JPH11127375A - パノラマ撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＴＤＩセンサを使用して撮像時間の短縮化を図
り、しかもＴＤＩセンサの時間遅延積分動作を正確にし
て良質のパノラマ画像を得る。 【解決手段】１次元撮像素子としてＴＤＩ（時間遅延積
分）センサ４４を使用し、被写体４６の像をＴＤＩセン
サに結像させる結像レンズ系として、回転する回転軸に
垂直な面内において、δ＝Ｒ・（１−ｃｏｓθ）｛但
し、δは像面湾曲量、Ｒは被写体から回転中心までの距
離、θは光軸に対する傾角｝で表わされる被写体側の像
面湾曲を有するものを使用し、ＴＤＩセンサと結像レン
ズ系を一体的に回転して周囲３６０度のパノラマ撮像を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１次元撮像素子と
して時間遅延積分センサを使用し、この時間遅延積分セ
ンサにより周囲３６０度の画像を撮像するパノラマ撮像
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より人間の目で見たものにより近い
画像を記録・再生するという試みが種々為されている。
例えば、通常の３５ｍｍ方式のカメラでは所定の範囲の
画像しか撮像できないが、より広角な画像を得るため
に、風景などの被写体を撮像した画像をつなぎ合わせて
鑑賞する方法、いわゆる、つなぎパノラマ写真がある。
この方法を採用すれば周囲３６０度の画像を再現し鑑賞
することが可能となる。

【０００３】このような複数の画像をつなぎ合わせて鑑
賞するつなぎパノラマ写真を撮像するには、通常のフィ
ルム露光式のカメラや電子カメラを用いて撮影者あるい
はカメラの回りを例えば３０度などの所定の角度毎に分
割して複数回撮影し、それをマニュアルで、あるいは画
像処理技術を用いてつなぎ合わせるという手法が取られ
ている。

【０００４】また、近年のコンピュータ関連技術の発展
により、コンピュータの中でアクティブに撮影画像を再
現しようというものがある。この例としては、Ｑｕｉｃ
ｋＴｉｍｅ ＶＲ（Virtual Reality ）と呼ばれるもの
がある。これは、カメラの回り３６０度に関して一定の
角度で分割して複数枚撮影を行い、画像処理技術により
１枚の画像につなぎ合わせてコンピュータ画面上で再現
するというものである。

【０００５】コンピュータ画面上での再現の方法につい
て述べると、図９の(a) は自動車の内部の様子を示す初
期画面であり、図中手のマークはコンピュータに接続し
たマウスなどのポインティングデバイスの操作によって
動くカーソルである。ユーザがドラッグとよばれるポイ
ンティングデバイスのボタンを押しながらカーソルを動
かす操作を行うと、それに連動して画面上の画像は図９
の(b) に示すように別の視野角の画像になる。引き続き
ドラッグ操作を続けると画像はさらに動いて図９の(c)
に示すようになる。そして、さらにドラッグを続けると
自動車の内部後方も見渡せるようになり、このようにし
て１周することで自動車の内部が３６０度見渡せること
になる。また、ユーザがキーボードの所定のボタンを操
作することでカメラのズーミングに相当する画像の拡
大、縮小も可能となる。これにより、ユーザは、例えば
自宅にいながら車内の全てを確認できることになる。

【０００６】このような画像を撮像する装置としては、
例えば、特開平７−１９９３２１号公報に記載されたカ
メラがある。このカメラは、通常撮像モード以外につな
ぎパノラマ写真を容易に撮像できるパノラマ撮像モード
を有し、図１０に示すように、モード選択スイッチ手段
１でパノラマ撮像モードを設定すると、ファインダー内
表示手段２を作動状態にし、その作動中に撮像されたコ
マ数のカメラの姿勢と現在の姿勢を方位磁石や角速度セ
ンサ等によりなる姿勢検出手段３からＣＰＵ４に入力し
て比較し、演算結果を表示手段２に表示する。そして、
撮影者が表示手段２の表示に従ってレリーズスイッチを
押すと、比較結果によりフィルム給送手段５を動かし、
フィルム給送量検知手段６のローラの回転に伴い、識別
マーク写し込み手段７によりマークをフィルムに写し込
み、このマークに応じて写真をつなぐことでパノラマ写
真として鑑賞できるというものである。

