JP2006245742A - カメラ装置及び車両周辺監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる２つの方向について別々の拡大縮小比率等に容易に対処して設定できるカメラ装置を提供すること。
【解決手段】カメラ装置は、撮像素子１３と、所定の視野範囲からの光線を前記撮像素子上に結像させるレンズ系１１とを備える。レンズ系１１は、水平方向に沿った第１の軸を中心とする円柱面状かつ凹状の第１レンズ面２６Ｌａが一方面側に形成されると共に、鉛直方向に沿った第２の軸を中心とする円柱面状かつ凹状の第２レンズ面２６Ｌｂが他方面側に形成されたシリンドリカルレンズ２６Ｌを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、カメラ装置及び車両周辺監視装置に関する。

車両周辺を監視するためのカメラ装置として、カメラの前面に魚眼レンズを設け、車両周辺景色を広視野で撮像できるようにしたものがある。

ところが、撮像する対象、目的等によっては、撮像に必要な範囲は一定の領域に限られる。例えば、車両が交差点に進入する際に、交差する道路に沿って左右両側方を撮像するためのカメラ装置の場合には、水平方向に沿って広角に撮像できる性能のみ要求され、鉛直方向に関してはそれほどの広角性を要求されない。

すると、上記のように魚眼レンズを用いた構成では、鉛直方向に関して必要以上に広角で撮像されることになる。その結果、必要のない上下領域（空や地面等）が撮像画像の大部分を占めることとなり、必要とされる道路状況を示す領域が相対的に小さくなってしまう。

これを回避するために、電気的な画像処理によって必要な領域を拡大することが考えられる。しかしながら、この場合、画像処理によって画像が劣化するという問題がある。

そこで、魚眼レンズとシリンドリカルレンズとを組合わせた構成が提案される。ここで用いられるシリンドリカルレンズは、水平方向に沿った軸を中心とする円柱面状でかつ凸状であるレンズ面を有しており、必要とされる領域を上下方向にだけ大きく拡大する機能を有している。この場合、魚眼レンズを介して得られた広角像は、シリンドリカルレンズにより適切な縦横比に変換される。これにより、不要領域を撮像面外に追いやりつつ、必要領域だけを拡大して撮像素子の撮像面のほぼ全体に結像させることができることになる。

ところで、カメラ装置においては、必要とされる像の縦横比や広角化の要請等に容易に対処できることが好ましい。ところが、一般的なシリンドリカルレンズは、単一の方向にのみ集光し或は拡散する機能だけを有しているため、上記のような要請に応えることは難しい。

そこで、本発明の課題は、必要とされる像の縦横比や所定方向における広角化の要請等に容易に対処できるカメラ装置又は車両周辺監視装置を提供することにある。

この発明に係るカメラ装置は、撮像素子と、所定の視野範囲からの光線を前記撮像素子上に結像させるレンズ系と、を備え、前記レンズ系は、第１の軸を中心とする円柱面状の第１レンズ面が一方面側に形成されると共に、前記第１の軸に対して交差する第２の軸を中心とする円柱面状の第２レンズ面が他方面側に形成されたシリンドリカルレンズを含むものである。

この場合、前記第１レンズ面は凹状であり、前記第２レンズ面は凸状であってもよい。

また、前記第１の軸と前記第２の軸とは互いに略直交していてもよい。

また、この発明に係る車両周辺監視装置は、車両に搭載され、撮像した車両周辺の画像を車室内で表示する車両周辺監視装置であって、撮像素子と所定の視野範囲からの光線を前記撮像素子上に結像させるレンズ系とを有し、車両周辺を撮像するカメラ装置と、車室内に設置され、前記カメラ装置によって撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラ装置によって撮像された撮像画像に画像処理を施して前記表示装置に表示させる画像処理部と、を備え、前記レンズ系が、第１の軸を中心とする円柱面状の第１レンズ面が一方面側に形成されると共に前記第１の軸に対して交差する第２の軸を中心とする円柱面状の第２レンズ面が他方面側に形成されたシリンドリカルレンズを含み、鉛直方向において像を拡大すると共に水平方向において像を縮小するものである。

この発明のカメラ装置によると、第１の軸を中心とする円柱面状の第１レンズ面が一方面側に形成されると共に、前記第１の軸に対して交差する第２の軸を中心とする円柱面状の第２レンズ面が他方面側に形成されたシリンドリカルレンズを含むため、前記第１の軸と略直交する方向では第１レンズ面の作用により、また、前記第２の軸と略直交する方向では第２レンズ面の作用により、それぞれ異なる集光、拡散特性を得ることができる。これにより、必要とされる像の縦横比や所定方向における広角化の要請等に容易に対処できる。

