(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両搭載のカメラに対応する光学フィルタ部を有して樹脂材料で長板状に形成され、上記光学フィルタ部と反対側の部位に電極部を設けて回転バランスを取ってモータの回転軸に取り付けられるフィルタ部材と、
上記カメラの撮像領域の明るさに基づいて上記モータを正転／逆転させて上記フィルタ部材を揺動駆動し、上記カメラのレンズ部前面への上記光学フィルタ部の出し入れを制御する制御手段と、
上記フィルタ部材の端部を押圧する押さえ板と、この押さえ板を支持して付勢力を与えるバネ部材とからなり、上記カメラのレンズ部前面に上記光学フィルタ部が位置する方向への付勢力と上記カメラのレンズ部前面から上記光学フィルタ部が外れる方向への付勢力とが略等しくなるよう上記バネ部材によって上記押さえ板を支持し、上記フィルタ部材の揺動動作を補助するとともに上記フィルタ部材を停止位置に保持する双安定機構と、
上記フィルタ部材の両側に設けられ、上記フィルタ部材の側部に当接して上記フィルタ部材の回転移動を規制するストッパとを備え、
上記フィルタ部材の上記電極部に上記制御手段から上記押さえ板を介して給電するとともに、上記フィルタ部材の両側の上記ストッパを電極として上記制御手段への入力信号とし、上記カメラの撮像領域の明るさを表す信号と上記各ストッパからの信号とに応じて上記モータの正転・逆転・停止を制御することを特徴とする車載カメラの光学フィルタ装置。
【請求項２】
上記カメラの撮像領域の明るさを、上記カメラの撮像画像の明るさとすることを特徴とする請求項１記載の車載カメラの光学フィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両搭載のカメラに対し、明るいところでは自動的にフィルタを入れ、暗いところではフィルタを自動的に外す車載カメラの光学フィルタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車にカメラを搭載して画像認識により車線・道路形状や障害物を認識する技術が開発されている。この車載のカメラは、雨・雪・埃等の外界の汚れから保護するため、通常、車室内に設置することが多く、フロントガラスに反射して風景に重なって映り込むインストルメントパネルや、そこに置かれた物体の像を消すための偏向フィルタ、あるいは、強い光を避けるためのＮＤフィルタをカメラレンズ前に装着するようにしている。
【０００３】
特に、車載のカメラとして２台１組のステレオカメラを採用する場合には、２台のカメラで同一物体が同一輝度で見えなければならないため、風景に重なって映り込む像を消すことや、局所的な強い光を避けることは重要な問題である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、フィルタは、目的に応じた種類のフィルタをカメラレンズ前に固定するのが一般的であり、フィルタの脱着を手作業で行っているため、フィルタを固定したままにしておくと、車載のカメラでは、夕方や夜、トンネルの中等では、感度が低くなり過ぎるという問題がある。
【０００５】
従って、明るいところではカメラレンズ前面に自動的にフィルタを入れ、暗いところではフィルタを自動的に外すフィルタ駆動機構が望まれるところであるが、このようなフィルタ駆動機能は、トンネルの出入り等、急激な明るさの変化に対応するためには、応答性が高くなければならず、ステレオカメラの場合には、２台同時に同じ透過率のフィルタを入れる必要がある。さらには、コストも高くなってはならない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車載カメラに対するフィルタの出し入れを撮像領域の明るさに応じて応答性良く行うことができ、且つ、安価に構成することのできる車載カメラの光学フィルタ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、車両搭載のカメラに対応する光学フィルタ部を有して樹脂材料で長板状に形成され、上記光学フィルタ部と反対側の部位に電極部を設けて回転バランスを取ってモータの回転軸に取り付けられるフィルタ部材と、上記カメラの撮像領域の明るさに基づいて上記モータを正転／逆転させて上記フィルタ部材を揺動駆動し、上記カメラのレンズ部前面への上記光学フィルタ部の出し入れを制御する制御手段と、上記フィルタ部材の端部を押圧する押さえ板と、この押さえ板を支持して付勢力を与えるバネ部材とからなり、上記カメラのレンズ部前面