(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウィンドウシールドを通して外部空間を結像すると共に、補助光学系と共同して前記ウィンドウシールドの外表面を結像する撮像用光学系と、
前記撮像用光学系により結像した像を画像信号に変換する撮像素子と、
を含み、
前記補助光学系を少なくとも、
光源、及び、前記光源を発した発散光をほぼ平行になす集光光学系を有し、前記平行光を前記ウィンドウシールドの外表面で全反射させる前置光学系と、
少なくとも1枚の正の屈折力を有し、前記ウィンドウシールドで反射した前記平行光を前記撮像用光学系に導くための後置光学系と、
で構成し、
前記後置光学系は、凹面の反射面と凸面の反射面とを少なくとも各１面有し、前記凹面の反射面は略軸外しの、軸中心の回転放物面で構成され、
前記凸面の反射面は、前記撮像用光学系の前記入射瞳の光軸上の位置を第二の焦点とし、前記凹面の焦点の位置を第一の焦点とする略軸を中心とする回転双曲面で構成され、
前記後置光学系の後側焦点と前記撮像用光学系の入射瞳の位置とをほぼ一致させ、
前記後置光学系の前側焦点を前記ウィンドウシールドの外表面と接する面の近傍に位置するように配置させ、
前記撮像用光学系と前記後置光学系とは、前記撮像用光学系の焦点距離ｆ１とし、前記後置光学系の焦点距離をｆ２としたとき、次式
０．０１  ＜  ｆ１／ｆ２  ＜  ０．５０
の条件を満たすように配置したことを特徴とする車載用観察装置。
【請求項２】
ウィンドウシールドを通して外部空間を結像すると共に、補助光学系と共同して前記ウィンドウシールドの外表面を結像する撮像用光学系と、
前記撮像用光学系により結像した像を画像信号に変換する撮像素子と、
を含み、
前記補助光学系を少なくとも、
光源、及び、前記光源を発した発散光をほぼ平行になす集光光学系を有し、前記平行光を前記ウィンドウシールドの外表面で全反射させる前置光学系と、
少なくとも1枚の正の屈折力を有し、前記ウィンドウシールドで反射した前記平行光を前記撮像用光学系に導くための後置光学系と、
で構成し、
前記後置光学系の後側焦点と前記撮像用光学系の入射瞳の位置とをほぼ一致させ、
前記後置光学系の前側焦点を前記ウィンドウシールドの外表面と接する面の近傍に位置するように配置させ、
前記撮像用光学系の光軸と前記補助光学系の光軸とが前記撮像用光学系の前記入射瞳の位置若しくは当該入射瞳の近傍で交差し、
前記撮像用光学系の光軸と前記補助光学系の光軸とのなす角度が、前記光軸が交差する点を略中心として変化可能に構成され、
前記撮像用光学系と前記後置光学系とは、前記撮像用光学系の焦点距離ｆ１とし、前記後置光学系の焦点距離をｆ２としたとき、次式
０．０１  ＜  ｆ１／ｆ２  ＜  ０．５０
の条件を満たすように配置したことを特徴とする車載用観察装置。
【請求項３】
前記補助光学系の後置光学系は、凹面の反射面を少なくとも１面有するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の車載用観察装置。
【請求項４】
前記補助光学系の後置光学系は、凹面の反射面と平面の反射面との各々を少なくとも１面ずつ有するように構成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の車載用観察装置。
【請求項５】
前記補助光学系の後置光学系は、凹面の反射面と凸面の反射面との各々を少なくとも１面ずつ有するように構成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の車載用観察装置。
【請求項６】
前記撮像用光学系の光軸と前記補助光学系の光軸とが前記撮像用光学系の前記入射瞳の位置若しくは当該入射瞳の近傍で交差し、
前記撮像用光学系の光軸と前記補助光学系の光軸とのなす角度が、前記光軸が交差する点を略中心として変化可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車載用観察装置。
【請求項７】
