JP6195491B2

JP6195491B2 - 撮像システムおよび撮像システムを有する運転支援システム

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Publication number: JP6195491B2
Application number: JP2013173624A
Authority: JP
Inventors: 和広大江
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Priority date: 2013-05-01
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Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: JP2014232293A

Description

本発明は、撮像システムおよび撮像システムを有する運転支援システムに関するものである。

特許文献１には、画像再生時に、被写体の細部と周辺状況とが共に確認できるようにすることが記載されている。そのため、特許文献１には、異なる画角で対象物を撮影可能な複数の撮像系と、前記複数の撮像系の画角をそれぞれ変更するための複数のズーム制御回路と、前記複数の撮像系から得られる複数画像を合成するＭＩＸ回路と、前記ＭＩＸ回路により合成された画像を記録媒体に記録する記録手段と、前記記録媒体から複数画像を読み出して再生する再生信号処理回路と、前記ＭＩＸ回路により合成された画像及び前記再生信号処理回路により再生された画像を表示する表示装置とを有することが記載されている。

特開２００２−１５２６４６号公報

車両の運転支援制御などの用途に用いられる車載用の撮像システムにおいては、撮像する対象により異なる画角の画像を取得できることが求められている。

本発明の態様の１つは、長辺方向が鉛直方向に沿って配置される長方形状の撮像面を含む撮像ユニットと、撮像面の短辺方向に対し、第１の画角の第１の画像の水平方向が一致するように第１の画像を撮像面の上側の短辺に沿って結像する第１の光学系であって、第１の画像を含む第１のイメージサークルを結像する第１の光学系と、撮像面の短辺方向に対し、第１の画角とは異なる第２の画角の第２の画像の水平方向が一致するように第２の画像を撮像面の下側の短辺に沿って結像する第２の光学系であって、第２の画像を含む第２のイメージサークルを結像する第２の光学系とを有し、第１の光学系および第２の光学系は、第１の画像が第２のイメージサークルを避けて結像され、第２の画像が第１のイメージサークルを避けて結像されるように配置されている撮像システムである。

この撮像システムにおいては、長方形状の撮像面がその長辺方向が鉛直方向に沿って縦長に配置されている。さらに、第１および第２の光学系は、縦長の撮像面の短辺方向に対して各画像の水平方向が一致するように、各画像を上下各短辺に沿って結像している。すなわち、この撮像システムにおいては、縦長の撮像面を短辺方向（横方向）に利用することにより、各画像が上下各短辺に沿って短辺方向に水平に結像されるようにしている。したがって、縦長の１つの撮像面により画角の異なる２つの水平画像を取得可能な、コンパクトで低コストの撮像システムを提供できる。

第１の光学系は、光軸が撮像面よりも上側の位置に位置するように配置された第１の光学素子と、光路を上側の位置から撮像面の第１の位置へ向けて導く第２の光学素子とを含むことが望ましい。第１の光学系の第１の光学素子を第２の光学系に対し離して配置できる。したがって、互いの光学系の物理的な干渉と、互いの光線の光学的（光路的）な干渉
とを未然に防止できる。

第２の光学系は、光軸が撮像面よりも下側の位置に位置するように配置された第３の光学素子と、光路を下側の位置から撮像面の第２の位置へ向けて導く第４の光学素子とを含むものであってもよい。

第１の光学系および第２の光学系のうち、一方を望遠光学系、他方を広角光学系とした場合、望遠光学系は広角光学系に比べてバックフォーカスが長くなりやすいため、光学系の全長も長大化しやすく、広角光学系の光線が望遠光学系と干渉することによりケラレが発生する可能性がある。このため、この撮像システムを車載用カメラとして用いた場合、第１の光学系は望遠光学系であり、第２の光学系は広角光学系であることが望ましい。一般に車載用カメラにより取得される画像は、路面、車線、前方車両、対向車両、歩行者、道路境界構造物などの情報を含む。したがって、望遠光学系を広角光学系の上側に配置することにより、車両周辺の物体などにより望遠画像の視野が遮られることを抑制できる。さらに、広角光学系を望遠光学系の下側に配置することにより、望遠光学系によりケラレる可能性がある領域を車両上空に限定でき、車両周辺の路面および車線などの領域がケラレることを抑制できる。

第１の光学系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカスタイプの樹脂製の第１の負レンズと、両凸タイプのガラス製の第１の正レンズとから構成され、第２の光学系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカスタイプの樹脂製の第２の負レンズと、両凸タイプのガラス製の第２の正レンズとから構成され、第１の負レンズの焦点距離ｆ１１と、第１の光学系の合成焦点距離ｆｔと、第２の負レンズの焦点距離ｆ２１と、第２の光学系の合成焦点距離ｆｗとが以下の条件（１）および（２）を満たすことが望ましい。
３．０＜｜ｆ１１｜／ｆｔ＜１０．０・・・・・（１）
７．５＜｜ｆ２１｜／ｆｗ＜２０．０・・・・・（２）

第１の光学系の水平画角θｔと、第２の光学系の水平画角θｗとが以下の条件（３）および（４）を満たすことが望ましい。
２．５＜θｗ／θｔ＜５．０・・・・・（３）
３５°＜θｗ＜５０° ・・・・・（４）

