JP5656131B2 - 撮像ユニット及びその設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、透明板状部材を介して予め決められた撮像領域の画像を撮像する撮像ユニット及びその設置方法に関するものである。

特許文献１には、車両、船舶、航空機等に用いられるガラス或いは一般建造物の窓ガラス等の各種のウィンドウガラス（透明板状部材）の表面に付着する雨滴等の液滴及び曇りや塵などの異物（付着物）を検出する画像処理システム（付着物検出装置）が開示されている。この画像処理システムでは、自動車の室内に設置された光源から自車のフロントガラス（透明板状部材）に光を照射し、フロントガラスに照射した光の反射光を撮像素子で受光して画像を撮像する。そして、撮像した画像を解析してフロントガラスに雨滴等の異物が付着しているか否を判別する。具体的には、光源を点灯したときの撮像画像の画像信号に対し、ラプラシアンフィルタ等を用いてエッジ検出処理を行い、雨滴の画像領域と雨滴でない画像領域の境界を強調したエッジ画像を作成する。そして、このエッジ画像に対して一般化ハフ変換を行って円形である画像領域を検出し、検出した円形領域の個数を数え、その個数を雨量に変換して雨量を求める。

本出願人は、特願２０１１−２４０８４８号（以下「先願」という。）において、フロントガラスを介して自車両前方領域を撮像領域とした画像を撮像するとともに、フロントガラスの外壁面に付着する雨滴の画像を撮像できる撮像ユニットを提案した。以下、この先願に係る撮像ユニットについて、図面を用いて説明する。

図４１（ａ）は、フロントガラスの傾斜角度が２０°である場合において、光源からの光が雨滴Ｒｄで反射して撮像部２００に入射する光路を示す説明図である。図４１（ｂ）は、撮像画像データの画像例を示す説明図である。

先願の撮像ユニットは、撮像部２００と光源２０２とから構成され、自車両のフロントガラス１０５の内壁面側に設置される。撮像部２００は、予め決められた撮像領域（車両前方領域）を撮像できるように、撮像部２００の撮像方向（撮像レンズの光軸方向）Ｐが特定の方向（水平方向を基準とした方向）を向くように角度調整されて、例えば自車両の室内天井部に固定される。これにより、図４１（ｂ）に示すように、車両前方領域が車両検出用画像領域２１３内に適切に映し出される。

一方、光源２０２は、図４１（ａ）に示すように、照射する光がフロントガラス１０５の外壁面に付着する雨滴Ｒｄ（詳しくは雨滴Ｒｄと空気との界面）で反射してその反射光（以下「雨滴反射光」という。）が雨滴検出用画像領域２１４内に映し出されるように角度調整されて、例えば自車両のフロントガラス１０５の内壁面に固定される。これにより、図４１（ｂ）に示すように、フロントガラス１０５の外壁面に付着した雨滴Ｒｄの画像が雨滴検出用画像領域２１４内に適切に映し出される。

フロントガラス１０５の傾斜角度θｇが予め決まっている場合、撮像部２００と光源２０２をユニット化し、撮像部２００に対する光源２０２の相対位置や光源２０２の光照射方向を固定しておくことで、撮像ユニットの設置作業は、その撮像部２００の撮像方向Ｐが特定の方向を向くように撮像ユニットを取り付けるだけの簡単な作業で済む。しかしながら、フロントガラスの傾斜角度θｇは車両の種類によって違いがあるため、上記のように撮像部２００と光源２０２をユニット化すると、限られた車両にしか対応することができないという不具合が発生する。

この不具合について、以下詳しく説明する。
図４２は、フロントガラスの傾斜角度が２０°であるときに最適化されている撮像ユニットを、傾斜角度が２０°であるフロントガラス１０５に対して設置した場合における、光源からの光がフロントガラス１０５の外壁面で反射する光路を示す説明図である。
図４３は、フロントガラスの傾斜角度が２０°であるときに最適化されている撮像ユニットを、傾斜角度が３５°であるフロントガラス１０５に対して設置した場合における、光源からの光がフロントガラス１０５の外壁面で反射する光路を示す説明図である。
光源２０２から照射される光の一部はフロントガラス１０５の内壁面や外壁面で反射する。図４２は、フロントガラス１０５の外壁面で反射する例である。このようにフロントガラス１０５の外壁面で反射した正反射光が雨滴検出用画像領域２１４に映し出されると、このような光強度の強い正反射光が外乱光となることで、雨滴Ｒｄの検出精度が悪化する。そのため、光源２０２は、図４１（ａ）に示したように雨滴Ｒｄで反射した雨滴反射光が雨滴検出用画像領域２１４内に映し出され、かつ、フロントガラス１０５の外壁面で反射した正反射光は雨滴検出用画像領域２１４に映し出されないように、角度調整することが必要となる。

ここで、フロントガラス１０５の傾斜角度が２０°である車両に対応するように角度調整された撮像部２００及び光源２０２が固定支持された撮像ユニットを考える。この撮像ユニットは、傾斜角度が２０°であるフロントガラス１０５であれば、撮像部２００の撮像方向が特定の方向を向くように角度調整して設置するという簡単な設置作業により、図４２に示すように、フロントガラス１０５の外壁面で反射した正反射光が撮像部２００へ入射しないように配置される。よって、撮像部２００の車両検出用画像領域２１３で車両前方の画像を撮像しつつ、雨滴検出用画像領域２１４で雨滴の画像を、当該正反射光によるノイズを含むことなく、撮像することができる。しかしながら、この撮像ユニットをフロントガラス１０５の傾斜角度が２０°よりも大きい車両に設置した場合、光源２０２から照射される光がフロントガラス１０５の内壁面に入射する入射角は、フロントガラス１０５の傾斜角度が２０°である場合の入射角よりも大きくなる。その結果、フロントガラス１０５の外壁面で反射する正反射光の向きは図４２に示す場合よりも上側へずれ、当該正反射光が撮像部２００に入射してしまう。

次に、光源２０２をフロントガラス１０５の内壁面に固定するものであって、光源２０２を固定した状態で撮像部２００の撮像方向Ｐを調整が可能な撮像ユニットを考える。この撮像ユニットは、撮像部２００の撮像方向が特定の方向を向くように角度調整して設置する作業と、光源２０２をフロントガラス１０５の内壁面に固定する作業という簡単な設置作業により、図４２に示すように、傾斜角度が２０°であるフロントガラス１０５において、その外壁面で反射した正反射光が撮像部２００へ入射しないように配置される。この撮像ユニットにおいては、フロントガラス１０５の傾斜角度θｇが２０°よりも大きい車両に設置した場合でも、光源２０２から照射される光がフロントガラス１０５の内壁面に入射する入射角θは、フロントガラス１０５の傾斜角度θｇが２０°である場合の入射角θと同じとなる。

しかしながら、この撮像ユニットは、光源２０２の光照射方向（水平方向を基準とした方向）がフロントガラス１０５の傾斜角度θｇに応じて変化することになる。そのため、フロントガラス１０５の傾斜角度θｇが異なれば、入射角θが同じでも、フロントガラス１０５の外壁面での正反射光の方向（水平方向を基準とした方向）がずれることになる。よって、例えば、この撮像ユニットをフロントガラス１０５の傾斜角度が３５°である車両に設置した場合、図４３に示すように、フロントガラス１０５の傾斜角度の差（１５°）の分だけ、フロントガラス１０５の外壁面で反射する正反射光の向きは図４２に示す場合よりも上側へずれる。その結果、当該正反射光が撮像部２００に入射してしまう。

図４４は、フロントガラス１０５の外壁面で正反射した正反射光が撮像部２００に入射しない場合の雨滴反射光とフロントガラスでの反射光との受光量を比較したグラフである。
図４５は、フロントガラス１０５の外壁面で正反射した正反射光が撮像部２００に入射した場合の雨滴反射光とフロントガラスでの反射光との受光量を比較したグラフである。
フロントガラス１０５の外壁面で正反射した正反射光が撮像部２００に入射しない場合、図４４に示すように、フロントガラス１０５の内壁面や外壁面で反射した拡散反射光の一部が受光されるだけであり、その受光量は雨滴反射光の受光量に対して十分に少ないものとなっている。よって、この場合、雨滴を検出する際に高いＳ／Ｎ比を確保することができる。一方、フロントガラス１０５の外壁面で正反射した正反射光が撮像部２００に入射する場合、図４５に示すように、フロントガラス１０５の外壁面で反射した正反射光という強い光強度をもった外乱光が受光される。この受光量は雨滴反射光の受光量に対して多いものとなっているので、雨滴を検出する際に高いＳ／Ｎ比を確保することができない。

フロントガラス１０５の傾斜角度θｇが２０°から多少外れた角度であっても、フロントガラス１０５で反射した正反射光が撮像部２００へ入射しない範囲であれば、高いＳ／Ｎ比を確保できるので、雨滴の検出精度が悪化することはない。しかしながら、光源２０２から照射される光は実際には広がりをもって照射される場合が多いため、フロントガラス１０５で反射した正反射光の全体が撮像部２００へ入射しないフロントガラス１０５の傾斜角度範囲は非常に狭い。そのため、上述したような設置作業が簡易な撮像ユニットを、広いフロントガラスの傾斜角度範囲に対応させることはできないという問題があった。一方、撮像部２００の撮像方向Ｐを特定の方向へ向くように角度調整するだけでなく、光源２０２の位置や光照射方向も調整するようにすれば、広いフロントガラスの傾斜角度範囲に対応させることも可能であるが、この場合、光源２０２の位置や光照射方向を調整する作業が必要となり、撮像ユニットの設置作業の簡略化を実現できないといった問題が生じる。

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、フロントガラス等の透明板状部材を介して撮像領域の画像を撮像するとともに、その透明板状部材の外壁面に付着する雨滴等の付着物の画像も撮像できる撮像ユニットを、広い傾斜角度範囲の透明板状部材に対し、その透明板状部材の内壁面や外壁面での正反射光が撮像手段に入射しないように適切に設置でき、その設置作業も簡単な撮像ユニット及びその設置方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、予め決められた撮像領域から透明板状部材の外壁面に入射して該透明板状部材を透過した透過光を受光して該撮像領域の画像を撮像する撮像手段と、光を照射する光源とが、該透明板状部材の内壁面側に配置されるとともに、該光源からの光が該透明板状部材の外壁面に付着する付着物で反射したときの反射光が上記撮像手段で受光されるように構成され、上記撮像領域の画像とともに該付着物の画像を撮像する撮像ユニットにおいて、上記光源から照射された光を反射させる反射光学部材を固定支持し、上記透明板状部材の内壁面上に、該反射光学部材の反射面が該透明板状部材に対して固定されるように固定配置される反射光学モジュールと、上記光源及び上記撮像手段を固定支持し、該撮像手段の撮像方向が特定の方向を向くように上記透明板状部材の内壁面に対して固定配置される光源・撮像モジュールと、上記反射光学モジュールと上記光源・撮像モジュールとの相対位置を位置決めする相対位置決め機構とを有し、上記撮像手段は、受光素子が２次元配置された撮像画素アレイで構成された画像センサにより、上記透明板状部材を透過した撮像領域からの透過光と、該透明板状部材の外壁面に付着する付着物で反射した正反射光とを、互いに異なるセンサ領域で受光するものであり、上記透明板状部材の内壁面の傾斜角度が所定角度範囲内のいずれの角度であっても、上記透明板状部材の内壁面又は外壁面で反射する正反射光が、上記付着物で反射した反射光を受光するセンサ領域に入射しないように、構成されていることを特徴とする。

本発明においては、反射光学部材が固定支持された反射光学モジュールを透明板状部材の内壁面に固定配置し、かつ、光源及び撮像手段が固定支持された光源・撮像モジュールを撮像手段の撮像方向が特定の方向を向くように固定配置するという設置作業を行うことで、当該撮像ユニットの設置作業を完了することができる。このとき、光源・撮像モジュールと反射光学モジュールとが相対位置決め機構により相対位置決めされるので、上記の設置作業を行うことにより、これらのモジュール間の相対位置が固定され、これらのモジュールに固定支持されている光源、反射光学部材、撮像手段の相対位置や、光源から反射光学部材を経て透明板状部材へ入射する光の光路も、固定される。

仮に、このような相対位置決め機構が設けられていない場合、これらのモジュールを固定配置する際に、これらのモジュール間の相対位置を調整しながら、これらのモジュールを個別に固定する必要が生じるが、本発明によれば、このようなモジュール間の相対位置の調整が相対位置決め機構によって行われるので、これらのモジュールの調整、固定作業が容易になる。また、本発明によれば、傾斜角度が異なる透明板状部材に対して当該撮像ユニットを設置する際、撮像手段の撮像方向を特定の方向に向けるという調整作業は必要であるものの、光源の位置や光照射方向の調整や反射光学部材の位置や向きの調整なども不要である。

