(57)【要約】【課題】より簡易な構成で、明るい環境及び暗い環境との双方で良好な画像を得ること。【解決手段】撮像素子２４の前方に光学フィルターを配設する。非可視光の波長域内に属する光源波長域の補助光を発する補助光源３２を設ける。光学フィルター２６は、実質的に可視光と前記補助光とを透過すると共に、可視光の波長域と光源波長域との間の波長域の光を除去する。【選択図】図３
2007221225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光と非可視光とに感度を持つ画素を有する撮像素子と、
外部からの光が前記画素に至る光路の途中に配設された光学フィルターと、
前記撮像素子の画素が感度を持つ非可視光の波長域内に部分的に属する波長域を含む所定の光源波長域の補助光を発する補助光源と、
を備え、
前記光学フィルターは、実質的に可視光と前記補助光とを透過すると共に、可視光の波長域と前記光源波長域とを除く波長域のうちの少なくとも一部を含む波長域の光を除去する、撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記光源波長域は、可視光の波長域から離れた波長域に設定されており、
前記光学フィルターは、実質的に可視光と前記光源波長域の光を透過すると共に、可視光の波長域と前記光源波長域との間の少なくとも一部の波長域の光を除去する、撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記光源波長域は、可視光の波長域よりも長波長側に離れた波長域に設定されている、撮像装置。
【請求項４】
可視光と非可視光とを感度を持つ画素を有する撮像素子と、
外部からの光が前記画素に至る光路の途中に配設された光学フィルターと、
を備え、
前記光学フィルターは、前記撮像素子の画素が感度を持つ非可視光の波長域のうちの一部の波長域の光を除去する、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両周辺等を監視するための撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、昼間で良好な監視画像を得るためには、撮像素子の前方に、図８に示すような特性を持つ赤外カットフィルターを設ける構成が採用されている。つまり、太陽光には可視光だけではなくより長波長の非可視光が多く含まれている。そして、昼間等において、撮像素子の各色成分の画素で、対応する色成分の可視光だけではなく非可視光も受光してしまうと、昼間の画質、特に、色再現性に悪影響を与えてしまう。そこで、上記のような光学フィルターによって赤外波長以上の波長成分をカットしてしまうのである。
【０００３】
一方、夜間で良好な画像を得るためには、上記のような光学フィルターは無い方がよい。つまり、夜間等で暗部を撮像する場合には、自然光による可視光が不十分である。そこで、人間の目に見えない赤外光等を受光して画像を生成することで、より高感度な画像を得るのである。
【０００４】
ところで、車両周辺監視装置等の撮像装置では、昼間及び夜間の双方で監視を行う必要があり、昼間においても夜間においても良好な画像を得たいという要請が強い。
【０００５】
昼間と夜間との双方で良好な画像を得る構成として、例えば、次の構成が考えられる。
【０００６】
第１は、上記のような光学フィルターが撮像素子の前方にある状態と無い状態とを機械的に切替える構成である。
【０００７】
第２は、プリズムや光学フィルター等により構成された光波分離手段によって、光を可視光と赤外光とに分離し、これらを別々の撮像手段によって撮像する構成である。
【０００８】
後者に関する技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１６９２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記第１の構成では、赤外カット光学フィルターの有無を機械的に切替える必要があり、機械的構造の複雑化を招いていた。
【００１１】
また、第２の構成では、可視光用と非可視光用とで別々の撮像手段を用いているため、構成が複雑で、可視光専用の撮像装置と非可視光専用の撮像装置とを用いた構成と比して、あまりメリットが無い。
