JP2016031267A - 多視点映像取得装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの単眼カメラで多視点映像を取得する装置の複数のレンズから構成されるレンズユニットの搭載性を向上できる多視点映像取得装置、及びその多視点映像取得装置を備えて車両と他の物体との距離を精度良く測定できる車両を提供する。
【解決手段】レンズユニット２０が複数の複合レンズ２１を有し、複合レンズ２１が凹レンズ２２とプリズムレンズ２３とを有し、複合レンズ２１を経由して単眼カメラ１０に取得された多視点映像Ｍ１の各映像Ｍ２が複合レンズ２１の配列方向と同一方向に配列され、映像Ｍ２同士の境界Ｂ２が複合レンズ２１同士の境界Ｂ１となる構成にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、多視点映像取得装置及び車両に関し、より詳細には、一つの単眼カメラで多視点映像を取得する装置の複数のレンズから構成されるレンズユニットの搭載性を向上する多視点映像取得装置に関する。また、その多視点映像取得装置を備えて被写体との距離を精度良く測定できる車両に関する。

一つの単眼カメラで多視点映像を取得する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は複数の凹レンズと凹レンズ側の画角を略ゼロにする一つの凸レンズとを備えている。この凸レンズは単眼カメラから凹レンズ側への画角を略ゼロにするためにはその厚さを厚くする必要がある。そのため、装置の全体が重厚長大化するため、車両などに搭載する際に搭載性が悪化していた。

また、複数の凹レンズと一つの凸レンズの組み合わせではレンズユニットの配列の自由度が低い。加えて、取得できる多視点映像は単眼カメラの視野方向のみとなる。これらも装置の搭載性が悪化する原因となっている。

特開２００１−１７４２２０号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、一つの単眼カメラで多視点映像を取得する装置の複数のレンズから構成されるレンズユニットの搭載性を向上する多視点映像取得装置、及びその多視点映像取得装置を備えることで他の物体との距離を精度良く測定できる車両を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の多視点映像取得装置は、一つの単眼カメラと複数のレンズから構成される一つのレンズユニットとを備え、該レンズユニットが複数のレンズで構成された多視点映像取得装置において、前記レンズユニットが被写体側の画角を広げる画角拡大部と前記単眼カメラと前記画角拡大部との間の光軸を屈折する屈折部とを備え、前記単眼カメラから被写体に向かう光路上に前記屈折部と前記画角拡大部が順に配置され、前記画角拡大部が前記単眼カメラの視野方向に交差する少なくとも一つの第一配列方向に配列された複数の画角拡大面を有し、前記屈折部が前記単眼カメラの視野方向に直交する方向に配列された複数の屈折面を有し、前記単眼カメラから被写体に向かう光軸のそれぞれが前記屈折部の各前記屈折面と前記画角拡大部の各前記画角拡大面とを通過して同一方向にされて、前記単眼カメラに取得された多視点映像の各映像が前記屈折面の配列方向と同一方向に配列されて、前記映像同士の境界が前記屈折面同士の境界となる構成にしたことを特徴とする。

そして、上記の課題を解決するための本発明の車両は、上記に記載の多視点映像取得装置を備えることを特徴とする。

なお、ここでいうレンズユニットを構成する複数のレンズの組合せは画角拡大部としての複数の凹レンズ、又は一つの凹フレネルレンズと、屈折部としての複数の凸レンズ、複
数のプリズムレンズ、又は一つの凸フレネルレンズとの組合せ、画角拡大部と屈折部との両方としての凹レンズとプリズムとを貼り合わせた複数の複合レンズの組合せ、及び画角拡大部と屈折部との両方としてのメニスカスレンズなどの複数の単レンズの組合せである。

上記の多視点映像取得装置によれば、複数の画角拡大部のそれぞれと対となる複数の屈折部を用いることで、従来技術の一枚の凸レンズを用いる構成と比較して、レンズユニットを小型化でき、且つ軽量化できる。これにより、装置の重厚長大化を回避でき、装置の搭載性を向上できる。

また、複数の画角拡大面と複数の屈折面とを組み合わせることで、レンズユニットの配列の自由度が増して装置の搭載性を向上できる。

そして、上記の多視点映像取得装置を備える車両によれば、車両と車両の前後左右にある他の物体との距離を精度良く測定できる。

ここで、複数の前記画角拡大面が、前記第一配列方向と、前記視野方向に直交し、且つ前記第一配列方向に直交する第二配列方向との二方向に配列され、複数の前記屈折面が前記単眼カメラの視野方向に直交する方向とその方向に直交する方向との二方向に配列される構成にすることもできる。

この構成によれば、画角拡大部と屈折部とが二方向に配列されるので、多視点映像のアスペクト比を調節することができる。従来技術の単眼カメラで取得可能な映像はアスペクト比が４：３や１６：９など横長の映像である。ここで、第一配列方向を単眼カメラの視野方向に直交する方向とし、第二配列方向を第一方向に直交し、且つ単眼カメラの視野方向に直交する方向とした場合に、画角拡大部と屈折部とが第一配列方向のみに配列された場合には多視点映像のアスペクト比が縦長になる。一方、画角拡大部と屈折部とが第一配列方向と第二配列方向との二方向に配列された場合には第一配列方向のみに配列された場合と比較して横長になる。従って、水平方向に広い視野角が必要な場合には、画角拡大部と屈折部とが鉛直方向にも配列されることが好ましい。特に、多視点映像取得装置を車両に搭載する場合には、多視点映像の各映像を横長の映像にすると広範囲の状況を確認できるので安全性が向上する。

