特許 6983584 撮像装置、それを備える測距装置及び車載カメラシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6983584

(24)【登録日】2021年11月26日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】撮像装置、それを備える測距装置及び車載カメラシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 17/08 20060101AFI20211206BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20211206BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20211206BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20211206BHJP

   G02B 7/34 20210101ALI20211206BHJP

   H04N 7/18 20060101ALI20211206BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   G02B17/08 A

   G02B13/18

   G01C3/06 110Z

   G03B15/00 V

   G02B7/34

   H04N7/18 J

   H04N5/225 100

【請求項の数】22

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-169597(P2017-169597)

(22)【出願日】2017年9月4日

(65)【公開番号】特開2019-45722(P2019-45722A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2020年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100124442

【弁理士】

【氏名又は名称】黒岩 創吾

(72)【発明者】

【氏名】梶山 和彦

【審査官】 岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２１５４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１３４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６５０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０９０４１０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００−１７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２−２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００−２５／０４

Ｂ６０Ｔ １／００−８／９６

Ｂ６０Ｒ １／００−１／１２

Ｈ０４Ｎ ５／２２２−５／２５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学系と、該光学系を介して物体を撮像する撮像素子とを有し、
前記光学系は、物体側に向かって凸形状の第１反射領域を含む第１光学素子と、物体側に向かって凸形状の第２反射領域を含む第２光学素子とを備え、
物体側からの光束は、前記第２反射領域、前記第１反射領域、前記第２光学素子の屈折領域を順に介して像側へ向かい、
前記撮像素子の撮像面は、前記光学系の光軸に対して鉛直方向における上側から前記光学系に入射する軸外光束のみを受光し、
前記光軸は、物体側よりも像側の方が鉛直方向における上側に位置するように傾いており、
前記光軸を含み水平面に垂直な第１の断面において、前記光軸と水平面との成す角度は画角の半値よりも大きいことを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

前記物体側からの光束のうち前記撮像面の中心に到達する光線は、前記光学系の最も物体側の光学面に入射するとき、水平面に対して平行であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

光学系と、該光学系を介して物体を撮像する撮像素子とを有し、
前記光学系は、物体側に向かって凸形状の第１反射領域を含む第１光学素子と、物体側に向かって凸形状の第２反射領域を含む第２光学素子とを備え、
物体側からの光束は、前記第２反射領域、前記第１反射領域、前記第２光学素子の屈折領域を順に介して像側へ向かい、
前記撮像素子の撮像面は、前記光学系の光軸に対して鉛直方向における上側から前記光学系に入射する軸外光束のみを受光し、
前記光軸は、物体側よりも像側の方が鉛直方向における上側に位置するように傾いており、
前記物体側からの光束のうち前記撮像面の中心に到達する光線は、前記光学系の最も物体側の光学面に入射するとき、水平面に対して平行であることを特徴とする撮像装置。

【請求項4】

前記第１反射領域は、前記光軸に対して鉛直方向における下側にのみ配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項5】

前記撮像面は、前記光軸に対して鉛直方向における下側にのみ配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項6】

前記第１反射領域と前記第２反射領域との間に存在する光学素子の厚さの合計をＬｇ、前記第１反射領域を含む光学面と前記第２反射領域を含む光学面との間隔をＬｍとするとき、
０．３≦Ｌｇ／Ｌｍ≦０．９５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項7】

光学系と、該光学系を介して物体を撮像する撮像素子とを有し、
前記光学系は、物体側に向かって凸形状の第１反射領域を含む第１光学素子と、物体側に向かって凸形状の第２反射領域を含む第２光学素子とを備え、
物体側からの光束は、前記第２反射領域、前記第１反射領域、前記第２光学素子の屈折領域を順に介して像側へ向かい、
前記撮像素子の撮像面は、前記光学系の光軸に対して鉛直方向における上側から前記光学系に入射する軸外光束のみを受光し、
前記光軸は、物体側よりも像側の方が鉛直方向における上側に位置するように傾いており、
前記第１反射領域と前記第２反射領域との間に存在する光学素子の厚さの合計をＬｇ、前記第１反射領域を含む光学面と前記第２反射領域を含む光学面との間隔をＬｍとするとき、
０．３≦Ｌｇ／Ｌｍ≦０．９５
なる条件式を満足することを特徴とする撮像装置。

【請求項8】

前記第１反射領域を含む光学面の曲率半径をＲｐ、前記第２反射領域を含む光学面の曲率半径をＲｎとするとき、
０．７≦Ｒｐ／Ｒｎ≦１．３
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項9】

前記第１光学素子よりも像側において前記第１光学素子に最も近い屈折面の曲率半径をＲ１、該屈折面と前記第２反射領域を含む光学面との間隔をＬ１とするとき、
２．０≦Ｒ１／Ｌ１≦５．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項10】

光学系と、該光学系を介して物体を撮像する撮像素子とを有し、
前記光学系は、物体側に向かって凸形状の第１反射領域を含む第１光学素子と、物体側に向かって凸形状の第２反射領域を含む第２光学素子とを備え、
物体側からの光束は、前記第２反射領域、前記第１反射領域、前記第２光学素子の屈折領域を順に介して像側へ向かい、
前記撮像素子の撮像面は、前記光学系の光軸に対して鉛直方向における上側から前記光学系に入射する軸外光束のみを受光し、
前記光軸は、物体側よりも像側の方が鉛直方向における上側に位置するように傾いており、
前記第１光学素子よりも像側において前記第１光学素子に最も近い屈折面の曲率半径をＲ１、該屈折面と前記第２反射領域を含む光学面との間隔をＬ１とするとき、
２．０≦Ｒ１／Ｌ１≦５．５
なる条件式を満足することを特徴とする撮像装置。

【請求項11】

前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の媒質の屈折率は、前記第２光学素子の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項12】

前記第２反射領域は、前記物体側からの光束の一部を反射する反射部と、前記物体側からの光束の一部を遮光する遮光部とを含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項13】

前記光軸に垂直かつ水平面に平行な第１の方向における前記反射部の直径は、前記光軸及び前記第１の方向に垂直な第２の方向における前記反射部の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載の光学系。

【請求項14】

前記第１反射領域は、前記第１光学素子の像側面に含まれることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項15】

前記第１光学素子は、正のパワーの屈折領域を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項16】

前記第２反射領域は、前記第２光学素子の像側面に含まれることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項17】

前記第２光学素子は、負のパワーの屈折領域を含むことを特徴とする請求項１乃至１６の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項18】

前記光学系及び前記撮像素子を保持する保持部材を有し、該保持部材は外部に対する鉛直方向における位置決めのための基準面を備え、該基準面は前記光軸に対して非平行であることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項19】

物体の画像データを取得する撮像装置と、該画像データに基づいて前記物体までの距離情報を取得する距離算出部とを備え、前記撮像装置は請求項１乃至１８の何れか一項に記載の撮像装置であることを特徴とする測距装置。

