(57)【要約】【課題】小型かつ低コストで距離測定が可能な光学系を提供する。【解決手段】物体の像を形成する光学系（Ｌ０）であって、第１及び第２の結像光学系（Ｌ１、Ｌ２）と、第１及び第２の結像光学系のそれぞれの光路上に配置された第１及び第２の開口絞り（ＳＰ）とを有し、第１及び第２の結像光学系のそれぞれにより形成される第１及び第２の像は、Ｙｓ軸の方向に沿って配列されており、第１及び第２の開口絞りのそれぞれの開口中心を通過してＸｓＹｓ平面上の縮小面の中心に至る基準光線の経路を第１及び第２の基準軸とし、第１及び第２の基準軸を縮小面から基準光線の進行方向に延長することで得られる第１及び第２の延長軸をＹｓＺｓ平面上に射影したとき、第１及び第２の延長軸は互いに交わる。【選択図】図１
2019090995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の像を形成する光学系であって、
第１及び第２の結像光学系と、該第１及び第２の結像光学系のそれぞれの光路上に配置された第１及び第２の開口絞りとを有し、
前記第１及び第２の開口絞りの開口中心を結ぶ直線の中点を原点、前記第１の開口絞りの開口中心から前記第２の開口絞りの開口中心へ向かう方向を正とした前記直線をＹｓ軸、前記原点を通り右手座標系の定義に従って前記Ｙｓ軸に垂直な直線をＸｓ軸、前記原点を通り前記Ｘｓ軸および前記Ｙｓ軸のそれぞれに垂直な直線をＺｓ軸とするとき、
前記第１及び第２の結像光学系のそれぞれにより形成される第１及び第２の像は、前記Ｙｓ軸の方向に沿って配列されており、
前記第１及び第２の開口絞りのそれぞれの開口中心を通過してＸｓＹｓ平面上の縮小面の中心に至る基準光線の経路を第１及び第２の基準軸とし、
前記第１及び第２の基準軸を前記縮小面から前記基準光線の進行方向に延長することで得られる第１及び第２の延長軸をＹｓＺｓ平面上に射影したとき、前記第１及び第２の延長軸は互いに交わることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記第１及び第２の結像光学系はそれぞれ、光路を折り曲げるための回転非対称な形状を有する複数の反射面を有し、
前記複数の反射面のうち少なくとも一つの反射面の前記基準軸との交点における面法線は、前記基準軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１及び第２の結像光学系はそれぞれ、前記複数の反射面のうち最も拡大側の反射面と前記縮小面との間に、少なくとも一つの中間結像面を形成することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記第１及び第２の結像光学系はそれぞれ、前記複数の反射面のうち最も拡大側の反射面と前記基準軸に沿って隣接する反射面との間に、少なくとも一つの光束の中間結像点を形成することを特徴とする請求項２または３に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１及び第２の結像光学系のそれぞれの前記開口絞りは、前記複数の反射面のうち最も拡大側の反射面よりも拡大側に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
前記第１及び第２の結像光学系のそれぞれに関し、前記複数の反射面のうち最も拡大側の反射面から数えて、偶数番目の反射面での光線の反射方向と、奇数番目の反射面での光線の反射方向とが、前記基準軸に沿った光線の進行方向に向かって互いに逆向きであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項７】
前記第１及び第２の結像光学系はそれぞれ、中空ミラー構成であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記２つの開口絞りの開口中心を結ぶ直線の長さをｄｓｐ、前記２つの縮小面の中心を結ぶ直線の長さをｄｉｍとするとき、
ｄｓｐ＞ｄｉｍ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項９】
前記第１及び第２の結像光学系のそれぞれのＸ軸方向の画角をωｘ、Ｙ軸方向の画角をωｙとするとき、
ωｙ＞ωｘ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１０】
前記第１及び第２の結像光学系のそれぞれの前記縮小面は、前記基準軸と前記縮小面との交点を回転中心としてＸ軸回りに傾いていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１１】
前記第１及び第２の結像光学系のそれぞれの前記縮小面は、同一平面上にあることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１２】
前記第１及び第２の結像光学系の前記ＹｓＺｓ平面上における平均焦点距離をｆａｖ、前記ＹｓＺｓ平面上に前記基準軸および前記縮小面の中心を射影したとき、前記第１及び第２の結像光学系のそれぞれの縮小面の中心から２つの前記基準軸が交わる点までの平均距離をｄａｖとするとき、
２．００＜ｄａｖ/ｆａｖ＜８．００
を満足することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光学系と、
前記光学系により形成される像を受光する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
前記光学系は、前記撮像素子の異なる領域に、相互に視差を有する前記第１及び第２の像を形成することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
物体の画像データを取得する請求項１３または１４に記載の撮像装置と、該画像データに基づいて前記物体までの距離情報を取得する距離算出部と、を有することを特徴とする測距装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の測距装置と、前記距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部と、を有することを特徴とする車載カメラシステム。
【請求項１７】
前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の各輪に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を有することを特徴とする請求項１６に記載の車載カメラシステム。
【請求項１８】
前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の運転者に対して警報を発する警報装置を有することを特徴とする請求項１６または１７に記載の車載カメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定が可能であって広角な光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラや車載カメラ、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に適用される広角レンズとして、広い視野を確保しつつ、小型で低価格化を達成するべくレンズの構成枚数を少なくした２群構成をなす種々のタイプのレンズが知られている。特許文献１には、物体側から順に配列された、負の屈折力を有する両凹レンズ、開口絞り、正の屈折力を有する両凸レンズからなり、両凹レンズまたは両凸レンズの少なくとも一面が非球面に形成された広角レンズが知られている。
【０００３】
特許文献２および特許文献３には、非共軸光学系に関し、その設計法や焦点距離等の近軸量の計算方法が開示されている。特許文献２や特許文献３のように基準軸という概念を導入し、光学系の構成面を基準軸に対して非対称形状でかつ非球面にすることにより、十分に収差が補正された光学系が構築可能であることが明らかになってきた。
【０００４】
このような非共軸光学系は、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ（オフアキシャル）光学系と呼ばれる。Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系は、像中心と瞳中心を通る光線が辿る経路を基準軸とするとき、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸上にない曲面（Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ曲面）を含む光学系として定義される。この場合、基準軸は折れ曲がった形状となる。Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じることがないため、反射面を用いた光学系の構築がしやすい。また、光学系内で中間像を形成することにより、広画角を実現しつつコンパクトな光学系を構成することができる。また、前絞りの光学系でありながら、光路の引き回しが比較的自由に行うことができるため、コンパクトな光学系を構成することが可能である。
【０００５】
特許文献４には、ステレオ画像から被写体距離を算出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５９９１２号公報
【特許文献２】特開平９−５６５０号公報
【特許文献３】特開２００５−２４６９５号公報
【特許文献４】特開平８−１４８６１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、車載カメラやＵＡＶに関しては、搭載する撮像装置の大きさや重量について厳しい制限があるため、光学系の小型化や薄型化が望まれている。単純に画像を取得するだけであれば従来の光学系でも問題ない。しかし、画像から距離を測定し、その結果を用いて自車（または自機）を制御するようなセンシングに利用しようとすると、広角化を図りつつ歪曲のような像高ごとに異なる収差を低減させる必要がある。また、高速な画像処理も必要となる。特許文献１に開示されているような屈折レンズで光学系を構成しようとすると、広角化と歪曲低減との両立は困難であり、これらを両立させるには多くのレンズ枚数が必要となり大型化してしまう。
【０００８】
特許文献２や特許文献３には、自由曲面ミラーを使用した光学系が開示されているが、距離を測定するようなセンシングに利用するための言及がない。例えば、特許文献２や特許文献３の光学系を２つ用いてステレオ光学系を構成しようとしても、２つの撮像素子を使用する必要があるため、信号処理演算の規模が大きくなってしまう。また、信号処理演算の規模を小さくする専用の撮像素子や回路を用意すると、コストが上がってしまう。特許文献４には、ステレオ画像から被写体距離を算出する手法について開示されているが、ステレオ光学系を構成する場合に最適な光学構成については言及されていない。
【０００９】
