(57)【要約】【課題】単純な構造で、撮像画像のうち撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げる。【解決手段】光を集光するレンズ１３ｉ（ｉは１から６までの整数）と、レンズ１３ｉにより集光された光を電気信号に変換する撮像素子１４と、を備え、撮像素子１４は、レンズ１３ｉから所定の距離範囲にある被写体からレンズ１３ｉに到来する光が撮像素子１４上で結ぶ錯乱円の直径が所定の長さより小さくなり、レンズ１３ｉから上記所定の距離範囲外の距離にある被写体からレンズ１３ｉに到来する光が撮像素子１４上で結ぶ錯乱円の直径が所定の長さ以上であるようにレンズからの距離とレンズに対する角度が決定されていることを特徴とする。【選択図】図１
2012049892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を集光するレンズと、
前記レンズにより集光された光を電気信号に変換する撮像素子と、
を備え、
前記撮像素子は、前記レンズから所定の距離範囲内にある被写体から前記レンズに到来する光が前記撮像素子上で結ぶ第１の錯乱円の直径が所定の長さより小さくなり、前記レンズから前記所定の距離範囲外にある被写体から前記レンズに到来する光が前記撮像素子上で結ぶ第２の錯乱円の直径が前記所定の長さ以上であるように前記レンズからの距離と前記レンズに対する角度が決定されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の錯乱円の前記レンズからの距離が、焦点距離から焦点深度分短い距離から、前記焦点距離から前記焦点深度分長い距離までの範囲内で、前記第２の錯乱円の前記レンズからの距離が、焦点距離から焦点深度分短い距離から、前記焦点距離から前記焦点深度分長い距離までの範囲外になるように、前記撮像素子が前記レンズに対して平行でない角度をなすことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子は、前記レンズからの距離が前記レンズの焦点距離から、前記レンズの焦点距離から焦点深度分短い距離までの範囲で、前記レンズと平行であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像素子の角度を変更するために撮像素子の一端を移動させる駆動部と、
前記レンズに対する前記撮像素子の角度を算出する角度算出部と、
前記算出された角度に基づいて、前記撮像素子の一端の移動量を算出する移動量算出部と、
前記撮像素子の一端が前記算出された移動量移動するよう前記駆動部を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記角度算出部は、外部から供給された自装置の地面に対する俯角を示す俯角情報に基づいて、前記レンズに対する前記撮像素子の角度を算出することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子が変換した電気信号から絞り量を算出する絞り量算出部と、
前記角度算出部は、前記算出された絞り量に基づいて、前記レンズに対する前記撮像素子の角度を算出することを特徴とする請求項４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、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車載用カメラは、車両前方を撮像し、道路の白線や走行上の障害物を検知することに用いられている。図１６は従来の撮像装置のレンズと撮像素子の取り付け構造の１例を示した図である。従来の撮像装置１０１は、光学部１１０と制御部２０とを備える。
光学部１１０は、レンズホルダー１１１と、レンズ鏡筒１１２と、６つのレンズ１１３ｉ（ｉは１から６までの整数）と、撮像素子１１４と、Ａ／Ｄ変換部１１５とを備える。
後側主点から撮像素子面までの距離が、焦点距離ｆとなるように撮像素子１１４が設置されている。
【０００３】
また、特許文献１では、制約された設置位置から監視する対象の視認性を向上させるために、車両に搭載されて車両の内部または外部を撮像する車載カメラ装置において、撮像レンズ及びこの撮像レンズを通して得た像を電気信号に変換する撮像素子を備え、撮像素子の読み出し領域と撮像レンズとがあおり効果が生じる位置関係に配置されることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８５７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の車載用カメラでは、遠方の対象物を検知するための解像度を得るように、車載用カメラの撮像素子の画素数を選定するので、車載用カメラの近傍では、過剰な解像度になってしまい、後段の演算部における演算処理が重くなるという欠点があった。
この欠点に対し、従来では後段の演算部が、車載用カメラで得られた画像に対して自車の近傍を撮像した部分の解像度を落とすフィルターを掛ける必要があるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、撮像画像のうち撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることを可能とする撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］上記の課題を解決するために、本発明の一態様である撮像装置は、光を集光するレンズと、前記レンズにより集光された光を電気信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子は、前記レンズから所定の距離範囲内にある被写体から前記レンズに到来する光が前記撮像素子上で結ぶ第１の錯乱円の直径が所定の長さより小さくなり、前記レンズから前記所定の距離範囲外にある被写体から前記レンズに到来する光が前記撮像素子上で結ぶ第２の錯乱円の直径が前記所定の長さ以上であるように前記レンズからの距離と前記レンズに対する角度が決定されていることを特徴とする。