また、本発明においては、当該撮像ユニットが設置される透明板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、撮像手段の撮像方向は一定の方向（上記特定の方向）に向かうように調整される。そのため、この撮像手段とともに撮像・光源ユニットに固定支持される光源の光照射方向も、透明板状部材の傾斜角度に関係なく、一定方向を向くことになる。一方、本発明では、反射光学モジュールの反射光学部材が透明板状部材に対して固定配置されるので、光源の光照射方向に対する反射光学部材の反射面の向きは透明板状部材の傾斜角度に応じて変わることになる。よって、当該撮像ユニットが設置される透明板状部材の傾斜角度が異なる場合、光源から照射される光の反射光学部材への入射角が異なるものとなり、これにより反射光学部材で反射した光の透明板状部材の内壁面への入射角も異なるものとなる。ただし、本発明によれば、透明板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、反射光学部材で反射した光の方向（水平方向に対する方向）、すなわち、透明板状部材の内壁面に入射する光の入射方向（水平方向に対する方向）は、一定方向を向くようにすることが可能である。その結果、透明板状部材の内壁面や外壁面で反射した正反射光が透明板状部材の内壁面から出射されるときの出射方向（水平方向に対する方向）は、透明板状部材の傾斜角度に関係なく、一定とすることが可能である。したがって、透明板状部材の内壁面や外壁面で反射した正反射光が透明板状部材の内壁面から出射されるときの出射方向が透明板状部材の傾斜角度の違いによって変化する構成と比較して、透明板状部材の傾斜角度の違いによる当該正反射光の振れ幅（撮像方向に対して直交する仮想面上を通る当該正反射光の位置の変化量）を狭くすることが可能である。この場合、当該撮像ユニットが設置される透明板状部材の傾斜角度範囲が広くても、透明板状部材の内壁面や外壁面で反射した正反射光が撮像手段に入射しにくくなる。

ただし、本発明においては、反射光学部材で反射した光が透明板状部材の内壁面へ入射する入射地点が透明板状部材の傾斜角度の違いによって変化する場合がある。この場合には、この入射地点のズレによって、透明板状部材の内壁面や外壁面での正反射光の光路が振れる。しかしながら、この場合でも、通常は、入射地点のズレによる当該正反射光の振れ幅よりも、当該正反射光の透明板状部材内壁面からの出射方向が変化することによる当該正反射光の振れ幅の方が大きい。

本発明によれば、当該撮像ユニットを広い傾斜角度範囲の透明板状部材に対して設置する場合に、その設置作業を簡単化できる構成を採用しても、その透明板状部材の内壁面や外壁面での正反射光が撮像手段に入射しないようにすることができるという優れた効果が得られる。

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における撮像ユニットの概略構成を示す模式図である。 同撮像ユニットにおいて、ミラーモジュールに対する光源・撮像モジュールの固定方法の一例を示す模式図である。 （ａ）は、傾斜角度が２０°であるフロントガラスに対して同撮像ユニットを設置した場合に光源から照射される光の光路を示す説明図である。（ｂ）は、傾斜角度が３５°であるフロントガラスに対して同撮像ユニットを設置した場合に光源から照射される光の光路を示す説明図である。 同撮像ユニットの光源の拡散特性の一例を示すグラフである。 同光源の概略構成を示す説明図である。 同撮像ユニットにおける回転連結機構の回転軸の好適な配置例を説明するための説明図である。 実施形態における撮像ユニットの一構造例を示す斜視図である。 同構造例における撮像ユニットを別の角度から見たときの斜視図である。 実施形態における撮像ユニットに設けられる撮像部の概略構成を示す説明図である。 同撮像ユニットの光源の他の構成例を示す説明図である。 同撮像ユニットの光源の更に他の構成例を示す説明図である。 同撮像ユニットの反射ミラーの他の構成例を示す説明図である。 同撮像ユニットの反射ミラーの更に他の構成例を示す説明図である。 同撮像ユニットの反射ミラーの更に他の構成例を示す説明図である。 同撮像ユニットに遮光部材を設けた構成例を示す説明図である。 同撮像ユニットの反射ミラーを小型化した構成例を示す説明図である。 （ａ）は、フロントガラスの外壁面上の雨滴に撮像レンズの焦点が合っているときの雨滴画像の例を示す説明図である。（ｂ）は、無限遠又は無限遠とフロントガラスとの間に焦点が合っているときの雨滴画像の例を示す説明図である。 雨滴検出用の撮像画像データに適用可能なカットフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。 雨滴検出用の撮像画像データに適用可能なバンドパスフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。 同撮像部の光学フィルタに設けられる前段フィルタの正面図である。 同撮像部の撮像画像データの画像例を示す説明図である。 雨滴検出用画像領域を撮像画像上部と下部の両方に設けた場合の撮像画像データの画像例を示す説明図である。 雨滴検出用画像領域を撮像画像上部と下部の両方に設けた場合の光学フィルタに設けられる前段フィルタの正面図である。 同撮像部の光学フィルタの前段フィルタにおける赤外光カットフィルタ領域のフィルタ特性を示すグラフである。 同撮像部の光学フィルタと画像センサとを光透過方向に対して直交する方向から見たときの模式拡大図である。 同光学フィルタの偏光フィルタ層と分光フィルタ層の領域分割パターンを示す説明図である。 同光学フィルタの層構成の一例を模式的に示す断面図である。 同光学フィルタの層構成の他の例を模式的に示す断面図である。 図２９の光学フィルタにおける前段フィルタの分光フィルタ特性を示すグラフである。 図２９の光学フィルタにおける後段フィルタの雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂに設けられる分光フィルタ層の分光フィルタ特性を示すグラフである。 図２９の光学フィルタにおける雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂを透過する光の分光特性を示すグラフである。 図２９の光学フィルタにおける後段フィルタの雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂに設けられる分光フィルタ層の他の分光フィルタ特性を示すグラフである。 同光学フィルタの車両検出用フィルタ部を透過して画像センサ上の各フォトダイオードで受光される受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。 （ａ）は、図３４に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタの車両検出用フィルタ部及び画像センサを模式的に表した断面図である。（ｂ）は、図３４に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタの車両検出用フィルタ部及び画像センサを模式的に表した断面図である。 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。 変形例１において、光学フィルタを透過して画像センサ上の各撮像画素での受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。 （ａ）は、図３７に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタ及び画像センサを模式的に表した断面図である。（ｂ）は、図３７に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタ及び画像センサを模式的に表した断面図である。 変形例２において、光学フィルタを透過して画像センサ上の各撮像画素での受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。 （ａ）は、図３９に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタ及び画像センサを模式的に表した断面図である。（ｂ）は、図３９に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタ及び画像センサを模式的に表した断面図である。 （ａ）は、先願の撮像ユニットを傾斜角度が２０°であるフロントガラスに設置した場合において、光源からの光が雨滴で反射して撮像部に入射する光路を示す説明図である。（ｂ）は、同撮像ユニットで撮像した撮像画像データの画像例を示す説明図である。 フロントガラスの傾斜角度が２０°であるときに最適化されている撮像ユニットを、傾斜角度が２０°であるフロントガラスに対して設置した場合における、光源からの光がフロントガラスの外壁面で反射する光路を示す説明図である。 フロントガラスの傾斜角度が２０°であるときに最適化されている撮像ユニットを、傾斜角度が３５°であるフロントガラスに対して設置した場合における、光源からの光がフロントガラスの外壁面で反射する光路を示す説明図である。 フロントガラスの外壁面で正反射した正反射光が撮像部に入射しない場合の雨滴反射光とフロントガラスでの反射光との受光量を比較したグラフである。 フロントガラスの外壁面で正反射した正反射光が撮像部に入射した場合の雨滴反射光とフロントガラスでの反射光との受光量を比較したグラフである。

以下、本発明に係る撮像ユニットを、車両システムとしての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。
なお、本発明に係る撮像ユニットは、車載機器制御システムに限らず、他のシステムにも適用できる。

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、自動車などの自車両１００に搭載された撮像手段としての撮像装置で撮像した自車両進行方向前方領域（撮像領域）の撮像画像データを利用して、ヘッドランプの配光制御、ワイパーの駆動制御、その他の車載機器の制御を行うものである。

本実施形態の車載機器制御システムに設けられる撮像ユニット１０１は、走行する自車両１００の進行方向前方領域を撮像領域として撮像するため、例えば、自車両１００のフロントガラス（透明板状部材）１０５のルームミラー（図示せず）付近に設置される。撮像ユニット１０１の撮像部で撮像された撮像画像データは、画像処理手段としての画像解析ユニット１０２に入力される。画像解析ユニット１０２は、撮像部から送信されてくる撮像画像データを解析し、撮像画像データに自車両１００の前方に存在する他車両の位置、方角、距離を算出したり、フロントガラス１０５に付着する雨滴や異物などの付着物を検出したり、撮像領域内に存在する路端箇所や路面上の白線（区画線）等の検出対象物を検出したりする。他車両の検出では、他車両のテールランプを識別することで自車両１００と同じ進行方向へ進行する先行車両を検出し、他車両のヘッドランプを識別することで自車両１００とは反対方向へ進行する対向車両を検出する。

画像解析ユニット１０２の算出結果は、ヘッドランプ制御ユニット１０３に送られる。ヘッドランプ制御ユニット１０３は、例えば、画像解析ユニット１０２が算出した距離データから、自車両１００の車載機器であるヘッドランプ１０４を制御する制御信号を生成する。具体的には、例えば、先行車両や対向車両の運転者の目に自車両１００のヘッドランプの強い光が入射するのを避けて他車両の運転者の幻惑防止を行いつつ、自車両１００の運転者の視界確保を実現できるように、ヘッドランプ１０４のハイビームおよびロービームの切り替えを制御したり、ヘッドランプ１０４の部分的な遮光制御を行ったりする。

画像解析ユニット１０２の算出結果は、ワイパー制御ユニット１０６にも送られる。ワイパー制御ユニット１０６は、ワイパー１０７を制御して、自車両１００のフロントガラス１０５に付着した雨滴や異物などの付着物を除去する。ワイパー制御ユニット１０６は、画像解析ユニット１０２が検出した異物検出結果を受けて、ワイパー１０７を制御する制御信号を生成する。ワイパー制御ユニット１０６により生成された制御信号がワイパー１０７に送られると、自車両１００の運転者の視界を確保するべく、ワイパー１０７を稼動させる。

また、画像解析ユニット１０２の算出結果は、車両走行制御ユニット１０８にも送られる。車両走行制御ユニット１０８は、画像解析ユニット１０２が検出した路端や白線の検出結果に基づいて、白線や路端によって区画されている車線領域から自車両１００が外れている場合等に、自車両１００の運転者へ警告を報知したり、自車両のハンドルやブレーキを制御するなどの走行支援制御を行ったりする。

図２は、撮像ユニット１０１の概略構成を示す模式図である。
撮像ユニット１０１は、撮像部２００と、光源２０２と、反射ミラー２０３とから構成されている。撮像ユニット１０１は自車両１００のフロントガラス１０５の内壁面側に設置される。撮像部２００及び光源２０２は、光源・撮像モジュール１０１Ａに固定支持されており、反射ミラー２０３は、ミラーモジュール１０１Ｂに固定支持されている。本実施形態において、光源２０２及び反射ミラー２０３は、フロントガラス１０５の外壁面に付着した付着物（以下、付着物が雨滴である場合を例に挙げて説明する。）を検出するためのものである。

光源・撮像モジュール１０１Ａは、撮像部２００が予め決められた撮像領域（車両前方領域）を撮像できるように、フロントガラス１０５の傾斜角度に関係なく、撮像部２００の撮像方向（撮像レンズの光軸方向）Ｐが特定の方向を向くように、自車両１００に固定される。本明細書において、フロントガラス１０５の傾斜角度とは、車両進行方向に沿った鉛直面内におけるフロントガラス１０５の内壁面又は外壁面と水平方向とのなす角度をいうものとする。また、本実施形態において、撮像部２００の撮像方向Ｐが向く特定方向は、車両進行方向から僅かに下方へ向いた方向となる。

ミラーモジュール１０１Ｂは、光源・撮像モジュール１０１Ａの光源２０２から照射される光をフロントガラス１０５に向けて反射させる反射ミラー２０３を固定支持するものであり、フロントガラス１０５の内壁面に固定される。したがって、ミラーモジュール１０１Ｂ内の反射ミラー２０３は、フロントガラス１０５の傾斜角度に応じてその反射面の方向（水平方向に対する方向）が変わることになる。光源・撮像モジュール１０１Ａは、フロントガラス１０５の傾斜角度に関係なく固定配置されるものであるため、フロントガラス１０５の傾斜角度が異なれば、光源・撮像モジュール１０１Ａに固定支持されている光源２０２から照射される光の反射ミラー２０３に対する入射角も変わってくる。

光源・撮像モジュール１０１Ａ及びミラーモジュール１０１Ｂは、回転連結機構１０１Ｃを介して連結されている。この回転連結機構１０１Ｃは、フロントガラス１０５の傾斜方向に対して直交する方向（図２中紙面前後方向）に延びる回転軸を有し、この回転軸を中心にして光源・撮像モジュール１０１Ａとミラーモジュール１０１Ｂとを相対回転させることができる。