前記撮像用光学系の光軸と前記補助光学系の光軸とのなす角度が、前記光軸が交差する点を略中心として前記撮像用光学系の全画角の１／２以下の範囲の角度で変化可能に構成されたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の車載用観察装置。
【請求項８】
前記補助光学系は、複数の光学部品を有し、反射系または反射屈折系で構成され、前記補助光学系の後置光学系の光軸が１平面上に含まれるように構成された光学系であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の車載用観察装置。
【請求項９】
前記補助光学系の後置光学系は、反射系を構成する反射部材若しくは反射屈折系を構成する反射屈折部材を、少なくとも所定の波長の光線を透過する光線透過部材と一体に構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の車載用観察装置。
【請求項１０】
前記光線透過部材は、前記所定の波長以外の光線の光量を制限することを特徴とする請求項９に記載の車載用観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用の観察装置として、ウィンドウシールドの外部空間とウィンドウシールド外表面との観察を一つの撮像素子を用いて行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ウィンドウシールド外表面は例えば雨滴よって濡れることにより屈折異常を生じ、視界不良の原因となる。そのため、このような観察装置によりウィンドウシールド外表面を観察することで雨滴を検出し、ワイパーを作動させ視界を確保することが行われる。
【特許文献１】特開２００６−０７１４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の技術では、ウィンドウシールド外表面の観察を観察領域全面に亘って良好に観察することができないという課題があった。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ウィンドウシールド外表面の観察を良好に行うことのできる車載用観察装置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】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係る車載用観察装置は、ウィンドウシールドを通して外部空間を結像すると共に、補助光学系と共同してウィンドウシールドの外表面を結像する撮像用光学系と、この撮像用光学系により結像した像を画像信号に変換する撮像素子と、を含み、補助光学系を少なくとも、光源、及び、この光源を発した発散光をほぼ平行になす集光光学系を有し、平行光をウィンドウシールドの外表面で全反射させる前置光学系と、少なくとも1枚の正の屈折力を有し、ウィンドウシールドで反射した平行光を撮像用光学系に導くための後置光学系と、で構成する。また、後置光学系は、凹面の反射面と凸面の反射面とを少なくとも各１面有し、凹面の反射面は略軸外しの、軸中心の回転放物面で構成され、凸面の反射面は、撮像用光学系の入射瞳の光軸上の位置を第二の焦点とし、凹面の焦点の位置を第一の焦点とする略軸を中心とする回転双曲面で構成される。そして、後置光学系の後側焦点と撮像用光学系の入射瞳の位置とをほぼ一致させ、後置光学系の前側焦点をウィンドウシールドの外表面と接する面の近傍に位置するように配置させる。このとき、撮像用光学系と後置光学系とは、撮像用光学系の焦点距離ｆ１とし、後置光学系の焦点距離をｆ２としたとき、次式
０．０１  ＜  ｆ１／ｆ２  ＜  ０．５０
の条件を満たすように配置されている。
【０００６】
このような車載用観察装置は、撮像用光学系の光軸と補助光学系の光軸とが撮像用光学系の入射瞳の位置若しくは当該入射瞳の近傍で交差し、撮像用光学系の光軸と補助光学系の光軸とのなす角度が、これらの光軸が交差する点を略中心として変化可能に構成されることが好ましい。
【０００７】
