JP7134925B2

JP7134925B2 - ステレオカメラ

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Publication number: JP7134925B2
Application number: JP2019125786A
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Inventors: 和良山崎; 利樹石井
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Current assignee: Hitachi Ltd
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Filing date: 2019-07-05
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Description

本発明は、ステレオカメラに関する。

被写体を複数の異なる方向から同時に撮影し、これにより被写体までの距離等の情報を取得可能とされたステレオカメラが知られており、例えば自動車における自動運転、自動ブレーキ、自動追従等のためのカメラとしての開発が進められている。

自動車において完全自動運転を実現するためには、自車の周囲の広い範囲において、高速で移動する物体を正確に認識し、また測距する必要がある。例えば、時速７０ｋｍ／ｈで移動する物体（例えばオートバイ）を自動車前端のセンサで認識する場合、０．０６°／ｐｉｘｅｌの角度分解能の撮像と、距離１００ｍで１０％の測距制度が必要と想定される。

このような要求に関し、既存のＬｉＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）やミリ波レーダは、周囲の正確な認識のためにはカメラを併用する必要があるという問題がある。またスキャン型の検出装置の場合、可動部が必要となることから高価であり、応答速度も十分でないという問題がある。

従来のステレオカメラでは、通常２台のイメージセンサを視差に応じた間隔だけ離間させて搭載する必要があり、自動運転車両のコストの増大及び大型化の要因となっていた。また、大型であるため自動車左右前端に配置することが困難であり、また広角のセンシングも困難であるという問題がある。

このように、ステレオカメラを自動運転車両に搭載する場合において、高精度で且つ広角のセンシングが可能であり、しかも小型なステレオカメラが求められている。

特許第４３８８５３０号公報

本発明は、高精度で且つ広角のセンシングが可能であり、しかも小型なステレオカメラを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るステレオカメラは、第１方向に凸である曲面である第１反射面を有し、第１頂点を有し、且つ第１扇形形状を有する第１ミラーと、前記第１方向とは反対の第２方向に凸である第２反射面を有し、前記第１頂点と対向する第２頂点を有し、且つ第２扇形形状を有する第２ミラーと、被写体から発して前記第１反射面で反射された後、更に第２反射面で反射される第１の光、及び被写体から発して前記第２反射面で反射する第２の光を結像させる結像光学系と、前記第１の光及び前記第２の光を前記結像光学系を介して受光するイメージセンサとを備える。前記第２ミラーは、内側ミラーと、前記内側ミラーよりも外周側に位置し前記内側ミラーとは円錐定数が異なる外側ミラーとを含む。前記第１扇形形状及び前記第２扇形形状の内角は１８０°以上である。更に前記イメージセンサは、その中心位置が前記結像光学系の光軸に対しずれた位置に配置されると共に、前記イメージセンサの受光面の短辺と、前記第１扇形形状又は前記第２扇形形状の画像の中心線とが略平行となるように配置される。

本発明によれば、高精度で且つ広角のセンシングが可能であり、しかも小型なステレオカメラ、及びステレオカメラ一体型ヘッドライトユニットを提供することができる。

第１の実施の形態に係るステレオカメラ１０１の構造を説明する概略斜視図である。上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３（内側双曲面ミラー１０３Ａ、外側双曲面ミラー１０３Ｂ）について更に詳細に説明する概略図である。結像光学系１０４、及びイメージセンサ１０５の位置関係に関し説明する概略図である。中心位置ＣＰ１が光軸Ｏｘ２と略一致している場合における、イメージセンサ１０５の受光状態の一例である。中心位置ＣＰ１が光軸Ｏｘ２からずれた位置とされている場合における、イメージセンサ１０５の受光状態の一例である。ステレオカメラ１０１の垂直方向の画角δと、解像度との関係を示すグラフである。結像光学系１０４の画角θと、像高Ｈｒとの関係を示すグラフである。内側双曲面ミラー１０３Ａ及び外側双曲面ミラー１０３Ｂの構造及びその効果について説明する概略図である。第２の実施の形態に係るステレオカメラ１０１の構造を説明する概略斜視図である。

