フィルタ層２２３及び充填材２２４を介して形成され、波長λ３〜λ４の範囲の波長成分の光のみ透過させる領域分割型分光フィルタ層（第２の分光フィルタ層）２２２と、を有し、領域分割型分光フィルタ層２２２の撮像素子２０６側の面が撮像素子２０６に密着接合されてなる。
【００４９】
即ち、光学フィルタ２０５は、分光フィルタ層２２１と領域分割型分光フィルタ層２２２とが光透過方向に重ね合わせられた構造となっている。
【００５０】
図９は、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２を有する光学フィルタ２０５の有効撮像領域の領域分割を説明するための正面模式図である。図９に示すように、有効撮像領域は、上記の車両周辺情報検出画像領域に対応する可視光透過領域２１１と、上記の雨滴検出画像領域に対応する赤外光透過領域２１２とに、領域分割されている。例えば、可視光透過領域２１１は有効撮像領域の中央部１／２の領域であり、一方、赤外光透過領域２１２は有効撮像領域の上部及び下部の領域であるとよい。
【００５１】
対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の画像は、主に撮像画像の中央部に存在することが多く、撮像画像の下部には自車両前方の直近路面の画像が存在するのが通常である。よって、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の識別に必要な情報は撮像画像の中央部に集中しており、その識別において撮像画像の下部の情報はあまり重要ではない。一方、撮像画像の上部には空が写るのが通常であるから、撮像画像の上部の情報もあまり重要ではない。
【００５２】
よって、単一の撮像画像データから、対向車両や先行車両あるいは白線の検出と雨滴の検出とを両立して行う場合には、図９に示したように、有効撮像領域の上部及び下部を雨滴検出用の赤外光透過領域２１２とし、残りの有効撮像領域の中央部を車両周辺情報検出用の可視光透過領域２１１とし、これに対応して領域分割型分光フィルタ層２２２を領域分割するのが好適である。なお、有効撮像領域のうち、充填材２２４上の領域分割型分光フィルタ層２２２が形成されていない領域に、光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光をカットするフィルタが形成されていてもよい。
【００５３】
図１０は、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２の分光特性を示すグラフである。分光フィルタ層２２１は、図１０（ａ）に示すように波長範囲４００ｎｍ〜６７０ｎｍ（ここでは、λ１＝４００ｎｍ、λ２＝６７０ｎｍ）のいわゆる可視光領域の光と、波長範囲９４０ｎｍ〜９７０ｎｍ（ここでは、λ３＝９４０ｎｍ、λ４＝９７０ｎｍ）の赤外光領域の光を透過させる。可視光領域の光は車両周辺情報検出用に用いられ、赤外光領域の光は雨滴検出用に用いられる。
【００５４】
ただし、本実施形態の撮像素子２０６を構成する各受光素子は、赤外波長帯の光に対しても感度を有するので、赤外波長帯を含んだ光を撮像素子２０６で受光すると、得られる撮像画像は全体的に赤みを帯びたものとなってしまう。その結果、テールランプに対応する赤色の画像部分を識別することが困難となる場合がある。そこで、本実施形態では、分光フィルタ層２２１が、波長範囲７００ｎｍ〜９４０ｎｍの赤外光を透過させないようになっている（透過率５％以下が望ましい）。これにより、テールランプの識別に用いる撮像画像データ部分から赤外波長帯が除外されるので、テールランプの識別精度が向上する。
【００５５】
また、領域分割型分光フィルタ層２２２は、図１０（ｂ）に示すように波長範囲９４０ｎｍ〜９７０ｎｍの赤外光領域を透過帯としている。従って、光学フィルタ２０５は、領域分割型分光フィルタ層２２２と上述の分光フィルタ層２２１との組合せにより、波長範囲９４０ｎｍ（＝λ３）〜９７０ｎｍ（＝λ４）の範囲の光のみを透過させることとなる。なお、この波長範囲λ３〜λ４における透過率のピークと光源２０２−１、２０２−２の発光波長を略同等にしておくのが望ましい。
【００５６】
撮像装置２０１の撮像方向を下方へ傾けていくと、撮像範囲内の下部に自車両のボンネットが入り込んでくる場合がある。この場合、自車両のボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどが外乱光となり、これが撮像画像データに含まれることで対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の誤識別の原因となる。このような場合でも、本実施形態では、有効撮像領域全体に波長範囲７００ｎｍ〜９４０ｎｍの光を遮断する分光フィルタ層２２１が形成されているので、ボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどの外乱光が除去される。よって、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の識別精度が向上する。
【００５７】
なお、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２を光学フィルタ２０５の基板２２０の両面に形成することにより、光学フィルタ２０５の反りを抑制することが可能となる。例えば、基板２２０の片側の面にだけ分光フィルタ層を形成した場合には、基板２２０に応力がかかり、反りが生じる。しかしながら、図８に示したように、基板２２０の両面に分光フィルタ層を形成した場合には、応力の効果が相殺されるため、反りを抑制することができる。