【０００７】また、より簡単に撮像する装置としては、
特開平８−２７５０６６号公報に記載されたものが知ら
れている。これは、図１１に示すように、カメラの筐体
である暗箱１１と、この暗箱１１に取付けられたレンズ
１２と、暗箱１１内のレンズ１２によって像が結ばれる
面に設けられた１ラインＣＣＤ１４と、暗箱１１を回転
させるためのモータ１３と、基準位置を０°として、暗
箱１１が基準位置からどれだけ回転した位置にあるのか
を検出する角度検出装置１５と、１ラインＣＣＤ１４か
らのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器１６と、１ラインＣＣＤ１４からのアナログ信号を画
像メモリ１７に書き込む際のタイミング及びアドレス
を、角度検出装置１５からの信号に基づいて演算により
求め、その結果をメモリ書き込みタイミング及びアドレ
ス信号として出力する書き込み制御装置１８と、同期信
号発生回路１９からのタイミング信号に基づいて画像デ
ータを画像メモリ１７から読み出す際のタイミング及び
アドレスを演算により求め、その結果をメモリ読み出し
タイミング及びアドレス信号として出力する読み出し制
御装置２０と、この読み出し制御装置２０からのメモリ
読み出しタイミング及びアドレス信号に基づいて画像メ
モリ１７から読み出される画像データデジタル信号を画
像データアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２１と、
同期信号発生回路１９からの映像同期信号と画像データ
アナログ信号を重畳して映像信号を出力する重畳回路２
２とで構成している。これは、モータ１３により暗箱１
１を回転し、この回転に同期して１ラインＣＣＤ１４で
縦方向の走査を行って撮像を行い、Ａ／Ｄ変換した画像
データを画像メモリ１７に順次格納し、最終的に１回転
した時点で周囲３６０度のパノラマ画像を得るというも
のである。この装置は、通常のスチルカメラによって撮
影する場合とは異なり、分割画像のつなぎ合わせという
後処理は不要になるという利点を有している。

【０００８】また、この特開平８−２７５０６６号公報
記載のものは、１ラインＣＣＤ１４からの出力データを
Ａ／Ｄ変換器１６でＡ／Ｄ変換した後一旦画像メモリ１
７に格納し、その後、重畳回路２２によって各色に対応
する信号を１つのアナログビデオ信号に変換して出力す
る構成とし、動画にも対応できるようになっている。な
お、この公報では出力データを一旦が画像メモリ１７に
格納して再度取り出す段階でデータの並び順を変えてい
るが、これは１ラインＣＣＤ１４で撮像した画像が縦方
向に順次取込まれるのに対し、通常のビデオシステムで
は横方向が主方向のラスタスキャンとなっているために
縦横の変換を行う必要があるからである。また、この公
報では画像メモリ１７に対しての書込み位置もしくは読
出し位置を変えることで画像の中心位置が任意に設定で
きるようになっている。さらに、画像メモリ１７を数ブ
ロックに分割してそれぞれの領域からの画像を別個にア
ナログビデオ信号として複数のモニタに表示できるよう
になっている。

【０００９】一方、ラインセンサカメラを用いて解像度
の高い画像の撮像を行うものも知られている。例えば、
ファクトリ・オートメーションのような分野では、製品
がベルトコンベアで一定速度で流れているため、ライン
センサを固定したまま２次元画像が得られるという利点
がある。しかしながら、このラインセンサによる２次元
画像撮像においては、ラインセンサへの蓄積時間の最大
値がラインピッチに制限されてしまうため、高速撮像の
もとでは光量不足になり、これを補うために高輝度の照
明装置を使用して照明しなければならなかった。

【００１０】このような光量不足を解消するセンサとし
て、ＴＤＩ（Time Delay and Integration＝時間遅延積
分）センサと呼ばれるものが市販されている。これは、
図１２に示すように、受光部２５に複数の受光素子をラ
イン状に配列した１次元受光素子アレイ２６を複数、例
えば、３２個、所定のピッチで平行に配列し、この配列
方向を積分方向として時間遅延積分機能を有するもので
ある。すなわち、このＴＤＩセンサは、被写体の光学像
とセンサとの相対的移動（積分方向と同じ方向への移
動）と１ライン単位のデータ転送を同期させ、例えば、
第１ラインで撮像した被写体を次のタイミングでは第２
ラインで撮像するということを繰返し、それぞれのライ
ンによって撮像した画像を積分して最終的に少ない光量
のもとでもコントラストあるいはＳ／Ｎ比の高い画像を
撮像できるようになっている。しかも、ＴＤＩセンサに
おいては、移動した次のタイミングで例えば第１ライン
は次の位置の被写体の画像を撮像するので、時間遅延積
分を行うことによる時間的なロスはなく、見掛け上は感
度の高いＣＣＤラインセンサを用いた場合と同じ機能を
果たす。

