撮像光学系および全天球型撮像装置および撮像システム
【課題】全天球型撮像装置に用いられる撮像光学系の、撮像センサを設けた基板により入射光束が遮られる問題を有効に解決し、小型の全天球型撮像装置を実現する。
【解決手段】１８０度より広い画角を持つ広角レンズと、この広角レンズによる像を撮像する撮像センサとによる同一構造の撮像光学系を２つ組み合わせ、各撮像光学系により撮像された像を合成して４πラジアンの立体角内の像を得る全天球型撮像装置における撮像光学系であって、広角レンズは、物体側から像側へ向かって、前群、反射面、後群を配してなり、前記反射面により前群の光軸を前記後群に向かって９０度折り曲げるものであり、基板が、広角レンズの最大画角光線を遮らないように、基板のサイズおよび形状が定められている。
【解決手段】１８０度より広い画角を持つ広角レンズと、この広角レンズによる像を撮像する撮像センサとによる同一構造の撮像光学系を２つ組み合わせ、各撮像光学系により撮像された像を合成して４πラジアンの立体角内の像を得る全天球型撮像装置における撮像光学系であって、広角レンズは、物体側から像側へ向かって、前群、反射面、後群を配してなり、前記反射面により前群の光軸を前記後群に向かって９０度折り曲げるものであり、基板が、広角レンズの最大画角光線を遮らないように、基板のサイズおよび形状が定められている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像光学系および全天球型撮像装置および撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
１８０度より広い画角を持つ広角レンズと、この広角レンズによる像を撮像する撮像センサとによる撮像光学系を２つ組み合わせ、各撮像光学系により撮像された像を合成して「４πラジアンの立体角内の像」を得る全天球型撮像装置が、従来から知られている（特許文献１）。
【０００３】
このような全天球型撮像装置は、同時に全方位の画像情報を取得できるので、例えば、防犯用監視カメラや車載カメラ等に有効に利用できる。近来、全天球型撮像装置を携帯用にもできるように、その小型化が求められている。
【０００４】
例えば、ニュースの取材などの際に、小型の全天球型撮像装置を「手持ち状態」で使用すれば、極めて正確且つ公平な画像情報を撮像できる。
【０００５】
小型の全天球型撮像装置を実現するには、撮像光学系に用いる広角レンズを小型化する必要があるが、良好な画像を撮像するためには、広角レンズにも「それなりの性能」が必要であり、広角レンズを構成するレンズ枚数を少なくすることは困難である。
【０００６】
広角レンズの構成レンズ枚数がある程度多くなると、広角レンズの全長が長くなり、これを２つ「逆向きに組み合わせる」場合、画角を相当に大きくしないと「撮影できない空間部分（各広角レンズに入射する最大画角光束が、互いに重なり合わない空間部分）」が大きくなる。
【０００７】
また、広角レンズを小型化する場合、画角が大きくなると、撮像センサを装荷する基板により、入射光束の一部が遮られ、広角レンズにより結像する画像に、基板の一部が写る事態を生じる。基板には、撮像センサのみならず、撮像センサを駆動する回路素子や外部との電気的接続に必要な回路素子が組み込まれるので、基板のサイズは必然的に「撮像センサのサイズよりも大きく」なるのである。
【０００８】
前記特許文献１には、このような基板による入射光束の「ケラれ」に関する特段の工夫は開示されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、全天球型撮像装置に用いられる撮像光学系の、基板による入射光束が遮られる問題を有効に解決すること、また、小型の全天球型撮像装置や撮像システムの実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の全天球型撮像装置は「１８０度より広い画角を持つ広角レンズと、この広角レンズによる像を撮像する撮像センサとを有する同一構造の撮像光学系を２つ組み合わせ、各撮像光学系により撮像された像を合成して４πラジアンの立体角内の像を得る全天球型撮像装置」であって、以下の如き特徴を有する。
【００１１】
２個の「撮像光学系」は、上記の如く同一構造のものである。
【００１２】
各撮像光学系の「広角レンズ」は、物体側から像側へ向かって、負のパワーの前群、反射面、正のパワーの後群を配し、上記反射面により「前群の光軸を後群に向かって９０度折り曲げる」ものである。
【００１３】
撮像センサは「撮像センサより大きく、所定の回路系を装荷された基板」に設けられている。
【００１４】
２個の撮像光学系は、前群の光軸同士を合致させて前群の向きが逆になり、かつ、後群の光軸が互いに平行で後群同士の向きが互いに逆になるように、組み合わせられる。
【００１５】
２つの広角レンズの互いに合致した前群光軸を含み、後群光軸に直交する面をＳ面、このＳ面上における２つの後群光軸の中間点を通り後群光軸に平行な線をＰ線、２つの後群光軸間距離をＤ、上記基板の基板面とＳ面との距離をＬとする。
【００１６】
各撮像光学系の「前群の光軸の周りに、広角レンズの最大画角光線が形成する円錐面」の組み合わせと、基板の基板面に平行な平面との交差による交線を、一方の広角レンズに対してＸ１、他方の広角レンズに対してＸ２とする。
【００１７】
基板における「コーナー部分」が「交線Ｘ１、Ｘ２により囲われた面積領域から食み出さない」ように、距離：Ｄ、Ｌ、基板のサイズおよび形状が、広角レンズの最大画角：Ｆに応じて設定されている。
この発明の「撮像システム」は、以下の２種の如くである。
第１種の撮像システムは、光学系と、該光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体を２以上有し、前記光学系が反射部材を有するとともに、前記固体撮像素子は基板上に配備されている撮像システムにおいて、撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における前記反射部材上の反射位置までの距離：ａ、前記最大画角における入射光線位置から固体撮像素子までの距離：ｂ、該固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｃが、条件：
ｃ≦ａ＋ｂ／ｔａｎ（Ｆ／２） （４）
を満たすことを特徴とする。
第２種の撮像システムは、光学系と、該光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体を２以上有し、前記光学系が反射部材を有するとともに、前記固体撮像素子は基板上に配備されている撮像システムにおいて、前記撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における入射光線位置までの距離：ｐ、前記最大画角における入射光線位置から前記基板端面までの距離：ｑ、前記固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｒが、条件：
ｒ≦ｐ−ｑ／ｔａｎ（Ｆ／２） （６）
を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な撮像光学系と全天球型撮像装置や撮像システムを実現できる。全天球型撮像装置の各撮像光学系は、広角レンズへの入射光束が、撮像センサを装荷された基板により遮られることがない。撮像システムにおける光学系への入射光束も、固体撮像素子を配備された基板により遮られることがない。
【００１９】
また、全天球型撮像装置に用いられた２つの撮像光学系の広角レンズは、結像光路を反射面により９０度屈曲させており、互いに逆方向を向いた前群の第１レンズ相互の間隔を短くでき、全天球型撮像装置の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】全天球型撮像装置において、２つの撮像光学系を組み合わせた状態を示す図である。
【図２】基板の配設状態を説明するための図である。
【図３】基板による撮像光束の遮蔽を防止する条件を説明するための図である。
【図４】全天球型撮像装置において、２つの撮像光学系を組み合わせた状態を示す図である。
【図５】全天球型撮像装置において、２つの撮像光学系を組み合わせた状態を示す図である。
【図６】実施例の広角レンズの球面収差図である。
【図７】実施例の広角レンズの像面湾曲図である。
【図８】実施例の広角レンズのコマ収差図である。
【図９】実施例の広角レンズのＯＴＦ特性を示す図である。
【図１０】実施例の広角レンズのＯＴＦ特性を示す図である。
【図１１】広角レンズの光路を折り曲げることの全天球型撮像装置における効果を説明するための図である。
【図１２】撮像システムの実施の１形態を説明するための図である。
【図１３】撮像システムの実施の別形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施の形態を説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、全天球型撮像装置の実施の１形態を要部のみ説明図的に示す図である。
【００２３】
この実施の形態においては、２個の撮像光学系Ａ０、Ｂ０が組み合わせられている。
【００２４】
撮像光学系Ａ０、Ｂ０は同一構造（同一仕様で製造される。）である。説明の繁雑を避けるため、撮像光学系Ａ０を構成するものには符号の末尾に「Ａ」を付し、撮像光学系Ｂ０を構成するものには符号の末尾に「Ｂ」を付して区別するものとし、構造等の説明は、撮像光学系Ａ０について行なう。
【００２５】
撮像光学系Ａ０は「１８０度より広い画角を持つ広角レンズ」と、この広角レンズによる像を撮像する「撮像センサ」とを有する。
【００２６】
撮像光学系Ａ０の広角レンズは、負のパワーの前群Ｌ１Ａ、反射面の実体をなすプリズムＰＡ、正のパワーの後群Ｌ２Ａを配し、反射面により前群の光軸ＡＸ１Ａを後群Ｌ２Ａに向かって９０度折り曲げるものである。
【００２７】
前群Ｌ１Ａ、後群Ｌ２Ａは、それぞれ１枚のレンズとして描いてあるが、これは説明を簡略するためであり、実際には、前・後群とも２枚以上のレンズで構成されることができることは言うまでもない。
【００２８】
物体側からの光は、前群Ｌ１Ａに入射し、プリズムＰＡの反射面により反射され、後群Ｌ２Ａに向かって光軸を９０度折り曲げられる。図１（Ａ）において、符号ＡＸ２Ａは、９０度折り曲げられた光軸を示し、この光軸ＡＸ２Ａを「後群光軸」と呼ぶ。プリズムＰＡの反射面で反射された光束は、後群光軸ＡＸ２Ａに沿って後群Ｌ２Ａに入射し、後群Ｌ２Ａを透過すると、撮像センサＩＳＡの受光面上に物体像を結像する。
【００２９】
撮像センサＩＳＡは、受光した物体像を画像データとして出力する。
撮像センサＩＳＡは、基板ＳＢＡに設けられている。
【００３０】
基板ＳＢＡは、撮像センサＩＳＡを駆動する回路素子（図示されず）や、外部との電気的接続に必要な回路素子（図示されず）を組み込まれており、撮像センサＩＳＡよりもサイズが大きい。
【００３１】
同一構造の２個の撮像光学系Ａ０、Ｂ０は、図１（ａ）に示すように組み合わせられている。
【００３２】
即ち、前群Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂの光軸（前群光軸）ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂを合致させて前群の向きが逆になる（撮像光学系Ａ０の前群Ｌ１Ａは、図１（ａ）において右向きであり、撮像光学系Ｂ０の前群Ｌ１Ｂは、図１（ａ）において左向きである。）ように、且つ、後群Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂの光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂが互いに平行で、後群同士の向きが互いに逆になる（撮像光学系Ａ０の後群Ｌ２Ａは、図１（ａ）において上向きであり、撮像光学系Ｂ０の後群Ｌ２Ｂは、図１（ａ）において下向きである。）ように組み合わせられている。
【００３３】
撮像光学系Ａ０の広角レンズは、１８０度より大きい画角を有するから、広角レンズに入射する「最大画角光線（最大画角をもって入射する光線）」の集合は、図１（ｂ）に示すように、撮像光学系Ａ０の前群光軸ＡＸ１Ａを軸とする円錐面ＬＭＡをなす。
【００３４】
同様に、撮像光学系Ｂ０の広角レンズも１８０度より大きい画角を有するから、広角レンズに入射する「最大画角光線」の集合は、図１（ｂ）に示すように、撮像光学系Ｂ０の前群光軸ＡＸ１Ｂを軸とする円錐面ＬＭＢをなす。
【００３５】
これら円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢは、図１（ｂ）に示す位置Ｚ１、Ｚ２で交わる。前群光軸ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂは、互いに合致しているから、円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢの交差する部分は前群光軸を中心とする円形であり、図１（ｂ）に示す位置Ｚ１、Ｚ２は、この円の円周上の点である。
【００３６】
２つの広角レンズの互いに合致した前群光軸ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂを含み、後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂに直交する面をＳ面とし、符号ＳＦで示す。
【００３７】
即ち、図１（ｂ）において、Ｓ面ＳＦは、２つの広角レンズの互いに合致した前群光軸ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂを含み、図面に直交する平面である。
【００３８】
図１（ｂ）において、平面ＳＦＡは、図１（ａ）において基板ＳＢＡが設けられている面位置を示す。また、平面ＳＦＢは、図１（ａ）において基板ＳＢＢが設けられている面位置を示す。
平面ＳＦＡを基板ＳＢＡの「基板面」、平面ＳＦＢを基板ＳＢＢの「基板面」と呼ぶ。
【００３９】
基板面ＳＦＡとＳＦＢとは、Ｓ面ＳＦに関して対称な位置である。
図１（ｂ）において、長さ：ＬＧＡは、基板面ＳＦＡが円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢと交わる領域の、前群光軸ＡＸＡ１方向の長さである。同様に、長さ：ＬＧＢは、基板面ＳＦＢが円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢと交わる領域の、前群光軸ＡＸＡ１方向の長さであり、ＬＧＡ＝ＬＧＢである。
【００４０】
図２は、図１（ａ）の状態を、図１（ａ）の上方から見て、基板ＳＢＡ、ＳＢＢの位置関係を「透視的」に示した図である。
【００４１】
２つの広角レンズの、互いに合致した前群光軸ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂを含み、後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂに直交するＳ面ＳＦは「図面に合致」した面である。
【００４２】
Ｓ面ＳＦ上における２つの後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂの中間点を通り、後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂに平行な線をＰ線ＬＰとする。
後群光軸ＡＸ２Ａは、撮像センサＩＳＡの受光面の中心部を通り、後群光軸ＡＸ２Ｂは、撮像センサＩＳＢの受光面の中心部を通る。
【００４３】
２つの後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂの間の距離を「Ｄ」とする。
また、図１（ｂ）に示すように、基板ＳＢＡ、ＳＢＢの基板面ＳＦＡ、ＳＦＢとＳ面ＳＦとの距離をＬとする。
【００４４】