【請求項20】

請求項１９に記載の測距装置と、前記距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部とを備えることを特徴とする車載カメラシステム。

【請求項21】

前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の各輪に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を備えることを特徴とする請求項２０に記載の車載カメラシステム。

【請求項22】

前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の運転者に対して警報を発する警報装置を備えることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の車載カメラシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、屈折面及び反射面を有する光学系を備える撮像装置に関し、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、車載カメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、ウェアラブルカメラ、医療用カメラ等に好適なものである。

【背景技術】

【0002】

撮像装置に用いられる光学系として、反射面によって光路を折り畳み軸外光束のみを結像に用いる構成を採ることで、小型化を図った反射屈折光学系が知られている。特許文献１には、反射面及び屈折面を含む反射屈折素子が二つ配置された反射屈折光学系が開示されている。また、特許文献２には、二つの屈折素子、一つの反射素子（裏面鏡）、及び一つの反射屈折素子で構成された反射屈折光学系が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−２１５４５８号公報

【特許文献2】特開２００３−１７７３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、軸外光束のみを使用する撮像装置を採用した場合、光学系の結像性能を確保するために、注目する被写体に合わせて光学系の光軸を水平方向に対して傾ける方法が考えられる。このとき、光軸を傾ける方向を適切に設定しないと、画角外からの不要光が撮像素子に入射してしまい、取得される画像にゴーストが生じてしまうという問題がある。しかしながら、特許文献１及び２では、結像性能の確保とゴーストの低減を両立するための光学系の配置について一切考慮されていない。

【0005】

本発明は、小型でありながら高い結像性能とゴーストの低減との両立が可能な撮像装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての撮像装置は、光学系と、該光学系を介して物体を撮像する撮像素子とを有し、前記光学系は、物体側に向かって凸形状の第１反射領域を含む第１光学素子と、物体側に向かって凸形状の第２反射領域を含む第２光学素子とを備え、物体側からの光束は、前記第２反射領域、前記第１反射領域、前記第２光学素子の屈折領域を順に介して像側へ向かい、前記撮像素子の撮像面は、前記光学系の光軸に対して鉛直方向における上側から前記光学系に入射する軸外光束のみを受光し、前記光軸は、物体側よりも像側の方が鉛直方向における上側に位置するように傾いており、前記光軸を含み水平面に垂直な第１の断面において、前記光軸と水平面との成す角度は画角の半値よりも大きいことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、小型でありながら高い結像性能とゴーストの低減との両立が可能な撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施例１に係る撮像装置の要部概略図。

【図2】実施例１及び比較例に係る撮像装置において生じるゴーストを示す図。

【図3】実施例１に係る光学系の横収差図。

【図4】本発明の実施例２に係る撮像装置の要部概略図。

【図5】実施例２に係る光学系における反射部の要部概略図。

【図6】実施例２に係る光学系の横収差図。

【図7】本発明の実施形態に係る車載カメラシステムの機能ブロック図。

【図8】実施形態に係る車両の要部概略図。

【図9】実施形態に係る車載カメラシステムの動作例を示すフローチャート。

【図10】撮像装置の保持部材に設けられる基準面を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態において、「光学面」とは屈折面や反射面のことを指し、「光軸」とは光学系における各光学面の中心（面頂点）を通る軸を指し、「間隔」とは光軸上での面間隔のことを指すものとする。

【0010】

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る撮像装置１０００の光軸Ａを含むＹＺ断面における要部概略図であり、図１（ｂ）は、撮像装置１０００をＹ方向から見たときの要部概略図である。撮像装置１０００は、光学系１００と、光学系１００を介して物体（被写体）を撮像する撮像素子１１０とを有する。なお、図１では、水平方向（Ｈ方向）において左側（−Ｈ側）が物体側であり、右側（＋Ｈ側）が像側である。また、図１（ｂ）では、Ｙ方向における中心像高に向かう光束を示している。

【0011】

光学系１００は、不図示の物体からの光束を集光して物体の像を形成するための結像光学系（撮像光学系）である。光学系１００の像面ＩＭＧの位置には、撮像素子１１０の撮像面（受光面）が配置されている。撮像素子１１０としては、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子を採用することができる。

【0012】

ここで、本実施形態に係る光学系１００は、物体側に向かって凸形状の第１反射領域を含む第１光学素子Ｇ１と、物体側に向かって凸形状の第２反射領域Ｇ２Ｍを含む第２光学素子Ｇ２とを備える反射屈折光学系である。物体側からの光は、第２反射領域Ｇ２Ｍ、第１反射領域Ｇ１Ｍ、第２光学素子Ｇ２の屈折領域Ｇ２Ｔを順に介して像側へ向かい、像面ＩＭＧを形成する。

【0013】

このように、光学系１００は、正のパワーの反射面（凹反射面）である第１反射領域Ｇ１Ｍと負のパワーの反射面（凸反射面）である第２反射領域Ｇ２Ｍとを備えることで、光路を折り畳んで小型化を実現しつつ、収差の発生を抑制することができる。このとき、第１反射領域Ｇ１Ｍ及び第２反射領域Ｇ２Ｍの配置は、シュバルツシルト光学系と同様になるため、絞り値（Ｆ値）が小さく明るい光学系を実現することが可能になる。

【0014】

また、本実施形態に係る撮像素子１１０の撮像面は、光学系１００からの光束のうち、軸上光束を受光せず、軸外光束のみを受光するように配置されている。ただし、軸上光束とは光軸Ａ上に集光される光束であり、軸外光束とは軸上光束以外の光束である。具体的に、本実施形態では、撮像素子１１０の撮像面を光軸Ａに対してＹ方向に偏心させることで、光軸Ａに対して鉛直方向（Ｖ方向）における下側（−Ｖ側）にのみ撮像面が配置された構成を採っている。

【0015】

これにより、撮像面が光軸Ａに対して撮像面とは反対側（＋Ｖ側）から光学系１００に入射する軸外光束のみを受光するように構成することができる。このように、撮像面が軸外光束のみを受光する構成を採ることで、各反射領域により光路を折り畳んで小型化を図りつつ、撮像素子１１０を各光学素子や各光路と干渉しないように配置することができる。

【0016】

なお、撮像面を光軸Ａに対して偏心させる代わりに、遮光部材によって撮像面に軸外光束のみが到達するように構成してもよい。例えば、第１光学素子Ｇ１の物体側面における光軸Ａ上の領域及び光軸Ａに対して−Ｖ側の領域に遮光膜を設けることで、軸上光束及び光軸Ａに対して−Ｖ側からの軸外光束が撮像面に到達しないようにすることができる。また、第１反射領域Ｇ１Ｍを構成する反射膜の透過率が十分に低い場合は、第１反射領域Ｇ１Ｍが前述した遮光部材として機能するため、別途遮光部材を設けなくてもよい。