そこで本発明は、小型かつ低コストで距離測定が可能な光学系、撮像装置、測距装置、および車載カメラシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面としての光学系は、物体の像を形成する光学系であって、第１及び第２の結像光学系と、該第１及び第２の結像光学系のそれぞれの光路上に配置された第１及び第２の開口絞りとを有し、前記第１及び第２の開口絞りの開口中心を結ぶ直線の中点を原点、前記第１の開口絞りの開口中心から前記第２の開口絞りの開口中心へ向かう方向を正とした前記直線をＹｓ軸、前記原点を通り右手座標系の定義に従って前記Ｙｓ軸に垂直な直線をＸｓ軸、前記原点を通り前記Ｘｓ軸および前記Ｙｓ軸のそれぞれに垂直な直線をＺｓ軸とするとき、前記第１及び第２の結像光学系のそれぞれにより形成される第１及び第２の像は、前記Ｙｓ軸の方向に沿って配列されており、前記第１及び第２の開口絞りのそれぞれの開口中心を通過してＸｓＹｓ平面上の縮小面の中心に至る基準光線の経路を第１及び第２の基準軸とし、前記第１及び第２の基準軸を前記縮小面から前記基準光線の進行方向に延長することで得られる第１及び第２の延長軸をＹｓＺｓ平面上に射影したとき、前記第１及び第２の延長軸は互いに交わる。
【００１１】
本発明の他の側面としての撮像装置は、前記光学系と、前記光学系により形成される像を受光する撮像素子とを有する。
【００１２】
本発明の他の側面としての測距装置は、物体の画像データを取得する前記撮像装置と、該画像データに基づいて前記物体までの距離情報を取得する距離算出部とを有する。
【００１３】
本発明の他の側面としての車載カメラシステムは、前記測距装置と、前記距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部とを有する。
【００１４】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型かつ低コストで距離測定が可能な光学系、撮像装置、測距装置、および車載カメラシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態における光学系の断面図および撮像装置の概略配置図である。
【図２】第１の実施形態における光学系のディストーションを示す図である。
【図３】第１の実施形態における光学系の横収差図である。
【図４】第２の実施形態における光学系の断面図および撮像装置の概略配置図である。
【図５】第２の実施形態における光学系のディストーションを示す図である。
【図６】第２の実施形態における光学系の横収差図である。
【図７】第３の実施形態における光学系の断面図および撮像装置の概略配置図である。
【図８】第３の実施形態における光学系のディストーションを示す図である。
【図９】第３の実施形態における光学系の横収差図である。
【図１０】各実施形態における座標系の説明図である。
【図１１】各実施形態における座標系の説明図である。
【図１２】各実施形態における横収差の評価位置の説明図である。
【図１３】各実施形態における撮像素子上の最終結像面の配置図である。
【図１４】各実施形態における撮像素子上の最終結像面の配置図である。
【図１５】各実施形態におけるステレオ光学系の座標系と各結像光学系の絶対座標系との関係を示す図である。
【図１６】各実施形態におけるステレオ光学系と各結像光学系との関係を示す図である。
【図１７】第４の実施形態における車載カメラシステムの機能ブロック図である。
【図１８】第４の実施形態における車両の要部概略図である。
【図１９】第４の実施形態における車載カメラシステムの動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、各実施形態に共通する事項について本発明の概要と共に説明する。
【００１８】
（各実施形態に共通する事項）
１）光学座標系等の定義
図１０は、各実施形態の光学系（ステレオ光学系）に用いられる結像光学系の構成データを定義する座標系の説明図である。各実施形態において、物体側（被写体側）から像側（撮像素子に形成される結像面側）に向かって、不図示の物体面の中心から瞳（絞り：開口絞りＳＰ）の中心（開口中心）を通って像面の中心に至る一つの光線を、中心主光線または基準軸光線と定義する。なお、物体側は拡大共役側、像側は縮小共役側ということもできる。図１０において、中心主光線または基準軸光線を一点鎖線で示す。また、中心主光線または基準軸光線が辿る経路を基準軸と定義する。また、基準軸に沿って、物体側からｉ番目の面を第ｉ面Ｒｉとする。
【００１９】
図１０において、第１面Ｒ１は光路上に配置された開口絞りＳＰ（絞り面）、第２面Ｒ２は第１面Ｒ１に対してチルトした反射面、第３面Ｒ３、第４面Ｒ４は各々の前の面に対してシフトおよびチルトした反射面である。第２面Ｒ２から第４面Ｒ４までの各々の反射面は、金属、ガラス、プラスチック等の媒質で構成されるミラーである。なお、第４面Ｒ４までに限定せず、第５面Ｒ５以降に反射面が続いてもよい。
【００２０】
各実施形態のステレオ光学系内の結像光学系はＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系（オフアキシャル光学系）であるため、結像光学系を構成する各面は共通の光軸を有しない。そこで各実施形態において、第１面Ｒ１の中心を原点とする絶対座標系を設定する。すなわち、第１面Ｒ１の中心である結像光学座標系の原点位置と光学的な最終結像面（縮小面）の中心位置とを通る光線（中心主光線または基準軸光線）の辿る経路が基準軸である。また、基準軸は方向（向き）を持っている。その方向は、中心主光線または基準軸光線が結像に際して進行する方向である。ここで「最終結像面」とは、結像光学系の光路の最後に存在する結像面であり、単に「結像面」または「像面」ともいう。最終結像面に撮像素子ＩＭＧ０を配置することで撮像を行う。最終結像面は光学的な面であり、直接撮像素子を意味するものではない。このため「最終結像面の中心」とは、「撮像素子ＩＭＧ０の中心」を意味するものではない。このため「最終結像面の中心」とは、「前記撮像素子ＩＭＧ０の中心」に限定するものではない。後述するように、光路の途中で実像を結ぶ結像面が存在する場合、その結像面を「中間結像面」と呼ぶ。単に「結像面」または「像面」との記述は、最終結像面のことを指す。
【００２１】
以下の各実施形態において、中心主光線または基準軸光線は、開口絞りＳＰの開口中心である第１面Ｒ１の中心点（原点）を通り最終結像面の中心へ至るまでに、各屈折面および反射面によって屈折および反射する。各構成面の順番は、中心主光線または基準軸光線が物体側（拡大共役側）から入射して屈折および反射を受ける順番に設定されている。このため、基準軸は設定された各面の順番に沿って屈折または反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に最終結像面の中心に到達する。また、以下の各実施形態において、物体側（拡大共役側）および像側（縮小共役側）とは、基準軸の方向に対してどちら側であるかを意味している。
【００２２】
なお各実施形態において、結像光学系の基準となる基準軸を前述のように設定しているが、軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、または、結像光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良い軸を採用すればよい。一般的には、像面の中心と、絞り、入射瞳、射出瞳、または、結像光学系の第１面Ｒ１や最終面の中心のいずれかを通る光線の辿る経路を基準軸に設定するとよい。
【００２３】
以下の各実施形態において、結像光学系の絶対座標系の各軸は、以下のように定められる。すなわち、Ｚ軸は、原点と物体面中心を通る直線（物体側から開口絞りＳＰ（第１面Ｒ１）の中心（開口中心）を通る基準軸）であり、物体面から第１面Ｒ１に向かう方向を正の方向とする。Ｙ軸は、原点を通り、右手座標系の定義に従ってＺ軸に対して反時計回り方向に９０゜をなす直線である。Ｘ軸は、原点を通り、Ｚ軸およびＹ軸のそれぞれに垂直な直線であり、図１０の紙面奥に向かう方向を正とする。
【００２４】
また、光学系を構成する第ｉ面の面形状およびチルト角を表すには、次のように表することにより理解が容易になる。基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定する。そして、ローカル座標系でその面の面形状を表し、基準軸とローカル座標系のなす角度でチルト角を表すとよい。このため、第ｉ面の面形状は、以下のローカル座標系で表す。すなわち、ｚ軸は、ローカル座標の原点を通る面法線である（正方向は図１０に示されている）。ｙ軸は、ローカル座標の原点を通り、右手座標系の定義に従ってｚ方向に対し反時計方向に９０゜をなす直線である。ｘ軸は、ローカル座標の原点を通り、ｙｚ面に対し垂直な直線であり、図１０の紙面奥に向かう方向を正とする。
【００２５】
従って、第ｉ面のｙｚ面内でのチルト角は、ローカル座標系のｚ軸が基準軸に対してなす鋭角で、反時計回り方向を正とした角度θｘｉ（単位「°」）で表される。また、第ｉ面のｘｚ面内でのチルト角は、基準軸に対して反時計回り方向を正とした角度θｙｉ（単位「°」）で表される。また、第ｉ面のｘｙ面内でのチルト角は、ｙ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θｚｉ（単位「°」）で表される。ただし、通常、角度θｚｉは面の回転に相当し、以下の各実施形態においては存在しない。図１０は、これらの絶対座標系とローカル座標系との相互関係を表している。また図１０の各軸の矢印の方向は、各軸の正負の方向を表している。（＋）が正方向、（−）が負方向を表す。図１０において、絶対座標原点に斜めに入射している光線を軸外主光線として描いている。ＹＺ平面上における軸外主光線の入射角度をωｙとするとき、上から入射した軸上主光線を負、下から入射した軸上主光線を正の角度として入射角度の符号を定義する。図１０ではＹＺ平面上で描いているが、ＸＺ平面上での入射角度の符号は、図１１に示される。
【００２６】
図１１は、図１０で描いた座標系をＺ軸回りに時計回りに９０度回転させた図であり、Ｙ軸が紙面奥から手前に向かう方向が正である。このとき、ＸＺ平面上での軸外主光線の入射角度をＺ軸を基準としてωｘとするとき、上から入射した軸外主光線を負、下から入射した軸外主光線を正の角度として入射角度の符号を定義する。入射角度ωｘ、ωｙのうち一番外側（入射角度ωｘやωｙが最大の角度となる位置）に位置する光線がそれぞれＸＺ平面上とＹＺ平面上での光学系の最大画角を決めている光線である。
【００２７】