また、前記屈折部が前記画角拡大部と前記屈折部との間の視野角を略ゼロにする複数のテレセントリックレンズで構成されると、画角拡大部と屈折部との間を自在に調節することができ、画角拡大部と屈折部との配置の自由度が向上する。

また、前記屈折部が前記画角拡大面と前記屈折面との間の光路上に配置される少なくとも一枚の反射鏡を有し、前記屈折部と前記反射鏡とが前記単眼カメラの視野方向に順に配置され、前記画角拡大部が前記反射鏡から視野方向の反対側に離間配置され、前記反射鏡が前記屈折部と前記画角拡大部との間の光線を反射して、前記単眼カメラに取得された多視点映像の各映像の視野方向が前記単眼カメラの視野方向に対して傾く構成にすることもできる。

この構成によれば、反射鏡を光路上に配置することで、より画角拡大部と屈折部との配置の自由度が向上する。また、多視点映像の各映像の視野方向を単眼カメラの視野方向に対して傾けることができる。これらにより、装置の搭載性を向上できる。

また、前記画角拡大部と前記屈折部とが前記第一配列方向に配列された複数の複合レン
ズ又は単レンズで構成され、各前記複合レンズ又は各前記単レンズのそれぞれが前記画角拡大面と前記屈折面とを有する構成にすることもできる。この構成によれば、画角拡大部と屈折部とが一体的になり、両者の間に空間がなくなるので、よりレンズユニットを小型化することができる。

また、前記屈折部が複数の平凸レンズで構成され、該平凸レンズの凸球面が前記画角拡大部側に配置され、平面が前記単眼カメラ側に配置され、複数の前記平凸レンズの平面が一平面に形成される構成にすることもできる。この構成によれば、複数の平凸レンズの平面が一平面に形成されるので、単眼カメラとレンズユニットとの位置合わせを容易に行うことができる。

また、前記画角拡大部が複数の凹レンズで構成され、前記屈折部が複数の第一プリズムレンズと複数の凸レンズと複数の第二プリズムレンズとで構成され、前記凹レンズの被写体側の反対側の面と前記第一プリズムレンズとが貼り合わされて形成された複数の凹複合レンズが所定の間隔を空けて離間配列され、前記凸レンズの前記単眼カメラ側の面と前記第二プリズムレンズとが貼り合わされて形成された複数の凸複合レンズが隣接配列され、前記凸複合レンズが前記凸複合レンズと前記凹複合レンズとの間の光線の前記視野方向に対する傾きを前記凸複合レンズの配列の中心から配列の外側に向って大きくする構成にすることもできる。

この構成によれば、画角拡大部を有する凹複合レンズ同士の間隔を空けることで、多視点映像の各映像の視点の間隔を長くすることができる。これにより、凹レンズの個数を増やすこと無くより広範囲の多視点映像を取得することができる。

本発明の多視点映像取得装置の第一実施形態を例示する構成図である。 図１の単眼カメラで取得した多視点映像の構成を例示する説明図である。 本発明の多視点映像取得装置の第二実施形態を例示する構成図である。 本発明の多視点映像取得装置の第三実施形態を例示する構成図である。 本発明の多視点映像取得装置の第四実施形態を例示する構成図である。 本発明の多視点映像取得装置の第五実施形態を例示する構成図である。 本発明の多視点映像取得装置の第六実施形態を例示する構成図である。 図７の単眼カメラで取得した多視点映像の構成を例示する説明図である。 本発明の多視点映像取得装置の第七実施形態を例示する構成図である。 図９の単眼カメラで取得した多視点映像の構成を例示する説明図である。 本発明の車両の実施形態を例示する斜視図である。

以下、本発明の多視点映像取得装置及び車両の実施形態について説明する。なお、図１では単眼カメラの視野方向をｘ方向とし、単眼カメラの視野方向に直交する水平方向をｙ方向とし、図示しない単眼カメラの視野方向に直交する鉛直方向をｚ方向とする。また、図中では一点鎖線を光軸とし、点線を光線とする。加えて、被写体Ｐ、Ｑを球体とする。

図１に示すように、第一実施形態の多視点映像取得装置１Ａは一つの単眼カメラ１０と一つのレンズユニット２０とを備え、そのレンズユニット２０が単眼カメラ１０と被写体Ｐ、Ｑとの間に配置される。単眼カメラ１０はカメラレンズ１１と映像処理部１２とを有する。この映像処理部１２はカメラレンズ１１を経由して取得した多視点映像Ｍ１を記録したり、その多視点映像Ｍ１を解析したりする。