図１（ｂ）において、基板面ＳＦＡ、ＳＦＢは、仮想的に円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢを、Ｓ面ＳＦに平行に切断する。この仮想的な切断面は、円錐面ＬＭＡとは、図２に符号Ｘ１で示す交線で交わる。交線Ｘ１は放物線である。
【００４５】
同様に、仮想的な切断面は、円錐面ＬＭＢとは、図２に符号Ｘ２で示す交線で交わる。交線Ｘ２も放物線である。基板面ＳＦＢは、基板面ＳＦＡと、Ｓ面ＳＦと対称であるから、基板面ＳＦＢと円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢとの交線も、上記交線Ｘ１、Ｘ２と同一となる。
【００４６】
以下、図２、図３においては、交線Ｘ１、Ｘ２は、基板面ＳＦＡ、ＳＦＢと、円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢとの交線（図２、図３において、これらは互いに重なり合っている。）を表すものとする。
【００４７】
そうすると、基板ＳＢＡ、ＳＢＢが、物体光を遮光しないようにするには、図２に直交する方向から見て、基板ＳＢＡの交線Ｘ１側のコーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａと、基板ＳＢＢの、交線Ｘ２側のコーナー部Ｃ１Ｂ、Ｃ２Ｂを４隅とする長方形が、交線Ｘ１とＸ２とで囲まれる面積領域内に収まり、上記コーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａ、Ｃ１Ｂ、Ｃ２Ｂが、上記面積領域外に「食み出さない」ようにすればよい。
【００４８】
このための条件を、説明中の例の場合について、以下に説明する。
図３は、図２の状態を簡略化し、撮像センサＩＳＡを装荷された基板ＳＢＡと、他の部分との位置関係を、Ｓ面ＳＦ上に射影して示している。説明の簡単のため、基板ＳＢＡは「長方形形状」であるとし、その長さを「２η」、幅を「ξ」とする。
【００４９】
図の如く、円錐面ＬＭＡの頂点を「Ｑ１」とし、図３において、基板ＳＢＡの長手方向の辺と頂点Ｑ１とのＳ面ＳＦ上の射影長さを「ζ」とする。
【００５０】
図３において符号Ｃ１Ａ１は「基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ１Ａを、Ｓ面ＳＦ上へ射影した位置」を表す。このとき、頂点Ｑ１と位置Ｃ１Ａ１との距離：Ｚは、
Ｚ＝√（η２＋ζ２）
である。
【００５１】
ところで、基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ１Ａは、実際には図１（ｂ）に示すように「Ｓ面ＳＦから高さ：Ｌの位置」にある。ここで、コーナー部Ｃ１Ａが、交線Ｘ１上に位置する場合を考える。この状態はコーナー部Ｃ１Ａが交線Ｘ１の外側に食み出さない「ぎりぎりの状態」である。
【００５２】
このとき、コーナー部Ｃ１Ａは、円錐面ＬＭＡ上に位置することになる。
【００５３】
そこで、結像光学系Ａ０の広角レンズの最大画角を「Ｆ（＞１８０度）」とすれば、楕円面ＬＭＡの頂角は、
１８０−（Ｆ−１８０）＝３６０−Ｆ（度）
となり、その半角は、
１８０−（Ｆ／２）
となる。
【００５４】
そうすると「コーナー部Ｃ１Ａが、交線Ｘ１上に位置する場合」には、
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＝Ｌ／Ｚ＝Ｌ／√（η２＋ζ２）
が成り立つ。
【００５５】
従って、コーナー部Ｃ１Ａが、交線Ｘ１の外側へ食み出さない条件は、
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＞Ｌ／√（η２＋ζ２） （１）
である。
【００５６】
コーナー部Ｃ２Ａについても同様である。図３において「符号Ｃ２Ａ２で示す位置」は、図２における基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ２Ａを、Ｓ面ＳＦ上へ射影した位置である。
【００５７】
コーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａの成す辺と、結像光学系Ａ０の後群光軸ＡＸ２Ａとの距離を図３の如く「Ｇ」とすると、距離「ζ＋Ｇ」は、結像光学系Ａ０の仕様により決まる。また、「Ｇ、η、ξ」は、基板ＳＢＡの仕様として定まり、距離：ζは、基板ＳＢＡの仕様により定まる。また、距離：Ｌ、画角：Ｆは、結像光学系Ａ０の仕様により定まる。
【００５８】
従って、結像光学系Ａ０の仕様に応じて、基板ＳＢＡのサイズや設置態様を上記の条件（１）を満足するように設定することにより、基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａによる結像光束の遮蔽を防ぐことができる。
【００５９】
図３において、符号Ｃ３Ａ１、Ｃ４Ａ１は、基板ＳＢ１の４つのコーナー部のうち、コーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａ以外の２つのコーナー部を、Ｓ面ＳＦに射影した位置を示している。これらに対応するコーナー部をコーナー部Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａとする。
【００６０】
これらのコーナー部Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａは、交線Ｘ２の外側に食み出さないようにする必要がある。
【００６１】
基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａを結ぶ側縁部と、円錐面ＬＭＢの頂点Ｑ２との距離は、図３における左右方向の対称性から、
（ζ＋Ｇ＋Ｄ／２）−（ξ―Ｇ−Ｄ／２）＝ζ―ξ＋２Ｇ＋Ｄ＝χ
であり、この量：χを、条件（１）のζに代入したもの、即ち、
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＞Ｌ／√（η２＋χ２） （２）
が満足されれば、コーナー部Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａは、交線Ｘ２の外側に食み出さない。これは基本的に、結像光学系Ａ０、Ｂ０の後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂ間の距離：Ｄを調整することにより可能である。
【００６２】
上には、基板ＳＢＡについて説明したが、基板ＳＢＢは基板ＳＢＡと同形であって、基板ＳＢＢと円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢとの関係も、基盤ＳＢＢと同様であるから、上記と同じ条件を満足させればよい。
【００６３】
即ち、基板におけるコーナー部分が、上記交線Ｘ１、Ｘ２により囲われた面積領域から食み出さないように、距離：Ｄ、Ｌ、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのサイズおよび形状を、広角レンズの最大画角：Ｆに応じて設定すればよい。
【００６４】
ところで、全天球型撮像装置を実際に構成する場合には、２つの撮像光学系は「共通のハウジング」に収納されることになるが、このハウジングは、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのコーナー部分と、交線Ｘ１、Ｘ２との間に「厚み部分」が位置する必要がある。
【００６５】
従って、基板のコーナー部と前記交線との間には「ハウジングの壁の厚み分以上の余裕がある」必要がある。この厚みとしては、１．５ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ程度以上が見込まれる。
【００６６】
条件（１）を不等式で設定しているのは、この余裕を見越してのことである。
【００６７】
なお、基板の大きさが、交線Ｘ１、Ｘ２の外側へコーナー部が食み出るような大きさである場合、当該コーナー部を「面取り」するなどして、食み出しを避けることができる。
【００６８】
以下、具体的な例を説明する。
【００６９】
図４は、全天球型撮像装置において、２つの撮像光学系を組み合わせた状態を示している。図４は、具体例であるので、図１に示した例とは符号を異ならせる。
【００７０】
一方の撮像光学系の広角レンズは、レンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズと、プリズムＰ１により構成されている。レンズＬ１１〜Ｌ１３は「前群」を構成し、レンズＬ１４〜Ｌ１７は「後群」を構成する。プリズムＰ１は直角プリズムであって、前群の光軸ＡＸ１上に設けられ、前群からの光束を後群に向かって内部反射させ、前群の光軸を後群に向かって９０度折り曲げる。
【００７１】
レンズＬ１１〜Ｌ１７とプリズムＰ１により構成される広角レンズ（以下、第１の広角レンズと呼ぶ。）は、鏡筒をなすホルダＨＬ１に保持されて所定の位置関係に一体化されている。
【００７２】
他方の撮像光学系の広角レンズは、レンズＬ２１〜Ｌ２７の７枚のレンズと、プリズムＰ２により構成されている。レンズＬ２１〜Ｌ２３は「前群」を構成し、レンズＬ２４〜Ｌ２７は「後群」を構成する。プリズムＰ２は直角プリズムであって、前群の光軸ＡＸ２上に設けられ、前群からの光束を後群に向かって内部反射させ、前群の光軸を後群に向かって９０度折り曲げる。
【００７３】
レンズＬ２１〜Ｌ２７とプリズムＰ２により構成される広角レンズ（以下、第２の広角レンズと呼ぶ。）は、鏡筒をなすホルダＨＬ２に保持されて所定の位置関係に一体化されている。
【００７４】
第１および第２の広角レンズは共に「１８０度を超える画角」を有し、図の如く、レンズＬ１１、Ｌ２１に結像光束が入射する。
【００７５】
図４において、符号ＰＤ１、ＰＤ２は撮像センサを示す。これらは、図１に示した撮像センサＩＳＡ、ＩＳＢと同様のものである。
撮像センサＰＤ１は、これより大きく、所定の回路系を装荷された基板ＳＢ１に設けられている。
【００７６】
撮像センサＰＤ１は、第１の広角レンズの後群の光軸ＡＸ３が「受光面の中心」を通るように、且つ、第１の広角レンズによる撮像画像が受光面上に結像するように、位置を定められている。
【００７７】
同様に、撮像センサＰＤ２は、これより大きく、所定の回路系を装荷された基板ＳＢ２に設けられている。撮像センサＰＤ２は、第２の広角レンズの後群の光軸ＡＸ４が「受光面の中心」を通るように、且つ、第２の広角レンズによる撮像画像が受光面上に結像するように、位置を定められている。
【００７８】
第１の広角レンズおよび第２の広角レンズは「前群の向きが互いに逆向き（図４において、第１の広角レンズの前群は右向きで、第２の広角レンズの前群は左向きである。）で、後群の向きが互いに逆向き（図１において、第１の光学系では後群の向きは上向きであり、第２の広角レンズの後群は下向きである。）」である。
【００７９】
さらに、第１の広角レンズの前群の光軸ＡＸ１は、第２の広角レンズの前群の光軸ＡＸ２と「同一直線上に位置」する。そして、プリズムＰ１とＰ２とは、相互の反射面部分が互いに対向するように組み合わせられている。
【００８０】
なお、図１において符号ＳＰは、第１および第２の広角レンズ相互の間隔を維持するスペーサを示す。
【００８１】
第１および第２の広角レンズは、同一構造で同一仕様のものであり、最大画角：Ｆは同一である。
【００８２】
第１の広角レンズの前群光軸ＡＸ１と後群光軸ＡＸ３が成す平面（図４の紙面）内において、最大画角の入射光線の入射位置と後群光軸ＡＸ３との距離を、図の如く「ａ１」とする。
【００８３】
また、最大画角の入射光線の入射位置と撮像センサＰＤ１との、後群光軸ＡＸ３に平行な距離を、図の如く「ｂ１」とする。
【００８４】
さらに、撮像センサＰＤ１の中心と基板ＳＢ１の「前群側端部との距離」を、図の如く「ｃ１」とする。
【００８５】
同様に、第２の広角レンズの前群光軸ＡＸ２と後群光軸ＡＸ４が成す平面（図１の紙面）内において、最大画角の入射光線の入射位置と後群光軸ＡＸ４との距離を、図の如く「ａ３」とする。
【００８６】
また、最大画角の入射光線の入射位置と撮像センサＰＤ１との、後群光軸ＡＸ３に平行な距離を、図の如く「ｂ３」とする。
【００８７】
さらに、撮像センサＰＤ１の中心と基板ＳＢ１の「前群側端部との距離」を、図の如く「ｃ３」とする。
【００８８】
図５は、図４の状態を、図４における上方から見た状態で、第１の広角レンズの前群のレンズＬ１１、前群光軸ＡＸ１、後群光軸ＡＸ３と、基板ＳＢ１との関係を示すと共に、第２の広角レンズの前群のレンズＬ２１、前群光軸ＡＸ２、後群光軸ＡＸ４と、基板ＳＢ２との関係を示す。基板ＳＢ２は、一部が基板ＳＢ１の陰になっている。
【００８９】
この様態において、第１の広角レンズの、最大画角における入射光線の入射位置と前群光軸ＡＸ１との間の距離を「Ｐ１」、最大画角における入射光線の入射位置から基板ＳＢ１の前群側端部までの前群光軸ＡＸ１に平行な距離を「ｑ１」、基板ＳＢ１面上の撮像センサの中心（後群光軸ＡＸ３の位置と合致している。）から基板ＳＢ１の前群光軸ＡＸ１に直交する方向に平行な距離を「ｒ１」とする。
【００９０】
同様に、第２の広角レンズの、最大画角における入射光線の入射位置と前群光軸ＡＸ２との間の距離を「Ｐ３」、最大画角における入射光線の入射位置から基板ＳＢ１のレンズＬ２１側までの前群光軸ＡＸ２に平行な距離を「ｑ３」、基板ＳＢ２面上の撮像センサの中心（後群光軸ＡＸ４の位置と合致している。）から基板ＳＢ２の前群光軸ＡＸ３に直交する方向に平行な距離を「ｒ３」とする。
【００９１】
図５は、前群光軸ＡＸ１、ＡＸ３のなす直線に対して、左右対称であり、距離：ｐ１＝ｐ２、ｒ１＝ｒ２、ｐ３＝ｐ４、ｒ３＝ｒ４である。
【００９２】
図４に戻り、第１の広角レンズに組み合わせられた基板ＳＢ１の「図で左側の端部（第２の広角レンズのレンズＬ２１へ向かう側の端部）と後群光軸ＡＸ３との距離を「ｃ２」とする。
【００９３】
同様に、第２の広角レンズに組み合わせられた基板ＳＢ２の「図で右側の端部（第１の広角レンズのレンズＬ１１へ向かう側の端部）と後群光軸ＡＸ４との距離を「ｃ４」とする。
【００９４】
これらの距離：ｃ２、ｃ４の大きさは「個々の撮像光学系が単独で用いられる場合」であれば任意である。しかし、２つの撮像光学系を、図４、図５の如くに組み合わせて用いる場合、距離：ｃ２が大きくなると、基板ＳＢ１が、第２の広角レンズの入射光束を遮光するようになる。
【００９５】
同様に、距離：ｃ４が大きくなると、基板ＳＢ２が、第２の広角レンズの入射光束を遮光するようになる。
【００９６】
一方、距離：ｃ１＋ｃ２は、基板ＳＢ１の「第１の広角レンズの前群光軸ＡＸ１に平行な方向のサイズ」であり、距離：ｃ３＋ｃ４は、基板ＳＢ２の「第２の広角レンズの前群光軸ＡＸ２に平行な方向のサイズ」である。
【００９７】
基板ＳＢ１、ＳＢ２には「所定の回路系が装荷される」のであるから、基板ＳＢ１、ＳＢ２のサイズは任意に設定できるわけではない。
【００９８】
そこで、基板ＳＢ１が、第２の広角レンズの入射光束を遮光することがなく、基板ＳＢ２が、第２の広角レンズの入射光束を遮光することがないようにする必要がある。これを行なうには、スペーサＳＰにより、第１および第２の広角レンズの間隔（プリズムＰ１とＰ２の反射面の対向間隔）を調整すればよい。即ち、前述の図１〜図３に即しての説明において、間隔：Ｄを調整することに相当する。
【００９９】
即ち、２つの撮像光学系を組み合わせて、全天球型撮像装置を構成する場合、各撮像光学系の広角レンズの前群の向きを互いに逆向き、後群の向きを互いに逆向きとし、各広角レンズの前群の光軸ＡＸ１、ＡＸ３が同一直線上に位置するようにして、相互の反射面部分を対向させ、これら反射面部分の間隔を「一方の撮像光学系の撮像センサを装荷された基板が、他方の撮像光学系の広角レンズへの入射光束を遮らない」ように定めて組み合わせるのである。
【０１００】
ところで、実際に全天球型撮像装置を製造する場合、図１、図２に示す如き光学系・撮像センサ・基板、スペーサの組み合わせた構造物が「装置のハウジング内に収納される」ことになるが、ハウジングは「基板の端部と最大画角の光線との間」に配置されることになる。
【０１０１】
