撮像領域拡張部材及びこれを用いた車両周辺監視装置
【課題】 撮像装置から歪みの少ない拡張された画像を得ることができる撮像領域拡張部材を提案すること。
【解決手段】 被写体と撮像装置の間に配置され、撮像装置に広角の被写体光を入射させる撮像領域拡張部材１０において、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射すると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成するようにしたことにより、撮像装置の対物レンズで発生する水平方向での収差を補正することができ、その結果、撮像装置において、水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【解決手段】 被写体と撮像装置の間に配置され、撮像装置に広角の被写体光を入射させる撮像領域拡張部材１０において、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射すると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成するようにしたことにより、撮像装置の対物レンズで発生する水平方向での収差を補正することができ、その結果、撮像装置において、水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像手段に広角の画像光を入射させることにより撮像領域を広げるようになされた光学部材でなる撮像領域拡張部材、及びこれを用いて運転者による視認が難しい車両周辺領域を監視する車両周辺監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の車両周辺監視装置は、乗用車、バスあるいはトラックなどの車両において、運転者による視認が難しい車両側方並びに車両後方といった車両周辺を監視する装置として用いられている。
【０００３】例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラやビデオカメラといった撮像装置を車両に取り付け、このＣＣＤカメラやビデオカメラにより上述した車両周辺領域を撮像し、その撮像画像をモニタ等により表示することにより運転者などに車両周辺の情報を与えるようになっている。
【０００４】このような車両周辺監視装置では、撮像領域を拡張することにより監視対象領域を広範囲とすることは安全性を高める上で有用である。そのためこの種の車両周辺監視装置では、図１３に示すように、ＣＣＤカメラ１と被写体との間に撮像領域拡張部材２としてプリズムを設けることで、広角の被写体光をＣＣＤカメラ１に取り込むことができるようになされている。
【０００５】具体的には、被写体光をプリズム部２Ａで屈折させることにより、撮像領域拡張部材２を設けない場合と比較して、図中の角度αだけ広角の被写体光をＣＣＤカメラ１に入射させることができるようになっている。因みに、図１３では、撮像領域拡張部材２の上部にプリズム部２Ａが形成されているので、ＣＣＤカメラ１において、上部画角の拡張された画像が撮像されるようになる。これにより、撮像領域拡張部材２を用いた車両周辺監視装置においては、車両近傍（バンパ付近）から車両遠方までを一度に視認することができるようになる。
【０００６】この撮像領域拡張部材２は、図１４に示すように、被写体光を屈折させて広角の被写体光をＣＣＤカメラ１のレンズに入射させるためのプリズムであるプリズム部分２Ａと、被写体光を直進させてＣＣＤカメラ１に入射させる平板部２Ｃと、プリズム部２Ａと平板部２Ｃを滑らかに連結するような曲率を有する曲面部２Ｂとにより構成されている。このように監視領域拡張部材１で、曲面部２Ｂを設けたことにより、プリズム部２Ａを通過した被写体光に基づく撮像画像と平板部２Ｃを通過した被写体光に基づく撮像画像との境界で不連続で不自然な画像が得られないようになされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＣＣＤカメラの対物レンズには光学的な歪曲収差が存在するため、対物レンズの中心軸（すなわち光軸）から結像位置が離れるに従って、実際の結像位置がレンズの中心に近づいて見える。
【０００８】具体的には、正方格子（格子パターン）を有する格子板を用いた撮像テストを行った場合、レンズの中心から離れるに従って画角が大きくなってしまう結果、ＣＣＤカメラから得られる画像は、図１５（ａ）に示すように、実際の格子パターンよりも上下左右に樽状に膨らんだ画像（すなわち歪んだ画像）に光学変換されることになる。
【０００９】ここでＣＣＤカメラの前面に従来の撮像領域拡張部材２を配置して、正方格子（格子パターン）を有する格子板を用いた撮像テストを行った場合のＣＣＤカメラから得られる画像は、図１５（ｂ）に示すようになる。図１５（ｂ）からも明らかなように、撮像領域は拡大するものの、相変わらず歪曲収差が現れてしまうという問題があった。
【００１０】そしてこのような撮像領域拡張部材２を車両周辺監視装置に用いた場合には、歪みのために距離感が分からない視認しにくい映像が得られ、その結果運転者は障害物の位置的な視認がし難いという問題があった。
