车载摄像机系统、车辆以及偏振元件的制作方法

车载摄像机系统、车辆以及偏振元件
基于参考的并入
1.本技术主张令和1年(2019年)10月15日申请的日本技术即日本专利特愿2019-188354的优先权，通过参考将其内容并入本技术。
技术领域
2.本发明涉及一种车载摄像机系统。


背景技术：

3.作为本技术领域的背景技术，有日本专利特开平11-78737号。该引例中有用于防止仪表盘在前挡玻璃等之上反射而映入摄像机图像的挡风玻璃和摄像机及偏振滤光片的配置相关的记载，记载有如下内容：“一种车辆搭载摄像机，其搭载于车辆中，拍摄车辆前方的行驶环境，构成为将所述摄像机安装在车辆的前挡风玻璃内表面上，而且在所述车辆搭载摄像机的镜头前方配置偏振滤光片。由此，不需要支座安装部，耐振性提高而使得画质提高，而且容易应对每一车型，同时，能够有效防止仪表盘等映入前挡风玻璃”(参考段落[0006])。
[0004]
此外，有日本专利特开2001-94842号。该公报中有应对伴随汽车的前挡玻璃的左右方向的弯曲形成而产生的水平方向以外的反射光的记载，记载有如下内容：“用于通过车体上安装的摄像机来拍摄前挡玻璃前方的景色并通过图像识别来监视行驶状态的图像识别装置，在所述摄像机的前表面安装偏振滤光片，使该偏振滤光片的偏光轴相对于垂直方向而具有根据所述前挡玻璃的曲率决定的偏角”(参考段落[0016])。
[0005]
进而，有日本专利特开2013-31051号。该公报有以下问题相关的记载，即，在将偏振滤光片用于通过偏振滤光片仅使来自弯曲面的反射光(偏振光)选择性地透过之类的用途的情况下，滤光面整个区域内偏光轴(透过轴)都一致的以往的偏振滤光片也只能使来自该弯曲面的一部分的反射光(偏振光)充分透过，来自剩余部分的反射光(偏振光)相关的透过率不足，并记载有如下内容：“一种摄像装置，其经由偏振滤光片、通过图像传感器对来自存在于摄像区域内的物体的光受光，由此对摄像区域内进行拍摄，所述偏振滤光片以相对于具有弯曲面的弯曲面构件的相对位置固定的方式设置，具备将来自该弯曲面的反射光截断或者使反射光选择性地透过的偏振滤光区域，所述图像传感器由将受光元件作二维配置得到的像素阵列构成，该摄像装置的特征在于，上述偏振滤光区域由透过轴方向不同的多个滤光区域部分构成，各滤光区域部分的透过轴方向是根据朝该滤光区域部分入射来的、来自上述弯曲面构件的弯曲面上的反射光的最大偏振分量的偏振方向来设定”(参考权利要求1)。


技术实现要素：

发明要解决的问题
6.在车载摄像机系统中，摄像机以图像形式收录外界的景色及物体，后级的图像处
理系统对物体进行检测及识别，使用该识别结果来控制车辆。为了避开雨滴、泥等异物附着在镜头上的风险，车载摄像机大多设置在车室内，因此，有时会因摄像机前方的玻璃的反射而发生仪表盘等室内的映入，从而降低物体的检测、识别性能。作为其对策，提出有像专利文献1那样使用偏振滤光片来减少反射光的方法。
[0007]
在该反射波减少方法中，在大量反射光的s偏振光为水平方向的状况下，将通过偏振滤光片的光的偏振方向设为垂直方向，由此来降低反射光的强度。但前挡玻璃等摄像机前方的反射体大多具有曲面形状，从而存在相对于摄像机的光轴而言偏振方向左右不对称的情况。因此，揭示有像专利文献2那样使通过的光的偏振方向从垂直方向适度偏斜、由此来应对反射物的左右倾斜的方法。
[0008]
但是，随着近年来车载摄像机的广角化，反射光从广阔的角度入射，s偏振光的方向根据入射方向而不同，并非固定的方向。因而，即便使用以往那样的具有固定偏振方向的偏振元件，也难以充分减少广阔范围的映入。因此，提出有像专利文献3那样使用在同一平面上具有多个偏振方向的滤光片的方法。