上記撮像装置によれば、所定の距離範囲にある被写体に対しては焦点を合わせることができ、所定の距離範囲外にある被写体に対しては焦点を合わなくすることができるので、撮像画像のうち所定の距離範囲外に含まれる撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。
【０００８】
［２］上記［１］記載の撮像装置において、前記第１の錯乱円の前記レンズからの距離が、焦点距離から焦点深度分短い距離から、前記焦点距離から前記焦点深度分長い距離までの範囲内で、前記第２の錯乱円の前記レンズからの距離が、焦点距離から焦点深度分短い距離から、前記焦点距離から前記焦点深度分長い距離までの範囲外になるように、前記撮像素子が前記レンズに対して平行でない角度をなすことを特徴とする。
これによれば、撮像素子が、所定の距離範囲にある被写体に対しては焦点を合わせることができ、所定の距離範囲外にある被写体に対しては焦点を合わなくすることができる位置およびレンズに対する所定の角度で設置されるので、撮像画像のうち所定の距離範囲外に含まれる撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。
【０００９】
［３］上記［１］記載の撮像装置において、前記撮像素子は、前記レンズからの距離が前記レンズの焦点距離から、前記レンズの焦点距離から焦点深度分短い距離までの範囲で、前記レンズと平行であることを特徴とする。
これによれば、撮像素子が、所定の距離範囲にある被写体に対しては焦点を合わせることができ、所定の距離範囲外にある被写体に対しては焦点を合わなくすることができる位置に、レンズと水平に設置されるので、撮像画像のうち所定の距離範囲外に含まれる撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。
【００１０】
［４］上記［１］記載の撮像装置において、前記撮像素子の角度を変更するために撮像素子の一端を移動させる駆動部と、前記レンズに対する前記撮像素子の角度を算出する角度算出部と、前記算出された角度に基づいて、前記撮像素子の一端の移動量を算出する移動量算出部と、前記撮像素子の一端が前記算出された移動量移動するよう前記駆動部を制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
これによれば、撮像素子の角度を調整することができるので、撮像条件が変化しても、撮像画像のうち所定の距離範囲外に含まれる撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。
【００１１】
［５］上記［４］記載の撮像装置において、前記角度算出部は、外部から供給された自装置の地面に対する俯角を示す俯角情報に基づいて、前記レンズに対する前記撮像素子の角度を算出することを特徴とする。
これによれば、俯角情報に基づいてレンズに対する撮像素子の角度を算出することができるので、撮像装置の地面に対する俯角が変更されても、撮像画像のうち所定の距離範囲外に含まれる撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。
【００１２】
［６］上記［４］記載の撮像装置において、前記撮像素子が変換した電気信号から絞り量を算出する絞り量算出部と、前記角度算出部は、前記算出された絞り量に基づいて、前記レンズに対する前記撮像素子の角度を算出することを特徴とする。
これによれば、絞り量に基づいてレンズに対する撮像素子の角度を算出するができるので、絞り量を変更しても、撮像画像のうち所定の距離範囲外に含まれる撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、撮像画像のうち撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態における撮像装置の機能ブロック図である。
【図２】撮像装置で車外前方の道路状況を撮影したときの出力画像の１例である。
【図３】従来の撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係を示した図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係の１例を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態において、レンズに対する撮像素子の角度を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における撮像装置の機能ブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係の１例を示した図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態において、レンズに対する撮像素子の位置を説明するための図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における撮像装置の機能ブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態における撮像素子の角度を変更する処理の流れを示したフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態における撮像装置の機能ブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態において、入射光を絞ったときにレンズに対する撮像素子の傾斜角を変更する際の傾斜角を説明するための図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における撮像装置の処理の流れを示したフローチャートである。
