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図面 (20)

課題

光学面への傷付きの可能性がより少ない全方位撮像装置を提供する。

解決手段

撮像装置100は、第1、第2、第3および第4の撮像部C1〜C4を有する。C1,C2の光軸A1,A2は第1の平面P1内において基準軸Xに対して線対称であり、C1,C2のセンサ短辺方向は第1の平面に直交する。C3,C4の光軸A3,A4は第1の平面に直交する第2の平面P2内において基準軸に対して線対称であり、C3,C4のセンサ短辺方向は第2の平面に対して直交する。A1,A2は基準軸に直交する第3の平面P3に対して一方の側において傾き、A3,A4は第3の平面に対して他方の側において傾いている。C1,C3の撮像視野間、C3,C2の撮像視野間、C2,C4の撮像視野間およびC4,C1の撮像視野間には保護部3b13,3b23,3b24,3b14が設けられている。C1,C2の撮像視野間およびC3,C4の撮像視野間には保護部がない。

概要

背景

撮像装置の位置から水平方向360°と天頂および真下を含む全ての方向、すなわち全方位撮像可能な撮像装置として、特許文献1にて開示されたものがある。この撮像装置では、2つの魚眼レンズを互いに反対側に向けて配置し、これら2つのカメラで撮像して得られた2つの画像を合成することで、全方位画像を生成する。また、特許文献2には、4つのカメラをこれらを取り囲む正四面体の4つの頂点の方向を向くように配置し、該4つのカメラで撮像した4つの画像を合成して全方位画像を生成する撮像装置が開示されている。

概要

光学面への傷付きの可能性がより少ない全方位撮像装置を提供する。撮像装置100は、第1、第2、第3および第4の撮像部C1〜C4を有する。C1,C2の光軸A1,A2は第1の平面P1内において基準軸Xに対して線対称であり、C1,C2のセンサ短辺方向は第1の平面に直交する。C3,C4の光軸A3,A4は第1の平面に直交する第2の平面P2内において基準軸に対して線対称であり、C3,C4のセンサ短辺方向は第2の平面に対して直交する。A1,A2は基準軸に直交する第3の平面P3に対して一方の側において傾き、A3,A4は第3の平面に対して他方の側において傾いている。C1,C3の撮像視野間、C3,C2の撮像視野間、C2,C4の撮像視野間およびC4,C1の撮像視野間には保護部3b13,3b23,3b24,3b14が設けられている。C1,C2の撮像視野間およびC3,C4の撮像視野間には保護部がない。

目的

本発明は、レンズ面への傷付きの可能性がより少ない全方位撮像装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

それぞれが光学系と該光学系の光軸に直交する長方形撮像面を有する撮像素子とを含む第1乃至第4の撮像部を有する撮像装置であって、前記第1及び第2の撮像部のそれぞれの第1及び第2の光軸は、第1の平面内において基準軸に対して互いに線対称であり、前記第1及び第2の撮像部のそれぞれの前記撮像面の短辺方向は、前記第1の平面に対して直交しており、前記第3及び第4の撮像部のそれぞれの第3及び第4の光軸は、前記第1の平面に直交する第2の平面内において前記基準軸に対して互いに線対称であり、前記第3及び第4の撮像部のそれぞれの前記撮像面の短辺方向は、前記第2の平面に対して直交しており、前記基準軸に直交する第3の平面に対して一方の側において、前記第1及び第2の光軸は前記第3の平面に対して傾いており、前記第3の平面に対して他方の側において、前記第3及び第4の光軸は前記第3の平面に対して傾いており、前記第1乃至第4の撮像部のうち2つの撮像部の撮像視野の間において該2つの撮像部の前記光学系における最も物体側の光学面頂点よりも物体側に突出した部分を保護部というとき、前記第1及び第3の撮像部の撮像視野の間、前記第3及び第2の撮像部の撮像視野の間、前記第2及び第4の撮像部の撮像視野の間ならびに前記第4及び第1の撮像部の撮像視野の間のそれぞれに、前記保護部が設けられており、前記第1及び第2の撮像部の撮像視野の間ならびに前記第3及び第4の撮像部の撮像視野の間に、前記保護部が設けられていないことを特徴とする撮像装置。

請求項2

前記第1及び第2の光軸は前記第3の平面に対して互いに同じ第1の角度だけ傾いており、前記第3及び第4の光軸は前記第3の平面に対して互いに同じ第2の角度だけ傾いてい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

前記第1乃至第4の撮像部のそれぞれにおいて、前記光学面の頂点から前記保護部までの距離をd0[mm]、前記短辺方向における前記光軸から前記保護部までの距離をR[mm]、前記光学系の入射瞳から前記光学面の頂点までの距離をt1[mm]とするとき、R≧(t1+d0)×tan45°なる条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。

請求項4

前記第1乃至第4の撮像部のそれぞれにおいて、前記光学面の頂点から前記保護部までの距離は、10mm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の撮像装置。

請求項5

前記第1の角度をαとし、前記第2の角度をβとするとき、20°≦α≦26°20°≦β≦26°なる条件を満足することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。

