JP2016127512A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークを抑制して、偏光フィルタ上の偏光フィルタ領域を透過した偏光成分の受光量を適切に取得できるようにする撮像装置を提供する。【解決手段】特定の偏光成分を選択して透過させる偏光フィルタ領域１０３ｂを備えた偏光フィルタ１０３と、受光素子１０２ａを２次元配置した画像センサとを備えた撮像装置において、特定の波長帯の波長成分を選択して透過させる第一カラーフィルタ領域１０２Ｒが、偏光フィルタ領域１０３ｂを透過した偏光成分を受光する受光素子の直前に配置されており、偏光フィルタ領域１０３ｂに対し、撮像領域からの光が偏光フィルタに入射する入射範囲の中心に近い側から隣接する第一偏光フィルタ領域１０３ａを通る光路上には、第一カラーフィルタ領域１０２Ｒが透過させる波長帯をカットする第二カラーフィルタ領域１０３Ｇが設けられている。【選択図】図１１

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

従来、偏光フィルタと、受光素子を２次元配置した画像センサとを備え、画像センサにより偏光フィルタを通じて入射してくる撮像領域からの光を受光し、特定の偏光成分の受光量を取得する撮像装置が知られている。

特許文献１には、受光素子が２次元配置された受光素子アレイ（画像センサ）上に偏光子アレイ（偏光フィルタ）が搭載された偏光イメージング装置が開示されている。偏光子アレイは、１つの受光素子に対して１つの偏光子（偏光フィルタ領域）が対応するように多数の偏光子が２次元配置されたものである。また、偏光子アレイは、透過させる偏光成分の偏光方向が異なる偏光子が互いに隣り合うように配置されている。

特許文献１に開示の偏光イメージング装置のように、複数種類の偏光フィルタ領域が隣接するように配置された偏光フィルタを備える撮像装置は、一般に、偏光フィルタ上の偏光フィルタ領域ごとの受光量を画像センサで取得する。このような撮像装置において、偏光フィルタの中心から離れた箇所に配置される偏光フィルタ領域への入射光に角度がつくと、当該偏光フィルタ領域を透過した光が画像センサ上に照射される照射部分は、当該偏光フィルタ領域に対応する画像センサ上の受光素子に対し、画像センサの中心から離れる方向へズレる。これにより、当該偏光フィルタ領域を透過した光の照射部分が、当該偏光フィルタ領域に対応する受光素子からズレるだけでなく、当該受光素子に隣接する受光素子すなわち別の種類の偏光フィルタ領域に対応する受光素子に入射するクロストークが発生してしまう場合がある。クロストークが発生すると、偏光フィルタ上の偏光フィルタ領域を透過した偏光成分の受光量を適切に取得できなくなるという問題が発生する。

上述した課題を解決するために、本発明は、特定の偏光方向をもつ偏光成分を選択して透過させる偏光フィルタ領域を備えた偏光フィルタと、受光素子を２次元配置した画像センサとを備え、前記画像センサにより前記偏光フィルタを通じて入射してくる撮像領域からの光を受光して、該偏光フィルタ上における偏光フィルタ領域を透過した偏光成分の受光量を取得する撮像装置において、特定の波長帯の波長成分を選択して透過させる第一波長選択フィルタ領域が、前記偏光フィルタ領域を透過した偏光成分を受光する受光素子の直前に配置されており、前記偏光フィルタ領域に対し、撮像領域からの光が前記偏光フィルタに入射する入射範囲の中心に近い側から隣接する偏光フィルタ上の箇所を通る光路上には、前記第一波長選択フィルタ領域が透過させる波長帯をカットする第二波長選択フィルタ領域が設けられていることを特徴とする。

以上、本発明によれば、クロストークを抑制して、偏光フィルタ上の偏光フィルタ領域を透過した偏光成分の受光量を適切に取得できるようになるという優れた効果が奏される。

実施形態における車載機器制御システムの概略構成を示す模式図である。 同車載機器制御システムで用いられる撮像装置の偏光フィルタと画像センサとの配置例を示す説明図である。 同偏光フィルタのワイヤグリッド構造を説明するための説明図である。 同偏光フィルタの構成を示す説明図である。 同撮像装置の画像処理部を示すブロック図である。 同撮像装置の光学系を透過した光が偏光フィルタを介して画像センサへ到達するまでの光路の概略を示す説明図である。 （ａ）は、比較例の偏光フィルタの中心付近に位置する第一偏光フィルタ領域を通過した入射光の光路を、その光路の側方から見たときの説明図である。（ｂ）は、（ａ）の例における画像センサ上の照射部分の位置を示す説明図である。 （ａ）は、比較例の偏光フィルタの端部付近に位置する第一偏光フィルタ領域を通過した入射光の光路を、その光路の側方から見たときの説明図である。（ｂ）は、（ａ）の例における画像センサ上の照射部分の位置を示す説明図である。 比較例の偏光フィルタにおいて、入射角に対する偏光情報の精度低下を説明するためのグラフである。 実施形態の偏光フィルタ及び画像センサの一部を模式的に示した斜視図である。 （ａ）は、同偏光フィルタの端部付近に位置する第一偏光フィルタ領域を通過した入射光の光路を、その光路の側方から見たときの説明図である。（ｂ）は、（ａ）の例における画像センサ上の照射部分の位置を示す説明図である。 同偏光フィルタにおける入射角に対する偏光情報の精度を示すグラフである。 変形例１における偏光フィルタの一例を示す説明図である。 変形例２における偏光フィルタの一例を示す部分斜視図である。 変形例３における偏光フィルタの一例を示す説明図である。 （ａ）は、波長選択画像を撮像する撮像装置で撮像した黒色体の画像例である。（ｂ）は、実施形態に係る撮像装置で撮像した黒色体の画像例である。 （ａ）は、波長選択画像を撮像する撮像装置で撮像した透明材あるいは反射材に刻印された文字等の画像例である。（ｂ）は、実施形態に係る撮像装置で撮像した透明材あるいは反射材に刻印された文字等の画像例である。

