JP2015018106A - 撮像装置、及び、水滴除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図りつつ、レンズの表面に付着した水滴を簡単に除去し、レンズへの汚れの付着を防止する撮像装置、及び、レンズの水滴除去方法を提供する。
【解決手段】光軸が水平方向よりも下方に向けて設置されるカメラ装置本体１１と、このカメラ装置本体の前面に配置されて外気に露出するレンズ１３とを備え、レンズの表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施し、これらのコーティング領域６０、６１を区分けする少なくとも２本の境界線６２、６３の端部をレンズ１３の最下点となる交差点Ｑ１近傍で一致させた。
【選択図】図７

Description

本発明は、屋外で使用される撮像装置、及び、該撮像装置のレンズに付着した水滴を除去する水滴除去方法に関する。

一般に、車載用カメラ等の撮像装置は、車両外部（屋外）に取り付けられることが多い。このため、天候や周辺環境によりカメラのレンズの表面に雨滴や汚れが付着し、撮影される画像が不鮮明になる場合がある。特に、車体後方に取り付けられた車載用カメラでは、雨天時に自車の走行によるスプラッシュ（巻き上げ）により汚れを含んだ水滴が車載用カメラのレンズの表面に付着しやすい。このため、レンズの表面に付着した水滴が後に乾いて、レンズ表面に汚れが残存することが実験により分かっている。
このため、従来、レンズの表面に付着した水滴を除去する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、カメラ前面のガラスに、圧縮空気発生ユニットで生成した空気または水を高圧で吹付けることにより、ガラス表面の水滴や汚れを除去する技術が開示されている。また、特許文献２には、カメラの前に円形の筐体ガラスを配置し、この筐体ガラスをモータにて回転させるとともに、この筐体ガラスの一部に密接するワイパーを設け、このワイパーにて筐体ガラスに付着した水滴や汚れを除去する手段が開示されている。

特開２００１−１７１４９１号公報 特開２００６−８６６４０号公報

しかしながら、従来の構成では、カメラ（撮像装置）に付随して、圧縮空気発生ユニット、筐体ガラスを回転させるモータやワイパーを設置する必要がある。このため、カメラの周辺に大きなスペースが必要となり構成部品も多くなり高価となる問題があった。
特に、車両に搭載する場合は、車両側の取り付けスペースが制限されることが多いため、撮像装置をなるべくコンパクトに設置することが必要となる。
本発明は、省スペース化を図りつつ、レンズの表面に付着した水滴を簡単に除去し、レンズへの汚れの付着を防止する撮像装置、及び、レンズの水滴除去方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、光軸が水平方向よりも下方に向けて設置される撮像装置本体と、この撮像装置本体の前面側に配置されて外気に露出するレンズとを備え、前記レンズの表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施し、これらのコーティング領域を区分けする少なくとも２本の境界線を前記レンズの最下点近傍で一致させたことを特徴とする。

この構成において、前記レンズにおける前記光軸が通過する領域には、前記親水コーティングが施されても良い。また、前記レンズの曲率半径の中心から鉛直下方に延びる垂線と前記レンズとが交差する場合には、この交差する位置が前記最下点となる構成としても良い。

また、前記レンズの曲率半径の中心から鉛直下方に延びる垂線と前記レンズとが交差しない場合には、前記垂線に最も近い前記レンズの縁部が前記最下点となる構成としても良い。また、撮像装置本体は、前記光軸が鉛直下方に向けて配置され、前記レンズの表面には、前記最下点となる該レンズの中心点から放射状にそれぞれ延びる前記親水コーティングされた領域と前記撥水コーティングされた領域とが設けられても良い。

本発明は、光軸が水平方向よりも下方に向けて設置される撮像装置本体の前面側に配置され、外気に露出するレンズの表面に付着する水滴を除去する水滴除去方法であって、前記レンズの表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施し、これらのコーティング領域を区分けする少なくとも２本の境界線を前記レンズの最下点近傍で一致させ、親水コーティングが施された領域に付着した水滴を前記境界線に沿って前記最下点に導くことを特徴とする。