【００１１】このＴＤＩセンサを使用した撮像装置とし
ては、特開平４−３６５２７６号公報のものが知られて
いる。これは、エリア型のＴＤＩセンサを用いて回転し
ながら特定の領域の２次元画像を撮像するもので、図１
３に示すように、回転テーブル３１の上にＴＤＩセンサ
３２、光学系３３、視野の高さを変更する仰角変更ミラ
ー３４を搭載し、仰角変更ミラー３４の角度の余弦と回
転テーブル３１の回転速度をタコジェネレータ３５やＶ
−Ｆ変換器３６等を用いて周期信号に変換し、この信号
をＴＤＩセンサ３２の駆動に用いることで双方の同期を
取って回転数の変動や仰角の変化によって起こる画像の
劣化を防止しようというものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スチル
カメラで撮像した画像を後の処理でつなぎ合わせてパノ
ラマ画像を得るものでは、Ｑｕｉｃｋ Ｔｉｍｅ ＶＲ
のように静止したパノラマ画像を作成することは既存の
システムで実現できるが、これにたとえ特開平７−１９
９３２１号公報のような後処理を簡便にするための機能
を持たせたとしても、作業の煩雑さは解消できず、簡単
な作業で短時間でパノラマ画像を得ることはできなかっ
た。

【００１３】また、特開平８−２７５０６６号公報記載
のものは、１ラインＣＣＤ１４とレンズ系１２を暗箱１
１内に収めて、それを一体的に回転させることで３６０
度のパノラマ画像を撮像するもので、スチルカメラを使
用する場合に比べて後処理無しでパノラマ画像が得られ
るという点において優れているが、通常のＣＣＤライン
センサを用いているため、受光素子感度との兼ね合いで
ある程度以上の蓄積時間を必要とし、高速撮像ができな
いという問題があった。

【００１４】また、特開平４−３６５２７６号公報のも
のは、仰角変更ミラー３４とＴＤＩセンサ３２が一体的
に回転するため、３６０度任意の方向を観察することは
可能であるが、エリア単位での撮像のため全周画像を作
成するためには、前述したスチルカメラの場合と同様に
何等かの手段でつなぎ合わせを行わなければならないと
いう問題があった。

【００１５】また、ＴＤＩセンサを使用して時間遅延積
分を行う場合、第１のラインで撮像した画像と同一の画
像を第２のライン以降でも撮像する必要があり、被写体
位置が十分に遠い位置になっていれば特に問題とならな
いが、３６０度のパノラマ画像を撮像使用としたときに
被写体が比較的レンズに近いときには光学的な問題が生
じる。１つは、像位置の問題である。この種のパノラマ
撮像装置は角速度が一定の回転運動中に撮像を行うた
め、同一の被写体の像も等角速度運動を行う。しかし、
時間遅延積分を行う各１次元受光素子アレイは同一平面
上に等ピッチ配列されているため、一定時間毎の撮像を
行った場合に位置ズレが生じて別の像の撮像を行ってし
まうという問題が生じる。また、１つは、同じく回転に
起因するものであるが、結像面の湾曲の問題である。回
転による撮像であるから、被写体の軌跡は回転中心を中
心とした円筒面状になる。これに対し、ＴＤＩセンサの
面は平面になっているので、像面湾曲がピントズレとな
って画像の劣化を招く問題があった。この傾向は被写体
の位置が近ければ近いほど顕著になる。

【００１６】そこで、請求項１乃至５記載の発明は、Ｔ
ＤＩセンサを使用することで各受光素子に光を蓄積する
蓄積時間を短くしても充分な画像信号が得られ、この結
果撮像時間を短縮して高速撮像が実現でき、しかも、回
転に起因する結像面の湾曲及び結像位置のズレを防止し
てＴＤＩセンサが厳密に同じ画像を対象とした時間遅延
積分動作ができ、良質のパノラマ画像の撮像ができるパ
ノラマ撮像装置を提供する。

【００１７】また、請求項３記載の発明は、さらに、結
像レンズ系として通常のレンズを使用することができる
パノラマ撮像装置を提供する。また、請求項４記載の発
明は、さらに、結像レンズ系を縦横で特性が異なるアナ
モフィックレンズ系とすることで、縦方向、横方向とも
良質の画像が得られるパノラマ撮像装置を提供する。ま
た、請求項５記載の発明は、さらに、撮像時間のより短
縮化を図り、撮像のより高速化を図ることができるパノ
ラマ撮像装置を提供する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
１次元撮像素子と、この１次元撮像素子の撮像面上に被
写体の像を結像させる結像レンズ系とを備え、１次元撮
像素子及び結像レンズ系を一体的に回転して周囲のパノ
ラマ画像を１次元撮像素子により撮像するパノラマ撮像
装置において、１次元撮像素子は、受光部に複数の１次
元受光素子アレイを平行に配列し、この配列方向に時間
遅延積分機能を有する時間遅延積分センサからなり、結
像レンズ系は、回転する回転軸に垂直な面内において、 δ＝Ｒ・（１−ｃｏｓθ） 但し、δ：像面湾曲量 Ｒ：被写体から回転中心までの距離 θ：光軸に対する傾角 で表わされる被写体側の像面湾曲を有することにある。

