CN114815190A

CN114815190A - 光学系统、摄像设备、车载系统和移动设备

Info

Publication number: CN114815190A
Application number: CN202210093495.1A
Authority: CN
Inventors: 高桥真; 桑代慎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2022-07-29
Also published as: JP2022114764A; US20220234504A1; EP4036625A1

Abstract

本发明提供了光学系统、摄像设备、车载系统和移动设备。该光学系统从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：前单元，其包括三个或多于三个透镜；光圈；以及后单元，其包括多个透镜。前单元包括：最接近放大共轭位置的第一正透镜；以及第二正透镜。满足预定条件。

Description

光学系统、摄像设备、车载系统和移动设备

技术领域

本发明涉及适用于诸如车载照相机等的摄像设备的光学系统。

背景技术

利用车载照相机来获取车辆周围的图像数据并且使得用户能够在视觉上识别其他车辆和障碍物。这样的车载照相机通常包括诸如虽然分辨率低但实现了宽视场的鱼眼镜头以及虽然视角窄但通过放大距离来实现高分辨率的远摄镜头等的多种类型光学系统。日本特开(“JP”)2018-087938和2020-056849公开了具有作为鱼眼镜头和远摄镜头这两者的特性的组合的投影特性的光学系统。

然而，JP 2018-087938所公开的光学系统具有小视角并且前单元包括两个透镜，使得无法实现充足的投影特性和高图像质量。JP 2020-056849所公开的光学系统具有小视角，并且透镜配置对于实现与鱼眼镜头和远摄镜头兼容的投影特性来说不是最佳的。

发明内容

本发明提供具有与鱼眼镜头和远射镜头这两者兼容的投影特性、充足视角和充足分辨率的光学系统。

根据本发明的方面的光学系统，其从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：前单元，其包括三个或多于三个透镜；光圈；以及后单元，其包括多个透镜。所述前单元包括：最接近放大共轭位置的第一正透镜；以及第二正透镜。表示视角θ和图像高度y之间的关系的所述光学系统的投影特性y(θ)满足以下不等式：

1.80≤fsinθmax/y(θmax)≤4.50，

其中，θmax是所述光学系统的最大半视角，以及f是所述光学系统的焦距。

根据本发明的另一方面的摄像设备，包括：以上的光学系统；以及图像传感器，其被配置为经由所述光学系统对物体进行摄像。根据本发明的另一方面的车载系统，包括：以上的摄像设备；以及判断器，其被配置为基于所述摄像设备所获取到的物体的距离信息来判断车辆和所述物体之间的碰撞的可能性。根据本发明的另一方面的移动设备，其包括以上的摄像设备，并且在保持所述摄像设备期间所述移动设备能够移动。