【0017】

上述したように、撮像装置１０００は、物体を撮像する際に軸上光束を使用せず、軸外光束のみを使用する構成を採っている。そのため、光軸Ａが水平方向に対して平行となるように光学系１００を配置した場合、撮像装置１０００の中心画角の向きが水平方向に対して非平行に設定されることになる。しかし、多くの場合、撮像装置の撮像対象となる物体は水平方向における撮像装置の正面に存在するため、このような配置では物体の良好な画像を得ることはできない。そこで、本実施形態に係る撮像装置１０００では、中心画角の向きが水平方向に近づくように、光学系１００の光軸Ａを水平面（ＨＸ平面）に対して傾けている。

【0018】

ただし、光学系１００においては、軸上において結像性能が最も高く、軸上から離れるに従って結像性能が低下する。また、コサイン４乗則などにより、光学系１００により集光される光束の光量は軸上から離れるに従って低下する。よって、撮像対象となる物体からの光束が光学系１００における軸上付近を通過するように光学系１００を配置することが必要になる。特に、撮像装置１０００を車載カメラや監視カメラ等として用いる場合、撮像装置１０００に対して＋Ｖ側よりも−Ｖ側に存在する物体（道路標識、障害物、人など）に注目する必要がある。

【0019】

また、特に屋外で使用される車載カメラや監視カメラ等の撮像装置においては、太陽のような光強度の強い光源からの光（不要光）が撮像面に入射することで、取得される画像にゴーストが生じてしまうという問題がある。特に、光学系１００のように、反射面によって光路を折り畳み軸外光束のみを結像に用いる構成においては、不要光が反射面を介さずに撮像面に入射することで生じるゴーストが問題になる。このようなゴーストの発生は、光学系１００に入射するときの不要光が光軸Ａに対して平行に近いほど顕著になる。

【0020】

そこで、本実施形態に係る撮像装置１０００では、光学系１００からの光束のうち、光軸Ａに対して＋Ｖ側の軸外光束のみを撮像面が受光するようにしている。さらに、撮像装置１０００では、物体側よりも像側の方が＋Ｖ側に位置するように光軸Ａが傾いている。言い換えると、光学系１００よりも＋Ｖ側の水平面に対して、光軸Ａが物体側よりも像側で近付くように傾いている。これにより、撮像対象となる物体からの光束が、光学系１００における結像性能が高い軸上近傍の領域を通過し易くなるため、物体の良好な画像を取得することができる。また、太陽などの＋Ｖ側に存在する光源からの不要光が、光学系１００における軸上近傍の領域を通過し難くなるため、ゴーストの発生を抑制することができる。

【0021】

なお、光軸Ａを含み水平面に垂直な第１の断面（ＶＨ断面）において、光軸Ａと水平面との成す角度が画角の半値よりも大きくなるように光軸Ａを傾けることが望ましい。光軸Ａと水平面との成す角度が画角の半値よりも小さい場合、中心画角の向きを水平方向に対して十分に近づけることができず、注目する物体の良好な画像が得られなくなる可能性がある。

【0022】

また、光軸Ａを傾ける際には、物体側からの光束のうち撮像面の中心に到達する光線が、光学系１００の最も物体側の光学面に入射するときに水平面に対して平行になるようにすることが好ましい。これにより、撮像対象となる物体からの光束が、光学系１００における軸上近傍の領域をより通過し易くなるようにすることができる。ただし、ここでの平行とは、厳密な平行に限らず、光軸Ａが水平面に対して数度（３°以内）傾いた場合（略平行）を含んでいる。

【0023】

図２は、撮像装置よりも＋Ｖ側（画角中心に対して２０°上方）に存在する光源Ｓからの不要光に起因して生じるゴーストをシミュレーションした結果を示す。図２（ａ）は、本実施形態に係る撮像装置１００の撮像面における照度分布を示し、図２（ｂ）は、比較例に係る撮像装置（撮像装置１０００をＨ方向に対して反転させたもの）の撮像面における照度分布を示している。照度分布の図における横軸及び縦軸は、撮像面の中心を基準としたときの位置（ｍｍ）を示している。また、照度分布の図の右側にあるヒストグラムにおいて、縦軸は照度を対数で表示したものであり、横軸はその照度となる画素が生じる頻度を対数で表示したものである。

【0024】

図２より、本実施形態に係る撮像装置１０００では目立ったゴーストが生じていないのに対して、比較例に係る撮像装置ではゴーストＧｈｏ（照度が高い画素）が顕著に生じていることがわかる。これは、比較例に係る撮像装置においては、物体側よりも像側の方が−Ｖ側に位置するように光軸Ａが傾いているため、光源Ｓからの不要光が光学系における軸上近傍の領域を通過し易いためである。

【0025】

以上、本実施形態に係る撮像装置１０００によれば、装置全体の小型化を実現しつつ、高い結像性能とゴーストの低減とを両立することができる。

【0026】

［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る撮像装置１０００について説明する。本実施例に係る撮像装置１０００は、上述した実施形態に係る撮像装置１０００と同様の構成を採っているため、重複する説明を省略する。撮像装置１０００の諸元値は、後述する数値実施例１に対応する。

【0027】

本実施例に係る光学系１００は、正のパワーの屈折領域Ｇ１Ｔを含む第１光学素子Ｇ１と、負のパワーの屈折領域Ｇ２Ｔを含む第２光学素子Ｇ２と、正のパワーの屈折領域Ｇ３Ｔを含む第３光学素子Ｇ３とを備えている。また、第２光学素子Ｇ２の像側面に設けられた第２反射領域Ｇ２Ｍが開口絞りの役割を果たしている。この構成により、開口絞りの前後における各屈折領域のパワー配置の対称性を確保し、倍率色収差などの諸収差を良好に補正することができる。

【0028】

さらに、本実施例に係る光学系１００では、凹反射面を含む第１光学素子Ｇ１を反射屈折素子としているため、光学素子の枚数の増大を抑制して全系を小型化しつつ、収差を良好に補正することができる。また、本実施例に係る第３光学素子Ｇ３は、正パワーの屈折領域Ｇ３Ｔを含んでいる。これにより、凸反射面である第２反射領域Ｇ２Ｍを有する第２光学素子Ｇ２の像側面における屈折領域Ｇ２Ｔで発生するコマ収差等の収差を良好に補正することができる。よって、第１光学素子Ｇ１及び第２光学素子Ｇ２を反射屈折素子とした小型な構成においても、高い結像性能を実現することが可能になる。