ここまでは各結像光学系ごとの座標系について説明したが、２つの結像光学系が組み合わされることでステレオ光学系を構成した際の座標系を次のように定める。すなわちＺｓ軸は、結像光学系Ｌ１の開口絞り（第１の開口絞り）ＳＰの中心（開口中心）ＳＰＯ１と結像光学系Ｌ２の開口絞り（第２の開口絞り）ＳＰの中心（開口中心）ＳＰＯ２とを結ぶ直線の中点を原点Ｏとし、物体面中心と原点を通る直線である。なお、物体面中心から原点Ｏに向かう方向を正とする。Ｙｓ軸は、原点Ｏを通り右手座標系の定義に従ってＺｓ軸に対して反時計回り方向に９０゜をなす直線である。Ｘｓ軸は、原点Ｏを通りＺｓ軸とＹｓ軸のそれぞれに垂直な直線である。なお、Ｙｓ軸をＺｓ軸回りに反時計回り方向に９０゜をなす方向を正とする。換言すると、各軸は以下のように定義される。すなわち、結像光学系Ｌ１の開口絞りＳＰの中心ＳＰＯ１と結像光学系Ｌ２の開口絞りＳＰの中心ＳＰＯ２とを結ぶ直線の中点を原点Ｏとする。このとき、Ｙｓ軸は、結像光学系Ｌ１の開口絞りＳＰの中心ＳＰＯ１から結像光学系Ｌ２の開口絞りＳＰの中心ＳＰＯ２へ向かう方向を正とした直線である。Ｘｓ軸は、原点Ｏを通り右手座標系の定義に従ってＹｓ軸に対して垂直な直線である。Ｚｓ軸は、Ｘｓ軸およびＹｓ軸のそれぞれに垂直な直線である。
【００２８】
図１５は、ステレオ光学系Ｌ０の座標系と結像光学系Ｌ１、Ｌ２の絶対座標系との相互関係を示す図である。図１５において、各軸の矢印の方向が各軸の正負の方向を表している。すなわち、（＋）が正方向、（−）が負方向を示している。
【００２９】
２）結像光学系の具体的表現
また各実施形態において、数値実施例として各構成面の数値データを示す。Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面とのローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ｎｄｉ、νｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。なお各実施形態において、原点間の媒質は空気である。Ｅ−Ｘは、１０−Ｘを表す。球面は、Ｒｉを第ｉ面の曲率半径、ｘ、ｙを第ｉ面の各ローカル座標値とするとき、以下の式（Ａ）で表される形状である。
【００３０】
【数１】
2019090995.tif 000003
【００３１】
また、以下の各実施形態の結像光学系は、回転非対称な形状（曲率）を有する面（自由曲面）を２面以上有し、その形状は以下の式（Ｂ）により表される。
【００３２】
【数２】
2019090995.tif 000004
【００３３】
式（Ｂ）で表される曲面式は、ｘに関して偶数次の項のみである。このため、式（Ｂ）で表される曲面式により規定される曲面は、ｙｚ面を対称面とする面対称な形状である。
【００３４】
３）ステレオ光学系としてのあるべき姿
各実施形態におけるステレオ光学系（被写体からの光束を第１および第２の結像面に集光する第１および第２の結像光学系）は、以下のような考えに基づく。従来、車載カメラ用途での光学系において、レンズを使用した透過型の光学系があった。そして、同じ光学系を２つ水平に並べてステレオ視することで距離を測定する、または、３Ｄ形状を取得する種々の光学系が提案されている。また、回転非対称な反射面を含む結像光学系を利用した小型で高画質な種々の光学系も提案されている。ステレオ光学系を用いて精度良く距離を測定する、または３Ｄ形状を取得するには、結像性能を高めて高画質化することが必要となる。また、車載カメラでの距離測定用途では、周囲も広く捉える必要があるため、ある程度の広角化が必要である。
【００３５】
透過型のレンズ光学系でステレオ光学系を構成すると、レンズ枚数を増やせば広角でＦ値が明るい高画質なステレオ光学系を組むことができる。しかしながら、部品点数が大幅に増えるためコストが増大し、また、製造誤差や組み立て誤差を抑える必要があるため、製造難易度が上がってしまう。一方、透過型のレンズ光学系でなく、回転非対称な反射面をプリズム内に有する自由曲面プリズム光学系でステレオ光学系を構成すると、複数の反射面を一体で構成することができる。このため、組み立て時の製造誤差による結像性能劣化を低減させることができる。しかしながら、自由曲面プリズムの場合、入射側の空気との界面、または射出側の界面で色収差が発生し、プリズムだけで幅広い可視光領域を高画質に維持することは難しい。また、波長によってプリズム内の透過率が異なる、または耐環境性においても温度変化によって光学系の全体がひずむ可能性があり、プリズムを構成する材料が限定される。更に、光学系全体がプリズムであるため、重量が見かけ以上に重くなる。
【００３６】
４）本発明の概要（回転非対称な形状を有する中空反射ミラー構成、およびステレオ光学系を一つの撮像素子へ結像させる構成）
各実施形態では、ステレオ光学系を構成する結像光学系を回転非対称な形状（自由曲面形状）を有する中空反射ミラー構成（中空ミラー構成）とする。これにより、色収差補正のためにレンズを増やす必要がなく、少ない部品点数でＦ値が明るく結像性能が高い状態を維持できる。ここで中空ミラー構成とは、反射面が銀やアルミなど可視光領域などで反射率の高い材料が蒸着されたミラー構造になっており、反射面の入射側と射出側（反射側）が共に空気などの気体媒質もしくは真空であるような構成をいう。このように各実施形態は、プリズムなどの透明な固体内に光が伝播して固体内の壁面（または外界との境界部）で反射する構成ではない。プリズム等を使用すると、前述のように色収差が発生する原因となるため、好ましくない。
【００３７】
また各実施形態では、ステレオ光学系を構成する２つの結像光学系の最終結像面を一つの撮像素子ＩＭＧ０の面上に構成している。これにより、独立した信号処理回路を２つ用意する必要がなく、読み出し領域を特定するだけで２つの結像光学系の画像情報を取り出すことができる。
【００３８】
《第１の実施形態》
次に、本発明の第１の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態のステレオ光学系（光学系）Ｌ０の基本的な構成を説明する。ステレオ光学系Ｌ０は、少なくとも２面以上の反射面第ｉ面Ｒｉ（ｉは物体側から順に付与される面番号）と共通の撮像素子ＩＭＧ０を備える結像光学系（第１の結像光学系）Ｌ１および結像光学系（第２の結像光学系）Ｌ２を有する。また、ステレオ光学系Ｌ０に含まれる２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ、最も物体側に開口絞りＳＰ（第１面Ｒ１）を有する。図１中には、開口絞りＳＰ、共通の撮像素子ＩＭＧ０、結像光学系Ｌ１、Ｌ２を表示している。なお、開口絞りＳＰに関し、図１では一つの光学素子面であるとし、Ｒ１という表記を括弧書きでしている。ステレオ光学系Ｌ０が有する２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２が形成する最終結像面のそれぞれは、一つの撮像素子ＩＭＧ０面上に形成される。
【００３９】
図１は、本実施形態におけるステレオ光学系Ｌ０の内部の結像光学系の配置（ＹｓＺｓ面）を示している。図１において、それぞれ２つの開口絞りＳＰから光を取り込み、結像光学系Ｌ１と結像光学系Ｌ２が有する反射面である第２面Ｒ２〜第６面Ｒ６を通って、撮像素子ＩＭＧ０に結像する様子を示している。開口絞りＳＰの位置は、複数の反射面である第２面Ｒ２〜第６面Ｒ６で構成されたＯｆｆ−Ａｘｉａｌ結像光学系Ｌ１と結像光学系Ｌ２の入射瞳の位置に相当する。
【００４０】
図１において、結像光学系Ｌ１、Ｌ２を構成する反射面第２面Ｒ２〜第６面Ｒ６は、いずれも回転非対称形状を有し、前述したように基準軸が折れ曲がったＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系（オフアキシャル光学系）を構成している。結像光学系Ｌ１、Ｌ２が構成する最終結像面の位置に撮像素子ＩＭＧ０が配置されている。図１３は、撮像素子ＩＭＧ０上における最終結像面ＩＭＧ１、ＩＭＧ２の配置図である。図１３において、結像光学系Ｌ１が形成する最終結像面をＩＭＧ１、結像光学系Ｌ２が形成する最終結像面をＩＭＧ２として示している。このように本実施形態では、水平方向（Ｙｓ軸と同じ方向）に２つの最終結像面（部分領域）が撮像素子ＩＭＧ０上に並んで配置される。このように本実施形態において、結像光学系Ｌ１、Ｌ２は、一つの撮像素子ＩＭＧ０の異なる領域に、相互に視差を有する複数の画像を形成する。
【００４１】
結像光学系Ｌ１、Ｌ２は同じ設計値の光学系であるため、数値実施例や後述するディストーション、横収差のデータは結像光学系Ｌ２の例で代表して示している。図２は、本実施形態（数値実施例１）におけるディストーションの様子を示す。図２において、横軸はＸ軸方向の像面上での座標値（Ｘ画角に相当）、縦軸はＹ軸方向の像面上での座標値（Ｙ画角に相当）を示す。また、ディストーションの無い理想格子（Ｐａｒａｘｉａｌ  ＦＯＶ）と実際の光線追跡結果の格子（Ａｃｔｕａｌ  ＦＯＶ）を重ねて描いている。ディストーションの大きい光学系の場合は格子がずれているのがわかりやすいが、本実施形態の結像光学系Ｌ１、Ｌ２はディストーションを非常によく低減することができるため、実際の格子は理想格子と実質的に区別が付かない。
【００４２】
図１２は、撮像素子ＩＭＧ０上の最終結像面ＩＭＧ１、ＩＭＧ２における評価位置１、２、３、４、５を示す。図３は、評価位置１〜５における横収差図を示す。また、図３の横収差図では、横軸を瞳面上でのＸ軸またはＹ軸とし、縦軸は像面上での収差量を意味している。評価光線の波長はｄ線である。ωは半画角である。全ての収差図では、後述する各数値実施例をｍｍ単位で表した場合、横収差±０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。なお、本実施形態以降の各実施形態中、重複する説明は省略し、重複して用いられる符号の意味は断りのない限り共通のものとする。
【００４３】
次に、本実施形態の構成に基づいて、本発明の特徴および奏する効果について説明する。前述のように、従来、ステレオ光学系を利用して、被写体とカメラとの距離や被写体同士の距離を取得する手法は種々開示されている。また、回転非対称な形状の自由曲面ミラーを利用した反射光学系を撮像装置に利用することで、小型化と結像性能の向上を両立した技術も種々開示されている。
【００４４】
しかしながら、ステレオ光学系は２つの結像光学系が必要である。すなわち、単純に考えると２つの撮像素子が必要である。２つの撮像素子からの画像情報を取得し、２つの画像情報について撮像後に演算処理を行う。ここで時間をかけて演算処理を行うことが許容される場合には、従来の信号処理装置で十分である。しかし、ステレオ光学系をＵＡＶなどの機器に搭載させて、リアルタイムにセンシング結果をフィードバックさせつつ自律的に機器を動かそうとする場合、速い信号処理能力が必要となる。その結果、廃熱対策や電源の確保など機材が大型化し、ＵＡＶへ搭載することができない可能性がある。
【００４５】
