(57)【要約】【課題】高価格なＣＰＵを用いることなく、ブルーミングが発生するような光線状況においても、即時性を損なわずに高品位な動画像を表示できる車両周辺視認用カメラシステムを提供する。【解決手段】レンズ５と可変調光素子６と撮像素子７とを備えたカメラ３において、可変調光素子６を上下方向で光学濃度分布を形成可能とし、撮像素子７をレンズ５の光学軸５ａに直交する面内で移動させる第一の移動手段１４と、可変調光素子６をレンズ５の光学軸５ａに直交する面内で上下方向にシフト移動させる第二の移動手段１６と、により、撮像素子７と可変調光素子６の相対位置を調整することにより、ブルーミングが発生する強い光源に対応する箇所の露光調整を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、前記撮像素子の撮像面側に配置されたレンズと、前記撮像素子とレンズとの間に配置された可変調光素子と、を備えたカメラと、
前記カメラで撮像された画像を表示する表示装置と、
前記カメラと前記表示装置の駆動を制御する制御手段と、
を有する車両周辺視認用カメラシステムであって、
前記撮像素子を前記レンズの光軸と直交する面内で移動させる第一の移動手段と、前記可変調光素子を前記光軸に直交する面内で上下方向に移動させる第二の移動手段と、を有し、
前記制御手段は、前記撮像素子で撮像された画像の輝度情報に基づいて、前記可変調光素子に前記光軸に直交する面内で上下方向の光学濃度分布を形成し、前記光学濃度分布に基づいて、前記第一及び第二の移動手段の少なくとも一方を用いて、前記撮像素子と前記可変調光素子の相対位置を調整することを特徴とする車両周辺視認用カメラシステム。
【請求項２】
前記可変調光素子が液晶素子であることを特徴とする請求項１に記載の車両周辺視認用カメラシステム。
【請求項３】
前記液晶素子は、一対の電極基板を備え、前記一対の電極基板の一方は、前記上下方向に二つ以上の領域に分割され、それぞれ独立に電圧が印加される電極を有していることを特徴とする請求項２に記載の車両周辺視認用カメラシステム。
【請求項４】
前記可変調光素子がエレクトロクロミック素子であることを特徴とする請求項１に記載の車両周辺視認用カメラシステム。
【請求項５】
前記エレクトロクロミック素子は、一対の電極基板を備え、前記一対の電極基板はそれぞれ、前記上下方向に相対する二辺にそれぞれ、独立に電圧が印加されるバス配線を含む給電部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の車両周辺視認用カメラシステム。
【請求項６】
さらに、外部設定入力手段を有し、
前記外部設定入力手段への操作によって、前記制御手段が前記光学濃度分布を形成し、前記相対位置を調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車両周辺視認用カメラシステム。
【請求項７】
前記表示装置が、表示画面にタッチパネルインターフェースを有し、
前記タッチパネルインターフェースが前記外部設定入力手段であることを特徴とする請求項６に記載の車両周辺視認用カメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用いた車両周辺視認用カメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子を用いたカメラをサイドミラーの代わりに車両側部に設置して、車両側部から後方を撮影した画像を車両室内のモニタで視認する電子ミラーシステムが提案されている。この電子ミラーシステムで使用するカメラは従来のサイドミラーに対して小型であり、車両側部に設置したとしても大きな空気抵抗とならないため、従来のサイドミラーを使用した場合と比べて車両の運動性能や燃費性能を改善することができる。さらに、従来のサイドミラーによって制限されていた車両デザインから解放され、自由なデザインを採用することが可能となる。
