(57)【要約】【課題】フロントガラス等の板状部材の面に付着している雨滴等の付着物の画像を撮像する撮像装置の小型化を課題とする。【解決手段】光源部２１０が照射した光Ｌ１によって照明されたフロントガラス１０５の外壁面上に付着している雨滴２０３を撮像する撮像装置であって、該光源部から照射された光が入射される被入射面２２３と、該被入射面から入射した光を反射させる反射面２２１と、フロントガラスの内壁面に接して配置され該反射面で反射した光を透過させる密着面２２２と、該密着面を透過してフロントガラス外壁面で反射した光が画像センサ２０６に向けて出射する出射面２２４とを有する反射偏向プリズム２２０を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する板状部材の一方の面側から該板状部材を照明する光を照射する光照射手段と、
上記光照射手段が照射した光によって照明された板状部材の他方の面上に付着している付着物を撮像する撮像手段とを有する撮像装置であって、
上記光照射手段から照射された光が入射される被入射面と、該被入射面から入射した光を反射させる反射面と、上記板状部材の上記一方の面に接して配置され該反射面で反射した光を透過させる透過面と、該透過面を透過して上記板状部材の上記他方の面で反射した光が上記撮像手段に向けて出射する出射面とを有する光学部材を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１の撮像装置において、
上記光学部材は、上記透過面を透過した光が上記板状部材の上記他方の面で１回のみ全反射して上記出射面から上記撮像手段に向けて出射するように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の撮像装置において、
上記光学部材は、上記光照射手段からの光が上記被入射面及び上記出射面の少なくとも一方で所定の屈折角をもって屈折するように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３の撮像装置において、
上記板状部材における上記一方の面側に上記光学部材を固定支持する第一支持部材と、
上記光照射手段及び上記撮像手段を固定支持する第二支持部材と、
上記所定の屈折角が得られるように上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対位置を決める相対位置決め機構とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４の撮像装置において、
上記相対位置決め機構は、上記光学部材の上記反射面で反射した光の上記板状部材の上記一方の面に対する入射面に直交する回転軸回りで、上記第一支持部材と上記第二支持部材とを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装置。
【請求項６】
請求項５の撮像装置において、
上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記光照射手段から照射されて上記光学部材の反射面で正反射した光のうち、上記板状部材の上記他方の面における付着物の非付着領域で正反射した正反射光が上記撮像手段に受光される関係、又は、該他方の面上に付着している付着物で正反射する正反射光が上記撮像手段に受光される関係が維持されるように、上記光学部材を上記第一支持部材により上記板状部材の上記一方の面に位置決めする第一支持部材位置決め手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６の撮像装置において、
上記第一支持部材位置決め手段は、上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記光照射手段から照射される光の光軸方向と、上記他方の面の上記非付着領域で正反射して上記撮像手段に受光される光の光軸方向又は該他方の面上に付着している付着物で正反射して該撮像手段に受光される光の光軸方向との相対角度が所定の角度範囲内に維持されるように、構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項６又は７の撮像装置において、
上記回転連結機構は、上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記板状部材の上記他方の面における付着物の非付着領域で正反射した正反射光を受光する上記撮像手段の受光面上の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持され、又は、該他方の面上に付着している付着物で正反射する正反射光を受光する上記撮像手段の受光面上の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持されるように、構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置において、
上記第二支持部材は、上記光照射手段の構成部品と上記撮像手段の構成部品とを単一の基板上に実装した構成を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項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、
上記撮像手段の受光面は、上記付着物を撮像する検出用受光面と、予め決められた撮像領域から上記板状部材の上記他方の面へ入射して該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画像用受光面とに区分されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項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、
上記撮像手段は、上記光照射手段から照射される光の波長範囲を選択的に透過させる分光フィルタを備えていることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置において、
上記光学部材として、プリズムを用いたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置において、
上記光学部材の上記反射面は凹面であることを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
光透過性を有する板状部材の一方の面側から該板状部材の他方の面上に付着している付着物を撮像する撮像装置と、
上記撮像装置が撮像した撮像画像に基づいて上記板状部材の上記他方の面上に付着している付着物を検出する付着物検出手段を備えた付着物検出装置であって、
上記撮像装置として、請求項１乃至１３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付着物検出装置。
【請求項１５】
移動装置の板状窓部材の内壁面側に設置された撮像手段によって該板状窓部材の外壁面上に付着している付着物を撮像する撮像装置を備えた当該移動装置に搭載されている制御対象機器を制御する移動装置用機器制御システムであって、
上記撮像装置が撮像した撮像画像に基づいて上記板状窓部材の外壁面上に付着している付着物を検出する付着物検出装置として用いられる請求項１４の付着物検出装置と、
上記付着物検出装置の検出結果に基づいて上記制御対象機器を制御する機器制御手段とを有することを特徴とする移動装置用機器制御システム。
【請求項１６】
板状窓部材を有する移動装置において、
当該移動装置に搭載されている制御対象機器を制御する移動装置用機器制御システムとして、請求項１５の移動装置用機器制御システムを用いたことを特徴とする移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過性の板状部材の面に付着している付着物を撮像する撮像装置、付着物の撮像画像から当該付着物を検出する付着物検出装置、付着物検出装置の検出結果に基づいて移動装置の制御対象機器を制御する移動装置用機器制御システム、及び、このシステムを採用した移動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（板状部材）の表面に付着している雨滴等の液滴及び曇りや塵などの付着物を検出する画像処理システムが開示されている。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（板状窓部材）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手段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付着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、検出した円形の画像領域の個数を数え、その個数を雨量に変換して雨量を求める。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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している雨滴の画像を撮像できる撮像装置を提案した。以下、この先願に係る撮像装置について、図面を用いて説明する。
【０００４】
図３５（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３５（ｂ）は、撮像画像データの画像例を示す説明図である。
【０００５】
先願の撮像装置は、撮像部２００と光源部２１０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３５（ｂ）に示すように、車両前方領域が車両検出用画像領域２３１内に適切に映し出される。
【０００６】
一方、光源部２１０は、図３５（ａ）に示すように、照射する光がフロントガラス１０５の外壁面に付着している雨滴Ｒｄで反射してその反射光（以下「雨滴反射光」という。）が付着物検出用画像領域２３２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３５（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の画像が付着物検出用画像領域２３２内に適切に映し出される。
【０００７】
このような撮像装置においては、その設置スペースをなるべく狭くするために小型化の要求がある。しかしながら、先願の撮像装置では、光源部２１０から照射された光の雨滴反射光が撮像部２００に映し出されるようにフロントガラス１０５の内壁面に固定する必要があるため、光源部２１０を撮像部２００から離れた位置に配置しなければならない。そのため、撮像部２００及び光源部２１０を含む撮像装置全体は大型化せざるを得ないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記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、フロントガラスの外壁面など板状部材の面に付着している雨滴等の付着物の画像を撮像する撮像装置の小型化が容易な撮像装置、移動装置用機器制御システム及び移動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、光透過性を有する板状部材の一方の面側から該板状部材を照明する光を照射する光照射手段と、上記光照射手段が照射した光によって照明された板状部材の他方の面上に付着している付着物を撮像する撮像手段とを有する撮像装置であって、上記光照射手段から照射された光が入射される被入射面と、該被入射面から入射した光を反射させる反射面と、上記板状部材の上記一方の面に接して配置され該反射面で反射した光を透過させる透過面と、該透過面を透過して上記板状部材の上記他方の面で反射した光が上記撮像手段に向けて出射する出射面とを有する光学部材を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記のような光学部材を備えることにより、光照射手段を撮像手段の近くに配置することが可能となり、撮像装置の小型化が容易になるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】同車載機器制御システムにおける撮像ユニットを備えた付着物検出装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】同撮像ユニットの光学系を説明するための説明図である。
【図４】同撮像ユニットの光源部の概略構成を示す説明図である。
【図５】同撮像ユニットの光源部の他の構成例を示す説明図である。
【図６】同撮像ユニットの光源部の更に他の構成例を示す説明図である。
【図７】光源部と撮像レンズとの間に遮光部材を設けた例を示す説明図である。
【図８】同撮像ユニットの概略構成を模式的に示した斜視図である。
【図９】（ａ）は、水平面に対するフロントガラスの傾斜角度が２２°である車両に取り付けた状態の撮像ユニットを示す側面図である。（ｂ）は、同図（ａ）の状態において雨滴が付着していない場合の撮像ユニットの光学系を示す説明図である。（ｃ）は、同図（ａ）の状態において雨滴が付着している場合の撮像ユニットの光学系を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は、水平面に対するフロントガラスの傾斜角度が３４°である車両に取り付けた状態の撮像ユニットを示す側面図である。（ｂ）は、同図（ａ）の状態における撮像ユニットの光学系を示す説明図である。
【図１１】同撮像ユニットの光源部を構成するテーパーロッドレンズ及び導光体を示す斜視図である。
【図１２】同撮像ユニットの反射偏向プリズムを示す斜視図である。
【図１３】同撮像ユニットの反射偏向プリズムの他の構成例を示す斜視図である。
【図１４】変形例に係る反射偏向プリズムを示す斜視図である。
【図１５】同反射偏向プリズムを用いた撮像ユニットの光学系を示す説明図である。
【図１６】付着物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。
【図１７】付着物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。
【図１８】車両検出用画像領域に対応したフィルタ領域と付着物検出用画像領域に対応したフィルタ領域とに区分される同撮像装置の光学フィルタの正面図である。
【図１９】撮像画像データの画像例を示す説明図である。
【図２０】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。
【図２１】同光学フィルタの車両検出用フィルタ部及び付着物検出用フィルタ部と、画像センサ上の車両検出用画像領域及び付着物検出用画像領域に対応する箇所との対応関係を示す説明図である。
【図２２】同光学フィルタに設けられる第１の分光フィルタ層の透過率特性を示すグラフである。
【図２３】同光学フィルタに設けられる偏光フィルタ層を構成するワイヤーグリッド偏光子を拡大した説明図である。
【図２４】同光学フィルタに設けられる第２の分光フィルタ層の透過率特性を示すグラフである。
【図２５】（ａ）は、図１４に示した変形例における反射偏向プリズムを用いて雨滴が付着している状態（曇りは付着していない状態）を撮像した撮像画像の一例を示す説明図である。（ｂ）は、同反射偏向プリズムを用いて雨滴が付着しておりかつ曇りも付着している状態を撮像した撮像画像の一例を示す説明図である。
【図２６】（ａ）は、雨滴を検出するための２フレームのうち、光源部を消灯させた状態の撮像画像の一例を示す説明図である。（ｂ）は、雨滴を検出するための２フレームのうち、光源部を点灯させた状態の撮像画像の一例を示す説明図である。
【図２７】実施形態におけるフロントガラス状態検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図２８】車両検出用画像領域の画像データからワイパー制御用やデフロスタ制御用のパラメータ検出を行うための処理の流れを示すフローチャートである。
【図２９】フロントガラスが曇っている状態の撮像画像を示す説明図である。
【図３０】フロントガラスが凍結している状態の撮像画像を示す説明図である。
【図３１】付着物検出用画像領域の画像データからワイパー制御用やデフロスタ制御用のパラメータ検出を行うための処理の流れを示すフローチャートである。
【図３２】フロントガラスの状態判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図３３】同状態判定処理の判定基準を示す表である。
【図３４】同状態判定処理の結果に応じた指示処理の内容を示す表である。
【図３５】（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。
【図３６】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。
【図３７】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。
【図３８】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。
