JP2008197540A - 広角撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パノラマ画像を撮像する広角撮像装置において、両端と中央部分の画質が同等で見栄えのよいパノラマ画像を得る。
【解決手段】広角撮像装置は、被写角度の正面領域４０°の領域から入射する光を受光するセンタレンズ８ｃと、被写角度のうち左右のそれぞれ略４０°の領域から入射する光を受光する左右のサイドレンズ８ｌ、８ｒと、被写角度のうち左右略４０°の領域から入射する光を各サイドレンズ８ｌ、８ｒの光軸Ｌに一致するように屈曲させて案内する左右の４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒと、左右のサイドレンズ８ｌ、８ｒへ入射する光の量を制限する絞り開口１３ｌ、１３ｒとセンタレンズ８ｃへ入射する光の量を制限する絞り開口１３ｃとを備え、センタレンズ８ｃの絞り開口１３ｃの径をサイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口１３ｌ、１３ｒの径よりも小に設定し、各レンズによって受光素子３上に形成される像の明るさがほぼ同等になるように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、広角撮像装置に関する。

従来から、画角が１２０°を超えるようなパノラマ画像や立体画像を得るために、レンズとＣＣＤ受光素子等から構成される複数の撮像光学系を備え、その複数の撮像光学系によって撮像された画像を合成してパノラマ画像や立体画像を得る撮像装置が知られている。

例えば、４つの撮影光学系と、該撮影光学系によって結像された被写体像を撮像するＣＣＤと、４つの撮影光学系ごとに透過率の異なったフィルタと、を備え、撮像された４つの像を合成して高ダイナミックレンジの被写体像を得る多眼式カメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、複数の撮像部によって撮像された複数の画像間の像の大きさやピント合わせの状態が異ならないようにするために、対象物（被写体）までの距離を計測する距離計測手段を備え、距離計測手段によって計測された距離に基づいて複数の撮像部のピント等を別々に調整する画像入力装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

一方、複数の光学ブロックによって構成された複眼光学系と、複数の光学ブロックによって形成される複数の像を撮像する撮像素子と、を備える複眼撮像装置が知られている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。

さらに、自動車の後方確認用等に用いられるプリズムを備えた全方位画像キャプチャ装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。
特開２００２−２８１３６１号公報 特開２００１−１４８８６６号公報 特開２００５−１６７４４３号公報 特開２００２−１７１４３０号公報 実用新案登録第３１１８６７８号公報

ところで、１２０°を超える広角の被写角度からの光を１つの光学系によって集光してパノラマ画像を撮像するには、魚眼レンズのような超広角のレンズが必要であり、撮像した画像に大きな樽状の歪が生じるという問題がある。

そこで、歪曲収差が小さい画角が４０°程度の通常のレンズを用い、少ない光学系によって１２０°程度の被写角度を撮像するためには、被写角度を略４０°ずつ角度がずれた正面領域と正面領域の左右の領域（以下、左右領域という）の３つの領域に分割し、各領域からの光を別々の光学系によって集光することが考えられる。

集光する角度が略４０°ずつずれた光学系を構成するためには、各光学系のレンズ自体の向きが互いに４０°ずつ傾斜して取付けられた構造が考えられるが、撮像装置全体を小型に設計する上で、微小なレンズを正確に４０°ずつ傾斜させて設けることは困難である。撮像装置全体を容易に小型に設計でき、かつ集光する角度が略４０°ずつずれた光学系を備える構造としては、特許文献３及び特許文献４に記載されたような複眼撮像装置にプリズムが組合わされた構造が考えられる。

具体的には、複眼撮像装置が備える光学レンズアレイの被写体側に集光路を屈曲させるプリズムを配置し、左右領域からの光は、それぞれ該プリズムを経て光学レンズアレイの複数のレンズのうちの２つのレンズに入射させ、正面領域からの光は、プリズムを経ずに他の１つのレンズに入射させる構造が考えられる。

ところが、上記構造の撮像装置では、プリズムを経て複眼撮像装置に入射された光によって形成される左右領域の画像と、プリズムを経ずに複眼撮像装置に入射された光によって形成される正面領域の画像とでは、明るさに差異が生じるので、３つの画像を接合するディジタル処理の過程で明るさ補正を施し、３つの画像の明るさをほぼ同等に調整する必要が生じる。

つまり、プリズムに入射した光は、プリズムの外周面における反射やプリズム内部における散乱によって光量が減少するので、プリズムを経て複眼撮像装置に入射した光によって形成される左右領域の画像の方が、プリズムを経ずに複眼撮像装置に入射した光によって形成される正面領域の画像よりも明るさが少なく、３つの画像を接合して一連のパノラマ画像に再生するためには、左右領域の画像の明るさを補う補正を施す必要がある。

具体的には、ディジタル処理の過程における明るさの補正は、画像の明るさのデータに予め設定された補正定数（通常、１より大きい値）を乗じることによって行われるが、画像の濃度階調は、補正定数に反比例して減少してしまうので、より大きな補正定数が適用される左右領域の画像については、正面領域の画像に比べて濃度階調が大きく低下してしまい、パノラマ画像として３つの画像が接合されたときに、左右領域の画質が正面領域の画質よりも粗く見栄えの悪い画像になってしまう虞がある。