この場合に、前記第１レンズ面は凹状であり、前記第２レンズ面は凸状であると、単一のシリンドリカルレンズにより、第１の軸と略直交する方向で拡散特性を得、かつ、第２の軸と略直交する方向で集光特性を得ることができる。

また、前記第１の軸と前記第２の軸とは互いに略直交していると、略直交する２つの方向に関して、別々の集光、拡散特性を得ることができる。

また、この発明に係る車両周辺監視装置は、車両に搭載され、撮像した車両周辺の画像を車室内で表示する車両周辺監視装置であって、撮像素子と所定の視野範囲からの光線を前記撮像素子上に結像させるレンズ系とを有し、車両周辺を撮像するカメラ装置と、車室内に設置され、前記カメラ装置によって撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラ装置によって撮像された撮像画像に画像処理を施して前記表示装置に表示させる画像処理部とを備え、前記レンズ系が、第１の軸を中心とする円柱面状の第１レンズ面が一方面側に形成されると共に前記第１の軸に対して交差する第２の軸を中心とする円柱面状の第２レンズ面が他方面側に形成されたシリンドリカルレンズを含むため、前記第１の軸と略直交する方向では第１レンズ面の作用により、また、前記第２の軸と略直交する方向では第２レンズ面の作用により、それぞれ異なる集光、拡散特性を得ることができる。そして、かかるシリンドリカルレンズを含む光学系により、鉛直方向において像を拡大すると共に水平方向において像を縮小する構成を容易に実現できる。しかも、この光学系により、画像処理を経ることなく光学的に所定の縦横比に拡大或は縮小された比較的鮮明な画像を得ることができる。

以下、この発明の実施形態に係るカメラ装置及び車両周辺監視装置について説明する。

まず、車両周辺監視装置の全体構成について説明する。図１及び図２は車両周辺監視装置を車両へ設置した形態を示す図である。この車両周辺監視装置は、車両に搭載され、撮像した車両周辺の画像を車室内で表示する装置であり、カメラ装置１と表示装置３と制御装置５とを備えている。なお、説明の便宜上、各図において前後左右上下を示してある。

カメラ装置１は、車両に搭載されて車両周辺を撮像する。ここでは、カメラ装置１は、車両前端部の中央部に設置され、車両前方側における車両前方正面（車両前方側斜め下方を含む）から左右側方にかけての広い視野範囲Ａを撮像するようになっている。カメラ装置１の車両への取り付けは、例えばブラケットを介してネジ止め等により行われる。このカメラ装置１については、後に詳述する。

表示装置３は、液晶表示装置等により構成され、車室内に設置されている。そして、表示装置３は、制御装置５の制御によりカメラ装置１によって撮像された画像を表示する。

制御装置５は、画像表示制御部及び画像処理部としての機能を有している。画像表示制御部は、運転者等による操作入力及び各種入力信号が示す車両状況等に基づいて、カメラ装置１の撮像画像を表示装置３に表示させる表示タイミングの制御や撮像画像に対して行う画像処理内容の決定等を行う。画像処理部は、カメラ装置１によって撮像された画像に対して当該決定内容に応じた画像処理を施して、表示装置３に表示させる。画像処理部でなされる処理の内容は、拡大、縮小、移動、回転、合成及び変形（補正処理等）等、視認に適した表示とするためになされる種々の処理を含む。

そして、運転者は、カメラ装置１によって撮像されて表示装置３に表示された車両周辺景色を視認しつつ、適切な操作を行うことができる。

カメラ装置１についてより詳細に説明する。図３はカメラ装置のレンズ系及び撮像素子を示す平面視説明図であり、図４はカメラ装置のレンズ系及び撮像素子を示す側面視説明図である。

カメラ装置１は、レンズ系１１と撮像素子１３とを備えている。レンズ系１１は、図示省略のレンズケースに収容されることで所定の配列形態に保持されている。撮像素子１３は、例えば、ＣＣＤによって構成され、基板に実装された状態で上記レンズ系１１の後方位置に配設される。これらレンズ系１１及び撮像素子１３は、例えば、図示省略の防水ケース内に収容配置された形態で、車両に取付固定される。

