JP2013231825A - 撮像機構、及び、この撮像機構を用いた前方監視カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な構成を用いることなく光量を調整できる撮像機構、及び、この撮像機構を備えた前方監視カメラを提供する。
【解決手段】前方監視カメラが備える撮像機構７は、調整部分に配置された液晶シャッタ７３を透過する光量を調整することで、機械的な構成を用いることなく、イメージセンサ７０に取り込まれる光量を調整することができる。例えば、昼間など光量が多いときは、調整部分を通る光を遮光し、イメージセンサ７０に取り込まれる光量を減らすことで、昼間に撮像される画像の解像度を向上させることができ、一方、夜間など光量が少ないときは、調整部分に光を通し、イメージセンサ７０に取り込まれる光量を増やすことで、夜間に撮像される画像の明るさも向上させることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、撮像機構、及び、この撮像機構を用いた前方監視カメラに関する。

現在多くの車両に、車両の前方を監視する前方監視カメラが取り付けられている。
この前方監視カメラによる監視は、フロントガラスの車内側に前方監視カメラを設置し、フロントガラス越しに車両の前方を監視する方法が採用されることが多い。

そのため、前方監視カメラがフロントガラスの一部を塞いだり、車内空間を狭める要因にもなるので、前方監視カメラでは小型化への様々な工夫がなされている。（特許文献１）
特開２００５−１１２０５１号公報

ところで、この前方監視カメラは、車両の前方を正確に監視する必要があるため、その正確さに応じた性能が求められる。
その性能向上のため、絞り機構等を設けることが考えられるが、前述した小型化への要請及び車両から受ける振動の影響のため、前方監視カメラでは、絞り機構などの機械的な構成を設けることが難しい。

そのため、前方監視カメラでは、夜間の感度を確保するため、レンズの絞りを大きく固定せざるを得ず、昼間に車両の前方の監視を行う場合、解像度が低下してしまうという問題があった。

この問題への対策として、多くのレンズを組み合わせたり、高価なレンズを使う事で、解像度を高めた設計が考えられるが、高価なものになってしまう課題がある。
そこで本発明は、機械的な構成を用いることなく光量を調整できる撮像機構、及び、この撮像機構を備えた前方監視カメラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためなされた請求項１に記載の撮像機構では、レンズ（５０ｃ、７１）を介して撮像手段（７０）に向かう光路のうち、この光路の光軸に垂直な断面でみたとき、光路の縁部に沿って設定され、かつ、この縁部から光軸に向かって径方向に予め定められた幅を有する調整部分に透過光量調整部材（７３）を配置し、この調整部分を透過する光量を調整している。

従って、本発明の撮像機構を用いると、調整部分に配置された透過光量調整部材を透過する光量を調整することで、機械的な構成を用いることなく、撮像手段に取り込まれる光量を調整することができる。

例えば、昼間など光量が多いときは、調整部分を通る光を遮光し、撮像手段に取り込まれる光量を減らすことで、昼間に撮像される画像の解像度を向上させることができ、一方、夜間など光量が少ないときは、調整部分に光を通し、撮像手段に取り込まれる光量を増やすことで、夜間に撮像される画像の明るさも向上させることができる。

しかも、本発明の撮像機構を用いると、調整部分以外の部分の光については、レンズを介して撮像手段に直接取り込むことができるので、必要最小限の枚数のレンズを用い、必要最小限度の性能の撮像手段を用いて高性能な撮像を行うことができる。