この単眼カメラ１０の光軸である第一光軸Ｌ１のそれぞれの光軸方向はカメラレンズ１
１からレンズユニット２０の各レンズに向う放射方向になる。

レンズユニット２０は複数の複合レンズ２１を有する。このレンズユニット２０は、複合レンズ２１が単眼カメラ１０の視野方向であるｘ方向に直交する第一配列方向であるｙ方向と、ｘ方向に直交し且つｙ方向に直交する第二配列方向であるｚ方向との二方向に隣接配列され、複合レンズ２１が五行五列に配列されたレンズアレイである。また、このレンズユニット２０は複合レンズ２１同士の境界Ｂ１を有する。

複合レンズ２１は被写体Ｐ、Ｑ側の画角を拡大する画角拡大部である凹レンズ２２と単眼カメラ１０と凹レンズ２２との間の光軸を屈折する屈折部であるプリズムレンズ２３とが貼り合わされて構成される。また、この複合レンズ２１は凹レンズ２２が被写体Ｐ、Ｑ側に配置され、プリズムレンズ２３が単眼カメラ１０側に配置される。

凹レンズ２２は画角拡大面である凹曲面２４と平面２５とを有する平凹レンズであり、凹曲面２４が被写体Ｐ、Ｑ側に配置され、平面２５がプリズムレンズ２３側に配置される。この凹レンズ２２の光軸である第二光軸Ｌ２の光軸方向は各凹レンズ２２で同一方向となり、且つ単眼カメラ１０の視野方向であるｘ方向になる。

プリズムレンズ２３は屈折面である二つのプリズム面２６、２７を有するプリズムレンズであり、プリズム面２６が凹レンズ２２側に配置され、プリズム面２７が単眼カメラ１０側に配置される。

プリズム面２７の面法線がｘ方向に対してレンズユニット２０の外側に傾いており、その傾きはレンズユニット２０の中央側に配列されたプリズムレンズ２３から外側に配列されたプリズムレンズ２３に向かって大きくなる。これにより各プリズム面２７は単眼カメラ１０から放射方向に照射される光線を屈折してその光線のｘ方向に対する傾きを小さくする。

つまり、このプリズムレンズ２３の光軸である第三光軸Ｌ３はレンズユニット２０の中心に配置されたプリズムレンズ２３（第三光軸Ｌ３が第一光軸Ｌ１及び第二光軸Ｌ２と同一方向になるプリズムレンズ２３）を除いて、第一光軸Ｌ１と第二光軸Ｌ２とを繋ぐように屈折している。この第三光軸Ｌ３の光軸方向は複合レンズ２１の配列の中心から外側に向ってｘ方向に対する傾きが大きくなっている。

この多視点映像取得装置１Ａは、第一光軸Ｌ１と第二光軸Ｌ２とが第三光軸Ｌ３を経由して連続的に繋がっている。つまり、プリズムレンズ２３によって屈折光学系の光軸が調節されている。

仮に単眼カメラ１０から光線を照射すると、まず、その光線はプリズムレンズ２３のプリズム面２７に入射し、プリズム面２６から出射する。このとき、プリズム面２７とプリズム面２６とへの入射角がゼロより大きければ、プリズムレンズ２３に設定された屈折率に応じて光線が屈折する。

次いで、プリズムレンズ２３で屈折された光線は凹レンズ２２の平面２５から入射して凹曲面２４から出射する。このとき、平面２５と凹曲面２４とへの入射角がゼロより大きければ、凹レンズ２２に設定された屈折率に応じて光線が第二光軸Ｌ２に対して外側へ屈折する。つまり、この凹レンズ２２は被写体Ｐ、Ｑ側の画角を広げる。

図２に示すように、一つの凹レンズ２２と一つのプリズムレンズ２３とを経由して単眼カメラ１０が取得する多視点映像Ｍ１の映像Ｍ２のそれぞれは、プリズムレンズ２３の配
列方向と同一の二方向に配列される。また、この映像Ｍ２同士の境界Ｂ２はプリズムレンズ２３同士の境界Ｂ１となる。加えて、この映像Ｍ２のアスペクト比はＨ１：Ｈ２で、且つＨ１＞Ｈ２となり、この映像Ｍ２のそれぞれは横長の映像となる。

この多視点映像Ｍ１を映像処理部１２が解析することで、被写体Ｐや被写体Ｑまでの距離を測定したり、被写体Ｐの後ろに存在する被写体Ｑを検知したりする。

この多視点映像取得装置１Ａによれば、一つの単眼カメラ１０で多視点映像Ｍ１を取得するため、複数の単眼カメラを有する装置と比較して、第一に装置の重厚長大化を回避して搭載性を向上でき、第二にコストが削減でき、第三に撮影タイミングを同期する必要がないことでシステムを簡素化できる。

特に、上記の構成は凹レンズ２２とプリズムレンズ２３とが一体的になり、両者の間に空間がなくなるので、レンズユニット２０をより小型化でき、且つ軽量化できる。これにより、レンズユニット２０の重厚長大化を回避でき、多視点映像取得装置１Ａの搭載性をより向上できる。

また、複合レンズ２１がｙ方向とｚ方向との二方向に配列されるので、多視点映像Ｍ１の各映像Ｍ２のアスペクト比を横長になるように調節することができる。これにより、各映像Ｍ２が広範囲の映像となる。