この撮像システムにおいては、第１の光学系および第２の光学系は第１のイメージサークルと、第２のイメージサークルとが互いに非接触となるように配置されていることが望ましい。第１および第２の光学系の互いの光軸を離しやすく、互いの光学系が干渉することを抑制できる。

この撮像システムにおいては、第１の光学系および第２の光学系は第１のイメージサークルと、第２のイメージサークルとが互いに接するように配置されているものであってもよい。互いの画像が干渉することを抑制しながら各画像の撮像領域を拡大できる。

本発明の他の態様の１つは、上記の撮像システムと、第１の画像および第２の画像を含む画像データに基づいて車両の運転支援制御を行う制御ユニットとを有する運転支援システムである。

第１の実施形態に係る撮像システムを用いた運転支援システムの概要を示す図。第１の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、図２（ａ）は撮像システムを側方から見た図、図２（ｂ）は撮像面を光軸方向から見た図。第１の光学系および第２の光学系の水平画角を示す図。第２の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、図４（ａ）は撮像システムを側方から見た図、図４（ｂ）は撮像面を光軸方向から見た図。第３の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、図５（ａ）は撮像システムを側方から見た図、図５（ｂ）は撮像面を光軸方向から見た図。第４の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、図６（ａ）は撮像システムを側方から見た図、図６（ｂ）は撮像面を光軸方向から見た図。第５の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、図７（ａ）は撮像システムを側方から見た図、図７（ｂ）は撮像面を光軸方向から見た図。第６の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、図８（ａ）は撮像システムを側方から見た図、図８（ｂ）は撮像面を光軸方向から見た図。第７の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、図９（ａ）は撮像システムを側方から見た図、図９（ｂ）は撮像面を光軸方向から見た図。第８の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、図１０（ａ）は撮像システムを側方から見た図、図１０（ｂ）は撮像面を光軸方向から見た図。

図１に、本発明の第１の実施形態に係る撮像システム１を用いた運転支援システム１００の概要を示している。この運転支援システム１００は、車両９０のルームミラー９１の裏側に取り付けられた撮像システム（撮像装置、車載カメラ）１と、撮像システム１により取得された画像データに基づいて車両９０の運転支援制御を行う制御ユニット８０とを備えている。

この撮像システム１は、車両９０の進行方向Ｘの路面、車線（白線）、前方車両、対向車両、歩行者、道路境界構造物などの物体を含む画像（画像情報）を取得し、取得した情報を含む画像データを制御ユニット８０に出力する。撮像システム１は、望遠視野の画像（望遠画像、第１の画角の画像）１１を結像する第１の光学系（望遠光学系）１０と、広角視野の画像（広角画像、第２の画角の画像）２１を結像する第２の光学系（広角光学系）２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像面３１を含む撮像ユニット（撮像素子、撮像チップ）３０とを備えている。望遠光学系１０および広角光学系２０は、鉛直方向２０１に並べて配置されている。広角光学系２０の上側（上方）２０１ａに配置された望遠光学系１０は、比較的狭い視野角（第１の画角）により遠方の車両、たとえば前方車両およびそのテールライトや対向車両およびそのヘッドライトなどと遠方の街灯などとを識別可能な鮮明な望遠画像１１として結像する。望遠光学系１０の下側（下方）２０１ｂに配置された広角光学系２０は、広い視野角（第２の画角）により車両９０に比較的近い周辺の路面、車線、歩行者などを広角画像２１として結像する。この撮像システム１においては、望遠光学系１０および広角光学系２０により異なる画角の画像を取得できるため、たとえば遠方の前方車両のテールライトと車両周辺の前方車両のテールライトとを同時に検出できる。

撮像ユニット３０は、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する縦長の撮像面３１を備えている。典型的な撮像ユニット３０は、望遠画像１１および広角画像２１を電気信号（画像データ）に変換可能なＣＣＤ（モノクロＣＣＤ）、ＣＭＯＳセンサーなどである。制御ユニット８０は、撮像システム１により取得された画角の異なる２つの画像データに基づいて、車両９０の運転者を支援する各種制御機能を含む。制御ユニット８０は、ＣＰＵやメモリなどのコンピュータとして汎用的な資源を含み、ＲＡＭなどのメモリに格納されたプログラム（プログラム製品）により運転支援制御の各種機能が実現される。本例の制御ユニット８０は、望遠画像データ１１ｄに基づいて車両９０の進行方向（前方）Ｘの光量（前方光量）を検出し、広角画像データ２１ｄに基づいて車両９０の周辺の光量（周辺光量）を検出することにより、車両９０のヘッドライト（前照灯）９２の発光強度を自動的に制御する機能（オートライト制御機能）８１を含む。なお、制御ユニット８０は、ロービームおよびハイビームを切り替え制御する機能、雨滴を検出することによりワイパーの駆動を切り替え制御する機能（オートワイパー制御機能）、路面の湿潤状態や上限速度表示（停止表示）、障害物、歩行者などの情報を検出することにより車両９０の運転者に対して音声や画像表示により注意を促す機能などを含んでいてもよい。

図２に、撮像システム１の概略構成を示しており、図２（ａ）は撮像システム１を側方から見た図、図２（ｂ）は撮像面３１を光軸方向２００から見た図である。この撮像システム１は、鉛直方向２０１に並列に配置された望遠光学系１０および広角光学系２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像ユニット３０とを備えている。

