(57)【要約】【課題】ＣＰＵやゲートアレイを要することなく、円錐ミラーに映る鏡像の歪みを矯正して出力することのできる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１０は、撮像素子群１８が同心円状に配列された環配列撮像デバイス１６と円錐ミラー１２を備える。環配列撮像デバイス１６は、円錐ミラー１２の底面に平行であるとともに、円錐ミラー１２の頂点を通り底面に垂直な垂線を頂点側で延長した線上に同心円の中心が位置するように配置されている。上記の構造によって、円錐ミラー１２に映し出された環状に歪んだ鏡像は、環状に配置された撮像素子群１８を有する撮像デバイス１６によって撮影される。環状に配置された撮像素子群で撮影された画像を通常の矩形のモニタに出力すれば、上記した画像変換のためのＣＰＵやゲートアレイを要することなく、歪みが矯正された画像を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子群が同心円状に配列された環配列撮像デバイスと、
円錐ミラーと、を備えており、
環配列撮像デバイスが、円錐ミラーの底面に平行であるとともに、円錐ミラーの頂点を通り前記底面に垂直な垂線を頂点側に延長した線上に前記同心円の中心が位置するように配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
撮像素子群が矩形格子状に配列されており環配列撮像デバイスの撮像面上の一部に配置されている副撮像デバイスと、平板ミラーをさらに備えており、
平板ミラーが、円錐ミラーによって画定される撮影範囲の一部領域から入射する光を前記副撮像デバイスへ向けて反射するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記環配列撮像デバイスは、前記同心円の中心から遠距離に位置する撮像素子の半径方向の長さが、前記同心円の中心から近距離に位置する撮像素子の半径方向長さよりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記環配列撮像デバイスは、前記同心円の中心から遠距離と近距離に位置する撮像素子の半径方向の長さが、前記同心円の中心から中距離に位置する撮像素子の半径方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周囲の広い範囲を撮影することのできる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円錐ミラーと撮像デバイスを組み合わせた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１）。撮像デバイスは、その画角内に、円錐ミラーの円錐面が収まるように配置されている。撮像デバイスが、円錐ミラーの円錐面に映し出されている周囲の被写体の鏡像を撮影するように配置されているので、この撮像装置は周囲の広範囲を撮影することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６１７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
円錐ミラーに映る鏡像は歪んでいるため、従来の撮像装置では、撮像デバイスで撮影した画像をユーザが見易い画像に変換する必要がある。例えば特許文献１に、円錐ミラーの円錐面を映した環状の画像を矩形の画像に変換する変換式が記載されている。従来、環状の画像から矩形の画像への変換は、ＣＰＵによるソフトウエア処理、或いは変換式を組み込んだ専用のゲートアレイで行われていた。円錐ミラーを採用する従来の撮像装置は、歪みを矯正した画像を得るためにＣＰＵやゲートアレイが必要であった。
本発明は、上記課題に鑑みて創作された。本発明の目的は、ＣＰＵやゲートアレイを要することなく、円錐ミラーに映る鏡像の歪みを矯正して出力することのできる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来の撮像装置には、既存の汎用撮像デバイスが用いられている。通常、既存の汎用撮像デバイスは、撮像素子群が矩形格子状に配列されている。撮像素子群が矩形格子状に配列された撮像デバイスは汎用性はあるが、撮像素子群は矩形格子状にしか配列できない理由はない。近年の半導体技術を使えば、撮像素子群を矩形格子以外の形状に配列することも可能である。本発明は、撮像デバイスの撮像素子群は矩形格子状に配列されているものという発想を転換し、円錐ミラーに映る歪んだ画像を撮影するのに適した素子配列の撮像デバイスを採用する。
