JP2005294920A - 撮像装置および当該撮像装置を用いた撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】画像伝送用ケーブルや電力供給用ケーブルを必要としないカメラを提供する。
【解決手段】自動車のウインドウガラスであるフロントガラス１５の上端中央付近には、後方確認用のルームミラー１６が取り付けられる。ルームミラー１６のフロントガラス１５への取り付け部１６ａには、撮像システム１Ａにおける撮像装置であるカメラユニット１１が埋め込まれる。カメラユニット１１は、撮像によって生成した画像信号を後述するインターフェース部１２へ非接触伝送し、インターフェース部１２から非接触伝送された電力を取得して動作電力として利用する。したがって、カメラユニット１１およびインターフェース部１２の間にはケーブル結線は行われない。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、特に自動車のウインドウガラスに装着される非接触型撮像装置および当該非接触型撮像装置を含む撮像システムに関する。

従来より、自動車にカメラを搭載して自動車の周辺を撮像することが行われている。例えば、前方を撮像するステレオカメラを自動車に搭載して前方監視センサとして利用することが行われている。

一方、自動車にカメラを搭載する場合、カメラをフロントガラス等のウインドウガラスに装着することを要請されることがある。

しかし、ウインドウガラスにカメラを装着する場合、カメラに接続される画像伝送用ケーブルや電力供給用ケーブルが、自動車の意匠に影響を与え美観を損ねることがあった。

本発明は、この問題を解決するためになされたもので、画像伝送用ケーブルや電力供給用ケーブルを必要としない撮像装置およびその撮像装置を用いた撮像システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、透明体に装着される撮像装置であって、撮像を行い画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像装置の外部へ前記画像信号を非接触伝送する画像伝送手段と、前記撮像装置の動作電力を供給する動作電力供給手段とを備え、前記動作電力供給手段が、前記撮像装置の外部から非接触伝送された電力を前記動作電力として供給することを特徴とする。

請求項２の発明は、透明体に装着される撮像装置であって、撮像を行い画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像装置の外部へ前記画像信号を非接触伝送する画像伝送手段と、前記撮像装置の動作電力を供給する動作電力供給手段とを備え、前記撮像装置の外部から機構的に分離され前記撮像装置に内蔵された発電手段が発電した電力を前記動作電力として供給することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、前記動作電力供給手段が、前記電力を蓄積する電力蓄積手段を備え、前記電力蓄積手段に蓄積された電力を前記撮像装置の動作電力として供給可能であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の撮像装置において、前記透明体が自動車のウインドウガラスであることを特徴とする。

請求項５の発明は、撮像システムであって、透明体に装着された撮像装置と、前記撮像装置から非接触伝送された画像信号を受信し、前記撮像装置に電力を非接触伝送する制御装置とを備え、前記電力が前記撮像装置の動作電力として利用されることを特徴とする。

請求項１ないし請求項５の発明によれば、撮像装置から外部への画像伝送および外部から撮像装置への電力伝送が非接触で行われるので、自動車に画像伝送や電力伝送のためのケーブルを設ける必要がない。このため、撮像装置の装着が自動車の意匠へ与える影響を低減可能となる。

請求項２の発明によれば、撮像装置から外部への画像伝送が非接触で行われ、撮像装置の動作電力が内蔵の発電手段から供給されるので、自動車に画像伝送や電力伝送のためのケーブルを設ける必要がない。このため、撮像装置の装着が自動車の意匠へ与える影響を低減可能となる。

請求項３の発明によれば、電力蓄積手段に蓄積された電力を動作電力として利用可能になるので、撮像装置の外部や発電手段からの電力供給が一時的に停止ないし減少しても撮像装置の動作を継続可能である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る撮像システム１Ａは、透明体である自動車のフロントガラスに装着されたカメラユニットが撮像した画像（以下では単に「撮像画像」とも称する）を車室内に設置された表示器に表示する。カメラユニットは、当該自動車における前方監視センサとして機能している。

［撮像システムの概略構成］
図１は、第１実施形態の撮像システム１Ａが搭載された自動車の車室内を模式的に示す図である。図１は、自動車の車室内からフロント方向を見た状態を示している。また、図２は、図１のII-II面から見た断面図である。

