JP2009211012A

JP2009211012A - 広角複眼撮像装置

Info

Publication number: JP2009211012A
Application number: JP2008056805A
Authority: JP
Inventors: Takashi Toyoda; 孝豊田; Yoshizumi Nakao; 良純中尾; Yoshimasa Imahori; 良政今堀
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2009-09-17
Also published as: US20090225432A1; US7974015B2

Abstract

【課題】広角複眼撮像装置において広角方向に直交する方向に画角が大きい被写領域画像を得る。
【解決手段】被写領域の中央からの光を集光する光学レンズＬｃと、被写領域の左右からの光を集光する光学レンズＬｌ、Ｌｒとが同一平面内に支持され、各光学レンズによって形成された個眼像ｋｌ、ｋｃ、ｋｒがマイクロプロセッサ６により広角の被写領域画像として生成される。光学レンズＬｌ、Ｌｒは広角方向に平行な左右方向線Ｈ上に配置され、光学レンズＬｃは左右方向線Ｈよりも上方に離間して配置される。光学レンズＬｌ、Ｌｒの前方にはプリズムｐｌ、ｐｒが配置され、さらにその前方には被写領域からの光を上下方向において収束させるトロイダルレンズＴが配置される。トロイダルレンズＴは、左右方向線Ｈに平行な直線を曲率の中心とする縦方向の湾曲面と、左右方向線Ｈに直交し光学レンズＬｃを通る上下方向線Ｖを曲率の中心とする横方向の湾曲面とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、広角複眼撮像装置に関する。

従来から、広角の被写領域からの光を該広角の方向（以下、広角方向という）に沿った所定の角度領域毎に分担して集光する複数の光学レンズを備え、該光学レンズによってそれぞれ形成される角度領域毎の個眼像を接合して広角の被写領域画像を生成する広角用の複眼撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、複眼撮像装置において個眼毎に異なった画角の像が得られるように、各個眼を複数枚の光学レンズで構成するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−２８８５６９号公報特開２００５−３３８５０５号公報

上記特許文献１に記載された複眼撮像装置では、光学レンズが例えば左右方向（広角方向）に沿って配置されると共に、左右の角度領域を分担する光学レンズの前方には被写領域からの光の光路を屈曲させるプリズムが配置されるので、中央の角度領域を分担する光学レンズ及び左右の角度領域を分担する光学レンズのそれぞれに画角が４０°の光学レンズを用いることによって１２０°の被写領域を歪みを生じることなく撮像することができる。

ところが、この複眼撮像装置では、上記のように左右方向には最大１８０°程度の画角のパノラマ画像を容易に得ることができるが、上下方向には各光学レンズの固有の画角によって制約された画角の画像（例えば、固有の画角が４０°の光学レンズを用いる場合には４０°の画角の画像）しか得ることができない。１枚の光学レンズによって歪みを有さずに画像を得ることができる限界は、一般に６０°程度とされている。

そして、各光学レンズの固有の画角を６０°以上にするためには、各光学レンズを２枚以上の異種レンズを組み合わせた合わせレンズに構成しなければならない。ところが、各光学レンズが極めて小さく形成される（例えば、数ミリ程度）複眼撮像装置において各光学レンズを合わせレンズとすることは製造に困難が伴うし、コストアップになる。他方、各光学レンズ自体を大きく設計する場合には複眼撮像装置全体の嵩が増大し、小型に構成することができるという複眼撮像装置の利点を減殺してしまう。

そこで、本発明は、広角複眼撮像装置において、製造の困難さやコストアップを招くことなく広角方向に直交する方向に画角が大きく、かつ歪みを有さない被写領域画像を容易に得ることができる広角複眼撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、広角の被写領域からの光を該広角の方向（以下、広角方向という）に沿った所定の角度領域毎に分担して集光する複数の光学レンズを備え、前記複数の光学レンズによってそれぞれ形成される前記角度領域毎の個眼像から広角の被写領域画像を生成する広角複眼撮像装置において、前記光学レンズの被写領域側に、被写領域からの光を前記広角方向に直交する方向において収束させる光学素子を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記複数の光学レンズが、前記広角方向に平行な直線（以下、左右方向線という）上に配置され、被写領域の左右の角度領域からの光を集光する左右の光学レンズと、前記左右の光学レンズに対して上下方向に離間して配置され、被写領域の中央の角度領域からの光を集光する光学レンズ（以下、中央光学レンズという）と、を備え、前記光学素子が、前記左右方向線に平行な直線を曲率の中心とする第１の曲面と、前記左右方向線に直交し、前記中央光学レンズを通る上下方向の直線を曲率の中心とする第２の曲面と、を有するトロイダルレンズであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記光学素子が、本広角複眼撮像装置の筐体に一体に設けられた前記光学レンズの保護カバーであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、光学レンズの被写領域側に、被写領域からの光を広角方向に直交する方向において収束させる光学素子を備えたので、広角方向に直交する方向に画角が大きく、かつ歪みを有さない被写領域画像を容易に得ることができる。また、各光学レンズを合わせレンズ等の特殊なものに構成する必要がないので製造が容易でありコストアップを招くことがない。