【００１２】
そこで、本発明は、より簡易な構成で、明るい環境及び暗い環境との双方で良好な画像を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、この発明は、可視光と非可視光とに感度を持つ画素を有する撮像素子と、外部からの光が前記画素に至る光路の途中に配設された光学フィルターと、前記撮像素子の画素が感度を持つ非可視光の波長域内に部分的に属する波長域を含む所定の光源波長域の補助光を発する補助光源とを備え、前記光学フィルターは、実質的に可視光と前記補助光とを透過すると共に、可視光の波長域と前記光源波長域とを除く波長域のうちの少なくとも一部を含む波長域の光を除去するものである。
【００１４】
この場合、前記光源波長域は、可視光の波長域から離れた波長域に設定されており、前記光学フィルターは、実質的に可視光と前記光源波長域の光を透過すると共に、可視光の波長域と前記光源波長域との間の少なくとも一部の波長域の光を除去するようにするとよい。
【００１５】
さらに、前記光源波長域は、可視光の波長域よりも長波長側に離れた波長域に設定されていてもよい。
【００１６】
また、この発明は、可視光と非可視光とを感度を持つ画素を有する撮像素子と、外部からの光が前記画素に至る光路の途中に配設された光学フィルターとを備え、前記光学フィルターは、前記撮像素子の画素が感度を持つ非可視光の波長域のうちの一部の波長域の光を除去するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の撮像装置によると、撮像素子に設けられる光学フィルターが、実質的に可視光と前記補助光とを透過すると共に、可視光の波長域と前記光源波長域とを除く波長域のうちの少なくとも一部を含む波長域を除去する光学フィルターであるため、明るい環境では、光学フィルターで除去された光の影響を排除して、比較的良好な画像を得ることができる。また、暗い環境では、主として補助光によって、比較的良好な画像を得ることができる。このため、より簡易な構成で、明るい環境及び暗い環境との双方で良好な画像を得ることができる。
【００１８】
また、前記光源波長域は、可視光の波長域から離れた波長域に設定されており、前記光学フィルターは、実質的に可視光と前記光源波長域の光を透過すると共に、可視光の波長域と前記光源波長域との間の少なくとも一部の波長域の光を除去すると、明るい環境で、可視光波長に隣接する波長を持つ非可視光の影響を排除でき、より良好な画像を得ることができる。一方、暗い環境では、補助光によって良好な画像を得ることができる。
【００１９】
ところで、一般的な撮像素子は、可視光の波長域から直ぐ長波長側の領域で比較的感度が高い傾向にある。そこで、前記光源波長域は、可視光の波長域よりも長波長側に離れた波長域に設定することで、そのような撮像素子の一般的な特性を利用して本撮像装置を構成できる。
【００２０】
また、この発明の撮像装置は、可視光と非可視光とに感度を持つ画素を有する撮像素子と、外部からの光が前記画素に至る光路の途中に配設された光学フィルターと、を備え、前記光学フィルターは、前記撮像素子の画素が感度を持つ非可視光の波長域のうち少なくとも一部の波長域の光を除去するものであるため、明るい環境では、前記撮像素子の画素により受光される非可視光の波長域のうちの一部の波長域の光の影響を排除して、比較的良好な画像を得ることができる。また、暗い環境では、主として非可視光のうち光学フィルターで除去された一部波長域の光を除く成分によって比較的良好な画像を得ることができる。このため、より簡易な構成で、明るい環境及び暗い環境との双方で良好な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。本実施形態では、撮像装置が車両に組込まれて車両周辺景色を撮像する装置の例で説明する。図１は撮像装置が自車両に組込まれた例及びその撮像範囲の例を示す概略平面図であり、図２は撮像装置がドアミラーに組込まれた状態を示す図である。
【００２２】
