CN109855594A - 摄像装置、距离测量设备、车载系统和移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供摄像装置、距离测量设备、车载系统和移动设备。所述摄像装置包括光学系统和摄像元件。所述光学系统包括被设置为最靠近物体的第一折射面、第一反射面以及第二反射面。所述摄像元件的光接收面相对于光轴仅设置在一侧处，并且被设置在比将所述第一折射面上的交点和所述第二反射面的假想延伸面上的交点连接的直线与所述光接收面的假想延伸面之间的交点更靠近所述光轴的位置处。表达式1.5≤L2/L1≤6.5被满足，其中，L1为所述第一反射面与所述第二反射面之间的间隔，并且L2为所述第一反射面与所述光接收面之间的间隔。

Description

摄像装置、距离测量设备、车载系统和移动设备

技术领域

本公开涉及一种包括具有折射面和反射面的光学系统的摄像装置。本公开适用于例如数字静态照相机、数字视频照相机、车载照相机、用于蜂窝电话的照相机、监视照相机、可穿戴照相机以及医用照相机。

背景技术

已知一种使用反射面和折射面用于尺寸减小的反射折射(catadioptric)系统，被用作在摄像装置中使用的光学系统。日本特开2004-361777号公报公开了一种由包括多个折射面和多个反射面的光学元件形成的反射折射系统。在使用反射折射系统的摄像装置中存在的问题是，由未行进通过反射面而入射在摄像面上的不必要的光，在所获取的图像中产生重影。日本特开2004-361777号公报描述了通过在折射面与反射面之间应用黑色处理来抑制不必要的光到达摄像面。然而，日本特开2004-361777号公报在考虑不必要的光的同时未考虑反射面和摄像面的适当的布置；因此，不能充分地抑制重影。

发明内容

本公开提供了一种在紧凑的同时能够充分地抑制重影产生的摄像装置。

本公开的一方面是一种摄像装置，所述摄像装置包括光学系统和摄像元件，所述摄像元件被构造为经由所述光学系统进行物体的摄像。所述光学系统包括：第一折射面，具有朝向物体侧的凸形状；第一反射面，具有朝向所述物体侧的凸形状；以及第二反射面，具有朝向所述物体侧的凸形状，所述第一折射面被设置为相对于所述光学系统中包括的其他折射面最靠近所述物体，光束从所述物体侧朝向像侧依次通过所述第一折射面、所述第二反射面和所述第一反射面而行进，所述摄像元件的光接收面在包括所述光学系统的光轴的第一横截面中相对于所述光轴仅设置在一侧处，在所述第一横截面中，当点A为从所述物体侧朝向所述第二反射面行进的光线与所述第一折射面之间的交点当中的最靠近所述光轴的交点，点B为从所述第一反射面朝向所述光接收面行进的光线与所述第二反射面的假想延伸面之间的交点当中的最靠近所述光轴的交点，并且点C为将点A和点B连接的直线与所述光接收面的假想延伸面之间的交点时，所述光接收面被设置在比所述点C更靠近所述光轴的位置处，并且以下条件表达式被满足：

1.5≤L2/L1≤6.5，

其中，L1为所述第一反射面与所述第二反射面之间的间隔，并且L2为所述第一反射面与所述光接收面之间的间隔。

通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将变得清楚。

附图说明

图1A是根据本公开的第一示例的摄像装置的在YZ截面中的主要部分的示意图。

图1B是在Y方向上观察的根据第一示例的摄像装置的主要部分的示意图。

图2是例示根据第一示例的摄像元件的光接收面的布置的图。

图3例示了根据第一示例的光学系统的横向像差图。

图4A是根据本公开的第二示例的摄像装置的YZ截面中的主要部分的示意图。

图4B是在Y方向上观察的根据本公开的第二示例的摄像装置的主要部分的示意图。

图5是例示根据第二示例的摄像元件的光接收面的布置的图。

图6例示了根据第二示例的光学系统的横向像差图。

图7是根据本公开的示例性实施例的车载系统的功能框图。

图8是根据示例性实施例的车辆的主要部分的示意图。

图9是例示根据示例性实施例的车载系统的操作的示例的流程图。

图10是根据本公开的示例性实施例的距离测量光学系统的反射部的主要部分的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本公开的优选示例性实施例。注意，为了方便起见，附图中的部分可以用与实际比例不同的比例来描绘。此外，在各个附图中，相同的构件将附有相同的附图标记，并且将省略其冗余的描述。在本示例性实施例中，“光学面”是指折射面或反射面，“光轴”是指经过光学系统中的光学面的中心(面顶点)的轴线，并且“间隔”是指沿光轴的面间隔。

图1A是根据本公开的示例性实施例的摄像装置1000在包括光轴O的YZ截面(垂直截面)中的主要部分的示意图，并且图1B是在Y方向(垂直方向)上观察的摄像装置1000的主要部分的示意图。摄像装置1000包括光学系统100和通过光学系统100进行物体(被摄体)的摄像的摄像元件110。注意，在图1A和图1B中，在光轴方向(Z方向)上的左侧(-Z侧)是物体侧，并且右侧(+Z侧)是像侧。此外，图1B例示了朝向像高的中心行进的光束(light flux)。

根据本示例性实施例的光学系统100是通过对来自物体(未示出)的光束进行会聚来形成物体的像的成像光学系统(摄像光学系统)。光学系统100是包括具有朝向物体侧的凸形状的第一折射面G1T1、具有朝向物体侧的凸形状的第一反射面G1M以及具有朝向物体侧的凸形状的第二反射面G2M的反射折射系统。