以下、本発明に係る撮像装置を、車載機器制御システムに用いる一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における車載機器制御システムの概略構成を示す模式図である。
本車載機器制御システムは、自動車などの移動体に搭載された撮像装置で撮像した自車両進行方向前方領域（撮像領域）の撮像画像を解析して、撮像領域内に存在する検出対象物の位置を検出し、その検出結果を表示部３００に表示して運転者に有益な情報（車走行補助用情報）を提供するものである。

撮像部１００は、例えば、自車両のフロントガラスのルームミラー付近に設置され、走行する自車両の進行方向前方領域を撮像領域とする。撮像部１００は、主に、撮像レンズ等の光学系１０１と、光学フィルタである偏光フィルタ１０３と、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１０２とから構成されている。

図２は、本実施形態で用いられる偏光フィルタ１０３と画像センサ１０２との配置例を示す説明図である。
図２に示す偏光フィルタ１０３は、偏光方向が互いに４５°ずつズレた４種類の偏光成分をそれぞれ選択して透過させる４種類の偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄが、２次元方向で交互に隣接するように格子状に配置されて市松状に領域分割されたものである。偏光フィルタ１０３の各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄは、画像センサ１０２上における１つの受光素子１０２ａ（単位領域）にそれぞれ対応している。

第一偏光フィルタ領域１０３ａは、画像センサ１０２の受光素子１０２ａの横列方向（水平方向）に平行に振動する偏光成分のみを選択して透過させる偏光フィルタ領域である。
第二偏光フィルタ領域１０３ｂは、画像センサ１０２の受光素子１０２ａの横列方向（水平方向）に対して４５°傾斜した方向に振動する偏光成分のみを選択して透過させる偏光フィルタ領域である。
第三偏光フィルタ領域１０３ｃは、画像センサ１０２の受光素子１０２ａの縦列方向（鉛直方向）に平行に振動する偏光成分のみを選択して透過させる偏光フィルタ領域である。
第四偏光フィルタ領域１０３ｄは、画像センサ１０２の受光素子１０２ａの横列方向（水平方向）に対して前記第二偏光フィルタ領域とは逆方向へ４５°傾斜した方向に振動する偏光成分のみを選択して透過させる偏光フィルタ領域である。

偏光フィルタ１０３の各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄは、例えば、ワイヤグリッド構造で構成することができる。ワイヤグリッド構造では、図３に示すように、電場がワイヤの長手方向に対して垂直な直線偏光（ＴＭ波）については、振動方向の線幅が小さいために自由電子の動きが制限されて透過することができる。これに対し、電場がワイヤの長手方向に対して平行な直線偏光（ＴＥ波）については、自由電子が電場に平行に振動できるため、自由電子から散乱される光波と入射波の干渉により、大部分が反射光となる。これにより、入射光は、ワイヤ長手方向が互いに異なる各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄからそれぞれ異なる特定の偏光成分のみが透過する。

グリッド材料としては、アルミニウムが主に利用されるが、金、銀、タングステン等などを利用してもよい。もちろん、偏光フィルタ領域の構成はこのようなワイヤグリッド構造に限らず、例えば、一次元フォトニック結晶で構成したものでもよい。

また、本実施形態における画像センサ１０２は、受光素子１０２ａが２次元配置された画素アレイ１０２−１と、第一波長選択フィルタとしてのカラーフィルタ１０２−２とから構成される。カラーフィルタ１０２−２は、互いに異なる波長帯の波長成分をそれぞれ選択して透過させる３種類の第一波長選択フィルタ領域としてのカラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂのいずれかが、偏光フィルタ１０３上における各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄのそれぞれに対応するように、２次元方向で格子状に配置されている。したがって、カラーフィルタ１０２−２上の各カラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂは、画素アレイ１０２−１上における１つの受光素子１０２ａ（単位領域）にそれぞれ対応している。

カラーフィルタ１０２−２は、各カラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが画素アレイ１０２−１上の各受光素子１０２ａの直前に位置するように、画素アレイ１０２−１と一体に支持され、画素アレイ１０２−１とともに画像センサ１０２を構成する。各カラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂは、それぞれ対応する波長帯のみを透過させ、対応しない波長帯は透過させない。具体的には、カラーフィルタ領域１０２Ｒは、例えば５８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯域である赤色成分のみを透過させ、それ以外の波長帯域をカットする。また、カラーフィルタ領域１０２Ｇは、例えば４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の緑色成分のみを透過させ、それ以外の波長帯域をカットする。また、カラーフィルタ領域１０２Ｂは、例えば３８０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の青色成分のみを透過させ、それ以外の波長帯域をカットする。本実施形態において、各カラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが透過させる各透過波長帯は、他のカラーフィルタ領域の透過波長帯とはほとんど重ならないように設定しているが、ある程度は部分的に重なっていてもよい。

本実施形態においては、偏光フィルタ１０３の各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄを透過した各偏光成分は、対応するカラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂを透過した後に、対応する受光素子１０２ａに受光される。よって、各受光素子１０２ａからは、それぞれ、対応する偏光成分をもち、かつ、対応する波長成分をもった光成分の受光量に応じた出力信号が出力される。画像センサ１０２の各受光素子１０２ａから出力される出力信号に基づき、画像センサ１０２からは、偏光ＲＡＷ画像データとして、各受光素子１０２ａの受光量に応じたデジタル信号値を画像の水平・垂直同期信号とともに画像処理部２００へと出力する。本実施形態によれば、互いに異なる偏光成分の偏光画像データ及び互いに異なる波長成分の波長選択画像データを、１回の撮像動作で得ることができる。