この撮像装置２０は、自車両１０のドアミラー１２に組込まれている。ドアミラー１２は、自車両１０のドアの側部に固定された支持部１３と、この支持部１３に対して展開折畳み可能に支持されたドアミラー本体部１４とを備えている。ドアミラー本体部１４は、開口を有するハウジング１４ａとその開口を閉塞するように設けられる鏡面体１４ｂとを有しており、それらの内部に電動モータやギヤ機構等を含む可倒駆動機構等が配設されている。そして、自動車内のドアミラースイッチ等からの信号に応じて、ドアミラー本体部１４が展開又は折畳まれるようになっている。
【００２３】
上記支持部１３には、カメラ配設孔１３ａが形成されている。このカメラ配設孔１３ａに、撮像装置２０が下向き撮像姿勢で取付けられている。この撮像装置２０は、ドアミラー１２の下方を中心にして自車両の側方前後領域を含むように撮像するようになっている。この撮像装置２０は、支持部１３に設けられているため、ドアミラー本体部１４が展開姿勢又は折畳み姿勢にあるかどうかに関わりなく、車両１０に対して一定領域を撮像できるというメリットがある。このように撮像された自車両の側方前後領域画像は、車室内のモニタ等に映し出され、運転者に対する死角監視用として供される。
【００２４】
図３は撮像装置の内部構造を示す図である。撮像装置２０は、ケース２２と、撮像素子２４と、光学フィルター２６と、撮像レンズ２８と、回路基板３０と、補助光源３２とを有している。
【００２５】
ケース２２は、一方が開口するケース本体部２２ａと、その開口を閉塞する窓部２２ｂとを有している。このケース２２内に、撮像素子２４や光学フィルター２６、撮像レンズ２８、回路基板３０、補助光源３２が収容される。
【００２６】
撮像素子２４は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等により構成されている。この撮像素子２４の各画素には、可視光及び非可視光（例えば、赤外光）を透過するオンチップ光学フィルターが設けられている。オンチップ光学フィルターは、可視光と非可視光とを透過する特性を有しており、各画素はオンチップ光学フィルターの波長選択性に従って所望の波長の光を受光してその強さに応じた信号を出力するようになっている。
【００２７】
また、撮像素子２４の撮像面２４ａには、該撮像面２４ａの形状に対応させた板状の光学フィルター２６が設けられている。この光学フィルター２６は、必ずしも撮像面２４ａ上に固定される必要はなく、撮像レンズ２８の前方又は後方など、外部光が撮像面２４ａの各画素に至る光路の途中に配設されていればよい。
【００２８】
これらのオンチップ光学フィルター及び光学フィルター２６の特性については後に詳述する。
【００２９】
回路基板３０は、積層状に設けられた主基板３０ａと副基板３０ｂとを備えている。主基板３０ａの一方主面（前面）の略中央部には、撮像素子２４が実装固定されている。また、各基板３０ａ，３０ｂに、所定の回路パターンが形成されると共に半導体チップ等の電子部品が実装されて、撮像素子２４の駆動回路や制御回路、電源回路等が構成されている。
【００３０】
撮像レンズ２８は、単数又は複数のレンズにより構成されており、撮像を望む範囲等に応じて所望の光学的特性、例えば、広角な範囲からの光を撮像素子２４の撮像面に結像させる特性を有している。この撮像レンズ２８は、鏡筒２８ａ内に所定の配列形態で保持されている。
【００３１】
上記回路基板３０及び撮像レンズ２８は、ケース２２内に取付けられたホルダ２３に取付固定されている。これにより、撮像素子２４の撮像面２４ａの前方所定位置に撮像レンズ２８を配すると共に、撮像素子２４が撮像レンズ２８及び窓部２２ｂを介して所望の外部領域を撮像可能な状態で、撮像素子２４及び回路基板３０がケース２２内に収容固定される。
【００３２】
補助光源３２は、所定の波長域の補助光を発する光源であり、ここでは、電球３２ａとその電球３２ａの前方に設けられた光学フィルター３２ｂとを有する構成とされている。なお、光源としては、電球３２ａの他、発光ダイオード等の種々の光源を用いることができる。光学フィルター３２ｂは、所定の波長域の光を透過する光学フィルターである。これら電球３２ａと光学フィルター３２ｂとが組合わせられた補助光源３２によって、撮像素子３０の各画素が感度を持つ非可視光の波長域内に部分的に属する波長域を含む所定の光源波長域の補助光が発せられるようになっている。