に上記光学フィルタ部が位置する方向への付勢力と上記カメラのレンズ部前面から上記光学フィルタ部が外れる方向への付勢力とが略等しくなるよう上記バネ部材によって上記押さえ板を支持し、上記フィルタ部材の揺動動作を補助するとともに上記フィルタ部材を停止位置に保持する双安定機構と、上記フィルタ部材の両側に設けられ、上記フィルタ部材の側部に当接して上記フィルタ部材の回転移動を規制するストッパとを備え、上記フィルタ部材の上記電極部に上記制御手段から上記押さえ板を介して給電するとともに、上記フィルタ部材の両側の上記ストッパを電極として上記制御手段への入力信号とし、上記カメラの撮像領域の明るさを表す信号と上記各ストッパからの信号とに応じて上記モータの正転・逆転・停止を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記カメラの撮像領域の明るさを、上記カメラの撮像画像の明るさとすることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、本発明による車載カメラの光学フィルタ装置では、カメラの撮像領域の明るさに基づいてモータを正転／逆転させて光学フィルタ部を有するフィルタ部材を揺動駆動し、カメラのレンズ部前面へ光学フィルタを出し入れする。カメラの撮像領域の明るさは、カメラの撮像画像の明るさとすることが望ましい。
フィルタ部材は、樹脂製の長板状に形成し、光学フィルタ部と反対側の部位に電極部を設けて回転バランスを取ってモータの回転軸に取り付ける。また、フィルタ部材の端部を押圧する押さえ板と、この押さえ板を支持して付勢力を与えるバネ部材とによる双安定機構を設け、この双安定機構により、フィルタ部材の揺動動作を補助するとともに、フィルタ部材を停止位置に保持することで、モータを小型化することができる。押さえ板は、カメラのレンズ部前面に光学フィルタ部が位置する方向への付勢力とカメラのレンズ部前面から光学フィルタ部が外れる方向への付勢力とが略等しくなるよう、バネ部材によって支持する。
【００１６】
また、フィルタ部材の側部に当接してフィルタ部材の回転移動を規制するストッパをフィルタ部材の両側に設け、フィルタ部材の電極部に上記制御手段から押さえ板を介して給電するとともに、フィルタ部材の両側のストッパを電極として上記制御手段への入力信号とすることで、カメラの撮像領域の明るさを表す信号と各ストッパからの信号とに応じてモータの正転・逆転・停止を制御することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は光学フィルタ装置の全体構成図、図２は双安定機構の拡大図、図３は制御ユニットの構成例を示す説明図、図４はモータコントローラの動作論理を示す説明図である。
【００１８】
図１において、符号１は、例えば自動車の車室内に設置され、車外風景を撮像して画像認識により車線・道路形状や障害物を認識するための周囲環境認識用センサとしてのカメラであり、図示しないフロントガラスに反射する像や強い光の入射の影響を除去するため、レンズ２前面に光学フィルタを出し入れする光学フィルタ装置１０が併設されている。
【００１９】
上記光学フィルタ装置１０は、明るいところでは上記レンズ２前面に光学フィルタを配置し、暗いところでは上記レンズ２前面から光学フィルタを外すよう自動的にフィルタの出し入れを制御するものであり、モータ３に軸着された長板状のフィルタ部材４を揺動駆動するための駆動機構と制御ユニット２０とから構成されている。尚、フィルタ駆動機構は、搭載されるカメラの数に対応する数だけ用意される。
【００２０】
上記フィルタ部材４は、応答性を高めるため軽量で、且つ、大量生産による透過率のばらつきをおさえるため樹脂材料等によって形成されており、上記カメラ１のレンズ２側の部位が光学フィルタ部４ａを形成し、その反対側の部位に、例えば、薄板の金属材を巻くことにより、あるいは、金属材を蒸着する等して、電極部４ｂが設けられている。
【００２１】
上記電極部４ｂは、後述するように、上記フィルタ部材４の停止位置を示す信号を上記制御ユニット２０へ出力するためのものであり、モータ軸を中心として回転バランスが取られて上記フィルタ部材４が上記モータ３に取り付けられ、重力や振動の影響を低減するようになっている。従って、上記モータ３は、比較的トルクの小さい小型のモータで良い。
【００２２】