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

[第１の実施の形態]
図１を参照して、第１の実施の形態に係るステレオカメラ１０１を、説明する。このステレオカメラ１０１は、一例として、上側双曲面ミラー１０２、下側双曲面ミラー１０３、結像光学系１０４、イメージセンサ１０５から構成される。また、ステレオカメラ１０１は距離情報を生成するための距離算出部１１７、およびシステムの駆動・制御を行う駆動制御部１１８につながっている。結像光学系１０４、及びイメージセンサ１０５は、一対の双曲面ミラー（上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３）に対し各１個ずつあれば足りる。単一のイメージセンサ１０５により被写体の３次元空間での位置の情報を把握することができるので、２個のイメージセンサが必要な従来のステレオカメラに比べコストの低減を図ることができる。

上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３は、一体として双曲面ミラーを構成する。上側双曲面ミラー１０２は、下方向（Ｚ軸の負の方向（第１方向））に凸な上側双曲面に沿った形状を備えており、一方、下側双曲面ミラーは、逆に上方向（Ｚ軸の正の方向（第２方向））に凸な下側双曲面に沿った形状を有している。換言すれば、上側双曲面ミラー１０２の頂点と、下側双曲面ミラー１０３の頂点とが対向し、中心軸Ｏｘが一致するよう、上側双曲面ミラー１０２及び下側双曲面ミラー１０３が配置されている。図１の例では、上側双曲面ミラー１０２が上側に、下側双曲面ミラー１０３が下側に配置されているが、この上下の位置関係を反対にすることも可能である。

下側双曲面ミラー１０３は、更に内側双曲面ミラー１０３Ａと、外側双曲面ミラー１０３Ｂとに分割されている。内側双曲面ミラー１０３Ａは、双曲面の頂点を含む位置に配置され、外側双曲面ミラー１０３Ｂは、この内側双曲面ミラー１０３の外縁よりも外周側に配置されている。内側双曲面ミラー１０３及び外側双曲面ミラー１０３Ｂは、その中心軸Ｏｘを共通にしている。また、内側双曲面ミラー１０３Ａと、外側双曲面ミラー１０３Ｂは、互いに異なる円錐定数を備える。また、両者はその境界において段差を有し、内側双曲面ミラー１０３Ａが外側双曲面ミラー１０３Ｂに比べて上側に突出している。

上側双曲面ミラー１０２は、双曲面の全周（３６０°）に亘って反射面を有しておらず、１８０°以上３６０°未満の内角θ１を有する扇形形状（第１扇形形状）に切り欠かれている。同様に、上側双曲面ミラー１０３も、双曲面の全周（３６０°）に亘って反射面を有しておらず、１８０°以上３６０°未満の内角θ２を有する扇形形状（第２扇形形状）に切り欠かれている。内角θ１、θ２は、ステレオカメラ１０１の水平画角に応じた角度に設定される。

このような扇形形状を有することにより、イメージセンサ１０５の解像度を向上させることができ、結果としてステレオカメラの距離計測の精度を向上させることができる。この点については後述する。なお、ここにいう扇形形状は、円の一部をその半径に沿って直線的に切り欠いた形状に限定されるものではない。例えば、図１に示すように、頂点付近の反射面が切り欠かれた形状も、ここに言う扇形形状に含まれる。また、以下では、内角θ１、及びθ２は同一の値であるとして説明をするが、両者は異なった値であってもよい。

