(57)【要約】【課題】極めて簡易な構成ながら、視野角が広い連続的な映像を撮像することができるカメラ装置、及びこのカメラ装置を搭載した車両周辺監視装置を提供する。【解決手段】カメラ装置１１の対物レンズとして、互いに異なる曲率Ｒ１，Ｒ２を有する複数のレンズ面を組み合わせて連続的な一体のレンズ面を形成した非球形レンズを用い、主方向の映像は大きく且つ補助方向の映像は圧縮された映像を撮像できるようにする。これにより、視野角が広い連続的な映像を撮像することができ、いずれの方向に障害物が存在するのかを運転者に迅速に把握させることが可能となる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像光を入射する対物レンズを含む撮像光学系と、
前記対物レンズに入射された映像光の結像面を構成する撮像素子とを備え、
前記対物レンズとして、撮像方向のうち詳細に視認すべき方向である主方向からの映像光が入射されるレンズ面の曲率を第１の曲率に形成するとともに、前記主方向以外の視認すべき方向である補助方向からの映像光が入射されるレンズ面の曲率を、前記第１の曲率よりも小さい第２の曲率に形成し、前記第１の曲率を有するレンズ面と前記第２の曲率を有するレンズ面とを連続する入射レンズ面として形成した非球形レンズを用いることを特徴とするカメラ装置。
【請求項２】
前記非球形レンズの前記撮像素子への出射面に、第３の曲率を有するレンズ面を形成したことを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
【請求項３】
映像光を入射する対物レンズを含む撮像光学系と、
前記対物レンズに入射された映像光の結像面を構成する撮像素子とを備え、
前記対物レンズとして、プリズムにおける頂角部分を所定の曲率を有するレンズ面とし、当該頂角部分のレンズ面と当該レンズ面を挟む２つの映像光の入射面とを連続する入射レンズ面として形成した非球形レンズを用いることを特徴とするカメラ装置。
【請求項４】
映像光を入射する対物レンズを含む撮像光学系と、
前記対物レンズに入射された映像光の結像面を構成する撮像素子とを備え、
前記対物レンズとして、平凸レンズにおける前記撮像素子への出射面に、第１の曲率からなる曲線と前記第１の曲率よりも小さい第２の曲率からなる曲線とを連続的に接続した凹部を設け、当該凹部のうち前記第１の曲率からなる曲線部分を、撮像方向のうち詳細に視認すべき方向である主方向からの映像光を出射するレンズ面とし、前記第２の曲率からなる曲線部分を、前記主方向以外の視認すべき方向である補助方向からの映像光を出射するレンズ面とした非球形レンズを用いることを特徴とするカメラ装置。
【請求項５】
車両周辺の状況を監視する車両周辺監視装置において、
前記車両周辺の状況を撮像する請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載のカメラ装置と、
前記カメラ装置によって撮像された映像を表示する表示装置と、
当該カメラ装置による撮像タイミングを制御する制御手段とを備えることを特徴とする車両周辺監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の視野方向を同時に撮像するカメラ装置、及びこのカメラ装置を用いて車両周辺の状況を監視する車両周辺監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両の後退走行時や見通しの悪い路地で車両を進行させる場合等に、車両後方に設置されたカメラ装置や車両前方に設置されたカメラ装置を用いて車両周辺の状況を撮像し、運転者に提示する車両周辺監視装置が提案されている。
【０００３】
このような車両周辺監視装置においては、撮像範囲を広げるべく、通常、９０°から１３０°程度の比較的広い視野角を有する広角カメラを用いている。