JP2024085850A - 広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超広視野な画像でありながら、画像歪みが減少され、画像を合成した際のつなぎ目が目立たない画像の撮影を可能とし得る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置を提供する。【解決手段】被写体情報を担持した光の入射側から、撮像レンズ４、５、６および光導波路７がこの順に設けられ、撮像レンズ４、５、６は、光軸方向が互いに異なるように構成され、光導波路７は、光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが各々、対応する撮像レンズ４、５、６の光軸に垂直となるように構成されるとともに、各々の撮像レンズ４、５、６から出射され、光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの各部から入射して、光導波路７の光伝搬部１３を伝搬した光を外部に出射する光出射端面１２を備え、光導波路７の光出射端面１２の後段に、被写体情報を取得する撮像素子２を備えてなる。【選択図】図１

Description

本発明は、パノラマ画像に代表される広い視野（画角）の映像を取得するための広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置に関するものである。

映像メディア技術として、映像がもたらす高臨場感に加えて、ＶＲ(Virtual Reality：仮想現実)やＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）等の多様な番組を視聴・体感することを可能とする技術の実現が期待されている。
このような技術の中でも、超広視野な画像でありながら、画像歪みが生じない撮影を可能とする装置の実現が、強く要望されている。

従来、超広視野な画像を取得する技術として、超広角（魚眼）レンズを取り付けた、１台または複数のカメラを用いたものが知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。
また、自動車の安全運転に寄与するドライブレコーダー用のカメラシステムでは、前面用と後面用の２台のカメラ、さらには、死角補償用の２台のカメラにより得られた各画像を、別の広角レンズにより取得した情報に基づいて繋ぎ合わせることで広視野撮影を実現しているものが知られている（例えば、下記特許文献２を参照）。

さらに、TOMBOと称される重複像眼方式のカメラでは、複数のレンズ群を用いた撮影手法が提案されており（例えば、下記特許文献３を参照）、特に複数の光学プリズムを用いて取得した各画像に合成処理を施すことで、画角１８０度相当の超広角撮影を実現したものが知られている（例えば、下記非特許文献１を参照）。

特開２００６－３１５３８０号公報 特開２０１１－２５０１９３号公報 特開２００１－６１１０９号公報

CMOSイメージセンサを用いた複眼カメラとその応用、豊田孝、映像情報メディア学会誌 Vol.63,No.3,pp284～287(2019)

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術においては、超広角（魚眼）レンズの特性上、特に画像周辺部における、湾曲状の画像歪や光量の低下等の課題発生が避けられない。
また、上記特許文献２に記載された技術では、特許文献１に記載された技術と同様に、レンズに起因する画像歪等の課題発生が避けられない。さらに、複数台のカメラ映像を１枚の画像として合成処理する場合には、画像のつなぎ目が目立ってしまい、必ずしも満足した画像が得られない。

さらに、上記特許文献３や上記非特許文献１に記載された技術では、複数のプリズム（または回折格子）を使用するためシステムがどうしても大きくなってしまう。さらに、複眼レンズ毎に結像された画像を合成した際のつなぎ目が目立ってしまうことや、レンズ由来の湾曲状の歪が生じること等、により画質改善には至っていない。
なお、上記特許文献３や上記非特許文献１に記載された技術において、光学プリズムを用いない重複像眼方式による場合には、各レンズにより得られた画像同士の視差が極めて小さいため、広視野撮影を実現することが困難である。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、超広視野な画像でありながら、画像歪みが減少され、画像を合成した際のつなぎ目が目立たない画像の撮影を可能とし得る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置を提供することを目的とするものである。