そこで本実施形態では、図１に示されるように、結像光学系Ｌ１、Ｌ２が形成する２つの最終結像面を一つの撮像素子面上に形成することができるようにしている。しかし、単純に２つの結像光学系を並べて、一つの撮像素子上に結像させようとすると、非常に大きな撮像素子面が必要となるか、または特殊な形状の撮像素子が必要となる。その結果、専用の撮像素子を作る必要があり、コストが非常に高くなるため、好ましくない。または、大きな撮像素子を用いる場合、撮像に使用しない領域が多く出るため、効率が良くない。そこで、従来から量産されている撮像素子を利用できるようにするため、２つの最終結像面を近接配置にした。またそれを実現できるようにするために、２つの最終結像面を互いに基準軸から傾けて構成している。これにより、２つの結像光学系を構成する各光学部材が干渉することなく配置可能となり、２つの最終結像面も近接配置することができるようになる。このため、一つの撮像素子面をステレオ画像取得のために効率的に利用することが可能となる。
【００４６】
このように２つの最終結像面を互いに基準軸から傾けて構成したため、結像光学系Ｌ１、Ｌ２のそれぞれの基準軸を光線進行方向に更に延長させると、それぞれの最終結像面位置よりも奥側の交点Ｐで交わる。結像光学系Ｌ１、Ｌ２が誤差なく理想的に製造組み立てできた場合には、図１５に示されるようにＹｓＺｓ平面上に交点Ｐが形成される。しかし、実際は製造誤差があり、結像光学系Ｌ１、Ｌ２のそれぞれの基準軸が同じＹｓＺｓ平面上にない場合も考えられる。そこで、２つの延長した基準軸をＹｓＺｓ平面内に射影して考える。このように考えると、２つの基準軸は必ず一点で交わる交点Ｐを有する。すなわち本実施形態において、結像光学系Ｌ１、Ｌ２のそれぞれにより形成される第１及び第２の像（視差画像）は、Ｙｓ軸の方向に沿って配列されている。ここで、第１及び第２の開口絞り（結像光学系Ｌ１、Ｌ２の開口絞りＳＰ）のそれぞれの開口中心（ＳＰＯ１、ＳＰＯ２）を通過してＸｓＹｓ平面上の最終結像面（縮小面）の中心に至る基準光線の経路を第１及び第２の基準軸とする。第１及び第２の基準軸を縮小面から基準光線の進行方向に延長することで得られる第１及び第２の延長軸をＹｓＺｓ平面上に射影したとき、第１及び第２の延長軸は交点Ｐで互いに交わる。
【００４７】
本実施形態の結像光学系Ｌ１、Ｌ２は以上のように構成されるが、好ましくは、以下の条件のうち少なくとも１つを満足するように構成される。これによれば、広角化と歪曲の低減の両立をしつつ、小型で距離測定が可能であり、情報処理演算規模も小さくできるステレオ光学系およびそれを用いた撮像装置を得ることができる。
【００４８】
結像光学系Ｌ１、Ｌ２は、基準軸を折り曲げるため、回転非対称な形状を有する反射面（自由曲面）をそれぞれ２つ以上有している。このような反射面を有することにより、収差補正をより容易にすることができ、結像性能の向上が可能となる。好ましくは、結像光学系Ｌ１、Ｌ２には、回転非対称な形状を有する反射面のうち少なくとも１つは偏心して配置されている。また、結像光学系Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ、回転非対称な形状を有する複数の反射面のうち、最も物体側の反射面（第１反射面）よりも物体側に開口絞りＳＰを有する。これにより、最終的に撮像素子に入射する光線の全てが結像光学系Ｌ１、Ｌ２に含まれる各光学素子のエッジでけられることなく撮像素子に入射できるため、周辺減光を低減させることが可能となる。
【００４９】
また、結像光学系Ｌ１、Ｌ２のそれぞれにおいて、第１面Ｒ１として開口絞りＳＰを配置し、開口絞りＳＰの位置が入射瞳位置となるように構成することにより、広角化しても各反射面が大型化しないという利点も生まれる。これにより、各反射面への入射光と反射光が同じ空間を共有できるため空間を有効に利用することができ、小型化が可能となる。なお、製造誤差等で入射瞳位置が厳密に開口絞りＳＰの位置にならない場合でも、多少のずれは許容される。
【００５０】
本実施形態のステレオ光学系Ｌ０を構成する結像光学系Ｌ１、Ｌ２は、ＹＺ平面内において、Ｚ軸を中心として±４０度の画角を有し、ＸＺ平面内においてはＺ軸を中心として±２０度の画角を有する。また、第２面Ｒ２の反射面を第１反射面とし、続く反射面を第２反射面、第３反射面というように、基準軸に沿って物体側から順に回転非対称な形状を有する反射面に番号を付する。このとき、この画角を維持しつつ画面全体に渡って高画質化を達成するため、第１反射面は正のパワーを有する深い凹面形状としている。
【００５１】
本実施形態において、全ての画角光束に関して、第１反射面と最終反射面との間に中間結像面を有する。最終反射面は、結像光学系Ｌ１、Ｌ２が有する光学的な結像面へ入射する光線が直前に反射した反射面である。本実施形態では、第５反射面（Ｒ６）が最終反射面に相当する。中間結像面を有することにより、画角が広い結像光学系であっても周辺画角の光線を基準軸上付近にまとめることが可能となり、反射面の面積を小さくすることができる。
【００５２】
より好ましくは、回転非対称な形状を有する複数の反射面のうち、最も物体側の反射面（第１反射面）と基準軸上に沿って隣接する反射面（第２反射面）との間に少なくとも一つの光束が中間結像点を有する。広い画角を有する結像光学系の場合、第１反射面の大きさが決まるパラメータとして画角の広さが大きく関係している。そして中間結像をせずに第２反射面へ導光させると、第２反射面も非常に大きくなってしまう。一方、第１反射面と第２反射面との間に中間結像点を有する構成にすると、広い画角であっても各画角の光線を狭い面積に集めることができるため、第２反射面以降の面積を小さくすることができる。
【００５３】
より好ましくは、全ての画角光束に関して、第１反射面と第２反射面との間に中間結像点を有する。また好ましくは、第１反射面と第２反射面との間に中間結像面Ｍを有することが好ましい。一つの画角だけでなく全ての画角光線で中間結像をする中間結像面Ｍを有することにより、第１反射面で反射した軸外の主光線を全て基準軸上光線付近にまとめることができる。その結果、第１反射面と第２反射面との間の距離を短くしつつ第２反射面の反射面を小さくすることができる。これにより、±４０度という広い画角であっても各反射面の小型化が達成できる。なお、中間結像面Ｍの位置は図１に示される位置に限定されるものではない。また、以下に示す他の実施形態でも、同様に結像光学系Ｌ１、Ｌ２内に中間結像面Ｍを有する。
【００５４】
また本実施形態において、ステレオ光学系Ｌ０を構成する結像光学系Ｌ１、Ｌ２は、回転非対称な形状を有する中空反射ミラー構成としている。これにより、色収差補正のためにレンズを増やす必要が無く、少ない部品点数でＦ値が明るく結像性能が高い状態を維持できる。
【００５５】
また本実施形態において、ＹＺ平面内において偶数番目の反射面での光線の反射方向と、奇数番目の反射面での光線の反射方向とが、光線の進行方向に向かって互いに逆向きになるように各回転非対称な形状を有する反射面が構成される。例えば本実施形態の結像光学系Ｌ２の場合、第１反射面では光線入射後に基準軸に沿って右方向に反射しているのに対し、第２反射面では左方向に反射している。これにより、各反射面で発生する偏心収差をキャンセルすることが容易となり、画面全体に渡り高画質化が可能となる。
【００５６】
また好ましくは、結像光学系Ｌ１、Ｌ２は、略同一の光学系であることが好ましい。画角やＦナンバーが２つの光学系で異なると、距離を測定できる範囲が画角の狭い結像光学系で決まってしまうか、または被写界深度が異なると、距離測定精度が劣化してしまうため、好ましくない。
【００５７】
図１６は、ステレオ光学系Ｌ０と各結像光学系Ｌ１、Ｌ２との関係を示す図である。図１６に示されるように、２つの開口絞りＳＰの中心（開口中心）ＳＰＯ１、ＳＰＯ２を結ぶ直線の長さをｄｓｐ、２つの最終結像面の中心同士を結ぶ直線の長さをｄｉｍとするとき、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
【００５８】
ｄｓｐ＞ｄｉｍ  …  （１）
これにより、２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２の結像面を近接させつつ、２つの開口絞りＳＰを離すことができる。条件式（１）を満足すると、基線長が長く取れて視差画像から距離を算出する精度を上げることができるため、好ましい。一方、条件式（１）を満足しない場合、基線長が短すぎてしまい、距離を算出する精度が低下するため、好ましくない。
【００５９】
ここで、基準軸が反射を繰り返す平面、すなわち折れ曲がった基準軸を含む平面（ＹＺ面）をＯｆｆ−Ａｘｉａｌ断面（オフアキシャル断面）と呼ぶ。結像光学系Ｌ１とＬ２において、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面上での半画角をωｙ（Ｙ軸方向の画角）、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面に垂直な断面上での半画角をωｘ（Ｘ軸方向の画角）とする。このとき、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００６０】
ωｙ＞ωｘ  …  （２）
これにより、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面と垂直方向で小型化が可能となる。これは、用途によって水平方向と垂直方向で同じ範囲が見えている必要がない場合に有用である。例えば、本実施形態のステレオ光学系Ｌ０を車載カメラに用いた場合、周囲を監視する際に歩道や対向車など水平方向は広く見えた方がよいが、垂直方向は最低限信号機や道路標識が見えればよく、水平方向に比べて見る範囲を狭くしても支障がない。このような場合、条件式（２）を満足することにより、更なる小型化が達成できるため、好ましい。
【００６１】
２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２の最終結像面は、基準軸と最終結像面の交点を回転中心としてＸ軸回りに傾いていることが好ましい。これにより、ＸｓＹｓ平面上に２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２の最終結像面を配置することができる。
【００６２】
２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２のＹｓＺｓ平面内における平均焦点距離をｆａｖとする。ＹｓＺｓ平面上に光線進行方向に延長した基準軸の最終結像面の中心位置を射影した場合、結像光学系Ｌ１、Ｌ２のそれぞれの最終結像面の中心位置から２つの基準軸が一点で交わる点までの平均距離をｄａｖとする。このとき、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
【００６３】
２．００＜ｄａｖ/ｆａｖ＜８．００  …  （３）
条件式（２）において、平均焦点距離ｆａｖは、ＹｓＺｓ平面内における結像光学系Ｌ１の焦点距離をｆ１、結像光学系Ｌ２の焦点距離をｆ２とするとき、以下の式（４）で表される。
【００６４】
ｆａｖ＝（ｆ１＋ｆ２）／２  …  （４）