本発明によれば、光軸が水平方向よりも下方に向けて設置される撮像装置本体と、この撮像装置本体の前面側に配置されて外気に露出するレンズとを備え、前記レンズの表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施し、これらのコーティング領域を区分けする少なくとも２本の境界線を前記レンズの最下点近傍で一致させたため、親水コーティングが施されたレンズ表面に付着した水滴を境界線に沿ってレンズの最下点に導くことができ、付着した水滴を効率良く除去することができる。また、レンズの表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施すだけで、圧縮空気発生ユニット等の装置を設置することないため、省スペース化及び低コスト化を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置を模式的に示した図であり、（Ａ）は取り付け状態で側方から見た側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）を正面方向から見た正面図である。 撮像装置のレンズに施された親水コーティング及び撥水コーティングを示す図である。 レンズに付着した水滴の流れを説明する図である。 親水コーティング及び撥水コーティングが施されたレンズの変形例を示す図である。 親水コーティング及び撥水コーティングが施されたレンズの別の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る撮像装置を模式的に示した図であり、（Ａ）は取り付け状態で側方から見た側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）を正面方向から見た正面図である。 撮像装置のレンズの表面に施された親水コーティング及び撥水コーティングの領域を示す図である。 第３実施形態に係る撮像装置を取り付け状態で側方から見た側面図である。 撮像装置のレンズの表面に施された親水コーティング及び撥水コーティングの領域を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置を模式的に示した図であり、（Ａ）は取り付け状態で側方から見た側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）を正面方向から見た正面図である。
撮像装置１０は、カメラ装置本体（撮像装置本体）１１と、このカメラ装置本体１１の前面に設けられるレンズ１３とを備える。このレンズ１３は、画角の広い曲率半径ｒの球面形状をした凸レンズであり、カメラ装置本体１１に水密性を確保して取り付けられている。

撮像装置１０は、レンズ１３が外気に露出した状態で使用される装置であり、例えば、車載用リアビジョンカメラや車載用サイドビューカメラ等の屋外で使用される車載用カメラ装置である。カメラ装置本体１１は、図１に示すように、路面上の対象物（道路の車線等の表示、車両、歩行者、障害物等）を撮影できるように、光軸Ｐが水平方向よりも下方に向けて車体（不図示）の後方または側方に設置されている。

近年の車載用カメラ装置を搭載したシステムでは、カメラ装置本体１１で撮影した映像を使用した画像認識技術により、道路の車線や障害物を認識する機能が搭載されている。この種の車載用カメラ装置では、天候や周辺環境によりレンズ１３の表面に雨滴や汚れが付着しやすく、撮影される画像が不鮮明になる場合があり、撮影対象となる道路の車線や障害物を正しく認識できないことが想定される。
本構成では、レンズ１３の表面に付着した水滴を簡単に除去し、レンズ１３への汚れの付着を防止するために、レンズ１３の表面には、親水コーティングと撥水コーティングとが組み合わせて施されている。

次に、レンズ１３の表面のコーティングについて説明する。
レンズ１３は、図１（Ａ）に示すように、曲率半径ｒの球面形状をした凸レンズであり、このレンズ１３が設けられた撮像装置１０は、光軸Ｐが水平方向よりも下方に所定角度θだけ傾くように取り付けられている。
本実施形態では、レンズ１３上には、光軸Ｐが通過するレンズ１３の中心点Ａと、該レンズ１３の曲率半径ｒの中心Ｏから鉛直下方に延びる垂線Ｈとレンズ１３との交差点Ｑとが形成される。この交差点Ｑは、撮像装置１０を取り付けた場合におけるレンズ１３の最下点となる。

図２は、撮像装置１０のレンズ１３の表面に施された親水コーティング及び撥水コーティングの領域を示す図である。
レンズ１３の表面には、図２に示すように、レンズ１３の中心点Ａを含む一の領域２０に親水コーティングが施され、この一の領域２０以外の他の領域２１に撥水コーティングが施されている。親水コーティングの成分としては、アルコキシシラン、ポリエチレングリコール、光触媒（ＴｉＯ₂）、若しくはオルガノシロキサン等を用いて、真空蒸着等の方法でコーティングする。また、撥水コーティングの成分としては、シリコン樹脂やフッ素樹脂等を用いて、親水コーティングと同様に真空蒸着等の方法でコーティングする。
コーティングする場合には、レンズ１３の全面に親水コーティングを施し、一の領域２０をマスキングした後に、他の領域２１に撥水コーティングを施せば良い。

