(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像素子の長手方向において広い画角を確保しながら高解像、低歪を実現する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子の長手方向において、光軸長手解像度曲線Ｈ０に従って解像度が変化し、光軸から離れた位置では、離点長手解像度曲線Ｈ１などに従って解像度が変化し、短手方向において、光軸短手解像度曲線に従って解像度が変化し、光軸から離れた位置では、離点短手解像度曲線などに従って解像度が変化し、離点長手解像度曲線Ｈ１などは、光軸長手解像度曲線Ｈ０に倣い、かつ解像度が高く、離点短手解像度曲線などは、光軸短手解像度曲線に倣い、かつ解像度が高くなる形状を有する自由曲面レンズを備える撮像装置。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像画素が矩形領域に行列状に配置される撮像素子と、
前記撮像素子の矩形領域に結像させる自由曲面レンズを有するレンズ系と、を備え、
前記レンズ系は、
前記矩形領域の長手方向において、
前記レンズ系の光軸から少なくとも一方の端部である第一端部に向かうに従い解像度が増加する光軸長手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記光軸から短手方向に離れた位置から前記第一端部に向かうに従い解像度が増加する離点長手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記矩形領域の短手方向において、
前記レンズ系の光軸から少なくとも一方の端部である第二端部に向かうに従い解像度が増加する光軸短手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記光軸から長手方向に離れた位置から前記第二端部に向かうに従い解像度が増加する離点短手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記離点長手解像度曲線は、前記光軸長手解像度曲線の曲線形状に倣い、かつ前記光軸長手解像度曲線の解像度よりも高く、
前記離点短手解像度曲線は、前記光軸短手解像度曲線の曲線形状に倣い、かつ前記光軸短手解像度曲線の解像度よりも高くなるように前記矩形領域に結像させることのできる形状を有する自由曲面レンズを備える
撮像装置。
【請求項２】
前記レンズ系は、
前記光軸上に存在する第一撮像対象の前記矩形領域に結像する第一像の短手方向の長さである光軸短手長と、前記光軸、および前記第一撮像対象を通過する長手方向において前記光軸から離れた位置に存在し短手方向において前記第一撮像対象と同じ長さの第二撮像対象の前記矩形領域に結像する第二像の短手方向の長さである離点短手長とが同じになるように形状が調整された前記自由曲面レンズを備える
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記レンズ系は、
前記光軸上に存在する第一撮像対象の前記矩形領域に結像する第一像の長手方向の長さである光軸長手長と、前記光軸、および前記第一撮像対象を通過する長手方向において前記光軸から離れた位置に存在し長手方向において前記第一撮像対象と同じ長さの第二撮像対象の前記矩形領域に結像する第二像の長手方向の長さである離点長手長とが同じになるように形状が調整された前記自由曲面レンズを備える
請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記離点長手解像度曲線は、前記光軸長手解像度曲線から遠ざかるに従い解像度が増加し、
前記離点短手解像度曲線は、前記光軸短手解像度曲線から遠ざかるに従い解像度が増加する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記レンズ系の短手方向における画角に対する長手方向における画角の比は、前記撮像素子の矩形領域の短手方向における長さに対する長手方向における長さの比以上である
請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、所定の領域内の撮像対象を画像データとして生成する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両前方の情報を多く取得するため、車載光学カメラでは水平面内における画角の広角化が求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、回転対称な非球面レンズを用いて良好な光学性能を維持しつつ、小型かつ軽量で、超広角化を実現できるレンズを備えた撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７６７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、広く用いられているアスペクト比の汎用的な撮像素子を用いる場合、従来の回転対称のレンズを備えた撮像装置で広画角化を図ると、水平方向の画角ばかりでなく、垂直方向の画角も拡大されるため、空や自動車のボンネットなど車載カメラとしては不要な対象物まで広範囲に撮像することになる。例えば画角が１００ｄｅｇなどの広画角化が進むにつれて、例えば走行方向前方の信号や標識などの車載カメラとして必要な領域の解像度が低下する。