通过参考附图对以下典型实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。

附图说明

图1是根据示例1的光学系统的剖视图。

图2是根据示例1的光学系统的像差图。

图3示出根据示例1的光学系统的投影特性。

图4示出根据示例1的光学系统的分辨率特性。

图5是根据示例2的光学系统的剖视图。

图6是根据示例2的光学系统的像差图。

图7示出根据示例2的光学系统的投影特性。

图8示出根据示例2的光学系统的分辨率特性。

图9是根据示例3的光学系统的剖视图。

图10是根据示例3的光学系统的像差图。

图11示出根据示例3的光学系统的投影特性。

图12示出根据示例3的光学系统的分辨率特性。

图13A至13D示出根据示例1的光学系统的曲率特性。

图14是使用根据各个示例的光学系统的车载系统的框图。

图15是包括车载系统的车辆的主体的示意图。

图16是示出车载系统的操作示例的流程图。

具体实施方式

现参考附图，将给出根据本发明的实施例的说明。在示例1至3的具体说明之前，将描述各个示例的共同事项。

根据各个示例的光学系统适用于诸如数字静态照相机、数字摄像机、车载照相机、移动电话照相机、监控照相机、可穿戴照相机和医用照相机等的摄像设备。

图1、5和9分别示出包含根据示例1、2和3的光学系统的光轴(长短交替虚线)的剖面。各图示出光学系统的摄像距离为无穷远(∞)的状态。

在各个图中，左侧是放大共轭侧(物侧)，并且右侧是缩小共轭侧。在各个图中，左侧是放大共轭侧(像侧)。根据各个示例的光学系统是用于收集来自位于放大共轭侧的未示出的物体的光束以在缩小共轭侧的像面11、21或31上形成物体图像的摄像光学系统。诸如CCD传感器和CMOS传感器等的图像传感器的摄像面(受光面)布置在像面上。然而，根据各个示例的光学系统可以是用于使来自诸如布置在缩小共轭侧的液晶面板等的空间光调制元件的光束投影在诸如布置在放大共轭侧的屏幕等的投影面上的投影器的投影光学系统。在下面说明中，光学系统用作车载照相机的摄像光学系统。

根据各个示例的光学系统从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：包括三个或多于三个透镜的前单元、光圈(孔径光阑)ST1、ST2或ST3以及包括多个透镜的后单元。前单元中最接近放大共轭位置的透镜L1、L21或L31是具有正屈光力的透镜(正透镜)。被配置为单个光学系统的根据各个示例的光学系统具有充足视角和充足的周边分辨率，确保了充足的中心分辨率，由此拥有适用于获得在整个视角上的良好光学性能的透镜配置。在根据各个示例的光学系统中，前单元包括具有负屈光力的至少一个透镜(负透镜)，并且在前单元中最接近缩小共轭侧的透镜被设置为正透镜。

在以下说明中，将每1度视角的单位长度定义为分辨率(mm/deg)，并且将图像高度y和视角θ之间的关系定义为投影特性y(θ)。例如，一般的fθ透镜在各个图像高度处具有恒定分辨率，并且拥有成比例的投影特性。将由光轴和最外侧主光线形成的角度定义为最大半视角。

在根据各个示例的光学系统中，在车载照相机中，光轴附近的第一区域(中心区域)用于监视前方远景，并且第一区域的轴外侧(周边侧)的第二区域(周边区域)用于前视图。通过远摄功能可以在与第一区域相对应的视角处获得高分辨率，并且通过鱼眼功能在第二区域中可以获得充足视角和整体视角上的良好光学性能。

图3、7和11分别示出根据示例1、2和3中的各个示例的光学系统的投影特性y(θ)(作为“θ-y_投影特性”)。根据各个示例的投影特性具有与y＝fsinθ所定义的正交投影方法相同的90°的充足视角，而在第一区域中的图像高度高于正交投影方法中的图像高度。图4、8和12分别示出表示根据示例1、2和3中的各个示例的光学系统对于各个视角θ的分辨率的分辨率特性。与y＝fθ所定义的等距离投影方法相比，根据各个示例的分辨率特性在第一区域中具有更高的分辨率并且在第二区域中具有更低的分辨率。

在各个示例中，为了实现如上所述这样的投影特性和这样的分辨率特性，光圈的放大共轭侧的前单元包括三个或多于三个透镜，并且在前单元(光学系统)中最接近放大共轭位置的透镜具有正屈光力。从放大共轭位置起计数的第二个透镜L2、L22或L32具有负屈光力，并且实现了远摄型透镜配置。另外，整体光学系统的焦距被设置得长。由此，通过向紧凑配置赋予远摄效果来增加在第一区域中的分辨率。

更具体地，根据各个示例的光学系统满足以下不等式(条件表达式)(1)：

1.80≤fsinθmax/y(θmax)≤4.50 (1)

其中，y(θ)是表示视角θ和像面上的图像高度y之间的关系的投影特性，f是光学系统的焦距(mm)，并且θmax是光学系统的最大半视角(°)。

在fsinθmax/y(θmax)低于不等式(1)中的下限的情况下，远摄效果变得过弱以至于无法在第一区域中获得充足分辨率。在fsinθmax/y(θmax)高于不等式(1)中的上限的情况下，远摄效果变得过强以至于无法实现良好分辨率性能。

