(57)【要約】【課題】輝度差の大きい状況下で視認性のよい画像を一度の撮影で取得することができるとともに、部品点数の削減および低コスト化を図ることができる車載カメラを提供する。【解決手段】複数のフォトダイオード（ＰＤ）３０ａ，３０ｂが２次元配列された固体撮像素子を用いて車外の撮影を行う車載カメラにおいて、固体撮像素子は、受光面積が大きいＰＤ３０ａからなる高感度部４０と、受光面積が小さいＰＤ３０ｂからなる低感度部４１とからなる撮像面２２ａを備える。低感度部４１は、ヘッドライトから光が照射される高輝度領域を撮像し、その周囲の高感度部４０は、ヘッドライトから光が照射されない低輝度領域を撮像する。なお、高感度部および低感度部は、ＰＤ上のマイクロレンズの集光性を変えることによって構成することも可能である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトダイオードが２次元配列された固体撮像素子を用いて車外の撮影を行う車載カメラにおいて、
前記固体撮像素子は、受光感度の異なる低感度部および高感度部を備え、
車両の照明装置から光が照射される高輝度領域を前記低感度部によって撮像し、前記照明装置から光が照射されない低輝度領域を前記高感度部によって撮像することを特徴とする車載カメラ。
【請求項２】
前記低感度部および前記高感度部は、フォトダイオードの受光面積を変えることによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の車載カメラ。
【請求項３】
前記低感度部および前記高感度部は、フォトダイオード上のマイクロレンズの集光性を変えることによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の車載カメラ。
【請求項４】
前記高感度部は、前記低感度部の周りを囲むように配置されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の車載カメラ。
【請求項５】
前記照明装置は、ヘッドライトであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の車載カメラ。
【請求項６】
前記固体撮像素子によって撮像された画像を車内に設置されたモニタへ出力することを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の車載カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に設置される車載カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
夜間の低照度環境時に車両の運転を行う場合にはヘッドライトを点灯させるが、ドライバにとっては、高い輝度差（コントラスト差）により、ヘッドライトの光が照射されない低輝度領域の視認性が悪く、歩行者や自転車など発見が遅れがちである。
【０００３】
このような問題を解決するための技術として、車両に搭載した車載カメラによってドライバの視野領域を撮影するとともに、これをドライバに向けてモニタ表示することによって、ドライバの視覚を補助する装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１記載の装置では、視認性の良い領域と悪い領域とを共に鮮明に写し出すために、可視光カメラと赤外線カメラとの２種のカメラを用い、得られた２種の画像を合成している。また、特許文献２記載の装置では、露光時間の異なる２種の画像を取得し、これらを合成することによって、高い輝度差に対応し得るダイナミックレンジを確保している。
【特許文献１】特開平１１−３０８６０９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１７１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１，２記載の装置では、複数のカメラを設ける必要や、画像合成を行う必要があるため、装置が複雑化し、部品点数の増加とコストの上昇を招いてしまう。車載カメラは、車内への設置場所の制限があるため、できるだけコンパクトであることが望ましく、もちろん安価であることも望ましい。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、輝度差の大きい状況下で視認性のよい画像を一度の撮影で取得することができるとともに、部品点数の削減および低コスト化を図ることができる車載カメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の車載カメラは、複数のフォトダイオードが２次元配列された固体撮像素子を用いて車外の撮影を行う車載カメラにおいて、前記固体撮像素子は、受光感度の異なる低感度部および高感度部を備え、車両の照明装置から光が照射される高輝度領域を前記低感度部によって撮像し、前記照明装置から光が照射されない低輝度領域を前記高感度部によって撮像することを特徴とする。
【０００７】
