(57)【要約】【目的】周囲監視範囲を変えることなく、従来の撮影装置より小型化した「撮影装置」を提供することにある。【構成】第１、第２の２つの焦点を結ぶ軸を回転軸として回転することにより形成される回転楕円体の凹面を反射面とする回転楕円凹面鏡と、該第１の焦点を通過した光が該回転楕円凹面鏡で反射して像を形成する位置に設けた撮像部と、を備え、該撮像部は該第２の焦点位置より凹面鏡の中間位置に撮像面を有している。【選択図】図１
2010019924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２の２つの焦点を結ぶ軸を回転軸として回転することにより形成される回転楕円体の凹面を反射面とする回転楕円凹面鏡と、
前記第１の焦点を通過した光が前記回転楕円凹面鏡で反射して像を形成する位置に設けた撮像部と、
を備えたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記第２の焦点位置より第１の焦点側所定距離の位置に前記回転楕円凹面鏡で反射した光を更に反射するように設けられた反射鏡、
を備え、前記撮影部を該反射鏡で反射した像を撮像する位置に設けた、
ことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置に係り、特に、回転楕円体の凹面を反射面とする反射鏡と撮像部とを用いた撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両周囲を監視する装置では、周囲に向けて配置されたカメラ等の撮影装置により周囲風景を撮影し、該撮影した画像を運転席付近の表示画面に表示して、運転者に自車周囲の状況を把握させるようにしている。
【０００３】
車両周囲を監視するために、通常、撮影装置は広角レンズもしくは魚眼レンズを搭載している。しかし、かかる魚眼レンズ等を使用する撮影装置では、距離のある被写体は小さく写り、近づくにつれて大きくなり、至近距離では巨大化して写る。このように、遠近感が過度になり、人間の感覚としての遠近感がつかみにくい。
【０００４】
一方、広角レンズもしくは魚眼レンズを使用しない場合には、撮影装置の視角が狭くなり、最大でも１１０°程度である。このため、視角範囲内の障害物の有無を確認することができ、障害物と衝突する危険性については回避することができるが、視角範囲外における障害物については、その確認ができないため、障害物と衝突する危険性があった。
【０００５】
そこで、図５に示すように、二葉双曲面のうちの一方の双曲面の凸面を用いた反射鏡５１、撮像部５２および撮像素子５３により構成される撮影装置５４を用いることにより、広範囲の視野領域５５を撮影する技術（特許文献１）がある。具体的には、図６に示すように、サイドミラー６１の下部に撮影装置５４を設置し、撮影装置５４により自車周囲を撮影し、該撮影画像を表示部（図示せず）に表示し、運転者は該撮影画像を見ることによって、自車周囲を監視する。尚、撮影装置５４の撮像原理は特許文献２に詳説されている。
【特許文献１】特開２００５−１９１９６２号公報
【特許文献２】特開平６−２９５３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５の撮影装置５４では図７に示すように二葉双曲面の他方の双曲面５１’の焦点位置Ｆ２の近傍に撮像部の撮像面５２’を配置する必要がある。しかし、上記従来技術の撮影装置では、反射鏡５１の面の外に焦点があるため反射鏡５１より焦点位置Ｆ２までの距離が大きくなり、撮影装置５４が大型化してしまうという問題がある。
【０００７】
以上より、本発明の目的は、従来の周囲撮影範囲を変えることなく、撮影装置を小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、回転楕円体の凹面を反射面とする反射鏡を用いた撮影装置である。