加えて、複合レンズ２１を用いることで、凹レンズ２２とプリズムレンズ２３とのそれぞれに屈折率の異なる素材を用いることができ、光の波長（色）による屈折率の違いをキャンセルし、収差を最小限に抑えることができる。

図３に示すように、第二実施形態の多視点映像取得装置１Ｂは、第一実施形態の複合レンズ２１を有するレンズユニット２０に代えて、単レンズ３１を有するレンズユニット３０を備えて構成される。このレンズユニット３０は単レンズ３１同士の境界Ｂ３を有する。

この単レンズ３１は被写体Ｐ、Ｑ側に画角拡大部の画角拡大面としての凹曲面３２が配置され、単眼カメラ１０側に屈折部の屈折面としてのプリズム面３３が配置される。この凹曲面３２とプリズム面３３とを有する単レンズ３１は第一実施形態の複合レンズ２１と略同様に、第一光軸Ｌ１と凹曲面３２の光軸である第二光軸Ｌ２とがプリズム面３３の光軸である第三光軸Ｌ３を介して連続的に繋がれている。

この多視点映像取得装置１Ｂの単眼カメラ１０が取得する多視点映像は、図２に示す第一実施形態と同様の多視点映像Ｍ１となり、その各映像Ｍ２同士の境界は単レンズ３１同士の境界Ｂ３となる。

第二実施形態の多視点映像取得装置１Ｂによれば、第一実施形態の複合レンズ２１を等価の単レンズ３１に置き換えて、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。

図４に示すように、第三実施形態の多視点映像取得装置１Ｃは、単眼カメラ１０と被写体Ｐ、Ｑとの間に配置されるレンズユニット４０を備えて構成される。このレンズユニット４０は画角拡大部として複数の凹レンズ４１を有し、屈折部として複数の凸レンズ４２とを有する。

また、このレンズユニット４０は凹レンズ４１と凸レンズ４２とがｘ方向に離間配置される。

凹レンズ４１は画角拡大面としての二つの凹曲面４３、４４を有する両凹レンズであり、凹曲面４３が被写体Ｐ、Ｑ側に配置され、凹曲面４４が凸レンズ４２側に配置される。この凹レンズ４１の光軸である第二光軸Ｌ２の光軸方向は各凹レンズ４１で同一方向となり、且つ単眼カメラ１０の視野方向であるｘ方向になる。

凸レンズ４２は凸曲面４５と屈折面としての平面４６とを有する平凸のテレセントリックレンズであり、凸曲面４５が凹レンズ４１側に配置され、平面４６が単眼カメラ１０側に配置される。また、各平面４６は一平面に形成されている。

この凸レンズ４２の光軸である第三光軸Ｌ３は第一実施形態のプリズムレンズ２３の光軸と同様に第一光軸Ｌ１と第二光軸Ｌ２とを繋ぐように屈折している。また、この第三光軸Ｌ３の光軸方向は配列の中心から外側に向ってｘ方向に対する傾きが大きくなっている。加えて、この凸レンズ４２は凸曲面４５によって凸曲面４５から照射される光線を第二光軸Ｌ２に対して平行にする。つまり、この凸レンズ４２は凸レンズ４２と凹レンズ４１との間の視野を略ゼロにする。

この多視点映像取得装置１Ｃの単眼カメラ１０が取得する多視点映像は、図２に示す第一実施形態と同様の多視点映像Ｍ１となり、その各映像Ｍ２同士の境界は凸レンズ４２同士の境界Ｂ４となる。

この多視点映像取得装置１Ｃによれば、第一実施形態よりも大型化するが、略同様の効果を得ることができる。特に、従来技術の一枚の凸レンズを用いる構成と比較して、レンズユニット４０を小型化でき、且つ軽量化できる。これにより、多視点映像取得装置１Ｃの重厚長大化を回避でき、搭載性を向上できる。

また、この多視点映像取得装置１Ｃによれば、凸レンズ４２が視野を略ゼロにするので、凹レンズ４１と凸レンズ４２との間の距離を自在に調節することができる。これにより、凹レンズ４１と凸レンズ４２との配置の自由度が向上する。

加えて、各凸レンズ４２の各平面４６が一平面に形成される。これにより、単眼カメラ１０とレンズユニットとの位置合わせを容易に行うことができる。

図５に示すように、第四実施形態の多視点映像取得装置１Ｄは、単眼カメラ１０と被写体Ｐ、Ｑとの間に配置されるレンズユニット５０とを備えて構成される。このレンズユニット５０は画角拡大部として複数の凹レンズ５１を有し、屈折部として複数の複合レンズ５２と一枚の反射鏡５７とを有する。

複数の複合レンズ５２、反射鏡５７、及び複数の凹レンズ５１は単眼カメラ１０から被写体Ｐ、Ｑまでの光路上に順に配置される。この複数の凹レンズ５２の第一配列方向はｘ方向に対して傾いている。反射鏡５７の反射面はｙ方向に対して傾いている。例えば、複数の凹レンズ５１の配列方向のｘ方向に対する傾きθ１は３０度であり、反射鏡５７の反射面のｙ方向に対する傾きθ２は６０度である。

