多眼撮像装置
【課題】広角レンズを用いて撮影するのと同様に、水平方向と垂直方向にともに広範囲を撮影することができる薄型の多眼撮像装置を提供する。
【解決手段】多眼撮像装置１０は、水平方向に２以上かつ垂直方向に２以上の２次元に配列され、各々にレンズ１６及び撮像素子１７を有し、隣接するユニットの撮影範囲の一部が重複する複数の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉと、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの各々の光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを水平方向または垂直方向傾斜させることにより、各々の撮像ユニットが撮影する方向を変化させる手段であり、通常時には、各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを正面方向に向け平行にし、広角撮影時に光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを放射状に傾斜させる傾斜制御部１３と、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得られた画像を合成し、各々の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得られる画像よりも撮影範囲が広い合成画像を生成する画像合成部１２と、を備える。
【解決手段】多眼撮像装置１０は、水平方向に２以上かつ垂直方向に２以上の２次元に配列され、各々にレンズ１６及び撮像素子１７を有し、隣接するユニットの撮影範囲の一部が重複する複数の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉと、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの各々の光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを水平方向または垂直方向傾斜させることにより、各々の撮像ユニットが撮影する方向を変化させる手段であり、通常時には、各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを正面方向に向け平行にし、広角撮影時に光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを放射状に傾斜させる傾斜制御部１３と、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得られた画像を合成し、各々の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得られる画像よりも撮影範囲が広い合成画像を生成する画像合成部１２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像ユニットを複数有する多眼撮像装置に関するものであり、さらに詳しくは、広角撮影機能を有する多眼撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２個の撮像ユニットを横並びに備え、これらの撮像ユニットによって視差のある２枚画像を撮像することにより、いわゆる立体画像が得られる複眼撮像装置が知られている。複眼撮像装置のなかには、単に２個の撮像ユニットを所定距離離して設置したものだけでなく、各々の撮像ユニットの水平方向への回転や移動を可能とすることにより、輻輳角や基線長を調節するものが知られている（特許文献１）。また、各撮像ユニットの回転を利用することにより、立体画像を得るだけでなく、水平方向に撮影範囲を広げた通常の画像（いわゆるパノラマ画像）を得られるようにした複眼撮像装置も知られている（特許文献２）。
【０００３】
また、近年、撮像ユニットを構成する小型のレンズや撮像素子が従来よりも比較的安価に作製できるようになってきたため、２個の撮像ユニットを搭載する複眼撮像装置よりも多数（例えば３以上）の撮像ユニットを備えた多眼撮像装置が検討されている。多眼撮像装置は、複数の撮像ユニットで撮影した画像を繋ぎ合わせることにより、各々の撮像ユニットの撮影範囲よりも広範囲を撮影した画像が得られる。また、各撮像ユニットで撮像した画像のうち水平方向（または垂直方向）の１対の画像を用いることにより、立体画像を得ることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１７４１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンパクトデジタルカメラ等の小型かつ薄型のデジタルカメラと同様に、多眼撮像装置も当然に小型かつ薄型であることが望ましい。また、多眼撮像装置においても、通常のデジタルカメラのように撮影範囲を自在に変更するズーム機能があることが好ましい。しかしながら、各撮像ユニットのレンズをズームレンズとすると、撮像ユニット内でレンズを移動させるためのスペースを確保しなければならないので、撮像ユニットの厚みが増し、結果として多眼撮像装置の薄型化を妨げてしまう原因となる。
【０００６】
また、前述のように、２個の撮像ユニットを水平方向に回転させて撮影範囲を拡張する特許文献２の複眼撮像装置はいわゆるパノラマ画像を撮影するものであり、広角レンズで撮影するのと同様の水平方向と垂直方向にともに撮影範囲を拡大することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、広角レンズを用いて撮影するのと同様に、水平方向と垂直方向にともに広範囲を撮影することができる薄型の多眼撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多眼撮像装置は、水平方向に２以上かつ垂直方向に２以上の２次元に配列され、各々にレンズ及び撮像素子を有し、隣接するユニットの撮影範囲の一部が重複する複数の撮像ユニットと、前記撮像ユニットの各々の光軸を前記水平方向または垂直方向傾斜させることにより、各々の前記撮像ユニットが撮影する方向を変化させる手段であり、通常時には、複数の前記撮像ユニットの各光軸を正面方向に向け平行にし、広角撮影時に複数の前記撮像ユニットの光軸を放射状に傾斜させる撮像ユニット傾斜手段と、複数の前記撮像ユニットで得られた画像を合成し、各々の前記撮像ユニットで得られる画像よりも撮影範囲が広い合成画像を生成する画像合成部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
複数の前記撮像ユニットの総数は奇数個であり、前記撮像ユニットの配列の中央に、広角撮影時に前記撮像ユニット傾斜手段によって光軸が傾斜されない前記撮像ユニットを備えることが好ましい。
【００１０】
複数の前記撮像ユニットの各々の水平方向の半画角をθｈ、広角撮影時に前記撮像ユニット傾斜手段によって光軸が傾斜されない前記撮像ユニットの光軸を基準とした水平方向の傾斜角度を｜αｈ｜、垂直方向の半画角をθｖ、垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜、隣接する前記撮像ユニットの撮影範囲の重複率をＲとするときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、広角撮影時に、｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ｝かつ｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ｝を満たす範囲内で前記撮像ユニットを傾斜させることが好ましい。
【００１１】
複数の前記撮像ユニットの総数が偶数個であることが好ましい。
【００１２】
複数の前記撮像ユニットの各々の水平方向の半画角をθｈ、水平方向の傾斜角度を｜αｈ｜、垂直方向の半画角をθｖ、垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜、隣接する前記撮像ユニットの撮影範囲の重複率をＲとするときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、広角撮影時に、｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ）かつ｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｖ）を満たす範囲内で前記撮像ユニットを傾斜させることが好ましい。
【００１３】
前記重複率Ｒが０．１以上であることが好ましい。
【００１４】
複数の前記撮像ユニットは正方形状に配列され、前記重複率Ｒが水平方向と垂直方向とで異なり、前記撮像ユニットの傾斜角度を｜αｈ｜が垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜よりも大きいことが好ましい。
【００１５】
複数の前記撮像ユニットの撮影範囲に重複範囲がない近距離に被写体を置いた接写を行うときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、複数の前記撮像ユニットの光軸を内向きに傾斜させることが好ましい。
【００１６】
複数の前記撮像ユニットの配列間隔が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
複数の前記撮像ユニットは、全て同じレンズ及び撮像素子を有することが好ましい。
【００１８】
前記撮像ユニットは、撮像ユニット傾斜手段によって前記撮像ユニット全体として傾斜されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、広角レンズを用いて撮影するのと同様に、水平方向と垂直方向にともに広範囲を撮影することができる薄型の多眼撮像装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多眼撮像装置の概略的構成を示すブロック図である。
【図２】撮像ユニットの配列及び配置間隔を示す説明図である。
【図３】撮像ユニットの光軸を正面に向けて撮影した場合に得られる合成画像の幅Ｔｈと実効的な画角ΩＴＨを示す説明図である。
【図４】広角撮影時に撮像ユニットが傾斜される態様を示す説明図である。
【図５】撮像ユニットの光軸を放射状に傾けて撮影した場合に得られる合成画像の幅Ｗｈと実行的な画角ΩＷＨを示す説明図である。
【図６】撮像ユニットの傾斜角度が満たす条件を説明するための図である。
【図７】偶数個の撮像ユニットの配列を示す説明図である。
【図８】偶数個の撮像ユニットを用い、撮像ユニットの光軸を正面に向けて撮影した場合に得られる合成画像の幅Ｔｈと実効的な画角ΩＴＨを示す説明図である。
【図９】偶数個の撮像ユニットを用いて広角撮影をする場合の例を示す説明図である。
【図１０】偶数個の撮像ユニットを用い、撮像ユニットの光軸を放射状に傾けて撮影した場合に得られる合成画像の幅Ｗｈと実行的な画角ΩＷＨを示す説明図である。
【図１１】偶数個の撮像ユニットを用いる場合に、撮像ユニットの傾斜角度が満たす条件を説明するための図である。
【図１２】接写を行う場合の例を示す説明図である。
【図１３】接写を行う場合に、撮像ユニットを内向きに傾斜させる例を示す説明図である。
【図１４】測距部を備える例を示す説明図である。
【図１５】レンズを傾斜させる例を示す説明図である。
【図１６】プリズムを挿入して光軸を傾斜させる例を示す説明図である。
【図１７】水平方向にパノラマ画像を撮影する場合の動作態様を示す説明図である。
【図１８】垂直方向にパノラマ画像を撮影する場合の動作態様を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
図１に示すように、多眼撮像装置１０は、複数の撮像ユニットを有する撮像部１１、複数の撮像ユニットで得られた画像を繋ぎ合わせるように合成して１枚の画像を生成する画像合成部１２、各々の撮像ユニットの向きを制御する傾斜制御部１３、ユーザがズーム操作等の操作を入力するための操作部１４等を備える。
【００２２】
撮像部１１は、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの合計９個の撮像ユニットを備える。撮像ユニット１５ａ〜１５ｉは各々に同様のレンズ１６と撮像素子１７を備えている。レンズ１６は、撮像素子１７に対して所定の位置に固定して配置された単焦点レンズであり、撮像素子１７は例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のエリアイメージセンサである。また、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉは、それぞれ傾斜機構１８ａ〜１８ｉ上に設けられている。傾斜機構１８ａ〜１８ｉは、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを水平方向及び垂直方向に各々傾斜させる。傾斜機構１８ａ〜１８ｉによって撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜することにより、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉが傾斜され、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉによって撮影される方向が変化する。
【００２３】
なお、水平方向とは、多眼撮像装置１０を操作部１４の配置等に合わせて通常に把持した場合の水平方向であり、多眼撮像装置１０の横方向である。また、垂直方向とは、通常に多眼撮像装置１０を把持した場合の鉛直方向であり、多眼撮像装置１０の縦方向である。また、傾斜機構１８ａ〜１８ｉによる撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ（光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉ）の傾斜角度は、多眼撮像装置１０の正面方向を基準とした所定角度の範囲内であり、最大傾斜角度は、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの厚さや配置間隔等に応じて、撮影範囲内に他の撮像ユニットが入り込む等の不具合がない範囲内（例えば４５度程度）に定められる。
【００２４】
画像合成部１２は、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉからそれぞれ得られた画像をつなぎあわせるように合成することにより、各々の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得られる画像よりも撮影範囲が大きい合成画像を生成する。画像合成部１２で生成された合成画像は、ディスプレイ（図示しない）に表示されたり、メモリ等の記憶装置（図示しない）に記憶される。
【００２５】
傾斜制御部１３は、操作部１４によってズーム操作がなされたときに、入力されたズームの度合いに応じて、傾斜角度及び傾斜方向を表す傾斜信号を傾斜機構１８ａ〜１８ｉに入力する。これにより、傾斜制御部１３は、各々の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ（光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉ）の傾斜角度及び傾斜方向を制御する。
【００２６】