この撮影装置は、第１、第２の二つの焦点を結ぶ軸を回転軸として回転することにより形成される回転楕円体の凹面を反射面とする回転楕円凹面鏡と、前記第１の焦点を通過した光が前記回転楕円凹面鏡で反射して像を形成する位置に設けた撮像部と、を備えており、前記第２の焦点位置より第１の焦点側所定距離の位置に前記回転楕円凹面鏡で反射した光を更に反射するように設けられた反射鏡、を備え、前記撮影部を該反射鏡で反射した像を撮像する位置に設けた。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転楕円体の凹面を反射面として使用し、撮像部の撮像面を反射面側に設けるようにしたので、周囲撮影範囲を変えることなく、撮影装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（A）本発明の概要
図１は本発明の概略説明図であり、１は楕円体凹面鏡、２は入射光、３は入射光２の凹面鏡１による反射光、４は撮像装置の撮像面、５は撮像装置（カメラ）である。
図１（ａ）は第１、第２の焦点Ｆ１、Ｆ２とする楕円であり、焦点Ｆ１、Ｆ２を結ぶ軸（長軸）ＬＡを回転軸として楕円を回転することにより形成された中空の回転楕円体Ｃである。本発明の撮影装置を構成する楕円体凹面鏡は該回転楕円体Ｃを長軸ＬＡを含む面で２つに切断し、更に該長軸ＬＡに垂直な短軸ＳＡを含む面で２つに切断して得ることができる（図１（ｂ））。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、回転楕円体の凹面を反射面とした楕円体凹面鏡１の焦点Ｆ１を通過した入射光２凹面鏡１により反射し、反射光３が焦点Ｆ２へ入射する。この焦点Ｆ２の近傍に撮像部５の撮像面４を設置することにより撮像することが可能となる。
図１（ｃ）は図（ｂ）に示した本発明の撮影装置を矢印Ａから見た図であり、図１（ｄ）は図１（ｃ）のＢから見た側面図であり、本発明の撮影装置は凹面鏡１と撮像装置５とで構成される。
【００１２】
従来技術では、凸面鏡として用いる二葉双曲面の他方の焦点位置の近傍に撮像部の撮像面を配置する必要があり、凸面鏡の面の外に焦点があるため、凹面鏡より該他方の焦点位置までの距離が大きくなり、撮影装置が大型化していたが、本発明によれば、楕円体の凹面を反射面として使用し、撮像部の撮像面を反射面側に設けるようにしたので、周囲撮影範囲を変えることなく、撮影装置を小型化することができる。
【００１３】
（B）原理
図２は楕円体凹面鏡の原理を説明する図である。図２（ａ）において、２１は楕円体の凹面鏡、２２は撮像平面、Ｏｍは凹面鏡２１の焦点、すなわち楕円体の第１の焦点、Ｏｃは楕円体の第２の焦点、ｃは三次元座標Ｘ−Ｙ−Ｚの原点Ｏから第２の焦点Ｏｃまたは第１の焦点Ｏｍまでの距離である。尚、紙面に対して垂直方向がＸ軸方向である。回転楕円体の凹面を反射面とした楕円体凹面鏡２１の焦点Ｏｍを通過した入射光は凹面鏡２１により反射し、反射光が焦点Ｏｃへ入射する。これにより、焦点Ｏｃと凹面鏡２１の間に撮像部の撮像面２２を設置することにより撮像することが可能となる。
【００１４】
以下、楕円対面について数式を用いて説明する。まず、凹面鏡２１の基本的な性質は次式で表される。
（X２＋Ｙ２）／ａ２＋Ｚ２／ｂ２＝１              （２．１）
ただし、図２（ｂ）に示すようにａは虚軸（共役）の半分、ｂは実軸（主軸）の半分であり、ａ，ｂを用いてｃは次式で表される。
【数１】
2010019924.tif 000003
【００１５】
また、図２（ｃ）は点の射影水平方向を説明する図であり、図２（ｃ）に示すように、距離計測を行う任意の点Ｐ（ＸＰ，ＹＰ，ＺＰ）に対する撮像平面上の写像点をｐ（ｘｐ，ｙｐ）とすると、次式が成立する。
ｔａｎθ＝ＹＰ／ＸＰ＝ｙｐ／ｘｐ