[0009]
但是，与生成一致的偏振方向相比，在偏振滤光片的同一平面上形成不同偏振方向的制造方法变得复杂，所以价格高昂。此外，偏振方向的变化越细致或越复杂，制造的困难性便越是增加。解决问题的技术手段
[0010]
展示本技术中揭示的发明的代表性的一例如下。即，一种车载摄像机系统，其从车内拍摄外界，其特征在于，具备：摄像机，其包含将光信号转换为电信号的摄像元件和使光成像的镜头；以及偏振元件，其设置在所述镜头的前表面侧，所述偏振元件对应于光的入射角或入射位置中的至少一方而使得通过所述偏振元件的光的偏振方向发生变化。发明的效果
[0011]
根据本发明，能在广阔视野范围内减少映入。前文所述以外的课题、构成及效果将通过以下实施例的说明来加以明确。
附图说明
[0012]
图1为表示窄视场角车载摄像机系统中的映入的图。图2为表示减少水平方向的s偏振光的偏振元件的图。图3为表示广视场角车载摄像机系统中的映入的图。图4为表示减少斜向的s偏振光的偏振元件的图。图5为表示实施例1的车载摄像机系统以及具有它的车辆的构成例的图。图6为表示形成为筒状的膜状的偏振元件的例子的图。图7为表示立体形状的偏振元件减少反射光的原理的图。图8为表示形成为筒状的膜状的偏振元件的另一例的图。图9为表示形成为筒状的膜状的偏振元件的另一例的图。图10为表示形成为筒状的膜状的偏振元件的另一例的图。图11为表示形成为圆锥台的膜状的偏振元件的例子的图。图12为表示形成为旋转体的一部分的膜状的偏振元件的例子的图。图13为表示使用图8所示的偏振元件的车载摄像机系统以及具有它的车辆的构成
例的图。图14为实施例1的车载摄像机系统的框图。图15为表示前挡玻璃的倾斜为25度时的板状偏振元件的衰减偏振方向的例子的图。图16为表示前挡玻璃的倾斜为45度时的板状偏振元件的衰减偏振方向的例子的图。图17为表示前挡玻璃的倾斜为60度时的板状偏振元件的衰减偏振方向的例子的图。图18为表示前挡玻璃的倾斜为90度时的板状偏振元件的衰减偏振方向的例子的图。图19为表示实施例2的车载摄像机系统以及具有它的车辆的构成例的图。图20为表示实施例2的车载摄像机系统的另一构成例的图。
具体实施方式
[0013]
下面，参考附图，对具有减少车室内的映入的偏振元件、提高物体检测及物体识别的性能的车载摄像机系统以及配备它的车辆的实施例进行说明。
[0014]
首先，使用图1，对本发明的必要性进行说明。图1展示了具有车载摄像机系统200的车辆的前挡玻璃周边，前挡玻璃300设置在车辆的仪表盘310的上部，车载摄像机系统200设置在前挡玻璃300的上部。图中，箭头a表示车辆的行进方向。箭头b、c、d表示从仪表盘310等发出并在前挡玻璃300上反射而入射至摄像机的光线也就是所谓的映入相关光线。在摄像机的视场角较小的情况下，仪表盘等的映入相关光线从下方入射，这些前挡玻璃300造成的反射光的s偏振分量呈水平方向。因此，如图2所示，将通过的光的偏振方向为垂直方向的偏振元件100设置在摄像机系统的镜头镜筒210上，由此能减少大部分的反射光。
[0015]
另一方面，当摄像机的视场角变宽时，如图3所示，映入相关光线c'd'从斜下方入射。此时，例如通过用于减少c'的反射光的偏振滤光片的光的偏振方向须像图4那样朝向斜方。但对于反射光b而言，必须像前文所述那样使通过光的偏振方向与其垂直。如此，以往的偏振滤光片这样的通过光的偏振方向固定的板状的滤光片难以减少从多样的方向入射的映入相关光线。
[0016]