【図３９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る撮像装置を、移動装置である自動車等の車両に搭載される制御対象機器を制御する移動装置用機器制御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光透過性板状部材に付着している付着物を検出する付着物検出装置を利用するその他のシステムにも適用できる。
【００１３】
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、自車両１００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、デフロスタ制御、その他の車載機器（制御対象機器）の制御を行う。
【００１４】
本実施形態の車載機器制御システムに設けられる撮像装置としての撮像ユニット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ものであり、例えば、自車両１００のフロントガラス１０５のルームミラー付近に設置される。撮像ユニット１０１で撮像された撮像画像データは、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、撮像装置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に付着してい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面上の白線（区画線）等の検出対象物を検出したりする。
【００１５】
また、本実施形態の自車両１００には、外気温を検知するための外気温センサ１１１が設けられている。画像解析ユニット１０２は、必要に応じて外気温センサ１１１の検知結果を利用して、上述した各種検出を行う。本実施形態では、後述するように、フロントガラス１０５が凍結しているか否かを検出する際などに、外気温センサ１１１の検知結果が利用される。
【００１６】
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、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する。その実現のために、具体的には、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。
【００１７】
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が検出した付着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。
【００１８】
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。
【００１９】
また、車両走行制御ユニット１０８は、画像解析ユニット１０２が検出した道路標識の検出結果に基づいて、道路標識の情報と車両走行状態とを比較する。そして、例えば、自車両１００の走行速度（車両走行状態）が制限速度（道路標識の情報）に近いと判断したら自車両１００の運転者へ警告を報知したり、自車両１００の走行速度が制限速度を超えていると判断したら自車両の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。
【００２０】
また、画像解析ユニット１０２の算出結果は、デフロスタ制御ユニット１０９にも送られる。デフロスタ制御ユニット１０９は、フロントガラス１０５の凍結や曇りの状態の検出結果に基づいて、デフロスタ１１０を制御する制御信号を生成する。デフロスタ制御ユニット１０９が生成した制御信号は、デフロスタ１１０に送られ、この制御信号に基づいてデフロスタ１１０はフロントガラス１０５を送風したり加熱したりするなどして、フロントガラス１０５の凍結や曇りの状態を改善させる動作を実行する。デフロスタ制御の詳しい内容は後述する。
【００２１】
図２は、撮像ユニット１０１に設けられる撮像部２００を含む付着物検出装置３００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撮像手段としての画像センサ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。また、本実施形態においては、センサ基板２０７上に光源部２１０が実装されている。この光源部２１０は、フロントガラス１０５の外壁面（他方の面）に付着した付着物（以下、付着物が主に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。
【００２２】
本実施の形態では、撮像レンズ２０４の光軸が水平方向に一致するように撮像ユニット１０１を配置するが、これに限定されることはなく、水平方向（図２中のＸ方向）を基準とした特定方向に向けるような例であってもよい。撮像レンズ２０４は、例えば、複数のレンズで構成され、焦点がフロントガラス１０５の位置よりも遠方に設定されるものを用いる。撮像レンズ２０４の焦点位置は、例えば、無限遠又は無限遠とフロントガラス１０５との間に設定することができる。
【００２３】
光学フィルタ２０５は、撮像レンズ２０４の後段に配置され、本実施形態では、画像センサ２０６に入射する光の波長帯域を制限する機能を有する。なお、本実施形態において、光学フィルタ２０５は、光源部２１０からの光の反射光に応じたフロントガラス１０５の状態を検出する際に、車外からの外乱光の影響を抑制するための部品である。そのため、フロントガラス１０５の状態の検出精度が十分に得られる場合には、光学フィルタ２０５を省略してもよい。
【００２４】
画像センサ２０６は、光学フィルタ２０５を透過した光を受光する２次元配置された複数の受光素子で構成され、受光素子（撮像画素）ごとに入射光を光電変換する機能を有する。なお、後述の図等では画像センサ２０６の各画素を簡略化して描いているが、実際には画像センサ２０６は２次元配置された数十万個程度の画素で構成されている。画像センサ２０６としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。
【００２５】
信号処理部２０８は、画像センサ２０６で光電変換され、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の各受光素子への入射光量）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機能を有する。信号処理部２０８は、画像解析ユニット１０２と電気的に接続されている。信号処理部２０８は、センサ基板２０７を経由して画像センサ２０６から電気信号（アナログ信号）が入力されると、入力された電気信号から、画像センサ２０６上における各撮像画素の明るさ（輝度）を示すデジタル信号（撮像画像データ）を生成する。そして、この撮像画像データを、画像の水平・垂直同期信号とともに、後段の画像解析ユニット１０２へ出力する。
【００２６】
また、画像解析ユニット１０２は、撮像ユニット１０１の撮像動作を制御する機能や、撮像ユニット１０１から送信される撮像画像データを解析する機能を有する。画像解析ユニット１０２は、撮像ユニット１０１から送信された撮像画像データから、画像センサ２０６の撮像対象（自車両前方領域に存在する他車両等の物体や、フロントガラス１０５上に付着している雨滴、凍結、曇り等）ごとの最適な露光量を算出し、画像センサ２０６の撮像対象ごとに最適な露光量（本実施形態では露光時間）を設定する機能を有する。また、画像解析ユニット１０２は、露光量調整と連動しながら、光源部２１０の発光タイミングを調整する機能も有する。また、画像解析ユニット１０２は、撮像ユニット１０１から送信されてくる撮像画像データから、路面状態や道路標識などに関する情報を検出したり、フロントガラス１０５の状態（雨滴の付着、凍結、曇りなど）を検出したりする機能を有する。また、画像解析ユニット１０２は、撮像ユニット１０１から送信されてくる撮像画像データから、自車両の前方に存在する他車両の位置や方角、距離等を算出する機能を有する。
【００２７】
図３は、本実施形態における撮像ユニット１０１の光学系を説明するための説明図である。
本実施形態の光源部２１０は、フロントガラス１０５上に付着した付着物（雨滴、凍結、曇り等）を検出するための照明光を照射するものである。本実施形態の光源部２１０は、その発光体としてのＬＥＤを複数備えた構成となっている。このように発光体を複数具備することにより、発光体が１つである場合と比較して、フロントガラス１０５上の付着物を検出するための検出領域が広がり、フロントガラス１０５の状態変化の検出精度が向上する。
【００２８】
本実施形態では、ＬＥＤを画像センサ２０６と同じセンサ基板２０７上に実装されているので、これらを別々の基板上に実装する場合よりも基板枚数を減らすことができ、低コストを実現できる。また、ＬＥＤの配置方法は、図３中のＹ方向に沿って１列又は複数列に配置することで、後述するとおり、車両前方領域の画像が映し出される画像領域の下側に映し出されるフロントガラス画像を撮像するための照明を均一化することが可能となる。
【００２９】
光源部２１０は、光源部２１０が照射する光の光軸方向と撮像レンズ２０４の光軸方向とが予め所定の角度を有するように、センサ基板２０７上に配置されている。また、光源部２１０は、光源部２１０が照射する光によって照明されるフロントガラス１０５上において、その照明範囲が撮像レンズ２０４の画角範囲内（視野角の範囲内）となるように、配置されている。光源部２１０としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などを１又は２以上配置した構成を用いることができる。光源部２１０の発光波長としては、対向車の運転者や歩行者を眩惑しないように、可視光を避けることが好ましく、例えば、可視光よりも波長が長く、画像センサ２０６の受光感度が及ぶ波長範囲（例えば８００〜１０００ｎｍ程度の赤外光波長範囲）を用いる。光源部２１０の発光タイミングなどの駆動制御は、信号処理部２０８からの画像信号の取得と連動しながら、画像解析ユニット１０２を通じて行われる。
【００３０】
光源部２１０からの光は、フロントガラス１０５の外壁面上に付着した雨滴、夜露が凍結した凍結部分、湿気によるフロントガラス１０５の内壁面上の曇りなど、フロントガラス１０５の状態変化に伴って、そのフロントガラス１０５での反射光の状態が変化する。この反射光の状態の変化は、光学フィルタ２０５を介して画像センサ２０６で撮像した撮像画像を解析することで把握することができる。
【００３１】
光源部２１０のＬＥＤ２１１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を享受できる。ところが、本実施形態では、光源部２１０の光照射方向と撮像部２００の撮像方向（撮像レンズの光軸方向）とが互いに異なる方向を向くように構成されるので、そのままでは光源部２１０のＬＥＤ２１１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。
【００３２】
そこで、光源部２１０のＬＥＤ２１１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、光源部２１０に、ＬＥＤ２１１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４に示すような偏向プリズム２１３を用いたり、図５に示すように偏心配置したコリメートレンズ２１２を用いたりすることができる。なお、コリメートレンズ２１２を用いる場合、これをＬＥＤ２１１と同数分だけ配置する必要があるが、この場合にはＹ方向に直線状に配列したレンズアレイなどを用いればよい。
【００３３】
また、光路変更部材としては、図６に示すような導光体を用いることもできる。図６に示す例では、センサ基板２０７上に実装された複数のＬＥＤ２１１の出射側にテーパー状導光体２１５が設けられている。これにより、ＬＥＤ２１１からの光は、導光体２１５の内部を通過する間に導光体２１５の内面で反射することで、ＬＥＤ２１１の光軸方向に対して平行に近い角度の光となって、導光体２１５から出射する。よって、導光体２１５を設けることで、光の放射角度分布を狭めることができる。この導光体２１５の出射側部分は、光源部２１０からの光を所望の方向へ向けて出射するように構成されている。図６の例によれば、照度分布が狭い範囲で均一化された光を所望の方向に向けて照射することができるので、フロントガラス１０５の状態検出について高い精度が得られるとともに、明るさムラ補正などの処理を行う場合にはその処理負荷を軽減することが可能となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、光源部２１０を、画像センサ２０６と同じセンサ基板２０７上に実装しているが、画像センサ２０６とは別基板上に実装してもよい。
【００３５】
本実施形態の撮像ユニット１０１には、図３に示すように、光源部２１０からの光を反射させてフロントガラス１０５へ導く反射面２２１を備えた光学部材としての反射偏向プリズム２２０が設けられている。反射偏向プリズム２２０は、光源部２１０からの光を適切にフロントガラス１０５の内部に導くために、その一面がフロントガラス１０５の内壁面に密着するように配置されている。具体的には、反射偏向プリズム２２０に入射する光源部２１０からの光の入射角が所定範囲内で変化しても、光源部２１０から照射されて反射偏向プリズム２２０の反射面２２１で正反射した光のうち、フロントガラス１０５の外壁面上における雨滴（付着物）が付着していない非付着領域で正反射した正反射光が、画像センサ２０６に受光される関係が維持されるように、反射偏向プリズム２２０がフロントガラス１０５の内壁面に取り付けられる。
【００３６】
反射偏向プリズム２２０をフロントガラス１０５の内壁面に取り付ける際、これらの間に、透光性材料からなるジェルやシール材などの充填材を介在させて密着性を高めるのが好ましい。これにより、反射偏向プリズム２２０とフロントガラス１０５との間に空気層や気泡などが介在しないようにでき、これらの間で曇りが生じにくいようにしている。また、充填材の屈折率は、反射偏向プリズム２２０とフロントガラス１０５の中間屈折率であることが好ましい。これにより、充填材と反射偏向プリズム２２０との間、及び、充填材とフロントガラス１０５との間でのフレネル反射ロスを軽減できるからである。ここでいうフレネル反射とは、屈折率の異なる材料間で発生する反射のことである。
【００３７】
反射偏向プリズム２２０は、図３に示すように、光源部２１０からの入射光を反射面２２１で一回だけ正反射して、これをフロントガラス１０５の内壁面に向けて折り返す。折り返した光は、フロントガラス１０５の外壁面に対して入射角φ（約４２°≦φ≦約６２°）となるように構成されている。この適切な入射角φは、空気とフロントガラス１０５の外壁面との間の屈折率差に起因して、フロントガラス１０５の内部においてその外壁面で全反射を起こす臨界角である。したがって、本実施形態では、フロントガラス１０５の外壁面に雨滴等の付着物が付着していない場合には、反射偏向プリズム２２０の反射面で折り返された光は、フロントガラス１０５の外壁面を透過することなく、すべて反射される。なお、この入射角φの範囲の下限値は、雨滴等の付着物が付着していないフロントガラス１０５の外壁面上の非付着箇所で全反射するという条件から決定される。一方、入射角φの上限値は、雨滴等の付着物が付着しているフロントガラス１０５の外壁面上の付着箇所で全反射条件が崩れるという条件から決定される。
【００３８】
一方、フロントガラス１０５の外壁面上に空気（屈折率１）とは異なる雨滴（屈折率１．３８）などの付着物が付着すると、この全反射条件が崩れ、雨滴が付着している箇所では光がフロントガラス１０５の外壁面を透過する。したがって、フロントガラス１０５の外壁面に雨滴が付着していない非付着箇所については、その反射光が画像センサ２０６に受光されて高輝度な画像部分となる一方、雨滴が付着している付着箇所については、その反射光の光量が減り、画像センサ２０６に受光される光量が少なくなるので、低輝度な画像部分となる。したがって、撮像画像上においては、雨滴付着箇所と非雨滴付着箇所とのコントラストが得られる。
【００３９】
なお、光源部２１０から照射される光の拡散成分が画像センサ２０６へ回り込んで入射して画像信号が劣化するのを抑制するために、図７のように、光源部２１０と撮像レンズ２０４との間に遮光部材２３０を設けてもよい。
【００４０】
図８は、本実施形態の撮像ユニット１０１の概略構成を模式的に示した斜視図である。
本実施形態の撮像ユニット１０１は、光路変更部材として、図６に示した導光体を用いる構成を採用するものである。本実施形態の撮像ユニット１０１は、反射偏向プリズム２２０を固定支持し、フロントガラス１０５の内壁面に固定配置される第一支持部材としての第一モジュール１０１Ａと、画像センサ２０６及びＬＥＤ２１１が実装されたセンサ基板２０７、導光体２１５、撮像レンズ２０４を固定支持する第二支持部材としての第二モジュール１０１Ｂとから構成されている。
【００４１】