すなわち、ＹＰ／ＸＰで定まる対象物体の方位角θ（＝ｙｐ／ｘｐ）を算出することでＹＰ／ＸＰが得られる。このように撮像面上に投影する本方式では対象物体の方位角θが、その物体の画像平面上の投影の方位として直接現れる。
【００１６】
次に、点の射影垂直方向を説明する。図２（ａ）に示すように、焦点Ｏｃから凹面鏡２１までの距離をｓ、焦点Ｏｍから凹面鏡２１までの距離をｔとして、点Ｐと楕円体凹面鏡軸Ｚを含む鉛直面を想定すると、点Ｐと写像点ｐとの間に次式が成り立つ。
【数２】
2010019924.tif 000004
ただし、ａ，ｂ，ｃは図２（ｂ）で説明した楕円体に固有の定数であり、ｆはカメラの焦点距離である。また、α、βはｓ、ｔを用いて導出することができる（詳細については後述する）。上式より物体の位置（ＸＰ，ＹＰ）が分かれば、その物体の高さＺＰは天頂角βから求められる。
【００１７】
ここで、図２（ａ）を用いて、α、βの導出方法を説明する。正弦定理を用いることにより、
ｓ／ｓｉｎ（π／２−α）＝ｔ／ｓｉｎ（π／２−β）＝２ｃ／ｓｉｎ（α＋β）                                                         （２．２）
が成立し、式（２．２）を簡単にすると次式が得られる。
ｓ／ｃｏｓα＝ｔ／ｃｏｓβ＝２ｃ／ｓｉｎ（α＋β）      （２．３）
【００１８】
また、楕円の性質より、
ｓ＋ｔ＝２ｂ         （２．４）
が得られるため式（２．３）、（２．４）からｓ、ｔを消去すると
（ｃｏｓα）２ｃ／ｓｉｎ（α＋β）＋（ｃｏｓβ）２ｃ／ｓｉｎ（α＋β）＝２ｂ                                                              （２．５）
となり、さらに式（２．５）を簡単にすると、
ｃ（ｃｏｓα＋ｃｏｓβ）＝ｂｓｉｎ（α＋β）
＝ｂ（ｓｉｎαｃｏｓβ＋ｃｏｓαｓｉｎβ）      （２．６）
となる。
【００１９】
α、βをｙ＝ｔａｎα、x＝ｔａｎβとすると式（２．６）は次式に置き換えることができる。
【数３】
2010019924.tif 000005
これを簡単にすると、
【数４】
2010019924.tif 000006
となりこれをｙについて解くと次式の関係が得られる。
【００２０】
【数５】
2010019924.tif 000007
上式の両辺を自乗して整理すると、
【数６】
2010019924.tif 000008
となり、この二次方程式を解くと、
【数７】
2010019924.tif 000009
となる。
【００２１】
ここで、ｙ＝−ｘは明らかに求めているものとは異なるので、もう一方の解を使用して、ｙ＝ｔａｎα、ｘ＝ｔａｎβを代入すると、
ｔａｎα＝｛（ｂ２+ｃ２）ｓｉｎβ−２ｂｃ｝／｛（ｃ２−ｂ２）ｃｏｓβ｝
同様にｘについて解き、ｙ＝ｔａｎα、ｘ＝ｔａｎβを代入すると、
ｔａｎβ＝｛（ｂ２＋ｃ２）ｓｉｎα−２ｂｃ｝／｛（ｃ２−ｂ２）ｃｏｓα｝
となる。
【００２２】
以上により、楕円体の凹面鏡の一方の焦点を通る角度αの視線が他の焦点を通る角度βの視線に変換される。
【００２３】
以上より、特許文献２に開示されている二葉双曲面の一方の双曲面(凸面)を反射鏡として用いる全方位視角系と同等の式が導出された。したがって、本発明の楕円体凹面鏡により特許文献２に開示されている全方位視角系と同様に環境構造物までの位置情報や直線の距離を計測することができる。その詳細については文献２と同じため、ここでは省略する。
【００２４】
（C）実施例
図３は本発明の撮影装置を車両の後方に設置した車両周囲監視装置の構成図である。
【００２５】
後方撮像部３１は、楕円体凹面鏡（図２）を有する光学系３１ａと、ＣＭＯＳカメラ等を有する撮像部３１ｂとで構成され、バック走行時において自車後方を撮影する。画像処理部３２は、後方撮像部３１が撮影し、得られた自車後方の画像を人間の眼で容易に視認可能な画像に画像処理をする。尚、画像処理部３２は所定時間毎に撮影された画像を比較することによって物体との距離および立体物の検出を行うこともできる。表示制御部３３は、自車両の後方画像の表示方向、画像サイズ等を選択制御すると共に、自車両の後方画像を発生する。表示部３４は表示制御部３３の制御に基づいた画像表示をする。