請求項２の発明によれば、光学レンズの被写領域側に設けられる光学素子がトロイダルレンズであるので、光学レンズが三角形の頂点位置に配置される複眼撮像装置においても、歪みを有さず広角方向に直交する方向の画角が大きい被写領域画像を得ることができる。

請求項３の発明によれば、光学素子が本広角複眼撮像装置の筐体に一体に設けられた光学レンズの保護カバーであるので、広角複眼撮像装置の全体をコンパクトにすることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。本実施形態の広角複眼撮像装置１は、図１及び図２に示されるように、広角（本例では、左右に１２０°）の被写領域Ｓからの光を該広角の方向に沿った４０°の角度領域Ｓｌ、Ｓｃ、Ｓｒ毎に集光し、所定の焦点平面に複数の個眼像ｋｌ、ｋｃ、ｋｒを形成するレンズ光学系２と、レンズ光学系２によって形成される３個の個眼像ｋｌ、ｋｃ、ｋｒを電子的な画像情報へ変換する固体撮像素子３と、固体撮像素子３によって変換された画像情報をＡＤコンバータ４を介してディジタル情報として取込むＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）５と、ＤＳＰ５に取込まれた画像情報（個眼像）に接合処理等の画像処理を施して１枚の被写領域画像Ｐ（図８参照）を生成するマイクロプロセッサ６と、生成された被写領域画像を表示する液晶パネル等の表示パネル７と、を備える。

レンズ光学系２は、広角方向（図１の左右方向線Ｈ）に沿って配置された２個の光学レンズＬｌ、Ｌｒ（左右の光学レンズ）と、光学レンズＬｌ、Ｌｒに対して上方へ離間して配置された１個の光学レンズＬｃ（中央光学レンズ）と、２個の光学レンズＬｌ、Ｌｒの前方（被写領域側）にそれぞれ設けられた４５°直角プリズムｐｌ、ｐｒと、さらに前方に設けられたトロイダルレンズＴ（光学素子）と、を備える。各光学レンズＬｌ、Ｌｃ、Ｌｒは、それぞれ１枚のレンズから構成され、４０°の画角を有し、レンズホルダ８によって一平面内に支持されている。

４５°直角プリズムｐｌ、ｐｒは、図２に示されるように、直角を挟む２つの辺ｐｌａ、ｐｌｂ、ｐｒａ、ｐｒｂのうち外側向きの一辺ｐｌａ、ｐｒａから光が入射し、入射した光が斜辺ｐｌｃ、ｐｒｃによって反射されて他の一辺ｐｌｂ、ｐｒｂから出射するように配置される。具体的には、４５°直角プリズムｐｌ、ｐｒは、左右の光学レンズＬｌ、Ｌｒに対して２５°の角度に傾斜するように配置され、斜辺ｐｌｃ、ｐｒｃがレンズホルダ８に対して７０°の角度に傾斜するように配置される。

４５°直角プリズムｐｌ、ｐｒが上記のように配置されることによって、被写領域Ｓの左右の４０°の角度領域Ｓｌ、Ｓｒからの光が４５°直角プリズムｐｌ、ｐｒを介して左右の光学レンズＬｌ、Ｌｒによって集光される。また、被写領域Ｓの中央の４０°の角度領域Ｓｃからの光はプリズムを介さずに中央の光学レンズＬｃによって直接集光される。

トロイダルレンズＴについて、図１、図３（ａ）、（ｂ）乃至図６を参照して説明する。トロイダルレンズＴは、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、縦方向の湾曲面Ｔｖ（第１の曲面）と横方向の湾曲面Ｔｈ（第２の曲面）が合成された樽状の曲面Ｔｆを有する。そして、該トロイダルレンズＴは、縦方向の湾曲面Ｔｖの曲率の中心が、左右の光学レンズＬｌ、Ｌｒを結ぶ左右方向線Ｈに平行し、左右の光学レンズＬｌ、Ｌｒと中央の光学レンズＬｃとの間隔の中点を通る左右方向線Ｈ’に一致し、横方向の湾曲面Ｔｈの曲率の中心が、左右方向線Ｈに直交し、中央光学レンズＬｃを通る上下方向の直線（図１の上下方向線Ｖ）に一致するように配置されている（図１、図３（ａ）参照）。