【００１９】請求項２記載の発明は、１次元撮像素子
と、この１次元撮像素子の撮像面上に被写体の像を結像
させる結像レンズ系とを備え、１次元撮像素子及び結像
レンズ系を一体的に回転して周囲のパノラマ画像を１次
元撮像素子により撮像するパノラマ撮像装置において、
１次元撮像素子は、受光部に複数の１次元受光素子アレ
イを平行に配列し、この配列方向に時間遅延積分機能を
有する時間遅延積分センサからなり、結像レンズ系は、
回転する回転軸に垂直な面内において、被写体位置の光
軸に対する傾角をθ、同被写体位置によるを像高をｙ’
とすると、 ｙ’＝ｋ・θ 但し、ｋ：定数 なる特性を有することにある。

【００２０】請求項３記載の発明は、１次元撮像素子
と、この１次元撮像素子の撮像面上に被写体の像を結像
させる結像レンズ系とを備え、１次元撮像素子及び結像
レンズ系を一体的に回転して周囲のパノラマ画像を１次
元撮像素子により撮像するパノラマ撮像装置において、
１次元撮像素子は、受光部に複数の１次元受光素子アレ
イを平行に配列し、この配列方向に時間遅延積分機能を
有する時間遅延積分センサからなり、この時間遅延積分
センサの各１次元受光素子アレイの配列ピッチを結像位
置の変化に合わせたことにある。

【００２１】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記
載のパノラマ撮像装置において、結像レンズ系を縦横で
特性が異なるアナモフィックレンズ系により構成したこ
とにある。

【００２２】請求項５記載の発明は、複数の１次元撮像
素子と、この各１次元撮像素子の撮像面上にそれぞれ被
写体の像を結像させる複数の結像レンズ系とを備え、各
１次元撮像素子及び各結像レンズ系を一体的に回転して
周囲のパノラマ画像を各１次元撮像素子により撮像する
パノラマ撮像装置において、各１次元撮像素子は、受光
部に複数の１次元受光素子アレイを平行に配列し、この
配列方向に時間遅延積分機能を有する時間遅延積分セン
サからなり、各結像レンズ系は、回転する回転軸に垂直
な面内において、 δ＝Ｒ・（１−ｃｏｓθ） 但し、δ：像面湾曲量 Ｒ：被写体から回転中心までの距離 θ：光軸に対する傾角 で表わされる被写体側の像面湾曲を有することにある。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図１はパノラマ撮像装置の外観を示す斜
視図で、この撮像装置は、四角形状の装置本体４１とこ
の装置本体４１を回転駆動する駆動部４２とで構成して
いる。前記装置本体４１は被写体からの光線を取込むた
めの縦長な撮像窓４３を設けている。なお、装置本体４
１の筐体は迷光等の影響を受けないように撮像窓４３以
外は外部からの光を遮断する構造を為し、かつ、内部は
乱反射が起こり難いように黒色にしてある。前記駆動部
４２は内部に前記装置本体４１を回転駆動するモータや
このモータを駆動制御する回路の回路部品や装置本体４
１からの信号を処理する回路の回路部品を取付けた回路
基板等を収納している。

【００２４】前記装置本体４１内には、図２に示すよう
に、前記撮像窓４３を開けた面の反対側の面の内側にＴ
ＤＩセンサ４４を縦方向に取付け、また、このＴＤＩセ
ンサ４４と撮像窓４３との間に結像レンズ系４５を配置
している。そして、前記ＴＤＩセンサ４４と結像レンズ
系４５を装置本体４１により時計方向に一体的に回転
し、周囲の被写体４６の像を撮像窓４３から結像レンズ
系４５を介してＴＤＩセンサ４４の受光面に結像するよ
うになっている。

【００２５】前記ＴＤＩセンサ４４は前述した図１２の
ＴＤＩセンサと同一構成のもので、受光部に複数の受光
素子をライン状に配列した１次元受光素子アレイを複数
所定のピッチで平行に配列し、この配列方向を積分方向
として時間遅延積分機能を有するセンサである。このＴ
ＤＩセンサ４４は装置本体４１が時計方向に回転してパ
ノラマ撮像を行うときに同一の被写体の像を図中矢印Ａ
で示す方向に移動させて各１次元受光素子アレイの第１
列目、第２列目、…で順次撮像するようになっている。
この時、被写体像の移動と各１次元受光素子アレイの列
間の画像データの受け渡しを同期させることで、第１列
目の１次元受光素子アレイで撮像した画像データの上に
同一の被写体を第２列目の１次元受光素子アレイで撮像
した画像データを積算することになり、これを１次元受
光素子アレイの数だけ繰返すことで最終的に弱い光から
撮像した画像に対する充分な電気信号が得られることに
なる。これが時間遅延積分動作である。