【００１１】本発明は以上の点を考慮してなされたもので、撮像装置から歪みの少ない拡張された画像を得ることができる撮像領域拡張部材を提案すると共に、運転者に撮像装置の出力として得られる監視領域の映像と実際の監視領域との距離感の相違を解消した識別性に富む良好な拡張監視画像を提供し得る車両周辺監視装置を提案しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するため本発明により成された請求項１に記載の撮像領域拡張部材は、図１に示すように、被写体と撮像装置の間に設けられた光学部材でなり、当該撮像装置に広角の被写体光を入射させることにより、当該撮像装置により得られる撮像領域を拡張させる撮像領域拡張部材１０において、撮像領域拡張部材１０は、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射するように形成されていると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成されているようにする。
【００１３】以上の構成において、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射するように形成されているので、撮像装置に画角の拡張された広角の被写体光を入射させて撮像領域を拡張できると共に、屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成されているので、撮像装置の対物レンズで発生する水平方向での収差を補正することができる。この結果、撮像装置において、水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【００１４】また本発明により成された請求項２に記載の撮像領域拡張部材１０は、屈折角の変化率を、撮像装置に設けられた対物レンズの収差を考慮して選定するようにした。
【００１５】この結果、撮像装置の対物レンズで発生する水平方向での収差を一段と精度良く補正し得、撮像装置において一段と水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【００１６】また本発明により成された請求項３に記載の撮像領域拡張部材１０は、屈折角が部材中心から鉛直方向に離れるに従って次第に大きくなるように形成されているようにする。
【００１７】以上の構成において、撮像領域拡張部材１０から出射される被写体光は、部材中心から鉛直方向（ｙ方向）に離れるほど圧縮率が大きくなる。この結果、撮像装置では画像の中心ほど縦横の歪みの小さな拡張画像が得られるようになり、周辺監視の点で重要度の高い画像中心の歪みを低減することができるようになる。
【００１８】さらに本発明により成された請求項４に記載の車両周辺監視装置１００は、図１２に示すように、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の撮像領域拡張部材１０と、撮像領域拡張部材１０を通過した拡張された領域の被写体光を撮像して車両周辺の監視画像信号を生成する撮像手段１０２と、撮像画像信号に基づく画像を表示する表示手段１０３とを備えるようにする。
【００１９】以上の構成において、この車両周辺監視装置１００では、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の撮像領域拡張部材１０を介して入射した拡張被写体光を撮像手段１０２によって光電変換して監視画像信号を生成し、これに基づく画像を表示手段１０３に表示するようにしたことにより、表示手段１０３には、水平方向の収差による歪曲が小さく、かつ画像中心付近での縦横の歪みの小さい拡張画像が表示されるようになる。この結果、運転者に監視領域の映像と実際の監視領域との距離感の相違を解消した識別性に富む良好な拡張監視画像を提供し得る車両周辺監視装置１００を実現できるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の一実施形態を説明する。
【００２１】図１（ａ）は実施の形態による撮像領域拡張部材１０の斜視図であり、図１（ｂ）はその撮像領域拡張部材１０を水平方向（ｘ方向）の端部付近を鉛直方向（ｙ方向）に切った一部切欠斜視図であり、図１（ｃ）は部材中心Ｐ付近を鉛直方向（ｙ方向）に切った一部切欠斜視図である。この撮像領域拡張部材１０は、被写体とＣＣＤカメラ等の撮像手段との間に配置される。
【００２２】図１に示すように、撮像領域拡張部材１０は、撮像手段に対して被写体光を出射する出射面１１が、水平方向（ｚ−ｘ平面）に対して所定の傾斜角をもつように形成されていると共に、部材中心（Ｐ）から水平方向（ｘ方向）に離れるに従って傾斜角が次第に小さくなるように形成されている。
【００２３】これにより撮像領域拡張部材１０においては、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射すると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるようにして出射するようになされている。
【００２４】この結果、撮像領域拡張部材１０においては、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射するので撮像装置に画角の拡張された広角の被写体光を入射させて撮像領域を拡張できると共に、屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるようにして出射するので、撮像装置の対物レンズで発生する水平方向での収差を補正することができるようになされている。