以上の目的を達成するため、本発明の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置は以下のような構成とされている。
すなわち、本発明に係る広視野映像取得光学装置は、
被写体情報を担持した光の入射側から、撮像レンズおよび光導波路がこの順に設けられ、
該撮像レンズは、光軸方向が互いに異なる、少なくとも２つの撮像レンズにより構成され、
前記光導波路は、該撮像レンズからの光が入射する光入射端面の各々が、対応する前記撮像レンズの光軸に垂直方向となるように構成されるとともに、各々の前記撮像レンズから出射され、該光入射端面の各々から入射して、該光導波路の内部を伝搬した光を外部に出射する光出射端面を備えたことを特徴とするものである。
なお、上記「撮像レンズ」には、単レンズのみならず複数枚のレンズを組み合わせたレンズ系も含まれるものとする（以下、同じ）。

ここで、前記光出射端面は、前記光入射端面の各部から入射した光を同一方向に出射する１つの平面形状を構成することができる。
なお、前記光導波路が複数の光ファイバを束ねた構造を備えたものとすることが可能である。
また、前記撮像レンズのうち少なくとも１つは、該撮像レンズの光軸方向への移動が調整可能に、前記光導波路に直接的または間接的に取り付けられていることが好ましい。
また、前記光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を視認可能となるように設定されてなることが好ましい。
また、前記光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を評価可能な手段を付加するように構成することも可能である。

一方、本発明に係る広視野撮像装置は、上記いずれかに記載の広視野映像取得光学装置を備え、該広視野映像取得光学装置の前記光導波路の前記光出射端面の後段に、前記被写体情報を取得する平板状の撮像部を備えたことを特徴とするものである。
この場合において、前記撮像部が、光電変換を行う１つまたは複数の撮像素子で構成されたものとすることができる。また、前記撮像部が、撮像レンズを備えたカメラとすることもできる。

本発明に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置においては、複数の撮像レンズにより画角を分担させ、各撮像レンズからの入射光を光導波路の光入射端面に結像させ、この光導波路内を伝搬させることにより、この光導波路の光出射端面に複数の撮像レンズによる画像を繋いだ広視野撮影画像（パノラマ画像）を投影することができる。すなわち、特に広角ではない標準レンズ相当の光学設計を複数個のレンズについて行えばよくなるので、魚眼レンズなどの超広角レンズ（画角が大きい）で課題となっていた、特に画像周辺部における、非線形歪や周辺画像歪、さらには周辺光量不足等を回避し得る広視野撮影を可能とすることができる。
また、撮像レンズの光入射側にプリズム等の視差拡張用の構造物を配さなくてもよいため光学設計が容易であり、また、小型で軽量化された装置を実現することができる。

また、本発明の広視野映像取得光学装置によれば、前記光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を視認可能に設定することで、光学像を直接観察することができる。また、この光出射端面の後段に、可視像の情報（明暗情報等）を評価する手段を設けた構成とすることにより、光路中に配されたレンズや光学系の評価を行うことができる。

さらに、本発明の広視野撮像装置によれば、広視野映像取得光学装置の光導波路の光出射端面の後段に、被写体情報を撮像する撮像部を備えているので、パノラマ画像としての被写体情報を得ることができる。

本発明の実施形態１に係る広視野撮像装置の構造、および広視野映像取得光学装置の構造を示す概念図である。 本発明の実施形態２に係る広視野撮像装置の構造、および広視野映像取得光学装置の構造を示す概念図である。 本発明の実施形態３に係る広視野撮像装置の構造、および広視野映像取得光学装置の構造を示す概念図である。 本発明の各実施形態に係るレンズのバックフォーカスを変更する機構の一例を示す概略図である。 従来技術に係る撮像装置の構造（（ａ）従来の一般的な撮像装置、（ｂ）従来の、光結像用光導波路（ＦＯＰ）を用いた撮像装置）を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置について図面を用いて説明する。
本実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置は、テレビカメラにおける撮影方式の中でも、より広い視野（画角）を画像として撮らえることができる装置である。