請求項6

前記第1乃至第4の撮像部はそれぞれ、前記撮像面の長辺方向での有効画角を2ωLとし、前記撮像面の短辺方向での有効画角を2ωSとするとき、2ωS×4≧360°2ωS×2+2ωL≧360°なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の撮像装置。

請求項7

前記第1乃至第4の撮像部はそれぞれ、前記撮像面の長辺方向での有効画角を2ωL、前記撮像面の短辺方向での有効画角を2ωS、前記撮像面の対角方向での有効画角を2ωDとするとき、2ωL≦1.8×2ωS2ωD≦√(2ωS2+2ωL2)なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の撮像装置。

請求項8

前記第1乃至第4の撮像部はそれぞれ、前記撮像面の長辺方向での有効画角を2ωL、前記撮像面の短辺方向での有効画角を2ωSとするとき、1.3≦2ωL/2ωS≦1.6なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の撮像装置。

技術分野

0001

本発明は、複数のカメラを用いて全方位撮像可能な撮像装置に関する。

背景技術

0002

撮像装置の位置から水平方向360°と天頂および真下を含む全ての方向、すなわち全方位を撮像可能な撮像装置として、特許文献1にて開示されたものがある。この撮像装置では、2つの魚眼レンズを互いに反対側に向けて配置し、これら2つのカメラで撮像して得られた2つの画像を合成することで、全方位画像を生成する。また、特許文献2には、4つのカメラをこれらを取り囲む正四面体の4つの頂点の方向を向くように配置し、該4つのカメラで撮像した4つの画像を合成して全方位画像を生成する撮像装置が開示されている。

先行技術

0003

特開2016−118742号公報
米国特許第8902322号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1にて開示された撮像装置では、その両側に魚眼レンズの最も物体側のレンズ面が露出している。このため、撮像装置が転倒していずれかの魚眼レンズのレンズ面が地面に衝突すると、レンズ面に傷が付く。一方、特許文献2にて開示された撮像装置では、各カメラのレンズ面の頂点が該撮像装置の一部であるメカ部材よりも奥に位置するように配置されているため、レンズ面が地面に接触し難い。しかし、地面に小石等の凸部が存在すると、該凸部によってレンズ面が傷付くおそれがある。

0005

本発明は、レンズ面への傷付きの可能性がより少ない全方位撮像装置を提供する。

課題を解決するための手段

0006

本発明の一側面としての撮像装置は、それぞれが光学系と該光学系の光軸に直交する長方形の撮像面を有する撮像素子とを含む第1乃至第4の撮像部を有する撮像装置であって、
第1及び第2の撮像部のそれぞれの第1及び第2の光軸は、第1の平面内において基準軸に対して互いに線対称であり、第1及び第2の撮像部のそれぞれの撮像面の短辺方向は、第1の平面に対して直交している。第3及び第4の撮像部のそれぞれの第3及び第4の光軸は、第1の平面に直交する第2の平面内において基準軸に対して互いに線対称であり、第3及び第4の撮像部のそれぞれの撮像面の短辺方向は、第2の平面に対して直交している。基準軸に直交する第3の平面に対して一方の側において、第1及び第2の光軸は第3の平面に対して傾いている。第3の平面に対して他方の側において、第3及び第4の光軸は第3の平面に対して傾いている。第1乃至第4の撮像部のうち2つの撮像部の撮像視野の間において該2つの撮像部の光学系における最も物体側の光学面の頂点よりも物体側に突出した部分を保護部というとき、第1及び第3の撮像部の撮像視野の間、第3及び第2の撮像部の撮像視野の間、第2及び第4の撮像部の撮像視野の間ならびに第4及び第1の撮像部の撮像視野の間のそれぞれに保護部が設けられており、第1及び第2の撮像部の撮像視野の間ならびに第3及び第4の撮像部の撮像視野の間に保護部が設けられていないことを特徴とする。

