JP2010210607A - 液滴認識装置と雨滴認識装置と自動ワイパー装置及び液滴認識方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成で外乱光の影響を受けずに透明部材の表面に付着した液滴を安定して検出することができるとともに装置の小型化を図り、自動車等の車両に容易に装着して走行中においても車両のフロントガラスに付着した雨滴等の液滴を検出する。
【解決手段】撮像装置１の固体撮像素子６２ａ，６２ｂで透明部材であるスクリーン１００の裏面側からスクリーン１００表面の垂直偏光画像と水平偏光画像を撮像する。信号処理部８は撮像装置１で撮影した垂直偏光画像と水平偏光画像の偏光比画像からスクリーン１００の表面に液滴が付着しているか否を判別する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、透明部材の表面に付着した液滴を検出する液滴認識装置と、透明部材、例えば車両のフロントガラス等に付着した雨滴等の液滴を検出する雨滴認識装置と、雨滴認識装置を有する自動ワイパー装置及び液滴認識方法に関するものである。

例えば車両でワイパーの駆動制御のために降雨の状態を検出する装置が特許文献１や特許文献２等に開示されている。特許文献１に示された雨滴検出装置は、車両の車室内に設けられ、焦点距離を無限遠に設定された撮像装置でフロントガラス越しに車室外野画像を撮像し、撮像した画像情報の各画素の輝度レベルの平均値からのばらつき度合いにより降雨の有無を判断している。

また、特許文献２に示された雨滴検出装置は、車両の車室内に設けられ、焦点距離を無限遠に設定された撮像装置のフロントガラスの撮像領域に光を照射する光源を設け、光源をオン状態にしたときに撮像装置で撮像した画像の輝度値と光源をオフ状態にしたときに撮像装置で撮像した画像の輝度値を比較してフロントガラスに雨滴が付着したか否を検出している。

特許文献１や特許文献２に示すように、撮影した画像の輝度情報のみで雨滴を検出する場合、車両の走行中に車外や車内からの外乱光の影響を受け易く、雨滴検出に対する信頼性がかけるという短所がある。

この発明は、このような短所を改善し、単純な構成で外乱光の影響を受けずに透明部材の表面に付着した液滴を安定して検出することができるとともに装置の小型化を図り、自動車等の車両に容易に装着して走行中においても車両のフロントガラスに付着した雨滴等の液滴を検出することができる液滴認識装置と雨滴認識装置と自動ワイパー装置及び液滴認識方法を提供することを目的とするものである。

この発明の液滴認識装置は、撮像装置と信号処理装置とを有し、透明部材の表面に付着した液滴を検知する液滴認識装置であって、前記撮像装置は、前記透明部材の裏面側から前記透明部材表面の垂直偏光画像と水平偏光画像を撮像し、前記信号処理装置は、前記撮像装置で撮影した垂直偏光画像と水平偏光画像の偏光比画像から前記透明部材の表面に液滴が付着しているか否を判別することを特徴とする。

前記撮像装置は、複数の撮像レンズを同一基板上に有するレンズアレイと、該レンズアレイの各撮像レンズを透過した光束に応じて領域分離され、透過軸が直交する２つの偏光子領域を有するフィルタと、該フィルタの各領域を通過した光を受光して被写体像を撮影する複数の撮像領域を有する撮像ユニットとを有し、前記撮像装置のいずれかの撮像領域で垂直偏光画像を撮影し、他の撮像領域で水平偏光画像を撮影することを特徴とする。

また、前記信号処理装置は、前記複数の撮像領域で撮像された垂直偏光画像と水平偏光画像の視差による位置ずれを補正する画像位置補正部を有することを特徴とする。

さらに、前記撮像装置は、１つの撮像レンズと、該撮像レンズを透過した光束を２光束に分離するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで分離した光束に応じて領域分離され、透過軸が直交する２つの偏光子領域を有するフィルタと、該フィルタの各領域を通過した光を受光して被写体像を撮影する複数の撮像領域を有する撮像ユニットとを有し、前記フィルタの２つの偏光子領域のいずれか一方の偏光子領域を透過した光束で垂直偏光画像を取得し、他の偏光子領域を透過した光束で水平偏光画像を取得することを特徴とする。

