JP2001285701A - 車載カメラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単焦点レンズを用いて、制約された設置位置
から監視する対象が、距離や角度などに応じて視認性を
向上させたり画像処理で利用しやすくする。 【解決手段】 車両に搭載されて車両の内部または外部
を撮像する車載カメラ装置において、撮像レンズ１、お
よびこの撮像レンズ１を通して得た像を電気信号に変換
する撮像素子３を備え、撮像素子３の読み出し領域３ａ
と撮像レンズ１とをあおり効果が生ずる位置関係に配置
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は車両に搭載して車
両内外の映像を撮像する車載カメラ装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図８は車両に取り付けられた従来の車載
カメラの光学系構成図で、撮像レンズが作り出すイメー
ジサークルと撮像素子の関係を表している。イメージサ
ークルとは、撮像レンズを通った光が撮像素子面で円形
に像を結ぶときに良好な画像を得ることができる範囲の
ことである。

【０００３】図において、１は撮像レンズ、２は撮像レ
ンズ１のイメージサークル、３は撮像素子、５はカメラ
本体、６は撮像対象の路面である。カメラの撮像レンズ
１と撮像素子３の配置は、撮像レンズ１の光軸を撮像素
子３面の中心へ垂直に交差させるのが基本である。従っ
て、撮像素子３はイメージサークル２内で偏りなく配置
されている。

【０００４】カメラが車両前方の路面の白線を撮像する
ために用いられる場合、カメラを路面６に対して幾分か
伏せた状態で取り付けることにより、図９のような映像
が得られる。図９において、６は路面、７は車線を区分
する白線である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】車両前方を撮像し、画
像処理を加えて警報したり運転補助に用いる場合、カメ
ラは近距離から遠距離までを撮像して取り込んだ画像を
処理するユニットへ出力し、処理ユニットで認識する必
要がある。しかし、従来の車載カメラ装置では、図９の
ように、近距離では対象を大きく捉えることができる
が、遠方では小さくなるので対象の検出精度が悪くな
る。遠方を重視するためには、画角の狭い望遠レンズを
利用することが考えられるが、この場合には近距離では
十分な画角が得られない。

【０００６】そこで、近距離から遠距離までを撮像でき
る画角の単焦点レンズを利用しながら、遠方での検出精
度を向上させることが課題であった。また、近距離と遠
距離を同時にピント合わせすることは困難であるので、
これを解決して鮮鋭な画像を得るということも課題であ
った。

【０００７】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、監視する対象が近距離の場合であっ
ても遠距離の場合であっても視認性および画像処理での
利用しやすさを向上させた車載カメラ装置を得ることを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る車載カメ
ラ装置は、車両に搭載されて車両の内部または外部を撮
像する車載カメラ装置において、撮像レンズ、およびこ
の撮像レンズを通して得た画像を電気信号に変換する撮
像素子を備え、車両に対する上記撮像レンズおよび撮像
素子のいずれか一方または両方の傾きまたは相対位置を
調整できるように取り付け、上記撮像素子と上記撮像レ
ンズとをあおり効果が生ずる位置関係に調整するように
したものである。

【０００９】また、撮像素子は読み出しに必要な複数の
領域を有し、上記領域を指定して読み出し得るようにし
たものである。

【００１０】また、撮像素子は複数の撮像素子からな
り、上記複数の撮像素子の領域を指定して読み出し得る
ようにしたものである。

【００１１】また、撮像素子を画素密度の異なる複数の
撮像素子で構成したものである。

【００１２】また、撮像素子の読み出すべき領域を外部
の状況に応じた信号により指定するようにしたものであ
る。

【００１３】また、撮像素子の読み出すべき領域を所定
時間間隔で変えるようにしたものである。

【００１４】また、撮像カメラが形成するイメージサー
クルの周辺に近い領域を読み出すときは、イメージサー
クルの中心付近の領域を読み出すときよりも撮像カメラ
の露光時間を長くするようにしたものである。

