JP2008157924A - 自動車分野における感光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 車両内に搭載されて、複数の応用に役立てることができる、新奇なタイプのセンサを提案する。
【解決手段】 本発明は、可視域または近赤外域の放射の少なくとも一部に対して感光性の、車両に搭載されるセンサ（Ｃ）に関し、センサ（Ｃ）は、無限遠に焦点の合う第１のゾーン（Ｚ１）と、近視野に焦点の合う第２のゾーン（Ｚ２）とを持つ対物レンズ（Ｏ）を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えばＣＣＤセンサ（電荷結合センサ）・タイプ、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサ・タイプのセンサを備えるカメラ、すなわち、ビデオカメラタイプのカメラに関するものである。本明細書では、これらのセンサを、感光センサなる包括的用語で一まとめに呼ぶ。それらは、その後に処理することができる、画像を表わす信号を供給する。それらは、一般に、可視域に、または、赤外域、特に、近赤外域に感度を有している。

このタイプの感光センサは、ますます頻繁に、自動車に組み込まれるようになっている。得られた画像を処理して、画像をスクリーン上に、例えばダッシュボードに表示させたり、または、フロントガラス上に投影したりすることができる。また、危険時には、運転者に警報を出したり、または、単純に、運転者の可視性を改善したりすることができる。画像は、さらに、フロントガラス上の雨滴の検出をすることができる。

車両機能の自動起動（運転者に対する警報、ブレーキの自動起動、フロントガラス上の水滴を表示したときのフロントガラスワイパの自動起動、視覚的または聴覚的な警告、ヘッドライトの所定の機能の制御など）に、それらの画像を利用することができる。

これらのセンサは、日中、用いることができ、また、夜間にも用いることもできる。夜間には、赤外線放射を検出する能力が用いられる。したがって、夜間の使用においては、センサは、例えば、「暗視」（すなわち、「ナイトビジョン」）機能に関与し、画像が、処理されるとすぐに、一般には白黒画像形式で、ディスプレイ画面上に投影される。

これらの非常に多様な応用には、単一のセンサを用いて、これらの応用のいくつかのものを実行するのが望ましいが、画像キャプチャパラメータが、応用分野によって相当に異なるから、実際には非常に困難であるということを認められる。

本発明に特に関係する応用、すなわち、ワイパの作動化を自動的に制御するために、車両のフロントガラス上の任意の水滴を検出するようにセンサを用いる応用を取り上げる。このセンサは、一般に、フロントガラスに近接して、例えば、フロントガラスから２０センチメートル内外で、車両内に搭載され、したがって、このセンサは、フロントガラス上の水滴、それらの輪郭、それらのサイズなどを正確に検出することができるように、フロントガラス上に焦点の合うレンズを伴っている。他方において、道路の画像を撮るために、すなわち、フロントガラスを通して遠視野画像を撮るためにセンサを用いることを望めば、その場合には、そのセンサは、無限遠に焦点の合うレンズを伴う必要がある。

したがって、１つの利用について１つの専用のセンサが用いられ、そのため、車両の機器のコスト、サイズ、および複雑さは増加する。フロントガラス近辺の利用可能な空間は、多くの場合、非常に制限されているから、大きいことは、少なからぬ障害である。

したがって、本発明の目的は、特に、車両内に搭載され、いくつかの利用面に満足に役立つことができる新規なタイプのセンサを提案することによって、これらの欠点を取り除くことにある。

本発明の対象は、まず第１に、可視域または近赤外域の放射の少なくとも一部に対して感光性の、車両に搭載されるセンサであって、無限遠に焦点の合う第１のゾーンと、近視野に焦点の合う第２のゾーンとを持つ対物レンズを伴っているセンサである。

「近視野」とは、当業者には公知の用語であって、本明細書においては、特に、１ｃm内外、ないし数１０ｃｍ内外の距離（例えば、車両内のカメラと、フロントガラスのワイパで拭かれるエリアとの間の標準的な距離に相当する）のことを言う。

対物レンズの第１のゾーンと第２のゾーンとの相対的なサイズは、必要に応じて適応させることができる。

したがって、一方は他方に対して、より大きい表面エリア、または、より小さい表面エリアを持つことができる。「より大きい」および「より小さい」とは、焦点の異なる、対物レンズの両ゾーンのそれぞれの空間的広がりを意味する。したがって、「より大きい」とは、無限遠（または、近視野）に焦点の合う、対物レンズのゾーンが、センサの前に置かれた対物レンズの入口面の５０％を超過する広がりを持っていることを意味する。