上側２０１ａの望遠光学系１０は、全体が２枚のレンズにより構成された光学レンズ系であり、光軸方向２００の物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、物体側２００ａに凸面Ｓ１１を向けたメニスカスタイプの樹脂製の負レンズ（第１の負レンズ）Ｌ１１と、両凸タイプのガラス製の正レンズ（第１の正レンズ）Ｌ１２とから構成されている。本例の光軸方向２００は、鉛直方向２０１に対し垂直な水平方向と一致している。

下側２０１ｂの広角光学系２０は、全体が２枚のレンズにより構成された光学レンズ系であり、光軸方向２００の物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、物体側２００ａに凸面Ｓ２１を向けたメニスカスタイプの樹脂製の負レンズ（第２の負レンズ）Ｌ２１と、両凸タイプのガラス製の正レンズ（第２の正レンズ）Ｌ２２とから構成されている。負レンズＬ２１の物体側２００ａには、望遠画像１１および広角画像２１の明るさをほぼ等しくするために絞りＳｔが配置されている。正レンズＬ１２および正レンズＬ２２の像側２００ｂには、カバーガラスＣＧを挟んで撮像ユニット３０が配置されている。望遠光学系１０は広角光学系２０よりもレンズ全長が長く、負レンズＬ１１は負レンズＬ２１よりも物体側２００ａにせり出すように配置されている。撮像ユニット３０は、鉛直方向２０１に対して長辺方向３０ｘが沿う（一致する）ように縦置きに配置された長方形状（縦長長方形状）の撮像面３１を備えている。

望遠光学系（第１の光学系）１０は、撮像面３１の下側２０１ｂの短辺（下端縁）４２よりも上側２０１ａの短辺（上端縁）４１に近接配置された第１の光軸１５と、光軸１５に対して軸対称な円形の結像領域を形成する第１のイメージサークル６０とを備えている。望遠光学系１０は、イメージサークル６０の外周円（外周縁、円周縁）６０ａが撮像面３１の上側２０１ａの二隅（二角）４６および４７に外接するように撮像面３１に対して配置されている。したがって、イメージサークル６０は、その一部が撮像面３１の上端縁４１と短辺方向３０ｙの両側（左右両側）の長辺（左端縁）４３および長辺（右端縁）４４とからはみ出すように結像されている。このため、撮像面３１の上端縁４１がイメージサークル６０の外周縁６０ａの内側に配置されることにより、撮像面３１の上端縁４１に沿って望遠画像１１を結像できる。したがって、撮像面３１の短辺方向３０ｙに対して望遠画像１１の水平方向１１ｘを一致させることができる。撮像面３１に結像された望遠画像１１は、上端縁４１を長辺とする横長長方形状の第１の領域６１と、第１の領域６１に対して下側２０１ｂに接続された半月形（弓形、ドーム形）状の第２の領域６２とを含む。このため、望遠画像１１から第１の領域６１を選択することにより、上端縁４１を長辺とする横長長方形状の望遠水平画像１１ａを取得できる。

広角光学系（第２の光学系）２０は、撮像面３１の上端縁４１よりも下端縁４２に近接配置された第２の光軸２５と、光軸２５に対して軸対称な円形の結像領域を形成する第２のイメージサークル７０とを備えている。第２のイメージサークル７０および第１のイメージサークル６０の大きさはほぼ等しい。広角光学系１０は、イメージサークル７０の外周円（外周縁、円周縁）７０ａが撮像面３１の下側２０１ｂの二隅（二角）４８および４９に外接するように撮像面３１に対して配置されている。したがって、イメージサークル７０は、その一部が撮像面３１の下端縁４２、左端縁４３および右端縁４４とからはみ出すように結像されている。このため、撮像面３１の下端縁４２がイメージサークル７０の外周縁７０ａの内側に配置されることにより、撮像面３１の下端縁４２に沿って広角画像２１を結像できる。したがって、撮像面３１の短辺方向３０ｙに対して広角画像２１の水平方向２１ｘを一致させることができる。撮像面３１に結像された広角画像２１は、下端縁４２を長辺とする横長長方形状の第１の領域７１と、第１の領域７１に対して上側２０１ａに接続された半月形状の第２の領域７２とを含む。このため、広角画像２１から第１の領域７１を選択することにより、下端縁４２を長辺とする横長長方形状の広角水平画像２１ａを取得できる。

この撮像システム１においては、縦置きの撮像面３１を短辺方向（横方向）３０ｙに利用することにより、縦長の撮像面３１から横長でアスペクト比が等しい望遠水平画像１１ａおよび広角水平画像２１ａを取得できる。したがって、縦長の１つの撮像面３１により、画角の異なる２つの水平画像１１ａおよび２１ａを取得可能な、コンパクトで低コストの撮像システム１を提供できる。さらに、第１および第２の光学系１０および２０は、互いのイメージサークル６０および７０が非接触となるように互いの光軸１５および２５を離して配置されている。このため、互いの光学系１０および２０が干渉することを抑制できる。さらに、望遠光学系１０が広角光学系２０よりも高い位置に配置されているため、路面に近い位置の物体などが映り込み、望遠画像１１の視野が遮られることを抑制できる。さらに、広角光学系２０が望遠光学系１０の下側２０１ｂに配置されているため、上側２０１ａの望遠光学系１０によりケラレる可能性がある領域を空などの車両上空に限定でき、車両周辺の路面などの領域が望遠光学系１０によりケラレることを抑制できる。