しかしながら、かかる広角カメラを用いた車両周辺監視装置では、車両前方及び斜め前方は良好に視認することができるものの側方の視認性は不十分であることから、車両周辺をより的確に監視できるようにするための改良が望まれており、その１つの方策として、撮像光学系にプリズムを用いたカメラで複数方向の映像を取得し、これら映像を合成して運転者に提示する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−８９３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の手法においては、異なる視野方向の映像を合成して１つの映像としているために、運転者に提示される映像が不連続な映像となり、この映像を参照した運転者が、いずれの方向に障害物が存在するのかを迅速に把握するのが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような従来技術の有する問題点に鑑みて創案されたものであって、極めて簡易な構成ながら、視野角が広い連続的な映像を撮像することができるカメラ装置、及びこのカメラ装置を用いた車両周辺監視装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るカメラ装置は、前記目的を達成するために、映像光を入射する対物レンズとして、撮像方向のうち詳細に視認すべき方向である主方向の映像光を入射するレンズ面の曲率を第１の曲率に形成するとともに、主方向以外の視認すべき方向である補助方向の映像光を入射するレンズ面の曲率を、第１の曲率よりも小さい第２の曲率に形成し、これら第１の曲率を有するレンズ面と第２の曲率を有するレンズ面とを連続する入射レンズ面として形成した非球形レンズを用いている。
【０００７】
また、本発明に係る他のカメラ装置は、前記目的を達成するために、映像光を入射する対物レンズとして、プリズムにおける頂角部分を所定の曲率を有するレンズ面とし、当該頂角部分のレンズ面と当該レンズ面を挟む２つの映像光の入射面とを連続する入射レンズ面として形成した非球形レンズを用いている。
【０００８】
また、本発明に係るさらに他のカメラ装置は、前記目的を達成するために、映像光を入射する対物レンズとして、平凸レンズにおける撮像素子への出射面に、第１の曲率からなる曲線と第１の曲率よりも小さい第２の曲率からなる曲線とを連続的に接続した凹部を設け、当該凹部のうち第１の曲率からなる曲線部分を、撮像方向のうち詳細に視認すべき方向である主方向からの映像光を出射するレンズ面とし、第２の曲率からなる曲線部分を、主方向以外の視認すべき方向である補助方向からの映像光を出射するレンズ面とした非球形レンズを用いている。
【０００９】
また、本発明に係る車両周辺監視装置では、制御手段により制御される撮像タイミングにて、上述したいずれかのカメラ装置を用いて車両周辺の映像を撮像し、その映像を表示装置に表示するようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るカメラ装置によれば、主方向からの映像光は大きく見えるように、また補助方向からの映像光は圧縮された状態となるように、対物レンズに入射された映像光を撮像素子で結像させることができるので、主方向から補助方向に亘って視野角が広い連続的な映像を撮像することができる。したがって、このようなカメラ装置を用いて構成される本発明に係る車両周辺監視装置によれば、いずれの方向に障害物が存在するのかを運転者に迅速に把握させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した車両周辺監視装置の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
本発明を適用した車両周辺監視装置は、図１に示すように、車両周辺の状況を撮像するカメラ装置１１と、各種映像を表示するディスプレイ装置１２と、これらカメラ装置１１及びディスプレイ装置１２を制御する制御手段１３とを備える。
【００１３】
カメラ装置１１は、例えば車両の前方バンパーや後方バンパー等に搭載され、制御手段１３の制御のもとで、当該車両の周囲状況を撮像する。特に、このカメラ装置１１は、後述するように、撮像光学系における対物レンズとして、通常使用される球形レンズやプリズム等ではなく、非球形レンズを用いて構成される。このカメラ装置１１によって撮像された映像は、制御手段１３に供給される。
【００１４】
ディスプレイ装置１２は、車室内に設置されてカメラ装置１１で撮像された車両周囲の映像を表示するものであり、例えば、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）等の表示デバイスが用いられる。このディスプレイ装置１２としては、ナビゲーション用の画面や、テレビ放送、オーディオ機器等の各種車載機器のコントロール画面といった各種映像ソースを表示するものとして、車室内に設置されているものを流用することができる。この場合、ディスプレイ装置１２には、表示すべき映像ソースが制御手段１３によって切り替えられるのに応じて、カメラ装置１１によって撮像された映像をはじめとする各種映像が表示される。