前述の如く、筐体（ハウジング）の肉厚は「１．５ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上」を確保するのが良い。
【実施例】
【０１０２】
以下、具体的な実施例を説明する。
【０１０３】
図４、図５を参照して上に説明した「７枚のレンズとプリズム」により構成される広角レンズの具体的な１例を挙げると、以下の如くである。
【０１０４】
以下に挙げる実施例において、ｆは全系の焦点距離、ＮｏはＦナンバ、ωは全画角である。
【０１０５】
「面番号」は、物体側から順次１〜２３とし、これらはレンズ面、プリズムの入・射出面および反射面、絞りの面、撮像センサの「ＩＲフィルタの面」や受光面を示す。
【０１０６】
「Ｒ」は、各面の曲率半径であり、非球面に合っては「近軸曲率半径」である。
【０１０７】
「Ｄ」は、面間隔、「Ｎｄ」は、ｄ線の屈折率、「νd」は、アッベ数である。また物体距離は無限遠である。長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【０１０８】
「実施例」
ｆ＝０．７５、Ｎｏ＝２．１４、ω＝１９０度
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
１ １７．１ １．２ １．８３４８０７ ４２．７２５３２４
２ ７．４ ２．２７
３＊ −１８０９ ０．８ １．５３１１３１ ５５．７５３８５８
４＊ ４．５８ ２
５ １７．１ ０．７ １．６３９９９９ ６０．０７８１２７
６ ２．５ １．６
７ ∞ ０．３
８ ∞ ５ １．８３４０００ ３７．１６０４８７
９ ∞ １．９２
１０ ∞(開口絞り) ０．１５
１１ ９３．２ １．０６ １．９２２８６０ １８．８９６９１２
１２ −６．５６ １．１
１３ ∞ −０．１
１４ ３．３７ １．８６ １．７５４９９８ ５２．３２１４３４
１５ −３ ０．７ １．９２２８６０ １８．８９６９１２
１６ ３ ０．３
１７＊ ２．７ １．９７ １．５３１１３１ ５５．７５３８５８
１８＊ −２．１９ ０．８
１９ ∞ ０．４ １．５１６３３０ ６４．１４２０２２
２０ ∞ ０
２１ ∞ ０．３ １．５１６３３０ ６４．１４２０２２
２２ ∞ ０．３
２３ 撮像面 。
【０１０９】
「非球面」
上のデータで「＊」印を付した面（前群の第２レンズの両面および後群の最終レンズの両面）は非球面である。
【０１１０】
非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：Ｃ、光軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、上記各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、周知の式
Ｘ＝ＣＨ２／[１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃ２Ｈ２}]
＋Ａ４・Ｈ４＋Ａ６・Ｈ６＋Ａ８・Ｈ８＋Ａ１０・Ｈ１０＋Ａ１２・Ｈ１２＋Ａ１４・Ｈ１４
で表されるものであり、近軸曲率半径と円錐定数、非球面係数を与えて形状を特定する。
【０１１１】
上記実施例の非球面データを以下に挙げる。
４ｔｈ、６ｔｈ、８ｔｈ、１０ｔｈ、１２ｔｈ、１４ｔｈとあるのは、４次以降の偶数次の非球面係数：Ａ４〜Ａ１４を表す。
【０１１２】
第３面
４ｔｈ：０．００１６１２
６ｔｈ：−５．６６５３４ｅ−６
８ｔｈ：−１．９９０６６ｅ−７
１０ｔｈ：３．６９９５９ｅ−１０
１２ｔｈ：６．４７９１５ｅ−１２
第４面
４ｔｈ：−０．００２１１
６ｔｈ：１．６６７９３ｅ−４
８ｔｈ：９．３４２４９ｅ−６
１０ｔｈ：−４．４４１０１ｅ−７
１２ｔｈ：−２．９６４６３ｅ−１０
第１７面
４ｔｈ：−０．００６９３４
６ｔｈ：−１．１０５５９ｅ−３
８ｔｈ：５．３３６０３ｅ−４
１０ｔｈ：−１．０９３７２ｅ−４
１２ｔｈ：１．８０７５３−５
１４ｔｈ：−１．５２２５２ｅ−７
第１８面
４ｔｈ：０．０４１９５４
６ｔｈ：−２．９９８４１ｅ−３
８ｔｈ：−４．２７２１９ｅ−４
１０ｔｈ：３．４２６５１９ｅ−４
１２ｔｈ：−７．１９３３８ｅ−６
１４ｔｈ：−１．６９４１７ｅ−７ 。
【０１１３】
上記非球面データの表記において、例えば「−１．６９４１７ｅ−７」は「−１．６９４１７×１０−７」を意味する。
【０１１４】
画角１８０度を超える広角レンズでは、レンズの中心を通る光線と周辺を通る光線では、レンズ肉厚の差で光路長が変わり、性能劣化につながる。実施例の広角レンズでは、前群の３枚のレンズのうち、第２レンズに「光軸近傍と周辺とのレンズ肉厚の差」が出やすい。それで、該第２レンズをプラスチックレンズとして両面を非球面とすることにより補正を行っている。
【０１１５】
また、後群の最終レンズをプラスチックレンズとし、その両面を非球面とすることにより、このレンズよりも物体側で発生する諸収差を良好に補正するようにしている。
【０１１６】
また、後群の４枚のレンズのうち、２番目の両凸レンズと３番目の両凹レンズを接合することにより「色収差」を良好に補正している。
【０１１７】
実施例の広角レンズの球面収差図を、図６に示す。また、像面湾曲の図を図７に示す。
【０１１８】
図８には、コマ収差図を示す。
【０１１９】
図９、図１０は、ＯＴＦ特性を示す図であり、横軸は、図９が「空間周波数」、図１０が半画角を「度」で表している。
【０１２０】
これらの図から明らかなように、実施例の広角レンズは性能が極めて高い。
【０１２１】
このような広角レンズに撮像センサ・基板を組み合わせて「撮像光学系」とし、同一の撮像光学系を２つ、図４、図５のように組み合わせた。
【０１２２】
図４に示す各距離は以下の通りである。
【０１２３】
ａ１＝ａ３＝７．９６ｍｍ、ｂ１＝ｂ３＝２．８４ｍｍ、ｃ１＝ｃ３＝５．００ｍｍである。画角：Ｆは１９０度であり、前述の条件（１）、（２）を満たし、基板のコーナー部が結像光束を遮光することがない。
【０１２４】
また、図４における距離：ａ２（第２の広角レンズの最大入射角の入射光線の入射位置と第１の広角レンズの後群光軸との間の距離）、ａ４（第１の広角レンズの最大入射角の入射光線の入射位置と第２の広角レンズの後群光軸との間の距離＝ａ２）、距離：ｂ１（＝ｂ３）、距離：ｃ２（＝ｃ４）はそれぞれ、
ａ２＝１７．９８ｍｍ、ｂ１＝２．８４ｍｍ、ｃ２＝１１．００ｍｍであり、画角：Ｆは１９０度であり、基板ＳＢ１は、第２の広角レンズへの入射光束を遮らず、基板ＳＢ２は、第１の広角レンズへの入射光束を遮らない。
【０１２５】
また、図５における距離：ｐ１（＝ｐ２＝ｐ３＝ｐ４）、ｑ３、ｒ１（＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４）の値は、
ｐ１＝１０．３ｍｍ、ｑ１＝２．８６ｍｍ、ｑ３＝６．９８ｍｍ、ｒ１＝１０．０ｍｍ
である。
【０１２６】
上に示した実施例の広角レンズは、物体側から像側に向かって順に、負の屈折力のメニスカスレンズ、負の屈折力の非球面メニスカスレンズ、負のメニスカスレンズ、斜面を内部反射面とするプリズム、開口絞り、正の屈折力の両凸レンズ、正の屈折力の両凸レンズと負の屈折力の両凹レンズの接合レンズ、正の屈折力の両凸レンズを配してなり、「負の屈折力のメニスカスレンズ、負の屈折力の非球面メニスカスレンズ、負のメニスカスレンズ」が前群を構成し、「正の屈折力の両凸レンズ、正の屈折力の両凸レンズと負の屈折力の両凹レンズの接合レンズ、正の屈折力の両凸レンズ」が後群を構成し、前群の最も物体側の面から内部反射面までの距離：ＬＦ、内部反射面から「後群の最も像側の面」までの距離：ＬＲは、条件：
ＬＦ＜ＬＲ （３）
を満足している。
【０１２７】
この様な構成の広角レンズを２個組み合わせて、実施の形態の如き全天球型撮像装置を構成することにより、全天球型撮像装置をコンパクト化できる。
【０１２８】
図１１（ａ）は、広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢとして「反射面による光路折り曲げを行なわないもので、同一仕様のもの（上記実施例の広角レンズのプリズムを除去したもの）」を２つ組み合わせて全天球型撮像装置を構成した例を示している。
【０１２９】
２つの広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢによる撮像画像は、それぞれ図示されない撮像センサにより受光されて画像処理装置２に送られ、画像処理装置２において４πラジアンの立体角内の画像として「全天球画像」に合成される。
合成された全天球画像は、ディスプレイ３に表示される。
【０１３０】
広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢは「光路を折り曲げない」ので、前群の最も物体側のレンズから像面にいたる距離はＲ１と大きく、各広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢの最大画角の入射光線が交差する位置と、レンズ径光軸との距離はＬ１であり。距離：Ｌ１よりも小さい距離の物体は撮像されない。
【０１３１】
図１１（ｂ）は、上記実施例の広角レンズを、２個の広角レンズＬＷ１、ＬＷ２（図１に示した広角レンズＡ０、Ｂ０に対応する。）として上記の如く組み合わせて全天球型撮像装置を構成した例である。
【０１３２】
広角レンズの光軸を折り曲げているので「前群の最も物体側のレンズ」同士の距離は２Ｒ１と小さくなり、２つの広角レンズの最大画角の入射光線が交差する位置と前群光軸の距離はＬ２と短くなっている。
【０１３３】
上記距離：Ｒ１、Ｌ１、Ｒ２、Ｌ２は、広角レンズの画角：Ｆを用いて、以下のように表される。
【０１３４】
Ｌ１＝−Ｒ１・ｔａｎ(Ｆ／２)
Ｌ２＝−Ｒ２・ｔａｎ(Ｆ／２) 。
【０１３５】
広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢ、ＬＷ１、ＬＷ２の最大画角は共に１９０度である。
【０１３６】
図１１（ａ）の構成では、
Ｒ１＝２０ｍｍ、Ｌ１＝２２９ｍｍ
であるが、図１１（ｂ）の構成では、
Ｒ２＝１２．５ｍｍ、Ｌ２＝１４２．８ｍｍ
となり、撮像光学系の小型化と共に「より近距離までの全天球画像」を撮像できるようになった。
【０１３７】
なお、図１１（ｂ）の例では、画像処理装置２により一部の光束が遮断されるが、この部分は全天球型撮像装置を携帯用に構成した場合に「手による保持部」にあたる部分となり、この部分の画像が撮像されなくても特に問題はない。あるいは「画像処理装置２」を小型化して「撮像されない空間内に収める」ようにすることもできる。
以下に、撮像システムの発明を「全天球型撮像装置」として実施した形態を説明する。
繁雑を避けるため、混同の恐れがないと思われるものについては、図１におけると同一の符号を用いる。
図１２において、符号Ｌ１Ａはレンズ、符号Ｐはプリズム、符号Ｌ２Ａはレンズを示し、これらレンズＬ１Ａ、プリズムＰ、レンズＬ２Ａは「光学系」を構成する。また、符号ＩＳＡは固体撮像素子、符号ＳＢＡは固体撮像素子ＩＳＡを配備された「基板」を示す。
上記「光学系」と固体撮像素子ＩＳＡおよび基板ＳＢＡとは「１個の撮像体」を構成する。
同様に、符号Ｌ１Ｂはレンズ、符号Ｐはプリズム、符号Ｌ２Ｂはレンズを示し、これらレンズＬ１Ｂ、プリズムＰ、レンズＬ２Ｂは「光学系」を構成する。また、符号ＩＳＢは固体撮像素子、符号ＳＢＢは固体撮像素子ＩＳＢを配備された「基板」を示す。
これら「光学系」と固体撮像素子ＩＳＢおよび基板ＳＢＢとは別の「１個の撮像体」を構成する。
即ち、図１２の撮像システムは「光学系と、光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体」を２個有する。
プリズムＰは「反射部材」であり、上記２つの撮像体の光学系に共用されている。
レンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、上記光学系における反射部材Ｐよりも物体側のレンズを簡略化して描いたものであり、同様に、レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、上記光学系における反射部材Ｐよりも像側のレンズを簡略化して描いたものであり、実際には夫々が「複数枚のレンズ」で構成されるのが一般的である。
これら光学系は同一仕様のものであり、具体的には、例えば、先に挙げた実施例のものを用いることができる。
固体撮像素子ＩＳＡ、ＩＳＢは、先の説明の「撮像センサ」と同様のものである。
各撮像体の光学系における最大画角をＦとする。図１２における「Ｆ／２」は最大画角に応じた半画角である。
また、図１２に示すように「レンズＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、プリズムＰにより構成される光学系」に関して、光学系の最大画角における入射光線位置から、光学系の中央画角におけるプリズムＰの反射位置までの距離を、距離：ａ１、ａ３、最大画角における入射光線位置からセンサ表面までの距離を、距離：ｂ１、ｂ３、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのセンサ中心から入射光線側の基板端までの距離を、距離：ｃ１、ｃ３とする。
条件（４）は、各光学系について満足されるべきものであり、「レンズＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、プリズムＰにより構成される光学系」に関しては、距離「ａ」は距離：ａ１、ａ３であり、距離「ｂ」は、距離：ｂ１、ｂ３、距離「ｃ」は、距離ｃ１、ｃ３である。
具体的な数値を上げると、これらは、前述の如く、
ａ１＝ａ３＝７．９６ｍｍ
ｂ１＝ｂ３＝２．８４ｍｍ
ｃ１＝ｃ３＝５．５０ｍｍ
であり、最大画角：Ｆは１９０度（即ち、Ｆ／２＝９５度、ｔａｎ（Ｆ／２）＝−１１．４３）である。
条件（４）に代入すると、
５．５０≦７．９６−２．８４／１１．４３≒７．９６−０．２４８＝７．７１
となって、条件（４）を満足する。
即ち、レンズＬ１Ａに入射する最大画角光線は、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのレンズＬ１Ａ側の端部により遮光されることがない。
同様に、レンズＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、プリズムＰにより構成される光学系に関して、光学系の最大画角における入射光線位置から、光学系の中央画角におけるプリズムＰの反射位置までの距離を、距離：ａ２、ａ４、最大画角における入射光線位置からセンサ表面までの距離を、距離：ｂ２、ｂ４、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのセンサ中心から入射光線側の基板端までの距離を、距離：ｃ２、ｃ４とする。
条件（４）は「レンズＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、プリズムＰにより構成される光学系」に関しては、距離「ａ」は距離：ａ２、ａ４であり、距離「ｂ」は、距離：ｂ２、ｂ４、距離「ｃ」は、距離ｃ２、ｃ４である。
具体的な数値を上げると、これらは、前述の如く、
ａ２＝ａ４＝７．９６ｍｍ
ｂ２＝ｂ４＝２．８４ｍｍ
ｃ２＝ｃ４＝５．５０ｍｍ
であり、最大画角：Ｆは１９０度（即ち、Ｆ／２＝９５度、ｔａｎ（Ｆ／２）＝−１１．４３）である。
条件（４）に代入すると、
５．５０≦７．９６−２．８４／１１．４３≒７．９６−０．２４８＝７．７１
となって、条件（４）を満足する。
従って、レンズＬ１Ｂに入射する最大画角光線は、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのレンズＬ１Ｂ側の端部により遮光されることがない。
更に、基板ＳＢＡ、ＳＢＢの端部と「最大画角光線」のとの間は２ｍｍ以上離れていることが望ましい。これは、基板端部と最大画角光線のとの間に撮像システムの筐体が配備されるため、金属または樹脂カバーで筐体を作成する上でも、筐体の肉厚：２．０ｍｍ以上を確保するためである。