そこで、本発明は、パノラマ画像を撮像するための広角撮像装置において、広角レンズを使用することなく極力少ない光学系により装置を構成でき、異なる被写角度から入射する光によって形成される別々の画像に明るさを調整するための補正を施した後の画像において濃度階調の大きな差異が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像を得ることができ、しかも装置全体が嵩張らずに薄型に構成できる広角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、広角の被写角度から入射する光を、所定の被写角度ごとに集光して焦点平面に複数の像を形成させるレンズ光学系と、前記焦点平面に配置され前記レンズ光学系によって形成される複数の像を電子的な画像情報へ変換する撮像手段と、前記撮像手段によって変換された複数の像の画像情報に明るさ補正を施した上で接合してパノラマ画像に再生する画像再生手段と、を備える広角撮像装置において、前記レンズ光学系が、前記被写角度の正面略４０°の領域から入射する光を受光するセンタレンズと、該センタレンズの左右両側に配置され該センタレンズと光軸が平行であって前記被写角度のうち左右のそれぞれ略４０°の領域から入射する光を受光する左右のサイドレンズとが一平面上に形成された光学レンズアレイと、前記左右のサイドレンズの光入射側に配置され、前記被写角度のうち左右略４０°の領域から入射する光を、前記各サイドレンズの光軸に一致するように屈曲させて前記各サイドレンズへ案内する左右の４５°直角プリズム、又は６０°−３０°直角プリズムと、前記左右の４５°直角プリズム、又は６０°−３０°直角プリズムを経て前記左右のサイドレンズへ入射する光の量を制限するサイドレンズ絞りと、前記センタレンズへ入射する光の量を、前記サイドレンズ絞りよりも大きく制限するセンタレンズ絞りと、を備え、前記撮像手段が、前記光学レンズアレイから所定距離隔てて前記光学レンズアレイに平行に配置され、前記センタレンズ及び左右のサイドレンズによりそれぞれ形成される像を撮像する受光素子アレイから構成され、前記画像再生手段が、前記受光素子アレイによって画像情報に変換された前記被写角度の正面略４０°の領域の画像、及び前記被写角度の左右略４０°の領域の画像にそれぞれ明るさ補正を施し、明るさ補正を施した画像同士を合成して画角が１２０°以上のパノラマ画像に再生することを特徴とする。

請求項２の発明は、広角の被写角度から入射する光を、所定の被写角度ごとに集光して焦点平面に複数の像を形成させるレンズ光学系と、前記焦点平面に配置され前記レンズ光学系によって形成される複数の像を電子的な画像情報へ変換する撮像手段と、前記撮像手段によって変換された複数の像の画像情報に明るさ補正を施した上で接合してパノラマ画像に再生する画像再生手段と、を備える広角撮像装置において、前記レンズ光学系が、前記被写角度の正面領域から入射する光を受光するセンタレンズと、該センタレンズの左右両側に配置され該センタレンズと光軸が平行であって前記被写角度内の左右の領域から入射する光を受光する左右のサイドレンズとが一平面上に形成された光学レンズアレイと、前記左右のサイドレンズの光入射側に配置され、前記被写角度内の左右の領域から入射する光を、前記各サイドレンズの光軸に一致するように屈曲させて前記各サイドレンズへ案内するプリズムと、前記プリズムにより案内され前記サイドレンズを経て前記撮像手段へ集光される光の量を制限するサイド光量制限手段と、前記プリズムを経ずに前記センタレンズに直接入射して前記撮像手段へ集光される光の量を、前記サイド光量制限手段よりも大きく制限するセンタ光量制限手段と、を備え、前記撮像手段が、前記光学レンズアレイから所定距離隔てて前記光学レンズアレイに平行に配置され、前記センタレンズ及び左右のサイドレンズによりそれぞれ形成される像を撮像する受光素子アレイから構成され、前記画像再生手段が、前記受光素子アレイによって画像情報に変換された前記被写角度の正面領域の画像、及び前記被写角度の左右領域の画像にそれぞれ明るさ補正を施し、明るさ補正を施した画像同士を合成してパノラマ画像に再生することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記サイド光量制限手段及び前記センタ光量制限手段が、それぞれ前記サイドレンズ及び前記センタレンズに近接して配置された絞り開口であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記サイド光量制限手段及び前記センタ光量制限手段が、それぞれ前記サイドレンズ及び前記センタレンズの表面にコーティングされたフィルタであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、被写角度の正面略４０°の領域から入射する光をセンタレンズで受光し、被写角度のうち左右のそれぞれ略４０°の領域から入射する光を左右のサイドレンズで受光するので、広角レンズを使用することなく極力少ない光学系により装置を構成できる。また、左右の４５°直角プリズム、又は６０°−３０°直角プリズムを経て左右のサイドレンズへ入射する光の量を制限するサイドレンズ絞りと、センタレンズへ直接入射する光の量を、サイドレンズ絞りよりも大きく制限するセンタレンズ絞りを備えるので、ディジタル処理の過程において正面領域の画像と左右領域の画像の明るさを調整するための補正定数の値を大差のない値にすることができ、明るさの補正を施した後の正面領域と左右領域の画像間に濃度階調の大きな差が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像を得ることができる。

請求項２の発明によれば、被写角度の正面領域から入射する光をセンタレンズで受光し、被写角度のうち左右領域から入射する光を左右のサイドレンズで受光するので、広角レンズを使用することなく極力少ない光学系により装置を構成できる。また、プリズムを経て撮像手段へ集光される光の量を制限するサイド光量制限手段と、センタレンズへ直接入射して撮像手段へ集光される光の量を、サイド光量制限手段よりも大きく制限するセンタ光量制限手段を備えるので、ディジタル処理の過程において正面領域の画像と左右領域の画像の明るさを調整するための補正定数の値を大差のない値にすることができ、明るさの補正を施した後の正面領域と左右領域の画像間に濃度階調の大きな差が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像を得ることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。本実施形態の広角撮像装置１は、図１及び図２に示されるように、１２０°の被写角度から入射する光を集光して所定の焦点平面に結像させるレンズ光学系２と、レンズ光学系２の焦点平面に配置されレンズ光学系２によって結像される像を電子的な画像情報へ変換する受光素子アレイ（撮像手段）３と、受光素子アレイ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信号として取込むＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）５と、ＤＳＰ５に取込まれた画像情報に歪除去や明るさ補正等の画像処理を施してパノラマ画像に再生するマイクロプロセッサ（画像再生手段）６と、マイクロプロセッサ６によって再生された画像を表示する液晶パネル等の表示装置７とを備える。