来自物体侧的光束以第一折射面G1T1、第二反射面G2M和第一反射面G1M的顺序朝向像侧行进，并且形成像平面IMG。在其上进行光电转换的摄像面在像平面IMG所处的位置处设置在摄像元件110上。图1在摄像元件110的摄像面中例示了接收有助于被摄体的像的形成的有效光束的光接收面。例如，能够采用诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态摄像元件作为摄像元件110。

如上所述，通过包括作为具有正光焦度(power)的反射面(凹反射面)的第一反射面G1M和作为具有负光焦度的反射面(凸反射面)的第二反射面G2M，光学系统100使光路折叠并且能够在抑制像差发生的同时实现尺寸减小。这样，由于第一反射面G1M和第二反射面G2M的布置类似于史瓦兹旭尔得(Schwarzschild)光学系统的布置，因此能够提供具有小的光圈值(F值)的明亮的光学系统。

此外，根据本示例性实施例的摄像元件110的光接收面在包括光轴O的YZ截面(第一横截面)中相对于光轴O仅设置在一侧(+Y侧)。换句话说，摄像元件110的光接收面被设置为，不接收在来自光学系统100的光束中的沿光轴O会聚的轴上光，并且仅接收入射在光学系统100上并且来自光接收面相对于光轴O的相对侧(-Y侧)的轴外光。由此，在利用反射面使光路折叠并且减小尺寸的同时，能够将摄像元件110设置为不与光学系统100和光路干涉。

这里，如图2中的YZ截面中所示，点A为从物体侧朝向第二反射面G2M行进的光线与光学系统100中包括的折射面当中的最靠近物体设置的第一折射面G1T1之间的交点当中的最靠近光轴O的交点。此外，点B为从第一反射面G1M朝向摄像元件110的光接收面行进的光线与第二反射面G2M的假想延伸面之间的交点当中的最靠近光轴O的交点，并且点C为将点A和点B彼此连接的直线与光接收面的假想延伸面之间的交点。

注意，上面的光线是到达摄像元件110的光接收面的有效光束中包括的光线。此外，假想延伸面是通过使面延伸而获得的假想面，并且曲面的假想延伸面是通过根据定义曲面的公式使曲面延伸而获得的弯曲假想面。第二反射面G2M的假想延伸面是通过根据定义第二反射面G2M的公式使第二反射面G2M延伸而获得的弯曲假想面，并且与稍后描述的折射面G2T3一致。此外，摄像元件110的光接收面的假想延伸面是通过使光接收面延伸而获得的平面。

如上所述，利用包括反射折射系统的摄像装置存在的问题是，由未行进通过反射面的入射在摄像面上的不必要的光产生重影。此外，随着入射在光学系统上的不必要的光变得越接近于平行于光轴，这样的重影的产生变得越明显。因此，在本示例性实施例中，适当地设置光学面和摄像元件110的布置、形状和尺寸，使得摄像元件110的光接收面设置在比点C更靠近光轴O的位置处。利用这样的构造，能够抑制入射在光学系统100上并且从物体侧朝向像侧行进而不经过反射面的不必要的光中的、接近于平行于光轴的光线到达光接收面；因此，能够抑制重影的产生。

注意，由于通过在至少一个光学面的有效区域外的部分处配设遮光部(光吸收构件)能够遮挡比将点A和点B连接的直线更接近于平行于光轴的不必要的光，因此上面的不必要的光不是问题。例如，如稍后所述，当在第二反射面G2M中配设遮光部时，能够利用遮光部来遮挡不必要的光。在这样的情况下，为了避免从第一反射面G1M朝向摄像元件110的光接收面行进的光线与第二反射面G2M之间的干涉，期望地，第二反射面G2M的遮光部在+Y侧的边缘部分被设置在比点B更靠近光轴O的位置处。类似地，当在折射面G2T1中配设遮光部时，期望地，遮光部在-Y侧的边缘部分被设置在比点A更靠近光轴O的位置处。

在本示例性实施例中，仅将摄像元件110的光接收面设置为满足上述的关系即可，并且在摄像元件110中的不接收有效光束的部分中不必须满足上面的关系。然而，为了减小装置的整体尺寸，期望地，摄像元件110的整体被设置为满足上面的关系。

第一示例

在下文中，将描述根据本公开的第一示例的摄像装置1000。由于根据本示例的摄像装置1000采用与根据上述示例性实施例的摄像装置1000的构造类似的构造，因此将省略冗余的描述。

根据本示例的光学系统100包括第一光学元件G1、第二光学元件G2以及第三光学元件G3，第一光学元件G1包括具有正光焦度的折射区域G1T，第二光学元件G2包括具有负光焦度的折射区域G2T，第三光学元件G3包括具有正光焦度的折射区域G3T。此外，配设在第二光学元件G2的像侧的面中的第二反射面G2M用作光圈。利用这样的构造，获得在光圈前后折射区域的光焦度布置的对称性，并且能够有利地校正诸如横向色像差的各种像差。

此外，在根据本示例的光学系统100中，由于包括凹反射面的第一光学元件G1是反射折射元件，因此能够在抑制光学元件的数量的增加和实现整个系统的尺寸的减小的同时有利地校正像差。此外，根据本示例的第三光学元件G3包括具有正光焦度的折射区域G3T。由此，能够有利地校正在包括作为凸反射面的第二反射面G2M的第二光学元件G2的像侧的折射面G2T3中发生的诸如彗形像差的像差。因此，即使在第一光学元件G1和第二光学元件G2是反射折射元件的小型构造中，也能够实现高的成像性能。