【図１６】従来の車載用カメラのレンズと撮像素子の取り付け構造の１例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の機能ブロック図である。撮像装置１は、光学部１０と制御部２０とを備える。光学部１０は、レンズホルダー１１と、レンズ鏡筒１２と、６枚のレンズ１３ｉ（ｉは１から６までの整数）と、撮像素子１４と、Ａ／Ｄ変換部１５とを備える。
【００１６】
レンズホルダー１１は、レンズ鏡筒１２を保持する。レンズ鏡筒１２は、各レンズ１３ｉを保持する。各レンズ１３ｉは被写体から供給された光を集光し、撮像素子１４で結像させる。
【００１７】
撮像素子１４は、各レンズ１３ｉに対して、所定の角度φで取り付けられている。撮像素子１４は、レンズ１３ｉにより集光された光を電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換部１５へ供給する。
Ａ／Ｄ変換部１５は、供給された電気信号をデジタルの画像データに変換し、変換した画像データを制御部２０の後述する記憶部２１に記憶させる。
【００１８】
制御部２０は、記憶部２１と、画像処理部２２とを備える。画像処理部２２は、記憶部２１に記憶された画像データを読出し、読み出した画像データに対して、必要に応じて所定のフィルターを掛けたり、輝度値を調整したり、射影変換を施したりする。画像処理部２２は、上記画像処理後の画像データを不図示の外部装置へ供給する。
【００１９】
図２は、撮像装置で車外前方の道路状況を撮影したときの出力画像の１例である。同図において、車外前方の被写体面には、撮像された車のオブジェクトが示されている。また、被写体面より所定の距離だけ遠方に位置する被写体を遠方被写体といい、被写体面より所定の距離だけ近傍に位置する被写体を近傍被写体という。
【００２０】
続いて、従来の撮像装置と本実施形態の撮像装置との違いを説明する。
図３は、従来の撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係を示した図である。ここで、焦点深度δである。同図に置いて、中間被写体Ａから出た光と、近傍被写体Ｂから出た光と、遠方被写体Ｃから出た光とがレンズで集光されて、それぞれ撮像素子の位置Ａ’、位置Ｂ’、位置Ｃ’で像が結ばれている。
【００２１】
位置Ａ’では焦点が合っているので、光源からの光が撮像素子上で結ぶ円形の像である錯乱円の直径はほぼ０である。一方、位置Ｂ’では焦点がずれており、近傍像の錯乱円の直径はεbである。また、位置Ｃ’では焦点がずれており、遠傍像の錯乱円の直径はεｃである。また、近傍像の錯乱円の直径εbと、遠傍像の錯乱円の直径εｃとは等しい。
【００２２】
図４は、本発明の第１の実施形態における撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係の１例を示した図である。同図において、中間被写体Ａから出た光と、近傍被写体Ｂから出た光と、遠方被写体Ｃから出た光とがレンズで集光されて、それぞれ撮像素子の位置Ａ’、位置Ｂ’、位置Ｃ’で像が結ばれている。撮像素子は、レンズに対して所定の角度φをなしている。
【００２３】
位置Ｃ’における遠方像の錯乱円の直径εｃは、位置Ａ’における中間像の錯乱円の直径εａより小さい。また、位置Ａ’における中間像の錯乱円の直径εａは、位置Ｂ’における近傍像の錯乱円の直径εｂより小さい。
図４の例では、撮像素子１４は、被写体が撮像装置に近づくほど錯乱円の直径が大きくなるような所定の位置およびレンズに対する所定の傾斜角に設置されている。
【００２４】
続いて、撮像素子の傾斜角θの算出方法について１例を用いて説明する。図５は、本発明の第１の実施形態における撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係を説明するための図である。同図において、焦点が合う遠方被写体Ｃと中間被写体Ａとの間の領域を合焦領域であり、焦点が合わない中間被写体Ａと近傍被写体Ｂとの間の領域を非合焦領域である。また、被写体Ａのレンズから焦点が合う距離である合焦距離はｆＡ、被写体Ｂの合焦距離はｆＢ、被写体Ｃの合焦距離はｆＣである。
【００２５】
ここで、焦点（合焦）距離ｆ、許容錯乱円径ε、レンズ有効口径Ｄとすると、焦点深度δは、以下の式（１）で算出される。
δ＝ｆ×ε／Ｄ  …（１）
許容錯乱円径εは、例えば、１画素分の長さである。
【００２６】
１例として、レンズ有効口径Ｄを２［ｍｍ］、許容錯乱円径εを５［μｍ］、被写体Ｃからレンズまでの距離を１００［ｍ］、被写体Ａからレンズまでの距離を５０［ｍ］、被写体Ｂからレンズまでの距離をＢ＝２０［ｍ］とした場合の合焦距離をそれぞれｆＣ＝３．９９［ｍｍ］、ｆＡ＝４．００［ｍｍ］、ｆＢ＝４．０１［ｍｍ］とする。