本実施形態では、親水コーティングが施された一の領域２０と、撥水コーティングが施された他の領域２１とは、略Ｖ字状を呈する２本の境界線２２、２３とで区分けされる。各境界線２２、２３の一端は、レンズ１３の中心点Ａを挟んだ該レンズ１３の水平方向の周縁部１３Ａ、１３Ｂに延び、境界線２２、２３の他端は、上記したレンズ１３の交差点Ｑの近傍で一致している。これにより、親水コーティングが施された一の領域２０は、交差点Ｑに近づくに連れ、水平方向の幅が小さくなっていく。

このような各コーティングが施されたレンズ１３に水滴が付着した場合、親水コーティングが施された一の領域２０では、水滴は大きな塊になり易く、この大きな塊となった水滴は自重により流れる。
具体的には、図３に示すように、レンズ１３の一の領域２０の表面に付着した水滴は、レンズ１３の表面を伝って自重により下方に流れるが、撥水コーティングが施された他の領域２１との境界線２２、２３まで流れ落ちると、この境界線２２、２３に沿って、交差点Ｑに向けて流れ落ちる。この構成では、境界線２２、２３は、略Ｖ字状を呈しており、交差点Ｑに近づくに連れ、水平方向の幅が小さくなるため、交差点Ｑに水滴を集中して導くことができる。さらに、交差点Ｑは、レンズ１３の最下点であるため、交差点Ｑに導かれた水滴は、そのまま下方に排出される。これにより、レンズ１３の表面に付着した水滴を効率良く除去することができる。

本構成では、カメラ装置本体１１の光軸Ｐが通過するレンズ１３の中心点Ａには、親水コーティングが施されるため、水滴が除去されたレンズ１３を通じて、鮮明が画像を撮影することができる。また、レンズ１３の表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施すだけで水滴の除去ができるため、圧縮空気発生ユニット等の装置を設置する必要がない。よって、車両に搭載される車載用カメラ装置におけるレンズ１３の表面に付着した水滴の除去を省スペース及び低コストで実現できる。

また、撥水コーティングが施された他の領域２１では、水滴がはじかれて水玉となる。この水玉は、車両の走行によって払拭される。また、撮像装置１０が車載用カメラ装置である場合には、他の領域２１を車両のバンパーやボディーが撮影される領域と合致するように取り付けられることが望ましい。
これは、車両のバンパーやボディーが撮影される領域以外の撮影画像は、画像処理によるレーン認識や移動物体認識などで使用される画像処理領域となるためである。つまり、水滴（水玉）が残存する可能性のある他の領域２１を車両のバンパーボディーが撮影される領域に合致させることで、車載用カメラ装置の撮影画像による画像処理の邪魔にならないようにすることができる。

また、レンズ１３の表面に施される親水コーティング及び撥水コーティングは、上記した形態に限るものではなく、他の態様とすることも可能である。
図４は、親水コーティング及び撥水コーティングが施されたレンズ１３の変形例を示す図である。このレンズ１３では、親水コーティングが施された一の領域２０及び撥水コーティングが施された他の領域２１を区分けする境界線２４、２５が上記した実施形態と異なる。その他の構成については、同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
この変形例では、境界線２４、２５が一直線ではなく、途中で屈曲した屈曲部２４Ａ、２５Ａを備える。この屈曲部２４Ａ、２５Ａは、一の領域２０内に張り出すように形成されるため、一の領域２０の形状を自由に変更できるとともに、流下する水滴が境界線２４、２５の途中で停滞することを防止できる。

