JP2007110228A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像のつなぎ目において違和感がないように画像貼り合せが可能であり、複数の撮像手段により広い範囲の画像を得ることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】各撮像手段１１，１２において、ＮＰ点が撮像素子４よりも後方に設定され、１つのＮＰ点を中心とした所定の半径領域内に集合させ、最も被写体側のレンズ１が、光軸を含まない平面により切断されており、撮像素子４上において、光軸から、隣接する撮像手段の光軸へ向かう方向に走査したときに、画像のオーバーラップ領域の中心位置までの光軸からの距離Ｈと、光軸からの距離の増大に従い光量比が減少していく領域にあるが、絞りの状態を変化させても光量比が変化しない位置までの光軸からの距離ａとが、ａ＞Ｈの関係を満たす撮像装置１０を構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、前方１２０度以上の範囲や、全天（全方位）等の、広い範囲を撮像することができる撮像装置に係わる。

周知のように、多数のビデオカメラを１つの筐体に収納して、全方位或いは全周を同時に撮像するカメラが種々開発されている。

このようなカメラを構成した場合において課題となる、パララックス（視差）の問題を解決するために、ミラーを使用しないでパララックスを解決する光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ミラーを使用しない光学系は、ミラー部分の体積が不要となることによって、装置全体の小型化が可能である利点や、ミラーが無いことによって光学系の小型化と通常のレンズのみの光学系と同等の扱いやすさとを実現できる利点を有する。

特開２００３−１６２０１８号公報

しかしながら、原理的に、パララックスを略一致させるためには、画像のつなぎ合わせ部分で、撮像素子に到達する光量の減少が生ずることを避けることはできない。
このように、画像のつなぎ合わせ部分で光量が減少すると、この部分が帯状に暗くなるため、つなぎ目において違和感を生じることになる。

パララックス量と、画像のつなぎ合わせ部分の光量とは、相反する要素であり、パララックス量を少なくしていくと次第に光量が減少していき、その結果、画像のつなぎ合わせ部分における画質劣化を招くことになる。

上述した問題の解決のために、本発明においては、画像のつなぎ目において違和感がないように画像貼り合せが可能であり、複数の撮像手段により広い範囲の画像を得ることができる撮像装置を提供するものである。

本発明の撮像装置は、広範囲の被写体を分割した複数の各分割被写部をそれぞれ個別に複数の撮像手段によって撮像し、各撮像手段からの映像情報を入力した処理手段によって１つの映像に張り合わせ処理するものであって、各撮像手段が１枚以上のレンズ及びレンズを通過した光線を検知する撮像素子を備え、撮像手段のレンズの開口絞りの中心を通る主光線中、ガウス領域に位置する主光線を選択し、この選択された主光線の物空間における直線成分を延長して光軸と交わる点をＮＰ点と定義したときに、各撮像手段において、ＮＰ点が撮像素子よりも後方に設定され、かつ複数の撮像手段の各ＮＰ点を１つのＮＰ点を中心とした所定の半径領域内に集合させ、各撮像手段において、レンズのうち最も被写体側に位置するレンズが、光軸を含まない平面により切断されており、撮像素子上において、光軸から、隣接する撮像手段の光軸へ向かう方向に走査したときに、画像が隣接する撮像手段とオーバーラップするオーバーラップ領域の中心位置までの光軸からの距離をＨとし、光軸からの距離が大きくなるに従って走査の方向における最大照度に対する光量の比が減少していく領域にあるが、絞り開放から絞り閉まで変化させても走査の方向における最大照度に対する光量の比が変化しない位置までの光軸からの距離をａとすると、ａ＞Ｈを満たすものである。

上述の本発明の撮像装置の構成によれば、各撮像手段においてＮＰ点が撮像素子よりも後方に設定されているため、各撮像手段のレンズ等の光学系が他の撮像手段の光路をさえぎらない。また、複数の撮像手段の各ＮＰ点を１つのＮＰ点を中心とした所定の半径領域内に集合させたことにより、各撮像手段の間のパララックスを抑制して、ほとんどなくすことが可能になる。
そして、広範囲の被写体を分割した複数の各分割被写部をそれぞれ個別に複数の撮像手段によって撮像するので、広範囲の被写体を、パララックスをほとんど生じることなく撮像することが可能になる。
また、各撮像手段において、レンズのうち最も被写体側に位置するレンズが、光軸を含まない平面により切断されていることにより、撮像領域が隣接する撮像手段を、この切断面において互いに接合するように配置させることができ、撮像手段が接合した状態でＮＰ点を所定の半径領域内に容易に集合させることが可能になる。

さらに、撮像素子上において、光軸から、隣接する撮像手段の光軸へ向かう方向に走査したときに、画像が隣接する撮像手段とオーバーラップするオーバーラップ領域の中心位置までの光軸からの距離をＨとし、光軸からの距離が大きくなるに従って走査の方向における最大照度に対する光量の比が減少していく領域にあるが、絞り開放から絞り閉まで変化させても走査の方向における最大照度に対する光量の比が変化しない位置までの光軸からの距離をａとすると、ａ＞Ｈを満たすことにより、光軸からオーバーラップ領域の中心位置までの範囲では、絞り開放から絞り閉までの各状態で充分な光量が得られる。
これは、光軸からの距離がａの位置では、光軸からの距離が大きくなるに従って走査の方向における最大照度に対する光量の比が減少していく領域にあるが、絞り開放から絞り閉まで変化させても走査の方向における最大照度に対する光量の比が変化しないため、ある程度の光量が得られ、ａ＞Ｈを満たすことによりオーバーラップ領域の中心位置がその位置よりも光軸側にあるからである。