为了获得更好的光学性能，可以满足以下不等式(1)’：

1.85≤fsinθmax/y(θmax)≤3.50 (1)’

为了获得更好的光学性能，可以满足以下不等式(1)”：

1.90≤fsinθmax/y(θmax)≤3.00 (1)”

满足以上条件可以提供虽然作为单个光学系统但具有充足视角、充足周边分辨率和中心分辨率以及在整个视角上的良好光学性能的光学系统。

根据各个示例的光学系统具有如上所述的远摄型透镜配置，其中在前单元中，最接近放大共轭位置的透镜L1的焦距f1为正，并且从放大共轭侧起计数的第二个透镜L2的焦距f2为负。这些焦距可以满足以下不等式(2)：

0.1≤|f2/f1|≤1.5 (2)

在|f2/f1|低于不等式(2)中的下限的情况下，正屈光力变得相对更弱，并且变得难以实现远摄效果。在|f2/f1|高于不等式(2)中的上限的情况下，正屈光力变得相对强，像场弯曲(curvature of field)变为显著的校正不足状态，并且可能无法获得良好的图像质量。

为了获得更充足的远摄性能，可以满足以下不等式(2)’：

0.2≤|f2/f1|≤1.4 (2)’

为了获得更充足的远摄性能，可以满足以下不等式(2)”：

0.3≤|f2/f1|≤1.3 (2)”

在θb是在等距离投影fθ的分辨率等于y(θmax)/θmax时的半视角的情况下，满足以下不等式(3)可以实现以上投影特性和更好的光学性能：

0.20≤θb/θmax≤0.45 (3)

不等式(3)指示与根据各个示例的光学系统的分辨率与等距离投影方法fθ的分辨率相交的视角θ(半视角θb)有关的条件。如图4、8和12所示，在根据各个示例的光学系统中，示出投影特性的曲线(实线)在相对于最大半视角θmax＝90°的20°至35°的半视角θb的范围内与fθ的直线(虚线)相交。在视角θb或者小于θb的视角(第一区域)处，可以获得比fθ的分辨率更高的分辨率，并且在θmax＝90°附近的周边分辨率虽然低于fθ的分辨率，但也能够被充分确保。

在θb/θmax低于不等式(3)中的下限的情况下，各个图中的交点的视角变得更小，远摄效果变得过强以至于无法实现良好的分辨率性能。在θb/θmax高于不等式(3)中的上限的情况下，远摄效果变得过弱以至于无法实现第一区域中的充足分辨率。

为了获得更好的光学性能，可以满足以下不等式(3)’：

0.25≤θb/θmax≤0.42 (3)’

为了获得更好的光学性能，可以满足以下不等式(3)”：

0.30≤θb/θmax≤0.38 (3)”

为了在实现以上投影特性的同时获得良好的光学特性，根据各个示例的光学系统具有用于令人满意地校正畸变和像场弯曲的透镜配置。更具体地，(被设置为透镜L1、L2、L7、L21、L27、L31和L37的放大共轭侧和缩小共轭侧中的至少一个表面的)非球面有效地校正畸变和像场弯曲，其中这些透镜各自接收在高位置处入射的轴外光线。主要通过放大共轭侧的透镜来实现投影特性，并且通过后续的透镜来校正像场弯曲。

在根据各个示例的光学系统中，为了实现以上投影特性，非球面具有包含拐点的形状。拐点是曲率C的符号进行切换的点(以光轴为中心的圆)。图13A至13D示出表示在根据示例1的光学系统中的各个非球面的距光轴的径向高度y(纵轴)和曲率C(横轴)之间的关系的曲率(y-C)特性。图13A示出透镜L1的放大共轭侧的第一表面的y-C特性。图13B示出透镜L1的缩小共轭侧的第二表面的y-C特性。图13C示出透镜L7的放大共轭侧的第十四表面的y-C特性。图13D示出透镜L7的缩小共轭侧的第十五表面的y-C特性。

如根据图13A所理解的，在根据示例1的光学系统中的透镜L1的放大共轭侧的非球面具有拐点。因此，向透镜L1的放大共轭侧的非球面提供拐点可以显著地改变第一区域和第二区域之间的分辨率，并且实现以上投影特性。