凹レンズ５１は第三実施形態の凹レンズ４１と同様に二つの凹曲面５３、５４を有する両凹レンズである。凹曲面５３が被写体Ｐ、Ｑ側に配置され、凹曲面５４が反射鏡５７側に配置される。この凹レンズ５１の光軸である第二光軸Ｌ２の光軸方向は各凹レンズ５１で同一方向となり、且つ単眼カメラ１０の視野方向であるｘ方向に対して傾いている。例えば、この第二光軸Ｌ２の傾きθ３は１２０度である。

複合レンズ５２は凸曲面５５と屈折面としてのプリズム面５６とを有する複合のテレセントリックレンズであり、凸曲面５５が反射鏡５７側に配置され、プリズム面５６が単眼カメラ１０側に配置される。

この複合レンズ５２と反射鏡５７との光軸である第三光軸Ｌ３は第一光軸Ｌ１と第二光軸Ｌ２とを繋ぐように屈折している。つまり、複数の複合レンズ５２で第一光軸Ｌ１の全てをｘ方向に屈折し、反射鏡５７でｘ方向の第二光軸Ｌ２を第三光軸Ｌ３の方向に屈折している。

この多視点映像取得装置１Ｄの単眼カメラ１０が取得する多視点映像の視野方向は、単眼カメラ１０の視野方向に対して傾いた方向になる。この多視点映像は、図２に示す第一実施形態と同様の多視点映像Ｍ１となり、その各映像Ｍ２同士の境界は複合レンズ５２同士の境界Ｂ５となる。

図６に示すように、第５実施形態の多視点映像取得装置１Ｅは、単眼カメラ１０と被写体Ｐ、Ｑとの間に配置されるレンズユニット６０とを備えて構成される。このレンズユニット６０は画角拡大部として複数の凹レンズ６１を有し、屈折部として複数の複合レンズ６２と二枚の反射鏡６７、６８とを有する。

複数の複合レンズ６２、反射鏡６７、反射鏡６８、及び複数の凹レンズ６１は単眼カメラ１０から被写体Ｐ、Ｑまでの光路上に順に配置される。この複数の凹レンズ６２の第一配列方向はｙ方向である。反射鏡６７の反射面はｙ方向に対して傾いており、反射鏡６８の反射面は反射鏡６７の反射面に対して直角に傾いている。例えば、反射鏡６７のｙ方向に対する傾きθ４は４５度であり、反射鏡６８のｙ方向に対する傾きθ５は−４５度である。

凹レンズ６１は第四実施形態の凹レンズ５１と同様に二つの凹曲面６３、６４を有する両凹レンズである。凹曲面６３が被写体Ｐ、Ｑ側に配置され、凹曲面６４が反射鏡６８側に配置される。この凹レンズ６１の光軸である第二光軸Ｌ２の光軸方向は各凹レンズ６１で同一方向となり、且つ単眼カメラ１０の視野方向であるｘ方向の反対側を向いている。

複合レンズ６２は第四実施形態の複合レンズ５２と同様に凸曲面６５とプリズム面６６とを有する複合のテレセントリックレンズであり、凸曲面６５が反射鏡６７側に配置され、プリズム面６６が単眼カメラ１０側に配置される。

この複合レンズ６２と反射鏡６７と反射鏡６８との光軸である第三光軸Ｌ３は第一光軸Ｌ１と第二光軸Ｌ２とを繋ぐように屈折している。つまり、複数の複合レンズ６２で第一光軸Ｌ１の全てをｘ方向に屈折し、反射鏡６７でｘ方向の第二光軸Ｌ２をｙ方向に屈折し、反射鏡６８で第三光軸Ｌ３の方向であるｘ方向の反対方向に屈折している。

この多視点映像取得装置１Ｅの単眼カメラ１０が取得する多視点映像の視野方向は、単眼カメラ１０の視野方向に対して反対方向（１８０度傾いた方向）となる。この多視点映像は、図２に示す第一実施形態と同様の多視点映像Ｍ１となり、その各映像Ｍ２同士の境界は複合レンズ６２同士の境界Ｂ６となる。

上記の多視点映像取得装置１Ｄ、１Ｅによれば、複合レンズ５２、６２で光軸Ｌ３をｘ方向にして、且つ視野角を略ゼロにして、反射鏡５７、６７、６８で光軸Ｌ３を屈折させることで、取得する多視点映像Ｍ１の向きを単眼カメラ１０の視野方向に対して傾いた方向にしたり、反対の方向にしたりできる。これにより、レンズユニット５０、６０の配置
に自由度が増して、より搭載性を向上できる。

図７に示すように、第六実施形態の多視点映像取得装置１Ｆは単眼カメラ１０と被写体Ｐ、Ｑとの間に配置されるレンズユニット７０を備えて構成される。このレンズユニット７０は、画角拡大部として複数の凹レンズ７１を有し、屈折部として複数の第一プリズムレンズ７２と複数の凸レンズ７３と複数の第二プリズムレンズ７４とを有する。