尚、この撮像機構は、上述した小型化及び車両から受ける振動から機械的な構成を備えることが難しい車両の前方を監視する前方監視カメラに用いるとよい。

本実施形態の前方監視カメラを斜め上方から見た斜視図である。 本実施形態の前方監視カメラを構成するブラケットを三角図法で記載した説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は下面図である。 本実施形態の前方監視カメラの分解斜視図で、前方監視カメラを斜め上方から見た斜視図である。 本実施形態の前方監視カメラが備えている撮像機構の模式図である。 本実施形態の前方監視カメラ本体にフードを取り付けた様子を示す斜視図である。 絞り制御のフローチャートである。 光軸を中心部として径方向の各位置での光量を示すグラフで、（ａ）は絞りをかけないときのグラフ、（ｂ）は絞りをかけたときのグラフである。 光軸を中心部として径方向の各位置での解像度を示すグラフで、（ａ）は絞りをかけないときのグラフ、（ｂ）は絞りをかけたときのグラフである。 他の実施形態である撮像機構を示す模式図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
尚、本実施形態の前方監視カメラは、車両の前方を撮像するものであるので、以下では、車両の前方を撮像するため予め定められたフロントガラス上の正位置に取り付けられたとき、車両の前方を向く方向を前方として説明する。

また、以下の説明で用いられる後方、右方、左方、上方、下方とは、前方側を正面とした場合の三角図法に従った方向で、平面図、背面図等の説明も三角図法に従っている。
［全体構造］
本実施形態の前方監視カメラは１、図１に示すように、フロントガラスの車内側に貼り付けて固定されるブラケット３と、筐体内に撮像手段等を収納した前方監視カメラ本体５とを備えている。
［ブラケット］
ブラケット３は、図１及び図２（ａ）に示すように、フロントガラスに貼り付けられる貼付部３０を備えている。

この貼付部３０のうちフロントガラスに貼り付けられる貼付面３０ａは、このブラケット３が貼り付けられる部分のフロントガラスのガラス面に沿った平面形状に形成されている。

また、貼付部３０には、ブラケット３に前方監視カメラ本体５を取り付けたとき、後述する窪み５０ａに対向する部分を含む窪み５０ａよりもやや広い部分を切り欠いた切欠部３０ｂが形成されている。

また、ブラケット３は、この切欠部３０ｂの右側に位置する貼付部３０の前方側の端部から下方に向かって折り曲げられた前方側端部３１と、貼付部３０の後方側の端部から下方に向かって折り曲げられた後方側端部３２とを有している。

そして、この前方側端部３１には、後述する、前方監視カメラ本体５の前方側側面に設けられた係合突起５１ａが嵌挿される係合孔３１ａが形成されている。
また、ブラケット３は、図１及び図２（ｂ）（ｃ）に示すように、貼付部３０の右側及び左側の側面から貼付部３０に対して垂直に折り曲げられ、貼付面３０ａに沿って前方側に向かって鈎の先端が向けられた一対の鈎状部３３が、前後方向の中央よりやや後方側に寄った位置に設けられている。

これら鈎状部３３は、貼付部３０から下方に向かって突出した根本部３３ａと、この根本部３３ａの下端から貼付面３０ａに沿って前方側に向かって延出された引掛部３３ｂとで形成されており、引掛部３３ｂの長さは、後述する係合突起５１ａよりも長尺に形成されている。

また、後方側端部３２の内側面（前方側の側面）には、板バネ３４が設けられている。
［前方監視カメラ本体］
前方監視カメラ本体５は、図３に示すように、前方側から後方側に上方に向かって傾斜した上面５０を有する略箱形形状に形成されている。

また、この前方監視カメラ本体５の上面５０には、平面図でみたとき、前方左側の端部を下辺とし後方側に向かって左右方向の幅が狭くなる台形状の窪み５０ａを有する。
この窪み５０ａは、フロントガラス越しに車両の前方の撮像を行うときに、この前方監視カメラ本体５の視野を遮らないようにするためのものである。

この窪み５０ａは後方に向かうほど窪みが深くなるように形成されている。
また、この窪み５０ａの後端側に隣接する前方監視カメラ本体５の上面５０には、この上面５０から上方に向かって突設した突設部５９が設けられている。

本実施形態では、前方監視カメラ本体５がブラケット３に取り付けられるとき、前方監視カメラ本体５の上面５０がブラケット３の下面に当接した状態で取り付けられるが、このとき突設部５９は、その上端部が切欠部３０ｂを介してフロントガラスに近接するように、上面５０に対してブラケット３の厚み分だけ盛り上げられた高さに形成されている。