上に説明した具体例では、条件（５）の左辺の値は、
７．７１−５．５０＝２．２１となり、条件（５）即ち、
ａ＋ｂ／ｔａｎ（Ｆ／２）−ｃ≧２．０［ｍｍ］ （５）
を満足する。即ち、筐体の肉厚：２．０ｍｍが確保される。
図１３に示す実施の形態においても同様に、符号Ｌ１Ａはレンズ、符号Ｐはプリズム、符号Ｌ２Ａはレンズを示し、これら、レンズＬ１Ａ、プリズムＰ、レンズＬ２Ａは「光学系」を構成する。また、符号ＢＡは固体撮像素子（図示されず）を配備された「基板」を示す。
同様に、符号Ｌ１Ｂはレンズ、符号Ｐはプリズム、符号Ｌ２Ｂはレンズを示し、これらレンズＬ１Ｂ、プリズムＰ、レンズＬ２Ｂも「光学系」を構成する。また、符号ＳＢＢは固体撮像素子ＩＳＢを配備された「基板」を示す。
即ち、図１２の撮像システムは「光学系と、光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体」を２個有する。
プリズムＰは「反射部材」であり、上記２つの撮像体の光学系に共用されている。
レンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、上記光学系における反射部材Ｐよりも物体側のレンズを簡略化して描いたものであり、同様に、レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、上記光学系における反射部材Ｐよりも像側のレンズを簡略化して描いたものである。レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、図面に直交する方向において互いに重なりあっており、基板ＳＢＡ、ＳＢＢも同様に重なり合っている。
２つの光学系は同一仕様であり、例えば、先に挙げた実施例のものが用いられる。
固体撮像素子ＩＳＡ、ＩＳＢは、先の説明の「撮像センサ」と同様のものである。
各撮像体の光学系における最大画角をＦとする。図１３における「Ｆ／２」は最大画角に応じた半画角である。
図１３に示すように、レンズＬ１Ａの最大画角における入射光線位置から、光学系の中央画角における入射光線位置までの距離を距離：ｐ１、ｐ２、レンズＬ１Ａの最大画角における入射光線位置から基板ＳＢＡの端部までの距離を距離：ｑ１、ｑ２、基板ＳＢＡの固体撮像素子の中心から基板端までの距離を距離：ｒ１、ｒ２とする。
また、レンズＬ１Ｂの最大画角における入射光線位置から、光学系の中央画角における入射光線位置までの距離を距離：ｐ３、ｐ４、レンズＬ１Ｂの最大画角における入射光線位置から基板ＳＢＢの端部までの距離を距離：ｑ３、ｑ４、基板ＳＢＢの固体撮像素子の中心から基板端までの距離を距離：ｒ３、ｒ４とする。
条件（６）は、各光学系について満足されるべきものであり「レンズＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、プリズムＰにより構成される光学系」に関しては、距離「ｐ」は距離：ｐ１、ｐ２であり、距離「ｑ」は、距離：ｑ１、ｑ２、距離「ｒ」は、距離ｒ１、ｒ２である。
具体的な数値を上げると、これらは、
ｐ１＝ｐ２＝１０．３ｍｍ、ｑ１＝ｑ２＝２．４ｍｍ、ｒ１＝ｒ２＝９．０ｍｍ
であり、Ｆ＝１９０度であって、条件（６）式を満たす。
即ち、条件（６）は、ｐ１、ｐ２、ｑ１、ｑ２、ｒ１、ｒ２に対しては、
９．０≦１０．３＋（２．４／１１．４３）≒１０．５１
となって、条件（６）を満足する。
同様に「レンズＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、プリズムＰにより構成される光学系」に関しては、距離「ｐ」は距離：ｐ３、ｐ４であり、距離「ｑ」は、距離：ｑ３、ｑ４、距離「ｒ」は、距離ｒ３、ｒ４である。
具体的な数値を上げると、これらは、前述の如く、
ｐ３＝ｐ４＝１０．３ｍｍ、ｑ３＝ｑ４＝６．９８ｍｍ、ｒ３＝ｒ４＝９．０ｍｍ
であり、Ｆ＝１９０度であって、条件（６）式を満たす。
即ち、条件（６）は、ｐ３、ｐ４、ｑ３、ｑ４、ｒ３、ｒ４に対しては、
９．０≦１０．３＋（６．９８／１１．４３）≒１０．９１
となって、条件（６）を満足する。
また、これらの場合においても条件（７）が満足される。
即ち、ｐ＝ｐ１＝ｐ２＝１０．３ｍｍ、ｑ＝ｑ１＝ｑ２＝２．４ｍｍ、ｒ＝ｒ１＝ｒ２＝９．０ｍｍに対しては、１０．５１−９．０＝１．５１＞１．５
となる。
また、ｐ＝ｐ３＝ｐ４＝１０．３ｍｍ、ｑ＝ｑ３＝ｑ４＝６．９８ｍｍ、ｒ＝ｒ３＝ｒ４＝９．０ｍｍに対しては、１０．９１−９．０＝１．９１＞１．５
即ち、レンズＬ１Ａに入射する最大画角光線は、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのレンズＬ１Ａ側の端部により遮光されることがなく、レンズＬ１Ｂに入射する最大画角光線は、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのレンズＬ１Ｂ側の端部により遮光されることがない。
そして、筐体の厚みに対する余裕分を有する。
図１２、図１３に示す実施の形態においても、光学系内にプリズムＰを設けている。
このような構成により、レンズ系の光軸を折り曲げない撮像体に比して、装置幅を狭めることができる。反射部材はミラーでも良いが、プリズムを用いるのが好ましい。プリズムを用いることで、反射の機能を持たせると共に、プリズムの屈折によるレンズとした機能を持たせることができるため、光学系全体のレンズ枚数を減らすことができる。この結果、プリズムを採用することで、撮像体の幅を小さくできる。またプリズムを採用することで、反射部材のチルトに対する感度が低下するので「プリズム組付け時の、取り付け位置のばらつきによる基板位置の変動」を抑えることができる。
図１２、図１３に示す実施の形態においても、光学系としては前述の実施例のものを用いており、光学系は、物体側に配置された負のパワーを有する第１のレンズ群と、像側に配置された第２のレンズ群により構成され、第１または第２のレンズ群の少なくとも一方に非球面レンズを有している。
この構成により、球面レンズのみを用いた光学系に比べレンズ径を小さくできる。前述の具体的な実施例では、第１のレンズ群の第２レンズと、第２のレンズ群の第４レンズに非球面レンズが採用されている。
各々の撮像センサから出力される画像情報は、図示されない画像処理部において統合され、１つの画像として処理される。
画像処理部は、各々の画像の「画角：０〜１８０度までの画像」を繋ぎ併せて最終画像に使用する。画像の繋ぎ合わせに際しては、２つの撮像体の位置関係から、連結画像を作成することもできるが、画像が相互に同一となる部分、即ち「１８０〜１９０度までの画像」を両画像を繋ぎ合わせる際の基準データと使用しても良い。
これにより、環境温度により２つの撮像体の相対位置関係が変動した場合においても、「画像の繋ぎ合わせを正確に行なう」ことができる。
このようにして「全天球画像を表示」させることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ １対の広角レンズの前群
ＰＡ、ＰＢ プリズム
Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ １対の広角レンズの後群
ＩＳＡ、ＩＳＢ 撮像センサ
ＳＢ１、ＳＢ２ 基板
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３ 第１の広角レンズの前群を成すレンズ
Ｐ１ 第１の広角レンズの反射面をなすプリズム
Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７ 第１の広角レンズの後群をなすレンズ
Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３ 第２の広角レンズの前群を成すレンズ
Ｐ２ 第２の広角レンズの反射面をなすプリズム
Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ２７ 第２の広角レンズの後群をなすレンズ
ＰＤ１、ＰＤ２ 撮像センサ
ＳＢ１、ＳＢ２ 基板
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３９】
【特許文献１】特開２０１０−２７１６７５号公報
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像光学系および全天球型撮像装置および撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
１８０度より広い画角を持つ広角レンズと、この広角レンズによる像を撮像する撮像センサとによる撮像光学系を２つ組み合わせ、各撮像光学系により撮像された像を合成して「４πラジアンの立体角内の像」を得る全天球型撮像装置が、従来から知られている（特許文献１）。
【０００３】
このような全天球型撮像装置は、同時に全方位の画像情報を取得できるので、例えば、防犯用監視カメラや車載カメラ等に有効に利用できる。近来、全天球型撮像装置を携帯用にもできるように、その小型化が求められている。
【０００４】
例えば、ニュースの取材などの際に、小型の全天球型撮像装置を「手持ち状態」で使用すれば、極めて正確且つ公平な画像情報を撮像できる。
【０００５】
小型の全天球型撮像装置を実現するには、撮像光学系に用いる広角レンズを小型化する必要があるが、良好な画像を撮像するためには、広角レンズにも「それなりの性能」が必要であり、広角レンズを構成するレンズ枚数を少なくすることは困難である。
【０００６】
広角レンズの構成レンズ枚数がある程度多くなると、広角レンズの全長が長くなり、これを２つ「逆向きに組み合わせる」場合、画角を相当に大きくしないと「撮影できない空間部分（各広角レンズに入射する最大画角光束が、互いに重なり合わない空間部分）」が大きくなる。
【０００７】
また、広角レンズを小型化する場合、画角が大きくなると、撮像センサを装荷する基板により、入射光束の一部が遮られ、広角レンズにより結像する画像に、基板の一部が写る事態を生じる。基板には、撮像センサのみならず、撮像センサを駆動する回路素子や外部との電気的接続に必要な回路素子が組み込まれるので、基板のサイズは必然的に「撮像センサのサイズよりも大きく」なるのである。
【０００８】
前記特許文献１には、このような基板による入射光束の「ケラれ」に関する特段の工夫は開示されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、全天球型撮像装置に用いられる撮像光学系の、基板による入射光束が遮られる問題を有効に解決すること、また、小型の全天球型撮像装置や撮像システムの実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の全天球型撮像装置は「１８０度より広い画角を持つ広角レンズと、この広角レンズによる像を撮像する撮像センサとを有する同一構造の撮像光学系を２つ組み合わせ、各撮像光学系により撮像された像を合成して４πラジアンの立体角内の像を得る全天球型撮像装置」であって、以下の如き特徴を有する。
【００１１】
２個の「撮像光学系」は、上記の如く同一構造のものである。
【００１２】
各撮像光学系の「広角レンズ」は、物体側から像側へ向かって、負のパワーの前群、反射面、正のパワーの後群を配し、上記反射面により「前群の光軸を後群に向かって９０度折り曲げる」ものである。
【００１３】
撮像センサは「撮像センサより大きく、所定の回路系を装荷された基板」に設けられている。
【００１４】
２個の撮像光学系は、前群の光軸同士を合致させて前群の向きが逆になり、かつ、後群の光軸が互いに平行で後群同士の向きが互いに逆になるように、組み合わせられる。
【００１５】
２つの広角レンズの互いに合致した前群光軸を含み、後群光軸に直交する面をＳ面、このＳ面上における２つの後群光軸の中間点を通り後群光軸に平行な線をＰ線、２つの後群光軸間距離をＤ、上記基板の基板面とＳ面との距離をＬとする。
【００１６】
各撮像光学系の「前群の光軸の周りに、広角レンズの最大画角光線が形成する円錐面」の組み合わせと、基板の基板面に平行な平面との交差による交線を、一方の広角レンズに対してＸ１、他方の広角レンズに対してＸ２とする。
【００１７】
基板における「コーナー部分」が「交線Ｘ１、Ｘ２により囲われた面積領域から食み出さない」ように、距離：Ｄ、Ｌ、基板のサイズおよび形状が、広角レンズの最大画角：Ｆに応じて設定されている。
この発明の「撮像システム」は、以下の２種の如くである。
第１種の撮像システムは、光学系と、該光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体を２以上有し、前記光学系が反射部材を有するとともに、前記固体撮像素子は基板上に配備されている撮像システムにおいて、撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における前記反射部材上の反射位置までの距離：ａ、前記最大画角における入射光線位置から固体撮像素子までの距離：ｂ、該固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｃが、条件：
ｃ≦ａ＋ｂ／ｔａｎ（Ｆ／２） （４）
を満たすことを特徴とする。
第２種の撮像システムは、光学系と、該光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体を２以上有し、前記光学系が反射部材を有するとともに、前記固体撮像素子は基板上に配備されている撮像システムにおいて、前記撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における入射光線位置までの距離：ｐ、前記最大画角における入射光線位置から前記基板端面までの距離：ｑ、前記固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｒが、条件：
ｒ≦ｐ−ｑ／ｔａｎ（Ｆ／２） （６）
を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な撮像光学系と全天球型撮像装置や撮像システムを実現できる。全天球型撮像装置の各撮像光学系は、広角レンズへの入射光束が、撮像センサを装荷された基板により遮られることがない。撮像システムにおける光学系への入射光束も、固体撮像素子を配備された基板により遮られることがない。
【００１９】
また、全天球型撮像装置に用いられた２つの撮像光学系の広角レンズは、結像光路を反射面により９０度屈曲させており、互いに逆方向を向いた前群の第１レンズ相互の間隔を短くでき、全天球型撮像装置の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】全天球型撮像装置において、２つの撮像光学系を組み合わせた状態を示す図である。
【図２】基板の配設状態を説明するための図である。
【図３】基板による撮像光束の遮蔽を防止する条件を説明するための図である。
【図４】全天球型撮像装置において、２つの撮像光学系を組み合わせた状態を示す図である。
【図５】全天球型撮像装置において、２つの撮像光学系を組み合わせた状態を示す図である。
【図６】実施例の広角レンズの球面収差図である。
【図７】実施例の広角レンズの像面湾曲図である。
【図８】実施例の広角レンズのコマ収差図である。
【図９】実施例の広角レンズのＯＴＦ特性を示す図である。
【図１０】実施例の広角レンズのＯＴＦ特性を示す図である。
【図１１】広角レンズの光路を折り曲げることの全天球型撮像装置における効果を説明するための図である。
【図１２】撮像システムの実施の１形態を説明するための図である。
【図１３】撮像システムの実施の別形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施の形態を説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、全天球型撮像装置の実施の１形態を要部のみ説明図的に示す図である。
【００２３】
この実施の形態においては、２個の撮像光学系Ａ０、Ｂ０が組み合わせられている。