これらのモジュール１０１Ａ，１０１Ｂは、回転連結機構２４０によって回動可能に連結されている。  この回転連結機構２４０は、フロントガラス１０５の傾斜方向及び鉛直方向のいずれにも直交する方向（図３中紙面前後方向）に延びる回転軸２４１を有し、この回転軸２４１を中心にして、第一モジュール１０１Ａと第二モジュール１０１Ｂとを相対回転させることができる。このように回動可能な構成としているのは、傾斜角度が異なるフロントガラス１０５に対して第一モジュール１０１Ａが固定配置される場合でも、第二モジュール１０１Ｂの撮像部２００の撮像方向を特定方向（本実施形態では水平方向）に向けることができるようにするためである。
【００４２】
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、以下のとおりである。
まず、第一モジュール１０１Ａの反射偏向プリズム２２０の一面がフロントガラス１０５の内壁面に密着するように、第一モジュール１０１Ａ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に対して第一モジュール１０１Ａ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第一モジュール１０１Ａを係合させたりする固定方法を採用できる。
【００４３】
次に、固定した第一モジュール１０１Ａに対して回転連結機構２４０の回転軸２４１を中心に第二モジュール１０１Ｂを回転させる。そして、第二モジュール１０１Ｂの撮像部２００の撮像方向が水平方向に一致するように第二モジュール１０１Ｂの角度調整を行い、第二モジュール１０１Ｂを自車両１００に固定する。本実施形態では、第二モジュール１０１Ｂの外壁に固定配置された固定ピン２４２の可動範囲を第一モジュール１０１Ａに形成されたガイド孔２４３によって規制することで、回転連結機構２４０の回転調整範囲、すなわち、第一モジュール１０１Ａに対する第二モジュール１０１Ｂの角度調整範囲を制限している。なお、回転連結機構２４０の回転調整範囲は、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の傾斜角度範囲を約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。
【００４４】
図９（ａ）は、水平面に対するフロントガラス１０５の傾斜角度θｇが２２°である車両に取り付けた状態の撮像ユニット１０１を示す側面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の状態において雨滴が付着していない場合の撮像ユニット１０１の光学系を示す説明図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）の状態において雨滴が付着している場合の撮像ユニット１０１の光学系を示す説明図である。
図１０（ａ）は、水平面に対するフロントガラス１０５の傾斜角度θｇが３４°である車両に取り付けた状態の撮像ユニット１０１を示す側面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の状態における撮像ユニット１０１の光学系を示す説明図である。
【００４５】
光源部２１０からの光Ｌ１は、反射偏向プリズム２２０の被入射面２２３に入射して所定の屈折角をもって屈折される。その後、反射偏向プリズム２２０の反射面２２１で正反射され、その反射光Ｌ２はフロントガラス１０５の内壁面を透過する。フロントガラス１０５の外壁面に雨滴が付着していない場合は、その反射光Ｌ２は外壁面では全反射し、この反射光Ｌ３はフロントガラス１０５の内壁面を透過して出射面２２４で屈折され、撮像レンズ２０４に向けて進む。一方、フロントガラス１０５の外壁面に雨滴２０３が付着している場合、反射偏向プリズム２２０の反射面２２１で正反射した反射光Ｌ２は、その外壁面を透過する。このような系において、フロントガラス１０５の角度θｇが変わると、第二モジュール１０１Ｂの姿勢を維持したまま（撮像方向を水平方向に固定したまま）、フロントガラス１０５の内壁面に固定される第二モジュール１０１Ｂの姿勢が変化し、反射偏向プリズム２２０がフロントガラス１０５と一体になって図中Ｙ軸回りに回転することになる。
【００４６】
ここで、本実施形態における反射偏向プリズム２２０の反射面２２１とフロントガラス１０５の外壁面との配置関係は、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において、常に、フロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３が、フロントガラス状態変化検出用の画像センサ２０６の受光領域（以下「付着物検出用受光領域」という。）に受光される関係となっている。したがって、フロントガラス１０５の角度θｇが変わっても、フロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３が画像センサ２０６の付着物検出用受光領域に受光され、適切な雨滴検出を実現できる。
【００４７】
特に、本実施形態における配置関係は、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において実質的にコーナーキューブの原理が成立するような関係となっている。コーナーキューブの原理とは、一般に、２つの反射面を直角に組み合わせることにより、光がδの入射角で一方の反射面に入射すると、これが他方の反射面でも反射されることで、同じ角度δで出射するという原理である。詳しく説明すると、一方の反射面に入射した光は、当該一方の反射面での反射によって２δだけ曲げられる。それが他方の反射面に入射する角度は９０°−δである。当該他方の反射面で反射した光が出射する角度も９０°−δなので、当該一方の反射面での反射によって１８０°−２δだけ曲げられることになる。これらを合計すると、２δ＋１８０°−２δ＝１８０°となり、当該他方の反射面で反射して出射される光は、当該一方の反射面に入射した方向へ戻ることになる。本実施形態においては、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において実質的にコーナーキューブの原理が成立するような関係となるため、フロントガラス１０５の角度θｇが変わっても、フロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３の光軸方向と水平面とのなす角度θは実質的に一定である。よって、画像センサ２０６の付着物検出用受光領域内におけるフロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３の光軸が通過する箇所の変動を小さく抑えることができ、より適切な雨滴検出を実現できる。
【００４８】
なお、反射偏向プリズム２２０の反射面２２１とフロントガラス１０５の外壁面との配置関係が互いに垂直な関係であればコーナーキューブの原理が成立するが、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において実質的にコーナーキューブの原理が成立するのであれば、反射偏向プリズム２２０の反射面２２１とフロントガラス１０５の外壁面との配置関係は互いに垂直な関係である場合に限られない。反射偏向プリズム２２０の反射面２２１とフロントガラス１０５の外壁面との配置関係が互いに垂直な関係でなくても、反射偏向プリズム２２０の他の面（被入射面や出射面）の角度を調整することにより、フロントガラス１０５の傾斜角度θｇが変わっても、撮像レンズへ向かう全反射光Ｌ３の光軸の角度θを略一定に保持することが可能である。
【００４９】
例えば、反射偏向プリズム２２０の反射面２２１とフロントガラス１０５の外壁面とのなす角を９０°よりも大きくする場合、これに合わせて反射偏向プリズム２２０の出射面２２４と密着面２２２とのなす角も大きくすることにより、上記略一定にすることが可能となる。このとき、反射偏向プリズム２２０の反射面２２１とフロントガラス１０５の外壁面とのなす角を９０°よりも大きくした角度分に対し、反射偏向プリズム２２０の出射面２２４と密着面２２２とのなす角をその２倍程度の角度だけ増分させるのが好ましい。また、この場合、反射偏向プリズム２２０の出射面２２４と被入射面２２３とが平行でなくなるが、必要な撮像レンズ２０４への射出角に合わせて適宜導光体の射出角を設計することにより、利用することができる。
【００５０】
また、上述したようにコーナーキューブの原理が成立する関係であれば、フロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３の光軸方向と水平面とのなす角度θを実質的に一定とすることができるが、反射偏向プリズム２２０から射出する全反射光Ｌ３の射出位置が一定となるとは限らない。この射出位置が変わることで、全反射光Ｌ３の光軸が画像センサ２０６の付着物検出用受光領域を通過する箇所が変動し、安定した雨滴検出を阻害するおそれがある。
【００５１】
そのため、本実施形態においては、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において、フロントガラス１０５の外壁面で正反射した正反射光Ｌ３を受光する画像センサ２０６の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持されるように、回転連結機構２４０の回転中心の位置が工夫されている。具体的には、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において、反射偏向プリズム２２０から射出する全反射光Ｌ３の射出位置が撮像部２００の画角範囲内（視野角の範囲内）のほぼ定位置に維持されるように、回転連結機構２４０の回転軸２４１の位置が設定されている。回転連結機構２４０の回転軸２４１の具体的な位置としては、例えば、反射偏向プリズム２２０の反射面２２１を光Ｌ１の光軸が通る位置と、その正反射光Ｌ２の光軸がフロントガラス１０５の外壁面を通る位置との間に、回転軸２４１が位置するように配置するとよい。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、フロントガラス１０５の傾斜角度に関わらず、フロントガラス１０５へ第一モジュール１０１Ａを固定する作業工程と、撮像方向が水平方向に一致するように第二モジュール１０１Ｂを角度調整して固定する第二モジュール１０１Ｂの水平出しの作業工程という２つの作業工程により、撮像ユニット１０１の設置作業が完了する。
【００５３】
図１１は、本実施形態の導光体２１５を示す斜視図である。
この導光体２１５には、光源部２１０側に導光体２１５が取り付けられている。本実施形態の導光体２１５の入射側部分は、内面が反射面となるように配置された管状のミラーからなるテーパーロッドレンズを用いてもよい。導光体２１５は、入射端面側から出射端面側に向けて先広がりのテーパー形状となっている。導光体２１５としては、屈折率が１以上の材料、例えばガラス等からなるものが好ましい。成形により作製できるため、低コストに導光体２１５を作ることが可能である。
【００５４】
図１２は、本実施形態の反射偏向プリズム２２０を示す斜視図である。
反射偏向プリズム２２０は、光源部２１０からの光が入射する被入射面２２３と、被入射面２２３から入射した光Ｌ１を反射させる反射面２２１と、フロントガラス１０５の内壁面と密着して反射光Ｌ２を透過させる透過面としての密着面２２２と、フロントガラス１０５の外壁面で反射した反射光Ｌ３を撮像部２００に向けて出射する出射面２２４とを備えている。本実施形態では、被入射面２２３と出射面２２４とは互いに平行な面となるように構成されているが、両者を非平行な面としてもよい。
【００５５】
反射偏向プリズム２２０の材料は、少なくとも光源部２１０からの光を透過させる材料であればよく、ガラスやプラスチックなどを用いることができる。本実施形態の光源部２１０からの光は赤外光であるため、反射偏向プリズム２２０の材料としては、可視光を吸収するような黒色系の材料を用いてもよい。可視光を吸収する材料を用いることにより、反射偏向プリズム２２０にＬＥＤからの光（赤外光）以外の光（車外からの可視光など）が入射するのを抑制できる。
【００５６】
また、反射偏向プリズム２２０は、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において、その反射面２２１で光源部２１０からの光を全反射させる全反射条件が満たされるように形成される。また、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において反射面２２１で全反射させる条件を満たすことが難しい場合には、反射偏向プリズム２２０の反射面２２１に、アルミニウムなどの膜を蒸着させるなどして、反射ミラーを形成してもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、反射面２２１が平面であるが、図１３に示すように、反射面を凹面としたものでもよい。このような凹面状の反射面２２５を用いることで、反射面２２５に入射してくる拡散光束を平行化することができる。このことにより、フロントガラス１０５上での照度低下を抑制することが可能となる。
【００５８】
〔変形例〕
ここで、反射偏向プリズム２２０の一変形例について説明する。
図１４は、変形例における反射偏向プリズム２２０を示す斜視図である。
図１５は、変形例における反射偏向プリズム２２０を用いた撮像ユニット１０１の光学系を示す説明図である。
本変形例に係る反射偏向プリズム２２０は、導光体２１５から射出される光を、フロントガラス１０５の外壁面に付着している雨滴検出のみに使用するのではなく、例えば、フロントガラス１０５の内壁面に付着した曇り等の検出など、他の用途にも利用可能しようとするものである。
【００５９】
本変形例に係る反射偏向プリズム２２０は、導光体２１５から射出される光のうち、Ｙ軸方向中央部分の光については、上述した実施形態と同様、被入射面２２３に入射し、反射面２２１で正反射してフロントガラス１０５の外壁面の雨滴非付着部分において全反射して画像センサ２０６に受光される。一方、Ｙ軸方向両端部分の光については、被入射面２２３には入射せず、反射偏向プリズム２２０の反射ミラー面２２６で全反射する。この反射光Ｌ４は、フロントガラス１０５の内壁面に向かう。フロントガラス１０５の内壁面に曇り等が付着していない場合、反射光Ｌ４は、フロントガラス１０５の内壁面で反射するが、その正反射光Ｌ５は、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において、常に、画像センサ２０６で受光されないように、構成されている。
【００６０】
フロントガラス１０５の内壁面に曇りが付着している場合、その曇り部分において反射光Ｌ４が拡散反射し、その拡散反射光が画像センサ２０６に受光される。したがって、画像センサ２０６上の反射ミラー面２２６に対応する部分において一定以上の光量を受光した場合、曇りによる拡散反射光を受光したとして、フロントガラス１０５の内壁面の曇りを検出できる。
【００６１】
なお、本変形例において、雨滴を検出するための反射面２２１等を有するプリズム部と、曇りを検出するための反射ミラー面２２６を有するミラー部とを一体部品で構成したが、別部品としてもよい。また、本変形例は、図１４に示したように、プリズム部の両側にミラー部を配置した例であるが、これに限定されることはなく、プリズム部の一側のみにミラー部を配置したり、プリズム部の上部又は下部にミラー部を配置したりしてもよい。
【００６２】
次に、本実施形態における光学フィルタ２０５について説明する。
フロントガラス１０５の外壁面上の雨滴を検出する際、光源部２１０からの赤外光を撮像部２００で撮像するが、撮像部２００の画像センサ２０６には、光源部２１０からの赤外光のほか、例えば太陽光などの赤外光を含む大光量の外乱光も入射し得る。よって、光源部２１０からの赤外光をこのような大光量の外乱光と区別するためには、光源部２１０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部２１０を用いることは困難である場合が多い。
【００６３】
そこで、本実施形態においては、例えば、図１６に示すように光源部２１０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１７に示すように透過率のピークが光源部２１０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、光源部２１０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、光源部２１０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で受光される光源部２１０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、大発光量の光源部２１０でなくても、光源部２１０からの光を外乱交と区別することが可能となる。
【００６４】