ステレオカメラ１０１は、被写体からの光を所定の水平画角の範囲で双曲面ミラー（上側双曲面ミラー１０２及び下側双曲面ミラー１０３）により反射させ、これにより被写体までの距離の情報を取得することを可能にしている。具体的には、被写体からの第１の光Ｒ１が、上側双曲面ミラー１０２で反射した後、更に下側双曲面ミラー１０３（内側双曲面ミラー１０３Ａ）で反射し、その後結像光学系１０４を介してイメージセンサ１０５に入射される。また、被写体からの、第１の光Ｒ１とは異なる第２の光Ｒ２が、下側双曲面ミラー１０３（外側双曲面ミラー１０３Ｂ）で反射され、結像光学系１０４を介してイメージセンサ１０５に入射される。このように、第１の光Ｒ１、第２の光Ｒ２が、異なる方向からイメージセンサ１０５上の異なる箇所に入射されることで、被写体までの距離等が演算可能となる。

結像光学系１０４は、１枚以上のレンズの組合せにより構成され、好適には上側双曲面ミラー１０２及び下側双曲面ミラー１０３の頂点を結ぶ直線上に配置され得る。

イメージセンサ１０５は、例えば、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ、又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサにより構成され、駆動制御部１１８からの制御に従い、結像光学系１０４を介して受光された光に基づき画像信号を生成し、距離算出部１１７に出力するよう構成される。

駆動制御部１１８は、距離算出部１１７から出力された距離情報を基に車両の制御を行う。車両制御は例えば、衝突被害軽減ブレーキや車線逸脱防止支援などを含む。距離算出部１１７は、供給された出力画像に基づき、被写体の３次元位置情報を生成する。具体的に距離算出部１１７は、第１の光Ｒ１及び第２の光Ｒ２に基づく画像信号を解析することにより、被写体の三次元的な位置又は距離を演算する。三次元画像情報は、ステレオカメラ１０１が搭載される自動車のＥＣＵ(Electronic Control Unit)に供給してもよいし、外部のサーバに図示しない通信制御部を介して送信してもよい。

次に、図２を参照して、上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３（内側双曲面ミラー１０３Ａ、外側双曲面ミラー１０３Ｂ）について更に詳細に説明する。

上側双曲面ミラー１０２、内側双曲面ミラー１０３Ａ、及び外側双曲面ミラー１０３Ｂの各々の双曲面は、次の［数１］によって表される２次曲面より規定され得る。円錐定数κが－１よりも小さい場合に、２次曲面は双曲面となる。内側双曲面ミラー１０３Ａの円錐定数κの絶対値は、外側双曲面ミラー１０３Ｂの円錐定数κの絶対値よりも大きい値に設定されている。

ここで、［数１］におけるｚ（ｒ）は光軸上の頂点を原点とする光軸方向の面のサグ量である。ｃは光軸上の曲率（軸上曲率）を示し、ｒは光軸からの半径座標を示している。

一般に、双曲面は２つの焦点を有し、その座標は、面頂点を基準として次式［数２］によって表される。

なお、双曲面の内側にある焦点の座標は、［数２］の±が＋である場合のｆにより表される。また、［数２］において、双曲面の外側にある焦点の座標は、±が－である場合のｆにより表される。以下、双曲面の内側にある焦点を「第１焦点」と称し、双曲面の外側にある焦点を「第２焦点」と称する。

上側双曲面ミラー１０２と内側双曲面ミラー１０３Ａとは、上側双曲面ミラー１０２の第２焦点ＦＰｕ２が、内側双曲面ミラー１０３Ａの第１焦点ＦＰｄｉ１と略一致するように配置されている。なお、外側双曲面ミラー１０３Ｂの第１焦点ＦＰｄｏ１は、第２焦点ＦＰｕ２及び第１焦点ＦＰｄｉ１は、略一致する必要はないが、その近傍となるよう、外側双曲面ミラー１０３Ｂを配置することが好適である。