このような構成を有する撮像ユニット１０１を自車両１００に設置する際の作業手順は、以下のような手順で行うことができる。
まず、ミラーモジュール１０１Ｂをフロントガラス１０５に固定する。この固定には、例えば、フロントガラス１０５に対してミラーモジュール１０１Ｂを接着したり、フロントガラス１０５に予め固定されたフック等の機構部品にミラーモジュール１０１Ｂを係合させたりする固定方法を採用できる。

次に、固定したミラーモジュール１０１Ｂに対して回転連結機構１０１Ｃの回転軸を中心に光源・撮像モジュール１０１Ａを回転させ、光源・撮像モジュール１０１Ａの撮像部２００の撮像方向Ｐが上記特定の方向に一致するように、光源・撮像モジュール１０１Ａの角度調整を行い、光源・撮像モジュール１０１Ａを自車両１００に固定する。なお、回転連結機構１０１Ｃの回転調整範囲、すなわち、ミラーモジュール１０１Ｂに対する光源・撮像モジュール１０１Ａの角度調整範囲は、想定されるフロントガラス１０５の傾斜角度範囲に応じて適宜設定される。本実施形態では、フロントガラス１０５の傾斜角度範囲を２０°以上３５°以下の範囲内に想定しているが、この範囲は本撮像ユニット１０１が搭載される車両の種類に応じて適宜変更される。

光源・撮像モジュール１０１Ａとミラーモジュール１０１Ｂの固定方法としては、例えば、回転連結機構１０１に設けたボルト部品により、ミラーモジュール１０１Ｂの筺体に対して光源・撮像モジュール１０１Ａを締結することにより固定する方法が挙げられる。また、図３に示すような方法も挙げられる。すなわち、光源・撮像モジュール１０１Ａに対して回転連結機構１０１Ｃの回転軸を中心とした円弧の一部の形状をもった長穴部１０１Ｄを形成するとともに、ミラーモジュール１０１Ｂに対してボルト穴を形成する。そして、光源・撮像モジュール１０１Ａの長穴部１０１Ｄを通して、ミラーモジュール１０１Ｂのボルト穴にボルト部品１０１Ｅを締結することにより、光源・撮像モジュール１０１Ａとミラーモジュール１０１Ｂとを固定する。この場合、長穴部１０１Ｄの長さは、ミラーモジュール１０１Ｂに対する光源・撮像モジュール１０１Ａの角度調整範囲にわたる調整動作が可能な長さに適宜設定される。

図４（ａ）は、傾斜角度θｇが２０°であるフロントガラス１０５に対して本実施形態の撮像ユニット１０１を設置した場合に光源２０２から照射される光の光路を示す説明図である。
図４（ｂ）は、傾斜角度θｇが３５°であるフロントガラス１０５に対して本実施形態の撮像ユニット１０１を設置した場合に光源２０２から照射される光の光路を示す説明図である。
光源２０２の光照射方向は、回転連結機構１０１Ｃの回転調整範囲内で常にミラーモジュール１０１Ｂの反射ミラー２０３の反射面に向かうように、光源・撮像モジュール１０１Ａに固定支持されている。本撮像ユニット１０１においては、フロントガラス１０５の傾斜角度が異なる場合でも、反射ミラー２０３で反射した光の方向（水平方向に対する方向）、すなわち、フロントガラス１０５の内壁面に入射する光の入射方向（水平方向に対する方向）は、一定方向を向くことになる。その結果、フロントガラス１０５の外壁面に付着する雨滴Ｒｄで反射した光がフロントガラス１０５の内壁面から出射するときの出射方向（水平方向に対する方向）は、フロントガラス１０５の傾斜角度θｇに関係なく、一定となる。

ただし、回転連結機構１０１Ｃの回転軸の位置によっては、反射ミラー２０３で反射した光がフロントガラス１０５の内壁面へ入射する入射地点がフロントガラス１０５の傾斜角度θｇの違いによって変化する場合がある。この場合、この入射地点のズレによってフロントガラス１０５の外壁面（詳しくは外壁面と空気との界面）での正反射光が振れ幅（撮像方向Ｐに対して直交する仮想面上を通る当該正反射光の位置の変化量）をもつが、その振れ幅は入射地点のズレ幅と同等であり、僅かなものである。本実施形態によれば、フロントガラス１０５の傾斜角度が２０°以上３５°以下の範囲内であれば、当該正反射光が撮像部２００に入射することはない。

フロントガラス１０５の外壁面に雨滴Ｒｄが付着していない場合、光源２０２から照射されて反射ミラー２０３で反射した光は、上述のようにフロントガラス１０５の外壁面と外気との界面で反射するが、その正反射光は撮像部２００へ入射しない。一方、フロントガラス１０５の外壁面に雨滴Ｒｄが付着している場合、フロントガラス１０５の外壁面と雨滴Ｒｄとの間における屈折率差は、フロントガラス１０５の外壁面と外気との間の屈折率差よりも小さくなる。そのため、光源２０２から照射された光は、フロントガラス１０５の外壁面と雨滴Ｒｄの界面を透過して雨滴Ｒｄに入射する。そして、雨滴Ｒｄに入射した光は、雨滴Ｒｄと空気との界面で反射する。この雨滴反射光は、フロントガラス１０５を透過した後、撮像部２００へ入射する。雨滴Ｒｄの有無によるこのような違いによって、画像解析ユニット１０２は、撮像部２００から送信される撮像画像データから、フロントガラス１０５に付着する雨滴Ｒｄを検出する。

具体的な構成例について説明すると、撮像部２００の撮像方向が水平であり、撮像部２００の半画角が１４°であり、光源２０２の拡散角が図５に示すように±６°であるとした場合、光源２０２の光照射方向（光源２０２の光軸）は、撮像部２００の撮像方向Ｐ（水平方向）に対して１１°だけ下方を向くように構成される。なお、このような拡散角を有する光源２０２は、図６に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などの発光部２０２ａとコリメートレンズ２０２ｂとから構成することができる。光源２０２の発光波長は、例えば可視光や赤外光を用いることができる。ただし、光源２０２の光で対向車両の運転者や歩行者等を眩惑するのを回避する場合には、可視光よりも波長が長くて画像センサ２０６の受光感度がおよぶ範囲の波長、例えば８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の赤外光領域の波長を選択するのが好ましい。本実施形態の光源２０２は、赤外光領域の波長を有する光を照射するものである。

一方、反射ミラー２０３の反射面とフロントガラス１０５の内壁面の法線１０５Ｎとのなす角度は、７６°に設定されている。これにより、この構成例によれば、フロントガラス１０５の外壁面での正反射光がフロントガラス１０５の内壁面から射出される射出方向は、撮像部２００の撮像方向（水平方向）に対して１７°だけ下方を向く。この射出方向の角度は、フロントガラス１０５の傾斜角度に関係なく、一定である。この１７°という射出角度は、図５に示した光源２０２の拡散角よりも小さいため、反射ミラー２０３で反射した光がフロントガラス１０５の内壁面へ入射する入射地点よりも、撮像部２００の鉛直方向位置が下側に位置している限り、フロントガラス１０５の外壁面での正反射光が撮像部２００へ入射することはない。

また、回転連結機構１０１Ｃの回転中心は、フロントガラス１０５の傾斜角度が２０°以上３５°以下の範囲内において、反射ミラー２０３で反射した光のフロントガラス１０５の内壁面への入射地点が略一定となるように設定されている。この構成を実現する配置例としては、図７に示すような配置例が好ましい。具体的には、回転連結機構１０１Ｃの回転軸に対して直交する仮想面において、反射ミラー２０３の反射面におけるフロントガラス１０５から離れた側の端点を第一点１０６Ａとする。また、第一点１０６Ａを通るように引いたフロントガラス内壁面の法線１０５Ｎ２におけるフロントガラス内壁面との交点を第二点１０６Ｂとする。また、撮像部２００へ向かってフロントガラス内壁面から射出される光Ｌ３の射出点のうち、光源・撮像モジュール１０１Ａの角度調整範囲内において最も第二点１０６Ｂから遠い地点を第三点１０６Ｃとする。また、第一点１０６Ａ、第二点１０６Ｂ、第三点１０６Ｃとともに長方形の頂点を形成するように設定される地点（第二点１０６Ｂとの対角点）を第四点１０６Ｄとする。そして、これらの４つの点１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃ，１０６Ｄに囲まれた長方形領域内に、回転連結機構１０１Ｃの回転中心が含まれるように配置するのが好ましい。一例としては、図４に示したように、反射ミラー２０３で反射した光がフロントガラス１０５の内壁面へ入射するまでの光路を、回転連結機構１０１Ｃの回転中心が横切る位置とするのがよい。

本実施形態において、撮像ユニット１０１は、光源・撮像モジュール１０１Ａやミラーモジュール１０１Ｂを、フロントガラス１０５とともに撮像ケース２０１で覆うようにしてもよい。このように撮像ケース２０１で覆うことにより、フロントガラス１０５の内壁面が曇るような状況であっても、撮像ケース２０１で覆われたフロントガラス１０５が曇ってしまう事態を抑制できる。よって、フロントガラスの曇りによって画像解析ユニット１０２が誤解析するような事態を抑制でき、画像解析ユニット１０２の解析結果に基づく各種制御動作を適切に行うことができる。

ただし、フロントガラス１０５の曇りを撮像部２００の撮像画像データから検出して、例えば自車両１００の空調設備を制御する場合には、撮像部２００に対向するフロントガラス１０５の部分が他の部分と同じ状況となるように、撮像ケース２０１で覆わず、または、撮像ケース２０１の一部に空気の流れる通路を形成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、撮像ユニットを設置する対象となる透明板状部材が、車両システムへの適用を考慮して車両のフロントガラス１０５である例について説明しているが、撮像ユニットを設置する対象は、これに限定されるものではない。例えば、車両以外の監視システムなどの透明板状部材に対して設置して利用することも可能である。

図８は、本実施形態における撮像ユニットの一構造例を示す斜視図である。
図９は、この構造例における撮像ユニットを別の角度から見たときの斜視図である。
本構造例の撮像ユニットは、光源２０２が図示しない発光部と発光部からの光を反射ミラー２０３へ導く導光射出部２０２Ａとから構成されている。導光射出部２０２Ａの射出端部から射出された光は、ミラーモジュール１０１Ｂに設置された反射ミラー２０３にて反射され、フロントガラス１０５の内壁面に入射し、その外壁面に付着した付着物にて反射した後、撮像部２００にて受光される。ミラーモジュール１０１Ｂとフロントガラス１０５との固定には、先に述べたとおり、フロントガラス１０５に対してミラーモジュール１０１Ｂを接着したり、フロントガラス１０５に予め固定されたフック等の機構部品にミラーモジュール１０１Ｂを係合させたりする固定方法を採用できる。

本構造例における撮像ユニットの光源・撮像モジュール１０１Ａとミラーモジュール１０１Ｂとの固定には、図３に例示した構成が採用されている。すなわち、光源・撮像モジュール１０１Ａに形成した円弧状の長穴部１０１Ｄを通して、ミラーモジュール１０１Ｂに形成されたボルト穴に対し、ボルト部品１０１Ｅを締結して固定する。

図１０は、撮像ユニット１０１に設けられる撮像部２００の概略構成を示す説明図である。
撮像部２００は、主に、撮像レンズ２０４と、光学フィルタ２０５と、２次元配置された画素アレイを有する画像センサ２０６を含んだセンサ基板２０７と、センサ基板２０７から出力されるアナログ電気信号（画像センサ２０６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２０８とから構成されている。

本実施形態の光源・撮像モジュール１０１Ａに固定支持される光源２０２と撮像部２００は、光源２０２の発光部２０２ａと撮像部２００の画像センサ２０６とを同じ基板２０７上に設けるのが、必要な電装部品数の減少、コストダウンに寄与できる点で好ましい。特、光源２０２の発光部２０２ａの光軸と撮像部２００の画像センサ２０６のセンサ面法線方向がいずれも基板面に対して法線方向を向くような構成することで、製造工程の簡素化等のメリットが享受できる。ところが、本実施形態では、光源２０２の光照射方向と撮像部２００の撮像方向とが互いに異なる方向を向くように構成されるので、そのままでは光源２０２の発光部２０２ａと撮像部２００の画像センサ２０６とを同じ基板２０７上に設けることは難しい。

そこで、光源２０２の発光部２０２ａと撮像部２００の画像センサ２０６とを同じ基板２０７上に設ける場合には、例えば、光源２０２に、発光部２０２ａが照射する光の光路を変更する光路変更部材を配置してもよい。この光路変更部材としては、例えば、図１１に示すような偏向プリズム２０２ｃを用いたり、図１２に示すように偏心配置したコリメートレンズ２０２ｂを用いたりすることができる。