＜实施例1＞对解决以上问题的车载摄像机系统200以及具有它的车辆的例子进行说明。图5为表示本实施例的车载摄像机系统200以及配备它的车辆的构成例的图。图5示意性地展示对未图示的车辆进行左右切割得到的截面。在实施例1中，对如下车载摄像机系统200以及具有它的车辆的例子进行说明：对应于入射到具有立体形状的偏振元件100的光的入射角而连续地改变通过偏振元件100的光的偏振方向，由此来减少映入，提高物体检测及物体识别性能。
[0017]
车载摄像机系统200由未图示的支承件固定在前挡玻璃300上。此外，车载摄像机系统200通过未图示的数据通信单元来输出车辆控制信息并得到车辆信息的输入。车载摄像机系统200在其前表面侧具有偏振元件100。偏振元件100是像图6那样将偏振膜弯成曲面而形成为筒状得到的，通过光的偏振方向如图5的实线箭头所示是与筒的转轴相同的方向，
而且设置成与前挡玻璃300的法线大致平行。车载摄像机系统200设置在筒状偏振元件的一开口部，摄像机的图像全部由通过了偏振元件100的光线来成像。另一开口部由托架400支承而且被堵住，以免外部光从开口部进入，托架400作为防止偏振元件100的内表面的反射光进入摄像机的遮蔽构件发挥功能。
[0018]
图7为表示本实施例使用立体形状的偏振元件来减少从多方向入射的反射光的原理的图。图中，在设想为前挡玻璃的平板的反射面300上配置有圆筒状的偏振元件100。此外，图中展示偏振元件100中的反射光的s偏振光e及f。偏振元件100的转轴(以箭头表示)与反射面300的法线平行，进而，通过偏振元件100的光的偏振方向也与反射面300的法线平行。在反射面300上反射而朝偏振元件的中心轴前进的反射光的s偏振光e、f与行进方向垂直而且与反射面300平行。因而，s偏振光e及f与通过偏振元件100的光的偏振方向垂直，所以，在置于偏振元件的圆筒中的摄像机中可见反射光减少。前文所述的图5也能以同样的原理减少反射光。也就是说，通过偏振元件100的光的偏振方向与自身同摄像机的位置关系无关，是由自身与前挡玻璃等反射体的法线的关系决定。前挡玻璃的倾斜根据车辆不同而不同，卡车和公共汽车呈接近垂直的大致90度，也有10度等小倾斜角的小汽车。在通过偏振元件100的光的偏振方向以反射面的倾斜角α为基准而呈90度(与法线平行)时，能够有效减少反射光。若以摄像机的光轴为基准来表示，则在光轴朝向水平方向的情况下，在为90－α度(例如0度～80度)时能够有效减少反射光。该角度也能以镜筒轴而不是摄像机的光轴为基准。再者，α为任意正数。
[0019]
此外，图5中，以单点划线表示车载摄像机系统200的光轴，以虚线表示车载摄像机系统200的上下视场角。视场角(摄影范围)的上缘在筒状的偏振元件100的托架侧开口部的边界的下侧通过，设计成偏振元件的边界不会映入摄像机图像。换句话说，在利用平板的偏振滤光片来形成前文所述的立体形状的偏振元件100的情况下，开口部宜配置在不进入摄像机视场角的位置。此外，将平板的偏振滤光片卷起时的连接部、后文叙述的形态(图8、图9、图10)的偏振元件100的端部宜配置在不进入摄像机视场角的位置例如上部。
[0020]
图14为本实施例的车载摄像机系统200的构成例的框图。车载摄像机系统200具有包含镜头及摄像元件的摄像机模块201、图像修正部203、物体识别部204以及参数存储器205。摄像机模块201将拍摄到的图像数据送至图像修正部203。图像修正部203根据从参数存储器205读出的参数对从摄像机模块201输入的图像数据的亮度和畸变进行修正，并将修正后的图像数据送至物体识别部204。物体识别部204利用修正后的图像数据来识别物体，根据识别结果来生成控制信号，并将生成的控制信号送至车辆的控制部(例如自动驾驶ecu)。
[0021]