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などの検出も行う。そのため、撮像画像全体について光源部２１０が照射する赤外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上の雨滴等の付着物を検出するための付着物検出用画像領域と、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、付着物検出用画像領域に対応する部分についてのみ光源部２１０が照射する赤外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。
【００６５】
図１８は、車両検出用画像領域に対応したフィルタ領域と付着物検出用画像領域に対応したフィルタ領域とに区分される光学フィルタ２０５の正面図である。
図１９は、撮像画像データの画像例を示す説明図である。
図１９に示すように、車両検出用画像領域２３１は撮像画像上部２／３に対応し、付着物検出用画像領域２３２は撮像画像下部１／３に対応する。対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ、白線、道路標識など、撮像領域（車両前方領域）の画像は、主に撮像画像上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や自車両１００のボンネット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白線の識別に必要な情報は撮像画像上部に集中しており、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、白線、道路標識等の検出と雨滴２０３などの付着物の検出とを両立して行う場合には、図１９に示すように、撮像画像下部を付着物検出用画像領域２３２とし、残りの撮像画像上部を車両検出用画像領域２３１とし、これに対応して光学フィルタ２０５を領域分割するのが好適である。
【００６６】
また、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白線の誤識別の原因となる。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１６に示したカットフィルタや図１７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除去される。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白線の識別精度が向上する。
【００６７】
光学フィルタ２０５は、車両検出用画像領域２３１に対応する車両検出用フィルタ部２０５Ａと、付着物検出用画像領域２３２に対応する付着物検出用フィルタ部２０５Ｂ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２０５Ａは分光フィルタ層２５１を備えていないが、付着物検出用フィルタ部２０５Ｂは分光フィルタ層２５１を備えている。なお、本実施形態では、撮像レンズ２０４の特性により、撮像領域内の光景と画像センサ２０６上の像とでは天地が逆になる。よって、撮像画像下部を付着物検出用画像領域２３２とする場合には、光学フィルタ２０５の上部を付着物検出用フィルタ部２０５Ｂで構成することになる。
【００６８】
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が困難となる場合がある。そのような場合には、テールランプの識別に分光情報を利用し、赤色光の受光量に基づいてテールランプを識別すれば、テールランプの識別精度を向上させることができる。よって、光学フィルタ２０５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もよい。
【００６９】
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。そこで、本実施形態の光学フィルタ２０５には、後述するように、可視光領域から光源波長域までの間をカットする分光フィルタ層２５５を用いている。
【００７０】
図２０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。
図２１は、本実施形態に係る光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２０５Ａ及び付着物検出用フィルタ部２０５Ｂと、画像センサ２０６上の車両検出用画像領域２３１及び付着物検出用画像領域２３２に対応する箇所との対応関係を示す説明図である。
画像センサ２０６の受光面には、光学フィルタ２０５が近接配置される。光学フィルタ２０５は、図２０に示すように、透明なフィルタ基板２５２の一方の面（画像センサ２０６の受光面と対向する面）に分光フィルタ層２５５を形成し、他方の面に偏光フィルタ層２５３と分光フィルタ層２５５を順次形成した層構成となっている。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。
【００７１】
ここで、本実施形態における光学フィルタ２０５について更に説明する。
光学フィルタ２０５のフィルタ基板２５２は、使用帯域（本実施形態では、可視光領域と赤外光領域）の光を透過可能な透明な材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶等で形成することができる。本実施形態では、ガラス、特に、安価でかつ耐久性もある石英ガラス（屈折率１．４６）やテンパックスガラス（屈折率１．５１）を用いると好適である。
【００７２】
光学フィルタ２０５の分光フィルタ層２５５は、図２２に示すような透過率特性を有する。すなわち、分光フィルタ層２５５は、波長範囲４００ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の可視光領域の入射光及び波長範囲９４０ｎｍ以上９７０ｎｍ以下の赤外光領域の入射光を透過させ、波長範囲６７０ｎｍよりも長く９４０ｎｍ未満の入射光をカットする透過率特性を有する。４００ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲及び９４０ｎｍ以上９７０ｎｍ以下の波長範囲における透過率は、３０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。６７０ｎｍよりも長く９４０ｎｍ未満の波長範囲における透過率は、２０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましい。
【００７３】
可視光領域の入射光は、車両検出用画像領域２３１において車両や白線の検出などに用いられ、赤外光領域の入射光は、付着物検出用画像領域２３２においてフロントガラスの雨滴等の付着物を検出する場合などに用いられる。６７０ｎｍより長く９４０ｎｍ未満の波長範囲の入射光を透過させない理由は、この波長範囲を取り込んだ場合、得られる画像データが全体的に赤くなってしまい、テールランプや赤色標識の赤色を示す部分等を抽出することが困難となる場合があるからである。本実施形態では、６７０ｎｍより長く９４０ｎｍ未満の波長範囲の入射光を分光フィルタ層２５５でカットするので、テールランプの識別精度を向上させ、また、日本における一時停止標識などの赤色を含む道路標識の検出精度を向上させることができる。なお、波長範囲９４０〜９７０ｎｍは、又、波長範囲４００ｎｍ〜６７０ｎｍは、本発明に係る波長範囲の代表的な一例である。
【００７４】
分光フィルタ層２５５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膜構造で作製できる。このような多層膜構造によれば、光の干渉を利用することで分光透過率の設定自由度が高く、薄膜を多層重ねることで、特定波長（例えば赤外光以外の波長）に対して１００％近い反射率を実現することも可能である。
【００７５】
光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２５３は、不要な反射光によるノイズ軽減のために設けられている。光源部２１０から照射される光は、フロントガラス１０５の内壁面や外壁面で反射し、その反射光が撮像部２００に入射する。このような反射光は、光源部２１０のフロントガラス１０５へ向かって出射する光の光軸と撮像レンズ２０４の光軸との２つの光軸で形成される面（本実施形態では鉛直面）に対して垂直な偏光成分（水平偏光成分）が強い。よって、偏光フィルタ層２５３は、この水平偏光成分を透過させ、鉛直面に対して平行な偏光成分（鉛直偏光成分）をカットする偏光フィルタで構成される。
【００７６】
偏光フィルタ層２５３は、図２３に示すようなワイヤーグリッド偏光子で形成することができる。ワイヤーグリッド偏光子は、アルミニウムなどの金属で構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるもので、そのピッチが入射光の波長（例えば可視光波長）に比べてかなり小さいピッチ（例えば２分の１以下）であれば、導電体線に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、導電体線に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。
【００７７】
なお、ワイヤーグリッド偏光子においては、金属ワイヤーの断面積が増加すると、消光比が増加し、また、周期幅に対する所定の幅以上の金属ワイヤーでは透過率が減少する。また、金属ワイヤーの長手方向に直交する断面形状がテーパー形状であると、広い帯域において透過率や偏光度の波長分散性が少なく、高消光比特性を示す。また、ワイヤーグリッドの構造は、よく知られる半導体プロセス、すなわちアルミニウム薄膜を蒸着した後にパターニングを行ってメタルエッチングなどの手法により、ワイヤーグリッドのサブ波長凹凸構造を形成することができる。よって、撮像素子の画素サイズ相当（数ミクロンレベル）で偏光子の方向を調整することが可能である。またワイヤーグリッド偏光子は、アルミニウムなどの金属で作製されるため、耐熱性に優れ、車載用途には好適な偏光子である。
【００７８】
フィルタ基板２５２と偏光フィルタ層２５３との間及びワイヤーグリッドの凸部間の隙間は、フィルタ基板２５２よりも屈折率の低い又は同等の無機材料が充填されて充填層２５４が形成されている。充填層２５４の形成材料としては、偏光フィルタ層２５３の偏光特性を劣化させないために、その屈折率が空気の屈折率に極力近い低屈折率材料であることが好ましい。例えば、セラミックス中に微細な空孔を分散させて形成してなる多孔質のセラミックス材料が好ましく、ポーラスシリカ（ＳｉＯ2）、ポーラスフッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、ポーラスアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などが挙げられる。また、これらの低屈折率の程度は、セラミックス中の空孔の数や大きさ（ポーラス度）によって決まるものである。このうち、とくにフィルタ基板２５２に主成分がシリカの水晶やガラスからなる場合には、ポーラスシリカ（ｎ＝１．２２〜１．２６）であれば、フィルタ基板２５２よりも屈折率が小さくなり好適である。
【００７９】
充填層２５４の形成方法としては、無機系塗布膜（ＳＯＧ：Ｓpin Ｏn Ｇlass）生成方法を用いればよい。すなわち、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）4）をアルコールに溶かした溶剤をフィルタ基板２５２上にスピン塗布し、その後に熱処理によって溶媒成分を揮発させ、シラノール自体を脱水重合反応させるような経緯で形成される。
【００８０】
偏光フィルタ層２５３がサブ波長サイズのワイヤーグリッド構造であるため、充填層２５４の上に形成される分光フィルタ層２５５に比べて、偏光フィルタ層２５３は強度的には弱い。本実施形態では、このような強度的に弱い偏光フィルタ層２５３を充填層２５４で覆って保護しているので、光学フィルタ２０５の実装時に偏光フィルタ層２５３のワイヤーグリッド構造を損傷しにくくなる。また、充填層２５４を設けることで、偏光フィルタ層２５３のワイヤーグリッド構造への異物進入も抑制できる。
【００８１】
偏光フィルタ層２５３のワイヤーグリッド構造の凸部の高さは、一般には、使用波長の半分以下に設定される。一方、分光フィルタ層２５５は、使用波長と同等から数倍の高さとなり、かつ、厚みが増すほど遮断波長での透過率特性を急峻にできる。そして、充填層２５４は厚さが増すほど、その上面の平坦性確保が難しくなるとともに、充填領域の均質性が損なわれるなどの理由により、厚くするのは適切ではない。本実施形態では、偏光フィルタ層２５３を充填層２５４で覆った後に分光フィルタ層２５５を形成しているため、充填層２５４を安定的に形成できる。また、充填層２５４の上に形成する分光フィルタ層２５５も、その特性を最適に形成することが可能である。
【００８２】
本実施形態では、分光フィルタ層２５５、充填層２５４、偏光フィルタ層２５３がフィルタ基板２５２に対して撮像レンズ２０４側に配置される。一般に、これらの層の作製過程での欠陥を抑制することが重要であるが、その欠陥サイズの許容上限値は、画像センサ２０６から離れるほど大きくなる。なお、フィルタ基板２５２は、その厚みが０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲で使用される。本実施形態によれば、これらの層を画像センサ２０６側に設ける場合に比べて、製造プロセスの簡易化、低コスト化を図ることができる。
【００８３】
また、本実施形態では、フィルタ基板２５２に対して画像センサ２０６側には、分光フィルタ層２５１が形成されている。この分光フィルタ層２５１は、付着物検出用フィルタ部２０５Ｂに設けられており、車両検出用フィルタ部２０５Ａには設けられていない。上述したように、フロントガラス１０５上の液滴や凍結部分などで反射した赤外波長の光をそのまま検出しようとすると、赤外波長の光を照射する光源部２１０は、例えば太陽光など膨大な光量を持つ外乱光よりも照射する光を明るくしなければならないという問題がある。そこで、本実施形態では、光源部２１０の発光波長よりも短い波長の光をカットするようなフィルタか、もしくは透過率のピークを光源部２１０の発光波長とほぼ一致させたバンドパスフィルタからなる分光フィルタ層２５１を、付着物検出用フィルタ部２０５Ｂに設けている。本実施形態の分光フィルタ層２５１は、図２４に示すように、透過率のピークを光源部２１０の発光波長とほぼ一致させたバンドパスフィルタを採用する。これにより、光源部２１０の発光波長以外の外乱光を除去し、検出される光源部２１０の光量を相対的に大きくできる。
【００８４】
本実施形態の光学フィルタ２０５は、２つの分光フィルタ層２５１，２５５を備えており、これらの分光フィルタ層２５１，２５５をフィルタ基板２５２の各面にそれぞれ形成している。これにより、光学フィルタ２０５の反りを抑制することが可能となる。フィルタ基板２５２の片面にだけ多層膜を形成すると、応力がかかって反りが生じる。しかしながら、本実施形態のようにフィルタ基板２５２の両面に多層膜を形成する場合には、応力の効果が相殺されるため、反りを抑制することができる。
【００８５】
分光フィルタ層２５１は、多層膜構造によって作製できる。多層膜構造とは、高屈折率と低屈折率の薄膜を交互に多層重ねた波長フィルタのことを指す。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。なお、多層膜蒸着時にマスクを設けて車両検出用フィルタ部２０５Ａの部分を遮蔽しながら蒸着することにより、車両検出用フィルタ部２０５Ａに分光フィルタ層２５１が形成されないように、付着物検出用フィルタ部２０５Ｂに分光フィルタ層２５１が形成できる。
【００８６】
本実施形態において、分光フィルタ層２５１，２５５は、多層膜構造を採用しているので、任意の分光輝度特性を得ることができる。一般にカラーセンサなどに用いられるカラーフィルタはレジスト剤によって形成されているが、このようなレジスト剤では多層膜に比べ分光輝度特性のコントロールが困難である。本実施形態では、多層膜構造を用いることで、分光フィルタ層２５１，２５５の透過波長帯域を光源部２１０の波長帯域に略一致させることを可能としている。
【００８７】
本実施形態においては、外乱光を抑制するために分光フィルタ層２５１を設けた構成であるが、これに限定されるものでなく、分光フィルタ層２５１を設けない構成であっても、雨滴検出は可能である。ただし、外乱光の影響を除いた本実施形態の構成の方が、雨滴検出にノイズ変動が生じないため望ましい。
【００８８】
図２５（ａ）は、図１４に示した変形例における反射偏向プリズム２２０を用いて雨滴が付着している状態（曇りは付着していない状態）を撮像した撮像画像の一例を示す説明図である。
図２５（ｂ）は、変形例における反射偏向プリズム２２０を用いて雨滴が付着しておりかつ曇りも付着している状態を撮像した撮像画像の一例を示す説明図である。
変形例における反射偏向プリズム２２０を用いる場合、付着物検出用画像領域２３２の左右方向中央部は、光源部２１０からの光Ｌ１のうち雨滴２０３が付着していないフロントガラス１０５の外壁面で正反射した光Ｌ３が受光されるので、その部分は高輝度なものとなる。また、付着物検出用画像領域２３２の左右方向中央部において、光源部２１０からの光Ｌ１のうち雨滴２０３が付着しているフロントガラス１０５の外壁面からの正反射光の受光量は減少するので、その部分は低輝度なものとなる。
