JP2012119838A - 撮像装置並びにこれを備えた物体検出装置及び車載機器制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像センサ4の前段に配置される光学フィルタは、赤色フィルタ領域2bと透過領域2aとが画像センサ上の受光素子に対応して領域分割されており、これらの領域は、赤色フィルタ領域を透過する光の光路長と透過領域を透過する光の光路長とが略同一となるように、透過領域2aに樹脂2eが充填されている。
【選択図】図11
Description
ガラス平板(フィルタ基板)上に赤色成分フィルタを部分的に形成して赤色光と白色光とを透過させる光学フィルタの場合、赤色成分フィルタが形成されているフィルタ領域と、このような赤色成分フィルタが形成されていなくて波長選択しない非フィルタ領域との間で、透過した光に位相差が生じる。これは、フィルタ領域にはガラス平板上に赤色成分フィルタとして機能するフィルタ材料が存在するのに対し、非フィルタ領域にはこのようなフィルタ材料の代わりに空気層が存在することに起因する。光学フィルタと画像センサとの間は近接配置されるが、互いを押し付け接合することは不可能なため、光学フィルタと画像センサとの間には数ミクロン程度の空隙が存在する。そのため、光学フィルタ上の各フィルタ領域(あるいは非フィルタ領域)を透過した光のごく一部は、光学フィルタ通過時の回折現象によってあるいは屈折現象によって、その対応画素の周囲に位置する周囲画素に受光される。このとき、フィルタ領域の透過光(赤色光)と非フィルタ領域の透過光(白色光)との間で位相差が生じていると、位相差が生じていない場合よりも、対象画素の周囲画素に受光される光量が増えたり減ったりする。これは、例えば、フィルタ領域に対応する対応画素に対し、非フィルタ領域の透過光の一部が回析現象や屈折現象により照射される場合を考えると、非フィルタ領域の透過光の一部(回折光や屈折光)とフィルタ領域の透過光とが干渉して強め合う度合い又は弱め合う度合いが、当該位相差によって増大するためである。対象画素の周囲画素に受光される光量が増えたり減ったりすると、その対応画素の受光量と当該フィルタ領域の透過光量との誤差が大きくなり、当該対応画素による当該フィルタ領域の透過光量の検知精度が悪化する。非フィルタ領域に対応する対応画素についても同様である。その結果、例えばフィルタ領域に対応する画素と非フィルタ領域に対応する画素との切り分けが明確にならないという問題が生じる。この問題は、当該光学フィルタを備えた撮像装置を用いた上述の物体検出装置では、赤色光に基づくテールランプの検出と白色光によるヘッドランプの検出の精度を落とす結果を招く。
また、請求項2の発明は、請求項1の撮像装置において、上記第2領域は、波長選択を行わずに光を透過させる透過領域であり、上記光学フィルタは、フィルタ基板上に上記第1領域となるフィルタ膜を一様に形成した後に上記第2領域となる箇所に存在する該フィルタ膜を除去し、該フィルタ膜を除去した箇所に充填剤を充填することにより、該第1領域を透過する光の光路長と該第2領域を透過する光の光路長とが略同一となるように構成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の撮像装置において、上記光学フィルタは、上記フィルタ膜が形成される側を上記画像センサに対面させた状態で該画像センサに対して接着剤により接着されており、上記充填剤は上記接着剤であることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1の撮像装置において、上記第2領域は、波長選択を行わずに光を透過させる透過領域であり、上記光学フィルタは、上記第2領域となる箇所に凸部を有するフィルタ基板上に上記第1領域となるフィルタ膜を一様に形成した後、該第2領域となる箇所に存在する該フィルタ膜を除去することにより、該第1領域を透過する光の光路長と該第2領域を透過する光の光路長とが略同一となるように構成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて互いに異なる波長帯の光を発する少なくとも2種類の検出対象物の検出処理を行う物体検出処理手段を有する物体検出装置において、上記撮像手段として、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