JP3944768B2 - 車載用画像読み取り装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用画像読み取り装置に関する。詳しくは、撮影方向を速やかに変更することができ、または、近距離から遠距離までの目標物を鮮鋭に捕らえることができ、あるいは、距離に係わらず十分な大きさの被写体像を得ることができ、たとえば、車両のアダプティブ・クルーズ・コントロール（ＡＣＣ）システムや前車追従走行（Ｓｔｏｐ＆Ｇｏ）システムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＣＣシステムとは、設定した車速を一定に保つ従来のオート・クルーズ・コントロール機能に加え、先行車が存在した場合に、その先行車が、設定した車速よりも遅いときは、先行車の走行速度に応じて自車の速度制御を行い、必要な車間距離を保つ機能を持つ運転支援装置のことである。また、Ｓｔｏｐ＆Ｇｏシステムとは、ＡＣＣシステム機能をさらに拡張し、先行車が停止した場合においても、必要な車間距離を保ちつつ自車両を停止させる機能と、先行車が発進した際にそれに追従して自動発進させる機能を持つ運転支援装置のことである。ただし、現状においては、停止は自動的に行うが、発進は運転者の意志に任せるのが一般的である。
【０００３】
これらの運転支援装置にあっては、車両前方の状況把握が必要であり、従来より、ミリ波や赤外線レーザを用いた監視装置が用いられていた。しかし、これらの監視装置は電波や光などの電磁波媒体をパルスビームにして車両前方に照射し、その反射時間差に基づいて、車両前方の障害物の有無、その障害物までの距離並びに方位を検出する仕組みとなっていたため、広い範囲をサーチするためにビームをスキャンしなければならない、反射物体を識別できない、外乱（周囲の電波発生源や太陽光など）の影響を受けやすい等の不都合があった。また、ミリ波や赤外線レーザを用いた監視装置においては、通常、道路上の白線を検知できないため、自車が正規にレーン内を走行していることが判断できず、レーン内を走行しているものと想定して（みなして）先行車の判断等を行っている。
【０００４】
これに対し、画像読み取り装置は、光学部を介して被写体の像を画像読み取り部の受光面に結像させ、その画像信号を毎秒数十フレームの周期で画像出力部から取り出すというものであり、人間の目に似た画像認識能力を持ち、広い範囲を一度に撮像できる、周囲の電波発生源や太陽光などの外乱を受けにくい、目標物の形を捕らえて識別することも可能である等のメリットがある上、さらに、その優れた画像認識性能は様々な用途（ビデオカメラ、モニタカメラ、ディジタルスチルカメラなど）で実証済みであり、しかも、画像読み取り部にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｉｏｄｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、広いダイナミックレンジの素子（対数変換型ＣＭＯＳセンサ）などの二次元半導体イメージセンサを用いた画像読み取り装置は、小型軽量・低消費電力で安価に入手することができるなどの利点から、前記の監視装置（ミリ波や赤外線レーザによるもの）の代わりに運転支援装置に用いてきわめて都合のよいものである。
【０００５】
ところで、かかる画像読み取り装置を、たとえば、車両前方のモニター装置として使用する場合、高速走行時にあっては十分遠方の状況を監視する一方、低速走行時には近くを監視することが求められる。こうした遠近両用要求に応えるためには、画像読み取り装置の画角を広くし、且つ、遠距離から近距離まで鮮鋭な画像（ピントの合った画像）が得られるようにしなければならない。一般に画角は光学部の焦点距離を短くするほど大きくなり、また、被写界深度は光学部のレンズ径（または絞り径）を小さくするほど深くなるから、上記の遠近両用要求に対する簡便な対策としては（１ａ）小口径で且つ（１ｂ）短焦点の光学部を用いた画像読み取り装置とすればよい。
【０００６】
しかし、このような光学部は（１ａ）により光量不足で良好な画質が得られないうえ、（１ｂ）により目標物が遠方にあるほど小さく映し出されるという欠点がある。
【０００７】
そこで、上記とは逆に（２ａ）大口径で且つ（２ｂ）中または長焦点の光学部を用いることにより、かかる欠点を解消した画像読み取り装置が知られている（たとえば、特開２０００−１２７８５１号公報）。この公知の装置によれば、（２ａ）により十分な光量で良好な画質が得られ、しかも、（２ｂ）により目標物が遠方にあっても大きく映し出すことができる。そして、前記の遠近両用要求（高速走行時にあっては十分遠方の状況を監視でき、低速走行時には近くを監視できること）については、画像読み取り装置の撮影方向を変更できる機構を組み込むことにより解決している。
【０００８】
図７（ａ）は、その機構概念図である。この図において、１はテレビカメラ（画像読み取り装置に相当）である。テレビカメラ１は、角度変位機構２を介して不図示の車体に取り付けられており、この角度変位機構２は、モータ３と、それぞれ２個のウォーム歯車４、５及び平歯車６、７と、支軸８と、角変位軸９とによって構成されている。
【０００９】
モータ３の出力軸は不図示の車体取り付け面に対してほぼ平行であり、その出力軸にはウォーム歯車４が取り付けられている。ウォーム歯車４は車体取り付け面から立設される支軸８の平歯車６に噛合し、支軸８には、角変位軸９の一端に取り付けられた平歯車７に噛合するウォーム歯車５が取り付けられている。また、角変位軸９は、テレビカメラ１の側面に固定されており、この角変位軸９の回転角を変えることにより、テレビカメラ１の撮影方向を変更できるようになっている。
【００１０】
このような構成において、モータ３を回転させると、その回転力がウォーム歯車４から平歯車６、ウォーム歯車５及び平歯車７へと伝えられ、平歯車７と一体の角変位軸９の回転角が変更される結果、テレビカメラ１の撮影方向が上下に変えられる。
【００１１】
角変位軸９の軸線方向は、不図示の車体取り付け面に対してほぼ平行であり、取り付け面が路面に対してはほぼ水平であるとするならば、図示の角度変位機構２は、テレビカメラ１の撮影方向を略水平よりも下向き（俯角方向）へ、または上向き（仰角方向）へと自由に変化させることができる。
【００１２】
したがって、図７（ｂ）に示すように、遠距離を監視する場合はテレビカメラ１の撮影方向を略水平にする（またはそれに近づける）一方、近距離を監視する場合は同撮影方向を下向きにすることにより、前記の遠近両用要求に応えることができる。このため、先の光学部の特徴（２ａ、２ｂ）と相まって、たとえば、ＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどの運転支援装置に用いて好適な画像読み取り装置とすることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車載用画像読み取り装置にあっては、以下の問題点があった。
【００１４】
（イ）テレビカメラ１の撮影方向を“機械的”に変更しているため、応答性が悪く、たとえば、遠近監視の切り換えに相応のタイムラグが発生するという問題点がある。
【００１５】
（ロ）テレビカメラ１の被写界深度は、もっぱらその光学系のレンズ口径と絞りに依存して決定される。ピントの合った鮮鋭な画像を得るためには被写界深度を浅くしなければならない。しかし、そうすると今度は、目標物の前後に位置する背景や近景像がぼやけてしまう。通常のカメラ撮影（ポートレート撮影など）であれば、人物等の被写体にピントを合わせてそれ以外の像をぼやかせるという撮影テクニックは許されるが、ＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどの監視用途の場合には許されない。必ずしも特定距離に位置する目標物だけが監視対象になるのではなく、その前後に位置する（または位置するかもしれない）他の目標物も常に監視対象に置かなければならないからである。こうした点を踏まえると、従来のテレビカメラ１における被写界深度は不本意ながらも「深く」設定せざるを得ず、したがって、テレビカメラ１の性能（解像度）を最大限に活かした鮮鋭な画像を得られないという問題点がある。
【００１６】
（ハ）従来のテレビカメラ１で遠距離目標物と近距離目標物を撮影した場合、当然ながら近距離目標物よりも遠距離目標物の方が小さく映る。しかし、画像処理の点でターゲットとなる目標像はできるだけ大きく映し出されることが望ましく、かかる小さな像（遠距離目標物の像）を用いた画像処理は十分な精度が得られないという問題点がある。
【００１７】