【００８９】
一方、付着物検出用画像領域２３２の左右方向両端部分は、光源部２１０からの正反射光Ｌ５を受光することがないので、図２５（ａ）に示すように、常に低輝度な状態である。しかしながら、フロントガラス１０５の内壁面に曇りが生じると、これは微小な水滴が付着している状態と見なすことができ、その曇り箇所２０３’で拡散反射が発生する。この拡散反射光が受光される結果、図２５（ｂ）に示すように、曇りが発生していない箇所よりも、僅かながら輝度が高まる。
【００９０】
なお、フロントガラス１０５の内壁面に曇りが付着していると、車両検出用画像領域２３１に映し出されるボンネット１００ａの輪郭箇所（エッジ）がぼやけて映し出される。これを利用して曇りの有無を検出することも可能である。
【００９１】
ここで、光学フィルタ２０５を設ける場合でも、光学フィルタ２０５のバンドパス領域を透過する外乱光（光源部２１０の発行波長と同じ外部からの光）も存在するため、外乱光の影響を完全に除去することはできない。例えば、昼間は、太陽光の赤外波長成分が外乱光として影響するし、夜間は、対向車のヘッドライトに含まれる赤外波長成分が外乱光として影響する。このような外乱光があると、雨滴２０３を検出する際に誤検知を引き起こしてしまうおそれがある。例えば、雨滴２０３を検出するアルゴリズムとして、付着物検出用画像領域２３２において一定以上の輝度値変化が生じた箇所に雨滴が付着したと判断するアルゴリズムを採用する場合、外乱光の影響で輝度値がオフセットされて、雨滴の誤検出が発生し得る。
【００９２】
このような誤検出を防ぐ方法としては、例えば、光源部２１０の点灯を画像センサ２０６の露光タイミングと同期させる制御を行う方法が挙げられる。具体的には、光源部２１０の点灯時における撮像画像と光源部２１０の消灯時における撮像画像とを撮像し、付着物検出用画像領域２３２について、これらの差分画像を生成して、その差分画像に基づいて雨滴検出を行う。したがって、この方法では、雨滴を検出するために最低でも２フレーム分の撮像画像を使用することになる。
【００９３】
雨滴を検出するための２フレームのうちの一方のフレームは、図２６（ａ）に示すように、光源部２１０を消灯させた状態で撮像されるものであり、他方のフレームは、図２６（ｂ）に示すように、光源部２１０を点灯させた状態で撮像されるものである。光源部２１０を消灯させた状態で撮像された付着物検出用画像領域２３２は、外乱光のみを映し出したものである。一方、光源部２１０を点灯させた状態で撮像された付着物検出用画像領域２３２は、外乱光と光源部２１０からの光を映し出したものである。したがって、これらのフレーム間の輝度差分を計算することで得られる輝度値（差分画像の画素値）は、外乱光が除外されたものとなる。よって、この差分画像に基づいて雨滴検出を行うことで、外乱光による誤検出を抑制できる。なお、雨滴を検出するために光源部を点灯させるタイミング以外では、光源部２１０を消灯させておくと、消費電力の抑制につながるので好適である。
【００９４】
外乱光のうち、太陽光などは多少時間が経過しても大きな変化がないが、自車両１００の走行中の対向車のヘッドライトなどは、わずかの時間経過で大きな変化が生じる場合がある。この場合、差分画像を得るための２つのフレームの時間的な間隔が開いていると、その間に外乱光の大きさが変わってしまい、差分画像を生成した際に、うまく外乱光をキャンセルできない可能性がある。このようなことを防ぐために、差分画像を得るための２つのフレームは連続するフレームであることが好ましい。
【００９５】
また、車両検出用画像領域２３１の画像情報を元に車両制御や配光制御等を行う場合には、撮像画像中央部の輝度値に合わせた自動露光制御（ＡＥＣ）を行うのが通常であるが、雨滴を検出するための２フレームについては、雨滴検知に最適な露光制御を行うのが好ましい。なぜなら、雨滴を検出するための２フレームの撮像時にも自動露光制御を行うと、光源部２１０の点灯時のフレームと光源部２１０の消灯時のフレームとで、その露光時間が変わってしまう場合があるためである。２つのフレーム間で露光時間が変わると、それぞれのフレームに含まれる外乱光の輝度値分が変わってしまい、差分画像によって外乱光を適切にキャンセルできないおそれがあるからである。よって、雨滴を検出するための２フレームについては、例えば、露光時間が同じなるように露光制御を行うのがよい。
【００９６】
また、２フレームの露光時間を同じにせず、その露光時間の違いを画像処理によって補正した差分画像を生成する方法でもよい。具体的には、光源部２１０を点灯させたフレームの露光時間をＴａとし、消灯させたフレームの露光時間をＴｂとしたとき、下記の式（１）〜（３）に示すように、点灯させたフレームの輝度値Ｙａと消灯させたフレームの輝度値Ｔｂをそれぞれの露光時間で割った値の差分値Ｙｒを計算する。このような補正した差分画像を使用することにより、２フレーム間で露光時間の違いがあっても、その影響を受けずに外乱光の影響を適切に取り除くことができる。
Ｙａ  ＝  Ｙａ／Ｔａ  ・・・（１）
Ｙｂ  ＝  Ｙｂ／Ｔｂ  ・・・（２）
Ｙｒ  ＝  Ｙａ  −  Ｙｂ  ・・・（３）
【００９７】
また、２フレームの露光時間を同じにせず、その露光時間の違いに応じて光源部２１０の光照射強度を制御する方法でもよい。この方法では、露光時間が長いフレームについて光源部２１０の光照射強度を落とすようにすることで、露光時間の違いによる影響を受けずに、露光時間に違いがある２フレーム間の差分画像により外乱光の影響を適切に取り除くことができる。しかも、上述の画像処理による補正では処理負荷が大きいというデメリットがあるが、この方法によれば、画像処理による補正が不要となり、このようなデメリットはない。
【００９８】
また、一般に、光源部２１０の発光体として用いられているＬＥＤ２１１は、温度変化によってその発光出力が変化するものであり、温度が上昇すると光源部２１０の発光出力が低下する。また、ＬＥＤ２１１は経年劣化によっても光量が低下していく。このように光源部２１０の出力変化があると、雨滴が付着していないのに輝度値変化があると認識されてしまい、雨滴の誤検出が生じ得る。このようなＬＥＤ２１１の発光出力変化による影響を抑制するため、本実施形態では、ＬＥＤ２１１の発光出力変化が生じたか否かを適宜判断し、ＬＥＤ２１１の発光出力変化が生じたと判断したら、光源部２１０の発光出力を増加させる制御を行う。
【００９９】
ＬＥＤ２１１の発光出力変化が生じたか否かの判断は、例えば、次のようにして行うことができる。本実施形態では、フロントガラス１０５の外壁面からの全反射光Ｌ３を付着物検出用画像領域２３２において２次元画像として撮像しているので、ＬＥＤ２１１の発光出力変化が生じた場合、付着物検出用画像領域２３２の輝度が全体的に低下することになる。一方、フロントガラス１０５の外壁面に雨に濡れた状態になった場合も、付着物検出用画像領域２３２の輝度が全体的に低下することになるので、これと区別する必要がある。そのため、付着物検出用画像領域２３２の輝度が全体的に低下した場合、ワイパー１０７を動作させ、それでも付着物検出用画像領域２３２の輝度が全体的に低下している場合には、ＬＥＤ２１１の発光出力変化が生じたと判断する。
【０１００】
次に、本実施形態におけるフロントガラス状態検出処理について説明する。
図２７は、画像解析ユニット１０２が実行するフロントガラス状態検出処理の流れを示すフローチャートである。
分光フィルタ層２５１を備える付着物検出用フィルタ部２０５Ｂは、分光フィルタ層２５１を備えていない車両検出用フィルタ部２０５Ａと比較して受光量が少ない。そのため、付着物検出用フィルタ部２０５Ｂを透過する光量と車両検出用フィルタ部２０５Ａを透過する光量との間には大きな差がある。そのため、車両検出用フィルタ部２０５Ａに対応する車両検出用画像領域２３１に適した撮像条件（露光量等）と、付着物検出用フィルタ部２０５Ｂに対応する付着物検出用画像領域２３２に適した撮像条件との間には、大きな差がある。そこで、本実施形態では、車両検出用画像領域２３１の撮像用（車両等の検出用）と、付着物検出用画像領域２３２の撮像用（付着物検出用）とで、異なる露光量を用いる。
【０１０１】
露光量の調整は、例えば、車両等の検出用については、車両検出用画像領域２３１に対応する画像センサ２０６の出力に基づいて自動露光調整を行い（Ｓ１）、付着物検出用については所定の固定露光量に調整する（Ｓ５）。露光量を変える場合、例えば露光時間を変えればよい。露光時間の変更は、例えば、画像センサ２０６が受光量を電気信号に変換する時間を画像解析ユニット１０２で制御することにより行うことができる。
【０１０２】
車両検出用画像領域２３１は、車両周辺を撮像するが、車両周辺の照度は昼間の数万ルクスから夜間の１ルクス以下まで変化するため、その撮像シーンに応じて受光量が大きく変化する。よって、撮像シーンに応じて露光時間を適宜調整する必要がある。そのため、車両検出用画像領域２３１には、公知の自動露光制御で露光量の調整を行うのが好ましい。一方、付着物検出用画像領域２３２は、一定強度の光を照射する光源部２１０からの光を、透過率が既知である光学フィルタ２０５を通じて受光することで撮像されるものであり、受光量の変化が少ない。よって、付着物検出用画像領域２３２には、露光量の自動調整は行わず、固定露光時間で撮像することが可能である。固定露光時間を用いることで、露光量の制御時間の短縮化、露光量制御の簡素化が図れる。
【０１０３】
本実施形態では、まず、車両検出用画像領域２３１についての露光調整を行った後（Ｓ１）、画像解析ユニット１０２にて車両検出用画像領域２３１の画像データが取得される（Ｓ２）。本実施形態において、車両検出用画像領域２３１の画像データは、後述するように、車両、白線、道路標識の検出などに用いられるだけでなく、ワイパー制御用やデフロスタ制御用なども用いられる。そのため、車両検出用画像領域２３１の画像データを取得した画像解析ユニット１０２は、ワイパー制御用やデフロスタ制御用のパラメータ検出を行い（Ｓ３）、これを所定の記憶領域に記録する（Ｓ４）。
【０１０４】
図２８は、車両検出用画像領域２３１の画像データからワイパー制御用やデフロスタ制御用のパラメータ検出を行うための処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態では、ワイパー制御用やデフロスタ制御用に検出されるパラメータとして、車両検出用画像領域２３１における輝度分散の値を用いる（Ｓ３１）。また、本実施形態では、このパラメータとして、自車両１００のボンネットと背景とのエッジ部分が検出できるように撮像領域を設定しておき、そのボンネットのエッジ抽出結果も用いる（Ｓ３２）。
【０１０５】
図２９に示すようにフロントガラス１０５が曇ったり、図３０に示すようにフロントガラス１０５が凍結したりすると、車両検出用画像領域２３１の画像は、輝度分散値が小さくなる。よって、車両検出用画像領域２３１における輝度分散値は、フロントガラス１０５が曇っているか又は凍結しているかの有無を検出するために有用である。また、フロントガラス１０５が曇ったり凍結したりすると、ボンネットのエッジ部分の抽出が困難となる。よって、ボンネットのエッジ部分を抽出できるか否かの情報も、フロントガラス１０５が曇っているか又は凍結しているかの有無を検出するために有用である。
【０１０６】
続いて、今度は、付着物検出用画像領域２３２について、光源部２１０のパワーと光学フィルタ２０５の分光フィルタ層２５１の分光特性を踏まえた露光調整（露光時間の調整）が行われる（Ｓ５）。その後、画像解析ユニット１０２にて付着物検出用画像領域２３２の画像データが取得される（Ｓ６）。そして、画像解析ユニット１０２は、付着物検出用画像領域２３２の画像データから、ワイパー制御用やデフロスタ制御用のパラメータ検出を行い（Ｓ７）、これを所定の記憶領域に記録する（Ｓ８）。
【０１０７】
図３１は、付着物検出用画像領域２３２の画像データからワイパー制御用やデフロスタ制御用のパラメータ検出を行うための処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態では、ワイパー制御用やデフロスタ制御用に検出されるパラメータとして、付着物検出用画像領域２３２における輝度平均値を算出する（Ｓ７１）。本実施形態では、フロントガラス１０５に、雨滴、曇り部分、凍結部分などが付着していると、付着物検出用画像領域２３２の輝度平均値が低下する。したがって、付着物検出用画像領域２３２の輝度平均値により、このような付着物が付着しているか否かを検出することができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、ワイパー制御用やデフロスタ制御用に検出されるパラメータとして、付着物検出用画像領域２３２における輝度分散値を算出する（Ｓ７２）。小雨（雨滴のサイズが小さい面）の場合、付着物検出用画像領域２３２に写し出される雨滴の総面積が小さいため、フロントガラス１０５に付着物が付着していない状態と比較して輝度分散値はあまり変化しない。しかしながら、サイズの比較的大きな雨滴のフロントガラス１０５への付着数が増加すると、輝度分散値は小さくなる。これは、雨滴のボケ像が重なるためである。同様に、フロントガラス１０５が曇った場合や凍結した場合も、輝度分散値は小さくなる。したがって、付着物検出用画像領域２３２の輝度分散値により、フロントガラスに付着している付着物が小雨程度のものかどうかを検出することができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、ワイパー制御用やデフロスタ制御用に検出されるパラメータとして、付着物検出用画像領域２３２における付着物領域の占有率を算出する（Ｓ７３）。ここでいう付着物領域とは、付着物検出用画像領域２３２において輝度平均値が規定値を超えている画素の数（画像の面積）の、付着物検出用画像領域２３２の全画素数（総面積）に対する比率である。曇り部分や凍結部分などは、この付着物領域の占有率が一般に大きいので、付着物検出用画像領域２３２の付着物領域の占有率により、フロントガラスに付着している付着物が小雨程度のものではなく、曇りや凍結なのかどうかを検出することができる。
【０１１０】
また、本実施形態では、ワイパー制御用やデフロスタ制御用に検出されるパラメータとして、上述した輝度平均値、輝度分散値、付着物領域の占有率についての時間変化を検出する（Ｓ７４〜Ｓ７６）。この時間変化は、今回撮像した付着物検出用画像領域２３２の画像データに基づくものと、前回撮像した付着物検出用画像領域２３２の画像データに基づくものとの変化量を意味する。凍結や曇りなどは短時間で急激に増えるものではないが、フロントガラス１０５に付着するスプラッシュ（他車両等が跳ね上げた水しぶき等）は、短時間で急激に増えるものである。よって、付着物検出用画像領域２３２の輝度平均値、輝度分散値、付着物領域の占有率についての時間変化により、フロントガラスに付着している付着物がスプラッシュによるものかどうかを検出することができる。
【０１１１】
以上のようにしてワイパー制御用やデフロスタ制御用に検出されるパラメータを記録したら、次に、フロントガラス１０５の状態判定処理を行う（Ｓ９）。
図３２は、フロントガラス１０５の状態判定処理の流れを示すフローチャートである。
図３３は、この状態判定処理の判定基準を示す表である。
フロントガラス１０５の状態判定処理では、まず、上記ステップＳ１において行われた車両検出用画像領域２３１についての自動露光調整により決定された露光時間が閾値Ａ（例えば４０ｍｓ）よりも短いか否かを判断する（Ｓ９１）。この露光時間が閾値Ａ以上のような非常に長い時間に設定される場合、これは撮像領域の光量が少ない夜間であると判定できる。よって、露光時間が閾値Ａよりも短いか否かによって、撮像領域が昼間であるか夜間であるかを識別できる。
【０１１２】
撮像領域が夜間である場合、車両検出用画像領域２３１の画像データから得られるパラメータ（輝度分散値、ボンネットのエッジ抽出結果）によるフロントガラス状態の判定精度は低いものとなる。よって、本実施形態では、夜間と判定された場合には、車両検出用画像領域２３１から得られるパラメータ（輝度分散値、ボンネットのエッジ抽出結果）を使用せず、付着物検出用画像領域２３２から得られるパラメータだけを使用して、フロントガラス１０５の状態判定を行う。
【０１１３】
上記ステップＳ９１において撮像領域が昼間である判定された場合、次に、車両検出用画像領域２３１の輝度分散値が閾値Ｂよりも大きいか否かを判断する（Ｓ９２）。この判断結果は所定の記憶領域に記憶される。この閾値Ｂは、実験等により露光時間に応じたテーブルを用意しておき、それぞれの露光時間に応じて用いる閾値Ｂを決定するのが望ましい。
【０１１４】
また、上記ステップＳ９１において撮像領域が昼間である判定された場合、車両検出用画像領域２３１のボンネットのエッジ部分の抽出ができたか否かを判断する（Ｓ９３）。この判断結果は所定の記憶領域に記憶される。ボンネットのエッジ部分の抽出は、例えば、ボンネットと背景とを含む画像領域について、画像の上下方向の隣接画素の輝度変化から、その水平エッジ成分の微分画像を形成し、予め記憶された水平エッジ成分の微分画像とのパターン比較し、各パターン比較の結果に基づいて検出した各部分それぞれのパターンマッチング誤差が所定の閾値以下の場合は、ボンネットのエッジ部分が検出できたと判定する。このエッジ部分の抽出ができる場合には、フロントガラス１０５に曇りや凍結やスプラッシュが起きていないと判定することができる。