撮像領域内に存在する物体表面における偏光反射率は、その表面の材質や形状によって異なる。そのため、１又は２以上の偏光成分についての偏光ＲＡＷ画像データから、撮像領域内の偏光情報を得ることにより、偏光反射率の違いを利用して、一般のカメラのような輝度情報や波長情報では正確に捉えるのが困難な黒色体のエッジや透明体の輪郭などを認識することが可能となる。

なお、本実施形態では、偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄの種類と、対応するカラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂの種類との組み合わせが、１つだけの例であるが、複数の組み合わせが存在するようにしてもよい。すなわち、１種類の偏光フィルタ領域に対して２種類以上のカラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが対応するように、偏光フィルタ１０３上の各偏光フィルタ領域や、カラーフィルタ１０２−２上の各カラーフィルタ領域を配置してもよい。

本実施形態において、偏光フィルタ１０３上の各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄを透過した各偏光成分が画像センサ１０２上に照射される照射部分の面積（照射スポット径）が大きい。したがって、その照射部分が僅かにズレるだけで、対応受光素子に隣接する他の受光素子に入射しやすい。そのため、本実施形態においては、図４に示すように、各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄの間に遮光部１０３ｅが設けられている。このような遮光部１０３ｅが介在することで、各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄが互いに接するように配置される構成と比べて、対応受光素子に隣接する他の受光素子に入射しにくいように構成している。

図５は、画像処理部２００を示すブロック図である。
画像処理部２００は、主に、偏光指標値出力手段としての画像情報生成部２０３と、車走行補助用情報生成部２０４とから構成されている。画像情報生成部２０３は、撮像部１００から出力された偏光ＲＡＷ画像データから、各画像画素について、画像センサ１０２の受光素子１０２ａの縦列方向（鉛直方向）に平行に振動する偏光成分（以下「Ｓ偏光成分」という。）と、画像センサ１０２の受光素子１０２ａの横列方向（水平方向）に平行に振動する偏光成分（以下「Ｐ偏光成分」という。）との間の大きさの違いを示す偏光指標値を算出し、偏光情報として出力する。ここで使用する偏光指標値としては、例えば、Ｐ偏光成分の受光量Ｐに対するＳ偏光成分の受光量Ｓの比率である偏光比（Ｓ／Ｐ）を用いることもできるし、Ｐ偏光成分の受光量ＰとＳ偏光成分の受光量Ｓの合計値に対するこれらの偏光成分の受光量の差分値の比率である差分偏光度（（Ｐ−Ｓ）／（Ｐ＋Ｓ））を用いることもできる。

偏光指標値として偏光比を用いる場合、Ｐ偏光成分の受光量Ｐが小さい値であるとき（Ｐ≒０）のとき、算出される偏光比は∞に近い値をとることになり、適正な値を得ることができない。また、偏光指標値として差分偏光度を用いる場合、Ｐ偏光成分の受光量ＰとＳ偏光成分の受光量Ｓの合計値が小さい値であるとき（Ｐ＋Ｓ≒０）のとき、算出される差分偏光度が∞に近い値をとることになり、適正な値を得ることができない。両者を比較すると、適正な値を得ることができない状況になる確率が、前者の偏光比よりも後者の差分偏光度の方が少ないので、差分偏光度を偏光指標値として用いるのが好ましい。ただし、偏光比は、Ｓ偏光成分の受光量Ｓが小さい値であるとき（Ｓ≒０）のときには正確な値を得ることができる。以下、本実施形態では、差分偏光度を偏光指標値として用いる場合について説明する。

また、画像情報生成部２０３は、差分偏光度のほか、後段の車走行補助用情報生成部２０４の処理に用いる他のデータも生成して出力する。例えば、本実施形態では、撮像領域内の各地点からの光のうち、特定の波長帯をもつ光成分の受光量に応じた波長情報も出力することができる。

車走行補助用情報生成部２０４は、画像情報生成部２０３から出力された各画像画素の差分偏光度をフレームメモリ内に一旦保持し、その差分偏光度に応じた画素値をもつ差分偏光度画像の画像データを生成する。このとき、差分偏光度の値はマイナス値の範囲からプラス値の範囲まで分布するので、例えば、ゼロを中心とした有効範囲の差分偏光度を画像画素値の範囲（例えば０〜２５５）に規格化し、規格化した数値を画素値とする。画像情報生成部２０３から出力された各画像画素のモノクロ輝度情報については、その有効範囲を画像画素値の範囲（例えば０〜２５５）に規格化し、規格化した数値を画素値とすればよい。

車走行補助用情報生成部２０４は、このようにして求めた差分偏光度画像データや波長選択画像データを用いて、自車両周囲に存在する障害物、他車両、車線（白線等）、マンホール蓋などの路面構成物、ガードレールなどの路端構造物などの各種物体位置情報、路面が乾燥状態か湿潤状態かを示す路面乾湿情報、日向部分か影部分かを示す日照情報などを、車走行補助用情報として生成する。生成された車走行補助用情報は表示部３００に送られ、運転者に提供される。

次に、本発明の特徴部分である、偏光フィルタ１０３の構成について説明する。
図６は、撮像レンズ等の光学系１０１を透過した光が偏光フィルタ１０３を介して画像センサ１０２へ到達するまでの光路の概略を示す説明図である。
図７（ａ）は、比較例の偏光フィルタ１０３’の中心付近に位置する第一偏光フィルタ領域１０３ａを通過した入射光の光路を、その光路の側方から見たときの説明図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の例における画像センサ１０２上の照射部分Ｈの位置を示す説明図である。
図８（ａ）は、比較例の偏光フィルタ１０３’の端部付近に位置する第一偏光フィルタ領域１０３ａを通過した入射光の光路を、その光路の側方から見たときの説明図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の例における画像センサ１０２上の照射部分Ｈの位置を示す説明図である。