本実施形態のレンズ光学系２は、図１及び図３に示されるように、光軸Ｌが互いに平行な３行３列の９個の光学レンズ８が１枚の透明基板９の一平面上に形成された光学レンズアレイ１１と、光学レンズアレイ１１の支持枠１２と、支持枠１２の上面に形成された絞り開口１３ｌ、１３ｃ、１３ｒと、各光学レンズ８から出射する光が互いに干渉しないように区画する遮光枠１４と、受光素子アレイ３の上方に配置された光学フィルタ１５と、光学レンズアレイ１１の光入射側において、左右の列の光学レンズ８ｌ、８ｒにそれぞれ対向して配置された４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒと、を備える。９個の光学レンズ８は、全て４０°の画角を有する。

４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒは、断面が直角二等辺三角形であり、図２に示されるように、光学レンズアレイ１１に対して傾斜して配置される。具体的な配置については、後に詳述する。

光学レンズアレイ１１の中央の列の３個の光学レンズ（以下、センタレンズという）８ｃは、被写角度の正面略４０°の領域から入射する光を直接受光し、左右の列の各３個の光学レンズ（以下、サイドレンズという）８ｌ、８ｒは、被写角度の左右のそれぞれ略４０°の領域から入射する光を４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒを介して受光する。

４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒは、直角を挟む２つの辺１６ｌａ、１６ｌｂ、１６ｒａ、１６ｒｂのうち外側向きの一辺１６ｌａ、１６ｒａから光が入射し、入射した光が斜辺１６ｌｃ、１６ｒｃによって反射されて他の一辺１６ｌｂ、１６ｒｂから出射するように配置される。なお、本明細書においては、プリズムの光が入射する面、光が出射する面等を、光の進行経路を示す側面図（図２）と対比させて説明する都合上、「一辺」、「斜辺」等の用語を用いて示す。

具体的には、４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒは、図２に示されるように、サイドレンズ８ｌ、８ｒに対向する一辺１６ｌｂ、１６ｒｂが光学レンズアレイ１１に対して２５°の角度に傾斜するように配置され、斜辺１６ｌｃ、１６ｒｃが光学レンズアレイ１１に対して７０°の角度に傾斜するように配置される。これによって、センタレンズ８ｃから向かって正面方向への略４０°の範囲には、４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒが存在せず、センタレンズ８ｃへ入射する光が遮られないように構成される。

４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒの直角を挟む２つの辺１６ｌａ、１６ｌｂ、１６ｒａ、１６ｒｂ、のうち外側向きの一辺１６ｌａ、１６ｒａから入射する光のうち略４０°の角度の範囲の光がサイドレンズ８ｌ、８ｒによって集光され、受光素子アレイ３上に結像される。

そして、４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒに遮られずに被写体からの光が直接入射するセンタレンズ８ｃの絞り開口１３ｃ（センタ光量制限手段）は、被写体からの光が４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒを介して入射するサイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口１３ｌ、１３ｒ（サイド光量制限手段）よりも小径に形成されて、受光素子アレイ３に到達する光量がより大きく制限されるように構成されている（図３参照）。

具体的には、各絞り開口１３ｃ、１３ｌ、１３ｒの径は、センタレンズ８ｃ、及びサイドレンズ８ｌ、８ｒから出射して受光素子アレイ３に到達する光量がほぼ等量になるように設定される。

次に受光素子アレイ３について説明する。受光素子アレイ３は、光学レンズアレイ１１に対して平行であって、かつ光学レンズアレイ１１の各光学レンズ８の焦点平面に配置された固体撮像素子であり、基板上に形成されたＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサから構成される。固体撮像素子は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）であってもよい。

受光素子アレイ３上には３行３列の光学レンズ８によって３行３列の個眼像が結像される。受光素子アレイ３上に形成される個眼像１７の態様について、図４を参照して詳細に説明する。いま、広角撮像装置１の前方に、図４に示されるように１２０°の被写角度に亘って４０°ごとの等間隔に「Ｌ」「Ｃ」「Ｒ」と表示された被写体Ｂが配置されている場合を想定する。この場合、中央の「Ｃ」（中央４０°の領域）は、センタレンズ８ｃによって上下及び左右が反転されて受光素子アレイ３の中央の列に３個の個眼像１７として結像される。

また、左の「Ｌ」（左側４０°の領域）と右の「Ｒ」（右側４０°の領域）は、４５°直角プリズム１６ｒ、１６ｌによって左右反転された後にそれぞれサイドレンズ８ｒ、８ｌによって上下及び左右が反転されて受光素子アレイ３の左右の列に各３個の個眼像１７として結像される。

これら９個の個眼像１７が受光素子アレイ３によって画像情報に変換された後、マイクロプロセッサ６が、それらの画像情報を順に読出して、上記のように上下左右が反転された画像を正しい向きに修正して正面領域の画像「Ｃ」と、左右領域の画像「Ｌ」「Ｒ」を接合すると共に明るさの補正を施す。