【０００６】
以下、自由曲面レンズを用いることにより所定のアスペクト比の撮像素子であっても必要な撮像領域を高解像度とすることができる撮像装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示にかかる撮像装置は、複数の撮像画素が矩形領域に行列状に配置される撮像素子と、前記撮像素子の矩形領域に結像させる自由曲面レンズを有するレンズ系とを備え、前記レンズ系は、前記矩形領域の長手方向において、前記レンズ系の光軸から少なくとも一方の端部である第一端部に向かうに従い解像度が増加する光軸長手解像度曲線に従って解像度が変化し、前記光軸から短手方向に離れた位置から前記第一端部に向かうに従い解像度が増加する離点長手解像度曲線に従って解像度が変化し、前記矩形領域の短手方向において、前記レンズ系の光軸から少なくとも一方の端部である第二端部に向かうに従い解像度が増加する光軸短手解像度曲線に従って解像度が変化し、前記光軸から長手方向に離れた位置から前記第二端部に向かうに従い解像度が増加する離点短手解像度曲線に従って解像度が変化し、前記離点長手解像度曲線は、前記光軸長手解像度曲線の曲線形状に倣い、かつ前記光軸長手解像度曲線の解像度よりも高く、前記離点短手解像度曲線は、前記光軸短手解像度曲線の曲線形状に倣い、かつ前記光軸短手解像度曲線の解像度よりも高くなるように前記矩形領域に結像させることのできる形状を有する自由曲面レンズを備える。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本開示の撮像装置は、自由曲面レンズを用いることで所定のアスペクト比の撮像素子を用いても、撮像素子の長手方向において広画角を維持しつつ、直交する短手方向においては低画角化することにより、所定の撮像領域の高解像度化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、移動体に取り付けられた撮像システム、および水平面内の画角を示す平面図である。
【図２】図２は、移動体に取り付けられた撮像システム、および垂直面内の画角を示す側面図である。
【図３】図３は、撮像システムの機構部と機能部を移動体のＥＣＵと共に示すブロック図である。
【図４】図４は、光軸を含む水平面でレンズ系を仮想的に切断した断面を示す構成図である。
【図５】図５は、光軸を含む垂直面でレンズ系を仮想的に切断した断面を示す構成図である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るレンズ系により結像した画像の状態を、従来のレンズ系により結像した画像と比較して示す図である。
【図７】図７は、同形状で長手方向の位置の異なる３つの撮像対象をレンズ系により結像した画像の状態を示す図である。
【図８】図８は、それぞれの長手解像度曲線を撮像領域に対応付けて示す図である。
【図９】図９は、それぞれの短手解像度曲線を撮像領域に対応付けて示す図である。
【図１０】図１０は、光軸に垂直な面内で人が左から右に歩いた場合の画像の状態を、従来のレンズ系の場合と比較して示す図である。
【図１１】図１１は、他のレンズ系により結像した画像の状態を、実施の形態のレンズ系により結像した画像と比較して示す図である。
【図１２】図１２は、他のレンズ系に基づくそれぞれの長手解像度曲線を撮像領域の最重点領域に対応付けて示す図である。
【図１３】図１３は、他のレンズ系に基づくそれぞれの短手解像度曲線を撮像領域の最重点領域に対応付けて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本開示に係る撮像装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本開示に係る撮像装置の一例を示したものに過ぎない。従って本開示は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が確定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００１１】