本発明の一実施形態によれば、対物レンズの２つのゾーンの表面エリア間の比率は、およそ５０／５０、より一般的には、７０／３０〜６０／４０の範囲にある。比率の選択は、求められている応用に応じて、近方画像を検出しようと望んでいるのか、遠方画像を検出しようと望んでいるのかに依存して行なわれる。

したがって、本発明は、搭載されたセンサを多機能にすることができるように、多焦点対物レンズ、特に、二焦点対物レンズを用いることを提案するものである。車線端または道路縁を検出する方法、または、歩行者または障害物を検出する方法においては、センサによって撮られた画像のうちの、無限遠に焦点の合う、対物レンズのゾーンを用いた、十分に鮮明な部分を用いることができる。

また、フロントガラスワイパの自動的な作動化を伴うタイプの方法においては、フロントガラスに焦点の合う、対物レンズのゾーンを通して、フロントガラス上の極めて短距離で撮られた画像部分を用いることができる。したがって、焦点距離を合わせられた遠方で撮られた画像と、より短い焦点距離の近方で撮られた画像とを重ね合わせた画像を得ることが可能である。両画像のうちの少なくとも一方のコントラスト、または、上述のようにして得られた、重ね合わされた画像のコントラストを、任意選択的に、コントラスト強化タイプの公知の処理を用いて改善することが、有用である場合もある。

対物レンズは、ゾーンを定めていて、対物レンズの開口部瞳孔面に、または、それに十分に近接して配置されている光学素子を含むレンズタイプの複数の、特に公知のように一連以上のレンズ群にまとめられた光学素子を有するのが有利である。この特定の配置は、一方の遠視野画像（道路の画像）上の任意の点と、他方の近視野画像（フロントガラスの画像）上の任意の点とを、等量の光線（開口部瞳孔の等量部分）で形成することを保証する。

一旦、この条件が満たされると、一般に複雑なレンズの組合せである対物レンズ上のどの点にでも、この光学素子を配置することができる。２つの構成が想定される。特に、それは、対物レンズの入口から一番目の光学素子であるか、または、わずか上流に配置されている光学素子である。対物レンズの「入口」は、撮られる画像の方に、したがって、外部の方に向いている対物レンズの面を意味し、また、「上流に」は、検出される画像に関して、対物レンズの前方に配置することを意味する。

一実施形態によれば、この光学素子は、大部分において、光レベルに関して中性であって、かつ、局所的に、近視野に焦点の合うレンズである。それは、特に、互いに平行な入口面と出口面を備えており、かつ、実質的に少なくとも部分的に凸状の出口面を局所的に持っているレンズであってもよい。

別の一実施形態によれば、この光学素子は、対物レンズの一番目のレンズ、すなわち、対物レンズの入口レンズであり、近視野に焦点の合うゾーンは、そのレンズの出口面の曲率の局所的な変調、特に、出口面の残りの部分の曲率と異なる凸状部を伴う局所的な変調によって得られる。

どちらの場合にも、変調は、球面または非球面のレンズ部分の形状である。

光学素子の出口面の、近視野に焦点の合うゾーンは、光学素子の中心部に位置していると有利である。

具体的には、対物レンズは、一連のレンズ群であってもよく、その一番目のレンズは、変調を加えられているレンズであるか、または、変調を加えられているレンズに関連づけてらうレンズであり、レンズは、全て、実質的に円形の輪郭を持っており、変調は、論じているレンズ面の中心に位置しており、そのレンズの曲率または無曲率に比して突出しているゾーンである。

上述のセンサ、および、その対物レンズを、車両のフロントガラス上の雨滴を検出するが、さらに、車両のフロントガラスを通して、道路の情景の画像をキャプチャもする方法に用いることができる。

本発明は、さらに、可視域または近赤外域の放射の少なくとも一部に対して感光性のセンサを用いて、フロントガラス上の雨滴を検出する方法であって、前記センサは、無限遠に焦点の合う、第１のより大きなゾーンと、より短い焦点距離を持つ、第２のより小さなゾーンとを持つ対物レンズを備えている方法に関するものである。