これら窪み５０ａ及び突設部５９を設けることにより、窪み５０ａの上辺側には壁面５０ｂが形成され、この壁面５０ｂのうち上方側には、カメラ用のレンズ５０ｃが取り付けられる。
［撮像機構］
次に、上述した前方監視カメラ本体５内に備えられる撮像機構について説明する。

この撮像機構７は、図４に示すように、前述のレンズ５０ｃ、イメージセンサ７０、このレンズ５０ｃとイメージセンサ７０との間に配置されるレンズ７１と、コンピュータ装置からなる制御装置７２とで構成される。

また、レンズ５０ｃは、その前方側の面上に、レンズ５０ｃの外周縁部に沿って積層された液晶フィルムからなる液晶シャッタ７３を備えている。この液晶シャッタ７３は、図４中の正面図に示すように、リング状に形成されている。

この液晶シャッタ７３は、光を通す透光状態と、光を通さない非透光状態とに切り替えることができ、後述する制御装置７２で実行される絞り制御により、この透光状態と非透光状態に切り替える制御が実行される。

この液晶シャッタ７３は、レンズ５０ｃを介してイメージセンサ７０に向かう光路１のうち、この光路１の光軸に垂直な断面でみたとき、光路１の縁部に沿い、かつ、この縁部から光軸に向かって径方向に予め定められた幅を有する調整部分に少なくとも配置される大きさに形成されている。この調整部分の幅は、イメージセンサ７０やレンズ５０ｃの性能等によって前方監視カメラ毎に設定される。

尚、本実施形態では、イメージセンサ７０としてＣＭＯＳセンサを用いているが、これに限られるものではない。
［取り付け工程について］
以上のように構成された前方監視カメラ１を、車両の製造工程においてフロントガラスに取り付ける工程について説明する。

本実施形態の前方監視カメラ１は、車両の前方を撮像し、その位置から見た車線の位置、対向車のヘッドライトの点灯の有無等を正確に検出するためのものであるため、このような検出に耐えうるよう、フロントガラスに対して正確に取り付けられる必要がある。

そのため、ブラケット３については、車両の組立ラインに載せる前のフロントガラスを製造した段階で、上述した検出に耐えうる位置に予め正確に貼り付けられる。
この貼り付けは、ブラケット３の貼付面３０ａに接着剤を塗布し、フロントガラスに貼り付ける形で行われる。

そして、前方監視カメラ本体５の窪み５０ａには、図５に示すように、フード８が取り付けられる。このフード８は、車両の前方以外の方向からフロントガラスで反射されるなどしてレンズ５０ｃに向かう光により、車両の前方以外の画像が撮像されてしまう、いわゆる映り込みを防止するため、車両の前方以外の方向からレンズ５０ｃに向かう光を遮光するためのものである。

そして、このフード８が取り付けられた前方監視カメラ本体５がブラケット３に取り付けられる。
この前方監視カメラ本体５のブラケット３への取り付けは（図１〜図３参照）、まず、各ボス５２ａを各鈎状部３３に引っ掛かけながら、フロントガラスのガラス面に沿って下方から斜め後方側上方にスライドさせる作業が行われる。

このスライド作業を行うと、まず、前方監視カメラ本体５の背面がやがて板バネ３４に接触して、板バネ３４が押されて弾性変形する。
やがて各ボス５２ａが各鈎状部３３の根本部３３ａに当接すると、本実施形態では、ボス５２ａが、係合突起５１ａの前方側の先端からみて、鈎状部３３の根本部３３ａから前方側端部３１までの距離よりも短い距離となる位置に設置されているので、係合突起５１ａが係合孔３１ａに嵌挿するように前方監視カメラ本体５をブラケット３に対して配置することができる。

そして、このように配置した後に、上記作業のため前方監視カメラ本体５を支えていた手を離すと前方監視カメラ本体５が前方側にやや戻るとともに、この動きに合わせて係合突起５１ａが係合孔３１ａに嵌挿される。尚、鈎状部３３の引掛部３３ｂが、係合突起５１ａよりも長尺に形成されているので、ボス５２ａが鈎状部３３から外れることはない。