【００５８】
また、図８及び図９に示したように、領域分割型分光フィルタ層２２２を有効撮像領域の上部と下部に設けたパターンが望ましい。有効撮像領域の上部あるいは下部のいずれか一方にのみ雨滴検出用の赤外光透過領域２１２を設けた場合、光学フィルタ２０５と撮像素子２０６を平行に接着することが難しくなる。光学フィルタ２０５と撮像素子２０６とが傾いて接着されてしまうと有効撮像領域の上部と下部で光路長が変わってしまい、車両周辺情報、例えば白線検知を行う場合には白線座標の読み誤りなど認識精度の劣化原因となる。
【００５９】
なお、雨滴検出用の画素と車両周辺情報検出用の画素を市松状のパターンやストライプ状のパターンを有効撮像領域全体に形成したものであっても、光学フィルタ２０５と撮像素子２０６を平行に接着することが可能である。この場合、赤外光透過領域２１２を大きく取ることができるため、雨滴の検出精度をさらに上げることが可能である。
【００６０】
なお、偏光フィルタ層２２３は、光源２０２−１、２０２−２から照射された後、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射された外乱光をカットするために形成される。一般に、このような外乱光の偏光成分は大部分がＳ偏光成分であることが知られている。即ち、偏光フィルタ層２２３の偏光軸は、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａの法線に対して直交する偏光方向成分（Ｓ偏光成分）の光を遮光するように形成されている。言い換えれば、偏光フィルタ層２２３は、光源２０２−１、２０２−２のフロントガラス１０５へ向かって出射する光の光軸２１と、撮像レンズ２０４の光軸２３との２つの光軸で形成される面に対して平行な偏光成分（Ｐ偏光成分）のみを透過させるように設計される。このように設計された偏光フィルタ層２２３はダッシュボードなどで反射した映りこみ光も遮断することができる。
【００６１】
なお、既に述べたように、撮像素子２０６のマイクロレンズ２０６Ｂ側の面には、光学フィルタ２０５が近接配置されている。光学フィルタ２０５と撮像素子２０６との間に空隙がある構成としてもよいが、光学フィルタ２０５を撮像素子２０６に密着させる構成とした方が、光学フィルタ２０５の可視光透過領域２１１と赤外光透過領域２１２の境界と、撮像素子２０６上のフォトダイオード２０６Ａ間の境界とを一致させやすくなる。これにより、赤外光透過領域２１２と可視光透過領域２１１の境界が明確になり、雨滴の検出精度を上げることができる。
【００６２】
光学フィルタ２０５と撮像素子２０６は、例えば、ＵＶ接着剤で接合してもよいし、撮像に用いる有効画素範囲外でスペーサにより支持した状態で有効画素範囲外の四辺領域をＵＶ接着や熱圧着してもよい。
【００６３】
なお、光源２０２−１、２０２−２は、連続発光（ＣＷ発光）を行うものであってもよいし、特定のタイミングでパルス発光するものであってもよい。特に、パルス発光を行う構成は、発光のタイミングと画像撮影のタイミングの同期させることにより、外乱光による影響をより小さくできるため好ましい。
【００６４】
また、本実施形態のように、光源が複数の場合には、複数の光源を同時に発光させてもよいし、順次発光させてもよい。順次発光させた場合は、その発光のタイミングと画像撮影のタイミングを同期させれば、外乱光による影響をより小さくできる。
【００６５】
次に、光学フィルタ２０５の各部詳細について説明する。
基板２２０は、使用帯域（本実施形態では可視光領域と赤外光領域）の光を透過可能な透明な材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施形態では、ガラス、特に、安価でかつ耐久性もある石英ガラス（屈折率１．４６）やテンパックスガラス（屈折率１．５１）を好適に用いることができる。
【００６６】
基板２２０上に形成される偏光フィルタ層２２３は、図１１に示すようなワイヤグリッド構造で形成された偏光子で構成される。ワイヤグリッド構造は、アルミニウムなどの金属で構成された特定方向に延びる金属ワイヤ（導電体線）を特定のピッチで配列した構造である。ワイヤグリッド構造のワイヤピッチを、入射光の波長帯（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ）に比べて十分に小さいピッチ（例えば１／２以下）とすることで、金属ワイヤの長手方向に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、金属ワイヤの長手方向に対して直交する方向に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。
【００６７】
ワイヤグリッド構造の偏光子は、一般に、金属ワイヤの断面積が増加すると、消光比が増加し、更に周期幅に対する所定の幅以上の金属ワイヤでは透過率が減少する。また、金属ワイヤの長手方向に直交する断面形状がテーパ形状であると、広い帯域において透過率、偏光度の波長分散性が少なく、高消光比特性を示す。
【００６８】
図１２は、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２３におけるワイヤグリッド構造の金属ワイヤの長手方向を示す説明図である。フロントガラス１０５は一般に湾曲しているため、ダッシュボードからの映りこみ光などの偏光方向が、有効撮像領域の各場所で変化するため、偏光フィルタ層２２３はその変化に応じた偏光軸を有することが望ましい。
