JP2019020536A

JP2019020536A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2019020536A
Application number: JP2017137507A
Authority: JP
Inventors: 耕平上村; Kohei Kamimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-02-07

Abstract

【課題】一般的な全周囲カメラによって撮影された画像の中から特定の被写体を拡大しようとすると電子ズームによる拡大となり、得られる拡大画像の画質が低下してしまっていた。また、一部のカメラを使用して特定の被写体を拡大する場合は全周囲画像の欠損が生じていた。【解決手段】全周囲を形成する複数の光学系全てを変倍光学系とし、その中の光学系が望遠側に変倍した場合、その光学系と隣り合う光学系を広角側に変倍させてぞれぞれの画像を縫合した時に全周囲を形成するように制御する。【選択図】図１６

Description

本発明は、周囲の風景を一度に撮影するために複数の鏡筒を有する撮像装置に関する。

従来より、複数の光学レンズを光軸方向に移動させ撮影倍率を変更するズーム機構を備えるレンズ鏡筒が知られており、レンズを保持するレンズ保持枠を回転するカム筒のカム溝に係合させ、直進筒によってレンズ保持枠の回転規制をして光軸方向に移動させるものがあった。

また、周囲の風景を広範囲に撮るためのパノラマ撮影や全方位撮影等が知られており、特に全方位撮影が可能なカメラは個人が撮影を楽しむだけのものではなく、全ての方向を撮影できる利点から防犯カメラ等のセキュリティー用としての活用が増えてきている。

特許文献１や特許文献２では中心軸周りに複数のカメラを配置することによって全周囲画像を取得している。

特許文献１は、中心軸周りに複数の撮像部を配置することによって全周囲画像を取得し、また中心軸周りに複数の撮像部を一体に回転可能な構成となっている。

また特許文献２は、隣り合う撮像部の画界の端を重ねることによって中心軸周りに撮像部を効率よく配置している。

特開２０１０−２５８６６８号公報特開２０１０−２３２９０８号公報

しかし、上記の特許文献１では、任意の被写体を拡大したい場合は、部分的に取得画像拡大する必要があるが、画質の劣化が懸念される。もしくは特許文献２の構成で１台の撮像部に任意の被写体像を光学的に拡大させれば、画質劣化なく画像の取得が可能であるが、全周囲画像に画界の欠損が発生してしまう。

上記の課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、
４台以上の撮像部を備え、
二つ隣の撮像部との撮影画角の端が重なるように配置され、
中心軸の周りの周囲３６０度の被写体画像を撮像する複数台の前記撮像部で構成される撮像部群と、
前記中心軸を回転中心として前記撮像部群を一体に旋回させる回転機構部と、
それぞれの撮像部が単独でチルト可能に設置されている撮像装置において、
少なくとも１台の撮像部は変倍光学系を備え、
該撮像部が変倍時には残りの撮像部で周囲３６０度の被写体画像を撮像することを特徴とする。

本発明に係る撮像装置によれば、全周囲画像の画界を欠損することなく、任意の被写体の拡大が可能とある。

本発明の実施形態に係る撮像装置の外観斜視図本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の斜視図本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の分解斜視図本発明の実施形態に係る２群鏡筒の分解斜視図本発明の実施形態に係る２群鏡筒の正面図本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図（収納状態：沈胴位置）本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図（撮影状態：ＷＩＤＥ位置）本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図（撮影状態：ＴＥＬＥ位置）本発明の実施形態に係る撮像装置の三脚引き伸ばし状態の斜視図本発明の実施形態に係る撮像装置の起動状態の斜視図本発明の実施形態に係る全周囲を形成するレンズ鏡筒の画角配分を示す概念図本発明の実施形態に係る全周囲を形成するレンズ鏡筒の起動状態の画角を示す図本発明の実施形態に係る全周囲を形成するレンズ鏡筒の望遠状態の画角を示す図本発明の実施形態に係る全周囲を形成するレンズ鏡筒の省電力状態の画角を示す図本発明の実施形態に係る特定の被写体を拡大した取得画像を示す図本発明の実施形態に係る全周囲を形成するレンズ鏡筒の特定の被写体を拡大した状態の画角を示す図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の適用されるカメラであり、１はカメラ本体である。このカメラ本体１の水平方向６箇所には撮影レンズの焦点距離が変更可能な鏡筒２がカメラ本体１から全て外側に向けて配置されている。