【００３３】
なお、補助光源３２が非可視光の補助光を発する理由は法規上の理由による。即ち、自動車に関する規則上、ヘッドランプやスモールランプ等許容される光源以外からの可視光を外側に向けて照射することは規制されているので、本撮像装置２０の光源として非可視光を用いるのである。
【００３４】
この補助光源３２による所定の光源波長域と、上記オンチップ光学フィルター及び光学フィルター２６の特性との関係については後に詳述する。
【００３５】
この補助光源３２は、ケース２２内に取付けられた光源ホルダ３３内に取付固定されている。これにより、補助光源３２は、窓部２２ｂを介して外部に補助光を照射可能な態様でケース２２内に取付けられる。また、補助光源３２は、上記撮像素子２４及び撮像レンズ２８と隣接した位置で取付固定されている。このように補助光源３２と撮像素子２４及び撮像レンズ２８とを隣接配置することによって、撮像素子２４による撮像範囲を補助光源３２によって適切に照明することが容易となる。
【００３６】
上記基板３０及び補助光源３２には信号線及び電線線を含むワイヤーハーネス３４が接続されている。このワイヤーハーネス３４は、ケース２２の後部を貫通して外部に引出され、車両側の電子コントロールユニットや電源等に接続される。
【００３７】
補助光源３２による所定の光源波長域と、上記オンチップ光学フィルター及び光学フィルター２６の特性との関係について説明する。
【００３８】
図４は撮像装置の各画素に形成されたオンチップ光学フィルターの透過率特性を示す図である。すなわち、撮像素子２４は、カラー撮像用の素子であり、各画素には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のうちのいずれかのオンチップ光学フィルターが形成されている。各色画素の配列形態は、例えば、ベイヤー配列等の周知配列を含む形態で配列されている。これら各色のオンチップ光学フィルターは、可視光領域（可視光の波長域を３８０nm〜７００nmであるとする）内の一部波長域である各色波長域に対応して高い透過率を持つと共に、可視光領域から赤外光領域（赤外光の領域をおよそ７００nm〜１０００nmであるとする：以下、（）内の波長はおよその値である）に移行する波長領域（図４ではおよそ７００nm〜１０００nm）に対しても比較的高い透過率を有している。このため、各色の画素は、可視光と非可視光とを受光し、より具体的には、それぞれ所定色波長域の可視光と、非可視光の波長域内の一部波長域の光とを受光して信号を発する（感度を持つ）ようになっている。
【００３９】
なお、一般的に、画素上にオンチップフィルターを形成した撮像素子は、上記のように可視光と非可視光（特に赤外光）に対して感度を有している。
【００４０】
補助光源３２による光源波長域は、撮像素子３０が感度を持つ非可視光の波長域内に部分的に属する波長域を含む所定の波長域であり、より好ましくは、可視光の波長域から離れた波長域であり、さらに好ましくは、可視光の波長域よりも長波長側に離れた波長域である。ここで、補助光源３２による光源波長域は、撮像素子３０が感度を持つ非可視光の波長域内に部分的に属する波長域を含む所定の波長域とは、補助光源３２は、撮像素子３０が感度を持たない波長域に関しては、光を照射してもよいということを意味している。
【００４１】
ここでは、光学フィルター３２ｂとして、図５に示すように、およそ８５０nm以上の波長域の光を透過する特性を有するものを用いている。ここで、電球３２ａ等を用いた補助光源３２には勿論可視光だけでなく、赤外光を含むより長波長の光が含まれているため、補助光源３２で発せられた光のうち８５０nm以上の波長域の光が、補助光として周囲に照射される。
【００４２】
図６は、撮像素子２４の前方に設けられる光学フィルター２６の透過率特性を示す図である。すなわち、光学フィルター２６は、実質的に可視光と光源波長域の光を透過する共に、可視光の波長域と光源波長域とを除く波長域のうちの少なくとも一部を含む波長域の光を除去する性質を有している。
【００４３】