【００２４】
撮像光学系Ａ０、Ｂ０は同一構造（同一仕様で製造される。）である。説明の繁雑を避けるため、撮像光学系Ａ０を構成するものには符号の末尾に「Ａ」を付し、撮像光学系Ｂ０を構成するものには符号の末尾に「Ｂ」を付して区別するものとし、構造等の説明は、撮像光学系Ａ０について行なう。
【００２５】
撮像光学系Ａ０は「１８０度より広い画角を持つ広角レンズ」と、この広角レンズによる像を撮像する「撮像センサ」とを有する。
【００２６】
撮像光学系Ａ０の広角レンズは、負のパワーの前群Ｌ１Ａ、反射面の実体をなすプリズムＰＡ、正のパワーの後群Ｌ２Ａを配し、反射面により前群の光軸ＡＸ１Ａを後群Ｌ２Ａに向かって９０度折り曲げるものである。
【００２７】
前群Ｌ１Ａ、後群Ｌ２Ａは、それぞれ１枚のレンズとして描いてあるが、これは説明を簡略するためであり、実際には、前・後群とも２枚以上のレンズで構成されることができることは言うまでもない。
【００２８】
物体側からの光は、前群Ｌ１Ａに入射し、プリズムＰＡの反射面により反射され、後群Ｌ２Ａに向かって光軸を９０度折り曲げられる。図１（Ａ）において、符号ＡＸ２Ａは、９０度折り曲げられた光軸を示し、この光軸ＡＸ２Ａを「後群光軸」と呼ぶ。プリズムＰＡの反射面で反射された光束は、後群光軸ＡＸ２Ａに沿って後群Ｌ２Ａに入射し、後群Ｌ２Ａを透過すると、撮像センサＩＳＡの受光面上に物体像を結像する。
【００２９】
撮像センサＩＳＡは、受光した物体像を画像データとして出力する。
撮像センサＩＳＡは、基板ＳＢＡに設けられている。
【００３０】
基板ＳＢＡは、撮像センサＩＳＡを駆動する回路素子（図示されず）や、外部との電気的接続に必要な回路素子（図示されず）を組み込まれており、撮像センサＩＳＡよりもサイズが大きい。
【００３１】
同一構造の２個の撮像光学系Ａ０、Ｂ０は、図１（ａ）に示すように組み合わせられている。
【００３２】
即ち、前群Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂの光軸（前群光軸）ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂを合致させて前群の向きが逆になる（撮像光学系Ａ０の前群Ｌ１Ａは、図１（ａ）において右向きであり、撮像光学系Ｂ０の前群Ｌ１Ｂは、図１（ａ）において左向きである。）ように、且つ、後群Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂの光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂが互いに平行で、後群同士の向きが互いに逆になる（撮像光学系Ａ０の後群Ｌ２Ａは、図１（ａ）において上向きであり、撮像光学系Ｂ０の後群Ｌ２Ｂは、図１（ａ）において下向きである。）ように組み合わせられている。
【００３３】
撮像光学系Ａ０の広角レンズは、１８０度より大きい画角を有するから、広角レンズに入射する「最大画角光線（最大画角をもって入射する光線）」の集合は、図１（ｂ）に示すように、撮像光学系Ａ０の前群光軸ＡＸ１Ａを軸とする円錐面ＬＭＡをなす。
【００３４】
同様に、撮像光学系Ｂ０の広角レンズも１８０度より大きい画角を有するから、広角レンズに入射する「最大画角光線」の集合は、図１（ｂ）に示すように、撮像光学系Ｂ０の前群光軸ＡＸ１Ｂを軸とする円錐面ＬＭＢをなす。
【００３５】
これら円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢは、図１（ｂ）に示す位置Ｚ１、Ｚ２で交わる。前群光軸ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂは、互いに合致しているから、円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢの交差する部分は前群光軸を中心とする円形であり、図１（ｂ）に示す位置Ｚ１、Ｚ２は、この円の円周上の点である。
【００３６】
２つの広角レンズの互いに合致した前群光軸ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂを含み、後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂに直交する面をＳ面とし、符号ＳＦで示す。
【００３７】
即ち、図１（ｂ）において、Ｓ面ＳＦは、２つの広角レンズの互いに合致した前群光軸ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂを含み、図面に直交する平面である。
【００３８】
図１（ｂ）において、平面ＳＦＡは、図１（ａ）において基板ＳＢＡが設けられている面位置を示す。また、平面ＳＦＢは、図１（ａ）において基板ＳＢＢが設けられている面位置を示す。
平面ＳＦＡを基板ＳＢＡの「基板面」、平面ＳＦＢを基板ＳＢＢの「基板面」と呼ぶ。
【００３９】
基板面ＳＦＡとＳＦＢとは、Ｓ面ＳＦに関して対称な位置である。
図１（ｂ）において、長さ：ＬＧＡは、基板面ＳＦＡが円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢと交わる領域の、前群光軸ＡＸＡ１方向の長さである。同様に、長さ：ＬＧＢは、基板面ＳＦＢが円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢと交わる領域の、前群光軸ＡＸＡ１方向の長さであり、ＬＧＡ＝ＬＧＢである。
【００４０】
図２は、図１（ａ）の状態を、図１（ａ）の上方から見て、基板ＳＢＡ、ＳＢＢの位置関係を「透視的」に示した図である。
【００４１】
２つの広角レンズの、互いに合致した前群光軸ＡＸ１Ａ、ＡＸ１Ｂを含み、後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂに直交するＳ面ＳＦは「図面に合致」した面である。
【００４２】
Ｓ面ＳＦ上における２つの後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂの中間点を通り、後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂに平行な線をＰ線ＬＰとする。
後群光軸ＡＸ２Ａは、撮像センサＩＳＡの受光面の中心部を通り、後群光軸ＡＸ２Ｂは、撮像センサＩＳＢの受光面の中心部を通る。
【００４３】
２つの後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂの間の距離を「Ｄ」とする。
また、図１（ｂ）に示すように、基板ＳＢＡ、ＳＢＢの基板面ＳＦＡ、ＳＦＢとＳ面ＳＦとの距離をＬとする。
【００４４】
図１（ｂ）において、基板面ＳＦＡ、ＳＦＢは、仮想的に円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢを、Ｓ面ＳＦに平行に切断する。この仮想的な切断面は、円錐面ＬＭＡとは、図２に符号Ｘ１で示す交線で交わる。交線Ｘ１は放物線である。
【００４５】
同様に、仮想的な切断面は、円錐面ＬＭＢとは、図２に符号Ｘ２で示す交線で交わる。交線Ｘ２も放物線である。基板面ＳＦＢは、基板面ＳＦＡと、Ｓ面ＳＦと対称であるから、基板面ＳＦＢと円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢとの交線も、上記交線Ｘ１、Ｘ２と同一となる。
【００４６】
以下、図２、図３においては、交線Ｘ１、Ｘ２は、基板面ＳＦＡ、ＳＦＢと、円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢとの交線（図２、図３において、これらは互いに重なり合っている。）を表すものとする。
【００４７】
そうすると、基板ＳＢＡ、ＳＢＢが、物体光を遮光しないようにするには、図２に直交する方向から見て、基板ＳＢＡの交線Ｘ１側のコーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａと、基板ＳＢＢの、交線Ｘ２側のコーナー部Ｃ１Ｂ、Ｃ２Ｂを４隅とする長方形が、交線Ｘ１とＸ２とで囲まれる面積領域内に収まり、上記コーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａ、Ｃ１Ｂ、Ｃ２Ｂが、上記面積領域外に「食み出さない」ようにすればよい。
【００４８】
このための条件を、説明中の例の場合について、以下に説明する。
図３は、図２の状態を簡略化し、撮像センサＩＳＡを装荷された基板ＳＢＡと、他の部分との位置関係を、Ｓ面ＳＦ上に射影して示している。説明の簡単のため、基板ＳＢＡは「長方形形状」であるとし、その長さを「２η」、幅を「ξ」とする。
【００４９】
図の如く、円錐面ＬＭＡの頂点を「Ｑ１」とし、図３において、基板ＳＢＡの長手方向の辺と頂点Ｑ１とのＳ面ＳＦ上の射影長さを「ζ」とする。
【００５０】
図３において符号Ｃ１Ａ１は「基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ１Ａを、Ｓ面ＳＦ上へ射影した位置」を表す。このとき、頂点Ｑ１と位置Ｃ１Ａ１との距離：Ｚは、
Ｚ＝√（η２＋ζ２）
である。
【００５１】
ところで、基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ１Ａは、実際には図１（ｂ）に示すように「Ｓ面ＳＦから高さ：Ｌの位置」にある。ここで、コーナー部Ｃ１Ａが、交線Ｘ１上に位置する場合を考える。この状態はコーナー部Ｃ１Ａが交線Ｘ１の外側に食み出さない「ぎりぎりの状態」である。
【００５２】
このとき、コーナー部Ｃ１Ａは、円錐面ＬＭＡ上に位置することになる。
【００５３】
そこで、結像光学系Ａ０の広角レンズの最大画角を「Ｆ（＞１８０度）」とすれば、楕円面ＬＭＡの頂角は、
１８０−（Ｆ−１８０）＝３６０−Ｆ（度）
となり、その半角は、
１８０−（Ｆ／２）
となる。
【００５４】
そうすると「コーナー部Ｃ１Ａが、交線Ｘ１上に位置する場合」には、
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＝Ｌ／Ｚ＝Ｌ／√（η２＋ζ２）
が成り立つ。
【００５５】
従って、コーナー部Ｃ１Ａが、交線Ｘ１の外側へ食み出さない条件は、
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＞Ｌ／√（η２＋ζ２） （１）
である。
【００５６】
コーナー部Ｃ２Ａについても同様である。図３において「符号Ｃ２Ａ２で示す位置」は、図２における基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ２Ａを、Ｓ面ＳＦ上へ射影した位置である。
【００５７】
コーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａの成す辺と、結像光学系Ａ０の後群光軸ＡＸ２Ａとの距離を図３の如く「Ｇ」とすると、距離「ζ＋Ｇ」は、結像光学系Ａ０の仕様により決まる。また、「Ｇ、η、ξ」は、基板ＳＢＡの仕様として定まり、距離：ζは、基板ＳＢＡの仕様により定まる。また、距離：Ｌ、画角：Ｆは、結像光学系Ａ０の仕様により定まる。
【００５８】
従って、結像光学系Ａ０の仕様に応じて、基板ＳＢＡのサイズや設置態様を上記の条件（１）を満足するように設定することにより、基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａによる結像光束の遮蔽を防ぐことができる。
【００５９】
図３において、符号Ｃ３Ａ１、Ｃ４Ａ１は、基板ＳＢ１の４つのコーナー部のうち、コーナー部Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａ以外の２つのコーナー部を、Ｓ面ＳＦに射影した位置を示している。これらに対応するコーナー部をコーナー部Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａとする。
【００６０】
これらのコーナー部Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａは、交線Ｘ２の外側に食み出さないようにする必要がある。
【００６１】
基板ＳＢＡのコーナー部Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａを結ぶ側縁部と、円錐面ＬＭＢの頂点Ｑ２との距離は、図３における左右方向の対称性から、
（ζ＋Ｇ＋Ｄ／２）−（ξ―Ｇ−Ｄ／２）＝ζ―ξ＋２Ｇ＋Ｄ＝χ
であり、この量：χを、条件（１）のζに代入したもの、即ち、
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＞Ｌ／√（η２＋χ２） （２）
が満足されれば、コーナー部Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａは、交線Ｘ２の外側に食み出さない。これは基本的に、結像光学系Ａ０、Ｂ０の後群光軸ＡＸ２Ａ、ＡＸ２Ｂ間の距離：Ｄを調整することにより可能である。
【００６２】
上には、基板ＳＢＡについて説明したが、基板ＳＢＢは基板ＳＢＡと同形であって、基板ＳＢＢと円錐面ＬＭＡ、ＬＭＢとの関係も、基盤ＳＢＢと同様であるから、上記と同じ条件を満足させればよい。
【００６３】
即ち、基板におけるコーナー部分が、上記交線Ｘ１、Ｘ２により囲われた面積領域から食み出さないように、距離：Ｄ、Ｌ、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのサイズおよび形状を、広角レンズの最大画角：Ｆに応じて設定すればよい。
【００６４】
ところで、全天球型撮像装置を実際に構成する場合には、２つの撮像光学系は「共通のハウジング」に収納されることになるが、このハウジングは、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのコーナー部分と、交線Ｘ１、Ｘ２との間に「厚み部分」が位置する必要がある。
【００６５】
従って、基板のコーナー部と前記交線との間には「ハウジングの壁の厚み分以上の余裕がある」必要がある。この厚みとしては、１．５ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ程度以上が見込まれる。
【００６６】
条件（１）を不等式で設定しているのは、この余裕を見越してのことである。
【００６７】
なお、基板の大きさが、交線Ｘ１、Ｘ２の外側へコーナー部が食み出るような大きさである場合、当該コーナー部を「面取り」するなどして、食み出しを避けることができる。
【００６８】
以下、具体的な例を説明する。
【００６９】
図４は、全天球型撮像装置において、２つの撮像光学系を組み合わせた状態を示している。図４は、具体例であるので、図１に示した例とは符号を異ならせる。
【００７０】
一方の撮像光学系の広角レンズは、レンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズと、プリズムＰ１により構成されている。レンズＬ１１〜Ｌ１３は「前群」を構成し、レンズＬ１４〜Ｌ１７は「後群」を構成する。プリズムＰ１は直角プリズムであって、前群の光軸ＡＸ１上に設けられ、前群からの光束を後群に向かって内部反射させ、前群の光軸を後群に向かって９０度折り曲げる。
【００７１】
レンズＬ１１〜Ｌ１７とプリズムＰ１により構成される広角レンズ（以下、第１の広角レンズと呼ぶ。）は、鏡筒をなすホルダＨＬ１に保持されて所定の位置関係に一体化されている。
【００７２】
他方の撮像光学系の広角レンズは、レンズＬ２１〜Ｌ２７の７枚のレンズと、プリズムＰ２により構成されている。レンズＬ２１〜Ｌ２３は「前群」を構成し、レンズＬ２４〜Ｌ２７は「後群」を構成する。プリズムＰ２は直角プリズムであって、前群の光軸ＡＸ２上に設けられ、前群からの光束を後群に向かって内部反射させ、前群の光軸を後群に向かって９０度折り曲げる。
【００７３】
レンズＬ２１〜Ｌ２７とプリズムＰ２により構成される広角レンズ（以下、第２の広角レンズと呼ぶ。）は、鏡筒をなすホルダＨＬ２に保持されて所定の位置関係に一体化されている。