鏡筒２はカメラ本体１に対して、それぞれ独立にチルト動作が可能に取り付けられている。

鏡筒２の前面にはカメラ本体１の上面部に配置される電源ボタン７のＯＮ・ＯＦＦに従って撮影レンズの光路を開閉するバリア装置２０が備えられている。

また、カメラ本体１の上面側には周囲の被写体に対して均等に照明光を照射する照明装置３が設けられ、カメラ本体１の下面側には同様に照明位置の調整が可能な照明装置４が３つ設けられている。

また、カメラ本体１を水平に安定して固定するための内蔵三脚（以下、三脚と呼ぶことにする）５が備えられ、角度或いは脚部の長さを可変させることで撮影高さが調整可能になっている。

カメラ本体１の下面部には電池室６が備えられ、この電池室６に電池を挿入することでカメラ本体１への電源供給が行われる。

さらに、カメラ本体１の上面部には水平方向に配置された複数の鏡筒２の中から焦点距離を変更させる鏡筒２を選択した後に焦点距離を変更するためのズームボタン８が備わっている。

また、撮影準備動作（焦点調節動作および測光動作）及び撮影動作（撮像素子への露光）を開始させるためのレリーズボタン９が設けられている。

なお、上記図１は全周囲を撮影するカメラの代表的な模式図であり、本発明は上記の構成に限定されるものではない。

また、カメラ本体１にカメラを操作するためのズームボタン８やレリーズボタン９等が備わっているが、スマートフォン等の電子機器を介した通信による遠隔操作も可能である。

図２はカメラ本体１に複数台備えられている中の１台の鏡筒２の斜視図である。

本件では沈胴式のズームレンズ鏡筒を用いており、電源ＯＦＦ時はレンズが収納され電源ＯＮ時に被写体側に繰り出すことで撮影可能となる。

また、電源ＯＦＦ時はバリア装置２０がレンズを覆っているため、不使用時の傷付き防止や砂・ゴミ等の侵入から保護することができる。

図３は鏡筒２の分解斜視図である。

２１は１群撮影レンズを保持し、前述のバリア装置２０を備える１群鏡筒、２２は光量を調節する絞り機構を備える絞りユニット、２３は２群撮影レンズを保持し、防振レンズ機構とシャッターを備える２群鏡筒、２４は１群鏡筒２１、絞りユニット２２及び２群鏡筒２３を駆動するための駆動カムを内周部に備え、且つ駆動モーター２９より動力を伝達されるギア部を有する移動カム環である。

２５は移動カム環２４に回転可能に保持され、１群鏡筒２１及び絞りユニット２２及び２群鏡筒２３を直進規制するための直進筒、２６は３群撮影レンズを保持する３群鏡筒、２７は内周部に移動カム環２４を駆動するための駆動カムを備える固定筒、２８は撮像素子を保持する撮像素子保持ユニットである。

また、２８ａは撮像素子保持ユニット２８に取り付けられ鏡筒ユニット２全体に備わる駆動部材の電気接続を取る鏡筒フレキシブル基板である。

絞りユニット２２の駆動部に這い回される絞りフレキシブル基板２２１と２群鏡筒２３のシャッタ駆動部に這い回される２群フレキシブル基板２３１が固定筒２７の外側で鏡筒フレキシブル基板２８ａとコネクター接続されることで電気導通が取られている。