具体而言，根据本示例的第一光学元件G1是物体侧的面和像侧的面都具有朝向物体侧的凸形状的正弯月形透镜，并且是包括折射区域G1T和第一反射面G1M的反射折射元件(反射折射透镜)。虽然根据本示例的第一反射面G1M是配设在第一光学元件G1的像侧的面中的正面镜，但是第一反射面G1M可以是配设在第一光学元件G1的物体侧的面中的背面镜。然而，为了形成稍后描述的光圈前后的光束的折射次数的对称性以校正诸如横向色像差的各种像差，期望地，第一反射面G1M是正面镜。在根据本示例的第一光学元件G1中，第一反射面G1M相对于光轴O仅设置在+Y侧。

根据本示例的第二光学元件G2是物体侧的面和像侧的面都具有朝向物体侧的凸形状的负弯月形透镜，并且是包括折射区域G2T和第二反射面G2M的反射折射元件。此外，根据本示例的第三光学元件G3是具有正光焦度的双凸透镜，并且是不具有反射面的折射元件(折射透镜)。注意，第一光学元件G1、第二光学元件G2和第三光学元件G3的形状不限于图1A和图1B中所示的形状，并且可以根据需要适当地改变。

此外，根据本示例的第二反射面G2M包括反射有助于成像的有效光的反射部以及遮挡除有效光以外的光的遮光部，并且用作光圈。注意，反射部包括反射膜(蒸镀膜)，并且遮光部包括光吸收构件。

来自物体(未示出)的光束入射在第一光学元件G1的物体侧的折射面G1T1(第一折射面)上，透射通过第一光学元件G1的像侧的折射面G1T2和第二光学元件G2的物体侧的折射面G2T1，并且在第二反射面G2M中的反射部处被反射。在上面，光束的一部分被第二反射面G2M的遮光部遮挡。

被第二反射面G2M的反射部反射的光束透射通过第二光学元件G2的物体侧的折射面G2T2，并且被第一光学元件G1的像侧的面中的第一反射面G1M反射。被第一反射面G1M反射的光束变得再次入射在第二光学元件G2的物体侧的折射面G2T2上，透射通过第二光学元件G2的像侧的折射面G2T3和第三光学元件G3的折射区域G3T，并且通过光学块CG形成具有平面形状的像平面IMG。注意，光学块CG是诸如盖玻片或滤光器的没有光焦度的光学元件。

如图1B中所示，在X方向(水平方向)上，光学系统100具有关于光轴O对称的形状，并且来自物体侧的光束相对于光轴O从两侧入射在第一光学元件G1上。换句话说，光学系统100在Y方向上的各个位置处的ZX截面(水平横截面)关于光轴O对称。另一方面，虽然同样在图1A中所示的垂直截面中光学系统100具有关于光轴O对称的形状，但是来自物体侧的光束相对于光轴O仅在下侧(-Y侧)入射在第一光学元件G1上，并且像平面相对于光轴O形成在上侧(+Y侧)。如上所述，光学系统100采用如下的构造：在垂直截面中，光束相对于光轴O仅在一侧入射在第一光学元件G1上，换句话说，光束倾斜地入射在光学面上。

根据本示例的光学系统100在包括光轴O的水平横截面中的视角(水平视角)为50°。当光轴O为基准(0°)，+X侧为正，并且-X侧为负时，水平视角中的角度θx的范围为-25°≤θx≤+25°。此外，光学系统100在包括光轴O的垂直截面中的视角(垂直视角)为29°。在入射在第一光学元件G1的物体侧的面上的光线当中，当到达像高的中心的光线(中心光线)为基准(0°)，+Y侧为正，并且-Y侧为负时，垂直视角中的角度θy的范围为-14.5°≤θy≤+14.5°。注意，由中心光线和光轴O形成的角度为40°。

在根据本示例的光学系统100中，虽然水平视角被设置在光轴O的两侧以关于光轴O对称，但是垂直视角相对于光轴O仅设置在-Y侧。此外，在光学系统100中，在与水平横截面垂直并且包括光轴的垂直截面中的视角小于在包括光轴的水平横截面中的视角。此外，根据本示例的光学系统100是光学面的面顶点和曲率中心中的全部都存在于光轴O上的同轴系统，并且是光学面中的全部都关于光轴O具有旋转对称形状的旋转对称系统。如上所述，通过使光学系统100为同轴系统和旋转对称系统，能够在水平横截面和垂直截面中的各个中有利地校正各种像差。

在本示例中，第一光学元件G1与第二光学元件G2之间的介质由具有比第二光学元件G2的折射率小的折射率的材料形成。由此，在第二光学元件G2的物体侧的面(折射面G2T1)的下侧相对于光轴O折射的光束的折射角度以及在上侧折射的光束的折射角度能够被设置为类似的角度，并且能够有利地校正彗形像差、横向色像差和畸变像差。

由于相对于光轴O位于第二光学元件G2的物体侧的面的上侧的区域中的折射面G2T2具有朝向从物体侧入射在其上的光凸出的凸形状，因此与经过光轴O的附近的光相比，经过更远离光轴O的位置的光束以更大的角度折射。因此，入射在折射面G2T2上的光束的角度变得不均匀，并且发生彗形像差、横向色像差和畸变像差。另一方面，由于相对于光轴O位于第二光学元件G2的物体侧的面的下侧的区域中的折射面G2T1具有相对于朝向第一光学元件G1发射的光凹陷的凹形状，因此与经过光轴O的附近的光相比，经过更远离光轴O的位置的光束以更大的角度折射。

注意，由于第二反射面G2M设置在折射面G2T1与折射面G2T2之间的光路中，因此光束中的光线的位置(距光轴O的距离，即，是相对靠近还是远离光轴O)在当入射在折射面G2T1上时与当从折射面G2T2发射时之间变得相反。因此，根据本示例的光学系统100能够利用折射面G2T1消除在折射面G2T2中发生的彗形像差、横向色像差和畸变像差。

