JP2010268098A - 車両用撮像装置および車両周辺監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子から偽信号が出力されてしまうことを抑制し、自車両周辺の外界を適切に監視する。
【解決手段】車両用撮像装置は、レンズにより集光された光を受光する受光面５２ａを有する固体撮像素子５２と、固体撮像素子５２とレンズとの間に配置される光透過窓５３とを備え、光透過窓５３の固体撮像素子５２に対向する対向面５３ａの少なくとも一部は、固体撮像素子５２の受光面５２ａに対して傾斜している直線の軌跡からなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用撮像装置および車両周辺監視装置に関する。

従来、例えば自車両の周辺に近赤外光を投光し、この近赤外光が車両外部の物体によって反射されることによる反射光を、自車両に搭載した近赤外光カメラにより受光して、車両外部の物体を撮像する車両周辺監視装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、例えば固体撮像素子の受光部が収容されたパッケージを封止するガラス部材をレンズ状の形状として集光性を増大させる半導体装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２５２３２７号公報 特開昭６０−７７６７号公報

ところで、上記従来技術に係る車両周辺監視装置において、固体撮像素子からなるカメラを用いて車両外部の物体を撮像する際に、固体撮像素子に強い光が入射した場合には、光源から放射された光が直接入射する画素以外の画素からも電気信号が出力されることで、光源の周りの本来暗い場所が明るく表示されるブルーミングやハレーションが発生するという問題が生じる。
例えば夜間走行中の視認性を補助するために自車両に搭載されたカメラによって進行方向前方の外界を撮像している際に、対向車両の前照灯から配光される強力な光などがカメラに入射した場合には、固体撮像素子が出力する偽信号によって対向車両の前照灯の光源が存在する箇所の周囲も明るく表示されるために、この箇所の周囲に存在する物体が適度な諧調を有して出力されずに、検知困難になってしまうという問題が生じる。
そして、このように固体撮像素子に強い光が入射した場合に偽信号が出力されてしまうという問題が生じることに対して、例えば素子内部に光吸収層を形成して迷光を吸収する方法などが知られている。しかしながら、このように、単に、既に発生した迷光を低減するような方法では、偽信号が出力されてしまうことの主要な原因を解消することはできない。このため、固体撮像素子に強い光が入射した場合に偽信号が出力されてしまうことの主要な原因を特定して解消するための適切な対応を行なうことが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、撮像素子から偽信号が出力されてしまうことを抑制することが可能な車両用撮像装置および該車両用撮像装置を用いて自車両周辺の外界を適切に監視することが可能な車両周辺監視装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る車両用撮像装置は、レンズ（例えば、実施の形態でのレンズ２１）と、該レンズにより集光された光を受光する受光面（例えば、実施の形態での受光面５２ａ）を有する撮像素子（例えば、実施の形態での固体撮像素子５２）と、該撮像素子と前記レンズとの間に配置される光透過部材（例えば、実施の形態での光透過窓５３）とを備え、車両に搭載される車両用撮像装置であって、前記光透過部材の前記撮像素子に対向する対向面（例えば、実施の形態での対向面５３ａ）の少なくとも一部は、前記撮像素子の受光面に対して傾斜している直線の軌跡からなる。

例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示す従来技術の一例に係る撮像装置９０において、固体撮像素子９１の表面は、集光用のマイクロレンズ９２によって数μｍピッチの凹凸が形成されている。また、マイクロレンズ９２の下方には複数層の配線層９３と遮光層９４とが設けられている。このため、固体撮像素子９１の表面で反射された光には、拡散反射された拡散反射成分が含まれ、この拡散反射成分が半導体パッケージ９５に設けられた光透過窓９６などで多重反射されることによって、入射光が直接入射する画素の周辺画素に反射光が入射し、偽信号が出力されてしまうことになる。
したがって、固体撮像素子から偽信号が出力されてしまうことを抑制するためには、レンズ９７により集光されて固体撮像素子９１に入射する光が多重反射された後に固体撮像素子９１に入射することを抑制すればよい。

本発明の第１態様に係る車両用撮像装置では、レンズにより集光されて撮像素子に入射した光のうち撮像素子の受光面で反射された反射光が、再び、撮像素子の受光面に向うようにして光透過部材で反射された反射光、つまり２回反射の反射光の光量は、撮像素子の受光面に入射する他の多重反射光の光量よりも大きい。これにより、光透過部材で反射された反射光が撮像素子の受光面に入射しないようにして、光透過部材の対向面の少なくとも一部を撮像素子の受光面に対して傾斜している直線の軌跡からなる面とする。