尚、鏡筒２の構成は本発明の特徴を満たす構成であれば上記の構成に限定されるものではなく、ビデオカメラ等で用いられるインナーズームタイプの鏡筒であっても良い。

図４は図３の防振レンズ機構とシャッターを備える２群鏡筒２３の内、防振レンズ機構に関する部品を分解した分解斜視図である。

２３９は２群鏡筒２３の基台である２群ベースであり、前述した移動カム環２４のカム溝に嵌るフォロア−ピン２３９ａが３本備わっている。

また、シャッターヨーク２３９ｂが２群ベース２３９に取り付けられ、カバー部材２３９ｃをシャッターヨーク２３９ｂの被写体側から被せ、パッチン結合等の固定手段によって２群ベース２３９と固定される。

このシャッターヨーク２３９ｂと不図示のロータから成るアクチュエータは、通電方向の正逆転によってアームの停止位置が切り替わる２点切り替え方式のアクチュエータである。

２３５は２群レンズ群２３３を保持する２群レンズホルダーであり、２群レンズ群２３３が有害光をカットする為のマスク部材２３４と共に接着等の固定手段によって固定されている。２群レンズホルダー２３５にはマグネット２３５Ａおよび２３５Ｂが一体的に保持されている。

ここで、符号の添字ＡおよびＢは図５におけるＡ方向およびＢ方向と対応している。２群レンズホルダー２３５には２箇所のフック２３５ａがあり引張りスプリング２３６が掛けられている。

２３７Ａおよび２３７Ｂはコイルとボビンからなるコイルユニットであり、シャッターヨーク２３９ｂの配置から光軸を挟んで略対向する位置に２群ベース２３９の凹部を設け、そこに接着等の固定手段によって固定されている。

コイルへの給電はボビンに埋設されコイルと電気的に接続されたそれぞれの端子部に対して２群フレキシブル基板２３１を接続することで行なわれる。

２群レンズホルダー２３５に掛けられたスプリング２３６の他端は２群ベース２３９のフック２３９ｄに掛けられていて、２群ベース２３９と２群レンズホルダー２３５との間には３個の非磁性体であるボール２３８が挟まれており、２群レンズホルダー２３５は２群ベース２３９に向かってボールを介して押圧された状態になっている。

但し、ボール２３８を介しているので光軸に垂直な平面内では自由に移動する事が可能になっている。この２群レンズホルダー２３５を平面内で移動させる事によって撮像センサー上の像を制御して防振を行なっている。

２３１は２群フレキシブル基板であり、前述したコイルユニット２３７Ａと２３７Ｂおよびシャッターアクチュエータが半田接続されており、その裏面側（撮像面側）には磁界の変化を検出するホール素子２３１Ａおよび２３１Ｂが実装されている。これらのホール素子２３１Ａおよび２３１Ｂで２群レンズホルダー２３５のマグネット２３５Ａおよび２３５Ｂからの磁界の変化を検出して２群レンズホルダー２３５が目標位置に達するまで継続してフィードバック制御を行うことで防振している。

図５は２群鏡筒２３を被写体側から見た図であり、２群レンズホルダー２３５が見えるように２群フレキシブル基板２３１、センサーホルダー２３２を取り除いた状態である。

２群レンズホルダー２３５のマグネット２３５Ａおよび２３５Ｂには図５に示すような方向に着磁されており、Ａ方向およびＢ方向への移動を各ホール素子２３１Ａおよび２３１Ｂが磁界の変化として検出して、その変化量に基づいて移動量を算出している。

マグネット２３５Ａおよび２３５Ｂとホール素子２３１Ａおよび２３１Ｂの位置精度は極めて重要であるため、ホール素子２３１Ａおよび２３１Ｂが面実装された２群フレキシブル基板２３１はセンサホルダー２３２に対して圧入されて精度良く位置決めされている。