結像光学系Ｌ１に関し、ＹｓＺｓ平面上に光線進行方向に延長した基準軸と最終結像面の中心位置を射影したときを考える。結像光学系Ｌ１の最終結像面の中心位置から２つの延長した基準軸が一点で交わる点までの距離をｄ１とする。同様に、結像光学系Ｌ２に関し、結像光学系Ｌ２の最終結像面の中心位置から２つの延長した基準軸が一点で交わる点までの距離をｄ２とする。このとき、平均距離ｄａｖは、以下の式（５）で表される。
【００６５】
ｄａｖ＝（ｄ１＋ｄ２）／２  …  （５）
平均距離ｄａｖは、結像光学系Ｌ１、Ｌ２の焦点距離ｆ１、ｆ２と比較して長くなればなるほど、２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２が形成する最終結像面同士の間隔（Ｙｓ軸方向の間隔）が長くなる。このとき、一つの撮像素子で２つの像を撮像するには、大きな撮像素子が必要となり、大型化してしまうため好ましくない。または、２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２が形成する基準軸同士がなす鋭角の角度が小さ過ぎる。このとき、２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２の最終反射面（第５反射面（Ｒ６））が干渉してしまうため、好ましくない。
【００６６】
より好ましくは、条件式（３）は、以下の条件式（３ａ）を満足する。
【００６７】
３．００＜ｄａｖ/ｆａｖ＜７．００  …  （３ａ）
更に好ましくは、条件式（３ａ）は、以下の条件式（３ｂ）を満足する。
【００６８】
３．５０＜ｄａｖ/ｆａｖ＜６．５０  …  （３ｂ）
また好ましくは、２つの結像光学系Ｌ１、Ｌ２の最終結像面は同一平面上にある。これにより、平面形状の従来の撮像素子を用いて２つの結像光学系から視差画像を容易に得ることができる。
【００６９】
なお、各条件式の数値については、後述する数値実施例の部分に記述する。本実施形態によれば、広角化と歪曲の低減の両立をしつつ、小型で距離測定が可能であり、情報処理演算規模を小さくすることが可能なステレオ光学系およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。
【００７０】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４を参照して、本実施形態のステレオ光学系Ｌ０の基本的な構成を説明する。本実施形態のステレオ光学系Ｌ０は、第５反射面から最終結像面への光路（バックフォーカス）を長く取り、最終結像面付近に、波長選択性のフィルタなどを入れやすくした点で、第１の実施形態と異なる。波長選択性のフィルタを入れることで、紫外光、赤外光、可視光と、取得したい情報をフィルタ交換機構で選択できるようになるため、好ましい。
【００７１】
図５は、本実施形態（数値実施例２）におけるディストーションの様子を示す。図５において、横軸はＸ軸方向の像面上での座標値（Ｘ画角に相当）、縦軸はＹ軸方向の像面上での座標値（Ｙ画角に相当）を示す。また、ディストーションの無い理想格子（Ｐａｒａｘｉａｌ  ＦＯＶ）と実際の光線追跡結果の格子（Ａｃｔｕａｌ  ＦＯＶ）を重ねて描いている。図６は、評価位置１〜５における横収差図を示す。また、図６の横収差図では、横軸を瞳面上でのＸ軸またはＹ軸とし、縦軸は像面上での収差量を意味している。評価光線の波長はｄ線である。ωは半画角である。全ての収差図では、後述する各数値実施例をｍｍ単位で表した場合、横収差±０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。
【００７２】
本実施形態によれば、広角化と歪曲の低減の両立をしつつ、小型で距離測定が可能であり、情報処理演算規模を小さくすることが可能なステレオ光学系およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。
【００７３】
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７を参照して、本実施形態のステレオ光学系Ｌ０の基本的な構成を説明する。本実施形態のステレオ光学系Ｌ０は、第５反射面から最終結像面への光路（バックフォーカス）を短く取り、より小型化を行った点で、第１の実施形態と異なる。ステレオ光学系Ｌ０をＺｓ軸方向に薄型化することができれば、鏡筒などの保持部材の重量も軽くできるため、ＵＡＶなどに搭載しやすくなるため、好ましい。
【００７４】
図８は、本実施形態（数値実施例２）におけるディストーションの様子を示す。図８において、横軸はＸ軸方向の像面上での座標値（Ｘ画角に相当）、縦軸はＹ軸方向の像面上での座標値（Ｙ画角に相当）を示す。また、ディストーションの無い理想格子（Ｐａｒａｘｉａｌ  ＦＯＶ）と実際の光線追跡結果の格子（Ａｃｔｕａｌ  ＦＯＶ）を重ねて描いている。図９は、評価位置１〜５における横収差図を示す。また、図９の横収差図では、横軸を瞳面上でのＸ軸またはＹ軸とし、縦軸は像面上での収差量を意味している。評価光線の波長はｄ線である。ωは半画角である。全ての収差図では、後述する各数値実施例をｍｍ単位で表した場合、横収差±０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。
【００７５】
本実施形態によれば、広角化と歪曲の低減の両立をしつつ、小型で距離測定が可能であり、情報処理演算規模を小さくすることが可能なステレオ光学系およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。
【００７６】
また各実施形態において、変形例として、ステレオ光学系Ｌ０の内部にゴミ等が入り込まないように、開口絞りＳＰの前後にカバーガラスを配置してもよい。また、撮像素子ＩＭＧ０よりも物体側にローパスフィルタや波長選択フィルタなどの各種フィルタ、またはカバーガラスを配置してもよい。以下、第１の実施形態〜３の実施形態にそれぞれ対応する数値実施例１〜３を示す。各実施形態の結像光学系Ｌ１、Ｌ２は同じ光学系を用いているため、以下の各数値実施例では結像光学系Ｌ２の内容を記述し、結像光学系Ｌ１の内容の記述は省略する。図１４は、第１の実施形態〜第３の実施形態に共通する撮像素子ＩＭＧ０上における最終結像面ＩＭＧ１、ＩＭＧ２の配置図である。
【００７７】
（数値実施例１）
物体面から開口絞りＳＰまでの距離は無限大で、画角は、Ｘ：±20度、Ｙ：±40度である。焦点距離はＸ：2.87ｍｍ、Ｙ：2.83ｍｍである。像面サイズはｘ：2.082ｍｍ、ｙ：4.8ｍｍである。入射瞳（開口絞りＳＰ）は円形であり、その直径は1.5ｍｍである。Ｘ軸方向のＦ値は1.91、Ｙ軸方向のＦ値は1.92である。本実施形態の反射面は全て回転非対称面で構成されており、各反射面をＸＺ平面に射影すると矩形形状をなしている。回転非対称面形状は、式（Ｂ）により与えられる。
【００７８】
面データ
面番号  Xi      Yi      Zi        Di       θxi    θyi
1(SP) 0.00    0.00    0.00     16.50      0.00    0.00   絞り
2(R2) 0.00    0.00   16.50     27.50     25.00    0.00   第１反射面
3(R3) 0.00  -21.07   -1.18     20.50    -36.50    0.00   第２反射面
4(R4) 0.00  -29.08   17.69     20.50     24.00    0.00   第３反射面
5(R5) 0.00  -37.74   -0.89     20.50    -33.00    0.00   第４反射面
6(R6) 0.00  -51.19   14.59     21.91     26.00    0.00   第５反射面
像面   0.00  -55.35   -6.75              -11.00    0.00   ＩＭＧ１，２
回転非対称面データ
第2面(R2) 第1反射面
C20 = -2.1083E-02   C02 = -1.9062E-02   C21 = -5.3706E-06
C03 = -1.0783E-04   C40 = -9.8216E-06   C22 = -7.2322E-06
C04 = -6.6462E-06   C41 =  3.3789E-07   C23 =  5.8855E-08
C05 =  1.2921E-07   C60 =  1.5916E-07   C42 =  2.8131E-08
C24 =  9.1731E-09   C06 =  5.4053E-09   C60 =  1.7743E-09
C43 =  7.7018E-10   C25 =  2.7041E-10   C07 = -7.3999E-10
C80 = -9.4570E-10   C62 = -1.3043E-11   C44 = -9.8469E-12
C26 = -2.8803E-11   C08 = -3.8363E-11
第3面(R3) 第2反射面
C20 = -2.2290E-02   C02 = -1.5436E-02   C21 =  3.0179E-04
C03 =  1.2301E-03   C40 = -1.8460E-05   C22 =  8.7500E-06
C04 = -2.8366E-05   C41 = -5.4030E-06   C23 =  3.7340E-08
C05 = -1.4290E-06   C60 = -2.8325E-07   C42 = -1.0483E-06
C24 =  1.1108E-08   C06 =  1.7965E-07   C60 = -1.3624E-07
C43 = -1.5749E-07   C25 = -3.5693E-08   C07 =  6.3169E-09
C80 =  4.5763E-08   C62 =  8.2309E-08   C44 =  1.0904E-08
C26 =  3.0443E-09   C08 = -1.0202E-09
第4面(R4) 第3反射面
C20 = -1.8373E-02   C02 = -9.5725E-03   C21 =  2.2499E-05
C03 =  1.6044E-04   C40 = -7.5926E-06   C22 = -9.2543E-06
C04 =  6.7798E-07   C41 = -1.5985E-07   C23 =  3.1090E-08
C05 = -6.1270E-08   C60 = -1.9291E-09   C42 = -9.8197E-09
C24 = -7.9524E-09   C06 = -5.5537E-09   C60 =  5.4368E-10
C43 =  3.8048E-10   C25 = -1.0940E-10   C07 = -1.1075E-10
C80 = -1.3858E-12   C62 =  2.5615E-11   C44 = -5.4602E-11
C26 =  4.7002E-11   C08 = -2.9674E-11