【００２５】なお出射面１１の水平方向での傾斜の変化率（すなわち部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなる屈折角の変化率）は、撮像手段に設けられた対物レンズの収差を考慮して選定されている。
【００２６】また撮像領域拡張部材１０の出射面１１は、鉛直方向（ｙ方向）の断面が、部材中心Ｐから鉛直方向（ｙ方向）に離れるに従って水平方向（ｚ−ｘ平面）への傾斜角が次第に大きくなるように形成されている。
【００２７】これにより撮像領域拡張部材１０は、部材中心Ｐから鉛直方向（ｙ方向）に離れるほど圧縮率の大きな被写体光を出射できるようになる。この結果、撮像手段では、画像の中心ほど縦横の歪みの小さな拡張画像が得られるようになる。この結果、周辺監視の点で重要度の高い画像中心の歪みを低減することができるようになる。
【００２８】ここで撮像領域拡張部材１０の形状を、図２R>２〜図７を用いて、さらに詳述する。図２（ａ）は撮像領域拡張部材１０の上面図であり、図２（ｂ）は正面図である。図２（ａ）から分かるように、撮像領域拡張部材１０の出射面１１は部材中心付近で曲率Ｒの凸レンズとなっていると共に、部材端部にいくに従って曲率Ｒで滑らかに平面へと移行するようになっている。因みに、撮像領域拡張部材１０の入射面１２は平面となっている。
【００２９】また図２（ｂ）におけるＳ−Ｓ断面及びＴ−Ｔ断面をそれぞれ示す、図３（ａ）及び（ｂ）から分かるように、撮像領域拡張部材１０の出射面１１は楕円形状とされており、かつ部材中心から左右両方向（ｘ方向）に離れるに従って楕円の長径Ｌが大きくなるように形成されている。ここで出射面１１は楕円形状とされているので、図４及び図５に示すように、出射面１１の傾斜角θΔLは上部にいくほど大きくなる。
【００３０】図６は、撮像領域拡張部材１０を水平方向（ｚ−ｘ平面）で切ったときの断面図であり、この図に見られるように撮像領域拡張部材１０は、部材中心部で最大厚みＺｍａｘをもち、左右両端において最小厚みＺｍｉｎをもつ。また撮像領域拡張部材１０の出射面１１は、中心からの距離ｘだけ離れた厚みＺｘが、図７に示すように、滑らかな逆Ｓ字曲線となるように形成されている。
【００３１】ここで問題となるＣＣＤカメラの対物レンズによる歪曲収差について述べる。図８に示すように、点Ｑ0（ｘ0，ｙ0）を光源とする光がレンズ１３（ＣＣＤカメラの対物レンズに相当）を介して点Ｑ（ｘ，ｙ）に結像されるものとすると、その収差は、次式｛（ｘ−ｘ0）2＋（ｙ−ｙ0）2｝1/2＝ｋ（ｘ02＋ｙ02）3/2 …… （１）
で求められる。これは、歪曲収差により移動する結像点Ｑのズレ量（左辺）は、レンズ光軸からの距離の３乗に比例することを示している。なお上式におけるｋは収差係数である。
【００３２】従って、図９に示すように、被写体が光軸（レンズ中心）から離れるほど、実際の結像位置はレンズ中心に近づくことになる。
【００３３】そこでこの実施形態の撮像領域拡張部材１０では、傾斜角θΔLを部材中心から水平方向（左右方向）に離れるに従って次第に小さくなるようにすることにより、撮像手段の対物レンズで発生する水平方向での収差を補正することができるようになされている。
【００３４】ここで図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、対物レンズが内蔵されたＣＣＤモジュール２０の前方に透明な平板２１、従来の撮像領域拡張部材２（図１４）及び実施形態の撮像領域拡張部材１０をそれぞれ配置して、格子が描かれた格子板２２を被写体とした実験を行ったところ、ＣＣＤ素子２３からは図１１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すような撮像画像が得られた。
【００３５】透明な平板２１を配置した場合に得られる画像（図１１（ａ））は、対物レンズの収差により樽状に歪曲したものとなる。また従来の撮像領域拡張部材２を配置した場合に得られる画像（図１１（ｂ））は、上部画角が拡張された広角の画像となるが、やはり対物レンズの収差により樽状に歪曲したものとなる。これに対して実施形態の撮像領域拡張部材１０を配置した場合に得られる画像（図１１（ｃ））は、上部画角が拡張された広角の画像となると共に水平方向での歪曲歪みが有効に低減された画像となる。
【００３６】次に図１２に、撮像領域拡張部材１０を用いた車両周辺監視装置１００の構成を示す。車両周辺監視装置１００は、バスやトラック等の車両１０１の後部に所定の俯角をもって撮像手段としてのＣＣＤカメラ１０２が取り付けられていると共に、ＣＣＤカメラ１０２の前方には撮像領域拡張部材１０が配設されている。
【００３７】そしてＣＣＤカメラ１０２により得られた画像信号は運転席の近傍に設けられたモニタ１０３に送出される。かくして運転者は、撮像領域拡張部材１０を介してＣＣＤカメラ１０２で撮像された水平方向の収差による歪曲が小さくかつ画像中心付近での縦横の歪みの小さい拡張画像をモニタ１０３で見ることができるようになる。
【００３８】この結果、運転者は、監視領域の映像と実際の監視領域との距離感の相違を解消した識別性に富む良好な拡張監視画像に基づいて車両１０１を運転操作できるようになるので、障害物等に車両１０１を衝突させるといった危険を回避した安全な運転ができるようになる。