（概要）
まず、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置の概要を、代表図として実施形態１を表す図１を用いて説明する。
この広視野映像取得光学装置１０００は、光入射側に配された、互いに光軸方向が異なる、複数の撮像レンズ（図１では３つのレンズ）４、５、６を備えている。さらに、これら複数の撮像レンズ４、５、６から出射された光が入射される、該撮像レンズ４、５、６各々の光軸に対してほぼ垂直に配される光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、この光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃから入射された光を伝搬する光伝搬部１３と、この光伝搬部１３により伝搬された光を外部に出射する光出射端面１２と、を有する光導波路（本実施形態では光導波路７として、ＦＯＰ（Fiber Optics Plate）を用いているので、以下、単にＦＯＰ７とも称する）を備えている。
一方、本実施形態に係る広視野撮像装置２０００は、広視野映像取得光学装置１０００を備え、この広視野映像取得光学装置１０００の光導波路７の光出射端面１２の後段に（図１では光出射端面１２に略当接するように）撮像部（図１では撮像素子２）を設ける。

以下、本実施形態の主たる特徴について列挙する。
（１）複数の撮像レンズ４、５、６は、光軸が互いに異なる、少なくとも２つの撮像レンズで構成される。
（２）各方向に振向けられた（光軸方向が互いに異なる）撮像レンズ４、５、６により、光導波路７の光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの各々に結像した光は、光導波路７の光出射端面１２において光出射が同一方向となるように揃えられる。

（３）上述したように、同一平面上（光導波路７の光出射端面１２側）に撮像部２（単一の撮像素子や、複数の撮像素子群を含む）を配置して広視野撮像装置２０００を構成することで被写体情報に基づく画像信号を出力できる。
（４）その一方、撮像部２を設けない広視野映像取得光学装置１０００の構成によっても、光導波路７の光出射端面１２を視認可能に構成したり、光導波路７の光出射端面１２に表示された光画像情報を種々の光学測定器等を用いて撮像レンズ４、５、６や光導波路７等の性能評価を行うこともできる。
また、光導波路７の光出射端面１２に表示された光画像情報を撮像装置（種々のカメラを含む）を用いて再撮像することによりパノラマ画像を得ることもできる。

（５）広視野撮像装置２０００では、上述したように撮像部２を備えているが、撮像部２は、単一の撮像素子であっても複数の撮像素子群からなるものであってもよく、１式の素子毎に駆動するようにしてもよいし、画素毎または画素領域毎に分割駆動するようにしてもよい。
（６）本実施形態に係る広視野映像取得光学装置１０００および広視野撮像装置２０００は複眼撮像方式を実現する広視野撮像の手法を採用しており、各撮像レンズ４、５、６の焦点距離（画角）、撮像レンズ４、５、６の個数、および光導波路７への光入射角度に基づいて（例えば、図１に示すように３つのレンズ４、５、６を用いる場合には、光導波路７の光軸に対する入射角度を、後述するように、レンズ４では０度、レンズ５では－６０度、レンズ６では＋６０度となるようにすることが考えられる。）、広視野の撮影画角を決定することができる。換言すれば、目的とする取得画像に必要な撮影画角から、撮像レンズ４、５、６および光導波路７の仕様を決定することが肝要である。
これにより、撮像レンズ４、５、６の光入射側にプリズム等の視差拡張用の構造物を配さなくてもよいため光学設計が容易であり、また、小型で軽量化された装置を実現することができる。

