JP2009040270A - 車載用カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】フロントガラスへの取り付けスペースを小さくできる車載用カメラを提供することにある。
【解決手段】撮像素子１５は、基板１９上に設けられ、基板面と垂直方向に光軸を有する。基板１９は、車両のフロントガラスに平行に設置される。レンズ１４は、光軸上に配置される。ミラー１６は、撮像素子１５の光軸上に設けられ、光軸方向を車両の前方向に変換し、車両の前方向の視野情報を、撮像素子１５に導く。ミラー１６は、アタッチメント１１に保持される。アタッチメント１１は、レンズ１４を保持する筐体１２に対して、係合・離脱可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用カメラに係り、特に、車両の前方の画像を撮像するフロントビューカメラとして用いるに好適な車載用カメラに関する。

車両に取り付けたカメラで撮像した画像を画像処理することで、路面の車線や、先行車、対向車、人物、また道路標識や道路標示などを抽出する車載用カメラが、車の安全走行を支援する車載システムや不審者の侵入や異常を検知する監視システムなどに適用され始めている。

画像から様々な情報を抽出するこれらの車載画像処理カメラは、代表的なもので、車室内フロントレールやルームミラー、もしくはフロントガラスに装着して車両前方を監視するもの、リアバンパー付近に装着して車両後方を監視するもの、フロントレールやステアリングコラム部などに装着してドライバーや他の乗車している人物等を監視するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、道路上の立体物を高精度に検出するための手段として、ステレオカメラがあり、これは２台の撮像手段を用いて写し出した１対の画像を用いて対象物までの距離を算出し、それによって対象物の認識を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

米国特許第６，３９２，２１８号明細書 特開２００３‐３３５１８０号公報

これらのカメラに求められる共通の用件として、取り付けスペースがある。近年、車両にはレインセンサ、照度センサ、ミリ波またはレーザレーダセンサなど、多種多様なセンサが搭載されてきている。そのため、車両における装置の取り付けスペースはできるだけ小さく、コンパクトに装着することが必要となっている。特に、車室内においてはドライバーの運転の妨げとならないように、ドライバーが邪魔感や圧迫感を感じないような位置もしくは大きさで，装置を取り付ける必要がある。

しかしながら、フロントガラスに取り付ける場合、従来の車載用カメラでは、取付スペースが大きくなるという問題があった。結果として、ドライバーが邪魔感や圧迫感を感じさせるものであった。

本発明の目的は、フロントガラスへの取り付けスペースを小さくできる車載用カメラを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、基板と、基板上に設けられ、基板面と垂直方向に光軸を有する撮像素子と、前記光軸上に配置されたレンズとを有する車載用カメラであって、前記撮像素子の光軸上に設けられ、前記光軸方向を車両の前方向に変換するミラーを備えるようにしたものである。
かかる構成により、車載用カメラの、フロントガラスへの取り付けスペースを小さくできるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記基板は、車両のフロントガラスに平行に設置され、前記ミラーは、前記車両の前方向の視野情報を、前記撮像素子に導くようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記ミラーを保持するアタッチメントを備え、前記アタッチメントは、前記撮像素子を保持する筐体に対して、係合・離脱可能としたものである。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記アタッチメントは、ミラーを複数の角度に設置可能な構造を有するものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記ミラーは撮像素子を保持する筐体に対する角度が調整可能である。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記ミラーは、前記レンズの画角の一部に配置したものである。

（７）上記（６）において、好ましくは、前記ミラーを保持するアタッチメントを備え、前記アタッチメントは、ミラー保持部に近接し、かつ、前記レンズの画角の他の一部に設けられた穴を有し、前記ミラーにより、車室外の視覚情報を得るとともに、前記穴により、車室内の視覚情報を得るようにしたものである。

本発明によれば、フロントガラスへの取り付けスペースを小さくできる。

以下、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態による車載用カメラの構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による車載用カメラの全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による車載用カメラの全体構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の車載用カメラは、光軸を構成するレンズ１４と、撮像素子１５と、該撮像素子で撮像した画像を処理する処理回路１８と、処理回路１８を駆動させるための電源回路１０と、本カメラの電源の供給および通信を行うためのコネクタ１７と、撮像素子１５，処理回路１８，電源回路１０及びコネクタ１７を実装した基板１９と、基板１９を保護するための基板カバー１３と、レンズ１４と撮像素子１５の位置関係を保持するカメラ筐体１２と、カメラ筐体１２にとりつけるアタッチメント１１と、アタッチメントに取り付けられたミラー１６から構成される。