为了实现宽视角和以上投影特性这两者，放大共轭侧的任意非球面可以具有在同一表面上具有多个拐点的形状。随着图像高度y从光轴附近(或光轴)向轴外侧(在径向方向上的外部)改变，图13A所示的透镜L1的放大共轭侧的非球面的曲率C在6.3mm附近的拐点处从正变为负，之后在轴外侧的9.5mm附近的拐点处变为正。即，透镜L1的放大共轭侧的非球面具有两个拐点。这些非球面形状由于以下原因而形成。首先，在光轴附近，为了提供远摄效果而使非球面形状具有面向放大共轭侧的凸形状，然后为了朝向轴外侧逐渐降低分辨率而将非球面形状改变为具有面向放大共轭侧的凹形状。为了确保周边附近的分辨率而将非球面形状再次改变为面向放大共轭侧的凸形状。由此，透镜L1的非球面从光轴侧(或光轴)到周边侧(或到径向方向上的外部)顺次具有：面向放大共轭侧的凸形状、面向放大共轭侧的凹形状和面向放大共轭侧的凸形状。

如图13C所示，在示例1的后单元中被布置为最接近缩小共轭位置的用于接收在高位置处入射的轴外主光线的透镜L7有效地校正像场弯曲。透镜L7可以在放大共轭侧和缩小共轭侧中的至少一侧具有非球面。透镜L7的非球面可以具有拐点。

由于以上投影特性随着视角变得更宽而变得更有效，因此可以满足以下不等式(4)：

θmax≥50° (4)

可以如下设置该数值范围：

θmax≥55° (4)’

可以如下设置该数值范围：

θmax≥60° (4)”

为了实现以上投影特性、宽视角和高图像质量，可以使用以下透镜配置(屈光力布置)。即，前单元从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：具有正屈光力的第一透镜(正透镜)、具有负屈光力的第二透镜(负透镜)、具有正屈光力或负屈光力的第三透镜(正透镜或负透镜)以及具有正屈光力的第四透镜(正透镜)。后单元从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：具有正屈光力的第五透镜(正透镜)、具有负屈光力的第六透镜(负透镜)和具有正屈光力的第七透镜(正透镜)。

以上说明是本发明的示例所用的最低限度的必需配置，并且示例的配置不限于该说明。例如，光圈的位置可以是轴外主光线与光轴相交的位置附近的位置，并且不限于物理光圈的位置。投影特性以及拐点的位置和数目等不限于以上示例。

将具体地描述根据示例1至3的光学系统。

示例1

根据图1所示的示例1的光学系统从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：前单元，其包括具有正屈光力的第一透镜L1、具有负屈光力的第二透镜L2、具有负屈光力的第三透镜L3以及具有正屈光力的第四透镜L4；光圈ST1；以及后单元，其包括具有正屈光力的第五透镜L5、具有负屈光力的第六透镜L6以及具有正屈光力的第七透镜L7。在图1中，P1和P2是诸如滤光器等的玻璃片。

表1示出该示例的具体数值示例。在数值示例中，ri表示从物侧起计数的第i个表面的曲率半径(mm)，di表示第i个表面和第(i+1)个表面之间的透镜厚度或者空气间隔(mm)，以及ni表示第i个表面和第(i+1)个表面之间的光学材料的d线的折射率。νi表示基于第i个表面和第(i+1)个表面之间的光学材料的d线的阿贝(Abbe)数。

阿贝数ν可以如下表达：

ν＝(Nd-1)/(NF-NC)