図５は、親水コーティング及び撥水コーティングが施されたレンズ１３の別の変形例を示す図である。この変形例では、親水コーティングが施された一の領域２０Ａ，２０Ｂと撥水コーティングが施された他の領域２１Ａ，２１Ｂとをそれぞれ複数（２つずつ）備える点で異なる。上記した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この変形例では、親水コーティング及び撥水コーティングが高さ方向に重ねて設定される。各領域を区分けする境界線３１，３２、境界線３３，３４、境界線３５，３６はそれぞれ略Ｖ字状に形成され、最も下方に配置される境界線３１，３２のＶ字の角部は、交差点Ｑと略一致しており、他の境界線３３，３４、境界線３５，３６のＶ字の角部は、それぞれ中心点Ａと交差点Ｑとを結ぶ直線上に配置される。
これによれば、各境界線３１，３２、境界線３３，３４、境界線３５，３６に沿って流れる水滴は、それぞれのＶ字の角部に導かれ、最終的には交差点Ｑに導かれて交差点Ｑから排出される。これにより、レンズ１３に付着した水滴を効率良く除去することができる。
一般に、車載用カメラは比較的小型のカメラであるが、カメラ装置本体及びレンズの大きさは大小様々である。レンズの大きい車載用カメラの場合、レンズの面積が大きくなるため、レンズ表面への水滴の停滞が懸念される。
しかし、本構成のように、親水コーティング及び撥水コーティングをそれぞれ略Ｖ字状に形成することにより、表面に付着した水滴の停滞を抑え、該水滴を効率良く除去することができる。この構成は比較的大きなレンズに用いた場合に効果的である。
また、本構成では、レンズ１３の中央部に近い部分に撥水コーティングが施されている。しかし、撥水コーティングの施された他の領域２１Ａが、確保したい視野や画像認識の処理領域に邪魔にならない領域であれば、車載用カメラは機能的に問題にならない。このため、視界や画像認識の処理領域を考慮して親水及び撥水の各コーティング領域を決定すれば良い。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置５０を模式的に示した図であり、（Ａ）は取り付け状態で側方から見た側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）を正面方向から見た正面図である。
この第２実施形態にかかる撮像装置５０のカメラ装置本体１１は、光軸Ｐが水平方向よりも下方に向けて設置されている点で、上記した撮像装置１０と同じであるが、光軸Ｐと水平方向との所定角度θの点で構成を異にする。
具体的には、上記した実施形態では、レンズ１３の曲率半径ｒの中心Ｏから鉛直下方に延びる垂線Ｈは、レンズ１３と交差点Ｑで交差している。しかしながら、撮像装置５０の傾斜配置される所定角度が小さくなると、図６（Ａ）に示すように、垂線Ｈとレンズ１３とが交差することがない。
このため、この構成では、垂線Ｈからの距離Ｌが最も近いレンズ１３の下端縁Ｑ１を最下点とし、この下端縁Ｑ１にて境界線が略一致するように領域を区分けする。

図７は、撮像装置５０のレンズ１３の表面に施された親水コーティング及び撥水コーティングの領域を示す図である。
レンズ１３の表面には、図６に示すように、レンズ１３の中心点Ａを含む一の領域６０に親水コーティングが施され、この一の領域６０以外の他の領域６１に撥水コーティングが施されている。本実施形態では、親水コーティングが施された一の領域６０と、撥水コーティングが施された他の領域６１とは、略Ｖ字状を呈する２本の境界線６２、６３とで区分けされる。各境界線６２、６３の一端は、レンズ１３の中心点Ａを挟んだ該レンズ１３の水平方向の周縁部１３Ａ、１３Ｂに延び、境界線６２、６３の他端は、上記したレンズ１３の下端縁Ｑ１の近傍で一致している。
この構成では、撮像装置５０が取り付けられる所定角度が小さい場合であっても、コーティングを区分けする境界線６２、６３をレンズ１３の下端縁Ｑ１の近傍で一致させるため、このレンズ１３の最下端となる位置に境界線６２、６３の端部を合わせることができる。これにより、撮像装置５０の取り付け角度の自由度の幅を持たせることができ、該撮像装置５０の取り付け作業を容易に行うことができる。

＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態に係る撮像装置７０を取り付け状態で側方から見た側面図であり、図９は、撮像装置７０のレンズ１３の表面に施された親水コーティング及び撥水コーティングの領域を示す図である。
この第３実施形態では、撮像装置７０のカメラ装置本体１１の光軸Ｐが鉛直下方に向けて設置される点で上記した実施形態と構成を異にする。
この実施形態では、カメラ装置本体１１の光軸Ｐと、レンズ１３の曲率半径ｒの中心Ｏから鉛直下方に延びる垂線Ｈとが一致し、これらはレンズ１３の中心点Ａを通過する。このため、この中心点Ａがレンズ１３の最下点として機能し、中心点Ａにて境界線が略一致するように領域を区分けする。