そこで本発明は、撮影方向を速やかに変更することができ、または、近距離から遠距離までの目標物を鮮鋭に捕らえることができ、あるいは、距離に係わらず十分な大きさの被写体像を得ることができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明による車載用画像読み取り装置は、所定の周期で画像を生成出力する画像読み取り部と、被写体の像を前記画像読み取り部の受光面に結像させる光学部と、前記光学部に組み込まれ、前記光学部の光軸と直交する方向にシフトすることによって、前記画像読み取り部の画像読み取り方向のうちの俯角を変更可能なシフトレンズと、前記シフトレンズのシフト量を制御するシフト駆動部と、自車前方の車両の有無を判定する判定手段とを備え、前記シフト駆動部は、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されなかったときには自車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくする一方、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されたときには自車前方の車両を追尾するための追尾設定車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくすることを特徴とするものである。
【００１９】
ここで、「シフトレンズ」としては、たとえば、特開平１１−３０５２７７号公報に記載されたものを使用することができる。すなわち、この公報には、光学レンズと一緒にレンズ鏡筒に組み込まれ、その光学レンズの光軸直交方向に移動（シフト）して像ぶれを補正するための「補正レンズ」が記載されている。用途は異なるものの、光学部の光軸と直交する方向にシフト可能なシフトレンズとして利用することが可能である。
【００２０】
この発明によれば、シフトレンズをシフト、すなわち、光学部の光軸と直交する方向にある量だけ移動（シフト）させると、車載用画像読み取り装置それ自体の撮影方向を全く変化させていないにも係わらず、撮影視野角が変化し、結局、従来の角度変位機構２（図７参照）を使用することなく、撮影方向の変更が行われる。
【００２１】
しかも、そのシフト動作は、（テレビカメラ１の重さに比べて）遙かに軽いシフトレンズを駆動することにより行われるため、前記の従来技術（テレビカメラ１それ自体を駆動する）に比して格段に応答性がよく、たとえば、遠近切り換え時におけるタイムラグをほぼゼロないしは無視できる程度に少なくすることができる。
【００２２】
したがって、撮影方向を速やかに変更することができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００２８】
請求項２記載の発明による車載用画像読み取り装置は、所定の周期で画像を生成出力する画像読み取り部と、被写体の像を前記画像読み取り部の受光面に結像させる光学部と、前記光学部に組み込まれ、前記光学部の光軸と直交する方向にシフトすることによって、前記画像読み取り部の画像読み取り方向のうちの俯角を変更可能なシフトレンズと、前記シフトレンズのシフト量を制御するシフト駆動部と、前記光学部に組み込まれたズームレンズと、前記ズームレンズのズーム量を制御するズーム駆動部と、前記光学部に組み込まれた、前記光学部の光軸と直交する線に対して任意の角度をなしてレンズ面を傾けることが可能なアオリレンズと、前記アオリレンズの傾き量を制御するアオリ駆動部と、自車前方の車両の有無を判定する判定手段とを備え、前記シフト駆動部は、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されなかったときには自車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくする一方、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されたときには自車前方の車両を追尾するための追尾設定車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくし、前記ズーム駆動部は、前記俯角が小さくなるほど前記光学部の焦点距離が大きくなるように制御を行い、前記アオリ駆動部は、前記アオリレンズの傾き角度を変化させる制御を行い、近い範囲を撮影する下部側領域の被写界深度が上側領域の被写界深度より深くなるように、補正を行うことを特徴とするものである。
【００２９】
ここで、「ズームレンズ」とは、一の焦点距離から二の焦点距離までの間を連続的に変化させることができる可変焦点レンズのことである。最も単純なズームレンズの構成は、一対の正レンズ（凸レンズともいう）の間に１枚の負レンズ（凹レンズともいう）を入れたものである。正レンズの間隔を一定に保ちつつ、正レンズと負レンズの相対的な位置関係を変化させることにより、最小倍率から最大倍率までの間を無段階に任意に変化させることができる。
【００３０】
この発明によれば、ズームレンズの倍率を変化させることにより、たとえば、遠距離目標物を手前に引き寄せてその像を大きくすることができる。
【００３１】
したがって、距離に係わらず十分な大きさの被写体像を得ることができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における様々な細部の特定ないし実例および数値や文字列その他の記号の例示は、本発明の思想を明瞭にするための、あくまでも参考であって、それらのすべてまたは一部によって本発明の思想が限定されないことは明らかである。また、周知の手法、周知の手順、周知のアーキテクチャおよび周知の回路構成等（以下「周知事項」）についてはその細部にわたる説明を避けるが、これも説明を簡潔にするためであって、これら周知事項のすべてまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。
【００３３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態の概念図である。図１（ａ）において、テレビカメラ１０は、ＣＣＤなどの二次元半導体メージセンサを画像読み取り部１１として実装する本体部１２と、その本体部１２の前面に取り付けられた光学部１３と、光学部１３に組み込まれたシフト部１４のシフト動作を駆動するシフト駆動部１５とから構成されている。
【００３４】
このテレビカメラ１０は、不図示の取り付け部材によって車体に取り付けられており、全体として発明の要旨に記載の車載用画像読み取り装置に相当する。すなわち、テレビカメラ１０は、光学部１３を介して取り込まれた車両周辺の任意方向の画像を撮像し、その画像信号（撮像信号ともいう）を所定の周期（一般に毎秒数十フレームの周期）で、画像読み取り部１１から任意の車両搭載システム（たとえば、冒頭で説明したＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなど）に出力することができるものである。
【００３５】
ここで、光学部１３は、不図示の光学レンズ（光軸Ｌに沿って入射する被写体の像を画像読み取り部１１の受光面に集光して結像させるものであり、一般に写真レンズともいう。複数枚のレンズで構成されることが多い。）を有することはもちろんのこと、本発明の特徴とする点は、かかる光学レンズの前または後ろ若しくはレンズ間にシフト部１４を介在させ、そのシフト部１４のシフト動作を、シフト駆動部１５によって駆動制御するようにしたことにある。
【００３６】
図１（ｂ）及び（ｃ）において、シフト部１４は、少なくとも１枚のシフトレンズ１６を有している。このシフトレンズ１６は、シフト駆動部１５からの駆動力を受けて光学部１３の光軸Ｌと直交する方向Ｆａ、Ｆｂに面移動（シフト）可能な状態でシフト部１４に実装されている。そして、そのシフト方向とシフト量をシフト駆動部１５により制御することにより、図１（ｄ）に示すように、光学部１３の実際の光軸Ｌと設計上の光軸Ｌｚとの間に任意の角度θ１を持たせることができるようになっている。シフトレンズ１６のシフト量と角度θ１の間には、次式▲１▼の関係がある。
シフト量＝Ｋ・ｓｉｎθ１ ・・・・▲１▼
ただし、Ｋはシフトレンズ１６に固有の定数
【００３７】
図１（ｄ）において、点Ｐ１は、画像読み取り部１１の受光面の中心位置を表しており、光学部１３の実際の光軸Ｌは、この点Ｐ１を通る仮想の線（一点鎖線）で示されている。いま、図示の例では、光学部１３の実際の光軸Ｌと設計上の光軸Ｌｚとの間に０度以上の角度θ１が与えられている。これは、シフトレンズ１６を方向Ｆａへある量だけシフトさせたからである。図１（ｂ）及び（ｃ）に示す二つのレンズ位置（シフトレンズ１６ａ、１６ｂ）は、それぞれＦａ方向とＦｂ方向にある量だけシフトさせた状態を表している。このうちの一方の状態（この例ではシフトレンズ１６ａ）にあるとき、（ｄ）に示すように、光学部１３の実際の光軸Ｌと設計上の光軸Ｌｚとの間に任意の角度θ１が与えられる。