【００１５】
制御手段１３は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭ、周辺回路等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピュータよりなり、カメラ装置１１によって撮像された映像や、上述した他の映像ソースに基づく映像をディスプレイ装置１２に表示させる制御を行う。特に、制御手段１３は、カメラ装置１１によって撮像された映像をディスプレイ装置１２に表示させる旨の操作があった場合には、当該カメラ装置１１による撮像タイミングを制御する。すなわち、制御手段１３は、カメラ装置１１によって撮像された映像をディスプレイ装置１２に表示させるべく、運転者等による図示しない操作ボタン等の操作があると、これに応じて、カメラ装置１１に対して給電して当該カメラ装置１１を作動させる。そして、制御手段１３は、他の映像ソースに基づく映像がディスプレイ装置１２に表示されている場合には、カメラ装置１１によって撮像された映像を取り込むと、これを割り込み表示させる。
【００１６】
以上のような本発明を適用した車両周辺監視装置におけるカメラ装置１１では、例えば図２に示すように、互いに異なる曲率Ｒ１，Ｒ２を有する複数のレンズ面を組み合わせて連続的な一体のレンズ面を形成した非球形レンズを、撮像光学系を構成する対物レンズとして用いている。具体的には、この非球形レンズは、例えば、車両周辺を視認するにあたって詳細に視認すべき方向である主方向（ここでは、車両側方を主方向として説明する。）からの映像光を入射するレンズ面の曲率を、所定の曲率Ｒ１に形成するとともに、詳細には視認する必要がないもののある程度は視認すべき方向である補助方向（ここでは、車両前方を補助方向として説明する。）からの映像光を入射するレンズ面の曲率を、曲率Ｒ１よりも小さい曲率Ｒ２に形成し、これら曲率Ｒ１を有するレンズ面と曲率Ｒ２を有するレンズ面とを連続する入射レンズ面として形成している。すなわち、この非球形レンズとしては、例えば、車両の側方については、通常の広角カメラと同等の視野角を実現する大きな曲率Ｒ１を有するレンズ面とするとともに、車両の前方については、超広角カメラ（魚眼レンズ）並みの視野角を実現する小さな曲率Ｒ２とし、さらに、上下方向については、通常の広角カメラと同等の視野角を実現する一定の曲率Ｒ１とするものが考えられる。
【００１７】
カメラ装置１１においては、このような非球形レンズを対物レンズとして用いることにより、主方向の映像は大きく且つ補助方向の映像は圧縮された映像を撮像することができる。すなわち、対物レンズとして従来のプリズムを用いた場合には、例えば図３中矢印で示すように、両側面方向から入射した映像光を合成して結像させることから、不連続な映像が得られることになるが、前記非球形レンズを対物レンズとして用いたカメラ装置１１においては、例えば図４中矢印で示すように、連続的な一体のレンズ面から入射された映像光をともに結像させることができ、曲率Ｒ１を有するレンズ面からの映像と曲率Ｒ２を有するレンズ面からの映像とが連続する１つの映像を撮像することができる。
【００１８】
より具体的には、カメラ装置１１としては、図５乃至図７のように形成された非球形レンズを用いて構成することができる。なお、図５乃至図７において、対物レンズ２１は、当該対物レンズ２１とともに撮像光学系を構成するレンズ群２２や、対物レンズ２１に入射された映像光の結像面を構成するＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子２３、その他の回路基板などとともに筐体２４に固定保持されている。
【００１９】
まず、第１の態様としては、図５に示すように、対物レンズ２１として、車両の側方（主方向）からの映像光が入射されるレンズ面の曲率を第１の曲率Ｒ１とするとともに、車両の前方（補助方向）からの映像光が入射されるレンズ面の曲率を第１の曲率よりも小さい第２の曲率Ｒ２とし、これら第１の曲率Ｒ１を有するレンズ面と第２の曲率Ｒ２を有するレンズ面とを連続する入射レンズ面として形成し、さらに、入射された映像光の結像面を構成する撮像素子２３への出射面（撮像素子２３との対向面であって撮像素子２３に向かって映像光が出射される面）にも所定の第３の曲率Ｒ３を有するレンズ面を形成した非球形レンズを用いるものが考えられる。カメラ装置１１においては、撮像素子への出射レンズ面にも所定の曲率Ｒ３を持たせた非球形レンズを用いることにより、異なる曲率Ｒ１，Ｒ２のレンズ面のそれぞれに入射された映像光の焦点合わせを容易とすることができる。