また、内側双曲面ミラー１０３Ａと外側双曲面ミラー１０３Ｂとは、外側双曲面ミラー１０３Ｂの第２焦点ＦＰｄｏ２が、内側双曲面ミラー１０３Ａの第２焦点ＦＰｄｉ２と略一致するよう配置されている。この第２焦点ＦＰｄｏ２及び第２焦点ＦＰｄｉ２の位置に結像光学系１０４が配置されている。なお、上側双曲面ミラー１０２の第１焦点ＦＰｕ１は、第２焦点ＦＰｄｏ２及び第２焦点ＦＰｄｉ２の位置と略一致していてもよいが、その近傍、具体的には第２焦点ＦＰｄｏ２及び第２焦点ＦＰｄｉ２の位置よりも上方に位置していることが好適である。

上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３が上記の位置関係とされていることにより、被写体から第１焦点ＦＰｕ１に向かう第１の光Ｒ１は、上側双曲面ミラー１０２で反射された後、第２焦点ＦＰｕ２に向かう。第２焦点ＦＰｕ２と第１焦点ＦＰｄｉ１が略一致していることから、内側双曲面ミラー１０３Ａで反射された光は、第２焦点ＦＰｄｉ２（第２焦点ＦＰｄｏ２）に向けて集光される。この光が結像光学系１０４を介してイメージセンサ１０５に入射される。

また、被写体から第１焦点ＦＰｄｏ１に向かう第２の光Ｒ２は、外側双曲面ミラー１０３Ｂで反射された後、第２焦点ＦＰｄｏ２（第２焦点ＦＰｄｉ２）に向かう。第２の光Ｒ２は、第１の光Ｒ１とは異なる入射角度で結像光学系１０４に入射し、これにより第２の光Ｒ２は、イメージセンサ１０５の受光面において、第１の光Ｒ１とは異なる位置に入射する。

このように、イメージセンサ１０５には、第１の光Ｒ１に基づき、第１焦点１０２１から見た被写体の画像が写されると共に、第２の光Ｒ２に基づき、第１焦点ＦＰｄｏ１から見た被写体の画像が投影され、これらの画像が出力画像とされる。なお、前述したように、内側双曲面ミラー１０３Ａの円錐定数κの絶対値は、外側双曲面ミラー１０３Ｂの円錐定数κの絶対値よりも大きい値に設定されている。これにより、イメージセンサ１０５の出力画像において、第１焦点（上側視点）ＦＰｕ１から見た被写体の像と、第１焦点（下側視点）ＦＰｄｏ１から見た被写体の像の大きさが揃えられている。像の大きさが揃えられていることにより、両画像の解像度を合わせることができ、視差マッチング処理の精度を上げることができる。

次に、結像光学系１０４、及びイメージセンサ１０５の位置関係に関し、図３を参照して説明する。結像光学系１０４の光軸Ｏｘ２は、上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３の中心軸Ｏｘと一致するように配置される。一方、イメージセンサ１０５の受光面の中心位置ＣＰ１は、この光軸Ｏｘ２からはズレた位置とされている。具体的には、結像光学系１０４の光軸ＯＸ２が、イメージセンサ１０５の中心位置ＣＰ１に対し、イメージセンサ１０５の短辺Ｌｘに略平行な方向にズレるよう、イメージセンサ１０５が配置されている。これにより、内角１８０°以上の扇形形状とされた上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３から反射される光を、イメージセンサ１０５のより広い受光面で受光することができ、結果としてステレオカメラ１０１の解像度を向上させることができる。これを図４及び図５を参照して説明する。

図４は、中心位置ＣＰ１が光軸Ｏｘ２と略一致している場合における、イメージセンサ１０５の受光状態の一例である。この場合、第１の光Ｒ１に基づく扇形の画像Ｉｍ１、及び第２の光Ｒ２に基づく扇形の画像Ｉｍ２は、いずれも中心位置ＣＰ１の一方の側（図４では上半分）にのみ主に形成される。このため、イメージセンサ１０５において被写体の検知に寄与する画素数が少なくなり、十分な解像度が得られない。