【０１１５】
次に、付着物検出用画像領域２３２から得られる各種パラメータについて判断する。
まず、付着物検出用画像領域２３２の輝度平均値が閾値Ｃよりも大きいか否かを判断する（Ｓ９４）。この判断結果は所定の記憶領域に記憶される。上述したとおり、フロントガラス１０５に雨滴等が付着すると輝度平均値が下がる。例えば、付着物検出用画像領域２３２の輝度が１０２４階調であれば、ノイズ成分を除いた９００（閾値Ｃ）よりも小さい輝度平均値が検出されたか否かを判断する。
【０１１６】
また、付着物検出用画像領域２３２の輝度分散値が閾値Ｄよりも小さいか否かを判断する（Ｓ９５）。この判断結果は所定の記憶領域に記憶される。例えば、付着物検出用画像領域２３２の輝度が１０２４階調であれば、輝度分散値が５０（閾値Ｄ）よりも小さいとき、フロントガラス１０５が曇っている或いは凍結しているなどの判定を行うことができる。
【０１１７】
また、付着物検出用画像領域２３２の輝度平均値の時間変化量が閾値Ｅよりも小さいか否かを判断する（Ｓ９６）。この判断結果は所定の記憶領域に記憶される。例えば、前回撮像された付着物検出用画像領域２３２の輝度平均値が９００以上であったものが、今回撮像された付着物検出用画像領域２３２では７００未満であった場合など、輝度平均値の時間変化量が閾値Ｅ以上であるときにはスプラッシュが生じたものと判定することができる。
【０１１８】
また、付着物検出用画像領域２３２の付着物領域の占有率が閾値Ｆよりも小さいか否かを判断する（Ｓ９７）。この判断結果は所定の記憶領域に記憶される。例えば、光源部２１０から均一に照明がなされている場合、輝度平均値が９００未満である領域が１／５（閾値Ｆ）を下回る場合には小雨であると判定し、１／５以上である場合にはそれ以外の付着物が付着していると判定することができる。
【０１１９】
また、本実施形態においては、ワイパー制御用やデフロスタ制御用に検出されるパラメータとして、外気温センサ１１１の検知結果が用いられ、外気温センサ１１１が検知した外温度が閾値Ｇよりも大きいか否かを判断する（Ｓ９８）。この判断結果は所定の記憶領域に記憶される。例えば、外気温が０度（閾値Ｇ）以下の場合、降雪もしくは凍結しているものと判定することができる。
【０１２０】
以上のような各パラメータについての判断結果が得られたら、各パラメータの判断結果と図３３に示す表との整合性から、フロントガラス１０５の状態判別を行う（Ｓ９９）。この状態判別では、各パラメータの判断結果について重み付けを行うとよい。例えば、付着物検出用画像領域２３２に基づくパラメータおよび外気温についての重み付け係数を１０とし、車両検出用画像領域２３１に基づくパラメータについての重み付け係数を５としておく。そして、各パラメータの判定結果として、異常なしとの差があるものを１とし、異常なしとの差がないときを０とする。その後、各パラメータの判定結果に重み付け係数をかけた総和について閾値判定を行う。これにより、各パラメータの判定結果が図３３に示す表と完全一致する状態が存在しない場合でも、フロントガラス１０５の状態判定が可能となる。
【０１２１】
また、付着物検出用画像領域２３２のパラメータについては異常なしと差がある場合、ワイパーを１回だけ動作させてから、再度、各パラメータについて状態判定を確認してもよい。
【０１２２】
以上のようにしてフロントガラス１０５の状態判定結果が出たら、画像解析ユニット１０２は、次に、その状態判定結果に応じた処理、制御（ワイパー制御やデフロスタ制御など）を行うための指令を出す（Ｓ１０）。この指令処理は、図３４に示す表に応じて行われる。ワイパー制御は、ワイパー速度を３段階（遅、並、速）で制御するものであり、デフロスタ制御は、フロントガラス１０５の内壁に対して最大風量の温風を吹き付ける動作を行うか否かを制御するものである。
【０１２３】
以上の説明では、雨滴２０３が付着していないフロントガラス１０５の外壁面部分に入射して正反射した反射光Ｌ３を画像センサ２０６で受光し、雨滴の付着部分に入射した光Ｌ２については画像センサ２０６で受光しないネガティブ方式を例に挙げて説明した。しかしながら、雨滴２０３で反射した雨滴反射光を画像センサ２０６で受光し、雨滴が付着していないフロントガラス外壁面部分で正反射した反射光を画像センサ２０６で受光しないポジティブ方式であってもよい。
また、以上の説明では、光源部２１０から照射された光を反射させる反射面２２１を有する光学部材として、反射偏向プリズム２２０を用いる場合であったが、このような反射面２２１を有するミラー部材であってもよい。
【０１２４】
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）
光透過性を有するフロントガラス１０５等の板状部材の一方の面（内壁面）側から該板状部材を照明する光を照射する光源部２１０等の光照射手段と、上記光照射手段が照射した光によって照明された板状部材の他方の面（外壁面）上に付着している雨滴２０３等の付着物を撮像する画像センサ２０６等の撮像手段とを有する撮像ユニット１０１等の撮像装置であって、上記光照射手段から照射された光が入射される被入射面２２３と、該被入射面から入射した光を反射させる反射面２２１，２２５，２２６と、上記板状部材の上記一方の面に接して配置され該反射面で反射した光を透過させる密着面２２２等の透過面と、該透過面を透過して上記板状部材の上記他方の面で反射した光が上記撮像手段に向けて出射する出射面２２４とを有する反射偏向プリズム２２０等の光学部材を備えることを特徴とする。
これによれば、上記光学部材により、光照射手段から照射されて付着物が付着する板状部材の上記他方の面で反射した光を、光照射手段の近傍に戻すような光路を形成することができる。この場合、光照射手段から照射されて付着物が付着する板状部材の上記他方の面で反射した光を受光して付着物を撮像する撮像手段を、当該光照射手段の近傍に配置することができる。よって、これらの撮像手段及び光照射手段を含む撮像装置全体を、撮像手段から離れた位置に光照射手段が配置される撮像装置と比較して、小型化することが容易になる。
【０１２５】
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、上記光学部材は、上記透過面を透過した光が上記板状部材の上記他方の面で１回のみ全反射して上記出射面から上記撮像手段に向けて出射す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、板状部材の上記他方の面での複数回全反射してから上記出射面から出射する構成と比較して、光学部材を小型化でき、撮像装置全体として小型化を図ることが容易になる。また、光損失を抑えることも可能である。
【０１２６】
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、上記光学部材は、上記光照射手段からの光が上記被入射面及び上記出射面の少なくとも一方で所定の屈折角をもって屈折す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、光学部材の小型化が容易になり、撮像装置全体としても小型化を図ることが容易になる。
【０１２７】
（態様Ｄ）
上記態様Ｃにおいて、上記板状部材における上記一方の面側に上記光学部材を固定支持する第一モジュール１０１Ａ等の第一支持部材と、上記光照射手段及び上記撮像手段を固定支持する第二モジュール１０１Ｂ等の第二支持部材と、上記所定の屈折角が得られるように上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対位置を決める回転連結機構２４０等の相対位置決め機構とを有することを特徴とする。
これによれば、上記所定の屈折角を所望の角度に調整する作業が容易になる。
【０１２８】
（態様Ｅ）
上記態様Ｄにおいて、上記相対位置決め機構は、上記光学部材の上記反射面で反射した光の上記板状部材の上記一方の面に対する入射面に直交する回転軸２４１回りで、上記第一支持部材と上記第二支持部材とを相対回転可能に連結する回転連結機構２４０であることを特徴とする。
本態様においては、光学部材が固定支持された第一支持部材を板状部材の一方の面に固定配置し、かつ、光照射手段及び撮像手段が固定支持された第二支持部材を所望の箇所や姿勢で固定配置するという設置作業を行って、当該撮像装置の設置を完了する。このとき、本態様では、第一支持部材と第二支持部材とが回転連結機構により相対回転可能に連結されている。そのため、上記の設置作業を行う際、これらの支持部材間の相対位置関係は制限される。したがって、これらの支持部材が別個独立に構成されていて支持部材間の相対位置関係が制限のないフリーな状態である場合と比較して、両支持部材間の相対位置関係の調整が容易である。
【０１２９】
（態様Ｆ）
上記態様Ｅにおいて、上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記光照射手段から照射されて上記光学部材の反射面で正反射した光Ｌ２のうち、上記板状部材の上記他方の面における付着物の非付着領域で正反射した正反射光Ｌ３が上記撮像手段に受光される関係が維持されるように、上記光学部材を上記第一支持部材により上記板状部材の上記一方の面に位置決めする密着面２２２等の第一支持部材位置決め手段を有することを特徴とする。
上述した図３５に示した先願の撮像装置において、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と光源部２１０をユニット化し、撮像部２００に対する光源部２１０の相対位置や光源部２１０の光照射方向を固定しておくことで、撮像装置の設置作業は、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装置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と光源部２１０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３６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装置を、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３７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装置を、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。
光源部２１０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３６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付着物検出用画像領域２３２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、光源部２１０は、図３５（ａ）に示したように雨滴Ｒｄで反射した雨滴反射光が付着物検出用画像領域２３２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付着物検出用画像領域２３２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及び光源部２１０が固定支持された撮像装置を考える。この撮像装置は、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３６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２３１で車両前方の画像を撮像しつつ、付着物検出用画像領域２３２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、この撮像装置をフロントガラス１０５の傾斜角度が２０°よりも大きい車両に設置した場合、光源部２１０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３６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、光源部２１０をフロントガラス１０５の内壁面に固定するものであって、光源部２１０を固定した状態で撮像部２００の撮像方向Ｐを調整可能な撮像装置を考える。この撮像装置は、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、光源部２１０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３６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。この撮像装置においては、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、光源部２１０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、この撮像装置は、光源部２１０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、この撮像装置をフロントガラス１０５の傾斜角度が３５°である車両に設置した場合、図３７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３６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３８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３９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３８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３９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、光源部２１０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装置を、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、光源部２１０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、光源部２１０の位置や光照射方向を調整する作業が必要となり、撮像装置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。
以上の説明では、雨滴で反射した雨滴反射光を撮像手段で受光し、雨滴が付着していないフロントガラス外壁面部分で正反射した反射光を撮像手段で受光しないことで、撮像画像中に雨滴を映し出す方式（ここでは「ポジティブ方式」という。）を例に挙げた。しかしながら、上述した問題は、雨滴が付着していないフロントガラス外壁面の非付着部分で正反射した反射光を撮像手段で受光し、雨滴の付着部分で正反射した反射光は撮像手段で受光しないことで、撮像画像中に雨滴を映し出す方式（ここでは「ネガティブ方式」という。）でも、同様に生じ得る。なぜなら、ポジティブ方式で雨滴の非付着部分での正反射光を撮像手段で受光しないことが求められるのと同様、ネガティブ方式では、雨滴の非付着部分での正反射光を撮像手段で受光しないことが求められるからである。
また、以上の説明では、雨滴を撮像する撮像手段によって車両前方領域も同時に撮像する場合を例に挙げたが、雨滴を撮像する撮像手段で車両前方領域を撮像しない場合であっても、同様の問題を生じ得る。これは次の理由による。すなわち、前者の場合において、上述した問題は、フロントガラスに取り付けられる光源と、水平方向を基準に特定方向を向くように撮像方向が調整される撮像手段との関係が、フロントガラスの傾斜角度に応じて変化することに起因した問題である。一方で、雨滴を撮像する撮像手段はフロントガラスの内壁面に取り付けることが困難であることから、通常は自車両の室内天井部やルームミラー等に取り付けられる。フロントガラスの傾斜角度の違いは、通常、車種の違いによるものであり、車種が違えば、撮像手段を取り付ける箇所や取り付け姿勢等も共通にできない場合が多い。そのため、後者の場合でも、フロントガラスに取り付けられる光源と、車種の違いによって取り付け箇所や姿勢等が異なる撮像手段との関係は、車種の違いによるフロントガラスの傾斜角度に応じて変化する。
本態様においては、板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、板状部材の一方の面に取り付けられる第一支持部材の姿勢は板状部材の傾斜角度に応じて変わるが、第二支持部材の姿勢は板状部材の傾斜角度に依存しない別の条件によって決められる。そのため、第二支持部材に固定支持される光照射手段の光照射方向は、板状部材の傾斜角度に依存しない方向を向くことになる。一方、光学部材を固定支持する第一支持部材の姿勢は板状部材の傾斜角度に依存するので、光照射手段の光照射方向に対する光学部材の反射面の向きは、板状部材の傾斜角度に応じて変わることになる。よって、板状部材の傾斜角度が異なる場合、光照射手段から照射される光の光学部材反射面への入射角が異なるものとなる。