在上面，为了在第一光学元件G1和第二光学元件G2之间的介质、与第二光学元件G2之间产生足够的折射率差，期望地，介质的折射率尽可能小。特别地，如在本示例中，更期望的是介质是空气。注意，根据需要，可以在第一光学元件G1与第二光学元件G2之间设置另一光学元件。然而，在这样的情况下，期望地，在第一光学元件G1与相邻的光学元件之间设置诸如空气的具有小折射率的介质。

如上所述，根据本示例的第二反射面G2M是具有凸形状的反射面，并且配设有光圈的功能。如上所述，通过使具有负光焦度的第二反射面G2M用作光圈，能够在抑制对场曲和像散的影响的同时有利地校正球面像差。此外，通过使第二反射面G2M具有负光焦度，能够适当地获得第一反射面G1M与像平面IMG之间的间隔，并且能够容易地避免光学系统100与摄像元件之间的干涉。注意，在本示例中，通过使第二反射面G2M为非球面，能够更有利地校正球面像差，在所述非球面中，光焦度随着非球面远离光轴O地延伸而变小。

此外，根据本示例的第二反射面G2M的反射部是椭圆形的，其中，长轴平行于ZX截面并且短轴平行于YZ截面。换句话说，第二反射面G2M的反射部在与光轴O垂直并且与水平面平行的X方向(第一方向)上的直径大于在与反射部的光轴O和第一方向垂直的Y方向(第二方向)上的直径。具体而言，根据本示例的光学系统100的光圈值在X方向上为F＝1.17，并且在Y方向上为F＝2.8。

换句话说，根据本示例的光学系统100的光圈值被设置为使得YZ截面中的光圈值大于(暗于)ZX截面中的光圈值，在所述YZ截面中，光学系统100的视角关于光轴O不对称，在所述ZX截面中，光学系统100的视角关于光轴O对称。由此，在提高ZX截面中的亮度和分辨率的同时，能够减小在YZ截面中的光束的宽度；因此，能够容易地避免光路干涉，并且能够增加光学面的布置的自由度。注意，第二反射面G2M的反射部不限于椭圆形，而是根据需要能够为矩形或其他形状。

根据本示例的第一反射面G1M主要用于校正场曲。一般而言，为了校正光学系统中的场曲，光学设计被拟定为使得正光焦度和负光焦度抵消以减小光学面的佩兹伐(Petzval)和并且形成接近于平面的佩兹伐像面。反过来，在根据本示例的光学系统100中，通过适当地设置第一光学元件G1的第一反射面G1M的下陷量来校正场曲。稍后将详细描述以上内容。

由于根据本示例的整个光学系统100具有正光焦度，因此当在像平面附近形成佩兹伐像面时，像趋于以随着像从光轴O朝向周边部分延伸而朝向物体侧移位的方式变得扭曲。同时，第一反射面G1M具有凹形状，换句话说，第一反射面G1M具有如下的形状：随着第一反射面G1M从光轴O朝向周边部分延伸，第一反射面G1M变得朝向像侧移位；因此，第一反射面G1M与像平面IMG之间的间隔随着该间隔从光轴O朝向周边部分延伸而变短。

因此，能够通过由第一反射面G1M产生的像高的光程差来有利地校正光学系统100的场曲。此外，通过使第一反射面G1M为非球面，能够通过第一反射面G1M的非球面分量来校正当第一反射面G1M是球面时不能完全校正的场曲。由此，能够提高在设计第一反射面G1M的下陷量时的自由度，并且能够以更有利的方式来校正场曲。

注意，典型地，为了校正光学系统的场曲，非球面被形成为使得周边部分的光焦度与光轴上的光焦度相比是小的。反过来，在本示例中，与典型的光学系统不同，通过第一反射面G1M的下陷量来校正场曲；因此，第一反射面G1M的非球面量被设置为使得周边部分中的光焦度与光轴O上的光焦度相比是大的。

在本示例中，利用第一光学元件G1的折射区域G1T和第一反射面G1M，能够实现上述的令人满意的像差校正。在上面，通过在单个光学元件中配设折射区域G1T和第一反射面G1M，与折射区域G1T和第一反射面G1M配设在不同光学元件中的情况相比，能够抑制光学元件的数量的增加和光学元件的相对布置的误差。此外，通过使第一光学元件G1为具有朝向物体侧的凸面的正弯月形透镜，即使当光学系统100被构造为具有广角时，折射区域G1T也能够有利地校正横向色像差。

如上所述，通过具有正光焦度，根据本示例的第三光学元件G3能够有利地校正在包括第二反射面G2M的第二光学元件G2的像侧的折射面G2T3中发生的诸如彗形像差的各种像差，所述第二反射面G2M是凸反射面。在上面，如在本示例中，期望地，第三光学元件G3的像侧的面具有相对于物体侧凹陷的凹形状。通过使光学系统100中的最靠近像设置的光学面(最终面)为具有相对于物体侧凹陷的凹形状的折射面，能够有利地校正利用其他光学面未完全校正的场曲和像散。注意，第三光学元件G3的像侧的面可以根据需要具有朝向物体侧的凸形状；然而，在这样的情况下，期望地，相对于第三光学元件G3在像侧进一步设置具有相对于物体侧凹陷的凹形状的折射面。

在表1中列出根据本示例的光学系统100的规格值。在表1中，R表示曲率半径(mm)，d表示面间隔(距离)(mm)，Nd表示相对于d线的折射率，并且νd表示相对于d线的阿贝常数。注意，当沿光路并朝向像侧测量时，面间隔d取正值，而当沿光路并朝向物体侧测量时，面间隔d取负值。此外，“E±N”表示“×10±N”。