一方、図５は、中心位置ＣＰ１が光軸Ｏｘ２からずれた位置とされている場合における、イメージセンサ１０５の受光状態の一例である。好適には、１８０°以上の内角θを有する扇形形状の上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３の画像Ｉｍ１、Ｉｍ２の中心付近に、イメージセンサ１０５の中心位置ＣＰ１が位置するよう、イメージセンサ１０５の位置が調整されている。そのため、光軸Ｏｘ２は、イメージセンサ１０５の受光面Ｐｉにおいて、中心位置ＣＰ１よりも下方にズレた位置とされている。好適には、光軸Ｏｘ２は、中心位置ＣＰ１から縦方向にズレた位置とされる。このため、扇形の画像Ｉｍ１、Ｉｍ２は、図４の場合とは異なり、中心位置ＣＰ１の上側だけではなく、下側も含むイメージセンサ１０５の広い受光面で受光され得る。

また、この実施の形態では、扇形の画像Ｉｍ１及びＩｍ２の中心線が、受光面Ｐｉの短辺Ｌｘと略平行となり、これにより画像Ｉｍ１及びＩｍ２が受光面Ｐｉにおいて略左右対称になるようイメージセンサ１０５が配置されている。

このように、この実施の形態では、画像Ｉｍ１、Ｉｍ２が受光面Ｐｉにおいて略左右対称とされる。また、上側双曲面ミラー１０２及び下側双曲面ミラー１０３の焦点の位置、及び結像光学系１０４の倍率等が、画像Ｉｍ１及びＩｍ２の受光面Ｐｉ上での大きさを最大化するように設定される。そのため、ステレオカメラ１０１の解像度を向上させることができる。上側双曲面ミラー１０２、及び下側双曲面ミラー１０３の内角θが上述のように１８０°以上である場合、光軸Ｏｘ２をイメージセンサ１０５の受光面Ｐｉの中心からズラし、且つ扇形の画像Ｉｍ１、Ｉｍ２の中心線を受光面Ｐｉの短辺Ｌｘと略平行とすることにより、受光面Ｐｉでの受光面積を最大化することができる。結果として、解像度が向上し、被写体までの距離を正確に認識することが可能になる。

図６のグラフは、ステレオカメラ１０１の垂直方向の画角δと、解像度との関係を示している。ここで画角δは、０°が水平方向を表し、負の値の画角δは、水平方向よりも下方向を意味し、正の値の画角δは、水平方向よりも上方向を意味している。

ステレオカメラ１０１が自動車の自動運転制御のためのカメラである場合、水平方向及びその上方において高解像度が求められる一方、水平方向よりも下方では、高解像度は不要であり、道路上の停止線やセンターラインが読めれば十分である。このため、画角δが０以上の方向において、解像度（°／ｐｉｘｅｌ）の値が小さくされる一方、画角δの負の値が大きくなるほど、解像度（°／ｐｉｘｅｌ）の値が大きくなるよう、結像光学系１０４及び双曲面ミラーが設定されている。

なお、ステレオカメラ１０１の解像度は、第１の光Ｒ１に基づき、第１焦点ＦＰｕ１（上側視点）から受光される光に基づく画像の解像度（上視点解像度）と、第２の光Ｒ２に基づき、第１焦点ＦＰｕ１（下側視点）から受光される光に基づく画像の解像度（下視点解像度）とに分けることができる。図６に示すように、上視点解像度と、下視点解像度とは、所定の画角δの範囲において略等しくなるよう、結像光学系１０４または双曲面ミラー（１０２、１０３）または、結像光学系１０４と双曲面ミラー（１０２、１０３）を設計することが好適である。図６のような関係が得られることにより、画像Ｉｍ１、Ｉｍ２の解像度が略同一となり、より正確に被写体までの距離を演算することが可能になる。