【００６９】
具体的には、図１２に示すように、フロントガラス１０５の湾曲に応じた偏光軸を実現するために、ワイヤグリッド構造の長手方向（溝方向）を偏光フィルタ層２２３の各場所で変化させればよい。
【００７０】
本実施形態では、偏光フィルタ層２２３をワイヤグリッド構造で形成していることにより、以下のような効果を有する。
【００７１】
ワイヤグリッド構造は、広く知られた半導体製造プロセスを利用して形成することができる。具体的には、基板２２０上にアルミニウム薄膜を蒸着した後、パターニングを行い、メタルエッチングなどの手法によってワイヤグリッドのサブ波長凹凸構造を形成すればよい。このような製造プロセスにより、撮像素子２０６の撮像画素サイズ相当（数μｍレベル）で金属ワイヤの長手方向、即ち偏光方向（偏光軸）を調整することが可能となる。よって、本実施形態のように、撮像画素単位で金属ワイヤの長手方向、即ち偏光方向（偏光軸）を異ならせた偏光フィルタ層２２３を作成することができる。
【００７２】
また、ワイヤグリッド構造は、アルミニウムなどの金属材料によって作製されるため、耐熱性に優れ、高温になりやすい車両室内などの高温環境下においても好適に使用できるという利点もある。
【００７３】
偏光フィルタ層２２３の積層方向上面を平坦化するために用いられる充填材２２４は、偏光フィルタ層２２３の金属ワイヤ間の凹部に充填される。この充填材２２４としては、基板２２０よりも屈折率が低いか又は同等の屈折率を有する無機材料を好適に利用できる。なお、本実施形態における充填材２２４は、偏光フィルタ層２２３の金属ワイヤ部分の積層方向上面も覆うように形成される。
【００７４】
充填材２２４の具体的な材料としては、偏光フィルタ層２２３の偏光特性を劣化させないように、その屈折率が空気の屈折率（屈折率＝１）に極力近い低屈折率材料であることが好ましい。例えば、セラミックス中に微細な空孔を分散させて形成してなる多孔質のセラミックス材料が好ましく、具体的には、ポーラスシリカ（ＳｉＯ2）、ポーラスフッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、ポーラスアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などが挙げられる。また、これらの低屈折率の程度は、セラミックス中の空孔の数や大きさ（ポーラス度）によって決まる。基板２２０の主成分がシリカの水晶やガラスからなる場合には、ポーラスシリカ（ｎ＝１．２２〜１．２６）が好適に使用できる。
【００７５】
充填材２２４の形成方法としては、無機系塗布膜（ＳＯＧ：Spin On Glass）法を好適に用いることができる。具体的には、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）4）をアルコールに溶かした溶剤を、基板２２０上に形成された偏光フィルタ層２２３上にスピン塗布し、その後に熱処理によって溶媒成分を揮発させ、シラノール自体を脱水重合反応させるような経緯で形成される。
【００７６】
偏光フィルタ層２２３はサブ波長サイズのワイヤグリッド構造であり、機械的強度が弱く、わずかな外力によって金属ワイヤが損傷してしまう。本実施形態の光学フィルタ２０５は、撮像素子２０６に密着配置することが望まれるため、その製造段階において光学フィルタ２０５と撮像素子２０６とが接触する可能性がある。本実施形態では、偏光フィルタ層２２３の積層方向上面、即ち撮像素子２０６側の面が充填材２２４によって覆われているので、撮像素子２０６と接触した際にワイヤグリッド構造が損傷する事態が抑制される。
【００７７】
また、本実施形態のように充填材２２４を偏光フィルタ層２２３のワイヤグリッド構造における金属ワイヤ間の凹部へ充填することで、その凹部への異物進入を防止することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、充填材２２４の上に積層される領域分割型分光フィルタ層２２２については充填材２２４のような保護層を設けていない。これは、本発明者らの実験によれば、撮像素子２０６に領域分割型分光フィルタ層２２２が接触しても、撮像画像に影響を及ぼすような損傷が発生しなかったため、低コスト化を優先して保護層を省略したものである。また、偏光フィルタ層２２３の金属ワイヤ（凸部）の高さは一般に使用波長の半分以下と低い一方、領域分割型分光フィルタ層２２２の高さは、高さ（厚み）を増すほど遮断波長での透過率特性を急峻にできるため、使用波長と同等から数倍程度の高さとしている。充填材２２４の厚みが増すほど、その上面の平坦性を確保することが困難になり、光学フィルタ２０５の特性に影響を与えるので、充填材２２４を厚くするにも限度がある。そのため、本実施形態では、領域分割型分光フィルタ層２２２を充填材で覆っていない。即ち、本実施形態では、偏光フィルタ層２２３を充填材２２４で覆った後に領域分割型分光フィルタ層２２２を形成しているため、充填材２２４の層を安定的に形成できる。また、充填材２２４の層の上面に形成される領域分割型分光フィルタ層２２２もその特性を最適に形成することが可能である。
【００７９】
本実施形態の分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２は、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互に多層重ねた多層膜構造で作製されている。このような多層膜構造を採用すれば、光の干渉を利用することで分光透過率の設定自由度が高くなり、また、特定波長（例えば赤色以外の波長帯域帯）に対して１００％近い反射率を実現することも可能である。本実施形態においては、撮像画像データの使用波長範囲が略可視光から赤外光の波長帯であるため、当該使用波長範囲に感度を有する撮像素子２０６を選択するとともに、多層膜部分の透過波長範囲を例えば９００ｎｍ以上に設定し、それ以外の波長帯は反射するカットフィルタを形成すればよい。