表1

在本示例中，非球面形状中的各个的光学面具有关于光轴O的旋转对称形状，由以下非球面方程来表达。

其中，z为非球面形状在光轴方向上的下陷量(mm)，c为光轴O上的曲率(1/mm)，k为圆锥常数，r为在径向上距光轴O的距离(mm)，并且A至F为四阶项至十四阶项的非球面系数。在上述的非球面方程中，第一项表示参照球面的下陷量，并且参照球面的曲率半径由R＝1/c表达。此外，四阶项及之后的项表示赋予参照球面的非球面分量的下陷量(非球面量)。

注意，在本示例中，使用四阶项至十阶项的非球面系数，在第二示例中，使用四阶项至十四阶项的非球面系数；然而，非球面系数中的各个可以使用十六阶项或更高阶项的非球面系数。此外，在本示例中，当光学面具有非球面形状时，参照球面的曲率半径是光学面的曲率半径，并且曲率半径满足上述的条件表达式。

如上所述，在根据本示例的摄像装置1000中，摄像元件110的光接收面设置在比图2中所示的点C更靠近光轴O的位置处，使得防止朝向像侧行进而不经过反射面的不必要的光到达光接收面。根据本示例的第二反射面G2M的假想延伸面与第二光学元件G2的像侧的折射面G2T3一致，并且上述的点B位于折射面G2T3上。

此外，在本示例中，除了第二反射面G2M的遮光部以外，在第三光学元件G3的物体侧的面的有效区域外的部分中也配设有遮光部。由此，能够充分地遮挡比将点A和点B连接的直线更接近于平行于光轴的不必要的光。在上面，为了避免第三光学元件G3的遮光部与从第一反射面G1M朝向摄像元件110的光接收面行进的光线之间的干涉，期望地，在YZ截面中的+Y侧，遮光部的边缘部分设置在比将点A和点B连接的直线更靠近光轴O的位置处。

此外，为了遮挡未被第二反射面G2M的遮光部完全遮挡的光束，期望地，在YZ截面中的+Y侧，配设在第三光学元件G3中的遮光部大于第二反射面G2M。换句话说，期望地，在+Y侧，第三光学元件G3的遮光部的边缘部分设置在比第二反射面G2M的边缘部分更远离光轴O的位置处。此外，期望地，同样在-Y侧，第三光学元件G3的遮光部的边缘部分设置在比第二反射面G2M的边缘部分更远离光轴O的位置处。注意，根据需要，能够仅通过第二反射面G2M的遮光部和第三光学元件G3的遮光部中的任一个来遮挡不必要的光。

当L1为第一反射面G1M与第二反射面G2M之间的间隔，并且L2为第一反射面G1M与像平面IMG(摄像元件110的光接收面)之间的间隔时，期望地，满足以下条件表达式(1)。

1.5≤L2/L1≤6.5...(1)

通过满足条件表达式(1)，能够在抑制光学系统100的整个长度变大的同时，抑制重影的发生。当低于条件表达式(1)的下限时，第二反射面G2M与像平面IMG之间的间隔变得太小，使得不必要的光能够容易地到达摄像元件110的光接收面。此外，当高于条件表达式(1)的上限时，第二反射面G2M与像平面IMG之间的间隔变得太大，使得难以缩短光学系统100的整个长度。而且，更期望的是，满足以下条件表达式(1a)。

1.6≤L2/L1≤4.0...(1a)

此外，当R1为第一反射面G1M上的曲率半径时，期望地，满足以下条件表达式(2)。

1.3≤|R1/L1|≤4.0...(2)

通过满足条件表达式(2)，能够在避免摄像元件110与光路之间的干涉的同时，有利地校正场曲。当低于条件表达式(2)的下限时，摄像元件110会与光路干涉。此外，当高于条件表达式(2)的上限时，场曲的校正变得不足并且将难以获得令人满意的成像性能。而且，更期望的是，满足以下条件表达式(2a)。

1.5≤|R1/L1|≤3.0...(2a)

此外，当La为光学系统100的整个长度，并且f为光学系统100的焦距时，期望地，满足以下条件表达式(3)。注意，根据本示例的光学系统100的整个长度表示在光轴方向(Z方向)上距像平面IMG(摄像元件110的光接收面)最远的光学面与像平面IMG之间的间隔。换句话说，在本示例中，第一光学元件G1的物体侧的面与像平面IMG之间的间隔是光学系统100的整个长度。

通过减小已经利用光学系统100的焦距归一化的整个长度以满足条件表达式(3)，能够实现摄像装置1000的尺寸的减小。

La/f≤3.0...(3)

此外，更期望地，满足以下条件表达式(3a)。

La/f≤2.7...(3a)

在表2中列出根据本示例的光学系统100的条件表达式的值。注意，光学系统100的焦距为f＝10.8，并且能够从表1中获得L1、L2、R1和La的值。如表2中所示，光学系统100满足上述的所有条件表达式。

表2

图3例示了根据本示例的光学系统100的横向像差图。图3例示了光学系统100的五个视角中的C线(波长656.3nm)、d线(波长587.6nm)、F线(波长486.1nm)和g线(波长435.8nm)的横向像差，各个数值的单位是毫米。如通过图3能够理解的，有利地校正了彗形像差和横向色像差。此外，由于光学系统100的孔径比(渐晕)在总视角中为100％，因此不发生由于第二反射面G2M引起的遮蔽，并且能够提供从轴上至轴外明亮的光学系统。

