JP7187607B2

JP7187607B2 - カメラシステム、およびカメラシステムを有する移動体

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Publication number: JP7187607B2
Application number: JP2021076753A
Authority: JP
Inventors: 宏矢野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2041-04-28
Also published as: JP2022170556A; JP2023024850A; US20220353419A1

Description

本発明は、カメラシステム、およびカメラシステムを有する移動体に関するものである。

移動体の後方を撮影するように移動体に取り付けられたカメラには、主に以下二つの用途がある。通常走行時に移動体の後方を確認するために設けられた電子的なルームミラー（以下、電子ルームミラーという）に表示する画像を撮影する電子ルームミラー用途でカメラが用いられることがある。この時、カメラは従来のルームミラーで視認されていた領域を、従来のルームミラーと同等以上の視認性で確認できるように、解像度や撮影可能なダイナミックレンジが必要とされる。

一方で、後退時に移動体の後方を確認するため、移動体の後方を広い画角で撮影する後方監視用途でカメラが用いられることがある。運転手が移動体を操作して後退させる際には、移動体の予定される経路に侵入する可能性のあるオブジェクトを運転手が認識できるように移動体の後方を広く撮影できる画角が必要とされる。したがって、カメラには、移動体の後方の近傍の領域を含め、後方から接近してくる別の移動体等から直近の後方真下までを幅広く視認する為に上下に広い画角が必要とされる。

特許文献１では、車両の周辺の物体の検出及び車両の発進操作の有無に応じて表示手段の表示モードを切り替える車両周辺監視装置が提案されている。

特開２０１３－１６１４４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両周辺監視装置では、移動体の後退時に求められる画角は満たすことはできるものの、通常走行時に求められる視認性、すなわち高解像度な画像を満たすことができない。

そこで本発明のカメラシステムなどは、電子ルームミラー用途および、及び後方監視カメラ用途のいずれにも使用可能な画像を取得することが可能とすることを目的とする。

本発明の一の形態は、移動体の後方を撮像するために前記移動体に設けられる撮像システムであって、受光面に結像された光学像に基づいて画像を出力する撮像手段と、前記受光面に前記光学像を結像させる光学系と、を有する撮像装置と、第１の表示手段と、前記第１の表示手段と異なる第２の表示手段とに画像を表示するよう制御する制御手段とを備え、前記光学系によって、前記光学系の光軸を中心とした第１の領域と、前記第１の領域の周囲に前記第１の領域よりも結像倍率が低い第２の領域とが前記受光面上に結像され、前記光学系の光軸と前記移動体の進行方向に対応する軸とがなす角が、前記移動体の後方において仰角となるように、前記撮像装置は設置され、前記制御手段は、前記撮像手段により出力された前記画像のうち、前記第１の領域に対応する範囲を含む第１の部分画像を前記第１の表示手段に表示させ、前記撮像手段により出力された前記画像のうち、前記第１の部分画像を包含する第２の部分画像を、前記第２の表示手段に表示させるよう制御することを特徴とする。

本発明のカメラシステムなどによれば、電子ルームミラー用途および、及び後方監視カメラ用途のいずれにも使用可能な画像を取得することが可能となる。

移動体および移動体に設けられた撮像装置を側面から示した模式図である。運転者からみた移動体の内部を示す模式図である。移動体のカメラシステムを示すブロック図である。カメラの構造を示す模式図である。撮像素子と光学系が形成する被写体像との位置関係を示す模式図である。受光面における高解像度領域と周辺解像度領域の変形例を示す模式図である。受光面における高解像度領域と周辺解像度領域の変形例を示す模式図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、移動体および移動体に設けられた撮像装置を側面から示した模式図である。移動体１０は、運転者１１が搭乗し、任意の場所へ移動可能な車両である。図１において、左方向（Ｙ軸正方向）が移動体１０の前方、右方向（Ｙ軸負方向）が移動体１０の後方である。また、図１において、上方向（Ｚ軸正方向）が移動体１０の上方、下方向（Ｚ軸負方向）が移動体１０の下方である。

カメラ１００は、移動体１０の後部に設けられ、移動体１０の後方を撮像して画像を取得する撮像装置である。カメラ１００は、光学系の光軸１１５が、移動体１０の進行方向の軸（Ｙ軸）に対して上側に傾くように配置されている。なお、光学系の光軸１１５は、後述するカメラ１００の光学系の高解像度領域の中心を通る。すなわち、高解像度領域の中心を通り、光学系が光を受光する方向に延びる光軸１１５が、移動体１０の直後方に対して、移動体１０の上側に傾くように、カメラ１０が設置される。