具体的には、例えば、撮像レンズ４、５、６の１つ当たりの画角（撮像範囲の水平方向）が60度以上であれば、撮像レンズ４、５、６を３つとし、光導波路７への光入射方向を３方向として設計すればよい。すなわち、図１に示すように、光導波路７の中心（中心軸）から第１レンズ４の光軸方向を０度とした場合には、光軸の支点Ｐを中心として、第２レンズ５の光軸を逆時計回りに６０度（－６０度）回転させ、第３レンズ６の光軸を時計回りに６０度（＋６０度）回転させるように構成すればよい（１８０度÷３＝６０度）。
なお、撮像素子の個数については、複数個のレンズから光導波路で導かれた光学像を平面上の１つの撮像素子で撮影する手法のほか、複数個配置した撮像素子による分割撮影の手法を採用することもできる。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係る広視野映像取得光学装置１０００および広視野撮像装置２０００について図面を用いてより具体的に説明する。
＜広視野撮像装置の基本構成＞
本実施形態の広視野撮像装置２０００の基本構成を図１（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は斜め上方から見た斜視図である）に示す。ここでは互いに光軸の角度が異なる３つの撮像レンズ４、５、６を用いた例を示す。
本実施形態の広視野撮像装置２０００は、撮像素子からなる撮像部２（以下、単に撮像素子２とも称する）の光軸に対して、光軸が平行に設定された撮像レンズ４と、光軸が互いに傾いて設定された撮像レンズ５および撮像レンズ６を備え、さらに、これら３つの撮像レンズ４、５、６の光軸に対して略垂直な光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、複数の光ファイバからなる光伝搬部１３、および光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃから入射し、光伝搬部１３により伝搬された光を出射する平面状の光出射端面１２を有する光導波路７を備え、さらに、この光出射端面１２に対向するように近接配置された平板状の撮像素子２（平面上の受光面を有する）を備えている。
一方、本実施形態の広視野映像取得光学装置１０００の基本構成は、本実施形態の広視野撮像装置２０００の基本構成から撮像素子２の構成を外すことで表される。
なお、図１において、ａ１１、ａ１２、ａ１３は撮像レンズ４、５、６の直径を示し、ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３は撮像レンズ４、５、６のバックフォーカスを示し、ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３は撮像レンズ４、５、６の撮像範囲（直径）を示す。

ところで、従来の一般的な撮像装置の概略は、例えば図５に示すような構成とされる。
まず、図５（ａ）は、従来からの最も単純な撮像装置を示すものである。撮像レンズ５０１で集光された光を撮像素子５０２の受光面上に結像し、撮像素子５０２で光電変換することで電気的に画像データを取得している。
また、図５（ｂ）は、撮像レンズ６０１と撮像素子６０２の間にＦＯＰ６０３を挿入した従来の撮像装置（例えば、特許第6518038号等）では、撮像レンズ６０１により、光学像をＦＯＰ６０３の光入射端面上に結像し、ＦＯＰ６０３の内部で光伝搬させ、光出射端面に光学像を投影するようにしている。
これに対して、本実施形態の広視野撮像装置２０００では、図１に示すように、３つの撮像レンズ４、５、６を用い、その画角と振り向け角度について、以下のように設定している点で、上述した従来技術等とは大きく相違する。

すなわち、３つの撮像レンズ４、５、６の画角は、共に６０度以上とされている。一方、３つの撮像レンズ４、５、６の振り向け角度は、図１、２では、撮像素子２の受光面に対して垂直方向である上方向からの光入射方向（０方向）を０度とした場合に、光軸の支点Ｐ（全ての撮像レンズ４、５、６の光軸が交差する点）を中心として、撮像レンズ４については０度、撮像レンズ５については左方向（反時計回りに）に６０度（－６０度）、撮像レンズ６については右方向（時計回りに）に６０度（＋６０度）である。
まず、３つの撮像レンズ４、５、６は同仕様とし、撮像範囲の対角として上述したように６０度以上の画角（６０度×３＝１８０度）に設定し、各撮像レンズ４、５、６の振り向け方向を上述した振り向け角度に設定すれば、光導波路７の光出射端面１２において画角１８０度の広視野な光学像を出射（投影）することができる。

ここで、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置１０００および広視野撮像装置２０００の主要な構成要素である光導波路についてより詳しく説明する。
光導波路は、入射した光を光出射端面まで伝搬して出射する機能を備えた光学部材であり、コアガラス、クラッドガラスおよびクロストーク防止用の結合ガラスからなる光ファイバを構成要素とし、この光ファイバが並列された、単層の光導波路７を多段に積み上げたタイプのものや、複数の光ファイバ部材を束ねるように構成したタイプのもの等がある。
本実施形態に係る広視野映像取得光学装置１０００および広視野撮像装置２０００においては、光導波路７として、光ファイバを繊維状に配置して一枚のプレート状に形成したＦＯＰを用いている。ただし、本発明の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置としては、他のタイプの光導波路を用いることが勿論可能である。