其中，Nd、NF和NC是夫琅禾费(Fraunhofer)谱线中的d线(587.6nm)、F线(486.1nm)和C线(656.3nm)的折射率。

ST表示光圈的位置。附接至表面编号的星号*意味着该表面是非球面。通过以下表达式来表达非球面形状：

z(y)＝(y²/Ri)/[1+{1-(1+k)(y^2/Ri²)}^1/2]+Ay⁴+By⁶+Cy⁸+Dy¹⁰+Ey¹²+Fy¹⁴

其中，y是径向方向上的坐标，z是光轴方向上的坐标，K是圆锥常数，光行进方向被设置为正向，并且R是近轴曲率半径，以及A、B、C、D、E和F是非球面系数。

表1(C)总结了与数值示例中的不等式(1)至(4)相对应的值。y(θmax)的值也被示为参考值。数值示例的以上说明同样适于其他示例的数值示例。

如表1(C)所示，根据此示例(数值示例1)的光学系统满足不等式(1)至(4)。

图2示出此示例(数值示例1)在∞的摄像距离处的纵向像差图。在球面像差图中，实线表示d线(波长587.6nm)的球面像差。在像散图中，实线S表示矢状像面，并且虚线T表示子午像面。示出d线的畸变图。这些纵向像差图的说明同样适于其他示例的纵向像差图。

如上所述，图3示出根据本示例的光学系统的投影特性，以及图4示出根据本示例的光学系统的分辨率特性。

示例2

根据图5所示的示例2的光学系统与示例1的光学系统的不同之处在于投影特性和屈光力布置。根据此示例的光学系统从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：前单元，其包括具有正屈光力的第一透镜L21、具有负屈光力的第二透镜L22、具有正屈光力的第三透镜L23和具有正屈光力的第四透镜L24；光圈ST2；以及后单元，其包括具有正屈光力的第五透镜L25、具有负屈光力的第六透镜L26、具有正屈光力的第七透镜L27。与示例1不同，作为从放大共轭侧起计数的第三个透镜的第三透镜L23具有正屈光力。在图5中，P21是诸如滤光器等的玻璃片。

表2示出此示例的具体数值示例。如表2(C)所示，根据此示例(数值示例2)的光学系统满足不等式(1)至(4)。

图6示出此示例(数值示例2)在∞的摄像距离处的纵向像差图。如上所述，图7示出根据此示例的光学系统的投影特性，以及图8示出根据此示例的光学系统的分辨率特性。

示例3

根据图9所示的示例3的光学系统与示例1的光学系统的不同之处在于投影特性和视角。根据此示例的光学系统从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：前单元，其包括具有正屈光力的第一透镜L31、具有负屈光力的第二透镜L32、具有负屈光力的第三透镜L33和具有正屈光力的第四透镜L34；光圈ST3；以及后单元，其包括具有正屈光力的第五透镜L35、具有负屈光力的第六透镜L36以及具有正屈光力的第七透镜L37。在图9中，P31是诸如滤光器等的玻璃片。

表3示出此示例的具体数值示例。如表3(C)所示，根据此示例(数值示例3)的光学系统满足不等式(1)至(4)。

图10示出此示例(数值示例3)在∞的摄像距离处的纵向像差图。如上所述，图11示出根据此示例的光学系统的投影特性，以及图12示出根据此示例的光学系统的分辨率特性。

表1(数值示例1)

(A)透镜配置(单位:mm)

(B)非球面系数

K

A

B

C

D

E

F

r1

-0.7428199

-5.19E-04

1.66E-06

-2.49E-08

5.58E-11

1.22E-12

-6.48E-15

r2

0.01008412

-2.11E-03

7.90E-05

-1.90E-06

2.90E-08

-2.17E-10

0

r3

0

3.75E-04

3.57E-06

-4.36E-08

-1.43E-09

-3.20E-11

0

r4

0

9.22E-04

-1.11E-04

9.53E-08

1.25E-07

2.22E-10

0

r14

-25.146264

1.14E-03

-3.51E-05

-1.16E-05

9.47E-07

0

r15

0

-5.44E-03

7.92E-04

-6.03E-05

2.05E-06

-2.46E-08

0

(C)不等式的值

(1)	2.16
		(2)	0.51
(3)	0.33
		(4)	90

参考值

y(θmax)

3.70

表2(数值示例2)

(A)透镜配置(单位：mm)