また、本発明に係る車載用観察装置は、ウィンドウシールドを通して外部空間を結像すると共に、補助光学系と共同してウィンドウシールドの外表面を結像する撮像用光学系と、この撮像用光学系により結像した像を画像信号に変換する撮像素子と、を含み、補助光学系を少なくとも、光源、及び、この光源を発した発散光をほぼ平行になす集光光学系を有し、平行光をウィンドウシールドの外表面で全反射させる前置光学系と、少なくとも1枚の正の屈折力を有し、ウィンドウシールドで反射した平行光を撮像用光学系に導くための後置光学系と、で構成する。そして、後置光学系の後側焦点と撮像用光学系の入射瞳の位置とをほぼ一致させ、後置光学系の前側焦点をウィンドウシールドの外表面と接する面の近傍に位置するように配置させる。また、撮像用光学系の光軸と補助光学系の光軸とが撮像用光学系の入射瞳の位置若しくは当該入射瞳の近傍で交差し、撮像用光学系の光軸と補助光学系の光軸とのなす角度が、光軸が交差する点を略中心として変化可能に構成される。このとき、撮像用光学系と後置光学系とは、撮像用光学系の焦点距離ｆ１とし、後置光学系の焦点距離をｆ２としたとき、次式
０．０１  ＜  ｆ１／ｆ２  ＜  ０．５０
の条件を満たすように配置されている。
【０００８】
このような車載用観察装置において、補助光学系の後置光学系は、凹面の反射面を少なくとも１面有するように構成されることが好ましい。
【０００９】
また、このような車載用観察装置において、補助光学系の後置光学系は、凹面の反射面と平面の反射面との各々を少なくとも１面ずつ有するように構成されることが好ましい。
【００１０】
あるいは、このような車載用観察装置において、補助光学系の後置光学系は、凹面の反射面と凸面の反射面との各々を少なくとも１面ずつ有するように構成されることが好ましい。
【００１１】
さらに、このような車載用観察装置は、撮像用光学系の光軸と補助光学系の光軸とのなす角度が、光軸が交差する点を略中心として撮像用光学系の全画角の１／２以下の範囲の角度で変化可能に構成されることが好ましい。
【００１２】
また、このような車載用観察装置において、補助光学系は、複数の光学部品を有し、反射系または反射屈折系で構成され、補助光学系の後置光学系の光軸が１平面上に含まれるように構成された光学系であることが好ましい。
【００１３】
また、このような車載用観察装置において、補助光学系の後置光学系は、反射系を構成する反射部材若しくは反射屈折系を構成する反射屈折部材を、少なくとも所定の波長の光線を透過する光線透過部材と一体に構成されることが好ましい。
【００１４】
このとき、光線透過部材は、所定の波長以外の光線の光量を制限することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る車載用観察装置を以上のように構成すると、撮像用光学系と補助光学系とを複合光学系として統合することができ、極めてコンパクトで調整が簡単で部材が少なく安価な光学系を達成することができ、ウィンドウシールドの外表面の状態に関する情報を取得でき、必要に応じてその情報を周辺装置若しくは撮像用光学系にフィードバックすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、自動車のフロントウィンドウ等のウィンドウシールドＷで分割された空間ＲＩ，ＲＯのうち、一方の空間ＲＩ（例えば、自動車の場合、車内ＲＩ）に配置された、撮像用光学系２及びウィンドウシールドＷに照明光を照射する前置光学系３Ｆを含む、補助光学系３からなる複合光学系１と、を示している。ここで、自動車のフロントウィンドウの場合、図１においてウィンドウシールドＷは紙面に垂直でなく、４５度以上傾斜している。
【００１７】
撮像用光学系２は、ウィンドウシールドＷで分割され、この撮像用光学系２が配置された空間ＲＩ内からウィンドウシールドＷを通して他方の空間ＲＯ（例えば、自動車の場合、車外であってこの自動車の前方の空間（外部空間）ＲＯ）を撮像する（観察する）ように構成されている。このような撮像用光学系２としては、広角レンズが用いられるのが良い。本実施例では特公昭５１−１４０１７に開示された実施例を所定の焦点距離に比例縮小させ、焦点距離ｆ１＝２．５５ｍｍ、Ｆ／４、入射角２ω＝１８０度、ｙｍａｘ＝３．８６ｍｍのレンズとして用いたが、どの様なレンズを適用しても良い。なお、撮像用光学系２の像面上には、この撮像用光学系２で結像された像を検出して電気信号（画像信号）に変換する撮像素子５が配置されている。