【００３８】
このような状態では、あたかもテレビカメラ１０の撮影方向を下向き（設計上の光軸Ｌｚが実際の光軸Ｌに一致する方向）に変化させたのと同様となり、結局、テレビカメラ１０それ自体の向きを変えていないにも係わらず、撮影視野角（撮影方向）を角度θ１だけ変化させることができる。
【００３９】
したがって、従来の角度変位機構２（図７参照）を使用せずに、撮影方向の変更を行うことができる。しかも、そのシフト動作は、テレビカメラ１０の重さに比べて遙かに軽いシフトレンズ１６を駆動することにより行われるため、前記の従来技術（テレビカメラ１０それ自体を駆動する）に比して格段に応答性を改善でき、たとえば、遠近切り換え時におけるタイムラグをほぼゼロないしは無視できる程度に少なくすることができる。
【００４０】
その結果、撮影方向を速やかに変更することができるようになり、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００４１】
次に、他の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、前記の第１の実施の形態の構成要素と共通する部分については同一の符号を付し、前記の第１の実施の形態の図面を参照しながら説明するものとする。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
図２及び図３は、第２の実施の形態の概念図である。図２（ａ）において、光学部１３にはアオリ部２０が設けられており、このアオリ部２０にはアオリレンズ２１が実装されている。アオリレンズ（ティルトレンズともいう）２１は冒頭で説明した“アオリ操作”、すなわち、蛇腹付きの中判カメラなどで以前から行われてきた撮影テクニックを機構的に実現できるようにしたものである。アオリレンズ２１は、光学部１３の光軸Ｌと直交する線２２に対するレンズの傾き（角度θ２）を任意に変更できるようにアオリ部２０に揺動可能に取り付けられており、アオリレンズ２１の傾き（角度θ２）は、アオリ駆動部２３によって制御される。
【００４３】
ここで、アオリ操作について詳しく説明する。一般的に小型カメラはレンズ面とフィルム面（本実施の形態では画像読み取り部１１の受光面２４；以下、受光面２４で説明する）が平行になっており、レンズの光軸は受光面２４上の中心点と垂直に交わるように固定されている。“アオリ”とは、それらの関係を意図的に崩して、レンズやフィルムを上下左右や斜めに移動したり回転させたりする操作のことをいう。レンズ部分で行われるアオリには、（Ｉ）光学レンズと受光面２４との平行を保ったまま、レンズの光軸に直角方向(上下や左右)に移動するアオリ(シフトアオリまたはライズとフォールアオリ)と、（II）レンズと受光面２４との平行を崩して、上下左右に傾けて角度を変化させるアオリ(ティルトまたはスウィングアオリ)の二種類がある。
【００４４】
本実施の形態のアオリレンズ２１は（II）に相当するものである。なお、前記の実施の形態におけるシフトレンズ１６（図１参照）も広義にはアオリレンズの一種（上記の（Ｉ）に相当する）であるが、本明細書では、アオリレンズ２１との混同を避けるために“シフト”レンズと称することとし、シフトレンズ１６については敢えてアオリの用語を使用しないものとする。
【００４５】
本実施の形態におけるアオリレンズ２１は、ティルトまたはスウィングアオリ（上記のII）を行うためのものである。すなわち、光学部１３の光軸Ｌと直交する線２２とのなす角度θ２をアオリ駆動部２３によって駆動制御することにより、受光面２４の像に生じる被写界深度を補正する。
【００４６】
被写界深度（鮮鋭度の深度または焦点深度ともいう）とは、被写体にピントを合わせたときに、同時にピントが合う被写体前後の範囲のことをいう。これは、人間の眼は明視の距離（それ以上近づけると像がぼやけて認識できなくなる距離；およそ２５ｃｍ）において、およそ１分以下の角（視角）を張る物体を区別できないため、特定の位置にピントを合わせたとしても、その前後で視角１分の像を形成する物体についても同様にピントが合っていると誤認するからであり、その誤認の範囲を被写界深度という。被写界深度は、写真レンズの焦点距離、そのレンズ径及び絞りの値によって一義的に決定される（ほかにもレンズの鏡面収差の程度もあるが、前記の二つが支配的である）。焦点距離が短いほど、あるいは、レンズ径（または絞り値）が小さいほど、被写界深度は大きくなる（ピントの合う範囲が大きくなる）。カメラにあまり近くない物体については、被写界深度の大きさは焦点距離の二乗に逆比例する。
【００４７】
アオリレンズ２１の傾き角度θ２（ティルト角ともいう）は、既述のとおり、光学部１３の光軸Ｌと直交する線２２とのなす角度である。アオリ操作を行わない場合、θ２＝０度である。図中の波線で示すアオリレンズ２１ａは、θ２を０度以上の任意の値（便宜的にα度）にしたときのアオリレンズ２１の位置を示しており、図示の波線で示すアオリレンズ２１ａはアオリ操作後のアオリレンズ２１の状態を表している。アオリレンズ２１の傾き（θ２）と焦点距離（ｆ）の間には、次式▲２▼の関係がある。
傾き（θ２）＝Ｃ・ｆ ・・・・▲２▼
ただし、Ｃはアオリレンズ２１に固有の定数
【００４８】
θ２＝α度のとき、アオリレンズ２１ａの上端側（図面に対して）は画像読み取り部１１の受光面２４から遠ざかり、下端側は同受光面２４に接近する。この場合の受光面２４における被写界深度は面内一律ではなく、上端側から下端側にかけて線形的な増大変化を呈する。すなわち、アオリレンズ２１ａの上端側で最小の被写界深度（両端矢印付き線２５ａ参照）、下端側で最大の被写界深度（両端矢印付き線２５ｄ参照）となり、上端側から下端側にかけて線形的な変化傾向を示すことになる（両端矢印付き線２５ａ〜２５ｄ参照）。
【００４９】
図３は、アオリレンズ２１を路面に向けて角度αだけ傾けたとき（θ２＝α）の車両前方の監視画像イメージを示す図である。この例の場合、画像２６の上部側には遠距離の被写体、たとえば、前方を走行中の車両の後部像２７（以下「前車」という）や走行路境界線２８（以下「白線」という）が映し出されており、また、下部側には近距離の被写体（たとえば、近い範囲の白線２９）が映し出されている。先に説明したとおり、アオリレンズ２１の角度θ２を任意の角度（α）にすると、画像２６の上部側の被写界深度が浅くなり、一方、下部側の被写界深度が深くなり、且つ、その間の被写界深度が線形的な変化傾向を示すから、図示の例の場合の画像２６は、遠距離から近距離までの全ての被写体（前車２７、白線２８及び２９）について、ピントの合った鮮鋭な象を得ることができる。
【００５０】
＜第３の実施の形態＞
図４及び図５は、第３の実施の形態の概念図である。図４（ａ）において、テレビカメラ３０は、ＣＣＤなどの二次元半導体メージセンサを画像読み取り部３１として実装する本体部３２と、その本体部３２の前面に取り付けられた光学部３３と、光学部３３に組み込まれたズームレンズ３４のズーム動作を駆動するズーム駆動部３５と、本体部３２のチルト角（特に水平方向を０度とした場合の０度以下のチルト角；すなわち俯角）を駆動する俯角駆動部３６と、ズーム駆動部３５や俯角駆動部３６を制御する制御部３７とから構成されている。
【００５１】
ここで、俯角駆動部３６は、たとえば、冒頭で説明した従来技術の角度変位機構２（図７参照）を用いてもよい。しかし、応答性の面で、前記の第１実施の形態におけるシフト部１４（図１参照）を使用することが望ましい。すなわち、光学部３３にシフト部１４を組み込み、そのシフト動作を俯角駆動部３６で制御することが望ましい。
【００５２】
また、図示のズームレンズ３４は、間隔を固定した一対の正レンズ３８、３９の間に位置移動可能に挿入されたものを示しているが、これは、説明の便宜上、ズームレンズの基本的な構成を図示しているに過ぎない。
【００５３】
制御部３７は、以下の特性（第１及び第２の特性）に基づいて、テレビカメラ３０の撮影方向（シフト部１４によって変更可能な俯角θ１）と、ズームレンズ３４のズーム倍率（焦点距離）を制御する。第１の特性は俯角θ１と車速の関係である。図４（ｂ）はその制御特性図であり、図示の特性線４０は車速が上がるほど俯角θ１が小さくなるように設定されている。なお、図示の例では特性線４０を線形としているが、それに限定されない。非線形であってもよい。第２の特性は焦点距離ｆ（ズームレンズ３４のズーム倍率に相当）と俯角θ１の関係である。図４（ｃ）はその制御特性図であり、図示の特性線４１は俯角θ１が小さくなるほど焦点距離ｆが大きくなるように設定されている。なお、この例においても特性線４１を線形としているが、それに限定されない。非線形であってもよい。