図２に示すように、９個の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉは、３行３列（３×３）に配列されている。より具体的には、下行右列に撮像ユニット１５ａ、下行中央列に撮像ユニット１５ｂ、下行左列に撮像ユニット１５ｃ、中央行右列に撮像ユニット１５ｄ、中央行中央列（配列の中央）に撮像ユニット１５ｅ、中央行左列に撮像ユニット１５ｆ、上行右列に撮像ユニット１５ｇ、上行中央列に撮像ユニット１５ｈ、上行左列に撮像ユニット１５ｉがそれぞれ配置される。また、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの水平方向（Ｘ方向）の配置間隔Ｄｈは、垂直方向（Ｙ方向）の配置間隔Ｄｖと等しく（Ｄｈ＝Ｄｖ）、約１０ｍｍ程度の間隔で縦横に等間隔に配置されている。傾斜制御部１３及び傾斜機構１８ａ〜１８ｉによって撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させない場合、全ての撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉは多眼撮像装置１０の正面方向（Ｚ方向）に向けられる。多眼撮像装置１０では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉがＺ方向を向き平行な状態で行う撮影が、ズームレンズでいうところのテレ端での撮影に相当する。
【００２７】
例えば、図３に示すように、中央行の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに着目すると、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは何れも同じ構成であるので、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの半画角θ（水平方向の半画角θｈ，垂直方向の半画角θｖ）や各々の撮影範囲（破線で示す）の広さは等しい。また、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、配置間隔Ｄｈをあけて配列されているので、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲は異なるが、被写体Ｈがある程度離れている場合には、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲は一部重複する。こうした重複部分の像に基づいて、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆで得られた画像を画像合成部１２で合成すると、合成画像における水平方向の撮影範囲Ｔｈは、撮像ユニット１５ｄの撮影範囲の端から撮像ユニット１５ｆの撮影範囲の端までの幅になり、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆで得られる各画像における水平方向の撮影範囲Ａｈよりも広い（Ｔｈ＞Ａｈ）。したがって、多眼撮像装置１０（撮像部１１）全体としての実効的な水平画角ΩＴＨは、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの各々の画角２θｈよりも広い（ΩＴＨ＞２θｈ）。
【００２８】
ここでは、中央行の水平方向に並ぶ３個の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに着目したが、垂直方向の各列に着目しても同様である。すなわち、合成画像における垂直方向の撮影範囲Ｔｖは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの垂直方向の撮影範囲Ａｖよりも広い（Ｔｖ＞Ａｖ）。また、多眼撮像装置１０全体としての実効的な垂直画角ΩＴＶは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの画角２θｖよりも広い（ΩＴＶ＞２θｖ）。
【００２９】
広角撮影をする場合には、図４に示すように、中央の撮像ユニット１５ｅを除く８個の撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉが傾けられ、矢印で示すように撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉが放射状に広げられる。このとき、撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉ（光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｄ，Ｌ１５ｆ〜Ｌ１５ｉ）の傾斜方向は各々に異なる。
【００３０】
具体的には、下行右列の撮像ユニット１５ａは、Ｚ方向を基準として、Ｘ方向のマイナス側かつＹ方向のマイナス側に傾けられ、下行中央のＸ方向には傾斜せずＹ方向のマイナス側にだけ傾けられる。下行右列の撮像ユニット１５ｃはＸ方向のプラス側かつＹ方向のマイナス側に傾けられる。また、中央行右列の撮像ユニット１５ｄは、Ｙ方向には傾斜されずＸ方向のマイナス側にだけ傾けられ、中央行左列の撮像ユニット１５ｆはＹ方向には傾斜されずＸ方向のプラス側だけ傾けられる。配列中央の撮像ユニット１５ｅは、広角撮影をする場合にも傾けられず、光軸Ｌ１５ｅはＺ方向に向けられたままである。さらに、上行右列の撮像ユニット１５ｇは、Ｙ方向のプラス側かつＸ方向のマイナス側に傾けられ、上行中央列の撮像ユニット１５ｈはＸ方向には傾斜せずＹ方向のプラス側に傾けられる。上行左列の撮像ユニット１５ｉはＸ方向のプラス側かつＹ方向のプラス側に傾けられる。傾斜機構１８ａ〜１８ｄ，１８ｆ〜１８ｉによる傾斜角度の上限まで、上述の各方向に撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉを傾斜させた状態での撮影が、ズームレンズでいうところのワイド端での撮影に相当する。
【００３１】
例えば、図５に示すように、中央行の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに着目すると、広角撮影をする場合、撮像ユニット１５ｄは左に、撮像ユニット１５ｆは右にそれぞれ傾けられる。このとき、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆの画角２θｈ（半画角θｈ）に変化はないが、被写体Ｈに対する角度が変化するので、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆで得られる画像における水平方向の撮影範囲Ａｈ’は、傾斜されない中央の撮像ユニット１５ｅの撮影範囲Ａｈよりも広がる（Ａｈ’＞Ａｈ）。このため、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆで撮像された画像を画像合成部１２で合成すると、合成画像の水平方向の幅Ｗｈは、光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを全て正面に向けて撮影した場合の合成画像の水平方向の幅Ｔｈ（図３参照）よりもさらに広がる（Ｗｈ＞Ｔｈ）。同時に、広角撮影をした場合の実効的な水平方向の画角ΩＷＨは、光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを全て正面に向けて撮影した場合の実効的な水平方向の画角ΩＴＨよりもさらに広がる（ΩＷＨ＞ΩＴＨ）。
【００３２】
ここでは、中央行の水平方向に並ぶ３個の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに着目したが、垂直方向の各列に着目しても同様である。すなわち、合成画像における垂直方向の撮影範囲Ｗｖは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの垂直方向の撮影範囲Ａｖよりも広く、さらに、光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを全て正面に向けて撮影した場合の垂直方向の撮影範囲Ｔｖよりも広い（Ｗｖ＞Ｔｖ＞Ａｖ）。また、多眼撮像装置１０全体としての実効的な垂直画角ΩＴＶは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの画角２θｖよりも広く、さらに、光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを全て正面に向けて撮影した場合の垂直方向の撮影範囲Ｔｖよりも広い（ΩＷＶ＞ΩＴＶ＞２θｖ）。
【００３３】
したがって、上述のように光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを放射状に傾斜させた状態で撮影した画像を画像合成部１２で合成して得られる広角の合成画像は、光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを正面（Ｚ方向）に向けたまま撮影した画像を画像合成部１２で合成して得られる合成画像を基準として、Ｘ方向及びＹ方向にともに撮影範囲が拡張された画像になる。また、上述のように光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを放射状に傾斜させて撮影した場合に得られる合成画像は、水平方向及び垂直方向にともに撮影範囲が拡張された画像であるから、水平方向または垂直方向の一方にだけ撮影範囲が拡張されたパノラマ画像とは異なり、広角レンズを用いて撮影するのとほぼ同等に撮影範囲が拡張された画像である。さらに、広角レンズで撮影した画像と比較すると、広角レンズで撮影した画像は、広角レンズは周辺部分の収差が残りやすいので、これに応じて画像の周辺部分に歪み等が生じやすいが、多眼撮像装置１０で得られる合成画像の周辺部分は、傾斜した撮像ユニットの中央近傍での撮影画像になるので、広角レンズで撮影した画像のような収差による周辺部分の歪み等が生じにくい。また、多眼撮像装置１０は、上述のように撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの傾斜によって撮影範囲を切り替える（いわゆるズーム操作）を行うので、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉにズームレンズを搭載する必要はなく、多眼撮像装置１０を薄型に構成することができる。
【００３４】
なお、上述のように、広角撮影のために撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜する場合、以下に説明する条件を満たすように撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの各傾斜角度を決定することが好ましい。
【００３５】
なお、多眼撮像装置１０は、前述のように各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得た画像を画像合成部１２によって繋ぎ合わせるように合成することによって、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの各々の撮影範囲よりも広い範囲を撮影した合成画像を生成する。単に各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得た画像の端を継ぎ足すだけでは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲が重複する箇所の像が複数現れ、不自然な画像になる。このため、画像合成部１２は、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲が重複する箇所の像が継ぎ目なく重なるように、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得た画像を合成する。したがって、多眼撮像装置１０で自然に撮影範囲を拡大した合成画像を得るためには、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲がある程度重複していることが前提となる。より具体的には、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲に、光軸を正面に向けた場合の撮影範囲（図３及び図５における撮影範囲Ａ）を基準として、概ね１０％以上の重複範囲があることが好ましく、２０％以上の重複範囲があることが特に好ましい。
【００３６】
このことは、広角撮影のために撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜する場合にも同様であるため、操作部１４を通じて撮影範囲を変える操作が行われた場合、傾斜制御部１３は、以下に説明する条件を満たす範囲内で撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させる。
【００３７】
図６に示すように、傾斜されない撮像ユニット１５ｅの光軸Ｌ１５ｅと、広角撮影のために傾斜された撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆの光軸Ｌ１５ｄ，Ｌ１５ｆが水平方向になす角（以下、水平方向の傾斜角度という）をαｈとする。また、被写体Ｈまでの距離をｄ、光軸を正面に向けた撮像ユニット１５ｅの基準となる撮影範囲をＡ、撮像ユニット１５ｅの撮影範囲Ａｈと撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆの撮影範囲の重複部分をＢｈとする。また、撮像ユニット１５ｅと、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆ間の間隔（撮像ユニットの中心間距離）はＤｈであり、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの半画角はθｈである。このとき、基準の撮影範囲ＡｈはＡｈ＝２ｄｔａｎθｈであり、重複部分ＢｈはＢｈ＝Ｚｔａｎαｈ＋Ｚｔａｎ（θｈ−αｈ）＋Ｚｔａｎθｈ−（Ｄｈ＋Ｚｔａｎαｈ）である。したがって、撮影範囲の重複率Ｒは、Ｒ＝Ｂｈ／Ａｈ＝｛ｔａｎ（θｈ−αｈ）＋ｔａｎθｈ−Ｄｈ／Ｚ｝／２ｔａｎθｈと表される。これにより、水平方向の傾斜角度αｈは重複率Ｒを用いてαｈ＝θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ＋Ｄｈ／ｄ｝と表される。
【００３８】
また、被写体Ｈまでの距離ｄが撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの水平方向の配置間隔Ｄｈに比べて大きい場合には、Ｄｈ／ｄ≒０とみなすことができる。極端な接写をする場合を除けば、被写体Ｈまでの距離は例えば２００ｍｍ以上であり、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの水平方向の配置間隔Ｄｈは前述のように約１０ｍｍなので、多眼撮像装置１０を普通に使用する場合、被写体Ｈまでの距離ｄが撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの水平方向の配置間隔Ｄｈに比べて大きいという条件はほぼ常に満たされる。このため、被写体Ｈまでの距離ｄが十分に遠い場合には、重複率ＲはＲ＝｛ｔａｎ（θｈ−αｈ）＋ｔａｎθｈ｝／２ｔａｎθｈであり、水平方向の傾斜角度αｈは重複率Ｒを用いてαｈ＝θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ｝と表される。
【００３９】
こうしたことから、傾斜制御部１０は、予め定められた重複率Ｒに基づき、傾斜角度αｈが｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ｝を満たす範囲内で撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆを傾斜させる。また、合成画像における水平方向の撮影範囲Ｗｈは、水平方向の傾斜角度αｈを用いてＷｈ＝２ｄｔａｎ（θｈ−αｈ）＋２Ｄｈで表されるので、傾斜角度αｈを決定することにより、撮影範囲Ｗｈは一義的に決まる。したがって、操作部１４によるズーム操作は、傾斜角度αｈを指定するものであり、最も広角の撮影範囲Ｗｈｍａｘは、重複率Ｒと撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの半画角θｈによって、Ｗｈｍａｘ＝２ｄ（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ＋２Ｄｈとなる。