【００１８】
補助光学系３は、ＬＥＤの光源３３１と、該光源３３１を発する発散光を略平行に成すコンデンサレンズ（集光光学系）３３２およびプリズム３３３を有し、該平行光をウィンドウシールドＷの外表面Ｗａで全反射させ得る前置光学系３Ｆと、ウィンドウシールドＷ側から順に、正の屈折力を有する光学部材３１と負の屈折力を有する光学部材３２とから構成されている後置光学系３Ｌよりなる。なお、以降の説明において、ウィンドウシールドＷの外表面Ｗａのうち、前置光学系３Ｆにより照明光が照射される領域を「観察面Ｗｂ」と呼ぶ。この図１に示す実施形態においては、正の屈折力を有する光学部材３１として、ウィンドウシールドＷ側に凹面３１ａを向けた焦点距離５６．５ｍｍの凹面鏡３１で構成し、負の屈折力を有する光学部材３２として、撮像用光学系２側に凸面３２ａを向けた焦点距離１６．９ｍｍの凸面鏡３２で構成した場合を示している。この補助光学系３の後置光学系３Ｌは、合成焦点距離が１０３．４ｍｍであり、その後側焦点（後置光学系３Ｌに対してウィンドウシールドＷ側から入射した光線が集光される焦点）が、撮像用光学系２の入射瞳の位置と概略一致するように配置されている。すなわち、補助光学系３の後置光学系３Ｌの後側焦点が、撮像用光学系２の入射瞳面と光軸とが交わる点の近傍に位置するように配置されている。補助光学系３をこのように配置することにより、この補助光学系３に入射した光線の全てを撮像用光学系２で取り込むことができる。ただし、撮像用光学系２の焦点距離ｆ１と、補助光学系３の後置光学系３Ｌの焦点距離ｆ２との間に、次に示す式（１）の関係を満たすようにするのが望ましい。
【００１９】
０．０１  ＜  ｆ１／ｆ２  ＜  ０．５０                          （１）
【００２０】
この条件式（１）において、下限は、被写体の最小分解能から制限される。すなわち、雨滴の最小分解能を０．３ｍｍ以下と規定し、撮像用光学系２上の撮像素子５の画素ピッチを３μｍと仮定する。そして、雨滴を孤立パターンとみなして、画素のナイキスト周波数（この場合１６６ＬＰ／ｍｍ）の２倍（１／３３２ｍｍ）まで識別できると仮定すれば、次式（２）の関係が成立する。
【００２１】
（１／３３２ｍｍ）×（ｆ２／ｆ１）  ≦  ０．３                  （２）
【００２２】
この式（２）の関係より、０．０１＜ｆ１／ｆ２となる。条件式（１）の下限を下回る場合は雨滴の最小分解能が低下して目標に達しない。
【００２３】
一方、この条件式（１）において、上限は雨滴検出エリア（上述の観察面Ｗｂ）から受ける制約である。雨滴検出エリアは広いほど望ましく、少なくとも１００ｍｍ2以上が望ましい。これを最も入手の容易なＤＸサイズの撮像素子（２３．６×１５．８８ｍｍ＝３７３ｍｍ2）の有効エリアの１６分の１以下の面積に受光するとき、次式（３）の関係が成立する。
【００２４】
（１００／（３７３／１６））1/2  ≧  ｆ２／ｆ１                    （３）
【００２５】
この式（３）の関係より、ｆ１／ｆ２＜０．５０となる。この限りにおいて、補助光学系３の後置光学系３Ｌは撮像用光学系２と比較して、相対的に明るさが暗く、簡素な光学系で実現でき、更には補助光学系３を構成する後置光学系３Ｌの全長（屈折系の場合でおよそｆ１の２倍）をコンパクトに実現することができる。なお、撮像素子５のサイズが小さくなると、撮像素子５の辺の長さに比例して、ｆ１／ｆ２の許容エリアは縮小されるが、これを１／２インチサイズの撮像素子（６．５５×４．９２ｍｍ＝３２．３ｍｍ2）の有効エリアの４分の１以下の面積に受光するとき、次式（４）の関係が成立する。
【００２６】
（１００／（３２．３／４））1/2  ≧  ｆ２／ｆ１                    （４）