レンズ１４は、外界の視覚情報を撮像素子１５に結像するものである。撮像素子１５に結像した視覚情報は、処理回路１８において、車両や歩行者、車線などの様々な特徴物抽出処理を行い、最終的な演算結果はコネクタ１７を介して外部へ出力される。車載用カメラへの電源の供給は車両からの電源を電源コネクタ１７を介して電源回路１０に送り、必要な電圧へ変換した後、各マイコン、各ＩＣへ供給している。

車両への搭載時の取り付けスペースを最小限にして、ドライバーへの邪魔感、圧迫感をなくすために、カメラの高さ方向の面積を特に減らす必要がある。そのためには、車両のフロントガラスと基板１９をできるだけ平行に設置するのが好ましい。ここで、基板１９に設置された撮像素子１５に視覚情報を結像する際には、レンズ１４の持つ光軸と撮像素子１５の撮像面は垂直になる必要がある。仮に垂直にならない場合、映像の一部分がボケてしまい画像処理を行うには不適な映像となる。このように撮像素子１５とレンズ１４の位置関係を保つと、フロントガラスと平行に設置された基板１９に実装されている撮像素子１５は本来撮影したい方向とは異なる方向を向いている。

そこで、本実施形態では、アタッチメント１１に設置したミラー１６を用いて撮像素子の光軸方向を変換し、本来撮影したい方向（車両の前方向）の視覚情報を取得するようにする。

次に、図２を用いて、本実施形態による車載用カメラにおけるミラー１６の設置角度について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度を説明するための側面断面図である。なお、図２において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

光軸ＬＡの方向は、一般的には無限遠点、つまり地面と平行な腺になる。しかし、実際には使用するレンズの角度や、太陽光の影響を受けにくくするために若干下方向に傾ける。例えば、車線検知を行う場合に必要な画角は、夜間においてもフロントヘッドライトの照射範囲は全て撮影できるだけの角度である必要がある。一般的に、フロントヘッドライトの照射角度は約３０度であるため、レンズの水平方向を３０度とする。ここで、水平方向が３０度のときに垂直方向の画角を考えると、例えば２５万画素のあるＣＣＤの場合、水平と垂直の画角の比率は４：３となる。従って、画角としては水平３０度に対して垂直は２２．５度となる。ここで、前方に車両が走行しているときにその車両を検出するためには、先行車両が大きい車両、例えば２ｍの高さがあるトラック等を想定した場合、前方１５ｍ先にある高さ２ｍのトラックを検出するためには水平よりも約８度上までが撮影されている必要がある。先ほどの計算より、光軸を水平とした場合、撮影角度は水平から上１１．２５度となる。つまり、８度から１１．２５度までの範囲は不必要な範囲となる。必要以上に上方向を撮影すると、太陽光の影響を受け、スミアなど視覚情報を損失する要因が増える。そのため、光軸ＬＡを水平線ＨＬよりもθ１度（３度）下を向けることで画像処理に必要な情報のみを取得することが可能となる。

これに対し、フロントガラスＦＧの角度は一般的なセダン型の車両であれば２５度前後の傾斜角θ２をもっている。車両水平よりも上方向をプラスの角度、下方向をマイナスの角度とすると、撮像素子の垂線は水平から７５度の角度を向くことになる。これに対し、最終的に向けたい光軸３１の角度は−３度であるため、光軸の変換角度は７８度となる。従ってミラー１６の設置角度は３８度の傾きを持たせればよいことになる。なお、ミラー１６の設置角度は、フロントガラスＦＧの傾斜角θ２や所望の撮影方向に依存する。この構成により、取り付けスペースを最小限に押さえることができ、かつ、前方の視覚情報を得ることができる。

次に、図３を用いて、本実施形態による車載用カメラに用いるミラーアタッチメントの構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による車載用カメラに用いるミラーアタッチメントの構成を示す斜視図である。なお、図３において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

ミラーアタッチメントは、ミラー１６と、ミラー１６を設置するアタッチメント１１で構成される。アタッチメント１１を、図１に示したレンズ１４と撮像素子１５の位置関係を保持する筐体１２に装着するための構造として、例えばミラーアタッチメント位置決め用溝４１を設ける。位置決め用溝４１を用いることで、ミラーアタッチメントをワンタッチでかつ高精度に筐体１２に係合・離脱することが可能である。