また、図面は、本開示のために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
【００１２】
図１は、移動体に取り付けられた撮像システム、および水平面内の画角を示す平面図である。図２は、移動体に取り付けられた撮像システム、および垂直面内の画角を示す側面図である。図３は、撮像システムの機構部と機能部を移動体のＥＣＵと共に示すブロック図である。これらの図に示すように、撮像装置１００は、画像解析部１５１を有する撮像システム１５０に備えられている。また、撮像装置１００を備える撮像システム１５０は、車両などの移動体２００に取り付けられており、画像解析部１５１の画像解析の結果を移動体２００の走行などを制御するＥＣＵ２０１（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）に出力することができるものとなっている。
【００１３】
移動体２００は、撮像システム１５０が取り付けられた状態で空間を移動する装置である。本実施の形態の場合、移動体２００は、人を乗せて道路上を移動することができる自動車などの車両である。
【００１４】
図４は、光軸を含む水平面でレンズ系、および撮像素子を仮想的に切断した断面を示す構成図である。図５は、光軸を含む垂直面でレンズ系、および撮像素子を仮想的に切断した断面を示す構成図である。これらの図に示すように、撮像装置１００は、例えば、移動体２００の前方に仮想的に存在する撮像領域３００（図１、図２参照）に含まれる第一撮像対象３０１、第二撮像対象３０２、第三撮像対象３０３などの撮像対象を画像データとして撮像システム１５０の画像解析部１５１に出力することができる装置であって、レンズ系１１０と、撮像素子１２０と、を備えている。
【００１５】
撮像素子１２０は、複数の撮像画素が撮像面である矩形領域に行列状に配置され、レンズ系１１０により撮像面に結ばれた像を複数の撮像画素により画像データに変換することができる素子である。具体的に例えば、撮像素子１２０は、ＣＭＯＳやＣＣＤなどのいわゆるイメージングセンサである。撮像素子１２０の矩形領域のアスペクト比は、特に限定されるものではないが、汎用的な撮像素子１２０のアスペクト比としては、１６：９、４：３等を例示することができる。本実施の形態の場合、図４、図５に示すように、撮像素子１２０の矩形領域のアスペクト比（ＨＷ：ＶＷ）、は１６：９が採用されており、移動体２００の通常走行時において撮像素子１２０の長手方向が水平面と平行になるように撮像システム１５０が移動体２００に取り付けられている。
【００１６】
レンズ系１１０は、撮像領域３００に含まれる撮像対象の像を撮像素子１２０の矩形領域である撮像面に結像させる装置であり、複数のレンズや絞り、フィルターなどの組み合わせにより構成されるものである。また、レンズ系１１０が備える複数のレンズの少なくとも１つは、自由曲面レンズである。本実施の形態の場合、レンズ系１１０は、自由曲面レンズとして第一自由曲面レンズ１２１と第二自由曲面レンズ１２２とを備えている。
【００１７】
従来の回転対称のレンズからなる画角が１００°程度の広角レンズを用いた場合、撮像素子１２０の矩形領域のアスペクト比通りに結像した画像が切り取られ、図６の従来画像４９９の様な状態となる。この場合、従来画像４９９に示した上側の破線より上の部分（空などに対応する部分）や、下側の破線より下の部分（ダッシュボードなどに対応する部分）は、移動体２００の走行に必要な情報がほとんど含まれていない。
【００１８】
本実施の形態の場合、レンズ系１１０は、第一自由曲面レンズ１２１、第二自由曲面レンズ１２２等の自由曲面レンズにより、長手方向（図中左右方向）の画角を従来と同様としつつ、短手方向（図中上下方向）の画角を従来よりも小さく抑えた画像４００を結像する。つまり、図６の左図が示す画像の二本の破線で挟んだ領域が、レンズ系１１０では、短手方向に伸長された状態の画像４００を撮像領域に結像する。具体的に例えば、レンズ系１１０の短手方向における画角に対する長手方向における画角の比は、前記撮像素子の矩形領域の短手方向における長さに対する長手方向における長さの比以上である。
【００１９】
また、本実施の形態の場合、レンズ系１１０は、図１、図２に示すように光軸１１９上に存在する第一撮像対象３０１の矩形領域に結像する第一像３１１（図７参照）の短手方向の長さである光軸短手長ＶＬ１と、光軸１１９、および第一撮像対象３０１を通過する長手方向において光軸１１９から離れた位置に存在し短手方向において第一撮像対象３０１と同じ長さの第二撮像対象３０２の矩形領域に結像する第二像３１２の短手方向の長さである第一離点短手長ＶＬ２とが同じになるように形状が調整された自由曲面レンズを備えている。さらに本実施の形態の自由曲面レンズは、第一撮像対象３０１に対し第二撮像対象３０２と反対側に位置する第三撮像対象３０３（短手方向の長さは第一撮像対象３０１と同じ）の第三像３１３の第二離点短手長ＶＬ３も光軸短手長ＶＬ１と同じになるように形状が調整されている。つまり、本実施の形態の場合、光軸１１９に対し垂直な撮像領域３００において長手方向に並ぶ同じ長さの撮像対象は、同じ長さの像としてレンズ系１１０は、撮像素子１２０の矩形領域に結像する。