また、本実施形態の反射ミラー２０３は、平面ミラーであるが、図１３に示すように、凹面ミラー２０３Ａを採用してもよい。光源２０２から照射される光Ｌ１は、例えば発光部２０２ａがＬＥＤなどの拡散性が比較的大きいものの場合には、コリメートレンズ２０２ｂを用いても、光路長が長ければ拡散し、広がる。特に、上述したように、光源２０２の発光部２０２ａと撮像部２００の画像センサ２０６とを同じ基板２０７上に設ける場合には、光源２０２から反射ミラー２０３Ａまでの光路長は、例えば数十ｍｍ、場合によっては１００ｍｍ以上となることもあり、光源２０２からの光Ｌ１は拡散し、広がる。このような光を平面で反射させると、フロントガラス１０５上での照度が低下する。また、このような広がりをもった光では、その一部がフロントガラス１０５の内壁面や外壁面で反射した正反射光が撮像部２００へ入射しやすくなるので、本実施形態の撮像ユニット１０１で対応可能なフロントガラス１０５の傾斜角度を狭めることになる。図１３に示すような凹面ミラー２０３Ａを用いれば、光源２０２からの広がりをもった光Ｌ１を平行化した光Ｌ２をフロントガラス１０５へ照射することができ、フロントガラス１０５上での照度低下を抑制し、また、本実施形態の撮像ユニット１０１で対応可能なフロントガラス１０５の傾斜角度を広く維持できる。

また、本実施形態の反射ミラー２０３としては、図１４に示すように、偏光ミラー（偏光ビームスプリッタ）２０３Ｂを採用してもよい。フロントガラス１０５の外壁面に入射する光はＰ偏光成分が多く、Ｓ偏光成分はフロントガラス１０５の内壁面で反射することが多い。反射ミラー２０３として、偏光ミラー２０３Ｂを採用することで、光源２０２からの光Ｌ１について、例えば、Ｐ偏光成分（ＬＰ２）を反射し、Ｓ偏光成分（ＬＳ３）を透過させることができる。これにより、フロントガラス１０５へ入射させる光ＬＰ２の偏光成分を選択的にＰ偏光成分とすることができ、フロントガラス１０５の内壁面で反射する反射光の光強度を小さくすることができる。その結果、フロントガラス１０５の内壁面で反射する反射光が撮像部２００へ入射して雨滴検出精度を悪化させる事態を抑制できる。

図１４に示す偏光ミラー２０３Ｂは、その反射面（偏光面）とは反対側の面（裏面）に光吸収部材２０３ａが設けられており、これにより反射面（偏光面）を透過したＳ偏光成分は光吸収部材２０３ａに吸収されて大幅に減弱、消失する。なお、光吸収部材２０３ａに代えて、例えば砂面処理した光拡散部材を裏面に設けるなど、他の方法により、反射面（偏光面）を透過したＳ偏光成分を減弱させるようにしてもよい。

ただし、このような光吸収部材２０３ａを裏面に設けても、反射面（偏光面）を透過したＳ偏光成分の一部が裏面で反射してフロントガラス１０５に照射され、雨滴検出精度を悪化させる場合がある。この場合には、図１５に示すように、偏光ミラー２０３Ｂの裏面が反射面に対して傾斜するように構成したウェッジ基板を用いた偏光ミラー２０３Ｃを採用してもよい。この場合、反射面（偏光面）を透過したＳ偏光成分の一部が裏面で反射しても、その正反射光がフロントガラス１０５に向かうことはなく、フロントガラス１０５に向かうＳ偏光成分は拡散反射光のごく一部となる。したがって、フロントガラス１０５に照射されるＳ偏光成分の光強度を大幅に小さくすることができ、雨滴検出精度の悪化を抑制できる。

また、反射ミラー２０３で反射した光は、反射ミラー２０３の反射面で拡散反射した拡散成分を含み、その拡散成分が撮像部２００に入射すると、雨滴検出精度を悪化させる。これを抑止する方法としては、例えば、図１６に示すように、反射ミラー２０３の反射面で拡散反射した拡散成分が撮像部２００に直接入射したり、反射ミラー２０３の反射面での拡散成分がフロントガラス１０５の内壁面や外壁面で正反射して撮像部２００に入射したりするのを抑制するための遮光部材２０３Ｄを設ける方法が有効である。図１６に示す例は、遮光部材２０３Ｄをミラーモジュール１０１Ｂに付加した構成であるが、遮光部材２０３Ｄを光源・撮像モジュール１０１Ａに付加してもよい。ただし、遮光部材２０３Ｄをミラーモジュール１０１Ｂに付加する場合、フロントガラス１０５の近傍に遮光部材２０３Ｄを配置することができるので、フロントガラス１０５の傾斜角度の影響が少ない状態で、良好な拡散成分の遮光特性を得ることができる。

また、反射ミラー２０３の反射面で拡散反射した拡散成分が撮像部２００に入射することを抑止する方法としては、例えば、図１７に示すように、小型の反射ミラー２０３Ｅを採用するなどして、光源２０２からの光Ｌ１の一部が反射ミラー２０３Ｅの反射面から外れるように構成してもよい。この場合、遮光部材２０３Ｄのような新たな部材を付加することなく、拡散成分による雨滴検出精度の悪化を抑止する効果が得られる。この構成は、特に、反射ミラー２０３Ｅとフロントガラス１０５の内壁面との距離が短い場合（当該区間で新たな拡散が生じない場合）に有効である。

本実施形態では、撮像レンズ２０４の焦点は、無限遠又は無限遠とフロントガラス１０５の外壁面との間に設定している。これにより、フロントガラス１０５上に付着した雨滴Ｒｄの検出を行う場合だけでなく、先行車両や対向車両の検出や白線の検出を行う場合にも、撮像部２００の撮像画像データから適切な情報を取得することができる。

例えば、フロントガラス１０５上に付着した雨滴Ｒｄの検出を行う場合、撮像画像データ上の雨滴画像の形状は円形状であることが多いので、撮像画像データ上の雨滴候補画像が円形状であるかどうかを判断してその雨滴候補画像が雨滴画像であると識別する形状認識処理を行う。このような形状認識処理を行う場合、図１８（ａ）に示すようにフロントガラス１０５の外壁面上の雨滴Ｒｄに撮像レンズ２０４の焦点が合っているよりも、上述したように無限遠又は無限遠とフロントガラス１０５との間に焦点が合っている方が、図１８（ｂ）に示すように多少ピンボケして、雨滴の形状認識率（円形状）が高くなり、雨滴検出性能が高い。

ただし、無限遠に焦点が合っている場合、遠方を走行する先行車両のテールランプを識別する際に、画像センサ２０６上のテールランプの光を受光する受光素子が１個程度になることがある。この場合、詳しくは後述するが、テールランプの光がテールランプ色（赤色）を受光する赤色用受光素子に受光されないおそれがあり、その際にはテールランプを認識できず、先行車両の検出ができない。このような不具合を回避しようとする場合には、撮像レンズ２０４の焦点を無限遠よりも手前に合わせることが好ましい。これにより、遠方を走行する先行車両のテールランプがピンボケするので、テールランプの光を受光する受光素子の数を増やすことができ、テールランプの認識精度が上がり先行車両の検出精度が向上する。

本実施形態では、撮像ユニット１０１の光源２０２の発光波長として、赤外光領域の波長を用いる。特に、直射日光などの外界からの光の影響を低減するためには、９４０ｎｍ付近の波長を選択することが有効である。ここで、雨滴Ｒｄで反射した光源２０２からの赤外波長光を撮像部２００で撮像する際、撮像部２００の画像センサ２０６では、光源２０２からの赤外波長光のほか、例えば太陽光などの赤外波長光を含む大光量の外乱光も受光される。よって、光源２０２からの赤外波長光をこのような大光量の外乱光と区別するためには、光源２０２の発光量を外乱光よりも十分に大きくする必要があるが、このような大発光量の光源２０２を用いることは困難である場合が多い。

そこで、本実施形態においては、例えば、図１９に示すように光源２０２の発光波長よりも短い波長の光をカットするようなカットフィルタか、もしくは、図２０に示すように透過率のピークが光源２０２の発光波長とほぼ一致したバンドパスフィルタを介して、光源２０２からの光を画像センサ２０６で受光するように構成する。これにより、光源２０２の発光波長以外の光を除去して受光できるので、画像センサ２０６で受光される光源２０２からの光量は、外乱光に対して相対的に大きくなる。その結果、大発光量の光源２０２でなくても、光源２０２からの光を外乱交と区別することが可能となる。

ただし、本実施形態においては、撮像画像データから、フロントガラス１０５上の雨滴Ｒｄを検出するだけでなく、先行車両や対向車両の検出や白線の検出も行う。そのため、撮像画像全体について光源２０２が照射する赤外波長光以外の波長帯を除去してしまうと、先行車両や対向車両の検出や白線の検出に必要な波長帯の光を画像センサ２０６で受光できず、これらの検出に支障をきたす。そこで、本実施形態では、撮像画像データの画像領域を、フロントガラス１０５上の雨滴Ｒｄを検出するための雨滴検出用画像領域と、先行車両や対向車両の検出や白線の検出を行うための車両検出用画像領域とに区分し、雨滴検出用画像領域に対応する部分についてのみ光源２０２が照射する赤外波長光以外の波長帯を除去するフィルタを、光学フィルタ２０５に配置している。

図２１は、光学フィルタ２０５に設けられる前段フィルタ２１０の一例を示す正面図である。
図２２は、撮像画像データの画像例を示す説明図である。
本実施形態の光学フィルタ２０５は、図１０に示したように、前段フィルタ２１０と後段フィルタ２２０とを光透過方向に重ね合わせた構造となっている。前段フィルタ２１０は、図４に示すように、車両検出用画像領域２１３である撮像画像上部２／３に対応する箇所に配置される赤外光カットフィルタ領域２１１と、雨滴検出用画像領域２１４である撮像画像下部１／３に対応する箇所に配置される赤外光透過フィルタ領域２１２とに、領域分割されている。赤外光透過フィルタ領域２１２には、図１９に示したカットフィルタや図２０に示したバンドパスフィルタを用いる。

対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに路端や白線の画像は、主に撮像画像中央部に存在することが多く、撮像画像下部には自車両前方の直近路面の画像が存在するのが通常である。よって、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに路端や白線の識別に必要な情報は撮像画像中央部に集中しており、その識別において撮像画像下部の情報はあまり重要でない。よって、単一の撮像画像データから、対向車両や先行車両あるいは路端や白線の検出と雨滴の検出とを両立して行う場合には、図２２に示すように、撮像画像下部を雨滴検出用画像領域２１４とし、撮像画像中央部を含む残りの撮像画像上部を車両検出用画像領域２１３とし、これに対応して前段フィルタ２１０を領域分割するのが好適である。

なお、撮像画像上部の情報は、自車両前方の上空の画像が存在するのが通常であり、撮像画像下部の情報と同様、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに路端や白線の識別にはあまり重要でない。よって、雨滴検出用画像領域２１４を撮像画像上部に設けるようにしてもよいし、図２３に示すように雨滴検出用画像領域２１４Ａ，２１４Ｂを撮像画像上部と下部の両方に設けるようにしてもよい。後者の場合、光学フィルタ２０５に設けられる前段フィルタ２１０としては、図２４に示すように、車両検出用画像領域２１３である撮像画像中央部１／２に対応する箇所に配置される赤外光カットフィルタ領域２１１と、雨滴検出用画像領域２１４Ａである撮像画像上部１／４に対応する箇所に配置される赤外光透過フィルタ領域２１２Ａと、雨滴検出用画像領域２１４Ｂである撮像画像下部１／４に対応する箇所に配置される赤外光透過フィルタ領域２１２Ｂとに領域分割されたものを用いる。

このように、雨滴検出用画像領域２１４Ａ，２１４Ｂを撮像画像上部と下部の両方に設ける場合、各雨滴検出用画像領域２１４Ａ，２１４Ｂにそれぞれ対応する光源２０２及び反射ミラー２０３を設けることが望ましい。ただし、光源２０２の発光部２０２ａを共通化し、発光部２０２ａからの光を分割して各雨滴検出用画像領域２１４Ａ，２１４Ｂを照明するようにすることは可能である。

また、本実施形態においては、撮像領域内の下部に自車両のボンネットが入り込んでくる場合がある。この場合、自車両のボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどが外乱光となり、これが撮像画像データに含まれることで雨滴検出精度を悪化させる原因となる。このような場合でも、本実施形態では、撮像画像下部に対応する箇所に図１９に示したカットフィルタや図２０に示したバンドパスフィルタが配置されているので、ボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどの外乱光が雨滴検出用画像領域２１４Ａに含まれずに除去され、雨滴検出精度を悪化させることはない。

また、本実施形態の前段フィルタ２１０における車両検出用画像領域２１３に対応する箇所には、赤外光カットフィルタ領域２１１が配置される。この箇所のフィルタ領域は、可視光を透過できればよいので、全波長帯を透過する非フィルタ領域でもよいが、光源２０２からの赤外波長光が入射してもこれによるノイズが軽減されるように、赤外波長をカットできるのが望ましい。本実施形態の赤外光カットフィルタ領域２１１には、例えば図２５に示すような波長特性を有するものが好適に利用できる。図２５に示す波長特性は、可視光領域（例えば４００ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長帯）を透過し、６７０ｎｍよりも長い波長帯（赤外光領域）をカットするショートパスフィルタ特性となっている。