上述の本発明によれば、撮像素子において、光軸からオーバーラップ領域の中心位置までの範囲では、絞り開放から絞り閉までの各状態で充分な光量が得られるため、隣接する撮像手段の各撮像素子で得られる画像を貼り合わせたときに、画像の貼り合わせ部分（オーバーラップ領域）でも充分な光量が得られる。
これにより、画像の貼り合わせ部分における光量不足を回避して、画像のつなぎ目において違和感がない画像を得ることが可能になり、絞りの状態に関わらず良好な画質の画像を得ることが可能になる。
また、広範囲の被写体を、パララックスをほとんど生じることなく撮像することが可能になる。
従って、本発明によれば、広い範囲、例えば、前方１２０度以上の範囲や全方位を、良好な画質で撮像することが可能になる。

また、複数のレンズ及びカメラを使用して撮像領域を分担して撮像するため、各カメラで高い解像度で撮像することにより、広い範囲を高い解像度で撮像することが可能になる。

まず、本発明の具体的な実施の形態に先立ち、本発明の概要を説明する。

ビデオカメラ等に用いられているレンズは、複数のレンズを組み合わせて色収差や像面湾曲、フレア等の収差をできるだけ少なくするように設計されている。このようなレンズは、原理的には図１に示すような薄い１枚の凸レンズ２０１で構成されており、この凸レンズ２０１の焦点位置に、ＣＣＤやＭＯＳ等の固体撮像素子によるビデオ用撮像デバイス、あるいは銀塩カメラの場合であればフィルムである撮像素子２０２が配置されている。
そして、このような基本構造の撮像装置において、画角αは、凸レンズ２０１による屈折分を無視すると、ほぼ撮像素子２０２の直径ｄ１と、凸レンズ２０１と撮像素子２０２との間の距離ｄ４（焦点距離）により決定され、ｔａｎ（α／２）＝（ｄ１／２）／（ｄ４）の式で表すことができる。

従って、このようなカメラを用いて被写体を撮像するときに、仮に凸レンズ２０１の内部中心に位置する後述のＮＰ点（ノンパララックス点）２０３を中心として回転させながら撮像すれば、それにより得られた複数の画像間にパララックスは発生しない。

ここでＮＰ点とは、本願の発明者らが光学系の基本的な考えに基づいて、複数の画像をつなぎ合わせた場合に生じるパララックスを如何に減少させることができるかを多くの実験を積み重ねた結果として検出されたもので、図２に示すように、物体で反射した光が等価凸レンズ３００を介して撮像部３０１に像を結ぶ状態の場合で説明する。

即ち等価凸レンズ３００は、複数のレンズ３０２〜３０８によって構成され、開口絞り３０９がレンズ３０４とレンズ３０５の間に設けられている。
尚、図２中３２１は鏡胴を示し、３２２はカメラを示す。

そして、開口絞り３０９の中心を通る無数の主光線のうち、光軸３１０に最も近い領域、つまり収差が最も小さいガウス領域を通る主光線３１１を選択する。
この主光線３１１のうちの物空間３１２における直線部分を延長して光軸３１０と交わる点をＮＰ点（ノンパララックス点）３１３として設定したものである。

そして、このＮＰ点３１３の存在を検証した上で、さらに複数のカメラを用いた場合即ち１つのカメラを回転させる代わりに、同時に複数のカメラを用いて撮像する場合に応用した。
図１に示した１つの凸レンズ２０１ではＮＰ点２０３の位置は制約されたポイントのみとなるため、複数のカメラをそれぞれのＮＰ点２０３を共通するように配置することは物理的に不可能である。
これに対して、図２に示す等価凸レンズ３００のように複数のレンズを組み合わせることによって、ＮＰ点３１３をほぼ光軸３１０の延長線上の任意の位置に設定することが可能になることを見出した。

同時に複数のカメラを用いて撮像する場合に、それぞれのＮＰ点を一致させる構成としては、例えば、図２に示した複数のレンズ間（３０２−３０３）の空中にＮＰ点３１３を位置させる構成、あるいは図示しないがレンズの前段にミラーを設置してミラーで反射させた光をカメラで撮像すると共に各カメラのＮＰ点の虚像の位置を一致させる構成が考えられる。
しかしながら、これらの構成の場合、カメラの撮像素子や信号処理回路部が入った部分が他のカメラの撮像範囲と物理的に干渉してしまう。このため、干渉する部分の画像が得られなくなってしまう。

そこで、本発明では、各カメラにおいてそのＮＰ点を撮像素子より後方に配置すると共に、所定の半径領域（球形領域）内に全てのカメラのＮＰ点を位置させるようにしたものである。
ＮＰ点を撮像素子より後方に配置することにより、各撮像手段のレンズ等の光学系が他の撮像手段の光路をさえぎらない。
また、所定の半径領域（球形領域）内に全てのカメラのＮＰ点を位置させることによって、隣接するカメラの画像間のパララックスを抑制することができる。
好ましくは、この所定の半径領域を、半径約２０ｍｍ以内の領域とする。

そして、上述のようにＮＰ点を撮像素子より後方にするには、複数のレンズを組み合わせて、テレフォト型（望遠型）の光学系を構成すればよい。
テレフォト型の光学系を構成して、ＮＰ点を撮像素子より後方にするには、例えば物空間側（被写体側）に凸レンズ作用（収束作用）を有するレンズを配置すると共に、像空間側（撮像素子側）に凹レンズ作用（発散作用）を有するレンズを配置すればよい。