【0029】

具体的に、本実施例に係る第１光学素子Ｇ１は、物体側面及び像側面の両方が物体側に向かって凸形状である正メニスカスレンズであって、屈折領域Ｇ１Ｔ及び第１反射領域Ｇ１Ｍを有する反射屈折素子（反射屈折レンズ）である。本実施例に係る第１反射領域Ｇ１Ｍは、第１光学素子Ｇ１の像側面に設けられた表面鏡であるが、第１光学素子Ｇ１の物体側面に設けられた裏面鏡であってもよい。ただし、倍率色収差等の諸収差の補正のために、後述する開口絞りの前後での光束の屈折回数の対称性を持たせるには、第１反射領域Ｇ１Ｍを表面鏡とすることが望ましい。本実施例に係る第１光学素子Ｇ１において、第１反射領域Ｇ１Ｍは光軸Ａに対して−Ｖ側にのみ配置されている。

【0030】

本実施例に係る第２光学素子Ｇ２は、物体側面及び像側面の両方が物体側に向かって凸形状である負メニスカスレンズであって、屈折領域Ｇ２Ｔ及び第２反射領域Ｇ２Ｍを有する反射屈折素子である。また、本実施例に係る第３光学素子Ｇ３は、正のパワーの両凸レンズであって、反射領域を持たない屈折素子（屈折レンズ）である。なお、第１光学素子Ｇ１、第２光学素子Ｇ２、及び第３光学素子Ｇ３の夫々の形状は、図１に示したものに限られず、必要に応じて適宜変更可能である。

【0031】

そして、本実施例に係る第２反射領域Ｇ２Ｍは、結像に寄与する有効光を反射する反射部と、それ以外の光束を遮光する遮光部とで構成されており、開口絞りの役割を果たしている。なお、反射部は反射膜（蒸着膜）などで構成され、遮光部は吸光部材で構成される。

【0032】

不図示の物体からの光は、第１光学素子Ｇ１の物体側面に入射し、第１光学素子Ｇ１の像側面における屈折領域Ｇ１Ｔ及び第２光学素子Ｇ２の物体側面における屈折領域Ｇ２Ｔを透過して、第２反射領域Ｇ２Ｍにおける反射部で反射される。このとき、光束の一部は第２反射領域Ｇ２Ｍの遮光部により遮光される。

【0033】

第２反射領域Ｇ２Ｍの反射部で反射された光は、第２光学素子Ｇ２の物体側面を透過して、第１光学素子Ｇ１の像側面における第１反射領域Ｇ１Ｍで反射される。第１反射領域Ｇ１Ｍで反射された光は、再び第２光学素子Ｇ２の物体側面に入射して、第２光学素子Ｇ２の屈折領域Ｇ２Ｔ及び第３光学素子Ｇ３の屈折領域Ｇ３Ｔを透過し、光学ブロックＣＧを介して平面形状の像面ＩＭＧを形成する。なお、光学ブロックＣＧは、カバーガラスや光学フィルター等に相当するパワーを持たない光学素子である。

【0034】

図１（ｂ）に示すように、Ｘ方向において、光学系１００は光軸Ａに対して対称な形状であり、物体側からの光は光軸Ａに対して両側から第１光学素子Ｇ１に入射する。すなわち、Ｙ方向の各位置でのＺＸ断面において、光学系１００は光軸Ａに対して対称な形状である。一方、図１（ａ）に示すＹＺ断面においても、光学系１００は光軸Ａに対して対称な形状であるが、物体側からの光は光軸Ａに対して＋Ｙ側のみから第１光学素子Ｇ１に入射し、光軸Ａに対して−Ｙ側に像面が形成される。このように、光学系１００は、ＹＺ断面において光束が光軸Ａに対して一方の側のみから第１光学素子Ｇ１に入射する構成、すなわち光束が各光学面に斜入射する構成を採っている。

【0035】

本実施例に係る光学系１００の光軸Ａを含むＺＸ断面での画角は５０°である。光軸Ａを基準（０°）として＋Ｘ側を正、−Ｘ側を負とするとき、ＺＸ断面での画角内の角度θｘの範囲は−２５°≦θｘ≦＋２５°である。また、光学系１００の光軸Ａを含むＹＺ断面での画角は２９°である。第１光学素子Ｇ１の物体側面に入射する光束のうち撮像面の中心に到達する光線（中心光線）を基準（０°）として＋Ｙ側を正、−Ｙ側を負とするとき、ＹＺ断面での画角内の角度θｙの範囲は−１４．５°≦θｙ≦＋１４．５°である。なお、この中心光線と光軸Ａとのなす角度は４０°である。

【0036】

本実施例に係る光学系１００では、ＺＸ断面での画角が光軸Ａの両側に対称に設定されているのに対して、ＹＺ断面での画角は光軸Ａに対して＋Ｙ側にのみ設定されている。そして、光学系１００では、光軸を含むＺＸ断面での画角よりも、光軸を含みＺＸ断面に垂直なＹＺ断面での画角の方が小さくなっている。また、本実施例に係る光学系１００は、全ての光学面の面頂点及び曲率中心が光軸Ａの上に存在する共軸系であり、かつ全ての光学面が光軸Ａに対して回転対称な形状である回転対称系である。このように、光学系１００を共軸系かつ回転対称系とすることで、ＺＸ断面及びＹＺ断面の夫々で諸収差を良好に補正することができる。

【0037】

本実施例では、第１光学素子Ｇ１と第２光学素子Ｇ２との間の媒質を、第２光学素子Ｇ２よりも小さい屈折率の材料としている。これにより、第２光学素子Ｇ２の物体側面における、光軸Ａに対して下側で屈折する光束の屈折角と上側で屈折する光束の屈折角とを同等にすることができ、コマ収差、倍率色収差、及び歪曲収差を良好に補正することが可能になる。

【0038】

第２光学素子Ｇ２の物体側面における光軸Ａに対して上側の領域は、物体側から入射する光に向かって凸形状であるため、光軸Ａの近傍を通過する光よりも、光軸Ａから離れた位置を通過する光束の方を大きく屈折させる。よって、第２光学素子Ｇ２の物体側面における上側の領域に入射する各光束の角度は不均一になり、コマ収差、倍率色収差、及び歪曲収差が発生してしまう。一方、第２光学素子Ｇ２の物体側面における光軸Ａに対して下側の領域は、第１光学素子Ｇ１の方へ出射する光に向かって凹形状であるため、光軸Ａの近傍を通過する光よりも、光軸Ａから離れた位置を通過する光束の方を大きく屈折させる。

【0039】

ここで、第２光学素子Ｇ２の物体側面における上側の領域と下側の領域との間の光路には第２反射領域Ｇ２Ｍが配置されているため、光束内の各光線の配置（光軸Ａからの距離の長短）は、上側の領域に入射する時と下側の領域から出射する時とで反対になる。よって本実施例に係る光学系１００は、第２光学素子Ｇ２の物体側面における上側の領域で発生したコマ収差、倍率色収差、及び歪曲収差を、第２光学素子Ｇ２の物体側面における下側の領域によってキャンセルすることができる。