【００２０】
また、第２の態様としては、図６に示すように、対物レンズ２１として、既存のプリズムを改良した非球形レンズを用いるものが考えられる。すなわち、この非球形レンズは、プリズムにおける頂角部分を第２の曲率Ｒ２を有するレンズ面とし、この頂角部分のレンズ面と、この頂角部分のレンズ面を挟む２つの入射面（曲率Ｒ１＝∞）とを連続する入射レンズ面として形成したものである。カメラ装置１１においては、このような既存のプリズムを利用した非球形レンズを用いることにより、焦点合わせのための光路計算等を複雑化させることなく、レンズ設計を行うことが可能となる。
【００２１】
さらに、第３の態様としては、図７に示すように、対物レンズ２１として、既存の平凸レンズにおける撮像素子２３への出射面に、第１の曲率Ｒ１からなる曲線と第２の曲率Ｒ２からなる曲線とを連続的に接続した凹部を設けた非球形レンズを用いるものが考えられる。この非球形レンズにおいては、曲率Ｒ１からなる曲線部分が、主方向からの映像光を出射するレンズ面として機能し、曲率Ｒ２からなる曲線部分を、補助方向からの映像光を出射するレンズ面として機能するようにしている。カメラ装置１１においては、このような平凸レンズを利用した非球形レンズを用いた場合であっても、図５又は図６に示した態様と同様の映像を得ることができる。
【００２２】
ここで、以上のような非球形レンズを対物レンズとして用いたカメラ装置１１で撮像される車両周囲の映像の見え方について、通常の凸レンズを用いたカメラ装置によって撮像された映像や、広角レンズを用いたカメラ装置（広角カメラ）によって撮像された映像、魚眼レンズを用いたカメラ装置（超広角カメラ）によって撮像された映像、及びプリズムを用いたカメラ装置によって撮像された映像の見え方と対比しながら説明する。なお、ここでは、車両周囲の映像が撮像されるシーンとして、カメラ装置を前方バンパーなどに取り付けた自車両が、図８に俯瞰図で示すようなＴ字路に差し掛かった場合を例に挙げる。この図８に示すシーンでは、左斜め前方に建物Ａ、正面に建物Ｂ、右斜め前方に建物Ｃがそれぞれ存在し、自車両が位置する車線から左方向に分岐した車線には自動車Ｄ、右方向に分岐した車線には自動車Ｅが存在し、自車両が位置する車線の左右側方にはそれぞれ壁面Ｆ，Ｇが存在するものとする。
【００２３】
以上のようなシーンにおいて、まず、対物レンズとして一般的な凸レンズを用いたカメラ装置によって自車両周囲の映像を撮像した場合には、図９に示すような映像が得られる。すなわち、かかるカメラ装置では、当該カメラ装置の視野角内に位置する正面の建物Ｂと、その両脇に位置する建物Ａ，Ｃの一部しか撮像することができない。
【００２４】
また、対物レンズとして広角レンズを用いたカメラ装置によって撮像した場合には、図１０に示すような映像が得られる。すなわち、かかるカメラ装置では、当該カメラ装置の視野角内に位置する建物Ａ，Ｂ，Ｃについては撮像できるものの、自車両の左右側方の撮像を行うことはできない。
【００２５】
さらに、魚眼レンズを用いたカメラ装置によって撮像した場合には、図１１に示すような映像が得られる。すなわち、かかるカメラ装置では、当該カメラ装置の視野角内に位置する建物Ａ，Ｂ，Ｃ、自動車Ｄ，Ｅ、及び壁面Ｆ，Ｇの全てを撮像できるものの、特に自車両の左右側方については歪みが極めて大きな映像しか得られず、内容を認識するのが困難となる。
【００２６】
さらにまた、プリズムを用いたカメラ装置によって撮像した場合には、図１２に示すような映像が得られる。すなわち、かかるカメラ装置では、当該カメラ装置の視野角内に位置する側方の自動車Ｄ，Ｅ及び壁面Ｆ，Ｇについては撮像できるものの、正面近傍に位置する建物Ａ，Ｂ，Ｃについては２つの映像の不連続に起因して欠落してしまう映像しか得ることができない。
【００２７】
これに対して、図５乃至図７に示した非球形レンズを対物レンズとして用いたカメラ装置１１によって車両周囲の映像を撮像した場合には、図１３に示すような映像が得られる。すなわち、かかるカメラ装置１１では、建物Ａ，Ｂ，Ｃ、自動車Ｄ，Ｅ、及び壁面Ｆ，Ｇの全てを撮像することができ、且つ、自車両の左右側方については魚眼レンズを用いた場合に比べて歪みが少ない映像を得ることができる。