また、本発明では、各撮像手段において、レンズのうち最も被写体側に位置するレンズが、光軸を含まない平面により切断されている構成とする。
このような構成とすることにより、撮像領域が隣接する撮像手段を、この切断面において互いに接合するように配置させることができ、このように配置すれば、撮像手段が接合した状態でＮＰ点を上述した所定の半径領域内に容易に集合させることが可能になる。

ここで、本発明に対する比較例となる構成の撮像装置を、図１４に示す。
図１４に示す撮像装置１１０は、２台の撮像部（カメラ）１１１，１１２を接合して成り、２台の撮像部（カメラ）１１１，１１２でそれぞれ撮像した画像から１つの貼り合せ画像を得るものである。図１４は、隣接する２台のカメラ１１１，１１２のレンズの光軸を結ぶ平面における断面図を示している。
各カメラ１１１，１１２は、前玉レンズ１０１と、筐体１０２と、レンズ群１０３と、撮像素子１０４とを備えて成る。筐体１０２は、頂角θの扇形の断面形状となっていて、その頂点１０５と、前述したＮＰ点とが略一致している。そして、２台のカメラ１１１，１１２において、それぞれの筐体１０２の頂点１０５を一致させて配置していることにより、ＮＰ点を共有している。
なお、図１４は、絞り開放のＦ値であるＦ値２．０における光路も併せて示している。

また、図１４の前玉レンズ１０１を、光軸方向の被写体側から見たときの平面図を、図１５に示す。図１５中のＸ−Ｘは、隣接する２台のカメラ１１１，１１２のレンズの光軸を結ぶ平面（図１４に示している断面）である。
２台のカメラ１１１，１１２のＮＰ点を扇形の筺体の頂点１０５において略一致させるために、図１５に示すように、直線１０９を含む切断面（レンズの光軸を含まない平面）により円形レンズをカットして、前玉レンズ１０１を形成している。
そして、直線１０９部分よりも外側では光線がけられるため、図１４に示すように、撮像素子１０４の端に到達する光線１０７，１０８の光束数は、撮像素子１０４の中心に到達する光線１０６の光束数と比較して少なくなっている。

また、撮像素子１０４の有効画素部の平面図を図１６に示す。図１６中の点１０４Ａは、隣接するカメラ１１１，１１２のレンズの光軸を結ぶ平面Ｘ−Ｘと有効画素部端との交点である。
ここで、撮像素子１０４上において、撮像素子１０４の中心（レンズ１０１，１０３の光軸上にある）ＣＥから図１６中の矢印方向、即ち隣接するカメラの光軸へ向かう方向に走査した場合の光量比の変化を図１７に示す。図１７の横軸は、撮像素子１０４の中心ＣＥからの距離（像高）を示し、縦軸は走査方向における最大照度を１とした場合の光量比を示す。そして、開放Ｆ値２．０からＦ値８．０までの光量比の変化を、それぞれ曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで示している。
図１７に示すように、前玉レンズ１０１の直線１０９部分で光線がけられるため、像高（中心ＣＥからの距離）Ｄ以上においては、Ｆ値２．０（曲線Ａ）では光量比が低下していく。Ｆ値を大きくすると、光量比の低下が始まる位置が中心ＣＥ（像高０）から遠くなるが、光量比の低下が急峻になることがわかる。

さらに、隣接する２台のカメラ１１１，１１２のそれぞれの画像の撮像領域を並べて貼り合わせて、図１８に示す。
図１８に示すように、カメラ１１１の撮像領域１１３αと、カメラ１１２の撮像領域１１３βとが、図中の斜線部（オーバーラップ領域）１２２においてオーバーラップしている。このオーバーラップ領域１２２では、２台のカメラ１１１，１１２において、それぞれ同一の被写体が撮像される。
２台のカメラ１１１，１１２の光軸ＣＥα，ＣＥβを結ぶ平面Ｘ−Ｘにおいて、左のカメラ１１１の撮像領域１１３αの画像端１２０αと右のカメラ１１２の撮像領域１１３βの画像端１２０βとの中点を通る線が、オーバーラップ領域１２２の中央線１２１である。

本例では、図１４に示したように、２台のカメラ１１１，１１２がＮＰ点を共有しており、かつ各々のＮＰ点は各カメラの扇形の筐体の中心１０５と略一致しているため、画像のオーバーラップ領域１２２の面積が極僅少である。そのため、隣接する２台のカメラ１１１，１１２の光軸を結ぶ平面Ｘ−Ｘにおける画像端（撮像素子１０４の端縁１０４Ａに対応する）１２０α，１２０βと、オーバーラップ領域（斜線部）１２２の中央部１２３とが、極短い間隔で並び、ほぼ一致している。
このような位置関係にあることにより、撮像素子１０４の中心（光軸）ＣＥからオーバーラップ領域１２２の中央線１２１までの距離（像高）をＨとすると、図１７に示すように、オーバーラップ領域１２２の中央部１２３（像高Ｈ）における光量比ＩＬは、絞り開放のＦ値（Ｆ値２．０；曲線Ａ）において、約０．４となっており、光量比ＩＬ＞０を満たしている。

しかしながら、レンズＦ値を絞り開放の値２．０から次第に大きくして絞りを閉じていくと、オーバーラップ領域１２２の中央部１２３（像高Ｈ）における光量比が低下していく。Ｆ値８．０では、光量比が０．１程度になってしまっている。
このため、オーバーラップ領域１２２、即ち画像の貼り合わせ部分において、画像が暗くなり、スムーズに画像がつながらなくなる。