(B)非球面系数

K

A

B

C

D

E

F

r1

-0.8846558

-2.39E-04

2.32E-06

-6.78E-08

-1.49E-10

2.35E-12

2.70E-14

r2

0

-8.85E-04

1.41E-06

9.46E-07

-2.83E-08

2.68E-10

0

r15

0

-3.00E-03

3.64E-04

-2.41E-05

1.14E-06

-1.88E-08

0

(C)不等式的值

(1)	1.95
		(2)	0.46
(3)	0.37
		(4)	90

参考值

y(θmax)

4.41

表3(数值示例3)

(A)透镜配置(单位：mm)

(B)非球面系数

K

A

B

C

D

E

r1

-0.4951006

-2.28E-04

2.47E-06

-2.16E-08

6.87E-11

-5.44E-14

r2

3.304494

-4.53E-04

1.05E-05

-1.46E-07

1.04E-09

-2.86E-12

r14

0

-2.05E-03

2.68E-04

-2.65E-05

1.20E-06

-2.04E-08

r15

0

-1.18E-02

9.86E-04

-4.88E-05

1.25E-06

-1.23E-08

(C)不等式的值

(1)	2.89
		(2)	1.00
(3)	0.32
		(4)	60

参考值

y(θmax)

4.34

图14示出使用根据上述示例中的任一示例的光学系统作为摄像光学系统的车载照相机10以及具有该车载照相机10的车载系统(驾驶支持装置)600的配置。车载系统600是由诸如汽车(车辆)等的可移动的移动体(移动设备)所保持的系统，并且该车载系统600被配置为基于车载照相机10所获取的车辆周围的图像信息来支持车辆的驾驶(操纵)。

图15示出作为包括车载系统600的移动设备的车辆700。虽然图15示出设置在车辆700前方的车载照相机10的摄像范围50，但是摄像范围50也可以设置在车辆700的后方或侧方。

如图15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(控制器、ECU：电子控制单元)30和警告设备(警告单元)40。车载照相机10包括摄像单元1、图像处理器2、视差计算器3、距离获取器4和碰撞判断器5。图像处理器2、视差计算器3、距离获取器4和碰撞判断器5构成处理单元。摄像单元1包括根据以上示例中任一示例的光学系统和图像传感器。

图16的流程图示出车载系统600的操作示例。在步骤S1中，车载系统600使用摄像单元1对车辆周围的诸如障碍物或行人等的物体进行摄像，并且获取多个图像数据(视差图像数据)。

在步骤S2中，通过车辆信息获取设备20来获取车辆信息。车辆信息是包括车辆的车辆速度、横摆率和转向角等的信息。

在步骤S3中，图像处理器2针对由摄像单元1获取的多个图像数据进行图像处理。更具体地，进行图像特征分析以分析诸如图像数据中的边缘量、边缘方向和浓度值等的特征量。可以针对多个图像数据中的各个图像数据进行图像特征分析，或者可以仅针对多个图像数据的一部分图像数据进行图像特征分析。

在步骤S4中，视差计算器3计算由摄像单元1获取的多个图像数据之间的视差(图像偏移)信息。用于计算视差信息的方法可以使用诸如SSDA方法或面积相关方法等的已知方法，并且将省略对其的说明。可以以此顺序进行步骤S2、S3和S4，或者可以并行处理步骤S2、S3和S4。

在步骤S5中，距离获取器4获取(计算)与由摄像单元1进行摄像的物体的距离信息。可以基于视差计算器3所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。距离信息是诸如距物体的距离、散焦量、图像偏移量等的与物体的相对位置有关的信息，并且可以直接表示物体在图像中的距离值，或者间接表示与该距离值相对应的信息。

然后，在步骤S6中，碰撞判断器5判断使用由车辆信息获取设备20获取的车辆信息或由距离获取器4计算出的距离信息来判断距物体的距离是否包括在预设距离范围中。该配置可以判断物体是否存在于车辆周围的设置距离内，并且判断车辆和物体之间的碰撞的可能性。碰撞判断器5在物体存在于设置距离内的情况下判断为“存在碰撞的可能性”(步骤S7)，并且在物体不存在于设置距离内的情况下判断为不存在碰撞的可能性(步骤S8)。