【００２８】
以上詳細に説明したように、本実施形態の車両周辺監視装置においては、カメラ装置１１の対物レンズとして、互いに異なる曲率Ｒ１，Ｒ２を有する複数のレンズ面を組み合わせて連続的な一体のレンズ面を形成した非球形レンズを用い、主方向の映像は大きく且つ補助方向の映像は圧縮された映像を撮像できるようにしているので、主方向である車両側方については歪みは少ないままに左右広範囲の視認を可能とする映像を得ることができるとともに、補助方向である車両前方についても視認可能な映像を得ることができ、車両の左右両側方から前方に亘って連続的な映像を得ることができる。したがって、本実施形態の車両周辺監視装置によれば、いずれの方向に障害物が存在するのかを運転者に迅速に把握させることが可能となる。
【００２９】
なお、以上説明した車両周辺監視装置は本発明の一適用例であり、本発明が以上の例に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、上述した例では、カメラ装置１１による撮像方向のうち詳細に視認すべき方向である主方向を車両の左右両側方とし、主方向以外の視認すべき方向である補助方向を車両の前方として説明したが、これら主方向や補助方向はカメラ装置１１の用途に応じて適宜設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の車両周辺監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の車両周辺監視装置におけるカメラ装置の対物レンズとして用いられる非球形レンズの概略構成を示す図である。
【図３】対物レンズとして従来のプリズムを用いた場合における映像光の進行方向を示す図である。
【図４】対物レンズとして図２に示す非球形レンズを用いた場合における映像光の進行方向を示す図である。
【図５】対物レンズとして非球形レンズを適用したカメラ装置の具体的な構成を示す断面図である。
【図６】対物レンズとして非球形レンズを適用したカメラ装置の具体的な構成を示す断面図であり、図５とは異なる非球形レンズを適用した図である。
【図７】対物レンズとして非球形レンズを適用したカメラ装置の具体的な構成を示す断面図であり、図５及び図６とは異なる非球形レンズを適用した図である。
【図８】対物レンズとして非球形レンズを適用したカメラ装置が使用される状況例を示す俯瞰図である。
【図９】図８に示す状況において、通常の対物レンズを用いたカメラ装置によって撮像される映像を示す図である。
【図１０】図８に示す状況において、対物レンズとして広角レンズを用いたカメラ装置によって撮像される映像を示す図である。
【図１１】図８に示す状況において、対物レンズとして魚眼レンズを用いたカメラ装置によって撮像される映像を示す図である。
【図１２】図８に示す状況において、対物レンズとしてプリズムを用いたカメラ装置によって撮像される映像を示す図である。
【図１３】図８に示す状況において、対物レンズとして図５乃至図７に示す非球形レンズを用いたカメラ装置によって撮像される映像を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  カメラ装置
１２  ディスプレイ装置
１３  制御手段
２１  対物レンズ
２２  レンズ群
２３  撮像素子
２４  筐体
【図１】
2006186641.tif 000003
【図２】
2006186641.tif 000004
【図３】
2006186641.tif 000005
【図４】
2006186641.tif 000006
【図５】
2006186641.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006186641.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006186641.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2006186641.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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