発明の効果

0007

本発明によれば、保護部を外装部材の適切な位置に設けたことで、各撮像装置の光学面への傷付きの可能性がより少ない全周囲撮像装置を実現することができる。

図面の簡単な説明

0008

本発明の実施例1である全方位撮影装置の斜め上から見たときの外観斜視図。
実施例1の撮影装置の上面図、底面図、正面図および側面図。
実施例1の撮像装置の斜め下から見たときの外観斜視図。
実施例1の撮像装置に用いられるカメラの構成を示す図。
実施例1の撮像装置における4つのカメラの配置を示す図。
実施例1の撮像装置における4つのカメラの光軸の向きと配置を示す図。
実施例1の撮像装置における4つのカメラの光軸の向きを全方位を示す球面上に示す図。
実施例1の撮像装置における4つのカメラの撮像センサ結像する立体角範囲を示す図。
実施例1の撮像装置における4つのカメラの撮像視野の関係を示す図。
実施例1の撮像装置における4つのカメラの赤道面上と子午線方向での画角分担を示す図。
比較例1の撮像装置において4つのカメラの撮像センサに結像する立体角範囲を示す図。
比較例1の撮像装置における4つのカメラ間の撮像視野の重複部分を示す図。
比較例2の撮像装置における4つのカメラの撮像センサに結像する立体角範囲を示す図。
比較例2の撮像装置における4つのカメラ間の撮像視野の重複部分を示す図。比較例2のカメラ間の撮像視野の重複部分を示す図
公知例1における撮像センサと画角との関係を示す図。
公知例2における撮像センサと画角との関係を示す図。
公知例2における撮像視野を示す図。
実施例1の撮像装置が転倒したときの様子を示す図。
実施例1の撮像装置におけるセンサ長辺方向の画角を示す図。
全周バリアを示す図。
実施例1の撮像装置におけるセンサ短辺方向の画角を示す図。
実施例1の撮像装置における近接被写体と2つのカメラの配置関係を示す図。
実施例1の撮像装置における保護部の設置位置を示す図。
本発明の実施例2である撮像装置の外観図
実施例1の撮像装置における各カメラの撮像視野と保護部の配置との関係を示す図。

0009

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

0010

図1は、本発明の実施例1である全方位撮像装置(以下、単に撮像装置という)100を斜め上から見たときの外観を示す。図2(A)〜(D)はそれぞれ、撮影装置100の上面図、下面図、正面図および側面図である。

0011

撮影装置100は、4つのカメラである第1のカメラ(第1の撮像部)C1、第2のカメラ(第2の撮像部)C2、第3のカメラ(第3の撮像部)C3および第4のカメラ(第4の撮像部)C4と、保持部材2と、外装部材3とを有する。4つのカメラC1〜C4は、保持部材2により一体的に保持されている。外装部材3は、各カメラの前端レンズ面(最も被写体側の光学面)とその周囲の保持部材2の面を露出させつつ、4つのカメラC1〜C4を覆うように保持部材2に固定されている。

0012

カメラC1〜C4はそれぞれ、レンズ系(光学系)と該レンズ系の光軸AXLに直交する長方形の撮像面を有する撮像センサ(撮像素子)とを含み、全方位を分割して撮像する。

0013

なお、本実施例における「直交」や「平行」とは、厳密な直交や平行に限らず、製造誤差や本実施例の撮像装置としての機能を損なわない範囲(例えば、5°以内)で厳密な直交や平行からずれている場合を含む。

0014

以下の説明において、第1から第4のカメラC1〜C4をそれぞれ、単にカメラC1〜C4という。また、図2(A),(B)において図の紙面に垂直な軸であって、図2(C),(D)において図の紙面に平行な軸を基準軸Xとする。

0015

カメラC1とカメラC2は、図2(A)に示すように、それらの光軸A1,A2が基準軸Xと光軸A1,A2を含む第1の平面P1内において基準軸Xに対して線対称となるように配置されている。また、カメラC1とカメラC2は、第1の平面P1に対して、カメラC1,C2の撮像面の短辺方向S1,S2が直交するように配置されている。以下の説明において、撮像面の短辺方向をセンサ短辺方向ともいい、撮像面の長辺方向をセンサ長辺方向ともいう。

0016

カメラC3とカメラC4は、それらの光軸A3,A4が基準軸Xと光軸A3,A4を含む第2の平面P2内において基準軸Xに対して線対称となるように配置されている。また、カメラC3とカメラC4は、第2の平面P2に対して、カメラC3,C4のセンサ短辺方向S3,S4が直交するように配置されている。

0017

なお、本実施例にいう「線対称」や「回転対称」とは、厳密な線対称や回転対称に限らず、製造誤差や本実施例の撮像装置としての機能を損なわない範囲で線対称や回転対称からずれている場合も含む。

0018

さらに、カメラC1,C2の光軸A1,A2は、基準軸Xに対して直交する第3の平面P3に対して第1の側(一方の側であり、図2(C)では上側)において互いに同じ第1の角度αだけ傾いている。また、カメラC3,C4の光軸A3,A4は、第3の平面P3に対して第1の側とは反対側の第2の側(他方の側であり、図2(C)では下側)において互いに同じ第2の角度βだけ傾いている。本実施例では、αおよびβはともに、22.5°である。

0019

なお、本実施例において「互いに同じ角度」とは、厳密な同じ角度に限らず、製造誤差や本実施例の撮像装置としての機能を損なわない範囲で互いにずれている場合も含む。

0020

外装部材3のうちカメラC1,C2の前端レンズ面が露出した2つのレンズ露出面3a1,3a2はそれぞれ、第3の面P3に対して22.5°だけ傾いて第1の側(斜め上側)に面する斜面として形成されている。また、カメラC3,C4の前端レンズ面が露出した2つのレンズ露出面3a3,3a4はそれぞれ、第3の面P3に対して22.5°だけ傾いて第2の側(斜め下側)に面する斜面として形成されている。