通过像以上那样将圆筒形的偏振元件100以该圆筒的转轴和通过光的偏振方向与前挡玻璃300的法线平行的方式加以设置并在一开口部设置摄像机模块201、在另一开口部设置遮光结构(托架400)，能够对应于入射到偏振元件100的光的入射角而连续地改变通过偏振元件100的光的偏振方向。因而，能跨及宽广的范围来拍摄减少了所谓的映入的图像，从而能提高物体检测和物体识别的性能。
[0022]
本实施例的偏振元件100不限于图6中前文所述的形状，例如也可形成图8、图9、图10那样的柱体的侧面的一部分。具体而言，图8所示的偏振元件100为如下形状：将膜状的偏光板形成为筒状，对两开口部进行了斜切，在上部，圆筒的侧面未闭合。此外，图9所示的偏
振元件100为如下形状：将膜状的偏光板形成为筒状，对摄像机侧的开口部进行了斜切，以与轴平行的方式将侧面的上部切除。此外，图10所示的偏振元件100为如下形状：将膜状的偏光板形成为筒状，对摄像机侧的开口部进行了斜切，以与轴平行且比图9大的方式将侧面的上部切除。如此，在去除了不会入射反射光的上方的偏振膜的形状下，也获得同样的效果。此外，偏振元件100也可为车载摄像机系统200侧的直径比前挡玻璃300侧小的形状。即，也可为像图11所示那样形成圆锥台的一部分的形状，也可为像图12那样一开口部的直径较小以应对前挡玻璃300的左右方向的曲面的形状。其中，在这样的情况下，也较理想为开口部被摄像机和托架400等覆盖的结构，以免在偏振元件100的内面发生反射。使用图8所示的形状的偏振元件100的情况下的前挡玻璃300、托架400以及车载摄像机系统200的位置关系示于图13。托架400呈对偏振元件100的前挡玻璃侧的开口部进行遮光的形状。
[0023]
此外，在本实施例中，通过偏振元件100的光的偏振方向与前挡玻璃300的法线平行，但本发明并不限于此。即，可像前面说明的那样以圆筒形或圆锥形的偏振元件100的转轴与偏振方向成平行的直线的方式形成偏振元件100，但也能以偏振元件100的转轴与偏振方向具有规定角度的方式形成偏振元件100。即便偏振方向与转轴不平行，也会获得反射光减少的效果。例如，对前挡玻璃300的倾斜为30度的车辆和前挡玻璃300的倾斜为40度的车辆运用将偏振元件100的转轴与摄像机的光轴的角度设为55度、或将通过偏振元件100的光的偏振方向与摄像机的光轴的角度设为55度的车载摄像机系统200，也会获得一定的效果。此外，虽然能以圆筒形或圆锥形的偏振元件100的转轴与偏振方向成平行的直线的方式由曲面来形成偏振元件100，但也能以成为圆筒形或圆锥形的偏振元件100的转轴与偏振方向具有规定角度的曲线的方式由曲面来形成偏振元件100。
[0024]
此外，在本实施例中，车载摄像机系统200经由未图示的支承件支承在前挡玻璃300上，但本发明并不限于此。车载摄像机系统200支承在车顶也会获得同样的效果。
[0025]
进而，在本实施例中，摄像机前方的反射体为前挡玻璃300，但本发明并不限于此。对于拍摄后方的摄像机而言反射体为后挡玻璃，对于拍摄横向的摄像机而言反射体为侧窗玻璃，而在该情况下也会获得同样的效果。
[0026]
此外，在摄像机系统为立体摄像机的情况下也会获得同样的效果。但在车载摄像机系统200为立体摄像机的情况下，较理想为考虑左右各个摄像机前方的前挡玻璃300往左右方向倾斜这一情况而使右摄像机的偏振元件的转轴朝向右上方、使左摄像机的偏振元件的转轴朝向左上方。
[0027]
进一步地，在减少图像畸变方面，较理想为减薄偏振元件的厚度。例如，较理想设为厚度0.1～0.2mm左右的通用偏振膜。
[0028]
此外，在出厂前对拍摄到的图像的畸变和亮度进行调整的校准工序中，出于调整精度的观点，较理想为对摄像机模块201组合偏振元件来实施调整。另一方面，在存在工序顺序的限制的情况下，也可在单独的摄像机模块中调整亮度、在组合偏振元件后调整图像畸变。此外，也可使用调整用的偏振元件进行调整来代替在单独的摄像机模块201中实施的调整。