カメラ１００は、光学的な結像倍率の高い高解像度領域と、高解像度領域に比較して光学的な結像倍率の低い周辺解像度領域を形成する光学系を有し、広角画像を撮影しても高解像度の部分画像を取得することができる。カメラ１００が撮像する視野範囲（画角）は、高解像度領域に対応する視野範囲１１０と、周辺解像度領域に対応する視野範囲１２０を含む。

視野範囲１１０は、カメラ１００の光学系の高解像度領域を介してカメラ１００の撮像素子に光が入射される領域であるといえる。視野範囲１２０は、カメラ１００の光学系の周辺解像度領域を介してカメラ１００の撮像素子に光が入射される領域であるといえる。

視野範囲１１０は、光軸１１５を含む。また、視野範囲１１０が移動体１０のカメラ１００が設置された位置から、移動体１０の直後方に延びる直線を含むように、カメラ１００が移動体１０に設置される。

カメラ１００は、移動体１０の後端部よりも前方側にカメラ１００の後端部が位置するように設置される。視野範囲１２０は、視野範囲１１０の周囲を囲むように設けられている。視野範囲１２０は、少なくとも移動体１０の後方の下側の端部（後端）を含む。

図２は、運転者１１からみた移動体１０の内部を示す模式図である。移動体１０の内部には、電子ルームミラー２１０、モニター２２０、操作部２３０、およびハンドル２４０などが設けられている。

電子ルームミラー２１０は、カメラ１００が撮像した画像のうち、高解像度領域に対応する視野範囲１１０を撮像した画像の一部を含む画像を表示する表示装置である。電子ルームミラー２１０は、光学的な鏡像を表示する電子ルームミラーモードと、カメラ１００で撮像された画像を表示する電子ルームミラーモードとを切り替えることが可能である。

モニター２２０は、カメラ１００が撮像した画像を表示可能な表示装置である。モニター２２０は、移動体１０を後方に移動させるとき（後退時）に、移動体１０の後方を確認するための画像が表示される。また、モニター２２０は、カーナビゲーションシステムから出力された地図画像や、移動体１０のオーディオ機器の機能を制御するためのＧＵＩなども表示可能である。

操作部２３０は、ダイヤルやボタンなどユーザーの操作を受け付けるための操作部材である。操作部２３０を介して、モニター２２０のＧＵＩを表示したり、エアーコンディショナーなどの機能を制御することが可能である。

ハンドル２４０は、移動体１０の進行方向（航行角度）を制御するための操作部材である。運転者１１は、ハンドル２４０を操作することにより、移動体１０の進行方向を制御する。

図３は、移動体１０のカメラシステム３００を示すブロック図である。カメラシステム３００は、カメラ１００、電子ルームミラー２１０、モニター２２０、および制御ユニット３１０を含む。

カメラ１００、電子ルームミラー２１０、およびモニター２２０の説明は上述しているため省略する。

制御ユニット３１０は、カメラ１００から取得した画像に基づいて、電子ルームミラー２１０、およびモニター２２０に画像を表示する表示制御処理を実行する。制御ユニット３１０は、少なくとも１以上のプロセッサで構成されるとする。また、制御ユニット３１０が実行する一部の機能は少なくとも１以上の電子回路で実現されてもよい。

制御ユニット３１０は、カメラ１００から取得した画像のうち、高解像度領域に対応する視野範囲１１０を撮像した部分を中心とした領域を切り出して得られる部分画像を、電子ルームミラー２１０に表示させる。また、制御ユニット３１０は、移動体１０が後退する場合に、カメラ１００から取得した画像の全体をモニター２２０に表示させる。制御ユニット３１０は、移動体１０が後退する場合に、カメラ１００が取得した画像のうち、移動体１０の後端を含む画像の下側の領域を切り出して得られる部分画像をモニター２２０に表示させてもよい。なお、モニター２２０に表示される部分画像は、電子ルームミラー２１０に表示される部分画像よりも、撮影された画像の広い範囲に対応する。

図４は、カメラ１００の構造を示す模式図である。カメラ１００は、光学系４１０、撮像素子４２０、回路基板４３０、および筐体４４０を有する。

光学系４１０は、外部光から光学的な被写体像（光学像）を形成する複数のレンズから構成される光学系である。光学系４１０は、撮像素子４２０に光学像を入力する。光学系４１０は、光軸１１５を中心として、光学的な結像倍率の高い高解像度領域と、高解像度領域に比較して光学的な結像倍率の低い周辺解像度領域を形成する光学系である。図面を簡略化するため、図４では光学系４１０を１つのレンズとして図示している。

撮像素子４２０は、受光面に入力された光学系４１０から取り込んだ光学的な被写体像を電気信号に変換するセンサである。光学系４１０に入射した外部光は撮像素子４２０上の光電変換エリアである受光面４２１上で結像し、電気信号に変換される。受光面４２１は、複数の光電変換素子がマトリクス状に配置される。複数の光電変換素子から入射光に応じた電気信号が出力される。