0021

そして、外装部材3のうち、レンズ露出面3a1,3a3の間、言い換えればカメラC1,C3の撮像視野の間には、カメラC1,C2の前端レンズ面の頂点よりも被写体側に突出した部分としての保護部3b13が設けられている。撮像視野については後述する。同様に、レンズ露出面3a2,3a3(カメラC2,C3の撮像視野)の間には、カメラC2,C3の前端レンズ面の頂点よりも被写体側に突出した保護部3b23が設けられている。また、レンズ露出面3a2,3a4(カメラC2,C4の撮像視野)の間には、カメラC2,C4の前端レンズ面の頂点よりも被写体側に突出した保護部3b24が設けられている。さらに、レンズ露出面3a1,3a4(カメラC1,C4の撮像視野)の間には、カメラC1,C4の前端レンズ面の頂点よりも被写体側に突出した保護部3b14が設けられている。

0022

ただし、外装部材3のうち、レンズ露出面3a1,3a2(カメラC1,C2の撮像視野)の間およびレンズ露出面3a3,3a4(カメラC3,C4の撮像視野)の間となる箇所には、保護部は設けられていない。保護部3b13,3b23,3b24,3b14の具体的な形状については後述する。

0023

以上説明したように、本実施例の撮像装置100は、基準軸Xに対して180°回転対称の構造を有する。

0024

図3は、撮像装置100を斜め下から見たときの外観を示す。外装部材3の底面のうち基準軸X上には、不図示の一脚や三脚等の脚部材に設けられた雄ネジ締め込んで撮像装置100を脚部材に固定するための脚固定用ネジ穴部4が設けられている。

0025

図4は、カメラC1〜C4の互いに同一の構造を示す。カメラ1は、撮像レンズ(レンズ系)5と、撮像センサ6と、基板7と、本体8とを有する。撮像レンズ5は、その前端(最も物体側)に最も径が大きな凹メニスカスレンズを有し、fθ系の射影を行う広角レンズである。本実施例の撮像レンズ5の画角2ωは135°である。

0026

撮像センサ6は、CCDセンサCMOSセンサ等の光電変換素子であり、基板7上に実装されている。撮像センサ6の撮像面は長方形に形成されており、その短辺と長辺の長さの比は2:3である。本体8は、撮像センサ6が実装された基板7と、撮像レンズ5を保持する。撮像レンズ5の光軸Aは、撮像センサ6の撮像面の中心を通り、かつ該撮像面と直交する。

0027

図5(A),(B)は、4つのカメラC1〜C4の配置を示す。図5(A)は正面から見た配置を、図5(B)は側面から見た配置を示している。図5(A)に示すように、左右の2つのカメラC1,C2は、その光軸A1,A2が斜め上方に延びるように配置されている。図6(B)は、光軸A1,A2と基準軸Xとの関係を示す。光軸A1,A2と基準軸Xは同一平面である第1の平面P1に含まれている。光軸A1,A2は、基準軸Xに関して線対称に配置され、基準軸Xに直交する第3の平面P3に対して22.5°上方に傾いている。カメラC1,C2の撮像センサ6は、図5(B)に示すように、その短辺方向S1,S2が第1の平面P1に対して直交するように配置されている。

0028

一方、図5(B)に示すように、前後の2つのカメラC3,C4は、その光軸A3,A4が斜め下方に延びるように配置されている。図6(C)は、光軸A3,A4と基準軸Xとの関係を示す。光軸A3,A4と基準軸Xは同一平面である第2の平面P2に含まれている。光軸A3,A4は、基準軸Xに関して線対称に配置され、第3の平面P3に対して22.5°下方に傾いている。図6(A)に示すように、第1の平面P1と第2の平面P2は、基準軸X上で直交している。カメラC3,C4の撮像センサ6は、図5(A)に示すように、その短辺方向S3,S4が第2の平面P2に対して直交するように配置されている。

0029

図7(A)〜(C)は、全方位を球状に表している。ここでは、基準軸Xに相当する軸を球体地軸といい、球体の中心を通って地軸に直交する大円を含む面を赤道面、大円の外周を赤道という。また、球体の上端北極点といい、下端南極点という。球体上に描かれた複数の子午線のうちカメラC1の光軸A1と交差する子午線を基準(0°)として東経および西経の角度を表現し、赤道を基準(0°)として北緯および緯の角度を表現する。

0030

図7(D)に示すように、図7(A)は上方(北極点側)から見た球体を、図7(B)は側方(+90°方向)から見た球体を、図7(C)は正面(0°方向)から見た球体をそれぞれ示している。球体上には、カメラC1〜C4の光軸A1〜A4との交点と撮像センサ6の向き(2:3の短辺と長辺が延びる方向)を示している。

0031

図8(A),(B),(C)は、図7と同様の球体上にカメラC1〜C4の撮像視野、すなわち撮像センサ6に結像する被写界角度範囲を示している。カメラC1〜C4の撮像レンズ5の焦点距離はいずれも、センサ短辺方向において24mmであり、センサ長辺方向において36mmである。

0032

カメラC1の撮像視野は、上部は北極点を含み、下部は南緯45°付近まで広がり、赤道上で東経45°付近から東経(西経)0°を含んで西経45°付近まで広がる範囲である。さらに図8(A)に示すように、カメラC1の撮像視野の上部は、北極点回りにおいて東経120°付近から東経(西経)0°を含んで西経120°付近まで広がっている。