次に、マイクロプロセッサ６によって実施される画像情報のパノラマ画像Ｐへの再生と、画像の明るさの補正について、図５及び図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。なお、図５における画像は、図４において被写体Ｂ側から見た像を表し、図５の左側の像は、受光素子アレイ３上に結像された状態を示し、図５の中央及び右側の画像は、マイクロプロセッサ６に取り込まれ、マイクロプロセッサ６内で処理される途中の状態を示す。

マイクロプロセッサ６によって順に読出された画像情報は、受光素子アレイ３からの読出し順序によって図５の中央に示されるように、左右の列が逆位置になり、かつ左右の列の画像１７自体が左右反転している。この画像情報が、マイクロプロセッサ６によって、左右の列の像１７の位置を入替えられると共に、画像自体が左右反転されて図５の右側に示されるように１２０°の画角のパノラマ画像Ｐに再生される。

具体的には、マイクロプロセッサ６は、中央の行の３個の個眼像（図５の中央において太枠１８で示された部分）の画像情報について画像処理を行う。マイクロプロセッサ６は、まず左右反転された「Ｌ」（左側４０°領域の画像）と「Ｒ」（右側４０°領域の画像）の個眼像１７をミラー反転して正常な画像に戻し、その正常に戻した画像「Ｌ」と「Ｒ」を、中央４０°領域の画像「Ｃ」と合成して１２０°のパノラマ画像Ｐに再生する。

また、マイクロプロセッサ６は、上記のようにして位置及び向きを正常に戻した画像「Ｌ」「Ｃ」「Ｒ」を接合するに際して、次の順序で明るさの補正を施す。

マイクロプロセッサ６は、マイクロプロセッサ６自体が有するＲＯＭ６ａ内に、画像上の位置（ｘ、ｙ）の関数である明るさ補正用の補正定数Ｃ（ｘ、ｙ）を予め記憶している。

本実施形態における補正定数Ｃ（ｘ、ｙ）は、図６（ｂ）に示されるように、画像の横方向に対してｘ座標が割当てられ、縦方向に対してｙ座標が割当てられ、画像中の補正すべき平面位置（ｘ、ｙ）に対して一義的に定数が定められているものである。図６（ｂ）に示された画像は、図５の右側の画像に相当する。

いま、ｙ座標がｙ１であるとき（図６（ｂ）の画像における縦方向の中央位置）の補正定数Ｃ（ｘ、ｙ１）が図６（ａ）に示される。

つまり、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、左領域の画像「Ｌ」の中間線部分（ｙ＝ｙ１）に対しては、曲線Ｃｌで示される補正定数が適用され、正面領域の画像「Ｃ」の中間線部分（ｙ＝ｙ１）に対しては、曲線Ｃｃで示される補正定数が適用され、右領域の画像「Ｒ」の中間線部分（ｙ＝ｙ１）に対しては、曲線Ｃｒで示される補正定数が適用されて各画像中の画素の明るさのデータにそれぞれ補正定数が乗じられる。

例えば、画像「Ｌ」の中間線部分（ｙ＝ｙ１）の左端の画素ｐ１に対しては、補正定数＝２が適用されて明るさが２倍に補正され、中央の画素ｐ２に対しては、補正定数＝１が適用されて明るさがそのまま据え置かれ、画像「Ｃ」の中間線部分（ｙ＝ｙ１）の左端の画素ｐ３に対しては、補正定数＝１．５が適用されて明るさが１．５倍に補正され、中央位置の画素ｐ４に対しては、補正定数＝１が適用されて明るさがそのまま据え置かれる。

なお、各画像「Ｌ」「Ｃ」「Ｒ」に対する補正定数がいずれも下向きの二次曲線状の曲線を描くのは、各画像「Ｌ」「Ｃ」「Ｒ」がいずれも光学レンズ８の集光作用によって形成されていることによる。つまり、各画像の周縁部分は、中央部分に比べて明るさが不足するので、比較的大きな補正定数が適用される。

以上のように、マイクロプロセッサ６は、各画像「Ｌ」「Ｃ」「Ｒ」に対して明るさ補正を施すときには、各画像中の全ての画素に対して、その明るさデータに、画素位置（ｘ、ｙ）に応じた補正定数Ｃ（ｘ、ｙ）をディジタル値として乗じて補正後の画像を生成する。

そして、本実施形態の広角撮像装置１では、被写体Ｂからの光が直接入射するセンタレンズ８ｃの絞り開口１３ｃが、被写体Ｂからの光が４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒを介して入射するサイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口１３ｌ、１３ｒよりも小径に形成されて、受光素子アレイ３に到達する光量がより大きく制限されているので、受光素子アレイ３上に形成される正面領域、及び左右領域の画像１７自体が大きな明るさの差を有しない画像に形成され、正面領域の画像「Ｃ」に対する補正定数（曲線Ｃｃ）と左右領域の画像「Ｌ」「Ｒ」に対する補正定数（曲線Ｃｌ、Ｃｒ）が大きな差を有しないものになっている。

ここで、比較のために、センタレンズ８ｃの絞り開口１３ｃ、及びサイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口１３ｌ、１３ｒが同一径の場合（以下、比較例という）の補正定数Ｃｔ（ｘ、ｙ１）を図６（ａ）において曲線Ｃｌｔ、Ｃｒｔ（二点鎖線）で示す。比較例の場合には、正面領域の画像「Ｃ」に対して左右領域の画像「Ｌ」「Ｒ」の明るさが相対的に低下するので、その明るさの低下を補正するために、左右領域の画像「Ｌ」「Ｒ」用の補正定数（曲線Ｃｌｔ、Ｃｒｔ）は、本実施形態における補正定数（曲線Ｃｌ、Ｃｒ）に比べて大きい値になる。