【００３９】なお上述の実施形態においては、撮像領域拡張部材１０の被写体光の入射面１２を平面とし、撮像手段に対向する出射面１１を、傾斜角が左右両端に行くに従って次第に小さくなると共に上端に行くに従って次第に大きくなるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、被写体光の入射面の傾斜角が左右両端に行くに従って次第に小さくなると共に上端に行くに従って次第に大きくなるようにし、撮像手段に対向する出射面を平面とした場合（すなわち図１の出射面１１を入射面とした場合）にも上述の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４０】また上述の実施形態においては、本発明による撮像領域拡張部材１０を車両周辺監視装置１００に用いた場合について述べたが、本発明の撮像領域拡張部材はこれに限らず、例えば室内を監視するような監視装置にも用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】上述のように請求項１の発明によれば、被写体と撮像装置の間に設けられた光学部材でなり、当該撮像装置に広角の被写体光を入射させることにより、当該撮像装置により得られる撮像領域を拡張させる撮像領域拡張部材１０において、撮像領域拡張部材を、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射すると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成したことにより、水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【００４２】また請求項２の発明によれば、部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなる前記屈折角の変化率を、撮像装置に設けられた対物レンズの収差を考慮して選定するようにしたことにより、一段と水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【００４３】また請求項３の発明によれば、屈折角が部材中心から鉛直方向に離れるに従って次第に大きくなるように形成したことにより、請求項１又は請求項２の効果に加えて、重要度の高い画像中心の歪みを低減することができるようになる。
【００４４】さらに請求項４の発明によれば、請求項１、請求項２又は請求項３の撮像領域拡張部材と、撮像領域拡張部材を通過した拡張された監視領域の画像光を撮像して車両周辺の監視画像信号を生成する撮像手段と、監視画像信号に基づく画像を表示する表示手段とを備えるようにしたことにより、運転者に監視領域の映像と実際の監視領域との距離感の相違を解消した識別性に富む良好な拡張監視画像を提供し得る車両周辺監視装置を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像領域拡張部材を示す斜視図及び一部切欠斜視図である。
【図２】撮像領域拡張部材の形状の説明に供する上面図及び正面図である。
【図３】撮像領域拡張部材を部材中心付近及び部材中心から水平方向に所定距離だけ離れた位置でそれぞれ鉛直方向に切った断面図である。
【図４】撮像領域拡張部材の傾斜角の説明に供する断面図である。
【図５】撮像領域拡張部材の傾斜角の説明に供するグラフである。
【図６】撮像領域拡張部材を水平方向で切った場合の断面図である。
【図７】部材中心から距離ｘだけ離れたときの撮像領域拡張部材の厚みＺｘを示すグラフである。
【図８】対物レンズによる歪曲収差の説明に供する略線図である。
【図９】対物レンズによる歪曲収差の説明に供する略線図である。
【図１０】透明な平板、従来の撮像領域拡張部材及び実施形態の撮像領域拡張部材をそれぞれ用いた撮像実験を行ったときの実験装置を示す図である。
【図１１】図１０の各実験により得られた撮像画像を示す図である。
【図１２】実施の形態による車両周辺監視装置の構成を示す略線図である。
【図１３】従来の撮像領域拡張部材の説明に供する図である。
【図１４】従来の撮像領域拡張部材の斜視図である。
【図１５】平板及び従来の撮像領域拡張部材を介して得られた撮像画像を示す図である。
【符号の説明】
１０ 撮像領域拡張部材
１１ 出射面
１２ 入射面
１００ 車両周辺監視装置
１０２ 撮像手段（ＣＣＤカメラ）
１０３ 表示手段（モニタ）
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像手段に広角の画像光を入射させることにより撮像領域を広げるようになされた光学部材でなる撮像領域拡張部材、及びこれを用いて運転者による視認が難しい車両周辺領域を監視する車両周辺監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の車両周辺監視装置は、乗用車、バスあるいはトラックなどの車両において、運転者による視認が難しい車両側方並びに車両後方といった車両周辺を監視する装置として用いられている。
【０００３】例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラやビデオカメラといった撮像装置を車両に取り付け、このＣＣＤカメラやビデオカメラにより上述した車両周辺領域を撮像し、その撮像画像をモニタ等により表示することにより運転者などに車両周辺の情報を与えるようになっている。
【０００４】このような車両周辺監視装置では、撮像領域を拡張することにより監視対象領域を広範囲とすることは安全性を高める上で有用である。そのためこの種の車両周辺監視装置では、図１３に示すように、ＣＣＤカメラ１と被写体との間に撮像領域拡張部材２としてプリズムを設けることで、広角の被写体光をＣＣＤカメラ１に取り込むことができるようになされている。