そうすると、上式（１）から、焦点深度はそれぞれδＣ＝９．９７５［μｍ］、δＡ＝１０［μｍ］、δＢ＝１０．２５［μｍ］で、どれも約±１０［μｍ］が合焦面からの許容合焦範囲となる。
【００２７】
図６は、本発明の第１の実施形態において、レンズに対する撮像素子の角度を説明するための図である。位置Ａ’、位置Ｂ’および位置Ｃ’における合焦面からの合焦範囲を±１０［μｍ］とする。そうすると、同図に示すように、位置Ｃ’における合焦範囲６１が位置Ｃ’から±１０［μｍ］の範囲である。また、位置Ａ’における合焦範囲６２は、位置Ａ’から±１０［μｍ］の範囲である。また、位置Ｂ’における合焦範囲は、位置Ｂ’から±１０［μｍ］の範囲であるので、位置Ｂ’における非合焦範囲は、同図に示された非合焦範囲６３と非合焦範囲６４とである。
【００２８】
図５における遠方被写体Ｃから中間被写体Ａまでは合焦領域なので、位置Ｃ’と位置Ａ’とにおいて合焦するよう撮像素子の傾斜角θを算出する。また、図５における近傍被写体Ｂからレンズまでは非合焦領域なので、位置Ｂ’において合焦しないよう撮像素子の傾斜角θを算出する。
【００２９】
具体的には、例えば、撮像面の傾斜角θの範囲は、以下のようにして算出される。まず、遠方被写体Ｃが合焦するために、撮像素子が位置Ｃ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点を通る場合について説明する。
【００３０】
図６において、中間被写体Ａが合焦するためには、位置Ｃ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点から位置Ａ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点までの線分６５よりも、撮像素子が向かって右に傾いている必要がある。また、位置Ｃ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点から位置Ａ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点までの線分６５よりも、撮像素子が向かって左に傾いている必要がある。そうすると、位置Ａ’と位置Ｃ’との垂直距離は２［ｍｍ］であるから、撮像面の傾斜角θには、以下の条件（２）を満たす必要がある。
１０／２０００＜ｔａｎθ＜３０／２０００  …（２）
【００３１】
一方、近傍被写体Ｂが合焦しないようにするためには、位置Ｃ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点から位置Ｂ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点までの線分６６よりも、撮像素子が向かって左に傾いている必要がある。また、位置Ｃ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点から位置Ｂ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点までの線分６６よりも、撮像素子が向かって右に傾いている必要がある。そうすると、位置Ｂ’と位置Ｃ’との垂直距離は５［ｍｍ］であるから、撮像面の傾斜角θには、以下の条件（３）を満たす必要がある。
ｔａｎθ＜２０／５０００  又は  ｔａｎθ＞４０／５０００  …（３）
【００３２】
中間被写体Ａが合焦し、近傍被写体Ｂが合焦しないようにするためには、撮像面の傾斜角θは、式（２）かつ式（３）を満たす必要がある。式（２）かつ式（３）を解くと、撮像面の傾斜角θの範囲は、０．４５８［ｄｅｇ］＜θ＜０．８５９［ｄｅｇ］（図６の傾斜角６９ａ)となる。
【００３３】
次に、撮像素子が位置Ｃ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点を通る場合について説明する。図６において、中間被写体Ａが合焦するためには、位置Ｃ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点から位置Ａ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点までの線分６７よりも、撮像素子が向かって右に傾いている必要がある。また、位置Ｃ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点から位置Ａ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点までの線分６７よりも、撮像素子が向かって左に傾いている必要がある。そうすると、位置Ａ’と位置Ｃ’との垂直距離は２［ｍｍ］であるから、撮像面の傾斜角θには、以下の条件（４）を満たす必要がある。
−１０／２０００＜ｔａｎθ＜１０／２０００  …（４）
【００３４】
一方、近傍被写体Ｂが合焦しないようにするためには、位置Ｃ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点から位置Ｂ’から向かって左に１０［μｍ］離れた点までの線分６８よりも、撮像素子が向かって左に傾いている必要がある。また、位置Ｃ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点から位置Ｂ’から向かって右に１０［μｍ］離れた点までの線分６８よりも、撮像素子が向かって右に傾いている必要がある。そうすると、位置Ｂ’と位置Ｃ’との垂直距離は５［ｍｍ］であるから、撮像面の傾斜角θには、以下の条件（５）を満たす必要がある。
ｔａｎθ＜０  又は  ｔａｎθ＞２０／５０００  …（５）
【００３５】