具体的には、画像「Ｌ」「Ｒ」に対する比較例における補正定数Ｃｔ（ｘ、ｙ１）は、１．５から３に亘る値になる。（例えば、画像「Ｌ」中の画素ｐ１に対する補正定数≒３、画素ｐ２に対する補正定数≒１．５）

ここで、表示装置７に表示される階調数は、濃度階調／補正定数値で与えられるので、濃度階調が２５６である場合には、比較例における画像「Ｌ」の画素ｐ１周辺の階調数は、２５６／３≒８５程度にまで低下する。

これに対して、本実施形態の広角撮像装置１における表示装置７に表示される階調数は、補正定数の大きさが各画像「Ｌ」「Ｃ」「Ｒ」について１から２までの範囲の値であるので、２５６から１２８程度が得られる。従って、各画像「Ｌ」「Ｃ」「Ｒ」が接合されて再生されたパノラマ画像Ｐにおいて両側の領域の画像の画質が大きく低下して見栄えが悪いパノラマ画像Ｐになってしまうことが防止される。

なお、各画像「Ｌ」「Ｃ」「Ｒ」は、略４０°の領域の画像であるので接合部の重なり部分をほとんど生じることなく３枚の画像が接合される。また、センタレンズ８ｃ及びサイドレンズ８ｌ、８ｒが画角４０°のレンズであるのでいわゆる広角レンズと異なり、各画像の外周部の歪はほとんど生じず、画像同士の接合時に各画像に対する複雑な歪補正の処理が必要とされることがない。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図７を参照して説明する。第２の実施形態の広角撮像装置１は、第１の実施形態とほぼ同一の構成であり、同一の構成部分については同一番号を付して説明を省略する。

第２の実施形態が第１の実施形態と相違する部分は、光学レンズアレイ１１の光入射側に配置されるプリズムとして４５°直角プリズム１６ｌ、１６ｒの代わりに、６０°−３０°直角プリズム２６ｌ、２６ｒが配置される点である。６０°−３０°直角プリズム２６ｌ、２６ｒは、図７に示されるように、断面が直角三角形であり、直角に対向する２つの角が６０°と３０°に形成されたプリズムである。

６０°−３０°直角プリズム２６ｌ、２６ｒは、直角を挟む２つの辺２６ｌａ、２６ｌｂ、２６ｒａ、２６ｒｂのうちの短辺２６ｌｂ、２６ｒｂが光学レンズアレイ１１に対して平行であり、直角を挟む長辺２６ｌａ、２６ｒａが外側向きに垂直になるように配置される。従って、斜辺２６ｌｃ、２６ｒｃは、光学レンズアレイ１１に対して６０°の傾斜を有する。

そして、被写角度１２０°の左右４０°の領域からの光が６０°−３０°直角プリズム２６ｌ、２６ｒの長辺２６ｌａ、２６ｒａから入射し、斜辺２６ｌｃ、２６ｒｃによって反射され、短辺２６ｌｂ、２６ｒｂから出射してサイドレンズ８ｌ、８ｒによって集光され、受光素子アレイ３上に左右略４０°の領域の画像として結像される。

この第２の実施形態においても、センタレンズ８ｃの絞り開口１３ｃは、サイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口１３ｌ、１３ｒよりも小径に形成されて、受光素子アレイ３上に形成される各像の明るさがほぼ同等になるように構成され、明るさの補正を施した後の正面領域と左右領域の画像間に濃度階調の大きな差が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像Ｐを得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、略１８０°の画角のパノラマ画像を撮像できる第３の実施形態について、図８を参照して説明する。第３の実施形態の広角撮像装置１は、第１の実施形態とほぼ同一の構成であり、同一の構成部分については同一番号を付して説明を省略する。

第３の実施形態が第１の実施形態と相違する部分は、撮像可能な画角を広げるために各光学レンズ８ｌ、８ｃ、８ｒが６０°の画角を有するレンズで構成される点と、光学レンズアレイ１１の光入射側のプリズムとして４５°直角プリズムの代わりに、正三角形プリズム３６ｌ、３６ｒが配置される点である。正三角形プリズム３６ｌ、３６ｒは、図８に示されるように、断面が正三角形のプリズムである。

正三角形プリズム３６ｌ、３６ｒは、一辺３６ｌｂ、３６ｒｂが光学レンズアレイ１１に対して平行になるように配置される。従って、内側向きの斜辺３６ｌｃ、３６ｒｃは、光学レンズアレイ１１に対して６０°の傾斜を有する。そして、被写角度略１８０°の左右６０°の領域からの光が正三角形プリズム３６ｌ、３６ｒの外側向きの斜辺３６ｌａ、３６ｒａから入射し、内側向きの斜辺３６ｌｃ、３６ｒｃによって反射され、光学レンズアレイ１１に平行な辺３６ｌｂ、３６ｒｂから出射してサイドレンズ８ｌ、８ｒによって集光され、受光素子アレイ３上に左右略６０°の領域の画像として結像される。

この第３の実施形態においても、センタレンズ８ｃの絞り開口１３ｃは、サイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口１３ｌ、１３ｒよりも小径に形成されて、受光素子アレイ３上に形成される各像の明るさがほぼ同等になるように構成され、明るさの補正を施した後の正面領域と左右領域の画像間に濃度階調の大きな差が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像Ｐを得ることができる。