また、トロイダルレンズＴは、図６に示されるように、縦方向の湾曲面Ｔｖにおいて、中央のレンズ厚みｔａよりも端部のレンズ厚みｔｂの方が厚く形成され、被写領域Ｓからの光を上下方向に収束させる機能を有する。なお、本実施形態のトロイダルレンズＴでは、湾曲面Ｔｈ方向においてレンズ厚みが一定になるように形成して被写領域Ｓからの光を左右方向には収束させる機能を持たせていないが、湾曲面Ｔｈ方向においてもレンズ厚みが中央より端部側で厚くなるように形成して被写領域Ｓからの光を左右方向にも収束させる機能を持たせてもよい。

次に、本実施形態の広角複眼撮像装置１の動作について説明する。いま、広角複眼撮像装置１の前方に左右方向に１２０°以上、上下方向に４５°以上に広がった被写領域Ｓ（例えば、自然の風景など）が開けており、広角複眼撮像装置１が撮像動作を行うとき、左右方向の中央の４０°の角度領域Ｓｃからの光は、トロイダルレンズＴを通過して中央の光学レンズＬｃによって集光され固体撮像素子３上に中央の個眼像ｋｃとして結像される（図２、図７参照）。固体撮像素子３上に形成される個眼像ｋｃは、上下左右が倒立した像となる。

また、左右両端寄りの４０°の角度領域Ｓｌ、Ｓｒからの光は、トロイダルレンズＴを通過し、４５°直角プリズムｐｌ、ｐｒにより屈曲、反射され、左右の光学レンズＬｌ、Ｌｒによって集光されて固体撮像素子３上に左右の個眼像ｋｌ、ｋｒとして結像される（図２、図７参照）。固体撮像素子３上に形成される個眼像ｋｌ、ｋｒは、上下が倒立した像となる。

そして、このときに各光学レンズＬｌ、Ｌｃ、Ｌｒが集光する各角度領域Ｓｌ、Ｓｃ、Ｓｒの上下方向の画角は、トロイダルレンズＴが光を上下方向に収束させる機能を有することから、各光学レンズ固有の画角（４０°）以上の角度になっている（例えば、４５°）。

固体撮像素子３上に形成された各個眼像ｋｌ、ｋｃ、ｋｒは、ディジタル情報としてＤＳＰ５に取り込まれ、ＤＳＰ５及びマイクロプロセッサ６によって、画像が上下、又は上下左右方向に反転されている状態を修正された上、接合処理を施され、表示パネル７に１枚の被写領域画像Ｐとして表示される（図８参照）。本例の場合、被写領域画像Ｐの横方向の画角Ｐｈは約１２０°であり、縦方向の画角Ｐｖは約４５°である。

以上のように、本実施形態の広角複眼撮像装置１は、光学レンズＬｌ、Ｌｃ、Ｌｒが、図１、３（ａ）に示されるように、三角形の頂点位置に配置されているが、被写領域Ｓからの光を上下方向において収束するトロイダルレンズＴが、縦方向の湾曲面Ｔｖの曲率の中心が左右の光学レンズＬｌ、Ｌｒを結ぶ左右方向線Ｈに近接して平行な左右方向線Ｈ’に一致し、横方向の湾曲面Ｔｈの曲率の中心が上下方向の直線Ｖに略一致するようにして配置されるので、各光学レンズＬｌ、Ｌｃ、Ｌｒによって集光され固体撮像素子３によって撮像された個眼像ｋｌ、ｋｃ、ｋｒの画角が上下方向に歪みを生じることなく拡大され、上下方向の画角Ｐｖが各光学レンズＬｌ、Ｌｃ、Ｌｒの固有の画角以上に拡大された広角の被写領域画像Ｐを容易に得ることができる。

なお、図９（ａ）、（ｂ）に本実施形態の広角複眼撮像装置１によって撮像した中央の個眼像ｋｃと左側個眼像ｋｌのパターン像を示し、図１０（ａ）、（ｂ）にトロイダルレンズＴのみを取り除いた広角複眼撮像装置によって撮像した中央の個眼像ｋｃと左側個眼像ｋｌのパターン像を示す。図９（ａ）のパターン像と図１０（ａ）のパターン像との間、及び図９（ｂ）のパターン像と図１０（ｂ）のパターン像との間には共に極めて微小なずれ量しかなく、光学レンズＬｌ、Ｌｃ、Ｌｒの被写領域側にトロイダルレンズＴを設けることに起因した像の歪みはほとんど生じていない。