凹レンズ７１と第一プリズムレンズ７２とが貼り合わされて形成された凹複合レンズ７５はｙ方向とｚ方向との二方向に離間配列され、凹複合レンズ７５が五行五列に配列されたアレイを構成している。また、ｙ方向に配列された凹複合レンズ７５は、ｙ方向に延設されて、ｙ方向に所定の長さを有する接合部材７６によって互いに接合されている。一方、ｚ方向に配列された凹複合レンズ７５は、ｚ方向に延設されて、ｚ方向に所定の長さを有する接合部材によって互いに接合されている。

凸レンズ７３と第二プリズムレンズ７４とが貼り合わされて形成された凸複合レンズ７７は、ｙ方向とｚ方向との二方向に隣接配列され、凸複合レンズ７７が五行五列に配列されたアレイを構成している。従って、レンズユニット７０はこの凸複合レンズ７７同士の境界Ｂ７を有する。

凹レンズ７１は両方の面に画角拡大面としての凹曲面７８、７９を有する両凹レンズである。この凹レンズ７１の第二光軸Ｌ２の光軸方向は各凹レンズ７１で同一方向となり、且つ単眼カメラ１０の視野方向であるｘ方向になる。つまり、この凹レンズ７１は被写体Ｐ、Ｑ側の画角を拡大している。

第一プリズムレンズ７２は屈折面としての二つのプリズム面８０、８１を有するプリズムレンズであり、プリズム面８０が凹レンズ７１側に配置され、プリズム面８１が凸レンズ７３側に配置される。

凸レンズ７３は凸球面８２と屈折面としてのプリズム面８３とを有する凸レンズであり、凸球面８２が第一プリズムレンズ７２側に配置され、プリズム面８３が第二プリズムレンズ７４側に配置される。この凸レンズ７３は第三実施形態の凸レンズ４２と同様に凹複合レンズ７５側の視野を略ゼロにする。

第二プリズムレンズ７４は屈折面としての二つのプリズム面８４、８５を有するプリズムレンズであり、プリズム面８４が凸レンズ７３側に配置され、プリズム面８５が単眼カメラ１０側に配置される。

これらの屈折部として設けられた第一プリズムレンズ７２と凸レンズ７３と第二プリズムレンズ７４との光軸である第三光軸Ｌ３は複数回に渡って屈折し、第一光軸Ｌ１と第二光軸Ｌ２とを繋げている。

特に、凹複合レンズ７５と凸複合レンズ７７との間の第三光軸Ｌ３の光軸方向は配列の中心から外側に向ってｘ方向に対する傾きが大きくなっている。また凹複合レンズ７５と凸複合レンズ７７との間の距離も配列の中心から外側に向って長くなる。

図８に示すように、一つの凹複合レンズ７５と一つの凸複合レンズ７７とを経由して単眼カメラ１０が取得する多視点映像Ｍ３の映像Ｍ４は、凸複合レンズ７７の配列方向と同一の二方向に配列される。また、この映像Ｍ４同士の境界Ｂ８は凸複合レンズ５７同士の境界Ｂ７となる。加えて、この映像Ｍ４のそれぞれは横長の映像となる。

この多視点映像取得装置１Ｆによれば、レンズユニット７０の重厚長大化を回避して搭載性を向上できる。また、その効果に加えて、凹複合レンズ７５同士の間隔を空けることで、多視点映像Ｍ３の各映像Ｍ４の視点の間隔である基線長を、装置を大型化することなく長くすることができる。

図９に示すように、第七実施形態の多視点映像取得装置１Ｇは単眼カメラ１０と被写体Ｐ、Ｑとの間の光路上に配置されたレンズユニット９０を備えて構成される。このレンズユニット９０は、画角拡大部として複数の凹レンズ９１を有し、屈折部として複数の第一プリズムレンズ９２と複数の凸レンズ９３と複数の第二プリズムレンズ９４と一枚の反射鏡９５とを有する。

凹レンズ９１と第一プリズムレンズ９２とが貼り合わされて形成された凹複合レンズ９６はｙ方向とｚ方向との二方向に離間配列され、凹複合レンズ９６が二行二列に配列されたアレイを構成している。また、ｙ方向に配列された凹複合レンズ９６は、ｙ方向に延設されて、ｙ方向に所定の長さを有する接合部材９７によって単眼カメラ１０に接合されている。一方、ｚ方向に配列された凹複合レンズ９６は、ｚ方向に延設されて、ｚ方向に所定の長さを有する接合部材によって単眼カメラ１０に接合されている。

凸レンズ９３と第二プリズムレンズ９４とが貼り合わされて形成された凸複合レンズ９８は、ｙ方向とｚ方向との二方向に隣接配列され、凸複合レンズ９８が二行二列に配列されたアレイを構成している。従って、レンズユニット９０はこの凸複合レンズ９８同士の境界Ｂ９を有する。

このレンズユニット９０は凸複合レンズ９８と反射鏡９５とがｘ方向に順に配置され、凹複合レンズ９６がｘ方向の反対方向に反射鏡９５に対して離間配置される。

この反射鏡９５は凹複合レンズ９６と凸複合レンズ９８との間の第三光軸Ｌ３を反射している。

凹レンズ９１は両方の面に画角拡大面としての凹曲面９９、１００を有する両凹レンズである。この凹レンズ９１の第二光軸Ｌ２の光軸方向は各凹レンズ９１で同一方向となり、且つ単眼カメラ１０の視野方向であるｘ方向の反対方向になる。つまり、この凹レンズ９１は被写体Ｐ、Ｑ側の画角を拡大している。