【００５４】
これら二つの特性線４０、４１（第１及び第２の特性）を組み合わせることにより、高速になるほど、テレビカメラ３０の撮影方向が水平方向（俯角θ１＝０度）に近づき、それに伴って焦点距離ｆ（ズームレンズ３４のズーム倍率）が大きくなるという合成特性が得られる。
【００５５】
図５は、かかる合成特性の効果を示す概念図である。図５（ａ）は低速時の画像４２、図５（ｂ）は高速時の画像４３を示している。低速時の画像４２には、自車前方の近距離像（たとえば、自車走行帯の左右白線４４、４５）が映し出されており、撮影方向が下向きのため、この画像４２に前車４６は映し出されていない。一方、高速走行時の画像４３には、前車４７とその走行帯の左右白線４８、４９が映し出されており、撮影方向がほぼ水平のため、この画像４３に自車前方の近距離像は映し出されていない。
【００５６】
かかる二つの画像４２、４３の違いは、撮影方向（俯角）とズーム倍率にある。前記の二つの特性により、低速走行時の画像４２については、大きな俯角θ１（つまり路面側を指向した下向き）で、且つ、小さなズーム倍率（小さな焦点距離ｆ）が適用され、一方、高速走行時の画像４３については、逆に、小さな俯角θ１（つまり水平方向またはそれに近い方向）で、且つ、大きなズーム倍率（大きな焦点距離ｆ）が適用される。
【００５７】
したがって、低速走行時には比較的広画角の近距離画像を得ることができる一方、高速走行時には狭画角の遠距離画像を得ることができ、車速の高低に係わらず、目標物を所望の大きさで捕らえることができるという作用が得られる。その結果、特に遠距離目標物を拡大して捕捉することができ、たとえば、ＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムにおける画像処理の精度向上に寄与できるという格別の効果を奏することができる。
【００５８】
次に、以上の実施の形態の車両への適用例を説明する。
図６は、ＡＣＣシステムに適用して好ましい制御特性図及びその制御フローチャートを示す図である。まず、図６（ａ）において、制御特性の左縦軸は焦点距離ｆ（図４のズームレンズ３４のズーム倍率に相当）、右縦軸は道路面角度（図４の俯角駆動部３６によって制御されるテレビカメラ３０の撮影方向；すなわち俯角θ１に相当）、横軸は車速であり、ＡＣＣシステムは、横軸の車速を、運転者によって手動設定された所望値に維持する。
【００５９】
ここで、特性図に記載された二つの特性線（俯角特性線Ａと焦点距離特性線Ｂ）は、上記の実施例（特に第三の実施の形態）の思想に従うものである。すなわち、俯角特性線Ａは車速が上がるほど小さくなり、焦点距離特性線Ｂは車速が上がるほど大きくなるというものである。
【００６０】
図６（ｂ）において、ＡＣＣシステムで定速走行の車速を設定すると（ステップＳ１１）、次に、その設定車速に対応した俯角θ１と焦点距離ｆを上記の特性図よりルックアップする（ステップＳ１２）。たとえば、設定車速をＶ１とすると、俯角Ａ１と焦点距離Ｂ１をルックアップし、テレビカメラ３０の俯角とズーム倍率をそれぞれＡ１、Ｂ１に制御する。そして、前方車両の有無を判定し（ステップＳ１３）、前方車両がいなければステップＳ１２を繰り返す一方、前方車両が存在する場合は、次に、その前方車両の追尾モードに入るために、追尾設定車速Ｖ２を演算して、その車速Ｖ２に対応した俯角Ａ２と焦点距離Ｂ２をルックアップし、テレビカメラ３０の俯角とズーム倍率をそれぞれＡ２、Ｂ２に制御（ステップＳ１４）した後、再びステップＳ１３を繰り返す。
【００６１】
したがって、この適用例においては、ＡＣＣシステムによる定速走行制御時に、前車の有無に応じた適切な俯角と焦点距離をテレビカメラ３０に与えることができ、ＡＣＣシステムの制御精度を高めることができるという効果が得られる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、シフトレンズをシフト、すなわち、光学部の光軸と直交する方向にある量だけ移動（シフト）させると、車載用画像読み取り装置それ自体の撮影方向を全く変化させていないにも係わらず、撮影視野角が変化し、結局、従来の角度変位機構２（図７参照）を使用することなく、撮影方向の変更が行われる。
【００６３】
しかも、そのシフト動作は、（テレビカメラ１の重さに比べて）遙かに軽いシフトレンズを駆動することにより行われるため、前記の従来技術（テレビカメラ１それ自体を駆動する）に比して格段に応答性がよく、たとえば、遠近切り換え時におけるタイムラグをほぼゼロないしは無視できる程度に少なくすることができる。
【００６４】
したがって、撮影方向を速やかに変更することができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００６５】
また、アオリレンズの傾き、すなわち、光学部の光軸とのなす角度をある量だけ変化（アオリ操作）させると、画像読み取り部で生成された画像の被写界深度に線形的な変化作用が得られる。詳しくは、アオリレンズと画像読み取り部の受光面との間の距離が遠ざかるほど被写界深度が浅くなり、逆に、接近するほど被写界深度が深くなるという作用が得られる。このため、たとえば、アオリレンズを路面に指向する方向に傾けた場合は、遠距離目標物に対して浅い被写界深度を、また、近距離目標物に対して深い被写界深度を適用することができ、結局、遠距離から近距離までのあらゆる目標物に対してピントの合った良好な鮮鋭度の画像を得ることができる。
【００６６】
したがって、近距離から遠距離までの目標物を鮮鋭に捕らえることができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００６７】
また、ズームレンズの倍率を変化させることにより、たとえば、遠距離目標物を手前に引き寄せてその像を大きくすることができる。
【００６８】
したがって、距離に係わらず十分な大きさの被写体像を得ることができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明に対応する実施の形態の概念図である。
【図２】第２の発明に対応する実施の形態の概念図である。
【図３】アオリレンズ２１を路面に向けて角度αだけ傾けたときの車両前方の監視画像イメージを示す図である。
【図４】第３の発明に対応する実施の形態の概念図である。
【図５】第３の発明に対応する実施の効果説明図である。
【図６】ＡＣＣシステムに適用して好ましい制御特性図及びその制御フローチャートを示す図である。
【図７】従来の画像読み取り装置の撮影方向変更機構を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ テレビカメラ（車載用画像読み取り装置）
１１ 画像読み取り部
１３ 光学部
１５ シフト駆動部
１６ シフトレンズ
２１ アオリレンズ
２３ アオリ駆動部
３０ テレビカメラ（車載用画像読み取り装置）
３４ ズームレンズ
３５ ズーム駆動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用画像読み取り装置に関する。詳しくは、撮影方向を速やかに変更することができ、または、近距離から遠距離までの目標物を鮮鋭に捕らえることができ、あるいは、距離に係わらず十分な大きさの被写体像を得ることができ、たとえば、車両のアダプティブ・クルーズ・コントロール（ＡＣＣ）システムや前車追従走行（Ｓｔｏｐ＆Ｇｏ）システムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＣＣシステムとは、設定した車速を一定に保つ従来のオート・クルーズ・コントロール機能に加え、先行車が存在した場合に、その先行車が、設定した車速よりも遅いときは、先行車の走行速度に応じて自車の速度制御を行い、必要な車間距離を保つ機能を持つ運転支援装置のことである。また、Ｓｔｏｐ＆Ｇｏシステムとは、ＡＣＣシステム機能をさらに拡張し、先行車が停止した場合においても、必要な車間距離を保ちつつ自車両を停止させる機能と、先行車が発進した際にそれに追従して自動発進させる機能を持つ運転支援装置のことである。ただし、現状においては、停止は自動的に行うが、発進は運転者の意志に任せるのが一般的である。
【０００３】