第5面(R5) 第4反射面
C20 = -8.0733E-02   C02 = -8.5416E-03   C21 = -1.1258E-03
C03 = -1.3124E-04   C40 = -1.2440E-03   C22 = -2.6615E-04
C04 = -2.9658E-05   C41 = -9.3874E-05   C23 = -1.2101E-05
C05 = -1.4412E-06   C60 =  4.4922E-05   C42 = -1.3598E-05
C24 = -5.0439E-06   C06 = -1.9912E-07   C60 =  3.4539E-06
C43 = -1.2107E-06   C25 = -2.8823E-07   C07 = -3.5184E-09
C80 = -8.0363E-06   C62 = -3.1719E-07   C44 =  4.4547E-09
C26 =  4.3268E-08   C08 = 1.6535E-10
第6面(R6) 第5反射面
C20 = -2.3549E-02   C02 = -1.4857E-02   C21 =  2.6640E-05
C03 =  1.6841E-05   C40 = -1.4024E-05   C22 = -1.7537E-05
C04 = -5.1626E-06   C41 =  6.4278E-08   C23 =  3.9511E-08
C05 =  3.3663E-08   C60 = -1.6124E-08   C42 = -3.6300E-08
C24 = -1.9936E-08   C06 = -6.4908E-09   C60 =  6.2117E-12
C43 =  1.4904E-09   C25 =  8.7835E-10   C07 = -1.0945E-10
C80 = -3.1885E-11   C62 = -2.1066E-11   C44 = -1.3538E-10
C26 = -5.3118E-11   C08 =  2.2457E-11
各反射面の軸上光束における焦点距離データ
fix、fiyのiは第i反射面に相当する。
fixはＸ断面での焦点距離、fiyはＹ断面での焦点距離を表す。
fxはＸ断面での全系の焦点距離、fyはＹ断面での全系の焦点距離を表す。
f1x =  13.084 mm      f1y =  11.887 mm
f2x = -13.953 mm      f2y = -13.019 mm
f3x =  14.894 mm      f3y =  23.859 mm
f4x =  -3.692 mm      f4y = -24.547 mm
f5x =  11.812 mm      f5y =  15.124 mm
fx  =   2.867 mm      fy  =   2.830 mm
各反射面の形状データ
矩形形状であるため、各Eaix,Eaiyの2倍の値が矩形の辺の長さに相当する。各辺の長さのうち長いほうを「長辺」、短いほうを「短辺」と呼ぶ。以降の数値実施例でも同様である。
なおEaix、Eaiyのiは第i反射面に相当する。
EaixはＸ断面での辺の長さの半分の値、EaiyはＹ断面での辺の長さの半分の値を表す。
【００７９】
Ea1x =  7.29mm       Ea1y = 13.46mm
Ea2x =  4.37mm       Ea2y =   6.82mm
Ea3x = 10.73mm       Ea3y =   8.22mm
Ea4x =  1.91mm       Ea4y =   4.35mm
Ea5x =  9.11mm       Ea5y =   7.70mm
dsp=117.1
dim=6.4
ωx =±20度
ωy =±40度
d1=16.77
d2=16.77
f1=2.830
f2=2.830
dav=16.77
fav=2.830
（数値実施例２）
物体面から開口絞りＳＰまでの距離は無限大で、画角は、Ｘ：±20度、Ｙ：±40度である。焦点距離はＸ：2.86ｍｍ、Ｙ：2.83ｍｍである。像面サイズはｘ：2.082ｍｍ、ｙ：4.8ｍｍである。入射瞳（開口絞りＳＰ）は円形であり、その直径は1.5ｍｍである。Ｘ軸方向のＦ値は1.91、Ｙ軸方向のＦ値は1.94である。本実施形態の反射面は全て回転非対称面で構成されており、各反射面をＸＺ平面に射影すると矩形形状をなしている。回転非対称面形状は、式（Ｂ）により与えられる。
【００８０】
面データ
面番号  Xi      Yi      Zi        Di       θxi    θyi
1(SP) 0.00    0.00    0.00     16.50      0.00    0.00   絞り
2(R2) 0.00    0.00   16.50     27.00     25.00    0.00   第１反射面
3(R3) 0.00  -20.68   -0.86     21.50    -33.00    0.00   第２反射面
4(R4) 0.00  -26.61   19.81     22.50     24.00    0.00   第３反射面
5(R5) 0.00  -38.53    0.73     24.50    -43.00    0.00   第４反射面
6(R6) 0.00  -58.35   15.13     34.60     33.50    0.00   第５反射面
像面   0.00  -66.14  -18.58              -13.00    0.00   ＩＭＧ１，２
回転非対称面データ
第2面(R2) 第1反射面
C20 = -1.9750E-02   C02 = -2.0001E-02   C21 = -4.1410E-06
C03 = -1.0050E-04   C40 =  6.5089E-06   C22 = -2.7138E-07
C04 = -8.3210E-06   C41 = -1.4237E-08   C23 =  3.8332E-07
C05 = -6.7157E-09   C60 = -6.0088E-08   C42 = -1.2266E-08
C24 =  2.7699E-08   C06 =  1.8921E-09   C60 =  1.3661E-09
C43 =  1.7521E-10   C25 =  1.2924E-09   C07 = -3.3266E-10
C80 =  4.6821E-10   C62 =  6.5690E-11   C44 = -2.8772E-11
C26 = -6.3987E-12   C08 = -2.2304E-11
第3面(R3) 第2反射面
C20 = -1.1301E-02   C02 = -2.3824E-02   C21 =  5.1853E-04
C03 =  2.7676E-03   C40 = -1.7298E-05   C22 = -8.6299E-05
C04 = -1.5444E-04   C41 =  5.7041E-06   C23 =  1.1015E-05
C05 =  1.1884E-05   C60 =  5.2959E-08   C42 = -1.2392E-06
C24 = -2.6190E-06   C06 = -1.2825E-06   C60 = -2.4132E-08
C43 =  1.2519E-07   C25 =  4.0196E-07   C07 =  1.0481E-07
C80 = -2.0193E-09   C62 =  1.1236E-08   C44 = -8.3473E-09
C26 = -2.0372E-08   C08 = -3.5478E-09
第4面(R4) 第3反射面
C20 = -1.5381E-02   C02 = -9.4433E-03   C21 = -4.8941E-05
C03 =  2.5686E-04   C40 = -3.6217E-06   C22 = -1.4979E-05
C04 =  1.0664E-05   C41 =  1.4366E-07   C23 = -4.3390E-07
C05 =  6.2941E-07   C60 = -1.4222E-09   C42 = -3.5277E-09
C24 = -3.5152E-08   C06 =  3.0693E-08   C60 =  3.3911E-10
C43 =  3.3406E-10   C25 = -1.6438E-09   C07 =  1.4417E-09
C80 = -1.4330E-11   C62 =  4.9920E-11   C44 =  4.2387E-12
C26 = -4.1780E-11   C08 =  3.1378E-11
第5面(R5) 第4反射面
C20 = -1.1121E-01   C02 = -8.6804E-03   C21 = -3.0158E-03
C03 =  6.2725E-05   C40 = -1.6793E-03   C22 = -2.4409E-04
C04 = -1.4311E-05   C41 = -1.3192E-04   C23 = -7.9405E-06
C05 =  1.2376E-07   C60 = -4.1737E-05   C42 = -1.4777E-05
C24 = -1.9762E-06   C06 = -3.0936E-08   C60 = -4.2105E-06
C43 = -1.1558E-06   C25 = -1.0052E-07   C07 =  1.2267E-10
C80 = -2.6568E-06   C62 = -1.0462E-06   C44 = -1.0392E-07
C26 =  2.5897E-09   C08 = -1.9610E-10
第6面(R6) 第5反射面
C20 = -1.9332E-02   C02 = -1.0363E-02   C21 = -6.1723E-06
C03 =  1.2595E-05   C40 = -7.2754E-06   C22 = -7.5142E-06
C04 = -1.9237E-06   C41 = -1.3298E-09   C23 =  6.0055E-09
C05 =  6.2133E-09   C60 = -5.6655E-09   C42 = -9.2351E-09
C24 = -6.4478E-09   C06 = -9.1306E-10   C60 = -8.7282E-12
C43 =  3.4691E-12   C25 =  6.7088E-11   C07 =  2.7296E-12
C80 = -4.7559E-12   C62 = -1.3729E-11   C44 = -4.5294E-12
C26 =  7.1144E-14   C08 = -1.1136E-14
各反射面の軸上光束における焦点距離データ
fix、fiyのiは第i反射面に相当する。
fixはＸ断面での焦点距離、fiyはＹ断面での焦点距離を表す。
fxはＸ断面での全系の焦点距離、fyはＹ断面での全系の焦点距離を表す。