ちなみに、この比較例の場合、光軸ＣＥからの距離が大きくなるに従って走査の方向における最大照度に対する光量比が減少していく領域（像高＞Ｄの領域）にあるが、絞り開放から絞り閉まで変化させても常に光量比が一定（即ち曲線Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの交点）になる位置の像高（光軸ＣＥからの距離）をａとすると、図１７より、ａ＜Ｈとなっている。

本発明では、上述した比較例の構成等、複数の撮像手段を使用して撮像領域を貼り合わせる場合において、画像の貼り合わせ部分において画像が暗くなる課題を解決するものである。

そのために、本発明では、上述した構成に加えて、さらに、撮像素子上において、光軸から、隣接する撮像手段の光軸へ向かう方向に走査したときに、画像が隣接する撮像手段とオーバーラップするオーバーラップ領域の中心位置までの光軸からの距離をＨとし、光軸からの距離が大きくなるに従って走査の方向における最大照度に対する光量の比が減少していく領域にあるが、絞り開放から絞り閉まで変化させても走査の方向における最大照度に対する光量の比が変化しない位置までの光軸からの距離をａとすると、ａ＞Ｈを満たす構成とする。

撮像素子が受光する光量は、開口絞りのＦ値を変更して絞りの状態を変更することにより、撮像素子全体で変化していく。絞り開放の状態では光量が多くなり、Ｆ値を大きくして絞りを閉じていくに従い光量が少なくなっていく。

しかしながら、各撮像手段の前玉レンズやレンズ群の構成によっては、Ｆ値の変更に対する光量の変化の度合いが撮像素子全体で一様にはならない。特に、前述したように、少なくとも前玉レンズを、光軸を通らない平面で切断した構成としたときには、切断面よりも外側の部分で入射光がけられることにより、この切断面に対応する側の撮像素子の端縁における光量が少なくなる。このとき、撮像素子上において撮像素子の中心（光軸）から隣接する撮像手段の光軸へ向かう方向に走査したときに、走査の方向における最大照度に対する光量の比が、撮像素子の端縁付近で低下していくことになる。即ち、図１７にも示したように、光軸からの距離が大きくなるに従って走査の方向における最大照度に対する光量比が減少していく領域（図１７の像高＞Ｄの領域）が、現れることになる。
この領域では、図１７にも示したように、絞り開放の状態では比較的光軸に近い位置から光量比が減少し始めるが、光量比の減少はゆるやかである傾向を示し、絞り閉の状態では比較的光軸から遠い位置から光量比が減少し始めるが、光量比の減少は急峻である傾向を示す。そして、この領域内には、絞り開放から絞り閉まで変化させても、走査の方向における最大照度に対する光量比が変化しない位置が存在する。この位置の光軸からの距離（像高）をａとする。この位置では、光軸付近よりは光量比が小さくなっているものの、絞りの状態に関わらず、ある程度の光量比（図１７では０．４）が得られる。
図１７では、ａ＜Ｈとなっているため、オーバーラップ領域１２２の中心１２３（像高Ｈ）では、絞り閉の状態における光量比がかなり小さい。そのため、画像の貼り合わせ部分において、画像が暗くなり、スムーズに画像がつながらなくなる。

これに対して、本発明では、ａ＞Ｈを満たす構成とするので、オーバーラップ領域の中心位置（像高Ｈ）が像高ａの位置よりも光軸側にあり、オーバーラップ領域の中心位置（像高Ｈ）では像高ａの位置よりも大きい光量比が得られる。像高ａの位置では、前述したように、光軸付近よりは光量比が小さくなっているものの、絞りの状態に関わらず、ある程度の光量が得られるので、オーバーラップ領域の中心位置（像高Ｈ）ではそれよりも大きい、充分な光量比が得られる。

オーバーラップ領域の中心位置（像高Ｈ）における光量比は、必ずしも、光軸付近と同等（例えば０．９以上）でなくてもよい。
これは、ある程度以上の光量比が得られていれば、例えばノイズ成分を除去した信号成分を増幅して、光軸付近の光量比に近づけることが可能であるからである。図１７に示した例のように光量比が小さいと、ノイズ成分の影響が大きいため、増幅して復元することが難しくなる。
オーバーラップ領域の中心位置（像高Ｈ）における光量比は、例えば、０．５程度以上、より好ましくはノイズ成分が多い場合を考慮して０．６程度以上あればよい。

一方、オーバーラップ領域の中心位置（像高Ｈ）よりも外側の位置は、当該撮像手段では充分な光量比が得られない場合もあるが、隣接する撮像手段でも画像を得ており、隣接する撮像手段ではオーバーラップ領域の中心位置（像高Ｈ）よりも内側の位置となっていることから、そちらで充分な光量比が得られる。
従って、像高ａの位置が、オーバーラップ領域の中心位置（像高Ｈ）よりも外側にさえあれば、撮像素子の端縁よりも内側であっても外側であっても構わない。

なお、像高ａの位置が、実際の撮像素子の端縁よりも光軸から充分遠い位置にある場合には、図１７の像高Ｄの位置が撮像素子の端縁よりも外側になって、撮像素子全体で絞りの状態に関わらず光量比の分布が一定になる。