【００７４】
第１および第２の広角レンズは共に「１８０度を超える画角」を有し、図の如く、レンズＬ１１、Ｌ２１に結像光束が入射する。
【００７５】
図４において、符号ＰＤ１、ＰＤ２は撮像センサを示す。これらは、図１に示した撮像センサＩＳＡ、ＩＳＢと同様のものである。
撮像センサＰＤ１は、これより大きく、所定の回路系を装荷された基板ＳＢ１に設けられている。
【００７６】
撮像センサＰＤ１は、第１の広角レンズの後群の光軸ＡＸ３が「受光面の中心」を通るように、且つ、第１の広角レンズによる撮像画像が受光面上に結像するように、位置を定められている。
【００７７】
同様に、撮像センサＰＤ２は、これより大きく、所定の回路系を装荷された基板ＳＢ２に設けられている。撮像センサＰＤ２は、第２の広角レンズの後群の光軸ＡＸ４が「受光面の中心」を通るように、且つ、第２の広角レンズによる撮像画像が受光面上に結像するように、位置を定められている。
【００７８】
第１の広角レンズおよび第２の広角レンズは「前群の向きが互いに逆向き（図４において、第１の広角レンズの前群は右向きで、第２の広角レンズの前群は左向きである。）で、後群の向きが互いに逆向き（図１において、第１の光学系では後群の向きは上向きであり、第２の広角レンズの後群は下向きである。）」である。
【００７９】
さらに、第１の広角レンズの前群の光軸ＡＸ１は、第２の広角レンズの前群の光軸ＡＸ２と「同一直線上に位置」する。そして、プリズムＰ１とＰ２とは、相互の反射面部分が互いに対向するように組み合わせられている。
【００８０】
なお、図１において符号ＳＰは、第１および第２の広角レンズ相互の間隔を維持するスペーサを示す。
【００８１】
第１および第２の広角レンズは、同一構造で同一仕様のものであり、最大画角：Ｆは同一である。
【００８２】
第１の広角レンズの前群光軸ＡＸ１と後群光軸ＡＸ３が成す平面（図４の紙面）内において、最大画角の入射光線の入射位置と後群光軸ＡＸ３との距離を、図の如く「ａ１」とする。
【００８３】
また、最大画角の入射光線の入射位置と撮像センサＰＤ１との、後群光軸ＡＸ３に平行な距離を、図の如く「ｂ１」とする。
【００８４】
さらに、撮像センサＰＤ１の中心と基板ＳＢ１の「前群側端部との距離」を、図の如く「ｃ１」とする。
【００８５】
同様に、第２の広角レンズの前群光軸ＡＸ２と後群光軸ＡＸ４が成す平面（図１の紙面）内において、最大画角の入射光線の入射位置と後群光軸ＡＸ４との距離を、図の如く「ａ３」とする。
【００８６】
また、最大画角の入射光線の入射位置と撮像センサＰＤ１との、後群光軸ＡＸ３に平行な距離を、図の如く「ｂ３」とする。
【００８７】
さらに、撮像センサＰＤ１の中心と基板ＳＢ１の「前群側端部との距離」を、図の如く「ｃ３」とする。
【００８８】
図５は、図４の状態を、図４における上方から見た状態で、第１の広角レンズの前群のレンズＬ１１、前群光軸ＡＸ１、後群光軸ＡＸ３と、基板ＳＢ１との関係を示すと共に、第２の広角レンズの前群のレンズＬ２１、前群光軸ＡＸ２、後群光軸ＡＸ４と、基板ＳＢ２との関係を示す。基板ＳＢ２は、一部が基板ＳＢ１の陰になっている。
【００８９】
この様態において、第１の広角レンズの、最大画角における入射光線の入射位置と前群光軸ＡＸ１との間の距離を「Ｐ１」、最大画角における入射光線の入射位置から基板ＳＢ１の前群側端部までの前群光軸ＡＸ１に平行な距離を「ｑ１」、基板ＳＢ１面上の撮像センサの中心（後群光軸ＡＸ３の位置と合致している。）から基板ＳＢ１の前群光軸ＡＸ１に直交する方向に平行な距離を「ｒ１」とする。
【００９０】
同様に、第２の広角レンズの、最大画角における入射光線の入射位置と前群光軸ＡＸ２との間の距離を「Ｐ３」、最大画角における入射光線の入射位置から基板ＳＢ１のレンズＬ２１側までの前群光軸ＡＸ２に平行な距離を「ｑ３」、基板ＳＢ２面上の撮像センサの中心（後群光軸ＡＸ４の位置と合致している。）から基板ＳＢ２の前群光軸ＡＸ３に直交する方向に平行な距離を「ｒ３」とする。
【００９１】
図５は、前群光軸ＡＸ１、ＡＸ３のなす直線に対して、左右対称であり、距離：ｐ１＝ｐ２、ｒ１＝ｒ２、ｐ３＝ｐ４、ｒ３＝ｒ４である。
【００９２】
図４に戻り、第１の広角レンズに組み合わせられた基板ＳＢ１の「図で左側の端部（第２の広角レンズのレンズＬ２１へ向かう側の端部）と後群光軸ＡＸ３との距離を「ｃ２」とする。
【００９３】
同様に、第２の広角レンズに組み合わせられた基板ＳＢ２の「図で右側の端部（第１の広角レンズのレンズＬ１１へ向かう側の端部）と後群光軸ＡＸ４との距離を「ｃ４」とする。
【００９４】
これらの距離：ｃ２、ｃ４の大きさは「個々の撮像光学系が単独で用いられる場合」であれば任意である。しかし、２つの撮像光学系を、図４、図５の如くに組み合わせて用いる場合、距離：ｃ２が大きくなると、基板ＳＢ１が、第２の広角レンズの入射光束を遮光するようになる。
【００９５】
同様に、距離：ｃ４が大きくなると、基板ＳＢ２が、第２の広角レンズの入射光束を遮光するようになる。
【００９６】
一方、距離：ｃ１＋ｃ２は、基板ＳＢ１の「第１の広角レンズの前群光軸ＡＸ１に平行な方向のサイズ」であり、距離：ｃ３＋ｃ４は、基板ＳＢ２の「第２の広角レンズの前群光軸ＡＸ２に平行な方向のサイズ」である。
【００９７】
基板ＳＢ１、ＳＢ２には「所定の回路系が装荷される」のであるから、基板ＳＢ１、ＳＢ２のサイズは任意に設定できるわけではない。
【００９８】
そこで、基板ＳＢ１が、第２の広角レンズの入射光束を遮光することがなく、基板ＳＢ２が、第２の広角レンズの入射光束を遮光することがないようにする必要がある。これを行なうには、スペーサＳＰにより、第１および第２の広角レンズの間隔（プリズムＰ１とＰ２の反射面の対向間隔）を調整すればよい。即ち、前述の図１〜図３に即しての説明において、間隔：Ｄを調整することに相当する。
【００９９】
即ち、２つの撮像光学系を組み合わせて、全天球型撮像装置を構成する場合、各撮像光学系の広角レンズの前群の向きを互いに逆向き、後群の向きを互いに逆向きとし、各広角レンズの前群の光軸ＡＸ１、ＡＸ３が同一直線上に位置するようにして、相互の反射面部分を対向させ、これら反射面部分の間隔を「一方の撮像光学系の撮像センサを装荷された基板が、他方の撮像光学系の広角レンズへの入射光束を遮らない」ように定めて組み合わせるのである。
【０１００】
ところで、実際に全天球型撮像装置を製造する場合、図１、図２に示す如き光学系・撮像センサ・基板、スペーサの組み合わせた構造物が「装置のハウジング内に収納される」ことになるが、ハウジングは「基板の端部と最大画角の光線との間」に配置されることになる。
【０１０１】
前述の如く、筐体（ハウジング）の肉厚は「１．５ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上」を確保するのが良い。
【実施例】
【０１０２】
以下、具体的な実施例を説明する。
【０１０３】
図４、図５を参照して上に説明した「７枚のレンズとプリズム」により構成される広角レンズの具体的な１例を挙げると、以下の如くである。
【０１０４】
以下に挙げる実施例において、ｆは全系の焦点距離、ＮｏはＦナンバ、ωは全画角である。
【０１０５】
「面番号」は、物体側から順次１〜２３とし、これらはレンズ面、プリズムの入・射出面および反射面、絞りの面、撮像センサの「ＩＲフィルタの面」や受光面を示す。
【０１０６】
「Ｒ」は、各面の曲率半径であり、非球面に合っては「近軸曲率半径」である。
【０１０７】
「Ｄ」は、面間隔、「Ｎｄ」は、ｄ線の屈折率、「νd」は、アッベ数である。また物体距離は無限遠である。長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【０１０８】
「実施例」
ｆ＝０．７５、Ｎｏ＝２．１４、ω＝１９０度
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
１ １７．１ １．２ １．８３４８０７ ４２．７２５３２４
２ ７．４ ２．２７
３＊ −１８０９ ０．８ １．５３１１３１ ５５．７５３８５８
４＊ ４．５８ ２
５ １７．１ ０．７ １．６３９９９９ ６０．０７８１２７
６ ２．５ １．６
７ ∞ ０．３
８ ∞ ５ １．８３４０００ ３７．１６０４８７
９ ∞ １．９２
１０ ∞(開口絞り) ０．１５
１１ ９３．２ １．０６ １．９２２８６０ １８．８９６９１２
１２ −６．５６ １．１
１３ ∞ −０．１
１４ ３．３７ １．８６ １．７５４９９８ ５２．３２１４３４
１５ −３ ０．７ １．９２２８６０ １８．８９６９１２
１６ ３ ０．３
１７＊ ２．７ １．９７ １．５３１１３１ ５５．７５３８５８
１８＊ −２．１９ ０．８
１９ ∞ ０．４ １．５１６３３０ ６４．１４２０２２
２０ ∞ ０
２１ ∞ ０．３ １．５１６３３０ ６４．１４２０２２
２２ ∞ ０．３
２３ 撮像面 。
【０１０９】
「非球面」
上のデータで「＊」印を付した面（前群の第２レンズの両面および後群の最終レンズの両面）は非球面である。
【０１１０】
非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：Ｃ、光軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、上記各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、周知の式
Ｘ＝ＣＨ２／[１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃ２Ｈ２}]
＋Ａ４・Ｈ４＋Ａ６・Ｈ６＋Ａ８・Ｈ８＋Ａ１０・Ｈ１０＋Ａ１２・Ｈ１２＋Ａ１４・Ｈ１４
で表されるものであり、近軸曲率半径と円錐定数、非球面係数を与えて形状を特定する。
【０１１１】
上記実施例の非球面データを以下に挙げる。
４ｔｈ、６ｔｈ、８ｔｈ、１０ｔｈ、１２ｔｈ、１４ｔｈとあるのは、４次以降の偶数次の非球面係数：Ａ４〜Ａ１４を表す。
【０１１２】
第３面
４ｔｈ：０．００１６１２
６ｔｈ：−５．６６５３４ｅ−６
８ｔｈ：−１．９９０６６ｅ−７
１０ｔｈ：３．６９９５９ｅ−１０
１２ｔｈ：６．４７９１５ｅ−１２
第４面
４ｔｈ：−０．００２１１
６ｔｈ：１．６６７９３ｅ−４
８ｔｈ：９．３４２４９ｅ−６
１０ｔｈ：−４．４４１０１ｅ−７
１２ｔｈ：−２．９６４６３ｅ−１０
第１７面
４ｔｈ：−０．００６９３４
６ｔｈ：−１．１０５５９ｅ−３
８ｔｈ：５．３３６０３ｅ−４
１０ｔｈ：−１．０９３７２ｅ−４
１２ｔｈ：１．８０７５３−５
１４ｔｈ：−１．５２２５２ｅ−７
第１８面
４ｔｈ：０．０４１９５４
６ｔｈ：−２．９９８４１ｅ−３
８ｔｈ：−４．２７２１９ｅ−４
１０ｔｈ：３．４２６５１９ｅ−４
１２ｔｈ：−７．１９３３８ｅ−６
１４ｔｈ：−１．６９４１７ｅ−７ 。
【０１１３】
上記非球面データの表記において、例えば「−１．６９４１７ｅ−７」は「−１．６９４１７×１０−７」を意味する。
【０１１４】
画角１８０度を超える広角レンズでは、レンズの中心を通る光線と周辺を通る光線では、レンズ肉厚の差で光路長が変わり、性能劣化につながる。実施例の広角レンズでは、前群の３枚のレンズのうち、第２レンズに「光軸近傍と周辺とのレンズ肉厚の差」が出やすい。それで、該第２レンズをプラスチックレンズとして両面を非球面とすることにより補正を行っている。
【０１１５】
また、後群の最終レンズをプラスチックレンズとし、その両面を非球面とすることにより、このレンズよりも物体側で発生する諸収差を良好に補正するようにしている。
【０１１６】
また、後群の４枚のレンズのうち、２番目の両凸レンズと３番目の両凹レンズを接合することにより「色収差」を良好に補正している。
【０１１７】
実施例の広角レンズの球面収差図を、図６に示す。また、像面湾曲の図を図７に示す。
【０１１８】
図８には、コマ収差図を示す。
【０１１９】
図９、図１０は、ＯＴＦ特性を示す図であり、横軸は、図９が「空間周波数」、図１０が半画角を「度」で表している。
【０１２０】
これらの図から明らかなように、実施例の広角レンズは性能が極めて高い。
【０１２１】
このような広角レンズに撮像センサ・基板を組み合わせて「撮像光学系」とし、同一の撮像光学系を２つ、図４、図５のように組み合わせた。
【０１２２】
図４に示す各距離は以下の通りである。
【０１２３】
ａ１＝ａ３＝７．９６ｍｍ、ｂ１＝ｂ３＝２．８４ｍｍ、ｃ１＝ｃ３＝５．００ｍｍである。画角：Ｆは１９０度であり、前述の条件（１）、（２）を満たし、基板のコーナー部が結像光束を遮光することがない。
【０１２４】
また、図４における距離：ａ２（第２の広角レンズの最大入射角の入射光線の入射位置と第１の広角レンズの後群光軸との間の距離）、ａ４（第１の広角レンズの最大入射角の入射光線の入射位置と第２の広角レンズの後群光軸との間の距離＝ａ２）、距離：ｂ１（＝ｂ３）、距離：ｃ２（＝ｃ４）はそれぞれ、
ａ２＝１７．９８ｍｍ、ｂ１＝２．８４ｍｍ、ｃ２＝１１．００ｍｍであり、画角：Ｆは１９０度であり、基板ＳＢ１は、第２の広角レンズへの入射光束を遮らず、基板ＳＢ２は、第１の広角レンズへの入射光束を遮らない。
【０１２５】
また、図５における距離：ｐ１（＝ｐ２＝ｐ３＝ｐ４）、ｑ３、ｒ１（＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４）の値は、
ｐ１＝１０．３ｍｍ、ｑ１＝２．８６ｍｍ、ｑ３＝６．９８ｍｍ、ｒ１＝１０．０ｍｍ
である。
【０１２６】
上に示した実施例の広角レンズは、物体側から像側に向かって順に、負の屈折力のメニスカスレンズ、負の屈折力の非球面メニスカスレンズ、負のメニスカスレンズ、斜面を内部反射面とするプリズム、開口絞り、正の屈折力の両凸レンズ、正の屈折力の両凸レンズと負の屈折力の両凹レンズの接合レンズ、正の屈折力の両凸レンズを配してなり、「負の屈折力のメニスカスレンズ、負の屈折力の非球面メニスカスレンズ、負のメニスカスレンズ」が前群を構成し、「正の屈折力の両凸レンズ、正の屈折力の両凸レンズと負の屈折力の両凹レンズの接合レンズ、正の屈折力の両凸レンズ」が後群を構成し、前群の最も物体側の面から内部反射面までの距離：ＬＦ、内部反射面から「後群の最も像側の面」までの距離：ＬＲは、条件：
ＬＦ＜ＬＲ （３）
を満足している。
【０１２７】
この様な構成の広角レンズを２個組み合わせて、実施の形態の如き全天球型撮像装置を構成することにより、全天球型撮像装置をコンパクト化できる。
【０１２８】
図１１（ａ）は、広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢとして「反射面による光路折り曲げを行なわないもので、同一仕様のもの（上記実施例の広角レンズのプリズムを除去したもの）」を２つ組み合わせて全天球型撮像装置を構成した例を示している。
【０１２９】
２つの広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢによる撮像画像は、それぞれ図示されない撮像センサにより受光されて画像処理装置２に送られ、画像処理装置２において４πラジアンの立体角内の画像として「全天球画像」に合成される。
合成された全天球画像は、ディスプレイ３に表示される。
【０１３０】
広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢは「光路を折り曲げない」ので、前群の最も物体側のレンズから像面にいたる距離はＲ１と大きく、各広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢの最大画角の入射光線が交差する位置と、レンズ径光軸との距離はＬ１であり。距離：Ｌ１よりも小さい距離の物体は撮像されない。
【０１３１】
図１１（ｂ）は、上記実施例の広角レンズを、２個の広角レンズＬＷ１、ＬＷ２（図１に示した広角レンズＡ０、Ｂ０に対応する。）として上記の如く組み合わせて全天球型撮像装置を構成した例である。
【０１３２】
広角レンズの光軸を折り曲げているので「前群の最も物体側のレンズ」同士の距離は２Ｒ１と小さくなり、２つの広角レンズの最大画角の入射光線が交差する位置と前群光軸の距離はＬ２と短くなっている。