ここで、光学フィルター２６が実質的に可視光と光源波長域の光を透過するとは、必ずしも光学フィルター２６が可視光の波長域全体と光源波長域全体とを透過させる必要はないということを意味している。例えば、少なくとも各画素が可視光波長域や光源波長域に対して有する感度がピークとなる波長光については透過するようにする等、可視光による撮像や補助光による撮像を問題なく行える範囲内であれば、可視光波長域や光源波長域の短波長側や長波長側の光が部分的に除去されてもよい。
【００４４】
また、可視光の波長域と光源波長域とを除く波長域のうちの少なくとも一部を含む波長域の光を除去する性質を有しているとは、必ずしも光学フィルター２６が可視光の波長域と光源波長域とを除く波長域全てを除去する必要はないということを意味している。例えば、光学フィルター２６は、可視光の波長域と光源波長域とを除く波長域のうちの一部だけを除去するものであってもよい。また、光学フィルター２６は、可視光の波長域と光源波長域とを除く波長域のうちの一部に加えて、可視光の波長域や光源波長域の一部領域を除去するものであってもよい。
【００４５】
もっとも、光源波長域が、可視光の波長域から離れた波長域に設定されている場合、  光学フィルター２６は、可視光の波長域と前記光源波長域との間の少なくとも一部の波長域の光を除去することが好ましく、より好ましくはそれらの間の全ての波長域を含む光を除去することが好ましい。より具体的には、本実施形態では、光源波長域（８５０nm〜）は、可視光の波長域（３８０nm〜７００nm）から長波長側に離れた波長域に設定されている。そして、光学フィルター２６は、それらの間の波長域（７００nm〜８５０nm）を含む波長域（６７０nm〜８５０nm）の光を除去し、その前後の波長域の光を透過するようになっている。
【００４６】
このように構成された撮像装置２０の作用及び効果について説明する。
【００４７】
この撮像装置２０では、外部からの光は、光学フィルター２６を介して撮像素子２４の各画素で受光される。ここで、光学フィルター２６は、可視光の波長域（３８０nm〜７００nm）と光源波長域（８５０nm〜）との間の波長を含む波長域（６７０nm〜８５０nm）の光を除去する（条件１）。また、撮像素子２４のオンチップ光学フィルターは、実質的に各色成分の可視光波長域（３８０nm〜７００nm）と、可視光領域から赤外光領域（７００nm〜１０００nmであるとする）に移行する波長領域（７００nm〜１０００nm）に対しても比較的高い透過率を有している（条件２）。
【００４８】
従って、撮像素子３０及び光学フィルター２６を含む構成で考えると、上記条件１及び条件２を満たす波長域について感度を有することになり、より具体的には、実質的に波長域（３８０nm〜６７０nm）の可視光と波長域（８５０nm〜１００nm）の非可視光とに感度を有することになる。
【００４９】
ここで、明るい環境である昼間を想定すると次のようになる。図７は波長に対する太陽輻射エネルギー分布の例を示す図である。同図に示すように、太陽光は、可視光の波長域（３８０nm〜７００nm）で強く、その波長域から長波長側に離れる程弱くなる傾向にある。このため、太陽光のうち主として波長域（３８０nm〜６７０nm）の可視光に関しては、十分な強度で受光することができる。また、非可視光の一部領域（６７０nm〜８５０nm）の光については光学フィルター２６で除去できる。一方、太陽光のうち非可視光のより長波長域（８５０nm〜）については、太陽光自体の強度が比較的弱くなるため、当該波長域の光が生成画像に与える影響は比較的小さいといえる。さらに、太陽光のうち非可視光のより長波長域（１０００nm〜）については、オンチップ光学フィルターによって除去できる。
【００５０】
このため、明るい環境では、なるべく非可視光の影響を排除して、主として可視光を受光することで、良好な画像（特に色再現性）を得ることができる。なお、光学フィルター２６は、撮像素子３０の画素が感度を持つ非可視光の波長域のうちの一部の波長域の光を除去するのであれば少なからずこのような効果を得ることができる。
【００５１】