なお、前記低感度部および前記高感度部は、フォトダイオードの受光面積を変えることによって構成されていることが好ましい。また、前記低感度部および前記高感度部は、フォトダイオード上のマイクロレンズの集光性を変えることによって構成されていることも好ましい。また、前記高感度部は、前記低感度部の周りを囲むように配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記照明装置は、ヘッドライトであることが好ましい。さらに、前記固体撮像素子によって撮像された画像を車内に設置されたモニタへ出力することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の車載カメラでは、固体撮像素子は、受光感度の異なる低感度部および高感度部を備え、車両の照明装置から光が照射される高輝度領域を低感度部によって撮像し、照明装置から光が照射されない低輝度領域を高感度部によって撮像するので、輝度差の大きい状況下で視認性のよい画像を一度の撮影で取得することができるとともに、部品点数の削減および低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１において、本発明に係わる車載カメラ１０は、車両１１のフロントガラス１２の上部に取り付けられており、フロントガラス１２を介して車両１１の走行方向前方を撮影する。また、モニタ１３は、ドライバや同乗者が画面を確認することができるように、ダッシュボード１４上に設置されており、車載カメラ１０によって得られた画像を表示する。車載カメラ１０およびモニタ１３は、夜間にドライバの視覚を補助するための運転支援システムとして機能する。なお、車載カメラ１０およびモニタ１３の設置場所は、上記の位置に限られず、適宜変更してよい。
【００１１】
撮像領域１５は、車載カメラ１０内のＣＣＤイメージセンサ２２（図２参照）によって撮像される領域であり、ドライバの視野領域とほぼ一致するように設定されている。撮像領域１５中の高輝度領域１６は、車両１１のヘッドライトから光が照射され、ドライバが目視によって風景を視認することができる領域である。高輝度領域１６の周囲は、車両１１のヘッドライトから光が照射されない低輝度領域１７であり、この領域では、ドライバは目視による物体の視認が困難である。
【００１２】
図２において、車載カメラ１０は、ＣＰＵ（主制御回路）２０、撮像レンズ２１、ＣＣＤイメージセンサ２２、ＣＤＳ（２重相関サンプリング）／ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路２３、Ａ／Ｄ変換器２４、ＤＳＰ（デジタル信号処理回路）２５、および通信部２６から構成されている。
【００１３】
ＣＰＵ２０は、各部の動作制御を行う。撮像レンズ２１は、１枚または複数枚のレンズで構成されており、前述の撮像領域１５中の光をＣＣＤイメージセンサ２２に入射させる。ＣＣＤイメージセンサ２２は、詳しくは後述するが、受光感度の異なる２種の感度部からなる撮像面２２ａ（図４参照）を備え、高輝度領域１６と低輝度領域１７とをそれぞれ別の感度部で撮像する。
【００１４】
ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３は、ＣＣＤイメージセンサ２２から出力された撮像信号をサンプルホールドすると同時に、適切なゲインで増幅を行う。Ａ／Ｄ変換器２４は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３から出力された撮像信号をデジタル形式の画像データに変換し、これをＤＳＰ２５に入力する。
【００１５】
ＤＳＰ２５は、入力された画像データに対して、色補間、ＹＣ変換、ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス補正などの所定の画像処理を施す。通信部２６は、ＤＳＰ２５によって画像処理が施された画像データをモニタ１３へ出力する。モニタ１３には、撮影画像がスルー画表示される。
【００１６】
次に、ＣＣＤイメージセンサ２２の構成を説明する。図３において、ＣＣＤイメージセンサ２２は、２次元的に配列された受光感度の異なる２種のフォトダイオード（ＰＤ）３０ａ，３０ｂと、各ＰＤ３０ａ，３０ｂに接続された読み出し転送ゲート（ＴＧ）３１と、垂直列ごとに設けられた垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）３２と、各ＶＣＣＤ３２の最終段に共通に接続された水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）３３と、ＨＣＣＤ３３の最終段に接続された出力アンプ３４とによって構成されている。ＰＤ３０ａは、ＰＤ３０ｂより受光面積が大きく、高感度である。
【００１７】
ＰＤ３０ａ，３０ｂは、受光した光を光電変換して信号電荷を生成し、生成した信号電荷を蓄積する。ＴＧ３１は、各ＰＤ３０ａ，３０ｂに蓄積された信号電荷を露光期間終了時に一斉にＶＣＣＤ３２に転送する。ＶＣＣＤ３２は、ＴＧ３１から転送された信号電荷を受け取り、ＨＣＣＤ３３に向けて一段ずつ垂直転送を行う。ＨＣＣＤ３３は、各ＶＣＣＤ３２の最終段から出力される信号電荷を一段ずつ受け取り、一段分の信号電荷を受け取るたびに出力アンプ３４に向けて水平転送を行う。出力アンプ３４は、ＨＣＣＤ３３の最終段から出力される信号電荷を検出し、信号電荷の電荷量に応じた電圧信号（撮像信号）を出力する。
【００１８】