【０００６】
具体的には本発明の撮像装置は、撮像素子群が同心円状に配列された撮像デバイスを採用する。本明細書では、従来の撮像デバイスと区別するために、撮像素子群が同心円状に配列された撮像デバイスを「環配列撮像デバイス」と称する。そして本発明の撮像装置は、環配列撮像デバイスを、円錐ミラーの底面に平行であるとともに、円錐ミラーの頂点を通り円錐ミラーの底面に垂直な垂線を頂点側に延長した線上に同心円の中心が位置するように配置する。
【０００７】
上記の撮像装置では、環状に配置された撮像素子群を有する撮像デバイスが、円錐ミラーに映し出された環状に歪んだ鏡像を撮影する。環状に配置された撮像素子群で撮影された画像を通常の矩形のモニタに出力すれば、画像変換のためのＣＰＵやゲートアレイを要することなく、歪みが矯正された画像を得ることができる。
【０００８】
円錐ミラーを採用すると、広い撮影範囲が得られる反面、遠くの被写体が小さく写る。周辺監視用の撮像装置の場合、特定の方向のみ狭い画角で撮影した映像が得られると好ましい場合がある。例えば、車両用の周辺監視装置の場合、車両の周囲を撮影できるとともに、車両の前方、或いは後方は狭い画角で撮影できることが好ましい。本明細書が開示する技術は、そのような周辺監視に適した撮像装置も提供する。本明細書が開示する技術のひとつは、撮像素子群が矩形格子状に配列されている副撮像デバイスを、上記した環配列撮像デバイスの撮像面上の一部に配置する。そして、円錐ミラーによって画定される撮影範囲の一部領域から入射する光を副撮像デバイスへ向けて反射するように平板ミラーを配置する。そのような構造の撮像装置は、円錐ミラーと環配列撮像デバイスによって周囲を広範囲に撮影することができるとともに、平板ミラーと副撮像デバイスによって円錐ミラーの撮影範囲の一部を狭画角で撮影することができる。
【０００９】
副撮像デバイスは、環配列撮像デバイスの同心円の中心に配置されているとなお好ましい。撮像素子群を同心円状に配置すると、その中心部には撮像素子群を配置することができない。副撮像デバイスを、環配列撮像デバイスの同心円の中心に配置することによって、撮像素子群が同心円状に配置された撮像デバイスの中心領域を有効に活用する撮像装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の撮像装置は、円錐ミラーに映る歪んだ鏡像を矯正した映像を出力する。本発明の撮像装置は、周囲の広い範囲を撮影することができるとともに、ＣＰＵやゲートアレイを要することなく歪みのない画像を出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施例の撮像装置の技術的特徴のいくつかを列挙する。
（１）環配列撮像デバイスは、同心円状の周方向に並んでいる素子群が水平走査線に対応し、半径方向がモニタの垂直走査線に対応するように画像信号を出力する。そのような撮像装置は、円錐ミラーの鏡像の歪みを矯正した映像を通常のモニタへ出力することができる。
（２）環配列撮像デバイスは、前記同心円の中心から遠距離に位置する撮像素子の半径方向の長さが、前記同心円の中心から近距離に位置する撮像素子の半径方向長さよりも短い。別言すれば、撮像装置は、同心円の中心から離れるにつれて環配列撮像デバイスの各撮像素子の半径方向の長さが短くなっている。
周辺監視に用いる場合、円錐ミラーの底面を鉛直上方に向けて上記の撮像装置を設置する場合がある。そのような場合、同心円の中心から離れた素子群に、周囲の鉛直上方が映し出される。そうすると、同心円の中心から離れた素子群に、遠くの被写体が映る可能性が高くなる。上記の構造を備える撮像装置は、周囲の広い範囲を撮影することができるとともに、遠くの被写体を高解像度で撮影することができる。
【実施例】
【００１２】
（第１実施例）
図１と図２を参照して、第１実施例の撮像装置１０を説明する。図１は、撮像装置１０の模式的側面図を示す。撮像装置１０は、円錐ミラー１２、レンズ１４、及び撮像デバイス１６（環配列撮像デバイス）を備えている。なお、図１の符号１６ａは、撮像デバイス１６の平面図を示している。