さらに、この撮像システム１においては、撮像面３１の上端縁４１がイメージサークル６０の内側に配置され、撮像面３１の下端縁４２がイメージサークル７０の内側に配置されている。このため、２つのイメージサークル６０および７０の画像の全てを取得する場合と比べて撮像面３１の長辺方向３０ｘのサイズを小型化（短縮化）できる。さらに、この撮像システム１においては、撮像面３１の２隅４６および４７がイメージサークル６０の外周縁６０ａに内接するように配置され、撮像面３１の２隅４８および４９がイメージサークル７０の外周縁７０ａに内接するように配置されている。このため、撮像面３１の４隅４６〜４９により２つのイメージサークル６０および７０から画角の異なる２つの画像１１および２１を切り取ることができる。したがって、長辺方向３０ｘに小型化された撮像面３１の長辺方向３０ｘの両端縁４１および４２と４隅４６〜４９を利用することにより、小型でありながら撮像面３１の利用効率（撮像効率）が高い撮像システム１を提供できる。

この撮像システム１においては、負レンズＬ１１の焦点距離ｆ１１と、望遠光学系１０の合成焦点距離ｆｔと、負レンズＬ２１の焦点距離ｆ２１と、広角光学系２０の合成焦点距離ｆｗとが以下の条件（１）および（２）を満たすように設計されている。
３．０＜｜ｆ１１｜／ｆｔ＜１０．０・・・・・（１）
７．５＜｜ｆ２１｜／ｆｗ＜２０．０・・・・・（２）

この撮像システム１においては、条件（１）により、負レンズＬ１１のパワーを望遠光学系１０の全体のパワーに対して弱くし、条件（２）により、負レンズＬ２１のパワーを広角光学系２０の全体のパワーに対してさらに弱くすることにより、車載用カメラとして要求される温度環境下において諸収差が良好に補正された望遠画像１１および広角画像２１を結像できる。条件（１）の上限は、８．０であることが望ましく、６．０であることがさらに望ましい。また、条件（１）の下限は、４．０であることが望ましい。条件（２）の上限は、１５．０であることが望ましく、１０．０であることがさらに望ましい。また、条件（２）の下限は、８．５であることが望ましい。

図３に、望遠光学系１０および広角光学系２０の水平画角を示している。この撮像システム１においては、望遠光学系１０の水平画角θｔと、広角光学系２０の水平画角θｗとが以下の条件（３）および（４）を満たすように設計されている。
２．５＜θｗ／θｔ＜５．０・・・・・（３）
３５°＜θｗ＜５０° ・・・・・（４）

この撮像システム１においては、望遠光学系１０の水平画角θｔが１４．５°、広角光学系２０の水平画角θｗが４０°に設計されている。

なお、この撮像システム１においては、負レンズＬ１１および負レンズＬ２１を共通の形状とすることもできる。また、絞りＳｔは負レンズＬ２１および正レンズＬ２２の間や正レンズＬ２２の像側２００ｂに配置することもでき、望遠光学系１０においても広角光学系２０と同様の位置に絞りを配置してもよい。以降の実施形態においても同様である。

図４に、第２の実施形態に係る撮像システム２の概略構成を示しており、図４（ａ）は撮像システム２を側方から見た図、図４（ｂ）は撮像面３１を光軸方向２００から見た図である。この撮像システム２も、鉛直方向２０１に並列に配置された望遠光学系１０および広角光学系２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像ユニット３０とを備えている。なお、上記の実施形態と共通の構成については、共通の符号を付して説明を省略する。以降の実施形態においても同様である。

上側２０１ａの望遠光学系１０は、全体が３枚のレンズにより構成された光学レンズ系であり、光軸方向２００の物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、物体側２００ａに凸面Ｓ１１を向けたメニスカスタイプのガラス製の正レンズＬ１１と、物体側２００ａに凸面Ｓ１３を向けたメニスカスタイプの樹脂製の正レンズＬ１２と、像側２００ｂに凸面Ｓ１６を向けたメニスカスタイプの樹脂製の負レンズＬ１３とから構成されている。

下側２０１ｂの広角光学系２０は、全体が３枚のレンズにより構成された光学レンズ系であり、光軸方向２００の物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、像側２００ｂに凸面Ｓ２２を向けたメニスカスタイプの樹脂製の正レンズＬ２１と、両凸タイプのガラス製の正レンズＬ２２と、両凹タイプの樹脂製の負レンズＬ２３とから構成されている。負レンズＬ１３および負レンズＬ２３の像側２００ｂには、カバーガラスＣＧを挟んで縦長長方形状の撮像面３１が配置されている。この撮像システム２においても、縦置きの撮像面３１を短辺方向（横方向）３０ｙに利用することにより、縦長の撮像面３１から横長でアスペクト比が等しい望遠水平画像１１ａおよび広角水平画像２１ａを取得できる。