接着，在碰撞判断器5判断为“存在碰撞的可能性”的情况下，碰撞判断器5向控制设备30和警告设备40通知(发送)判断结果。此时，控制设备30基于碰撞判断器5的判断结果来控制车辆(步骤S6)，并且警告设备40基于碰撞判断器5的判断结果来向车辆用户(驾驶员、乘客)提供警告(步骤S7)。可以将判断结果通知到控制设备30和警告设备40中的至少一个。

控制设备30可以通过向车辆中的驱动单元(引擎、马达等)输出控制信号来控制车辆的移动。例如，控制设备30生成用于刹车、使油门回位、转动方向盘以及向车辆的各个车轮施加制动力的控制信号，并且对车辆进行控制以抑制引擎或马达的输出。警告设备40例如通过发出警告声音(警报)、在汽车导航系统的屏幕上显示警告信息或者使安全带或方向盘振动来向用户给出警告。

根据如上所述的车载系统600，以上处理可以有效地检测物体并且避免车辆和物体之间的碰撞。特别地，通过将根据以上示例中任一示例的光学系统应用于车载系统600，可以在使布置的自由度得以改善的状态下使整体车载照相机10变得更小，以宽视角检测物体并判断碰撞的可能性。

可以使用各种方法来计算距离信息。作为示例，包括以二维阵列规则排列的多个像素单元的光瞳分割型图像传感器用作摄像单元1的图像传感器。在光瞳分割型图像传感器中，一个像素单元包括微透镜和多个光电转换单元，接收已经穿过光学系统的光瞳中的不同区域的光束对，并且从各个光电转换单元输出图像数据对。

通过图像数据对之间的相关计算来计算各个区域的图像偏移量，并且通过距离获取器4来计算表示图像偏移量的分布的图像偏移映射数据。可替代地，距离获取器4还可以将图像偏移量转换为散焦量，并生成表示散焦量的分布(在拍摄图像的二维平面上的分布)的散焦映射数据。距离获取器4可以获取从散焦量转换到的距物体的距离的距离映射数据。

车载系统600和移动设备700各自可以包括通知设备(通知器)，该通知设备被配置为向车载系统的制造商和移动设备的销售方(经销商)等通知移动设备700已经与障碍物碰撞的事实。例如，通知设备可以使用用于通过电子邮件等向预设外部通知目的地发送与在移动设备700和障碍物之间的碰撞有关的信息(碰撞信息)的装置。

由此，在通过通知设备自动地通知碰撞信息的情况下，可以在碰撞之后立即采取诸如检查和维修等的措施。碰撞信息的通知目的地可以是诸如保险公司、医疗机构和警察局等的由用户设置的任意目的地。通知设备可被配置为不仅通知碰撞信息，还通知各个组件的故障信息和消耗品的消耗信息。可以通过使用基于来自上述摄像单元1的输出所获取的距离信息、或者通过其他检测器(传感器)来检测碰撞的有无。

在此说明中，将车载系统600应用于驾驶支持(碰撞损害降低)，但是本发明不限于此示例，并且车载系统600可适用于巡航控制(包括自适应巡航控制)和自动驾驶。车载系统600不仅适用于诸如汽车等的车辆，还适用于诸如船舶、航空器或工业机器人等的移动体。该车载系统不仅适用于移动体，还适用于利用诸如智能运输系统(ITS)等的物体识别的各种装置。

其他实施例

还可以通过系统或设备的如下的计算机来实现本发明的(一个或多于一个)实施例，其中该计算机读出并执行记录在存储介质(也可以更完整地被称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多于一个程序)以进行上述(一个或多于一个)实施例中的一个或多于一个实施例的功能，以及/或者包括用于进行上述(一个或多于一个)实施例中的一个或多于一个实施例的功能的一个或多于一个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，并且可以通过由系统或设备的计算机例如读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以进行上述(一个或多于一个)实施例中的一个或多于一个实施例的功能、以及/或者控制一个或多于一个电路以进行上述(一个或多于一个)实施例中的一个或多于一个实施例的功能所进行的方法来实现本发明的实施例。计算机可以包含一个或多于一个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独的计算机或单独的处理器的网络以读出并执行计算机可执行指令。可以例如从网络或存储介质向计算机提供计算机可执行指令。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储部、光盘(诸如，紧致盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)或蓝光光盘(BD)^TM等)、闪速存储器装置以及存储卡等中的一个或多于一个。