【０００５】具体的には、被写体光をプリズム部２Ａで屈折させることにより、撮像領域拡張部材２を設けない場合と比較して、図中の角度αだけ広角の被写体光をＣＣＤカメラ１に入射させることができるようになっている。因みに、図１３では、撮像領域拡張部材２の上部にプリズム部２Ａが形成されているので、ＣＣＤカメラ１において、上部画角の拡張された画像が撮像されるようになる。これにより、撮像領域拡張部材２を用いた車両周辺監視装置においては、車両近傍（バンパ付近）から車両遠方までを一度に視認することができるようになる。
【０００６】この撮像領域拡張部材２は、図１４に示すように、被写体光を屈折させて広角の被写体光をＣＣＤカメラ１のレンズに入射させるためのプリズムであるプリズム部分２Ａと、被写体光を直進させてＣＣＤカメラ１に入射させる平板部２Ｃと、プリズム部２Ａと平板部２Ｃを滑らかに連結するような曲率を有する曲面部２Ｂとにより構成されている。このように監視領域拡張部材１で、曲面部２Ｂを設けたことにより、プリズム部２Ａを通過した被写体光に基づく撮像画像と平板部２Ｃを通過した被写体光に基づく撮像画像との境界で不連続で不自然な画像が得られないようになされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＣＣＤカメラの対物レンズには光学的な歪曲収差が存在するため、対物レンズの中心軸（すなわち光軸）から結像位置が離れるに従って、実際の結像位置がレンズの中心に近づいて見える。
【０００８】具体的には、正方格子（格子パターン）を有する格子板を用いた撮像テストを行った場合、レンズの中心から離れるに従って画角が大きくなってしまう結果、ＣＣＤカメラから得られる画像は、図１５（ａ）に示すように、実際の格子パターンよりも上下左右に樽状に膨らんだ画像（すなわち歪んだ画像）に光学変換されることになる。
【０００９】ここでＣＣＤカメラの前面に従来の撮像領域拡張部材２を配置して、正方格子（格子パターン）を有する格子板を用いた撮像テストを行った場合のＣＣＤカメラから得られる画像は、図１５（ｂ）に示すようになる。図１５（ｂ）からも明らかなように、撮像領域は拡大するものの、相変わらず歪曲収差が現れてしまうという問題があった。
【００１０】そしてこのような撮像領域拡張部材２を車両周辺監視装置に用いた場合には、歪みのために距離感が分からない視認しにくい映像が得られ、その結果運転者は障害物の位置的な視認がし難いという問題があった。
【００１１】本発明は以上の点を考慮してなされたもので、撮像装置から歪みの少ない拡張された画像を得ることができる撮像領域拡張部材を提案すると共に、運転者に撮像装置の出力として得られる監視領域の映像と実際の監視領域との距離感の相違を解消した識別性に富む良好な拡張監視画像を提供し得る車両周辺監視装置を提案しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するため本発明により成された請求項１に記載の撮像領域拡張部材は、図１に示すように、被写体と撮像装置の間に設けられた光学部材でなり、当該撮像装置に広角の被写体光を入射させることにより、当該撮像装置により得られる撮像領域を拡張させる撮像領域拡張部材１０において、撮像領域拡張部材１０は、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射するように形成されていると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成されているようにする。
【００１３】以上の構成において、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射するように形成されているので、撮像装置に画角の拡張された広角の被写体光を入射させて撮像領域を拡張できると共に、屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成されているので、撮像装置の対物レンズで発生する水平方向での収差を補正することができる。この結果、撮像装置において、水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【００１４】また本発明により成された請求項２に記載の撮像領域拡張部材１０は、屈折角の変化率を、撮像装置に設けられた対物レンズの収差を考慮して選定するようにした。
【００１５】この結果、撮像装置の対物レンズで発生する水平方向での収差を一段と精度良く補正し得、撮像装置において一段と水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【００１６】また本発明により成された請求項３に記載の撮像領域拡張部材１０は、屈折角が部材中心から鉛直方向に離れるに従って次第に大きくなるように形成されているようにする。
【００１７】以上の構成において、撮像領域拡張部材１０から出射される被写体光は、部材中心から鉛直方向（ｙ方向）に離れるほど圧縮率が大きくなる。この結果、撮像装置では画像の中心ほど縦横の歪みの小さな拡張画像が得られるようになり、周辺監視の点で重要度の高い画像中心の歪みを低減することができるようになる。