【0040】

このとき、第１光学素子Ｇ１と第２光学素子Ｇ２との間の媒質と第２光学素子Ｇ２とに十分な屈折率差を生じさせるためには、その媒質の屈折率をできるだけ小さくすることが望ましく、特に本実施例のように空気とすることがより好ましい。なお、必要に応じて、第１光学素子Ｇ１と第２光学素子Ｇ２との間に他の光学素子を配置してもよい。ただし、その場合は、第１光学素子Ｇ１とそれに隣接する光学素子との間に、空気などの屈折率が小さい媒質を配置することが望ましい。

【0041】

本実施例に係る第２反射領域Ｇ２Ｍは、上述したように凸形状の反射面であり、かつ開口絞りの機能を備えている。このように、負のパワーの第２反射領域Ｇ２Ｍを開口絞りとすることにより、像面湾曲や非点収差への影響を抑えつつ、球面収差を良好に補正することができる。また、第２反射領域Ｇ２Ｍに負のパワーを持たせることによって、第１反射領域Ｇ１Ｍと像面ＩＭＧとの間隔を適切に確保することができ、光学系１００と撮像素子との干渉を回避することが容易になる。なお、本実施例では、第２反射領域Ｇ２Ｍを、光軸Ａから離れるに従ってパワーが小さくなる非球面とすることによって、球面収差をより良好に補正することを可能にしている。

【0042】

また、本実施例に係る第２反射領域Ｇ２Ｍの反射部は楕円形状であり、その長軸はＺＸ断面に平行、短軸はＹＺ断面に平行となっている。言い換えると、第２反射領域Ｇ２Ｍの反射部の光軸Ａに垂直かつ水平面に平行なＸ方向（第１の方向）の直径は、反射部の光軸Ａ及び第１の方向に垂直なＹ方向（第２の方向）の直径よりも大きくなっている。具体的に、本実施例に係る光学系１００の絞り値は、Ｘ方向においてはＦ＝１．２、Ｙ方向においてはＦ＝３．０である。

【0043】

すなわち、本実施例に係る光学系１００の絞り値は、光学系１００の画角が光軸Ａに対して対称であるＺＸ断面よりも、光学系１００の画角が光軸Ａに対して非対称であるＹＺ断面の方が大きく（暗く）なるように設定されている。これにより、ＺＸ断面において明るさと解像度を向上させつつ、ＹＺ断面において光束幅を狭めて光路干渉を回避し易くすることができ、各光学面の配置の自由度を向上させることが可能になる。なお、第２反射領域Ｇ２Ｍの反射部は楕円形状に限られるものではなく、必要に応じて矩形などにしてもよい。

【0044】

本実施例に係る第１反射領域Ｇ１Ｍは、主に像面湾曲を補正する役割を果たしている。一般的に、光学系において像面湾曲を補正するためには、正のパワーと負のパワーとの打ち消し合いによって各光学面のペッツバール和を小さくし、ペッツバール像面が平面に近づくように光学設計が行われる。それに対して、本実施例に係る光学系１００では、第１光学素子Ｇ１の第１反射領域Ｇ１Ｍのサグ量を適切に設定することで像面湾曲を補正している。これについて、以下で詳細に説明する。

【0045】

本実施例に係る光学系１００は、全体として正のパワーを有しているため、像面近傍に結像した際のペッツバール像面は、光軸Ａから周辺部へ向かうに従って物体側に変位した湾曲形状となる傾向がある。一方、第１反射領域Ｇ１Ｍは、凹形状、すなわち光軸Ａから周辺部へ向かうに従って像側に変位した形状であるため、第１反射領域Ｇ１Ｍと像面ＩＭＧとの間隔は光軸Ａから周辺部へ向かうに従って短くなる。

【0046】

よって、第１反射領域Ｇ１Ｍが生じさせた像高毎の光路差により、光学系１００の像面湾曲を良好に補正することができる。さらに、第１反射領域Ｇ１Ｍを非球面とすることで、第１反射領域Ｇ１Ｍが球面である場合に補正しきれない像面湾曲を、第１反射領域Ｇ１Ｍの非球面成分によって補正することができる。これにより、第１反射領域Ｇ１Ｍのサグ量の設計自由度を向上させることができ、像面湾曲をより良好に補正することが可能になる。

【0047】

なお、光学系の像面湾曲を補正するためには、光軸上と比較して周辺部の方でパワーが小さくなるように非球面を構成することが一般的である。一方、本実施例では、一般的な光学系とは異なり第１反射領域Ｇ１Ｍのサグ量により像面湾曲を補正しているため、第１反射領域Ｇ１Ｍの非球面量は光軸Ａ上と比較して周辺部でパワーが大きくなるように設定されている。

【0048】

本実施例では、第１光学素子Ｇ１における屈折領域Ｇ１Ｔ及び第１反射領域Ｇ１Ｍによって、上述したような良好な収差補正を可能にしている。このとき、屈折領域Ｇ１Ｔ及び第１反射領域Ｇ１Ｍを一つの光学素子に設けることで、これらを互いに異なる光学素子に設ける場合と比較して、光学素子の枚数の増大や各光学素子の相対的な配置誤差の発生を抑制することができる。そして、第１光学素子Ｇ１を物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとすることで、光学系１００を広角化した場合にも、屈折領域Ｇ１Ｔによって倍率色収差を良好に補正することができる。

【0049】

上述したように、本実施例に係る第３光学素子Ｇ３は、正パワーを有することで、凸反射面である第２反射領域Ｇ２Ｍを有する第２光学素子Ｇ２の像側面における屈折領域Ｇ２Ｔで発生するコマ収差等の諸収差を良好に補正している。このとき、本実施例のように第３光学素子Ｇ３の像側面を物体側に向かって凹形状とすることが望ましい。光学系１００における最も像側に配置された光学面（最終面）を物体側に向かって凹形状の屈折面とすることで、他の光学面で補正しきれなかった像面湾曲や非点収差を良好に補正することができる。ただし、必要に応じて第３光学素子Ｇ３の像側面を物体側に向かって凸形状としてもよいが、この場合は第３光学素子Ｇ３よりも像側に、物体側に向かって凹形状の屈折面を更に配置することが望ましい。

【0050】

ここで、第１反射領域Ｇ１Ｍと第２反射領域Ｇ２Ｍとの間に存在する光学素子の厚さの合計をＬｇ、第１反射領域Ｇ１Ｍを含む光学面と第２反射領域Ｇ２Ｍを含む光学面との間隔をＬｍとするとき、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。ただし、ここでの厚さとは、光軸Ａ上での厚さを示している。本実施例においては、第２光学素子Ｇ２の厚さがＬｇ、第１光学素子Ｇ１の像側面と第２光学素子Ｇ２の像側面との間隔がＬｍである。
０．３≦Ｌｇ／Ｌｍ≦０．９５・・・（１）