【００２６】時間遅延積分動作では、例えば、第２列目
の１次元受光素子アレイにより第１列目の１次元受光素
子アレイで撮像した画像と同じ画像を撮像している間に
第１列目の１次元受光素子アレイは次の被写体の像を撮
像することになるので、例えばＣＣＤラインセンサ等の
通常の１次元撮像素子と比べても撮像における時間的ロ
スはなく、例えば３２個の１次元受光素子アレイを並べ
たＴＤＩセンサでは、３２倍の受光素子の感度を有する
ＣＣＤラインセンサを使用した場合略同等の機能を果た
すことになる。

【００２７】受光素子から出力する電気信号の大きさ
は、受光素子の感度特性と受光素子に入射する光の強さ
と光の当たっている時間、すなわち、蓄積時間とで決ま
る。従って、時間遅延積分動作を行った場合、通常のＣ
ＣＤラインセンサと同じ光量が得られたとすればそれだ
け蓄積時間を短くできる。すなわち、撮像時間の短縮化
を図ることができ、撮像の高速化を図ることができる。

【００２８】この装置では、ＴＤＩセンサ４４の各１次
元受光素子アレイの各受光素子の並びの方向を装置本体
４１を回転する回転軸に平行な方向に、時間遅延積分の
方向を各１次元受光素子アレイの配列方向にしているの
で、円筒状に分布する被写体４６を縦方向に分割した撮
像単位４７毎に３６０度のパノラマ撮像ができる。

【００２９】次に像面湾曲について述べる。図３は、回
転軸に垂直な面内における結像関係を示した図で、焦点
距離がｆの結像レンズ系４５に対して左側に被写体４
６、右側にＴＤＩセンサ４４があり、この種の撮像装置
に用いられる結像レンズ系は、通常、像面湾曲等の収差
をできるだけ補正するように設計したものが使用され
る。これは、例えばＣＣＴＶシステムのように撮像素子
が例えば２次元ＣＣＤセンサといった平面状のセンサを
使用しているためである。このような収差の小さいレン
ズを用いた場合、空間中の平面のレンズによる像は平面
になる。

【００３０】従って、ＴＤＩセンサ４４の受光面のなす
平面の像は図中点線の面４７で示すように結像レンズ系
４５よりも左側の空間中の平面になる。逆に言えば、図
中点線で示す平面４７の像がＴＤＩセンサ４４の受光面
上に結像されることになる。一方、この装置では回転軸
の周りに回転しながら図に垂直な方向のライン状の被写
体４６を順次撮像し、かつ、時間遅延積分動作を行うの
で、被写体４６は回転中心を中心とした円筒面上を移動
するものと見なせ、被写体４６とＴＤＩセンサ４４との
相対運動の軌跡は図のように円弧を描くことになる。

【００３１】通常のレンズを用いてＴＤＩセンサ４４の
受光面上に結像させると、点線で示した平面の像となる
から、光軸から外れた部分で円弧と点線の間のズレδ１
が生じ、ピントズレを起こして画像の劣化を招く。そこ
で、像面湾曲を図中実線で示すように、結像レンズ系４
５の第１主面４８と光軸の交わる点である第１主点４９
を回転中心とし、この回転中心を中心とした円弧状にな
るように設定する。これにより、回転によって相対移動
する被写体４６がピントズレすることなく、ＴＤＩセン
サ４４の受光面上に結像することになる。なお、図中５
０は第２の主面である。

【００３２】この像面湾曲量δ１と主光線と光軸の為す
角である画角θとの関係は、回転中心から被写体４６ま
での距離をＲ１とすると、 δ１＝Ｒ１×（１−ｃｏｓθ） …(1) となる。従って、結像レンズ系４５を、回転軸に垂直な
断面内において上記(1) 式を満たす曲線を直線に結像す
るように設定し、かつ、その直線上にＴＤＩセンサ４４
の受光面を配置すればよい。

【００３３】また、図４に示すように、回転中心から被
写体４６までの距離が遠くＲ２（＞Ｒ１）の場合は、結
像レンズ系４５の位置や内部の特定のレンズ群を動かし
てピント合わせを行う必要があるが、この場合も像面湾
曲量δ２と画角θとの関係は、新たな回転半径Ｒ２にお
いて、 δ２＝Ｒ２×（１−ｃｏｓθ） …(2) となる。従って、結像レンズ系４５を、上記(2) 式を満
たす曲線を直線に結像するように設定すればよい。