前記フィルタの各偏光子領域は、透明基板上に屈折率が異なる複数の透明材料を積層した多層構造体からなり、各層毎に一方向に繰り返される１次元周期的な凹凸形状を有することを特徴とする。

この発明の雨滴認識装置は、前記液滴認識装置を使用した雨滴認識装置であって、前記撮像装置は、車両の車内に設けられ、車両のガラス表面に付着した雨滴を検知することを特徴とする。

前記雨滴認識装置は、撮像装置で撮像する車両のガラスの前記撮像装置で撮像する領域に、人の目では不可視な波長範囲の照明光を照射する光源を有することを特徴とする。

この発明の自動ワイパー装置は、前記雨滴認識装置と、該雨滴認識装置による車両のガラス表面に付着した雨滴検知に応じて前記車両に搭載されたワイパーの動作を制御するワイパー制御装置とを有することを特徴とする。

この発明の液滴認識方法は、透明部材の表面に付着した液滴を検出する液滴認識方法であって、前記透明部材の裏面側から前記透明部材表面の垂直偏光画像と水平偏光画像を撮像し、撮影した垂直偏光画像と水平偏光画像の偏光比画像から前記透明部材の表面に液滴が付着しているか否を判別することを特徴とする。

この発明は、透明部材の裏面側から透明部材表面の垂直偏光画像と水平偏光画像を撮像し、撮影した垂直偏光画像と水平偏光画像の偏光比画像から透明部材の表面に液滴が付着しているか否を判別することにより、空気との界面が凸球面になる液滴の画像境界近傍で偏光比が大きくなる液滴の特徴を利用して透明部材に付着したことを検出から、空気との界面が凸球面にならない塵埃等が透明部材の表面に付着しても誤検出することはなく、透明部材に付着した液滴を安定して検出することができる。

また、１つの撮像装置で複数の画像を取得することにより、装置の薄型化を図り、車両に容易に装着できる。

さらに、複数の撮像領域で撮像された垂直偏光画像と水平偏光画像の視差による位置ずれを補正することにより、良質な画像を得ることができ、透明部材に液滴が付着しているか否かを安定して認識することができる。

また、１つの撮像レンズを透過した光束を２光束に分離して垂直偏光画像と水平偏光画像を取得することにより、撮像装置による検出領域が小さくてすみ、視差ずれ補正が必要なくなり、信号処理を簡略化することができる。

また、車両のガラスに雨滴が付着したか否を、空気との界面が凸球面となる雨滴の特有の現象を利用して判別することにより、塵埃等が車両のガラスに付着しても雨滴と認識することはなく、車両のガラスに付着した雨滴のみを確実に認識することができる。

この発明の液滴認識装置の光学系の構成図である。 この発明の液滴認識装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 撮像装置の構成を示す分解斜視図である。 偏光フィルタの偏光子領域の構成を示す斜視図である。 偏光フィルタの構成を示す斜視図である。 スクリーンに付着した液滴を示す模式図である。 液滴界面における光の入射角に対する水平偏光成分と垂直偏光成分の反射率の変化特性図である。 水平偏光成分と垂直偏光成分を有する液滴画像を示す模式図である。 第２の撮像装置の構成を示す分解斜視図である。 第２の信号処理部の構成を示すブロック図である。 第３の撮像装置の構成を示す分解斜視図である。 車両に搭載した雨滴認識装置の配置図である。 雨滴認識装置を有する自動ワイパー装置の構成図である。 自動ワイパー装置の構成を示すブロック図である。

図１、図２は、この発明の液滴認識装置の構成を示し、図１は光学系の構成図、図２は信号処理部の構成図である。液滴認識装置の光学系は、図１に示すように、垂直偏光画像を撮像する固体撮像素子６２ａと水平偏光画像を撮像する固体撮像素子６２ｂとが設けられた固体撮像ユニット６を有する撮像装置１と光源１０を有し、透明なスクリーン１００の表面に付着し、表面が凸球面をしている液滴２００の垂直偏光画像と垂直偏光画像を撮像する。ここで垂直と水平に関しては後述するが、撮像画像の縦方向を垂直とし、横方向を水平とする。この撮像装置１の一つの構成例として、図３の分解斜視図に示すように、レンズアレイ２と遮光スペーサ３と偏光フィルタ４とスペーサ５及び固体撮像ユニット６が積層されている。