アタッチメント１１の材質は、形状の自由度が高い樹脂を用いるのが好ましい。または、アタッチメント１１の材質をアルミダイカスト等金属の成型品として、成型後の後加工工程で反射面を生成してもよい。

また、ミラー１６の材質は、例えばミラーアタッチメント１１へのアルミ蒸着やガラスへ蒸着したミラーを貼り付けてもよい。また、ミラーを蒸着させる場合、所望の波長範囲のみを反射させる構造としても良い。ＣＣＤは一般的には４００〜１０００ｎｍの波長帯で感度を持っている。その中で例えば可視光の波長域である７００ｎｍ以下の波長域の光のみを反射するような特性をもたせて、可視光のみの視覚情報を画像処理行うことも可能である。また、赤色の波長である６５０ｎｍの光のみを通すようなバンドパスフィルタの特性をもつように蒸着することで先行車のテールランプを集中的に抽出することも可能である。以上のように、ミラーの波長特性は取得したい視野情報によって変更が可能である。

ここで、図４を用いて、本実施形態による車載用カメラに用いるミラーアタッチメントの他の構成について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による車載用カメラに用いるミラーアタッチメントの他の構成を示す斜視図である。なお、図４において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

アタッチメントの溝は、アタッチメントに縦方向に設けた溝でも良い。この場合、図示するように、筐体１２Ａに溝７１を設け、溝７１に位置決めしながら設置できるようアタッチメント１１Ａにガイド７２を設ける。または、筐体１２Ａにガイドを、ミラーアタッチメント１１Ａに溝を設けても良い。

また、ミラーアタッチメント１１Ａの固定には、ねじを用いて固定してもよい。

次に、図５を用いて、本実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度の変更例について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度の変更例を説明するための斜視図である。なお、図５において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

フロントガラスの傾斜角が異なる場合（異なる車種へ車載用カメラを取り付ける場合）、ミラーの設置角度を変更する必要がある。そこで、ミラーアタッチメント１１Ｂには、あらかじめミラーを設置する複数の角度に応じた複数の溝６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃを設けている。

通常のセダンタイプの車両には、溝６１Ｃを用いて、ミラー１６の傾斜角度が浅くなるように設置する。スポーツカータイプなどのように、フロントガラスの傾斜が寝ている場合は、溝６１Ａ若しくは溝６１Ｂにミラーを設置して、ミラーの設置角度を大きくする。このようにして、例えばＳＵＶ、セダン、スポーツカーなどの大まかな分類でミラーの設置角度を容易に変更することが可能である。

次に、図６及び図７を用いて、本実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度の他の変更例について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度の他の変更例を説明するための斜視図である。図７は、本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度の他の変更例におけるミラー設置台の構成を示す斜視図である。なお、図６において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図６に示すように、アタッチメント１１Ｃは、ノブ１０１を有している。ノブ１０１を回すことで、ミラー１６の角度を任意に変更できる。図７に示すように、ノブ１０１は、ミラー１６が設置された台１０２に結合されている。ノブ１０１を回すことで台１０２が動き、ミラー１６の角度を変更できる。

このような構造にすることで、ミラーを無段階に変更することが可能となり、あらゆる車種に対応が可能となる。

なお、ミラーを設置する台１０２は、ミラーを設置しても良いし、材質をアルミにするなどして台自体にミラーの性能を持たせても良い。

次に、図８及び図９を用いて、本実施形態による車載用カメラにおける撮像素子の位置決め構造について説明する。
図８及び図９は、本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおける撮像素子の位置決め構造を説明するための斜視図である。なお、図８において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

以上のようなミラーアタッチメントを取り付けて前方を撮影する際、要求される視覚情報をできるだけ正確に取得するには、撮像素子１５とレンズ１４、ミラー１１の位置関係が高精度に保たれていることが重要である。

ここで、図８および図９を用いて、撮像素子、レンズを高精度に位置決めする方法について述べる。

図８は、撮像素子１５であるＣＣＤの外観構成を示している。撮像素子１５は、その側面に、設置の基準となる基準面５１，５２が設置されている。

図９は、本実施形態による車載用カメラの分解斜視図であり、図１を下側から見た状態を示している。

筐体１２には、位置決め用の基準面１２１，１２２を設け、図１に示した撮像素子１５とレンズ１４の位置関係を確立する。具体的には、垂直方向の位置精度を確立するために、撮像素子１５の垂直方向基準面５１が接触する基準面１２１を筐体１２に設け、水平方向も同様に撮像素子の水平方向基準面５２が接触する基準面１２２を筐体１２に設ける。