（第４の実施形態）
次に、略１８０°の画角のパノラマ画像を撮像できる第４の実施形態について、図９と図１０を参照して説明する。第４の実施形態の広角撮像装置１は、第１の実施形態とほぼ同様の構成であり、同一の構成部分については同一番号を付して説明を省略する。

第４の実施形態が第１の実施形態と相違する部分は、撮像可能な画角を広げるために各光学レンズ８ｌ、８ｃ、８ｒが６０°の画角を有するレンズで構成される点と、光学レンズアレイ１１の光入射側のプリズムとして４５°直角プリズムの代わりに、大きな１つの正三角形プリズム４６が配置される点である。正三角形プリズム４６の１辺の大きさは、光学レンズアレイ１１の１行３個の光学レンズ８ｌ、８ｃ、８ｒに亘る長さに構成される。

正三角形プリズム４６は、一辺４６ｃが光学レンズアレイ１１に対して平行になるように配置される。従って、他の２辺４６ａ、４６ｂは、光学レンズアレイ１１に対して６０°の傾斜を有する。そして、被写角度略１８０°のうち左右６０°の領域からの光が正三角形プリズム４６の２つの斜辺４６ａ、４６ｂから入射し、互いに対向する斜辺４６ｂ、４６ａによって反射され辺４６ｃから出射してサイドレンズ８ｌ、８ｒによって集光され、受光素子アレイ３上に左右略６０°の領域の画像として結像される。

一方、正面向き略６０°の領域からの光は、光学レンズアレイ１１の下の行の中央のセンタレンズ８ｃｄ（図１０）によって集光され、受光素子アレイ３上に中央略６０°の領域の画像として結像される。

そして、第１の実施形態と同様に、左右略６０°の領域の画像と中央略６０°の領域の画像が、マイクロプロセッサ６によって略１８０°の画角のパノラマ画像Ｐに再生される。なお、この第４の実施形態の場合には、左右の列の個眼像を入替える必要がないので、その分だけマイクロプロセッサ６による再生処理の手順が簡単化される。

この第４の実施形態においては、光学レンズアレイ１１の下の行の中央のセンタレンズ８ｃｄの絞り開口１３ｃが、サイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口１３ｌ、１３ｒよりも小径に形成されて、受光素子アレイ３上に形成される各像の明るさがほぼ同等になるように構成され、明るさの補正を施した後の正面領域と左右領域の画像間に濃度階調の大きな差が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像Ｐを得ることができる。

（第５の実施形態）
次に、広角撮像装置１から見て前方の略半球状のパノラマ画像を撮像できる第５の実施形態について、図１１と図１２を参照して説明する。第５の実施形態の広角撮像装置１は、第１の実施形態のパノラマ撮像装置１と同様に３行３列の９個の光学レンズ８を有する光学レンズアレイ１１と、光学レンズアレイ１１から所定距離隔てた位置に配置される受光素子アレイ３を備える。第１の実施形態と同一の構成部分については同一番号を付して説明を省略する。

第５の実施形態が第１の実施形態と相違する部分は、光学レンズアレイ１１の光入射側に設けられるプリズムが、略半球の全方向からの光を集光できるように、３行３列の中央の光学レンズ８ｃｅを除いて残りの８個全ての光学レンズ８ｆに対向して配置される点である。

具体的には、図１１に示されるように、３行３列の中央の光学レンズ８ｃｅを除いて残りの８個の光学レンズ８ｆに対向する位置に、中央の光学レンズ８ｃｅを中心として放射状に４５°直角プリズム５６が配置される。４５°直角プリズム５６の光学レンズアレイ１１に対する傾斜姿勢は、第１の実施形態と同様に、光学レンズアレイ１１に対向する一辺が光学レンズアレイ１１に対して２５°の角度に傾斜するように配置され、斜辺が光学レンズアレイ１１に対して７０°の角度に傾斜するように配置される。これによって、中央の光学レンズ８ｃｅから向かって正面方向への略４０°の範囲には、４５°直角プリズム５６が存在せず、被写体からの光がプリズム５６に遮られることなく中央の光学レンズ８ｃｅへ入射する。

なお、この第５の実施形態においては、３行３列の中央の１つの光学レンズ８ｃｅのみがセンタレンズであり、残りの８個の光学レンズ８ｆはサイドレンズに相当する。

受光素子アレイ３上には、センタレンズ８ｃｅによって正面略４０°の領域の画像が個眼像として結像され、８個のサイドレンズ８ｆによって略半球の周辺側略４０°の領域Ｂ１〜Ｂ８（図１２）の画像がそれぞれ個眼像として結像される。そして、それらの９個の画像（個眼像）がマイクロプロセッサ６によって略半球状のパノラマ画像に再生される。なお、各領域Ｂ１〜Ｂ８は、図１２に示されるように、縦方向の画角が４０°であり、横方向の画角が４５°である。

この第５の実施形態においては、中央の１つの光学レンズ８ｃｅの絞り開口が、残り８個の光学レンズ８ｆの絞り開口よりも小径に形成されて、受光素子アレイ３上に形成される各像の明るさがほぼ同等になるように構成され、明るさの補正を施した後の正面領域と左右領域の画像間に濃度階調の大きな差が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像Ｐを得ることができる。

（第６の実施形態）
次に、１８０°の被写角度からの光が略３６°ずつの５つの領域に分けられ、５つの領域ごとに別々の集光路によって集光されて受光素子アレイ３に５つの個眼像として結像される第６の実施形態について、図１３を参照して説明する。第６の実施形態の広角撮像装置１は、第１の実施形態の広角撮像装置１とほぼ同様の構造であるが、光学レンズアレイ１１の光入射側に設けられるプリズムが左右それぞれ２個ずつである。