【００１５】また、撮像レンズを撮像素子に対して相対
的に平行移動可能とし、撮像素子の同一読み出し領域か
ら読み出す撮像領域を変え得るようにしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１に係る車載カメラ装置のカメラ部分を示す
光学系構成図で、図において、１は撮像レンズ、２は撮
像レンズ１のイメージサークル、３はＣＣＤ（電荷結合
素子）などの撮像素子、４は車両に取り付けられる外
枠、５はカメラ本体、６は撮像対称である路面である。
この実施の形態は、車外の前方路面を監視する用途に利
用しているものとして説明する。

【００１７】カメラ本体５の撮像レンズ１および撮像素
子３は、それぞれ独立に外枠４に対して図の矢印方向に
上下左右に傾きを変えることができるように取り付けら
れており、外枠４の車体への取り付け状態に応じて監視
対象の路面６をよりよく撮像するように光学系を調整す
ることができるようになされている。路面を撮像するた
めには、カメラ５は路面に対して幾分伏せた状態で車体
に取り付けられると想定する。撮像レンズ１および撮像
素子３はそれぞれ俯角を調整することを可能にすること
が撮像状態の改善と関係する。なお、図１は、撮像レン
ズ１の面と撮像素子３の面が平行に配置されている場合
を示している。

【００１８】撮像素子３は、撮像対象部分の読み出しに
必要な領域よりも大きな領域を持つ。撮像レンズ１のイ
メージサークル２は、このような撮像素子３を収めるだ
けの径を持つ。図１の撮像素子３は、撮像対象路面６ａ
または６ｂのいずれかの読み出しに必要な領域の２倍の
読み出し領域３ａおよび３ｂを含む大きさを有してい
る。遠方監視が必要なときは３ａ領域を、近傍監視が必
要なときは３ｂ領域を選択して読み出す。

【００１９】撮像素子３上の３ａ領域を読み出す場合
は、路面６上の遠方部６ａを選択的に撮像することにな
る。この場合は、最初から撮像素子３の３ｂ領域がなか
ったものと考えると、３ａ領域は撮像レンズ１の光軸と
の直交状態を維持したまま相対位置を平行移動したのと
等価になる。つまり、撮像素子３の３ａ領域と撮像レン
ズ１との位置関係は、レンズ１の光軸と読み出し領域３
ａの中心とがずれた関係にあり、これは後述するあおり
の効果を生じる配置である。

【００２０】一方、撮像素子３上の３ｂ領域を読み出す
場合は、路面６上の近傍部６ｂを選択的に撮像すること
になる。この場合は、同様に３ｂ領域は撮像レンズ１の
光軸との直交状態を維持したまま相対位置を３ａ領域の
場合と逆方向に平行移動したのと等価になる。前述と同
様、撮像素子３の３ｂ領域と撮像レンズ１との位置関係
は、レンズ１の光軸と読み出し領域３ｂの中心とがずれ
た関係にあり、これは後述するあおりの効果を生じる配
置である。

【００２１】上述したように、本実施例では、撮像素子
３は、読み出しに必要な領域の２倍の大きさからなり、
撮像領域に応じて読み出し領域を選択的に変えることに
より、あおりを利用しながらより鮮明な画像出力を得よ
うとするものである。

【００２２】撮像レンズ１の光軸を撮像素子３の面の中
心へ垂直に交差させる基本パターンから上述のように変
更する操作は、「あおり」操作と同じであり、基本パタ
ーンでは得られない撮像形状を得ることができる。あお
り操作の中で、撮像レンズ１と読み出す領域との相対位
置を平行移動するのは、撮像の歪みを補正する効果があ
る。図２は遠方路面６ａを撮像した画像であり、図８の
ような従来の基本パターンによる画像よりも遠方が詳し
く捉えられている。

【００２３】図３は撮像制御を説明するブロック図であ
る。撮像素子３は、測光回路８で測定する測光値に基づ
き駆動回路９により露光量が制御される。露光制御は、
撮像レンズ１の絞り開口を調整したり、露光時間やＣＣ
Ｄの放電を制御したりする方法による。適正露光によ
り、撮像素子３を構成する読み出し領域３ａと３ｂ上で
各画素毎にＣＣＤに電荷が蓄えられる。露光量に応じて
蓄積する電荷量が変化する。次に撮像素子３に蓄えられ
た電荷は１画素毎にＡ／Ｄ変換器１０へ送られディジタ
ル化された輝度値に変換され、書き込み制御回路１２に
よりメモリ１１に書き込まれる。