図１および図２に示すように、自動車のウインドウガラスであるフロントガラス１５の上端中央付近には、後方確認用のルームミラー１６が取り付けられる。ルームミラー１６のフロントガラス１５への取り付け部１６ａには、撮像システム１Ａにおける撮像装置であるカメラユニット１１が埋め込まれる。カメラユニット１１は、撮像によって生成した画像信号をインターフェース部１２へ非接触伝送し、インターフェース部１２から非接触伝送された電力を取得して動作電力として利用する。したがって、カメラユニット１１およびインターフェース部１２の間にはケーブル結線は行われない。インターフェース部１２は、ルームミラー１６の上方のルーフ１７の内に設けられる。

撮像システム１Ａは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）である制御部１３を備える。インターフェース部１２および制御部１３はケーブル１４を用いて接続される。これにより、制御部１３は、インターフェース部１２を介してカメラユニット１１に動作電力を供給し、インターフェース部１２を介してカメラユニット１１が出力した画像信号を取得する。

撮像システム１Ａは、制御部１３から入力された画像信号を視認可能に表示する表示器１８を備える。表示器１８は、例えば、液晶ディスプレイ等の表示デバイスを用いて構成される。表示器１８には、カメラユニット１１が撮像した画像が表示される。

［機能構成］
図３は、撮像システム１Ａの機能構成を示すブロック図である。

○カメラユニット；
カメラユニット１１は、撮像を行い画像信号を生成する撮像部（撮像手段）１１１を備える。撮像部１１１は、ＣＣＤ撮像素子等の撮像デバイス、当該撮像デバイスの制御回路および当該撮像デバイスの受光面に被写体からの反射光を結像させる光学系を備える。

画像処理部１１２は、撮像部１１１から入力された画像信号に画像処理を行い、無線通信部１１３へ出力する。当該画像処理は、例えば、アナログ画像信号のデジタル画像信号（画像データ）への変換、画素補間、ホワイトバランス調整、コントラスト調整、輝度調整、彩度調整、階調変換特性調整、ノイズ除去および画像データの圧縮等の処理を含む。当該画像処理は、例えば、画像処理用のデジタル信号処理プロセッサ等を用いて実現される。さらに、画像処理部１１２が撮像部１１１を制御することによって自動焦点制御や自動露出制御等が行われてもよい。なお、撮像部１１１が撮像する画像は静止画および動画のいずれでもよい。

無線通信部１１３は、画像処理部１１２から入力された画像信号を用いて搬送波を変調し、所定の周波数および空中線電力の高周波信号へ変換する。当該高周波信号は送信アンテナ１１４へ供給され、インターフェース部１２へ非接触伝送される。無線通信部１１３およびアンテナ１１４は、カメラユニット１１における画像伝送手段となっている。撮像システム１Ａにおける非接触伝送は、電波（高周波の電磁波）を用いた無線伝送である。当該非接触伝送として、赤外線発光ダイオードとフォトトランジスタを用いた赤外線通信等の光通信を採用することも妨げられない。

カメラユニット１１の撮像部１１１、画像処理部１１２および無線通信部１１３の動作に必要な動作電力は、電力供給部（動作電力供給手段）１１５から供給される。

電力供給部１１５は、インターフェース部１２が発生させた交流磁場から誘導電流を誘起させるインダクタ１１５ａを備える。インダクタ１１５ａにより、インターフェース部１２からカメラユニット１１への電力伝送を交流磁場を用いた非接触（無線）電力伝送により行うことが可能になる。当該非接触伝送は「電磁結合方式」による無線電力伝送である。なお、電磁結合方式に代えて、電磁波による無線電力伝送を行う「電磁誘導方式」の採用も妨げられない。インダクタ１１５ａは、望ましくは高透磁率の磁性体をコアとして用いたコイルとして形成されるが、空芯のコイルとして形成されることも妨げられない。

インダクタ１１５ａに誘起された誘導電流は、充電池１１５ｃの充電を行う充電回路１１５ｂへ与えられる。充電回路１１５ｂは、インダクタ１１５ａから与えられた交流の誘導電流を直流電流に整流し、当該直流電流を用いて充電池（電力蓄積手段）１１５ｃの充電を行う。充電池１１５ｃは、例えば、鉛充電池、ニッケルカドミウム充電池、ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池およびリチウムイオンポリマー充電池等の２次電池である。当該２次電池の充電方式は制限されず、定電圧充電、定電流充電およびこれらを組み合わせた充電方法はもちろんのこと、ニッケルカドミウム充電池ないしはニッケル水素充電池における−ΔＶ充電方式に例示される電池電圧の変化を精密に測定して充電管理を行う方法をも採用可能である。なお、充電回路１１５ｂの充電対象を２次電池に代えて、電気２重層コンデンサ等で構成される大容量コンデンサとしてもよい。