また、本発明の第２態様に係る車両周辺監視装置は、第１態様に記載の車両用撮像装置（例えば、実施の形態での車両用撮像装置１０）と、前記車両に搭載され、車両外部に向かい可視領域または近赤外線領域の光を投光する投光手段（例えば、実施の形態での投光器１１）とを備え、前記車両用撮像装置は、前記投光手段により投光された前記光の反射光を受光して、車両外部の対象物を撮像し、前記対向面の前記少なくとも一部は、車両の左右方向に対して傾斜している。

本発明の第１態様に係る車両用撮像装置によれば、レンズにより集光された光のうち撮像素子の受光面で拡散反射などにより反射された後に、光透過部材の対向面において撮像素子の受光面に対して傾斜している面で反射された反射光は、撮像素子の受光面に向う確率が低下し、撮像素子と光透過部材との間で光が多重反射された後に撮像素子の受光面に入射しまうことを抑制することができる。

本発明の第２態様に係る車両周辺監視装置によれば、例えば対向車両の前照灯などの強い光が車両用撮像装置に入射する場合であっても、車両用撮像装置の撮像素子から偽信号が出力されてしまうことを抑制して、自車両周辺の外界を適切に監視することができる。
すなわち、撮像素子の受光面に対して傾斜している面とされた光透過部材の対向面の少なくとも一部が、車両の左右方向に対して傾斜していることにより、撮像素子と光透過部材との間で多重反射された光が車両の左右方向に拡散して撮像素子の受光面に入射しまうことを抑制することができる。
これにより、対面通行時の対向車両の前照灯などの強い光が左右何れか一方の方向（例えば、左側通行では右側）から車両用撮像装置に入射する場合であっても、車両用撮像装置の撮像対象領域とされる自車両の進行方向前方から左右何れか他方の方向（例えば、左側通行では左側）に亘る領域において、偽信号が出力されてしまうことを抑制して、自車両周辺の外界の所望領域を適切に監視することができる。

本発明の実施形態に係る車両周辺監視装置の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る車両用撮像装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るｓ偏光波およびｐ偏光波の入射角に応じた反射率の変化の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用撮像装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用撮像装置を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る車両用撮像装置を示す断面図である。 従来技術の一例に係る撮像装置および固体撮像素子を示す断面図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る車両用撮像装置および車両周辺監視装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による車両周辺監視装置１は、車両に搭載され、車両の外界の所定監視対象領域を可視領域または近赤外線領域において車両用撮像装置１０により撮像して得た画像に基づき、所定監視領域内に存在する他車両や歩行者などの対象物を検知する。
車両周辺監視装置１は、例えば図１に示すように、車両用撮像装置１０と、投光器１１と、処理装置１２とを備えて構成されている。

投光器１１は、処理装置１２から出力される制御信号に応じて、車両の外界の所定監視対象領域に可視領域または近赤外線領域の光を投光する。
処理装置１２は、車両用撮像装置１０および投光器１１の動作を制御し、投光器１１により投光された光の反射光に対して車両用撮像装置１０により撮像を行ない、この撮像により得られた画像に対して所定の画像処理を行ない、所定監視領域内に存在する対象物を検知する。

車両用撮像装置１０は、可視領域または近赤外線領域において撮像可能であって、例えば図２に示すように、レンズ２１と、半導体パッケージ２２とを備えて構成されている。
そして、半導体パッケージ２２は、例えばハウジングをなすパッケージ基体３１と、固体撮像素子３２と、光透過窓３３と、偏光膜３４と、ボンディングワイヤ３５と、リード線３６とを備えて構成されている。

パッケージ基体３１は、例えば開口した箱型に形成され、レンズ２１に対向するようにして配置された固体撮像素子３２が内部に収容されている。
固体撮像素子３２は、例えばＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサであって、レンズ２１に向って露出する上面の中央部にはレンズ２１により集光された光を受光する受光面３２ａが形成されている。
この受光面３２ａは、例えばマトリクス状に配置された複数の受光素子（図示略）を備えて構成され、各受光素子にはマイクロレンズ（図示略）などが積層されている。
そして、この受光面３２ａの周辺部に設けられた電極パッド（図示略）は、ボンディングワイヤ３５によってリード線３６に接続され、このリード線３６により外部回路（図示略）に接続されている。