【００４０】
なお、水平方向を例に説明したが、垂直方向についても同様である。すなわち、垂直方向の傾斜角度αｖは、重複率Ｒ，撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの垂直方向の配置間隔Ｄｖ，被写体Ｈまでの距離ｄ，撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの半画角θｖを用いてαｈ＝θｖ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ＋Ｄｖ／ｄ｝で表される。このため、傾斜制御部１０は、予め定められた重複率Ｒに基づき、垂直方向の傾斜角度αｖが｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ｝を満たす範囲内で撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを垂直方向に傾斜させる。また、合成画像における垂直方向の撮影範囲Ｗｖは、垂直方向の傾斜角度αｖを用いてＷｖ＝２ｄｔａｎ（θｖ−αｈ）＋２Ｄｖで表され、最も広角の撮影範囲Ｗｖｍａｘは、Ｗｖｍａｘ＝２ｄ（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ＋２Ｄｖとなる。
【００４１】
［第２実施形態］
なお、上述の第１実施形態では、３×３の配列で奇数個の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉが配列され、撮像部１１の中央に、広角撮影時にも傾斜されない撮像ユニット１５ｅがある例を説明したが、偶数個の撮像ユニットを配列し、撮像部１１の中央に広角撮影時に傾斜されない撮像ユニットがない場合にも本発明は好適である。以下、その一例として２×２の配列で撮像ユニットが配列された場合の例を説明する。
【００４２】
図７に示すように、撮像部１１として、２×２の配列で、合計４個の撮像ユニット２５ａ〜２５ｄを配列する。また、簡単のため、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｈは等しいとする。この場合、撮像部１１の中央には撮像ユニットがないので、中央に撮像部１１全体としての光軸Ｌ０を定める。
【００４３】
図８に示すように、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面（Ｚ方向）に向けて撮影する場合、合成画像の水平方向の撮影範囲Ｔｈは、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの撮影範囲Ａｈよりも大きい（Ｔｈ＞Ａｈ）。また、光軸Ｌ０を基準に測った撮像部１１全体としての画角ΩＴＨも、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの画角２θｈよりも大きい（ΩＴＨ＞２θｈ）。
【００４４】
ここでは、水平方向を例に挙げたが、垂直方向についても同様であり、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面（Ｚ方向）に向けて撮影する場合、合成画像の垂直方向の撮影範囲Ｔｖは、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの撮影範囲Ａｖよりも大きい（Ｔｖ＞Ａｖ）。また、光軸Ｌ０を基準に測った撮像部１１全体としての垂直方向の画角ΩＴＶも、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの画角２θｖよりも大きい（ΩＴＶ＞２θｖ）。
【００４５】
一方、図９に示すように、広角撮影をする場合、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄは全て傾斜される。このとき、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの傾斜方向は、各々に異なる。具体的には、撮像ユニット２５ａはＸ方向のマイナス側かつＹ方向のマイナス側に傾けられ、撮像ユニット２５ｂはＸ方向のプラス側かつＹ方向のマイナス側に傾けられる。同様に、撮像ユニット２５ｃはＸ方向のマイナス側かつＹ方向のプラス側に、撮像ユニット２５ｄはＸ方向のプラス側かつＹ方向のプラス側に傾けられる。これにより、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄは、撮像部１１全体としての光軸Ｌ０を基準に、放射状に広げられる。
【００４６】
このように、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを放射状に傾斜させると、図１０に示すように、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの撮影範囲Ａｈ’は、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面に向けて撮影する場合の撮影範囲Ａｈよりも広がる（Ａｈ’＞Ａｈ）。このため、撮像部１１全体としての画角ΩＷＨは、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを全て正面に向けて撮影する場合の画角ΩＴＨよりも大きくなる（ΩＷＨ＞ΩＴＨ）。
【００４７】
ここでは、水平方向を例に挙げたが、垂直方向についても同様である。すなわち、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの垂直方向の撮影範囲Ａｖ’は、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面に向けて撮影する場合の撮影範囲Ａｖよりも広がり（Ａｖ’＞Ａｖ）、撮像部１１全体としての垂直方向の画角ΩＷＶは、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを全て正面に向けて撮影する場合の画角ΩＴＶよりも大きくなる（ΩＷＶ＞ΩＴＶ）。
【００４８】
したがって、撮像部１１を２×２の偶数個の撮像ユニット２５ａ〜２５ｄで構成する場合にも、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを放射状に傾斜させた状態で得られる合成画像は、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面に向けたまま撮影して得られる合成画像を基準として、Ｘ方向及びＹ方向にともに撮影範囲が拡張された画像になる。こうして多眼撮像装置１０で広角撮影をすることにより得られる合成画像がパノラマ画像と異なることは前述の第１実施形態で説明したとおりである。
【００４９】
なお、前述の第１実施形態では自然な合成画像を得るために、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲に重複があることが好ましい旨説明したが、これは、上述の第２実施形態のように、偶数個の撮像ユニットを配列し、撮像部１１の中央に広角撮影時にも傾斜されない撮像ユニットがない場合も同様である。上述の第２実施形態の場合、図１１に示すように、撮像部１１全体としての光軸Ｌ０上に、光軸が正面を向いた仮想撮像ユニット２６を考え、その撮影範囲Ａｈを基準とする。また、光軸Ｌ０を基準として測った撮像ユニット２５ａ及び撮像ユニット２５ｂの水平方向の傾斜角度をαｈとする。そして、撮像ユニット２５ａの撮影範囲と撮像ユニット２５ｂの撮影範囲の重複範囲Ｂｈとし、重複率ＲをＲ＝Ｂｈ／Ａｈで定める。こうすると、基準の撮影範囲Ａｈは、Ａｈ＝２ｄｔａｎθｈであり、重複範囲ＢｈはＢｈ＝２ｄｔａｎ（θｈ−αｈ）−Ｄｈで表され、重複率ＲはＲ＝｛２ｄｔａｎ（θｈ−αｈ）−Ｄｈ｝／２ｄｔａｎθｈである。このため水平方向の傾斜角度αｈは、αｈ＝θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ＋Ｄｈ／２ｄ）である。
【００５０】
また、被写体Ｈまでの距離ｄが撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの水平方向の配置間隔Ｄｈに比べて大きい場合には、Ｄｈ／２ｄ≒０とみなすことができるので、傾斜角度αｈはαｈ＝θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ）である。このため、傾斜制御部１０は、予め定められた重複率Ｒに基づき、水平方向の傾斜角度αｈが｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ）を満たす範囲内で撮像ユニット２５ａ〜２５ｄを傾斜させる。また、合成画像における水平方向の撮影範囲Ｗｈは、水平方向の傾斜角度αｈを用いて、Ｗｈ＝２ｄｔａｎ（θｈ＋αｈ）＋Ｄｈで表されるので、傾斜角度αｈを決定することにより、撮影範囲Ｗｈは一義的に決まる。
【００５１】
なお、主要な被写体は撮影範囲の中央付近にあることが多い。しかし、上述の第２実施形態のように、撮影範囲の中央に広角撮影時にも傾斜されない撮像ユニットがない場合、合成画像の中央部分で各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄで得た画像が継ぎ合わされることになる。このため、上述の第１実施形態と第２実施形態とを比較すると、画像の継ぎ目が主要な被写体を含む中央部分にないので、第１実施形態のように、広角撮影時にも傾斜されない撮像ユニット１５ｅがある態様が特に好ましい。
【００５２】
なお、上述の第１，第２実施形態では、被写体Ｈまでの距離ｄが撮像ユニットの配置間隔Ｄｈ，Ｄｖと比較して十分に大きく、Ｄｈ／ｄ，Ｄｖ／ｄ（第２実施形態ではＤｈ／２ｄ，Ｄｖ／２ｄ）が０と見なせる例を説明したが、多眼撮像装置１０を用いて接写をする場合には、以下のようにすることが好ましい。
【００５３】
図１２に示すように、多眼撮像装置１０に極めて近い被写体Ｈ’を撮影する場合、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲Ａｈが重複せず、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲Ａｈの間に被写体Ｈ’の一部に撮影されない部分Ｋが生じる。撮影されない部分Ｋがある場合に、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆで撮影した画像を画像合成部１２によって合成すると、上手く合成されずにエラーが生じたり、合成画像が生成されても実際の被写体Ｈ’とは異なる不自然な画像となってしまう。このため、図１３に示すように、撮影されない部分Ｋが生じないように、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆを内向き（各光軸Ｌ１５ｄ，Ｌ１５ｆを撮像ユニット１５ｅの光軸Ｌ１５ｅに近づける向き）に傾斜させることが好ましい。このように、接写をする場合に、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆを内向きに傾斜させる場合、合成画像の撮影範囲Ｗｈ’は撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲Ａｈよりも広い。また、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの内向きの傾斜角度βｈは、中央の撮像ユニット１５ｅの撮影範囲Ａｈを基準として、重複率Ｒに応じて幾何学的に定まる所定の範囲内で決定されることが好ましい。なお、ここでは、水平方向を例に挙げたが、垂直方向についても同様である。また、ここでは第１実施形態の多眼撮像装置１０で接写をする場合を例に説明したが、第２実施形態の多眼撮像装置３１の場合も同様である。
【００５４】
また、上述のように、接写に対応して、撮像ユニットを内向きに傾斜することがある場合には、被写体が多眼撮像装置に近いか否かを算出する必要がある。このため、図１４に示す多眼撮像装置３１のように、測距部３２を設けておくことが好ましい。測距部３２は、例えば、中央の撮像ユニット１５ｅから画像を取得した画像に基づいて、被写体Ｈ（Ｈ’）までの距離ｄを算出する。測距部３２は、算出した被写体Ｈ（Ｈ’）までの距離ｄは、傾斜制御部１３に入力し、傾斜制御部１３は、入力された距離ｄが所定値ｄ０以上の場合に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを外向きに放射状に傾斜させ、入力された距離ｄが所定値ｄ０よりも近い場合に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに傾斜させるようにする。所定値ｄ０は、例えば、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲に必ず十分な重複が生じる距離に予め定めれば良い（図１２参照）。
【００５５】
なお、ここでは、測距部３２が中央の撮像ユニット１５ｅから得た画像に基づいて被写体Ｈ（Ｈ’）までの距離を算出するが、測距部３２は赤外線センサ等により直接的に被写体Ｈ（Ｈ’）と多眼撮像装置３１の距離を算出するものでも良い。第２実施形態のように、偶数個の撮像ユニット２５ａ〜２５ｄを用いる場合、中央に傾斜しない撮像ユニットがないので、直接的に被写体Ｈ（Ｈ’）と多眼撮像装置３１の距離を算出する態様が好ましい。
【００５６】
また、多眼撮像装置３１が備える測距部３２は、被写体Ｈが十分に遠い場合にも有用である。例えば、上述の第１，第２実施形態では、Ｄｈ／ｄ，Ｄｖ／ｄ（第２実施形態ではＤｈ／２ｄ，Ｄｖ／２ｄ）が０と見なせるものとして、傾斜角度αｈ，αｖの範囲を定めたが、測距部３２がある場合には、この項を近似しない式（第１実施形態：αｈ＝θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ＋Ｄｈ／ｄ｝，第２実施形態：αｈ＝θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ＋Ｄｈ／２ｄ））に基づいて傾斜角度αｈの範囲を定めることができる。垂直方向の傾斜角度αｖも同様である。Ｄｈ／ｄ，Ｄｖ／ｄ，Ｄｈ／２ｄ，Ｄｖ／２ｄが小さいが、０とはみなせない程度の中距離的な場合にも同様である。
【００５７】
なお、ここでは測距部３２で算出した被写体Ｈ（Ｈ’）までの距離ｄが所定値ｄ０よりも近い場合に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに傾斜させるようにする例を説明したが、被写体までの距離ｄが所定値ｄ０よりも遠い場合に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに放射状に傾斜させるようにしても良い。すなわち、上述の第１実施形態では、遠い被写体Ｈを広角撮影するときに、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを外向き（各光軸が開く向き）に放射状に各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを傾斜させる例を説明したが、上述の変形例のように内向き（各光軸が閉じる向き）に放射状に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させるようにしても良い。第２実施形態の多眼撮像装置３１の場合も同様である。
【００５８】