充電池１１５ｃに蓄積された電力は、撮像部１１１、画像処理部１１２および無線通信部１１３へ動作電力として供給される。電力供給部１１５が充電池１１５ｃを備えることにより、インターフェース部１２を介して非接触伝送される電力が一時的に停止ないしは減少してもカメラユニット１１の動作を継続可能となる。

上述の説明から明らかなように、撮像システム１Ａのカメラユニット１１・インターフェース部１２間の画像伝送および電力伝送のいずれも非接触伝送により行われている。したがって、カメラユニット１１・インターフェース部１２間には、画像伝送および電力伝送のためのケーブルは設けられず、カメラユニット１１のフロントガラスへの装着による自動車の意匠への影響は小さくなっている。

○インターフェース部；
インターフェース部１２は、カメラユニット１１から送信された画像信号を取得する受信アンテナ１２１と、カメラユニット１１への非接触電力伝送を担う交流磁場を生成するインダクタ１２２とを備える。受信アンテナ１２１およびインダクタ１２２は、それぞれ、制御部１３の無線通信部１３１および発信回路１３２へケーブル１４を用いて接続される。インダクタ１２２もインダクタ１１５ａと同様に、望ましくは高透磁率の磁性体をコアとして用いたコイルとして形成されるが、空芯のコイルとして形成されることも妨げられない。なお、インターフェース部１２のインダクタ１２２およびカメラユニット１１のインダクタ１１５ａの相対的な位置関係は、インダクタ１２２が発生させた磁束がインダクタ１１５ａを貫くように決定される。すなわち、インダクタ１２２および１１５ａは、０でない結合係数を有するトランスと等価な４端子素子を形成するように対向させられる。当該トランスにおいては、インダクタ１２２が１次側巻線、インダクタ１１５ａが２次側巻線として機能する。

○制御部；
制御部１３は、インターフェース部１２の受信アンテナ１２１から与えられた高周波信号から画像信号を取り出す無線通信部１３１を備える。無線通信部１３１は、高周波信号の増幅、中間周波数への周波数変換および画像信号の復調を行う。無線通信部１３１においてダイレクトコンバージョン方式を採用して中間周波数への周波数変換処理を省略することも妨げられない。

無線通信部１３１が取り出した画像信号は画像処理部１３３へ出力される。画像処理部１３３は、入力された画像信号に画像処理を行い、表示器１８へ出力する。これにより、撮像画像が表示器１８に表示される。当該画像処理は、例えば、デジタル画像信号のアナログ画像信号への変換および画像データの伸張等の処理を含む。当該画像処理は、例えば、画像処理用のデジタル信号処理プロセッサ等を用いて実現される。

制御部１３は、インターフェース部１２のインダクタ１２２に交流電力を供給する発振回路１３２を備える。発振回路１３２は、伝送等による電力損失を勘案してカメラユニット１１を動作させるのに必要な大きさの交流電力をインダクタ１２２に供給する。

制御部１３の画像処理部１３３、無線通信部１３１および発振回路１３２の動作電力は、制御部１３の中の電源回路１３４から供給される。電源回路１３４は、自動車の主電源（鉛蓄電池等）に接続され、当該主電源から得た電力を所定の電圧に変換して画像処理部１３３、無線通信部１３１および発振回路１３２に供給する。

当該構成により、制御部１３は、非接触伝送によりインターフェース部１２を介してカメラユニット１１へ動作電力を供給し、撮像画像に係る画像データを非接触伝送により取得し表示器１８へ出力することが可能となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の撮像システム１Ｂは、第１実施形態の撮像システム１Ａと類似の構成を有する（図１および図２参照）。しかし、撮像システム１Ｂは、カメラユニット２１に発電手段が内蔵され、インターフェース部２２からカメラユニット２１への非接触電力伝送が行われない点が撮像システム１Ａと異なる。以下では、この相違点について、図４のブロック図を参照しながら説明する。なお、図４においては、図３に示す撮像システム１Ａと同等の構成には同一の参照符号を付与している。この同一の参照符号を付与した構成の重複説明は省略する。