第二示例

在下文中，将描述根据本公开的第二示例的摄像装置2000。在根据本示例的摄像装置2000中，将省略与上述的第一示例的摄像装置1000的构造类似的构造的描述。

图4A是根据本示例的摄像装置2000在包括光轴O的YZ截面中的主要部分的示意图，并且图4B是在Y方向上观察的摄像装置2000的主要部分的示意图。根据本示例的光学系统200与根据第一示例的光学系统100之间的区别在于光学元件的形状和材料。

在表3中列出根据本示例的光学系统200的规格值。

表3

如图5中所示，同样在根据本示例的摄像装置2000中，类似于根据第一示例的摄像装置1000，通过将摄像元件210的光接收面设置在比点C更靠近光轴O的位置处，抑制不必要的光到达光接收面。此外，在根据本示例的光学系统200中，在ZX截面中的视角为35°，在YZ截面中的视角为20°，焦距为f＝11.2mm，在X方向上的光圈值为1.17，并且在Y方向上的光圈值为2.8。此外，如下面的表4中所示，根据本示例的光学系统200满足上述的条件表达式。

表4

图6例示了根据本示例的光学系统200的横向像差图。如通过图6能够理解的，有利地校正了彗形像差和横向色像差。此外，由于光学系统200的孔径比在总视角中为100％，因此能够提供从轴上至轴外明亮的光学系统。

车载系统

图7是根据本示例性实施例的车载照相机10和包括车载照相机10的车载系统(驾驶支持装置)600的框图。车载系统600由诸如汽车(车辆)的可移动的移动构件(移动设备)保持，并且是基于由车载照相机10获取的车辆的周围的图像信息来支持车辆的驾驶的装置。图8是配设有车载系统600的车辆700的示意图。虽然图8中例示了车载照相机10的摄像区域50被设置到车辆700的前方的情况，但是可以将摄像区域50设置到车辆700的后方或侧面。

如图7中所示，车载系统600包括车载照相机10、车辆信息获取设备20、控制设备(电子控制单元或ECU)30和警报设备40。此外，车载照相机10包括摄像单元1、图像处理单元2、视差计算单元3、距离计算单元(获取单元)4和碰撞确定单元5。由图像处理单元2、视差计算单元3、距离计算单元4和碰撞确定单元5构成处理单元。摄像单元1是根据上述示例中的任一示例的摄像装置并且采用摄像面相位差检测器作为摄像元件。

图9是例示根据本示例性实施例的车载系统600的操作的示例的流程图。在下文中，将根据流程图描述车载系统600的操作。

在步骤S1中，首先，使用摄像单元1进行车辆周围的摄像目标(被摄体)的摄像，并且获取多个图像数据(视差图像数据)。

此外，在步骤S2中，从车辆信息获取设备20获取车辆信息。车辆信息是包括车辆速度、横摆率(yaw rate)、转向角度等的信息。

在步骤S3中，利用图像处理单元2对利用摄像单元1获取的多个图像数据进行图像处理。具体而言，进行对特征值(诸如，图像数据中的边缘的量和方向以及浓度值)进行分析的图像特征分析。注意，可以对多个图像数据中的各个进行图像特征分析，或者可以对多个图像数据中的一些图像数据进行图像特征分析。

在步骤S4中，利用视差计算单元3计算关于利用摄像单元1获取的多个图像数据之间的视差(像移)的信息。对于计算视差信息的方法，能够使用诸如SSDA法和面积相关法的已知方法；因此，在本示例性实施例中省略其描述。注意，步骤S2、S3和S4可以以上述的顺序被处理，或者可以以并行的方式被处理。

在步骤S5中，利用距离计算单元4计算关于至利用摄像单元1拍摄的摄像目标的距离的信息。能够基于利用视差计算单元3计算的视差信息以及摄像单元1的内部参数和外部参数，来计算距离信息。注意，这里的距离信息是关于相对于摄像目标的相对位置的信息，诸如至摄像目标的距离、散焦量以及像移量。距离信息可以是直接表达图像内的摄像目标的距离值的信息，或者可以是间接表达与距离值对应的信息的信息。

此外，在步骤S6中，碰撞确定单元5确定由距离计算单元4计算的距离信息是否在预先设置的设定距离的范围内。由此，进行在车辆周围在设定距离内是否存在障碍物的确定；因此，能够确定车辆与障碍物之间的碰撞的可能性。当在设定距离内存在障碍物时，碰撞确定单元5确定存在碰撞的可能性(步骤S7)，并且当在设定距离内没有障碍物时，确定不存在碰撞的可能性(步骤S8)。

随后，当确定存在碰撞的可能性时(步骤S7)，碰撞确定单元5向控制设备30和警报设备40通知确定结果。这样，控制设备30基于由碰撞确定单元5确定的确定结果控制车辆，并且警报设备40基于由碰撞确定单元5确定的确定结果警告驾驶员。注意，仅向控制设备30和警报设备40中的至少任一个进行确定结果的通知即可。

例如，控制设备30进行车辆的控制，诸如，例如致动制动器、释放加速器、通过生成在各个轮中产生制动力的控制信号抑制发动机或电动机的输出。此外，警报设备40通过例如发出警报声、在汽车导航系统等的画面上显示警报信息以及在安全带或方向盘中产生振动，来警告车辆的用户(驾驶员)。

如上所述，根据本示例性实施例的车载系统600能够通过上述的处理有效地检测障碍物并避免车辆与障碍物之间的碰撞。特别是，通过将根据上述各个示例的光学系统应用于车载系统600，能够在减小车载照相机10的整体尺寸并增加布置的自由度的同时，在宽视角中进行障碍物的检测和碰撞确定。