中間被写体Ａが合焦し、近傍被写体Ｂが合焦しないようにするためには、撮像面の傾斜角θは、式（４）かつ式（５）を満たす必要がある。式（４）かつ式（５）を解くと、撮像面の傾斜角θの範囲は、−０．２８６［ｄｅｇ］＜θ＜０［ｄｅｇ］又は０．２２９［ｄｅｇ］＜θ＜０．２８６［ｄｅｇ］（図６の傾斜角６９ｂ)となる。
【００３６】
このように、第１の実施形態における撮像装置において、合焦領域にある被写体から到来する光が撮像素子に結ぶ像（または第１の錯乱円）のレンズからの距離が、焦点距離から焦点深度分短い距離から、前記焦点距離から前記焦点深度分長い距離までの範囲内になるように、撮像素子の傾斜角が予め設定される。
上記の条件に加えて、非合焦領域にある被写体から到来する光が撮像素子に結ぶ像（または第２の錯乱円）のレンズからの距離が、焦点距離から焦点深度分短い距離から、前記焦点距離から前記焦点深度分長い距離までの範囲外になるように、撮像素子の傾斜角が予め設定される。
【００３７】
このように、撮像素子は、レンズから所定の距離範囲にある被写体からレンズに到来する光が撮像素子上で結ぶ第１の錯乱円の直径が所定の長さより小さくなり、レンズから所定の距離範囲外の距離にある被写体からレンズに到来する光が前記撮像素子上で結ぶ第２の錯乱円の直径が前記所定の長さ以上であるように前記レンズからの距離と前記レンズに対する角度が決定される。
【００３８】
第１の実施形態によれば、撮像装置は予め定められた遠方領域にある被写体に対しては焦点を合わせることができ、予め定められた近傍領域にある被写体に対しては焦点を合わなくすることができるので、撮像画像のうち撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。これにより、画像処理部において近傍付近の解像度を落とすためのフィルター処理が不要となるので、画像処理部での演算処理を軽くすることができる。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態における撮像装置の機能ブロック図である。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。図７の撮像装置１ｂの構成は図１の撮像装置１の構成に対して、光学部１０を光学部１０ｂに変更したものとなっている。図７の光学部１０ｂの構成は、図１の光学部１０の構成に対して、撮像素子１４を撮像素子１４ｂに変更したものとなっている。
【００４０】
撮像装置１ｂは、レンズの絞りを開放とするので絞りを有しておらず、焦点位置を被写界深度の遠方（焦点深度の前方）へ合わせることにより、近傍の合焦度合いを低下させる。これにより、近傍を撮像した像に対して、ローパスフィルタの効果を持たせることができる。
撮像素子１４ｂは、各レンズ１３ｉに対して並行に配置され、後側主点から焦点距離ｆから焦点深度δを引いた距離（ｆ−δ）に位置している。撮像素子１４ｂは、レンズ１３ｉにより集光された光を電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換部１５へ供給する。
【００４１】
図８は、本発明の第２の実施形態における撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係の１例を示した図である。同図に置いて、中間被写体Ａから出た光と、近傍被写体Ｂから出た光と、遠方被写体Ｃから出た光とがレンズで集光されて、それぞれ撮像素子の位置Ａ’、位置Ｂ’、位置Ｃ’で像が結ばれている。撮像素子は、レンズの後側主点から（ｆ−δ）離れた距離に位置し、レンズに対して並行に設置されている。
【００４２】
位置Ｃ’における遠方像の錯乱円の直径εｃはほぼ０であり、位置Ａ’における中間像の錯乱円の直径εａより小さい。また、位置Ａ’における中間像の錯乱円の直径εａは、位置Ｂ’における近傍像の錯乱円の直径εｂより小さい。
図８の例では、撮像素子１４ｂは、被写体が撮像装置に近づくほど錯乱円の直径が大きくなるように、レンズから所定の距離離れた位置に、レンズに対して並行に設置されている。
【００４３】
続いて、撮像素子のレンズからの距離の算出方法について１例を用いて説明する。図９は、本発明の第２の実施形態における撮像装置のレンズと撮像素子の位置関係を説明するための図である。同図において、焦点が合う遠方被写体Ｃと中間被写体Ａとの間が領域を合焦領域であり、焦点が合わない中間被写体Ａと近傍被写体Ｂとの間の領域が非合焦領域である。また、被写体Ａの合焦距離はｆＡ、被写体Ｂの合焦距離はｆＢ、被写体Ｃの合焦距離はｆＣである。撮像素子は、レンズから被写体Ａの合焦距離ｆＡと被写体Ｂの合焦距離ｆＢの間の距離に位置している。
【００４４】
図１０は、本発明の第２の実施形態において、レンズに対する撮像素子の位置を説明するための図である。同図において、合焦範囲１０１は、遠方被写体の焦点が合う範囲であって、位置Ｃ’から±１０［μｍ］の範囲である。合焦範囲１０２は、中間被写体の焦点が合う範囲であって、位置Ａ’から±１０［μｍ］の範囲がである。非合焦範囲１０３と、非合焦範囲１０４とは、近傍被写体の焦点が合わない範囲であって、それぞれ位置Ｂ’から向かって左に１０［μｍ］を超えて離れた範囲と、位置Ｂ’から向かって右に１０［μｍ］を超えて離れた範囲である。
【００４５】
レンズ口径Ｄが２［ｍｍ］、許容錯乱円径εが１画素の値５［μｍ］で、被写体Ｃのレンズからの距離が１００［ｍ］、被写体Ａのレンズからの距離が５０［ｍ］、被写体Ｂのレンズからの距離が２０［ｍ］とする。その場合の合焦距離をそれぞれｆＣ＝３．９９［ｍｍ］、ｆＡ＝４．００［ｍｍ］、ｆＢ＝４．０１［ｍｍ］とすると、焦点深度はそれぞれδＢ＝９．９７５［μｍ］、δＡ＝１０［μｍ］、δＣ＝１０．２５［μｍ］である。被写体Ａ、Ｂ、Ｃは、どれも約１０［μｍ］が合焦面からの許容合焦範囲となる。