の物体検出装置において、上記撮像装置は、自車両の進行方向前方領域を撮像領域として撮像するものであり、上記少なくとも2種類の検出対象物には、自車両に近づく方向に進行する他車両と自車両から離れる方向に進行する他車両とが含まれており、上記第2領域は、波長選択を行わずに光を透過させる透過領域であり、上記第1領域が光を透過させる上記特定波長は車両のテールランプ色の波長であり、上記物体検出処理手段は、上記第1領域の透過光を受光した画像センサ上の受光素子の出力信号に基づいて自車両から離れる方向に進行する他車両を検出し、上記第2領域の透過光を受光した画像センサ上の受光素子の出力信号に基づいて自車両に近づく方向に進行する他車両を検出することを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、車両の周囲を撮像領域として撮像し、該撮像領域内に存在する物体のうち互いに異なる波長帯の光を発する少なくとも2種類の検出対象物を検出する物体検出手段と、該物体検出手段の検出結果に基づいて上記車両に搭載された車載機器の動作を制御する制御手段とを有する車載機器制御装置において、上記物体検出手段として、請求項5又は6の物体検出装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項7の車載機器制御装置において、上記物体検出手段として、請求項6の物体検出装置を用い、上記制御手段は、上記物体検出手段の検出結果に基づいて、上記車両に搭載された車載機器であるヘッドランプの照射方向を変更し又は該ヘッドランプの発光強度を変更する制御を行うことを特徴とするものである。
なお、本発明に係る撮像装置は、ヘッドランプ制御システムに限らず、例えば、当該物体検出装置により夜間に先行車両や対向車両などの検出対象物を検出して運転者に表示や警告を行う運転者支援システムにも同様に適用できるし、撮像画像に基づいて物体検出を行う物体検出装置を搭載したその他のシステムにも適用できる。
このヘッドランプ制御システムは、主に、撮像手段としての撮像装置11と、車両挙動センサ12と、物体検出装置としての車両検出制御装置13と、制御手段としてのヘッドランプ制御装置14とから構成されている。
この撮像装置11は、主に、撮像レンズ1と、光学フィルタ2と、2次元配置された画素アレイを有する画像センサ4を含んだセンサ基板3と、センサ基板3から出力されるアナログ電気信号(画像センサ4上の各受光素子が受光した受光量)をデジタル電気信号に変換した撮像画像データを生成して出力する信号処理部5とから構成されている。被写体(被検物)を含む撮像領域からの光は、撮像レンズ1を通り、光学フィルタ2を透過して、画像センサ4でその光強度に応じた電気信号に変換される。信号処理部5では、画像センサ4から出力される電気信号(アナログ信号)が入力されると、その電気信号から、撮像画像データとして、画像センサ4上における各画素の明るさ(輝度)を示すデジタル信号を、画像の水平・垂直同期信号とともに後段の機器へ出力する。
画像センサ4は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などを用いたイメージセンサであり、その受光素子にはフォトダイオード4aを用いている。フォトダイオード4aは、画素ごとに2次元的にアレイ配置されており、フォトダイオード4aの集光効率を上げるために、各フォトダイオード4aの入射側にはマイクロレンズ4bが設けられている。この画像センサ4がワイヤボンディングなどの手法によりPWB(printed wiring board)に接合されてセンサ基板3が形成されている。撮像する画像の波長範囲は略可視光であるため、画像センサ4としては、可視光の範囲に感度を有するものを選択すればよい。
ここで、本実施形態における光学フィルタ2の一構成例(以下、本構成例を「構成例1」という。)について説明する。
図5は、本構成例1における光学フィルタ2の説明図である。
本構成例1に係る光学フィルタ2は、画像センサ4上の各画素を上述した2種類の画素R,Wのいずれかとして機能させるように、透過領域2aと赤色フィルタ領域2bとが図5に示すように2次元方向で交互に隣接するように市松状に配置されたものである。これにより、画像センサ4上の画素は、赤色成分を受光する画素Rと白色成分を受光する画素Wとが2次元方向で交互に隣接するように市松状に配置されるように領域分割される。