第一プリズムレンズ９２は屈折面としての二つのプリズム面１０１、１０２を有するプリズムレンズであり、プリズム面１０１が凹レンズ９１側に配置され、プリズム面１０２が反射鏡９５側に配置される。

凸レンズ９３は凸球面１０３と屈折面としてのプリズム面１０４とを有する凸レンズであり、凸球面１０３が反射鏡９５側に配置され、プリズム面１０４が第二プリズムレンズ９４側に配置される。この凸レンズ９３は第三実施形態の凸レンズ４２と同様に反射鏡９５側の視野を略ゼロにする。

第二プリズムレンズ９４は屈折面としての二つのプリズム面１０５、１０６を有するプリズムレンズであり、プリズム面１０５が凸レンズ９３側に配置され、プリズム面１０６が単眼カメラ１０側に配置される。

これらの屈折部として設けられた第一プリズムレンズ９２、凸レンズ９３、第二プリズムレンズ９４、及び反射鏡９５との光軸である第三光軸Ｌ３は各レンズによって複数回に渡って屈折し、反射鏡９５によって反射し、第一光軸Ｌ１と第二光軸Ｌ２とを繋げている
。

図１０に示すように、一つの凹複合レンズ９６と一つの凸複合レンズ９８と反射鏡９５とを経由して単眼カメラ１０が取得する多視点映像Ｍ５の映像Ｍ６は、凸複合レンズ９８の配列方向と同一の二方向に配列される。また、この映像Ｍ６同士の境界Ｂ１０は凸複合レンズ７８同士の境界Ｂ９となる。加えて、この映像Ｍ６のそれぞれは横長の映像となる。

この多視点映像取得装置１Ｇによれば、レンズユニット９０の重厚長大化を回避して搭載性を向上できる。また、その効果に加えて、反射鏡９５を用いることで、単眼カメラ１０が視野方向の反対方向（１８０度傾いた方向）の映像Ｍ６を取得することができる。これにより、多視点映像取得装置１Ｅの視野方向の長さをよりコンパクトにすることができる。加えて、多視点映像Ｍ５の各映像Ｍ６の視点の間隔である基線長を、装置を大型化することなく長くすることができる。

図１１に示すように、実施形態の車両１１０は前方側に配置されたキャブ１１１と、図示しないエンジンなどを支持するシャーシ１１２と、後方側に配置されたボディ１１３と、キャブ１１１の上部に配置されたルーフ１１４と、キャブ１１１の側部に配置されたサイドミラー１１５とを備えている。

また、この車両１１０はルーフ１１４の内部に第一実施形態の多視点映像取得装置１Ａと、ルーフ１１４の前面側に形成された小窓１１６とキャブ１１１内に配置された警報装置１１７とを備えて構成される。なお、多視点映像取得装置１Ａの代わりに多視点映像取得装置１Ｂ〜１Ｇのいずれかを搭載してもよい。

多視点映像取得装置１Ａは小窓１１６を介して車両１１０の前方の多視点映像Ｍ１を取得する。次いで、映像処理部１２が取得された多視点映像Ｍ１を解析し、車両１１０の前方を走行している前方車両との車間距離や車両１１０の前方に存在している障害物との距離などを算出する。次いで、警報装置１１７が算出された距離と速度に応じて所定のタイミングで警報を提示する。

この車両１１０によれば、前方車両との車間距離や障害物との距離などを多視点映像取得装置１Ａによって正確に把握することができる。

上記の多視点映像取得装置１Ａは小型且つ軽量のため、車両１１０の様々な場所に取り付けることができる。例えば、サイドミラー１１５の位置やボディ１１３の後方の位置に設けて後方の障害物までの距離を正確に把握したりできる。この場合には、バックモニタやアラウンドビューモニタに多視点映像Ｍ１の一部、例えば、図２のＡｃの画像を表示するとよい。また、キャブ１１１内の図示しないバックミラーの位置にも取り付け、ルーフ１１４に設けた場合と同様に車両１１０の前方の多視点映像Ｍ１を取得することもできる。また、バックミラーの位置に取り付けた場合には、多視点映像取得装置１Ａを運転手に向けて運転手の挙動を取得していねむり運転や緩慢運転を防止することもできる。

なお、本発明の多視点映像取得装置１Ａ〜１Ｇの各レンズの構成は単レンズのものを複合レンズにしたり、複合レンズを単レンズにしたりすることができる。特に複合レンズにすると収差を最小限に抑える上で有利となる。また、各レンズの種類についても画角拡大部を構成するレンズが被写体側の画角を拡大する役割を有し、屈折部を構成するレンズが単眼カメラと画角拡大部との間の光軸を屈折する役割を有するのであれば、上記の種類に限定されない。例えば、第一実施形態の凹レンズ２２を両凹レンズとし、プリズムレンズ２３を凹レンズ２２側に配置された凸曲面と、単眼カメラ１０側に配置されたプリズム面
とを有する単レンズとすることができる。