続いて、本発明の具体的な実施の形態を説明する。

本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図を、図３に示す。
この撮像装置１０は、２台の撮像部（カメラ）１１，１２を接合して成り、２台の撮像部（カメラ）１１，１２でそれぞれ撮像した画像から１つの貼り合せ画像を得るものである。図３は、隣接する２台のカメラ１１，１２のレンズの光軸を結ぶ平面における断面図を示している。
各カメラ１１，１２は、前玉レンズ１と、頂角θ１の扇形の断面形状を有する筐体２と、レンズ群３と、撮像素子４とを備えて成る。なお、図示しないが、レンズ群３内に、図２に示した開口絞り３０９と同様の開口絞りが設けられている。
なお、図３は、絞り開放のＦ値２．０における光路も併せて示している。

本実施の形態の撮像装置１０では、特に、２台のカメラ１１，１２のＮＰ点を、筐体２の扇型の頂点よりも手前にして、筺体２の内部に存在するようにしている。
また、２台のカメラ１１，１２のＮＰ点が、半径２０ｍｍの球内（半径領域内）に存在するように、各ＮＰ点間の距離Ｌが設定されている。

図３の前玉レンズ１を、光軸方向の被写体側から見たときの平面図を、図４に示す。図４中のＡ−Ａは、隣接する２台のカメラ１１，１２のレンズの光軸を結ぶ平面（図３に示している断面）である。
２台のカメラ１１，１２のＮＰ点を半径２０ｍｍの球内に存在させるために、図４に示すように、直線９を含む切断面（レンズの光軸を含まない平面）により円形レンズをカットして、前玉レンズ１を形成している。
本実施の形態においては、直線９の光軸からの距離ＤＡを、比較例（図１５）の場合の距離ＤＸよりも充分大きくしており、直線９部分よりも外側でけられる光束は、撮像素子４の有効画素部に到達しない。このため、直線９部分よりも外側の光線がカットされることが、光量比へは影響しない。これにより、図３に示すように、撮像素子４の端に到達する光線６，８の光束数が、撮像素子４の中心に到達する光線５の光束数とほぼ同等となっている。

また、撮像素子４の有効画素部の平面図を図５に示す。図５中の点４Ａは、隣接するカメラ１１，１２のレンズの光軸を結ぶ平面Ａ−Ａと有効画素部端との交点である。
ここで、撮像素子４上において、撮像素子４の中心（レンズ１，３の光軸上にある）ＣＥから図５中の矢印方向、即ち隣接するカメラの光軸に向かう方向に走査した場合の光量比の変化を図６に示す。図６の横軸は、撮像素子４の中心ＣＥからの距離（像高）を示し、縦軸は走査方向における最大照度を１とした場合の光量比を示す。そして、開放Ｆ値２．０からＦ値８．０までの光量比の変化を、それぞれ曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで示している。
図６に示すように、Ｆ値２．０からＦ値を大きくしていっても、光量比はほぼ変化しない。

また、隣接する２台のカメラ１１，１２のそれぞれの画像の撮像領域を並べて貼り合わせて、図７に示す。
図７に示すように、カメラ１１の撮像領域１３αと、カメラ１２の撮像領域１３βとが、図中の斜線部（オーバーラップ領域）２２においてオーバーラップしている。このオーバーラップ領域２２では、２台のカメラ１１，１２において、それぞれ同一の被写体が撮像される。
２台のカメラ１１，１２の光軸ＣＥα，ＣＥβを結ぶ平面Ａ−Ａにおいて、左のカメラ１１の撮像領域１３αの画像端２０αと右のカメラ１２の撮像領域１３βの画像端２０βとの中点を通る線が、オーバーラップ領域２２の中央線２１である。

本実施の形態では、図３に示したように、２台のカメラ１１，１２のＮＰ点は半径２０ｍｍの球内に存在するが、一致はしておらず、各々のＮＰ点は筐体２の内側にそれぞれ存在しているために、オーバーラップ領域２２の面積が比較的広くなる。そのため、隣接する２台のカメラ１１，１２の光軸を結ぶ平面Ａ−Ａにおける画像端（撮像素子４の端縁に対応する）２０α，２０βと、オーバーラップ領域（斜線部）２２の中央部２３とが、ある程度の間隔を有している。
このような位置関係にあることにより、オーバーラップ領域２２の中央部２３（像高Ｈ）における光量比ＩＬが、図６に示したように、ＩＬ＞０を満たしている。
さらにまた、図６に示すように、Ｆ値を絞り開放のＦ値２．０から次第に大きくしていっても、光軸から撮像素子の端縁まで全体にわたり、ほぼ光量比が変化しない。
即ち、前述した、常に光量比が一定（即ち曲線Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの交点）になる像高をａとすると、像高ａの位置が、実際の撮像素子の端縁よりも光軸から充分遠い位置にあり、撮像素子全体で絞りの状態に関わらず光量比の分布が一定である構成となっていて、Ｈ＜ａを満たしている。

従って、本実施の形態では、あらゆるＦ値において、画像の貼り合せ部分における光量が充分得られ、画像つなぎ目に違和感がないように画像を貼り合せることが可能となっている。