【００１８】さらに本発明により成された請求項４に記載の車両周辺監視装置１００は、図１２に示すように、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の撮像領域拡張部材１０と、撮像領域拡張部材１０を通過した拡張された領域の被写体光を撮像して車両周辺の監視画像信号を生成する撮像手段１０２と、撮像画像信号に基づく画像を表示する表示手段１０３とを備えるようにする。
【００１９】以上の構成において、この車両周辺監視装置１００では、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の撮像領域拡張部材１０を介して入射した拡張被写体光を撮像手段１０２によって光電変換して監視画像信号を生成し、これに基づく画像を表示手段１０３に表示するようにしたことにより、表示手段１０３には、水平方向の収差による歪曲が小さく、かつ画像中心付近での縦横の歪みの小さい拡張画像が表示されるようになる。この結果、運転者に監視領域の映像と実際の監視領域との距離感の相違を解消した識別性に富む良好な拡張監視画像を提供し得る車両周辺監視装置１００を実現できるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の一実施形態を説明する。
【００２１】図１（ａ）は実施の形態による撮像領域拡張部材１０の斜視図であり、図１（ｂ）はその撮像領域拡張部材１０を水平方向（ｘ方向）の端部付近を鉛直方向（ｙ方向）に切った一部切欠斜視図であり、図１（ｃ）は部材中心Ｐ付近を鉛直方向（ｙ方向）に切った一部切欠斜視図である。この撮像領域拡張部材１０は、被写体とＣＣＤカメラ等の撮像手段との間に配置される。
【００２２】図１に示すように、撮像領域拡張部材１０は、撮像手段に対して被写体光を出射する出射面１１が、水平方向（ｚ−ｘ平面）に対して所定の傾斜角をもつように形成されていると共に、部材中心（Ｐ）から水平方向（ｘ方向）に離れるに従って傾斜角が次第に小さくなるように形成されている。
【００２３】これにより撮像領域拡張部材１０においては、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射すると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるようにして出射するようになされている。
【００２４】この結果、撮像領域拡張部材１０においては、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射するので撮像装置に画角の拡張された広角の被写体光を入射させて撮像領域を拡張できると共に、屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるようにして出射するので、撮像装置の対物レンズで発生する水平方向での収差を補正することができるようになされている。
【００２５】なお出射面１１の水平方向での傾斜の変化率（すなわち部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなる屈折角の変化率）は、撮像手段に設けられた対物レンズの収差を考慮して選定されている。
【００２６】また撮像領域拡張部材１０の出射面１１は、鉛直方向（ｙ方向）の断面が、部材中心Ｐから鉛直方向（ｙ方向）に離れるに従って水平方向（ｚ−ｘ平面）への傾斜角が次第に大きくなるように形成されている。
【００２７】これにより撮像領域拡張部材１０は、部材中心Ｐから鉛直方向（ｙ方向）に離れるほど圧縮率の大きな被写体光を出射できるようになる。この結果、撮像手段では、画像の中心ほど縦横の歪みの小さな拡張画像が得られるようになる。この結果、周辺監視の点で重要度の高い画像中心の歪みを低減することができるようになる。
【００２８】ここで撮像領域拡張部材１０の形状を、図２R>２〜図７を用いて、さらに詳述する。図２（ａ）は撮像領域拡張部材１０の上面図であり、図２（ｂ）は正面図である。図２（ａ）から分かるように、撮像領域拡張部材１０の出射面１１は部材中心付近で曲率Ｒの凸レンズとなっていると共に、部材端部にいくに従って曲率Ｒで滑らかに平面へと移行するようになっている。因みに、撮像領域拡張部材１０の入射面１２は平面となっている。
【００２９】また図２（ｂ）におけるＳ−Ｓ断面及びＴ−Ｔ断面をそれぞれ示す、図３（ａ）及び（ｂ）から分かるように、撮像領域拡張部材１０の出射面１１は楕円形状とされており、かつ部材中心から左右両方向（ｘ方向）に離れるに従って楕円の長径Ｌが大きくなるように形成されている。ここで出射面１１は楕円形状とされているので、図４及び図５に示すように、出射面１１の傾斜角θΔLは上部にいくほど大きくなる。
【００３０】図６は、撮像領域拡張部材１０を水平方向（ｚ−ｘ平面）で切ったときの断面図であり、この図に見られるように撮像領域拡張部材１０は、部材中心部で最大厚みＺｍａｘをもち、左右両端において最小厚みＺｍｉｎをもつ。また撮像領域拡張部材１０の出射面１１は、中心からの距離ｘだけ離れた厚みＺｘが、図７に示すように、滑らかな逆Ｓ字曲線となるように形成されている。
【００３１】ここで問題となるＣＣＤカメラの対物レンズによる歪曲収差について述べる。図８に示すように、点Ｑ0（ｘ0，ｙ0）を光源とする光がレンズ１３（ＣＣＤカメラの対物レンズに相当）を介して点Ｑ（ｘ，ｙ）に結像されるものとすると、その収差は、次式｛（ｘ−ｘ0）2＋（ｙ−ｙ0）2｝1/2＝ｋ（ｘ02＋ｙ02）3/2 …… （１）