[0029]
＜实施例2＞在实施例1中，通过将偏振元件形成为立体形状而根据去往偏振元件的光的入射角来连续地改变通过偏振元件的光的偏振方向。在摄像机的镜头为广角镜头的情况下，入
射的光线中包含不在摄像设备上成像的光线，从特定方向入射的光当中，仅通过与光轴垂直的面上的特定位置的光线有助于成像。因此，使用板状的偏振元件而根据去往偏振元件的光的入射位置来连续地改变通过偏振元件的光的偏振方向。在实施例2中，对如下车载摄像机系统200以及具有它的车辆的例子进行说明：对应于去往平面状的偏振元件100的光的入射位置而连续地改变通过偏振元件100的光的偏振方向，由此来减少映入、提高物体检测及物体识别性能。
[0030]
再者，在实施例2中，省略具有与实施例1相同的功能的构成的说明，主要对不同的构成进行说明。
[0031]
图15为表示平面状的偏振元件150的图。图中的点线表示偏振方向当中与通过偏振元件100的光的偏振方向正交的、因反射或吸收而衰减的光的偏振方向(以下记作衰减偏振方向)。衰减偏振方向以二次函数的曲线或椭圆表示，偏振元件150的上侧为下凸的曲线，越往下侧越平坦，更下侧为上凸的曲线。
[0032]
该曲线根据偏振元件150的法线与反射体即前挡玻璃300的倾斜的相对角度而不同。在摄像机的光轴以及偏振元件150的法线为水平方向的情况下，图15展示前挡玻璃300的倾斜为25度的情况下的衰减偏振方向的曲线，图16展示前挡玻璃300的倾斜为45度的情况下的衰减偏振方向的曲线，图17展示前挡玻璃300的倾斜为60度的情况下的衰减偏振方向的曲线，图18展示前挡玻璃300的倾斜为90度的情况下的衰减偏振方向的曲线。
[0033]
图19为表示本实施例的车载摄像机系统200以及配备它的车辆的构成例的图。图19中，车载摄像机系统200由未图示的支承件固定在前挡玻璃300上。此外，车载摄像机系统200通过未图示的数据通信单元来输出车辆控制信息并得到车辆信息的输入。车载摄像机系统200在其前表面侧具有偏振元件150，偏振元件150支承在车载摄像机系统200上。
[0034]
如上所述，在平面状的偏振元件150中，根据平面上的位置来改变偏振方向，尤其是将衰减偏振方向形成为下凸或上凸的二次函数的曲线状或椭圆状，由此能根据去往偏振元件150的光的入射位置来连续地改变通过偏振元件的光的偏振方向。因而，能跨及宽广的范围来拍摄减少了所谓的映入的图像，从而能提高物体检测和物体识别的性能。
[0035]
使用相移量根据位置而不同的相位板和偏振方向固定的偏振元件也能实现本实施例的平面状的偏振元件150。此时，能以摄像机的上下截止波长的中间的波长或者550nm左右等来设计相移量。
[0036]
此外，在摄像机系统为立体摄像机的情况下也会获得同样的效果，但如图20所示，也可考虑左右的摄像机200l、200r前方的前挡玻璃300往左右方向倾斜这一情况而使右摄像机200r用的偏振元件150r的法线往右前方倾斜微小量、使左摄像机200l用的偏振元件150l的法线往左前方倾斜微小量。即，在图20所示的形态下，在左右的摄像机200l、200r各方中，偏振元件150l、150r的法线方向呈与镜头的光轴以及镜头镜筒轴不一样的方向。
[0037]
如以上所说明，本发明的实施例的车载摄像机系统200具备：摄像机(摄像机模块201)，其包含将光信号转换为电信号的摄像元件和使光成像的镜头；以及偏振元件100、150，其设置在所述镜头的前表面，偏振元件100、150对应于光的入射角或入射位置中的至少一方而使得通过偏振元件100、150的光的偏振方向发生变化，所以能在广阔视野范围内拍摄减少了映入(反射光)的图像，物体检测性能及物体识别性能提高，从而能提供更安全的车载摄像机系统200以及具有它的车辆。