距離ｄが所定値ｄ０よりも遠い被写体Ｈを撮影する場合に撮像ユニットを内向きに放射状に傾斜させると、上下、左右の各撮像ユニットによる主な被写体Ｈの撮影範囲が逆転する。例えば、図１２に示すように撮像ユニットを傾斜させない場合には、中央の撮像ユニット１５ｅの撮影範囲を基準として、左側の撮像ユニット１５ｄは主に被写体Ｈの左側を、右側の撮像ユニット１５ｆは主に被写体Ｈの右側をそれぞれ撮影するが、図１３に示すように撮像ユニット１５ｄ，１５ｆを内向きに傾斜させると、左側の撮像ユニット１５ｄは主に被写体Ｈの右側を、右側の撮像ユニット１５ｆは主に被写体Ｈの左側を撮影する。撮像ユニット１５ｅの上側（上行）の撮像ユニット１５ｈと下側（下行）の撮像ユニット１５ｂ等についても同様である。
【００５９】
また、内向きに撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させると（図１３参照）、撮像ユニットを外向きに傾斜させる場合（図５参照）と同等か、それ以上に撮影範囲は広角になる。
【００６０】
したがって、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに放射状に傾けて遠い被写体Ｈを撮影する場合には、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得られた画像の上下左右の配置を逆転して合成することにより、外向きに傾斜させる場合と同程度かそれ以上の広角の合成画像を得ることができる。
【００６１】
上述のように、近い被写体Ｈ’も遠い被写体Ｈも、内向きに撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させて撮影する場合、前述の変形例で説明した測距、及び被写体の距離に応じて撮像ユニットの傾斜方向を切り替える必要がなくなるという利点がある。また、外向きに撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させる場合よりも、隣接する各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲の重複部分を確保し易くなるという利点もある。
【００６２】
また、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに傾斜させて遠い被写体Ｈを撮影して得た合成画像では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉの傾斜角度が大きいために、周辺部分の像が伸びる傾向にあるため、単に広角の撮影画像というだけでなく、魚眼レンズで撮影した画像のように臨場感がある画像が得られる。
【００６３】
このため、周辺部分の像が伸びていな自然な広角の撮影画像が得られるように、各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを外向きに放射状に傾斜させる第１撮影モードと、より臨場感のある画像が得られるように、各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを内向きに放射状に傾斜させる第２撮像モードの２つの撮影モードを遠景撮影用に設けておいても良い。また、こうして撮影モードの切り替えを行う場合、接写用には、第２撮像モードと同様に各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを内向きに放射状に傾斜させる第３撮像モードを設けておけば良い。
【００６４】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄ自体を各々に傾斜させる例を説明したがこれに限らない。例えば、図１５に示すように、撮像ユニット内のレンズ１６だけを傾斜させることにより、各撮像ユニットの光軸を傾斜させるようにしても良い。また、図１６に示すように、プリズムＰ１５ｄ，Ｐ１５ｆ等の光学部材を撮像ユニットの前に挿抜自在に設け、これを撮像ユニットの前面に挿抜することにより、各撮像ユニットの光軸を傾斜させても良い。
【００６５】
なお、上述の第１，第２実施形態では、広角撮影をするために放射状に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄを傾斜させる例を説明したが、多眼撮像装置１０でパノラマ画像を得ることもできる。例えば、図１７に示すように、右列の撮像ユニット１５ａ，１５ｄ，１５ｇを、Ｙ方向には傾斜させずにＸ方向のマイナス側に傾け、中央列の撮像ユニット１５ｂ，１５ｅ，１５ｈを傾斜させず、左列の撮像ユニット１５ｃ，１５ｆ，１５ｉを、Ｙ方向には傾斜させずにＸ方向のプラス側にだけ傾ける。こうすることにより、水平方向（Ｘ方向）にだけ撮影範囲が拡張されたパノラマ画像を撮影することができる。同様に、図１８に示すように、下行の撮像ユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃをＸ方向には傾斜させずにＹ方向のマイナス側に傾け、中央行の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆを傾斜させず、上行の撮像ユニット１５ｇ，１５ｈ，１５ｉをＸ方向には傾斜させずにＹ方向のプラス側にだけ傾斜させれば、垂直方向（Ｙ方向）にだけ撮影範囲が拡張されたパノラマ画像を撮影することができる。これは第２実施形態のように、偶数個の撮像ユニットを用いる場合も同様である。
【００６６】
なお、上述の第１，第２実施形態では、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖが等しく、正方形状に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄを配列する例を説明したが、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖは異なっていても良い。例えば、撮像素子１７の撮像面は、多くの場合、正方形ではなく、水平方向に長い長方形である。このため、水平方向の配置間隔Ｄｈは垂直方向の配置間隔Ｄｖよりも大きいことが好ましい（Ｄｈ＞Ｄｖ）。具体的には、撮像素子１７が縦（Ｙ方向）：横（Ｘ方向）＝３：４の長方形の場合、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔ＤｖもＤｈ：Ｄｖ＝３：４とすることが好ましい。こうして、撮像素子１７の撮像面の形状に合わせて撮像ユニットを配列すると、各撮像ユニットの垂直方向の撮影範囲の重複部分を確保するために、水平方向の撮影範囲が過剰に重複する等の無駄が生じない。また、水平方向の撮影範囲を適切な重複範囲としたために、垂直方向の撮影範囲が重複しなくなる等の不具合も生じない。
【００６７】
なお、ここでは水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖを調節する例を説明したが、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖを調節する代わりに水平方向の傾斜角度αｈと垂直方向の傾斜角度αｖが異なるようにしても良い。これは、水平方向と垂直方向とで重複率Ｒを変え、水平方向の重複率をＲｈ、垂直方向の重複率をＲｖとすれば良い。より具体的には、撮像素子１７が縦（Ｙ方向）：横（Ｘ方向）＝３：４の長方形の場合、水平方向の重複率Ｒｈ、垂直方向の重複率ＲｖがＲｈ：Ｒｖ＝３：４になるようにすれば良い。こうすると、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄが正方形状に配列されている場合でも、各撮像ユニットの垂直方向の撮影範囲の重複部分を確保するために、水平方向の撮影範囲が過剰に重複する等の無駄が生じない。また、水平方向の撮影範囲を適切な重複範囲としたために、垂直方向の撮影範囲が重複しなくなる等の不具合も生じない。但し、水平方向の重複率Ｒｈ、垂直方向の重複率Ｒｖはいずれも１０％以上であることが好ましく、２０％以上であることが特に好ましい。
【００６８】
また、上述の第１，第２実施形態では３×３や２×２と、正方形状に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄを配列する例を説明したが、撮像ユニットの配列はこれに限らない。例えば、撮像素子１７の撮像面の形状に合わせて、３（垂直方向）×４（水平方向）の１２個の撮像ユニットを長方形に配列しても良い。この場合、撮像ユニットは偶数個なので、第２実施形態と同様の態様になる。また、３×５等の奇数個の撮像ユニットを用いる場合には、第１実施形態と同様の態様となる。このとき、撮像ユニットの総数は任意であるが、水平方向，垂直方向にともに撮影範囲を拡大するためには、水平方向，垂直方向にともに２以上の撮像ユニットが配列されるようにしなければならない。水平方向または垂直方向に４以上の撮像ユニットを配置する場合の各撮像ユニットの傾斜角度の決定方法は、上述の第１，第２実施形態に準じる。すなわち、水平方向または垂直方向に４以上の撮像ユニットを配置する場合、隣接する撮像ユニットの撮影範囲が予め定めた重複率Ｒ以上に重複するように、各撮像ユニットの傾斜角度を幾何学的に決定すれば良い。
【００６９】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニットの水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖが約１０ｍｍの例を説明したが、撮像ユニットの水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖは各々任意である。但し、撮像ユニットの水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖは、いずれも約１０ｍｍ以下であることが好ましい。これは、撮像ユニットの配置間隔が広がると、各撮像ユニットの撮影範囲が重複する被写体距離が遠くになり、撮影可能な被写体距離が制限されるからである。撮像ユニットの水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖが約１０ｍｍ以下であれば、例えば、紙面上の文字列、人物、風景等の日常的な被写体を概ね問題なく撮影することができる。
【００７０】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄのレンズ１６は固定焦点レンズである例を説明したが、多眼撮像装置１０，３１が厚型化しない範囲内で、レンズ１６をズームレンズとしても良い。このように、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄのレンズ１６をズームレンズにし、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄの傾斜とレンズ１６のズーミングにより、合成画像の撮影範囲をより拡大したり、主要被写体を拡大しつつ広範囲に撮影したりすることができるようになる。
【００７１】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄは、全て同じ構成（レンズ１６，撮像素子１７が同じもの）である例を説明したが、各撮像ユニットでレンズ１６や撮像素子１７を異なるものとしても良い。また、各撮像ユニットで、レンズ１６や撮像素子１７を異なるものとする場合には、各撮像ユニットのレンズや撮像素子の態様に合わせて、配置間隔等を決定しても良い。また、例えば、第１実施形態の場合には、中央の撮像ユニット１５ｅに大面積のレンズ及び撮像素子を用い、周辺の他の撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉには小面積のレンズ及び撮像素子を用いることにより、中央に写されやすい主要被写体を撮像ユニット１５ｅだけで安定して撮影されやすく、主要被写体に画像合成による継ぎ目等の不具合がより生じ難くなるようにしても良い。但し、コストを低減するためには、撮像ユニットは全部同じ構成のものであることが好ましい。
【００７２】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉがレンズ１６及び撮像素子１７を備える例を説明したが、これらは撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの構成を代表する一部の部材であり、各々絞りや実質的にパワーを有さないレンズ、カバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構、焦点調節機構等の機構部分、等を備えていても良い。また、図１等では簡単のためにレンズ１６を１枚のレンズであるかのように図示したが、レンズ１６は２以上から構成されていても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１０，３１ 多眼撮像装置
１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄ 撮像ユニット
１６ レンズ
１７ 撮像素子
１８ａ〜１８ｉ 傾斜機構
２６ 仮想撮像ユニット
３２ 測距部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像ユニットを複数有する多眼撮像装置に関するものであり、さらに詳しくは、広角撮影機能を有する多眼撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２個の撮像ユニットを横並びに備え、これらの撮像ユニットによって視差のある２枚画像を撮像することにより、いわゆる立体画像が得られる複眼撮像装置が知られている。複眼撮像装置のなかには、単に２個の撮像ユニットを所定距離離して設置したものだけでなく、各々の撮像ユニットの水平方向への回転や移動を可能とすることにより、輻輳角や基線長を調節するものが知られている（特許文献１）。また、各撮像ユニットの回転を利用することにより、立体画像を得るだけでなく、水平方向に撮影範囲を広げた通常の画像（いわゆるパノラマ画像）を得られるようにした複眼撮像装置も知られている（特許文献２）。
【０００３】
また、近年、撮像ユニットを構成する小型のレンズや撮像素子が従来よりも比較的安価に作製できるようになってきたため、２個の撮像ユニットを搭載する複眼撮像装置よりも多数（例えば３以上）の撮像ユニットを備えた多眼撮像装置が検討されている。多眼撮像装置は、複数の撮像ユニットで撮影した画像を繋ぎ合わせることにより、各々の撮像ユニットの撮影範囲よりも広範囲を撮影した画像が得られる。また、各撮像ユニットで撮像した画像のうち水平方向（または垂直方向）の１対の画像を用いることにより、立体画像を得ることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１７４１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンパクトデジタルカメラ等の小型かつ薄型のデジタルカメラと同様に、多眼撮像装置も当然に小型かつ薄型であることが望ましい。また、多眼撮像装置においても、通常のデジタルカメラのように撮影範囲を自在に変更するズーム機能があることが好ましい。しかしながら、各撮像ユニットのレンズをズームレンズとすると、撮像ユニット内でレンズを移動させるためのスペースを確保しなければならないので、撮像ユニットの厚みが増し、結果として多眼撮像装置の薄型化を妨げてしまう原因となる。
【０００６】