これらの運転支援装置にあっては、車両前方の状況把握が必要であり、従来より、ミリ波や赤外線レーザを用いた監視装置が用いられていた。しかし、これらの監視装置は電波や光などの電磁波媒体をパルスビームにして車両前方に照射し、その反射時間差に基づいて、車両前方の障害物の有無、その障害物までの距離並びに方位を検出する仕組みとなっていたため、広い範囲をサーチするためにビームをスキャンしなければならない、反射物体を識別できない、外乱（周囲の電波発生源や太陽光など）の影響を受けやすい等の不都合があった。また、ミリ波や赤外線レーザを用いた監視装置においては、通常、道路上の白線を検知できないため、自車が正規にレーン内を走行していることが判断できず、レーン内を走行しているものと想定して（みなして）先行車の判断等を行っている。
【０００４】
これに対し、画像読み取り装置は、光学部を介して被写体の像を画像読み取り部の受光面に結像させ、その画像信号を毎秒数十フレームの周期で画像出力部から取り出すというものであり、人間の目に似た画像認識能力を持ち、広い範囲を一度に撮像できる、周囲の電波発生源や太陽光などの外乱を受けにくい、目標物の形を捕らえて識別することも可能である等のメリットがある上、さらに、その優れた画像認識性能は様々な用途（ビデオカメラ、モニタカメラ、ディジタルスチルカメラなど）で実証済みであり、しかも、画像読み取り部にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｉｏｄｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、広いダイナミックレンジの素子（対数変換型ＣＭＯＳセンサ）などの二次元半導体イメージセンサを用いた画像読み取り装置は、小型軽量・低消費電力で安価に入手することができるなどの利点から、前記の監視装置（ミリ波や赤外線レーザによるもの）の代わりに運転支援装置に用いてきわめて都合のよいものである。
【０００５】
ところで、かかる画像読み取り装置を、たとえば、車両前方のモニター装置として使用する場合、高速走行時にあっては十分遠方の状況を監視する一方、低速走行時には近くを監視することが求められる。こうした遠近両用要求に応えるためには、画像読み取り装置の画角を広くし、且つ、遠距離から近距離まで鮮鋭な画像（ピントの合った画像）が得られるようにしなければならない。一般に画角は光学部の焦点距離を短くするほど大きくなり、また、被写界深度は光学部のレンズ径（または絞り径）を小さくするほど深くなるから、上記の遠近両用要求に対する簡便な対策としては（１ａ）小口径で且つ（１ｂ）短焦点の光学部を用いた画像読み取り装置とすればよい。
【０００６】
しかし、このような光学部は（１ａ）により光量不足で良好な画質が得られないうえ、（１ｂ）により目標物が遠方にあるほど小さく映し出されるという欠点がある。
【０００７】
そこで、上記とは逆に（２ａ）大口径で且つ（２ｂ）中または長焦点の光学部を用いることにより、かかる欠点を解消した画像読み取り装置が知られている（たとえば、特開２０００−１２７８５１号公報）。この公知の装置によれば、（２ａ）により十分な光量で良好な画質が得られ、しかも、（２ｂ）により目標物が遠方にあっても大きく映し出すことができる。そして、前記の遠近両用要求（高速走行時にあっては十分遠方の状況を監視でき、低速走行時には近くを監視できること）については、画像読み取り装置の撮影方向を変更できる機構を組み込むことにより解決している。
【０００８】
図７（ａ）は、その機構概念図である。この図において、１はテレビカメラ（画像読み取り装置に相当）である。テレビカメラ１は、角度変位機構２を介して不図示の車体に取り付けられており、この角度変位機構２は、モータ３と、それぞれ２個のウォーム歯車４、５及び平歯車６、７と、支軸８と、角変位軸９とによって構成されている。
【０００９】
モータ３の出力軸は不図示の車体取り付け面に対してほぼ平行であり、その出力軸にはウォーム歯車４が取り付けられている。ウォーム歯車４は車体取り付け面から立設される支軸８の平歯車６に噛合し、支軸８には、角変位軸９の一端に取り付けられた平歯車７に噛合するウォーム歯車５が取り付けられている。また、角変位軸９は、テレビカメラ１の側面に固定されており、この角変位軸９の回転角を変えることにより、テレビカメラ１の撮影方向を変更できるようになっている。
【００１０】
このような構成において、モータ３を回転させると、その回転力がウォーム歯車４から平歯車６、ウォーム歯車５及び平歯車７へと伝えられ、平歯車７と一体の角変位軸９の回転角が変更される結果、テレビカメラ１の撮影方向が上下に変えられる。
【００１１】
角変位軸９の軸線方向は、不図示の車体取り付け面に対してほぼ平行であり、取り付け面が路面に対してはほぼ水平であるとするならば、図示の角度変位機構２は、テレビカメラ１の撮影方向を略水平よりも下向き（俯角方向）へ、または上向き（仰角方向）へと自由に変化させることができる。
【００１２】
したがって、図７（ｂ）に示すように、遠距離を監視する場合はテレビカメラ１の撮影方向を略水平にする（またはそれに近づける）一方、近距離を監視する場合は同撮影方向を下向きにすることにより、前記の遠近両用要求に応えることができる。このため、先の光学部の特徴（２ａ、２ｂ）と相まって、たとえば、ＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどの運転支援装置に用いて好適な画像読み取り装置とすることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車載用画像読み取り装置にあっては、以下の問題点があった。
【００１４】
（イ）テレビカメラ１の撮影方向を“機械的”に変更しているため、応答性が悪く、たとえば、遠近監視の切り換えに相応のタイムラグが発生するという問題点がある。
【００１５】
（ロ）テレビカメラ１の被写界深度は、もっぱらその光学系のレンズ口径と絞りに依存して決定される。ピントの合った鮮鋭な画像を得るためには被写界深度を浅くしなければならない。しかし、そうすると今度は、目標物の前後に位置する背景や近景像がぼやけてしまう。通常のカメラ撮影（ポートレート撮影など）であれば、人物等の被写体にピントを合わせてそれ以外の像をぼやかせるという撮影テクニックは許されるが、ＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどの監視用途の場合には許されない。必ずしも特定距離に位置する目標物だけが監視対象になるのではなく、その前後に位置する（または位置するかもしれない）他の目標物も常に監視対象に置かなければならないからである。こうした点を踏まえると、従来のテレビカメラ１における被写界深度は不本意ながらも「深く」設定せざるを得ず、したがって、テレビカメラ１の性能（解像度）を最大限に活かした鮮鋭な画像を得られないという問題点がある。
【００１６】
（ハ）従来のテレビカメラ１で遠距離目標物と近距離目標物を撮影した場合、当然ながら近距離目標物よりも遠距離目標物の方が小さく映る。しかし、画像処理の点でターゲットとなる目標像はできるだけ大きく映し出されることが望ましく、かかる小さな像（遠距離目標物の像）を用いた画像処理は十分な精度が得られないという問題点がある。
【００１７】
そこで本発明は、撮影方向を速やかに変更することができ、または、近距離から遠距離までの目標物を鮮鋭に捕らえることができ、あるいは、距離に係わらず十分な大きさの被写体像を得ることができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明による車載用画像読み取り装置は、所定の周期で画像を生成出力する画像読み取り部と、被写体の像を前記画像読み取り部の受光面に結像させる光学部と、前記光学部に組み込まれ、前記光学部の光軸と直交する方向にシフトすることによって、前記画像読み取り部の画像読み取り方向のうちの俯角を変更可能なシフトレンズと、前記シフトレンズのシフト量を制御するシフト駆動部と、自車前方の車両の有無を判定する判定手段とを備え、前記シフト駆動部は、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されなかったときには自車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくする一方、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されたときには自車前方の車両を追尾するための追尾設定車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくすることを特徴とするものである。
【００１９】