0033

カメラC2の撮像視野は、カメラC1の撮像範囲と地軸に関して線対称な範囲、言い換えれば地軸および東経90°と西経90°の子午線を含む平面に関して面対象な範囲である。カメラC2の撮像視野の上部は北極点を含み、下部は南緯45°付近まで広がり、赤道上で東経135°付近から東経(西経)180°を含んで西経135°付近まで広がる範囲である。また、カメラC2の撮像視野の上部は、北極点回りにおいて東経60°付近から東経(西経)180°を含んで西経60°付近まで広がっている。

0034

カメラC3の撮像視野は、下部は南極点を含み、上部は北緯45°付近まで広がり、赤道上で西経45°付近から西経90°を含んで西経135°付近まで広がる範囲である。また、カメラC3の撮像視野の下部は、南極点回りにおいて東経30°付近から西経90°を含んで東経150°付近まで広がっている。

0035

カメラC4の撮像視野は、カメラC3の撮像範囲と地軸に関して線対称な範囲、言い換えれば地軸および東経(西経)0°の子午線を含む平面に関して面対象な範囲である。カメラC4の撮像視野の下部は南極点を含み、上部は北緯45°付近まで広がり、赤道上で東経45°付近から東経90°を含んで東経135°付近まで広がる範囲である。また、カメラC4の撮像視野の下部は、南極点回りにおいて西経30°付近から東経90°を含んで西経150°付近まで広がっている。

0036

図9(A)〜(C)は、図8に示したC1〜C4の撮像視野の重なりを示している。図中のC1+C2で示すカメラC1の撮像視野とカメラC2の撮像視野は、図9(A)中に太丸9で囲んだ北極点の周辺で重なり合う。また、これら撮像視野はそれぞれ、赤道上の東経45°付近から西経45°付近までの範囲および東経135°付近から西経135°付近までの範囲と南緯45°付近までの範囲を覆う。

0037

C3+C4で示すカメラC3の撮像視野とカメラC4の撮像視野は、南極点の周辺で重なり合う。また、これら撮像視野はそれぞれ、赤道上の西経45°付近から西経135°付近までの範囲および東経45°付近から東経135°付近までの範囲と北緯45°付近までの範囲を覆う。

0038

4つのカメラC1〜C4の撮像視野の重なり合いを示すC1+C2+C3+C4において、図9(A)中に太丸10で示す領域では、カメラC1の撮像視野とカメラC2の撮像視野の交点にカメラC4の撮像視野の上端ラインが接している。これにより、カメラC1〜C3の撮像視野の重複を最小限に抑えることができる。また、図9(B)中の太丸11内には、赤道上でのカメラC1とカメラC4の撮像視野の重なりを示す。これらの撮像視野は数°程度重なり合っている。このように、太丸9〜11で示した3か所でカメラC1〜C3の撮像視野が重なり合っていればよい。

0039

太丸9と太丸11で示した部分では、後述する画像の接合を行う場合には、ある程度の重複面積が必要とされる。一方、太丸10内においてカメラC1,C2,C4の撮像視野が点で重なるので、重複面積は必要最低限でよい。カメラC1,C2とカメラC4の撮像視野が重なり合いについても同様である。これら3箇所をバランス良く配置するために、撮像センサ6の撮像面の短辺と長辺の比は2:3が好ましく、各カメラが向く角度は赤道面に対して22.5°付近であることが好ましい。

0040

以下、その理由を説明する。図10(A),(B)は赤道面上と子午線方向でのカメラC1〜C4の撮像視野(言い換えれば有効画角であり、以下、単に画角という)の分担を示している。赤道面上では、各カメラのセンサ短辺方向に対応する画角となるため、図10(A)に示すように、360°を等しく4分割した90°が最小画角となる。一方、子午線方向では、図10(B)に示すように、北極と南極のうち一方の極側ではセンサ短辺方向に対応する画角となり、他方の極側ではセンサ長辺方向に対応する画角が2つで360°をカバーすることになる。このため、センサ長辺方向に対応する画角としては135°が必要となる。撮像視野の重複を最小限に抑えたとき、センサ短辺方向に対応する画角とセンサ長辺方向に対応する画角との比は2:3となり、このときに撮像センサ6の利用効率が最も高くなる。

0041

4つのカメラC1〜C4が撮像によって取得した4つの画像は、画像処理により結合(合成)される。この際、4つの画像間にはある程度の重複部分が必要となる。重複部分の角度を増やすためには、撮像レンズ5の画角を広角側に広げる必要がある。しかし、合成後の画像が360°の範囲を超えることはなく、それぞれのカメラC1〜C4が取得した画像のうち合成後の画像として使用される画角の合計は360°となる。すなわち、重複部分を持つ場合でも、合成した画像間の境界で各カメラの画角を定義するため、上述した2:3が撮像センサ6の利用効率を最も高めることになる。