なお、ミラー１６の位置精度もアタッチメント１１の取付精度が大きく影響するため、アタッチメント１１にも精度を出した基準面を設けて位置決め固定する。このようにして、ミラー、レンズ、撮像素子の位置関係を高精度に実現することで、光軸方向のぶれを極力減らすことができる。

なお、車載用カメラは取り付け場所や撮影方向を変えることで、取得したい視野情報を得ることができるが、その他に、レンズの画角を変更することで、例えば広角レンズを用いることでより多くの情報を取得したり、望遠レンズにすることで遠方の対象物を集中的に抽出したりすることが可能となる。このとき、画角の異なるレンズに交換することになるが、本実施形態のアタッチメント構造にすることでレンズ交換も容易に行うことができる。

また、ミラーアタッチメント１１を取り外した状態にすることで、車室内監視用カメラとして使用することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、取り付け箇所や取り付け角度が多岐にわたる車載用カメラにおいても、共通の筐体を用いて所望の視野情報を取得することができる。そして、車載用カメラのフロントガラス貼り付け時に発生する、ドライバーに対しての邪魔感や圧迫感を最小限に留め、様々な車種にも最小限の形状変更で対応が可能となる。

次に、図１０を用いて、本発明の第２の実施形態による車載用カメラの構成について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態による車載用カメラの構成を示す斜視図である。なお、図１０において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態において、筐体１２Ａは、図１に示した筐体１２と、アタッチメント１１とを一体化にした部材としたものである。ミラー１６の取付角度を変える場合には、一体部材である筐体１２Ａ毎に交換するものである。

以上説明したように、本実施形態によれば、取り付け箇所や取り付け角度が多岐にわたる車載用カメラにおいても、共通の筐体を用いて所望の視野情報を取得することができる。そして、車載用カメラのフロントガラス貼り付け時に発生する、ドライバーに対しての邪魔感や圧迫感を最小限に留め、様々な車種にも最小限の形状変更で対応が可能となる。

次に、図１１〜図１３を用いて、本発明の第３の実施形態による車載用カメラの構成について説明する。

フロントガラス付近に設置するカメラの役割として、車室内監視用途の需要も高まってきている。例えばドライバーや助手席に座っている人の体の大きさや座り方などを認識してエアバッグの展開の仕方を変えたりすることが可能になる。また、防犯用として設置し、非常時には車室内の様子を撮影するなどの機能をもたせることも可能である。

最初に、図１１及び図１２を用いて、本実施形態による車載用カメラの構成について説明する。
図１１は、本発明の第３の実施形態による車載用カメラに用いるアタッチメントの構成を示す斜視図である。図１２は、本発明の第３の実施形態による車載用カメラの構成を示す斜視図である。なお、図１１及び図１２において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態のアタッチメント１１Ｄは、ミラー１６の取付面に、穴８１を備えている。アタッチメント１１Ｄの前部には、車室外監視用にミラー１６を取り付け、後部には、車室内監視用の穴８１を備える。

このような構造にすることで、ミラー１６から反射してきた映像から車室外を監視し、また同時に穴８１を通して車室内の様子を監視することができる。同時に車室内外の情報を取得することができるため、これらを画像処理することで、例えばドライバーのよそ見や居眠りを検出すると同時に、先行車との距離を算出し、衝突の危険性を判断してドライバーに危険を知らせることができる。

次に、図１３を用いて、本実施形態による車載用カメラにおける車室内外の視野割合について説明する。
図１３、本発明の第３の実施形態による車載用カメラにおける車室内外の視野割合の説明図である。

図２で説明したように、車室外の情報取得に必要な角度９１は２２．５度となる。これに対して、車室内のドライバーや助手席の乗車員を監視しようとすると、例えばカメラから０．８ｍ離れた先で一般的な成人男性の座高である９０ｃｍ程度のものを監視しようとすると、約４１度の画角が必要となる。これが車室内の情報取得に必要な角度θ４となる。