カメラユニット２１の電力供給部２１５には、撮像システム１Ａのインダクタ１１５ａに代えて自己発電部（発電手段）２１５ａが設けられる。自己発電部２１５は、カメラユニット２１で必要な動作電力を自立して発電する自己発電により得た電力を充電回路１１５ｂへ供給する。カメラユニット２１に内蔵された自己発電部２１５ａは、例えば、太陽電池や振動による発電を行う振子発電機等の発電手段を含む。自己発電部２１５ａは、制御部２３、インターフェース部２２および表示器１８等のカメラユニット２１の外部の機器とは機構的に分離された発電手段となっている。なお、自己発電部２１５が複数の発電手段を有することも妨げられない。

撮像システム１Ｂでは、自己発電部２１５ａ単独でカメラユニット２１の動作電力を供給可能であるので、非接触電力伝送のための構成は設けられない。すなわち、制御部２３には撮像システム１Ａにおける発振回路１３２に相当する構成は設けられず、インターフェース部２２にはインダクタ１２２に相当する構成は設けられない。また、ケーブル２４は、画像信号の伝送を行うことができれば足りる。

当該構成によっても、第１実施形態と同様に、画像伝送および電力伝送のためのケーブルは不要となり、カメラユニット１１のフロントガラス１５への装着による自動車の意匠への影響を低減可能である。また、電力供給部２１５が充電池１１５ｃを備えることにより、自己発電される電力が一時的に停止ないしは減少してもカメラユニット１１の動作を継続可能となる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の撮像システム１Ｃは、第１実施形態の撮像システム１Ａと類似の構成を有する。しかし、撮像システム１Ｃは、カメラユニット３１からインターフェース部３２への画像伝送が電波を用いた非接触伝送ではなく電磁結合方式による非接触伝送により行われる点が撮像システム１Ａと異なる。以下では、この相違点について、図５のブロック図を参照しながら説明する。なお、図５では、図３に示す撮像システム１Ａと同等の構成には同一の参照符号を付与している。この同一の参照符号を付与した構成の重複説明は省略する。

カメラユニット３１には、撮像システム１Ａの無線通信部１１３およびアンテナ１１４に代えて、通信部３１３およびインダクタ３１４が設けられる。通信部３１３は、画像処理部１１２から入力された画像信号を増幅してインダクタ３１４に出力する。通信部３１３およびインダクタ３１４は、カメラユニット３１における画像伝送手段となっている。これにより、インダクタ３１４は画像信号に基づく交流磁場を発生する。なお、通信部３１３において、伝送効率を向上するために周波数変換等を行うことも妨げられない。

インターフェース部３２には、撮像システム１Ａの受信アンテナ１２１に代えて、インダクタ３１４と磁気的に結合されたインダクタ３２１が設けられる。インダクタ３１４およびインダクタ３２１は、機構的には分離されているものの、インダクタ３１４を１次側巻線、インダクタ３２１を２次側巻線とするトランスと等価な４端子素子を構成している。これにより、インダクタ３２１には、インダクタ３１４に与えられた映像信号に対応する画像信号が誘起される。なお、インダクタ３１４および３２１は、磁気的結合を強化するために、望ましくは高透磁率の磁性体をコアとして用いたコイルとして形成されるが、空芯のコイルとして形成されることも妨げられない。

制御部３３には、撮像システム１Ａの無線通信部１３１に代えて、通信部３３１が設けられる。通信部３３１は画像信号の増幅を行う。インダクタ３１４および３２１による画像信号の伝達に周波数特性がある場合、通信部３３１または通信部３１３において周波数特性の補償を行ってもよい。例えば、画像信号の伝達損失が周波数が高くなるにつれて大きくなる場合、通信部３３１または通信部３１３の増幅ゲインを周波数が高くなるにつれて大きくするようにしてもよい。

また、上記では画像信号の伝送を電磁結合方式によって行ったが、電磁誘導方式によって行ってもよい。

当該構成によっても、第１実施形態と同様に、画像伝送および電力伝送のためのケーブルは不要であり、カメラユニット３１のフロントガラス１５への装着による自動車の意匠への影響を低減可能である。また、電力供給部１１５が充電池１１５ｃを備えることにより、インターフェース部３２を介して非接触伝送される電力が一時的に停止ないしは減少してもカメラユニット３１の動作を継続可能となる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態の撮像システム１Ｄは、第３実施形態の撮像システム１Ｃと類似の構成を有する。しかし、撮像システム１Ｄは、第２実施形態の撮像システム１Ｂと同様に、カメラユニット４１に発電手段が内蔵され、インターフェース部４２からカメラユニット４１への非接触電力伝送が行われない点が撮像システム１Ｃと異なる。以下では、この相違点について、図６のブロック図を参照しながら説明する。なお、図６では、図３〜図５に示す撮像システム１Ａ〜１Ｃと同等の構成には同一の参照符号を付与している。この同一の参照符号を付与した構成の重複説明は省略する。