一方で電子ミラーシステム固有の課題も指摘されている。例えば、画像内に太陽や後続車両の前照灯等の強い光源が入った時に、その光源が白飛びすると共に光源周囲にも光の滲みが発生するブルーミングという現象がある。ブルーミングが発生すると画像の視認性が著しく損なわれるため、輝点を判別して輝度を減少させる画像処理等によって解決する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１９８３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、後続車両の前照灯による視認性低下を回避する手段として、輝点、即ち前照灯位置を判別して該輝点を含む領域の輝度を減少させる画像補正処理を行う。しかしながら、動画撮影中にこのようなリアルタイム画像補正処理を行うと、輝点の数が比較的少ない場合であっても制御手段であるＣＰＵに大きな負荷がかかり、画像表示に遅延を来す場合がある。係る遅延は処理能力が高いＣＰＵを使用することによって回避することも可能であるが、コストとのバランスを考慮すると現実的とは言えない。従って、車両の安全運行を実現するために、画像表示の即時性を担保しながら視認性が良好な画像を形成できる代替手段が望まれている。
本発明の課題は、高価格なＣＰＵを用いることなく、ブルーミングが発生するような光線状況においても、即時性を損なわずに高品位な動画像を表示できる車両周辺視認用カメラシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、撮像素子と、前記撮像素子の光入射側に配置されたレンズと、前記撮像素子とレンズとの間に配置された可変調光素子と、を備えたカメラと、
前記カメラで撮像された画像を表示する表示装置と、
前記カメラと前記表示装置の駆動を制御する制御手段と、
を有する車両周辺視認用カメラシステムであって、
前記撮像素子を前記レンズの光軸と直交する面内で移動させる第一の移動手段と、前記可変調光素子を前記光軸に直交する面内で上下方向に移動させる第二の移動手段と、を有し、
前記制御手段は、前記撮像素子で撮像された画像の輝度情報に基づいて、前記可変調光素子に前記光軸に直交する面内で上下方向の光学濃度分布を形成し、前記光学濃度分布に基づいて、前記第一及び第二の移動手段の少なくとも一方を用いて、前記撮像素子と前記可変調光素子の相対位置を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、可変調光素子と、該可変調光素子と撮像素子との相対位置を調整する手段と、を用いて、強い光源からの光量を低減するため、煩雑な画像補正処理を行わずに、即時にブルーミングを抑制することができる。よって、高価格なＣＰＵを用いることなく、ブルーミングが発生するような光線状況において、リアルタイムで高品位な動画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の車両周辺視認用カメラシステムを搭載した車両の平面模式図である。
【図２】本発明の車両周辺視認用カメラシステムの構成を示したブロック図である。
【図３】本発明に係る右後側方視認用カメラの構成を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明に係る右後側方視認用カメラにおける、レンズの光軸と撮像素子の位置関係を説明するための模式図である。
【図５】本発明に係る右後側方視認用カメラの可変調光素子と撮像素子とレンズのイメージサークルをレンズ側から見た投影図である。
【図６】右後側方視認用カメラが撮影した画像例を示す図である。
【図７】可変調光素子として用いられる液晶素子の電極構成例を示す平面模式図である。
【図８】可変調光素子として用いられるエレクトロクロミック素子の電極構成例を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の車両周辺視認用カメラシステム（以下、「カメラシステム」と記す）は、撮像素子と、該撮像素子の撮像面側に配置されたレンズと、該撮像素子とレンズとの間に配置された可変調光素子と、を備えたカメラと、表示装置と、制御手段とを有している。そして、レンズの光軸に直交する面内における撮像素子と可変調光素子の相対位置を調整する手段を備えたことに特徴を有する。
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明のカメラシステムの構成について、好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成、相対配置等は特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。
【００１０】