【００８０】
このようなカットフィルタは、光学フィルタ２０５の積層方向下側から順に、「基板／（０．１２５Ｌ０．２５Ｈ０．１２５Ｌ）ｐ／媒質Ａ」のような構成の多層膜を作製することで得ることができる。ここでいう「基板」は、上述した充填材２２４を意味する。また、「０．１２５Ｌ」は、低屈折率材料（例えばＳｉＯ2）の膜厚標記方法でｎｄ／λを１Ｌとしたものであり、従って「０．１２５Ｌ」の膜は１／８波長の光路長となるような膜厚をもつ低屈折率材料の膜であることを意味する。なお、「ｎ」は屈折率であり、「ｄ」は厚みであり、「λ」はカットオフ波長である。同様に、「０．２５Ｈ」は、高屈折率材料（例えばＴｉＯ2）の膜厚標記方法でｎｄ／λを１Ｈとしたものであり、従って「０．２５Ｈ」の膜は１／４波長の光路長となるような膜厚をもつ高屈折率材料の膜であることを意味する。また、「ｐ」は、かっこ内に示す膜の組合せを繰り返す（積層する）回数を示し、「ｐ」が多いほどリップルなどの影響を抑制できる。また、媒質Ａは、空気あるいは撮像素子２０６との密着接合のための樹脂や接着剤を意図するものである。
【００８１】
あるいは、領域分割型分光フィルタ層２２２は、透過波長範囲が９４０ｎｍ〜９７０ｎｍである図１０（ｂ）に示すようなバンドパスフィルタであってもよい。このようなバンドパスフィルタであれば、赤色よりも長波長側の近赤外域と赤色領域との識別も可能となる。このようなバンドパスフィルタは、例えば、「基板／（０．１２５Ｌ０．５Ｍ０．１２５Ｌ）ｐ（０．１２５Ｌ０．５Ｈ０．１２５Ｌ）ｑ（０．１２５Ｌ０．５Ｍ０．１２５Ｌ）ｒ／媒質Ａ」のような構成の多層膜を作製することで得ることができる。なお、上記の通り、高屈折率材料として二酸化チタン（ＴｉＯ2）、低屈折率材料として二酸化珪素（ＳｉＯ2）などを使用すれば、対候性の高い領域分割型分光フィルタ層２２２を実現できる。
【００８２】
本実施形態の領域分割型分光フィルタ層２２２の作製方法の一例について説明すると、まず、基板２２０及び偏光フィルタ層２２３上に形成された充填材２２４の層上に、上述した多層膜を形成する。このような多層膜を形成する方法としては、よく知られる蒸着などの方法を用いればよい。続いて、非分光領域に対応する箇所について多層膜を除去する。この除去方法としては、一般的なリフトオフ加工法を利用すればよい。リフトオフ加工法では、目的とするパターンとは逆のパターンを、金属、フォトレジストなどで、事前に充填材２２４の層上に形成しておき、その上に多層膜を形成してから、非分光領域に対応する箇所の多層膜を当該金属やフォトレジストと一緒に除去する。
【００８３】
本実施形態では、領域分割型分光フィルタ層２２２として多層膜構造を採用しているので、分光特性の設定自由度が高いといった利点がある。一般に、カラーセンサなどに用いられるカラーフィルタは、レジスト剤によって形成されているが、このようなレジスト剤では多層膜構造に比べて、分光特性のコントロールが困難である。本実施形態では、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２として多層膜構造を採用しているので、光源２０２−１、２０２−２の波長と赤外光透過領域２１２の波長帯域を略一致させることが可能となる。
【００８４】
図１３は、撮像装置２０１が有する光源２０２−１、２０２−２からの出射光の光路を示す説明図である。図１３においては、光源２０２−１、２０２−２の光軸２１、２２の方向と撮像レンズ２０４の光軸２３の方向が略平行である例を示している。以下、図１３を参照しながら本実施形態の撮像ユニット１０１がフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着した雨滴などの異物を検出する機能を説明する。
【００８５】
・光路Ａ、Ａ'
フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂの雨滴が付着していない箇所に向かう光路Ａ（又はＡ'）の光は、その一部がそのまま車両１００の外部に漏れる。残りの一部は、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射される（不図示）。
【００８６】
・光路Ｂ、Ｂ'
上記のように、光源２０２−１、２０２−２からの出射光のうち、その一部はフロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射される。既に述べたように、このような反射光の偏光成分は大部分がＳ偏光成分である。また、このような反射光は、本来の雨滴検出にとっては不要光であり、誤検出の原因にもなる。本発明では、光学フィルタ２０５内にＳ偏光成分をカットする偏光フィルタ層２２３が配置されているため、不要光を除去することが可能である。
【００８７】
・光路Ｃ、Ｃ'
光源２０２−１、２０２−２からの出射光のうち、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射されずにフロントガラス１０５内を透過した光の成分としては、Ｐ偏光成分がＳ偏光成分に比べて多くなる。このフロントガラス１０５内に入射した光は、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに雨滴が付着している場合には、雨滴内部で多重反射して撮像装置２０１側に向けて再度フロントガラス１０５内を透過して、撮像装置２０１の光学フィルタ２０５に到達する。