このようにすると、前方監視カメラ本体５が板バネ３４に付勢されて係合突起５１ａが係合孔３１ａに挿入されつつ前方側端部３１に当接され、また、前方監視カメラ本体５の上面５０も、貼付部３０の裏面（前方監視カメラ本体５と対抗する側の面）と当接することによって、前方監視カメラ本体５はブラケット３に押しつけられて固定される。
［絞り制御］
次に、撮像機構７を構成する制御装置７２（図４参照）で実行される絞り制御について説明する。

この絞り制御は、前方監視カメラ１による前方監視が行われている間、常時実行される制御である。
この絞り制御が開始されると、図６に示すように、まずＳ７０の処理が実行され、このＳ７０では、イメージセンサ７０（図４参照）から、撮像した画像の画像データを取り込む処理が実行される。

次に、Ｓ７１では、Ｓ７０で取り込んだ画像の画像データから、その画像の明るさを算出する処理が実行する。
この明るさの算出は、イメージセンサ７０を構成する全ての画素の明るさに関するデータから明るさの平均値を算出してもよいし、任意の点に位置する画素（例えば、画像中心から画像の縁部に向かって所定間隔ごとに選択した任意の画素）の明るさに関するデータから明るさの平均値を算出してもよいし、その算出方法は任意である。

次に、Ｓ７２では、Ｓ７１で算出した画像の明るさから、昼間か夜間かを判定する処理が実行される。
そして、この判定（Ｓ７２）において、夜間と判定されると（Ｓ７２：夜間）、液晶シャッタ７３を透明にする制御が実行され（Ｓ７３）、昼間と判定されると（Ｓ７２：昼間）、液晶シャッタ７３を不透明にする制御、すなわち、絞り制御が実行される（Ｓ７４）。

つまり、これらＳ７３、Ｓ７４が実行されると、図４に示すように、夜間は、液晶シャッタ７３が開けられるので、最大範囲で光が取り込まれるが（光路１）、液晶シャッタ７３が閉じられるとレンズ５０ｃの周縁部が閉じられるので、その閉じられた分だけ狭い範囲で光が取り込まれることとなる（光路２）。

ここで、昼間に絞り制御を行う効果について説明する。
図７に示すように、液晶シャッタ７３を閉じる前（図７（ａ））と、閉じた後（図７（ｂ））では、イメージセンサ７０に入る光量は、液晶シャッタ７３を閉じる前（図７（ａ））のほうが全体に多い。

しかし、液晶シャッタ７３を閉じて絞りをかけると（図７（ｂ））、液晶シャッタをあけている場合（図７（ａ））に比べ、画像中心から画像周辺部にかけてほぼ均一に光量が分布している。

また、図８に示すように、液晶シャッタ７３を閉じている場合（図８（ｂ））、液晶シャッタを開けている場合（図８（ａ））に比べ、画像全体の解像度が向上する。
このように、昼間は、上記絞り制御により液晶シャッタ７３を閉じると、画面全体の光量が均一になり、さらに画像の解像度も上げることができる。

一方、夜間は、レンズ５０ｃを介してイメージセンサ７０に取り込まれる光の光量が少ないので、液晶シャッタ７３を開けて多くの光をイメージセンサ７０に取り込むことにより、画像の解像度は下がるが（図８（ａ））明るくなり（図７（ａ））、最低感度を向上させることが出来る。

夜間の場合は、ヘッドライトが届く範囲しか撮像ができず、また、このような制限がある結果、車両近傍の車線の区画線を認識できる解像度があればよく、むしろ撮像に必要な光量が足りなので、上記絞り制御では、液晶シャッタ７３を開けて可能な限り多くの光をイメージセンサ７０に取り込むようにしている。

このように構成を採れば、安価にもかかわらず、夜間の感度の確保と、昼間の良好な解像度を両立できる。
［本実施形態の特徴的な効果等］
以上説明した本実施形態の前方監視カメラ１の特徴的な作用効果について説明する。

本実施形態の前方監視カメラ１では、調整部分に配置された液晶シャッタ７３を透過する光量を調整することで、機械的な構成を用いることなく、イメージセンサ７０に取り込まれる光量を調整することができる。