図１は、本発明のカメラシステムを搭載した車両の平面模式図である。車両１の左右側面には一対の後側方視認用カメラ、即ち左後側方視認用カメラ（以下、「左カメラ」と記す）２と右後側方視認用カメラ（以下、「右カメラ」と記す）３が設置されている。図中、斜線のハッチングで示す領域２ａ，３ａは、これら一対のカメラ２，３の撮影範囲を示し、これら一対のカメラ２，３が撮影した画像は車内の運転者前方に配置された表示装置４にリアルタイムで出力される。一対のカメラ２，３が撮影した一対の画像は、一つの表示装置４内で画面を分割して表示してもよいし、表示装置４を２台設置してそれぞれに表示してもよい。但し、左カメラ２で撮影した画像は運転者の前方左側、右カメラ３で撮影した画像は運転者の前方右側に配置されるのが好ましい。さらに言えば、カメラ２，３で撮影した画像は、従来のサイドミラーで確認される画像とは左右が逆像になるため、撮影した画像を左右逆像にして表示装置４に出力するのが好適である。
【００１１】
図２は、本発明の車両周辺視認用カメラシステムの構成を示したブロック図である。レンズ５から入った入射光線は、可変調光素子６を通り、第一のドライバ１４によって駆動される撮像素子７の撮像面上に結像する。可変調光素子６としては、エレクトロクロミック素子（以下、「ＥＣ素子」と記す）や液晶素子が好ましく用いられる。撮像素子７から出力されたアナログ信号はＡ／Ｄコンバータ１１によってデジタル信号に変換されてＤＳＰ回路１２に送られ、所定の画素補間処理や色変換処理が行われて表示装置４に出力されると共に、輝度情報が算出されてＣＰＵ１３に送られる。この輝度情報をもとにＣＰＵ１３で可変調光素子６の上下方向の光学濃度分布が決められ、第二のドライバ１６によって可変調光素子６の調光駆動が行われる。同時に、第二の移動手段１７と第一の移動手段１５の少なくとも一方によって可変調光素子６と撮像素子７の相対位置が調整される。可変調光素子６は第二の移動手段１７によって、レンズ５の光学軸に直交する面内で上下方向に移動させることができる。撮像素子７は第一の移動手段１５によって、レンズ５の光学軸に直交する面内で上下左右に移動させることができる。尚、ＣＰＵ１３が本発明の制御手段に相当する。可変調光素子６の上下方向の光学濃度分布は、以下のように決定される。
【００１２】
先ず、ＣＰＵ１３が画像内でブルーミングを生じた箇所を含む高輝度部を特定し、この高輝度部が適正露出範囲内に収まるように、可変調光素子６の上下方向の光学濃度分布が決定される。また、ブルーミングを生じた箇所を含む高輝度部の画面内位置が変化した時には、可変調光素子６及び撮像素子７の少なくとも一方を移動させることで、可変調光素子６と撮像素子７の相対位置を調整して対応する。特に、可変調光素子６としてＥＣ素子を用いた場合、着消色応答が遅いため、高輝度部の移動先の光学濃度を高めるよりも、可変調光素子６や撮像素子７を移動させて、高輝度部をＥＣ素子の光学濃度の高い領域に留める方が時間的に早い。可変調光素子６と撮像素子７の相対位置は、どちらか一方を移動させて調整しても良いが、両者を同時に移動させることで、より早く高輝度部の移動に対応することができる。高輝度部が移動すると同時に輝度も変動した場合には、変動した輝度に対応する光学濃度に最も近い領域に該高輝度部が配置するように、可変調光素子６と撮像素子７の相対位置を調整すると同時に、上記領域の光学濃度が最適になるように調整する。
【００１３】
さらに、可変調光素子６の上下方向の光学濃度分布は、外部設定入力手段１８によって任意に調整することが可能である。外部設定入力手段１８による調整は、撮像素子７の撮像面での輝度情報をもとにＣＰＵ１３で決定される光学濃度分布形成に優先して行われる。この場合も可変調光素子６と撮像素子７との相対位置の調整は、可変調光素子６及び撮像素子７のいずれか一方、好ましくは両者を移動させて行う。
【００１４】
図３は、本発明の車両周辺視認用カメラシステムの一部である右カメラ３の構成を模式的に示した断面図である。図３中、５はレンズ、６は可変調光素子、７は撮像素子である。図３に示すように、撮像素子７は初期状態においても、撮像素子７の撮像面の中心を通る法線（中心軸）７ａがレンズ５の光軸（図中、Ｙ軸方向）５ａに対して車両側（紙面左側）にシフトした状態で配置されるのが好ましい。さらに運転者の意思によって左右上下方向の視認範囲を任意に設定できるように、撮像素子７はレンズ５の光軸５ａと直交する面内で上下左右方向（Ｘ軸方向及びＺ軸方向）に移動可能である。また、上下方向（Ｚ軸方向）の光学濃度を制御可能な可変調光素子６は、レンズ５と撮像素子７の間に配置され、レンズ５の光軸５ａと直交する面内で上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。