【０１３３】
上記距離：Ｒ１、Ｌ１、Ｒ２、Ｌ２は、広角レンズの画角：Ｆを用いて、以下のように表される。
【０１３４】
Ｌ１＝−Ｒ１・ｔａｎ(Ｆ／２)
Ｌ２＝−Ｒ２・ｔａｎ(Ｆ／２) 。
【０１３５】
広角レンズＬＷＡ、ＬＷＢ、ＬＷ１、ＬＷ２の最大画角は共に１９０度である。
【０１３６】
図１１（ａ）の構成では、
Ｒ１＝２０ｍｍ、Ｌ１＝２２９ｍｍ
であるが、図１１（ｂ）の構成では、
Ｒ２＝１２．５ｍｍ、Ｌ２＝１４２．８ｍｍ
となり、撮像光学系の小型化と共に「より近距離までの全天球画像」を撮像できるようになった。
【０１３７】
なお、図１１（ｂ）の例では、画像処理装置２により一部の光束が遮断されるが、この部分は全天球型撮像装置を携帯用に構成した場合に「手による保持部」にあたる部分となり、この部分の画像が撮像されなくても特に問題はない。あるいは「画像処理装置２」を小型化して「撮像されない空間内に収める」ようにすることもできる。
以下に、撮像システムの発明を「全天球型撮像装置」として実施した形態を説明する。
繁雑を避けるため、混同の恐れがないと思われるものについては、図１におけると同一の符号を用いる。
図１２において、符号Ｌ１Ａはレンズ、符号Ｐはプリズム、符号Ｌ２Ａはレンズを示し、これらレンズＬ１Ａ、プリズムＰ、レンズＬ２Ａは「光学系」を構成する。また、符号ＩＳＡは固体撮像素子、符号ＳＢＡは固体撮像素子ＩＳＡを配備された「基板」を示す。
上記「光学系」と固体撮像素子ＩＳＡおよび基板ＳＢＡとは「１個の撮像体」を構成する。
同様に、符号Ｌ１Ｂはレンズ、符号Ｐはプリズム、符号Ｌ２Ｂはレンズを示し、これらレンズＬ１Ｂ、プリズムＰ、レンズＬ２Ｂは「光学系」を構成する。また、符号ＩＳＢは固体撮像素子、符号ＳＢＢは固体撮像素子ＩＳＢを配備された「基板」を示す。
これら「光学系」と固体撮像素子ＩＳＢおよび基板ＳＢＢとは別の「１個の撮像体」を構成する。
即ち、図１２の撮像システムは「光学系と、光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体」を２個有する。
プリズムＰは「反射部材」であり、上記２つの撮像体の光学系に共用されている。
レンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、上記光学系における反射部材Ｐよりも物体側のレンズを簡略化して描いたものであり、同様に、レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、上記光学系における反射部材Ｐよりも像側のレンズを簡略化して描いたものであり、実際には夫々が「複数枚のレンズ」で構成されるのが一般的である。
これら光学系は同一仕様のものであり、具体的には、例えば、先に挙げた実施例のものを用いることができる。
固体撮像素子ＩＳＡ、ＩＳＢは、先の説明の「撮像センサ」と同様のものである。
各撮像体の光学系における最大画角をＦとする。図１２における「Ｆ／２」は最大画角に応じた半画角である。
また、図１２に示すように「レンズＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、プリズムＰにより構成される光学系」に関して、光学系の最大画角における入射光線位置から、光学系の中央画角におけるプリズムＰの反射位置までの距離を、距離：ａ１、ａ３、最大画角における入射光線位置からセンサ表面までの距離を、距離：ｂ１、ｂ３、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのセンサ中心から入射光線側の基板端までの距離を、距離：ｃ１、ｃ３とする。
条件（４）は、各光学系について満足されるべきものであり、「レンズＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、プリズムＰにより構成される光学系」に関しては、距離「ａ」は距離：ａ１、ａ３であり、距離「ｂ」は、距離：ｂ１、ｂ３、距離「ｃ」は、距離ｃ１、ｃ３である。
具体的な数値を上げると、これらは、前述の如く、
ａ１＝ａ３＝７．９６ｍｍ
ｂ１＝ｂ３＝２．８４ｍｍ
ｃ１＝ｃ３＝５．５０ｍｍ
であり、最大画角：Ｆは１９０度（即ち、Ｆ／２＝９５度、ｔａｎ（Ｆ／２）＝−１１．４３）である。
条件（４）に代入すると、
５．５０≦７．９６−２．８４／１１．４３≒７．９６−０．２４８＝７．７１
となって、条件（４）を満足する。
即ち、レンズＬ１Ａに入射する最大画角光線は、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのレンズＬ１Ａ側の端部により遮光されることがない。
同様に、レンズＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、プリズムＰにより構成される光学系に関して、光学系の最大画角における入射光線位置から、光学系の中央画角におけるプリズムＰの反射位置までの距離を、距離：ａ２、ａ４、最大画角における入射光線位置からセンサ表面までの距離を、距離：ｂ２、ｂ４、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのセンサ中心から入射光線側の基板端までの距離を、距離：ｃ２、ｃ４とする。
条件（４）は「レンズＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、プリズムＰにより構成される光学系」に関しては、距離「ａ」は距離：ａ２、ａ４であり、距離「ｂ」は、距離：ｂ２、ｂ４、距離「ｃ」は、距離ｃ２、ｃ４である。
具体的な数値を上げると、これらは、前述の如く、
ａ２＝ａ４＝７．９６ｍｍ
ｂ２＝ｂ４＝２．８４ｍｍ
ｃ２＝ｃ４＝５．５０ｍｍ
であり、最大画角：Ｆは１９０度（即ち、Ｆ／２＝９５度、ｔａｎ（Ｆ／２）＝−１１．４３）である。
条件（４）に代入すると、
５．５０≦７．９６−２．８４／１１．４３≒７．９６−０．２４８＝７．７１
となって、条件（４）を満足する。
従って、レンズＬ１Ｂに入射する最大画角光線は、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのレンズＬ１Ｂ側の端部により遮光されることがない。
更に、基板ＳＢＡ、ＳＢＢの端部と「最大画角光線」のとの間は２ｍｍ以上離れていることが望ましい。これは、基板端部と最大画角光線のとの間に撮像システムの筐体が配備されるため、金属または樹脂カバーで筐体を作成する上でも、筐体の肉厚：２．０ｍｍ以上を確保するためである。
上に説明した具体例では、条件（５）の左辺の値は、
７．７１−５．５０＝２．２１となり、条件（５）即ち、
ａ＋ｂ／ｔａｎ（Ｆ／２）−ｃ≧２．０［ｍｍ］ （５）
を満足する。即ち、筐体の肉厚：２．０ｍｍが確保される。
図１３に示す実施の形態においても同様に、符号Ｌ１Ａはレンズ、符号Ｐはプリズム、符号Ｌ２Ａはレンズを示し、これら、レンズＬ１Ａ、プリズムＰ、レンズＬ２Ａは「光学系」を構成する。また、符号ＢＡは固体撮像素子（図示されず）を配備された「基板」を示す。
同様に、符号Ｌ１Ｂはレンズ、符号Ｐはプリズム、符号Ｌ２Ｂはレンズを示し、これらレンズＬ１Ｂ、プリズムＰ、レンズＬ２Ｂも「光学系」を構成する。また、符号ＳＢＢは固体撮像素子ＩＳＢを配備された「基板」を示す。
即ち、図１２の撮像システムは「光学系と、光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体」を２個有する。
プリズムＰは「反射部材」であり、上記２つの撮像体の光学系に共用されている。
レンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、上記光学系における反射部材Ｐよりも物体側のレンズを簡略化して描いたものであり、同様に、レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、上記光学系における反射部材Ｐよりも像側のレンズを簡略化して描いたものである。レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、図面に直交する方向において互いに重なりあっており、基板ＳＢＡ、ＳＢＢも同様に重なり合っている。
２つの光学系は同一仕様であり、例えば、先に挙げた実施例のものが用いられる。
固体撮像素子ＩＳＡ、ＩＳＢは、先の説明の「撮像センサ」と同様のものである。
各撮像体の光学系における最大画角をＦとする。図１３における「Ｆ／２」は最大画角に応じた半画角である。
図１３に示すように、レンズＬ１Ａの最大画角における入射光線位置から、光学系の中央画角における入射光線位置までの距離を距離：ｐ１、ｐ２、レンズＬ１Ａの最大画角における入射光線位置から基板ＳＢＡの端部までの距離を距離：ｑ１、ｑ２、基板ＳＢＡの固体撮像素子の中心から基板端までの距離を距離：ｒ１、ｒ２とする。
また、レンズＬ１Ｂの最大画角における入射光線位置から、光学系の中央画角における入射光線位置までの距離を距離：ｐ３、ｐ４、レンズＬ１Ｂの最大画角における入射光線位置から基板ＳＢＢの端部までの距離を距離：ｑ３、ｑ４、基板ＳＢＢの固体撮像素子の中心から基板端までの距離を距離：ｒ３、ｒ４とする。
条件（６）は、各光学系について満足されるべきものであり「レンズＬ１Ａ、Ｌ２Ａ、プリズムＰにより構成される光学系」に関しては、距離「ｐ」は距離：ｐ１、ｐ２であり、距離「ｑ」は、距離：ｑ１、ｑ２、距離「ｒ」は、距離ｒ１、ｒ２である。
具体的な数値を上げると、これらは、
ｐ１＝ｐ２＝１０．３ｍｍ、ｑ１＝ｑ２＝２．４ｍｍ、ｒ１＝ｒ２＝９．０ｍｍ
であり、Ｆ＝１９０度であって、条件（６）式を満たす。
即ち、条件（６）は、ｐ１、ｐ２、ｑ１、ｑ２、ｒ１、ｒ２に対しては、
９．０≦１０．３＋（２．４／１１．４３）≒１０．５１
となって、条件（６）を満足する。
同様に「レンズＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、プリズムＰにより構成される光学系」に関しては、距離「ｐ」は距離：ｐ３、ｐ４であり、距離「ｑ」は、距離：ｑ３、ｑ４、距離「ｒ」は、距離ｒ３、ｒ４である。
具体的な数値を上げると、これらは、前述の如く、
ｐ３＝ｐ４＝１０．３ｍｍ、ｑ３＝ｑ４＝６．９８ｍｍ、ｒ３＝ｒ４＝９．０ｍｍ
であり、Ｆ＝１９０度であって、条件（６）式を満たす。
即ち、条件（６）は、ｐ３、ｐ４、ｑ３、ｑ４、ｒ３、ｒ４に対しては、
９．０≦１０．３＋（６．９８／１１．４３）≒１０．９１
となって、条件（６）を満足する。
また、これらの場合においても条件（７）が満足される。
即ち、ｐ＝ｐ１＝ｐ２＝１０．３ｍｍ、ｑ＝ｑ１＝ｑ２＝２．４ｍｍ、ｒ＝ｒ１＝ｒ２＝９．０ｍｍに対しては、１０．５１−９．０＝１．５１＞１．５
となる。
また、ｐ＝ｐ３＝ｐ４＝１０．３ｍｍ、ｑ＝ｑ３＝ｑ４＝６．９８ｍｍ、ｒ＝ｒ３＝ｒ４＝９．０ｍｍに対しては、１０．９１−９．０＝１．９１＞１．５
即ち、レンズＬ１Ａに入射する最大画角光線は、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのレンズＬ１Ａ側の端部により遮光されることがなく、レンズＬ１Ｂに入射する最大画角光線は、基板ＳＢＡ、ＳＢＢのレンズＬ１Ｂ側の端部により遮光されることがない。
そして、筐体の厚みに対する余裕分を有する。
図１２、図１３に示す実施の形態においても、光学系内にプリズムＰを設けている。
このような構成により、レンズ系の光軸を折り曲げない撮像体に比して、装置幅を狭めることができる。反射部材はミラーでも良いが、プリズムを用いるのが好ましい。プリズムを用いることで、反射の機能を持たせると共に、プリズムの屈折によるレンズとした機能を持たせることができるため、光学系全体のレンズ枚数を減らすことができる。この結果、プリズムを採用することで、撮像体の幅を小さくできる。またプリズムを採用することで、反射部材のチルトに対する感度が低下するので「プリズム組付け時の、取り付け位置のばらつきによる基板位置の変動」を抑えることができる。
図１２、図１３に示す実施の形態においても、光学系としては前述の実施例のものを用いており、光学系は、物体側に配置された負のパワーを有する第１のレンズ群と、像側に配置された第２のレンズ群により構成され、第１または第２のレンズ群の少なくとも一方に非球面レンズを有している。
この構成により、球面レンズのみを用いた光学系に比べレンズ径を小さくできる。前述の具体的な実施例では、第１のレンズ群の第２レンズと、第２のレンズ群の第４レンズに非球面レンズが採用されている。
各々の撮像センサから出力される画像情報は、図示されない画像処理部において統合され、１つの画像として処理される。
画像処理部は、各々の画像の「画角：０〜１８０度までの画像」を繋ぎ併せて最終画像に使用する。画像の繋ぎ合わせに際しては、２つの撮像体の位置関係から、連結画像を作成することもできるが、画像が相互に同一となる部分、即ち「１８０〜１９０度までの画像」を両画像を繋ぎ合わせる際の基準データと使用しても良い。
これにより、環境温度により２つの撮像体の相対位置関係が変動した場合においても、「画像の繋ぎ合わせを正確に行なう」ことができる。
このようにして「全天球画像を表示」させることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ １対の広角レンズの前群
ＰＡ、ＰＢ プリズム
Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ １対の広角レンズの後群
ＩＳＡ、ＩＳＢ 撮像センサ
ＳＢ１、ＳＢ２ 基板
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３ 第１の広角レンズの前群を成すレンズ
Ｐ１ 第１の広角レンズの反射面をなすプリズム
Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７ 第１の広角レンズの後群をなすレンズ
Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３ 第２の広角レンズの前群を成すレンズ
Ｐ２ 第２の広角レンズの反射面をなすプリズム
Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ２７ 第２の広角レンズの後群をなすレンズ
ＰＤ１、ＰＤ２ 撮像センサ
ＳＢ１、ＳＢ２ 基板
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３９】
【特許文献１】特開２０１０−２７１６７５号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１８０度より広い画角を持つ広角レンズと、この広角レンズによる像を撮像する撮像センサとを有する同一構造の撮像光学系を２つ組み合わせ、各撮像光学系により撮像された像を合成して４πラジアンの立体角内の像を得る全天球型撮像装置であって、
各撮像光学系の広角レンズは、物体側から像側へ向かって、負のパワーの前群、反射面、正のパワーの後群を配し、前記反射面により前群の光軸を前記後群に向かって９０度折り曲げるものであり、
撮像センサは、該撮像センサより大きく、所定の回路系を装荷された基板に設けられており、
２個の撮像光学系は、前群の光軸同士を合致させて前群の向きが逆になるように、かつ、後群の光軸が互いに平行で後群同士の向きが互いに逆になるように、組み合わせられ、
２つの広角レンズの互いに合致した前群光軸を含み、後群光軸に直交する面をＳ面とし、このＳ面上における２つの後群光軸の中間点を通り上記後群光軸に平行な線をＰ線、２つの後群光軸間距離をＤ、上記基板の基板面とＳ面との距離をＬとし、
各撮像光学系の前群の光軸の周りに広角レンズの最大画角光線が形成する円錐面の組み合わせと、上記基板の基板面に平行な平面との交差による交線を、一方の広角レンズに対してＸ１、他方の広角レンズに対してＸ２とするとき、
基板におけるコーナー部分が、上記交線Ｘ１、Ｘ２により囲われた面積領域から食み出さないように、上記距離：Ｄ、Ｌ、基板のサイズおよび形状が、上記広角レンズの最大画角：Ｆに応じて設定されていることを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の全天球型撮像装置において、