【００１３】
円錐ミラー１２は、その円錐面１２ｂが鏡面になっている。図１の符号ＣＬは、円錐ミラー１２の頂点１２ｃを通り、円錐ミラー１２の底面１２ａに垂直な垂線を示している。
【００１４】
撮像デバイス１６には、撮像素子群１８が同心円状に形成されている。符号１６ｂが、同心円の中心を示している。撮像素子群１８が同心円状に形成された撮像デバイス１６は、既知の半導体プロセスによって製造することができる。その製造工程の説明は省略する。本明細書では、撮像素子群１８が同心円状に形成された撮像デバイスを「環配列撮像デバイス」と称することがある。撮像素子群１８は、ＣＣＤ或いはＣＭＯＳでよい。「撮像デバイス」は、「撮像チップ」と換言してもよい。
撮像デバイス１６（環配列撮像デバイス）は、円錐ミラー１２の底面１２ａに平行に配置されている。さらに撮像デバイス１６は、垂線ＣＬを頂点１２ｃ側に延長した線上に、撮像素子群１８の同心円の中心１６ｂが位置するように配置されている。
符号１４はレンズを示している。レンズ１４は、その光軸が垂線ＣＬと同軸になるように、円錐ミラー１２と撮像デバイス１６に間に配置されている。レンズ１４によって、円錐面１２ｂに映っている被写体の像が撮像デバイス１６上に結ばれる。
【００１５】
図１の左側から入射する光Ｌ１は、円錐ミラー１２の円錐面１２ｂで反射され、レンズ１４を通って撮像デバイス１６に集光される。同様に、図１の右側から入射する光Ｌ２も、円錐ミラー１２の円錐面１２ｂで反射され、レンズ１４を通って撮像デバイス１６に集光される。このように撮像装置１０は、垂線ＣＬの周りの全方位から入射する光を撮像デバイス１６に集めることができる。即ち、撮像装置１０は、垂線ＣＬの周囲全方位に存在する被写体をひとつの撮像デバイス１６で撮影することができる。
【００１６】
図２を参照して、撮像装置１０の動作を説明する。なお、図２では、撮像デバイス１６上の撮像素子群１８の図示を省略している。その代わりに図２では、被写体Ａ１に対応する撮像デバイス１６上の像Ａ２と、被写体Ｂ１に対応する撮像デバイス１６上の像Ｂ２を示している。また、符号５０は、撮像装置１０が出力する画像信号を受けて画像を表示するモニタを示している。モニタ５０は、水平走査線と垂直走査線が直交している通常のモニタである。
【００１７】
今、撮像装置１０の左側に被写体Ａ１（自動車）が存在し、右側に被写体Ｂ１（ビル）が存在すると仮定する。被写体Ａ１は円錐ミラー１２の円錐面１２ｂに映る。円錐ミラー１２に映った被写体Ａ１は、撮像デバイス１６上で像Ａ２を結ぶ。円錐面１２ｂに映った被写体Ａ１の像Ａ２は、図２に示すように歪む。具体的には、被写体Ａ１における水平線が、撮像デバイス１６上では同心円の円弧に沿って伸びる曲線として現れる。また、被写体Ａ１における鉛直線が、撮像デバイス１６上では同心円の中心１６ｂから半径方向に放射状に伸びる線として現れる。同様に被写体Ｂ１は、歪んだ像Ｂ２として撮像デバイス１６上に結像する。
【００１８】
撮像デバイス１６は、点１６ｂを中心とする円周方向に並んだ撮像素子群が水平走査線Ｈを形成し、半径方向に並んだ素子群が垂直走査線Ｖを形成するように撮像素子群が結線されている。従って、撮像デバイス１６の画像信号をモニタ５０へ出力すると、歪みのない画像Ａ３とＢ３がモニタ５０に表示される。
【００１９】
上記のとおり、撮像装置１０は、ソフトウエアによる画像変換処理や専用ＬＳＩによる画像変換処理を要することなく、円錐ミラー１２に映った周囲全方位の被写体の画像を歪みなくモニタ５０へ表示することができる。
【００２０】
撮像装置１０の機能を別の観点から説明する。円錐ミラー１２の周囲に存在する被写体と撮像デバイス１６上に形成される像の関係は、円錐ミラー１２の垂線ＣＬを中心線とする円柱面から点１６ｂを中心とする環状面への写像変換によって表される。この写像変換を第１変換と称する。他方、同心円状に配置された撮像素子群１８とモニタ５０上に矩形格子状に配置されたピクセル群の関係は、点１６ｂを中心として撮像デバイス１６上に拡がる環状面からモニタ上の矩形領域への写像変換に相当する。すなわち、この写像変換は、第１変換の逆変換に相当する。撮像素子群の配置とピクセル群の配置の関係が第１変換の逆変換を形成するように円錐ミラー１２と撮像デバイス１６を配置することによって、撮像装置１０は、歪みのない全方位画像の出力を実現している。