【００４６】
被写体ＢおよびＣの焦点深度を１０［μｍ］と近似すると、被写体Ａと被写体Ｂに焦点をあわせ、被写体Ｃには焦点を合わせないようにするため、撮像素子のレンズからの距離は、３．９９から４．００［ｍｍ］となる。図１０には、その場合の撮像素子の設置範囲１０５が示されている。
【００４７】
このように、第２の実施形態における撮像装置において、合焦領域にある被写体から到来する光が像を結ぶ際の撮像素子の位置が焦点距離に相当する位置から焦点距離から焦点深度離れた位置までの範囲内になるように、撮像素子の位置が予め設定される。
上記の条件に加えて、非合焦領域にある被写体から到来する光が像を結ぶ際の撮像素子の位置が焦点距離に相当する位置から焦点距離から焦点深度離れた位置までの範囲に入らないように、撮像素子の位置が予め設定される。
【００４８】
換言すれば、撮像素子は、レンズから所定の距離範囲にある被写体からレンズに到来する光が撮像素子上で結ぶ錯乱円の直径が所定の長さより小さくなり、レンズから所定の距離範囲外の距離にある被写体からレンズに到来する光が前記撮像素子上で結ぶ錯乱円の直径が所定の長さ以上であるように設置される。
【００４９】
第２の実施形態によれば、撮像装置は予め定められた遠方領域にある被写体に対しては焦点を合わせることができ、予め定められた近傍領域にある被写体に対しては焦点を合わせなくすることができるので、撮像画像のうち撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。これにより、画像処理部において近傍付近の解像度を落とすためのフィルター処理が不要となるので、画像処理部での演算処理を軽くすることができる。
【００５０】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、撮像装置の地面に対する俯角が変更された際に、撮像素子の角度を調節する撮像装置について説明する。撮像素子の角度を調節することは、例えば、撮像装置が観測する車両からの距離範囲を変更するときに撮像装置の俯角が変更された際、または撮像装置が搭載された車両が積載する荷物の重量が変わることで車高が変わり、その結果撮像装置の俯角が変更された際に、有用である。
【００５１】
図１１は、本発明の第３の実施形態における撮像装置の機能ブロック図である。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。図１１の撮像装置１ｃの構成は図１の撮像装置１の構成に対して、光学部１０を光学部１０ｃに変更し、制御部２０を制御部２０ｃに変更したものとなっている。
【００５２】
図１１の光学部１０ｃの構成は、図１の光学部１０の構成に対して、撮像素子１４を撮像素子１４ｃに変更し、撮像素子基板１６と、固定部材１７とアクチュエータ（駆動部）１８とが加えられたものとなっている。
撮像素子１４ｃは、各レンズ１３ｉに対して所定の角度φとなるように、撮像素子基板１６に対して水平に取り付けられている。撮像素子１４ｃは、レンズ１３ｉにより集光された光を電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換部１５へ供給する。
【００５３】
撮像素子基板１６は、撮像素子１４ｃを支持する。撮像素子基板１６は、その一端を固定部材１７によって、レンズホルダー１１に固定されている。また、撮像素子基板１６の他端は、アクチュエータ（駆動部）１８に接合されている。
【００５４】
アクチュエータ（駆動部）１８は、後述する制御部２０ｃの駆動制御部２５から供給される駆動信号によって、その長さを調整する。これによって、アクチュエータ（駆動部）１８は、撮像素子基板１６の各レンズ１３ｉに対する傾斜角を変更することができるので、撮像素子１４ｃが各レンズ１３ｉに対して所定の角度φとなるように調整することができる。
【００５５】
図１１の制御部２０ｃの構成は、図１の制御部１０の構成に対して、記憶部２１を記憶部２１ｃに変更し、角度算出部２３と、移動量算出部２４と、駆動制御部２５とが加えられたものとなっている。
記憶部２１ｃには、Ａ／Ｄ変換部１５から供給された画像データが記憶されている。また、記憶部２１ｃには、現在の撮像素子の傾斜角を示す現傾斜角情報が記憶されている。
【００５６】
角度算出部２３は、不図示の角度調整装置から供給された撮像装置の地面に対する俯角を示す俯角情報と、予め観測する範囲の情報とから、変更後の撮像素子の傾斜角を算出する。角度算出部２３は、算出した変更後の撮像素子の傾斜角φ２を示す変更傾斜角情報を移動量算出部２４へ供給する。
移動量算出部２４は、記憶部２１ｃに記憶されている現在の撮像素子の傾斜角φ１を示す現傾斜角情報を読み出す。移動量算出部２４は、現傾斜角情報と、角度算出部２３から供給された変更後の傾斜角φ２を示す変更傾斜角情報とから、アクチュエータ（駆動部）１８の移動量を算出する。また、移動量算出部２４は、その変更傾斜角情報で、記憶部に記憶されている現傾斜角情報の値を更新する。
【００５７】
アクチュエータ（駆動部）１８の移動量Δｘは、以下の式（６）で算出される。
Δｘ＝L（ｔａｎφ２−ｔａｎφ１）  …（６）
ここで、Ｌは、固定部材１７とアクチュエータ（駆動部）１８との垂直距離である。移動量算出部２４は、算出した移動量の情報を駆動制御部２５へ供給する。
【００５８】