レンズアレイ２は、２つの撮像レンズ２１ａ，２１ｂを有する。この２つの撮像レンズ２１ａ，２１ｂは互いに独立した同一形状の例えば非球面レンズ等からなる単レンズで形成され、光軸７ａ，７ｂを平行にして同一平面上に配置している。ここで撮像レンズ２１ａ，２１ｂの光軸７ａ，７ｂと平行な方向をＺ軸、Ｚ軸に垂直な一方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸とすると、撮像レンズ２１ａ，２１ｂは、同一のＸＹ平面上に配置されている。

遮光スペーサ３は、２つの開口部３１ａ，３１ｂを有し、レンズアレイ２に対して被写体側とは反対側に設けられている。２つの開口部３１ａ，３１ｂは光軸７ａ，７ｂをそれぞれ中心として所定の大きさで貫通され、内壁面には黒塗りや粗面やつや消しなどにより光の反射防止処理がされている。

偏光フィルタ４は、偏光面が９０度異なる２つの偏光子領域４１ａ，４１ｂを有し、遮光スペーサ３に対してレンズアレイ２とは反対側に設けられている。２つの偏光子領域４１ａ，４１ｂはそれぞれ光軸７ａ，７ｂを中心としてＸＹ平面と平行に設けられている。この偏光子領域４１ａ，４１ｂは、不特定の方向に電磁界が振動する無偏光を、偏光面に沿った方向の振動成分だけを透過させて直線偏光にする。

スペーサ５は、偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａ，４１ｂに対応する領域が貫通した開口部５１を有する矩形枠状に形成され、偏光フィルタ４に対して遮光スペース３とは反対側に設けられている。

固体撮像ユニット６は、信号処理部８を有する基板６１上に搭載された２つの固体撮像素子６２ａ，６２ｂを有し、スペーサ５に対して偏光フィルタ４とは反対側に設けられている。２つの固体撮像素子６２ａ，６２ｂの実際に被写体像が結像する撮像領域はそれぞれ光軸７ａ，７ｂを中心としてＸＹ平面と平行な同一平面上に設けられている。この固体撮像素子６２ａ，６２ｂは白黒のセンシングを行う場合は内部にカラーフィルタを有しなく、カラー画像のセンシングを行う場合は、カラーフィルタを前段に配置してやれば良い。

このように撮像装置１はスクリーン１００に付着して液滴２００から垂直偏光画像と水平偏光画像を撮影する２系統の光学系を有し、固体撮像素子６２ａ，６２ｂの撮像領域にゴミなどの異物が入らないようにレンズアレイ２から固体撮像ユニット６までの間が密閉されている。

この撮像装置１の偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａ，４１ｂは、例えばフォトニック結晶からなる偏光子からなり、図４に示すように、周期的な溝列を形成した透明基板４１１上に、透明で高屈折率の媒質層４１２と低屈折率の媒質層４１３とを界面の形状を保存しながら交互に積層して形成されている。この高屈折率の媒質層４１２と低屈折率の媒質層４１３の各層は、透明基板４１１の溝列と直交するＸ方向に周期性を持つが、溝列と平行なＹ方向には一様であっても良いし、Ｘ方向より大きい長さの周期的または非周期的な構造を有していても良い。このような微細な周期構造（フォトニック結晶）は自己クローニング技術と呼ばれる方式を用いることにより、再現性良く且つ高い均一性で作製することができる。

このフォトニック結晶からなる偏光子領域４１ａ，４１ｂは、図５（ａ）の斜視図に示すように、光軸７ａ，７ｂと平行なＺ軸と、Ｚ軸と直交するＸＹ軸を有する直交座標系において、ＸＹ面に平行な１つの基板４１１の上に２種以上の透明材料をＺ軸方向に交互に積層した多層構造体、例えばＴａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２の交互多層膜からなり、偏光子領域４１ａ，４１ｂは各膜が凹凸形状を有しており、この凹凸形状はＸＹ面内の一つの方向に周期的に繰り返されて形成されている。そして偏光子領域４１ａは、図５（ｂ）に示すように、溝の方向がＹ軸方向に対して平行であり、偏光子領域４１ｂは溝の方向がＸ軸方向に対して平行であり、偏光子領域４１ａと偏光子領域４１ｂで溝の方向が９０度異なって形成されている。すなわちＸＹ面に入射される入力光から、偏光子領域４１ａと偏光子領域４１ｂによって偏光方向が異なる偏光成分を透過させるとともに、偏光子領域４１ａと偏光子領域４１ｂでそれぞれ等量の無偏光成分を透過させるようになっている。なお、偏光フィルタ４に２種類の凹凸形状の溝を設けたが、凹凸形状の溝方向は複数種類でも良い。このように偏光子領域４１ａ，４１ｂをフォトニック結晶で形成することにより、紫外線劣化などに優れて長期間安定して使用することができる。

偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａ，４１ｂはいずれか一方、例えば偏光子領域４１ｂの溝方向がスクリーン１００と平行に配置されるように撮像装置１を配置して、偏光子領域４１ａ，４１ｂでスクリーン１００に付着した液滴３００からの反射光の垂直偏光画像と水平偏光画像を取得する。

撮像装置１の固体撮像ユニット６の基板６１に設けられた信号処理部８は、図２に示すように、信号前処理部８１ａ，８１ｂと画像メモリ８２ａ，８２ｂと画像位置補正部８３と演算処理部８４と液滴判別部８５及び出力部８６を有する。信号前処理部８１ａ，８１ｂは固体撮像ユニット６の固体撮像素子６２ａ，６２ｂから出力された画像信号の感度むら等を補正するシェーディング補正等を行って垂直偏光画像と水平偏光画像を画像メモリ８２ａ，８２ｂに格納する。画像位置補正部８３は画像メモリ８２ａ，８２ｂに格納された垂直偏光画像と水平偏光画像の視差による位置ずれを補正する。演算処理部８４は画像位置補正部８３で位置ずれが補正された垂直偏光画像と水平偏光画像の偏光比を演算する。液滴判別部８５は演算処理部８４で演算した偏光比によりスクリーン１００に液滴２００が付着しているか否を判定する。出力部８６は液滴判別部８５で判定した結果を不図示の表示装置又はワイパー制御装置等に出力する。

この液滴認識装置でスクリーン１００に付着した液滴２００を検出するときの動作を説明するにあたり、まず、本発明の特徴である偏光特性を用いた液滴検知の動作原理を説明する。図６に示すように、液滴２００が表面に付着したスクリーン１００に対してスクリーン１００側から平行光束を照射した場合、スクリーン１００を透過して液滴２００の空気との界面に入射する光の入射角は液滴２００の凸球面の位置により異なり、その反射量も異なる。例えば屈折率が１．３３の水滴が表面に付着したスクリーン１００に対してスクリーン１００側から光を照射し液滴２００の屈折率が１の空気との界面に入射して反射する光の反射率は、図７（ａ）示すように、入射角により大きく異なり、また、水平偏光成分Ｒｐと垂直偏光成分Ｒｓの反射率も入射角により異なる。このように液滴２００の凸球面からなる空気との界面における反射特性が水平偏光成分Ｒｐと垂直偏光成分Ｒｓで異なることから、例えば、液滴２００の縦（垂直）方向の周辺部への入射角が４０度近傍であるとき、水平偏光成分Ｒｐが垂直偏光成分Ｒｓより多くなり、その比である偏光比Ｒｐ／Ｒｓは，図７（ｂ）に示すようにピークをもった特性を示す。また、液滴２００の横（水平）方向については、反射率特性の偏光成分の方向は反転し、垂直偏光成分Ｒｓが水平偏光成分Ｒｐより多くなり、その比である偏光比Ｒｓ／Ｒｐが，図７（ｂ）と同様のピークをもった特性を示す（図７（ｂ）の縦軸をＲｓ／Ｒｐとする）。ここで垂直と水平は撮像画像（撮像素子）を基準として、撮像画像（撮像素子）の縦方向を垂直、横方向を水平としている。このような原理からスクリーン１００に付着した液滴２００の空気との界面からの反射光の水平偏光成分Ｒｐと垂直偏光成分Ｒｓの画像を取得し、水平偏光成分Ｒｐと垂直偏光成分Ｒｓの偏光比Ｒｐ／Ｒｓを算出することで、液滴２００の画像境界近傍で偏光比Ｒｐ／Ｒｓが大きくなり液滴２００の特徴を抽出できるとともに、この偏光比画像２００ａは、図８の模式図に示すように、横方向の水平偏光成分の境界近傍領域２００ｐと縦方向の垂直偏光成分の境界近傍領域２００ｓで輝度が反転する。この現象は空気との界面が凸球面にならない塵埃等がスクリーン１００に付着しても生じなく、液滴２００がスクリーン１００に付着した場合に特有の現象である。そこで、この現象を確認することによりスクリーン１００に液滴２００が付着したか否を判定することができる。