f1x =  13.967 mm      f1y =  11.328 mm
f2x = -26.377 mm      f2y =  -8.801 mm
f3x =  17.792 mm      f3y =  24.185 mm
f4x =  -3.074 mm      f4y = -21.063 mm
f5x =  15.508 mm      f5y =  20.117 mm
fx  =   2.863 mm      fy  =   2.833 mm
各反射面の形状データ
矩形形状であるため、各Eaix,Eaiyの2倍の値が矩形の辺の長さに相当する。各辺の長さのうち長いほうを「長辺」、短いほうを「短辺」と呼ぶ。以降の数値実施例でも同様である。
なおEaix、Eaiyのiは第i反射面に相当する。
EaixはＸ断面での辺の長さの半分の値、EaiyはＹ断面での辺の長さの半分の値を表す。
【００８１】
Ea1x =  7.26mm       Ea1y = 13.30mm
Ea2x =  5.20mm       Ea2y =  5.47mm
Ea3x = 10.41mm       Ea3y =  9.57mm
Ea4x =  2.04mm       Ea4y =  7.17mm
Ea5x = 10.01mm       Ea5y = 12.87mm
dsp=138.68
dim=6.4
ωx =±20度
ωy =±40度
d1=14.23
d2=14.23
f1=2.833
f2=2.833
dav=14.23
fav=2.833
（数値実施例３）
物体面から開口絞りＳＰまでの距離は無限大で、画角は、Ｘ：±20度、Ｙ：±40度である。焦点距離はＸ：2.86ｍｍ、Ｙ：2.81ｍｍである。像面サイズはｘ：2.082ｍｍ、ｙ：4.8ｍｍである。入射瞳（開口絞りＳＰ）は円形であり、その直径は1.5ｍｍである。Ｘ軸方向のＦ値は1.90、Ｙ軸方向のＦ値は1.95である。本実施形態の反射面は全て回転非対称面で構成されており、各反射面をＸＺ平面に射影すると矩形形状をなしている。回転非対称面形状は、式（Ｂ）により与えられる。
【００８２】
面データ
面番号  Xi      Yi      Zi        Di       θxi    θyi
1(SP) 0.00    0.00    0.00     16.50      0.00    0.00   絞り
2(R2) 0.00    0.00   16.50     27.00     25.00    0.00   第１反射面
3(R3) 0.00  -20.68   -0.86     21.50    -38.00    0.00   第２反射面
4(R4) 0.00  -30.11   18.47     21.50     24.00    0.00   第３反射面
5(R5) 0.00  -38.16   -1.47     22.50    -28.00    0.00   第４反射面
6(R6) 0.00  -50.74   17.19     20.60     25.00    0.00   第５反射面
像面   0.00  -56.42   -2.61              -16.00    0.00   ＩＭＧ１，２
回転非対称面データ
第2面(R2) 第1反射面
C20 = -2.1752E-02   C02 = -1.8762E-02   C21 =  4.5605E-05
C03 = -1.1903E-04   C40 = -4.4143E-06   C22 = -8.8552E-06
C04 = -1.0364E-05   C41 =  3.7019E-07   C23 =  1.1859E-07
C05 = -1.2062E-07   C60 = -1.7188E-08   C42 =  6.3369E-09
C24 =  1.8695E-08   C06 =  5.9282E-09   C60 = -5.4593E-09
C43 = -1.2181E-09   C25 =  9.6491E-10   C07 = -8.5169E-11
C80 = -3.8137E-10   C62 = -3.3888E-10   C44 = -6.4926E-11
C26 = -1.0921E-11   C08 = -2.0387E-11
第3面(R3) 第2反射面
C20 = -2.9740E-02   C02 = -1.7248E-02   C21 = -2.8145E-04
C03 =  1.0149E-03   C40 = -3.5696E-05   C22 =  3.2040E-05
C04 = -6.9447E-08   C41 = -1.0255E-05   C23 = -4.1195E-06
C05 = -5.5308E-06   C60 = -1.4069E-07   C42 =  2.8538E-07
C24 =  1.0658E-07   C06 =  4.6121E-07   C60 = -3.5895E-08
C43 = -8.4108E-08   C25 = -5.2627E-08   C07 =  1.4631E-08
C80 = -2.7804E-09   C62 = -3.4851E-08   C44 = -1.5725E-08
C26 =  3.7679E-09   C08 = -2.6396E-09
第4面(R4) 第3反射面
C20 = -1.8431E-02   C02 = -9.4522E-03   C21 =  2.0620E-05
C03 =  2.7832E-05   C40 = -7.6258E-06   C22 = -8.1940E-06
C04 = -4.8882E-07   C41 = -2.7783E-08   C23 =  1.2141E-08
C05 = -1.3191E-07   C60 = -4.2573E-09   C42 = -6.9482E-09
C24 = -7.8375E-09   C06 = -5.2620E-09   C60 =  3.7623E-13
C43 = -5.1286E-10   C25 = -5.0713E-10   C07 =  7.7427E-11
C80 = -1.2239E-11   C62 = -2.0310E-11   C44 =  2.1960E-11
C26 =  2.8146E-11   C08 =  1.3207E-11
第5面(R5) 第4反射面
C20 = -6.7863E-02   C02 = -6.9259E-03   C21 = -1.0418E-03
C03 = -4.3290E-04   C40 = -8.9955E-04   C22 = -2.6960E-04
C04 = -2.9782E-05   C41 = -3.8668E-05   C23 = -1.4324E-05
C05 = -2.7579E-06   C60 = -7.1171E-06   C42 = -8.8544E-06
C24 = -3.0115E-06   C06 = -3.3960E-07   C60 = -4.8234E-06
C43 = -2.3326E-06   C25 = -6.1996E-07   C07 = -2.8021E-08
C80 = -1.7552E-06   C62 = -1.0971E-06   C44 = -4.8498E-07
C26 = -3.8503E-08   C08 = -5.6218E-10
第6面(R6) 第5反射面
C20 = -2.2785E-02   C02 = -1.4606E-02   C21 =  2.3030E-05
C03 = -3.2261E-05   C40 = -1.2786E-05   C22 = -1.6104E-05
C04 = -2.5347E-06   C41 =  2.7110E-08   C23 = -6.7259E-10
C05 = -7.7368E-08   C60 = -1.1785E-08   C42 = -2.4514E-08
C24 = -1.0989E-08   C06 =  2.3414E-09   C60 =  1.7760E-10
C43 =  4.2642E-11   C25 =  1.0319E-09   C07 = -8.9921E-10
C80 = -3.4260E-11   C62 = -9.4841E-11   C44 = -2.4550E-11
C26 = -1.4396E-10   C08 =  4.5861E-11
各反射面の軸上光束における焦点距離データ
fix、fiyのiは第i反射面に相当する。
fixはＸ断面での焦点距離、fiyはＹ断面での焦点距離を表す。
fxはＸ断面での全系の焦点距離、fyはＹ断面での全系の焦点距離を表す。
f1x =  12.682 mm      f1y =  12.077 mm
f2x = -10.668 mm      f2y = -11.422 mm
f3x =  14.848 mm      f3y =  24.162 mm
f4x =  -4.172 mm      f4y = -31.871 mm
f5x =  12.106 mm      f5y =  15.513 mm
fx  =   2.858 mm      fy  =   2.813 mm
各反射面の形状データ
矩形形状であるため、各Eaix,Eaiyの2倍の値が矩形の辺の長さに相当する。各辺の長さのうち長いほうを「長辺」、短いほうを「短辺」と呼ぶ。以降の数値実施例でも同様である。
なおEaix、Eaiyのiは第i反射面に相当する。
EaixはＸ断面での辺の長さの半分の値、EaiyはＹ断面での辺の長さの半分の値を表す。
【００８３】
Ea1x =  7.27mm       Ea1y =  13.48mm
Ea2x =  4.23mm       Ea2y =   6.60mm
Ea3x = 14.65mm       Ea3y =   8.78mm
Ea4x =  2.64mm       Ea4y =   5.17mm
Ea5x = 11.98mm       Ea5y =   7.53mm
dsp=119.24
dim=6.4
ωx =±20度
ωy =±40度
d1=11.61
d2=11.61
f1=2.813
f2=2.813
dav=11.61
fav=2.813
【００８４】
【表１】
2019090995.tif 000005
【００８５】
表１は、各数値実施例における条件式（１）〜（３）に関する値を示す。第１の実施形態〜第３の実施形態のステレオ光学系Ｌ０は、監視カメラや車載カメラ、またはドローンに代表されるＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）のような無人航空機などに適用することが可能である。これにより、各実施形態によれば、広角化と歪曲の低減の両立をしつつ、小型で距離測定が可能であり、情報処理演算規模も小さくすることが可能なステレオ光学系を実現することができる。
【００８６】
《第４の実施形態》