実際には、画像センサ１０２上のすべての受光素子１０２ａに対して真っ直ぐに光が入射することはなく、画像センサ１０２上の位置によって受光素子１０２ａに対する光の入射角が異なる。具体的には、画像センサ１０２の中心（撮像レンズの中心軸Ｏが通る光が入射することになる画像センサ上の地点）から離れた位置に配置される受光素子１０２ａほど、光の入射角が大きくなる。

偏光フィルタ機能のみを備えた通常の偏光フィルタ１０３’は、各偏光フィルタ領域の中心位置が、画像センサ１０２の各受光素子１０２ａの中心の直上に位置するように組み付けられている。このような構成では、偏光フィルタの中心（撮像レンズの中心軸Ｏが通る偏光フィルタ上の地点）から離れた位置の偏光フィルタ領域に対する光の入射角θが一定以上の大きさをもつとき、図８に示すように、対応受光素子に隣接する他の受光素子に一部の光が入射するクロストークの問題が発生する。この場合、得られる差分偏光度等の偏光指標値の誤差が大きく、差分偏光度画像データを用いた処理の精度が低下してしまう。

図９は、比較例における偏光フィルタ１０３’において、入射角に対する偏光情報の精度低下を説明するためのグラフである。
ここで用いた画像センサは、略正方形状の受光面（一辺サイズ３．２μｍ）を有する受光素子（外形が一辺サイズ５．５μｍの正方形状である受光素子）１０２ａが接するように格子状に配置された画像センサ１０２を用いた。この画像センサ１０２には、各偏光フィルタ領域の中心位置が画像センサ１０２の各受光素子１０２ａの中心の直上に位置するように構成された偏光フィルタ１０３’が、画像センサ１０２の受光面とのギャップが９μｍとなるように取り付けられている。この偏光フィルタ１０３’は、各偏光フィルタ領域における透過偏光成分とこれに直交する方向の偏光成分との透過率比は１００：１である。このような撮像装置に対し、一方の種類の偏光フィルタ領域が透過させる偏光方向をもつ一様な光であって、対応受光素子のカラーフィルタ領域の透過波長帯を含む可視光を入射させる。また、偏光フィルタ領域のワイヤグリッドは厚みを無視できる２００ｎｍ程度の厚さとする。

図９では、偏光情報の精度低下を示す尺度として偏光比を用いる。この偏光比が高いほど正確な偏光情報が得られていることを示す。画像センサ１０２の中心における入射角は０°であり、その中心から離れるにつれて入射角が増大する。入射角が小さい場合、すなわち、画像センサ１０２の中心付近においては、クロストークが一切発生しておらず、偏光比は１００をとる。しかしながら、入射角が一定の角度（約７°）を超えると、クロストークの発生により偏光比が急激に低下しはじめ、入射角が１３．４°になると偏光比は５以下にまで低下する。

図１０は、本実施形態の偏光フィルタ１０３及び画像センサ１０２の一部を模式的に示した斜視図である。
図１１（ａ）は、本実施形態の偏光フィルタ１０３の端部付近に位置する第一偏光フィルタ領域１０３ａを通過した入射光の光路を、その光路の側方から見たときの説明図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の例における画像センサ１０２上の照射部分Ｈの位置を示す説明図である。
本実施形態における偏光フィルタ１０３は、ガラス基板１０３−１ｂ上にワイヤグリッド１０３−１ａを作成して各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄを形成した偏光フィルタ基板１０３−１と、偏光フィルタ基板１０３−１の入射側（ワイヤグリッド１０３−１ａが作成される側とは反対側のガラス基板１０３−１ｂ上）に形成される第二波長選択フィルタとしてのカラーフィルタ層１０３−２とから構成されている。すなわち、本実施形態の偏光フィルタ１０３は、上述した比較例の偏光フィルタ１０３’の入射側にカラーフィルタ層１０３−２を形成したものである。

本実施形態のカラーフィルタ層１０３−２は、各偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄのそれぞれに対応して、当該偏光フィルタ領域に対応する画像センサ１０２上のカラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが透過させる波長帯と同じ波長帯を透過させる第二波長選択フィルタ領域としての第二カラーフィルタ領域１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを備えている。カラーフィルタ層１０３−２上の各第二カラーフィルタ領域１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂは、画像センサ１０２上の対応するカラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂと同じ波長帯を透過させるものであるため、画像センサ１０２上の各受光素子１０２ａに受光される光成分に影響を与えない。ただし、各第二カラーフィルタ領域１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂは、画像センサ１０２上の対応するカラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに対して偏光フィルタ１０３の中心から遠い側に隣接する他のカラーフィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが透過させる透過波長帯をカットする。

具体例を挙げて説明すると、図１１に示すように、第一偏光フィルタ領域１０３ａについては、偏光フィルタ１０３上の第二緑色カラーフィルタ領域１０３Ｇを透過した緑色成分Ｇの非偏光Ｃの光成分Ｇ／Ｃが当該第一偏光フィルタ領域１０３ａに入射し、当該第一偏光フィルタ領域１０３ａからは緑色成分ＧのＰ偏光成分Ｐである光成分Ｇ／Ｐが射出される。この光成分Ｇ／Ｐは、対応受光素子１０２ａの直前に配置されている緑色カラーフィルタ領域１０２Ｇを透過した後、対応受光素子１０２ａに受光される。