【００３４】さらに、被写体４６が遠い位置になり、距
離が無限大と見なせる場合は、図５に示すようになり、
上記(1) 式及び(2) 式において右辺が（∞−∞）で０と
見なせる。従って、上記(1) 式及び(2) 式を一般化し、
種々の回転半径Ｒにおいて、像面湾曲量δと画角θとの
関係は、 δ＝Ｒ×（１−ｃｏｓθ） …(3) となる。従って、結像レンズ系４５として、上記(3) 式
を満たす曲線を直線に結像するレンズ系を使用すればよ
い。

【００３５】これまでは回転に起因するピントズレの解
消について述べたが、次に結像位置のズレの解消につい
て述べる。図６は回転軸に垂直な断面内で被写体とその
像の位置関係を示した図である。前述したようにこの撮
像装置の結像レンズ系４５及びＴＤＩセンサ４４は一体
的に等角速度運動するようになっている。従って、時間
遅延積分動作を正しく行うためには、一定時間毎の回転
角に対応して移動する被写体の像の位置がＴＤＩセンサ
４４の各１次元受光素子アレイのピッチに対応している
ことが重要となる。これが位置ズレを起こしていると、
例えば、１次元受光素子アレイの第１列目で撮像した画
像と次のタイミングで第２列目で撮像した画像が異なる
ものとなり、画像劣化を招くことになる。

【００３６】回転速度とＴＤＩセンサ４４の各１次元受
光素子アレイのピッチが正確に対応するには、結像レン
ズ系４５の特性として一定時間毎の回転角に対応する角
度θｐと各１次元受光素子アレイのピッチＰ’との間に
比例関係が成り立てばよく、これを式で表わせば、 Ｐ’＝ｋ・θｐ …(4) 但し、ｋは比例定数 となる。

【００３７】これを光軸に対する回転角度θとこの回転
角度θに対応する像高ｙ’との関係で書き直せば、 ｙ’＝ｋ・θ …(5) 但し、ｋは比例定数 となる。従って、光軸に垂直な断面内において、上記
(5) 式を満たすように設定した結像レンズ系４５を使用
すればＴＤＩセンサ４４が時間遅延積分動作を行う際の
位置ズレが発生せず、劣化のない良質な画像が得られる
ことになる。

【００３８】また、図６に示すように、結像レンズ系４
５の主点上に回転中心を重ねた場合に定数ｋがどのよう
になるかを検討すると、横倍率の関係及び幾何学的関係
から ｙ’＝ｙ・（Ｂ／Ａ） …(6) ｙ ＝Ａ・ｓｉｎθ …(7) 但し、ｙは被写体の高さ Ａは被写体から結像レンズ系４５までの距離 Ｂは結像レンズ系４５から像までの距離 なる関係になっている。

【００３９】上記(6) 、(7) 式を上記(5) 式に代入する
と、 ｋ＝Ｂ・ｓｉｎθ／θ …(8) となる。これは、近軸領域、すなわち、θが小さい領域
でも成り立っているはずであるから、 ｋ＝Ｂ …(9) となり、結像レンズ系４５、厳密には結像レンズ系４５
の第２主点から像までの距離でよいことになる。

【００４０】これまでは回転中心が結像レンズ系４５の
第１主点にあった場合について述べたが、図７に示すよ
うに回転中心が結像レンズ系４５の主点以外にあった場
合も上記(5) 式を満たすように結像レンズ系を設定する
ことで位置ズレによる画像劣化の問題を解消できる。

【００４１】なお、この実施の形態では結像レンズ系の
設定により結像位置ズレに対処することを述べたが必ず
しもこれに限定するものではない。例えば、ＴＤＩセン
サ４４の各１次元受光素子アレイの配列ピッチを変更す
ることでも同様の効果が得られる。このときのピッチ
は、回転中心が第１主点４９上にあったときには、幾何
学的関係から、 ｙ’＝Ｂ・ｔａｎθ …(10) なる式を満たすように変化すればよい。

【００４２】上記(10)式は通常の良く収差（特に、歪曲
収差）が補正されたレンズの特性であり、換言すれば、
ＴＤＩセンサ４４のピッチを予め上記(10)式を満たすよ
うに配置しておけば、例えば、ＣＣＴＶシステムのカメ
ラに用いられる通常のレンズ系を使用しても結像位置ズ
レの問題は解消できる。