上述の本実施の形態の撮像装置１０の構成によれば、撮像素子４上において、撮像素子４の中心（光軸）ＣＥから、隣接するカメラの光軸へ向かう方向に走査したときに、画像が隣接する撮像手段とオーバーラップするオーバーラップ領域２２の中心位置２３までの光軸ＣＥからの距離（像高）をＨとし、光軸ＣＥからの距離が大きくなるに従って走査方向における最大照度に対する光量比が減少していく領域にあるが、Ｆ値を絞り開放から絞り閉まで変化させても走査方向における最大照度に対する光量比が変化しない位置までの光軸ＣＥからの距離（像高）をａとすると、ａ＞Ｈを満たすことにより、撮像素子４の中心（光軸）ＣＥからオーバーラップ領域２２の中心位置２３までの範囲では、絞り開放から絞り閉までの各状態で充分な光量が得られる。
これにより、隣接する２台のカメラ１１，１２の各撮像素子４で得られる画像を貼り合わせたときに、貼り合わせ部分即ちオーバーラップ領域２２でも充分な光量が得られるので、光量不足を回避して、画像のつなぎ目において違和感がない画像を得ることが可能になる。そして、絞りの状態に関わらず良好な画質の画像を得ることが可能になる。

また、本実施の形態によれば、２台のカメラ１１，１２のＮＰ点を１つのＮＰ点を中心とした所定の半径領域内に集合させていることにより、カメラ１１，１２間のパララックスを抑制して、ほとんどなくすことが可能になる。
そして、前玉レンズ１が光軸を含まない平面により切断されていることにより、２台のカメラ１１，１２を、この切断面において互いに接合することができ、２台のカメラ１１，１２が接合した状態でＮＰ点を所定の半径領域内に容易に集合させることが可能である。

さらに、本実施の形態によれば、撮像素子４全体で絞りの状態に関わらず光量比の分布が一定である構成となっていて、あらゆるＦ値において、画像の貼り合せ部分における光量が充分得られる。

従って、２台のカメラ１１，１２により、広い範囲を、パララックスをほとんど生じることなく良好な画質で撮像することが可能になる。
また、２台のカメラ１１，１２で撮像領域を分担して撮像するため、各カメラ１１及び１２で高い解像度で撮像することにより、広い範囲を高い解像度で撮像することが可能になる。

続いて、本発明の撮像装置の他の実施の形態の概略構成図を、図８に示す。
この撮像装置５０は、２台の撮像部（カメラ）５１，５２を接合して成り、２台の撮像部（カメラ）５１，５２でそれぞれ撮像した画像から１つの貼り合せ画像を得るものである。図８は、隣接する２台のカメラ５１，５２のレンズの光軸を結ぶ平面における断面図を示している。
各カメラ５１，５２は、前玉レンズ４１と、頂角θ２の扇形の断面形状を有する筐体４２と、レンズ群４３と、撮像素子４４とを備えて成る。なお、図示しないが、レンズ群４３内に、図２に示した開口絞り３０９と同様の開口絞りが設けられている。
なお、図８は、絞り開放のＦ値２．０における光路も併せて示している。

本実施の形態の撮像装置５０では、先の実施の形態の撮像装置１０と同様に、２台のカメラ５１，５２のＮＰ点を、筐体４２の扇型の頂点よりも手前にして、筺体４２の内部に存在するようにしている。
また、２台のカメラ５１，５２のＮＰ点が、半径２０ｍｍの球内（半径領域内）に存在するように、各ＮＰ点間の距離Ｌが設定されている。
ただし、ＮＰ点の位置は、先の実施の形態の撮像装置１０と比較して後方にあり、筺体４２の扇型の頂点に近くなっている。

図８の前玉レンズ４１を、光軸方向の被写体側から見たときの平面図を、図９に示す。図９中のＢ−Ｂは、隣接する２台のカメラ５１，５２のレンズの光軸を結ぶ平面（図８に示している断面）である。
２台のカメラ５１，５２のＮＰ点を半径２０ｍｍの球内に存在させるために、図９に示すように、直線４９を含む切断面（レンズの光軸を含まない平面）により円形レンズをカットして、前玉レンズ４１を形成している。
本実施の形態においては、直線４９の光軸からの距離ＤＢを、比較例（図１５）の場合の距離ＤＸよりも大きく、先の実施の形態（図４）の場合の距離ＤＡよりも小さくしている。即ち、ＤＸ＜ＤＢ＜ＤＡとなっている。
また、直線４９部分よりも外側では光線がけられて、撮像素子４４の端に到達する光線４６，４８の光束数は、撮像素子４４の中心に到達する光線４５の光束数と比較して少なくなっている。

また、撮像素子４４の有効画素部の平面図を図１０に示す。図１０中の点４４Ａは、隣接するカメラ５１，５２のレンズの光軸を結ぶ平面Ｂ−Ｂと有効画素部端との交点である。
ここで、撮像素子４４上において、撮像素子４４の中心（レンズ４１，４３の光軸上にある）ＣＥから図１０中の矢印方向、即ち隣接するカメラの光軸に向かう方向に走査した場合の光量比の変化を図１１に示す。図１１の横軸は、撮像素子４４の中心ＣＥからの距離（像高）を示し、縦軸は走査方向における最大照度を１とした場合の光量比を示す。そして、開放Ｆ値２．０からＦ値８．０までの光量比の変化を、それぞれ曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで示している。
前玉レンズ４１の直線４９部分で光線がけられるため、図１１に示すように、像高（光軸ＣＥからの距離）Ｄ以上においては、Ｆ値２．０（曲線Ａ）では光量比が低下していき、像高Ｈでは約０．７となっている。

また、隣接する２台のカメラ５１，５２のそれぞれの画像の撮像領域を並べて貼り合わせて、図１２に示す。
図１２に示すように、カメラ５１の撮像領域５３αと、カメラ５２の撮像領域５３βとが、オーバーラップ領域６２においてオーバーラップしている。
２台のカメラ５１，５２の光軸ＣＥα，ＣＥβを結ぶ平面Ｂ−Ｂにおいて、左のカメラ５１の撮像領域５３αの画像端６０αと右のカメラ５２の撮像領域５３βの画像端６０βとの中点を通る線が、オーバーラップ領域６２の中央線６１である。