この撮像システム２においては、ガラス製の正レンズＬ１１および正レンズＬ２２のそれぞれの焦点距離ｆｇと、樹脂製の正レンズＬ１２および正レンズＬ２１のそれぞれの焦点距離ｆｐｐと、樹脂製の負レンズＬ１３および負レンズＬ２３のそれぞれの焦点距離ｆｐｎと、望遠光学系１０および広角光学系２０のそれぞれの合成焦点距離ｆとが以下の条件（５）および（６）を満たすように設計されている。
０＜｜ｆｐｎ｜／ｆｐｐ＜０．６・・・・・（５）
１．５０＜（ｆｇ／ｆ）＋（｜ｆｐｎ｜／ｆｐｐ）＜１．６５・・・・・（６）

この撮像システム２においては、条件（５）により、樹脂製の正レンズＬ１２およびＬ２１のそれぞれのパワーを樹脂製の負レンズＬ１３およびＬ２３のそれぞれのパワーに対して弱くし、条件（６）により、望遠光学系１０および広角光学系２０のそれぞれの全体のパワーをガラス製の正レンズＬ１１およびＬ２２のそれぞれのパワーに対して弱くすることにより、車載用カメラとして要求される温度環境下において諸収差がさらに良好に補正された望遠画像１１および広角画像２１を結像できる。条件（５）の上限は、０．５であることが望ましく、０．４であることがさらに望ましい。また、条件（５）の下限は、０．１であることが望ましい。条件（６）の上限は、１．６３であることが望ましく、１．６０であることがさらに望ましい。また、条件（６）の下限は、１．５３であることが望ましく、１．５５であることがさらに望ましい。したがって、縦長の１つの撮像面３１により、諸収差が良好に補正された２つの水平画像１１ａおよび２１ａを取得可能な、コンパクトで高性能な撮像システム２を提供できる。

図５に、第３の実施形態に係る撮像システム３の概略構成を示しており、図５（ａ）は撮像システム３を側方から見た図、図５（ｂ）は撮像面３１を光軸方向２００から見た図である。この撮像システム３も、鉛直方向２０１に並列に配置された望遠光学系１０および広角光学系２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像ユニット３０とを備えている。

この撮像システム３においては、上側２０１ａのイメージサークル６０の円周縁６０ａと下側２０１ｂのイメージサークル７０の円周縁７０ａとが互いに接するように、望遠光学系１０および広角光学系２０が撮像面３１に対して配置されている。さらに、上下のイメージサークル６０および７０の大きさ（直径）はほぼ等しい。このため、イメージサークル６０および７０を、互いのイメージサークル６０および７０が干渉しない範囲で最大化できる。したがって、縦長の１つの撮像面３１により撮像される望遠画像１１および広角画像２１のサイズを拡大できる。この撮像システム３においては、下端縁４２を長辺とする横長長方形状の第１の領域７１と、第１の領域７１に対して上側２０１ａに接続された半月形状の第２の領域７２とを含む広角画像２１を取得している。このため、第１の領域７１よりも上側２０１ａに広がった第２の領域７２により、いっそう車両に近い範囲の路面や車線などの画像データを取得できる。したがって、縦長の１つの撮像面３１により、画像サイズを均等に大型化した２つの水平画像１１ａおよび２１ａを取得可能な撮像システム３を提供できる。

図６に、第４の実施形態に係る撮像システム４の概略構成を示しており、図６（ａ）は撮像システム４を側方から見た図、図６（ｂ）は撮像面３１を光軸方向２００から見た図である。この撮像システム４も、鉛直方向２０１に並列に配置された望遠光学系１０および広角光学系２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像ユニット３０とを備えている。

この撮像システム４においても、上側２０１ａのイメージサークル６０の円周縁６０ａと下側２０１ｂのイメージサークル７０の円周縁７０ａとが互いに接するように、望遠光学系１０および広角光学系２０が撮像面３１に対して配置されている。撮像システム４においては、イメージサークル６０の大きさがイメージサークル７０の大きさよりも大きくなるように形成されている。このため、望遠画像１１のサイズを広角画像２１のサイズに比べて大型化でき、さらに、広角画像２１よりも縦長の望遠画像１１を取得できる。したがって、いっそう広い範囲の高精細な望遠画像１１を取得できる。さらに、この撮像システム４においては、広角光学系２０が望遠光学系１０の下側２０１ｂに配置されており、互いのイメージサークル６０および７０が干渉しない範囲で上側２０１ａのイメージサークル６０を大型化している。このため、イメージサークル６０を大型化するために望遠光学系１０のレンズ全長をいっそう長大化したり、望遠光学系１０のレンズ径を大型化したりしても、上側２０１ａの望遠光学系１０によりケラレる可能性がある領域を空などの比較的重要でない領域に限定できる。したがって、縦長の１つの撮像面３１により、高画質な望遠画像１１と路面領域のケラレを抑制した広角画像２１とを取得可能な撮像システム４を提供できる。

図７に、第５の実施形態に係る撮像システム５の概略構成を示しており、図７（ａ）は撮像システム５を側方から見た図、図７（ｂ）は撮像面３１を光軸方向２００から見た図である。この撮像システム５も、鉛直方向２０１に並列に配置された望遠光学系１０および広角光学系２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像ユニット３０とを備えている。