次に、液滴認識装置でスクリーン１００に付着した液滴２００を検出するときの動作を説明する。撮像装置１の偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａ，４１ｂの内いずれか一方、例えば偏光子領域４１ｂの溝方向がスクリーン１００と平行になるように撮像装置１を配置し、スクリーン１００の撮像装置１による撮像領域に光源１０から光を照射してスクリーン１００の撮影を行う。この撮影によりレンズアレイ２の撮像レンズ２１ａに入射した光束は遮光スペーサ３を介して偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａに入射し、偏光子領域４１ａで垂直偏光成分Ｒｓの光のみを固体撮像ユニット６の固体撮像素子６２ａに入射する。また、レンズアレイ２の撮像レンズ２１ｂに入射した光束は遮光スペーサ３を介して偏光フィルタ４の偏光子領域４１ｂに入射し、偏光子領域４１ｂで水平偏光成分Ｒｐの光のみを固体撮像ユニット６の固体撮像素子６２ｂに入射する。固体撮像素子６２ａ，６２ｂで撮影されて出力される画像信号は信号処理部８の信号前処理部８１ａ，８１ｂで処理されて垂直偏光画像と水平偏光画像がそれぞれ画像メモリ８２ａ，８２ｂに格納される。画像メモリ８２ａ，８２ｂに格納された垂直偏光画像と水平偏光画像は画像位置補正部８３により視差による位置ずれが補正されて演算処理部８４に出力される。演算処理部８４は、まず、入力した画像の垂直偏光成分Ｒｓと水平偏光成分Ｒｐの偏光比Ｒｐ／Ｒｓを演算し、次に、液滴２００の画像境界近傍領域における偏光比Ｒｐ／Ｒｓを演算して液滴判別部８５に出力する。液滴判別部８５は入力した偏光比Ｒｐ／Ｒｓとあらかじめ設定された基準値とを比較して入力した偏光比Ｒｐ／Ｒｓが基準値を超えているか否によりスクリーン１００に液滴２００が付着しているか否を判別し、液滴２００が付着していると判定したときは画像位置補正部８３から出力される画像における液滴２００の分布量を出力部８６に出力する。出力部８６は入力した判別結果によりスクリーン１００に液滴２００が付着している場合は、スクリーン１００に液滴２００が付着していることと分布量を不図示の表示装置に出力して表示する。

このようにしてスクリーン１００に液滴２００が付着しているか否と、付着している場合の分布量を単純な構成で安定して検出することができる。撮像装置１のレンズアレイ２の２つのレンズ２１ａ，２１ｂから入射した垂直偏光画像と水平偏光画像の視差による位置ずれを信号処理部８の画像位置補正部８３で補正することにより良質な画像を得ることができる。また、演算処理部８４で液滴２００の画像境界領域の偏光比Ｒｐ／Ｒｓを演算し、液滴判別部８５で基準値と比較することでスクリーン１００に液滴２００が付着しているか否かを安定して認識することができる。

前記説明では、撮像装置１のレンズアレイ２に２つの撮像レンズ２１ａ，２１ｂを設けた場合について説明したが、図９に示すように、レンズアレイ２に１つの撮像レンズ２１を設け、撮像レンズ２１の後段にハーフミラーやプリズム９１とミラー９２を有するビームスプリッタ９を設けて撮像レンズ２１に入射した光を２系統に分離するようにしても良い。このようにレンズアレイ２に設けた１つの撮像レンズ２１を使用してスクリーン１００に付着した液滴２００を撮像することにより、撮像装置１による検出領域が小さくてすみ、視差ずれ補正が必要なくなり、図１０のブロック図に示すように、信号処理部８に画像位置補正部８３を設ける必要がなく、信号処理部８の構成を簡略化することができる。