【００２６】
次に全体の動作の説明を行う。
光学系３１ａの楕円体凹面鏡の焦点Ｆ１（図１）を通過して入射される入射光は該楕円体凹面鏡のもう一方の焦点Ｆ２に向かって反射する。反射光は、該焦点Ｆ２と凹面鏡の中間に撮像面を有する撮像部３１ｂに入射し、撮像部３１ｂは該入射した映像を撮影し、画像処理部３２に入力する。画像処理部３２は、撮像部３１ｂから入力された画像データに変換処理を施して表示制御部３３に入力する。表示制御部３３は、画像の表示方向、画像サイズ等の選択制御をし、後方画像を発生して表示部３４に入力し、表示部３４は表示制御部３３が発生した後方画像を表示する。
【００２７】
以上、従来技術では、凸面鏡として用いる二葉双曲面の他方の焦点位置近傍に撮像部の撮像面を配置する必要があり、反射鏡の面の外に焦点があるため、該他方の焦点位置までの距離が大きくなって、撮影装置が大型化していたが、本発明によれば、楕円体の凹面を反射面として使用するため、周囲監視範囲を変えることなく、撮影装置を小型化することができる。
【００２８】
（D）変形例
図４は変形例を説明する図であり、図１（ａ）と同一の部分には同一の符号を付している。異なる点は、反射鏡４１を加えた点と、撮像部すなわち撮像面４３の位置を変更した点である。
【００２９】
反射鏡４１は、凹面鏡１による反射光３を反射させる鏡であり、焦点Ｆ２へと向かう光を反射して、反射光４２を撮像部の撮像面４３へ入射する。このように、反射鏡４１を設置することにより、撮像部の配置位置を変えることができ、撮像装置の全体の形状を実施例と異ならせることができる。尚、本実施例では反射鏡４１を平面鏡としたが、それに限定されるものではなく、画像処理するために適宜、凹面鏡、凸面鏡等を使用してもよい。
【００３０】
以上、従来技術では、凸面鏡として用いる二葉双曲面の他方の焦点位置近傍に撮像部の撮像面を配置する必要があるため、凸面鏡の面の外に焦点があるため凹面鏡より該他方の焦点位置までの距離が大きくなり、撮影装置が大型化していたが、本発明によれば、楕円体の凹面を反射面として使用しているため、周囲監視範囲を変えることなく、撮影装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の概略説明図である。
【図２】本発明の楕円体凹面鏡の原理を説明する図である。
【図３】本発明の撮影装置を車両の後方に設置した車両周囲監視装置の構成図である。
【図４】本発明の撮影装置の変形例を説明する図である。
【図５】従来技術の周囲監視装置の構成図である。
【図６】従来技術を設置した車両のサイドミラーである。
【図７】従来技術の二葉双曲面の概略説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  楕円体凹面鏡
２  入射光
３  反射光
４  撮像装置の撮像面
５  撮像装置（カメラ）
２１  楕円体の凹面鏡
２２  撮像平面
３１  撮影装置
３１ａ  光学系
３１ｂ  撮像部
３２  画像処理部
３３  表示制御部
３４  表示部
４１  反射鏡
４２  反射光
４３  撮像部の撮像面
Ｆ１、Ｆ２  焦点
Ｏｍ、Ｏｃ  焦点
【図１】
2010019924.tif 000010
【図２】
2010019924.tif 000011
【図３】
2010019924.tif 000012
【図４】
2010019924.tif 000013
【図５】
2010019924.tif 000014
【図６】
2010019924.tif 000015
【図７】
2010019924.tif 000016