上記光導波路７では、上記ＦＯＰを用い、例えば図１に示すように、撮像レンズ４、５、６からの光学像が各々光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに結像された場合、その光学像を光出射端面１２に光伝搬することができる。
また、この光導波路７は、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子からなる撮像素子２の受光面に密着させることで、光入射端面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに結像された光学像を撮像素子２に良好に伝搬することができる。
すなわち、光導波路７の光出射端面１２には、撮像レンズ４、５、６で得られた光学像が投影されるので、本実施形態の広視野撮像装置２０００のように、撮像素子２を上記光出射端面１２に近接配置（光結合）してその光学像を撮像することの他、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置１０００において、上記光出射端面１２に投影された光学像を直接視認することや、この光学像を別カメラで撮影することが可能である。

上述した要素技術を用い、撮像レンズ４、５、６の個数、撮像レンズ４、５、６の焦点距離（画角）および光軸の支点Ｐの位置に基づき、各撮像レンズ４、５、６の振り向け角度、および撮像面積に応じた形状の光導波路７を構成すれば、歪が低減され、画像のつなぎ目が視認され難い、広視野な光学画像を得ることができる。

次に、本実施形態に係る広視野撮像装置２０００の撮像素子２等について、より詳しく説明する。
撮像素子２としては、例えば、上述したＣＭＯＳの他、ＣＣＤ等の固体撮像素子が用いられる。また、本発明の広視野撮像装置においては、撮像素子に替えて、通常の撮像管や、ＦＯＰを基板としたFOP-HARP撮像管などの撮像装置を用いることもできる。
さらに、高感度撮影の要求がある場合には、イメージインテンシファイアやマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を用いることも考えられる。また、フィルムに代表される感光材料を用いることもできる。

また、撮像素子２の平面形状をなす受光面を、光導波路７の光出射端面１２に対して、４０μｍ以内となるように近接配置すれば、画角１８０度の良好な広視野撮影を実現することができる。なお、近接配置することにより生じた、撮像素子２と光導波路７の微小な隙間は、上記と同様に専用のグリース等により埋めて、対向する撮像素子２の受光面と、光導波路７の光出射端面１２間で良好に光結合させることにより、歪の無い高精度な画像を取得することが可能である。
この撮像素子２は単一の撮像素子であってもよいし、複数の撮像素子を組み合わせるようにしてもよい。
なお、撮像素子２は一つの素子を一体的に駆動するようにしてもよいし、画素毎または画素領域毎に分割駆動するようにしてもよい。

＜光導波路の光伝搬作用＞
図１に示す光導波路７に用いられるＦＯＰは、一般的には前述したように、多数の光ファイバを束ねた構造とされ、透光部分であるコアガラス、遮光部分であるクラッドガラス、およびファイバのクロストーク防止用の結合ガラスの３種のガラス構造体から構成されている。
一般的に光を伝搬するコアガラス部分は直線状のストレートファイバであり、この光ファイバに対する光入射角度により、光伝搬後の光導波路７の光出射端面１２から出射される出射範囲（水平方向の長さ）ｃ１１´、ｃ１２´、ｃ１３´が異なる。すなわち、撮像レンズ４、撮像レンズ５、撮像レンズ６の、各々対応する光入射端面１１Ａ、Ｂ、Ｃ上の撮像範囲（直径）ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３が略同じ範囲であっても、この光ファイバに対する光入射角度が異なれば光出射端面１２から出射される水平方向の出射範囲ｃ１１´、ｃ１２´、ｃ１３´は異なることになる。