上記モータ３の正転あるいは逆転に伴う上記フィルタ部材４の回転は、ブラケット５に立設される２つの第１，第２ストッパ６ａ，６ｂによって規制される。これらのストッパ６ａ，６ｂは、上記フィルタ部材４の停止位置を決定するとともに、上記フィルタ部材４の電極部４ｂに接触する電極を形成するものであり、上記ブラケット５に絶縁されて取り付けられ、各ストッパ６ａ，６ｂからの信号が上記制御ユニット２０へ入力され、上記フィルタ部材４の停止位置が認識される。
【００２３】
すなわち、フィルタを使用する場合、上記制御ユニット２０によって上記モータ３が駆動され、上記フィルタ部材４が回転して電極部４ｂが第１ストッパ６ａに接触すると、この第１ストッパ６ａからの信号が上記制御ユニット２０で検出されて上記モータ３が停止され、上記レンズ２前面に光学フィルタ部４ａが位置した状態となる。一方、フィルタを使用しない場合には、上記制御ユニット２０によって上記モータ３が逆転され、上記フィルタ部材４が回転して電極部４ｂが第２ストッパ６ｂに接触すると、この第２ストッパ６ｂからの信号が上記制御ユニット２０で検出されて上記モータ３が停止され、上記レンズ２前面から光学フィルタ部４ａが外れた状態となる。
【００２４】
上記フィルタ部材４の電極部４ｂが２つのストッパ６ａ，６ｂに交互に当接・停止する双安定動作は、上記ブラケット５に取り付けられたバネ機構からなる双安定機構７によって支援される。この双安定機構７は、図２に示すように、金属製の薄板を適宜曲げ加工して形成されるバネ部材７ａと、両側が斜め方向に折り曲げられた金属製の押さえ板７ｂとから構成され、上記フィルタ部材４を確実に双安定動作させるとともに、上記制御ユニット２０から出力される定電圧ＶCCを上記フィルタ部材４の電極部４ｂに供給する役割を有している。
【００２５】
すなわち、上記バネ部材７ａの一端が上記ブラケット５に絶縁して取り付けられ、上記バネ部材７ａの先端に、上記押さえ板７ｂの凹面側が上記バネ部材７ａの両面に対向するよう、例えば半田付け等によって接合されており、上記押さえ板７ｂの凸面側が上記フィルタ部材４の電極部４ｂに当接して摺動し、上記バネ部材７ａからのバネ力によって上記電極部４ｂを押圧するとともに、上記制御ユニット２０からの定電圧ＶCCを上記フィルタ部材４の電極部４ｂに供給する。
【００２６】
上記バネ部材７ａは、上記フィルタ部材４のバランスが取られて重力や振動の影響が小さいため、比較的小さいバネ力のもので良く、上記押さえ板７ｂは、その中央部で上記バネ部材７ａに接合することで、両側の長さを等しくして上記電極部４ｂを押圧する力が双安定動作で略等しくなるようにし、上記フィルタ部材４がどちらかの方向へ揺動する際に余計な力がかからないようにしている。また、上記押さえ板７ｂの長さは、上記フィルタ部材４の幅で調整して容易に加工できる範囲で短くし、上記バネ部材７ａ先端の接合点にかかるモーメントが小さくなるようにしてある。  上記制御ユニット２０は、上記カメラ１の撮像領域の明暗に応じて上記フィルタ部材４のレンズ２前面への出し入れを制御するため、上記モータ３を正転、逆転、停止させるものであり、上記双安定機構７のバネ部材７ａに定電圧ＶCCを供給し、第１，第２ストッパ６ａ，６ｂからの信号によって上記フィルタ部材４の停止位置を判別する。
【００２７】
撮像領域の明暗は、簡易的には、別途、光センサを備えることによって検出することも可能であるが、上記カメラ１の画像から検出することが望ましく、例えば、上記カメラ１の画像の明るさを検出して電子シャッタを制御する図示しない電子シャッタコントロール回路からの信号を、上記フィルタ部材４の出し入れを指示する信号（以下、フィルタ出入信号と称する）として上記制御ユニット２０に取り込むことで、上記フィルタ部材４の出し入れを制御することができる。
【００２８】
本形態においては、画像の明るさによるフィルタ出入信号、第１，第２ストッパ６ａ，６ｂからの信号を処理するため、上記制御ユニット２０には、図３に示すように、プルダウン抵抗２１，２２、インバータ２３、２入力ＮＯＲゲート２４，２５、モータコントローラ２６等が備えられている。
【００２９】
上記プルダウン抵抗２１は、一端が接地され、他端が第１ストッパ６ａに接続されるとともに上記ＮＯＲゲート２４の一方の入力端に接続されており、また、上記プルダウン抵抗２２は、一端が接地され、他端が第２ストッパ６ｂに接続されるとともに上記ＮＯＲゲート２５の一方の入力端に接続されている。
【００３０】
上記ＮＯＲゲート２４の他方の入力端にはフィルタ出入信号が入力され、上記ＮＯＲゲート２５の他方の入力端にはフィルタ出入信号がインバータ２３によって反転されて入力されるようになっており、各ＮＯＲゲート２４，２５から出力される信号Ａ，Ｂがモータコントローラ２６に入力され、このモータコントローラ２６により、信号Ａ，Ｂに対して図４に示すような論理動作で上記モータ３が駆動される。