図４において、ＣＣＤイメージセンサ２２の撮像面２２ａは、高感度のＰＤ３０ａが配列されてなる高感度部４０と、低感度のＰＤ３０ｂが配列されてなる低感度部４１とからなる。ＰＤ３０ａ，３０ｂの総数は、実際は数百万個程度と膨大であるため、簡単化のため、個数を大幅に減らして図示している。低感度部４１は、前述の高輝度領域１６を撮像することができるように、高輝度領域１６に合った形状となっている。撮像面２２ａ内の低感度部４１以外の領域は高感度部４０であり、高感度部４０は、前述の低輝度領域１７を撮像する。なお、低感度部４１および高感度部４０の各領域は、高輝度領域１６および低輝度領域１７の各形状に合わせて適宜変更してよい。また、ＰＤ３０ａ，３０ｂは、正方配列に限られず、ハニカム配列などの他の配列としてもよい。
【００１９】
図５は、ＰＤ３０ａ，３０ｂの断面構造を示す。ｎ型シリコン基板５０上には、ｐ型ウェル層５１が形成されている。ｐ型ウェル層５１内には、光電変換により発生する信号電荷（電子）を蓄積するｎ型層５２ａ，５２ｂが形成されており、ｎ型層５２ａ，５２ｂの上にはそれぞれ、ｐ＋型層５３ａ，５３ｂが形成されている。また、ｐ型ウェル層５１の表層には、ｐ＋型層５２ａ，５２ｂの他、ｎ型層５４が形成されており、ｎ型層５４の上方には、ゲート絶縁膜５５を介して転送電極５６が形成されている。
【００２０】
転送電極５６は、層間絶縁膜５７を介して設けられた遮光膜５８によって遮光されており、遮光膜５８には、ｐ＋型層５３ａ，５３ｂの上方にそれぞれ、開口部５８ａ，５８ｂが形成されている。遮光膜５８は、平坦化膜５９によって覆われており、平坦化膜５９の上には、赤、緑、青などの特定の波長の光を透過させるカラーフィルタ６０が設けられている。そして、カラーフィルタ６０の上には、入射光を集光するマイクロレンズ６１が設けられている。
【００２１】
ＰＤ３０ａ，３０ｂはそれぞれ、開口部５８ａ，５８ｂ下のｐｎｐｎ接合により、埋め込み型フォトダイオードとして構成されている。なお、開口部５８ａは、開口部５８ｂより開口面積（受光面積）が大きく、ＰＤ３０ａは、ＰＤ３０ｂより受光感度が高い。また、ＴＧ３１は、ｎ型層５２ａ，５２ｂとｎ型層５４と間のｐ型ウェル層５１と転送電極５６とによって構成されており、ＶＣＣＤ３２は、ｎ型層５４と転送電極５６とによって構成されている。転送電極５６は、印加される電圧に応じて、ＴＧ３１およびＶＣＣＤ３２の電荷転送制御を行う。
【００２２】
以上のように、車載カメラ１０に内蔵されたＣＣＤイメージセンサ２２は、高輝度領域１６を撮像する低感度部４１と、低輝度領域１７を撮像する高感度部４０とを備えるので、輝度差の大きい状況下で視認性のよい画像を一度の撮影で取得することができる。また、この車載カメラ１０は、ＣＣＤイメージセンサ２２以外は、通常の車載カメラや監視カメラと同様な構成であるため、部品点数の削減および低コスト化を図ることができる。
【００２３】
上記実施形態では、低感度部および高感度部を、ＰＤの受光面積を変えることによって構成しているが、本発明はこれに限られず、低感度部および高感度部を、マイクロレンズの集光性を変えることによって構成することも可能である。図６は、本発明の第２実施形態を示し、撮像面７０は、２次元配列された受光面積の等しいＰＤ７１に対し、径が小さく集光性の低いマイクロレンズ７２が配された低感度部７３と、径が大きく集光性の高いマイクロレンズ７４が配された高感度部７５とからなる。
【００２４】
また、上記実施形態では、車載カメラに内蔵される固体撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを例に挙げているが、本発明はこれに限定されず、ＣＣＤイメージセンサに代えて、ＣＭＯＳイメージセンサなどの他の固体撮像素子を適用することも可能である。
【００２５】
また、上記実施形態では、車載カメラの撮影方向を、ヘッドライトの光が照射される方向（前方）としているが、本発明はこれに限定されず、この撮影方向を、バックライトなどの他の照明装置の光が照射される方向とすることも可能である。
【００２６】
また、上記実施形態では、撮像面を低感度部および高感度部の２種の感度部によって構成しているが、本発明はこれに限定されず、撮像面を３種以上の感度部によって構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】車載カメラおよびモニタを設置した車両を示す概略図である。
【図２】車載カメラの構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＣＤイメージセンサの構成を示す概略図である。
【図４】ＣＣＤイメージセンサの撮像面を示す平面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  車載カメラ
１１  車両
１３  モニタ
１５  撮像領域
１６  高輝度領域
１７  低輝度領域
２２  ＣＣＤイメージセンサ
２２ａ  撮像面
３０ａ，３０ｂ  フォトダイオード
４０  高感度部
４１  低感度部
７０  撮像面
７２，７４  マイクロレンズ
７３  低感度部
７５  高感度部
【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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