本発明は、さらに、少なくとも１つの上述のセンサを用いた、自動車に搭載される画像処理デバイスにも関するものである。

本発明は、さらに、自動車に搭載されている、このようなセンサによって受け取られた信号を用いる画像処理方法にも関するものである。

本発明は、さらに、このようなセンサを備える自動車にも関するものである。

次に本発明を、添付図面を利用して、限定するものではない例を用いて、説明する。

図面は全て、極めて概略的なものであり、また、明確にするために、必ずしも、縮尺比にしたがっていない。

図１ａは、ＣＣＤタイプであって、遠方の画像をキャプチャするために、無限遠に焦点の合う対物レンズＯを備える、標準的なセンサＣを示す。センサおよび対物レンズは、自動車のフロントガラスのワイパで拭かれるエリアの後側で、そこから約１０〜２０ｃｍの位置に配置される。対物レンズＯは、一連のレンズ群を有しているが、単一のレンズＯとして表わされている。センサＣの受光面に達するように対物レンズに入ってきた光線が示されている。光線ｒ１は、画像の頂部、ｒ２はその中央部、ｒ３は、その底部に位置している。

図１ｂは、図１ａに、フロントガラスＰと、その上の水滴Ｇとの記号的な表示を加えたものである。この対物レンズでは、フロントガラス上の水滴Ｇは、センサ上に正しく結像されず、したがって、画像処理によって検出することは不可能である。

図１ｃに示されているように、本発明によれば、少なくとも部分的に凸面形状を備えており、近視野に焦点の合うゾーンＺ２を持つ中央部分を除いて、大部分、光学的に中性である、追加のレンズＬ１が、対物レンズＯに付加されている。近視野ゾーンＺ２を「囲んで」、無限遠に焦点距離を持つゾーンＺ１を備える対物レンズが得られる。

図３は、この変調を加えられたレンズＬ１の出口面を示している。近視野に焦点の合うゾーンＺ２は、円形状であって、レンズの円形の出口面上に、同心的に配置されている。例示的な一実施形態によれば、ゾーンＺ１とゾーンＺ２とは、同じような大きさである（図にしたがって、垂直面上に投影したとき）。

この実施形態においては、変調を加えられたゾーンＺ２は、凸面形状、実質的には球面である。しかし、ゾーンＺ２は、非球面であってもよい。

図２ａに示すように、レンズＬ１は、対物レンズＯの開口部瞳孔面に位置している。このレンズは、画像の中心部を除いて、遠距離の物体を結像させる光線の経路を変更しない。しかしながら、この中心部Ｚ２内の対物レンズを通過する光線は、もはや画像の中心部に結像しないように、進路を変えられる。

図４ｃに示されている結果は、
− 図４ａに描かれている、道路情景の非常に鮮明な画像（図２ａに示されているように、周辺部を通る、すなわち、無限遠の焦点距離を持つゾーンＺ１を通過する光線ｒ４に対応する）と、
− 図４ｂに描かれている、非常に不鮮明な画像（図２ａに示されているように、中心部を通る光線ｒ５、すなわち、レンズＬ１の短縮焦点距離ゾーンＺ２を通過する光線に対応する）とを重ね合わせた画像である。

ここで、水滴Ｇは、レンズＬ１のゾーンＺ２を通過する光線によって、くっきりと結像される。これらの光線は、図２ｂに示されている光線ｒ６である。他方において、画像は、Ｚ１を通過する光線ｒ７に対しては、非常に不鮮明である。この光線は、図２ｂに示されている光線ｒ７である。

図５ｃに示されている結果は、
− 水滴の非常に鮮明な画像（図５ａ）と、
− 非常に不鮮明な画像（図５ｂ）とを重ね合わせた画像である。

したがって、本発明によるセンサ−対物レンズシステムでは、遠方と、極めて近方との両方を「見る」。その全体像が、図６に描かれており、画像４ｃと画像５ｃとの和である。得られる画像は、遠方の道路の画像と、フロントガラス上の水滴の画像との両方に、卓越した鮮明さを与えるということが、図６から実証される。

コントラスト強化処理タイプの画像処理を考慮に入れることもできるが、これは任意選択的である。

本発明は、変調を加えられた対物レンズによって、同一のカメラと同一のセンサとを、多面的機能で共有することを、実際に可能にする。したがって、もはや、雨を検出するための専用のセンサを設けるように強制されることもない。

本発明は、自動車分野に応用可能であるが、さらに、任意の他のタイプの移動手段において、近方と遠方との両方に有効なセンサを必要とする、任意の他の分野にも応用可能である。