【００３１】
以下、カメラ１の画像に対する映り込みの心配の無い比較的暗い状況下でレンズ２前面からフィルタ部材４を外すよう指示するフィルタ出入信号を“１”、映り込みが心配される明るい状況下でレンズ２前面へフィルタ部材４を入れるよう指示するフィルタ出入信号を“０”として、光学フィルタ装置１０の動作について説明する。
【００３２】
制御ユニット２０へ入力されるフィルタ出入信号が“０”であるとき、すなわち、カメラ１のレンズ２前面にフィルタを入れる動作をさせるときには、ＮＯＲゲート２４には“０”の信号、ＮＯＲゲート２５にはインバータ２３によって反転された“１”の信号が、それぞれ入力される。ここで、フィルタ部材４の光学フィルタ部４ａがレンズ２前面から外れ、電極部４ｂが第２ストッパ６ｂに接触していると、第１ストッパ６ａからは“０”の信号がＮＯＲゲート２４に入力され、第２ストッパ６ｂからは“１”の信号がＮＯＲゲート２５に入力される。
【００３３】
従って、ＮＯＲゲート２４は、“０”，“０”の入力信号によって出力信号Ａが“１”となり、ＮＯＲゲート２５は、“１”，“１”の入力信号によって出力信号Ｂが“０”となる。モータコントローラ２６では、図４に示すように、信号Ａが“１”で信号Ｂが“０”のとき、フィルタ部材４の光学フィルタ部４ａをレンズ２前面に入れる方向にモータ３が回転（正転）するよう、モータ３の通電電流を制御し、モータ３が回り始める。
【００３４】
このモータ３の回転に伴い、フィルタ部材４が回転して電極部４ｂが第２ストッパ６ｂから離れると、ＮＯＲゲート２５の一方の入力信号が“０”となるが、ＮＯＲゲート２５の他方の入力信号すなわちフィルタ出入信号を反転した信号は“１”のままであるため、ＮＯＲゲート２５の出力信号Ｂは“０”のままで、モータ３は正転し続ける。
【００３５】
そして、フィルタ部材４が回転して電極部４ｂが第１ストッパ６ａに接触すると、ＮＯＲゲート２４への一方の入力が“１”となり、ＮＯＲゲート２４の出力信号Ａが“０”となる。すると、モータコントローラ２６では、図４に示す動作論理に従ってモータ３を停止させ、フィルタ部材４の光学フィルタ部４ａがレンズ２前面に位置して停止する。このモータ３にトルクが発生しない状態では、双安定機構７によってフィルタ部材４の電極部４ｂが第１ストッパ６ａに押し付けられて保持され、安定状態が保たれる。
【００３６】
次に、周囲が暗くなってレンズ２前面からフィルタを外す必要が生じた場合には、制御ユニット２０へのフィルタ出入信号が“１”になり、ＮＯＲゲート２４の入力信号が“１”，“１”、ＮＯＲゲート２５の入力信号が“０”，“０”となる。その結果、ＮＯＲゲート２４の出力信号Ａが“０”となって、ＮＯＲゲート２５の出力信号Ｂが“１”となり、モータコントローラ２６では、図４の動作論理に従い、フィルタ部材４の光学フィルタ部４ａをレンズ２前面から外す方向にモータ３を逆転させる。
【００３７】
そして、モータ３の逆転に伴い、フィルタ部材４の電極部４ｂが第１ストッパ６ａから離れると、ＮＯＲゲート２４の一方の入力信号が“０”となるが、ＮＯＲゲート２４の他方の入力信号すなわちフィルタ出入信号は“１”のままであるため、ＮＯＲゲート２４の出力信号Ａは“０”のままでモータ３は逆転し続ける。
【００３８】
その後、フィルタ部材４が電極部４ｂが第２ストッパ６ｂに接触すると、ＮＯＲゲート２５への一方の入力が“１”となり、ＮＯＲゲート２５の出力信号Ｂが“０”となる。すると、モータコントローラ２６では、図４に示す動作論理に従ってモータ３を停止させ、フィルタ部材４の光学フィルタ部４ａがレンズ２前面から外れた状態で停止する。この状態では、双安定機構７によってフィルタ部材４の電極部４ｂが第２ストッパ６ｂに押し付けられて保持され、安定状態が保たれる。
【００３９】
以上のフィルタ出し入れ動作は、実際には、極短い時間（例えば、０．１ｓｅｃ程度）で行われ、モータ３の駆動を高電圧によるパルス的な駆動として応答性を向上することができる。
【００４０】
すなわち、カメラ１の撮像領域が明るいときには、光学フィルタをカメラ１のレンズ２前面に自動的に入れるため、フロントガラスに反射するインストルメントパネルや、そこに置かれた物体の像の映り込みを防止することができ、シャッタ速度が極端に短くなることを防止して画像のスミアを低減することができる。一方、カメラ１の撮像領域が暗いときには、光学フィルタをカメラ１のレンズ２前面から自動的に外すため、感度を低下させることがない。