【００２７】
この式（４）の関係より、ｆ１／ｆ２＜０．３０となり、撮像用光学系２と比較して、補助光学系３の後置光学系３Ｌは相対的にＦナンバーを大きく（つまり明るさを暗く）することができ、一層簡素で、一層コンパクトな光学系で実現できて更に現実的である。本実施形態の場合、撮像用光学系２の焦点距離ｆ１は２．５５ｍｍであり、補助光学系３の後置光学系３Ｌの合成焦点距離ｆ２は１０３．４ｍｍであるから、ｆ１／ｆ２＝０．０２５である。図中±１０ｍｍの雨滴エリアを確保する場合は、撮像用光学系２の焦点面上で幅０．４８ｍｍのエリアに結像している。
【００２８】
補助光学系３の前置光学系３Ｆを図１の側面から見た図を図２に示す。前置光学系３Ｆは照明光学系であって、所定の波長の照明光（例えば赤外光）を放射する光源３３１と、この光源３３１から放射された照明光を集光して平行光束に変換するコンデンサレンズ（集光光学系）３３２と、全反射光を補助光学系３の後置光学系３Ｌに導くプリズム３３３から構成されている。この前置光学系３Ｆは、複合光学系１が配置された空間ＲＩ内からウィンドウシールドＷに対して平行光束となった照明光を照射するように構成されている。平行光束であることは、所定の雨滴検出エリア内のすべての領域に均等な条件で光線を投射し、その結果均等な条件で雨滴の情報を得るために欠くことのできない条件である。光源３３１からのこの照明光は、平行光束となってウィンドウシールドＷに入射するが、ウィンドウシールドＷを構成する光学部材（例えばガラス）の屈折率に比べて、このウィンドウシールドＷの外部空間ＲＯの屈折率（通常、空気の屈折率）が小さいため、このウィンドウシールドＷと外部空間ＲＯとの境界面（観察面Ｗｂ）で全反射して、補助光学系３の後置光学系３Ｌに入射し、凹面鏡３１及び凸面鏡３２の順で反射してさらに撮像用光学系２に入射し、この撮像用光学系２で集光されて、その像面に配置された撮像素子５によりウィンドウシールドＷの像（ウィンドウシールドＷと外部空間ＲＯとの境界面、すなわち、観察面Ｗｂの像）として検出される。ウィンドウシールドＷを構成する光学部材（例えばガラス）の屈折率を仮にｎ＝１．５とした場合、全反射をする臨界角は４１．８度である。実際車のフロントウィンドウは、屈折率がｎ＝１．５程度なので、図２の実施例では４５度の入射角にしている。入射角は、臨界角以上が必要であるが、あまり大きな角度だと、光学部材の寸法が過大になる等の影響が出るので、４５度程度が適当である。全反射後、光束に乱れがない場合は、略平行光束のまま後置光学系３Ｌに入射し、その後撮像用光学系２の撮像素子５上に均一な照明光を投影する。
【００２９】
ここで、例えば降雨によりウィンドウシールドＷの外表面（外部空間ＲＯ側の面）に雨滴が付着すると、ウィンドウシールドＷの屈折率と雨滴（水）の屈折率との差がウィンドウシールドＷと空気との屈折率の差より小さくなり、外表面の平面性も悪化するため、観察面Ｗｂにおいて雨滴が付着している部分では照明光の一部が観察面Ｗｂで正反射せずに透過又は乱反射してしまう。そのため、補助光学系３を構成する後置光学系３Ｌの前側焦点近傍に観察面Ｗｂが位置するようにこの複合光学系１を配置すると、この観察面Ｗｂの像を撮像用光学系２で集光して結像することにより撮像素子５で検出することができる。このとき、撮像素子５で検出した観察面Ｗｂの像の強度が高いほどその画像を白く表示するとした場合、雨滴が付着している部分だけが正反射せずに黒い画像となるので、この画像を解析することにより、ウィンドウシールドＷにおける外部空間ＲＯとの境界面の状態、すなわち、観察面Ｗｂに雨滴等が付着しているか否かを検出することができる（ウィンドウシールドＷの状態を観察するための観察装置の構成については後述する）。
【００３０】