このとき、第一偏光フィルタ領域１０３ａから射出された光成分Ｇ／Ｐの一部は、入射角θが一定以上の大きさをもつため、対応受光素子に隣接する他の受光素子に向かうが、その光路上には、当該他の受光素子の直前に配置されている赤色カラーフィルタ領域１０２Ｒが存在する。第一偏光フィルタ領域１０３ａから射出された光成分Ｇ／Ｐは、偏光フィルタ１０３上の第二緑色カラーフィルタ領域１０３Ｇの透過時に、赤色カラーフィルタ領域１０２Ｒの透過波長帯である赤色成分がカットされており、赤色カラーフィルタ領域１０２Ｒを透過できる波長帯を含まない。

本実施形態によれば、第一偏光フィルタ領域１０３ａから射出された光成分Ｇ／Ｐの一部が、対応受光素子に隣接する他の受光素子に向かっても、当該他の受光素子の直前に配置されている赤色カラーフィルタ領域１０２Ｒによって全部カットされるので、当該他の受光素子に受光されることはない。したがって、クロストークの問題が発生しない。

図１２は、本実施形態における偏光フィルタ１０３において、入射角に対する偏光情報の精度を示すグラフである。
第二カラーフィルタ領域１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを備えていない比較例の偏光フィルタ１０３’では、図９に示したように（図１２中破線で示すように）、入射角が一定の角度（約７°）を超えると、クロストークの発生により偏光比が急激に低下しはじめ、入射角が１３．４°になると偏光比は５以下にまで低下した。これに対し、本実施形態では、入射角が一定の角度（約７°）を超えても偏光比が低下せず、入射角が１３．４°になっても偏光比は１００に維持された。

なお、本実施形態においては、偏光フィルタ１０３上の全偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄに対してそれぞれ第二カラーフィルタ領域１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを設けているが、クロストークが生じ得る箇所、すなわち、偏光フィルタ１０３の中心から一定以上離れた位置に配置される偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄにだけ、第二カラーフィルタ領域１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを設けてもよい。

〔変形例１〕
次に、上述した実施形態における偏光フィルタの一変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
図１３は、本変形例１における偏光フィルタ１０３の一例を示す説明図である。
上述した実施形態では、画像センサ１０２上の全受光素子１０２ａに対応するように偏光フィルタ１０３上に偏光フィルタ領域が設けられていたが、本変形例１では、画像センサ１０２上における一部の受光素子１０２ａのみに対応するように、偏光フィルタ１０３上に偏光フィルタ領域が設けられている。

より詳しくは、本変形例１では、画像センサ１０２上における青色カラーフィルタ領域１０２Ｂに対応する受光素子１０２ａのみに対応する偏光フィルタ１０３上の箇所だけに、偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｃが設けられている。画像センサ１０２上における赤色カラーフィルタ領域１０２Ｒや緑色カラーフィルタ領域１０２Ｇに対応する受光素子１０２ａに対応する偏光フィルタ１０３上の箇所は、ワイヤグリッド１０３−１ａが作成されておらず、ガラス基板１０３−１ｂのみであり、いずれの偏光成分も選択しない非偏光フィルタ領域となっている。

なお、本変形例１の偏光フィルタ１０３上に設けられる偏光フィルタ領域の種類は、Ｐ偏光成分のみを選択して透過させる第一偏光フィルタ領域１０３ａと、Ｓ偏光成分のみを選択して透過させる第三偏光フィルタ領域１０３ｃの２種類であるが、偏光フィルタ領域の種類や数は適宜設定できる。

本変形例１において、第一偏光フィルタ領域１０３ａに隣接する非偏光フィルタ領域からは、偏光フィルタ１０３上の第二赤色カラーフィルタ領域１０３Ｒを透過した赤色成分Ｒの非偏光である光成分Ｒ／Ｃ、又は、偏光フィルタ１０３上の第二緑色カラーフィルタ領域１０３Ｇを透過した緑色成分Ｇの非偏光である光成分Ｇ／Ｃが射出される。これらの光成分Ｒ／Ｃ，Ｇ／Ｃは、それぞれ、対応受光素子１０２ａの直前に配置されている赤色カラーフィルタ領域１０２Ｒ又は緑色カラーフィルタ領域１０２Ｇを透過した後、対応受光素子１０２ａに受光される。

このとき、非偏光フィルタ領域から射出された光成分Ｒ／Ｃ，Ｇ／Ｃの一部は、入射角θが一定以上の大きさをもつことで、対応受光素子に隣接する他の受光素子、具体的には、第一偏光フィルタ領域１０３ａの対応受光素子に向かう。しかしながら、その光路上には、第一偏光フィルタ領域１０３ａの対応受光素子の直前に配置されている青色カラーフィルタ領域１０２Ｂが存在する。非偏光フィルタ領域から射出された光成分Ｒ／Ｃ，Ｇ／Ｃは、偏光フィルタ１０３上の第二赤色カラーフィルタ領域１０３Ｒ又は第二緑色カラーフィルタ領域１０３Ｇの透過時に、青色成分がカットされているので、青色カラーフィルタ領域１０２Ｂを透過できる波長帯を含まない。

よって、本変形例１によれば、非偏光フィルタ領域から射出された光成分Ｒ／Ｃ，Ｇ／Ｃの一部が、その対応受光素子に隣接する第一偏光フィルタ領域１０３ａの対応受光素子に向かっても、第一偏光フィルタ領域１０３ａの対応受光素子の直前に配置されている青色カラーフィルタ領域１０２Ｂによって全部カットされるので、第一偏光フィルタ領域１０３ａの対応受光素子に受光されることはない。第三偏光フィルタ領域１０３ｃについても同様である。したがって、第一偏光フィルタ領域１０３ａに対応する受光素子の出力信号からは適切なＰ偏光成分が得られ、第三偏光フィルタ領域１０３ｃに対応する受光素子の出力信号からは適切なＳ偏光成分が得られる結果、上述した実施形態１と同様、クロストークの影響を受けない適切な偏光情報を取得することができる。