駆動制御部２５は、移動量算出部２４から供給された移動量の情報から、アクチュエータ（駆動部）１８をその移動量動かす制御信号を生成し、その制御信号をアクチュエータ（駆動部）１８へ供給する。これによって、駆動制御部２５は、アクチュエータ（駆動部）１８を所定の移動量だけ移動させることができる。
【００５９】
図１２は、本発明の第３の実施形態における撮像素子の角度を変更する処理の流れを示したフローチャートである。まず、角度算出部２３は、不図示の角度調整装置から供給された撮像装置の地面に対する俯角を示す俯角情報を受信する（ステップＳ１０１）。次に、角度算出部２３は、俯角情報から撮像素子の変更後の傾斜角φ２を算出する（ステップＳ１０２）。
【００６０】
次に、移動量算出部２４は、記憶部２１から読み出した撮像素子の傾斜角φ１を示す現傾斜角情報と、角度算出部２３から供給された変更後の傾斜角φ２を示す変更傾斜角情報とからアクチュエータ（駆動部）１８の移動量を算出する（ステップＳ１０３）。
次に、駆動制御部２５は、アクチュエータ（駆動部）１８の移動量からアクチュエータ（駆動部）１８をその移動量だけ動かす制御信号を生成し、その制御信号をアクチュエータ（駆動部）１８へ供給する（ステップＳ１０４）。
【００６１】
次に、アクチュエータ（駆動部）１８は、供給された制御信号に応じて、アクチュエータ（駆動部）１８と撮像素子基板１６の接合位置を移動させ、撮像素子基板１６の傾斜角を変更する（ステップＳ１０５）。これによって、アクチュエータ（駆動部）１８は撮像素子１４ｃの傾斜角を変更させることができる。以上で、本フローチャートは終了する。
【００６２】
第３の実施形態によれば、撮影可能範囲を変更すべく撮像装置の地面に対する角度である俯角が変更された場合に、その変更された俯角に応じて、撮像装置は、撮像素子の傾斜角を変更することができる。これにより、撮像装置は俯角に応じて、遠方領域にある被写体に対しては焦点を合わせることができ、予め定められた近傍領域にある被写体に対しては焦点を合わなくすることができるので、撮像画像のうち撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。これにより、画像処理部において近傍付近の解像度を落とすためのフィルター処理が不要となるので、画像処理部での演算処理を軽くすることができる。
【００６３】
また、検知対象物が被写界深度のどの位置にあろうとも対象物の解像度を最大にするように撮像素子の角度を調整できるので、検知対象物を鮮明に撮像することができる。
【００６４】
＜第４の実施形態＞
続いて、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、絞りが変更された際に、撮像素子の角度を調節する撮像装置について説明する。撮像素子の角度を調節することは、例えば、トンネル内からトンネル外に出たときに、周囲の明るさが極端に明るくなった場合に、絞りを絞って撮像素子に到来する光量を少なくする際に有用である。
【００６５】
図１３は、本発明の第４の実施形態における撮像装置の機能ブロック図である。なお、図１１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。図１３の撮像装置１ｄの構成は図１１の撮像装置１ｃの構成に対して、光学部１０ｃを光学部１０ｄに変更したものとなっている。図１３の光学部１０ｄの構成は、図１１の光学部１０ｃの構成に対して、絞り１９が追加されたものになっている。
【００６６】
絞り１９は、後述する制御部２０ｄの絞り制御部２７から供給された制御信号に基づいてレンズ１３６から入射する光の幅を調整し、幅が調整された光を撮像素子１４ｃに導く。
図１３の制御部２０ｄの構成は、図１１の光学部２０ｃの構成に対して、画像処理部２２を画像処理部２２ｄに変更し、角度算出部２３を角度算出部２３ｄに変更し、絞り量算出部２６と、絞り制御部２７とが追加されたものになっている。
【００６７】
画像処理部２２ｄは、記憶部２１に記憶された画像データを読出し、読み出した画像データに対して、必要に応じて所定のフィルターを掛けたり、輝度値を調整したり、射影変換を施したりする。画像処理部２２ｄは、上記画像処理後の画像データを絞り量算出部２６と不図示の外部装置とへ供給する。
【００６８】
絞り量算出部２６は、画像処理部２２ｄから供給された画像処理後の画像データの輝度値から所定の関係式を用いて絞り量を算出する。絞り量算出部２６は、算出した絞り量を角度算出部２３ｄと絞り制御部２７とへ供給する。
絞り制御部２７は、絞り量算出部２６から供給された絞り量に基づいて、その絞り量だけ絞り１９を動かす制御信号を生成し、その制御信号を絞り１９に供給する。これにより、絞り制御部２７は、絞り１９を所定の絞り量だけ動かすことができる。
【００６９】
角度算出部２３ｄは、絞り量算出部２６から供給された絞り量に基づいて、撮像素子の傾斜角を算出し、その傾斜角を示す傾斜角情報を移動量算出部２４へ供給する。その傾斜角算出方法について、具体的に説明する。
図１４は、本発明の第４の実施形態において、入射光を絞ったときにレンズに対する撮像素子の傾斜角を変更する際の傾斜角を説明するための図である。同図には、レンズ１４１と、絞りを絞る前の撮像素子１４２と、絞りを絞った後の撮像素子１４３とが示されている。
【００７０】
絞りを絞る前の実線１４４で示された光は、絞る前の撮像素子１４２に矢印１４５で示される直径の錯乱円を生成する。一方、絞りを絞った後の破線１４６で示された光は、絞った後の撮像素子１４３に矢印１４７で示される直径の錯乱円を生成する。
角度算出部２３ｄは、矢印１４５の錯乱円の直径と、矢印１４７の錯乱円の直径とが同じになるように、撮像素子の傾斜角を算出する。