光透過窓３３は、例えば板状の光透過性のガラスなどからなり、光透過窓３３の法線方向がレンズ２１の光軸Ｏに平行となるように配置され、固体撮像素子３２が内部に収容されたパッケージ基体３１の開口部を閉塞している。
そして、光透過窓３３の内面には偏光膜３４が設けられている。この偏光膜３４は、レンズ２１により集光されて光透過窓３３を透過した光のうち所定の振動成分、例えばｐ偏光波の光のみを透過させる。
これにより、車両の外部からレンズ２１に入射した光は、レンズ２１によって集光されて光透過窓３３を透過した後に、偏光膜３４によってｐ偏光波の光となり、固体撮像素子３２の受光面３２ａに入射する。

そして、パッケージ基体３１の内部において、固体撮像素子３２は、受光面３２ａの法線Ｐがレンズ２１の光軸Ｏに対して所定角度θだけ傾斜するようにして配置されている。
この所定角度θは、例えば、入射側材質の屈折率ｎ１と、透過側材質の屈折率ｎ２とにより記述されるブリュースター角θｂ（＝ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１））である。固体撮像素子３２の受光面３２ａに光が入射する場合に対して、入射側材質は、例えばパッケージ基体３１の内部の空気であり、透過側材質は固体撮像素子３２の受光面３２ａである。

屈折率の異なる材質の界面に光が入射する場合には、光の振動成分によって反射率が異なり、例えば図３に示すように、屈折率が１である空気の入射側材質から、屈折率が１．５であるガラスの透過側材質に光が入射する場合において、ｓ偏光波の反射率は、透過側材質の法線に対する入射角がゼロから増大することに伴い、増大傾向に変化する。これに対して、ｐ偏光波の反射率は、透過側材質の法線に対する入射角がゼロから増大することに伴い、所定のブリュースター角（例えば、約５６度）でゼロとなるまで減少した後に、増大傾向に変化する。つまり、透過側材質の法線に対する入射角がブリュースター角であれば、ｐ偏光波の反射率はゼロとなる。
固体撮像素子３２の受光面３２ａの法線Ｐはレンズ２１の光軸Ｏに対してブリュースター角θｂだけ傾斜していることから、レンズ２１によって集光されて光透過窓３３および偏光膜３４を透過して受光面３２ａに入射するｐ偏光波の光の反射率はゼロとなる。

上述したように、第１の実施形態に係る車両用撮像装置１０によれば、固体撮像素子３２の受光面３２ａに入射する光が、パッケージ基体３１の内部（例えば、固体撮像素子３２と光透過窓３３との間など）で多重反射されてしまうことを抑制し、反射光に起因した偽信号が出力されてしまうことを抑制することができる。
そして、第１の実施形態に係る車両周辺監視装置１によれば、例えば対向車両の前照灯などの強い光が車両用撮像装置１０に入射する場合であっても、車両用撮像装置１０の固体撮像素子３２から偽信号が出力されてしまうことを抑制して、車両周辺の外界を適切に監視することができる。

なお、上述した第１の実施形態においては、光透過窓３３の内面に偏光膜３４が設けられているとしたが、これに限定されず、光透過窓３３の外面に偏光膜３４が設けられてもよい。
また、偏光膜３４の代わりに、パッケージ基体３１の外部、つまりレンズ２１とパッケージ基体３１との間に偏光フィルタを備えてもよい。

なお、上述した第１の実施形態においては、パッケージ基体３１の内部での固体撮像素子３２の配置によって、受光面３２ａの法線Ｐがレンズ２１の光軸Ｏに対して所定角度θだけ傾斜するよう設定されるとしたが、これに限定されず、例えばパッケージ基体３１においては、光透過窓３３と固体撮像素子３２の受光面３２ａとが平行となるように（つまり、光透過窓３３の法線方向と受光面３２ａの法線Ｐが平行となるように）設定し、パッケージ基体３１をレンズ２１の光軸Ｏに対して所定角度θだけ傾斜するように配置してもよい。

以下、本発明の第２の実施形態に係る車両用撮像装置および車両周辺監視装置について添付図面を参照しながら説明する。
この第２の実施形態に係る車両周辺監視装置１において、上述した第１の実施形態に係る車両周辺監視装置１と異なる点は、車両用撮像装置１０が、上述した第１の実施形態の半導体パッケージ２２の代わりに、第２の実施形態に係る半導体パッケージ４２を備える点である。
この第２の実施形態に係る半導体パッケージ４２は、例えば図４または図５に示すように、例えばハウジングをなすパッケージ基体５１と、固体撮像素子５２と、光透過窓５３と、ボンディングワイヤ５４と、リード線５５とを備えて構成されている。