したがって、本発明によって得られる画像を、各用途のための種々の処理操作の対象とすることができる。

従来技術によるセンサ対物レンズの概略的な図である。 従来技術によるセンサ対物レンズの概略的な図である。 本発明によるセンサ対物レンズの概略的な図である。 遠方の道路情景の画像を考慮した場合の、本発明による変調を加えられた対物レンズを備えたセンサの概略的な断面図である。 フロントガラス上の水滴の画像を考慮した場合の、本発明による、変調を加えられた対物レンズを備えるセンサの概略的な断面図である。 前図による対物レンズの変調を加えられたレンズの正面図および側面図である。 本発明による、遠方で撮られた画像である。 本発明による、遠方で撮られた画像である。 本発明による、遠方で撮られた画像である。 本発明による、近方で撮られた画像である。 本発明による、近方で撮られた画像である。 本発明による、近方で撮られた画像である。 本発明による、遠方で撮られた画像と近方で撮られた画像とを重ね合わせた画像である。

符号の説明

ｒ１〜ｒ７ 光線
Ｃ センサ
Ｇ 水滴
Ｌ１ 光学素子（レンズ）
Ｏ 対物レンズ
Ｐ フロントガラス
Ｚ１、Ｚ２ ゾーン

Claims (13)

1. 車両に搭載され、可視域または近赤外域の放射の少なくとも一部に対して感光性のセンサ（Ｃ）であって、無限遠に焦点の合う第１のゾーン（Ｚ１）と、近視野に焦点の合う第２のゾーン（Ｚ２）とを有する対物レンズ（Ｏ）を備えることを特徴とするセンサ（Ｃ）。
2. 前記対物レンズ（Ｏ）は、前記ゾーン（Ｚ２）を定めていて、前記対物レンズ（Ｏ）の開口部瞳孔面に、または、それに十分に近接して配置されている光学素子（Ｌ１）を含むレンズタイプの複数の、特に一連以上のレンズ群にまとめられた光学素子を有することを特徴とする、請求項１に記載のセンサ（Ｃ）。
3. 前記ゾーン（Ｚ２）を定めている前記光学素子（Ｌ１）は、前記対物レンズ（Ｏ）の入口から一番目の光学素子であるか、または、この入口のわずか上流に配置されている光学素子であることを特徴とする、請求項２に記載のセンサ（Ｃ）。
4. 前記ゾーン（Ｚ２）を定めている前記光学素子（Ｌ１）は、大部分において、光レベルに関して中性であって、かつ、必要な合焦手段を局所（Ｚ２）的に有するレンズであることを特徴とする、請求項３に記載のセンサ（Ｃ）。
5. 大部分において、前記光レベルに関して中性である前記光学素子（Ｌ１）は、互いに平行な入口面と出口面を備えたレンズタイプであって、実質的に少なくとも部分的に凸状の、特に球面または非球面のタイプの、出口面（Ｚ２）を局所的に有していることを特徴とする、請求項４に記載のセンサ（Ｃ）。
6. 前記ゾーン（Ｚ２）を定めている光学素子（Ｌ１）は、前記対物レンズ（Ｏ）の一番目のレンズであり、前記ゾーン（Ｚ２）は、レンズの出口面の曲率の局所的な変調、特に、出口面の残りの部分の曲率と異なる凸状部を伴う局所的な変調によって得られることを特徴とする、請求項３に記載のセンサ（Ｃ）。
7. 前記光学素子（Ｌ１）の出口面の、焦点距離（Ｆ２）のゾーン（Ｚ２）は、前記素子の中心部に位置していることを特徴とする、請求項６に記載のセンサ（Ｃ）。
8. 車両のフロントガラス上の雨滴を検出する際において用いられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のセンサ（Ｃ）。
9. さらに、前記車両の前記フロントガラスを通して、道路の情景の画像をキャプチャするためにも用いられることを特徴とする、請求項８に記載のセンサ（Ｃ）。
10. 可視域または近赤外域の放射の少なくとも一部に対して感光性のセンサ（Ｃ）を用いて、フロントガラス上の雨滴を検出する方法であって、前記センサは、無限遠に焦点の合う第１のゾーン（Ｚ１）と、近視野に焦点の合う第２のゾーン（Ｚ２）とを持つ対物レンズ（Ｏ）を備えていることを特徴とする方法。
11. 自動車に搭載される画像処理デバイスであって、請求項１〜９のいずれかに記載のセンサ（Ｃ）を少なくとも１つ用いることを特徴とする画像処理デバイス。
12. 自動車に搭載されている、請求項１〜９のいずれかに記載のセンサ（Ｃ）によって受け取られた信号を用いることを特徴とする画像処理方法。
13. 請求項１〜９のいずれかに記載のセンサ（Ｃ）を備えていることを特徴とする自動車。

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