〔変形例２〕
次に、上述した実施形態における偏光フィルタの他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
図１４は、本変形例２における偏光フィルタの一例を示す部分斜視図である。
上述した実施形態や変形例１では、第二波長選択フィルタ領域が偏光フィルタ上に形成されていたが、本変形例２では、第二波長選択フィルタ領域が偏光フィルタとは別体の基板上に形成されている。具体的には、偏光フィルタは、上述した比較例の偏光フィルタ１０３’と同様、偏光フィルタ機能のみを備えたものである。そして、この偏光フィルタ１０３’とは別体のガラス基板上に上述した実施形態や変形例１と同じカラーフィルタ層が形成されたカラーフィルタ基板１０５を、偏光フィルタ１０３’の近傍に配置している。

上述した実施形態や変形例１のように、偏光フィルタ上にカラーフィルタ層を形成することが困難な場合には、本変形例２のように偏光フィルタとは別体のカラーフィルタ基板１０５を設けても、同様の効果を得ることができる。

〔変形例３〕
次に、上述した実施形態における偏光フィルタの更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
図１５は、本変形例３における偏光フィルタの一例を示す説明図である。
本変形例３の偏光フィルタ１０３は、一の偏光フィルタ領域に対して偏光フィルタの中心に最も近い側に隣接する隣接領域には、当該一の偏光フィルタ領域が透過させる偏光成分と同じ偏光成分を選択して透過させる偏光フィルタ領域が配置されるように、構成されている。特に、本変形例３においては、少なくとも入射範囲の中心から離れた位置においては、一の偏光フィルタ領域に対して偏光フィルタの中心に最も近い側に隣接する隣接領域に同じ種類の偏光フィルタ領域が配置されるように、同じ種類の偏光フィルタ領域が連続的に並ぶように構成される。

例えば、図１５に示すように、偏光フィルタ１０３の中心に対して図中右上方向に位置する端部付近１では、同じ種類の偏光フィルタ領域が図中右斜め上の方向に沿って並んでいる。また、偏光フィルタ１０３の中心に対して図中左下方向に位置する端部付近２でも、同じ種類の偏光フィルタ領域が図中右斜め上の方向に沿って並んでいる。また、偏光フィルタ１０３の中心に対して図中真上方向に位置する端部付近３では、同じ種類の偏光フィルタ領域が図中上下方向に沿って並んでいる。

上述したとおり、一定以上の入射角θで光が入射する箇所（入射範囲の中心から離れた位置）においては、隣接する受光素子１０２ａへのクロストークが発生し得る。このとき、一の偏光フィルタ領域に対応する対応受光素子に隣接する受光素子の中で最もクロストークが発生しやすいのは、当該対応受光素子に対して偏光フィルタ中心の放射方向外側に隣接する受光素子である。

本変形例３のように、一の偏光フィルタ領域に対して偏光フィルタの中心に最も近い側に隣接する隣接領域に同じ種類の偏光フィルタ領域が配置されていれば、クロストークを完全に回避できない場合でも、そのクロストークにより当該一の偏光フィルタ領域の対応受光素子に受光される光は、当該一の偏光フィルタ領域が透過させる偏光成分と同じ光成分をもつものとなる。したがって、クロストークが生じても、当該対応受光素子には、対応する偏光成分とは異なる偏光成分が受光される事態は回避できるので、その対応受光素子により取得される偏光成分の受光量に大きな誤差を生じさせることがない。

なお、上述した実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであるため、本発明は上述した実施形態とは異なる態様についても実施可能である。例えば、本発明に係る撮像装置は、偏光フィルタ１０３及び画像センサ１０２を一体支持したユニット構成とし、撮像レンズ等の光学系を含まない撮像素子パッケージとして単体で取引できる形態を含む。この撮像素子パッケージとしては、樹脂センサパッケージ、セラミックパッケージ、積層型パッケージなどを使用することが可能であり、画素のサイズを問わない。また、偏光フィルタの基板となるガラスや画像センサのサイズ、材質も特に限定されない。特に、第二波長選択フィルタ領域の材質は限定されないので、例えば、カラーレジストや着色インキにより形成されたものを使用することが可能である。