ここで、先行車両を検出する際には、撮像画像上のテールランプを識別することで先行車両の検出を行うが、テールランプは対向車両のヘッドランプと比較して光量が少なく、また街灯などの外乱光も多く存在するため、単なる輝度データのみからテールランプを高精度に検出するのは困難である。そのため、テールランプの識別には分光情報を利用し、赤色光の受光量に基づいてテールランプを識別することが必要となる。そこで、本実施形態では、後述するように、光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０に、テールランプの色に合わせた赤色フィルタあるいはシアンフィルタ（テールランプの色の波長帯のみを透過させるフィルタ）を配置し、赤色光の受光量を検知できるようにしている。

ただし、本実施形態の画像センサ２０６を構成する各受光素子は、赤外波長帯の光に対しても感度を有するので、赤外波長帯を含んだ光を画像センサ２０６で受光すると、得られる撮像画像は全体的に赤みを帯びたものとなってしまう。その結果、テールランプに対応する赤色の画像部分を識別することが困難となる場合がある。この理由からも、本実施形態では、光学フィルタ２０５の前段フィルタ２１０において、車両検出用画像領域２１３に対応する箇所を赤外光カットフィルタ領域２１１としている。これにより、テールランプの識別に用いる撮像画像データ部分から赤外波長帯が除外されるので、テールランプの識別精度が向上する。

図１０に示すように、被写体（検出対象物）を含む撮像領域からの光は、撮像レンズ２０４を通り、光学フィルタ２０５を透過して、画像センサ２０６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２０８では、画像センサ２０６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２０６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ユニットへ出力する。

図２６は、光学フィルタ２０５と画像センサ２０６とを光透過方向に対して直交する方向から見たときの模式拡大図である。
画像センサ２０６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２０６Ａを用いている。フォトダイオード２０６Ａ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２０６Ａの集光効率を上げるために、各フォトダイオード２０６Ａの入射側にはマイクロレンズ２０６Ｂが設けられている。この画像センサ２０６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２０７が形成されている。

画像センサ２０６のマイクロレンズ２０６Ｂ側の面には、光学フィルタ２０５が近接配置されている。光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０は、図２６に示すように、透明なフィルタ基板２２１上に偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３を順次形成して積層構造としたものである。偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３は、いずれも、画像センサ２０６上における１つのフォトダイオード２０６Ａに対応するように領域分割されている。

光学フィルタ２０５と画像センサ２０６との間に空隙がある構成としてもよいが、光学フィルタ２０５を画像センサ２０６に密着させる構成とした方が、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３の各領域の境界と画像センサ２０６上のフォトダイオード２０６Ａ間の境界とを一致させやすくなる。光学フィルタ２０５と画像センサ２０６は、例えば、ＵＶ接着剤で接合してもよいし、撮像に用いる有効画素範囲外でスペーサにより支持した状態で有効画素外の四辺領域をＵＶ接着や熱圧着してもよい。

図２７は、本実施形態に係る光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３の領域分割パターンを示す説明図である。
偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３は、それぞれ、第１領域及び第２領域という２種類の領域が、画像センサ２０６上の１つのフォトダイオード２０６Ａに対応して配置されたものである。これにより、画像センサ２０６上の各フォトダイオード２０６Ａによって受光される受光量は、受光する光が透過した偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３の領域の種類に応じて、偏光情報や分光情報等として取得することができる。

なお、本実施形態では、画像センサ２０６はモノクロ画像用の撮像素子を前提にして説明するが、画像センサ２０６をカラー用撮像素子で構成してもよい。カラー用撮像素子で構成する場合、カラー用撮像素子の各撮像画素に付属するカラーフィルタの特性に応じて、偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３の各領域の光透過特性を調整してやればよい。

本実施形態における光学フィルタ２０５の一例について説明する。
図２８は、本実施形態における光学フィルタ２０５の層構成の一例を模式的に示す断面図である。
図２８に示す光学フィルタ２０５は、雨滴検出用画像領域２１４が撮像画像下部に対応している場合に適用されるものである。この光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０は、車両検出用画像領域２１３に対応する車両検出用フィルタ部２２０Ａと、雨滴検出用画像領域２１４に対応する雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂとで、その層構成が異なっている。具体的には、車両検出用フィルタ部２２０Ａは分光フィルタ層２２３を備えているのに対し、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂは分光フィルタ層２２３を備えていない。また、車両検出用フィルタ部２２０Ａと雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂとでは、その偏光フィルタ層２２２，２２５の構成が異なっている。

図２９は、本実施形態における光学フィルタ２０５の層構成の他の例を模式的に示す断面図である。
図２９に示す光学フィルタ２０５は、雨滴検出用画像領域２１４が撮像画像上部と下部の両方に対応している場合に適用されるものである。この光学フィルタ２０５の前段フィルタ２１０は、車両検出用画像領域２１３に対応する箇所も雨滴検出用画像領域２１４に対応する箇所も同じ分光フィルタ層２１１’で構成されている。この分光フィルタ層２１１’としては、例えば、図３０に示すように、４００ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の可視光帯域と、９２０ｎｍ以上９６０ｎｍ以下の赤外波長帯域とを選択的に透過させるフィルタ特性を有するものを用いることができる。なお、光源２０２の中心波長は９４０ｎｍで、その半値全幅は１０ｎｍであることを前提としている。

このような分光フィルタ層２１１’であれば、車両検出に用いる可視光帯域と雨滴検出に用いる赤外波長帯域の両方を透過させつつ、残りの不要な波長帯をカットできるので、車両検出用と雨滴検出用とで異なるフィルタ層を形成する必要がなくなる。分光フィルタ層２１１’は、７００ｎｍ以上９２０ｎｍ未満の波長範囲の光は透過しない、若しくは、その透過率が５％以下となっている。この波長範囲の透過を抑制する理由は、上述したように、この波長範囲を取り込むと、得られる撮像画像データが全体的に赤くなってしまい、テールランプの赤色を示す部分などを抽出することが困難となることがあるからである。この観点からすれば、図２８に示すように、光源波長帯域の９２０ｎｍ以上９６０ｎｍ以下の範囲も透過しないことが望ましいが、可視光帯域に比較して帯域幅が狭小であること、かつＣＭＯＳをはじめとする可視光用イメージセンサにおいては可視光帯域に比較して相対的に低感度であることから、光源波長帯域を透過させても、車両検出等の精度がほぼ維持できる。

図２９に示す光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０は、車両検出用画像領域２１３に対応する車両検出用フィルタ部２２０Ａと、雨滴検出用画像領域２１４に対応する雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂとで、その層構成が異なっている。具体的には、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂは分光フィルタ層２２６を備えているのに対し、車両検出用フィルタ部２２０Ａはこの分光フィルタ層２２６を備えていない。また、図２８に示した光学フィルタ２０５と同様、車両検出用フィルタ部２２０Ａと雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂとでは、その偏光フィルタ層２２２，２２５の構成が異なっている。

図２８に示した光学フィルタ２０５を画像センサ２０６に対して固定する場合、画像センサ２０６と対向する側（図中下側）において、車両検出用フィルタ部２２０Ａには分光フィルタ層２２３が設けられているが、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂには分光フィルタ層２２３が設けられていない。そのため、この光学フィルタ２０５と画像センサ２０６とを平行に固定することが難しく、その分光フィルタ層２２３の厚みの差によって傾いて固定されやすい。このように傾いて固定されると、車両検出用画像領域の上部と下部とで光路長が変わってしまい、車両周辺情報、例えば白線検知を行う場合の白線座標の検出誤差が大きくなるなど、種々の不具合を引き起こす。

これに対し、図２９に示す光学フィルタ２０５であれば、画像センサ２０６と対向する側（図中下側）において、上部と下部の両方に同じ分光フィルタ層２２６が設けられているため、これを画像センサ２０６に対して平行に固定することは比較的容易である。なお、本実施形態では、車両検出用の領域と雨滴検出用の領域の分割方法としては、市松状パターンやストライプ状パターンなどに領域分割し、これらの領域を撮像画像全体に分散配置してもよい。この場合も、光学フィルタと画像センサとを平行に固定することが容易である。

また、図２９に示す光学フィルタ２０５を用いる場合、すなわち、雨滴検出用画像領域２１４が撮像画像上部と下部の両方に対応している場合には、雨滴検出用画像領域２１４が撮像画像上部又は下部の一方にしか対応している場合と比較して、雨滴検出用の領域を広く取りやすい。よって、雨滴検出精度の向上につながる。市松状パターンやストライプ状パターンなどのように車両検出用の領域と雨滴検出用の領域とを撮像画像全体に分散配置する構成においても、雨滴検出用の領域を広く取りやすいので、雨滴検出精度の向上につながる。

また、図２９に示す光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０においては、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂに分光フィルタ層２２６が備わっている。この分光フィルタ層２２６としては、例えば、図３１に示すように、８８０ｎｍ以上の赤外波長帯域を選択的に透過させるフィルタ特性を有するものを用いることができる。ただし、本実施形態の画像センサ２０６の長波長側の限界値は１１００ｎｍであるため、分光フィルタ層２２６を介して受光される光の波長帯は、８８０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の赤外波長帯域となる。ただし、分光フィルタ層２２６に入射する光は、前段フィルタ２１０の分光フィルタ２１１’によって、その波長範囲が９２０ｎｍ以上９６０ｎｍ以下に制限されているので、図３２に示すように、９２０ｎｍ以上９６０ｎｍ以下の波長帯（図３２においてハッチングした箇所）のみが分光フィルタ層２２６を透過することになる。

また、図２９に示す光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０においては、その分光フィルタ層２２６として、例えば、図３３に示すように、９２５ｎｍ以上９６５ｎｍ以下の波長範囲を選択的に透過させるフィルタ特性を有するものを用いることができる。ただし、分光フィルタ層２２６に入射する光は、前段フィルタ２１０の分光フィルタ２１１’によって、その波長範囲が９２０ｎｍ以上９６０ｎｍ以下に制限されているので、９２５ｎｍ以上９６０ｎｍ以下の波長帯のみが分光フィルタ層２２６を透過することになる。

このように、２つの分光フィルタ層２１１’，２２６を透過させることで、単一のフィルタ層を透過させる場合よりも、高いフィルタ特性（波長選択性能）を得ることができる。

図３４は、本実施形態における光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２２０Ａを透過して画像センサ２０６上の各フォトダイオード２０６Ａで受光される受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。
図３５（ａ）は、図３４に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２２０Ａ及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
図３５（ｂ）は、図３４に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２２０Ａ及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
なお、以下の説明では、図２８に示した光学フィルタ２０５を用いる場合を例に挙げて説明する。

本実施形態における光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２２０Ａは、図３５（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明なフィルタ基板２２１の上に偏光フィルタ層２２２を形成した後、その上に分光フィルタ層２２３を形成して積層構造としたものである。そして、偏光フィルタ層２２２は、ワイヤーグリッド構造を有するものであり、その積層方向上面（図３５中下側面）は凹凸面となる。このような凹凸面上にそのまま分光フィルタ層２２３を形成しようとすると、分光フィルタ層２２３がその凹凸面に沿って形成され、分光フィルタ層２２３の層厚ムラが生じて本来の分光性能が得られない場合がある。そこで、本実施形態の光学フィルタ２０５は、偏光フィルタ層２２２の積層方向上面側を充填材で充填して平坦化した後、その上に分光フィルタ層２２３を形成している。

充填材としては、この充填材によって凹凸面が平坦化される偏光フィルタ層２２２の機能を妨げない材料であればよいので、本実施形態では偏光機能を有しない材料のものを用いる。また、充填材による平坦化処理は、例えば、スピンオングラス法によって充填材を塗布する方法が好適に採用できるが、これに限られるものではない。

本実施形態において、偏光フィルタ層２２２の第１領域は、画像センサ２０６の撮像画素の縦列（鉛直方向）に平行に振動する垂直偏光成分のみを選択して透過させる垂直偏光領域であり、偏光フィルタ層２２２の第２領域は、画像センサ２０６の撮像画素の横列（水平方向）に平行に振動する水平偏光成分のみを選択して透過させる水平偏光領域である。
また、分光フィルタ層２２３の第１領域は、偏光フィルタ層２２２を透過可能な使用波長帯域に含まれる赤色波長帯（特定波長帯）の光のみを選択して透過させる赤色分光領域であり、分光フィルタ層２２３の第２領域は、波長選択を行わずに光を透過させる非分光領域である。そして、本実施形態においては、図３４に一点鎖線で囲ったように、隣接する縦２つ横２つの合計４つの撮像画素（符号ａ、ｂ、ｅ、ｆの４撮像画素）によって撮像画像データの１画像画素が構成される。