カメラユニット４１の電力供給部４１５には、撮像システム１Ａのインダクタ１１５ａに代えて、撮像システム１Ｂと同様の自己発電部２１５ａが設けられる。

なお、撮像システム１Ｄでは、自己発電部２１５ａ単独でカメラユニット４１の動作電力を供給可能であるので、非接触電力伝送のための構成は設けられない。すなわち、制御部４３には撮像システム１Ａの発振回路１３２に相当する構成は設けられず、インターフェース部４２にはインダクタ１２２に相当する構成は設けられない。また、ケーブル４４は、画像信号の伝送を行うことが可能なケーブルであれば足りる。

当該構成によっても、第１実施形態と同様に、画像伝送および電力伝送のためのケーブルは不要であり、カメラユニット４１のフロントガラス１４への装着による自動車の意匠への影響を低減可能である。また、電力供給部２１５が充電池１１５ｃを備えることにより、自己発電される電力が一時的に停止ないしは減少してもカメラユニット１１の動作を継続可能となる。

＜変形例＞
○撮像画像の利用法について；
上述の実施形態では、撮像画像を表示器１８に表示する態様を説明したが、撮像画像の利用法はこの態様に制限されない。例えば、前方車両との車間距離の算出ないしは走行中の道路の車線やカーブの検出に撮像画像を利用してもよい。この場合、図７に例示するように、フロントガラス５５にふたつのカメラユニット５１ａおよび５１ｂ（ステレオカメラ）を装着して前方監視カメラとして用いてもよい。なお、図７におけるカメラユニット５１ａおよび５１ｂは、図８（図７のVIII-VIII面から見た断面図）に示すように、フロントガラス５５のガラス面に直接装着される。カメラユニット５１ａおよび５１ｂをフロントガラスに装着することにより、カメラユニット間の距離を大きくすることができるので、上述の車間距離の算出、車線やカーブの検出等の精度を向上可能となる。これにより、撮像システムを運転支援システムに適用した場合の安全性を向上可能である。

第１実施形態〜第４実施形態の撮像システム１Ａ〜１Ｄが搭載された自動車の車室内を模式的に示す図である。 図１のII-II面から見た断面図である。 撮像システム１Ａの機能構成を示すブロック図である。 撮像システム１Ｂの機能構成を示すブロック図である。 撮像システム１Ｃの機能構成を示すブロック図である。 撮像システム１Ｄの機能構成を示すブロック図である。 変形例に係る撮像システムが搭載された自動車の車室内を模式的に示す図である。 図７のVIII-VIII面から見た断面図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ 撮像システム
１１ カメラユニット
１２ インターフェース部
１３ 制御部
１４ ケーブル
１５ フロントガラス
１６ ルームミラー
１６ａ 取り付け部
１７ ルーフ
１８ 表示器

Claims (5)

1. 透明体に装着される撮像装置であって、
   撮像を行い画像信号を生成する撮像手段と、
   前記撮像装置の外部へ前記画像信号を非接触伝送する画像伝送手段と、
   前記撮像装置の動作電力を供給する動作電力供給手段と、
   を備え、
   前記動作電力供給手段が、前記撮像装置の外部から非接触伝送された電力を前記動作電力として供給することを特徴とする撮像装置。
2. 透明体に装着される撮像装置であって、
   撮像を行い画像信号を生成する撮像手段と、
   前記撮像装置の外部へ前記画像信号を非接触伝送する画像伝送手段と、
   前記撮像装置の動作電力を供給する動作電力供給手段と、
   を備え、
   前記撮像装置の外部から機構的に分離され前記撮像装置に内蔵された発電手段が発電した電力を前記動作電力として供給することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記動作電力供給手段が、前記電力を蓄積する電力蓄積手段を備え、
   前記電力蓄積手段に蓄積された電力を前記撮像装置の動作電力として供給可能であることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記透明体が自動車のウインドウガラスであることを特徴とする撮像装置。
5. 撮像システムであって、
   透明体に装着された撮像装置と、
   前記撮像装置から非接触伝送された画像信号を受信し、前記撮像装置に電力を非接触伝送する制御装置と、
   を備え、
   前記電力が前記撮像装置の動作電力として利用されることを特徴とする撮像システム。
   

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