また、以上の説明では、本発明に係る撮像装置を車載機器制御システムに用いる例について説明したが、本発明に係る撮像装置は、車載機器制御システムに限らず、例えば、撮像画像に基づいて画像処理を実施する画像処理装置を搭載したその他のシステムにも適用できる。
例えば、図１６（ａ）に示すように、非偏光の画像を撮像する撮像装置では物体のエッジ部を識別することが困難となる黒色体についても、図１６（ｂ）に示すように本発明に係る撮像装置（偏光カメラ）によれば、その黒色体のエッジ部を識別することが容易となるので、この特性を利用したシステムに広く有効利用を図ることができる。
また、例えば、図１７（ａ）に示すように、非偏光の画像を撮像する撮像装置では識別することが困難である透明材あるいは反射材に刻印された文字等についても、図１７（ｂ）に示すように本発明に係る撮像装置（偏光カメラ）によれば、その刻印された文字等も容易に識別することができるので、この特性を利用したシステムに広く有効利用を図ることができる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
特定の偏光方向をもつ偏光成分を選択して透過させる偏光フィルタ領域１０３ｂを備えた偏光フィルタ１０３と、受光素子１０２ａを２次元配置した画像センサ１０２とを備え、前記画像センサにより前記偏光フィルタを通じて入射してくる撮像領域からの光を受光して、該偏光フィルタ上における偏光フィルタ領域を透過した偏光成分の受光量を取得する撮像部１００等の撮像装置において、特定の波長帯の波長成分を選択して透過させる第一波長選択フィルタ領域１０２Ｒが、前記偏光フィルタ領域１０３ｂを透過した偏光成分を受光する受光素子１０２ａの直前に配置されており、前記偏光フィルタ領域１０３ｂに対し、撮像領域からの光が前記偏光フィルタに入射する入射範囲の中心に近い側から隣接する偏光フィルタ上の箇所（第一偏光フィルタ領域１０３ａ）を通る光路上には、前記第一波長選択フィルタ領域１０２Ｒが透過させる波長帯（赤色成分）をカットする第二波長選択フィルタ領域１０３Ｇが設けられていることを特徴とする。
これによれば、第一偏光フィルタ領域１０３ａから射出された光の一部が、当該第一偏光フィルタ領域１０３ａの対応受光素子に隣接する他の受光素子に向かっても、その光路上には、当該他の受光素子の直前に配置されている第一波長選択フィルタ領域１０２Ｒが存在する。第一偏光フィルタ領域１０３ａから射出された光成分は、対応する第二波長選択フィルタ領域１０３Ｇの透過時に、第一波長選択フィルタ領域１０２Ｒの透過波長帯である赤色成分がカットされており、第一波長選択フィルタ領域１０２Ｒを透過できる波長帯を含まない。したがって、第一偏光フィルタ領域１０３ａから射出された光成分の一部が、対応受光素子に隣接する他の受光素子に向かっても、当該他の受光素子の直前に配置されている第一波長選択フィルタ領域１０２Ｒによってカットされ、当該他の受光素子に受光されることはない。したがって、クロストークが抑制され、当該他の受光素子により、対応する偏光成分の受光量を適切に取得できるようになる。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記偏光フィルタは、互いに異なる特定の偏光方向をもつ偏光成分をそれぞれ選択して透過させる複数種類の偏光フィルタ領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄが二次元配置されたものであり、互いに異なる特定の波長帯の波長成分をそれぞれ選択して透過させる複数種類の第一波長選択フィルタ領域１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂのいずれかが、前記偏光フィルタ上における一部又は全部の偏光フィルタ領域のそれぞれに対応するように、当該偏光フィルタ領域を透過した偏光成分を受光する受光素子１０２ａの直前に配置されており、前記一部又は全部の偏光フィルタ領域のうち少なくとも前記入射範囲の中心から離れた位置に配置される特定偏光フィルタ領域に対して該入射範囲の中心に近い側から隣接する偏光フィルタ領域を通る光路上には、該特定偏光フィルタ領域に対応する第一波長選択フィルタ領域が透過させる波長帯をカットする第二波長選択フィルタ領域が設けられていることを特徴とする。
これによれば、クロストークが抑制された偏光画像を撮像することができる。なお、入射範囲の中心に近い位置のようにクロストークが発生しにくい位置では、必ずしも第二波長選択フィルタ領域を設ける必要はない。

（態様Ｃ）
前記態様Ｂにおいて、前記偏光フィルタは、前記画像センサ上の全受光素子に対応して、受光素子ごとの偏光フィルタ領域を備えていることを特徴とする。
これによれば、画像センサの全受光素子を使ってクロストークが抑制された偏光画像を撮像することができる。

（態様Ｄ）
前記態様Ｂ又はＣにおいて、前記偏光フィルタは、いずれの偏光成分も選択しない非偏光フィルタ領域が前記偏光フィルタ領域の一部に代えて配置されたものであることを特徴とする。
これによれば、偏光画像だけでなく、非偏光の画像も、撮像することが可能となる。

（態様Ｅ）
前記態様Ｂ〜Ｄのいずれかの態様において、前記第二波長選択フィルタ領域に対応する偏光フィルタ領域を透過した偏光成分を受光する受光素子の直前には、該第二波長選択フィルタ領域が透過させる波長帯と同じ波長帯を透過させる波長選択フィルタが配置されていることを特徴とする。
これによれば、第二波長選択フィルタ領域を設けても、当該第二波長選択フィルタ領域に対応する受光素子が受光する受光量に与える影響を回避することができ、当該受光素子についても、対応する偏光成分の受光量を適切に取得できる。

（態様Ｆ）
前記態様Ｅにおいて、前記画像センサは、互いに異なる種類の第一波長選択フィルタ領域が隣接するように各第一波長選択フィルタ領域が各受光素子に対応して二次元配置されたカラーフィルタ１０２−２等の第一波長選択フィルタを備えており、前記偏光フィルタの前後の光路上には、前記第二波長選択フィルタ領域が各受光素子に対応して二次元配置されたカラーフィルタ層１０３−２等の第二波長選択フィルタを備えており、前記第二波長選択フィルタ上に配置される各第二波長選択フィルタ領域は、対応する受光素子が同じである第一波長選択フィルタ領域と同じ波長帯を透過させることを特徴とする。
これによれば、このような第二波長選択フィルタを設けても、各受光素子が受光する受光量に与える影響を回避することができ、それぞれの受光素子で対応する偏光成分の受光量を適切に取得することができる。

（態様Ｇ）
前記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様において、前記第二波長選択フィルタ領域は、前記偏光フィルタ上に形成されていることを特徴とする。
これによれば、偏光フィルタと第二波長選択フィルタ領域との間の高い位置決め精度を実現しやすい。

（態様Ｈ）
前記態様Ｇにおいて、前記第二波長選択フィルタ領域は、カラーレジスト又は着色インキにより形成されたものであることを特徴とする。
二波長選択フィルタ領域は、色濃度・耐久性が高いカラーレジストで形成してもよいし、製造コストを下げるために着色インキにより形成してもよい。

（態様Ｉ）
前記態様Ａ〜Ｈのいずれかの態様において、前記第二波長選択フィルタ領域は、前記偏光フィルタとは別体の基板上に形成されていることを特徴とする。
第二波長選択フィルタ領域を偏光フィルタと一体に形成することが困難な場合でも、第二波長選択フィルタ領域を偏光フィルタと別体の基板上に形成することで、クロストークの抑制を実現できる。