【００８８】
さらに、光学フィルタ２０５に到達した光は、分光フィルタ層２２１を透過し、そのＰ偏光成分がワイヤグリッド構造の偏光フィルタ層２２３を通過する。偏光フィルタ層２２３を透過したＰ偏光成分の光（赤外光）のうち、雨滴検出用の赤外光透過領域２１２の領域分割型分光フィルタ層２２２に到達した光は、領域分割型分光フィルタ層２２２を透過して撮像素子２０６に入射し、図１に示した画像解析ユニット１０２により、雨滴がフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着していることが認識される。なお、偏光フィルタ層２２３を透過したＰ偏光成分の光は、可視光透過領域２１１にも入射し得るが、この領域に光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光をカットするフィルタが形成されていれば、撮像素子２０６への入射を妨げることができる。
【００８９】
・光路Ｄ
光源２０２−１、２０２−２からの光ではなく、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ側から入射して撮像装置２０１に到達する光のうち、赤外光透過領域２１２に到達する光は、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２により、その大部分がカットされる。このように、赤外光透過領域２１２は、フロントガラス１０５の外側の外乱光もカットできる構成となっている。
【００９０】
・光路Ｅ
光源２０２−１、２０２−２からの光ではなく、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ側から入射して可視光透過領域２１１を通過する光の成分のうち、赤外光成分は分光フィルタ層２２１により遮断される。
【００９１】
・光路Ｆ、Ｆ'
車両１００のダッシュボードなどからの映りこみ光は、車両１００の前方の撮影や雨滴検出には不要な成分である。これらの光は、フロントガラス１０５の内壁面１０５ａで反射されて大部分がＳ偏光成分の偏光成分を有する光となり、偏光フィルタ層２２３によりカットされる。
【００９２】
・光路Ｇ
光源２０２−１、２０２−２からの光ではなく、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂ側から入射して可視光透過領域２１１を通過する光の成分のうち、可視光成分及び光源２０２−１、２０２−２が照射する赤外波長光の波長帯の成分のみ分光フィルタ層２２１を透過してＰ偏光成分のみとなり、不要光がカットされた状態で撮像素子２０６に到達し、車両周辺情報検出用の信号として検出される。
【００９３】
光源２０２−１、２０２−２から出射され、雨滴と空気の境界面で反射された光が撮像素子２０６に撮像されるように、光源２０２−１、２０２−２からの出射光のフロントガラス１０５への入射角度が設定される。本発明者らの実験結果によれば、雨滴からの反射光が最も強くなるレイアウトの一例は、図１３に示したように、撮像レンズ２０４と光源２０２−１、２０２−２の光軸とが略平行となるように光源２０２−１、２０２−２が配置された例が挙げられる。
【００９４】
また、雨滴からの反射光が最も強くなるレイアウトの他の例としては、図１４に示すように、撮像レンズ２０４の光軸２３と、光源２０２−２の光軸２２との交点を通るフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂの法線１０を挟むように、撮像レンズ２０４の光軸２３と、光源２０２−２の光軸２２とが配置された例が挙げられる。なお、図１４の例においては、光源２０２−１の光軸２１は図１３の例と同様に撮像レンズ２０４の光軸２３に略平行である。
【００９５】
撮像レンズ２０４の光軸２３に平行な光路Ａで光源２０２−１からフロントガラス１０５に光が入射する場合と、撮像レンズ２０４の下側からの光路Ｃ'で光源２０２−２からフロントガラス１０５に光が入射する場合とで、雨滴の多重反射状態は変わるため、検出できる雨滴の形状が広げられる。なお、図１４では、図１３で説明した光路Ｄ〜Ｇについては、図面が煩雑になるのを避けるために省略している。
【００９６】
図１５は、本発明者らが行った実験結果の画像を示す説明図である。画像の上部及び下部に雨滴検出画像領域が設けられている。図１５（ａ）は雨滴がフロントガラス１０５に付着している場合、図１５（ｂ）は雨滴がフロントガラス１０５に付着していない場合の画像である。
【００９７】
図１５中の白四角で囲んだ箇所が雨滴検出画像領域に相当し、この領域に雨滴が付着している時は光源２０２−１、２０２−２からのＬＥＤ光が撮像素子２０６に入射し、画像解析ユニット１０２により雨滴がフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着していることが認識される。このとき、運転者に雨滴の付着を通知するための「Ｒａｉｎ ｄｅｔｅｃｔｅｄ！」などの表示を画像中に示すことが好ましい。
【００９８】
一方、雨滴がフロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着していないときは、光源２０２−１、２０２−２からのＬＥＤ光は撮像素子２０６に入射しないため、画像解析ユニット１０２は雨滴の付着を認識しない。この場合には、運転者に雨滴の付着がないことを通知するための「Ｒａｉｎ ｎｏｔ ｄｅｔｅｃｔｅｄ」などの表示を画像中に示すことが好ましい。