また、前述のように、２個の撮像ユニットを水平方向に回転させて撮影範囲を拡張する特許文献２の複眼撮像装置はいわゆるパノラマ画像を撮影するものであり、広角レンズで撮影するのと同様の水平方向と垂直方向にともに撮影範囲を拡大することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、広角レンズを用いて撮影するのと同様に、水平方向と垂直方向にともに広範囲を撮影することができる薄型の多眼撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多眼撮像装置は、水平方向に２以上かつ垂直方向に２以上の２次元に配列され、各々にレンズ及び撮像素子を有し、隣接するユニットの撮影範囲の一部が重複する複数の撮像ユニットと、前記撮像ユニットの各々の光軸を前記水平方向または垂直方向傾斜させることにより、各々の前記撮像ユニットが撮影する方向を変化させる手段であり、通常時には、複数の前記撮像ユニットの各光軸を正面方向に向け平行にし、広角撮影時に複数の前記撮像ユニットの光軸を放射状に傾斜させる撮像ユニット傾斜手段と、複数の前記撮像ユニットで得られた画像を合成し、各々の前記撮像ユニットで得られる画像よりも撮影範囲が広い合成画像を生成する画像合成部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
複数の前記撮像ユニットの総数は奇数個であり、前記撮像ユニットの配列の中央に、広角撮影時に前記撮像ユニット傾斜手段によって光軸が傾斜されない前記撮像ユニットを備えることが好ましい。
【００１０】
複数の前記撮像ユニットの各々の水平方向の半画角をθｈ、広角撮影時に前記撮像ユニット傾斜手段によって光軸が傾斜されない前記撮像ユニットの光軸を基準とした水平方向の傾斜角度を｜αｈ｜、垂直方向の半画角をθｖ、垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜、隣接する前記撮像ユニットの撮影範囲の重複率をＲとするときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、広角撮影時に、｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ｝かつ｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ｝を満たす範囲内で前記撮像ユニットを傾斜させることが好ましい。
【００１１】
複数の前記撮像ユニットの総数が偶数個であることが好ましい。
【００１２】
複数の前記撮像ユニットの各々の水平方向の半画角をθｈ、水平方向の傾斜角度を｜αｈ｜、垂直方向の半画角をθｖ、垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜、隣接する前記撮像ユニットの撮影範囲の重複率をＲとするときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、広角撮影時に、｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ）かつ｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｖ）を満たす範囲内で前記撮像ユニットを傾斜させることが好ましい。
【００１３】
前記重複率Ｒが０．１以上であることが好ましい。
【００１４】
複数の前記撮像ユニットは正方形状に配列され、前記重複率Ｒが水平方向と垂直方向とで異なり、前記撮像ユニットの傾斜角度を｜αｈ｜が垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜よりも大きいことが好ましい。
【００１５】
複数の前記撮像ユニットの撮影範囲に重複範囲がない近距離に被写体を置いた接写を行うときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、複数の前記撮像ユニットの光軸を内向きに傾斜させることが好ましい。
【００１６】
複数の前記撮像ユニットの配列間隔が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
複数の前記撮像ユニットは、全て同じレンズ及び撮像素子を有することが好ましい。
【００１８】
前記撮像ユニットは、撮像ユニット傾斜手段によって前記撮像ユニット全体として傾斜されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、広角レンズを用いて撮影するのと同様に、水平方向と垂直方向にともに広範囲を撮影することができる薄型の多眼撮像装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多眼撮像装置の概略的構成を示すブロック図である。
【図２】撮像ユニットの配列及び配置間隔を示す説明図である。
【図３】撮像ユニットの光軸を正面に向けて撮影した場合に得られる合成画像の幅Ｔｈと実効的な画角ΩＴＨを示す説明図である。
【図４】広角撮影時に撮像ユニットが傾斜される態様を示す説明図である。
【図５】撮像ユニットの光軸を放射状に傾けて撮影した場合に得られる合成画像の幅Ｗｈと実行的な画角ΩＷＨを示す説明図である。
【図６】撮像ユニットの傾斜角度が満たす条件を説明するための図である。
【図７】偶数個の撮像ユニットの配列を示す説明図である。
【図８】偶数個の撮像ユニットを用い、撮像ユニットの光軸を正面に向けて撮影した場合に得られる合成画像の幅Ｔｈと実効的な画角ΩＴＨを示す説明図である。
【図９】偶数個の撮像ユニットを用いて広角撮影をする場合の例を示す説明図である。
【図１０】偶数個の撮像ユニットを用い、撮像ユニットの光軸を放射状に傾けて撮影した場合に得られる合成画像の幅Ｗｈと実行的な画角ΩＷＨを示す説明図である。
【図１１】偶数個の撮像ユニットを用いる場合に、撮像ユニットの傾斜角度が満たす条件を説明するための図である。
【図１２】接写を行う場合の例を示す説明図である。
【図１３】接写を行う場合に、撮像ユニットを内向きに傾斜させる例を示す説明図である。
【図１４】測距部を備える例を示す説明図である。
【図１５】レンズを傾斜させる例を示す説明図である。
【図１６】プリズムを挿入して光軸を傾斜させる例を示す説明図である。
【図１７】水平方向にパノラマ画像を撮影する場合の動作態様を示す説明図である。
【図１８】垂直方向にパノラマ画像を撮影する場合の動作態様を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
図１に示すように、多眼撮像装置１０は、複数の撮像ユニットを有する撮像部１１、複数の撮像ユニットで得られた画像を繋ぎ合わせるように合成して１枚の画像を生成する画像合成部１２、各々の撮像ユニットの向きを制御する傾斜制御部１３、ユーザがズーム操作等の操作を入力するための操作部１４等を備える。
【００２２】
撮像部１１は、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの合計９個の撮像ユニットを備える。撮像ユニット１５ａ〜１５ｉは各々に同様のレンズ１６と撮像素子１７を備えている。レンズ１６は、撮像素子１７に対して所定の位置に固定して配置された単焦点レンズであり、撮像素子１７は例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のエリアイメージセンサである。また、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉは、それぞれ傾斜機構１８ａ〜１８ｉ上に設けられている。傾斜機構１８ａ〜１８ｉは、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを水平方向及び垂直方向に各々傾斜させる。傾斜機構１８ａ〜１８ｉによって撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜することにより、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉが傾斜され、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉによって撮影される方向が変化する。
【００２３】
なお、水平方向とは、多眼撮像装置１０を操作部１４の配置等に合わせて通常に把持した場合の水平方向であり、多眼撮像装置１０の横方向である。また、垂直方向とは、通常に多眼撮像装置１０を把持した場合の鉛直方向であり、多眼撮像装置１０の縦方向である。また、傾斜機構１８ａ〜１８ｉによる撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ（光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉ）の傾斜角度は、多眼撮像装置１０の正面方向を基準とした所定角度の範囲内であり、最大傾斜角度は、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの厚さや配置間隔等に応じて、撮影範囲内に他の撮像ユニットが入り込む等の不具合がない範囲内（例えば４５度程度）に定められる。
【００２４】
画像合成部１２は、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉからそれぞれ得られた画像をつなぎあわせるように合成することにより、各々の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得られる画像よりも撮影範囲が大きい合成画像を生成する。画像合成部１２で生成された合成画像は、ディスプレイ（図示しない）に表示されたり、メモリ等の記憶装置（図示しない）に記憶される。
【００２５】
傾斜制御部１３は、操作部１４によってズーム操作がなされたときに、入力されたズームの度合いに応じて、傾斜角度及び傾斜方向を表す傾斜信号を傾斜機構１８ａ〜１８ｉに入力する。これにより、傾斜制御部１３は、各々の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ（光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉ）の傾斜角度及び傾斜方向を制御する。
【００２６】
図２に示すように、９個の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉは、３行３列（３×３）に配列されている。より具体的には、下行右列に撮像ユニット１５ａ、下行中央列に撮像ユニット１５ｂ、下行左列に撮像ユニット１５ｃ、中央行右列に撮像ユニット１５ｄ、中央行中央列（配列の中央）に撮像ユニット１５ｅ、中央行左列に撮像ユニット１５ｆ、上行右列に撮像ユニット１５ｇ、上行中央列に撮像ユニット１５ｈ、上行左列に撮像ユニット１５ｉがそれぞれ配置される。また、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの水平方向（Ｘ方向）の配置間隔Ｄｈは、垂直方向（Ｙ方向）の配置間隔Ｄｖと等しく（Ｄｈ＝Ｄｖ）、約１０ｍｍ程度の間隔で縦横に等間隔に配置されている。傾斜制御部１３及び傾斜機構１８ａ〜１８ｉによって撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させない場合、全ての撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉは多眼撮像装置１０の正面方向（Ｚ方向）に向けられる。多眼撮像装置１０では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉがＺ方向を向き平行な状態で行う撮影が、ズームレンズでいうところのテレ端での撮影に相当する。
【００２７】
例えば、図３に示すように、中央行の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに着目すると、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは何れも同じ構成であるので、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの半画角θ（水平方向の半画角θｈ，垂直方向の半画角θｖ）や各々の撮影範囲（破線で示す）の広さは等しい。また、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、配置間隔Ｄｈをあけて配列されているので、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲は異なるが、被写体Ｈがある程度離れている場合には、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲は一部重複する。こうした重複部分の像に基づいて、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆで得られた画像を画像合成部１２で合成すると、合成画像における水平方向の撮影範囲Ｔｈは、撮像ユニット１５ｄの撮影範囲の端から撮像ユニット１５ｆの撮影範囲の端までの幅になり、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆで得られる各画像における水平方向の撮影範囲Ａｈよりも広い（Ｔｈ＞Ａｈ）。したがって、多眼撮像装置１０（撮像部１１）全体としての実効的な水平画角ΩＴＨは、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの各々の画角２θｈよりも広い（ΩＴＨ＞２θｈ）。
【００２８】
ここでは、中央行の水平方向に並ぶ３個の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに着目したが、垂直方向の各列に着目しても同様である。すなわち、合成画像における垂直方向の撮影範囲Ｔｖは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの垂直方向の撮影範囲Ａｖよりも広い（Ｔｖ＞Ａｖ）。また、多眼撮像装置１０全体としての実効的な垂直画角ΩＴＶは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの画角２θｖよりも広い（ΩＴＶ＞２θｖ）。
【００２９】
広角撮影をする場合には、図４に示すように、中央の撮像ユニット１５ｅを除く８個の撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉが傾けられ、矢印で示すように撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉが放射状に広げられる。このとき、撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉ（光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｄ，Ｌ１５ｆ〜Ｌ１５ｉ）の傾斜方向は各々に異なる。
【００３０】
具体的には、下行右列の撮像ユニット１５ａは、Ｚ方向を基準として、Ｘ方向のマイナス側かつＹ方向のマイナス側に傾けられ、下行中央のＸ方向には傾斜せずＹ方向のマイナス側にだけ傾けられる。下行右列の撮像ユニット１５ｃはＸ方向のプラス側かつＹ方向のマイナス側に傾けられる。また、中央行右列の撮像ユニット１５ｄは、Ｙ方向には傾斜されずＸ方向のマイナス側にだけ傾けられ、中央行左列の撮像ユニット１５ｆはＹ方向には傾斜されずＸ方向のプラス側だけ傾けられる。配列中央の撮像ユニット１５ｅは、広角撮影をする場合にも傾けられず、光軸Ｌ１５ｅはＺ方向に向けられたままである。さらに、上行右列の撮像ユニット１５ｇは、Ｙ方向のプラス側かつＸ方向のマイナス側に傾けられ、上行中央列の撮像ユニット１５ｈはＸ方向には傾斜せずＹ方向のプラス側に傾けられる。上行左列の撮像ユニット１５ｉはＸ方向のプラス側かつＹ方向のプラス側に傾けられる。傾斜機構１８ａ〜１８ｄ，１８ｆ〜１８ｉによる傾斜角度の上限まで、上述の各方向に撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉを傾斜させた状態での撮影が、ズームレンズでいうところのワイド端での撮影に相当する。
【００３１】