【００２４】撮像素子３上の３ａ領域を取り出すか、３
ｂ領域を取り出すかの選択は、メモリ１１を制御するこ
とで実現できる。外部からの読み出し領域選択信号１４
は、出力する領域として３ａ領域または３ｂ領域を指定
し、読み出し制御回路１３によりメモリ１１からの読み
出し領域を制御する。読み出し領域選択信号１４はカメ
ラ５外部に接続された画像処理ユニットの処理結果によ
り制御する。例えば車線内の前方を走行する車両を認識
する場合、自車からの車間距離が長いと３ａ領域を読み
出すような読み出し領域選択信号１４を加える。先行車
両までの距離が短いと３ｂ領域を読み出すような読み出
し領域選択信号１４を加える。

【００２５】このように、撮像素子３が必要サイズを包
含する領域を持ち、その一部である読み出し領域３ａと
３ｂを選択することにより電気的な処理のみで撮像レン
ズ１との間であおり効果が実現でき、基本的な光学系配
置では得られない画像処理に適した撮像が可能となる。
通常あおり操作は機械的操作によるが、この実施の形態
では機械的な操作が不要のため、あおり操作の切り替え
を実時間で実現できる。例えば、遠方監視から近傍監視
に切り替える場合、読み出す領域を３ａから３ｂに変更
する。読み出し領域３ａと３ｂを一定の時間間隔で交互
に切り替えることも考えられる。また、読み出し領域選
択信号１４により、カメラ５外部からの信号により自動
的にあおり制御が可能となる。

【００２６】実施の形態２．図４はこの発明による実施
の形態１と同じ構成の車載カメラで、光学系の調整例を
説明するものである。実施の形態１との違いは、撮像対
象の路面６のピントが近くから遠くまで全面で合わせら
れるように、撮像レンズ１の傾きと撮像素子３の傾きを
設定している点である。シャインプルフの法則による
と、被写体が平面の場合、被写体面、レンズ面、撮像素
子面を延長した面が一点で交わるとき、被写体の全面に
ピントが合う。図４はシャインプルフの法則の適用例
で、レンズ面１６と撮像素子面１７が被写体の路面６で
交わっている。

【００２７】撮像レンズ１と撮像素子３のそれぞれの傾
きは、カメラ５を車体に取り付けるときに設定する。実
際には、カメラ５は車内に取り付けることが多く、レン
ズ面１６と撮像素子面１７と路面６との交点を合わせる
ことは困難である。そこで、例えばカメラ５の出力映像
をディスプレイに表示して目視によりピントが許容範囲
に収まるように、撮像レンズ１と撮像素子３の傾きをそ
れぞれ外部から制御する信号を入れて駆動手段により調
整する方法が考えられる。

【００２８】撮像レンズ１の傾きと撮像素子３の傾きを
それぞれ個別に調整する駆動手段を設けたことにより、
ピントが合う範囲を拡げることが可能となる。

【００２９】撮像の動作は実施の形態１で説明したもの
と同じである。

【００３０】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３を示すもので、カメラの正面図（ａ）と側面図
（ｂ）を示している。この例では、撮像素子３は読み出
しに必要な大きさの領域しか持たず、必ず全体を読み出
すものとする。撮像レンズ１は撮像素子３との平行関係
を保ちながら矢印の方向に外枠４に対して上下に動かす
ことができる構成となっている。

【００３１】この構成では、撮像レンズ１を動かすこと
により、撮像素子３との位置関係を変化させ、あおり効
果により、路面の撮像範囲、焦点の合い具合等、撮像状
態を変えた撮像出力を得ることができる。また、撮像レ
ンズを動かす代わりに、撮像素子を動かしてもよく、撮
像レンズと撮像素子の位置関係が相対的に変わればよ
い。