レンズ１３の表面には、図９に示すように、レンズ１３の中心点Ａから周縁に向けて放射状に延びる一の領域８０Ａ，８０Ｂと、この一の領域８０Ａ，８０Ｂ以外の他の領域８１Ａ，８１Ｂとが形成される。一の領域８０Ａ，８０Ｂには親水コーティングが施され、他の領域８１Ａ，８１Ｂには撥水コーティングが施されている。
これらの領域８０Ａ，８０Ｂ，８１Ａ，８１Ｂは、それぞれ略Ｖ字状を呈する４本の境界線８２，８３，８４，８５にて略同一の大きさに区分けされる。各境界線８２〜８５の一端は、それぞれレンズ１３の周縁部に延び、境界線８２〜８５の他端は、レンズ１３の最下端となる中心点Ａの近傍で一致している。
親水コーティングが施される領域８０Ａ，８０Ｂと、撥水コーティングが施される領域８１Ａ，８１Ｂとは、レンズ１３の周方向に交互に形成されている。

この構成によれば、各境界線８２〜８５に沿って流れる水滴は、それぞれのＶ字の角部となる中心点Ａに導かれて中心点Ａから排出される。これにより、レンズ１３に付着した水滴を効率良く除去することができる。
本構成では、親水コーティング及び撥水コーティングを周方向に交互に配置するため、レンズ１３は略半分の領域に撥水コーティングが施されている。この場合であっても、視界や画像認識の処理領域を確保できる方向にコーティングの方向を決めておけば、車載用カメラは、機能的に問題にならない。
例えば、車両前方はドライバーの視界に入ってくる部分ではあるが、車両後方はドライバーの視界には入らず、かつ、車載用カメラにて視界や画像認識する領域を確保したい領域となる。このため、この車載用カメラにて視界や画像認識する領域に親水コーティングが向くように設計すれば良い。
レンズ１３の表面に、細かく周方向に交互に各コーティングを施せば、レンズ１３の表面における水滴除去効果が高まるため、撥水コーティング領域の面積を少なくすることができる。
この実施形態では、レンズ１３の表面を４つの領域に区分けしているが、この領域の数を増減させても良いことは勿論である。また、この実施形態では、各領域８０Ａ，８０Ｂ，８１Ａ，８１Ｂを略同一の大きさに区分けしているが、これに限るものではなく、撥水コーティングが施された領域８１Ａ，８１Ｂの大きさを親水コーティングが施される領域８０Ａ，８０Ｂよりも小さくして、レンズ１３の表面の水滴の除去を積極的に促し、レンズ１３の視界を確保する構成としても良い。

１０、５０、７０ 撮像装置
１１ カメラ装置本体（撮像装置本体）
１３ レンズ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、６０、８０Ａ、８０Ｂ 一の領域
２１、２１Ａ、２１Ｂ、６１、８１Ａ、８１Ｂ 他の領域
２２、２３、２４、２５、３１、３２、３３、３４、３５、３６、６２、６３、８２、８３、８４、８５ 境界線
２４Ａ，２５Ａ 屈曲部
Ａ 中心点（最下点）
Ｈ 垂線
Ｌ 距離
Ｏ 中心
Ｐ 光軸
Ｑ 交差点（最下点）
Ｑ１ 下端縁（最下点）
ｒ 曲率半径

Claims (6)

1. 光軸が水平方向よりも下方に向けて設置される撮像装置本体と、この撮像装置本体の前面側に配置されて外気に露出するレンズとを備え、前記レンズの表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施し、これらのコーティング領域を区分けする少なくとも２本の境界線を前記レンズの最下点近傍で一致させたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記レンズにおける前記光軸が通過する領域には、前記親水コーティングが施されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記レンズの曲率半径の中心から鉛直下方に延びる垂線と前記レンズとが交差する場合には、この交差する位置が前記最下点となることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記レンズの曲率半径の中心から鉛直下方に延びる垂線と前記レンズとが交差しない場合には、前記垂線に最も近い前記レンズの縁部が前記最下点となることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
5. 撮像装置本体は、前記光軸が鉛直下方に向けて配置され、前記レンズの表面には、前記最下点となる該レンズの中心点から放射状にそれぞれ延びる前記親水コーティングされた領域と前記撥水コーティングされた領域とが設けられることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 光軸が水平方向よりも下方に向けて設置される撮像装置本体の前面側に配置され、外気に露出するレンズの表面に付着する水滴を除去する水滴除去方法であって、
   前記レンズの表面に親水コーティング及び撥水コーティングを施し、これらのコーティング領域を区分けする少なくとも２本の境界線を前記レンズの最下点近傍で一致させ、親水コーティングが施された領域に付着した水滴を前記境界線に沿って前記最下点に導くことを特徴とする水滴除去方法。

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