【００２０】
また、レンズ系１１０は、光軸１１９上に存在する第一撮像対象３０１の撮像素子１２０の矩形領域に結像する第一像３１１の長手方向の長さである光軸長手長ＨＬ１と、光軸１１９、および第一撮像対象３０１を通過する長手方向において光軸１１９から離れた位置に存在し長手方向において第一撮像対象３０１と同じ長さの第二撮像対象３０２の矩形領域に結像する第二像３１２の長手方向の長さである第一離点長手長ＨＬ２とが同じになるように形状が調整された自由曲面レンズを備えている。さらに本実施の形態の自由曲面レンズは、第三撮像対象３０３（長手方向の長さは第一撮像対象３０１と同じ）の第三像３１３の第二離点長手長ＨＬ３も光軸長手長ＨＬ１と同じになるように形状が調整されている。つまり、本実施の形態の場合、光軸１１９に対し垂直な撮像領域３００において長手方向に並ぶ同じ幅の撮像対象は、レンズ系１１０により同じ幅の像として撮像素子１２０の矩形領域に結像する。
【００２１】
図８は、それぞれの長手解像度曲線を撮像領域に対応付けて示す図である。レンズ系１１０は、撮像素子１２０の矩形領域の長手方向において、レンズ系１１０の縦光軸位置ＰＶ０（図９参照）から少なくとも一方の端部である第一端部４１１に向かうに従い、図８の下のグラフに示すように、解像度が増加する光軸長手解像度曲線Ｈ０に従って解像度が変化する。また、横光軸位置ＰＨ０から短手方向に離れた縦第一位置ＰＨ１から第一端部４１１に向かうに従い解像度が増加する第一離点長手解像度曲線Ｈ１に従って解像度が変化する。
【００２２】
本実施の形態の場合、短手方向において横光軸位置ＰＨ０に対して縦第一位置ＰＨ１と反対側の等距離にある縦第二位置ＰＨ２の位置においては、さらに短手方向において縦光軸位置ＰＨ０に対して縦第一位置ＰＨ１よりも遠い位置にある縦第三位置ＰＨ３、および縦光軸位置ＰＨ０に対して縦第二位置ＰＨ２よりも遠い位置にある縦第四位置ＰＨ４においては、それぞれ第三離点長手解像度曲線Ｈ３、および第四離点長手解像度曲線Ｈ４に従って解像度が変化する。なお本実施の形態の場合、第一離点長手解像度曲線Ｈ１、および第二離点長手解像度曲線Ｈ２は同一であり、第三離点長手解像度曲線Ｈ３、および第四離点長手解像度曲線Ｈ４は同一である。また、各離点長手解像度曲線は、光軸１１９の位置を中心として左右どちらの方向に向かうに従っても同じ割合で解像度が増加する。
【００２３】
図９は、それぞれの短手解像度曲線を撮像領域に対応付けて示す図である。レンズ系１１０は、撮像素子１２０の矩形領域の短手方向において、レンズ系１１０の横光軸位置ＰＨ０（図８参照）から少なくとも一方の端部である第二端部４１２に向かうに従い図９の下のグラフに示すように、解像度が増加する光軸短手解像度曲線Ｖ０に従って解像度が変化する。また、縦光軸位置ＰＶ０から長手方向に離れた横第一位置ＰＶ１から第二端部４１２に向かうに従い解像度が増加する第一離点短手解像度曲線Ｖ１に従って解像度が変化する。
【００２４】
本実施の形態の場合、長手方向において縦光軸位置ＰＶ０に対して横第一位置ＰＶ１と反対側の等距離にある横第二位置ＰＶ２の位置においては、さらに長手方向において縦光軸位置ＰＶ０に対して横第一位置ＰＶ１よりも遠い位置にある横第三位置ＰＶ３、および縦光軸位置ＰＶ０に対して横第二位置ＰＶ２よりも遠い位置にある横第四位置ＰＶ４においては、それぞれ第三離点短手解像度曲線Ｖ３、および第四離点短手解像度曲線Ｖ４に従って解像度が変化する。なお、本実施の形態の場合、第一離点短手解像度曲線Ｖ１、および第二離点短手解像度曲線Ｖ２は同一であり、第三離点短手解像度曲線Ｖ３、および第四離点短手解像度曲線Ｖ４は同一である。また、各離点短手解像度曲線は、光軸１１９の位置を中心として上下どちらの方向に向かうに従っても同じ割合で解像度が増加する。
【００２５】
さらに、各離点長手解像度曲線は、光軸長手解像度曲線Ｈ０の曲線形状に倣い、かつ光軸長手解像度曲線Ｈ０の解像度よりも高い。また、各離点短手解像度曲線は、光軸短手解像度曲線の曲線形状Ｖ０に倣い、かつ光軸短手解像度曲線Ｖ０の解像度よりも高い。さらに、各離点長手解像度曲線は、光軸長手解像度曲線Ｈ０から遠ざかるに従い解像度が増加し、各離点短手解像度曲線は、光軸短手解像度曲線Ｖ０から遠ざかるに従い解像度が増加する。
【００２６】