第６の実施形態の広角撮像装置１は、光学レンズアレイ１１の上の行のサイドレンズ８ｌ、８ｒに対向してそれぞれ４５°直角プリズム６６ｌｕ、６６ｒｕが、光学レンズアレイ１１に対して２６°の傾斜をもって配置され、下の行のサイドレンズ８ｌ、８ｒに対向してそれぞれ４５°直角プリズム６６ｌｄ、６６ｒｄが、光学レンズアレイ１１に対して１０°の傾斜をもって配置されている。

正面領域の略３６°の被写角度からの光は、光学レンズアレイ１１の中央の行のセンタレンズ８ｃによって集光され、正面領域の左右に隣接する略３６°の被写角度からの光は、４５°直角プリズム６６ｌｕ、６６ｒｕに入射して光学レンズアレイ１１の上の行のサイドレンズ８ｌ、８ｒによって集光され、最も外側寄りの略３６°の被写角度からの光は、４５°直角プリズム６６ｌｄ、６６ｒｄに入射して光学レンズアレイ１１の下の行のサイドレンズ８ｌ、８ｒによって集光される。

この第６の実施形態においては、光学レンズアレイ１１の中央の行のセンタレンズ８ｃの絞り開口が、４５°直角プリズム６６ｌｕ、６６ｒｕ、６６ｌｄ、６６ｒｄに対向する４つのサイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口よりも小径に形成されて、受光素子アレイ３上に形成される各像の明るさがほぼ同等になるように構成され、明るさの補正を施した後の各画像間に濃度階調の大きな差が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像Ｐを得ることができる。

なお、光学レンズアレイ１１の上の行に配置された４５°直角プリズム６６ｌｕ、６６ｒｕと、下の行に配置された４５°直角プリズム６６ｌｄ、６６ｒｄとでは、光学レンズアレイ１１に対する傾斜角度が異なる（２６°と１０°）ために、プリズムの表面反射等による光量の減少の度合いが異なり、受光素子アレイ３上に形成される各個眼像の明るさをほぼ同等にするためには、４５°直角プリズム６６ｌｕ、６６ｒｕに対向する２つのサイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口の径と、４５°直角プリズム６６ｌｄ、６６ｒｄに対向する２つのサイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口の径を異なる径とすることが望ましい。

以上に説明した第１から第６の実施形態では、各光学レンズ８から出射して受光素子アレイ３に到達する光量をほぼ同等にするために、センタレンズ８ｃの絞り開口１３ｃ（センタ光量制限手段）の開口径がサイドレンズ８ｌ、８ｒの絞り開口１３ｌ、１３ｒ（サイド光量制限手段）の開口径よりも小さく設定されていたが、これに代えて次のように構成することができる。

すなわち、センタレンズ８ｃ及びサイドレンズ８ｌ、８ｒの表面に光透過率が異なるフィルタをコーティングし、センタレンズ８ｃにコーティングされるフィルタの光透過率をサイドレンズ８ｌ、８ｒにコーティングされるフィルタの光透過率よりも小に設定し、受光素子アレイ３に到達する光量が各光学レンズ８についてほぼ同等になるように構成する。

また、受光素子アレイ３の上方に配置された光学フィルタ１５を遮光枠１４によって区画された部分ごとに光透過率が異なるフィルタに構成し、センタレンズ８ｃから出射された光が透過する部分の光透過率をサイドレンズ８ｌ、８ｒから出射された光が透過する部分の光透過率よりも小に設定し、受光素子アレイ３に到達する光量が各光学レンズ８についてほぼ同等になるように構成してもよい。

以上のように、本発明の広角撮像装置１によれば、被写角度の正面領域から入射する光をセンタレンズ８ｃで受光し、被写角度のうち左右領域から入射する光を左右のサイドレンズ８ｌ、８ｒで受光するので、広角レンズを使用することなく極力少ない光学系により装置を構成でき、プリズム１６ｌ、１６ｒ、２６ｌ、２６ｒ、３６ｌ、３６ｒ、４６、５６、６６ｌｕ、６６ｒｕ、６６ｌｄ、６６ｒｄを経て受光素子３へ集光される光の量を制限するサイド光量制限手段１３ｌ、１３ｒと、センタレンズ８ｃへ直接入射し受光素子３へ集光される光の量を、サイド光量制限手段１３ｌ、１３ｒよりも大きく制限するセンタ光量制限手段１３ｃを備えるので、ディジタル処理の過程において正面領域の画像と左右領域の画像の明るさを調整するための補正定数の値を大差のない値にすることができ、明るさの補正を施した後の正面領域と左右領域の画像間に濃度階調の大きな差が生じず、接合部分が目立たずに見栄えのよいパノラマ画像Ｐを得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る広角撮像装置の概略構成を示す斜視図。 同広角撮像装置におけるレンズ光学系と光の進行経路を示す側面図。 同広角撮像装置におけるレンズ光学系の構造を示す側断面図。 同広角撮像装置と１２０°の被写角度に亘る被写体の関係を示す斜視図。 同広角撮像装置におけるレンズ光学系によって形成された像がパノラマ画像に再生される過程を示す図。 （ａ）は同広角撮像装置の明るさ補正における補正定数Ｃ（ｘ、ｙ１）の例を示す図、（ｂ）は補正定数の座標に対応する画像の例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る広角撮像装置におけるレンズ光学系と光の進行経路を示す側面図。 本発明の第３の実施形態に係る広角撮像装置のレンズ光学系と光の進行経路を示す側面図。 本発明の第４の実施形態に係る広角撮像装置のレンズ光学系と光の進行経路を示す側面図。 同広角撮像装置のレンズ光学系を示す平面図。 本発明の第５の実施形態に係る広角撮像装置におけるレンズ光学系を示す平面図。 同広角撮像装置と略半球状の被写体の関係を示す斜視図。 本発明の第６の実施形態に係る広角撮像装置の概略構成を示す斜視図。