[0038]
此外，偏振元件100、150对应于光的入射角或入射位置中的至少一方而使得通过偏振元件100、150的光的偏振方向连续地变化，所以能减少图像的畸变，从而能提高物体检测性能及物体识别性能。
[0039]
此外，偏振元件100是通过形成曲面而使得通过的光的偏振方向相对于入射方向发生变化，尤其是偏振元件100由柱体或圆锥台的至少一部分(例如侧面的一部分)形成，所以能使用廉价的市售偏振板来制作偏振元件100。
[0040]
此外，偏振元件100的衰减偏振方向呈曲线。尤其是通过偏振元件100的光的偏振方向呈与所述柱体或所述圆锥台的轴平行的直线，所以能有效减少反射光。
[0041]
此外，通过偏振元件100的光的偏振方向是与镜头的光轴或镜头镜筒轴成0度～80度的角度，所以能有效减少反射光。
[0042]
此外，通过偏振元件100的光的偏振方向与摄像机前方的反射物(前挡玻璃300)的法线大致平行，所以能有效减少反射光。
[0043]
此外，偏振元件100中，前方侧的开口部被遮光结构(托架400)堵住，另一开口部被摄像机(车载摄像机系统200)堵住，所以能挡住直接入射至偏振元件100的内表面的光，从而能提高物体检测性能及物体识别性能。
[0044]
此外，偏振元件100的端部及连接部设置在摄像机的视场角外，所以能减少图像的畸变，从而能提高物体检测性能及物体识别性能。
[0045]
此外，偏振元件150中，衰减的光的偏振方向以具有1以下的极值的曲线表示，所述曲线具有在所述偏振元件上越往上方便越是下凸的大的曲率，并且具有越往下方便越是下凸的小的曲率，或者，具有在偏振元件150上越往上方便越是下凸的大的曲率，并且具有越往下方便越是上凸的大的曲率，所以，可以使用平面的偏光板来对应于光的入射位置而改变通过偏振元件150的光的偏振方向，使得车载摄像机系统200的结构变得简易，能使组装变得容易。
[0046]
此外，所述曲线的曲率连续地变化，所以能减少图像的畸变，从而能提高物体检测性能及物体识别性能。
[0047]
此外，具有平面形状的偏振元件150的法线方向是与所述镜头的光轴及镜头镜筒轴不一样的方向，所以，即便前挡玻璃300为曲面，也能有效减少反射光。
[0048]
再者，本发明包含随附权利要求书的宗旨内的各种变形例及同等构成，并不限定于前文所述的实施例。例如，前文所述的实施例是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，本发明并非一定限定于具备说明过的所有构成。此外，也可将某一实施例的构成的一部分替换为其他实施例的构成。此外，也可对某一实施例的构成加入其他实施例的构成。此外，也可对各实施例的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。
[0049]
此外，前文所述的各构成、功能、处理部、处理方法等例如可通过利用集成电路进行设计等而以硬件来实现它们的一部分或全部，也可通过由处理器解释并执行实现各个功能的程序而以软件来实现。
[0050]
实现各功能的程序、表格、文件等信息可以存放在存储器、硬盘、ssd(solid state drive)等存储装置或者ic卡、sd卡、dvd等记录介质中。
[0051]
此外，控制线和信息线展示的是认为说明上需要的部分，未必展示了实际部署上所需的所有控制线和信息线。实际上，可认为几乎所有构成都相互连接在一起。