ただし、本態様においては、両支持部材の相対角度が規定角度範囲内にある限り、ネガティブ方式であれば、光学部材反射面での正反射光のうち、板状部材の他方の面における付着物の非付着領域で正反射した反射光が撮像手段に受光される関係が維持される。したがって、板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、両支持部材の相対角度が規定角度範囲内となる範囲で、第二支持部材を第一支持部材に対して相対回転させて配置することで、光照射手段からの光の光学部材反射面への入射角が異なっても、非付着領域での正反射光を撮像手段で安定して受光できる。
なお、ポジティブ方式を採用する場合には、上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記光照射手段から照射されて上記光学部材の反射面で正反射した光Ｌ２のうち、上記板状部材の上記他方の面上に付着している付着物で正反射する正反射光を撮像手段に受光される関係が維持されるようにする。これによれば、ポジティブ方式において、板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、非付着領域での正反射光Ｌ３を撮像手段で安定して受光し、安定した付着物の検出を実現できる。
【０１３０】
（態様Ｇ）
上記態様Ｆにおいて、上記第一支持部材位置決め手段は、上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記光照射手段から照射される光Ｌ１の光軸方向と、上記他方の面の上記非付着領域で正反射して上記撮像手段に受光される光Ｌ３の光軸方向又は該他方の面上に付着している付着物で正反射して該撮像手段に受光される光の光軸方向との相対角度が所定の角度範囲内に維持されるように、構成されていることを特徴とする。
これによれば、上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上述した関係が維持されるように構成することが容易になる。
【０１３１】
（態様Ｈ）
上記態様Ｆ又はＧにおいて、上記回転連結機構は、上記第一支持部材と上記第二支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記板状部材の上記他方の面における付着物の非付着領域で正反射した正反射光を受光する上記撮像手段の受光面上の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持され、又は、該他方の面上に付着している付着物で正反射する正反射光を受光する上記撮像手段の受光面上の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持されるように、構成されていることを特徴とする。
これによれば、板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、より安定した付着物の検出を実現できる。
【０１３２】
（態様Ｉ）
上記態様Ｄ〜Ｈのいずれかの態様において、上記第二支持部材は、上記光照射手段の構成部品と上記撮像手段の構成部品とをセンサ基板２０７等の単一の基板上に実装した構成を有することを特徴とする。
これによれば、これらを別々の基板上に実装する場合よりも基板枚数を減らすことができ、低コストを実現できる。
【０１３３】
（態様Ｊ）
上記態様Ａ〜Ｉのいずれかの態様において、上記撮像手段の受光面は、上記付着物を撮像する付着物検出用受光領域等の検出用受光面と、予め決められた撮像領域から上記板状部材の上記他方の面へ入射して該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車両検出用受光領域等の画像用受光面とに区分されていることを特徴とする。
これによれば、撮像領域を撮像する撮像手段を利用して付着物の検出を行うことができる。
【０１３４】
（態様Ｋ）
上記態様Ａ〜Ｊのいずれかの態様において、上記撮像手段は、上記光照射手段から照射される光の波長範囲（赤外波長範囲等）を選択的に透過させる分光フィルタ層２５１等の分光フィルタを備えていることを特徴とする。
これによれば、外乱光を減らして、付着物の検出精度を向上させることができる。
【０１３５】
（態様Ｌ）
上記態様Ａ〜Ｋのいずれかの態様において、上記光学部材として、反射偏向プリズム２２０等のプリズムを用いたことを特徴とする。
これによれば、上記光学部材を安価に実現することが可能である。
【０１３６】
（態様Ｍ）
上記態様Ａ〜Ｌのいずれかの態様において、上記光学部材の上記反射面は凹面であることを特徴とする。
これによれば、反射面に入射してくる拡散光束を平行化することができ、板状部材上での照度低下を抑制することが可能となる。
【０１３７】
（態様Ｎ）
光透過性を有するフロントガラス１０５等の板状部材の一方の面（内壁面）側から該板状部材の他方の面（外壁面）上に付着している雨滴等の付着物を撮像する撮像装置と、上記撮像装置が撮像した撮像画像に基づいて上記板状部材の上記他方の面上に付着している付着物を検出する画像解析ユニット１０２等の付着物検出手段を備えた付着物検出装置３００であって、上記撮像装置として、上記態様Ａ〜Ｍのいずれかの態様に係る撮像装置を用いたことを特徴とする。
これによれば、小型の撮像装置を用いて板状部材の上記他方の面に付着する付着物を検出することが可能となる。
【０１３８】
（態様Ｏ）
自動車等の車両などの移動装置のフロントガラス１０５等の板状窓部材の内壁面側に設置された画像センサ２０６等の撮像手段によって該板状窓部材の外壁面上に付着している雨滴２０３等の付着物を撮像する撮像ユニット１０１等の撮像装置を備えた当該移動装置に搭載されているワイパー１０７やデフロスタ１１０等の制御対象機器を制御する車載機器制御システム等の移動装置用機器制御システムであって、上記撮像装置が撮像した撮像画像に基づいて上記板状窓部材の外壁面上に付着している付着物を検出する付着物検出装置として用いられる上記態様Ｎに係る付着物検出装置と、上記付着物検出装置の検出結果に基づいて上記制御対象機器を制御する画像解析ユニット１０２、ワイパー制御ユニット１０６、デフロスタ制御ユニット１０９等の機器制御手段とを有することを特徴とする。
これによれば、移動装置の板状窓部材外壁面上に付着している付着物を小型の撮像装置を用いて検出し、制御対象機器を制御できる。
【０１３９】
（態様Ｐ）
フロントガラス１０５等の板状窓部材を有する自動車等の車両などの移動装置において、当該移動装置に搭載されている制御対象機器を制御する移動装置用機器制御システムとして、上記態様Ｏに係る移動装置用機器制御システムを用いたことを特徴とする。
これによれば、移動装置の板状窓部材外壁面上に付着している付着物を小型の撮像装置を用いて検出し、制御対象機器を制御できる移動装置を実現できる。
【符号の説明】
【０１４０】
１００  自車両
１００ａ  ボンネット
１０１  撮像ユニット
１０１Ａ  第一モジュール
１０１Ｂ  第二モジュール
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
１０９  デフロスタ制御ユニット
１１０  デフロスタ
１１１  外気温センサ
２００  撮像部
２０３  雨滴
２０３’  曇り
２０４  撮像レンズ
２０５  光学フィルタ
２０５Ａ  車両検出用フィルタ部
２０５Ｂ  付着物検出用フィルタ部
２０６  画像センサ
２０７  センサ基板
２０８  信号処理部
２１０  光源部
２１１  ＬＥＤ
２１２  コリメートレンズ
２１３  偏向プリズム
２１５  導光体
２２０  反射偏向プリズム
２２１  反射面
２２２  密着面
２２３  被入射面
２２４  出射面
２２５  反射面
２２６  反射ミラー面
２３０  遮光部材
２３１  車両検出用画像領域
２３２  付着物検出用画像領域
２４０  回転連結機構
２４１  回転軸
２４２  固定ピン
２４３  ガイド孔
２５１，２５５  分光フィルタ層
２５２  フィルタ基板
２５３  偏光フィルタ層
２５４  充填層
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４１】
【特許文献１】特許第４３２６９９９号公報
【図１】
2014160089.tif 000003
【図２】
2014160089.tif 000004
【図３】
2014160089.tif 000005
【図４】
2014160089.tif 000006
【図５】
2014160089.tif 000007
【図６】
2014160089.tif 000008
【図７】
2014160089.tif 000009
【図８】
2014160089.tif 000010
【図９】
2014160089.tif 000011
【図１０】
2014160089.tif 000012
【図１１】
2014160089.tif 000013
【図１２】
2014160089.tif 000014
【図１３】
2014160089.tif 000015
【図１４】
2014160089.tif 000016
【図１５】
2014160089.tif 000017
【図１６】
2014160089.tif 000018
【図１７】
2014160089.tif 000019
【図１８】
2014160089.tif 000020
【図１９】
2014160089.tif 000021
【図２０】
2014160089.tif 000022
【図２１】
2014160089.tif 000023
【図２２】
2014160089.tif 000024
【図２４】
2014160089.tif 000025
【図２５】
2014160089.tif 000026
【図２６】
2014160089.tif 000027
【図２７】
2014160089.tif 000028
【図２８】
2014160089.tif 000029
【図３１】
2014160089.tif 000030
【図３２】
2014160089.tif 000031
【図３３】
2014160089.tif 000032
【図３４】
2014160089.tif 000033
【図３５】
2014160089.tif 000034
【図３６】
2014160089.tif 000035
【図３７】
2014160089.tif 000036
【図３８】
2014160089.tif 000037
【図３９】
2014160089.tif 000038
【図２３】
2014160089.tif 000039
【図２９】
2014160089.tif 000040
【図３０】
2014160089.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月22日(2014.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する板状部材の一方の面側から該板状部材を照明する光を照射する光照射手段と、
上記光照射手段が照射した光によって照明された板状部材の他方の面上に付着している付着物を撮像する撮像手段とを有する撮像装置であって、
上記光照射手段及び上記撮像手段を支持する支持部材と、
上記板状部材に固定されかつ上記光照射手段から照射された光を該板状部材に向けて反射する反射面を備える反射偏向部に対し、上記支持部材の相対位置を決める相対位置決め機構とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１の撮像装置において、
上記相対位置決め機構は、上記反射偏向部の上記反射面で反射した光の上記板状部材の上記一方の面に対する入射面に直交する回転軸回りで、該反射偏向部に対して上記支持部材を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装置。
【請求項３】
請求項２の撮像装置において、
上記反射偏向部と上記支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記光照射手段から照射されて上記反射偏向部の反射面で正反射した光のうち、上記板状部材の上記他方の面における付着物の非付着領域で正反射した正反射光が上記撮像手段に受光される関係、又は、該他方の面上に付着している付着物で正反射する正反射光が上記撮像手段に受光される関係が維持されるように、上記反射偏向部が上記板状部材に固定されることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項２又は３の撮像装置において、
上記回転連結機構は、上記反射偏向部と上記支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記板状部材の上記他方の面における付着物の非付着領域で正反射した正反射光を受光する上記撮像手段の受光面上の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持され、又は、該他方の面上に付着している付着物で正反射する正反射光を受光する上記撮像手段の受光面上の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持されるように、構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置において、
上記支持部材は、上記光照射手段の構成部品と上記撮像手段の構成部品とを単一の基板上に実装した構成を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置において、
上記反射偏向部は、上記光照射手段によって照射された光が上記板状部材の上記他方の面で１回のみ全反射して上記撮像手段に向けて出射するように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項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、
上記反射偏向部の反射面は、上記光照射手段からの光を透過させたうえで反射させるプリズムの反射面であることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
光透過性を有する板状部材の一方の面側から該板状部材の他方の面上に付着している付着物を撮像する撮像装置と、
上記撮像装置が撮像した撮像画像に基づいて上記板状部材の上記他方の面上に付着している付着物を検出する付着物検出手段とを備えた付着物検出装置であって、
上記撮像装置として、請求項１乃至７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付着物検出装置。
【請求項９】
移動装置の板状窓部材の内壁面側に設置された撮像手段によって該板状窓部材の外壁面上に付着している付着物を撮像する撮像装置を備えた当該移動装置に搭載されている制御対象機器を制御する移動装置用機器制御システムであって、
上記撮像装置が撮像した撮像画像に基づいて上記板状窓部材の外壁面上に付着している付着物を検出する付着物検出装置として用いられる請求項８の付着物検出装置と、
上記付着物検出装置の検出結果に基づいて上記制御対象機器を制御する機器制御手段とを有することを特徴とする移動装置用機器制御システム。
【請求項１０】
板状窓部材を有する移動装置において、
当該移動装置に搭載されている制御対象機器を制御する移動装置用機器制御システムとして、請求項９の移動装置用機器制御システムを用いたことを特徴とする移動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
このような撮像装置においては、車両前方領域が車両検出用画像領域内に適切に映し出されるように撮像部２００を設置した後、光源部２１０から照射された光の雨滴反射光が付着物検出用画像領域２３２内に映し出されるように光源部２１０を角度調整して設置するという作業を行う。従来、このような撮像装置の設置作業が困難であるという問題があった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、上記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、フロントガラスの外壁面など板状部材の面に付着している雨滴等の付着物の画像を撮像する撮像装置の設置作業が容易な撮像装置、移動装置用機器制御システム及び移動装置を提供することである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、光透過性を有する板状部材の一方の面側から該板状部材を照明する光を照射する光照射手段と、上記光照射手段が照射した光によって照明された板状部材の他方の面上に付着している付着物を撮像する撮像手段とを有する撮像装置であって、上記光照射手段及び上記撮像手段を支持する支持部材と、上記板状部材に固定されかつ上記光照射手段から照射された光を該板状部材に向けて反射する反射面を備える反射偏向部に対し、上記支持部材の相対位置を決める相対位置決め機構とを有することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明によれば、光照射手段から照射された光が撮像手段により撮像される撮像画像の所定画像領域内に適切に映し出されるように撮像装置を設置する作業が容易になるという優れた効果が得られる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２４】