【００３２】実施の形態４．図６は実施の形態４を示す
もので、イメージサークル２内に２つの撮像素子３Ａと
３Ｂを配置している。読み出しの方法は実施の形態１で
説明した読み出し領域３ａと３ｂの読み出しと同様、撮
像素子３Ａの読み出し領域３ａまたは撮像素子３Ｂの読
み出し領域３ｂのいずれか一方から撮像データを読み出
す。なお、図では２個の撮像素子を示しているが、３個
以上を用いてもよい。また、図では撮像素子３Ａと３Ｂ
は接した状態で配置しているが、離して配置することも
考えられる。

【００３３】このように複数の撮像素子を用いれば、撮
像素子３Ａと３Ｂの解像度を異ならせることができる。
例えば、遠方を撮像する側の撮像素子を３Ａ、近傍を撮
像する側の撮像素子を３Ｂとすると、３Ａを３Ｂよりも
高解像度にすることにより、近傍を撮像するときは広角
な画像を取り出し、遠方を撮像するときは拡大した画像
を取り出すことができ、撮像レンズ１をズームレンズに
置き換えたのと同様の効果を奏する。

【００３４】実施の形態５．上記実施の形態では、撮像
素子３を２つの領域に分割して読み出す構成を示した
が、３つ以上の領域に分けたり、部分的に領域を重ねて
複数の領域を作ることも考えられる。図７はイメージサ
ークル２内の撮像素子３から周辺の読み出し領域３ａと
中心の読み出し領域３ｂを読み出しのために指定する様
子を示している。

【００３５】一般的に、撮像レンズ１のイメージサーク
ル中心部で光量が最大になり、周辺になるほど光量が低
下する。周辺光量が低下する度合は、撮像レンズ１の画
角、レンズ構成、Ｆ値などにより一様ではない。車載用
カメラでは広角で比較的構成が簡単なレンズが利用され
ることが多いため、極端な場合には周辺部の光量が中心
部の２０〜３０％まで落ちることがある。このような撮
像レンズ１を利用する場合、露光条件が同じでは、撮像
素子の周辺領域３ａで撮像した画像が中心領域３ｂより
も暗くなる。そこで、周辺領域３ａを撮像する場合は中
心領域３ｂを撮像する場合よりも露光量を多くするよう
に制御することにより、輝度の均一性が改善され、視認
性が向上する。

【００３６】なお、前述の実施の形態では、撮像素子３
がＣＣＤで構成されていることを想定したが、ＣＭＯＳ
（相補性金属酸化膜半導体）などによる他のセンサーで
あってもよい。

【００３７】また、前述の実施の形態では、カメラ５が
車外の路面を監視する状況を説明したが、車室内の監視
など他の用途でも同様の効果を奏する。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、撮像
レンズと撮像素子の読み出される領域があおり効果を生
じるように配置されているので、単焦点レンズの車載カ
メラで、制約された設置位置から監視する対象の視認性
が向上し、画像処理で利用しやすくなる。また、撮像レ
ンズおよび（または）撮像素子がそれぞれ車両に固定さ
れている取付部分に対して傾き、平行移動を可能として
いるので、ピント領域を拡げる等、被写体を撮像しやす
い条件になるように撮像レンズや撮像素子の方向を変え
ることができる。

【００３９】また、イメージサークル内に読み出しに必
要な領域よりも大きい撮像素子を配置し、撮像素子から
所定領域の撮像データを指定して外部に出力することに
より、必要な被写体部分を重点的に取り出すことがで
き、基本的な光学系配置では得られない画像処理に適し
た撮像を機械的な操作なしで実時間で切り替えて得るこ
とができる。

【００４０】また、２個以上の撮像素子を撮像レンズの
イメージサークル内で必要な位置に配置することによ
り、画像処理に必要な画像領域を選択して読み出すこと
ができる。

【００４１】さらに、２個以上の撮像素子を２種類以上
の画素密度で構成することにより、読み出す画像領域を
選択するときに解像度を変化させ、撮像レンズをズーム
レンズに置き換えたのと同様の効果を持たせることがで
きる。

【００４２】また、撮像素子上のデータ出力領域を指定
する入力信号を制御することで、監視対象の位置や距離
に応じて最適の条件で撮像し、データを読み出すことが
できる。