例えば、昼間など光量が多いときは、調整部分を通る光を遮光し、レンズ５０ｃの中心部を使うことで、昼間に撮像される画像の解像度を向上させることができ、一方、夜間など光量が少ないときは、調整部分に光を通し、イメージセンサ７０に取り込まれる光量を増やすことで、夜間に撮像される画像の明るさも向上させることができる。すなわち最低感度を向上できる。

安価にもかかわらず、夜間の感度の確保と、昼間の良好な解像度を両立できるのである。
また、本実施形態の前方監視カメラ１では、調整部分以外の光については、レンズ５０ｃ、７１を介してイメージセンサ７０に直接取り込むことができるので、必要最小限の枚数のレンズ５０ｃ、７１を用い、必要最小限度の性能のイメージセンサ７０を用いて高性能な撮像を行うことができる。
［対応関係］
本実施形態のイメージセンサ７０は本発明の撮像手段に相当し、以下同様に、液晶シャッタ７３は透過光量調整部材に相当し、制御装置７２は透明度制御手段に相当する。
［その他の実施形態］
上記実施形態では、レンズ５０ｃに液晶シャッタ７３を積層した例について説明したが、液晶シャッタ７３は、レンズ５０ｃと別体に設置してもよいく、その場合、例えば、図９に示すように、レンズ５０ｃの前方に設置してもよい。

また、上記実施形態では、レンズ５０ｃに液晶シャッタ７３を積層し、その液晶シャッタ７３の透明度を制御するものについて説明したが、液晶シャッタ７３に代えて、透明度が可視光とともに明るさが変化する紫外線などにより化学的に変化する（明るいと透明度が低下し、暗いと透明度が増す）調光材料で形成されたフィルムを積層してもよい。

この調光材料としては、紫外線変色物質を含むものを用いた場合、この紫外線変色物質としては、スピロピラン系化合物、ジヒドロインドリジン系化合物、フルギド系化合物、テトロベンゾペロピレン誘導体、ジヒドリピレン系化合物、チオインジゴ系化合物、アントラセノファン誘導体、ビオローゲン系化合物、ジフェニルチオカルバゾン金属化合物などの有機系フォトクロミック材料などを用いてもよい。また、ハロゲン化銀などの無機系フォトクロミックを用いてもよい。

尚、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

１… 前方監視カメラ ２… 光路 ３… ブラケット ５… 前方監視カメラ本体
７… 撮像機構 ８… フード ３０… 貼付部 ３０ａ… 貼付面 ３０ｂ… 切欠部
３１… 前方側端部 ３１ａ… 係合孔 ３２… 後方側端部 ３３… 鈎状部
３３ａ… 根本部 ３３ｂ… 引掛部 ３４… 板バネ ５０… 上面 ５０ｂ… 壁面
５０ｃ… レンズ ５１ａ… 係合突起 ５２ａ… ボス ５９… 突設部
７０… イメージセンサ ７１… レンズ ７２… 制御装置 ７３… 液晶シャッタ

Claims (5)

1. レンズ（５０ｃ、７１）と、
   該レンズを介して撮像を行う撮像手段（７０）と、
   前記レンズを介して前記撮像手段に向かう光路のうち、該光路の光軸に垂直な断面でみたとき、該光路の縁部に沿って設定され、かつ、該縁部から前記光軸に向かって径方向に予め定められた幅を有する調整部分を透過する光量を調整する透過光量調整部材（７３）と、
   を備えることを特徴とする撮像機構。
2. 請求項１に記載の撮像機構において、
   前記透過光量調整部材は液晶で構成され、
   前記液晶の透明度を調整する制御を実行する透明度制御手段（７２）を備えることを特徴とする撮像機構。
3. 請求項１に記載の撮像機構において、
   前記透過光量調整部材は、前記調整部分に当たる光量が多くなると透明度が低下する調光材料を用いて構成されていることを特徴とする撮像機構。
4. 請求項１〜３に記載の撮像機構において、
   前記透過光量調整部材は、前記レンズ（５０ｃ）に積層されていることを特徴とする撮像機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載された撮像機構を備え、前記撮像機構によって撮像された画像に基づいて前方監視を行うことを特徴とする前方監視カメラ。

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