以上の様に水平方向の画角に対し極端に狭い（例えば半分以下）垂直方向の画角を実現し、矩形領域内に均等に配置された撮像画素を備える撮像素子１２０に対し前記解像度を実現できる自由曲面レンズは、以下のような形状を備えている。即ち、図４、図５の第一自由曲面レンズ１２１、および第二自由曲面レンズ１２２に示すように、光軸１１９と長手方向（図中左右方向）とを含む平面（水平面）の断面形状と、光軸１１９と短手方向（図中上下方向）とを含む平面（垂直面）の断面形状とが異なるレンズである。また、自由曲面レンズとは、結像のために光を屈折させる面が、非円弧状、かつ光軸１１９を中心として少なくとも１８０°を除く所定の回転角においては回転対称ではないレンズである。なお、シリンドリカルレンズも円弧状レンズの一種として、自由曲面レンズとは異なるレンズとする。本明細書、および特許請求の範囲において回転対称とは光軸を中心とする全周において回転対称となる形状を示している。
【００２７】
また、自由曲面レンズの材質は、特に限定されるものではないが、ガラスや樹脂などを例示することができる。自由曲面レンズの製造方法も特に限定されるものではないが、例えば、金型などの型を用いて自由曲面レンズを成形する製造方法を例示することができる。
【００２８】
また、光軸１１９とは、原則、撮像素子１２０の撮像面の中央（中心）を通過し、撮像面に垂直な仮想線である。なお、レンズ系１１０が光を反射するミラーやプリズムなどを備えている場合は、光軸１１９は反射によって屈曲する場合がある。
【００２９】
また、解像度とは、単位画角に含まれる像を撮像する撮像画素の多さである。本実施の形態の場合、解像度は画像４００の四隅が最も高く、光軸１１９を含むその近傍が最も低い。
【００３０】
以上のレンズ系１１０を備えた撮像装置１００によれば、撮像素子１２０の長手方向において広い画角を確保する場合でも、短手方向においては長手方向全体にわたって長手方向の画角よりも狭い画角になる。具体的には、撮像素子１２０の矩形領域の長手方向の長さに対する短手方向の長さの比よりも長手方向の画角（例えば１００°）に対する短手方向の画角（例えば５６°）の比が小さくなる画角などにすることができる。従って短手方向においては小さな画角に矩形領域の全ての撮像画素を割り振ることができ、単位画角に含まれる撮像画素が相対的に増加する。このため、全周にわたって回転対称のレンズからなる長手方向において同じ画角を実現できるレンズ系を備えた撮像装置よりも少なくとも短手方向において高解像度な画像を確保することが可能になる。
【００３１】
画像解析部１５１は、撮像素子１２０から取得した画像データを解析する処理部であり、例えば得られた画像に人が存在するか否かなどを判断する。撮像装置１００から得られる画像データは、回転対称のレンズを備えた従来の撮像装置に比べ、光軸１１９から離れた像の歪が大きくないため、画像解析部１５１は、取得した画像データからレンズ系による歪を除去する画像処理を実行する必要がなく、撮像から判定までに時間を短縮することができる。また、撮像装置１００は、光軸１１９から離れるほど解像度が高くなる画像データを出力するため、画像解析部１５１は、画角の端部に存在する撮像対象、例えば、信号機、標識等を解像度の高いデータで解析することができるため解析精度が向上する。また、移動体２００の側方から近づいてくるため、急にフレームインする人、車両などの撮像対象を、画像解析部１５１は、高い解像度で解析することができ、移動体２００の緊急回避に必要なデータを正確かつ高速にＥＣＵ２０１に提供することが可能となる。
【００３２】
また、本実施の形態の場合、図１０の上段に示すように、撮像対象である人が光軸１１９に直交する平面に沿って左から右に移動する場合、撮像装置１００による画像データから得られる人の像のアスペクト比は、図１０の中段に示すように変化しない。
【００３３】
図１０の下段に示すように従来のレンズ系を備えた撮像装置による画像データは、撮像対象である人が光軸１１９に直交する平面に沿って左から右に移動すると人の像のアスペクト比が変化するため、画像解析部１５１は、像の位置によって像のアスペクト比を補正して像が人か否かを判断するが、本実施の形態の自由曲面レンズを備えた撮像装置１００であれば、長手方向（左右方向）の位置にかかわらずアスペクト比が同じになるため、画像解析部１５１は、像の位置による補正をすることなく、アスペクト比から像が人か否かを比較的高速に判断することができる。
【００３４】
また、本実施の形態の撮像装置１００は、光軸１１９に直交する平面において長手方向に並ぶ同一形状（大きさも同じ）の撮像対象は、同一形状の像を含む画像データとして出力するため、レンズ系の特徴に基づく補正をすることなく、同一アスペクト比の像の大きさの違いを用いて撮像対象と撮像装置１００との距離の変化を導出することも可能となる。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
【００３６】