本実施の形態では、図８に示したように、２台のカメラ５１，５２のＮＰ点は半径２０ｍｍ球内に存在するが、一致はしておらず、各々のＮＰ点は筐体４２の内側にそれぞれ存在しているために、オーバーラップ領域６２が生み出される。オーバーラップ領域６２は、比較例の場合（図１８）よりも広く、先の実施の形態の場合（図７）よりも狭くなっている。
オーバーラップ領域６２の中央部６３（像高Ｈ）における光量比ＩＬは、図１１に示したように、ＩＬ＞０を満たしている。

また、レンズＦ値を絞り開放のＦ値２．０から次第に大きくしていった場合、常に光量比が一定（即ち曲線Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの交点）になる像高をａとすると、図１１より、ａ＞Ｈ（レンズ光軸ＣＥからオーバーラップ領域６２の中央線６１までの距離）となっているため、オーバーラップ領域６２の中央部６３（像高Ｈ）における光量比は、開放Ｆ値２．０のとき（図１１より約０．７）を最小として、Ｆ値を大きくするに従い大きくなる。即ち、オーバーラップ領域６２の中央部６３において充分な光量比が得られる。
従って、Ｆ値を大きくした場合でも、貼り合せた画像が欠落することなくスムーズに画像がつながる。

本実施の形態では、図１１に示したように、像高＞Ｈの領域では、光量比が低下しているが、図１２を見てわかるように、像高＞Ｈの領域には、隣接するカメラの撮像領域が重複しており、隣接するカメラでは像高＜Ｈの領域となっているため、隣接するカメラの方で充分な光量が得られる。
従って、２台のカメラ５１，５２の画像信号を加算して所定の処理を行うことにより、違和感なく画像をつなぐことができる。
ノイズ等も考慮すると、像高＝Ｈにおける光量比が０．６程度以上あることが望ましい。

上述の本実施の形態の撮像装置５０の構成によれば、撮像素子４４上において、撮像素子４４の中心（光軸）ＣＥから、隣接するカメラの光軸へ向かう方向に走査したときに、画像が隣接するカメラとオーバーラップするオーバーラップ領域６２の中心位置６３までの光軸ＣＥからの距離（像高）をＨとし、光軸ＣＥからの距離が大きくなるに従って走査方向における最大照度に対する光量比が減少していく領域（像高＞Ｄの領域）にあるが、Ｆ値を絞り開放から絞り閉まで変化させても走査方向における最大照度に対する光量比が変化しない位置までの光軸ＣＥからの距離（像高）をａとすると、ａ＞Ｈを満たすことにより、撮像素子４４の中心（光軸）ＣＥからオーバーラップ領域６２の中心位置６３までの範囲では、絞り開放から絞り閉までの各状態で充分な光量が得られる。
これにより、隣接する２台のカメラ５１，５２の各撮像素子で得られる画像を貼り合わせたときに、貼り合わせ部分即ちオーバーラップ領域６２でも充分な光量が得られるので、光量不足を回避して、画像のつなぎ目において違和感がない画像を得ることが可能になる。そして、絞りの状態に関わらず良好な画質の画像を得ることが可能になる。

また本実施の形態によれば、２台のカメラ５１，５２のＮＰ点を１つのＮＰ点を中心とした所定の半径領域内に集合させていることにより、カメラ５１，５２間のパララックスを抑制して、ほとんどなくすことが可能になる。
そして、前玉レンズ１が光軸を含まない平面により切断されていることにより、２台のカメラ５１，５２を、この切断面において互いに接合することができ、２台のカメラ５１，５２が接合した状態でＮＰ点を所定の半径領域内に容易に集合させることが可能である。

従って、２台のカメラ５１，５２により、広い範囲を、パララックスをほとんど生じることなく良好な画質で撮像することが可能になる。
また、２台のカメラ５１，５２で撮像領域を分担して撮像するため、各カメラ５１及び５２で高い解像度で撮像することにより、広い範囲を高い解像度で撮像することが可能になる。

比較例と、上述した２つの実施の形態とを比較して分かるように、前玉レンズの切断面（各平面図の直線部分）の位置を変えて、レンズのカット量を変えることにより、Ｆ値を絞り開放から絞り閉まで変化させても走査方向における最大照度に対する光量比が変化しない位置の光軸ＣＥからの距離（像高）ａを変えることができる。
即ち、前玉レンズのカット量の制御により、距離ａの大きさを制御することが可能である。

本発明の撮像装置において、撮像を行う範囲は、特に限定されるものではなく、複数の撮像部を組み立てることにより、様々な範囲とすることが可能である。

上述の各実施の形態では、２台のカメラを接合して撮像装置１０，５０を構成したが、本発明では、３台以上のカメラを接合して撮像装置を構成してもよい。

上述の各実施の形態は、各撮像部を水平方向に隣接させて、水平方向の帯状の領域（〜３６０度）を撮像するように構成した場合について説明したが、水平方向だけでなく上下にも撮像部を積み重ねて撮像領域をオーバーラップさせることにより、さらに広範囲の撮像が可能になる。
全天のうち一部例えば前方の半球領域を撮像する構成や、多面体を構成して、ほぼ全天の撮像を行う構成等が考えられる。