図７のグラフは、結像光学系１０４の画角θと、像高Ｈｒとの関係を示している。この第1の実施の形態では、光軸Ｏｘ２に近い領域Ａにおいては、像高Ｈｒが理想像高Ｈｉ（＝ｆ・ｔａｎθ）よりも小さくなり、一方、領域Ａよりも外側の領域Ｂにおいては、像高Ｈｒが理想像高Ｈｉよりも大きくなるよう、の結像光学系１０４が設計されている。また、画角θと像高Ｈｒとの関係を示す曲線は、領域Ａと領域Ｂの境界の近傍において変曲点を有し、境界付近における曲線の傾きが、他の領域に比べ大きくなるよう設計されている。これにより、結像光学系１０４の中周付近での角度分解能が、光軸付近や外周付近に比べ大きくなる。このような結像光学系の１０４の設計により、例えばステレオカメラ１０１を自動運転制御に使用した場合、車両の斜め前方を移動する物体をより高精度に検知することが可能になる。

なお、前述したように、内側双曲面ミラー１０３Ａと、外側双曲面ミラー１０３Ｂは、その境界において段差を有し、内側双曲面ミラー１０３Ａが外側双曲面ミラー１０３Ｂに比べて上側に突出していることが好ましい。図８（ａ）は、本実施形態の如く、内側双曲面ミラー１０３Ａが外側双曲面ミラー１０３Ｂに比べて上側に突出している場合の第１の光Ｒ１及び第２の光Ｒ２の受光状態の一例を示している。一方、図８（ｂ）は、本実施形態とは異なり、内側双曲面ミラー１０３Ａと外側双曲面ミラー１０３Ｂとの間に段差がない場合における、第１の光Ｒ１及び第２の光Ｒ２の受光状態の一例を示している。

図８（ｂ）の場合には、第１焦点ＦＰｕ１と、第１焦点ＦＰｄｏ１との間の距離が大きく、このため、イメージセンサ１０５において、第１の光Ｒ１と第２の光Ｐ２の受光位置の間の距離も大きくなり、立体視できる画角が小さくなる。この点、第１の実施の形態（図８（ａ））では、第１の光Ｒ１と第２の光Ｐ２の受光位置の間の距離を小さくすることができ、立体視できる画角を大きくすることができる。または、イメージセンサ１０５の解像度を向上させ、被写体までの距離の検知精度を向上させることができる。

上述した第１の実施の形態では、被写体からの光を反射させる一対のミラーとして、対向配置される双曲面ミラーを用いている。しかし、一対のミラーは図示のような双曲面ミラーには限られず、対向配置される球面ミラー、放物面ミラー、楕円ミラー、非球面ミラーなどを双曲面ミラーに代えて採用することも可能である。

以上説明したように、第１の実施の形態のステレオカメラ１０１は、双曲面ミラーを構成する上側双曲面ミラー１０２及び下側双曲面ミラー１０３が１８０°以上の内角θを有する扇形形状に形成される。また、この扇形形状の双曲面ミラーからの画像が最大限に受光可能となるよう、イメージセンサ１０５の中心位置は、結像光学系の光軸に対しズレた位置とされている。更に、扇形形状の画像の中心線が、イメージセンサ１０５の短辺と略平行となるようにイメージセンサ１０５が配置されている。これにより、高精度で且つ広角のセンシングが可能であり、しかも小型なステレオカメラを提供することが可能になる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係るステレオカメラ１０１を、図９を参照して説明する。図９において、図１と同一の構成要素については図１と同一の参照符号を付しているので、重複する説明は省略する。

この第２の実施の形態は、結像光学系１０４と下側双曲面ミラー１０３との間に反射ミラー１０６が設けられている。また、結像光学系１０４の配置位置も、この反射ミラー１０６の反射方向とされており、この点、第1の実施の形態では、結像光学系１０４が上側双曲面ミラーの双曲面の頂点付近に配置されているのと異なっている。