【００２１】
（第２実施例）
図３を参照して、第２実施例の撮像装置２００を説明する。図３は、撮像装置２００の模式的側面図を示す。撮像装置２００は、円錐の中心軸（垂線ＣＬ）に沿って中央に貫通孔を有する円錐ミラー２１２、レンズ１４、および環配列撮像デバイス２１６を備えている。図３の符号２１６ａは、環配列撮像デバイス２１６の平面図を示している。環配列撮像デバイス２１６は、第１実施例の撮像デバイス１６と同様に、点２１６ｂを中心とする同心円状に配列された撮像素子群１８を有している。円錐ミラー２１２、レンズ１４、および環配列撮像デバイス２１６の配置は、第１実施例の撮像装置１０におけるそれらの配置と同様である。
【００２２】
撮像装置２００はさらに、副撮像デバイス２２４と２つの平板ミラー２２１、２２２を備えている。図３の符号２２４ａは、副撮像デバイス２２４の平面図を示している。副撮像デバイス２２４には、撮像素子群２２５が矩形格子状に配列されている。副撮像デバイス２２４は、環配列撮像デバイス２１６の上面であって、その中心に配置されている。
【００２３】
２つの平板ミラー２２１と２２２は、円錐ミラー２１２によって画定される撮影範囲の一部範囲が副撮像デバイス２２４の撮影範囲となるように配置されている。具体的には、平板ミラー２２１と２２は夫々、円錐ミラー２１２の垂線ＣＬ（頂点を通り底面に垂直な垂線）の周囲から入射する光が円錐ミラー２１２の中央貫通孔を通って副撮像デバイス２２４へ向かって反射するように配置されている。例えば図３では、図の左側から入射する光Ｌ１は円錐ミラー２１２に反射して環配列撮像デバイス２１６に達する。光Ｌ１と同じ方向から入射する光Ｌ３は、平板ミラー２２２に反射して副撮像デバイス２２４に達する。同様に、図の右側から入射する光Ｌ２は円錐ミラー２１２に反射して環配列撮像デバイス２１６に達する。光Ｌ２と同じ方向から入射する光Ｌ４は、平板ミラー２２１に反射して副撮像デバイス２２４に達する。
【００２４】
環配列撮像デバイス２１６は、図２で説明した撮像装置１０と同様の画像を出力する。副撮像デバイス２２４は、環配列撮像デバイス２１６の撮影範囲の一部の範囲の画像を出力する。副撮像デバイス２２４は、円錐ミラー２１２ではなく平板ミラー２２１、２２２で反射された被写体の鏡像を映すので、全く歪みのない画像を出力することができる。撮像装置２００は、円錐ミラー２１２の垂線ＣＬの周囲全方位を撮影することができるとともに、その撮影範囲の一部を全く歪みなく撮影することができる。
【００２５】
（第３実施例）
図４を参照して、第３実施例の撮像装置３００を説明する。図４は、撮像装置３００の模式的斜視図を示す。撮像装置３００は、円錐の中心軸（垂線ＣＬ）に沿って円錐の一部が切り欠かれている円錐ミラー３１２、レンズ１４、および環配列撮像デバイス３１６を備えている。環配列撮像デバイス３１６は、第１実施例の撮像デバイス１６と同様に、点３１６ｂを中心とする同心円状に配列された撮像素子群１８を有している。円錐ミラー３１２、レンズ１４、および環配列撮像デバイス３１６の配置は、第１実施例の撮像装置１０におけるそれらの配置と同様である。
【００２６】
撮像装置３００はさらに、副撮像デバイス３２４と平板ミラー３２１を備えている。副撮像デバイス３２４上には、撮像素子群３２５が矩形格子状に配列されている。副撮像デバイス３２４は、環配列撮像デバイス２１６の上面に配置されている。
【００２７】
平板ミラー３２１は、円錐ミラー３１２の垂線ＣＬ（頂点を通り底面に垂直な垂線）の周囲の一部領域から入射する光が円錐ミラー３１２の切欠部を通り副撮像デバイス３２４へ向かって反射するように配置されている。例えば図４では、図の左側から入射する光Ｌ２は円錐ミラー３１２に反射して環配列撮像デバイス３１６に達する。光Ｌ２とは反対方向から入射する光Ｌ１は、平板ミラー３２１に反射して副撮像デバイス３２４に達する。
【００２８】
環配列撮像デバイス３１６は、図２で説明した撮像装置１０と同様の画像を出力する。副撮像デバイス３２４は、環配列撮像デバイス３１６の撮影範囲から外れた領域の画像を出力する。副撮像デバイス３２４は、円錐ミラー３１２ではなく平板ミラー３２１で反射された被写体を映すので、全く歪みのない画像を出力することができる。撮像装置３００は、円錐ミラー３１２の垂線ＣＬ周りの広い範囲を撮影することができるとともに、その撮影範囲から外れた領域を全く歪みなく撮影することができる。