また、本実施形態における光学フィルタ2の他の構成例(以下、本構成例を「構成例2」という。)について説明する。
図6は、本構成例2における光学フィルタ2の赤色フィルタ領域2bを画像センサ4上に重ねて示した説明図である。
本構成例2に係る光学フィルタ2は、透過領域2aと赤色フィルタ領域2bとが1次元方向で交互に隣接するように配置されてストライプ状に領域分割されている点で上記実施形態と同様である。しかしながら、上記実施形態では、赤色フィルタ領域2bの長尺方向が画像センサ4上の画素列に平行であったのに対し、本構成例2では、赤色フィルタ領域2bの長尺方向が画像センサ4上の画素列に対して斜めとなっている点で異なっている。本構成例2の光学フィルタ2において、赤色フィルタ領域2bは、図6に示すように、図中横方向に画像センサ4の一画素分の幅をもち、図中縦方向に画像センサ4の二画素分の幅を持っており、図中横方向一画素分について図中縦方向二画素分変位するように、画像センサ4上の画素列に対して斜めに配置される。
図7は、本実施形態における光学フィルタ2の断面を含む斜視図である。
光学フィルタ2は、図7に示すように、ガラス平板2c上に赤色の波長フィルタ膜2dが形成された箇所(すなわち赤色フィルタ領域2b)が凸部となり、ガラス平板上から波長フィルタ膜が除去された箇所(すなわち透過領域2a)が凹部となった凹凸の周期構造をもっている。本実施形態における波長フィルタ膜2dは、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互に多層重ねた多層構造である。このような多層構造の波長フィルタ膜を用いると、光の干渉を利用することで分光透過率を自由に設定でき、薄膜を多数層重ねることで特定波長に対して100%近い反射率を得ることもできる。ここでは、赤色成分以外の波長帯域の光を反射させる。
本実施形態のように、画像センサ4上の画素の一部についてのみ、光学フィルタ2の赤色フィルタ領域2bを対向させる場合、多層の波長フィルタ膜2dが形成されていない透過領域2aが単なる空気層であると、すでに述べたように、多層の波長フィルタ膜2dが形成された赤色フィルタ領域2bと当該透過領域2aとの間で、それらの透過光に位相差が生じる。画像センサ4と光学フィルタ2とは互いに近接して配置されるが、押し付け接合することは不可能なため、一定距離(数ミクロン)は離れて配置されることになる。そのため、画像センサ4上の各領域を透過した光のごく一部は、光学フィルタ通過時の回折現象によってその対向画素の周囲に位置する周囲画素に受光される。このとき、赤色フィルタ領域2bと透過領域2aとの間で透過光の位相差が生じていると、位相差が生じていない場合よりも、対向画素の周囲画素に受光される光量が増えてしまう。その結果、例えば赤色フィルタ領域2bに対向する画素と透過領域2aに対向する画素との切り分けが明確にならない。
本実施形態においては、図11に示すように、図10に示した参考例の光学フィルタ2における凹部(透過領域2a)に樹脂(充填剤)2eを充填し、その凹凸面を平面状にした光学フィルタ2を用いている。すなわち、本実施形態では、上記参考例の透過領域2aの凹部に存在する空気層に代えて、その空気層とは屈折率が異なる樹脂2eを当該凹部に充填し、これにより、赤色フィルタ領域2bと透過領域2aとの間で透過光の位相差を生じさせないようにしている。
L1 = (低屈折率材料1/8波長分+高屈折率材料1/4波長分+低屈折率材料1/8波長分)×p ・・・(1)
次に、本実施形態における光学フィルタ2の更に他の構成例(以下、本構成例を「構成例3」という。)について説明する。
図12は、本構成例3における光学フィルタ2及び画像センサ4を示す模式図である。
本構成例3は、光学フィルタ2を画像センサ4に固定する固定方法として、光学フィルタ2の凹凸面と画像センサ4との間に接着剤2fを充填して接着する方法を採用し、光学フィルタ2の凹部に充填される接着剤2fに、上記実施形態における樹脂2eとしての役割を与えたものである。本構成例3であれば、画像センサ4に対する光学フィルタ2の固定に用いる接着剤を、光路長を調整するための充填剤として兼用するので、構造の簡素化、作製工程の簡素化を図ることができる。
次に、本実施形態における光学フィルタ2の更に他の構成例(以下、本構成例を「構成例4」という。)について説明する。