次に、第１の実施形態〜３のステレオ光学系を備えた車載カメラ１０およびそれを備える車載カメラシステム（運転支援装置）６００について説明する。図１７は、車載カメラ１０および車載カメラシステム６００の構成図である。車載カメラシステム６００は、自動車等の車両に設置され、車載カメラ１０により取得した車両の周囲の画像情報に基づいて、車両の運転を支援するための装置である。図１８は、車載カメラシステム６００を備える車両７００の概略図である。図１８においては、車載カメラ１０の撮像範囲５０を車両７００の前方に設定した場合を示しているが、撮像範囲５０を車両７００の後方に設定してもよい。
【００８７】
図１７に示すように、車載カメラシステム６００は、車載カメラ１０と、車両情報取得装置２０と、制御装置（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３０と、警報装置４０と、を備える。また、車載カメラ１０は、撮像部１と、画像処理部２と、視差算出部３と、距離算出部４と、衝突判定部５とを備えている。画像処理部２、視差算出部３、距離算出部４、及び衝突判定部５で、処理部が構成されている。撮像部１は、上述した何れかの実施形態に係る光学系と撮像素子とを有する。
【００８８】
図１９は、車載カメラシステム６００の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、車載カメラシステム６００の動作を説明する。
【００８９】
まず、ステップＳ１では、撮像部１を用いて車両の周囲の対象物（被写体）を撮像し、複数の画像データ（視差画像データ）を取得する。続いてステップＳ２では、車両情報取得装置２０から車両情報の取得を行う。車両情報とは、車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む情報である。続いてステップＳ３では、撮像部１により取得された複数の画像データに対して、画像処理部２により画像処理を行う。具体的には、画像データにおけるエッジの量や方向、濃度値などの特徴量を解析する画像特徴解析を行う。ここで、画像特徴解析は、複数の画像データの夫々に対して行ってもよいし、複数の画像データのうち一部の画像データのみに対して行ってもよい。
【００９０】
続いてステップＳ４では、撮像部１により取得された複数の画像データ間の視差（像ズレ）情報を、視差算出部３によって算出する。視差情報の算出方法としては、ＳＳＤＡ法や面積相関法などの既知の方法を用いることができるため、本実施形態では説明を省略する。なお、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４は、上記の順番に処理を行ってもよいし、互いに並列して処理を行ってもよい。
【００９１】
続いてステップＳ５では、撮像部１により撮像した対象物との間隔情報（距離情報）を、距離算出部４によって算出する。すなわち距離算出部４は、複数の光学系を介してそれぞれ形成された複数の画像に基づいて被写体の距離情報を算出する。距離情報は、視差算出部３により算出された視差情報と、撮像部１の内部パラメータ及び外部パラメータとに基づいて算出することができる。なお、ここでの距離情報とは、対象物との間隔、デフォーカス量、像ズレ量、などの対象物との相対位置に関する情報のことであり、画像内における対象物の距離値を直接的に表すものでも、距離値に対応する情報を間接的に表すものでもよい。
【００９２】
続いてステップＳ６では、距離算出部４により算出された距離情報が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を、衝突判定部５によって行う。これにより、車両の周囲の設定距離内に障害物が存在するか否かを判定し、車両と障害物との衝突可能性を判定することができる。衝突判定部５は、設定距離内に障害物が存在する場合は衝突可能性ありと判定し（ステップＳ７）、設定距離内に障害物が存在しない場合は衝突可能性なしと判定する（ステップＳ８）。
【００９３】
次に、衝突判定部５は、衝突可能性ありと判定した場合（ステップＳ７）、その判定結果を制御装置３０や警報装置４０に対して通知する。このとき、制御装置３０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両を制御し、警報装置４０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて警報を発する。
【００９４】
例えば、制御装置３０は、車両に対して、ブレーキをかける、アクセルを戻す、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制する、などの制御を行う。また、警報装置４０は、車両のユーザ（運転者）に対して、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与える、などの警告を行う。
【００９５】
以上、本実施形態に係る車載カメラシステム６００によれば、上記の処理により、効果的に障害物の検知を行うことができ、車両と障害物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施形態に係る光学系を車載カメラシステム６００に適用することで、車載カメラ１０の全体を小型化して配置自由度を高めつつ、広画角にわたって障害物の検知及び衝突判定を行うことが可能になる。
【００９６】
なお、距離情報の算出については、様々な実施形態が考えられる。一例として、撮像部１が有する撮像素子として、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素部を有する瞳分割型の撮像素子を採用した場合について説明する。瞳分割型の撮像素子において、一つの画素部は、マイクロレンズと複数の光電変換部とから構成され、光学系の瞳における異なる領域を通過する一対の光束を受光し、対をなす画像データを各光電変換部から出力することができる。
【００９７】
そして、対をなす画像データ間の相関演算によって各領域の像ずれ量が算出され、距離算出部４により像ずれ量の分布を表す像ずれマップデータが算出される。あるいは、距離算出部４は、その像ずれ量をさらにデフォーカス量に換算し、デフォーカス量の分布（撮像画像の２次元平面上の分布）を表すデフォーカスマップデータを生成してもよい。また、距離算出部４は、デフォーカス量から変換される対象物との間隔の距離マップデータを取得してもよい。
【００９８】
なお、本実施形態では、車載カメラシステム６００を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限られず、車載カメラシステム６００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載カメラシステム６００は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。また、本実施形態に係る車載カメラ１０、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００９９】
なお各実施形態の撮像光学系は、好ましくは、可視光や赤外光（遠赤外光）もしくはその両方を利用して人物などの被写体を検出することが可能な撮像装置に適用されるが、これに限定されるものではない。各実施形態のステレオ光学系は、監視カメラや車載カメラだけでなく、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、または、ＵＡＶに搭載されるカメラなどの各種の撮像装置に適用することが可能である。各実施形態によれば、広角化と歪曲の低減の両立をしつつ、小型で距離測定が可能であり、情報処理演算規模も小さくすることができる。このため各実施形態によれば、小型かつ低コストで距離測定が可能な光学系、撮像装置、測距装置、および車載カメラシステムを提供することができる。
【０１００】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１０１】
例えば、上述した各実施形態に係る光学系を投影光学系として投影装置に適用することもできる。この場合、光学系の縮小面の位置に液晶パネル（空間変調器）等の表示素子の表示面が配置される。ただし、光学系が投影装置に適用される場合は、物体側と像側とが反転して光路が逆向きになる。すなわち、物体側に配置された表示素子の表示面（縮小面）に表示される画像を、光学系により像側に配置されたスクリーン等の投影面（拡大面）に投影（結像）させる構成を採ることができる。この場合にも、光学系を撮像装置に適用した場合と同様に、各実施形態における各条件式を満足することが望ましい。また、各実施形態の光学系を投影装置に適用する場合、光学系の縮小側に配置する照明系で光束（Ｆ値）が決定されるため、開口部としての開口絞りＳＰ（Ｒ１）を配置する必要はない。この場合、開口部の位置は射出瞳として定義される。
【０１０２】
なお、各実施形態の光学系を撮像光学系として用いる場合、縮小面（縮小側共役面）は像面（撮像面）、拡大面（拡大側共役面）は物体面（被写体面）にそれぞれ相当する。また撮像光学系の場合、縮小側（縮小共役側）は像側、拡大側（拡大共役側）は物体側にそれぞれ相当する。一方、各実施形態の光学系を投影光学系として用いる場合、縮小面（縮小側共役面）は物体面（表示面）、拡大面（拡大側共役面）は像面（投射面）にそれぞれ相当する。また投影光学系の場合、縮小側（縮小共役側）は物体側（表示側）、拡大側（拡大共役側）は像側（投射側）にそれぞれ相当する。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｌ０  ステレオ光学系（光学系）
Ｌ１  結像光学系（第１の結像光学系）
Ｌ２  結像光学系（第２の結像光学系）
Ｒ２〜Ｒ６  反射面
ＳＰ  開口絞り
【図１】
2019090995.tif 000006
【図２】
2019090995.tif 000007
【図３】
2019090995.tif 000008
【図４】
2019090995.tif 000009
【図５】
2019090995.tif 000010
【図６】
2019090995.tif 000011
【図７】
2019090995.tif 000012
【図８】
2019090995.tif 000013
【図９】
2019090995.tif 000014
【図１０】
2019090995.tif 000015
【図１１】
2019090995.tif 000016
【図１２】
2019090995.tif 000017
【図１３】
2019090995.tif 000018
【図１４】
2019090995.tif 000019
【図１５】
2019090995.tif 000020
【図１６】
2019090995.tif 000021
【図１７】
2019090995.tif 000022
【図１８】
2019090995.tif 000023
【図１９】
2019090995.tif 000024