そこで、用いるレンズの垂直画角が６３．５度の場合、この画角範囲の内、２２．５度の視野情報を撮像素子の一部領域に撮像し、残った領域に４１度の視野情報を撮像するようにミラー１６と穴８１の比率を決定する。すなわち、３５．４％：６４．６％の比率となるように、ミラー１６と穴８１の比率に設定する。たとえば、レンズからミラーまでの距離が５ｍｍだとすると、ミラーと穴の合計領域は約１６ｍｍになる。このうち、３５．４％に相当する５．７ｍｍをミラー領域とし、残りの６４．６％である１０．３ｍｍを穴の大きさとする。

このように、車室内、車室外それぞれにおいて情報取得に必要な画角を決定し、それの合計の画角をレンズの画角として、ミラー１６および穴８１を用いることで車室外、車室内の情報を取得することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、取り付け箇所や取り付け角度が多岐にわたる車載用カメラにおいても、共通の筐体を用いて所望の視野情報を取得することができる。そして、車載用カメラのフロントガラス貼り付け時に発生する、ドライバーに対しての邪魔感や圧迫感を最小限に留め、様々な車種にも最小限の形状変更で対応が可能となる。

また、１台のカメラで、車室内と車室外の両方の情報を得ることができる。

なお、図１〜図１３にて説明したアタッチメントの構造は、カメラを複数台設置する場合やステレオカメラにも適用可能である。その場合は、複数のカメラ全てに同じアタッチメントを使用しても良いし、カメラによってアタッチメントの構造やミラーの設置角度を変えてもよい。複数の種類のアタッチメントを用いることで、様々な情報を取得することができる。

本発明の第１の実施形態による車載用カメラの全体構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度を説明するための側面断面図である。 本発明の第１の実施形態による車載用カメラに用いるミラーアタッチメントの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による車載用カメラに用いるミラーアタッチメントの他の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度の変更例を説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度の他の変更例を説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおけるミラーの設置角度の他の変更例におけるミラー設置台の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおける撮像素子の位置決め構造を説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施形態による車載用カメラにおける撮像素子の位置決め構造を説明するための斜視図である。 本発明の第２の実施形態による車載用カメラの構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態による車載用カメラに用いるアタッチメントの構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態による車載用カメラの構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態による車載用カメラにおける車室内外の視野割合の説明図である。

符号の説明

１０…電源回路
１１…ミラーアタッチメント
１２…レンズと撮像素子の位置関係を保持する筐体
１３…カメラカバー
１４…レンズ
１５…撮像素子
１６…ミラー
１７…コネクタ
１８…処理回路
１９…基板
ＬＡ…光軸
ＦＧ…フロントガラス
４１…ミラーアタッチメント位置決め用溝
６１…ミラー角度調整用溝
７１…ミラーアタッチメント位置決め用溝
７２…ミラーアタッチメント固定用フック
８１…車室内撮影用穴
１０１…ミラー角度調整用ノブ
１０２…ミラー台座

Claims (7)

1. 基板と、基板上に設けられ、基板面と垂直方向に光軸を有する撮像素子と、前記光軸上に配置されたレンズとを有する車載用カメラであって、
   前記撮像素子の光軸上に設けられ、前記光軸方向を車両の前方向に変換するミラーを備えることを特徴とする車載用カメラ。
2. 請求項１記載の車載用カメラにおいて、
   前記基板は、車両のフロントガラスに平行に設置され、
   前記ミラーは、前記車両の前方向の視野情報を、前記撮像素子に導くことを特徴とする車載用カメラ。
3. 請求項１記載の車載用カメラにおいて、
   前記ミラーを保持するアタッチメントを備え、
   前記アタッチメントは、前記撮像素子を保持する筐体に対して、係合・離脱可能であることを特徴とする車載用カメラ。
4. 請求項３記載の車載用カメラにおいて、
   前記アタッチメントは、ミラーを複数の角度に設置可能な構造を有することを特徴とする車載用カメラ。
5. 請求項１記載の車載用カメラにおいて、
   前記ミラーは撮像素子を保持する筐体に対する角度が調整可能であることを特徴とする車載用カメラ。
6. 請求項１記載の車載用カメラにおいて、
   前記ミラーは、前記レンズの画角の一部に配置されることを特徴とする車載用カメラ。
7. 請求項６記載の車載用カメラにおいて、
   前記ミラーを保持するアタッチメントを備え、
   前記アタッチメントは、ミラー保持部に近接し、かつ、前記レンズの画角の他の一部に設けられた穴を有し、
   前記ミラーにより、車室外の視覚情報を得るとともに、前記穴により、車室内の視覚情報を得ることを特徴とする車載用カメラ。

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