回路基板４３０は、撮像素子４２０から出力された電気信号を画像データに変換して出力する信号処理を行う。撮像素子４２０と回路基板４３０は、受光面に入力された光学像に基づいて画像を出力する撮像手段として機能する。

筐体４４０は、光学系４１０、撮像素子４２０および回路基板４３０を格納する。

図５は、撮像素子４２０と光学系４１０が形成する被写体像との位置関係を示す模式図である。図３は、撮像素子４２０の受光面４２１を正面方向（Ｙ軸方向）から見た図として示されている。図３に示すように、光学系４１０の光学中心である光軸１１５が受光面４２１の中心２２２に対して上下方向（Ｚ軸方向）にずれるように、光学系４１０と撮像素子４２０とが配置されている。

受光面４２１と平行な平面に、光学系４１０を介して高解像度領域５１０と周辺解像度領域５２０とが入力される。高解像度領域５１０は、光軸１１５を中心とした領域であり、受光面４２１上で結像される。高解像度領域５１０は、視野範囲１１０に対応する画角の画像を形成する。

周辺解像度領域５２０は、高解像度領域５１０を中心として高解像度領域５１０を囲む領域であり、受光面４２１上に結像した部分は、視野範囲１２０に対応する画角の画像を形成する。周辺解像度領域５２０のうち、受光面４２１上で結像して画像に変換される領域が下側（Ｚ軸負方向）に偏るように予め光学系４１０と撮像素子４２０とが配置されている。

したがって、カメラ１００から出力される画像において、高解像度領域５１０に対応する視野範囲１１０の画像が占める領域は画像の中心から上側に配置される。また、カメラ１００から出力される画像において、周辺解像度領域５２０に対応する視野範囲１２０の画像が占める領域は、画像の中心より下側のほうが、上側よりも広くなる。つまり、図１に示したように、視野範囲１２０を光軸１１５に対し上側（Ｚ軸正方向）の領域が狭く、下側（Ｚ軸負方向）の領域が広くなるよう、すなわち上下方向に非対称に設定される。

制御ユニット３１０は、カメラ１００から出力される画像のうち、受光面４２１に結像された高解像度領域５１０を含んだ領域、すなわち視野範囲１１０を撮像した領域の一部を含む出力範囲５３０を切り出した部分画像を電子ルームミラー２１０に表示する。このような電子ルームミラー２１０の表示は、通常走行時に後方を確認、監視するために用いられる。

制御ユニット３１０は、カメラ１００から出力される画像のうち、出力範囲５３０を包含した出力範囲５４０を切り出した部分画像をモニター２２０に表示する。出力範囲５４０は、出力範囲５３０より広い範囲で切り出された範囲、もしくは、受光面４２１に結像した画像すべてを含む範囲であるとする。このようなモニター２２０の表示は、後方の移動体１０の周辺を確認するために用いられる。出力範囲５４０は、受光面４２１上に結像された周辺解像度領域５２０、すなわち視野範囲１２０を撮像した画像を多く含む。

カメラ１００は、移動体１０の後方に移動体１０の進行方向（Ｙ軸）に対して上方に光軸１１５が傾く（仰角となる）ように設けられる。このとき、視野範囲１１０の下端は、カメラ前端部から移動体１０の後方に伸びる平面１３０に対し、下方（Ｚ軸負方向）に傾くように配置される。これにより、視野範囲１１０は移動体１０後方の路面なども視野に含めることを可能とする。すなわち、視野範囲１１０は、移動体１０の直後方を含み、従来のルームミラーで運転者１１が視認する範囲を含む。

また、視野範囲１２０は、カメラ前端部を通り、移動体１０の後方（Ｙ軸負方向）に伸びる平面１３０よりも下側（Ｚ軸負方向）により大きな領域を有する。視野範囲１２０は撮像装置１００の光学系４１０の最外部のレンズ前玉と車両後方外装との接線１４０を含むように配置することが容易となる。これは、視野範囲１２０に常に移動体１０の後端Ｚｂが含まれていることを示す。したがって、視野範囲１２０の下方を含む画像をモニター２２０に表示することにより、運転者１１が移動体１０を後退させるときに、移動体１０の後方の詳細を確認することが容易となる。

上述のように構成されたカメラシステムを用いることにより、１つのカメラから、電子ルームミラー用の画像と、後方監視用の画像とを取得することが可能となる。また、カメラの設置位置を移動体の下側に設けたとしても、高解像度領域に対応する視野範囲を移動体の後ろ上方に傾けることによって、従来のルームミラーで視認していた範囲を電子ルームミラーで運転者が確認することが可能となる。また、視野範囲１１０の下端部３０１は－Ｚ方向に傾いているため、後方の路面部分の一部も確認可能である。