【００４３】また、撮像素子上のデータ読み出し領域を
時間とともに移動させることで部分毎に時分割で撮像
し、広い領域から詳細に映像を取り込むことができる。

【００４４】また、イメージサークルの周辺に近い領域
を読み出す場合は、イメージサークルの中心付近を読み
出す場合よりも露光時間を長くして周辺光量の低下を補
正し、輝度の均一性を向上させることができる。

【００４５】また、撮像レンズを撮像素子に対して平行
に移動させることにより、撮像素子が撮像する画像領域
を動かし、基本的構成のカメラでは得られない画像処理
に適した画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る車載カメラ装
置のカメラ部分を示す光学系構成図である。

【図２】 実施の形態１による車載カメラ装置で遠方路
面を撮像した画像を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１乃至実施の形態５に
係るよる車載カメラ装置の撮像制御を説明するブロック
図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係る車載カメラ装
置のカメラ部分を示す光学系構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態３を示す車載カメラ装
置のカメラ部分を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）であ
る。

【図６】 この発明の実施の形態４に係る車載カメラ装
置の撮像素子配置を示す正面図である。

【図７】 この発明の実施の形態５に係る車載カメラ装
置の撮像素子を示す正面図である。

【図８】 従来の車載カメラの光学系構成図である。

【図９】 従来の車載カメラで路面を撮像した画像を示
す図である。

【符号の説明】

１ 撮像レンズ、 ２ イメージサー
クル、３ 撮像素子、 ３ａ 読み出
し領域、３ｂ 読み出し領域、 ３Ａ 撮
像素子、３Ｂ 撮像素子、 ４ 車
両取付部分（外枠）、５ カメラ本体、
６ 路面、６ａ 遠方撮像路面、 ６
ｂ 近傍撮像路面、７ 路面白線、
８ 測光回路、９ 駆動回路、 １
０ Ａ／Ｄ変換器、１１ メモリ、
１２ 書き込み制御回路、１３ 読み出し制御回路、
１４ 読み出し領域選択信号。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載されて車両の内部または外部
   を撮像する車載カメラ装置において、撮像レンズ、およ
   びこの撮像レンズを通して得た画像を電気信号に変換す
   る撮像素子を備え、車両に対して上記撮像レンズおよび
   撮像素子のいずれか一方または両方の傾きまたは相対位
   置を調整できるように取り付け、上記撮像素子と上記撮
   像レンズとをあおり効果が生ずる位置関係に調整するよ
   うにしたことを特徴とする車載カメラ装置。
2. 【請求項２】 撮像素子は読み出しに必要な複数の領域
   を有し、上記領域を指定して読み出し得るようにしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の車載カメラ装置。
3. 【請求項３】 撮像素子は複数の撮像素子からなり、上
   記複数の撮像素子の領域を指定して読み出し得るように
   したことを特徴とする請求項１記載の車載カメラ装置。
4. 【請求項４】 撮像素子を画素密度の異なる複数の撮像
   素子で構成したことを特徴とする請求項３記載の車載カ
   メラ装置。
5. 【請求項５】 撮像素子の読み出すべき領域を外部の状
   況に応じた信号により指定するようにしたことを特徴と
   する請求項２乃至請求項４記載のいずれか一項記載の車
   載カメラ装置。
6. 【請求項６】 撮像素子の読み出すべき領域を所定時間
   間隔で変えるようにしたことを特徴とする請求項２乃至
   請求項４記載のいずれか一項記載の車載カメラ装置。
7. 【請求項７】 撮像カメラが形成するイメージサークル
   の周辺に近い領域を読み出すときは、イメージサークル
   の中心付近の領域を読み出すときよりも撮像カメラの露
   光時間を長くするようにしたことを特徴とする請求項２
   乃至請求項６のいずれか一項記載の車載カメラ装置。
8. 【請求項８】 撮像レンズを撮像素子に対して相対的に
   平行移動可能とし、撮像素子の同一読み出し領域から読
   み出す撮像領域を変え得るようにしたことを特徴とする
   請求項１記載の車載カメラ装置。