この撮像システム５においては、上側２０１ａのイメージサークル６０と下側２０１ｂのイメージサークル７０とが重なるように、すなわち互いの円周縁６０ａおよび７０ａが交わるように、望遠光学系１０および広角光学系２０が撮像面３１に対して配置されている。このため、イメージサークル６０の半月形状の第２の領域６２とイメージサークル７０の半月形状の第２の領域７２とが重なった第３の領域５０が形成されている。この撮像システム５においては、第３の領域５０を避けるようにそれぞれの第１の領域６１および７１を選択することにより、縦長の撮像面３１から長方形状の望遠水平画像１１ａおよび広角水平画像２１ａを取得できる。このため、互いの第１の領域（撮像領域）６１および７１に干渉しない範囲でイメージサークル６０および７０を大型化できる。したがって、イメージサークル６０および７０のサイズに対して撮像面３１のサイズを相対的に小型化できる。さらに、この撮像システム５においても、広角光学系２０が望遠光学系１０の下側２０１ｂに配置されているため、上側２０１ａの望遠光学系１０によりケラレる可能性がある領域を空などの領域に限定でき、実用上の弊害を抑制できる。したがって、さらに小型で撮像面３１により、画角の異なる２つの水平画像１１ａおよび２１ａを取得可能な、いっそう低コストの撮像システム５を提供できる。

図８に、第６の実施形態に係る撮像システム６の概略構成を示しており、図８（ａ）は撮像システム６を側方から見た図、図８（ｂ）は撮像面３１を光軸方向２００から見た図である。この撮像システム６も、鉛直方向２０１に並列に配置された望遠光学系１０および広角光学系２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像ユニット３０とを備えている。

望遠光学系１０は、物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、物体側２００ａに凸面Ｓ１１を向けた平凸タイプの正レンズＬ１１と、両凹タイプの負レンズＬ１２と、両凸タイプの正レンズＬ１３と、第１の光学ユニット（第２の光学素子）１１０とから構成されている。第１の光学ユニット１１０の像側２００ｂにはカバーガラスＣＧを挟んで縦長長方形状の撮像面３１が配置されている。望遠光学系１０の各レンズ（第１の光学素子）Ｌ１１〜Ｌ１３は撮像面３１に対し、光軸１５が撮像面３１の上端縁４１よりも上側２０１ａの位置Ｐａに位置するように配置されている。なお、本明細書において、上側２０１ａの位置Ｐａとは撮像面３１の真上および斜め上方を含む概念である。

広角光学系２０は、物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、両凹タイプの負レンズＬ２１と、両凸タイプの正レンズＬ２２と、２枚貼合の接合レンズ（バルサムレンズ）ＬＢと、両凸タイプの正レンズＬ２５とから構成されている。接合レンズＬＢは、物体側２００ａから順に配置された、両凸タイプの正レンズＬ２３と、両凹タイプの負レンズＬ２４とから構成されている。接合レンズＬＢの物体側２００ａには絞りＳｔが配置されている。

第１の光学ユニット（第２の光学素子）１１０は、全体が２枚のミラー（平面鏡）Ｍ１およびＭ２により構成された反射光学系であり、望遠光学系１０のレンズ（第１の光学素子）Ｌ１１〜Ｌ１３を通過した中心軸光（光軸）１５を下方２０１ｂへ向けて直角に曲げる第１の反射面１１１と、第１の反射面１１１により曲げられた光軸１５を撮像面３１の第１の位置Ｐ１へ向けて直角に曲げる第２の反射面１１２とから構成されている。この撮像システム６においては、望遠光学系１０の光路を撮像面３１の上端縁４１よりも上側２０１ａの位置Ｐａから撮像面３１の第１の位置Ｐ１へ向けてクランク状に折り曲げて導くことができる。したがって、撮像面３１の鉛直方向２０１の距離ｄ１を長くする（変える）ことなく、距離ｄ１に対し、望遠光学系１０および広角光学系２０の間隔（光軸１５および２５の間の距離）ｄ２を長く（広く）できる。このため、撮像面３１を長手方向に大型化することなく、望遠光学系１０を広角光学系２０に対し鉛直方向２０１に離して配置できる。したがって、望遠光学系１０のレンズと広角光学系２０のレンズとが物理的に干渉して配置できない、あるいは、望遠光学系１０の光路と広角光学系２０の光路とが光学的に干渉する（重なる）といった問題を未然に防止することができる。

さらに、この撮像システム６においては、バックフォーカスが長くなりやすい望遠光学系１０の最も像側２００ｂに第１の光学ユニット１１０が配置されている。このため、望遠光学系１０のバックフォーカスを、撮像面３１に対し垂直な水平方向２００だけでなく、撮像面３１に対し平行な鉛直方向２０１に配置できる。したがって、望遠光学系１０を広角光学系２０に対し遠ざけるとともに、望遠光学系１０を撮像面３１に対し近付けて配置できる。このため、撮像面３１の鉛直方向２０１のサイズを小型化したまま、望遠光学系１０の水平方向２００の光路長を広角光学系１０の水平方向２００の光路長と同程度に短縮化できる。このため、光線のケラレを抑制可能で、かつ全体が水平方向２００にコンパクトにレイアウトされた撮像システム６を提供できる。

図９に、第７の実施形態に係る撮像システム７の概略構成を示しており、図９（ａ）は撮像システム７を側方から見た図、図９（ｂ）は撮像面３１を光軸方向２００から見た図である。この撮像システム７も、鉛直方向２０１に並列に配置された望遠光学系１０および広角光学系２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像ユニット３０とを備えている。