例えば、上記実施の形態では、撮像素子１２０の長手方向が水平面に含まれる場合を説明したが、撮像素子１２０の長手方向が鉛直線に沿って配置されていてもかまわない。例えば、ドローンなどの移動体２００であって、進行方向から下方に至るまでの広い範囲を撮像する場合などに有効である。
【００３７】
また、図１１に示すように、上記実施の形態でレンズ系１１０が撮像する撮像領域を注目領域とした場合、長手方向の画角（例えば１００°）を維持しつつ、短手方向の画角の中央領域（例えば−１０°〜１０°）を最重点領域としてもよい。注目領域において、最重点領域とそれ以外の領域に分けることで、最重点領域は実施形態１の手法を用いるが、最重点領域以外は上記実施の形態の解像度特性を満たす必要がなく、例えば通常レンズと同等の解像度特性でも構わない。
【００３８】
図１２、図１３は最重点領域における解像度曲線の特性を示す図である。最重点領域だけに着目した場合、長手方向の解像度曲線は図１２に示すように表され、短手方向の解像度曲線は図１３に示すように表される。そのため、光学設計側の負担を減らしたい場合（例えば小型化）、図１２、図１３に示す解像度曲線の特性を満たすだけでよく、より柔軟な光学設計が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
撮像装置は、自動車、航空機、船舶など人を乗せて移動する移動体、ドローンや搬送装置など人を乗せることなく移動する移動体、さらには、ロボットのアームの先端などの移動体などに利用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  撮像装置
１１０  レンズ系
１１９  光軸
１２０  撮像素子
１２１  第一自由曲面レンズ
１２２  第二自由曲面レンズ
１５０  撮像システム
１５１  画像解析部
２００  移動体
３００  撮像領域
３０１  第一撮像対象
３０２  第二撮像対象
３０３  第三撮像対象
３１１  第一像
３１２  第二像
３１３  第三像
４００  画像
４１１  第一端部
４１２  第二端部
４９９  従来画像
【図１】
2020194000.tif 000003
【図２】
2020194000.tif 000004
【図３】
2020194000.tif 000005
【図４】
2020194000.tif 000006
【図５】
2020194000.tif 000007
【図６】
2020194000.tif 000008
【図７】
2020194000.tif 000009
【図８】
2020194000.tif 000010
【図９】
2020194000.tif 000011
【図１０】
2020194000.tif 000012
【図１１】
2020194000.tif 000013
【図１２】
2020194000.tif 000014
【図１３】
2020194000.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月27日(2019.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像画素が矩形領域に行列状に配置される撮像素子と、
前記撮像素子の矩形領域に結像させる自由曲面レンズを有するレンズ系と、を備え、
前記レンズ系は、
前記矩形領域の長手方向において、
前記レンズ系の光軸上に存在する第一撮像対象の前記矩形領域に結像する第一像の短手方向の長さである光軸短手長と、前記光軸、および前記第一撮像対象を通過する長手方向において前記光軸から離れた位置に存在し短手方向において前記第一撮像対象と同じ長さの第二撮像対象の前記矩形領域に結像する第二像の短手方向の長さである離点短手長とが同じになるように形状が調整された前記自由曲面レンズを備える
撮像装置。
【請求項２】
前記レンズ系は、
前記矩形領域の長手方向において、
前記光軸から少なくとも一方の端部である第一端部に向かうに従い解像度が増加する光軸長手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記光軸から短手方向に離れた位置から前記第一端部に向かうに従い解像度が増加する離点長手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記矩形領域の短手方向において、
前記レンズ系の光軸から少なくとも一方の端部である第二端部に向かうに従い解像度が増加する光軸短手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記光軸から長手方向に離れた位置から前記第二端部に向かうに従い解像度が増加する離点短手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記離点長手解像度曲線は、前記光軸長手解像度曲線の曲線形状に倣い、かつ前記光軸長手解像度曲線の解像度よりも高く、