図３４に示す撮像画素ａでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２における垂直偏光領域（第１領域）と分光フィルタ層２２３の赤色分光領域（第１領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ａは、垂直偏光成分（図３４中符号Ｐで示す。）の赤色波長帯（図３４中符号Ｒで示す。）の光Ｐ／Ｒを受光することになる。
また、図３４に示す撮像画素ｂでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２における垂直偏光領域（第１領域）と分光フィルタ層２２３の非分光領域（第２領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ｂは、垂直偏光成分Ｐにおける非分光（図３４中符号Ｃで示す。）の光Ｐ／Ｃを受光することになる。
また、図３４に示す撮像画素ｅでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２における水平偏光領域（第２領域）と分光フィルタ層２２３の非分光領域（第２領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ｅは、水平偏光成分（図３４中符号Ｓで示す。）における非分光Ｃの光Ｓ／Ｃを受光することになる。
図３４に示す撮像画素ｆでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２における垂直偏光領域（第１領域）と分光フィルタ層２２３の赤色分光領域（第１領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ｆは、撮像画素ａと同様、垂直偏光成分Ｐにおける赤色波長帯Ｒの光Ｐ／Ｒを受光することになる。

以上の構成により、本実施形態によれば、撮像画素ａおよび撮像画素ｆの出力信号から赤色光の垂直偏光成分画像についての一画像画素が得られ、撮像画素ｂの出力信号から非分光の垂直偏光成分画像についての一画像画素が得られ、撮像画素ｅの出力信号から非分光の水平偏光成分画像についての一画像画素が得られる。よって、本実施形態によれば、一度の撮像動作により、赤色光の垂直偏光成分画像、非分光の垂直偏光成分画像、非分光の水平偏光成分画像という３種類の撮像画像データを得ることができる。

なお、これらの撮像画像データでは、その画像画素の数が撮像画素数よりも少なくなるが、より高解像度の画像を得る際には一般に知られる画像補間処理を用いてもよい。例えば、より高い解像度である赤色光の垂直偏光成分画像を得ようとする場合、撮像画素ａと撮像画素ｆに対応する画像画素についてはこれらの撮像画素ａ，ｆで受光した赤色光の垂直偏光成分Ｐの情報をそのまま使用し、撮像画素ｂに対応する画像画素については、例えばその周囲を取り囲む撮像画素ａ，ｃ，ｆ，ｊの平均値を当該画像画素の赤色光の垂直偏光成分の情報として使用する。
また、より高い解像度である非分光の水平偏光成分画像を得ようとする場合、撮像画素ｅに対応する画像画素についてはこの撮像画素ｅで受光した非分光の水平偏光成分Ｓの情報をそのまま使用し、撮像画素ａ，ｂ，ｆに対応する画像画素については、その周囲で非分光の水平偏光成分を受光する撮像画素ｅや撮像画素ｇなどの平均値を使用したり、撮像画素ｅと同じ値を使用したりしてもよい。

このようにして得られる赤色光の垂直偏光成分画像は、例えば、テールランプの識別に使用することができる。赤色光の垂直偏光成分画像は、水平偏光成分Ｓがカットされているので、路面に反射した赤色光や自車両１００の室内におけるダッシュボードなどからの赤色光（映りこみ光）等のように水平偏光成分Ｓの強い赤色光による外乱要因が抑制された赤色画像を得ることができる。よって、赤色光の垂直偏光成分画像をテールランプの識別に使用することで、テールランプの認識率が向上する。

また、非分光の垂直偏光成分画像は、例えば、白線や対向車両のヘッドランプの識別に使用することができる。非分光の水平偏光成分画像は、水平偏光成分Ｓがカットされているので、路面に反射したヘッドランプや街灯等の白色光や自車両１００の室内におけるダッシュボードなどからの白色光（映りこみ光）等のように水平偏光成分Ｓの強い白色光による外乱要因が抑制された非分光画像を得ることができる。よって、非分光の垂直偏光成分画像を白線や対向車両のヘッドランプの識別に使用することで、その認識率が向上する。特に、雨路において、路面を覆った水面からの反射光は水平偏光成分Ｓが多いことが一般に知られている。よって、非分光の垂直偏光成分画像を白線の識別に使用することで、雨路における水面下の白線を適切に識別することが可能となり、認識率が向上する。

また、非分光の垂直偏光成分画像と非分光の水平偏光成分画像との間で各画素値を比較した指標値を画素値とした指標値画像を用いれば、後述するように、撮像領域内の金属物体、路面の乾湿状態、撮像領域内の立体物、雨路における白線の高精度な識別が可能となる。ここで用いる指標値画像としては、例えば、非分光の垂直偏光成分画像と非分光の水平偏光成分画像との間の画素値の差分値を画素値とした差分画像、これらの画像間の画素値の比率を画素値とした比率画像（偏光比画像）、あるいは、これらの画像間の画素値の合計に対するこれらの画像間の画素値の差分値の比率（差分偏光度）を画素値とした差分偏光度画像などを使用することができる。

ただし、偏光比画像と差分偏光度画像とを比較すると、前者は、分母にくる偏光成分（例えばＰ偏光成分）がゼロ付近を示す場合には、偏光比は無限大に近づく値となってしまい、正確な値を得ることができない。一方、後者も、分母にくるＰ偏光成分とＳ偏光成分との合計値がゼロ付近を示す場合には、差分偏光度が無限大に近づく値となってしまい、正確な値を得ることができない。両者を比較したとき、後者の方が、分母がゼロ付近の値を取る確率が低く、正確な値を算出できる確率が高い。

また、偏光比画像については、分母にくる偏光成分（例えばＰ偏光成分）がゼロ付近を示す場合には正確な値を算出できないが、分子にくる偏光成分（例えばＳ偏光成分）については、これがゼロ付近を示す場合でも正確な値を算出することが可能である。したがって、分子にくる偏光成分（例えばＳ偏光成分）を検出する場合に好適な指標値画像である。
一方、差分偏光度画像は、分母にくるＰ偏光成分とＳ偏光成分との合計値がゼロ付近を示すのは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のいずれかがゼロ付近を示す場合である。Ｐ偏光成分がゼロ付近を示す確率とＳ偏光成分がゼロ付近を示す確率は同等なので、差分偏光度画像は、Ｐ偏光成分もＳ偏光成分も平等に検出できる指標値画像であると言える。
本実施形態では、以上の比較から、偏光比画像ではなく差分偏光度画像を指標値画像として用いる。

本実施形態では、前段フィルタ２１０を構成する赤外光カットフィルタ領域２１１と赤外光透過フィルタ領域２１２とが、それぞれ層構成の異なる多層膜によって形成されている。このような前段フィルタ２１０の製造方法としては、赤外光カットフィルタ領域２１１の部分をマスクで隠しながら赤外光透過フィルタ領域２１２の部分を真空蒸着などにより成膜した後、今度は赤外光透過フィルタ領域２１２の部分をマスクで隠しながら赤外光カットフィルタ領域２１１の部分を真空蒸着などにより成膜するという方法が挙げられる。

また、本実施形態において、車両検出用フィルタ部２２０Ａの偏光フィルタ層２２２と、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂの偏光フィルタ層２２５とは、いずれも、２次元方向に領域分割されたワイヤーグリッド構造であるが、前者の偏光フィルタ層２２２は透過軸が互いに直交する２種類の領域（垂直偏光領域及び水平偏光領域）が撮像画素単位で領域分割されたものであり、後者の偏光フィルタ層２２５は垂直偏光成分Ｐのみを透過させる透過軸をもつ１種類の領域が撮像画素単位で領域分割されたものである。このような異なる構成をもつ偏光フィルタ層２２２，２２５を同一のフィルタ基板２２１上に形成する場合、例えば、ワイヤーグリッド構造の金属ワイヤーのパターニングを行うテンプレート（型に相当するもの）の溝方向の調整により、各領域の金属ワイヤーの長手方向の調整は容易である。

なお、本実施形態では、赤外光カットフィルタ領域２１１を光学フィルタ２０５に設けず、例えば、撮像レンズ２０４に赤外光カットフィルタ領域２１１を設けてもよい。この場合、光学フィルタ２０５の作製が容易となる。
また、赤外光カットフィルタ領域２１１に代えて、後段フィルタ２２０の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂに垂直偏光成分Ｐのみを透過させる分光フィルタ層を形成してもよい。この場合、前段フィルタ２１０には赤外光カットフィルタ領域２１１を形成する必要はない。
また、本実施形態の光学フィルタ２０５は、図３４に示したように領域分割された偏光フィルタ層２２２及び分光フィルタ層２２３を有する後段フィルタ２２０が、前段フィルタ２１０よりも画像センサ２０６側に設けられているが、前段フィルタ２１０を後段フィルタ２２０よりも画像センサ２０６側に設けてもよい。

〔車両検出処理〕
次に、本実施形態における先行車両及び対向車両の検出処理の流れについて説明する。
図３６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、撮像部２００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体の種類が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。

まず、ステップＳ１では、撮像部２００の画像センサ２０６によって撮像された自車両前方の画像データをメモリに取り込む。この画像データは、上述したように、画像センサ２０６の各撮像画素における輝度を示す信号を含む。次に、ステップＳ２では、自車両の挙動に関する情報を図示しない車両挙動センサから取り込む。

ステップＳ３では、メモリに取り込まれた画像データから検出対象物（先行車両のテールランプ及び対向車両のベッドランプ）であると思われる輝度の高い画像領域（高輝度画像領域）を抽出する。この高輝度画像領域は、画像データにおいて、所定の閾値輝度よりも高い輝度を有する明るい領域となり、複数存在する場合が多いが、それらのすべてを抽出する。よって、この段階では、雨路面からの照り返し光を映し出す画像領域も、高輝度画像領域として抽出される。

高輝度画像領域抽出処理では、まず、ステップＳ３−１において、画像センサ２０６上の各撮像画素の輝度値を所定の閾値輝度と比較することにより２値化処理を行う。具体的には、所定の閾値輝度以上の輝度を有する画素に「１」、そうでない画素に「０」を割り振ることで、２値化画像を作成する。次に、ステップＳ３−２において、この２値化画像において、「１」が割り振られた画素が近接している場合には、それらを１つの高輝度画像領域として認識するラベリング処理を実施する。これによって、輝度値の高い近接した複数の画素の集合が、１つの高輝度画像領域として抽出される。

上述した高輝度画像領域抽出処理の後に実行されるステップＳ４では、抽出された各高輝度画像領域に対応する撮像領域内の物体と自車両との距離を算出する。この距離算出処理では、車両のランプは左右１対のペアランプであることを利用して距離を検出するペアランプ距離算出処理と、遠距離になるとペアランプを構成する左右のランプを区別して認識できなくなって当該ペアランプが単一ランプとして認識される場合の単一ランプ距離算出処理とを実行する。

まず、ペアランプ距離算出処理のために、ステップＳ４−１では、ランプのペアを作成する処理であるペアランプ作成処理を行う。ペアとなる左右一対のランプは、撮像部２００が撮像した画像データにおいて、近接しつつほぼ同じ高さとなる位置にあり、高輝度画像領域の面積がほぼ同じで、かつ高輝度画像領域の形が同じであるとの条件を満たす。したがって、このような条件を満たす高輝度画像領域同士をペアランプとする。ペアをとることのできない高輝度画像領域は単一ランプとみなされる。ペアランプが作成された場合には、ステップＳ４−２のペアランプ距離算出処理によって、そのペアランプまでの距離を算出する。車両の左右ヘッドランプ間の距離及び左右テールランプ間の距離は、一定値ｗ０（例えば１．５ｍ程度）で近似することができる。一方、撮像部２００における焦点距離ｆは既知であるため、撮像部２００の画像センサ２０６上の左右ランプ距離ｗ１を算出することにより、ペアランプまでの実際の距離ｘは、単純な比例計算（ｘ＝ｆ・ｗ０／ｗ１）により求めることができる。なお、先行車両や対向車両までの距離検出は、レーザレーダやミリ波レーダなどの専用の距離センサを用いてもよい。

ステップＳ５では、垂直偏光成分Ｐの赤色画像と垂直偏光成分Ｐの白色画像との比率（赤色輝度比率）を指標値とした分光情報として用い、この分光情報から、ペアランプとされた２つの高輝度画像領域が、ヘッドランプからの光によるものなのか、テールランプからの光によるものなのかを識別するランプ種類識別処理を行う。このランプ種類識別処理では、まずステップＳ５−１において、ペアランプとされた高輝度画像領域について、画像センサ２０６上の撮像画素ａ，ｆに対応した画素データと画像センサ２０６上の撮像画素ｂに対応した画素データとの比率を画素値とした赤色比画像（指標値画像）を作成する。そして、ステップＳ５−２において、その赤色比画像の画素値を所定の閾値と比較し、所定の閾値以上である高輝度画像領域についてはテールランプからの光によるテールランプ画像領域であるとし、所定の閾値未満である高輝度画像領域についてはヘッドランプからの光によるヘッドランプ画像領域であるとするランプ種別処理を行う。

なお、ここで説明した分光情報は、赤色輝度比率を指標値した例であるが、差分偏光度のような、垂直偏光成分Ｐの赤色画像と垂直偏光成分Ｐの白色画像との間の画素値の合計値に対するこれらの画像間の画素値の差分値の比率などの他の指標値を用いてもよい。