望遠光学系１０は、物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、物体側２００ａに凸面Ｓ１１を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１１と、物体側２００ａに凸面Ｓ１３を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１２と、物体側２００ａに凸面Ｓ１５を向けた平凸タイプの正レンズＬ１３と、第１の光学ユニット（第２の光学素子）１１０とから構成されている。第１の光学ユニット１１０の像側２００ｂにはカバーガラスＣＧを挟んで縦長長方形状の撮像面３１が配置されている。望遠光学系１０の各レンズ（第１の光学素子）Ｌ１１〜Ｌ１３は撮像面３１に対し、光軸１５が撮像面３１の上端縁４１よりも上側２０１ａの位置Ｐａに位置するように配置されている。

広角光学系２０は、物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、物体側２００ａに凸面Ｓ２１を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ２１と、両凸タイプの正レンズＬ２２と、両凸タイプの正レンズＬ２３と、両凹タイプの負レンズＬ２４と、両凸タイプの正レンズＬ２５とから構成されている。正レンズＬ２３の物体側２００ａには絞りＳｔが配置されている。

第１の光学ユニット（第２の光学素子）１１０は、側方視平行四辺形状（台形状）のプリズム（ロンボイドプリズム）Ｐｒ１により構成された反射光学系であり、望遠光学系１０のレンズ（第１の光学素子）Ｌ１１〜Ｌ１３を通過した中心軸光（光軸）１５を下方２０１ｂへ向けて直角に曲げる第１の反射面１１１と、第１の反射面１１１により曲げられた光軸１５を撮像面３１の第１の位置Ｐ１へ向けて直角に曲げる第２の反射面１１２とから構成されている。

この撮像システム７においても、望遠光学系１０の光路を撮像面３１の上端縁４１よりも上側２０１ａの位置Ｐａから撮像面３１の第１の位置Ｐ１へ向けてクランク状に折り曲げて導くことができる。このため、撮像面３１を長手方向に大型化することなく、望遠光学系１０を広角光学系２０に対し鉛直方向２０１に離して配置できる。この望遠光学系１０においては、正レンズＬ１３の像側２００ｂにガラス製のプリズムＰｒ１を配置することによりバックフォーカスを長くすることができる。したがって、互いの光学系１０および２０の間隔ｄ２を広く確保しやすく、望遠光学系１０を構成するレンズの有効径を大きくした場合であっても光学系同士の干渉や光線のケラレを抑制できる。さらに、この撮像システム７においては、２つの反射面１１１および１１２が形成されたプリズムＰｒ１を配置することにより光軸１５を撮像面３１の第１の位置Ｐ１に精度よく導くことができる。したがって、２枚のミラーを用いて互いの反射面が光軸１５を直角に２回折り曲げるように組み込む場合と比べて位置合わせが容易で製造効率を向上できる。

図１０に、第８の実施形態に係る撮像システム８の概略構成を示しており、図１０（ａ）は撮像システム８を側方から見た図、図１０（ｂ）は撮像面３１を光軸方向２００から見た図である。この撮像システム８も、鉛直方向２０１に並列に配置された望遠光学系１０および広角光学系２０と、望遠画像１１および広角画像２１を撮像する撮像ユニット３０とを備えている。

望遠光学系１０は、撮像システム７と共通の構成であるため、説明を省略する。望遠光学系１０の各レンズ（第１の光学素子）Ｌ１１〜Ｌ１３は撮像面３１に対し、光軸１５が撮像面３１の上端縁４１よりも上側２０１ａの位置Ｐａに位置するように配置されている。

広角光学系２０は、物体側２００ａから像側２００ｂに向けて順に、物体側２００ａに凸面Ｓ２１を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ２１と、像側２００ｂに凸面Ｓ２４を向けた平凸タイプの正レンズＬ２２と、像側２００ｂに凸面Ｓ２６を向けた平凸タイプの正レンズＬ２３と、両凹タイプの負レンズＬ２４と、両凸タイプの正レンズＬ２５と、第２の光学ユニット（第４の光学素子）１２０とから構成されている。正レンズＬ２３の物体側２００ａには絞りＳｔが配置されている。第２の光学ユニット１２０の像側２００ｂにはカバーガラスＣＧを挟んで縦長長方形状の撮像面３１が配置されている。広角光学系２０の各レンズ（第３の光学素子）Ｌ２１〜Ｌ２５は撮像面３１に対し、光軸２５が撮像面３１の下端縁４２よりも下側２０１ｂの位置Ｐｂに位置するように配置されている。なお、本明細書において、下側２０１ｂの位置Ｐｂとは撮像面３１の真下および斜め下方を含む概念である。