例えば、図５に示すように、中央行の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに着目すると、広角撮影をする場合、撮像ユニット１５ｄは左に、撮像ユニット１５ｆは右にそれぞれ傾けられる。このとき、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆの画角２θｈ（半画角θｈ）に変化はないが、被写体Ｈに対する角度が変化するので、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆで得られる画像における水平方向の撮影範囲Ａｈ’は、傾斜されない中央の撮像ユニット１５ｅの撮影範囲Ａｈよりも広がる（Ａｈ’＞Ａｈ）。このため、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆで撮像された画像を画像合成部１２で合成すると、合成画像の水平方向の幅Ｗｈは、光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを全て正面に向けて撮影した場合の合成画像の水平方向の幅Ｔｈ（図３参照）よりもさらに広がる（Ｗｈ＞Ｔｈ）。同時に、広角撮影をした場合の実効的な水平方向の画角ΩＷＨは、光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを全て正面に向けて撮影した場合の実効的な水平方向の画角ΩＴＨよりもさらに広がる（ΩＷＨ＞ΩＴＨ）。
【００３２】
ここでは、中央行の水平方向に並ぶ３個の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆに着目したが、垂直方向の各列に着目しても同様である。すなわち、合成画像における垂直方向の撮影範囲Ｗｖは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの垂直方向の撮影範囲Ａｖよりも広く、さらに、光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを全て正面に向けて撮影した場合の垂直方向の撮影範囲Ｔｖよりも広い（Ｗｖ＞Ｔｖ＞Ａｖ）。また、多眼撮像装置１０全体としての実効的な垂直画角ΩＴＶは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの画角２θｖよりも広く、さらに、光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを全て正面に向けて撮影した場合の垂直方向の撮影範囲Ｔｖよりも広い（ΩＷＶ＞ΩＴＶ＞２θｖ）。
【００３３】
したがって、上述のように光軸Ｌ１５ａ〜１５ｉを放射状に傾斜させた状態で撮影した画像を画像合成部１２で合成して得られる広角の合成画像は、光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを正面（Ｚ方向）に向けたまま撮影した画像を画像合成部１２で合成して得られる合成画像を基準として、Ｘ方向及びＹ方向にともに撮影範囲が拡張された画像になる。また、上述のように光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを放射状に傾斜させて撮影した場合に得られる合成画像は、水平方向及び垂直方向にともに撮影範囲が拡張された画像であるから、水平方向または垂直方向の一方にだけ撮影範囲が拡張されたパノラマ画像とは異なり、広角レンズを用いて撮影するのとほぼ同等に撮影範囲が拡張された画像である。さらに、広角レンズで撮影した画像と比較すると、広角レンズで撮影した画像は、広角レンズは周辺部分の収差が残りやすいので、これに応じて画像の周辺部分に歪み等が生じやすいが、多眼撮像装置１０で得られる合成画像の周辺部分は、傾斜した撮像ユニットの中央近傍での撮影画像になるので、広角レンズで撮影した画像のような収差による周辺部分の歪み等が生じにくい。また、多眼撮像装置１０は、上述のように撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの傾斜によって撮影範囲を切り替える（いわゆるズーム操作）を行うので、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉにズームレンズを搭載する必要はなく、多眼撮像装置１０を薄型に構成することができる。
【００３４】
なお、上述のように、広角撮影のために撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜する場合、以下に説明する条件を満たすように撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの各傾斜角度を決定することが好ましい。
【００３５】
なお、多眼撮像装置１０は、前述のように各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得た画像を画像合成部１２によって繋ぎ合わせるように合成することによって、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの各々の撮影範囲よりも広い範囲を撮影した合成画像を生成する。単に各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得た画像の端を継ぎ足すだけでは、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲が重複する箇所の像が複数現れ、不自然な画像になる。このため、画像合成部１２は、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲が重複する箇所の像が継ぎ目なく重なるように、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得た画像を合成する。したがって、多眼撮像装置１０で自然に撮影範囲を拡大した合成画像を得るためには、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲がある程度重複していることが前提となる。より具体的には、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲に、光軸を正面に向けた場合の撮影範囲（図３及び図５における撮影範囲Ａ）を基準として、概ね１０％以上の重複範囲があることが好ましく、２０％以上の重複範囲があることが特に好ましい。
【００３６】
このことは、広角撮影のために撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜する場合にも同様であるため、操作部１４を通じて撮影範囲を変える操作が行われた場合、傾斜制御部１３は、以下に説明する条件を満たす範囲内で撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させる。
【００３７】
図６に示すように、傾斜されない撮像ユニット１５ｅの光軸Ｌ１５ｅと、広角撮影のために傾斜された撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆの光軸Ｌ１５ｄ，Ｌ１５ｆが水平方向になす角（以下、水平方向の傾斜角度という）をαｈとする。また、被写体Ｈまでの距離をｄ、光軸を正面に向けた撮像ユニット１５ｅの基準となる撮影範囲をＡ、撮像ユニット１５ｅの撮影範囲Ａｈと撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆの撮影範囲の重複部分をＢｈとする。また、撮像ユニット１５ｅと、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆ間の間隔（撮像ユニットの中心間距離）はＤｈであり、各撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの半画角はθｈである。このとき、基準の撮影範囲ＡｈはＡｈ＝２ｄｔａｎθｈであり、重複部分ＢｈはＢｈ＝Ｚｔａｎαｈ＋Ｚｔａｎ（θｈ−αｈ）＋Ｚｔａｎθｈ−（Ｄｈ＋Ｚｔａｎαｈ）である。したがって、撮影範囲の重複率Ｒは、Ｒ＝Ｂｈ／Ａｈ＝｛ｔａｎ（θｈ−αｈ）＋ｔａｎθｈ−Ｄｈ／Ｚ｝／２ｔａｎθｈと表される。これにより、水平方向の傾斜角度αｈは重複率Ｒを用いてαｈ＝θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ＋Ｄｈ／ｄ｝と表される。
【００３８】
また、被写体Ｈまでの距離ｄが撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの水平方向の配置間隔Ｄｈに比べて大きい場合には、Ｄｈ／ｄ≒０とみなすことができる。極端な接写をする場合を除けば、被写体Ｈまでの距離は例えば２００ｍｍ以上であり、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの水平方向の配置間隔Ｄｈは前述のように約１０ｍｍなので、多眼撮像装置１０を普通に使用する場合、被写体Ｈまでの距離ｄが撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの水平方向の配置間隔Ｄｈに比べて大きいという条件はほぼ常に満たされる。このため、被写体Ｈまでの距離ｄが十分に遠い場合には、重複率ＲはＲ＝｛ｔａｎ（θｈ−αｈ）＋ｔａｎθｈ｝／２ｔａｎθｈであり、水平方向の傾斜角度αｈは重複率Ｒを用いてαｈ＝θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ｝と表される。
【００３９】
こうしたことから、傾斜制御部１０は、予め定められた重複率Ｒに基づき、傾斜角度αｈが｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ｝を満たす範囲内で撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆを傾斜させる。また、合成画像における水平方向の撮影範囲Ｗｈは、水平方向の傾斜角度αｈを用いてＷｈ＝２ｄｔａｎ（θｈ−αｈ）＋２Ｄｈで表されるので、傾斜角度αｈを決定することにより、撮影範囲Ｗｈは一義的に決まる。したがって、操作部１４によるズーム操作は、傾斜角度αｈを指定するものであり、最も広角の撮影範囲Ｗｈｍａｘは、重複率Ｒと撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの半画角θｈによって、Ｗｈｍａｘ＝２ｄ（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ＋２Ｄｈとなる。
【００４０】
なお、水平方向を例に説明したが、垂直方向についても同様である。すなわち、垂直方向の傾斜角度αｖは、重複率Ｒ，撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの垂直方向の配置間隔Ｄｖ，被写体Ｈまでの距離ｄ，撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの半画角θｖを用いてαｈ＝θｖ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ＋Ｄｖ／ｄ｝で表される。このため、傾斜制御部１０は、予め定められた重複率Ｒに基づき、垂直方向の傾斜角度αｖが｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ｝を満たす範囲内で撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを垂直方向に傾斜させる。また、合成画像における垂直方向の撮影範囲Ｗｖは、垂直方向の傾斜角度αｖを用いてＷｖ＝２ｄｔａｎ（θｖ−αｈ）＋２Ｄｖで表され、最も広角の撮影範囲Ｗｖｍａｘは、Ｗｖｍａｘ＝２ｄ（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ＋２Ｄｖとなる。
【００４１】
［第２実施形態］
なお、上述の第１実施形態では、３×３の配列で奇数個の撮像ユニット１５ａ〜１５ｉが配列され、撮像部１１の中央に、広角撮影時にも傾斜されない撮像ユニット１５ｅがある例を説明したが、偶数個の撮像ユニットを配列し、撮像部１１の中央に広角撮影時に傾斜されない撮像ユニットがない場合にも本発明は好適である。以下、その一例として２×２の配列で撮像ユニットが配列された場合の例を説明する。
【００４２】
図７に示すように、撮像部１１として、２×２の配列で、合計４個の撮像ユニット２５ａ〜２５ｄを配列する。また、簡単のため、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｈは等しいとする。この場合、撮像部１１の中央には撮像ユニットがないので、中央に撮像部１１全体としての光軸Ｌ０を定める。
【００４３】
図８に示すように、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面（Ｚ方向）に向けて撮影する場合、合成画像の水平方向の撮影範囲Ｔｈは、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの撮影範囲Ａｈよりも大きい（Ｔｈ＞Ａｈ）。また、光軸Ｌ０を基準に測った撮像部１１全体としての画角ΩＴＨも、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの画角２θｈよりも大きい（ΩＴＨ＞２θｈ）。
【００４４】
ここでは、水平方向を例に挙げたが、垂直方向についても同様であり、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面（Ｚ方向）に向けて撮影する場合、合成画像の垂直方向の撮影範囲Ｔｖは、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの撮影範囲Ａｖよりも大きい（Ｔｖ＞Ａｖ）。また、光軸Ｌ０を基準に測った撮像部１１全体としての垂直方向の画角ΩＴＶも、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの画角２θｖよりも大きい（ΩＴＶ＞２θｖ）。
【００４５】
一方、図９に示すように、広角撮影をする場合、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄは全て傾斜される。このとき、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの傾斜方向は、各々に異なる。具体的には、撮像ユニット２５ａはＸ方向のマイナス側かつＹ方向のマイナス側に傾けられ、撮像ユニット２５ｂはＸ方向のプラス側かつＹ方向のマイナス側に傾けられる。同様に、撮像ユニット２５ｃはＸ方向のマイナス側かつＹ方向のプラス側に、撮像ユニット２５ｄはＸ方向のプラス側かつＹ方向のプラス側に傾けられる。これにより、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄは、撮像部１１全体としての光軸Ｌ０を基準に、放射状に広げられる。
【００４６】
このように、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを放射状に傾斜させると、図１０に示すように、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの撮影範囲Ａｈ’は、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面に向けて撮影する場合の撮影範囲Ａｈよりも広がる（Ａｈ’＞Ａｈ）。このため、撮像部１１全体としての画角ΩＷＨは、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを全て正面に向けて撮影する場合の画角ΩＴＨよりも大きくなる（ΩＷＨ＞ΩＴＨ）。
【００４７】