【００１５】
撮像素子７の中心軸７ａをレンズ５の光軸５ａよりも車両側にシフトさせる理由について、図４を用いて説明する。
図４（ａ−１）は、撮像素子７の中心軸７ａがレンズ５の光軸５ａと一致するカメラを車両に配置した例である。この場合、視認範囲をより広くするために、即ち車両後側方の視認に不必要な車両後部を極力排除して撮影するために、カメラは右後方に向けて、即ちカメラの光軸を車両の前後方向軸から傾けて配置される。しかしながら、図４（ａ−２）に示すようにこの時の右後方の撮影イメージは車両から遠い方向に向かって先すぼまりのパースがついた画像となってしまう。このようなパースがついた画像を前述の表示装置に左右並べて表示させた場合、運転者は感覚的な違和感を覚えることが想定され、車両の安全運行にとって好ましくない。
【００１６】
一方、図４（ｂ−１）は、撮像素子７の中心軸７ａをレンズ５の光軸５ａよりも車両側（左側）にシフトさせたカメラを配置した例である。初期状態から撮像素子７を車両側（左側）にシフトさせているため、より広範囲の視認が可能であり、しかも撮像素子７の撮像面と平行な面については図４（ｂ−２）に示すように、パースがつかない画像を取得できる。このような画像を前述の表示装置に左右並べて表示させたとしても、運転者は感覚的な違和感を覚えず、より安全な運行を行うことが可能となる。尚、図４（ｂ−１）においては、車両の前後方向軸とレンズ５の光軸５ａとが平行な場合を示したが、上述したカメラ構成であれば、車両の前後方向軸とレンズ５の光軸５ａとは必ずしも平行でなくても構わない。
【００１７】
図５は、本発明の車両周辺視認用カメラシステムの一部である右カメラ３について、可変調光素子６、撮像素子７、及びレンズ５のイメージサークル５ｂをレンズ５側から見た投影図である。上述したように、撮像素子７は初期状態において、レンズ５のイメージサークル５ｂ内で中心から左側（車両側）に配置され、光軸５ｂに直交する面内で上下左右方向（Ｘ軸方向、及びＺ軸方向）に移動可能な構成をとっている。一方、可変調光素子６については、光軸５ｂに直交する面内で光線が通過する領域（不図示）と略同じ大きさで上下方向（Ｚ軸方向）にシフト移動可能な構成となっている。
【００１８】
次に、可変調光素子６をレンズ５の光軸５ａと直交する面内で上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能とし、且つ上下方向（Ｚ軸方向）に光学濃度分布を形成する理由について説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）は、右カメラ３が撮影した画像で、（ａ）は画面内に太陽が入っている場合の例、（ｂ）は画面内に後続車両の前照灯が入っている例である。ブルーミングが発生するような輝度が大きい光源は反射物を除けば、略これら二つに限定できる。つまり、昼間は主に太陽を考慮すればよく、夜間は後続車両の前照灯を考慮すればよい。さらに特徴的なことは、画面内に入る太陽は略画面上半部に限定され、前照灯は略画面下半部に限定される。従って、いずれの場合にしても可変調光素子６は上下方向略半分のエリアで露出調整を行えばよく、可変調光素子６は上下方向で光学濃度分布を形成可能とすればよい。可変調光素子６としては、前記したように、液晶素子やＥＣ素子を好ましく用いることができる。
【００１９】
液晶素子で上下方向に光学濃度分布を形成するには、上下方向に電極を二つ以上に分割して各領域を独立に制御して電圧印加できるような構成を採用すればよい。
液晶素子は、基本的に一対の電極基板間に液晶を挟持してなる。図７（ａ）、（ｂ）に液晶素子の一対の電極基板の一方の電極を４つに分割した場合の各電極基板の平面模式図を、図７に（ｃ）に係る液晶素子の平面模式図を示す。図７（ａ）に示すように、一方の電極基板においては、基板２１に積層された電極２２を上下方向（紙面上下方向）で４つに分割し、分割電極２２ａ乃至２２ｄにはそれぞれ入力端子Ａ１乃至Ａ４を付設して、独立して電圧印加可能とする。また、図７（ｂ）に示すように、他方の電極基板は、基板３１に積層された電極３２を分割せず、端子Ｂによって電圧印加可能とする。図７（ｂ）の電極基板を裏返して図７（ａ）の電極基板に重ね、電極２２，３２の周囲に封止剤（不図示）を配置して内部に液晶（不図示）を挟持した状態が図７（ｃ）である。本構成では、分割電極２２ａ乃至２２ｄのそれぞれに独立して電圧を印加することができるため、該分割電極２２ａ乃至２２ｄに対応する領域４１ａ乃至４１ｄの光学濃度をそれぞれ独立して制御することができる。