（態様Ｊ）
前記態様Ａ〜Ｉのいずれかの態様において、前記第一波長選択フィルタ領域に対応する偏光フィルタ領域に対して前記入射範囲の中心に最も近い側に隣接する偏光フィルタ上の箇所には、該偏光フィルタ領域が透過させる偏光成分と同じ偏光成分を選択して透過させる偏光フィルタ領域が配置されていることを特徴とする。
これによれば、クロストークによって対応受光素子に隣接する隣接受光素子が受光してしまう光は、当該隣接受光素子に対応する偏光成分と同じ偏光成分をもつため、クロストークの抑制が不十分であっても、当該隣接受光素子において、対応する偏光成分とは異なる偏光成分が受光されるという事態を回避することができる。よって、その隣接受光素子により取得される偏光成分の受光量に大きな誤差を生じさせることがない。

（態様Ｋ）
前記態様Ａ〜Ｊのいずれかの態様において、前記偏光フィルタ領域は、ワイヤグリッド偏光子又は一次元フォトニック結晶で形成されていることを特徴とする。
偏光フィルタ領域は、広波長域に対応可能なとなるワイヤグリッド偏光子で形成してもよいし、特定波長域の入射光に対して高偏光比を実現可能な一次元フォトニック結晶で形成してもよい。

１００ 撮像部
１０１ 光学系
１０２ 画像センサ
１０２−１ 画素アレイ
１０２−２ カラーフィルタ
１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ カラーフィルタ領域
１０２ａ 受光素子
１０３，１０３’ 偏光フィルタ
１０３−１ 偏光フィルタ基板
１０３−２ カラーフィルタ層
１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ 第二カラーフィルタ領域
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ 偏光フィルタ領域
１０３ｅ 遮光部
１０５ カラーフィルタ基板
２００ 画像処理部
２０３ 画像情報生成部
２０４ 車走行補助用情報生成部
３００ 表示部

特許第４９７４５４３号公報

Claims (11)

1. 特定の偏光方向をもつ偏光成分を選択して透過させる偏光フィルタ領域を備えた偏光フィルタと、受光素子を２次元配置した画像センサとを備え、
   前記画像センサにより前記偏光フィルタを通じて入射してくる撮像領域からの光を受光して、該偏光フィルタ上における偏光フィルタ領域を透過した偏光成分の受光量を取得する撮像装置において、
   特定の波長帯の波長成分を選択して透過させる第一波長選択フィルタ領域が、前記偏光フィルタ領域を透過した偏光成分を受光する受光素子の直前に配置されており、
   前記偏光フィルタ領域に対し、撮像領域からの光が前記偏光フィルタに入射する入射範囲の中心に近い側から隣接する偏光フィルタ上の箇所を通る光路上には、前記第一波長選択フィルタ領域が透過させる波長帯をカットする第二波長選択フィルタ領域が設けられていることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記偏光フィルタは、互いに異なる特定の偏光方向をもつ偏光成分をそれぞれ選択して透過させる複数種類の偏光フィルタ領域が二次元配置されたものであり、
   互いに異なる特定の波長帯の波長成分をそれぞれ選択して透過させる複数種類の第一波長選択フィルタ領域のいずれかが、前記偏光フィルタ上における一部又は全部の偏光フィルタ領域のそれぞれに対応するように、当該偏光フィルタ領域を透過した偏光成分を受光する受光素子の直前に配置されており、
   前記一部又は全部の偏光フィルタ領域のうち少なくとも前記入射範囲の中心から離れた位置に配置される特定偏光フィルタ領域に対して該入射範囲の中心に近い側から隣接する偏光フィルタ領域を通る光路上には、該特定偏光フィルタ領域に対応する第一波長選択フィルタ領域が透過させる波長帯をカットする第二波長選択フィルタ領域が設けられていることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記偏光フィルタは、前記画像センサ上の全受光素子に対応して、受光素子ごとの偏光フィルタ領域を備えていることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２又は３に記載の撮像装置において、
   前記偏光フィルタは、いずれの偏光成分も選択しない非偏光フィルタ領域が前記偏光フィルタ領域の一部に代えて配置されたものであることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記第二波長選択フィルタ領域に対応する偏光フィルタ領域を透過した偏光成分を受光する受光素子の直前には、該第二波長選択フィルタ領域が透過させる波長帯と同じ波長帯を透過させる波長選択フィルタが配置されていることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   前記画像センサは、互いに異なる種類の第一波長選択フィルタ領域が隣接するように各第一波長選択フィルタ領域が各受光素子に対応して二次元配置された第一波長選択フィルタを備えており、
   前記偏光フィルタの前後の光路上には、前記第二波長選択フィルタ領域が各受光素子に対応して二次元配置された第二波長選択フィルタを備えており、
   前記第二波長選択フィルタ上に配置される各第二波長選択フィルタ領域は、対応する受光素子が同じである第一波長選択フィルタ領域と同じ波長帯を透過させることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記第二波長選択フィルタ領域は、前記偏光フィルタ上に形成されていることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項７に記載の撮像装置において、
   前記第二波長選択フィルタ領域は、カラーレジスト又は着色インキにより形成されたものであることを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記第二波長選択フィルタ領域は、前記偏光フィルタとは別体の基板上に形成されていることを特徴とする撮像装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置において、
    前記第一波長選択フィルタ領域に対応する偏光フィルタ領域に対して前記入射範囲の中心に最も近い側に隣接する偏光フィルタ上の箇所には、該偏光フィルタ領域が透過させる偏光成分と同じ偏光成分を選択して透過させる偏光フィルタ領域が配置されていることを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置において、
    前記偏光フィルタ領域は、ワイヤグリッド偏光子又は一次元フォトニック結晶で形成されていることを特徴とする撮像装置。