第１の光学ユニット（第２の光学素子）１１０は、プリズムＰｒ１により構成された反射光学系であり、撮像システム７と共通の構成であるため、説明を省略する。第２の光学ユニット（第４の光学素子）１２０は、プリズムＰｒ１を上下反転させた形状のプリズム（ロンボイドプリズム）Ｐｒ２により構成された反射光学系であり、広角光学系２０のレンズ（第３の光学素子）Ｌ２１〜Ｌ２５を通過した中心軸光（光軸）２５を上方２０１ａへ向けて直角に曲げる第１の反射面１２１と、第１の反射面１２１により曲げられた光軸２５を撮像面３１の第２の位置Ｐ２へ向けて直角に曲げる第２の反射面１２２とから構成されている。この広角光学系２０においては、正レンズＬ２５の像側２００ｂにガラス製のプリズムＰｒ２を配置することによりバックフォーカスを長くすることができる。このため、互いの光学系１０および２０の水平方向２００の光路長を揃えやすい。

この撮像システム８においては、望遠光学系１０の光路を撮像面３１の上端縁４１よりも上側２０１ａの位置Ｐａから撮像面３１の第１の位置Ｐ１へ向けてクランク状に折り曲げて導くことができ、さらに、広角光学系２０の光路を撮像面３１の下端縁４２よりも下側２０１ｂの位置Ｐｂから撮像面３１の第２の位置Ｐ２へ向けてクランク状に折り曲げて導くことができる。したがって、撮像面３１の長手方向の距離ｄ１に対し、望遠光学系１０および広角光学系２０の間隔ｄ２をさらに広げることができる。このため、イメージサークル６０および７０を大型化させた場合であっても、一方の光学系の光線が他方の光学系によりケラレることを確実に抑制できる。さらに、互いのプリズムＰｒ１およびＰｒ２は上下に１８０°反転させた配置となっているため、一方の光学系の光線が他方の光学系の側のプリズムと干渉することも抑制できる。したがって、プリズムＰｒ１の下端部および／またはプリズムＰｒ２の上端部をカットする必要がなく、製造効率を向上できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に規定されたものを含む。たとえば、撮像面３１の上端縁４１および下端縁４２は、イメージサークル６０および７０の少なくとも内側に配置されていればよく、上端縁４１および下端縁４２の一部がイメージサークル６０および７０からはみ出ていてもよい。すなわち、イメージサークル６０は、外周縁６０ａが撮像面３１の２隅４６および／または４７に外接していなくてもよく、イメージサークル７０は、外周縁７０ａが撮像面３１の２隅４８および／または４９に外接していなくてもよい。また、本発明に係る撮像システムは車載用に限定されず、種々の用途に用いることができる。

１、２、３、４、５、６、７、８撮像システム
１０第１の光学系、２０第２の光学系、３０撮像ユニット、３１撮像面
１００運転支援システム

Claims

長辺方向が鉛直方向に沿って配置される長方形状の撮像面を含む撮像ユニットと、
前記撮像面の短辺方向に対し、第１の画角の第１の画像の水平方向が一致するように前記第１の画像を前記撮像面の上側の短辺に沿って結像する第１の光学系であって、前記第１の画像を含む第１のイメージサークルを結像する第１の光学系と、
前記撮像面の短辺方向に対し、前記第１の画角とは異なる第２の画角の第２の画像の水平方向が一致するように前記第２の画像を前記撮像面の下側の短辺に沿って結像する第２の光学系であって、前記第２の画像を含む第２のイメージサークルを結像する第２の光学系とを有し、前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の画像が前記第２のイメージサークルを避けて結像され、前記第２の画像が前記第１のイメージサークルを避けて結像されるように配置されている撮像システム。
請求項１において、
前記第１の光学系は、光軸が前記撮像面よりも上側の位置に位置するように配置された第１の光学素子と、
光路を前記上側の位置から前記撮像面の第１の位置へ向けて導く第２の光学素子とを含む、撮像システム。
請求項１または２において、
前記第２の光学系は、光軸が前記撮像面よりも下側の位置に位置するように配置された第３の光学素子と、
光路を前記下側の位置から前記撮像面の第２の位置へ向けて導く第４の光学素子とを含む、撮像システム。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第１の光学系は望遠光学系であり、前記第２の光学系は広角光学系である、撮像システム。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記第１の光学系は、物体側から順に、前記物体側に凸面を向けたメニスカスタイプの樹脂製の第１の負レンズと、両凸タイプのガラス製の第１の正レンズとから構成され、
前記第２の光学系は、物体側から順に、前記物体側に凸面を向けたメニスカスタイプの樹脂製の第２の負レンズと、両凸タイプのガラス製の第２の正レンズとから構成され、
前記第１の負レンズの焦点距離ｆ１１と、前記第１の光学系の合成焦点距離ｆｔと、前記第２の負レンズの焦点距離ｆ２１と、前記第２の光学系の合成焦点距離ｆｗとが以下の条件を満たす、撮像システム。
３．０＜｜ｆ１１｜／ｆｔ＜１０．０
７．５＜｜ｆ２１｜／ｆｗ＜２０．０
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記第１の光学系の水平画角θｔと、前記第２の光学系の水平画角θｗとが以下の条件を満たす、撮像システム。
２．５＜θｗ／θｔ＜５．０
３５°＜θｗ＜５０°
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１のイメージサークルと、前記第２のイメージサークルとが互いに非接触となるように配置されている、撮像システム。
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１のイメージサークルと、前記第２のイメージサークルとが互いに接するように配置されている、撮像システム。
請求項１ないし８のいずれかに記載の撮像システムと、
前記第１の画像および前記第２の画像を含む画像データに基づいて車両の運転支援制御を行う制御ユニットとを有する運転支援システム。