で求められる。これは、歪曲収差により移動する結像点Ｑのズレ量（左辺）は、レンズ光軸からの距離の３乗に比例することを示している。なお上式におけるｋは収差係数である。
【００３２】従って、図９に示すように、被写体が光軸（レンズ中心）から離れるほど、実際の結像位置はレンズ中心に近づくことになる。
【００３３】そこでこの実施形態の撮像領域拡張部材１０では、傾斜角θΔLを部材中心から水平方向（左右方向）に離れるに従って次第に小さくなるようにすることにより、撮像手段の対物レンズで発生する水平方向での収差を補正することができるようになされている。
【００３４】ここで図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、対物レンズが内蔵されたＣＣＤモジュール２０の前方に透明な平板２１、従来の撮像領域拡張部材２（図１４）及び実施形態の撮像領域拡張部材１０をそれぞれ配置して、格子が描かれた格子板２２を被写体とした実験を行ったところ、ＣＣＤ素子２３からは図１１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すような撮像画像が得られた。
【００３５】透明な平板２１を配置した場合に得られる画像（図１１（ａ））は、対物レンズの収差により樽状に歪曲したものとなる。また従来の撮像領域拡張部材２を配置した場合に得られる画像（図１１（ｂ））は、上部画角が拡張された広角の画像となるが、やはり対物レンズの収差により樽状に歪曲したものとなる。これに対して実施形態の撮像領域拡張部材１０を配置した場合に得られる画像（図１１（ｃ））は、上部画角が拡張された広角の画像となると共に水平方向での歪曲歪みが有効に低減された画像となる。
【００３６】次に図１２に、撮像領域拡張部材１０を用いた車両周辺監視装置１００の構成を示す。車両周辺監視装置１００は、バスやトラック等の車両１０１の後部に所定の俯角をもって撮像手段としてのＣＣＤカメラ１０２が取り付けられていると共に、ＣＣＤカメラ１０２の前方には撮像領域拡張部材１０が配設されている。
【００３７】そしてＣＣＤカメラ１０２により得られた画像信号は運転席の近傍に設けられたモニタ１０３に送出される。かくして運転者は、撮像領域拡張部材１０を介してＣＣＤカメラ１０２で撮像された水平方向の収差による歪曲が小さくかつ画像中心付近での縦横の歪みの小さい拡張画像をモニタ１０３で見ることができるようになる。
【００３８】この結果、運転者は、監視領域の映像と実際の監視領域との距離感の相違を解消した識別性に富む良好な拡張監視画像に基づいて車両１０１を運転操作できるようになるので、障害物等に車両１０１を衝突させるといった危険を回避した安全な運転ができるようになる。
【００３９】なお上述の実施形態においては、撮像領域拡張部材１０の被写体光の入射面１２を平面とし、撮像手段に対向する出射面１１を、傾斜角が左右両端に行くに従って次第に小さくなると共に上端に行くに従って次第に大きくなるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、被写体光の入射面の傾斜角が左右両端に行くに従って次第に小さくなると共に上端に行くに従って次第に大きくなるようにし、撮像手段に対向する出射面を平面とした場合（すなわち図１の出射面１１を入射面とした場合）にも上述の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４０】また上述の実施形態においては、本発明による撮像領域拡張部材１０を車両周辺監視装置１００に用いた場合について述べたが、本発明の撮像領域拡張部材はこれに限らず、例えば室内を監視するような監視装置にも用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】上述のように請求項１の発明によれば、被写体と撮像装置の間に設けられた光学部材でなり、当該撮像装置に広角の被写体光を入射させることにより、当該撮像装置により得られる撮像領域を拡張させる撮像領域拡張部材１０において、撮像領域拡張部材を、入射した被写体光を撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射すると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成したことにより、水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【００４２】また請求項２の発明によれば、部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなる前記屈折角の変化率を、撮像装置に設けられた対物レンズの収差を考慮して選定するようにしたことにより、一段と水平方向への歪曲歪みの小さな拡張画像を得ることができるようになる。
【００４３】また請求項３の発明によれば、屈折角が部材中心から鉛直方向に離れるに従って次第に大きくなるように形成したことにより、請求項１又は請求項２の効果に加えて、重要度の高い画像中心の歪みを低減することができるようになる。
【００４４】さらに請求項４の発明によれば、請求項１、請求項２又は請求項３の撮像領域拡張部材と、撮像領域拡張部材を通過した拡張された監視領域の画像光を撮像して車両周辺の監視画像信号を生成する撮像手段と、監視画像信号に基づく画像を表示する表示手段とを備えるようにしたことにより、運転者に監視領域の映像と実際の監視領域との距離感の相違を解消した識別性に富む良好な拡張監視画像を提供し得る車両周辺監視装置を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像領域拡張部材を示す斜視図及び一部切欠斜視図である。