以上で説明した図１においては、補助光学系３の後置光学系３Ｌを、凹面鏡３１の凹面（反射面）３１ａと凸面鏡３２の凸面（反射面）３２ａとからなる反射系で構成した場合について説明したが、図３に示すように、ウィンドウシールドＷから順に、両凸レンズ３３とウィンドウシールドＷ側に凹面を向けた負メニスカスレンズ３４とを貼り合わせた正接合レンズ３５で構成することも可能である（ここで、図３においては、前置光学系３Ｆは省略している）。すなわち、この補助光学系３の後置光学系３Ｌは、少なくとも１枚の正の屈折力を有する光学部材（例えば、上述の正接合レンズ３５）で構成することが可能である。また、この図１〜図３以外にも、補助光学系３の後置光学系３Ｌとして、反射系にレンズ等の屈折系を加えた反射屈折系で構成することも可能である。
【００３１】
なお、補助光学系３の後置光学系３Ｌを反射系または反射屈折系で構成する場合は、ウィンドウシールドＷの観察面Ｗｂで反射した照明光を集光するためには、この補助光学系３の後置光学系３Ｌに凹面の反射面を少なくとも１面設ける（図１の場合は凹面鏡３１の凹面３１ａを設けている）必要があり、さらに、凹面の反射面と凸面の反射面とを少なくとも各１面設けることにより（図１の場合は、凹面鏡３１の凹面３１ａ及び凸面鏡３２の凸面３２ａを設けている）ペッツヴァル和を小さくして像面湾曲を低減させることができる。さらに、非点収差等の諸収差を補正して観察面Ｗｂの良好な画像を得るためには、凹面鏡３１の凹面（反射面）３１ａを軸外しの放物面で構成し、凸面鏡３２の凸面（反射面）３２ａを、撮像用光学系２の入射瞳の光軸上の位置を第二の焦点、凹面鏡３１の凹面（反射面）３１ａの焦点を第一の焦点とする略軸を中心とする回転双曲面で構成することが望ましい。尚、凸面鏡３２は平面鏡または凹面鏡でもかまわず、各反射面が球面またはいかなる非球面で構成されても構わない。たとえば、凹面鏡３１の凹面（反射面）３１ａを軸外しの焦点距離ｆ２＝３６ｍｍの放物面で構成し、凸面鏡３２の凸面（反射面）の代わりに平面３２ａを後置光学系３Ｌに入射する光線の光軸と垂直に配置し、面３１ａの放物面の焦点を撮像用光学系２の入射瞳に一致させた例では、ｆ１／ｆ２＝０．０７１である。以上の例では、補助光学系３を構成する後置光学系３Ｌの光軸が１平面上に含まれる様に構成したが、こうすることで光学系の配置がシンプルになり組み立て上好ましい。
【００３２】
ところで、空間ＲＩ内に、上述のような凹面鏡３１及び凸面鏡３２のそれぞれを単体で精度良く配置するのは困難である。そのため、少なくとも所定の波長の光線、すなわち、上述の前置光学系３Ｆにより照射される照明光（例えば赤外光）を透過する光線透過部材に、凹面鏡３１及び凸面鏡３２の反射面３１ａ，３２ａに相当する曲面を形成してその上に反射層を形成することにより、補助光学系３の反射系若しくは反射屈折系を一体に構成することが望ましい。これにより、この補助光学系３の配置が容易になり、また、複合光学系１全体の調整も容易に行うことができる。このとき、光線透過部材として、上述の照明光は透過するが、それ以外の波長の光線についてはその光量を制限するような光学材料を用いることにより、照明光以外の光（例えば、車内ＲＩ内から発せられた光や、外部空間ＲＯからウィンドウシールドＷを透過して補助光学系３に入射する自然光）を除去することができるので、観察面Ｗｂの像を精度良く取得することができる。
【００３３】
また、このような複合光学系１を自動車に設置する場合、ウィンドウシールドＷに相当するフロントガラスの角度は車種により異なっている。上述のように、補助光学系３を構成する前置光学系３Ｌの後側焦点は、撮像用光学系２の入射瞳面と光軸とが交わる点の近傍、言い換えると、補助光学系３と撮像用光学系２の光軸が交わる点の近傍に位置するように配置されている。そのため、複合光学系１を構成する撮像用光学系２を、入射瞳の位置（入射瞳面と光軸とが交わる位置）若しくはその近傍を中心に回転可能に構成することにより、ウィンドウシールドＷに対する補助光学系３の相対角を一定に保ったまま撮像用光学系２の外部空間ＲＯを見る視線方向を任意に調整させることができる。図４は、撮像用光学系２を、図３に比較して３５度、入射瞳の位置を中心に回転させた場合を示している。この場合、撮像用光学系２とウィンドウシールドＷの相対角は１０度である。本実施形態に用いた広角レンズでは、図３に比較して６０度、入射瞳の位置を中心に回転させることも可能である。この場合は、補助光学系３でウィンドウシールドＷの雨滴を観察し、撮像用光学系２で自空間ＲＩすなわち車内を撮像できる場合を示している。回転範囲は、撮像用光学系２の全画角の１／２以下が望ましい。撮像用光学系２の全画角の１／２を越えた場合は、補助光学系３の撮像画面を撮像素子５のエリア内に留めることが困難になるからである。図３の場合、撮像用光学系２の全画角は１８０度であり、撮像用光学系２の回転範囲は、９０度以下であることが望ましい。