この構成によれば、結像光学系１０４への入射光を反射ミラー１０６で折り返すことができるため、結像光学系１０４及びイメージセンサ１０５を、双曲面ミラー（上側双曲面ミラー１０２及び下側双曲面ミラー１０３）の高さの範囲内に収納することができるので、ステレオカメラ１０１の大きさを小さくすることができる。

以上、本発明に係る各実施形態及び変形例の説明を行ってきたが、本発明は、上記した実施形態の一例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態の一例は、本発明を分かり易くするために詳細に説明したものであり、本発明は、ここで説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ある実施形態の一例の構成の一部を他の一例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施形態の一例の構成に他の一例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の一例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることもできる。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。

１０１・・・ステレオカメラ、１０２・・・上側双曲面ミラー、１０３・・・下側双曲面ミラー、１０３Ａ・・・内側双曲面ミラー、１０３Ｂ・・・外側双曲面ミラー、１０４・・・結像光学系、１０５・・・イメージセンサ、１１７・・・距離算出部、１１８・・・駆動制御部。

Claims

第１方向に凸である曲面である第１反射面を有し、第１頂点を有し、且つ第１扇形形状を有する第１ミラーと、
前記第１方向とは反対の第２方向に凸である第２反射面を有し、前記第１頂点と対向する第２頂点を有し、且つ第２扇形形状を有する第２ミラーと、
被写体から発して前記第１反射面で反射された後、更に前記第２反射面で反射される第１の光、及び被写体から発して前記第２反射面で反射する第２の光を結像させる結像光学系と、
前記第１の光及び前記第２の光を前記結像光学系を介して受光するイメージセンサと、
を備え、
前記第２ミラーは、内側ミラーと、前記内側ミラーよりも外周側に位置し前記内側ミラーとは円錐定数が異なる外側ミラーとを含み、
前記第１扇形形状及び前記第２扇形形状の内角は１８０°以上であり、
前記イメージセンサは、その中心位置が前記結像光学系の光軸に対しずれた位置に配置されると共に、前記イメージセンサの受光面の短辺と、前記第１扇形形状又は前記第２扇形形状の画像の中心線とが略平行となるように配置される
ことを特徴とするステレオカメラ。
前記第１の光は、前記第１ミラーの第１焦点に向かい前記第１反射面で反射され、更に前記内側ミラーの第１焦点に向かい前記第２反射面で反射される光であり、
前記第２の光は、前記外側ミラーの第１焦点に向かい前記第２反射面で反射される光である、請求項１に記載のステレオカメラ。
前記第１ミラーの第２焦点と、前記内側ミラーの第１焦点とが略一致するよう、前記第１ミラー及び前記第２ミラーが配置される、請求項１に記載のステレオカメラ。
前記内側ミラーの第２焦点と、前記外側ミラーの第２焦点とが略一致するよう、前記内側ミラー及び前記外側ミラーが配置される、請求項３に記載のステレオカメラ。
前記第１の光又は前記第２の光を前記結像光学系に向けて反射させるように配置されたミラーを更に備える、請求項１に記載のステレオカメラ。
前記外側ミラーは、前記内側ミラーの外周と段差を有する、請求項１に記載のステレオカメラ。
前記結像光学系の光軸が、前記イメージセンサの中心位置に対し、前記イメージセンサの短辺に略平行な方向にズレるよう、前記イメージセンサが配置される、請求項１に記載のステレオカメラ。
前記第１の光に基づいて前記イメージセンサに形成される画像の解像度である上視点解像度と、前記第２の光に基づいて前記イメージセンサに形成される画像の解像度である下視点解像度とが、所定の画角の範囲において略等しくなるよう、前記第１ミラー、前記第２ミラー、及び前記結像光学系が設計されている、請求項１に記載のステレオカメラ。
前記結像光学系は、第１領域においては像高が理想像高よりも小さくなり、一方、前記第１領域よりも外側の第２領域においては、像高が理想像高よりも大きくなるよう、前記結像光学系が設計されている、請求項１に記載のステレオカメラ。