パッケージ基体５１は、例えば開口した箱型に形成され、レンズ２１に対向するようにして配置された固体撮像素子５２が内部に収容されている。
固体撮像素子５２は、例えばＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサであって、レンズ２１に向って露出する上面の中央部にはレンズ２１により集光された光を受光する受光面５２ａが形成されている。
この受光面５２ａは、例えばマトリクス状に配置された複数の受光素子（図示略）を備えて構成され、各受光素子にはマイクロレンズ（図示略）などが積層されている。
そして、パッケージ基体５１の内部において、固体撮像素子５２は、受光面５２ａの法線がレンズ２１の光軸に対して平行になるようにして配置されている。
そして、この受光面５２ａの周辺部に設けられた電極パッド（図示略）は、ボンディングワイヤ５４によってリード線５５に接続され、このリード線５５により外部回路（図示略）に接続されている。

光透過窓５３は、例えば板状の光透過性のガラスなどからなり、光透過窓５３の法線方向がレンズ２１の光軸に平行となるように配置され、固体撮像素子５２が内部に収容されたパッケージ基体５１の開口部を閉塞している。
そして、光透過窓５３の内面、つまり固体撮像素子５２の受光面５２ａに対向する対向面５３ａの少なくとも一部は、受光面５２ａに対して傾斜している直線の軌跡からなる面とされている。

受光面５２ａに対して傾斜している直線の軌跡からなる面とは、例えば光透過窓５３の内面の中央部が固体撮像素子５２の受光面５２ａに向い突出するようにして形成された錐体（例えば、円錐体や角錐体など）の錐体面や、例えば図４に示すように固体撮像素子５２の受光面５２ａに向い突出するようにして屈曲した平面や、例えば図５に示すように固体撮像素子５２の受光面５２ａに対して所定角度で傾斜した平面などである。

レンズ２１により集光されて固体撮像素子５２に入射した光のうち固体撮像素子５２の受光面５２ａで拡散反射などにより反射された反射光が、光透過窓５３の内面（対向面５３ａ）で再び反射される場合、この対向面５３ａが固体撮像素子５２の受光面５２ａに対して傾斜していると、例えば対向面５３ａが受光面５２ａに平行である場合に比べて、対向面５３ａで反射された反射光（つまり、２回反射の反射光）が再び固体撮像素子５２の受光面５２ａに入射する確率がより小さくなる。

そして、この第２の実施形態に係る半導体パッケージ４２を備える車両用撮像装置１０を備える車両周辺監視装置１において、光透過窓５３の内面（対向面５３ａ）の少なくとも一部であって、受光面５２ａに対して傾斜している直線の軌跡からなる面は、車両の左右方向に対して傾斜している。
例えば図５に示す半導体パッケージ４２を備える車両周辺監視装置１が左側通行の対面通行で走行する車両に搭載される場合には、車両の左右方向において右側から左側に向かうことに伴い、対向面５３ａと受光面５２ａとの間の距離が増大傾向に変化するようにして、対向面５３ａを受光面５２ａに対して傾斜させる。
これにより、対面通行時の対向車両の前照灯などの強い光が自車両の右側から車両用撮像装置１０に入射する場合であっても、例えば先行車両や障害物などが存在する可能性が高い自車両の進行方向前方や、例えば歩行者や駐停車車両などが存在する可能性が高い自車両の左側などに対応する受光面５２ａの領域に、多重反射による反射光が入射してしまうことを抑制することができる。

上述したように、第２の実施形態に係る車両用撮像装置１０によれば、半導体パッケージ４２において、固体撮像素子５２と光透過窓５３との間で光が多重反射された後に固体撮像素子５２の受光面５２ａに入射してしまうことを抑制し、多重反射の反射光に起因した偽信号が出力されてしまうことを抑制することができる。
そして、第２の実施形態に係る車両周辺監視装置１によれば、例えば対向車両の前照灯などの強い光が車両用撮像装置１０に入射する場合であっても、車両用撮像装置１０の固体撮像素子５２から偽信号が出力されてしまうことを抑制して、車両周辺の外界の所望領域を適切に監視することができる。

以下、本発明の第３の実施形態に係る車両用撮像装置および車両周辺監視装置について添付図面を参照しながら説明する。
この第３の実施形態に係る車両周辺監視装置１において、上述した第１の実施形態に係る車両周辺監視装置１と異なる点は、車両用撮像装置１０が、上述した第１の実施形態の半導体パッケージ２２の代わりに、第３の実施形態に係る半導体パッケージ６２を備える点である。
この第３の実施形態に係る半導体パッケージ６２は、例えば図６に示すように、例えばハウジングをなすパッケージ基体７１と、固体撮像素子７２と、光吸収層７３と、封止材７４と、反射防止膜７５と、ボンディングワイヤ７６と、リード線７７とを備えて構成されている。