【００３４】
なお、図１に示す実施例では、自動車のように、ウィンドウシールドＷが傾斜して配置されている場合について説明したが、この複合光学系１を屋内に設置し、略垂直に延びるように配置されたウィンドウシールド（窓）Ｗを通して屋外を撮影する防犯カメラ装置等にも適用可能である。各光学系の構成は上述の実施例と同様であり、説明は省略する。
【００３５】
図５は、上述の複合光学系１を有し、例えば自動車に搭載されて、ウィンドウシールドＷを通して車両前方（外部空間）の状況を撮影する車載用観察装置１０の構成を示している。この車載用観察装置１０は、上述のようにウィンドウシールドＷで区切られた車内ＲＩに配置される画像記録装置８と、画像記録装置８で生成された画像からウィンドウシールドＷの観察面Ｗｂの状態を検出する制御部９とから構成されている。ここで画像記録装置８は、上述の複合光学系１と、この複合光学系１を構成する撮像用光学系２の像面に配置された上述の撮像素子５と、撮像素子５より出力された電気信号（画像信号）から被写体の画像を生成する画像処理部６と、この画像処理部６で生成された画像を記憶する画像記憶部７とから構成され、画像処理部６で生成された画像は、制御部９にも出力されるように構成されている。なお、この図５において、前置光学系３Ｆは画像記録装置８の外部に配置した場合を示している。
【００３６】
図６は、撮像用光学系２で結像されて撮像素子５で検出された信号を、画像処理部６で画像５０として生成したものであり、この画像５０の一部に補助光学系３で集光し、撮像用光学系２で結像した観察面（上述の観察面Ｗｂ）の像５１が含まれる。この場合、観察面の像５１は光源からの光線がウィンドウシールドＷ（観察面Ｗｂ）で全反射してほぼ均一な明るさを持つが、この観察面の像５１の中に暗黒の像５２が観察された場合、雨滴があることが観測されるのである。そのため、制御部９でこの観察面の像５１を上述の方法で解析することにより、ウィンドウシールドＷの観察面Ｗｂの状態（外部空間との境界面の状態）を検出することができる。例えば、観察面Ｗｂに雨滴が付着していると判断した場合は、制御部９により自動車の走行補助系統（ワイパー）を制御して雨滴を除去することができ、これにより、画像記録装置８で記録される画像の画質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る複合光学系の構成を説明するための説明図である。
【図２】補助光学系の前置光学系を示す説明図である。
【図３】上記複合光学系を屈折系で構成した場合を示す説明図である。
【図４】複合光学系を構成する撮像用光学系を回転させた場合を示す説明図である。
【図５】車載用観察装置の構成を示すブロック図である。
【図６】上記車載用観察装置で撮影された画像を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
２  撮像用光学系    ３  補助光学系    ３Ｆ  前置光学系    ３Ｌ  後置光学系
５  撮像素子    １０  車載用観察装置    ３１  凹面鏡    ３２  凸面鏡
３３１  光源    ３３２  コンデンサレンズ（集光光学系）
５０  画像    ５１  観察面の像    ５２  雨滴（暗黒）の像
Ｗ  ウィンドウシールド    Ｗａ  外表面    Ｗｂ  観察面    ＲＯ  外部空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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