撮像センサの基板が長方形形状であって、その長辺の長さ：２η、幅：ξ、広角レンズに入射する最大画角光線の形成する円錐面の頂点と上記長辺との、後群光軸に直交する面への射影長さ：ζ、上記基板と上記広角レンズの前群光軸との距離：Ｌ、上記広角レンズの最大画角：Ｆが、条件：
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＞Ｌ／√（η２＋ζ２） （１）
を満足することを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の全天球型撮像装置において、
１対の広角レンズの各々に組み合わせられる撮像センサの基板が同一形状の長方形形状であって、その長辺の長さ：２η、幅：ξ、一方の広角レンズに入射する最大画角光線の形成する円錐面の頂点と上記長辺との、後群光軸に直交する面への射影長さ：ζ、上記基板と上記広角レンズの前群光軸との距離：Ｌ、上記広角レンズの最大画角：Ｆ、上記１対の広角レンズの後群光軸間の距離：Ｄ、一方の広角レンズの上記頂点側の長辺と該広角レンズの後群光軸との距離：Ｇ、χ（＝ζ―ξ＋２Ｇ＋Ｄ）が、条件：
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＞Ｌ／√（η２＋χ２） （２）
を満足することを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の全天球型撮像装置において、
基板のコーナー部分と、交線Ｘ１、Ｘ２との間に、上記ハウジングの壁の厚み分以上の余裕があることを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の全天球型撮像装置において、
撮像光学系に用いられる広角レンズの、前群と後群の間に配置される反射面は、直角プリズムの斜面であって、前群からの光束を後群に向かって内部反射させるものであることを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の全天球型撮像装置において、
撮像光学系の広角レンズの、前群および後群のうちの少なくとも一方に、非球面レンズを有することを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項７】
請求項６記載の全天球型撮像装置において、
撮像光学系の広角レンズが、物体側から像側に向かって順に、負の屈折力のメニスカスレンズ、負の屈折力の非球面メニスカスレンズ、負のメニスカスレンズ、斜面を内部反射面とするプリズム、開口絞り、正の屈折力の両凸レンズ、正の屈折力の両凸レンズと負の屈折力の両凹レンズの接合レンズ、正の屈折力の両凸レンズを配してなり、
前記負の屈折力のメニスカスレンズ、負の屈折力の非球面メニスカスレンズ、負のメニスカスレンズが前群を構成し、
前記正の屈折力の両凸レンズ、正の屈折力の両凸レンズと負の屈折力の両凹レンズの接合レンズ、正の屈折力の両凸レンズが後群を構成し、
前記前群の最も物体側の面から前記内部反射面までの距離：ＬＦ、前記内部反射面から前記後群の最も像側の面までの距離：ＬＲが、条件：
ＬＦ＜ＬＲ （３）
を満足することを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の全天球型撮像装置に用いられる撮像光学系。
【請求項９】
光学系と、該光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体を２以上有し、前記光学系が反射部材を有するとともに、前記固体撮像素子は基板上に配備されている撮像システムにおいて、
撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における前記反射部材上の反射位置までの距離：ａ、前記最大画角における入射光線位置から固体撮像素子までの距離：ｂ、該固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｃが、条件：
ｃ≦ａ＋ｂ／ｔａｎ（Ｆ／２） （４）
を満たすことを特徴とする撮像システム。
【請求項１０】
請求項９記載の撮像システムにおいて、
撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における前記反射部材上の反射位置までの距離：ａ、前記最大画角における入射光線位置から固体撮像素子までの距離：ｂ、該固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｃが、条件：
ａ＋ｂ／ｔａｎ（Ｆ／２）−ｃ≧２．０[ｍｍ] （５）
を満足することを特徴とする撮像システム。
【請求項１１】
光学系と、該光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体を２以上有し、前記光学系が反射部材を有するとともに、前記固体撮像素子は基板上に配備されている撮像システムにおいて、
前記撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における入射光線位置までの距離：ｐ、前記最大画角における入射光線位置から前記基板端面までの距離：ｑ、前記固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｒが、条件：
r≦ｐ−ｑ／ｔａｎ（Ｆ／２） （６）
を満足することを特徴とする撮像システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の撮像システムにおいて、
前記撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における入射光線位置までの距離：ｐ、前記最大画角における入射光線位置から前記基板端面までの距離：ｑ、前記固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｒが、条件：
ｐ−ｑ／ｔａｎ（Ｆ／２）−ｒ≧１．５［ｍｍ］ （７）
を満足することを特徴とする撮像システム。
【請求項１３】
請求項９〜１２の任意の１に記載の撮像システムにおいて、
撮像体の光学系が有する反射部材がプリズムであることを特徴とする撮像システム。
【請求項１４】
請求項９〜１３の任意の１に記載の撮像システムにおいて、
撮像体の有する光学系が、物体側に配置された負のパワーを有する第１のレンズ群と、像側に配置された第２のレンズ群により構成され、前記第１または第２のレンズ群の少なくとも一方に非球面レンズを有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１５】
請求項９〜１４の任意の１に記載の撮像システムにおいて、
複数の撮像体における隣り合わせた前記撮像体により撮影された複数枚の画像を、各々の画像の内、同一像を参考に繋ぎ合わせる機能を有し、全天球画像を表示させることを特徴とする撮像システム。
【請求項１】
１８０度より広い画角を持つ広角レンズと、この広角レンズによる像を撮像する撮像センサとを有する同一構造の撮像光学系を２つ組み合わせ、各撮像光学系により撮像された像を合成して４πラジアンの立体角内の像を得る全天球型撮像装置であって、
各撮像光学系の広角レンズは、物体側から像側へ向かって、負のパワーの前群、反射面、正のパワーの後群を配し、前記反射面により前群の光軸を前記後群に向かって９０度折り曲げるものであり、
撮像センサは、該撮像センサより大きく、所定の回路系を装荷された基板に設けられており、
２個の撮像光学系は、前群の光軸同士を合致させて前群の向きが逆になるように、かつ、後群の光軸が互いに平行で後群同士の向きが互いに逆になるように、組み合わせられ、
２つの広角レンズの互いに合致した前群光軸を含み、後群光軸に直交する面をＳ面とし、このＳ面上における２つの後群光軸の中間点を通り上記後群光軸に平行な線をＰ線、２つの後群光軸間距離をＤ、上記基板の基板面とＳ面との距離をＬとし、
各撮像光学系の前群の光軸の周りに広角レンズの最大画角光線が形成する円錐面の組み合わせと、上記基板の基板面に平行な平面との交差による交線を、一方の広角レンズに対してＸ１、他方の広角レンズに対してＸ２とするとき、
基板におけるコーナー部分が、上記交線Ｘ１、Ｘ２により囲われた面積領域から食み出さないように、上記距離：Ｄ、Ｌ、基板のサイズおよび形状が、上記広角レンズの最大画角：Ｆに応じて設定されていることを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の全天球型撮像装置において、
撮像センサの基板が長方形形状であって、その長辺の長さ：２η、幅：ξ、広角レンズに入射する最大画角光線の形成する円錐面の頂点と上記長辺との、後群光軸に直交する面への射影長さ：ζ、上記基板と上記広角レンズの前群光軸との距離：Ｌ、上記広角レンズの最大画角：Ｆが、条件：
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＞Ｌ／√（η２＋ζ２） （１）
を満足することを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の全天球型撮像装置において、
１対の広角レンズの各々に組み合わせられる撮像センサの基板が同一形状の長方形形状であって、その長辺の長さ：２η、幅：ξ、一方の広角レンズに入射する最大画角光線の形成する円錐面の頂点と上記長辺との、後群光軸に直交する面への射影長さ：ζ、上記基板と上記広角レンズの前群光軸との距離：Ｌ、上記広角レンズの最大画角：Ｆ、上記１対の広角レンズの後群光軸間の距離：Ｄ、一方の広角レンズの上記頂点側の長辺と該広角レンズの後群光軸との距離：Ｇ、χ（＝ζ―ξ＋２Ｇ＋Ｄ）が、条件：
ｔａｎ｛１８０−（Ｆ／２）｝＞Ｌ／√（η２＋χ２） （２）
を満足することを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の全天球型撮像装置において、
基板のコーナー部分と、交線Ｘ１、Ｘ２との間に、上記ハウジングの壁の厚み分以上の余裕があることを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の全天球型撮像装置において、
撮像光学系に用いられる広角レンズの、前群と後群の間に配置される反射面は、直角プリズムの斜面であって、前群からの光束を後群に向かって内部反射させるものであることを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の全天球型撮像装置において、
撮像光学系の広角レンズの、前群および後群のうちの少なくとも一方に、非球面レンズを有することを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項７】
請求項６記載の全天球型撮像装置において、
撮像光学系の広角レンズが、物体側から像側に向かって順に、負の屈折力のメニスカスレンズ、負の屈折力の非球面メニスカスレンズ、負のメニスカスレンズ、斜面を内部反射面とするプリズム、開口絞り、正の屈折力の両凸レンズ、正の屈折力の両凸レンズと負の屈折力の両凹レンズの接合レンズ、正の屈折力の両凸レンズを配してなり、
前記負の屈折力のメニスカスレンズ、負の屈折力の非球面メニスカスレンズ、負のメニスカスレンズが前群を構成し、
前記正の屈折力の両凸レンズ、正の屈折力の両凸レンズと負の屈折力の両凹レンズの接合レンズ、正の屈折力の両凸レンズが後群を構成し、
前記前群の最も物体側の面から前記内部反射面までの距離：ＬＦ、前記内部反射面から前記後群の最も像側の面までの距離：ＬＲが、条件：
ＬＦ＜ＬＲ （３）
を満足することを特徴とする全天球型撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の全天球型撮像装置に用いられる撮像光学系。
【請求項９】
光学系と、該光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体を２以上有し、前記光学系が反射部材を有するとともに、前記固体撮像素子は基板上に配備されている撮像システムにおいて、
撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における前記反射部材上の反射位置までの距離：ａ、前記最大画角における入射光線位置から固体撮像素子までの距離：ｂ、該固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｃが、条件：
ｃ≦ａ＋ｂ／ｔａｎ（Ｆ／２） （４）
を満たすことを特徴とする撮像システム。
【請求項１０】
請求項９記載の撮像システムにおいて、
撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における前記反射部材上の反射位置までの距離：ａ、前記最大画角における入射光線位置から固体撮像素子までの距離：ｂ、該固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｃが、条件：
ａ＋ｂ／ｔａｎ（Ｆ／２）−ｃ≧２．０[ｍｍ] （５）
を満足することを特徴とする撮像システム。
【請求項１１】
光学系と、該光学系により集光された光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像体を２以上有し、前記光学系が反射部材を有するとともに、前記固体撮像素子は基板上に配備されている撮像システムにおいて、
前記撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における入射光線位置までの距離：ｐ、前記最大画角における入射光線位置から前記基板端面までの距離：ｑ、前記固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｒが、条件：
r≦ｐ−ｑ／ｔａｎ（Ｆ／２） （６）
を満足することを特徴とする撮像システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の撮像システムにおいて、
前記撮像体の光学系の最大画角：Ｆ（度）、前記光学系の前記最大画角における入射光線位置から、前記光学系の中央画角における入射光線位置までの距離：ｐ、前記最大画角における入射光線位置から前記基板端面までの距離：ｑ、前記固体撮像素子を配備した基板における前記固体撮像素子の中心から基板端までの距離：ｒが、条件：
ｐ−ｑ／ｔａｎ（Ｆ／２）−ｒ≧１．５［ｍｍ］ （７）
を満足することを特徴とする撮像システム。
【請求項１３】
請求項９〜１２の任意の１に記載の撮像システムにおいて、
撮像体の光学系が有する反射部材がプリズムであることを特徴とする撮像システム。
【請求項１４】
請求項９〜１３の任意の１に記載の撮像システムにおいて、
撮像体の有する光学系が、物体側に配置された負のパワーを有する第１のレンズ群と、像側に配置された第２のレンズ群により構成され、前記第１または第２のレンズ群の少なくとも一方に非球面レンズを有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１５】
請求項９〜１４の任意の１に記載の撮像システムにおいて、
複数の撮像体における隣り合わせた前記撮像体により撮影された複数枚の画像を、各々の画像の内、同一像を参考に繋ぎ合わせる機能を有し、全天球画像を表示させることを特徴とする撮像システム。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６６１６３（Ｐ２０１３−６６１６３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２１２６９（Ｐ２０１２−１２１２６９）
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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