図13は、本構成例4における光学フィルタ2及び画像センサ4を示す模式図である。
本構成例4は、光学フィルタ2の凹部に樹脂2eや接着剤2f等の充填剤を充填することなく、透過領域2aと赤色フィルタ領域2bとの間の透過光の光路長を一致させる光路長調整を行う。具体的には、本構成例4の光学フィルタ2は、ガラス平板(フィルタ基板)2cの画像センサ側の面に、赤色フィルタ領域2bとなる箇所が凹部となり、透過領域2aとなる箇所が凸部となった凹凸の周期構造を形成した後に、一様な多層の波長フィルタ膜2dを形成し、その後、ガラス平板2cの凸部上に形成された波長フィルタ膜を取り除いて作製したものである。
なお、本構成例4においても、光学フィルタ2を画像センサ4に固定する固定方法として、光学フィルタ2の凹凸面と画像センサ4との間に接着剤を充填して接着する方法を採用してもよい。この場合、接着剤の屈折率と接着剤が入り込んだ部分の厚みも考慮して光路長を調整する必要がある。
図14は、本実施形態における車両検出処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態の車両検出処理では、撮像装置11が撮像した画像データに対して画像処理を施し、検出対象物であると思われる画像領域を抽出する。そして、その画像領域に映し出されている光源の種類が2種類の検出対象物のいずれであるかを識別することで、先行車両、対向車両の検出を行う。
具体的には、車両検出処理によりテールランプが検出されてその先行車両のバックミラーに自車両のヘッドライト照明光が入射する距離範囲A内に近づいた場合に、その先行車両に自車両のヘッドライト照明光が当たらないように、自車両のヘッドライトの一部を遮光したり、自車両のヘッドライトの光照射方向を上下方向又は左右方向へずらしたりする制御を行う。
また、車両検出処理によりベッドランプが検出されて、その対向車両の運転者に自車両のヘッドライト照明光が当たる距離範囲B内に近づいた場合に、その対向車両に自車両のヘッドライト照明光が当たらないように、自車両のヘッドライトの一部を遮光したり、自車両のヘッドライトの光照射方向を上下方向又は左右方向へずらしたりする制御を行う。
また、本発明は、このような車載機器制御装置に限らず、画像センサ上の画素を波長に応じて切り分けて波長が異なる複数種類の画像データを用いる装置であれば、広く利用可能である。
また、以上の説明では、第1領域である赤色フィルタ領域2bとは別に設けられる第2領域が、波長選択を行わずに光を透過させる透過領域2aである場合について説明したが、第2領域としては、赤色フィルタ領域2bが選択する赤色波長を含む所定範囲の光のみを選択的に透過させるフィルタ領域であってもよい。
また、本実施形態(上記構成例4を除く。)において、光学フィルタは、フィルタ基板であるガラス平板2c上に赤色フィルタ領域2bとなる波長フィルタ膜2dを一様に形成した後に透過領域2aとなる箇所に存在する波長フィルタ膜を除去し、その波長フィルタ膜を除去した箇所に充填剤である樹脂2eや接着剤2fを充填することにより、赤色フィルタ領域2bを透過する光の光路長と透過領域2aを透過する光の光路長とが略同一となるように構成することができる。
特に、上記構成例3では、波長フィルタ膜2dが形成される側を画像センサ4に対面させた状態で画像センサ4に対して接着剤2fにより接着することで、画像センサ4に対する光学フィルタ2の固定に用いる接着剤2fを、光路長を調整するための充填剤として兼用できるので、構造の簡素化、作製工程の簡素化を図ることができる。
また、上記構成例4では、透過領域2aとなる箇所に凸部を有するフィルタ基板上に赤色フィルタ領域2bとなる波長フィルタ膜を一様に形成した後、透過領域2aとなる箇所に存在する波長フィルタ膜を除去することにより、赤色フィルタ領域2bを透過する光の光路長と透過領域2aを透過する光の光路長とが略同一となるように構成されている。この構成では、比較的耐候性が低い樹脂2e等の充填剤を使わないで光路長を調整することが可能であり、耐候性の高い光学フィルタ2を実現することが可能となる。
2 光学フィルタ
2a 透過領域
2b 赤色フィルタ領域
2c ガラス平板
2d 波長フィルタ膜
2e 樹脂
2f 接着剤
3 センサ基板
4 画像センサ
4a フォトダイオード(受光素子)
5 信号処理部