【００４１】
この場合、フィルタ部材４を樹脂で軽量に形成し、モータ３をパルス的に駆動して動作速度を高めているため、トンネルの出入り等による急激な明るさの変化に対し、応答性良く追従して光学フィルタを出し入れすることができる。また、樹脂によって光学フィルタを形成するため、２台１組のステレオカメラを車両に搭載する場合においても、同じロットの隣接したところから２枚の光学フィルタを形成することにより、透過率のばらつきの少ない光学フィルタとすることができ、応答速度が速いことから、２台のカメラに対応する２組のフィルタ駆動機構に同時に信号を与えることで、実用上、問題ないレベルで２台のカメラに対して光学フィルタを同時に出し入れすることができる。
【００４２】
しかも、安価な小型モータ、安価な樹脂製のフィルタ、単純なバネ機構の組み合わせ、安価な素子の組み合わせによる簡単な制御ユニット２０等によって装置を構成するため、コストを低減することができる。
【００４３】
図５は本発明の実施の第２形態に係わり、フィルタ駆動制御ルーチンのフローチャートである。
【００４４】
本形態は、制御ユニット２０をマイクロコンピュータを中心として構成し、モータ３の制御をソフトウエアによって行うものである。すなわち、制御ユニット２０内のマイクロコンピュータで図５のフィルタ駆動制御ルーチンを所定時間周期で実行してフィルタ出入信号を監視し、このフィルタ出入信号に従ってモータ３を正転、逆転、停止させ、フィルタの出し入れを制御する。
【００４５】
このフィルタ駆動制御ルーチンでは、まず、ステップS101でフィルタ出入信号を調べ、フィルタ出入信号が“０”すなわちフィルタ入のとき、ステップS102へ進んで第１ストッパ６ａからの信号を読み込んでフィルタ部材４の電極部４ｂが第１ストッパ６ａに接触しているか否かを調べる。
【００４６】
そして、第１ストッパ６ａからの信号が“０”のとき、すなわち、フィルタ部材４の電極部４ｂが第１ストッパ６ａに接触していないときには、上記ステップS102からステップS103へ進んでモータ３を正転させ、ルーチンを抜ける。これにより、フィルタ部材４が回転し、電極部４ｂが第１ストッパ６ａに接触すると、上記ステップS102からステップS105へ進んでモータ３が停止され、光学フィルタ部４ａがレンズ２前面の位置で保持される。
【００４７】
一方、上記ステップS101でフィルタ出入信号が“１”すなわちフィルタ出のときには、上記ステップS101からステップS104へ進み、第２ストッパ６ｂからの信号を読み込んでフィルタ部材４の電極部４ｂが第２ストッパ６ｂに接触しているか否かを調べる。
【００４８】
そして、第２ストッパ６ｂからの信号が“０”のとき、すなわち、フィルタ部材４の電極部４ｂが第２ストッパ６ｂに接触していないときには、上記ステップS104からステップS106へ進んでモータ３を逆転させ、ルーチンを抜ける。これにより、フィルタ部材４が前述のフィルタ入の場合の方向とは逆方向に回転し、電極部４ｂが第２ストッパ６ｂに接触すると、上記ステップS104から前述のステップS105へ進んでモータ３が停止され、光学フィルタ部４ａがレンズ２前面から外れた位置で保持される。
【００４９】
本形態においても、安価な構成で、カメラ１のレンズ２前面に、撮像領域の明るさに応じて応答性良く光学フィルタを出し入れすることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車載カメラに対する光学フィルタの出し入れを応答性良く行うことができ、且つ、安価に構成することができる等優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、光学フィルタ装置の全体構成図
【図２】同上、双安定機構の拡大図
【図３】同上、 制御ユニットの構成例を示す説明図
【図４】同上、モータコントローラの動作論理を示す説明図
【図５】本発明の実施の第２形態に係わり、フィルタ駆動制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１  …カメラ
２  …レンズ
３  …モータ
４  …フィルタ部材
４ａ…光学フィルタ部
４ｂ…電極部
６ａ，６ｂ…ストッパ
７ａ…バネ部材
７ｂ…押さえ板
１０…光学フィルタ装置
２０…制御ユニット
【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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