レンズ系１１は、所定の視野範囲からの光線を前記撮像素子１３上に結像させる光学的要素であり、シリンドリカルレンズを含んで構成されている。より具体的には、レンズ系１１は、第１〜第８のレンズ群２１〜２８を備えている。ここでは、レンズ系１１は、８群１０枚構成とされている。そして、レンズ系１１により水平方向視野角Ｈ（図３では水平方向視野角の左半部をＨ／２で図示）が例えば１８０度以上になり、また、鉛直方向視野角Ｖ（図４では水平方向視野角の下半部をＶ／２で図示）が水平方向視野角Ｈよりも小さな角度になるように設定されている。これにより、鉛直方向よりも水平方向に比較的広い視野範囲で撮像することができ、車両周辺の監視に適した景色を撮像できるようになっている。なお、上記の水平方向視野角Ｈ及び鉛直方向視野角Ｖは、レンズ系１１を介して撮像素子１３の撮像面１３ａを含む平面に投影される像のうち、該撮像面１３ａ内に投影されて撮像される画像範囲に対応するものであり、レンズ系１１の特性及び撮像面１３ａの形状、大きさによって規定される。

第１〜第３のレンズ群２１〜２３は、レンズ系１１において物体側の位置に配設されている。これら第１〜第３のレンズ群２１〜２３は、全体として、負の屈折力を有しており、視野範囲を広角にする広角レンズ系としての機能を有している。ここでは、第１〜第３のレンズ群２１〜２３は、広角レンズ系の一種である魚眼レンズ系として機能する。

第７及び第８のレンズ群２７，２８は、レンズ系１１において像側の位置に配設されている。ここでは、第７及び第８のレンズ群２７，２８は、それぞれ２枚のレンズにより構成されている。これらの第７及び第８のレンズ群２７，２８は、視野範囲Ａからの光線を撮像素子１３の撮像面１３ａ上に結像する結像レンズ系としての機能を有している。

第４〜第６のレンズ群２４〜２６は、上記第１〜第３のレンズ群２１〜２３と第７及び第８のレンズ群２７，２８との間に配設されている。

第４のレンズ群２４は、第３のレンズ群２３の像側に配設されており、ここでは、一枚のレンズ２４Ｌにより構成されている。レンズ２４Ｌの一方面側（物体側）は、シリンドリカルレンズ面２４Ｌａに形成され、他方面側は凹状のレンズ面２４Ｌｂに形成されている。シリンドリカルレンズ面２４Ｌａは、鉛直方向に沿った軸を中心とする円柱面状でかつ凹状のレンズ面に形成されている。レンズ面２４Ｌｂは、光軸を中心として回転対称な凹状のレンズ面（例えば、球面レンズ面や非球面レンズ面を含む）に形成されている。

そして、水平方向に関しては、シリンドリカルレンズ面２４Ｌａは第１〜第３のレンズ群２１〜２３を介して入射した光を水平方向に関して発散させる方向に屈折させる機能、即ち、視野範囲を水平方向に関して広くする（広角化する）機能を有している。

また、レンズ面２４Ｌｂは、水平方向及び鉛直方向両方を含む全方向において視野範囲を広くする（広角化する）機能を有している。

第５のレンズ群２５は、第４のレンズ群２４の像側に配設されている。この第５のレンズ群２５は、平凸レンズを含んでおり、水平方向及び鉛直方向両方を含む全方向において、像を拡大する機能を有している。

第６のレンズ群２６は、一枚のシリンドリカルレンズ２６Ｌを含んでいる。即ち、レンズ系１１は、一枚のシリンドリカルレンズ２６Ｌを含んでいる。図５（ａ）はシリンドリカルレンズを示す側面図であり、図５（ｂ）はシリンドリカルレンズを示す正面図であり、図５（ｃ）はシリンドリカルレンズを示す平面図である。

シリンドリカルレンズ２６Ｌは、略方形板状の全体形状を有しており、その一方面側（物体側）に第１レンズ面２６Ｌａが形成されると共に、その他方面側（像側）に第２レンズ面２６Ｌｂが形成されている。

第１レンズ面２６Ｌａは、第１の軸を中心とする円柱面状に形成された凹状のレンズ面に形成されている。ここで、第１の軸は、レンズ系１１の光軸に対して略直交しかつ水平方向に沿った軸である。この第１レンズ面２６Ｌａは、第１〜第５のレンズ群２１〜２５を介した光線を、前記第１の軸に略直交する方向である上下方向に関して発散させる方向に屈折させる機能を有している。