図６は鏡筒２の沈胴位置における断面図である。

沈胴位置においてはそれぞれの群のレンズ間隔が最小になるように圧縮して配置され、バリア装置２０は閉じてレンズは保護されている。

図７は鏡筒２の広角位置における断面図である。

鏡筒２の駆動モーター２９によって前述したメカ機構によりそれぞれのレンズ群が図７のような広角位置に配置される。

この時撮影画角は最大となり全方位の画像において１つの鏡筒が切り取ることのできる領域は最も広い範囲となる。

図８は鏡筒２の望遠位置における断面図である。

鏡筒２の駆動モーター２９によって前述したメカ機構によりそれぞれのレンズ群が図８のような望遠位置に配置される。

この時撮影画角は最小となり全方位の画像において１つの鏡筒が切り取ることのできる領域は最も狭い範囲となる。

よって、特定の被写体を拡大させたい場合に鏡筒２を望遠位置にすることでその画像を撮像センサー全体に取り込むため、電子ズームのような部分的な切り取りによる拡大とは異なった画質劣化の無い画像を得ることができる。

この広角位置から望遠位置までの範囲内でカメラ本体１に配置される各々の鏡筒２に対して画角を切り換えることが可能となる。

図９はカメラ本体１の撮影前の準備として三脚５を手動で引き出し、床面に固定させた図である。

三脚５は図１のような収納状態から三脚５の脚部５ａをＣ方向に伸ばすことができ、３箇所の接地部５ｂによってカメラ本体１が保持される。

三脚５の脚部５ａの角度はＤ方向にα〜βまで変更することが可能で且つ伸縮もできるため、それらを合わせてカメラ本体１の高さを自由に調整することができる。

本件ではカメラ本体１に備わる複数の鏡筒２の水平方向を保つため三脚５の３本の脚部５ａの角度はカメラ本体内部でリンク機構等によって接続されそれぞれの角度が等しくなるようにしている。

図１０はカメラ本体１の上面部に備わる電源ボタン７をＯＮしてカメラが起動した状態を示している。

電源ＯＦＦの状態から全ての鏡筒２が繰り出してバリア装置２０が開き、撮影可能な状態となる。

鏡筒２はカメラ本体１に対してチルト可能に保持され、カメラ本体１は三脚５に対して回動可能に取り付けらている。

図１１は図１０のカメラ本体１によって撮影される３６０度の画像配分を示す模式図である。

図１０に示すように水平方向に配置される鏡筒２の内、レリーズボタン９の方向にある鏡筒を２Ａとし順に２Ｂ〜２Ｆとすると、それらの鏡筒２によって得られる画像が図１１の２Ａ’〜２Ｆ’となる。

それぞれの画像どうしの境界線は連続した画像にするために隣り合う画像を縫合したスティッチ部であり、従来の方法と同様に予め隣り合う画像と重複する大きめの画像を取得しお互いの画像の特徴点を目印にして貼り合わせることによって生成される。

図１２はカメラ本体１を鉛直方向上側から見た図であり、鏡筒２の撮影画角をぞれぞれ示している。

三脚５は省略している。（以後同様）
水平方向に等間隔に並んだ６つの鏡筒２Ａ〜２Ｆからそれぞれ画角θ０の範囲を撮影しており、それぞれ二つ隣りの鏡筒２の画角がＲ１で交差するように設定され、半径Ｒ１よりも外側で連続した３６０度の撮影が可能となっている。