続いて、ステップＳ６では、テールランプ画像領域及びヘッドランプ画像領域として識別された各画像領域について、差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を指標値とした偏光情報として用いて、テールランプ又はヘッドランプからの直接光か雨路面等の鏡面部で反射して受光された照り返し光かを識別する照り返し識別処理を行う。この照り返し識別処理では、まずステップＳ６−１において、テールランプ画像領域について差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を算出し、その差分偏光度を画素値とした差分偏光度画像（指標値画像）を作成する。また、同様に、ヘッドランプ画像領域についても差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を算出し、その差分偏光度を画素値とした差分偏光度画像を作成する。そして、ステップＳ６−２において、それぞれの差分偏光度画像の画素値を所定の閾値と比較し、所定の閾値以上であるテールランプ画像領域及びヘッドランプ画像領域については、照り返し光によるものであると判断し、それらの画像領域は先行車両のテールランプを映し出したものではない又は対向車両のヘッドランプを映し出したものではないとして、除外する処理を行う。この除外処理を行った後に残るテールランプ画像領域及びヘッドランプ画像領域は、先行車両のテールランプを映し出したものである、あるいは、対向車両のヘッドランプを映し出したものであると識別される。

なお、レインセンサなどを車両に搭載しておき、当該レインセンサにより雨天時であることを確認した場合にのみ、上述した照り返し識別処理Ｓ６を実行するようにしてもよい。また、運転者（ドライバー）がワイパーを稼働している場合にのみ、上述した照り返し識別処理Ｓ６を実行するようにしてもよい。要するに、雨路面からの照り返しが想定される雨天時のみに上述した照り返し識別処理Ｓ６を実行するようにしてもよい。

以上のような車両検出処理により検出した先行車両及び対向車両の検出結果は、本実施形態では自車両の車載機器であるヘッドランプの配光制御に用いられる。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ンプ照明光が入射する距離範囲内に近づいた場合に、その先行車両に自車両のヘッドランプ照明光が当たらないように、自車両のヘッドランプの一部を遮光したり、自車両のヘッドランプ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ンプ照明光が当たる距離範囲内に近づいた場合に、その対向車両に自車両のヘッドランプ照明光が当たらないように、自車両のヘッドランプの一部を遮光したり、自車両のヘッドランプ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。

〔白線検出処理〕
以下、本実施形態における白線検出処理について説明する。
本実施形態では、自車両が走行可能領域から逸脱するのを防止する目的で、検出対象物としての白線（区画線）を検出する処理を行う。ここでいう白線とは、実線、破線、点線、二重線等の道路を区画するあらゆる白線を含む。なお、黄色線等の白色以外の色の区画線などについても同様に検出可能である。

本実施形態における白線検出処理では、撮像ユニット１０１から取得することができる情報のうち、白色成分（非分光）の水平偏光成分Ｓと垂直偏光成分Ｐとの比較による偏光情報、例えば、白色成分（非分光）の水平偏光成分Ｓと垂直偏光成分Ｐの差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を用いる。白線からの反射光は、通常、拡散反射成分が支配的であるため、その反射光の垂直偏光成分Ｐと水平偏光成分Ｓとはほぼ同等となり、差分偏光度はゼロに近い値を示す。一方、白線が形成されていないアスファルト面部分は、乾燥状態のときには、散乱反射成分が支配的となる特性を示し、その差分偏光度は正の値を示す。また、白線が形成されていないアスファルト面部分は、湿潤状態のときには、鏡面反射成分が支配的となり、その差分偏光度は更に大きな値を示す。したがって、得られた路面部分の偏光差分値が所定閾値よりも小さい部分を白線と判定することができる。

〔雨滴検出処理〕
次に、本実施形態における雨滴検出処理について説明する。
本実施形態では、撮像部２００が撮像した画像データのうち雨滴検出用画像領域２１４に対応する画像データを用いる。雨滴Ｒｄからの反射光は、上述したように、垂直偏光成分Ｐをもつ高輝度なものであり、光学フィルタ２０５を通じて画像センサ２０６により受光される受光量が大きい。したがって、雨滴検出用画像領域２１４中から高輝度画像領域を抽出し、抽出された高輝度画像領域を雨滴の画像領域の候補領域として特定する。この高輝度画像領域の抽出には、上述した車両検出処理における高輝度画像領域抽出処理（ステップＳ３）と同様の処理を採用できる。

また、撮像画像データ上の雨滴画像の形状は円形状であることが多いので、高輝度画像領域抽出処理によって抽出した雨滴画像領域の候補領域が円形状であるかどうかの形状識別処理を行い、その結果から雨滴画像領域を特定する。そして、本実施形態では、連続して撮像される１０枚の撮像画像単位で雨滴検出処理が繰り返し行われ、各雨滴検出処理での雨滴の有無の検出結果を雨滴検出カウントデータにカウントしていく。ワイパー制御ユニット１０６は、例えば、この雨滴検出カウントデータが所定の条件（連続して１０個カウントされた場合など）を満たしたときに、ワイパー１０７の駆動制御やウォッシャー液の吐出制御を行う。

〔変形例１〕
次に、本実施形態における光学フィルタ２０５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３７は、本変形例１における光学フィルタ２０５を透過して画像センサ２０６上の各フォトダイオード２０６Ａで受光される受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。
図３８（ａ）は、図３７に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタ２０５及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
図３８（ｂ）は、図３７に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタ２０５及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
本変形例１に係る光学フィルタ２０５は、車両検出用のフィルタ領域と雨滴検出用のフィルタ領域とを市松状パターンに領域分割し、これらの領域を撮像画像全体に分散配置した光学フィルタである。

本変形例１において、偏光フィルタ層２２５’は、画像センサ２０６の全体に、垂直偏光成分Ｐのみを選択して透過させる垂直偏光領域である。また、分光フィルタ層２２６’の第１領域は、偏光フィルタ層２２５’を透過可能な使用波長帯域に含まれる赤外光波長帯の光のみを選択して透過させる赤外光分光領域であり、分光フィルタ層２２６’の第２領域は、波長選択を行わずに光を透過させる非分光領域である。そして、本変形例１においては、図３７に一点鎖線で囲ったように、隣接する縦２つ横２つの合計４つの撮像画素（符号ａ、ｂ、ｅ、ｆの４撮像画素）によって撮像画像データの１画像画素が構成される。

図３７に示す撮像画素ａ及び撮像画素ｆでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２５’（垂直偏光領域）と分光フィルタ層２２６’の赤外光分光領域（第１領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ａは、垂直偏光成分（図３７中符号Ｐで示す。）の赤外光波長帯（図３７中符号ＩＲで示す。）の光Ｐ／ＩＲを受光することになる。
また、図３７に示す撮像画素ｂ及び撮像画素ｅでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２５’（垂直偏光領域）と分光フィルタ層２２６’の非分光領域（第２領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ｂは、垂直偏光成分Ｐにおける非分光（図３７中符号Ｃで示す。）の光Ｐ／Ｃを受光することになる。

以上の構成により、本変形例１によれば、撮像画素ａおよび撮像画素ｆの出力信号から赤外光の垂直偏光成分画像についての一画像画素が得られ、撮像画素ｂ及び撮像画素ｅの出力信号から非分光の垂直偏光成分画像についての一画像画素が得られる。よって、本変形例１によれば、一度の撮像動作により、赤外光の垂直偏光成分画像、非分光の垂直偏光成分画像という２種類の撮像画像データを得ることができる。
なお、これらの撮像画像データでは、その画像画素の数が撮像画素数よりも少なくなるが、より高解像度の画像を得る際には、上述したような一般に知られる画像補間処理を用いてもよい。

このようにして得られる赤外光の垂直偏光成分画像は、雨滴検出処理に使用することができる。本変形例１における雨滴検出処理の内容は、上記実施形態のものと同様のものを採用することができる。
また、非分光の垂直偏光成分画像は、上記実施形態と同様、白線や対向車両のヘッドランプの識別に使用することができる。

〔変形例２〕
次に、本実施形態における光学フィルタ２０５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３９は、本変形例２における光学フィルタ２０５を透過して画像センサ２０６上の各フォトダイオード２０６Ａで受光される受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。
図４０（ａ）は、図３９に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタ２０５及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
図４０（ｂ）は、図３９に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタ２０５及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
本変形例２に係る光学フィルタ２０５は、車両検出用のフィルタ領域と雨滴検出用のフィルタ領域とをストライプ状パターンに領域分割し、これらの領域を撮像画像全体に分散配置した光学フィルタである。

本変形例２において、偏光フィルタ層２２５’は、上記変形例１と同様、画像センサ２０６の全体に、垂直偏光成分Ｐのみを選択して透過させる垂直偏光領域である。また、分光フィルタ層２２６’の第１領域は、偏光フィルタ層２２５’を透過可能な使用波長帯域に含まれる赤外光波長帯の光のみを選択して透過させる赤外光分光領域であり、分光フィルタ層２２６’の第２領域は、波長選択を行わずに光を透過させる非分光領域である。そして、本変形例２においては、図３９に一点鎖線で囲ったように、隣接する縦２つ横２つの合計４つの撮像画素（符号ａ、ｂ、ｅ、ｆの４撮像画素）によって撮像画像データの１画像画素が構成される。

図３９に示す撮像画素ａ及び撮像画素ｅでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２５’（垂直偏光領域）と分光フィルタ層２２６’の赤外光分光領域（第１領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ａは、垂直偏光成分Ｐの赤外光波長帯ＩＲの光Ｐ／ＩＲを受光することになる。
また、図３９に示す撮像画素ｂ及び撮像画素ｆでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２５’（垂直偏光領域）と分光フィルタ層２２６’の非分光領域（第２領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ｂは、垂直偏光成分Ｐにおける非分光Ｃの光Ｐ／Ｃを受光することになる。

以上の構成により、本変形例２によれば、撮像画素ａおよび撮像画素ｅの出力信号から赤外光の垂直偏光成分画像についての一画像画素が得られ、撮像画素ｂ及び撮像画素ｆの出力信号から非分光の垂直偏光成分画像についての一画像画素が得られる。よって、本変形例２によれば、一度の撮像動作により、赤外光の垂直偏光成分画像、非分光の垂直偏光成分画像という２種類の撮像画像データを得ることができる。
なお、これらの撮像画像データでは、その画像画素の数が撮像画素数よりも少なくなるが、より高解像度の画像を得る際には、上述したような一般に知られる画像補間処理を用いてもよい。

このようにして得られる赤外光の垂直偏光成分画像は、雨滴検出処理に使用することができる。本変形例２における雨滴検出処理の内容は、上記実施形態のものと同様のものを採用することができる。
また、非分光の垂直偏光成分画像は、上記実施形態と同様、白線や対向車両のヘッドランプの識別に使用することができる。

本変形例２のように車両検出用のフィルタ領域と雨滴検出用のフィルタ領域とをストライプ状パターンに領域分割した光学フィルタ２０５は、市松状パターンに領域分割した上記変形例１の光学フィルタと比較して、画像センサ２０６の各撮像画素と光学フィルタ２０５の各領域との相対位置ズレ精度を緩和することが可能である。すなわち、上記変形例１のような市松状パターンの場合、鉛直方向と水平方向のそれぞれについて、画像センサ２０６の各撮像画素と光学フィルタ２０５の各領域との相対位置を調整する必要があるが、本変形例２のようなストライプ状パターンの場合には、画像センサ２０６の各撮像画素と光学フィルタ２０５の各領域との相対位置を調整する必要があるが、水平方向についてだけ、相対位置の調整を行えばよい。したがって、本変形例２によれば、製造工程の組立時間の短縮や組付装置の簡素化が可能となる。
なお、ストライプ状パターンのストライプ方向は、光源２０２の光照射方向と、撮像部２００の撮像方向とを含む仮想面（本変形例２では鉛直面となる。）に対して平行であるのがよい。この場合、雨滴Ｒｄに照射された光の反射光（雨滴反射光）を、画像上の縦方向のいずれかの雨滴内の反射光を捉えることとなる。縦方向にストライプ方向を有することにより縦方向の赤外光情報を取り出す解像度が上がるため、雨滴の検出精度が上げられる。

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）
予め決められた自車両前方領域等の撮像領域からフロントガラス１０５等の透明板状部材の外壁面に入射して該透明板状部材を透過した透過光を受光して該撮像領域の画像を撮像する撮像部２００等の撮像手段と、光を照射する光源２０２とが、該透明板状部材の内壁面側に配置されるとともに、該光源からの光が該透明板状部材の外壁面に付着する雨滴Ｒｄ等の付着物で反射したときの反射光が上記撮像手段で受光されるように構成され、上記撮像領域の画像とともに該付着物の画像を撮像する撮像ユニット１０１において、上記光源から照射された光を反射させる反射ミラー２０３，２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃ，２０３Ｃを固定支持し、上記透明板状部材の内壁面上に固定配置されるミラーモジュール１０１Ｂと、上記光源及び上記撮像手段を固定支持し、該撮像手段の撮像方向Ｐが特定の方向を向くように上記透明板状部材の内壁面に対して固定配置される光源・撮像モジュール１０１Ａと、上記ミラーモジュールと上記光源・撮像モジュールとを、反射ミラーで反射した上記光源からの光の上記透明板状部材の内壁面に対する入射面に直交する回転軸回りで相対回転可能に連結する回転連結機構１０１Ｃとを有することを特徴とする。
これによれば、当該撮像ユニット１０１の設置作業は、その撮像部２００の撮像方向Ｐが特定の方向を向くように光源・撮像モジュール１０１Ａを固定するとともに、ミラーモジュール１０１Ｂを透明板状部材に固定するという簡単な作業で済む。
しかも、透明板状部材の傾斜角度の違いによる、光源から照射されて反射ミラーで反射した光が透明板状部材の内壁面や外壁面で正反射する正反射光の振れ幅（撮像方向に対して直交する仮想面上を通る当該正反射光の位置の変化量）は狭いものとなるので、当該撮像ユニットが設置される透明板状部材の傾斜角度範囲が広くても、透明板状部材の内壁面や外壁面で反射した正反射光が撮像手段に入射しにくくなる。
なお、ミラーモジュールと光源・撮像モジュールとの相対位置を位置決めできる相対位置決め機構であれば、回転連結機構に限定されることはない。したがって、例えば、光源・撮像モジュールを、ミラーモジュールではなく、透明板状部材や透明板状部材を備えた製品壁部（車両の内壁等）などの別の部材に固定するような構成であってもよい。