ここでは、水平方向を例に挙げたが、垂直方向についても同様である。すなわち、各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの垂直方向の撮影範囲Ａｖ’は、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面に向けて撮影する場合の撮影範囲Ａｖよりも広がり（Ａｖ’＞Ａｖ）、撮像部１１全体としての垂直方向の画角ΩＷＶは、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを全て正面に向けて撮影する場合の画角ΩＴＶよりも大きくなる（ΩＷＶ＞ΩＴＶ）。
【００４８】
したがって、撮像部１１を２×２の偶数個の撮像ユニット２５ａ〜２５ｄで構成する場合にも、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを放射状に傾斜させた状態で得られる合成画像は、光軸Ｌ２５ａ〜Ｌ２５ｄを正面に向けたまま撮影して得られる合成画像を基準として、Ｘ方向及びＹ方向にともに撮影範囲が拡張された画像になる。こうして多眼撮像装置１０で広角撮影をすることにより得られる合成画像がパノラマ画像と異なることは前述の第１実施形態で説明したとおりである。
【００４９】
なお、前述の第１実施形態では自然な合成画像を得るために、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲に重複があることが好ましい旨説明したが、これは、上述の第２実施形態のように、偶数個の撮像ユニットを配列し、撮像部１１の中央に広角撮影時にも傾斜されない撮像ユニットがない場合も同様である。上述の第２実施形態の場合、図１１に示すように、撮像部１１全体としての光軸Ｌ０上に、光軸が正面を向いた仮想撮像ユニット２６を考え、その撮影範囲Ａｈを基準とする。また、光軸Ｌ０を基準として測った撮像ユニット２５ａ及び撮像ユニット２５ｂの水平方向の傾斜角度をαｈとする。そして、撮像ユニット２５ａの撮影範囲と撮像ユニット２５ｂの撮影範囲の重複範囲Ｂｈとし、重複率ＲをＲ＝Ｂｈ／Ａｈで定める。こうすると、基準の撮影範囲Ａｈは、Ａｈ＝２ｄｔａｎθｈであり、重複範囲ＢｈはＢｈ＝２ｄｔａｎ（θｈ−αｈ）−Ｄｈで表され、重複率ＲはＲ＝｛２ｄｔａｎ（θｈ−αｈ）−Ｄｈ｝／２ｄｔａｎθｈである。このため水平方向の傾斜角度αｈは、αｈ＝θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ＋Ｄｈ／２ｄ）である。
【００５０】
また、被写体Ｈまでの距離ｄが撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの水平方向の配置間隔Ｄｈに比べて大きい場合には、Ｄｈ／２ｄ≒０とみなすことができるので、傾斜角度αｈはαｈ＝θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ）である。このため、傾斜制御部１０は、予め定められた重複率Ｒに基づき、水平方向の傾斜角度αｈが｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ）を満たす範囲内で撮像ユニット２５ａ〜２５ｄを傾斜させる。また、合成画像における水平方向の撮影範囲Ｗｈは、水平方向の傾斜角度αｈを用いて、Ｗｈ＝２ｄｔａｎ（θｈ＋αｈ）＋Ｄｈで表されるので、傾斜角度αｈを決定することにより、撮影範囲Ｗｈは一義的に決まる。
【００５１】
なお、主要な被写体は撮影範囲の中央付近にあることが多い。しかし、上述の第２実施形態のように、撮影範囲の中央に広角撮影時にも傾斜されない撮像ユニットがない場合、合成画像の中央部分で各撮像ユニット２５ａ〜２５ｄで得た画像が継ぎ合わされることになる。このため、上述の第１実施形態と第２実施形態とを比較すると、画像の継ぎ目が主要な被写体を含む中央部分にないので、第１実施形態のように、広角撮影時にも傾斜されない撮像ユニット１５ｅがある態様が特に好ましい。
【００５２】
なお、上述の第１，第２実施形態では、被写体Ｈまでの距離ｄが撮像ユニットの配置間隔Ｄｈ，Ｄｖと比較して十分に大きく、Ｄｈ／ｄ，Ｄｖ／ｄ（第２実施形態ではＤｈ／２ｄ，Ｄｖ／２ｄ）が０と見なせる例を説明したが、多眼撮像装置１０を用いて接写をする場合には、以下のようにすることが好ましい。
【００５３】
図１２に示すように、多眼撮像装置１０に極めて近い被写体Ｈ’を撮影する場合、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲Ａｈが重複せず、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲Ａｈの間に被写体Ｈ’の一部に撮影されない部分Ｋが生じる。撮影されない部分Ｋがある場合に、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆで撮影した画像を画像合成部１２によって合成すると、上手く合成されずにエラーが生じたり、合成画像が生成されても実際の被写体Ｈ’とは異なる不自然な画像となってしまう。このため、図１３に示すように、撮影されない部分Ｋが生じないように、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆを内向き（各光軸Ｌ１５ｄ，Ｌ１５ｆを撮像ユニット１５ｅの光軸Ｌ１５ｅに近づける向き）に傾斜させることが好ましい。このように、接写をする場合に、撮像ユニット１５ｄ及び撮像ユニット１５ｆを内向きに傾斜させる場合、合成画像の撮影範囲Ｗｈ’は撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの撮影範囲Ａｈよりも広い。また、撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの内向きの傾斜角度βｈは、中央の撮像ユニット１５ｅの撮影範囲Ａｈを基準として、重複率Ｒに応じて幾何学的に定まる所定の範囲内で決定されることが好ましい。なお、ここでは、水平方向を例に挙げたが、垂直方向についても同様である。また、ここでは第１実施形態の多眼撮像装置１０で接写をする場合を例に説明したが、第２実施形態の多眼撮像装置３１の場合も同様である。
【００５４】
また、上述のように、接写に対応して、撮像ユニットを内向きに傾斜することがある場合には、被写体が多眼撮像装置に近いか否かを算出する必要がある。このため、図１４に示す多眼撮像装置３１のように、測距部３２を設けておくことが好ましい。測距部３２は、例えば、中央の撮像ユニット１５ｅから画像を取得した画像に基づいて、被写体Ｈ（Ｈ’）までの距離ｄを算出する。測距部３２は、算出した被写体Ｈ（Ｈ’）までの距離ｄは、傾斜制御部１３に入力し、傾斜制御部１３は、入力された距離ｄが所定値ｄ０以上の場合に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを外向きに放射状に傾斜させ、入力された距離ｄが所定値ｄ０よりも近い場合に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに傾斜させるようにする。所定値ｄ０は、例えば、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲に必ず十分な重複が生じる距離に予め定めれば良い（図１２参照）。
【００５５】
なお、ここでは、測距部３２が中央の撮像ユニット１５ｅから得た画像に基づいて被写体Ｈ（Ｈ’）までの距離を算出するが、測距部３２は赤外線センサ等により直接的に被写体Ｈ（Ｈ’）と多眼撮像装置３１の距離を算出するものでも良い。第２実施形態のように、偶数個の撮像ユニット２５ａ〜２５ｄを用いる場合、中央に傾斜しない撮像ユニットがないので、直接的に被写体Ｈ（Ｈ’）と多眼撮像装置３１の距離を算出する態様が好ましい。
【００５６】
また、多眼撮像装置３１が備える測距部３２は、被写体Ｈが十分に遠い場合にも有用である。例えば、上述の第１，第２実施形態では、Ｄｈ／ｄ，Ｄｖ／ｄ（第２実施形態ではＤｈ／２ｄ，Ｄｖ／２ｄ）が０と見なせるものとして、傾斜角度αｈ，αｖの範囲を定めたが、測距部３２がある場合には、この項を近似しない式（第１実施形態：αｈ＝θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ＋Ｄｈ／ｄ｝，第２実施形態：αｈ＝θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ＋Ｄｈ／２ｄ））に基づいて傾斜角度αｈの範囲を定めることができる。垂直方向の傾斜角度αｖも同様である。Ｄｈ／ｄ，Ｄｖ／ｄ，Ｄｈ／２ｄ，Ｄｖ／２ｄが小さいが、０とはみなせない程度の中距離的な場合にも同様である。
【００５７】
なお、ここでは測距部３２で算出した被写体Ｈ（Ｈ’）までの距離ｄが所定値ｄ０よりも近い場合に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに傾斜させるようにする例を説明したが、被写体までの距離ｄが所定値ｄ０よりも遠い場合に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに放射状に傾斜させるようにしても良い。すなわち、上述の第１実施形態では、遠い被写体Ｈを広角撮影するときに、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを外向き（各光軸が開く向き）に放射状に各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを傾斜させる例を説明したが、上述の変形例のように内向き（各光軸が閉じる向き）に放射状に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させるようにしても良い。第２実施形態の多眼撮像装置３１の場合も同様である。
【００５８】
距離ｄが所定値ｄ０よりも遠い被写体Ｈを撮影する場合に撮像ユニットを内向きに放射状に傾斜させると、上下、左右の各撮像ユニットによる主な被写体Ｈの撮影範囲が逆転する。例えば、図１２に示すように撮像ユニットを傾斜させない場合には、中央の撮像ユニット１５ｅの撮影範囲を基準として、左側の撮像ユニット１５ｄは主に被写体Ｈの左側を、右側の撮像ユニット１５ｆは主に被写体Ｈの右側をそれぞれ撮影するが、図１３に示すように撮像ユニット１５ｄ，１５ｆを内向きに傾斜させると、左側の撮像ユニット１５ｄは主に被写体Ｈの右側を、右側の撮像ユニット１５ｆは主に被写体Ｈの左側を撮影する。撮像ユニット１５ｅの上側（上行）の撮像ユニット１５ｈと下側（下行）の撮像ユニット１５ｂ等についても同様である。
【００５９】
また、内向きに撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させると（図１３参照）、撮像ユニットを外向きに傾斜させる場合（図５参照）と同等か、それ以上に撮影範囲は広角になる。
【００６０】
したがって、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに放射状に傾けて遠い被写体Ｈを撮影する場合には、各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉで得られた画像の上下左右の配置を逆転して合成することにより、外向きに傾斜させる場合と同程度かそれ以上の広角の合成画像を得ることができる。
【００６１】
上述のように、近い被写体Ｈ’も遠い被写体Ｈも、内向きに撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させて撮影する場合、前述の変形例で説明した測距、及び被写体の距離に応じて撮像ユニットの傾斜方向を切り替える必要がなくなるという利点がある。また、外向きに撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを傾斜させる場合よりも、隣接する各撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの撮影範囲の重複部分を確保し易くなるという利点もある。
【００６２】
また、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉを内向きに傾斜させて遠い被写体Ｈを撮影して得た合成画像では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉの傾斜角度が大きいために、周辺部分の像が伸びる傾向にあるため、単に広角の撮影画像というだけでなく、魚眼レンズで撮影した画像のように臨場感がある画像が得られる。
【００６３】
このため、周辺部分の像が伸びていな自然な広角の撮影画像が得られるように、各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを外向きに放射状に傾斜させる第１撮影モードと、より臨場感のある画像が得られるように、各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを内向きに放射状に傾斜させる第２撮像モードの２つの撮影モードを遠景撮影用に設けておいても良い。また、こうして撮影モードの切り替えを行う場合、接写用には、第２撮像モードと同様に各光軸Ｌ１５ａ〜Ｌ１５ｉを内向きに放射状に傾斜させる第３撮像モードを設けておけば良い。
【００６４】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄ自体を各々に傾斜させる例を説明したがこれに限らない。例えば、図１５に示すように、撮像ユニット内のレンズ１６だけを傾斜させることにより、各撮像ユニットの光軸を傾斜させるようにしても良い。また、図１６に示すように、プリズムＰ１５ｄ，Ｐ１５ｆ等の光学部材を撮像ユニットの前に挿抜自在に設け、これを撮像ユニットの前面に挿抜することにより、各撮像ユニットの光軸を傾斜させても良い。
【００６５】
なお、上述の第１，第２実施形態では、広角撮影をするために放射状に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄを傾斜させる例を説明したが、多眼撮像装置１０でパノラマ画像を得ることもできる。例えば、図１７に示すように、右列の撮像ユニット１５ａ，１５ｄ，１５ｇを、Ｙ方向には傾斜させずにＸ方向のマイナス側に傾け、中央列の撮像ユニット１５ｂ，１５ｅ，１５ｈを傾斜させず、左列の撮像ユニット１５ｃ，１５ｆ，１５ｉを、Ｙ方向には傾斜させずにＸ方向のプラス側にだけ傾ける。こうすることにより、水平方向（Ｘ方向）にだけ撮影範囲が拡張されたパノラマ画像を撮影することができる。同様に、図１８に示すように、下行の撮像ユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃをＸ方向には傾斜させずにＹ方向のマイナス側に傾け、中央行の撮像ユニット１５ｄ，１５ｅ，１５ｆを傾斜させず、上行の撮像ユニット１５ｇ，１５ｈ，１５ｉをＸ方向には傾斜させずにＹ方向のプラス側にだけ傾斜させれば、垂直方向（Ｙ方向）にだけ撮影範囲が拡張されたパノラマ画像を撮影することができる。これは第２実施形態のように、偶数個の撮像ユニットを用いる場合も同様である。
【００６６】
なお、上述の第１，第２実施形態では、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖが等しく、正方形状に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄを配列する例を説明したが、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖは異なっていても良い。例えば、撮像素子１７の撮像面は、多くの場合、正方形ではなく、水平方向に長い長方形である。このため、水平方向の配置間隔Ｄｈは垂直方向の配置間隔Ｄｖよりも大きいことが好ましい（Ｄｈ＞Ｄｖ）。具体的には、撮像素子１７が縦（Ｙ方向）：横（Ｘ方向）＝３：４の長方形の場合、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔ＤｖもＤｈ：Ｄｖ＝３：４とすることが好ましい。こうして、撮像素子１７の撮像面の形状に合わせて撮像ユニットを配列すると、各撮像ユニットの垂直方向の撮影範囲の重複部分を確保するために、水平方向の撮影範囲が過剰に重複する等の無駄が生じない。また、水平方向の撮影範囲を適切な重複範囲としたために、垂直方向の撮影範囲が重複しなくなる等の不具合も生じない。