【００２０】
液晶素子において、上下方向に細やかな光学濃度分布を形成するには電極２２の分割数を増やせばよいが、駆動が煩雑となるため、分割数は少ない方が好ましい。少ない電極分割数によって、上下方向で速やかな露出調整を行うために、液晶素子を上下方向に移動可能とする。さらに、画像形成の即時性を考慮して露出調整時間をより短縮するためには、液晶素子と撮像素子７とは、撮像素子７の撮像面での輝度情報をもとに相対位置を制御して、即ち液晶素子と撮像素子７とを同時に移動させて画像形成することが望ましい。
【００２１】
また、ＥＣ素子で上下方向に光学濃度分布を形成するには、一対の電極基板がそれぞれ、上下方向に相対する二辺にそれぞれバス配線を含む給電部を有し、これらの四つの給電部を独立に制御して電圧印加できるような構成とすればよい。
ＥＣ素子は、基本的に一対の電極基板間にエレクトロクロミック（ＥＣ）層を挟持してなる。図８（ａ）、（ｂ）にＥＣ素子の一対の電極基板のそれぞれの上下辺にバス配線を含む給電部を設けた場合の各電極基板の平面模式図を、図８（ｃ）に係るＥＣ素子の調光イメージの例を示す。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、一対の電極基板は、基板５１，６１に積層された電極５２，６２を有し、電極５２，６２はそれぞれ、上下方向に相対する二辺にそれぞれ、バス配線５３ａ，５３ｂ，６３ａ，６３ｂを備えている。各バス配線５３ａ，５３ｂ，６３ａ，６３ｂにはそれぞれ、端子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が付設され、それぞれ独立に電圧を印加することができる。図８（ｂ）の電極基板を裏返して図８（ａ）の電極基板に重ね、電極５２，６２の周囲に封止剤（不図示）を配置して内部にエレクトロクロミック層（不図示）を挟持した状態が図８（ｃ）である。本構成では、バス配線５３ａ，５３ｂ，６３ａ，６３ｂにそれぞれ所定の電圧を印加することで、上下方向（紙面上下方向）に光学濃度分布を形成することができる。
【００２２】
ＥＣ素子の場合は電圧値の変更によって上下方向に光学濃度分布を形成することができるので、液晶素子よりは簡易な構成で実現できるが、着消色応答が液晶素子と比較して遅い。そのため、上下方向で速やかな露出調整を行うために、ＥＣ素子を上下方向にシフト移動可能とする。さらに、画像形成の即時性を考慮して露出調整時間をより短縮するためには、ＥＣ素子と撮像素子７とは、撮像素子７の撮像面での輝度情報をもとに相対位置を制御して、即ちＥＣ素子と撮像素子７とを同時に移動させて画像形成することが望ましい。
【００２３】
上記のように、本発明においては、撮像素子７の撮像面での輝度情報に基づいて、可変調光素子６の上下方向の光学濃度分布と、可変調光素子６と撮像素子７との相対位置とを制御する例を挙げたが、さらに外部設定入力手段の操作を加えることもできる。
【００２４】
例えば、昼間は画面の上側１／４の領域は常に１段分、光学濃度が高い状態にする等、従来のサンバイザー的な使用方法も好ましく適用することができる。
外部設定入力手段としては、表示装置４の表示画面にタッチパネルインターフェースを設けた構成を好ましく適用することができる。例えば、表示装置４の画面上で上下方向に指を滑らせるとその領域をデフォルトで１段減光し、その状態からクリックすると１／３段ずつ増光、ダブルクリックすると１／３段ずつ減光する等、運転を妨げない簡易な方法で画像形成することが可能となる。
【符号の説明】
【００２５】
１：車両、２，３：カメラ、４：表示装置、５：レンズ、６：可変調光素子、７：撮像素子、１５：第一の移動手段、１７：第二の移動手段、１８：外部設定入力手段、２２、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，３２，５２，６２：電極、５３ａ，５３ｂ，６３ａ，６３ｂ：バス配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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