また、画角拡大部を構成するレンズと屈折部を構成するレンズとの少なくとも一方をフレネルレンズで構成することもできる。但し、フレネルレンズを用いる場合には画角拡大部又は屈折部をｙ方向とｚ方向の二方向に配列しようとすると、取得した多視点映像の各映像に同心円のエッジが映り込む場合がある。

１Ａ〜１Ｇ 多視点映像取得装置
１０ 単眼カメラ
２０ レンズユニット
２１ 複合レンズ
２２ 凹レンズ
２３ プリズムレンズ
３０ レンズユニット
３１ 単レンズ
３２ 凹曲面
３３ プリズム面
４０ レンズユニット
４１ 凹レンズ
４２ 凸レンズ
５０ レンズユニット
５１ 凹レンズ
５２ 複合レンズ
５７ 反射鏡
６０ レンズユニット
６１ 凹レンズ
６２ 複合レンズ
６７、６８ 反射鏡
７０ レンズユニット
７５ 凹複合レンズ
７６ 接合部材
７７ 凸複合レンズ
９０ レンズユニット
９５ 反射鏡
９６ 凹複合レンズ
９７ 接合部材
９８ 凸複合レンズ
１１０ 車両
１１１ キャブ
１１４ ルーフ
１１５ サイドミラー
Ｂ１〜Ｂ１０ 境界
Ｌ１ 第一光軸
Ｌ２ 第二光軸
Ｌ３ 第三光軸
Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５ 多視点映像
Ｍ２、Ｍ４、Ｍ６ 映像
Ｐ、Ｑ 被写体

Claims (8)

1. 一つの単眼カメラと複数のレンズから構成される一つのレンズユニットとを備えた多視点映像取得装置において、
   前記レンズユニットが被写体側の画角を広げる画角拡大部と前記単眼カメラと前記画角拡大部との間の光軸を屈折する屈折部とを備え、前記単眼カメラから被写体に向かう光路上に前記屈折部と前記画角拡大部が順に配置され、前記画角拡大部が前記単眼カメラの視野方向に交差する少なくとも一つの第一配列方向に配列された複数の画角拡大面を有し、前記屈折部が前記単眼カメラの視野方向に直交する方向に配列された複数の屈折面を有し、
   前記単眼カメラから被写体に向かう光軸のそれぞれが前記屈折部の各前記屈折面と前記画角拡大部の各前記画角拡大面とを通過して同一方向にされて、前記単眼カメラに取得された多視点映像の各映像が前記屈折面の配列方向と同一方向に配列されて、前記映像同士の境界が前記屈折面同士の境界となる構成にしたことを特徴とする多視点映像取得装置。
2. 複数の前記画角拡大面が、前記第一配列方向と、前記視野方向に直交し、且つ前記第一配列方向に直交する第二配列方向との二方向に配列され、複数の前記屈折面が前記単眼カメラの視野方向に直交する方向とその方向に直交する方向との二方向に配列される請求項１に記載の多視点映像取得装置。
3. 前記屈折部が前記画角拡大部と前記屈折部との間の視野角を略ゼロにする複数のテレセントリックレンズで構成される請求項１又は２に記載の多視点映像取得装置。
4. 前記屈折部が前記画角拡大面と前記屈折面との間の光路上に配置される少なくとも一枚の反射鏡を有し、前記屈折部と前記反射鏡とが前記単眼カメラの視野方向に順に配置され、前記画角拡大部が前記反射鏡から視野方向の反対側に離間配置され、前記反射鏡が前記屈折部と前記画角拡大部との間の光線を反射して、前記単眼カメラに取得された多視点映像の各映像の視野方向が前記単眼カメラの視野方向に対して傾く構成にした請求項１〜３のいずれか１項に記載の多視点映像取得装置。
5. 前記画角拡大部と前記屈折部とが前記第一配列方向に配列された複数の複合レンズ又は単レンズで構成され、各前記複合レンズ又は各前記単レンズのそれぞれが前記画角拡大面と前記屈折面とを有する請求項１又は２に記載の多視点映像取得装置。
6. 前記屈折部が複数の平凸レンズで構成され、該平凸レンズの凸球面が前記画角拡大部側に配置され、前記屈折面である平面が前記単眼カメラ側に配置され、複数の前記平凸レンズの平面が一平面に形成される請求項１〜４のいずれか１項に記載の多視点映像取得装置。
7. 前記画角拡大部が複数の凹レンズで構成され、前記屈折部が複数の第一プリズムレンズと複数の凸レンズと複数の第二プリズムレンズとで構成され、
   前記凹レンズの被写体側の反対側の面と前記第一プリズムレンズとが貼り合わされて形成された凹複合レンズが所定の間隔を空けて離間配列され、前記凸レンズの前記単眼カメラ側の面と前記第二プリズムレンズとが貼り合わされて形成された凸複合レンズが隣接配列され、
   前記凸複合レンズが前記凸複合レンズと前記凹複合レンズとの間の光線の前記視野方向に対する傾きを前記凸複合レンズの配列の中心から配列の外側に向って大きくする構成にした請求項１〜４のいずれか１項に記載の多視点映像取得装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の多視点映像取得装置を備える車両。

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