0042

前述した特許文献1にて開示された撮像装置では、全方位を2つの撮像センサにより撮像するために、各カメラの撮像レンズは全周魚眼レンズであることが必要となり、その結像範囲円形状となる。一般的な撮像センサは、その撮像面が長方形に形成されており、撮像面のアスペクト比は3:4、2:3および9:16であることが多い。これらのうち最もアスペクト比が1:1に近いアスペクト比3:4の撮像センサを特許文献1にて開示された撮像装置に用いても、撮像面内において実際に撮像に用いられる有効撮像領域は、図15に示すように、撮像面の面積の58.9%となり、利用効率は低い。

0043

また、前述した特許文献2にて開示された撮像装置は、4つのカメラが正四面体の4つの頂点を向き、4つの頂点の対称性が高いため、全方位を均等に分割して撮像するために効率が良いとも考えられる。しかし、互いに同一形状の4つの長方形の撮像面を有する撮像センサを用いる場合には、撮像センサの利用効率が低い。図16は、特許文献2にて開示された撮像装置における1つの撮像センサにおける有効撮像領域を示す。4つの撮像センサは相互に対称な位置に配置されているため、1つの撮像センサが担う撮像視野は、正四面体の中心から1つの正三角形面を見たときの角度範囲に相当する。その角度範囲を撮像センサの撮像面上に等角投影したものを図17に示す。この場合、有効撮像領域は、図16に示すように、撮像センサの撮像面の面積の60%程度と低い。

0044

図18は、撮像装置100が地面(アスファルト舗装面)に向かって転倒する様子を示す。撮像装置100は一脚等の脚部材を用いて地面上に立てて固定されることが多い。一般的なアスファルト舗装においては、骨材として砕石が用いられており、その粒径は13〜15mmである。舗装面上に存在する小石はこの骨材に起因するものが主である。

0045

図に示すように、カメラ1の前端レンズ面がその周囲の外装部材3より奥(被写体とは反対側)に引っ込んでいることで、舗装面上の小石等が前端レンズ面に当たることを防止することができる。上述した骨材の粒径を考慮すると、前端レンズ面を外装部材3より少なくとも10mmは引っ込ませる必要があり、望ましくは15mm以上、さらに望ましくは17mm以上引っ込ませるとよい。

0046

図19は、センサ長辺方向において外装部材3に前述した保護部を設けるべき領域を示す。カメラ1のセンサ長辺方向での全画角を2ωとすると、撮像レンズ5の入射瞳の位置から光軸Aの片側において半画角ωが必要となる。図19はセンサ長辺方向の画角2ω=135°である場合を示している。

0047

少なくともこの画角内にメカ部材が存在すると、該メカ部材によって必要な光束がケラれる。必要な光束をけらずに前端レンズ面頂点を外装部材3からd0だけ奥に引っ込ませるためには、図中の太線で囲んだ領域にメカ部材としての保護部を配置する必要がある。

0048

保護部を配置できる領域の光軸Aからの最短距離Rは、下記の式(1)で与えられる。
R=(t1+d0)×tan67.5° (1)
例えば、撮像レンズ5の入射瞳位置t1を7mmとし、前端レンズ面頂点の引っ込み量15mmとすると、バリアを配置可能な領域の光軸Aからの最短距離Rは、53.1mmとなる。

0049

図20は、保護部3bを前端レンズ面の全周にわたって設けた場合を示す。図20は、d0=0mmとなるように前端レンズ面頂点とほぼ同じ高さに保護部3bを設けたときと、d0=15mmとなるように保護部3bを設けたときとでの保護部3bの径の差を示している。画角2ωLを135°とすると、前者の径は33.8mmであり、後者の径はφ106.2mmとなる。このため、保護部を前端レンズ面の全周にわたって設けると、その径の増大により撮像装置100のサイズが大型化する。

0050

図21は、センサ短辺方向において外装部材3に保護部を設けるべき領域を示す。カメラ1のセンサ短辺方向の画角を2ωSとすると、撮像レンズ5の入射瞳の位置から光軸Aの片側において半画角ωが必要となる。図19はセンサ長辺方向の画角2ωL=135°である場合を示している。

0051

図21は、外装部材3に前述した保護部を設けるべき領域を示す。カメラ1のセンサ短辺方向での全画角を2ωS=90°としてセンサ長辺方向と同様の計算により、d0=0mmとなるように前端レンズ面頂点とほぼ同じ高さに保護部3bを設けたときは、保護部の径はφ14mmとなる。一方、d0=15mmとなるように設けた保護部3bの径はφ44mmとなる。このため、センサ短辺方向に保護部3bを設けることによる撮像装置100の大型化を防ぐことができる。

0052

広角レンズを使用する際には、不要な光がカメラに入射しないようにフレアカットフードを用いることがある。この場合、4つのカメラを互いに隣り合うように配置した撮像装置100においては、カメラ間に設けられた保護部とフードとのメカ的な干渉が問題となる。このため、保護部を各カメラから離して配置する必要がある。