【００９９】
画像解析ユニット１０２による上記の認識処理は、例えば、撮像素子２０６におけるＬＥＤ光の受光量に対して予め設定された閾値に基づき、受光量が閾値を超えた場合には雨滴が付着したと認識し、受光量が閾値以下の場合には雨滴が付着していないと認識するものであるとよい。
【０１００】
なお、上記の閾値は、予め定められた一定値である必要はなく、車両周辺情報検出画像の露光調整情報などに基づいて逐次算出されるものであってもよい。具体的には、車両周辺が明るい昼間などの高照度時には、光源２０２−１、２０２−２の光出力パワーを上げるとともに閾値も上げてもよい。これにより、外乱光の影響を排除した雨滴検出が可能となる。
【０１０１】
なお、図１５には車両周辺情報と雨滴を同時に撮影した画像を示したが、車両周辺情報と雨滴は別々に撮影されてもよい。例えば、撮像装置２０１は、領域分割型分光フィルタ層２２２が形成された赤外光透過領域２１２において、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂに付着した雨滴などの異物を撮影するための第１の露光時間で画像を撮影するとともに、領域分割型分光フィルタ層２２２が形成されていない可視光透過領域２１１において、フロントガラス１０５の外壁面１０５ｂの位置より遠方の画像を撮影するための第２の露光時間で画像を撮影するものであってもよい。
【０１０２】
分光フィルタ層２２１のみが形成された可視光透過領域２１１と、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２が形成された赤外光透過領域２１２とでは、撮影に必要な光量が異なるが、露光時間の異なる２枚の画像を撮影する上記の構成であれば、それぞれの画像について最適な露光で画像を撮影することが可能となる。
【０１０３】
具体的には、遠方の画像を撮影する場合は、分光フィルタ層２２１のみが形成された有効撮像領域を透過する光の光量を検出しながら自動露光調整を行い、雨滴の画像を撮影する場合は、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２が形成された有効撮像領域を透過する光の光量を検出しながら自動露光調整すればよい。
【０１０４】
なお、分光フィルタ層２２１のみが形成された有効撮像領域は光量変化が大きい。具体的には、車両周辺の照度は昼間の数万ルクスから夜間の１ルクス以下まで変化するため、その撮影シーンに応じて露光時間を調整する必要がある。これに対しては、公知の自動露光制御を行えばよい。なお、本実施形態で説明してきた撮像装置２０１においては、被写体は路面周辺にあるため、路面領域の画像をもとに露光制御を行うのが望ましい。
【０１０５】
一方、分光フィルタ層２２１及び領域分割型分光フィルタ層２２２が形成された有効撮像領域については、異物からの反射光のみを取り込むように設計されているため、周辺環境による光量の変化は小さく、固定露光時間で撮影することも可能である。
【０１０６】
以上説明したように、本実施形態の撮像ユニットは、車両のフロントガラスに付着した雨滴などの異物の検出と同時に、車両周辺情報も検出することができる。
また、本実施形態の撮像ユニットは、フロントガラスを垂直に透過してカバー内に入射する光をフロントガラスに向けて反射させるため、フロントガラスの内壁面での正反射光が外乱光となることを抑制できる。
【０１０７】
（第２の実施形態）
本発明に係る撮像ユニット１１０の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。第１の実施形態ではカバー２１０の内壁面２１０ａが平滑面である場合を例に挙げたが、本実施形態では内壁面２１０ａが梨地面である場合の構成について述べる。
【０１０８】
以下、図１６を参照しながら、カバー２１０の内壁面２１０ａで発生するフレア光について説明する。図１６は、開口部２３０に面するフロントガラス１０５の面形状が平面であり、車両１００の外部からフロントガラス１０５を垂直に透過した光が入射する内壁面２１０ａ（梨地面）の領域の面形状がフロントガラス１０５に平行な平面である場合を示している。
【０１０９】
しかしながら、カバー２１０の内壁面２１０ａが梨地面であるため、内壁面２１０ａへの入射光は拡散（散乱）する。そのため、カバー２１０の内壁面２１０ａを図１６に示すように構成しても、車両１００の外部からフロントガラス１０５に垂直入射した光の一部はフレア光となって撮像レンズ２０４に入射してしまう。
【０１１０】
図１７は、上述のカバー２１０内部でのフレア光を抑制するための本実施形態の撮像ユニット１１０の概略構成を示す模式図である。即ち、カバー２１０の内壁面２１０ａは、複数の反射領域２１０−１〜２１０−６からなる梨地面である。
【０１１１】
各反射領域２１０−１〜２１０−６は、車両１００の外部からフロントガラス１０５を垂直に透過してカバー２１０内に入射する光を、撮像レンズ２０４の画角範囲から外れるように他の反射領域に向けて反射させるようになっている。例えば、車両１００の外部からフロントガラス１０５に垂直入射して反射領域２１０−１に到達した光の大部分は、反射領域２１０−３、２１０−５に向けて反射される。さらに、反射領域２１０−３、２１０−５で反射された光は他の反射領域で反射される。このような反射が繰り返されることにより、反射光は減衰していく。従って、図１６に示したようなカバー２１０内でのフレア光の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 法線