【００６７】
なお、ここでは水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖを調節する例を説明したが、水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖを調節する代わりに水平方向の傾斜角度αｈと垂直方向の傾斜角度αｖが異なるようにしても良い。これは、水平方向と垂直方向とで重複率Ｒを変え、水平方向の重複率をＲｈ、垂直方向の重複率をＲｖとすれば良い。より具体的には、撮像素子１７が縦（Ｙ方向）：横（Ｘ方向）＝３：４の長方形の場合、水平方向の重複率Ｒｈ、垂直方向の重複率ＲｖがＲｈ：Ｒｖ＝３：４になるようにすれば良い。こうすると、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄが正方形状に配列されている場合でも、各撮像ユニットの垂直方向の撮影範囲の重複部分を確保するために、水平方向の撮影範囲が過剰に重複する等の無駄が生じない。また、水平方向の撮影範囲を適切な重複範囲としたために、垂直方向の撮影範囲が重複しなくなる等の不具合も生じない。但し、水平方向の重複率Ｒｈ、垂直方向の重複率Ｒｖはいずれも１０％以上であることが好ましく、２０％以上であることが特に好ましい。
【００６８】
また、上述の第１，第２実施形態では３×３や２×２と、正方形状に撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄを配列する例を説明したが、撮像ユニットの配列はこれに限らない。例えば、撮像素子１７の撮像面の形状に合わせて、３（垂直方向）×４（水平方向）の１２個の撮像ユニットを長方形に配列しても良い。この場合、撮像ユニットは偶数個なので、第２実施形態と同様の態様になる。また、３×５等の奇数個の撮像ユニットを用いる場合には、第１実施形態と同様の態様となる。このとき、撮像ユニットの総数は任意であるが、水平方向，垂直方向にともに撮影範囲を拡大するためには、水平方向，垂直方向にともに２以上の撮像ユニットが配列されるようにしなければならない。水平方向または垂直方向に４以上の撮像ユニットを配置する場合の各撮像ユニットの傾斜角度の決定方法は、上述の第１，第２実施形態に準じる。すなわち、水平方向または垂直方向に４以上の撮像ユニットを配置する場合、隣接する撮像ユニットの撮影範囲が予め定めた重複率Ｒ以上に重複するように、各撮像ユニットの傾斜角度を幾何学的に決定すれば良い。
【００６９】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニットの水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖが約１０ｍｍの例を説明したが、撮像ユニットの水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖは各々任意である。但し、撮像ユニットの水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖは、いずれも約１０ｍｍ以下であることが好ましい。これは、撮像ユニットの配置間隔が広がると、各撮像ユニットの撮影範囲が重複する被写体距離が遠くになり、撮影可能な被写体距離が制限されるからである。撮像ユニットの水平方向の配置間隔Ｄｈと垂直方向の配置間隔Ｄｖが約１０ｍｍ以下であれば、例えば、紙面上の文字列、人物、風景等の日常的な被写体を概ね問題なく撮影することができる。
【００７０】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄのレンズ１６は固定焦点レンズである例を説明したが、多眼撮像装置１０，３１が厚型化しない範囲内で、レンズ１６をズームレンズとしても良い。このように、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄのレンズ１６をズームレンズにし、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄの傾斜とレンズ１６のズーミングにより、合成画像の撮影範囲をより拡大したり、主要被写体を拡大しつつ広範囲に撮影したりすることができるようになる。
【００７１】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄは、全て同じ構成（レンズ１６，撮像素子１７が同じもの）である例を説明したが、各撮像ユニットでレンズ１６や撮像素子１７を異なるものとしても良い。また、各撮像ユニットで、レンズ１６や撮像素子１７を異なるものとする場合には、各撮像ユニットのレンズや撮像素子の態様に合わせて、配置間隔等を決定しても良い。また、例えば、第１実施形態の場合には、中央の撮像ユニット１５ｅに大面積のレンズ及び撮像素子を用い、周辺の他の撮像ユニット１５ａ〜１５ｄ，１５ｆ〜１５ｉには小面積のレンズ及び撮像素子を用いることにより、中央に写されやすい主要被写体を撮像ユニット１５ｅだけで安定して撮影されやすく、主要被写体に画像合成による継ぎ目等の不具合がより生じ難くなるようにしても良い。但し、コストを低減するためには、撮像ユニットは全部同じ構成のものであることが好ましい。
【００７２】
なお、上述の第１，第２実施形態では、撮像ユニット１５ａ〜１５ｉがレンズ１６及び撮像素子１７を備える例を説明したが、これらは撮像ユニット１５ａ〜１５ｉの構成を代表する一部の部材であり、各々絞りや実質的にパワーを有さないレンズ、カバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構、焦点調節機構等の機構部分、等を備えていても良い。また、図１等では簡単のためにレンズ１６を１枚のレンズであるかのように図示したが、レンズ１６は２以上から構成されていても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１０，３１ 多眼撮像装置
１５ａ〜１５ｉ，２５ａ〜２５ｄ 撮像ユニット
１６ レンズ
１７ 撮像素子
１８ａ〜１８ｉ 傾斜機構
２６ 仮想撮像ユニット
３２ 測距部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に２以上かつ垂直方向に２以上の２次元に配列され、各々にレンズ及び撮像素子を有し、隣接するユニットの撮影範囲の一部が重複する複数の撮像ユニットと、
前記撮像ユニットの各々の光軸を前記水平方向または垂直方向傾斜させることにより、各々の前記撮像ユニットが撮影する方向を変化させる手段であり、通常時には、複数の前記撮像ユニットの各光軸を正面方向に向け平行にし、広角撮影時に複数の前記撮像ユニットの光軸を放射状に傾斜させる撮像ユニット傾斜手段と、
複数の前記撮像ユニットで得られた画像を合成し、各々の前記撮像ユニットで得られる画像よりも撮影範囲が広い合成画像を生成する画像合成手段と、
を備えることを特徴とする多眼撮像装置。
【請求項２】
複数の前記撮像ユニットの総数は奇数個であり、
前記撮像ユニットの配列の中央に、広角撮影時に前記撮像ユニット傾斜手段によって光軸が傾斜されない前記撮像ユニットを備えることを特徴とする請求項１記載の多眼撮像装置。
【請求項３】
複数の前記撮像ユニットの各々の水平方向の半画角をθｈ、広角撮影時に前記撮像ユニット傾斜手段によって光軸が傾斜されない前記撮像ユニットの光軸を基準とした水平方向の傾斜角度を｜αｈ｜、垂直方向の半画角をθｖ、垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜、隣接する前記撮像ユニットの撮影範囲の重複率をＲとするときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、広角撮影時に、｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ｝かつ｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ｝を満たす範囲内で前記撮像ユニットを傾斜させることを特徴とする請求項２記載の多眼撮像装置。
【請求項４】
複数の前記撮像ユニットの総数が偶数個であることを特徴とする請求項１記載の多眼撮像装置。
【請求項５】
複数の前記撮像ユニットの各々の水平方向の半画角をθｈ、水平方向の傾斜角度を｜αｈ｜、垂直方向の半画角をθｖ、垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜、隣接する前記撮像ユニットの撮影範囲の重複率をＲとするときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、広角撮影時に、｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ）かつ｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｖ）を満たす範囲内で前記撮像ユニットを傾斜させることを特徴とする請求項４記載の多眼撮像装置。
【請求項６】
前記重複率Ｒが０．１以上であることを特徴とする請求項３または５に記載の多眼撮像装置。
【請求項７】
複数の前記撮像ユニットは正方形状に配列され、
前記重複率Ｒが水平方向と垂直方向とで異なり、前記撮像ユニットの傾斜角度を｜αｈ｜が垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜よりも大きいことを特徴とする請求項３または５に記載の多眼撮像装置。
【請求項８】
複数の前記撮像ユニットの撮影範囲に重複範囲がない近距離に被写体を置いた接写を行うときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、複数の前記撮像ユニットの光軸を内向きに傾斜させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の多眼撮像装置。
【請求項９】
複数の前記撮像ユニットの配列間隔が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の多眼撮像装置。
【請求項１０】
複数の前記撮像ユニットは、全て同じレンズ及び撮像素子を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の多眼撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像ユニットは、撮像ユニット傾斜手段によって前記撮像ユニット全体として傾斜されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多眼撮像装置。
【請求項１】
水平方向に２以上かつ垂直方向に２以上の２次元に配列され、各々にレンズ及び撮像素子を有し、隣接するユニットの撮影範囲の一部が重複する複数の撮像ユニットと、
前記撮像ユニットの各々の光軸を前記水平方向または垂直方向傾斜させることにより、各々の前記撮像ユニットが撮影する方向を変化させる手段であり、通常時には、複数の前記撮像ユニットの各光軸を正面方向に向け平行にし、広角撮影時に複数の前記撮像ユニットの光軸を放射状に傾斜させる撮像ユニット傾斜手段と、
複数の前記撮像ユニットで得られた画像を合成し、各々の前記撮像ユニットで得られる画像よりも撮影範囲が広い合成画像を生成する画像合成手段と、
を備えることを特徴とする多眼撮像装置。
【請求項２】
複数の前記撮像ユニットの総数は奇数個であり、
前記撮像ユニットの配列の中央に、広角撮影時に前記撮像ユニット傾斜手段によって光軸が傾斜されない前記撮像ユニットを備えることを特徴とする請求項１記載の多眼撮像装置。
【請求項３】
複数の前記撮像ユニットの各々の水平方向の半画角をθｈ、広角撮影時に前記撮像ユニット傾斜手段によって光軸が傾斜されない前記撮像ユニットの光軸を基準とした水平方向の傾斜角度を｜αｈ｜、垂直方向の半画角をθｖ、垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜、隣接する前記撮像ユニットの撮影範囲の重複率をＲとするときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、広角撮影時に、｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｈ｝かつ｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ｛（２Ｒ−１）ｔａｎθｖ｝を満たす範囲内で前記撮像ユニットを傾斜させることを特徴とする請求項２記載の多眼撮像装置。
【請求項４】
複数の前記撮像ユニットの総数が偶数個であることを特徴とする請求項１記載の多眼撮像装置。
【請求項５】
複数の前記撮像ユニットの各々の水平方向の半画角をθｈ、水平方向の傾斜角度を｜αｈ｜、垂直方向の半画角をθｖ、垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜、隣接する前記撮像ユニットの撮影範囲の重複率をＲとするときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、広角撮影時に、｜αｈ｜≦θｈ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｈ）かつ｜αｖ｜≦θｖ−ａｔａｎ（Ｒｔａｎθｖ）を満たす範囲内で前記撮像ユニットを傾斜させることを特徴とする請求項４記載の多眼撮像装置。
【請求項６】
前記重複率Ｒが０．１以上であることを特徴とする請求項３または５に記載の多眼撮像装置。
【請求項７】
複数の前記撮像ユニットは正方形状に配列され、
前記重複率Ｒが水平方向と垂直方向とで異なり、前記撮像ユニットの傾斜角度を｜αｈ｜が垂直方向の傾斜角度を｜αｖ｜よりも大きいことを特徴とする請求項３または５に記載の多眼撮像装置。
【請求項８】
複数の前記撮像ユニットの撮影範囲に重複範囲がない近距離に被写体を置いた接写を行うときに、前記撮像ユニット傾斜手段は、複数の前記撮像ユニットの光軸を内向きに傾斜させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の多眼撮像装置。
【請求項９】
複数の前記撮像ユニットの配列間隔が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の多眼撮像装置。
【請求項１０】
複数の前記撮像ユニットは、全て同じレンズ及び撮像素子を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の多眼撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像ユニットは、撮像ユニット傾斜手段によって前記撮像ユニット全体として傾斜されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多眼撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−４５０３２（Ｐ２０１３−４５０３２Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４３０４（Ｐ２０１１−１８４３０４）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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