なお、受光面４２１における高解像度領域と周辺解像度領域との関係性は、上述した（図５）の例に限らない。図６は、受光面４２１における高解像度領域と周辺解像度領域の変形例を示す模式図である。図６に示すように、高解像度領域５１０の一部が受光面４２１からはみ出す構成であってもよい。図７は、受光面４２１における高解像度領域と周辺解像度領域の変形例を示す模式図である。図７に示すように、高解像度領域５１０及び周辺解像度領域５２０のどちらもが受光面４２１の一部のみを覆う構成であってもよい。

また、本実施形態において視野範囲１１０は光軸１１５を中心とした範囲として説明したが、視野範囲１１０の中心は光軸１１５とずれるように光学系２１０を形成することも可能である。また、電子ルームミラー２１０の表示に用いる出力範囲５３０の中心が光軸１１５とずれていてもよい。

また、光軸１１５は、受光面４２１の中心に対して上下方向（Ｚ軸方向）にずらした構成として説明したが、左右方向（Ｘ軸方向）にずらすことも可能である。

また、図６、および図７に示した例では視野範囲１１０の上下方向の中心と光軸１１５は一致しなくなるが、同様に視野範囲１２０を光軸１１５に対し＋Ｚ側の領域が狭く、－Ｚ側の領域が広くなるよう、すなわち上下方向に非対称に設定することが可能となる。

１０移動体
１００カメラ
１１５光軸
１１０視野範囲
１２０視野範囲
２１０光学系
２２０撮像素子
２２１受光面

Claims

移動体の後方を撮像するために前記移動体に設けられる撮像システムであって、
受光面に結像された光学像に基づいて画像を出力する撮像手段と、前記受光面に前記光学像を結像させる光学系と、を有する撮像装置と、
第１の表示手段と、前記第１の表示手段と異なる第２の表示手段とに画像を表示するよう制御する制御手段とを備え、
前記光学系によって、前記光学系の光軸を中心とした第１の領域と、前記第１の領域の周囲に前記第１の領域よりも結像倍率が低い第２の領域とが前記受光面上に結像され、
前記光学系の光軸と前記移動体の進行方向に対応する軸とがなす角が、前記移動体の後方において仰角となるように、前記撮像装置は設置され、
前記制御手段は、前記撮像手段により出力された前記画像のうち、前記第１の領域に対応する範囲を含む第１の部分画像を前記第１の表示手段に表示させ、前記撮像手段により出力された前記画像のうち、前記第１の部分画像を包含する第２の部分画像を、前記第２の表示手段に表示させるよう制御する
ことを特徴とする撮像システム。
前記第２の領域に対応する範囲に、前記移動体の後端が含まれるように、前記撮像装置が設置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記移動体の後端部よりも前方側に前記撮像装置の後端部が位置するように、前記撮像装置は前記移動体に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像システム。
前記第１の領域に対応する視野範囲が、前記撮像装置が設置された位置から、前記移動体の進行方向に対応する軸を含むように、前記撮像装置は前記移動体に設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像システム。
前記光学系の光軸は前記受光面の中心に対してずれるように配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像システム。
移動体の後方を撮像するための撮像システムを有する移動体であって、
前記撮像システムは、
受光面に結像された光学像に基づいて画像を出力する撮像手段と、前記受光面に前記光学像を結像させる光学系と、を有する撮像装置と、
第１の表示手段と、前記第１の表示手段と異なる第２の表示手段とに画像を表示するよう制御する制御手段とを備え、
前記光学系によって、前記光学系の光軸を中心とした第１の領域と、前記第１の領域の周囲に前記第１の領域よりも結像倍率が低い第２の領域とが前記受光面上に結像され、
前記光学系の光軸と前記移動体の進行方向に対応する軸とがなす角が、前記移動体の後方において仰角となるように、前記撮像装置は設置され、
前記制御手段は、前記撮像手段により出力された前記画像のうち、前記第１の領域に対応する範囲を含む第１の部分画像を前記第１の表示手段に表示させ、前記撮像手段により出力された前記画像のうち、前記第１の部分画像を包含する第２の部分画像を、前記第２の表示手段に表示させるよう制御する
ことを特徴とする移動体。
前記第２の領域に対応する範囲に、前記移動体の後端が含まれるように、前記撮像装置が設置されることを特徴とする請求項６に記載の移動体。
前記移動体の後端部よりも前方側に前記撮像装置の後端部が位置するように、前記撮像装置は前記移動体に設置されることを特徴とする請求項６または７に記載の移動体。
前記第１の領域に対応する視野範囲が、前記撮像装置が設置された位置から、前記移動体の進行方向に対応する軸を含むように、前記撮像装置が前記移動体に設置されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の移動体。
前記光学系の光軸は前記受光面の中心に対してずれるように配置されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の移動体。