【００４３】また、図７に示すように、回転中心が結像
レンズ系４５の主点以外にあった場合は、第１主面から
回転中心までの距離をＣとすると、 ｙ’＝（Ｂ＋Ｃ）・ｔａｎθ …(11) なる式を満たすようにＴＤＩセンサ４４の各１次元受光
素子アレイのピッチを変化することで結像位置ズレの問
題を同様に解消できる。このようにＴＤＩセンサ４４の
各１次元受光素子アレイのピッチを変化することで結像
レンズ系として通常のレンズを使用しても結像位置ズレ
の影響を防止できる。

【００４４】結像面の湾曲、結像位置のズレはいずれも
回転軸に垂直な断面内でのことであるが、この撮像装置
に使用されるＴＤＩセンサ４４の受光面は複数の１次元
受光素子アレイが平面状に配列されたものであり、か
つ、回転軸に垂直な面内においては回転の影響で被写体
が湾曲していると考えられるが、回転軸に平行な面内に
おいては被写体は直線と見なせる。従って、この方向は
通常の結像レンズの特性で良いことになる。

【００４５】そこで、結像レンズ系４５を回転軸に垂直
な方向には上記(3) 式又は(5) 式を満たし、回転軸に平
行な方向には通常の特性となるように、縦方向と横方向
とで特性が異なる、いわゆるアナモフィックレンズ系と
すれば、上下方向、左右方向ともに良質な画像が得られ
ることになる。すなわち、図８に示すように、被写体４
６の像をアナモフィックレンズ系５２を使用してＴＤＩ
センサ４４の受光面に結像させる。すなわち、円筒面状
の被写体４６の縦方向においては一般の結像レンズ系に
使用されるような直線像をＴＤＩセンサ４４の受光面に
おいて直線として結像させ、また、横方向の断面内では
円弧を直線に結像する特性を使用してＴＤＩセンサ４４
の受光面に結像させる。これにより、縦方向の結像性能
を落とすことなく円弧状像面の時間遅延積分動作ができ
る。

【００４６】このように、ＴＤＩセンサ４４を使用する
ことで１次元受光素子アレイの各受光素子に光を蓄積す
る蓄積時間を短くしても充分な画像信号が得られ、この
結果撮像時間を短縮して高速撮像が実現でき、しかも、
回転に起因する結像面の湾曲及び結像位置のズレの影響
を防止してＴＤＩセンサが厳密に同じ画像を対象とした
時間遅延積分動作ができ、良質のパノラマ画像の撮像が
できる。

【００４７】なお、この実施の形態では、ＴＤＩセンサ
を縦に配置し、結像レンズ系のレンズ光軸を水平におい
て直接、被写体の像をＴＤＩセンサの受光面に結像させ
るものについて述べたが必ずしもこれに限定するもので
はなく、例えばＴＤＩセンサを水平に配置し、その上に
結像レンズ系をレンズ光軸を縦にして配置し、その上に
被写体からの入射光を９０度折り曲げて結像レンズ系に
入射させる４５度傾斜したミラーを配置する構成であっ
てもよい。

【００４８】また、この実施の形態ではＴＤＩセンサ、
結像レンズ系を１系統のみ配置したものについて述べた
が必ずしもこれに限定するものではなく、ＴＤＩセン
サ、結像レンズ系等を複数系統配置し、各系統のＴＤＩ
センサが３６０度のパノラマ画像をそれぞれ等角度ずつ
分割して撮像し、それを合成して３６０度のパノラマ画
像を得るようにしてもよい。このようにすれば各ＴＤＩ
センサが受け持つ回転方向の被写体画像の範囲が狭くな
るので、３６０度のパノラマ画像を得るに要する時間が
さらに短縮され、より高速化を図ることができる。

【００４９】

【発明の効果】請求項１乃至５記載の発明によれば、Ｔ
ＤＩセンサを使用することで各受光素子に光を蓄積する
蓄積時間を短くしても充分な画像信号が得られ、この結
果撮像時間を短縮して高速撮像が実現でき、しかも、回
転に起因する結像面の湾曲及び結像位置のズレを防止し
てＴＤＩセンサが厳密に同じ画像を対象とした時間遅延
積分動作ができ、良質のパノラマ画像の撮像ができる。

【００５０】また、請求項３記載の発明によれば、さら
に、結像レンズ系として通常のレンズを使用することが
できる。また、請求項４記載の発明によれば、さらに、
結像レンズ系を縦横で特性が異なるアナモフィックレン
ズ系とすることで、縦方向、横方向とも良質の画像が得
られる。また、請求項５記載の発明によれば、さらに、
撮像時間のより短縮化を図り、撮像のより高速化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の外観を示す斜視図。