ここで、「シフトレンズ」としては、たとえば、特開平１１−３０５２７７号公報に記載されたものを使用することができる。すなわち、この公報には、光学レンズと一緒にレンズ鏡筒に組み込まれ、その光学レンズの光軸直交方向に移動（シフト）して像ぶれを補正するための「補正レンズ」が記載されている。用途は異なるものの、光学部の光軸と直交する方向にシフト可能なシフトレンズとして利用することが可能である。
【００２０】
この発明によれば、シフトレンズをシフト、すなわち、光学部の光軸と直交する方向にある量だけ移動（シフト）させると、車載用画像読み取り装置それ自体の撮影方向を全く変化させていないにも係わらず、撮影視野角が変化し、結局、従来の角度変位機構２（図７参照）を使用することなく、撮影方向の変更が行われる。
【００２１】
しかも、そのシフト動作は、（テレビカメラ１の重さに比べて）遙かに軽いシフトレンズを駆動することにより行われるため、前記の従来技術（テレビカメラ１それ自体を駆動する）に比して格段に応答性がよく、たとえば、遠近切り換え時におけるタイムラグをほぼゼロないしは無視できる程度に少なくすることができる。
【００２２】
したがって、撮影方向を速やかに変更することができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００２８】
請求項２記載の発明による車載用画像読み取り装置は、所定の周期で画像を生成出力する画像読み取り部と、被写体の像を前記画像読み取り部の受光面に結像させる光学部と、前記光学部に組み込まれ、前記光学部の光軸と直交する方向にシフトすることによって、前記画像読み取り部の画像読み取り方向のうちの俯角を変更可能なシフトレンズと、前記シフトレンズのシフト量を制御するシフト駆動部と、前記光学部に組み込まれたズームレンズと、前記ズームレンズのズーム量を制御するズーム駆動部と、前記光学部に組み込まれた、前記光学部の光軸と直交する線に対して任意の角度をなしてレンズ面を傾けることが可能なアオリレンズと、前記アオリレンズの傾き量を制御するアオリ駆動部と、自車前方の車両の有無を判定する判定手段とを備え、前記シフト駆動部は、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されなかったときには自車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくする一方、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されたときには自車前方の車両を追尾するための追尾設定車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくし、前記ズーム駆動部は、前記俯角が小さくなるほど前記光学部の焦点距離が大きくなるように制御を行い、前記アオリ駆動部は、前記アオリレンズの傾き角度を変化させる制御を行い、近い範囲を撮影する下部側領域の被写界深度が上側領域の被写界深度より深くなるように、補正を行うことを特徴とするものである。
【００２９】
ここで、「ズームレンズ」とは、一の焦点距離から二の焦点距離までの間を連続的に変化させることができる可変焦点レンズのことである。最も単純なズームレンズの構成は、一対の正レンズ（凸レンズともいう）の間に１枚の負レンズ（凹レンズともいう）を入れたものである。正レンズの間隔を一定に保ちつつ、正レンズと負レンズの相対的な位置関係を変化させることにより、最小倍率から最大倍率までの間を無段階に任意に変化させることができる。
【００３０】
この発明によれば、ズームレンズの倍率を変化させることにより、たとえば、遠距離目標物を手前に引き寄せてその像を大きくすることができる。
【００３１】
したがって、距離に係わらず十分な大きさの被写体像を得ることができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における様々な細部の特定ないし実例および数値や文字列その他の記号の例示は、本発明の思想を明瞭にするための、あくまでも参考であって、それらのすべてまたは一部によって本発明の思想が限定されないことは明らかである。また、周知の手法、周知の手順、周知のアーキテクチャおよび周知の回路構成等（以下「周知事項」）についてはその細部にわたる説明を避けるが、これも説明を簡潔にするためであって、これら周知事項のすべてまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。
【００３３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態の概念図である。図１（ａ）において、テレビカメラ１０は、ＣＣＤなどの二次元半導体メージセンサを画像読み取り部１１として実装する本体部１２と、その本体部１２の前面に取り付けられた光学部１３と、光学部１３に組み込まれたシフト部１４のシフト動作を駆動するシフト駆動部１５とから構成されている。
【００３４】
このテレビカメラ１０は、不図示の取り付け部材によって車体に取り付けられており、全体として発明の要旨に記載の車載用画像読み取り装置に相当する。すなわち、テレビカメラ１０は、光学部１３を介して取り込まれた車両周辺の任意方向の画像を撮像し、その画像信号（撮像信号ともいう）を所定の周期（一般に毎秒数十フレームの周期）で、画像読み取り部１１から任意の車両搭載システム（たとえば、冒頭で説明したＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなど）に出力することができるものである。
【００３５】
ここで、光学部１３は、不図示の光学レンズ（光軸Ｌに沿って入射する被写体の像を画像読み取り部１１の受光面に集光して結像させるものであり、一般に写真レンズともいう。複数枚のレンズで構成されることが多い。）を有することはもちろんのこと、本発明の特徴とする点は、かかる光学レンズの前または後ろ若しくはレンズ間にシフト部１４を介在させ、そのシフト部１４のシフト動作を、シフト駆動部１５によって駆動制御するようにしたことにある。
【００３６】
図１（ｂ）及び（ｃ）において、シフト部１４は、少なくとも１枚のシフトレンズ１６を有している。このシフトレンズ１６は、シフト駆動部１５からの駆動力を受けて光学部１３の光軸Ｌと直交する方向Ｆａ、Ｆｂに面移動（シフト）可能な状態でシフト部１４に実装されている。そして、そのシフト方向とシフト量をシフト駆動部１５により制御することにより、図１（ｄ）に示すように、光学部１３の実際の光軸Ｌと設計上の光軸Ｌｚとの間に任意の角度θ１を持たせることができるようになっている。シフトレンズ１６のシフト量と角度θ１の間には、次式▲１▼の関係がある。
シフト量＝Ｋ・ｓｉｎθ１ ・・・・▲１▼
ただし、Ｋはシフトレンズ１６に固有の定数
【００３７】
図１（ｄ）において、点Ｐ１は、画像読み取り部１１の受光面の中心位置を表しており、光学部１３の実際の光軸Ｌは、この点Ｐ１を通る仮想の線（一点鎖線）で示されている。いま、図示の例では、光学部１３の実際の光軸Ｌと設計上の光軸Ｌｚとの間に０度以上の角度θ１が与えられている。これは、シフトレンズ１６を方向Ｆａへある量だけシフトさせたからである。図１（ｂ）及び（ｃ）に示す二つのレンズ位置（シフトレンズ１６ａ、１６ｂ）は、それぞれＦａ方向とＦｂ方向にある量だけシフトさせた状態を表している。このうちの一方の状態（この例ではシフトレンズ１６ａ）にあるとき、（ｄ）に示すように、光学部１３の実際の光軸Ｌと設計上の光軸Ｌｚとの間に任意の角度θ１が与えられる。
【００３８】
このような状態では、あたかもテレビカメラ１０の撮影方向を下向き（設計上の光軸Ｌｚが実際の光軸Ｌに一致する方向）に変化させたのと同様となり、結局、テレビカメラ１０それ自体の向きを変えていないにも係わらず、撮影視野角（撮影方向）を角度θ１だけ変化させることができる。
【００３９】
したがって、従来の角度変位機構２（図７参照）を使用せずに、撮影方向の変更を行うことができる。しかも、そのシフト動作は、テレビカメラ１０の重さに比べて遙かに軽いシフトレンズ１６を駆動することにより行われるため、前記の従来技術（テレビカメラ１０それ自体を駆動する）に比して格段に応答性を改善でき、たとえば、遠近切り換え時におけるタイムラグをほぼゼロないしは無視できる程度に少なくすることができる。
【００４０】
その結果、撮影方向を速やかに変更することができるようになり、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００４１】