【図２】撮像領域拡張部材の形状の説明に供する上面図及び正面図である。
【図３】撮像領域拡張部材を部材中心付近及び部材中心から水平方向に所定距離だけ離れた位置でそれぞれ鉛直方向に切った断面図である。
【図４】撮像領域拡張部材の傾斜角の説明に供する断面図である。
【図５】撮像領域拡張部材の傾斜角の説明に供するグラフである。
【図６】撮像領域拡張部材を水平方向で切った場合の断面図である。
【図７】部材中心から距離ｘだけ離れたときの撮像領域拡張部材の厚みＺｘを示すグラフである。
【図８】対物レンズによる歪曲収差の説明に供する略線図である。
【図９】対物レンズによる歪曲収差の説明に供する略線図である。
【図１０】透明な平板、従来の撮像領域拡張部材及び実施形態の撮像領域拡張部材をそれぞれ用いた撮像実験を行ったときの実験装置を示す図である。
【図１１】図１０の各実験により得られた撮像画像を示す図である。
【図１２】実施の形態による車両周辺監視装置の構成を示す略線図である。
【図１３】従来の撮像領域拡張部材の説明に供する図である。
【図１４】従来の撮像領域拡張部材の斜視図である。
【図１５】平板及び従来の撮像領域拡張部材を介して得られた撮像画像を示す図である。
【符号の説明】
１０ 撮像領域拡張部材
１１ 出射面
１２ 入射面
１００ 車両周辺監視装置
１０２ 撮像手段（ＣＣＤカメラ）
１０３ 表示手段（モニタ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被写体と撮像装置の間に設けられた光学部材でなり、当該撮像装置に広角の被写体光を入射させることにより、当該撮像装置により得られる撮像領域を拡張させる撮像領域拡張部材において、前記撮像領域拡張部材は、入射した前記被写体光を前記撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射するように形成されていると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成されていることを特徴とする撮像領域拡張部材。
【請求項２】 前記屈折角の変化率を、前記撮像装置に設けられた対物レンズの収差を考慮して選定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の撮像領域拡張部材。
【請求項３】 前記屈折角が部材中心から鉛直方向に離れるに従って次第に大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像領域拡張部材。
【請求項４】 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の撮像領域拡張部材と、前記撮像領域拡張部材を通過した拡張された領域の被写体光を撮像して車両周辺の監視画像信号を生成する撮像手段と、前記監視画像信号に基づく画像を表示する表示手段とを具えることを特徴とする車両周辺監視装置。
【請求項１】 被写体と撮像装置の間に設けられた光学部材でなり、当該撮像装置に広角の被写体光を入射させることにより、当該撮像装置により得られる撮像領域を拡張させる撮像領域拡張部材において、前記撮像領域拡張部材は、入射した前記被写体光を前記撮像装置の対物レンズの光軸の方向に屈折させて出射するように形成されていると共に、当該屈折角が部材中心から水平方向に離れるに従って次第に小さくなるように形成されていることを特徴とする撮像領域拡張部材。
【請求項２】 前記屈折角の変化率を、前記撮像装置に設けられた対物レンズの収差を考慮して選定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の撮像領域拡張部材。
【請求項３】 前記屈折角が部材中心から鉛直方向に離れるに従って次第に大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像領域拡張部材。
【請求項４】 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の撮像領域拡張部材と、前記撮像領域拡張部材を通過した拡張された領域の被写体光を撮像して車両周辺の監視画像信号を生成する撮像手段と、前記監視画像信号に基づく画像を表示する表示手段とを具えることを特徴とする車両周辺監視装置。
【図９】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開平１１−３４７３９
【公開日】平成１１年（１９９９）２月９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−１９０００７
【出願日】平成９年（１９９７）７月１５日
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【公開日】平成１１年（１９９９）２月９日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）７月１５日
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
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