【0051】

条件式（１）の下限値を下回ると、第１反射領域Ｇ１Ｍと第２反射領域Ｇ２Ｍとの間に存在する屈折面における光軸Ａに近い部分で光束が屈折するため、倍率色収差を良好に補正することが難しくなる。また、条件式（１）の上限値を上回ると、第１反射領域Ｇ１Ｍと第２反射領域Ｇ２Ｍとの間に存在する各光学面同士の間隔が狭くなり過ぎるため、光束を十分に屈折させることができず、倍率色収差を良好に補正することが難しくなる。更に、以下の条件式（１ａ）を満足することがより好ましい。
０．３２≦Ｌｇ／Ｌｍ≦０．９０・・・（１ａ）

【0052】

また、第１反射領域Ｇ１Ｍを含む光学面の曲率半径をＲｐ、第２反射領域Ｇ２Ｍを含む光学面の曲率半径をＲｎとするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。本実施例においては、第１光学素子Ｇ１の像側面の曲率半径がＲｐ、第２光学素子Ｇ２の像側面の曲率半径がＲｎである。
０．７≦Ｒｐ／Ｒｎ≦１．３・・・（２）

【0053】

本実施例に係る光学系１００では、色収差の発生を抑制するために、第１反射領域Ｇ１Ｍ及び第２反射領域Ｇ２Ｍが比較的大きなパワーを有している。よって、条件式（２）を満足することにより、光学系１００におけるペッツバール和を小さくし、像面湾曲の発生を抑制することができる。条件式の範囲を外れると、光学系１００におけるペッツバール和が大きくなってしまい、像面湾曲の発生を十分に抑制することが難しくなる。更に、以下の条件式（２ａ）を満足することがより好ましい。
０．７５≦Ｒｐ／Ｒｎ≦１．２・・・（２ａ）

【0054】

また、第１光学素子Ｇ１よりも像側において第１光学素子Ｇ１に最も近い屈折面の曲率半径をＲ１、該屈折面と第２反射領域Ｇ２Ｍを含む光学面との間隔をＬ１とするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。本実施例においては、第２光学素子Ｇ２の物体側面の曲率半径がＲ１、第２光学素子Ｇ２の物体側面と像側面との間隔がＬ１である。
２．０≦Ｒ１／Ｌ１≦５．５・・・（３）

【0055】

条件式（３）の下限値を下回ると、第１光学素子Ｇ１よりも像側において第１光学素子Ｇ１に最も近い屈折面に対する軸外光束の入射角が小さくなり過ぎてしまい、軸外光束の主光線が十分に屈折しなくなる。よって、光学系１００を広角化する際に第１光学素子Ｇ１を大型化することが必要になるため、全系の小型化が難しくなる。また、条件式（３）の上限値を上回ると、第１光学素子Ｇ１よりも像側において第１光学素子Ｇ１に最も近い屈折面に対する軸外光束の入射角が大きくなり過ぎてしまい、倍率色収差や非点収差を良好に補正することが難しくなる。更に、以下の条件式（３ａ）を満足することがより望ましい。
２．５≦Ｒ１／Ｌ１≦５．０・・・（３ａ）

【0056】

本実施例に係る光学系１００についての各条件式の値を、後述する表１に示す。表１に示すように、光学系１００は上述した条件式の全てを満足している。

【0057】

図３は、本実施例に係る光学系１００の横収差図である。図３では、光学系１００の５つの画角におけるＣ線（波長６５６．３ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、及びｇ線（波長４３５．８ｎｍ）の夫々に対する横収差を示しており、数値の単位はｍｍである。図３を見て分かる通り、コマ収差や倍率色収差が良好に補正されている。また、光学系１００の開口率（ビネッティング）は全画角において１００％であるため、第２反射領域Ｇ２Ｍによるケラレが生じておらず、軸上から軸外にかけて明るい光学系が実現できている。

【0058】

［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る撮像装置２０００について説明する。本実施例に係る撮像装置２０００において、上述した実施例１に係る撮像装置１０００と同等の構成については説明を省略する。撮像装置２０００の諸元値は、後述する数値実施例２に対応する。

【0059】

図４（ａ）は、本実施例に係る撮像装置２０００の光軸Ａを含むＹＺ断面における要部概略図であり、図４（ｂ）は、撮像装置２０００をＹ方向から見たときの要部概略図である。本実施例に係る光学系２００は、第１光学素子Ｇ１と第２光学素子Ｇ２との間に第４光学素子Ｇ４が配置されており、第２反射領域Ｇ２Ｍに２つの反射部が設けられている点で、実施例１に係る光学系１００とは異なる。図４（ｂ）に示すように、光学系２００は、２つの反射部によりＺＸ断面において瞳を二分割する構成を採っている。これにより、光学系２００を測距光学系として用いることができる。

【0060】

図５は、光学系２００において、Ｚ方向における−Ｚ側から見たときの第２反射領域Ｇ２Ｍの反射部の要部概略図である。図５において、実線は第２反射領域Ｇ２Ｍにおける反射部を示し、破線は光学系２００における収差が十分に補正され高い結像性能が得られる部分に対応する有効領域を示している。言い換えると、図５における破線は、光学系２００を測距光学系ではなく実施例１と同様に通常の撮像光学系として用いると仮定したときの反射部を示している。

【0061】

図５に示すように、光学系２００の第２反射領域Ｇ２Ｍには、光軸Ａに対してＸ方向に偏心した二つの反射部２０１，２０２が設けられている。この二つの反射部２０１，２０２によれば、ＺＸ断面において光学系２００の瞳を分割することができる。なお、反射部２０１，２０２は、実施例１と同様に反射膜などによって形成される。

【0062】

光学系２００を測距光学系として用いる場合、その像面ＩＭＧには、反射部２０１で反射された光束が形成した被写体の像と、反射部２０２で反射された光束が形成した被写体の像とを区別して光電変換できる撮像素子２１０が配置される。このような撮像素子２１０と、光学系２００と、後述する処理部とによって、車載カメラなどの測距装置を構成することができる。

【0063】

被写体が光学系２００の前側焦点面上にあるときは、光学系２００の像面において、分割された二つの光束による像に位置ずれは発生しない。しかし、被写体が光学系２００の前側焦点面以外の位置にあるときは、分割された二つの光束による像に位置ずれが発生する。このとき、各光束が形成する像の位置ずれは被写体の前側焦点面からの変位量に対応しているので、各光束による像の位置ずれ量及び位置ずれの方向を取得することで、被写体までの距離を測定することができる。

【0064】

光学系２００では二つの反射部をＸ方向に偏心させているが、必要に応じてＹ方向に偏心させてもよい。ただし、測距精度を向上させるためには、二つの反射部をＸ方向に偏心させることが望ましい。これは、図５の破線で示す有効領域について、光軸Ａに対して非対称であるＹ方向における絞り値よりも、光軸Ａに対して対称であるＸ方向における絞り値の方が小さいためである。