【００２９】
第２実施例や第３実施例の撮像装置は、自動車や移動ロボットなどの移動体用の画像センサに適している。移動体では、周囲の広い範囲を監視するとともに、進行方向の領域を入念に監視することが要求される。第２実施例や第３実施例の撮像装置は、周囲の広い範囲の画像を得ることができるとともに、一部の領域の画像を全く歪みなく得ることができる。第２実施例の撮像装置は、２つの平板ミラーを介した撮影範囲を前方と後方に向けて移動体に設置することが好ましい。第３実施例の撮像装置は、平板ミラーを介した撮影範囲を前方に向けて移動体に設置することが好ましい。
【００３０】
（第４実施例）
図５を参照して第４実施例の撮像装置を説明する。本実施例の撮像装置の構成は、撮像素子群の形状が異なるほかは第１実施例の撮像装置１０の構成と同じである。図５に本実施例の撮像装置が備える撮像デバイス４１６の模式的平面図を示す。図４では、撮像素子群を個別に描いてはいないが、複数の撮像素子が同心円状に配列されている。
撮像デバイス４１６は、同心円の中心４１６ｂから離れるほど、撮像素子の半径方向の長さが短い。図５の撮像デバイス４１６では、最外周の撮像素子群の半径方向長さがＰ１であり、最内周の撮像素子群の半径方向長さがＰ３であり、中間周の撮像素子群の半径方向長さがＰ２である。ここで、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である。
【００３１】
撮像デバイス４１６は、同心円の中心から離れるほど、画像の解像度が高い。周辺監視に用いる場合、円錐ミラーの底面を鉛直上方に向けて撮像装置を設置する場合がある。そのような場合、同心円の中心から離れた素子群に、周囲の鉛直上方が映し出される。そうすると、同心円の中心から離れた素子群に、遠くの被写体が映る可能性が高くなる。上記の構造を備えることによって、遠くの被写体を高解像度で撮影することができる。
【００３２】
上記第４実施例の変形例を説明する。この変形例は、撮像素子群の半径方向長さの関係のみが第４実施例と異なる。第４実施例と同様に、最外周の撮像素子群の半径方向長さを記号Ｐ１で表し、最内周の撮像素子群の半径方向長さをＰ３で表し、中間周の撮像素子群の半径方向長さをＰ２で表す。この変形例では、Ｐ１＞Ｐ２、かつ、Ｐ３＞P２である。即ち、この変形例の撮像装置では、Ｐ１（同心円の中心から遠距離に位置する撮像素子の半径方向の長さ）とＰ３（同心円の中心から近距離に位置する撮像素子の半径方向の長さ）が、Ｐ２（同心円の中心から中距離に位置する撮像素子の半径方向の長さ）よりも長い。この撮像装置は、円錐ミラーの円錐面の中間帯（円錐の底部付近と頂点付近の間に挟まれた領域）の解像度が、他の領域の解像度よりも高くなる。この撮像装置は、円錐ミラーの底面を鉛直上方或いは鉛直下方に向けて設置したとき、撮像範囲の鉛直上方領域と鉛直下方領域の解像度は低くなるが、それらの中間領域の解像度を相対的に高くすることができる。そのような撮像装置は、例えば移動体の周辺装置として適用した場合、空と足元が映る領域では解像度が低くなる。そのかわりに、水平方向に位置する被写体を高い解像度で映すことができる。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施例の撮像装置の模式図を示す。
【図２】撮像装置の動作を説明する図である。
【図３】第２実施例の撮像装置の模式図を示す。
【図４】第３実施例の撮像装置の模式図を示す。
【図５】第４実施例の撮像装置が備える撮像デバイスの模式図平面図を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１０、２００、３００：撮像装置
１２、２１２、３１２：円錐ミラー
１４：レンズ
１６、２１６、３１６：環配列撮像デバイス
２２４、３２４：副撮像デバイス
２２１、２２２、３２１：平板ミラー
【図１】
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【図２】
2010087996.tif 000004
【図３】
2010087996.tif 000005
【図４】
2010087996.tif 000006
【図５】
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