一方、夜間等の暗い環境を想定すると次のようになる。すなわち、暗い環境では、可視光を期待できないので、上記補助光源３２を点灯させた状態で、本撮像装置２０による撮像を行うことになる。ここで、補助光源３２による補助光の光源波長域は、非可視光の波長域の一部（ここでは８５０nm〜）である。このため、撮像装置２０は、主として補助光のうち所定波長域（８５０nm〜１０００nm）の光を十分な強度で受光することができる。また、暗い環境において可視光が照射されている場合には、これも撮像装置２０で受光され得る。
【００５２】
このため、暗い環境では、主として補助光を利用して良好な画像を得ることができる。
【００５３】
このため本撮像装置２０によると、赤外カット光学フィルターの機械的な切替等を行うことなく、より簡易な構成で、明るい環境及び暗い環境との双方で良好な画像を得ることができる。
【００５４】
しかも、光源波長域は、可視光の波長域から離れた波長域に設定されており、光学フィルター２６は、実質的に可視光と光源波長域の光を透過すると共に、可視光の波長域と前記光源波長域との間の少なくとも一部の波長域の光を除去するため、明るい環境で、可視光波長に隣接する波長を持つ非可視光の影響を排除でき、より良好な画像を得ることができる。つまり、太陽光では、可視光の波長域の光が強くそこから離れる程弱くなる。そこで、光源波長域を可視光の波長域から離れた波長域に設定すると共に、可視光波長に隣接する波長域の光を除去することで、昼間では太陽光の非可視光のうち比較的強い光の影響を排除することができると共に、夜間では補助光によって良好な画像を得ることができる。
【００５５】
特に、一般的な撮像素子２４は、可視光の波長域から直ぐ長波長側の領域で比較的感度が高い傾向にあるため、光源波長域を、可視光の波長域よりも長波長側に離れた波長域に設定することで、そのような一般的な撮像素子２４の特性を利用して本装置を構成することができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、光源波長域は、可視光の波長域から離れた波長域に設定されているが必ずしもその必要はない。光源波長域と可視光の波長域とが隣接していてもよい。この場合、光源波長域よりもさらに外側の波長域光を光学フィルターで除去するようにするとよい。
【００５７】
また、光源波長域は、可視光の波長域よりも長波長側に離れた波長域に設定されているが必ずしもその必要はない。可視光よりも短波長側に光源波長域が設定されていてもよい。
【００５８】
要するに、撮像素子２４が所定波長域の可視光と所定波長域の非可視光とに感度を持つ場合において、撮像素子２４が感度を持つ非可視光の所定波長域内に部分的に属する所定の光源波長域の補助光が照射可能とされており、光学フィルターによって、実質的に撮像素子２４が感度を持つ所定波長域の可視光と補助光とを透過し、可視光の波長域と光源波長域とを除く波長域のうちの少なくとも一部を含む波長域の光を除去するようにした構成全てを含む。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】撮像装置が自車両に組込まれた例及びその撮像範囲の例を示す概略平面図である。
【図２】撮像装置がドアミラーに組込まれた状態を示す図である。
【図３】撮像装置の内部構造を示す図である。
【図４】撮像装置の各画素に形成されたオンチップ光学フィルターの透過率特性の例を示す図である。
【図５】補助光源に組込まれる光学フィルターの透過率特性の例を示す図である。
【図６】撮像素子の前方に設けられる光学フィルターの透過率特性の例を示す図である。
【図７】波長に対する太陽輻射エネルギー分布の例を示す図である。
【図８】従来の撮像装置に設けられた光学フィルターの透過率特性の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
２０  撮像装置
２４  撮像素子
２６  光学フィルター
３２  補助光源
【図１】
2007221225.tif 000003
【図２】
2007221225.tif 000004
【図３】
2007221225.tif 000005
【図４】
2007221225.tif 000006
【図５】
2007221225.tif 000007
【図６】
2007221225.tif 000008
【図７】
2007221225.tif 000009
【図８】
2007221225.tif 000010