パッケージ基体７１は、例えば開口した箱型に形成され、レンズ２１に対向するようにして配置された固体撮像素子７２が内部に収容されている。
固体撮像素子７２は、例えばＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサであって、レンズ２１に向って露出する上面の中央部にはレンズ２１により集光された光を受光する受光面７２ａが形成されている。
この受光面７２ａは、例えばマトリクス状に配置された複数の受光素子（図示略）を備えて構成され、各受光素子にはマイクロレンズ（図示略）などが積層されている。
そして、パッケージ基体７１の内部において、固体撮像素子７２は、受光面７２ａの法線がレンズ２１の光軸に対して平行になるようにして配置されている。
そして、この受光面７２ａの周辺部に設けられた電極パッド（図示略）は、ボンディングワイヤ７６によってリード線７７に接続され、このリード線７７により外部回路（図示略）に接続されている。

そして、固体撮像素子７２が内部に収容されたパッケージ基体７１の開口部には、例えば受光面７２ａよりも大きな開口を有する板状の光吸収層７３が設けられ、さらに、この光吸収層７３の開口を覆う反射防止膜７５が設けられている。
そして、固体撮像素子７２が内部に収容されたパッケージ基体７１の内部には、受光面７２ａに積層される複数の異なる光透過材層（例えば、３つの光透過材層７４ａ，７４ｂ，７４ｃなど）からなる光透過性の封止材７４が充填されている。
この封止材７４を構成する複数の異なる光透過材層は、受光面７２ａに近い光透過材層ほど、大きな屈折率を有しており、複数の光透過材層の屈折率は、例えば半導体パッケージ６２の外部の空気の屈折率から固体撮像素子７２の受光面７２ａの屈折率へと向かい、順次増大するように設定されている。

封止材７４は、半導体パッケージ６２の外部の空気の屈折率と、固体撮像素子７２の受光面７２ａの屈折率との間の屈折率を有し、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂やガラスなどから成る。
また、パッケージ基体７１の内壁面上には光の反射を抑制する反射防止層（図示略）が設けられている。

上述したように、第３の実施形態に係る車両用撮像装置１０によれば、半導体パッケージ６２の内部において、半導体パッケージ６２の外部の空気から固体撮像素子７２の受光面７２ａへと、順次、屈折率が増大傾向に変化するように設定されることで、急峻な屈折率変化に起因して光の反射が増大してしまうことを抑制し、多重反射の反射光に起因した偽信号が出力されてしまうことを抑制することができる。
そして、第３の実施形態に係る車両周辺監視装置１によれば、例えば対向車両の前照灯などの強い光が車両用撮像装置１０に入射する場合であっても、車両用撮像装置１０の固体撮像素子７２から偽信号が出力されてしまうことを抑制して、車両周辺の外界を適切に監視することができる。

なお、上述した第１〜第３の実施形態においては、ワイヤボンディングにより形成されたボンディングワイヤ３５，５４，７６が固体撮像素子３２，５２，７２の表面上に存在するとしたが、これに限定されず、例えば半導体パッケージ２２，４２，６２がフリップチップボンディングにより実装されてもよい。
これにより、固体撮像素子３２，５２，７２の表面上に存在するボンディングワイヤ３５，５４，７６によって光の多重反射が促進されてしまうことを防止することができる。特に、上述した第３の実施形態においては、半導体パッケージ６２の厚さ、および、パッケージ基体７１の内部に充填される封止材７４の厚さを低減することができ、車両用撮像装置１０の撮像により得られる画像の歪みを抑制することができる。

１ 車両周辺監視装置
１０ 車両用撮像装置
１１ 投光器（投光手段）
２１ レンズ
５２ 固体撮像素子（撮像素子）
５２ａ 受光面
５３ 光透過窓（光透過部材）
５３ａ 対向面

Claims (2)

1. レンズと、該レンズにより集光された光を受光する受光面を有する撮像素子と、該撮像素子と前記レンズとの間に配置される光透過部材とを備え、車両に搭載される車両用撮像装置であって、
   前記光透過部材の前記撮像素子に対向する対向面の少なくとも一部は、前記撮像素子の受光面に対して傾斜している直線の軌跡からなることを特徴とする車両用撮像装置。
2. 請求項１に記載の車両用撮像装置と、
   前記車両に搭載され、車両外部に向かい可視領域または近赤外線領域の光を投光する投光手段とを備え、
   前記車両用撮像装置は、前記投光手段により投光された前記光の反射光を受光して、車両外部の対象物を撮像し、
   前記対向面の前記少なくとも一部は、車両の左右方向に対して傾斜していることを特徴とする車両周辺監視装置。

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