ただし、図１に示す実施形態１に係る広視野撮像装置２０００においては、撮像レンズ４の光軸に沿って入射した光は、光導波路７の垂直に配された光ファイバに対して０度で入射するように設定されているが、撮像レンズ５の光軸に沿って入射した光は、該光ファイバに対して－６０度（上記０度に対して左回りの角度を－とする）で入射するように設定され、撮像レンズ６の光軸に沿って入射した光は、該光ファイバに対して＋６０度（上記０度に対して右回りの角度を＋とする）で入射するように設定されているので、光入射端面１１Ｂ、Ｃ上の撮像範囲（直径）ｃ１２、ｃ１３が同一の範囲である場合には、光出射端面１２から出射される出射範囲（水平方向）ｃ１２´、ｃ１３´は同一の範囲となる。
すなわち、この場合、下記式（１）が成立する。
ｃ１１´≠ｃ１２´＝ｃ１３´ （１）

上述したように、光導波路７の光出射端面１２の画像面積が、ｃ１１´部分に対して、ｃ１２´部分およびｃ１３´部分では、図１（ａ）の水平方向に縮小された形状となる。
このような形状を元の形状に直す方策としては、コアガラスの断面形状等に基づき、画像の伸縮率を予め計算で求め、その伸縮率に応じて出力画像を補正する手法を採用し得る。
また、撮像レンズ５および撮像レンズ６の前後に、画像の水平方向（図１（ａ）の横方向）を伸縮させる補正レンズを付加して、元の形状に直す方策を採用することも可能である。

（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係る広視野映像取得光学装置１１００および広視野撮像装置２１００について図２（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は斜め上方から見た斜視図である）を用いて説明する。なお、実施形態２のものは上記実施形態１のものと類似した構成をなしているため、対応する構成部材については、実施形態１の部材に付された符号に１００を加えて表示し、その詳しい説明は省略する。
なお、図２において、ａ２１、ａ２２、ａ２３は撮像レンズ１０４、１０５、１０６の直径を示し、ｂ２１、ｂ２２、ｂ２３は撮像レンズ１０４、１０５、１０６のバックフォーカスを示し、ｃ２１、ｃ２２、ｃ２３は撮像レンズ１０４、１０５、１０６の撮像範囲（直径）を示す。
この実施形態２に係る光導波路１０７と撮像素子１０２の光結合手法においては、例えば図２（ａ）に示すように、光導波路１０７と撮像素子１０２の間に光学結像用の光導波路１０７´を挿入するようにしている。なお、ＦＯＰが予め固体撮像素子の受光面上に取り付けられた、ＦＯＰ付きＣＣＤカメラ等が一般に市販されているので、その利用により、本実施形態に係る広視野撮像装置２１００を容易に構築することが可能である。
なお、光学結合用の光導波路１０７´は、光導波路１０７と同様のＦＯＰを用いてもよいし、異なるＦＯＰを用いてもよい。
また、光導波路１０７および光学結合用の光導波路１０７´の両者に同様のＦＯＰが用いられている場合、前述した手法と同様に、両者の隙間に専用のグリースを使用して両者の密着性を向上させることで、両者の光結合を良好なものとすることができる。

（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３に係る広視野映像取得光学装置１２００および広視野撮像装置２２００について図３（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大模式図であり、（ｃ）は斜め上方から見た斜視図である）を用いて説明する。なお、実施形態３の構成部材のうち上記実施形態１のものと対応する構成部材については、実施形態１の部材に付された符号に２００を加えて表示し、その詳しい説明は省略する。
実施形態３に係る広視野映像取得光学装置１２００および広視野撮像装置２２００は、上記実施形態１、２よりも撮像レンズ２０１の数を増加させた場合を示すものである。このように撮像レンズ２０１を増加させていくと、光導波路の形状は円筒形（半円筒形）に近づき、１つの撮像レンズ２０１が担う撮像範囲はより小さくなっていく。