また、第２レンズ面２６Ｌｂは、第２の軸を中心とする円柱面状に形成された凸状のレンズ面に形成されている。ここで、第２の軸は、レンズ系１１の光軸に対して略直交しかつ鉛直方向に沿った軸である。この第２レンズ面２６Ｌｂは、第１〜第５のレンズ群２１〜２５及び第２レンズ面２６Ｌｂを介した光線を、第２の軸に略直交する方向である水平方向に関して集光させる方向に屈折させる機能を有している。

このシリンドリカルレンズ２６Ｌにより、第１の軸と略直交する方向と第２の軸と略直交する方向（即ち、略直交する２つの方向に関して）、それぞれ異なる集光、拡散特性を得ることができる。これにより、第４〜第６のレンズ群２４〜２６で構成される光学系部分に関して、上記２つの方向で異なる拡大縮小特性を比較的簡易な構成で得ることができる。

ここでは、第４のレンズ群２４のレンズ面２４Ｌａ，２４Ｌｂ、第５のレンズ群２５及び第６のレンズ群２６の第２レンズ面２６Ｌｂ全体としての作用により、水平方向に関して像が縮小され（広角化される）ようになっている。また、第４のレンズ群２４のレンズ面２４Ｌｂ、レンズ群２５及び第６のレンズ群２６の第１レンズ面２６Ｌａ全体としての作用により、鉛直方向に関して像が拡大されるようになっている。

つまり、上記第４〜第６のレンズ群２４〜２６全体として見ると、鉛直方向に関しては像が拡大され、水平方向に関しては像が縮小され（広角化され）、結果、縦横比について上下方向に沿って縦長となるように変換されるようになっている。

図６（ａ）は、比較例として上記のような第４〜第６のレンズ群２４〜２６を持たないレンズ系を通じて撮像される画像例を示しており、図６（ｂ）は上記レンズ系１１を通じて撮像素子１３で撮像される画像例を示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、車両が交差点に進入する際に、その車両の前方から左右両側方を撮像した画像を示している。

図６（ａ）のように、第４〜第６のレンズ群２４〜２６を持たないレンズ系を通じて撮像した場合、水平方向視野角及び鉛直方向視野角は基本的には同じとなる。つまり、水平方向視野角を広げようとすると、鉛直方向視野角も広くなり、水平方向及び鉛直方向の双方向において画像が圧縮されて撮像対象が小さく表示されることになる。

これに対して、図６（ｂ）のように第４〜第６のレンズ群２４〜２６を含むレンズ系１１を用いた構成では、上記のように像が上下方向に関して拡大されると共に、水平方向に関して、像が縮小され、広角化される。これにより、水平方向に関しては視野範囲を広げることで監視対象を広げることができ、鉛直方向に関しては拡大されて見易くなった画像を得ることができる。

以上のように構成されたカメラ装置及び車両周辺監視装置によると、レンズ系１１は、第１の軸を中心とする円柱面状の第１レンズ面２６Ｌａが一方面側に形成されると共に、この第１の軸に対して交差する第２の軸を中心とする円柱面状の第２レンズ面２６Ｌｂが他方面側に形成されたシリンドリカルレンズ２６Ｌを含むため、前記第１の軸と略直交する方向では第１レンズ面２６Ｌａの作用により、また、前記第２の軸と略直交する方向では第２レンズ面２６Ｌｂの作用により、それぞれ異なる集光、拡散特性を得ることができる。そして、かかるシリンドリカルレンズ２６Ｌを用い、例えば、他のレンズとの組合わせることにより、上記のように異なる２つの方向について像を別々の倍率で拡大或は縮小する等、必要とされる像の縦横比や所定方向における広角化の要請等に容易に対処できる。しかも、単一のレンズ２６Ｌで異なる方向でそれぞれ異なる集光、拡散特性を得ることができるため、レンズ系１１の全体構成の簡易化にも貢献する。

また、本実施形態では、第１の軸と第２の軸とが互いに略直交しているため、略直交する２つの方向に関して、別々に拡大或は縮小し、しかもその縦横比を大きくすることができる。

なお、ここでは、第１レンズ面２６Ｌａは凹状に形成され、第２レンズ面２６Ｌｂは凸状に形成されていると説明したが、これらの例に限られない。これらの凹凸関係が逆であってもよいし、また、双方が凹状又は凸状に形成されていてもよい。