前記離点短手解像度曲線は、前記光軸短手解像度曲線の曲線形状に倣い、かつ前記光軸短手解像度曲線の解像度よりも高くなるように前記矩形領域に結像させることのできる形状を有する自由曲面レンズを備える
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記レンズ系は、
前記光軸上に存在する第一撮像対象の前記矩形領域に結像する第一像の長手方向の長さである光軸長手長と、前記光軸、および前記第一撮像対象を通過する長手方向において前記光軸から離れた位置に存在し長手方向において前記第一撮像対象と同じ長さの第二撮像対象の前記矩形領域に結像する第二像の長手方向の長さである離点長手長とが同じになるように形状が調整された前記自由曲面レンズを備える
請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記離点長手解像度曲線は、前記光軸長手解像度曲線から遠ざかるに従い解像度が増加し、
前記離点短手解像度曲線は、前記光軸短手解像度曲線から遠ざかるに従い解像度が増加する、
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記レンズ系の短手方向における画角に対する長手方向における画角の比は、前記撮像素子の矩形領域の短手方向における長さに対する長手方向における長さの比以上である
請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月6日(2019.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像画素が矩形領域に行列状に配置される撮像素子と、
前記撮像素子の矩形領域に結像させる自由曲面レンズを有するレンズ系と、を備え、
前記レンズ系は、
前記矩形領域の長手方向において、
前記レンズ系の光軸から少なくとも一方の端部である第一端部に向かうに従い解像度が増加する光軸長手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記光軸から短手方向に離れた位置から前記第一端部に向かうに従い解像度が増加する離点長手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記矩形領域の短手方向において、
前記レンズ系の光軸から少なくとも一方の端部である第二端部に向かうに従い解像度が増加する光軸短手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記光軸から長手方向に離れた位置から前記第二端部に向かうに従い解像度が増加する離点短手解像度曲線に従って解像度が変化し、
前記離点長手解像度曲線は、前記光軸長手解像度曲線の曲線形状に倣い、かつ前記光軸長手解像度曲線の解像度よりも高く、
前記離点短手解像度曲線は、前記光軸短手解像度曲線の曲線形状に倣い、かつ前記光軸短手解像度曲線の解像度よりも高くなるように前記矩形領域に結像させることのできる形状を有し、
前記光軸上に存在する第一撮像対象の前記矩形領域に結像する第一像の短手方向の長さである光軸短手長と、前記光軸、および前記第一撮像対象を通過する長手方向において前記光軸から離れた位置に存在し短手方向において前記第一撮像対象と同じ長さの第二撮像対象の前記矩形領域に結像する第二像の短手方向の長さである離点短手長とが同じになるように形状が調整された前記自由曲面レンズを備える
撮像装置。
【請求項２】
前記レンズ系は、
前記光軸上に存在する第一撮像対象の前記矩形領域に結像する第一像の長手方向の長さである光軸長手長と、前記光軸、および前記第一撮像対象を通過する長手方向において前記光軸から離れた位置に存在し長手方向において前記第一撮像対象と同じ長さの第二撮像対象の前記矩形領域に結像する第二像の長手方向の長さである離点長手長とが同じになるように形状が調整された前記自由曲面レンズを備える
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記離点長手解像度曲線は、前記光軸長手解像度曲線から遠ざかるに従い解像度が増加し、
前記離点短手解像度曲線は、前記光軸短手解像度曲線から遠ざかるに従い解像度が増加する、
請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記レンズ系の短手方向における画角に対する長手方向における画角の比は、前記撮像素子の矩形領域の短手方向における長さに対する長手方向における長さの比以上である
請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。