また、図１１に示すように、撮像装置１のレンズアレイ２に１つの大口径の撮像レンズ２１を設け、偏光フィルタ４に垂直偏光成分の光のみ通す偏光子領域４１ａと水平偏光成分の光のみ通す偏光子領域４１ｂとをそれぞれ複数設け、固体撮像ユニット６に偏光フィルタ４に設けた複数の偏光子領域４１ａ，４１ｂに対応する固定撮像素子６２ａ〜６２ｄを設けても良い。この場合は、１つの撮像レンズ２１からの同軸の光束で垂直偏光画像と水平偏光画像を得ることができるから、撮像装置１にビームスプリッタ９を設ける必要がなく、撮像装置１を小型化することができる。

前記説明では透明なスクリーン１００に付着した液滴２００を認識する場合について説明したが、透明部材は、例えば車両に関してフロントガラス、リアガラス、サイドウインドウガラス等が適応可能であるが、液滴付着の影響が顕著であるフロントガラスが最適である。

また、透明部材であるスクリーン１００の表面に付着した液滴２００を、液滴２００が付着した透明部材の表面側から垂直偏光画像と水平偏光画像を撮像して偏光比画像から液滴が付着しているか否を検知することも可能であるが、撮像装置１をダストや液滴２００から保護し、かつ、車両適応の場合には外観を損ねることなく配置し易いため、透明部材の裏面側から撮像検知する構成が最適である。

次に、前記液滴認識装置を使用して車両のフロントガラスに付着した雨滴を検出する雨滴認識装置３００について車両の運転席部分を示す図１２を参照して説明する。図１２において、１００ａは車両のフロントガラス、１０１はダッシュボード、１０２は車両の天井、１０３はルームミラーである。このルームミラー１０３の裏面に撮像装置１と光源１０が装着されている。光源１０は撮像装置１が撮像するフロントガラス１００ａの領域に照明光を照射する。この光源１０は人の目には不感帯でかつ影響を及ぼさない近赤外線の照明光を照射する。撮像装置１は偏光フィルタ４の偏光子領域４１ａ，４１ｂの内いずれか一方、例えば偏光子領域４１ｂの溝方向がフロントガラス１００ａと平行になるように配置され、フロントガラス１００ａの所定の撮像領域を撮像して垂直偏光画像と水平偏光画像を取り込み信号処理部８に出力する。信号処理部８は入力した垂直偏光画像と水平偏光画像を処理してフロントガラス１００ａに雨滴２００が付着しているか否を判別し、雨滴２００が付着していると判定したときは雨滴２００の分布量を算出し、フロントガラス１００ａに雨滴２００が付着していることと雨滴２００の分布量を不図示の表示装置に出力して表示する。

この雨滴認識装置３００を使用して車両のフロントガラス１００ａに付着した雨滴２００を検出し、雨滴２００を払い拭き取るワイパー１０４を制御する自動ワイパー装置３０１について図１３の構成図と図１４のブロック図を参照して説明する。自動ワイパー装置３０１の基本的な構成は図１２と同様であり、図１３に示すように、雨滴認識装置３００とフロントガラス１００ａに付着した雨滴２００を払い拭き取るためのワイパー１０４を制御するワイパー制御装置３０２を備えている。ワイパー制御装置３０２は、図１４に示すように、ワイパー１０４への駆動信号を出力するマイクロコンピュータなどのワイパー制御部３０３とワイパー１０４を駆動するモータなどのワイパー駆動部３０４からなる。

この自動ワイパー装置３０１において、雨滴認識装置３００は認識している雨滴２００の分布量がある基準値を超えたとき、ワイパー制御装置３０２へ雨滴検出信号を出力する。ワイパー制御装置３０２のワイパー制御部３０３は雨滴検出信号に応じてワイパー駆動部３０４へワイパー駆動信号を出力してワイパー１０４を駆動させる。このワイパー１０４を駆動する雨滴分布量の基準値は雨の種類・強さ・量などによりそれぞれ設定されており、雨滴検出信号は雨滴分布量の設定基準値に応じて決まっている。すなわち自動ワイパー装置３０１は雨の種類・強さ等によってオン／オフ動作、間欠動作と連続動作との切り換え、間欠動作における時間間隔または連続動作における動作スピード等のコントロールが実現される。