11 撮像装置
12 車両挙動センサ
13 車両検出制御装置
14 ヘッドランプ制御装置
Claims (8)
- 撮像領域内に存在する物体から発せられる光を、受光素子が2次元配置された画素アレイで構成された画像センサにより受光して、撮像領域内を撮像する撮像装置において、
特定波長の光のみを選択して透過させる第1領域と波長選択を行わずに光を透過させるか又は該特定波長を含む波長範囲の光のみを選択して透過させる第2領域とが、上記画像センサ上における1つの受光素子又は2以上の受光素子群で構成される単位領域で領域分割された光学フィルタが、該画像センサの入射側に配置されており、
上記光学フィルタにおける上記第1領域及び上記第2領域は、該第1領域を透過する光の光路長と該第2領域を透過する光の光路長とが略同一となるように形成されていることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1の撮像装置において、
上記第2領域は、波長選択を行わずに光を透過させる透過領域であり、
上記光学フィルタは、フィルタ基板上に上記第1領域となるフィルタ膜を一様に形成した後に上記第2領域となる箇所に存在する該フィルタ膜を除去し、該フィルタ膜を除去した箇所に充填剤を充填することにより、該第1領域を透過する光の光路長と該第2領域を透過する光の光路長とが略同一となるように構成されたものであることを特徴とする撮像装置。 - 請求項2の撮像装置において、
上記光学フィルタは、上記フィルタ膜が形成される側を上記画像センサに対面させた状態で該画像センサに対して接着剤により接着されており、
上記充填剤は上記接着剤であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1の撮像装置において、
上記第2領域は、波長選択を行わずに光を透過させる透過領域であり、
上記光学フィルタは、上記第2領域となる箇所に凸部を有するフィルタ基板上に上記第1領域となるフィルタ膜を一様に形成した後、該第2領域となる箇所に存在する該フィルタ膜を除去することにより、該第1領域を透過する光の光路長と該第2領域を透過する光の光路長とが略同一となるように構成されたものであることを特徴とする撮像装置。 - 撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて互いに異なる波長帯の光を発する少なくとも2種類の検出対象物の検出処理を行う物体検出処理手段を有する物体検出装置において、
上記撮像手段として、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置を用いたことを特徴とする物体検出装置。 - 請求項5の物体検出装置において、
上記撮像装置は、自車両の進行方向前方領域を撮像領域として撮像するものであり、
上記少なくとも2種類の検出対象物には、自車両に近づく方向に進行する他車両と自車両から離れる方向に進行する他車両とが含まれており、
上記第2領域は、波長選択を行わずに光を透過させる透過領域であり、
上記第1領域が光を透過させる上記特定波長は車両のテールランプ色の波長であり、
上記物体検出処理手段は、上記第1領域の透過光を受光した画像センサ上の受光素子の出力信号に基づいて自車両から離れる方向に進行する他車両を検出し、上記第2領域の透過光を受光した画像センサ上の受光素子の出力信号に基づいて自車両に近づく方向に進行する他車両を検出することを特徴とする物体検出装置。 - 車両の周囲を撮像領域として撮像し、該撮像領域内に存在する物体のうち互いに異なる波長帯の光を発する少なくとも2種類の検出対象物を検出する物体検出手段と、
該物体検出手段の検出結果に基づいて上記車両に搭載された車載機器の動作を制御する制御手段とを有する車載機器制御装置において、
上記物体検出手段として、請求項5又は6の物体検出装置を用いたことを特徴とする車載機器制御装置。 - 請求項7の車載機器制御装置において、
上記物体検出手段として、請求項6の物体検出装置を用い、
上記制御手段は、上記物体検出手段の検出結果に基づいて、上記車両に搭載された車載機器であるヘッドランプの照射方向を変更し又は該ヘッドランプの発光強度を変更する制御を行うことを特徴とする車載機器制御装置。
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