上下にも撮像部を積み重ねて撮像領域をオーバーラップさせる場合には、水平方向以外の方向においても撮像部が隣接するので、その方向において隣接する撮像部の光軸を結ぶ平面に沿った走査方向で、ａ＞Ｈを満たすように構成する。

ここで、撮像部の前玉レンズの他の形態を、図１３Ａ〜図１３Ｄにそれぞれ示す。これらの形態は、いずれも、上下にも撮像部を積み重ねて撮像領域をオーバーラップさせる場合の構成である。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、上下左右に撮像部を隣接させる場合の前玉レンズの形態を示している。各図に矢印で示すように、上下左右のそれぞれを走査方向として、各走査方向で、いずれもａ＞Ｈを満たすように構成する。
図１３Ａは、前玉レンズの切断面を光軸ＣＥから遠くした場合で、曲線部分が残っている。
一方、図１３Ｂは、前玉レンズの切断面を図１３Ａよりも光軸ＣＥに近くして、正方形状とした場合である。この場合は、画像のオーバーラップ領域が図１３Ａの形態よりも広くなる。

図１３Ｃ及び図１３Ｄは、単純に上下に積み重ねるのではなく、多面体上に立体的に撮像部を隣接させる場合の前玉レンズの形態であり、それぞれ、正十二面体に対応する正五角形、正二十面体に対応する正三角形、となっている。
これらの形態も、各図に矢印で示す方向を走査方向として、各走査方向で、いずれもａ＞Ｈを満たすように構成する。

なお、最も被写体側のレンズ（前玉レンズ）以外のレンズは、カットしていなくても、前玉レンズと同様にカットしていても、いずれの構成も可能である。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

本発明の撮像装置の原理を説明するための図である。 本発明の撮像装置の原理を説明するための図である。 本発明の一実施の形態の撮像装置の概略構成図である。 図３の前玉レンズを光軸方向の被写体側から見た平面図である。 図３の撮像素子の有効画素部の平面図である。 図５の撮像素子の中心から矢印方向に走査した場合の光量比の変化を示す図である。 図３の隣接する２台のカメラのそれぞれの画像の撮像領域を並べて貼り合わせた図である。 本発明の他の実施の形態の撮像装置の概略構成図である。 図８の前玉レンズを光軸方向の被写体側から見た平面図である。 図８の撮像素子の有効画素部の平面図である。 図１０の撮像素子の中心から矢印方向に走査した場合の光量比の変化を示す図である。 図８の隣接する２台のカメラのそれぞれの画像の撮像領域を並べて貼り合わせた図である。 Ａ〜Ｄ 撮像部の前玉レンズの他の形態の断面形状を示す図である。 本発明に対する比較例の撮像装置の概略構成図である。 図１４の前玉レンズを光軸方向の被写体側から見た平面図である。 図１４の撮像素子の有効画素部の平面図である。 図１６の撮像素子の中心から矢印方向に走査した場合の光量比の変化を示す図である。 図１４の隣接する２台のカメラのそれぞれの画像の撮像領域を並べて貼り合わせた図である。

符号の説明

１，４１ 前玉レンズ、２，４２ 筐体、３，４３ レンズ群、４，４４ 撮像素子、１０，５０ 撮像装置、ＮＰ ＮＰ点、１１，１２，５１，５２ 撮像部（カメラ）、１３α，１３β，５３α，５３β 撮像領域、２２，６２ オーバーラップ領域

Claims (4)

1. 広範囲の被写体を分割した複数の各分割被写部をそれぞれ個別に複数の撮像手段によって撮像し、各前記撮像手段からの映像情報を入力した処理手段によって１つの映像に張り合わせ処理する撮像装置であって、
   各前記撮像手段が、１枚以上のレンズ及び前記レンズを通過した光線を検知する撮像素子を備え、
   前記撮像手段の前記レンズの開口絞りの中心を通る主光線中、ガウス領域に位置する主光線を選択し、前記選択された主光線の物空間における直線成分を延長して光軸と交わる点をＮＰ点と定義したときに、各前記撮像手段において、前記ＮＰ点が前記撮像素子よりも後方に設定され、かつ前記複数の撮像手段の各前記ＮＰ点を１つのＮＰ点を中心とした所定の半径領域内に集合させ、
   各前記撮像手段において、前記レンズのうち最も被写体側に位置するレンズが、前記光軸を含まない平面により切断されており、
   前記撮像素子上において、前記光軸から、隣接する前記撮像手段の光軸へ向かう方向に走査したときに、画像が隣接する前記撮像手段とオーバーラップするオーバーラップ領域の中心位置までの前記光軸からの距離をＨとし、前記光軸からの距離が大きくなるに従って前記走査の方向における最大照度に対する光量の比が減少していく領域にあるが、絞り開放から絞り閉まで変化させても前記走査の方向における最大照度に対する光量の比が変化しない位置までの前記光軸からの距離をａとすると、
   ａ＞Ｈを満たす
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記所定の半径領域を、１つのＮＰ点を中心とした半径約２０ｍｍ以内の領域としたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記絞り開放としたとき、前記走査の方向における最大照度に対する、隣接する前記撮像手段との前記オーバーラップ領域の中心位置の光量の比ＩＬが、ＩＬ＞０を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子上において、前記光軸から、隣接する前記撮像手段の光軸へ向かう方向に走査したときに、前記光軸から前記撮像素子の端縁までの範囲全体で、絞り開放から絞り閉まで変化させても、前記走査の方向における最大照度に対する光量の比が変化しないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
   
   

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