以上示例中的各个示例可以提供具有与鱼眼镜头和远摄镜头兼容的投影特性、充足视角和充足分辨率的光学系统。

尽管参考典型实施例描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围将被给予最宽泛的解释，以涵盖全部这些修改以及等同结构和功能。

Claims

1.一种光学系统，其从放大共轭侧到缩小共轭侧顺次包括：

前单元，其包括三个或多于三个透镜；

光圈；以及

后单元，其包括多个透镜，

其特征在于，所述前单元包括：最接近放大共轭位置的第一正透镜；以及第二正透镜，

其中，表示视角θ和图像高度y之间的关系的所述光学系统的投影特性y(θ)满足以下不等式：

1.80≤fsinθmax/y(θmax)≤4.50，

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述前单元还包括布置在所述第一正透镜和所述第二正透镜之间的负透镜。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二正透镜与所述光圈相邻。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述前单元从所述放大共轭侧到所述缩小共轭侧顺次包括：所述第一正透镜；负透镜；正透镜或负透镜；以及所述第二正透镜。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述后单元从所述放大共轭侧到所述缩小共轭侧顺次包括正透镜、负透镜和正透镜。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下不等式：

0.1≤|f2/f1|≤1.5，

其中，f1是所述第一正透镜的焦距，以及f2是与所述第一正透镜相邻的透镜的焦距。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下不等式：

0.20≤θb/θmax≤0.45，

其中，θb是在等距离投影fθ的分辨率等于y(θmax)/θmax的情况下的半视角。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一正透镜具有包含多个拐点的非球面。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述非球面从光轴侧到周边侧顺次具有面向所述放大共轭侧的凸形状、面向所述放大共轭侧的凹形状以及面向所述放大共轭侧的凸形状。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述后单元中最接近缩小共轭位置的透镜具有包含拐点的非球面。

11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下不等式：

θmax≥50°。

12.一种摄像设备，包括：

根据权利要求1至11中任一项所述的光学系统；以及

图像传感器，其被配置为经由所述光学系统对物体进行摄像。

13.一种车载系统，包括：

根据权利要求12所述的摄像设备；以及

判断器，其被配置为基于所述摄像设备所获取到的物体的距离信息来判断车辆和所述物体之间的碰撞的可能性。

14.根据权利要求13所述的车载系统，还包括控制设备，所述控制设备被配置为在判断为存在所述车辆和所述物体之间的碰撞的可能性的情况下，输出用于生成对所述车辆的驱动单元的制动力的控制信号。

15.根据权利要求13所述的车载系统，还包括警告设备，所述警告设备被配置为在判断为存在所述车辆和所述物体之间的碰撞的可能性的情况下，警告所述车辆的用户。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的车载系统，还包括通知设备，所述通知设备被配置为向用户通知与所述车辆和所述物体之间的碰撞有关的信息。

17.一种移动设备，其包括根据权利要求12所述的摄像设备，并且在保持所述摄像设备期间所述移动设备能够移动。

18.根据权利要求17所述的移动设备，还包括判断器，所述判断器被配置为基于从所述摄像设备获取到的物体的距离信息来判断车辆和所述物体之间的碰撞的可能性。

19.根据权利要求18所述的移动设备，还包括控制单元，所述控制单元被配置为在判断为存在所述车辆和所述物体之间的碰撞的可能性的情况下，输出用于生成对所述车辆的驱动单元的制动力的控制信号。

20.根据权利要求18或19所述的移动设备，还包括警告单元，所述警告单元被配置为在判断为存在所述车辆和所述物体之间的碰撞的可能性的情况下，警告所述车辆的用户。