符号の説明

１ 広角撮像装置
２ レンズ光学系
３ 受光素子アレイ
８ｃ センタレンズ
８ｌ、８ｒ サイドレンズ
１１ 光学レンズアレイ
１３ｃ 絞り開口（センタレンズ絞り、センタ光量制限手段）
１３ｌ、１３ｒ 絞り開口（サイドレンズ絞り、サイド光量制限手段）
１６ｌ、１６ｒ ４５°直角プリズム
１７ 個眼像（画像）
２６ｌ、２６ｒ ６０°−３０°直角プリズム
３６ｌ、３６ｒ 正三角形プリズム
４６ 正三角形プリズム
５６ ４５°直角プリズム
６６ｌｕ、６６ｒｕ、６６ｌｄ、６６ｒｄ ４５°直角プリズム
Ｌ 光軸
Ｐ パノラマ画像

Claims (4)

1. 広角の被写角度から入射する光を、所定の被写角度ごとに集光して焦点平面に複数の像を形成させるレンズ光学系と、
   前記焦点平面に配置され前記レンズ光学系によって形成される複数の像を電子的な画像情報へ変換する撮像手段と、
   前記撮像手段によって変換された複数の像の画像情報に明るさ補正を施した上で接合してパノラマ画像に再生する画像再生手段と、を備える広角撮像装置において、
   前記レンズ光学系が、
   前記被写角度の正面略４０°の領域から入射する光を受光するセンタレンズと、該センタレンズの左右両側に配置され該センタレンズと光軸が平行であって前記被写角度のうち左右のそれぞれ略４０°の領域から入射する光を受光する左右のサイドレンズとが一平面上に形成された光学レンズアレイと、
   前記左右のサイドレンズの光入射側に配置され、前記被写角度のうち左右略４０°の領域から入射する光を、前記各サイドレンズの光軸に一致するように屈曲させて前記各サイドレンズへ案内する左右の４５°直角プリズム、又は６０°−３０°直角プリズムと、
   前記左右の４５°直角プリズム、又は６０°−３０°直角プリズムを経て前記左右のサイドレンズへ入射する光の量を制限するサイドレンズ絞りと、
   前記センタレンズへ入射する光の量を、前記サイドレンズ絞りよりも大きく制限するセンタレンズ絞りと、を備え、
   前記撮像手段が、
   前記光学レンズアレイから所定距離隔てて前記光学レンズアレイに平行に配置され、前記センタレンズ及び左右のサイドレンズによりそれぞれ形成される像を撮像する受光素子アレイから構成され、
   前記画像再生手段が、
   前記受光素子アレイによって画像情報に変換された前記被写角度の正面略４０°の領域の画像、及び前記被写角度の左右略４０°の領域の画像にそれぞれ明るさ補正を施し、明るさ補正を施した画像同士を合成して画角が１２０°以上のパノラマ画像に再生することを特徴とする広角撮像装置。
2. 広角の被写角度から入射する光を、所定の被写角度ごとに集光して焦点平面に複数の像を形成させるレンズ光学系と、
   前記焦点平面に配置され前記レンズ光学系によって形成される複数の像を電子的な画像情報へ変換する撮像手段と、
   前記撮像手段によって変換された複数の像の画像情報に明るさ補正を施した上で接合してパノラマ画像に再生する画像再生手段と、を備える広角撮像装置において、
   前記レンズ光学系が、
   前記被写角度の正面領域から入射する光を受光するセンタレンズと、該センタレンズの左右両側に配置され該センタレンズと光軸が平行であって前記被写角度内の左右の領域から入射する光を受光する左右のサイドレンズとが一平面上に形成された光学レンズアレイと、
   前記左右のサイドレンズの光入射側に配置され、前記被写角度内の左右の領域から入射する光を、前記各サイドレンズの光軸に一致するように屈曲させて前記各サイドレンズへ案内するプリズムと、
   前記プリズムにより案内され前記サイドレンズを経て前記撮像手段へ集光される光の量を制限するサイド光量制限手段と、
   前記プリズムを経ずに前記センタレンズに直接入射して前記撮像手段へ集光される光の量を、前記サイド光量制限手段よりも大きく制限するセンタ光量制限手段と、を備え、
   前記撮像手段が、
   前記光学レンズアレイから所定距離隔てて前記光学レンズアレイに平行に配置され、前記センタレンズ及び左右のサイドレンズによりそれぞれ形成される像を撮像する受光素子アレイから構成され、
   前記画像再生手段が、
   前記受光素子アレイによって画像情報に変換された前記被写角度の正面領域の画像、及び前記被写角度の左右領域の画像にそれぞれ明るさ補正を施し、明るさ補正を施した画像同士を合成してパノラマ画像に再生することを特徴とする広角撮像装置。
3. 前記サイド光量制限手段及び前記センタ光量制限手段が、それぞれ前記サイドレンズ及び前記センタレンズに近接して配置された絞り開口であることを特徴とする請求項２に記載の広角撮像装置。
4. 前記サイド光量制限手段及び前記センタ光量制限手段が、それぞれ前記サイドレンズ及び前記センタレンズの表面にコーティングされたフィルタであることを特徴とする請求項２に記載の広角撮像装置。

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