【図２】同実施の形態における装置本体の内部構成を示
す斜視図。

【図３】同実施の形態においてパノラマ撮像時の像面湾
曲によるピントズレを解消する原理を説明するための
図。

【図４】同実施の形態においてパノラマ撮像時の像面湾
曲によるピントズレを解消する原理を説明するための
図。

【図５】同実施の形態においてパノラマ撮像時の像面湾
曲によるピントズレを解消する原理を説明するための
図。

【図６】同実施の形態においてパノラマ撮像時の結像位
置ズレを解消する原理を説明するための図。

【図７】同実施の形態においてパノラマ撮像時の結像位
置ズレを解消する原理を説明するための図。

【図８】同実施の形態において結像レンズ系としてアナ
モフィックレンズ系を使用した場合の構成を示す斜視
図。

【図９】Ｑｕｉｃｋ Ｔｉｍｅ ＶＲについて説明する
ための図。

【図１０】従来例を示すブロック図。

【図１１】他の従来例を示すブロック図。

【図１２】ＴＤＩセンサの構成を示す斜視図。

【図１３】ＴＤＩセンサを使用した他の従来例を示すブ
ロック図。

【符号の説明】

４１…装置本体 ４２…駆動部 ４３…撮像窓 ４４…ＴＤＩセンサ（時間遅延積分センサ） ４５…結像レンズ系 ４６…被写体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次元撮像素子と、この１次元撮像素子
   の撮像面上に被写体の像を結像させる結像レンズ系とを
   備え、前記１次元撮像素子及び結像レンズ系を一体的に
   回転して周囲のパノラマ画像を前記１次元撮像素子によ
   り撮像するパノラマ撮像装置において、 前記１次元撮像素子は、受光部に複数の１次元受光素子
   アレイを平行に配列し、この配列方向に時間遅延積分機
   能を有する時間遅延積分センサからなり、 前記結像レンズ系は、回転する回転軸に垂直な面内にお
   いて、 δ＝Ｒ・（１−ｃｏｓθ） 但し、δ：像面湾曲量 Ｒ：被写体から回転中心までの距離 θ：光軸に対する傾角 で表わされる被写体側の像面湾曲を有することを特徴と
   するパノラマ撮像装置。
2. 【請求項２】 １次元撮像素子と、この１次元撮像素子
   の撮像面上に被写体の像を結像させる結像レンズ系とを
   備え、前記１次元撮像素子及び結像レンズ系を一体的に
   回転して周囲のパノラマ画像を前記１次元撮像素子によ
   り撮像するパノラマ撮像装置において、 前記１次元撮像素子は、受光部に複数の１次元受光素子
   アレイを平行に配列し、この配列方向に時間遅延積分機
   能を有する時間遅延積分センサからなり、 前記結像レンズ系は、回転する回転軸に垂直な面内にお
   いて、被写体位置の光軸に対する傾角をθ、同被写体位
   置によるを像高をｙ’とすると、 ｙ’＝ｋ・θ 但し、ｋ：定数 なる特性を有することを特徴とするパノラマ撮像装置。
3. 【請求項３】 １次元撮像素子と、この１次元撮像素子
   の撮像面上に被写体の像を結像させる結像レンズ系とを
   備え、前記１次元撮像素子及び結像レンズ系を一体的に
   回転して周囲のパノラマ画像を前記１次元撮像素子によ
   り撮像するパノラマ撮像装置において、 前記１次元撮像素子は、受光部に複数の１次元受光素子
   アレイを平行に配列し、この配列方向に時間遅延積分機
   能を有する時間遅延積分センサからなり、この時間遅延
   積分センサの各１次元受光素子アレイの配列ピッチを結
   像位置の変化に合わせたことを特徴とするパノラマ撮像
   装置。
4. 【請求項４】 結像レンズ系を縦横で特性が異なるアナ
   モフィックレンズ系により構成したことを特徴とする請
   求項２又は３記載のパノラマ撮像装置。
5. 【請求項５】 複数の１次元撮像素子と、この各１次元
   撮像素子の撮像面上にそれぞれ被写体の像を結像させる
   複数の結像レンズ系とを備え、前記各１次元撮像素子及
   び各結像レンズ系を一体的に回転して周囲のパノラマ画
   像を前記各１次元撮像素子により撮像するパノラマ撮像
   装置において、前記各１次元撮像素子は、受光部に複数
   の１次元受光素子アレイを平行に配列し、この配列方向
   に時間遅延積分機能を有する時間遅延積分センサからな
   り、 前記各結像レンズ系は、回転する回転軸に垂直な面内に
   おいて、 δ＝Ｒ・（１−ｃｏｓθ） 但し、δ：像面湾曲量 Ｒ：被写体から回転中心までの距離 θ：光軸に対する傾角 で表わされる被写体側の像面湾曲を有することを特徴と
   するパノラマ撮像装置。