0053

また、ここまでの説明では被写体距離無限遠である場合について考えてきたが、実際の製品においては近接被写体も考える必要がある。具体的には、1m以下の被写体距離の近接被写体を考える必要があり、少なくとも被写体距離が50cm程度の近接被写体を2つのカメラにより撮像して得られた画像を合成する必要がある。図22に示すように、隣り合う2つのカメラの撮像レンズの入射瞳位置間の間隔が10cmであるとき、被写体距離Lが50cmの近接被写体16を撮像して得られる画像の合成を可能とするためには、撮像レンズの半画角は約5.7°以上の余裕量θが必要である。この結果、保護部をさらに遠い位置に配置することが必要となり、撮像装置100が大型化する。

0054

4つのカメラの撮像レンズの入射瞳位置間の間隔が全て同じとすると、最短撮像距離で決まる画角の余裕量は、センサ短辺方向やセンサ長辺方向等の方向によらず約5.7°となる。しかし、同じ余裕量5.7°だけ画角を広げたときの保護部の大きさの変化量は、センサ長辺方向の方がセンサ短辺方向の2倍程度大きくなる。保護部を設けることによる撮像装置100の大型化を最小限で済ますためには、本実施例のように、センサ短辺方向における撮像視野間にのみ保護部を設け、センサ長辺方向における撮像視野間には保護部を設けないことが有効である。

0055

図23(A),(B),(C)は、図1図3に示した保護部3b13,3b23,3b24,3b14を配置する位置を図7(A),(B),(C)に示した球体上に示している。
保護部3b13,3b23,3b24,3b14はそれぞれ、センサ短辺方向におけるカメラC1とカメラC3の間、カメラC2とカメラC3の間、カメラC2とカメラC4の間およびカメラC1とカメラC4の間に赤道面を上下方向に横切るように配置されている。保護部3b13,3b23,3b24,3b14は、これらの位置に各カメラに写り込まないように(各カメラに向かう光線をケラないように)配置されている。一方、センサ長辺方向におけるカメラC1とカメラC2の間である北極点周辺およびカメラC3とカメラC4の間である南極点周辺に保護部は配置されない。

0056

具体的には、立方体から図1図3を用いて説明したレンズ露出面3a1,3a2,3a3,3a4を底面とする4つの溝を切り落とした形状に外装部材3を形成することで、4つの保護部3b13,3b23,3b24,3b14が設けられる。

0057

図25は、カメラC1〜C4の撮像視野V1〜V4と保護部3b13,3b23,3b24,3b14の関係を示している。撮像視野V1〜V4はそれぞれ、対応するカメラC1〜C4から離れた位置で交差(重複)する。保護部3b13は、カメラC1の撮像視野V1とカメラC3の撮像視野V3とが交差する位置よりもカメラC1,C3に近い位置、すなわち撮像視野V1と撮像視野V3との間に設けられている。同様に、保護部3b23はカメラC2の撮像視野V2とカメラC3の撮像視野V3との間に設けられ、保護部3b24はカメラC2の撮像視野V2とカメラC4の撮像視野V4との間に設けられている。保護部3b14は、カメラC1の撮像視野V1とカメラC4の撮像視野V4との間に設けられている。

0058

以上説明した外装部材3の形状により、各カメラのセンサ長辺方向については180°の開口を形成する。一方、センサ短辺方向については、各カメラの前端レンズ面頂点よりも被写体側に突出した部分が保護部3b13,3b23,3b24,3b14として機能する。

0059

このような保護部3b13,3b23,3b24,3b14を備えた外装部材3を用いることにより、どのカメラが下向きとなるように撮像装置100を地面に置いても(撮像装置100が転倒しても)、地面から前端レンズ面頂点が十分な高さだけ浮いた状態となる。したがって、地面に小石等が存在しても、それらが前端レンズ面に触れることはなく、前端レンズ面の傷付きを防ぐことができる。

0060

以下の条件は、短辺方向に設けた保護部で撮影光束をけらないための条件である。
R≧(t1+d0)×tan45°
短辺方向の必要最低画角は90°であるから、少なくとも、その光束をけらないように設置する必要がある。

0061

各レンズ系の画角は、下記の2つの条件を満たす必要がある。
2ωS×4≧360°
赤道面に関して、4つのカメラのセンサ短辺方向の画角で全周画角360°を覆う必要があるため、上記の条件を満足する必要がある。
2ωS×2+2ωL≧360°
一方、子午線方向に関しては、2つのカメラのセンサ長辺方向の画角と1つのカメラのセンサ短辺方向の画角で360°を覆う必要がある。これらを満足する各カメラの画角の最低値は、
2ωL=135°
2ωS=90°
であり、このとき、
2ωS:2ωL=2:3
となる。ただし、実際は画像合成の際に重なり合う重複部分を必要とするため、その分それぞれの画角は大きくなる。この場合、センサ短辺方向の画角とセンサ長辺方向の画角の比率を2:3のままそれぞれの画角を大きくするのが理想である。この比率を変更する場合は、センサ短辺方向の余裕しろを増やした方がよい。