また、勿論、シリンドリカルレンズ２６Ｌそれ単独で、異なる２つの方向について像を別々の倍率で拡大或は縮小することができるように設計してもよい。

そして、この車両周辺監視装置では、上記シリンドリカルレンズ２６Ｌを含むレンズ系１１により、第１の軸に対して略直交する水平方向では像を圧縮して広視野化を図って情報量を多くし、かつ、第２の軸と略直交する鉛直方向では像を拡大して見易くした画像を得ることができる。しかも、光学的に拡大縮小されているので、画像処理で拡大縮小した場合と比べて、鮮明な画像ができる。

なお、本実施形態では、カメラ装置１が車両前方の両側方を撮像する例で説明したが、本発明は、車両後方や車両側方を撮像する場合、また、車両に搭載されるにものに限られず、縦長又は横長のエリアを撮像する種々のカメラ装置及び車両周辺監視装置に適用できる。

また、上記第１の軸及び第２の軸は略直交している例で説明したが、必ずしもそうである必要はなく、第１の軸及び第２の軸は交差していればよい。例えば、撮像対象エリアが平行四辺形状であるような場合に、第１の軸及び第２の軸を９０度以外の角度で交差させることで、該形状に合わせて方向で別々の倍率で縮小、拡大できるというメリットがある。

また、第１の軸が水平方向に沿った軸であり、第２の軸は鉛直方向に沿った軸であると説明したが、必ずしもその必要はない。これらとは逆に、第１の軸が鉛直方向に沿った軸であり、第２の軸が水平方向に沿った軸であってもよく、また、第１の軸や第２の軸が、水平方向や鉛直方向に対して斜行していてもよい。要するに、必要とされる対象エリアの大きさ、形状や傾きに応じて、第１の軸や第２の軸の方向は適宜設定される。

また、上記シリンドリカルレンズ２６Ｌは、レンズ系１１において、より物体側に位置に配設されていてもよいし、また、より像側に近い位置に配設されていてもよい。

さらに、第１レンズ面２６Ｌａ及び第２レンズ面２６Ｌｂは、シリンドリカルレンズ２６Ｌに対して表裏逆に形成されていてもよい。

車両周辺監視装置を車両へ設置した形態を示す平面視説明図である。 車両周辺監視装置を車両へ設置した形態を示す側面視説明図である。 カメラ装置のレンズ系及び撮像素子を示す平面視説明図である。 カメラ装置のレンズ系及び撮像素子を示す側面視説明図である。 図５（ａ）はシリンドリカルレンズを示す側面図であり、図５（ｂ）はシリンドリカルレンズを示す正面図であり、図５（ｃ）はシリンドリカルレンズを示す平面図である。 図６（ａ）は、比較例における画像例を示す図であり、図６（ｂ）はレンズ系を通じて撮像される画像例を示す図である。

符号の説明

１ カメラ装置
３ 表示装置
５ 制御装置
１１ レンズ系
１３ 撮像素子
１３ａ 撮像面
２１〜２８ 第１〜第８のレンズ群
２６Ｌ シリンドリカルレンズ
２６Ｌａ 第１レンズ面
２６Ｌｂ 第２レンズ面
Ｈ 水平方向視野角
Ｖ 鉛直方向視野角

Claims (4)

1. 撮像素子と、
   所定の視野範囲からの光線を前記撮像素子上に結像させるレンズ系と、
   を備え、
   前記レンズ系は、
   第１の軸を中心とする円柱面状の第１レンズ面が一方面側に形成されると共に、前記第１の軸に対して交差する第２の軸を中心とする円柱面状の第２レンズ面が他方面側に形成されたシリンドリカルレンズを含む、カメラ装置。
2. 請求項１記載のカメラ装置であって、
   前記第１レンズ面は凹状であり、前記第２レンズ面は凸状である、カメラ装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のカメラ装置であって、
   前記第１の軸と前記第２の軸とは互いに略直交している、カメラ装置。
4. 車両に搭載され、撮像した車両周辺の画像を車室内で表示する車両周辺監視装置であって、
   撮像素子と所定の視野範囲からの光線を前記撮像素子上に結像させるレンズ系とを有し、車両周辺を撮像するカメラ装置と、
   車室内に設置され、前記カメラ装置によって撮像された画像を表示する表示装置と、
   前記カメラ装置によって撮像された撮像画像に画像処理を施して前記表示装置に表示させる画像処理部と、
   を備え、
   前記レンズ系が、第１の軸を中心とする円柱面状の第１レンズ面が一方面側に形成されると共に前記第１の軸に対して交差する第２の軸を中心とする円柱面状の第２レンズ面が他方面側に形成されたシリンドリカルレンズを含み、鉛直方向において像を拡大すると共に水平方向において像を縮小するものである、車両周辺監視装置。
   

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