【００７１】
図１５は、本発明の第４の実施形態における撮像装置の処理の流れを示したフローチャートである。まず、レンズ１３ｉは被写体から出た光を撮像素子に集光させ、撮像素子は集光された光を電気信号に変換する（ステップＳ２０１）。次に、Ａ／Ｄ変換部１５は、撮像素子から供給された電気信号をデジタルの画像データに変換し、その画像データを記憶部２１に記憶させる（ステップＳ２０２）。
【００７２】
次に、画像処理部２２ｄは、所定の画像処理を行い、画像処理後の画像データを絞り量算出部２６へ供給する（ステップＳ２０３）。絞り量算出部２６は、画像処理部２２ｄから供給された画像処理後の画像データの輝度値から所定の関係式を用いて絞り量を算出し、その絞り量を示す絞り量情報を絞り制御部２７へ供給する（ステップＳ２０４）。
【００７３】
次に、絞り制御部２７は、絞り量算出部２６から供給された絞り量情報に基づいて、制御信号を生成し、その制御信号を絞り１９に供給することにより、絞り１９を絞り量だけ動かす（ステップＳ２０５）。
次に、角度算出部２３ｄは、絞り量算出部２６から供給された絞り量情報に基づいて、撮像素子の変更後の傾斜角φ２を算出し、その変更後の傾斜角φ２を示す変更後傾斜角情報を移動量算出部２４へ供給する（ステップＳ２０６）。
【００７４】
次に、移動量算出部２４は、記憶部２１から読み出した撮像素子の傾斜角φ１を示す現傾斜角情報と、角度算出部２３ｄから供給された変更後の傾斜角φ２を示す変更傾斜角情報とからアクチュエータ（駆動部）１８の移動量を算出する（ステップＳ２０７）。
次に、駆動制御部２５は、アクチュエータ（駆動部）１８の移動量からアクチュエータ（駆動部）１８をその移動量だけ動かす制御信号を生成し、その制御信号をアクチュエータ（駆動部）１８へ供給する（ステップＳ２０８）。
【００７５】
次に、アクチュエータ（駆動部）１８は、駆動制御部２５から供給された制御信号に応じて、アクチュエータ（駆動部）１８と撮像素子基板１６の接合位置を移動させ、撮像素子基板１６の傾斜角を変更する（ステップＳ２０９）。これによって、アクチュエータ（駆動部）１８は撮像素子１４ｃの傾斜角を変更させることができる。以上で、本フローチャートは終了する。
【００７６】
第４の実施形態によれば、絞りにより撮像素子に到達する光量が調整された場合、絞りの絞り量に応じて、撮像装置は、撮像素子の傾斜角を変更することができる。これにより、撮像装置は絞り量に応じて、遠方領域にある被写体に対しては焦点を合わせることができ、予め定められた近傍領域にある被写体に対しては焦点を合わなくすることができるので、撮像画像のうち撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。これにより、画像処理部において近傍付近の解像度を落とすためのフィルター処理が不要となるので、画像処理部での演算処理を軽くすることができる。
【００７７】
以上により、本発明の撮像装置は、遠方領域にある被写体に対しては焦点を合わせることができ、予め定められた近傍領域にある被写体に対しては焦点を合わなくすることができるので、撮像画像のうち撮像装置近傍が撮像された領域の解像度を下げることができる。
【００７８】
なお、本発明の第１の実施形態と第３の実施形態と第４の実施形態において、撮像素子とレンズの傾斜角は撮像素子とレンズを保持するレンズホルダー筐体に設けてもよく、また撮像素子を撮像素子基板に取り付けたときに、撮像素子を撮像素子基板に対して傾斜角分傾けて取り付けてもよい。
【００７９】
また、本発明の第３の実施形態と第４の実施形態において、撮像素子がレンズと予め所定の角度をなしており、俯角情報または絞り量情報に応じて撮像素子の角度を変更したが、これに限らず、撮像素子がレンズと並行で、俯角情報または絞り量情報に応じて撮像素子のレンズからの距離を変更してもよい。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１、   １ｂ、１ｃ、１ｄ  撮像装置
１０、１０ｂ、１０ｃ  光学部
１１  レンズホルダー
１２  レンズ鏡筒
１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６  レンズ
１４、１４ｂ  撮像素子
１５  Ａ／Ｄ変換部
１６  撮像素子基板
１７  固定部材
１８  アクチュエータ（駆動部）
１９  絞り
２０、２０ｃ、２０ｄ  制御部
２１  ２１ｃ  記憶部
２２  ２２ｄ  画像処理部
２３  ２３ｄ  角度算出部
２４  移動量算出部
２５  駆動制御部
２６  絞り量算出部
２７  絞り制御部
【図１】
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【図２】
2012049892.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012049892.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012049892.tif 000008
【図７】
2012049892.tif 000009
【図８】
2012049892.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2012049892.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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