次に、他の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、前記の第１の実施の形態の構成要素と共通する部分については同一の符号を付し、前記の第１の実施の形態の図面を参照しながら説明するものとする。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
図２及び図３は、第２の実施の形態の概念図である。図２（ａ）において、光学部１３にはアオリ部２０が設けられており、このアオリ部２０にはアオリレンズ２１が実装されている。アオリレンズ（ティルトレンズともいう）２１は冒頭で説明した“アオリ操作”、すなわち、蛇腹付きの中判カメラなどで以前から行われてきた撮影テクニックを機構的に実現できるようにしたものである。アオリレンズ２１は、光学部１３の光軸Ｌと直交する線２２に対するレンズの傾き（角度θ２）を任意に変更できるようにアオリ部２０に揺動可能に取り付けられており、アオリレンズ２１の傾き（角度θ２）は、アオリ駆動部２３によって制御される。
【００４３】
ここで、アオリ操作について詳しく説明する。一般的に小型カメラはレンズ面とフィルム面（本実施の形態では画像読み取り部１１の受光面２４；以下、受光面２４で説明する）が平行になっており、レンズの光軸は受光面２４上の中心点と垂直に交わるように固定されている。“アオリ”とは、それらの関係を意図的に崩して、レンズやフィルムを上下左右や斜めに移動したり回転させたりする操作のことをいう。レンズ部分で行われるアオリには、（Ｉ）光学レンズと受光面２４との平行を保ったまま、レンズの光軸に直角方向(上下や左右)に移動するアオリ(シフトアオリまたはライズとフォールアオリ)と、（II）レンズと受光面２４との平行を崩して、上下左右に傾けて角度を変化させるアオリ(ティルトまたはスウィングアオリ)の二種類がある。
【００４４】
本実施の形態のアオリレンズ２１は（II）に相当するものである。なお、前記の実施の形態におけるシフトレンズ１６（図１参照）も広義にはアオリレンズの一種（上記の（Ｉ）に相当する）であるが、本明細書では、アオリレンズ２１との混同を避けるために“シフト”レンズと称することとし、シフトレンズ１６については敢えてアオリの用語を使用しないものとする。
【００４５】
本実施の形態におけるアオリレンズ２１は、ティルトまたはスウィングアオリ（上記のII）を行うためのものである。すなわち、光学部１３の光軸Ｌと直交する線２２とのなす角度θ２をアオリ駆動部２３によって駆動制御することにより、受光面２４の像に生じる被写界深度を補正する。
【００４６】
被写界深度（鮮鋭度の深度または焦点深度ともいう）とは、被写体にピントを合わせたときに、同時にピントが合う被写体前後の範囲のことをいう。これは、人間の眼は明視の距離（それ以上近づけると像がぼやけて認識できなくなる距離；およそ２５ｃｍ）において、およそ１分以下の角（視角）を張る物体を区別できないため、特定の位置にピントを合わせたとしても、その前後で視角１分の像を形成する物体についても同様にピントが合っていると誤認するからであり、その誤認の範囲を被写界深度という。被写界深度は、写真レンズの焦点距離、そのレンズ径及び絞りの値によって一義的に決定される（ほかにもレンズの鏡面収差の程度もあるが、前記の二つが支配的である）。焦点距離が短いほど、あるいは、レンズ径（または絞り値）が小さいほど、被写界深度は大きくなる（ピントの合う範囲が大きくなる）。カメラにあまり近くない物体については、被写界深度の大きさは焦点距離の二乗に逆比例する。
【００４７】
アオリレンズ２１の傾き角度θ２（ティルト角ともいう）は、既述のとおり、光学部１３の光軸Ｌと直交する線２２とのなす角度である。アオリ操作を行わない場合、θ２＝０度である。図中の波線で示すアオリレンズ２１ａは、θ２を０度以上の任意の値（便宜的にα度）にしたときのアオリレンズ２１の位置を示しており、図示の波線で示すアオリレンズ２１ａはアオリ操作後のアオリレンズ２１の状態を表している。アオリレンズ２１の傾き（θ２）と焦点距離（ｆ）の間には、次式▲２▼の関係がある。
傾き（θ２）＝Ｃ・ｆ ・・・・▲２▼
ただし、Ｃはアオリレンズ２１に固有の定数
【００４８】
θ２＝α度のとき、アオリレンズ２１ａの上端側（図面に対して）は画像読み取り部１１の受光面２４から遠ざかり、下端側は同受光面２４に接近する。この場合の受光面２４における被写界深度は面内一律ではなく、上端側から下端側にかけて線形的な増大変化を呈する。すなわち、アオリレンズ２１ａの上端側で最小の被写界深度（両端矢印付き線２５ａ参照）、下端側で最大の被写界深度（両端矢印付き線２５ｄ参照）となり、上端側から下端側にかけて線形的な変化傾向を示すことになる（両端矢印付き線２５ａ〜２５ｄ参照）。
【００４９】
図３は、アオリレンズ２１を路面に向けて角度αだけ傾けたとき（θ２＝α）の車両前方の監視画像イメージを示す図である。この例の場合、画像２６の上部側には遠距離の被写体、たとえば、前方を走行中の車両の後部像２７（以下「前車」という）や走行路境界線２８（以下「白線」という）が映し出されており、また、下部側には近距離の被写体（たとえば、近い範囲の白線２９）が映し出されている。先に説明したとおり、アオリレンズ２１の角度θ２を任意の角度（α）にすると、画像２６の上部側の被写界深度が浅くなり、一方、下部側の被写界深度が深くなり、且つ、その間の被写界深度が線形的な変化傾向を示すから、図示の例の場合の画像２６は、遠距離から近距離までの全ての被写体（前車２７、白線２８及び２９）について、ピントの合った鮮鋭な象を得ることができる。
【００５０】
＜第３の実施の形態＞
図４及び図５は、第３の実施の形態の概念図である。図４（ａ）において、テレビカメラ３０は、ＣＣＤなどの二次元半導体メージセンサを画像読み取り部３１として実装する本体部３２と、その本体部３２の前面に取り付けられた光学部３３と、光学部３３に組み込まれたズームレンズ３４のズーム動作を駆動するズーム駆動部３５と、本体部３２のチルト角（特に水平方向を０度とした場合の０度以下のチルト角；すなわち俯角）を駆動する俯角駆動部３６と、ズーム駆動部３５や俯角駆動部３６を制御する制御部３７とから構成されている。
【００５１】
ここで、俯角駆動部３６は、たとえば、冒頭で説明した従来技術の角度変位機構２（図７参照）を用いてもよい。しかし、応答性の面で、前記の第１実施の形態におけるシフト部１４（図１参照）を使用することが望ましい。すなわち、光学部３３にシフト部１４を組み込み、そのシフト動作を俯角駆動部３６で制御することが望ましい。
【００５２】
また、図示のズームレンズ３４は、間隔を固定した一対の正レンズ３８、３９の間に位置移動可能に挿入されたものを示しているが、これは、説明の便宜上、ズームレンズの基本的な構成を図示しているに過ぎない。
【００５３】
制御部３７は、以下の特性（第１及び第２の特性）に基づいて、テレビカメラ３０の撮影方向（シフト部１４によって変更可能な俯角θ１）と、ズームレンズ３４のズーム倍率（焦点距離）を制御する。第１の特性は俯角θ１と車速の関係である。図４（ｂ）はその制御特性図であり、図示の特性線４０は車速が上がるほど俯角θ１が小さくなるように設定されている。なお、図示の例では特性線４０を線形としているが、それに限定されない。非線形であってもよい。第２の特性は焦点距離ｆ（ズームレンズ３４のズーム倍率に相当）と俯角θ１の関係である。図４（ｃ）はその制御特性図であり、図示の特性線４１は俯角θ１が小さくなるほど焦点距離ｆが大きくなるように設定されている。なお、この例においても特性線４１を線形としているが、それに限定されない。非線形であってもよい。
【００５４】
これら二つの特性線４０、４１（第１及び第２の特性）を組み合わせることにより、高速になるほど、テレビカメラ３０の撮影方向が水平方向（俯角θ１＝０度）に近づき、それに伴って焦点距離ｆ（ズームレンズ３４のズーム倍率）が大きくなるという合成特性が得られる。
【００５５】
図５は、かかる合成特性の効果を示す概念図である。図５（ａ）は低速時の画像４２、図５（ｂ）は高速時の画像４３を示している。低速時の画像４２には、自車前方の近距離像（たとえば、自車走行帯の左右白線４４、４５）が映し出されており、撮影方向が下向きのため、この画像４２に前車４６は映し出されていない。一方、高速走行時の画像４３には、前車４７とその走行帯の左右白線４８、４９が映し出されており、撮影方向がほぼ水平のため、この画像４３に自車前方の近距離像は映し出されていない。
【００５６】
かかる二つの画像４２、４３の違いは、撮影方向（俯角）とズーム倍率にある。前記の二つの特性により、低速走行時の画像４２については、大きな俯角θ１（つまり路面側を指向した下向き）で、且つ、小さなズーム倍率（小さな焦点距離ｆ）が適用され、一方、高速走行時の画像４３については、逆に、小さな俯角θ１（つまり水平方向またはそれに近い方向）で、且つ、大きなズーム倍率（大きな焦点距離ｆ）が適用される。