【0065】

本実施例に係る光学系２００について、ＺＸ断面での画角は５０°、ＹＺ断面での画角は４６°、ＺＸ断面において中心光線と光軸Ａとのなす角度は３８°である。また、図５に破線で示した第２反射領域Ｇ２Ｍの有効領域の絞り値は、Ｘ方向において１．５、Ｙ方向において５．３となっている。そして、光学系２００は、以下の表１に示すように上述した条件式の全てを満足している。

【0066】

【表1】

【0067】

図６は、本実施例に係る光学系２００の横収差図である。図６を見て分かる通り、コマ収差や倍率色収差が良好に補正されている。また、光学系２００の開口率は全画角において１００％であり、軸上から軸外にかけて明るい光学系が実現できている。このように、小型でありながら高い結像性能を有する光学系を測距装置に適用することで、装置全体の小型化と高度な測距精度を実現することが可能になる。

【0068】

なお、図５の破線で示した有効領域の全域に反射膜を設けることで、本実施例に係る光学系２００を実施例１に係る光学系１００と同様の撮像光学系として用いてもよい。この場合にも、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、実施例１に係る光学系１００を、本実施例に係る光学系２００と同様に測距光学系として用いてもよい。その場合は、光学系２００と同様に、実施例１乃至３に係る光学系における第２反射領域Ｇ２Ｍに２つの反射部を設けることで、瞳を分割できるようにすればよい。

【0069】

［数値実施例］
以下、上述した実施例１及び２に係る各撮像装置に対応する数値実施例１及び２を示す。

【0070】

各数値実施例において、面番号は物体側から数えた光学面の番号（ｉ）を示し、ｒは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径（ｍｍ）を示し、ｄは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間隔（ｍｍ）、を示す。Ｎｄ及びνｄの夫々は、第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の媒質のｄ線に対する屈折率及びアッベ数を示す。また、Ｆｎｏは絞り値を示し、焦点距離の単位はｍｍである。ただし、面間隔ｄは、光路に沿って像側に向かうときに正、物体側に向かうときに負としている。なお、「Ｅ±Ｎ」は「×１０^±Ｎ」を意味している。

【0071】

各数値実施例において、面番号の横に「＊」が付いている光学面は非球面である。各数値実施例における非球面形状の各光学面は、光軸Ａを中心とした回転対称形状であり、以下の非球面式で表現される。

【0072】

【数1】

【0073】

ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸Ａ上における曲率（１／ｍｍ）、ｋは円錐定数（コーニック定数）、ｈは光軸Ａからの半径方向の距離（ｍｍ）、Ａ〜Ｄの夫々は４次項〜１０次項の非球面係数である。上記の非球面式において、第１項は参照球面のサグ量を示しており、この参照球面の曲率半径はｒ＝１／ｃである。また、第２項以降の項は、参照球面上に付与される非球面成分のサグ量（非球面量）を示している。なお、本実施例では４次項〜１０次項の非球面係数を用いたが、１２次以上の項の非球面係数を用いてもよい。各数値実施例においては、光学面が非球面形状である場合、参照球面の曲率半径をその光学面の曲率半径としており、その曲率半径が上述した各条件式を満足している。

【0074】

（数値実施例１）

面データ
面番号 r d Nd νd
1 22.61 3.31 1.847 23.8
2* 22.99 3.15
3 37.27 7.97 1.487 70.2
4* 29.37 -7.97 1.487 70.2
5 37.27 -3.15
6* 22.99 3.15
7 37.27 7.97 1.487 70.2
8* 29.37 0.15
9 24.44 9.16 1.642 58.4
10 -43.13 0.89
11 ∞ 1.00 1.516 64.1
12 ∞ 1.00

非球面係数
面番号 K A B C D
2, 6 0.000E+00 2.874E-06 -2.575E-09 5.243E-11 -9.892E-14
4, 8 0.000E+00 1.797E-05 -7.547E-08 6.649E-10 -2.000E-12

各種データ
焦点距離 10.8
Fno（ＺＸ断面） 1.2
Fno（ＹＺ断面） 3.0
画角（ＺＸ断面） ±25°
画角（ＹＺ断面） ±14.5°

【0075】

（数値実施例２）

面データ
面番号 r d Nd νd
1 24.35 2.61 1.652 58.6
2* 25.92 4.89
3 46.14 3.00 1.541 47.2
4 18.52 8.64 1.757 47.8
5* 30.72 -8.64 1.757 47.8
6 18.52 -3.00 1.541 47.2
7 46.14 -4.89
8* 25.92 4.89
9 46.14 3.00 1.541 47.2
10 18.52 8.64 1.757 47.8
11* 30.72 0.71
12 36.16 4.50 1.652 58.6
13 -58.25 0.00
14 ∞ 1.00 1.517 64.2
15 ∞ 1.00

非球面係数
面番号 K A B C D
2, 8 0.000E+00 1.936E-06 1.954E-09 1.044E-11 -8.875E-15
5, 11 0.000E+00 1.368E-05 -7.957E-08 6.694E-10 -1.928E-12

各種データ
焦点距離 10.9
Fno（ＺＸ断面） 1.5
Fno（ＹＺ断面） 5.3
画角（ＺＸ断面） ±25°
画角（ＹＺ断面） ±23°

【0076】

［車載カメラシステム］
図７は、本実施形態に係る車載カメラ１０及びそれを備える車載カメラシステム（運転支援装置）６００の構成図である。車載カメラシステム６００は、自動車等の車両に設置され、車載カメラ１０により取得した車両の周囲の画像情報に基づいて、車両の運転を支援するための装置である。図８は、車載カメラシステム６００を備える車両７００の概略図である。図８においては、車載カメラ１０の撮像範囲５０を車両７００の前方に設定した場合を示しているが、撮像範囲５０を車両７００の後方に設定してもよい。

【0077】

図７に示すように、車載カメラシステム６００は、車載カメラ１０と、車両情報取得装置２０と、制御装置（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３０と、警報装置４０と、を備える。また、車載カメラ１０は、撮像部１と、画像処理部２と、視差算出部３と、距離算出部４と、衝突判定部５と、を備えている。画像処理部２、視差算出部３、距離算出部４、及び衝突判定部５で、処理部が構成されている。撮像部１は、上述した何れかの実施例に係る撮像装置であり、撮像素子として撮像面位相差センサを採用したものである。

【0078】

図９は、本実施形態に係る車載カメラシステム６００の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、車載カメラシステム６００の動作を説明する。

【0079】

まず、ステップＳ１では、撮像部１を用いて車両の周囲の対象物（被写体）を撮像し、複数の画像データ（視差画像データ）を取得する。

【0080】

また、ステップＳ２では、車両情報取得装置２０から車両情報の取得を行う。車両情報とは、車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む情報である。