注意，在本示例性实施例中，虽然已经描述了车载照相机10包括含有摄像面相位差检测器的单个摄像单元1的构造，但是不限于以上，车载照相机10可以采用包括两个摄像单元的立体照相机。在这样的情况下，能够通过利用彼此同步的两个摄像单元中的各个同时获取图像数据并且通过使用两个图像数据，而不使用摄像面相位差检测器，来进行与上面类似的处理。注意，当已知两个摄像单元之间的摄像时间的差异时，两个摄像单元不必须同步。

注意，能够设想计算距离信息的许多示例性实施例。作为包括摄像单元1的摄像元件的示例，将描述包括以二维方式规则地布置成阵列的多个像素部分的光瞳分割摄像元件的情况。在光瞳分割摄像元件中，单个像素部分包括微透镜和多个光电转换单元，并且接收经过光学系统的光瞳中的不同区域的一对光束，使得能够从各个光电转换单元中输出一对图像数据。

随后，利用该对图像数据之间的相关计算来计算各个区域中的像移量，并且利用距离计算单元4计算示出像移量的分布的像移图数据。作为选择，距离计算单元4可以将像移量转换成散焦量，并且可以生成示出散焦量的分布(摄像图像在二维平面上的分布)的散焦图数据。此外，距离计算单元4可以获取距离图数据，所述距离图数据是从散焦量转换的至摄像目标的距离的图数据。

注意，在本示例性实施例中，虽然车载系统600用于驾驶支持(减少碰撞损害)，但不限于以上，车载系统600可以用于巡航控制(包括全车速跟随功能)以及用于自动驾驶。此外，车载系统600不限于汽车等，并且能够例如用在诸如船舶、飞机和工业机器人的移动构件(移动设备)中。此外，不限于移动构件，根据本示例性实施例的车载照相机10能够用在诸如智能交通系统(ITS)的使用物体识别的各种设备中。

距离测量设备

接下来，将详细描述根据上述各个示例的摄像装置用在车载照相机等的距离测量设备中的情况。

如上所述，根据各个示例的光学系统的垂直视角相对于光轴O仅设置在一侧。因此，在光学系统用在车载照相机10中并且车载照相机10安装在车辆中的情况下，期望地，光学系统的光轴O根据被摄体的位置被设置为与水平方向不平行。例如，在根据上述各个示例的光学系统用作距离测量光学系统的情况下，光轴O将相对于水平方向向上倾斜，使得垂直视角的中心接近水平方向。注意，可以将光轴O设置为在将光学系统围绕X轴旋转180°(倒置)之后相对于水平方向向下倾斜。由此，能够适当地设置车载照相机10的摄像区域。

然而，在各个示例的光学系统中，成像性能在轴上处最高，并且反过来，在周边视角处的成像性能较低；因此，更期望地，来自关注被摄体的光束经过光学系统的轴上附近。例如，在车载照相机10需要关注道路上的标志或障碍物的情况下，期望地，相对于水平方向，成像性能在下侧(地面侧)比在上侧(天空侧)的视角中提高。这样，当使用根据各个示例的光学系统时，如上所述，仅将光学系统倒置并且光轴O相对于水平方向向下倾斜，使得靠近光轴O的视角朝向向下即可。

图10是在根据各个示例的光学系统用作距离测量光学系统的情况下，在Z方向上从-Z侧观察的第二反射面G2M的反射部的主要部分的示意图。在图10中，实线表示距离测量光学系统的第二反射面G2M中的反射部，并且虚线表示根据第一示例和第二示例的光学系统100和光学系统200中的各个的第二反射面G2M中的反射部。

如图10中所示，距离测量光学系统的第二反射面G2M配设有相对于光轴O在X方向上偏心的两个反射部201和202。两个反射部201和202能够分割距离测量光学系统的光瞳。类似于各个示例，反射部201和202由反射膜形成。注意，距离测量光学系统的反射部201和202中的各个的光圈值在X方向和Y方向上都为2.8。

在使用分割光瞳的距离测量光学系统的情况下，能够在区分由经过反射部201的光束形成的被摄体的像和由经过反射部202的光束形成的被摄体的像的同时进行光电转换的摄像元件，被用作设置在像平面上的摄像元件。车载照相机等的距离测量设备能够由这样的摄像元件、距离测量光学系统和上述的处理单元构成。

当被摄体位于距离测量光学系统的前侧焦平面上时，在距离测量光学系统的像平面中，在利用两个分割的光束的像中不发生位置偏差。然而，当被摄体处于除距离测量光学系统的前侧焦平面以外的位置时，在利用两个分割的光束的像中发生位置偏差。在上面，由于由光束形成的像的位置偏差对应于被摄体从前侧焦平面的位移量，因此能够通过获取由光束形成的像的位置偏差量和位置偏差的方向来测量至被摄体的距离。

此外，通过以与示例的方式类似的方式构造距离测量光学系统的光学元件，能够有利地校正各种像差，并且能够实现高的距离测量精度。在上面，由于距离测量光学系统的孔径比在总视角中为100％，因此通过使用距离测量设备中的距离测量光学系统，能够在总视角中获得稳定的距离测量精度。

注意，虽然在距离测量光学系统中，两个反射部在X方向上偏心，但是两个反射部可以根据需要在Y方向上偏心。然而，为了提高距离测量精度，期望地，两个反射部在X方向上偏心。这是因为，在使用两个反射部的上述的光学系统100和200中，关于光轴O对称的X方向上的光圈值小于关于光轴O不对称的Y方向上的光圈值。