また、トロイダルレンズＴは横方向の湾曲面Ｔｈを有するので、図１１に示されるように、広角複眼撮像装置１の全体を収容する筐体１１に容易に組み付けることができ、かつトロイダルレンズＴ自体を光学レンズＬｃ、Ｌｌ、Ｌｒ、及び４５°直角プリズムｐｌ、ｐｒの保護カバーとすることができる。これについてさらに説明すると、筐体１１には、４５°直角プリズムｐｌ、ｐｒが広角（例えば、１８０°）の方向（直線Ｈに沿った方向）から集光できるように広角方向に大きく開いた窓口１１ａを設ける必要があるが、この窓口１１ａは筐体１１から突出した円筒部１１ｂに形成することが筐体１１全体をコンパクトに設計する上で有利である。そして、円筒部１１ｂの曲率に一致した横方向の湾曲面Ｔｈを有するトロイダルレンズＴを窓口１１ａに装着することによって、窓口１１ａを隙間なく覆うことができる。トロイダルレンズＴによって筐体１１内に塵埃や水分が進入することが防止される。

なお、本実施形態では、光学レンズＬｌ、Ｌｃ、Ｌｒが、図１、３（ａ）に示されるように三角形の頂点位置に配置されているが、光学レンズＬｌ、Ｌｃ、Ｌｒは一直線上に配置されていてもよい。具体的には、中央の光学レンズＬｃが左右の光学レンズＬｌ、Ｌｒを結ぶ左右方向線Ｈ上に配置されていてもよい。この場合には、トロイダルレンズＴの縦方向の湾曲面Ｔｖの曲率の中心は３つの光学レンズＬｃ、Ｌｌ、Ｌｒを結ぶ左右方向線Ｈに一致する。

本発明の一実施形態に係る広角複眼撮像装置の構成を示す図。同広角複眼撮像装置における光の集光路を示すレンズ光学系部分の横断面図。（ａ）は同広角複眼撮像装置のトロイダルレンズを斜め後方から見た斜視図、（ｂ）は同広角複眼撮像装置のトロイダルレンズを斜め前方から見た斜視図。同広角複眼撮像装置におけるトロイダルレンズを図３（ｂ）のα方向から見た平面図。同広角複眼撮像装置におけるトロイダルレンズを図３（ｂ）のβ方向から見た側面図。同広角複眼撮像装置におけるトロイダルレンズを左右方向の中心で切断した縦断面図。同広角複眼撮像装置における固体撮像素子上に形成される個眼像を示す図。同広角複眼撮像装置において生成された被写領域画像を示す図。（ａ）は同広角複眼撮像装置において中央の光学レンズによって形成されたパターン像を示す図、（ｂ）は同広角複眼撮像装置において左側の光学レンズによって形成されたパターン像を示す図。（ａ）はトロイダルレンズを有さない広角複眼撮像装置において中央の光学レンズによって形成されたパターン像を示す図、（ｂ）はトロイダルレンズを有さない広角複眼撮像装置において左側の光学レンズによって形成されたパターン像を示す図。同広角複眼撮像装置においてトロイダルレンズが筐体に一体に組み付けられた態様を示す斜視図。

符号の説明

１広角複眼撮像装置
１１筐体
Ｈ左右方向線
Ｈ’ 左右方向線に平行な直線
Ｌｃ光学レンズ（中央光学レンズ）
Ｌｌ、Ｌｒ光学レンズ（左右の光学レンズ）
Ｐ被写領域画像
Ｓ被写領域
Ｓｌ、Ｓｃ、Ｓｒ角度領域
Ｔトロイダルレンズ（光学素子）
Ｔｖ縦方向の湾曲面（第１の曲面）
Ｔｈ横方向の湾曲面（第２の曲面）
Ｖ上下方向の直線
ｋｌ、ｋｃ、ｋｒ個眼像

Claims

広角の被写領域からの光を該広角の方向（以下、広角方向という）に沿った所定の角度領域毎に分担して集光する複数の光学レンズを備え、
前記複数の光学レンズによってそれぞれ形成される前記角度領域毎の個眼像から広角の被写領域画像を生成する広角複眼撮像装置において、
前記光学レンズの被写領域側に、被写領域からの光を前記広角方向に直交する方向において収束させる光学素子を備えたことを特徴とする広角複眼撮像装置。
前記複数の光学レンズが、
前記広角方向に平行な直線（以下、左右方向線という）上に配置され、被写領域の左右の角度領域からの光を集光する左右の光学レンズと、
前記左右の光学レンズに対して上下方向に離間して配置され、被写領域の中央の角度領域からの光を集光する光学レンズ（以下、中央光学レンズという）と、を備え、
前記光学素子が、
前記左右方向線に平行な直線を曲率の中心とする第１の曲面と、
前記左右方向線に直交し、前記中央光学レンズを通る上下方向の直線を曲率の中心とする第２の曲面と、を有するトロイダルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の広角複眼撮像装置。
前記光学素子が、本広角複眼撮像装置の筐体に一体に設けられた前記光学レンズの保護カバーであることを特徴とする請求項１に記載の広角複眼撮像装置。