【００５７】
したがって、低速走行時には比較的広画角の近距離画像を得ることができる一方、高速走行時には狭画角の遠距離画像を得ることができ、車速の高低に係わらず、目標物を所望の大きさで捕らえることができるという作用が得られる。その結果、特に遠距離目標物を拡大して捕捉することができ、たとえば、ＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムにおける画像処理の精度向上に寄与できるという格別の効果を奏することができる。
【００５８】
次に、以上の実施の形態の車両への適用例を説明する。
図６は、ＡＣＣシステムに適用して好ましい制御特性図及びその制御フローチャートを示す図である。まず、図６（ａ）において、制御特性の左縦軸は焦点距離ｆ（図４のズームレンズ３４のズーム倍率に相当）、右縦軸は道路面角度（図４の俯角駆動部３６によって制御されるテレビカメラ３０の撮影方向；すなわち俯角θ１に相当）、横軸は車速であり、ＡＣＣシステムは、横軸の車速を、運転者によって手動設定された所望値に維持する。
【００５９】
ここで、特性図に記載された二つの特性線（俯角特性線Ａと焦点距離特性線Ｂ）は、上記の実施例（特に第三の実施の形態）の思想に従うものである。すなわち、俯角特性線Ａは車速が上がるほど小さくなり、焦点距離特性線Ｂは車速が上がるほど大きくなるというものである。
【００６０】
図６（ｂ）において、ＡＣＣシステムで定速走行の車速を設定すると（ステップＳ１１）、次に、その設定車速に対応した俯角θ１と焦点距離ｆを上記の特性図よりルックアップする（ステップＳ１２）。たとえば、設定車速をＶ１とすると、俯角Ａ１と焦点距離Ｂ１をルックアップし、テレビカメラ３０の俯角とズーム倍率をそれぞれＡ１、Ｂ１に制御する。そして、前方車両の有無を判定し（ステップＳ１３）、前方車両がいなければステップＳ１２を繰り返す一方、前方車両が存在する場合は、次に、その前方車両の追尾モードに入るために、追尾設定車速Ｖ２を演算して、その車速Ｖ２に対応した俯角Ａ２と焦点距離Ｂ２をルックアップし、テレビカメラ３０の俯角とズーム倍率をそれぞれＡ２、Ｂ２に制御（ステップＳ１４）した後、再びステップＳ１３を繰り返す。
【００６１】
したがって、この適用例においては、ＡＣＣシステムによる定速走行制御時に、前車の有無に応じた適切な俯角と焦点距離をテレビカメラ３０に与えることができ、ＡＣＣシステムの制御精度を高めることができるという効果が得られる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、シフトレンズをシフト、すなわち、光学部の光軸と直交する方向にある量だけ移動（シフト）させると、車載用画像読み取り装置それ自体の撮影方向を全く変化させていないにも係わらず、撮影視野角が変化し、結局、従来の角度変位機構２（図７参照）を使用することなく、撮影方向の変更が行われる。
【００６３】
しかも、そのシフト動作は、（テレビカメラ１の重さに比べて）遙かに軽いシフトレンズを駆動することにより行われるため、前記の従来技術（テレビカメラ１それ自体を駆動する）に比して格段に応答性がよく、たとえば、遠近切り換え時におけるタイムラグをほぼゼロないしは無視できる程度に少なくすることができる。
【００６４】
したがって、撮影方向を速やかに変更することができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００６５】
また、アオリレンズの傾き、すなわち、光学部の光軸とのなす角度をある量だけ変化（アオリ操作）させると、画像読み取り部で生成された画像の被写界深度に線形的な変化作用が得られる。詳しくは、アオリレンズと画像読み取り部の受光面との間の距離が遠ざかるほど被写界深度が浅くなり、逆に、接近するほど被写界深度が深くなるという作用が得られる。このため、たとえば、アオリレンズを路面に指向する方向に傾けた場合は、遠距離目標物に対して浅い被写界深度を、また、近距離目標物に対して深い被写界深度を適用することができ、結局、遠距離から近距離までのあらゆる目標物に対してピントの合った良好な鮮鋭度の画像を得ることができる。
【００６６】
したがって、近距離から遠距離までの目標物を鮮鋭に捕らえることができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【００６７】
また、ズームレンズの倍率を変化させることにより、たとえば、遠距離目標物を手前に引き寄せてその像を大きくすることができる。
【００６８】
したがって、距離に係わらず十分な大きさの被写体像を得ることができ、たとえば、車両のＡＣＣシステムやＳｔｏｐ＆Ｇｏシステムなどに用いて好適な車載用画像読み取り装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明に対応する実施の形態の概念図である。
【図２】第２の発明に対応する実施の形態の概念図である。
【図３】アオリレンズ２１を路面に向けて角度αだけ傾けたときの車両前方の監視画像イメージを示す図である。
【図４】第３の発明に対応する実施の形態の概念図である。
【図５】第３の発明に対応する実施の効果説明図である。
【図６】ＡＣＣシステムに適用して好ましい制御特性図及びその制御フローチャートを示す図である。
【図７】従来の画像読み取り装置の撮影方向変更機構を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ テレビカメラ（車載用画像読み取り装置）
１１ 画像読み取り部
１３ 光学部
１５ シフト駆動部
１６ シフトレンズ
２１ アオリレンズ
２３ アオリ駆動部
３０ テレビカメラ（車載用画像読み取り装置）
３４ ズームレンズ
３５ ズーム駆動部
Claims (2)
- 所定の周期で画像を生成出力する画像読み取り部と、
被写体の像を前記画像読み取り部の受光面に結像させる光学部と、
前記光学部に組み込まれ、前記光学部の光軸と直交する方向にシフトすることによって、前記画像読み取り部の画像読み取り方向のうちの俯角を変更可能なシフトレンズと、
前記シフトレンズのシフト量を制御するシフト駆動部と、
自車前方の車両の有無を判定する判定手段とを備え、
前記シフト駆動部は、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されなかったときには自車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくする一方、
前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されたときには自車前方の車両を追尾するための追尾設定車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくすることを特徴とする車載用画像読み取り装置。 - 所定の周期で画像を生成出力する画像読み取り部と、
被写体の像を前記画像読み取り部の受光面に結像させる光学部と、
前記光学部に組み込まれ、前記光学部の光軸と直交する方向にシフトすることによって、前記画像読み取り部の画像読み取り方向のうちの俯角を変更可能なシフトレンズと、
前記シフトレンズのシフト量を制御するシフト駆動部と、
前記光学部に組み込まれたズームレンズと、
前記ズームレンズのズーム量を制御するズーム駆動部と、
前記光学部に組み込まれた、前記光学部の光軸と直交する線に対して任意の角度をなしてレンズ面を傾けることが可能なアオリレンズと、
前記アオリレンズの傾き量を制御するアオリ駆動部と、
自車前方の車両の有無を判定する判定手段とを備え、
前記シフト駆動部は、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されなかったときには自車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくする一方、前記判定手段によって自車前方の車両有りが判定されたときには自車前方の車両を追尾するための追尾設定車速が大きいときほど前記シフトレンズのシフト量を減少側に制御して前記俯角を小さくし、
前記ズーム駆動部は、前記俯角が小さくなるほど前記光学部の焦点距離が大きくなるように制御を行い、
前記アオリ駆動部は、前記アオリレンズの傾き角度を変化させる制御を行い、近い範囲を撮影する下部側領域の被写界深度が上側領域の被写界深度より深くなるように、補正を行うことを特徴とする車載用画像読取装置。
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