变型例

虽然上面已经描述了本公开的优选示例性实施例和示例，但是本公开不限于这些示例性实施例和示例，并且可以在本公开的主旨内进行组合、变形和修改。

例如，在示例中，包括第一反射面G1M和折射区域G1T二者的反射折射元件被用作第一光学元件G1；然而，仅包括第一反射面G1M的反射元件(镜)可以用作第一光学元件G1。此外，虽然各个示例的光学系统包括第三光学元件G3，但是可以采用由第一光学元件G1和第二光学元件G2构成的构造。在这样的情况下，包括物体侧的面和像侧的面具有不同曲率半径的多个光学面的棱镜可以用作第二光学元件G2。由此，与根据各个示例的光学系统相比，能够在获得令人满意的成像性能的同时减少光学元件的数量。

此外，如在第二示例中，即使在第二反射面G2M包括两个反射部的情况下，仍期望地，有效区域在X方向上的直径被设置得大于在Y方向上的直径。换句话说，两个反射部在X方向上彼此最远的边缘部分之间的距离期望地被设置得大于两个反射部在Y方向上的最大直径。由此，类似于第一示例，在提高ZX截面中的亮度和分辨率的同时，能够容易地避免在YZ截面中的光路干涉。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以便涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (19)

1.一种摄像装置，所述摄像装置包括：

光学系统；以及

摄像元件，被构造为经由所述光学系统进行物体的摄像，

其中，所述光学系统包括，

第一折射面，具有朝向物体侧的凸形状；

第一反射面，具有朝向所述物体侧的凸形状；以及

第二反射面，具有朝向所述物体侧的凸形状，

其中，所述第一折射面被设置为相对于所述光学系统中包括的其他折射面最靠近所述物体，

其中，光束从所述物体侧朝向像侧依次通过所述第一折射面、所述第二反射面和所述第一反射面而行进，

其中，所述摄像元件的光接收面在包括所述光学系统的光轴的第一横截面中，相对于所述光轴仅设置在一侧处，

其中，在所述第一横截面中，当点A为从所述物体侧朝向所述第二反射面行进的光线与所述第一折射面之间的交点当中的最靠近所述光轴的交点，点B为从所述第一反射面朝向所述光接收面行进的光线与所述第二反射面的假想延伸面之间的交点当中的最靠近所述光轴的交点，并且点C为将点所述A和所述点B连接的直线与所述光接收面的假想延伸面之间的交点时，所述光接收面被设置在比所述点C更靠近所述光轴的位置处，并且

其中，以下条件表达式被满足：

1.5≤L2/L1≤6.5，

其中，L1为所述第一反射面与所述第二反射面之间的间隔，并且L2为所述第一反射面与所述光接收面之间的间隔。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，所述摄像装置还包括：

第一光学元件，包括所述第一折射面和所述第一反射面。

3.根据权利要求1所述的摄像装置，

其中，在所述第一横截面中，所述摄像元件在所述一侧被设置在比所述点C更靠近所述光轴的位置处。

4.根据权利要求1所述的摄像装置，

其中，所述第二反射面包括遮光部，所述遮光部遮挡来自所述物体侧的光束的一部分。

5.根据权利要求4所述的摄像装置，

其中，在所述第一横截面中的所述一侧，所述遮光部的边缘部分被设置在比所述点B更靠近所述光轴的位置处。

6.根据权利要求4所述的摄像装置，

其中，以下条件表达式被满足：

1.3≤|R1/L1|≤4.0，

其中，L1为所述第一反射面与所述第二反射面之间的间隔，并且R1为所述第一反射面的曲率半径。

7.根据权利要求1所述的摄像装置，

其中，以下条件表达式被满足：

La/f≤3.0，

其中，La为所述光学系统的整个长度，并且f为所述光学系统的焦距。

8.根据权利要求1所述的摄像装置，

其中，所述第一折射面、所述第一反射面和所述第二反射面关于所述光轴旋转对称。

9.根据权利要求1所述的摄像装置，

其中，所述第一折射面、所述第一反射面和所述第二反射面的曲率中心位于所述光轴上。

10.根据权利要求2所述的摄像装置，

其中，所述光学系统包括第二光学元件，所述第二光学元件包括所述第二反射面。

11.根据权利要求10所述的摄像装置，

其中，所述光学系统包括相对于所述第二光学元件设置在所述像侧的第三光学元件。

12.根据权利要求11所述的摄像装置，

其中，所述第三光学元件的物体侧的面包括遮光部，所述遮光部遮挡入射在其上并且未经过所述第二反射面的光束。

13.根据权利要求12所述的摄像装置，

其中，在所述第一横截面中的所述一侧，所述第三光学元件的所述遮光部的边缘部分被设置在比将所述点A和所述点B连接的直线更靠近所述光轴的位置处。

14.根据权利要求12所述的摄像装置，

其中，在所述第一横截面中的所述一侧，所述第三光学元件的所述遮光部的边缘部分被设置在比所述第二反射面的边缘部分更远离所述光轴的位置处。

15.一种距离测量设备，所述距离测量设备包括：

根据权利要求1至14中任一项所述的摄像装置；以及

获取单元，其基于利用所述摄像装置获取的物体的图像数据来获取关于至所述物体的距离的距离信息。

16.一种车载系统，所述车载系统包括：

根据权利要求15所述的距离测量设备；以及

碰撞确定单元，其基于距离信息确定车辆与物体之间的碰撞的可能性。

17.根据权利要求16所述的车载系统，所述车载系统还包括：

控制设备，其当确定存在所述车辆与所述物体之间的碰撞的可能性时，输出在所述车辆的车轮中产生制动力的控制信号。

18.根据权利要求16所述的车载系统，所述车载系统还包括：

警报设备，其当确定存在所述车辆与所述物体之间的碰撞的可能性时，警告所述车辆的驾驶员。

19.一种移动设备，所述移动设备包括：

根据权利要求1至14中任一项所述的摄像装置，

其中，所述移动设备被构造为保持所述摄像装置并且是可移动的。