また隣り合うの鏡筒２の画角はＲ０で交差するように設定され、半径Ｒ０よりも外側で連続した３６０度の撮影が可能となっている。

ここで、Ｒ０はカメラ本体１の中心から３６０度の撮影が可能となる位置までの第１最短撮影距離、を示している。

本件では簡単のため、通常の撮像センサーのアスペクト比に対応した短辺、長辺、対角の画角を考慮した光線ではなく、単純な円錐状の光線画角として以後説明をする。

図１３は第１最短撮影距離Ｒ０が遠くなり第２最短撮影距離Ｒ１となるときに鏡筒２の画角を望遠側に設定した図である。

広角側よりも画角周辺部の収差が抑えられる為、スムーズなステッチが可能になり鏡筒２が広角側に設定されているときよりも良好な画像が得られる。

図１４は鏡筒２は広角側に設定されているが、第２最短撮影距離Ｒ１に設定されているため、全周囲画像に影響のない鏡筒２を使用していない図である。

画角周辺部の収差が気にならないときや最短撮影距離がＲ１で問題ないときは、使用状態である鏡筒２の両隣りに配置している鏡筒２を不使用にできる。

たとえば本実施例では鏡筒２Ａ、２Ｃ、２Ｅを使用し、２Ｂ，２Ｄ，２Ｆを不使用としている。
これによりカメラ本体１の電力消費を抑えることが可能である。

図１５は特定の被写体Ｐを拡大した場合の表示例である。図１６は特定の被写体Ｐを拡大するために鏡筒２Ａのみを望遠側に移動させた状態をカメラ本体１の鉛直方向上側から見た図である。

図１５においてＰＡは鏡筒２Ａをズームした時の画角、ＰＦは鏡筒２Ｆをズームした時の画角である。特定の被写体Ｐを拡大する場合、カメラ本体１は被写体ＰがＰＡとＰＦのどちらに近いかを判断する。本実施例では特定の被写体ＰにはＰＡが近い為、鏡筒２Ａの光軸中心が特定の被写体Ｐに向くようにカメラ本体１をＲ方向に回転させ、カメラ本体１の中で鏡筒２ＡをＴ方向にチルトさせる。

鏡筒２Ａの画角は図１２の画角θ０から画角θ２（θ２＜θ０）に変更される。これにより特定の被写体Ｐの拡大画像Ｐ１取得することができる。またこのとき、特定の被写体Ｐを拡大する前に撮影していた画角は鏡筒２Ａの両隣りにある鏡筒２Ｂと鏡筒２Ｆで補う。そのため全周囲画像の一部を欠損することなく、特定の被写体Ｐを拡大することが可能となる。

本件では３群タイプの変倍光学系を用いたが、本実施例の構成を満たす変倍光学系であれば別のレンズ群構成の光学系であっても構わない。

１カメラ本体、２鏡筒（２Ａ〜２Ｆ）、３照明装置、４照明装置（可動式）、
５三脚（内蔵式）、５ａ脚部、５ｂ接地部、６電池室、７電源ボタン、
８ズームボタン、９レリーズボタン、２０バリア装置、２１１群鏡筒、
２２絞りユニット、２３２群鏡筒、２４移動カム環、２５直進筒、
２６３群鏡筒、２７固定筒、２８撮像素子保持ユニット、２９駆動モーター、
Ｒ０第１最短撮影距離、Ｒ１第２最短撮影距離、Ｐ特定の被写体、Ｒ回転方向、
Ｔチルト方向

Claims

４台以上の撮像部（２Ａ〜２Ｆ）を備え、
前記撮像部は、二つ隣の撮像部との撮影画角が重なるように配置され、
周囲３６０度の被写体画像を撮像する複数台の前記撮像部で構成される撮像部群（１）と、
前記撮像部群を一体に旋回させる回転機構部を有し、
それぞれの撮像部は単独でチルト可能に設置され、
かつ、少なくとも１台の撮像部は変倍光学系を備え、
前記撮像部が変倍時には残りの撮像部で周囲３６０度の被写体画像を撮像することを特徴とする撮像装置。
周囲３６０度の被写体画像の中から任意の被写体Ｐを指定する指定手段を有し、
前記任意の被写体と前記撮像部の光軸との距離を判断する判断手段を有し、
前記指定手段と前記判断手段に基づいて前記回転機構部を駆動することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記複数の撮像部のうち、隣り合う撮像部の少なくとも一方は画像の取得を停止することが可能な請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。