図３（ａ）は、光導波路２０７の外周面において周方向に設置する撮像レンズ２０１の数を１５個とし、撮像レンズ２０１の１つ当たりの撮像範囲（対角）の画角を１２度以上とした場合の形態を示すものである。
図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す光導波路２０７を斜め上方から見たときの斜視図であって、円筒形状をなす光導波路２０７の外周面に撮像レンズ２０１が整然と配列され、この円筒形状をなす光導波路２０７の軸に垂直となる０方向からの入射光が、この円周面に照射される様子が示されている。
なお、レンズの個数が多くなった場合、レンズとこれを支持する構造体を一体化してアレイ構造とすることも可能である。

ところで、より多くの撮像レンズ２０１で構成した場合、例えば上記実施形態３に示す構成のものでは、入射方向０方向に対して、光軸が±７０度以上傾いた撮像レンズ２０１から入射する光は、円筒型の光導波路２０７のコアガラス２２０の延伸方向に対して、大きな角度を持つこととなる（図３（ｂ）の一部拡大模式図を参照）。
このような場合には、光導波路（ＦＯＰ）２０７の屈折率Ｎａ（コアガラス２２０の屈折率ｎ_０とクラッドガラス２２１の屈折率ｎ_１に基づいて決定される）が１のものを使用すればよく、これにより、上記０方向に対して±９０度の範囲に亘って各撮像レンズ２０１からの光を受光することができるため、入射方向０方向に対して、光軸が大きく傾いた撮像レンズ２０１からの光に対しても、光導波路２０７の各光ファイバを介して光出射端面３２の方向に良好に伝搬することができる。

以下、屈折率Ｎａを求める具体的な式（２）を示す。ここで、ｎは光ファイバの入射側の媒体（通常は空気）の屈折率であり、θは光導波路２０７（の各光ファイバ）の光入射端面３１に対する光入射角である。
ＮＡ＝ｎ・Sinθ＝（ｎ_０ ^２－ｎ_１ ^２）^１/２ （２）

（変更態様）
本発明の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置は、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、撮像レンズの焦点距離、大きさ、性能等の特性は、撮像レンズ全てで同じであってもよいし、必要に応じて、一部の撮像レンズあるいはすべての撮像レンズの特性を互いに変えてもよい。
また、上記実施形態の広視野撮像装置は、光導波路の光入射端面が平面形状とされているが、これに替えて、この光入射端面を曲面形状（球面形状、円筒面形状等を含む）とすることも可能である。

また、レンズの仕様を変更する場合には、当該撮像レンズのバックフォーカス（実施形態１では、図１に示すｂ１１、ｂ１２、ｂ１３、実施形態２では、図２に示すｂ２１、ｂ２２、ｂ２３）の変更が必要となる。そこで、そのようなレンズ仕様の変更の可能性がある場合には、撮像レンズを、光導波路に対して、間接的又は直接的に係止させ、必要に応じて光導波路の光入射端面に垂直に移動可能とする構成を持たせることが好ましい。
例えば、図４に示すように、撮像レンズ３０４は、クロストーク防止用の隔壁３０８と連結された構造体のため、この隔壁３０８を利用して、撮像レンズ３０４の光出射面と光導波路３０７の光入射端面の間隔に相当するバックフォーカスｂ４１を、ネジ、スペーサーおよびバネ等を用いて、調整することができるように構成してもよい。

すなわち、光導波路３０７に設置された隔壁３０８に連結されたレンズ鏡筒３５２に対し、撮像レンズ３０４を保持するレンズホルダ３５１が螺合されるように構成されており、必要に応じて、レンズホルダ３５１をレンズ鏡筒３５２に対して左右いずれかの方向に回転させることにより、バックフォーカスｂ４１の距離を簡易に変更することができるように構成されている。なお、図４において、ａ４１は撮像レンズ３０４の直径を示し、ｃ４１は撮像レンズ３０４の撮像範囲（直径）を示す。
なお、上記レンズ鏡筒３５２は、隔壁３０８ではなく、光導波路３０７に直接連結されるように構成してもよい。