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）
光透過性を有するフロントガラス１０５等の板状部材の一方の面（内壁面）側から該板状部材を照明する光を照射する光源部２１０等の光照射手段と、上記光照射手段が照射した光によって照明された板状部材の他方の面（外壁面）上に付着している雨滴２０３等の付着物を撮像する画像センサ２０６等の撮像手段とを有する撮像ユニット１０１等の撮像装置であって、上記光照射手段及び上記撮像手段を支持する第二モジュール１０１Ｂ等の支持部材と、上記板状部材に固定されかつ上記光照射手段から照射された光を該板状部材に向けて反射する反射面２２１，２２５，２２６を備える第一モジュール１０１Ａ等の反射偏向部に対し、上記支持部材の相対位置を決める回転連結機構２４０等の相対位置決め機構とを有することを特徴とする。
これによれば、光照射手段から照射された光が撮像手段による撮像画像に適切に映し出されるように撮像装置を設置する作業が容易になる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２８】
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、上記相対位置決め機構は、上記反射偏向部の上記反射面で反射した光の上記板状部材の上記一方の面に対する入射面に直交する回転軸２４１回りで、該反射偏向部に対して上記支持部材を相対回転可能に連結する回転連結機構２４０であることを特徴とする。
本態様においては、反射面２２１，２２５，２２６を備える反射偏向部を板状部材の一方の面に固定配置し、かつ、光照射手段及び撮像手段が支持された支持部材を所望の箇所や姿勢で固定配置するという設置作業を行って、当該撮像装置の設置を完了する。このとき、本態様では、反射偏向部に対して支持部材が回転連結機構により相対回転可能に連結されている。そのため、上記の設置作業を行う際、これらの支持部材間の相対位置関係は制限される。したがって、反射偏向部と支持部材とが別個独立に構成されていてこれらの間の相対位置関係が制限のないフリーな状態である場合と比較して、これらの間の相対位置関係の調整が容易である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
（態様Ｃ）
上記態様Ｂにおいて、上記反射偏向部と上記支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記光照射手段から照射されて上記反射偏向部の反射面で正反射した光Ｌ２のうち、上記板状部材の上記他方の面における付着物の非付着領域で正反射した正反射光Ｌ３が上記撮像手段に受光される関係が維持されるように、上記反射偏向部が上記板状部材に固定されることを特徴とする。
上述した図３５に示した先願の撮像装置において、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と光源部２１０をユニット化し、撮像部２００に対する光源部２１０の相対位置や光源部２１０の光照射方向を固定しておくことで、撮像装置の設置作業は、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装置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と光源部２１０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３６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装置を、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３７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装置を、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。
光源部２１０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３６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付着物検出用画像領域２３２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、光源部２１０は、図３５（ａ）に示したように雨滴Ｒｄで反射した雨滴反射光が付着物検出用画像領域２３２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付着物検出用画像領域２３２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及び光源部２１０が固定支持された撮像装置を考える。この撮像装置は、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３６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２３１で車両前方の画像を撮像しつつ、付着物検出用画像領域２３２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、この撮像装置をフロントガラス１０５の傾斜角度が２０°よりも大きい車両に設置した場合、光源部２１０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３６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、光源部２１０をフロントガラス１０５の内壁面に固定するものであって、光源部２１０を固定した状態で撮像部２００の撮像方向Ｐを調整可能な撮像装置を考える。この撮像装置は、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、光源部２１０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３６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。この撮像装置においては、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、光源部２１０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、この撮像装置は、光源部２１０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、この撮像装置をフロントガラス１０５の傾斜角度が３５°である車両に設置した場合、図３７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３６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３８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３９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３８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３９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、光源部２１０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装置を、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、光源部２１０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、光源部２１０の位置や光照射方向を調整する作業が必要となり、撮像装置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。
以上の説明では、雨滴で反射した雨滴反射光を撮像手段で受光し、雨滴が付着していないフロントガラス外壁面部分で正反射した反射光を撮像手段で受光しないことで、撮像画像中に雨滴を映し出す方式（ここでは「ポジティブ方式」という。）を例に挙げた。しかしながら、上述した問題は、雨滴が付着していないフロントガラス外壁面の非付着部分で正反射した反射光を撮像手段で受光し、雨滴の付着部分で正反射した反射光は撮像手段で受光しないことで、撮像画像中に雨滴を映し出す方式（ここでは「ネガティブ方式」という。）でも、同様に生じ得る。なぜなら、ポジティブ方式で雨滴の非付着部分での正反射光を撮像手段で受光しないことが求められるのと同様、ネガティブ方式では、雨滴の非付着部分での正反射光を撮像手段で受光しないことが求められるからである。
また、以上の説明では、雨滴を撮像する撮像手段によって車両前方領域も同時に撮像する場合を例に挙げたが、雨滴を撮像する撮像手段で車両前方領域を撮像しない場合であっても、同様の問題を生じ得る。これは次の理由による。すなわち、前者の場合において、上述した問題は、フロントガラスに取り付けられる光源と、水平方向を基準に特定方向を向くように撮像方向が調整される撮像手段との関係が、フロントガラスの傾斜角度に応じて変化することに起因した問題である。一方で、雨滴を撮像する撮像手段はフロントガラスの内壁面に取り付けることが困難であることから、通常は自車両の室内天井部やルームミラー等に取り付けられる。フロントガラスの傾斜角度の違いは、通常、車種の違いによるものであり、車種が違えば、撮像手段を取り付ける箇所や取り付け姿勢等も共通にできない場合が多い。そのため、後者の場合でも、フロントガラスに取り付けられる光源と、車種の違いによって取り付け箇所や姿勢等が異なる撮像手段との関係は、車種の違いによるフロントガラスの傾斜角度に応じて変化する。
本態様においては、板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、板状部材の一方の面に固定される反射偏向部の姿勢は板状部材の傾斜角度に応じて変わるが、支持部材の姿勢は板状部材の傾斜角度に依存しない別の条件によって決められる。そのため、支持部材に支持される光照射手段の光照射方向は、板状部材の傾斜角度に依存しない方向を向くことになる。一方、反射面を備える反射偏向部の姿勢は板状部材の傾斜角度に依存するので、光照射手段の光照射方向に対する反射面の向きは、板状部材の傾斜角度に応じて変わることになる。よって、板状部材の傾斜角度が異なる場合、光照射手段から照射される光の反射面への入射角が異なるものとなる。
ただし、本態様においては、反射偏向部と支持部材との相対角度が規定角度範囲内にある限り、ネガティブ方式であれば、反射面での正反射光のうち、板状部材の他方の面における付着物の非付着領域で正反射した反射光が撮像手段に受光される関係が維持される。したがって、板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、反射偏向部と支持部材との相対角度が規定角度範囲内となる範囲で、支持部材を反射偏向部に対して相対回転させて配置することで、光照射手段からの光の反射面への入射角が異なっても、非付着領域での正反射光を撮像手段で安定して受光できる。
なお、ポジティブ方式を採用する場合には、上記反射偏向部と上記支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記光照射手段から照射されて上記反射面で正反射した光Ｌ２のうち、上記板状部材の上記他方の面上に付着している付着物で正反射する正反射光を撮像手段に受光される関係が維持されるようにする。これによれば、ポジティブ方式において、板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、非付着領域での正反射光Ｌ３を撮像手段で安定して受光し、安定した付着物の検出を実現できる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
（態様Ｄ）
上記態様Ｂ又はＣにおいて、上記回転連結機構は、上記反射偏向部と上記支持部材との相対角度が予め決められた規定角度範囲内にある限り、上記板状部材の上記他方の面における付着物の非付着領域で正反射した正反射光を受光する上記撮像手段の受光面上の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持され、又は、該他方の面上に付着している付着物で正反射する正反射光を受光する上記撮像手段の受光面上の受光位置が予め決められた規定受光範囲内に維持されるように、構成されていることを特徴とする。
これによれば、板状部材の傾斜角度が異なる場合でも、より安定した付着物の検出を実現できる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
（態様Ｅ）
上記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、上記支持部材は、上記光照射手段の構成部品と上記撮像手段の構成部品とをセンサ基板２０７等の単一の基板上に実装した構成を有することを特徴とする。
これによれば、これらを別々の基板上に実装する場合よりも基板枚数を減らすことができ、低コストを実現できる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３３】
（態様Ｆ）
上記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、上記反射偏向部は、上記光照射手段によって照射された光が上記板状部材の上記他方の面で１回のみ全反射して上記撮像手段に向けて出射す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、複数回全反射してから撮像手段に向けて出射する構成と比較して、反射偏向部を小型化でき、撮像装置全体として小型化を図ることが容易になる。また、光損失を抑えることも可能である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
（態様Ｇ）
上記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様において、上記反射偏向部の反射面は、上記光照射手段からの光を透過させたうえで反射させる反射偏向プリズム２２０等のプリズムの反射面であることを特徴とする。
これによれば、上記反射偏向部を安価に実現することが可能である。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３７】
（態様Ｈ）
光透過性を有するフロントガラス１０５等の板状部材の一方の面（内壁面）側から該板状部材の他方の面（外壁面）上に付着している雨滴等の付着物を撮像する撮像装置と、上記撮像装置が撮像した撮像画像に基づいて上記板状部材の上記他方の面上に付着している付着物を検出する画像解析ユニット１０２等の付着物検出手段を備えた付着物検出装置３００であって、上記撮像装置として、上記態様Ａ〜Ｇのいずれかの態様に係る撮像装置を用いたことを特徴とする。
これによれば、光照射手段から照射された光が撮像手段による撮像画像に適切に映し出されるように設置する作業が容易な撮像装置を用いて板状部材の上記他方の面に付着する付着物を検出することが可能となる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３８】
（態様Ｉ）
自動車等の車両などの移動装置のフロントガラス１０５等の板状窓部材の内壁面側に設置された画像センサ２０６等の撮像手段によって該板状窓部材の外壁面上に付着している雨滴２０３等の付着物を撮像する撮像ユニット１０１等の撮像装置を備えた当該移動装置に搭載されているワイパー１０７やデフロスタ１１０等の制御対象機器を制御する車載機器制御システム等の移動装置用機器制御システムであって、上記撮像装置が撮像した撮像画像に基づいて上記板状窓部材の外壁面上に付着している付着物を検出する付着物検出装置として用いられる上記態様Ｈに係る付着物検出装置と、上記付着物検出装置の検出結果に基づいて上記制御対象機器を制御する画像解析ユニット１０２、ワイパー制御ユニット１０６、デフロスタ制御ユニット１０９等の機器制御手段とを有することを特徴とする。
これによれば、移動装置の板状窓部材外壁面上に付着している付着物を、設置作業が容易な撮像装置を用いて検出し、制御対象機器を制御できる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３９】
（態様Ｊ）
フロントガラス１０５等の板状窓部材を有する自動車等の車両などの移動装置において、当該移動装置に搭載されている制御対象機器を制御する移動装置用機器制御システムとして、上記態様Ｉに係る移動装置用機器制御システムを用いたことを特徴とする。
これによれば、移動装置の板状窓部材外壁面上に付着している付着物を、設置作業が容易な撮像装置を用いて検出し、制御対象機器を制御できる移動装置を実現できる。