２１、２２、２３ 光軸
１００ 車両
１０１、１１０ 撮像ユニット
１０２ 画像解析ユニット
１０３ ヘッドランプ制御ユニット
１０４ ヘッドランプ
１０５ フロントガラス
１０５ａ 内壁面
１０５ｂ 外壁面
１０６ ワイパー制御ユニット
１０７ ワイパー
１０８ 車両走行制御ユニット
２０１ 撮像装置
２０２ 光源
２０３ 雨滴
２０３ａ 背景画像
２０４ 撮像レンズ
２０５ 光学フィルタ
２０６ 撮像素子
２０６Ａ フォトダイオード（受光素子）
２０６Ｂ マイクロレンズ
２０７ センサ基板
２０８ 信号処理部
２１０ カバー（筺体部）
２１０−１〜２１０−６ 反射領域
２１０ａ 内壁面
２１１ 可視光透過領域
２１２ 赤外光透過領域
２２０ 基板
２２１ 分光フィルタ層（第１の分光フィルタ層）
２２２ 領域分割型分光フィルタ層（第２の分光フィルタ層）
２２３ 偏光フィルタ層
２２４ 充填材
２３０ 開口部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１３】
【特許文献１】特開２０１０−２０４０５９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２５２５０号公報
【特許文献３】特許第４３２６９９９号明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両内に固定される筺体部と、該筺体部に収容される撮像装置と、を備える撮像ユニットにおいて、
前記撮像装置は、
前記車両のフロントガラスに向けて光を照射する光源と、
複数の画素アレイを有する撮像素子と、
前記フロントガラスの外壁面に付着した異物によって反射された前記光源からの光、及び、前記車両の外部から前記フロントガラスを透過した光を、前記撮像素子に向けて集光する撮像レンズと、
前記撮像レンズと前記撮像素子との間に配置され、有効撮像領域の一部において所定の波長範囲の光のみ透過させる光学フィルタと、を有し、前記撮像レンズの焦点は前記フロントガラスの外壁面の位置よりも遠方に設定されており、
前記筺体部には前記撮像レンズの画角範囲を光が通過するための開口部が形成されており、該開口部の周辺部は前記フロントガラスの内壁面に密着し、
前記筐体部は、平滑面を内部に有しており、前記フロントガラスの前記開口部に面する部分の法線を前記平滑面まで延長した延長線と前記平滑面との交点において、前記延長線と前記平滑面の法線が平行であり、
前記平滑面は、前記フロントガラスを垂直に透過して前記筐体部内に入射する光を前記フロントガラスに向けて反射させることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
車両内に固定される筺体部と、該筺体部に収容される撮像装置と、を備える撮像ユニットにおいて、
前記撮像装置は、
前記車両のフロントガラスに向けて光を照射する光源と、
複数の画素アレイを有する撮像素子と、
前記フロントガラスの外壁面に付着した異物によって反射された前記光源からの光、及び、前記車両の外部から前記フロントガラスを透過した光を、前記撮像素子に向けて集光する撮像レンズと、
前記撮像レンズと前記撮像素子との間に配置され、有効撮像領域の一部において所定の波長範囲の光のみ透過させる光学フィルタと、を有し、前記撮像レンズの焦点は前記フロントガラスの外壁面の位置よりも遠方に設定されており、
前記筺体部には前記撮像レンズの画角範囲を光が通過するための開口部が形成されており、該開口部の周辺部は前記フロントガラスの内壁面に密着し、
前記筐体部は、複数の反射領域からなる梨地面を内部に有しており、各反射領域は、前記フロントガラスを垂直に透過して前記筐体部内に入射する光を他の反射領域に向けて反射させることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項３】
前記光学フィルタは、
使用帯域の光に対して透明な基板と、
前記基板上の前記撮像レンズ側の前記有効撮像領域の全面に形成され、波長λ１〜λ２、λ３〜λ４（λ１＜λ２＜λ３＜λ４）の範囲の波長成分の光のみ透過させる第１の分光フィルタ層と、
前記基板上の前記撮像素子側の前記有効撮像領域の一部に形成され、波長λ３〜λ４の範囲の波長成分の光のみ透過させる第２の分光フィルタ層と、を有し、前記第２の分光フィルタ層の前記撮像素子側の面が、前記撮像素子に密着接合されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
前記第２の分光フィルタ層は、前記有効撮像領域の上部及び下部の２つの領域に形成されることを特徴とする請求項３に記載の撮像ユニット。
【請求項５】
前記第２の分光フィルタ層と前記基板の間にワイヤグリッドで形成された偏光フィルタ層をさらに有し、
前記偏光フィルタ層は、前記フロントガラスの法線に対して直交する偏光方向成分の光を遮光する偏光軸を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
前記撮像装置は、前記第２の分光フィルタ層が形成された有効撮像領域において前記フロントガラスの外壁面に付着した異物を撮影するための第１の露光時間で画像を撮影するとともに、前記第２の分光フィルタ層が形成された有効撮像領域以外の有効撮像領域において前記フロントガラスの外壁面の位置より遠方の画像を撮影するための第２の露光時間で画像を撮影することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置内蔵ルームミラー装置と、