また、上記実施形態においては、本発明の広視野撮像装置の撮像部として、光導波路の光出射端面に近接させた撮像素子を用いているが、この撮像素子に替えて、撮像レンズを備えたカメラ等を用いてもよく、このカメラとしては静止画撮像用であっても動画撮像用であってもよく、従来のどのようなカメラシステムであっても適用することが可能である。
また、このカメラは複数個設けてもよい。
また取得する映像は可視光のみならず、赤外光、紫外光、その他の放射線であってもよく、取得する映像の用途に応じて選択可能である。
なお、撮像素子を用いる場合、平板上の撮像素子の表裏に受光面を形成することにより、１８０度以上の広視野パノラマ画像を取得することも可能である。

また、上記実施形態の広視野映像取得光学装置においては、超広視野映像を、一平面とされた撮像素子の受光面上に出射する機能を有するものを用いているが、これに替え、光導波路の光出射端面からの光に係る映像信号を光ファイバ等を用いて光伝送することも可能である。

２、１０２、２０２、５０２、６０２ 撮像素子（撮像部）
４、５、６、１０４、１０５、１０６、２０１、３０４、５０１、６０１ 撮像レンズ
７、１０７、１０７´、２０７、３０７、６０３ 光導波路（ＦＯＰ）
８、１０８、２０８、３０８ 隔壁
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、３１ 光入射端面
１２、２２、３２ 光出射端面
１３、２３、３３ 光伝搬部
２２０ コアガラス
２２１ クラッドガラス
３５１ レンズホルダ
３５２ レンズ鏡筒
１０００、１１００、１２００ 広視野映像取得光学装置
２０００、２１００、２２００ 広視野撮像装置
ａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ２１、ａ２２、ａ２３、ａ４１ 撮像レンズの直径
ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３、ｂ２１、ｂ２２、ｂ２３、ｂ４１ 撮像レンズのバックフォーカス
ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３、ｃ２１、ｃ２２、ｃ２３、ｃ４１ 撮像レンズの撮像範囲
ｃ１１´、ｃ１２´、ｃ１３´、ｃ２１´、ｃ２２´、ｃ２３´ 光出射端面からの出射範囲（水平方向の長さ）
Ｐ 光軸の支点

Claims (9)

1. 被写体情報を担持した光の入射側から、撮像レンズおよび光導波路がこの順に設けられ、
   該撮像レンズは、光軸方向が互いに異なる、少なくとも２つの撮像レンズにより構成され、
   前記光導波路は、該撮像レンズからの光が入射する光入射端面の各々が、対応する前記撮像レンズの光軸に垂直方向となるように構成されるとともに、各々の前記撮像レンズから出射され、該光入射端面の各々から入射して、該光導波路の内部を伝搬した光を外部に出射する光出射端面を備えたことを特徴とする広視野映像取得光学装置。
2. 前記光出射端面は、前記光入射端面の各部から入射した光を同一方向に出射する１つの平面形状を構成することを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
3. 前記光導波路が複数の光ファイバを束ねた構造を備えたことを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
4. 前記撮像レンズのうち少なくとも１つは、該撮像レンズの光軸方向への移動が調整可能に、前記光導波路に直接的または間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
5. 前記光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を視認可能となるように設定されてなることを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
6. 前記光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を評価可能な手段を付加してなることを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
7. 請求項１～６のうちいずれか１項に記載の広視野映像取得光学装置を備え、該広視野映像取得光学装置の前記光導波路の前記光出射端面の後段に、前記被写体情報を取得する平板状の撮像部を備えたことを特徴とする広視野撮像装置。
8. 前記撮像部が、光電変換を行う１つまたは複数の撮像素子で構成されてなることを特徴とする請求項７に記載の広視野撮像装置。
9. 前記撮像部が、撮像レンズを備えたカメラであることを特徴とする請求項７に記載の広視野撮像装置。
   

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