このようにフロントガラス１００ａに雨滴２００が付着したか否を、空気との界面が凸球面となる雨滴２００の特有の現象を利用して撮像装置１で撮像した画像の垂直偏光成分Ｒｓと水平偏光成分Ｒｐの画像境界近傍領域における偏光比Ｒｐ／Ｒｓにより判別するから、塵埃等がフロントガラス１００ａに付着しても、それを雨滴２００と認識することはなく、フロントガラス１００ａに付着した雨滴２００のみを確実に認識することができる。また、撮像装置１で撮像した画像の垂直偏光成分と水平偏光成分の画像境界近傍領域における偏光比Ｒｐ／Ｒｓにより雨滴２００の付着の有無を判別するから外界の輝度変化の影響を受けないですむ。

１００；スクリーン、２００；液滴、１；撮像装置、２；レンズアレイ、
３；遮光スペーサ、４；偏光フィルタ、５；スペーサ、６；固体撮像ユニット、
８；信号処理部、２１；撮像レンズ、４１；偏光子領域、６２；固体撮像素子、
８１；信号前処理部、８２；画像メモリ、８３；画像位置補正部、
８４；演算処理部、８５；液滴判別部、８６；出力部、１００ａ；フロントガラス、
１０４；ワイパー、３００；雨滴認識装置、３０１；自動ワイパー装置、
３０２；ワイパー。

特開２００６−２９２５４３号公報 特表２００５−５３１７５２号公報

Claims (9)

1. 撮像装置と信号処理装置とを有し、透明部材の表面に付着した液滴を検知する液滴認識装置であって、
   前記撮像装置は、前記透明部材の裏面側から前記透明部材表面の垂直偏光画像と水平偏光画像を撮像し、
   前記信号処理装置は、前記撮像装置で撮影した垂直偏光画像と水平偏光画像で形成される偏光比画像から前記透明部材の表面に液滴が付着しているか否を判別することを特徴とする液滴認識装置。
2. 前記撮像装置は、複数の撮像レンズを同一基板上に有するレンズアレイと、該レンズアレイの各撮像レンズを透過した光束に応じて領域分離され、透過軸が直交する２つの偏光子領域を有するフィルタと、該フィルタの各領域を通過した光を受光して被写体像を撮影する複数の撮像領域を有する撮像ユニットとを有し、前記撮像装置のいずれかの撮像領域で垂直偏光画像を撮影し、他の撮像領域で水平偏光画像を撮影することを特徴とする請求項１記載の液滴認識装置。
3. 前記信号処理装置は、前記複数の撮像領域で撮像された垂直偏光画像と水平偏光画像の視差による位置ずれを補正する画像位置補正部を有することを特徴とする請求項２記載の液滴認識装置。
4. 前記撮像装置は、１つの撮像レンズと、該撮像レンズを透過した光束を２光束に分離するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで分離した光束に応じて領域分離され、透過軸が直交する２つの偏光子領域を有するフィルタと、該フィルタの各領域を通過した光を受光して被写体像を撮影する複数の撮像領域を有する撮像ユニットとを有し、前記フィルタの２つの偏光子領域のいずれか一方の偏光子領域を透過した光束で垂直偏光画像を取得し、他の偏光子領域を透過した光束で水平偏光画像を取得することを特徴とする請求項１記載の液滴認識装置。
5. 前記フィルタの各偏光子領域は、透明基板上に屈折率が異なる複数の透明材料を積層した多層構造体からなり、各層毎に一方向に繰り返される１次元周期的な凹凸形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴認識装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴認識装置を使用した雨滴認識装置であって、
   前記撮像装置は、車両の車内に設けられ、車両のガラス表面に付着した雨滴を検知することを特徴とする雨滴認識装置。
7. 前記撮像装置で撮像する車両のガラスの前記撮像装置で撮像する領域に、人の目では不可視な波長範囲の照明光を照射する光源を有することを特徴とする請求項６記載の雨滴認識装置。
8. 請求項６又は７に記載の雨滴認識装置と、該雨滴認識装置による車両のガラス表面に付着した雨滴検知に応じて前記車両に搭載されたワイパーの動作を制御するワイパー制御装置とを有することを特徴とする自動ワイパー装置。
9. 透明部材の表面に付着した液滴を検出する液滴認識方法であって、
   前記透明部材の裏面側から前記透明部材表面の垂直偏光画像と水平偏光画像を撮像し、撮影した垂直偏光画像と水平偏光画像の偏光比画像から前記透明部材の表面に液滴が付着しているか否を判別することを特徴とする液滴認識方法。

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