（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、上記撮像手段の焦点は、上記透明板状部材の外壁面よりも遠方に設定されていることを特徴とする。
これによれば、撮像領域の画像と付着物の画像の両方を好適に撮像することができる。

（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、上記撮像手段は、受光素子２０６Ａが２次元配置された撮像画素アレイで構成された画像センサ２０６により、光学フィルタ２０５を介して、上記透明板状部材を透過した撮像領域からの透過光と、該透明板状部材の外壁面に付着する付着物で反射した反射光とを、互いに異なるセンサ領域で受光するものであり、上記光源は、赤外光波長帯等の特定波長帯の光を照射するものであり、上記光学フィルタ２０５は、そのフィルタ領域の一部に、上記特定波長帯の光を選択的に透過させる第１フィルタ領域が形成され、そのフィルタ領域の他部に、上記撮像領域からの光を透過させる第２フィルタ領域が形成されていることを特徴とする。
これによれば、撮像領域の画像と付着物の画像の両方を好適に撮像することができる。

（態様Ｄ）
上記態様Ａ〜Ｃのいずれかの態様において、上記撮像手段は、受光素子が２次元配置された撮像画素アレイで構成された画像センサにより、上記透明板状部材を透過した撮像領域からの透過光と、該透明板状部材の外壁面に付着する付着物で反射した正反射光とを、互いに異なるセンサ領域で受光するものであり、上記透明板状部材の内壁面の傾斜角度が所定角度範囲（２０°以上３５°以下の角度範囲等）内のいずれの角度であっても、上記透明板状部材の内壁面又は外壁面で反射する正反射光が、上記付着物で反射した反射光を受光するセンサ領域に入射しないように、構成されていることを特徴とする。
透明板状部材の内壁面や外壁面で反射した正反射光は、付着物で反射した反射光と同等以上の強い光強度を有するものであるため、付着物で反射した反射光に対して大きなノイズ成分となる。本態様によれば、このような大きなノイズ成分となる当該正反射光が、付着物で反射した反射光を受光するセンサ領域に入射しないので、当該ノイズ成分による付着物の検出精度の低下を抑制できる。

（態様Ｅ）
上記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、上記透明板状部材の内壁面の傾斜角度が所定角度範囲（２０°以上３５°以下の角度範囲等）内のいずれの角度であっても、上記反射ミラーで反射した光の該透明板状部材の内壁面に入射する地点が一定となるように、構成されていることを特徴とする。
これによれば、透明板状部材の傾斜角度に関わらず、光源から照射されて反射ミラーで反射した光が透明板状部材の内壁面や外壁面で正反射する正反射光の振れ幅をほぼゼロにすることが可能となるので、安定した付着物の検出が可能となる。

（態様Ｆ）
上記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、上記光源・撮像モジュールは、上記光源から照射される光の光路を変更する偏向プリズム２０２ｃや偏心配置したコリメートレンズ２０２ｂ等の光路変更部材を有することを特徴とする。
これによれば、光源２０２を設置する基板と撮像手段の画像センサ２０６の基板とを容易に共通化することが可能となり、電装部品の簡素化の実現が容易となる。

（態様Ｇ）
上記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様において、上記反射ミラーは、凹面ミラー２０３Ａであることを特徴とする。
これによれば、反射ミラーで反射した光束に集束力を付与することができ、透明板状部材への入射角のばらつきを低減でき、付着物の検出性能を向上させることが可能となる。

（態様Ｈ）
上記態様Ａ〜Ｇのいずれかの態様において、上記反射ミラーは、偏光ミラー２０３Ｂであることを特徴とする。
これによれば、透明板状部材を透過して付着物へ入射する光の偏光成分だけを、透明板状部材に向けて照射することが可能となり、透明板状部材の内壁面や外壁面で反射する光に含まれる偏光成分を低減できる。その結果、透明板状部材の内壁面や外壁面で反射する光によるノイズ成分を低減して、付着物の検出性能を向上させることが可能となる。

（態様Ｉ）
上記態様Ａ〜Ｈのいずれかの態様において、上記撮像手段に受光されることで上記撮像領域の画像及び上記付着物の画像の少なくとも一方の画像のノイズ成分となる上記光源からの光を遮光する遮光部材２０３Ｄを、上記ミラーモジュール１０１Ｂ及び上記光源・撮像モジュール１０１Ａの少なくとも一方に設けたことを特徴とする。
これによれば、反射ミラーの反射面で拡散反射した拡散成分が撮像手段に直接入射したり、反射ミラーの反射面での拡散成分が透明板状部材の内壁面や外壁面で正反射して撮像手段に入射したりするノイズ成分を低減できる。

（態様Ｊ）
上記態様Ａ〜Ｉのいずれかの態様に係る撮像ユニット１０１の設置方法であって、上記ミラーモジュール１０１Ｂを上記透明板状部材の内壁面上に固定する前又は後に、上記光源・撮像モジュール１０１Ａに固定支持された撮像手段の撮像方向Ｐが特定の方向を向くように、該光源・撮像モジュールを該透明板状部材の内壁面に対して固定することを特徴とする。
これによれば、当該撮像ユニット１０１を簡単な作業で設置することができる。

１００ 自車両
１０１ 撮像ユニット
１０１Ａ 光源・撮像モジュール
１０１Ｂ ミラーモジュール
１０１Ｃ 回転連結機構
１０１Ｄ 長穴部
１０１Ｅ ボルト部品
１０２ 画像解析ユニット
１０３ ヘッドランプ制御ユニット
１０４ ヘッドランプ
１０５ フロントガラス
１０６ ワイパー制御ユニット
１０７ ワイパー
１０８ 車両走行制御ユニット
２００ 撮像部
２０２ 光源
２０２Ａ 導光射出部
２０２ａ 発光部
２０２ｂ コリメートレンズ
２０２ｃ 偏向プリズム
２０３，２０３Ｅ 反射ミラー
２０３ａ 光吸収部材
２０３Ａ 凹面ミラー
２０３Ｂ，２０３Ｃ 偏光ミラー
２０３Ｄ 遮光部材
２０４ 撮像レンズ
２０５ 光学フィルタ
２０６ 画像センサ
２０７ センサ基板
２０８ 信号処理部
２１０ 前段フィルタ
２１１ 赤外光カットフィルタ領域
２１２ 赤外光透過フィルタ領域
２１３ 車両検出用画像領域
２１４，２１４Ａ，２１４Ｂ 雨滴検出用画像領域
２２０ 後段フィルタ
２２０Ａ 車両検出用フィルタ部
２２０Ｂ 雨滴検出用フィルタ部
２２１ フィルタ基板
２２２，２２５，２２５’ 偏光フィルタ層
２２３，２２６，２２６’ 分光フィルタ層
Ｐ 垂直偏光成分
Ｓ 水平偏光成分

特許第４３２６９９９号公報

Claims (11)

1. 予め決められた撮像領域から透明板状部材の外壁面に入射して該透明板状部材を透過した透過光を受光して該撮像領域の画像を撮像する撮像手段と、光を照射する光源とが、該透明板状部材の内壁面側に配置されるとともに、該光源からの光が該透明板状部材の外壁面に付着する付着物で反射したときの反射光が上記撮像手段で受光されるように構成され、上記撮像領域の画像とともに該付着物の画像を撮像する撮像ユニットにおいて、
   上記光源から照射された光を反射させる反射光学部材を固定支持し、上記透明板状部材の内壁面上に、該反射光学部材の反射面が該透明板状部材に対して固定されるように固定配置される反射光学モジュールと、
   上記光源及び上記撮像手段を固定支持し、該撮像手段の撮像方向が特定の方向を向くように上記透明板状部材の内壁面に対して固定配置される光源・撮像モジュールと、
   上記反射光学モジュールと上記光源・撮像モジュールとの相対位置を位置決めする相対位置決め機構とを有し、
   上記撮像手段は、受光素子が２次元配置された撮像画素アレイで構成された画像センサにより、上記透明板状部材を透過した撮像領域からの透過光と、該透明板状部材の外壁面に付着する付着物で反射した正反射光とを、互いに異なるセンサ領域で受光するものであり、上記透明板状部材の内壁面の傾斜角度が所定角度範囲内のいずれの角度であっても、上記透明板状部材の内壁面又は外壁面で反射する正反射光が、上記付着物で反射した反射光を受光するセンサ領域に入射しないように、構成されていることを特徴とする撮像ユニット。
2. 請求項１に記載の撮像ユニットにおいて、
   上記透明板状部材の内壁面の傾斜角度が所定角度範囲内のいずれの角度であっても、上記反射光学部材で反射した光の該透明板状部材の内壁面に入射する地点が一定となるように、構成されていることを特徴とする撮像ユニット。
3. 予め決められた撮像領域から透明板状部材の外壁面に入射して該透明板状部材を透過した透過光を受光して該撮像領域の画像を撮像する撮像手段と、光を照射する光源とが、該透明板状部材の内壁面側に配置されるとともに、該光源からの光が該透明板状部材の外壁面に付着する付着物で反射したときの反射光が上記撮像手段で受光されるように構成され、上記撮像領域の画像とともに該付着物の画像を撮像する撮像ユニットにおいて、
   上記光源から照射された光を反射させる反射光学部材を固定支持し、上記透明板状部材の内壁面上に、該反射光学部材の反射面が該透明板状部材に対して固定されるように固定配置される反射光学モジュールと、
   上記光源及び上記撮像手段を固定支持し、該撮像手段の撮像方向が特定の方向を向くように上記透明板状部材の内壁面に対して固定配置される光源・撮像モジュールと、
   上記反射光学モジュールと上記光源・撮像モジュールとの相対位置を位置決めする相対位置決め機構とを有し、
   上記透明板状部材の内壁面の傾斜角度が所定角度範囲内のいずれの角度であっても、上記反射光学部材で反射した光の該透明板状部材の内壁面に入射する地点が一定となるように、構成されていることを特徴とする撮像ユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像ユニットにおいて、
   上記相対位置決め機構は、上記反射光学モジュールと上記光源・撮像モジュールとを、反射光学部材で反射した上記光源からの光の上記透明板状部材の内壁面に対する入射面に直交する回転軸回りで相対回転可能に連結する回転連結機構であることを特徴とする撮像ユニット。
5. 請求項４の撮像ユニットにおいて、
   上記回転連結機構の回転軸に対して直交する仮想面上で、上記反射光学部材の反射面端部のうち上記透明板状部材から離れた端部の位置を第一地点とし、該第一点を通るように引いた該透明板状部材の内壁面の法線における該内壁面との交点を第二点とし、上記撮像手段へ向かって該透明板状部材の内壁面から射出される光の射出点のうち最も該第二点から遠い地点を第三点としたとき、該第一点、該第二点及び該第三点を頂点とする長方形の領域内に上記回転連結機構の回転軸が位置するように構成されていることを特徴とする撮像ユニット。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像ユニットにおいて、
   上記光源・撮像モジュールは、上記光源から照射される光の光路を変更する光路変更部材を有することを特徴とする撮像ユニット。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像ユニットにおいて、
   上記反射光学部材は、反射ミラーであることを特徴とする撮像ユニット。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像ユニットにおいて、
   上記反射光学部材は、凹面ミラーであることを特徴とする撮像ユニット。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像ユニットにおいて、
   上記反射光学部材は、偏光ミラーであることを特徴とする撮像ユニット。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像ユニットにおいて、
    上記撮像手段に受光されることで上記撮像領域の画像及び上記付着物の画像の少なくとも一方の画像のノイズ成分となる上記光源からの光を遮光する遮光部材を、上記反射光学モジュール及び上記光源・撮像モジュールの少なくとも一方に設けたことを特徴とする撮像ユニット。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像ユニットの設置方法であって、
    上記反射光学モジュールを上記透明板状部材の内壁面上に固定する前又は後に、上記光源・撮像モジュールに固定支持された撮像手段の撮像方向が特定の方向を向くように、該光源・撮像モジュールを該透明板状部材の内壁面に対して固定することを特徴とする撮像ユニットの設置方法。