【0081】

ステップＳ３では、撮像部１により取得された複数の画像データに対して、画像処理部２により画像処理を行う。具体的には、画像データにおけるエッジの量や方向、濃度値などの特徴量を解析する画像特徴解析を行う。ここで、画像特徴解析は、複数の画像データの夫々に対して行ってもよいし、複数の画像データのうち一部の画像データのみに対して行ってもよい。

【0082】

ステップＳ４では、撮像部１により取得された複数の画像データ間の視差（像ズレ）情報を、視差算出部３によって算出する。視差情報の算出方法としては、ＳＳＤＡ法や面積相関法などの既知の方法を用いることができるため、本実施形態では説明を省略する。なお、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４は、上記の順番に処理を行ってもよいし、互いに並列して処理を行ってもよい。

【0083】

ステップＳ５では、撮像部１により撮像した対象物との間隔情報を、距離算出部４によって算出する。距離情報は、視差算出部３により算出された視差情報と、撮像部１の内部パラメータ及び外部パラメータと、に基づいて算出することができる。なお、ここでの距離情報とは、対象物との間隔、デフォーカス量、像ズレ量、などの対象物との相対位置に関する情報のことであり、画像内における対象物の距離値を直接的に表すものでも、距離値に対応する情報を間接的に表すものでもよい。

【0084】

そして、ステップＳ６では、距離算出部４により算出された距離情報が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を、衝突判定部５によって行う。これにより、車両の周囲の設定距離内に障害物が存在するか否かを判定し、車両と障害物との衝突可能性を判定することができる。衝突判定部５は、設定距離内に障害物が存在する場合は衝突可能性ありと判定し（ステップＳ７）、設定距離内に障害物が存在しない場合は衝突可能性なしと判定する（ステップＳ８）。

【0085】

次に、衝突判定部５は、衝突可能性ありと判定した場合（ステップＳ７）、その判定結果を制御装置３０や警報装置４０に対して通知する。このとき、制御装置３０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両を制御し、警報装置４０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて警報を発する。

【0086】

例えば、制御装置３０は、車両に対して、ブレーキをかける、アクセルを戻す、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制する、などの制御を行う。また、警報装置４０は、車両のユーザ（運転者）に対して、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与える、などの警告を行う。

【0087】

以上、本実施形態に係る車載カメラシステム６００によれば、上記の処理により、効果的に障害物の検知を行うことができ、車両と障害物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施例に係る光学系を車載カメラシステム６００に適用することで、車載カメラ１０の全体を小型化して配置自由度を高めつつ、広画角にわたって障害物の検知及び衝突判定を行うことが可能になる。

【0088】

ここで、本実施形態では、車載カメラ１０が撮像面位相差センサを有する撮像部１を１つのみ備える構成について説明したが、これに限られず、車載カメラ１０として撮像部を２つ備えるステレオカメラを採用してもよい。この場合、撮像面位相差センサを用いなくても、同期させた２つの撮像部の夫々によって画像データを同時に取得し、その２つの画像データを用いることで、上述したものと同様の処理を行うことができる。ただし、２つの撮像部による撮像時間の差異が既知であれば、２つの撮像部を同期させなくてもよい。

【0089】

また、距離情報の算出については、様々な実施形態が考えられる。一例として、撮像部１が有する撮像素子として、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素部を有する瞳分割型の撮像素子を採用した場合について説明する。瞳分割型の撮像素子において、１つの画素部は、マイクロレンズと複数の光電変換部とから構成され、光学系の瞳における異なる領域を通過する一対の光束を受光し、対をなす画像データを各光電変換部から出力することができる。

【0090】

そして、対をなす画像データ間の相関演算によって各領域の像ずれ量が算出され、距離算出部４により像ずれ量の分布を表す像ずれマップデータが算出される。あるいは、距離算出部４は、その像ずれ量をさらにデフォーカス量に換算し、デフォーカス量の分布（撮像画像の２次元平面上の分布）を表すデフォーカスマップデータを生成してもよい。また、距離算出部４は、デフォーカス量から変換される対象物との間隔の距離マップデータを取得してもよい。

【0091】

なお、本実施形態では、車載カメラシステム６００を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限られず、車載カメラシステム６００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載カメラシステム６００は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。また、本実施形態に係る車載カメラ１０、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

【0092】

［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

【0093】

例えば、各実施例では第１光学素子Ｇ１として第１反射領域Ｇ１Ｍ及び屈折領域Ｇ１Ｔの両方を含む反射屈折素子を採用しているが、第１光学素子Ｇ１として第１反射領域Ｇ１Ｍのみを含む反射素子（ミラー）を採用してもよい。また、各実施例に係る光学系は、第１光学素子Ｇ１及び第２光学素子Ｇ２以外の屈折光学素子を備えているが、第１光学素子Ｇ１及び第２光学素子Ｇ２から成る構成を採用してもよい。この場合、第２光学素子Ｇ２として、物体側面及び像側面の夫々が曲率半径の異なる複数の光学面で構成されたプリズムを採用してもよい。これにより、各実施例に係る光学系と比較して光学素子の数を減らしつつ、良好な結像性能を得ることが可能になる。

【0094】

また、実施例２のように第２反射領域Ｇ２Ｍが二つの反射部を含む場合においても、その有効領域のＸ方向の直径をＹ方向の直径よりも大きく設定することが望ましい。言い換えると、二つの反射部のＸ方向において最も離れた端部同士の距離を、二つの反射部のＹ方向における最大径よりも大きく設定することが望ましい。これにより、実施例１と同様に、ＺＸ断面において明るさと解像度を向上させつつ、ＹＺ断面において光路干渉を回避し易くすることができる。

【0095】

なお、撮像装置を外部（車両や建物）に対して固定（位置決め）する場合、光学系及び撮像素子を保持する保持部材（筐体）に位置決めのための基準面を設けることが考えられる。例えば、撮像装置を車両や建物の天井に設置する場合、夫々を鉛直方向において位置決めするためには、保持部材における光軸Ａに対して鉛直方向における上側にのみ基準面を設ければよい。その際、上述したように、光学系の光軸Ａを適切に傾けるためには、保持部材における基準面が光軸Ａに対して非平行となるように構成することが望ましい。例えば、図１０に示すように、保持部材６０の鉛直方向における上側（＋Ｖ側）の端部に、水平面（ＨＸ平面）と略平行な基準面７０を設ければよい。

【符号の説明】

【0096】

１００ 光学系
１１０ 撮像素子
１０００ 撮像装置
Ａ 光軸
Ｇ１ 第１光学素子
Ｇ２ 第２光学素子
Ｇ１Ｍ 第１反射領域
Ｇ２Ｍ 第２反射領域
Ｇ２Ｔ 第２光学素子の屈折領域
ＩＭＧ 撮像面（像面）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】