前記撮像装置内蔵ルームミラー装置により撮像された撮像画像データを解析し、フロントガラスに付着した異物及び車両周辺情報の検出を行う画像解析ユニットと、
前記画像解析ユニットの異物検出結果を受けて、ワイパーを制御するための制御信号を生成するワイパー制御ユニットと、を備えることを特徴とする車両。
【請求項１】
車両内に固定される筺体部と、該筺体部に収容される撮像装置と、を備える撮像ユニットにおいて、
前記撮像装置は、
前記車両のフロントガラスに向けて光を照射する光源と、
複数の画素アレイを有する撮像素子と、
前記フロントガラスの外壁面に付着した異物によって反射された前記光源からの光、及び、前記車両の外部から前記フロントガラスを透過した光を、前記撮像素子に向けて集光する撮像レンズと、
前記撮像レンズと前記撮像素子との間に配置され、有効撮像領域の一部において所定の波長範囲の光のみ透過させる光学フィルタと、を有し、前記撮像レンズの焦点は前記フロントガラスの外壁面の位置よりも遠方に設定されており、
前記筺体部には前記撮像レンズの画角範囲を光が通過するための開口部が形成されており、該開口部の周辺部は前記フロントガラスの内壁面に密着し、
前記筐体部は、平滑面を内部に有しており、前記フロントガラスの前記開口部に面する部分の法線を前記平滑面まで延長した延長線と前記平滑面との交点において、前記延長線と前記平滑面の法線が平行であり、
前記平滑面は、前記フロントガラスを垂直に透過して前記筐体部内に入射する光を前記フロントガラスに向けて反射させることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
車両内に固定される筺体部と、該筺体部に収容される撮像装置と、を備える撮像ユニットにおいて、
前記撮像装置は、
前記車両のフロントガラスに向けて光を照射する光源と、
複数の画素アレイを有する撮像素子と、
前記フロントガラスの外壁面に付着した異物によって反射された前記光源からの光、及び、前記車両の外部から前記フロントガラスを透過した光を、前記撮像素子に向けて集光する撮像レンズと、
前記撮像レンズと前記撮像素子との間に配置され、有効撮像領域の一部において所定の波長範囲の光のみ透過させる光学フィルタと、を有し、前記撮像レンズの焦点は前記フロントガラスの外壁面の位置よりも遠方に設定されており、
前記筺体部には前記撮像レンズの画角範囲を光が通過するための開口部が形成されており、該開口部の周辺部は前記フロントガラスの内壁面に密着し、
前記筐体部は、複数の反射領域からなる梨地面を内部に有しており、各反射領域は、前記フロントガラスを垂直に透過して前記筐体部内に入射する光を他の反射領域に向けて反射させることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項３】
前記光学フィルタは、
使用帯域の光に対して透明な基板と、
前記基板上の前記撮像レンズ側の前記有効撮像領域の全面に形成され、波長λ１〜λ２、λ３〜λ４（λ１＜λ２＜λ３＜λ４）の範囲の波長成分の光のみ透過させる第１の分光フィルタ層と、
前記基板上の前記撮像素子側の前記有効撮像領域の一部に形成され、波長λ３〜λ４の範囲の波長成分の光のみ透過させる第２の分光フィルタ層と、を有し、前記第２の分光フィルタ層の前記撮像素子側の面が、前記撮像素子に密着接合されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
前記第２の分光フィルタ層は、前記有効撮像領域の上部及び下部の２つの領域に形成されることを特徴とする請求項３に記載の撮像ユニット。
【請求項５】
前記第２の分光フィルタ層と前記基板の間にワイヤグリッドで形成された偏光フィルタ層をさらに有し、
前記偏光フィルタ層は、前記フロントガラスの法線に対して直交する偏光方向成分の光を遮光する偏光軸を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
前記撮像装置は、前記第２の分光フィルタ層が形成された有効撮像領域において前記フロントガラスの外壁面に付着した異物を撮影するための第１の露光時間で画像を撮影するとともに、前記第２の分光フィルタ層が形成された有効撮像領域以外の有効撮像領域において前記フロントガラスの外壁面の位置より遠方の画像を撮影するための第２の露光時間で画像を撮影することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置内蔵ルームミラー装置と、
前記撮像装置内蔵ルームミラー装置により撮像された撮像画像データを解析し、フロントガラスに付着した異物及び車両周辺情報の検出を行う画像解析ユニットと、
前記画像解析ユニットの異物検出結果を受けて、ワイパーを制御するための制御信号を生成するワイパー制御ユニットと、を備えることを特徴とする車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図７】
【図１１】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図７】
【図１１】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−９６８９７（Ｐ２０１３−９６８９７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１１６８（Ｐ２０１１−２４１１６８）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]