0062

センサ長辺方向の画角については、以下の条件のようにセンサ短辺方向の画角の1.8以下が望ましく、それ以上、センサ長辺方向の画角を大きくすると余裕しろが無駄になるばかりか、レンズ系の画角が無駄になり、光学的に好ましくない。
2ωL≦1.8×2ωS
以下の条件を満足する、すなわち撮像センサの対角方向の画角2ωDが短辺(2ωS)と長辺(2ωL)でできた長方形の対角長以下であることで、光学系の仕様を簡素化することができる。もちろんセンサ長辺方向の画角分は必要であるため、下限値は2ωLとなるが、対角方向の画角に関しては余裕しろを減らすことで光学系全体の大きさを抑えることが可能である。
2ωD≦√(2ωS2+2ωL2)
上記のようにセンサ短辺方向の画角に対するセンサ長辺方向の画角の比は1.5程度が理想である。画角の余裕しろとしては、センサ長辺方向よりもセンサ短辺方向にあるほうが好ましく、撮像センサのアスペクト比が低い方に条件を広げて設定した。アスペクト比が低い撮像センサを用いる場合は、センサ短辺方向の画角の余裕シロが増すため、赤道方向の画像の合成において優位である。

0063

一般的な撮像において、遠方で注目すべき被写体は水平方向にあることが多い。そのような被写体の画像を接合(合成)する場合には、より多くの余裕しろがあることが好ましい。このため、以下の条件を満足するアスペクト比を有する、特に下限値程度までアスペクト比が低い撮像センサを用いてもよい。
1.3≦2ωL/2ωS≦1.6

0064

図24は、本発明の実施例2である撮影装置100’を示す。本実施例の撮像装置100’も4つのカメラを有し、これら4つのカメラの配置(撮像レンズの光軸および撮像センサの向き)および撮像視野は実施例1と同じである。

0065

本実施例では、主として実施例1の図1図3に示したレンズ露出面3a1,3a2,3a3,3a4に相当する4つのレンズ露出面により形成された第1の外装部材31が、4つのカメラC1〜C4を保持する保持部材2に固定されている。さらに第1の外装部材31はワイヤ等の複数の支持部材13を介してフレーム形状の第2の外装部材32に固定されている。この第2の外装部材32が保護部として機能する。

0066

第2の外装部材32は、アルミマグネシウム合金等の軽量の金属、プラスチックまたはカーボンファイバ等の材料により形成されたフレーム構造部材であり、立方体の12辺のうち8辺を一筆書きした形状を有する。この第2の外装部材32の8つの頂点が第1の外装部品31と支持部材13で接続されている。支持部材13は、金属ワイヤゴムワイヤ等により構成されている。

0067

撮像装置100’が転倒した際には、第2の外装部材32が保護部として機能することで、どのカメラが下向きとなっても前端レンズ面頂点が地面から十分な高さだけ浮いた状態となる。したがって、地面に小石等が存在しても、それらが前端レンズ面に触れることはなく、前端レンズ面の傷付きを防ぐことができる。また、第2の外装部材32や支持部材13が弾性変形することで、カメラC1〜C4へのダメージを軽減することができる。

0068

なお、支持部材13を第1および第2の外装部材31,32に対して取り外し可能とすることで、ユーザによるカメラC1〜C4のメインテナンスを容易にすることができる。
(比較例1)
比較例1について説明する。本比較例では、4つのカメラの光軸の赤道面(第3の平面)に対する傾き角度が、正四面体の頂点方向である35.26°となっている。本比較例でも、撮像センサの短辺と長辺の長さの比は2:3である。また、各カメラの撮像レンズの焦点距離fは13.0mmである。

0069

図11(A),(B),(C)は、図8(A),(B),(C)と同様に、カメラC1の撮像視野を示す。また図12(A),(B)は、カメラC1とカメラC4の撮像範囲の重なりを示す。本比較例では、カメラC1の撮像視野とカメラC2の撮像視野の北極点周辺での重複面積はかなり大きく、また赤道上でのカメラC1の撮像視野とカメラC4の撮像視野の重複面積も大きい。これにより、実施例1や実施例2に比べて撮像センサの利用効率はかなり低下する。
(比較例2)
比較例2について説明する。本比較例では、4つのカメラの光軸の赤道面(第3の平面)に対する傾き角度が18°となっている。本比較例でも、撮像センサの短辺と長辺の長さの比は2:3である。また、各カメラの撮像レンズの焦点距離fは14.2mmである。

0070

図13(A),(B),(C)は、図8(A),(B),(C)と同様に、カメラC1の撮像視野を示す。また図14(A),(B)は、カメラC1とカメラC4の撮像範囲の重なりを示す。本比較例では、赤道上でのカメラC1の撮像視野とカメラC4の撮像視野の重複面積はかなり小さくなるが、カメラC1の撮像視野とカメラC2の撮像視野の北極点周辺での重複が点となり、好ましくない。

実施例

0071

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

0072

1,C1,C2,C3,C4カメラ
3,31,32外装部材
3b13,3b23,3b24,3b14 保護部
5撮像レンズ
6撮像センサ
100,100’ 撮影装置

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